JP5076283B2 - Non-aqueous secondary battery - Google Patents

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Description

本発明は、負極活物質として、リチウム金属,またはケイ素(Si)あるいはスズ(Sn)などを含む材料を用いた非水二次電池に関する。 The present invention relates to a non-aqueous secondary battery using a material containing lithium metal, silicon (Si), tin (Sn), or the like as a negative electrode active material.

近年、カメラ一体型VTR(Videotape Recorder;ビデオテープレコーダ),デジタルスチルカメラ,携帯電話,携帯情報端末あるいはノート型パソコンなどのポータブル電子機器が多く登場し、その小型軽量化が図られている。それに伴い、これらの電子機器の電源として、軽量で高エネルギー密度を得ることができる二次電池の開発が進められている。中でも、負極に炭素材料を用い、正極にリチウムと遷移金属との複合材料を用い、電解液に炭酸エステルを用いたリチウムイオン二次電池は、従来の鉛電池およびニッケルカドミウム電池と比べて、大きなエネルギー密度を得ることができるので広く実用化されている。   In recent years, many portable electronic devices such as a camera-integrated VTR (Videotape Recorder), a digital still camera, a mobile phone, a portable information terminal, or a notebook personal computer have appeared, and the size and weight of the portable electronic device have been reduced. Accordingly, development of secondary batteries that are lightweight and can obtain a high energy density as a power source for these electronic devices is underway. Among these, lithium ion secondary batteries using a carbon material for the negative electrode, a composite material of lithium and a transition metal for the positive electrode, and a carbonate ester for the electrolyte are larger than conventional lead batteries and nickel cadmium batteries. Since energy density can be obtained, it is widely used.

また、最近では、携帯用電子機器の高性能化に伴い、更なる容量の向上が求められており、負極活物質として、炭素材料に代えてスズあるいはケイ素などを用いることが検討されている。スズの理論容量は994mAh/g、ケイ素の理論容量は4199mAh/gと、黒鉛の理論容量の372mAh/gに比べて格段に大きく、容量の向上を期待できるからである。特に、スズあるいはケイ素の薄膜を集電体上に形成した負極は、リチウムの吸蔵および放出によっても、負極活物質が微粉化することなく、比較的大きな放電容量を保持できることが報告されている(例えば、特許文献1参照)。   In recent years, with the improvement in performance of portable electronic devices, further improvement in capacity has been demanded, and the use of tin or silicon as a negative electrode active material in place of a carbon material has been studied. This is because the theoretical capacity of tin is 994 mAh / g and the theoretical capacity of silicon is 4199 mAh / g, which is much larger than the theoretical capacity of graphite, 372 mAh / g, and an improvement in capacity can be expected. In particular, it has been reported that a negative electrode in which a thin film of tin or silicon is formed on a current collector can maintain a relatively large discharge capacity without pulverization of the negative electrode active material even by insertion and extraction of lithium ( For example, see Patent Document 1).

更に、高エネルギー密度を得ることができる二次電池としては、負極にリチウム金属を用い、負極反応にリチウム金属の析出および溶解反応のみを利用したリチウム金属二次電池がある。リチウム金属二次電池は、リチウム金属の理論電気化学当量が2054mAh/cm3 と大きく、リチウムイオン二次電池で用いられる黒鉛の2.5倍にも相当するので、リチウムイオン二次電池を上回る高いエネルギー密度を得られるものと期待されている。これまでも、多くの研究者等によりリチウム金属二次電池の実用化に関する研究開発がなされている(例えば、非特許文献1参照。)。
ジャンポール・ガバノ(Jean-Paul Gabano)編,「リチウム・バッテリーズ(Lithium Batteries )」,ロンドン,ニューヨーク,アカデミック・プレス(Academic Press),1983年 国際公開第WO01/031724号パンフレット
Furthermore, as a secondary battery capable of obtaining a high energy density, there is a lithium metal secondary battery that uses lithium metal for the negative electrode and uses only precipitation and dissolution reactions of lithium metal for the negative electrode reaction. Lithium metal secondary batteries have a large theoretical electrochemical equivalent of 2054 mAh / cm 3 of lithium metal, which is equivalent to 2.5 times that of graphite used in lithium ion secondary batteries, so it is higher than lithium ion secondary batteries. The energy density is expected to be obtained. Until now, research and development regarding practical application of lithium metal secondary batteries has been made by many researchers and the like (for example, see Non-Patent Document 1).
Edited by Jean-Paul Gabano, "Lithium Batteries", London, New York, Academic Press, 1983 International Publication No. WO01 / 031724 Pamphlet

しかしながら、リチウム(Li)を吸蔵したスズ合金あるいはケイ素合金は活性が高く、また、析出したリチウム金属の反応性は高いので、電解液に従来より用いられている炭酸プロピレンあるいは炭酸ジエチルなどの炭酸エステルなどを用いると、これらが分解されてしまい、しかもリチウムが不活性化されてしまうという問題があった。よって、充放電を繰り返すと充放電効率が低下してしまい、十分なサイクル特性を得ることができなかった。   However, tin alloys or silicon alloys that occlude lithium (Li) have high activity, and the reactivity of the deposited lithium metal is high, so that carbonate esters such as propylene carbonate or diethyl carbonate that have been conventionally used in electrolytes are used. However, there is a problem that these are decomposed and lithium is inactivated. Therefore, if charging / discharging is repeated, charging / discharging efficiency will fall and sufficient cycle characteristics could not be obtained.

また、電解質塩としては、LiPF6 ,LiBF4 ,LiCF3 SO3 ,LiClO4 あるいはLiAsF6 などが用いられているが、熱的安定性,導電率, 保存特性,酸化安定性あるいは放電特性などのいずれかについて問題があり、特に、充放電効率が低下してしまうという問題があった。 As electrolyte salts, LiPF 6 , LiBF 4 , LiCF 3 SO 3 , LiClO 4, LiAsF 6, etc. are used. However, such as thermal stability, conductivity, storage characteristics, oxidation stability or discharge characteristics, etc. There was a problem with either of these, and in particular, there was a problem that the charge / discharge efficiency was reduced.

更に、近年では、比較的高い導電性を示すと共に、高い熱的安定性を示すことから、LiN(CF3 SO2 2 ,LiN(C2 5 SO2 2 あるいはLiN(C4 9 SO2 )(CF3 SO2 )などのイミド塩を用いることが検討されている。しかしながら、例えば、アルミニウム箔よりなる正極集電体からアルミニウム(Al)が溶出してしまい、十分な充放電効率が得られないという問題もあった。よって、これらの電池において、充放電効率を向上させることができる電解液の開発が切望されていた。 Furthermore, in recent years, since it exhibits relatively high conductivity and high thermal stability, LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 or LiN (C 4 F 9). The use of imide salts such as (SO 2 ) (CF 3 SO 2 ) has been studied. However, for example, aluminum (Al) was eluted from a positive electrode current collector made of an aluminum foil, and there was a problem that sufficient charge / discharge efficiency could not be obtained. Therefore, in these batteries, development of an electrolytic solution capable of improving charge / discharge efficiency has been eagerly desired.

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、充放電効率を向上させることができる非水二次電池を提供することにある。 This invention is made | formed in view of this problem, The objective is to provide the non-aqueous secondary battery which can improve charging / discharging efficiency.

本発明の第1の非水二次電池は、正極および負極と共に電解質を備え負極は、電極反応物質を吸蔵および放出することが可能であり、構成元素として金属元素および半金属元素のうちの少なくとも1種を含む負極材料を含有し、電解質は、ハロゲン化炭酸エステルを含む溶媒と、ヘプタフルオロイソプロピルトリフルオロホウ酸リチウムおよびノナフルオロブチルトリフルオロホウ酸リチウムのうちの少なくとも一方のホウ酸リチウム塩を含む電解質塩とを含有するものである。 The first non-aqueous secondary battery of the present invention includes an electrolyte together with a positive electrode and a negative electrode, and the negative electrode can occlude and release an electrode reactant, and includes a metal element and a metalloid element as constituent elements. A negative electrode material containing at least one kind, and an electrolyte comprising a solvent containing a halogenated carbonate and a lithium borate salt of at least one of lithium heptafluoroisopropyl trifluoroborate and lithium nonafluorobutyltrifluoroborate And an electrolyte salt containing.

本発明の第2の非水二次電池は、正極および負極と共に電解質を備え負極活物質として、リチウム金属を用い、電解質は、ハロゲン化炭酸エステルを含む溶媒と、化1に示したホウ酸リチウム塩を含む電解質塩とを含有するものである。
(化1)
Li[BFm 4-m
(式中、Rは、パーフルオロアルキル基またはパーフルオロアリール基を表す。mは0,1,2または3である。)
The second non-aqueous secondary battery of the present invention includes an electrolyte together with a positive electrode and a negative electrode, uses lithium metal as a negative electrode active material, the electrolyte includes a solvent containing a halogenated carbonate, and boric acid shown in Chemical Formula 1 And an electrolyte salt including a lithium salt.
(Chemical formula 1)
Li [BF m R 4-m ]
(In the formula, R represents a perfluoroalkyl group or a perfluoroaryl group. M is 0, 1, 2, or 3.)

本発明の第1あるいは第2の非水二次電池によれば、電解質にハロゲン化炭酸エステルと、化1に示したホウ酸塩リチウム塩あるいはヘプタフルオロイソプロピルトリフルオロホウ酸リチウムおよびノナフルオロブチルトリフルオロホウ酸リチウムのうちの少なくとも一方のホウ酸リチウム塩を含有するようにしたので、電解液の分解反応を抑制することができ、充放電効率を向上させることができる。 According to the first or second non-aqueous secondary battery of the present invention, the electrolyte is a halogenated carbonate, lithium borate shown in Chemical Formula 1, lithium heptafluoroisopropyl trifluoroborate and nonafluorobutyl trichloride. Since at least one lithium borate salt of lithium fluoroborate is contained, the decomposition reaction of the electrolytic solution can be suppressed, and the charge / discharge efficiency can be improved.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

(第1の実施の形態)
図1は本発明の第1の実施の形態に係る二次電池の断面構造を表すものである。この二次電池はいわゆる円筒型といわれるものであり、ほぼ中空円柱状の電池缶11の内部に、帯状の正極21と帯状の負極22とがセパレータ23を介して積層し巻回された巻回電極体20を有している。電池缶11は、例えばニッケル(Ni)のめっきがされた鉄(Fe)により構成されており、一端部が閉鎖され他端部が開放されている。電池缶11の内部には、電解液が注入され、セパレータ23に含浸されている。また、巻回電極体20を挟むように巻回周面に対して垂直に一対の絶縁板12,13がそれぞれ配置されている。
(First embodiment)
FIG. 1 shows a cross-sectional structure of a secondary battery according to the first embodiment of the present invention. This secondary battery is called a so-called cylindrical type, and a winding in which a strip-like positive electrode 21 and a strip-like negative electrode 22 are laminated and wound inside a substantially hollow cylindrical battery can 11 via a separator 23. An electrode body 20 is provided. The battery can 11 is made of, for example, iron (Fe) plated with nickel (Ni), and has one end closed and the other end open. An electrolyte is injected into the battery can 11 and impregnated in the separator 23. In addition, a pair of insulating plates 12 and 13 are arranged perpendicular to the winding peripheral surface so as to sandwich the winding electrode body 20.

電池缶11の開放端部には、電池蓋14と、この電池蓋14の内側に設けられた安全弁機構15および熱感抵抗素子(Positive Temperature Coefficient;PTC素子)16とが、ガスケット17を介してかしめられることにより取り付けられており、電池缶11の内部は密閉されている。電池蓋14は、例えば、電池缶11と同様の材料により構成されている。安全弁機構15は、熱感抵抗素子16を介して電池蓋14と電気的に接続されており、内部短絡あるいは外部からの加熱などにより電池の内圧が一定以上となった場合にディスク板15Aが反転して電池蓋14と巻回電極体20との電気的接続を切断するようになっている。熱感抵抗素子16は、温度が上昇すると抵抗値の増大により電流を制限し、大電流による異常な発熱を防止するものである。ガスケット17は、例えば、絶縁材料により構成されており、表面にはアスファルトが塗布されている。   At the open end of the battery can 11, a battery lid 14, a safety valve mechanism 15 provided inside the battery lid 14 and a heat sensitive resistance element (Positive Temperature Coefficient; PTC element) 16 are interposed via a gasket 17. It is attached by caulking, and the inside of the battery can 11 is sealed. The battery lid 14 is made of, for example, the same material as the battery can 11. The safety valve mechanism 15 is electrically connected to the battery lid 14 via the heat sensitive resistance element 16, and the disk plate 15A is reversed when the internal pressure of the battery exceeds a certain level due to an internal short circuit or external heating. Thus, the electrical connection between the battery lid 14 and the wound electrode body 20 is cut off. When the temperature rises, the heat sensitive resistance element 16 limits the current by increasing the resistance value and prevents abnormal heat generation due to a large current. The gasket 17 is made of, for example, an insulating material, and asphalt is applied to the surface.

巻回電極体20の中心には例えばセンターピン24が挿入されている。巻回電極体20の正極21にはアルミニウムなどよりなる正極リード25が接続されており、負極22にはニッケルなどよりなる負極リード26が接続されている。正極リード25は安全弁機構15に溶接されることにより電池蓋14と電気的に接続されており、負極リード26は電池缶11に溶接され電気的に接続されている。   For example, a center pin 24 is inserted in the center of the wound electrode body 20. A positive electrode lead 25 made of aluminum or the like is connected to the positive electrode 21 of the spirally wound electrode body 20, and a negative electrode lead 26 made of nickel or the like is connected to the negative electrode 22. The positive electrode lead 25 is electrically connected to the battery lid 14 by being welded to the safety valve mechanism 15, and the negative electrode lead 26 is welded to and electrically connected to the battery can 11.

図2は図1に示した巻回電極体20の一部を拡大して表すものである。正極21は、例えば、対向する一対の面を有する正極集電体21Aの両面または片面に正極活物質層21Bが設けられた構造を有している。正極集電体21Aは、例えば、アルミニウム箔,ニッケル箔あるいはステンレス箔などの金属箔により構成されている。   FIG. 2 shows an enlarged part of the spirally wound electrode body 20 shown in FIG. The positive electrode 21 has, for example, a structure in which a positive electrode active material layer 21B is provided on both surfaces or one surface of a positive electrode current collector 21A having a pair of opposed surfaces. The positive electrode current collector 21A is made of, for example, a metal foil such as an aluminum foil, a nickel foil, or a stainless steel foil.

正極活物質層21Bは、例えば、正極活物質として、リチウムを吸蔵および放出可能な正極材料のいずれか1種または2種以上を含んでおり、必要に応じて炭素材料などの導電材およびポリフッ化ビニリデンなどの結着材を含んでいてもよい。リチウムを吸蔵および放出可能な正極材料としては、例えば、硫化チタン(TiS2 ),硫化モリブデン(MoS2 ),セレン化ニオブ(NbSe2 )あるいは酸化バナジウム(V2 5 )などのリチウムを含有しないカルコゲン化物、またはリチウムを含有するリチウム含有化合物が挙げられる。 The positive electrode active material layer 21B includes, for example, one or more of positive electrode materials capable of inserting and extracting lithium as a positive electrode active material, and a conductive material such as a carbon material and polyfluoride as necessary. A binder such as vinylidene may be included. The positive electrode material capable of inserting and extracting lithium does not contain lithium such as titanium sulfide (TiS 2 ), molybdenum sulfide (MoS 2 ), niobium selenide (NbSe 2 ), or vanadium oxide (V 2 O 5 ). Examples include chalcogenides and lithium-containing compounds containing lithium.

中でも、リチウム含有化合物は、高電圧および高エネルギー密度を得ることができるものがあるので好ましい。このようなリチウム含有化合物としては、例えば、リチウムと遷移金属元素とを含む複合酸化物、またはリチウムと遷移金属元素とを含むリン酸化合物が挙げられ、特にコバルト(Co),ニッケルおよびマンガン(Mn)のうちの少なくとも1種を含むものが好ましい。より高い電圧を得ることができるからである。その化学式は、例えば、Lix MIO2 あるいはLiy MIIPO4 で表される。式中、MIおよびMIIは1種類以上の遷移金属元素を表す。xおよびyの値は電池の充放電状態によって異なり、通常、0.05≦x≦1.10、0.05≦y≦1.10である。 Among these, lithium-containing compounds are preferable because some compounds can obtain a high voltage and a high energy density. Examples of such a lithium-containing compound include a composite oxide containing lithium and a transition metal element, or a phosphate compound containing lithium and a transition metal element. In particular, cobalt (Co), nickel and manganese (Mn Among these, those containing at least one of them are preferred. This is because a higher voltage can be obtained. The chemical formula is represented by, for example, Li x MIO 2 or Li y MIIPO 4 . In the formula, MI and MII represent one or more transition metal elements. The values of x and y vary depending on the charge / discharge state of the battery, and are generally 0.05 ≦ x ≦ 1.10 and 0.05 ≦ y ≦ 1.10.

リチウムと遷移金属元素とを含む複合酸化物の具体例としては、リチウムコバルト複合酸化物(Lix CoO2 )、リチウムニッケル複合酸化物(Lix NiO2 )、リチウムニッケルコバルト複合酸化物(Lix Ni1-z Coz 2 (z<1))、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物(Lix Ni(1-v-w) Cov Mnw 2 (v+w<1))、あるいはスピネル型構造を有するリチウムマンガン複合酸化物(LiMn2 4 )などが挙げられる。中でも、ニッケルを含む複合酸化物が好ましい。高い容量を得ることができると共に、優れたサイクル特性も得ることができるからである。リチウムと遷移金属元素とを含むリン酸化合物の具体例としては、例えばリチウム鉄リン酸化合物(LiFePO4 )あるいはリチウム鉄マンガンリン酸化合物(LiFe1-u Mnu PO4 (u<1))が挙げられる。 Specific examples of the composite oxide containing lithium and a transition metal element include lithium cobalt composite oxide (Li x CoO 2 ), lithium nickel composite oxide (Li x NiO 2 ), and lithium nickel cobalt composite oxide (Li x Ni 1-z Co z O 2 (z <1)), lithium nickel cobalt manganese composite oxide (Li x Ni (1-vw) Co v Mn w O 2 (v + w <1)), or a spinel structure Examples thereof include lithium manganese composite oxide (LiMn 2 O 4 ). Among these, a composite oxide containing nickel is preferable. This is because a high capacity can be obtained and excellent cycle characteristics can also be obtained. Specific examples of the phosphate compound containing lithium and a transition metal element include, for example, a lithium iron phosphate compound (LiFePO 4 ) or a lithium iron manganese phosphate compound (LiFe 1-u Mn u PO 4 (u <1)). Can be mentioned.

負極22は、例えば、正極21と同様に、対向する一対の面を有する負極集電体22Aの両面または両面に負極活物質層22Bが設けられた構造を有している。負極集電体22Aは、例えば、銅箔などの金属箔により構成されている。   The negative electrode 22 has, for example, a structure in which a negative electrode active material layer 22B is provided on both surfaces or both surfaces of a negative electrode current collector 22A having a pair of opposed surfaces, similarly to the positive electrode 21. The anode current collector 22A is made of, for example, a metal foil such as a copper foil.

負極活物質層22Bは、例えば、負極活物質として、リチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料のいずれか1種または2種以上を含んでいる。リチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料としては、例えば、スズまたはケイ素を構成元素として含む材料が挙げられる。スズおよびケイ素はリチウムを吸蔵および放出する能力が大きく、高いエネルギー密度を得ることができるからである。   The negative electrode active material layer 22B includes, for example, any one or more of negative electrode materials capable of inserting and extracting lithium as a negative electrode active material. Examples of the negative electrode material capable of inserting and extracting lithium include a material containing tin or silicon as a constituent element. This is because tin and silicon have a large ability to occlude and release lithium, and a high energy density can be obtained.

このような負極材料としては、具体的には、スズの単体,合金,あるいは化合物、またはケイ素の単体,合金,あるいは化合物、またはこれらの1種あるいは2種以上の相を少なくとも一部に有する材料が挙げられる。なお、本発明において、合金には2種以上の金属元素からなるものに加えて、1種以上の金属元素と1種以上の半金属元素とを含むものも含める。また、非金属元素を含んでいてもよい。その組織には固溶体,共晶(共融混合物),金属間化合物あるいはそれらのうちの2種以上が共存するものがある。   As such a negative electrode material, specifically, a simple substance, an alloy, or a compound of tin, a simple substance, an alloy, or a compound of silicon, or a material having one or more phases thereof at least in part. Is mentioned. In the present invention, alloys include those containing one or more metal elements and one or more metalloid elements in addition to those composed of two or more metal elements. Moreover, the nonmetallic element may be included. There are structures in which a solid solution, a eutectic (eutectic mixture), an intermetallic compound, or two or more of them coexist.

スズの合金としては、例えば、スズ以外の第2の構成元素として、ケイ素,ニッケル,銅(Cu),鉄,コバルト,マンガン,亜鉛(Zn),インジウム(In),銀(Ag),チタン(Ti),ゲルマニウム(Ge),ビスマス(Bi),アンチモン(Sb)およびクロム(Cr)からなる群のうちの少なくとも1種を含むものが挙げられる。ケイ素の合金としては、例えば、ケイ素以外の第2の構成元素として、スズ,ニッケル,銅,鉄,コバルト,マンガン,亜鉛,インジウム,銀,チタン,ゲルマニウム,ビスマス,アンチモンおよびクロムからなる群のうちの少なくとも1種を含むものが挙げられる。   As an alloy of tin, for example, as a second constituent element other than tin, silicon, nickel, copper (Cu), iron, cobalt, manganese, zinc (Zn), indium (In), silver (Ag), titanium ( Examples include those containing at least one member selected from the group consisting of Ti), germanium (Ge), bismuth (Bi), antimony (Sb), and chromium (Cr). As an alloy of silicon, for example, as a second constituent element other than silicon, among the group consisting of tin, nickel, copper, iron, cobalt, manganese, zinc, indium, silver, titanium, germanium, bismuth, antimony and chromium The thing containing at least 1 sort (s) of these is mentioned.

スズの化合物あるいはケイ素の化合物としては、例えば、酸素(O)あるいは炭素(C)を含むものが挙げられ、スズまたはケイ素に加えて、上述した第2の構成元素を含んでいてもよい。   Examples of the tin compound or silicon compound include those containing oxygen (O) or carbon (C), and may contain the second constituent element described above in addition to tin or silicon.

中でも、この負極材料としては、スズと、コバルトと、炭素とを構成元素として含み、炭素の含有量が9.9質量%以上29.7質量%以下であり、かつスズとコバルトとの合計に対するコバルトの割合Co/(Sn+Co)が30質量%以上70質量%以下であるCoSnC含有材料が好ましい。このような組成範囲において高いエネルギー密度を得ることができると共に、優れたサイクル特性を得ることができるからである。   Among these, as this negative electrode material, tin, cobalt, and carbon are included as constituent elements, the carbon content is 9.9 mass% or more and 29.7 mass% or less, and the total of tin and cobalt is A CoSnC-containing material having a cobalt ratio Co / (Sn + Co) of 30% by mass to 70% by mass is preferable. This is because a high energy density can be obtained in such a composition range, and excellent cycle characteristics can be obtained.

このCoSnC含有材料は、必要に応じて更に他の構成元素を含んでいてもよい。他の構成元素としては、例えば、ケイ素,鉄,ニッケル,クロム,インジウム,ニオブ(Nb),ゲルマニウム,チタン,モリブデン(Mo),アルミニウム,リン(P),ガリウム(Ga)またはビスマスが好ましく、2種以上を含んでいてもよい。容量またはサイクル特性を更に向上させることができるからである。   This CoSnC-containing material may further contain other constituent elements as necessary. As other constituent elements, for example, silicon, iron, nickel, chromium, indium, niobium (Nb), germanium, titanium, molybdenum (Mo), aluminum, phosphorus (P), gallium (Ga) or bismuth is preferable. It may contain more than seeds. This is because the capacity or cycle characteristics can be further improved.

なお、このCoSnC含有材料は、スズと、コバルトと、炭素とを含む相を有しており、この相は結晶性の低いまたは非晶質な構造を有していることが好ましい。また、このCoSnC含有材料では、構成元素である炭素の少なくとも一部が、他の構成元素である金属元素または半金属元素と結合していることが好ましい。サイクル特性の低下はスズなどが凝集あるいは結晶化することによるものであると考えられるが、炭素が他の元素と結合することにより、そのような凝集あるいは結晶化を抑制することができるからである。   This CoSnC-containing material has a phase containing tin, cobalt, and carbon, and this phase preferably has a low crystallinity or an amorphous structure. In this CoSnC-containing material, it is preferable that at least a part of carbon as a constituent element is bonded to a metal element or a semimetal element as another constituent element. The decrease in cycle characteristics is thought to be due to the aggregation or crystallization of tin or the like, but this is because such aggregation or crystallization can be suppressed by combining carbon with other elements. .

元素の結合状態を調べる測定方法としては、例えばX線光電子分光法(X-ray Photoelectron Spectroscopy;XPS)が挙げられる。XPSでは、炭素の1s軌道(C1s)のピークは、グラファイトであれば、金原子の4f軌道(Au4f)のピークが84.0eVに得られるようにエネルギー較正された装置において、284.5eVに現れる。また、表面汚染炭素であれば、284.8eVに現れる。これに対して、炭素元素の電荷密度が高くなる場合、例えば炭素が金属元素または半金属元素と結合している場合には、C1sのピークは、284.5eVよりも低い領域に現れる。すなわち、CoSnC含有材料について得られるC1sの合成波のピークが284.5eVよりも低い領域に現れる場合には、CoSnC含有材料に含まれる炭素の少なくとも一部が他の構成元素である金属元素または半金属元素と結合している。   As a measuring method for examining the bonding state of elements, for example, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) can be cited. In XPS, the peak of the carbon 1s orbital (C1s) appears at 284.5 eV in an energy calibrated apparatus so that the peak of the gold atom 4f orbital (Au4f) is obtained at 84.0 eV if it is graphite. . Moreover, if it is surface contamination carbon, it will appear at 284.8 eV. On the other hand, when the charge density of the carbon element increases, for example, when carbon is bonded to a metal element or a metalloid element, the C1s peak appears in a region lower than 284.5 eV. That is, when the peak of the synthetic wave of C1s obtained for the CoSnC-containing material appears in a region lower than 284.5 eV, at least a part of the carbon contained in the CoSnC-containing material is a metal element or a half of other constituent elements. Combined with metal elements.

なお、XPS測定では、スペクトルのエネルギー軸の補正に、例えばC1sのピークを用いる。通常、表面には表面汚染炭素が存在しているので、表面汚染炭素のC1sのピークを284.8eVとし、これをエネルギー基準とする。XPS測定では、C1sのピークの波形は、表面汚染炭素のピークとCoSnC含有材料中の炭素のピークとを含んだ形として得られるので、例えば市販のソフトウエアを用いて解析することにより、表面汚染炭素のピークと、CoSnC含有材料中の炭素のピークとを分離する。波形の解析では、最低束縛エネルギー側に存在する主ピークの位置をエネルギー基準(284.8eV)とする。   In XPS measurement, for example, the C1s peak is used to correct the energy axis of the spectrum. Usually, since surface-contaminated carbon exists on the surface, the C1s peak of the surface-contaminated carbon is set to 284.8 eV, which is used as an energy standard. In the XPS measurement, the waveform of the C1s peak is obtained as a shape including the surface contamination carbon peak and the carbon peak in the CoSnC-containing material. For example, by analyzing using a commercially available software, the surface contamination The carbon peak and the carbon peak in the CoSnC-containing material are separated. In the waveform analysis, the position of the main peak existing on the lowest bound energy side is used as the energy reference (284.8 eV).

リチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料としては、また例えば、リチウムと合金を形成可能な他の金属元素または他の半金属元素を構成元素として含む材料を用いることもできる。このような金属元素あるいは半金属元素としては、マグネシウム(Mg),ホウ素(B),アルミニウム,ガリウム,インジウム,ゲルマニウム,鉛(Pb),ビスマス,カドミウム(Cd),銀,亜鉛,ハフニウム(Hf),ジルコニウム(Zr),イットリウム(Y),パラジウム(Pd)あるいは白金(Pt)が挙げられる。   As a negative electrode material capable of inserting and extracting lithium, for example, a material containing another metal element or other metalloid element capable of forming an alloy with lithium as a constituent element can also be used. Such metal elements or metalloid elements include magnesium (Mg), boron (B), aluminum, gallium, indium, germanium, lead (Pb), bismuth, cadmium (Cd), silver, zinc, hafnium (Hf). , Zirconium (Zr), yttrium (Y), palladium (Pd), or platinum (Pt).

このような負極活物質は、例えば各構成元素の原料を混合して電気炉,高周波誘導炉あるいはアーク溶解炉などにより溶解しその後凝固することにより、また、ガスアトマイズあるいは水アトマイズなどの各種アトマイズ法、各種ロール法、またはメカニカルアロイング法あるいはメカニカルミリング法などのメカノケミカル反応を利用した方法により製造することができる。中でも、メカノケミカル反応を利用した方法により製造することが好ましい。負極活物質を低結晶化あるいは非晶質な構造とすることができるからである。この方法には、例えば、遊星ボールミル装置やアトライター等の製造装置を用いることができる。   Such a negative electrode active material is prepared by, for example, mixing raw materials of respective constituent elements, melting them in an electric furnace, a high frequency induction furnace or an arc melting furnace, and then solidifying them, and various atomizing methods such as gas atomization or water atomization, It can be produced by various roll methods, or methods utilizing mechanochemical reactions such as mechanical alloying methods or mechanical milling methods. Especially, it is preferable to manufacture by the method using a mechanochemical reaction. This is because the negative electrode active material can have a low crystallinity or an amorphous structure. In this method, for example, a production apparatus such as a planetary ball mill apparatus or an attritor can be used.

負極活物質層22Bは、また、上述した負極活物質に加えて他の負極活物質、または導電材などの他の材料を含んでいてもよい。他の負極活物質としては、例えば、リチウムを吸蔵および放出することが可能な炭素質材料が挙げられる。この炭素質材料は、充放電サイクル特性を向上させることができると共に、導電材としても機能するので好ましい。炭素質材料としては、例えば難黒鉛化炭素,易黒鉛化炭素,グラファイト,熱分解炭素類,コークス,ガラス状炭素類,有機高分子化合物焼成体,活性炭およびカーボンブラックなどのいずれか1種または2種以上を用いることができる。このうち、コークス類には、ピッチコークス,ニードルコークスあるいは石油コークスなどがあり、有機高分子化合物焼成体というのは、フェノール樹脂やフラン樹脂などの高分子化合物を適当な温度で焼成して炭素化したものをいう。   The negative electrode active material layer 22B may also contain other materials such as other negative electrode active materials or conductive materials in addition to the negative electrode active materials described above. Examples of the other negative electrode active material include a carbonaceous material capable of inserting and extracting lithium. This carbonaceous material is preferable because it can improve charge / discharge cycle characteristics and also functions as a conductive material. Examples of the carbonaceous material include one or two of non-graphitizable carbon, graphitizable carbon, graphite, pyrolytic carbons, coke, glassy carbons, organic polymer compound fired bodies, activated carbon and carbon black. More than seeds can be used. Among these, cokes include pitch coke, needle coke, and petroleum coke. Organic polymer compound fired bodies are carbonized by firing polymer compounds such as phenol resin and furan resin at an appropriate temperature. What you did.

セパレータ23は、正極21と負極22とを隔離し、両極の接触による電流の短絡を防止しつつ、リチウムイオンを通過させるものである。このセパレータ23は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン,ポリプロピレンあるいはポリエチレンなどの合成樹脂製の多孔質膜、またはセラミック製の多孔質膜により構成されており、これら2種以上の多孔質膜を積層した構造とされていてもよい。   The separator 23 separates the positive electrode 21 and the negative electrode 22 and allows lithium ions to pass through while preventing a short circuit of current due to contact between the two electrodes. The separator 23 is made of, for example, a porous film made of synthetic resin such as polytetrafluoroethylene, polypropylene, or polyethylene, or a porous film made of ceramic, and has a structure in which two or more kinds of porous films are laminated. It may be said.

セパレータ23に含浸された電解液は、溶媒と、この溶媒に溶解された電解質塩とを含んでいる。   The electrolytic solution impregnated in the separator 23 includes a solvent and an electrolyte salt dissolved in the solvent.

溶媒は、ハロゲン化炭酸エステルを含んでいる。負極22の表面にイオン伝導性を有する良好な被膜を形成することにより電解液の分解反応を抑制することができるからである。ハロゲン化炭酸エステルは1種を単独で用いてもよいが、複数種を混合して用いてもよい。   The solvent contains a halogenated carbonate. This is because the decomposition reaction of the electrolytic solution can be suppressed by forming a good film having ion conductivity on the surface of the negative electrode 22. Halogenated carbonates may be used alone or in combination of two or more.

このようなハロゲン化炭酸エステルとしては、例えば、4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、4−トリフルオロメチル−1,3−ジオキソラン−2−オン、4,4−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、4,5−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、4,4,5−トリフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、4,4,5,5−テトラフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、4−フルオロメチル−1,3−ジオキソラン−2−オン、4−ジフルオロメチル−1,3−ジオキソラン−2−オン、4−フルオロ−4−メチル−1, 3−ジオキソラン−2−オン、5−フルオロ−4−メチル−1,3−ジオキソラン−2−オン、4−クロロ−1,3−ジオキソラン−2−オンあるいは4,5−ジクロロ−1,3−ジオキソラン−2−オンなどの環式炭酸エステル誘導体、または炭酸フルオロメチルメチル(CH2 FOCOOCH3 )、炭酸ビスフルオロメチル(CH2 FOCOOCH2 F)あるいは炭酸ジフルオロメチルメチル(CHF2 OCOOCH3 )などの鎖式炭酸エステル誘導体が挙げられる。中でも、4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、炭酸フルオロメチルメチル、炭酸ビスフルオロメチルあるいは炭酸ジフルオロメチルメチルが好ましい。高い効果を得ることができるからである。 Examples of such halogenated carbonates include 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one, 4-trifluoromethyl-1,3-dioxolan-2-one, 4,4-difluoro-1, 3-dioxolan-2-one, 4,5-difluoro-1,3-dioxolan-2-one, 4,4,5-trifluoro-1,3-dioxolan-2-one, 4,4,5,5 -Tetrafluoro-1,3-dioxolan-2-one, 4-fluoromethyl-1,3-dioxolan-2-one, 4-difluoromethyl-1,3-dioxolan-2-one, 4-fluoro-4- Methyl-1,3-dioxolan-2-one, 5-fluoro-4-methyl-1,3-dioxolan-2-one, 4-chloro-1,3-dioxolan-2-one or 4,5-dichloro Cyclic carbonate derivatives such as 1,3-dioxolan-2-one or fluoromethyl methyl carbonate (CH 2 FOCOOCH 3), carbonate, bis fluoromethyl (CH 2 FOCOOCH 2 F) carbonate, difluoromethyl methyl carbonate (CHF 2 OCOOCH 3, ) And the like. Among these, 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one, fluoromethyl methyl carbonate, bisfluoromethyl carbonate or difluoromethyl methyl carbonate is preferable. This is because a high effect can be obtained.

更に、溶媒としては、ハロゲン化炭酸エステルに加えて、他の溶媒を混合して用いてもよい。他の溶媒としては、例えば、炭酸エチレン、炭酸プロピレン、炭酸ブチレン、炭酸ビニレン、γ−ブチロラクトン、炭酸ジエチル、炭酸ジメチル、炭酸エチルメチル、1,2−ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,3−ジオキソラン、4−メチル−1,3−ジオキソラン、酢酸エステル、酪酸エステル、プロピオン酸エステル、アセトニトリル、グルタロニトリル、アジポニトリル、メトキシアセトニトリルなどの非水溶媒が挙げられる。他の溶媒は1種を単独で用いてもよいが、複数種を混合して用いてもよい。   Furthermore, as a solvent, in addition to the halogenated carbonate, another solvent may be mixed and used. Examples of other solvents include ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, vinylene carbonate, γ-butyrolactone, diethyl carbonate, dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, 1,2-dimethoxyethane, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1, Non-aqueous solvents such as 3-dioxolane, 4-methyl-1,3-dioxolane, acetic acid ester, butyric acid ester, propionic acid ester, acetonitrile, glutaronitrile, adiponitrile, methoxyacetonitrile and the like can be mentioned. Other solvents may be used alone or in combination of two or more.

電解質塩としては、化1に示したホウ酸リチウム塩を含んでいる。負極22の表面に更に良好なイオン伝導性を有する被膜を形成することにより電解液の分解反応を抑制することができるからである。
(化1)
Li[BFm 4-m
The electrolyte salt includes the lithium borate salt shown in Chemical formula 1. This is because the decomposition reaction of the electrolytic solution can be suppressed by forming a film having better ion conductivity on the surface of the negative electrode 22.
(Chemical formula 1)
Li [BF m R 4-m ]

化1において、Rは、パーフルオロアルキル基またはパーフルオロアリール基を表し、炭素数が1〜8のパーフルオロアルキル基または炭素数が1〜8のパーフルオロアリール基であれば好ましい。炭素数が8を超えると電解液の粘性が高くなり、導電性が低下するからである。mは0,1,2または3である。   In Chemical Formula 1, R represents a perfluoroalkyl group or a perfluoroaryl group, and is preferably a perfluoroalkyl group having 1 to 8 carbon atoms or a perfluoroaryl group having 1 to 8 carbon atoms. This is because when the number of carbon atoms exceeds 8, the viscosity of the electrolytic solution increases and conductivity decreases. m is 0, 1, 2 or 3.

パーフルオロアルキル基あるいはパーフルオロアリール基としては、例えば、トリフルオロメチル基,ペンタフルオロエチル基,ヘプタフルオロ−n−プロピル基,ヘプタフルオロ−i−プロピル基,ノナフルオロ−n−ブチル基,ノナフルオロ−i−ブチル基,ノナフルオロ−t−ブチル基,パーフルオロ−n−ペンチル基,パーフルオロ−i−ペンチル基,パーフルオロ−t−ペンチル基,パーフルオロネオペンチル基,パーフルオロ−n−ヘキシル基,パーフルオロシクロヘキシル基あるいはパーフルオロフェニル基が挙げられる。   Examples of the perfluoroalkyl group or perfluoroaryl group include trifluoromethyl group, pentafluoroethyl group, heptafluoro-n-propyl group, heptafluoro-i-propyl group, nonafluoro-n-butyl group, and nonafluoro-i. -Butyl group, nonafluoro-t-butyl group, perfluoro-n-pentyl group, perfluoro-i-pentyl group, perfluoro-t-pentyl group, perfluoronepentyl group, perfluoro-n-hexyl group, perfluoro group A fluorocyclohexyl group or a perfluorophenyl group may be mentioned.

このようなホウ酸リチウム塩について具体的に例を挙げれば、トリフルオロメチルトリフルオロホウ酸リチウム(Li[BF3 (CF3 )]),ペンタフルオロエチルトリフルオロホウ酸リチウム(Li[BF3 (CF2 CF3 )]),テトラキス(トリフルオロメチル)ホウ酸リチウム(Li[B(CF3 4 ]),ヘプタフルオロイソプロピルトリフルオロホウ酸リチウム(Li[BF3 (CF(CF3 2 )])あるいはノナフルオロブチルトリフルオロホウ酸リチウム(Li[BF3 (CF2 CF2 CF2 CF3 )])などがある。 Specific examples of such lithium borate salts include lithium trifluoromethyl trifluoroborate (Li [BF 3 (CF 3 )]), lithium pentafluoroethyl trifluoroborate (Li [BF 3 ( CF 2 CF 3 )]), lithium tetrakis (trifluoromethyl) borate (Li [B (CF 3 ) 4 ]), lithium heptafluoroisopropyl trifluoroborate (Li [BF 3 (CF (CF 3 ) 2 )) ] Or lithium nonafluorobutyltrifluoroborate (Li [BF 3 (CF 2 CF 2 CF 2 CF 3 )]).

電解質塩としては、これらのホウ酸リチウム塩に加えて、他の電解質塩を混合して用いてもよい。他の電解質塩としては、例えば、六フッ化リン酸リチウム(LiPF6 )、四フッ化ホウ酸リチウム(LiBF4 )、六フッ化ヒ酸リチウム(LiAsF6 )、過塩素酸リチウム(LiClO4 )、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム(LiCF3 SO3 )、ビス[トリフルオロメタンスルホニル]イミドリチウム((CF3 SO2 2 NLi)、トリス(トリフルオロメタンスルホニル)メチルリチウム((CF3 SO2 3 CLi)、あるいはビス[ペンタフルオロエタンスルホニル]イミドリチウム((C2 5 SO2 2 NLi)などのリチウム塩が挙げられる。他の電解質塩は1種を単独で用いてもよいが、2種以上を混合して用いてもよい。 As the electrolyte salt, in addition to these lithium borate salts, other electrolyte salts may be mixed and used. Examples of other electrolyte salts include lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ), lithium hexafluoroarsenate (LiAsF 6 ), and lithium perchlorate (LiClO 4 ). , Lithium trifluoromethanesulfonate (LiCF 3 SO 3 ), bis [trifluoromethanesulfonyl] imido lithium ((CF 3 SO 2 ) 2 NLi), tris (trifluoromethanesulfonyl) methyl lithium ((CF 3 SO 2 ) 3 CLi) Or a lithium salt such as bis [pentafluoroethanesulfonyl] imide lithium ((C 2 F 5 SO 2 ) 2 NLi). Other electrolyte salts may be used alone or as a mixture of two or more.

この二次電池は、例えば、次のようにして製造することができる。   For example, the secondary battery can be manufactured as follows.

まず、例えば、正極集電体21Aに正極活物質層21Bを形成し正極21を作製する。正極活物質層21Bは、例えば、正極活物質の粉末と導電材と結着材とを混合して正極合剤を調製したのち、この正極合剤をN−メチル−2−ピロリドンなどの溶剤に分散させてペースト状の正極合剤スラリーとし、この正極合剤スラリーを正極集電体21Aに塗布し乾燥させ、圧縮成型することにより形成する。また、例えば、正極21と同様にして、負極集電体22Aに負極活物質層22Bを形成し負極22を作製する。   First, for example, the positive electrode active material layer 21B is formed on the positive electrode current collector 21A to produce the positive electrode 21. The positive electrode active material layer 21B is prepared, for example, by mixing a positive electrode active material powder, a conductive material, and a binder to prepare a positive electrode mixture, and then using the positive electrode mixture in a solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone. The positive electrode mixture slurry is dispersed to form a positive electrode mixture slurry, and the positive electrode mixture slurry is applied to the positive electrode current collector 21A, dried, and compression molded. Further, for example, in the same manner as the positive electrode 21, the negative electrode active material layer 22 </ b> B is formed on the negative electrode current collector 22 </ b> A to produce the negative electrode 22.

次いで、正極集電体21Aに正極リード25を溶接などにより取り付けると共に、負極集電体22Aに負極リード26を溶接などにより取り付ける。続いて、正極21と負極22とをセパレータ23を介して巻回し、正極リード25の先端部を安全弁機構15に溶接すると共に、負極リード26の先端部を電池缶11に溶接して、巻回した正極21および負極22を一対の絶縁板12,13で挟み電池缶11の内部に収納する。正極21および負極22を電池缶11の内部に収納したのち、電解液を電池缶11の内部に注入し、セパレータ23に含浸させる。そののち、電池缶11の開口端部に電池蓋14,安全弁機構15および熱感抵抗素子16をガスケット17を介してかしめることにより固定する。これにより、図1,2に示した二次電池が完成する。   Next, the positive electrode lead 25 is attached to the positive electrode current collector 21A by welding or the like, and the negative electrode lead 26 is attached to the negative electrode current collector 22A by welding or the like. Subsequently, the positive electrode 21 and the negative electrode 22 are wound through the separator 23, and the tip of the positive electrode lead 25 is welded to the safety valve mechanism 15, and the tip of the negative electrode lead 26 is welded to the battery can 11. The positive electrode 21 and the negative electrode 22 are sandwiched between a pair of insulating plates 12 and 13 and stored in the battery can 11. After the positive electrode 21 and the negative electrode 22 are accommodated in the battery can 11, the electrolytic solution is injected into the battery can 11 and impregnated in the separator 23. After that, the battery lid 14, the safety valve mechanism 15, and the heat sensitive resistance element 16 are fixed to the opening end of the battery can 11 by caulking through a gasket 17. Thereby, the secondary battery shown in FIGS. 1 and 2 is completed.

この二次電池では、充電を行うと、例えば、正極21からリチウムイオンが放出され、電解液を介して負極22に吸蔵される。放電を行うと、例えば、負極22からリチウムイオンが放出され、電解液を介して正極21に吸蔵される。その際、電解液にはハロゲン化炭酸エステルと、化1に示したホウ酸リチウム塩とが含まれているので、負極22の表面に良好な被膜が形成され、電解液の分解が抑制される。   In the secondary battery, when charged, for example, lithium ions are extracted from the positive electrode 21 and inserted in the negative electrode 22 through the electrolytic solution. When discharging is performed, for example, lithium ions are released from the negative electrode 22 and inserted in the positive electrode 21 through the electrolytic solution. At that time, since the electrolytic solution contains the halogenated carbonate and the lithium borate salt shown in Chemical Formula 1, a good film is formed on the surface of the negative electrode 22 and the decomposition of the electrolytic solution is suppressed. .

このように本実施の形態によれば、電解液にハロゲン化炭酸エステルと、化1に示したホウ酸塩リチウム塩を含有するようにしたので、負極活物質として、リチウムと合金を形成可能な他の金属元素または他の半金属元素を構成元素として含む材料を用いた場合に、電解液の分解反応を抑制することができ、充放電効率を向上させることができる。   As described above, according to the present embodiment, the electrolytic solution contains the halogenated carbonate and the lithium borate lithium salt shown in Chemical Formula 1, so that an alloy with lithium can be formed as the negative electrode active material. When a material containing another metal element or another metalloid element as a constituent element is used, the decomposition reaction of the electrolytic solution can be suppressed, and charge / discharge efficiency can be improved.

(第2の実施の形態)
第2の実施の形態に係る二次電池は、負極の構成が異なることを除き、他は第1の実施の形態に係る二次電池と同様の構成および作用を有しており、同様にして製造することができる。よって、図1および図2を参照し、対応する構成要素には同一の符号を付して同一の部分の説明は省略する。
(Second Embodiment)
The secondary battery according to the second embodiment has the same configuration and operation as the secondary battery according to the first embodiment except that the configuration of the negative electrode is different. Can be manufactured. Therefore, with reference to FIG. 1 and FIG. 2, the same code | symbol is attached | subjected to a corresponding component and description of the same part is abbreviate | omitted.

負極22は、第1の実施の形態に係る二次電池と同様に、負極集電体22Aの両面あるいは片面に負極活物質層22Bが設けられた構造を有している。負極活物質層22Bは、例えば、スズまたはケイ素を構成元素として含む負極活物質を含有している。具体的には、例えば、スズの単体,合金,あるいは化合物、またはケイ素の単体,合金,あるいは化合物を含有しており、それらの2種以上を含有していてもよい。   The negative electrode 22 has a structure in which the negative electrode active material layer 22B is provided on both surfaces or one surface of the negative electrode current collector 22A, similarly to the secondary battery according to the first embodiment. The negative electrode active material layer 22B contains, for example, a negative electrode active material containing tin or silicon as a constituent element. Specifically, for example, it contains a simple substance, an alloy, or a compound of tin, or a simple substance, an alloy, or a compound of silicon, and may contain two or more of them.

また、負極活物質層22Bは、例えば、気相法,液相法あるいは焼成法、またはそれらの2以上の方法を用いて形成されたものであり、負極活物質層22Bと負極集電体22Aとが界面の少なくとも一部において合金化していることが好ましい。具体的には、界面において負極集電体22Aの構成元素が負極活物質層22Bに、または負極活物質の構成元素が負極集電体22Aに、またはそれらが互いに拡散していることが好ましい。充放電に伴う負極活物質層22Bの膨張・収縮による破壊を抑制することができると共に、負極活物質層22Bと負極集電体22Aとの間の電子伝導性を向上させることができるからである。   The negative electrode active material layer 22B is formed using, for example, a vapor phase method, a liquid phase method, a firing method, or two or more of these methods. The negative electrode active material layer 22B and the negative electrode current collector 22A are formed. Are preferably alloyed in at least part of the interface. Specifically, it is preferable that the constituent element of the negative electrode current collector 22A is diffused in the negative electrode active material layer 22B, the constituent element of the negative electrode active material is diffused in the negative electrode current collector 22A, or they are mutually diffused at the interface. This is because breakage due to expansion / contraction of the negative electrode active material layer 22B due to charging / discharging can be suppressed, and electronic conductivity between the negative electrode active material layer 22B and the negative electrode current collector 22A can be improved. .

なお、気相法としては、例えば、物理堆積法あるいは化学堆積法を用いることができ、具体的には、真空蒸着法,スパッタ法,イオンプレーティング法,レーザーアブレーション法,熱化学気相成長(CVD;Chemical Vapor Deposition )法,プラズマ化学気相成長法あるいは溶射法などが挙げられる。液相法としては、電気鍍金あるいは無電解鍍金などの公知の手法を用いることができる。焼成法というのは、例えば、粒子状の負極活物質を結着材などと混合して溶剤に分散させ、塗布したのち、結着材などの融点よりも高い温度で熱処理する方法である。焼成法に関しても公知の手法が利用可能であり、例えば、雰囲気焼成法,反応焼成法あるいはホットプレス焼成法が挙げられる。   As the vapor phase method, for example, a physical deposition method or a chemical deposition method can be used. Specifically, a vacuum deposition method, a sputtering method, an ion plating method, a laser ablation method, a thermal chemical vapor deposition ( Examples include CVD (Chemical Vapor Deposition), plasma chemical vapor deposition, and thermal spraying. As the liquid phase method, a known method such as electroplating or electroless plating can be used. The firing method is, for example, a method in which a particulate negative electrode active material is mixed with a binder, dispersed in a solvent, applied, and then heat-treated at a temperature higher than the melting point of the binder. A known method can also be used for the firing method, for example, an atmospheric firing method, a reactive firing method, or a hot press firing method.

(第3の実施の形態)
第3の実施の形態に係る二次電池は、負極22の容量が電極反応物質であるリチウムの析出および溶解による容量成分により表される、いわゆるリチウム金属二次電池である。この二次電池は、負極活物質層22Bをリチウム金属により構成したことを除き、他は第1の実施の形態に係る二次電池と同様の構成を有しており、同様にして製造することができる。従って、図1および図2を参照し、対応する構成要素には同一の符号を付して同一の部分の説明は省略する。
(Third embodiment)
The secondary battery according to the third embodiment is a so-called lithium metal secondary battery in which the capacity of the negative electrode 22 is represented by a capacity component due to precipitation and dissolution of lithium as an electrode reactant. This secondary battery has the same configuration as the secondary battery according to the first embodiment except that the negative electrode active material layer 22B is made of lithium metal, and is manufactured in the same manner. Can do. Therefore, with reference to FIG. 1 and FIG. 2, the same code | symbol is attached | subjected to a corresponding component and description of the same part is abbreviate | omitted.

この二次電池は、負極活物質としてリチウム金属を用いており、これにより高いエネルギー密度を得ることができるようになっている。負極活物質層22Bは、組み立て時から既に有するように構成してもよいが、組み立て時には存在せず、充電時に析出したリチウム金属により構成するようにしてもよい。また、負極活物質層22Bを集電体としても利用し、負極集電体22Aを削除するようにしてもよい。   This secondary battery uses lithium metal as a negative electrode active material, and can thereby obtain a high energy density. The negative electrode active material layer 22B may be configured to be already provided from the time of assembly, but may be configured by lithium metal which is not present at the time of assembly and is deposited during charging. Alternatively, the negative electrode active material layer 22B may be used as a current collector, and the negative electrode current collector 22A may be deleted.

この二次電池では、充電を行うと、例えば、正極21からリチウムイオンが放出され、電解液を介して、負極集電体22Aの表面にリチウム金属となって析出する。放電を行うと、例えば、負極活物質層22Bからリチウム金属がリチウムイオンとなって溶出し、電解液を介して正極21に吸蔵される。このようにこの二次電池では、負極22においてリチウム金属の析出および溶解が繰り返されるので、負極22の活性が非常に高くなっているが、本実施の形態では電解液にハロゲン化炭酸エステルと、化1に示したホウ酸リチウム塩とが含まれているので、負極22の表面に良好な被膜が形成され、電解液の分解が抑制される。   In the secondary battery, when charged, for example, lithium ions are extracted from the positive electrode 21 and deposited as lithium metal on the surface of the negative electrode current collector 22A through the electrolytic solution. When the discharge is performed, for example, lithium metal is eluted as lithium ions from the negative electrode active material layer 22B, and is occluded in the positive electrode 21 through the electrolytic solution. As described above, in this secondary battery, since the deposition and dissolution of lithium metal are repeated in the negative electrode 22, the activity of the negative electrode 22 is extremely high. Since the lithium borate salt shown in Chemical Formula 1 is contained, a good film is formed on the surface of the negative electrode 22 and the decomposition of the electrolytic solution is suppressed.

このように本実施の形態によれば、電解液にハロゲン化炭酸エステルと、化1に示したホウ酸塩リチウム塩を含有するようにしたので、負極活物質として、リチウム金属を用いた場合に、電解液の分解反応を抑制することができ、充放電効率を向上させることができる。   As described above, according to the present embodiment, since the electrolytic solution contains the halogenated carbonate and the lithium borate salt shown in Chemical formula 1, when lithium metal is used as the negative electrode active material, The decomposition reaction of the electrolytic solution can be suppressed, and the charge / discharge efficiency can be improved.

(第4の実施の形態)
図3は、第4の実施の形態に係る二次電池の構成を表すものである。この二次電池は、いわゆるラミネートフィルム型といわれるものであり、正極リード31および負極リード32が取り付けられた巻回電極体30をフィルム状の外装部材40の内部に収容したものである。
(Fourth embodiment)
FIG. 3 shows the configuration of the secondary battery according to the fourth embodiment. This secondary battery is a so-called laminate film type, and has a wound electrode body 30 to which a positive electrode lead 31 and a negative electrode lead 32 are attached accommodated in a film-shaped exterior member 40.

正極リード31および負極リード32は、それぞれ、外装部材40の内部から外部に向かい例えば同一方向に導出されている。正極リード31および負極リード32は、例えば、アルミニウム,銅,ニッケルあるいはステンレスなどの金属材料によりそれぞれ構成されており、それぞれ薄板状または網目状とされている。   The positive electrode lead 31 and the negative electrode lead 32 are led out from the inside of the exterior member 40 to the outside, for example, in the same direction. The positive electrode lead 31 and the negative electrode lead 32 are each made of a metal material such as aluminum, copper, nickel, or stainless steel, and each have a thin plate shape or a mesh shape.

外装部材40は、例えば、ナイロンフィルム,アルミニウム箔およびポリエチレンフィルムをこの順に貼り合わせた矩形状のアルミラミネートフィルムにより構成されている。外装部材40は、例えば、ポリエチレンフィルム側と巻回電極体30とが対向するように配設されており、各外縁部が融着あるいは接着剤により互いに密着されている。外装部材40と正極リード31および負極リード32との間には、外気の侵入を防止するための密着フィルム41が挿入されている。密着フィルム41は、正極リード31および負極リード32に対して密着性を有する材料、例えば、ポリエチレン,ポリプロピレン,変性ポリエチレンあるいは変性ポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂により構成されている。   The exterior member 40 is made of, for example, a rectangular aluminum laminated film in which a nylon film, an aluminum foil, and a polyethylene film are bonded together in this order. For example, the exterior member 40 is disposed so that the polyethylene film side and the wound electrode body 30 face each other, and the outer edge portions are in close contact with each other by fusion bonding or an adhesive. An adhesive film 41 is inserted between the exterior member 40 and the positive electrode lead 31 and the negative electrode lead 32 to prevent intrusion of outside air. The adhesion film 41 is made of a material having adhesion to the positive electrode lead 31 and the negative electrode lead 32, for example, a polyolefin resin such as polyethylene, polypropylene, modified polyethylene, or modified polypropylene.

なお、外装部材40は、上述したアルミラミネートフィルムに代えて、他の構造を有するラミネートフィルム,ポリプロピレンなどの高分子フィルムあるいは金属フィルムにより構成するようにしてもよい。   The exterior member 40 may be made of a laminated film having another structure, a polymer film such as polypropylene, or a metal film instead of the above-described aluminum laminated film.

図4は、図3に示した巻回電極体30のI−I線に沿った断面構造を表すものである。電極巻回体30は、正極33と負極34とをセパレータ35および電解質層36を介して積層し、巻回したものであり、最外周部は保護テープ37により保護されている。   FIG. 4 shows a cross-sectional structure taken along line II of the spirally wound electrode body 30 shown in FIG. The electrode winding body 30 is obtained by laminating a positive electrode 33 and a negative electrode 34 via a separator 35 and an electrolyte layer 36 and winding them, and the outermost periphery is protected by a protective tape 37.

正極33は、正極集電体33Aの両面または片面に正極活物質層33Bが設けられた構造を有している。負極34は、負極集電体34Aの両面または片面に負極活物質層34Bが設けられた構造を有しており、負極活物質層34Bと正極活物質層33Bとが対向するように配置されている。正極集電体33A,正極活物質層33B,負極集電体34A,負極活物質層34Bおよびセパレータ35の構成は、上述した第1ないし第3の実施の形態における正極集電体21A,正極活物質層21B,負極集電体22A,負極活物質層22Bおよびセパレータ23と同様である。   The positive electrode 33 has a structure in which a positive electrode active material layer 33B is provided on both surfaces or one surface of a positive electrode current collector 33A. The negative electrode 34 has a structure in which the negative electrode active material layer 34B is provided on both surfaces or one surface of the negative electrode current collector 34A, and the negative electrode active material layer 34B and the positive electrode active material layer 33B are arranged to face each other. Yes. The configurations of the positive electrode current collector 33A, the positive electrode active material layer 33B, the negative electrode current collector 34A, the negative electrode active material layer 34B, and the separator 35 are the same as the positive electrode current collector 21A, the positive electrode active material in the first to third embodiments described above. This is the same as the material layer 21B, the negative electrode current collector 22A, the negative electrode active material layer 22B, and the separator 23.

電解質層36は、電解液と、この電解液を保持する保持体となる高分子化合物とを含み、いわゆるゲル状となっている。ゲル状の電解質は高いイオン伝導率を得ることができると共に、電池の漏液を防止することができるので好ましい。電解液の構成は、第1の実施の形態と同様である。高分子化合物としては、例えば、ポリエチレンオキサイドあるいはポリエチレンオキサイドを含む架橋体などのエーテル系高分子化合物、ポリメタクリレートなどのエステル系高分子化合物あるいはアクリレート系高分子化合物、またはポリフッ化ビニリデンあるいはフッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとの共重合体などのフッ化ビニリデンの重合体が挙げられ、これらのうちのいずれか1種または2種以上が混合して用いられる。特に、酸化還元安定性の観点からは、フッ化ビニリデンの重合体などのフッ素系高分子化合物を用いることが望ましい。   The electrolyte layer 36 includes an electrolytic solution and a polymer compound serving as a holding body that holds the electrolytic solution, and has a so-called gel shape. A gel electrolyte is preferable because high ion conductivity can be obtained and battery leakage can be prevented. The configuration of the electrolytic solution is the same as that of the first embodiment. Examples of the polymer compound include, for example, an ether polymer compound such as polyethylene oxide or a crosslinked product containing polyethylene oxide, an ester polymer compound such as polymethacrylate, or an acrylate polymer compound, or polyvinylidene fluoride or vinylidene fluoride. Examples thereof include polymers of vinylidene fluoride such as a copolymer with hexafluoropropylene, and any one of these or a mixture of two or more thereof is used. In particular, from the viewpoint of redox stability, it is desirable to use a fluorine-based polymer compound such as a vinylidene fluoride polymer.

この二次電池は、例えば、次のようにして製造することができる。   For example, the secondary battery can be manufactured as follows.

まず、正極33および負極34のそれぞれに、電解液と、高分子化合物と、混合溶剤とを含む前駆溶液を塗布し、混合溶剤を揮発させて電解質層36を形成する。次いで、正極集電体33Aに正極リード31を取り付けると共に、負極集電体34Aに負極リード32を取り付ける。続いて、電解質層36が形成された正極33と負極34とをセパレータ35を介して積層し積層体としたのち、この積層体をその長手方向に巻回して、最外周部に保護テープ37を接着して巻回電極体30を形成する。そののち、例えば、外装部材40の間に巻回電極体30を挟み込み、外装部材40の外縁部同士を熱融着などにより密着させて封入する。その際、正極リード31および負極リード32と外装部材40との間には密着フィルム41を挿入する。これにより、図3,4に示した二次電池が完成する。   First, a precursor solution containing an electrolytic solution, a polymer compound, and a mixed solvent is applied to each of the positive electrode 33 and the negative electrode 34, and the mixed solvent is volatilized to form the electrolyte layer 36. Next, the positive electrode lead 31 is attached to the positive electrode current collector 33A, and the negative electrode lead 32 is attached to the negative electrode current collector 34A. Subsequently, the positive electrode 33 and the negative electrode 34 on which the electrolyte layer 36 is formed are laminated via a separator 35 to form a laminated body, and then the laminated body is wound in the longitudinal direction, and the protective tape 37 is attached to the outermost peripheral portion. The wound electrode body 30 is formed by bonding. After that, for example, the wound electrode body 30 is sandwiched between the exterior members 40, and the outer edge portions of the exterior members 40 are sealed and sealed by thermal fusion or the like. At that time, the adhesion film 41 is inserted between the positive electrode lead 31 and the negative electrode lead 32 and the exterior member 40. Thereby, the secondary battery shown in FIGS. 3 and 4 is completed.

また、この二次電池は、次のようにして作製してもよい。まず、上述したようにして正極33および負極34を作製し、正極33および負極34に正極リード31および負極リード32を取り付けたのち、正極33と負極34とをセパレータ35を介して積層して巻回し、最外周部に保護テープ37を接着して、巻回電極体30の前駆体である巻回体を形成する。次いで、この巻回体を外装部材40に挟み、一辺を除く外周縁部を熱融着して袋状とし、外装部材40の内部に収納する。続いて、電解液と、高分子化合物の原料であるモノマーと、重合開始剤と、必要に応じて重合禁止剤などの他の材料とを含む電解質用組成物を用意し、外装部材40の内部に注入したのち、外装部材40の開口部を熱融着して密封する。そののち、熱を加えてモノマーを重合させて高分子化合物とすることによりゲル状の電解質層36を形成し、図3,4に示した二次電池を組み立てる。   Further, this secondary battery may be manufactured as follows. First, the positive electrode 33 and the negative electrode 34 are prepared as described above, and after the positive electrode lead 31 and the negative electrode lead 32 are attached to the positive electrode 33 and the negative electrode 34, the positive electrode 33 and the negative electrode 34 are stacked via the separator 35 and wound. Rotate and adhere the protective tape 37 to the outermost periphery to form a wound body that is a precursor of the wound electrode body 30. Next, the wound body is sandwiched between the exterior members 40, and the outer peripheral edge portion excluding one side is heat-sealed to form a bag shape, and is stored inside the exterior member 40. Subsequently, an electrolyte composition including an electrolytic solution, a monomer that is a raw material of the polymer compound, a polymerization initiator, and other materials such as a polymerization inhibitor as necessary is prepared, and the interior of the exterior member 40 Then, the opening of the exterior member 40 is heat-sealed and sealed. Thereafter, heat is applied to polymerize the monomer to obtain a polymer compound, thereby forming the gel electrolyte layer 36, and assembling the secondary battery shown in FIGS.

この二次電池は、第1ないし第3の実施の形態に係る二次電池と同様に作用し、同様の効果を得ることができる。   The secondary battery operates in the same manner as the secondary batteries according to the first to third embodiments, and can obtain the same effects.

更に、本発明の具体的な実施例について詳細に説明する。   Further, specific embodiments of the present invention will be described in detail.

実験例1−1〜1−11)
図5に示したようなコイン型の二次電池を作製した。この二次電池は、正極51と、負極52とを電解液を含浸させたセパレータ53を介して積層し、外装缶54と外装カップ55との間に挟み、ガスケット56を介してかしめたものである。
( Experimental Examples 1-1 to 1-11)
A coin-type secondary battery as shown in FIG. 5 was produced. This secondary battery is formed by laminating a positive electrode 51 and a negative electrode 52 via a separator 53 impregnated with an electrolytic solution, sandwiching between an outer can 54 and an outer cup 55 and caulking via a gasket 56. is there.

まず、炭酸リチウム(Li2 CO3 )と炭酸コバルト(CoCO3 )とをLi2 CO3 :CoCO3 =0.5:1のモル比で混合し、空気中において900℃で5時間焼成して正極活物質としてのリチウム・コバルト複合酸化物(LiCoO2 )を得た。次いで、このリチウム・コバルト複合酸化物91質量部と、導電材としてグラファイト6質量部と、結着材としてポリフッ化ビニリデン3質量部とを混合して正極合剤を調製したのち、溶剤としてN−メチル−2−ピロリドンに分散させて正極合剤スラリーとした。続いて、この正極合剤スラリーを厚み20μmのアルミニウム箔よりなる正極集電体51Aに均一に塗布して乾燥させたのち圧縮成型して正極活物質層51Bを形成した。そののち、直径15.5mmのペレットに打ち抜き、正極51を作製した。 First, lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) and cobalt carbonate (CoCO 3 ) are mixed at a molar ratio of Li 2 CO 3 : CoCO 3 = 0.5: 1, and calcined in air at 900 ° C. for 5 hours. Lithium / cobalt composite oxide (LiCoO 2 ) as a positive electrode active material was obtained. Next, 91 parts by mass of this lithium / cobalt composite oxide, 6 parts by mass of graphite as a conductive material, and 3 parts by mass of polyvinylidene fluoride as a binder were prepared, and then a positive electrode mixture was prepared. A positive electrode mixture slurry was prepared by dispersing in methyl-2-pyrrolidone. Subsequently, the positive electrode mixture slurry was uniformly applied to a positive electrode current collector 51A made of an aluminum foil having a thickness of 20 μm, dried, and then compression molded to form a positive electrode active material layer 51B. After that, the positive electrode 51 was produced by punching into a pellet having a diameter of 15.5 mm.

また、スズ・コバルト・インジウム・チタン合金粉末と、炭素粉末とを混合し、メカノケミカル反応を利用してSnCoC含有材料を合成した。得られたSnCoC含有材料について組成の分析を行ったところ、スズの含有量は48質量%、コバルトの含有量は23質量%、インジウムの含有量は5質量%、チタンの含有量は2質量%、炭素の含有量は20質量%、スズとコバルトとの合計に対するコバルトの割合Co/(Sn+Co)は32.4質量%であった。なお、炭素の含有量は、炭素・硫黄分析装置により測定し、スズ,コバルト,インジウムおよびチタンの含有量は、ICP(Inductively Coupled Plasma:誘導結合プラズマ)発光分析により測定した。また、得られたSnCoC含有材料についてX線回折を行ったところ、回折角2θ=20°〜50°の間に、回折角2θが1.0°以上の広い半値幅を有する回折ピークが観察された。更に、このSnCoC含有材料についてXPSを行ったところ、図6に示したようにピークP1が得られた。ピークP1を解析すると、表面汚染炭素のピークP2と、ピークP2よりも低エネルギー側にSnCoC含有材料中におけるC1sのピークP3とが得られた。このピークP3は、284.5eVよりも低い領域に得られた。すなわち、SnCoC含有材料中の炭素が他の元素と結合していることが確認された。   Further, tin-cobalt-indium-titanium alloy powder and carbon powder were mixed, and a SnCoC-containing material was synthesized using a mechanochemical reaction. When the composition of the obtained SnCoC-containing material was analyzed, the tin content was 48% by mass, the cobalt content was 23% by mass, the indium content was 5% by mass, and the titanium content was 2% by mass. The carbon content was 20% by mass, and the ratio Co / (Sn + Co) of cobalt to the total of tin and cobalt was 32.4% by mass. The carbon content was measured by a carbon / sulfur analyzer, and the contents of tin, cobalt, indium and titanium were measured by ICP (Inductively Coupled Plasma) emission analysis. Further, when X-ray diffraction was performed on the obtained SnCoC-containing material, a diffraction peak having a wide half-width with a diffraction angle 2θ of 1.0 ° or more was observed between the diffraction angle 2θ = 20 ° and 50 °. It was. Further, when XPS was performed on this SnCoC-containing material, a peak P1 was obtained as shown in FIG. When the peak P1 was analyzed, a peak P2 of surface contamination carbon and a peak P3 of C1s in the SnCoC-containing material on the lower energy side than the peak P2 were obtained. This peak P3 was obtained in a region lower than 284.5 eV. That is, it was confirmed that carbon in the SnCoC-containing material was bonded to other elements.

次いで、このSnCoC含有材料を負極活物質として用い、このSnCoC含有材料粉末80質量部と、導電材としてグラファイト(ロンザ製KS−15)11質量部およびアセチレンブラック1質量部と、結着材としてポリフッ化ビニリデン8質量部とを混合し、溶剤であるN−メチル−2−ピロリドンに分散させて負極合剤スラリーとした。続いて、この負極合剤スラリーを厚み10μmの銅箔よりなる負極集電体52Aに均一に塗布して乾燥させたのち圧縮成型して負極活物質層52Bを形成した。そののち、直径16mmのペレットに打ち抜き負極52を作製した。その際、負極活物質による充電容量が正極51の充電容量よりも大きくなるように負極活物質量を調節し、充電の途中で負極52にリチウム金属が析出しないようにした。   Then, using this SnCoC-containing material as a negative electrode active material, 80 parts by mass of the SnCoC-containing material powder, 11 parts by mass of graphite (KS-15 made by Lonza) and 1 part by mass of acetylene black, and polyfluoride as a binder. 8 parts by mass of vinylidene chloride was mixed and dispersed in N-methyl-2-pyrrolidone as a solvent to obtain a negative electrode mixture slurry. Subsequently, the negative electrode mixture slurry was uniformly applied to a negative electrode current collector 52A made of a copper foil having a thickness of 10 μm and dried, followed by compression molding to form a negative electrode active material layer 52B. After that, a negative electrode 52 was produced by punching into a pellet having a diameter of 16 mm. At that time, the amount of the negative electrode active material was adjusted so that the charge capacity of the negative electrode active material was larger than the charge capacity of the positive electrode 51 so that lithium metal was not deposited on the negative electrode 52 during the charge.

次いで、作製した正極51と負極52とを微多孔性ポリプロピレンフィルムよりなるセパレータ53を介して外装缶54に載置し、その上から電解液を注入して、外装カップ55を被せてかしめることにより密閉した。電解液には、ハロゲン化炭酸エステルを含む溶媒に電解質塩として化1に示したホウ酸リチウム塩を溶解させたものを用いた。その際、溶媒は、ハロゲン化炭酸エステルである4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、炭酸フルオロメチルメチル、炭酸ビスフルオロメチルおよび炭酸ジフルオロメチルメチルのうちの1種または2種と、炭酸ジエチルまたは炭酸ジメチルと、必要に応じて炭酸エチレンとを表1に示した割合で混合して用いた。また、電解質塩は、化1に示したホウ酸リチウム塩であるトリフルオロメチルトリフルオロホウ酸リチウム(Li[BF3 (CF3 )]),テトラキス(トリフルオロメチル)ホウ酸リチウム(Li[B(CF3 4 ]),ペンタフルオロエチルトリフルオロホウ酸リチウム(Li[BF3 (CF2 CF3 )]),ヘプタフルオロイソプロピルトリフルオロホウ酸リチウム(Li[BF3 (CF(CF3 2 )]),ノナフルオロブチルトリフルオロホウ酸リチウム(Li[BF3 (CF2 CF2 CF2 CF3 )])とし、必要に応じてLiPF6 を混合して用いた。電解液における各電解質塩の濃度は表1に示すようにした。 Next, the prepared positive electrode 51 and negative electrode 52 are placed on the outer can 54 via a separator 53 made of a microporous polypropylene film, and an electrolytic solution is injected thereon, and the outer cup 55 is covered and caulked. Was sealed. As the electrolytic solution, a solution containing a lithium borate salt shown in Chemical Formula 1 as an electrolyte salt dissolved in a solvent containing a halogenated carbonate was used. In this case, the solvent is one or two of 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one, fluoromethyl methyl carbonate, bisfluoromethyl carbonate and difluoromethyl methyl carbonate, which are halogenated carbonates, Diethyl carbonate or dimethyl carbonate and, if necessary, ethylene carbonate were mixed at a ratio shown in Table 1 and used. In addition, electrolyte salts include lithium trifluoromethyl trifluoroborate (Li [BF 3 (CF 3 )]) and tetrakis (trifluoromethyl) lithium borate (Li [B (CF 3 ) 4 ]), lithium pentafluoroethyl trifluoroborate (Li [BF 3 (CF 2 CF 3 )]), lithium heptafluoroisopropyl trifluoroborate (Li [BF 3 (CF (CF 3 ) 2 )]), Lithium nonafluorobutyltrifluoroborate (Li [BF 3 (CF 2 CF 2 CF 2 CF 3 )]), and LiPF 6 was mixed and used as necessary. The concentration of each electrolyte salt in the electrolytic solution was as shown in Table 1.

実験例1−1〜1−11に対する比較例1−1,1−2として、電解質塩として化1に示したホウ酸リチウム塩を用いず、LiPF6 またはLiBF4 を用いたことを除き、他は実験例1−1〜1−11と同様にして二次電池を作製した。その際、溶媒は、ハロゲン化炭酸エステルである4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンと、炭酸ジエチルとを、50:50の質量比で混合したものとした。また、電解液におけるLiPF6 またはLiBF4 の濃度は、それぞれ1mol/kgとした。 As Comparative Examples 1-1 and 1-2 for Experimental Examples 1-1 to 1-11, other than using LiPF 6 or LiBF 4 as the electrolyte salt without using the lithium borate salt shown in Chemical Formula 1 Were fabricated in the same manner as in Experimental Examples 1-1 to 1-11. At that time, the solvent was a mixture of 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one, which is a halogenated carbonate, and diethyl carbonate in a mass ratio of 50:50. The concentration of LiPF 6 or LiBF 4 in the electrolytic solution was 1 mol / kg.

また、比較例1−3として、ハロゲン化炭酸エステルを用いず、溶媒として、炭酸エチレンと炭酸ジエチルとを50:50の質量比で混合したものを用いたことを除き、他は実験例1−1〜1−11と同様にして二次電池を作製した。その際、電解質塩は、化1に示したホウ酸リチウム塩であるトリフルオロメチルトリフルオロホウ酸リチウム(Li[BF3 (CF3 )])とし、電解液における濃度を1mol/kgとした。 In addition, as Comparative Example 1-3, except that a halogenated carbonate was not used and a solvent in which ethylene carbonate and diethyl carbonate were mixed at a mass ratio of 50:50 was used, the others were Experimental Example 1- Secondary batteries were fabricated in the same manner as in 1-11-1. At that time, the electrolyte salt was lithium trifluoromethyltrifluoroborate (Li [BF 3 (CF 3 )]), which is the lithium borate salt shown in Chemical Formula 1, and the concentration in the electrolyte was 1 mol / kg.

作製した実験例1−1〜1−11および比較例1−1〜1−3の二次電池について、サイクル特性を調べた。サイクル特性は、23℃で充放電を50サイクル行い、1サイクル目の放電容量に対する50サイクル目の放電容量維持率(50サイクル目の放電容量/1サイクル目の放電容量)×100(%)を求めた。その際、充電は、1mA/cm2 の定電流密度で電池電圧が4.2Vに達するまで行ったのち、4.2Vの定電圧で電流密度が0.02mA/cm2 に達するまで行い、放電は、1mA/cm2 の定電流密度で電池電圧が2.5Vに達するまで行った。それらの結果を表1に示す。 The cycle characteristics of the fabricated secondary batteries of Experimental Examples 1-1 to 1-11 and Comparative Examples 1-1 to 1-3 were examined. The cycle characteristics are: 50 cycles of charge / discharge at 23 ° C. 50% discharge capacity maintenance rate (50th cycle discharge capacity / first cycle discharge capacity) × 100 (%) with respect to the first cycle discharge capacity. Asked. In that case, charging, after performing a constant current density of 1 mA / cm 2 until the battery voltage reached 4.2V, performed at a constant voltage of 4.2V until the current density reached 0.02 mA / cm 2, discharge Was performed at a constant current density of 1 mA / cm 2 until the battery voltage reached 2.5V. The results are shown in Table 1.

Figure 0005076283
Figure 0005076283

表1に示したように、4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、炭酸フルオロメチルメチル、炭酸ビスフルオロメチルおよび炭酸ジフルオロメチルメチルのうちの1種または2種と、化1に示したホウ酸リチウム塩とを用いた実験例1−1〜1−11によれば、化1に示したホウ酸リチウム塩を用いていない比較例1−1,1−2、あるいはハロゲン化炭酸エステルを用いていない比較例1−3よりも放電容量維持率が向上した。 As shown in Table 1, one or two of 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one, fluoromethyl methyl carbonate, bisfluoromethyl carbonate and difluoromethyl methyl carbonate and According to Experimental Examples 1-1 to 1-11 using a lithium borate salt, Comparative Examples 1-1 and 1-2 which do not use the lithium borate salt shown in Chemical Formula 1 or a halogenated carbonate The discharge capacity retention rate was improved as compared with Comparative Example 1-3 in which no was used.

すなわち、負極52に、リチウムを吸蔵および放出することが可能な金属元素を構成元素として含む負極材料を含む場合に、電解液に、ハロゲン化炭酸エステルと化1に示したホウ酸リチウム塩とを含むようにすれば、サイクル特性を向上させることができることが分かった。   That is, when the negative electrode 52 includes a negative electrode material containing a metal element capable of inserting and extracting lithium as a constituent element, the halogenated carbonate and the lithium borate salt shown in Chemical Formula 1 are added to the electrolytic solution. It was found that the cycle characteristics can be improved by including.

実験例2−1〜2−11)
負極活物質としてケイ素を用い、電子ビーム蒸着法により負極活物質層52Bを形成したことを除き、他は実験例1−1〜1−11と同様にして二次電池を作製した。また、実験例2−1〜2−11に対する比較例2−1〜2−3として、4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンまたは化1に示したホウ酸リチウム塩を用いなかったことを除き、他は実験例2−1〜2−11と同様にして二次電池を作製した。その際、電解液は比較例1−1〜1−3と同様のものとした。
( Experimental examples 2-1 to 2-11)
Secondary batteries were fabricated in the same manner as in Experimental Examples 1-1 to 1-11 except that silicon was used as the negative electrode active material and the negative electrode active material layer 52B was formed by an electron beam evaporation method. Further, as Comparative Examples 2-1 to 2-3 for Experimental Examples 2-1 to 2-11, 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one or lithium borate shown in Chemical Formula 1 was not used. Otherwise, secondary batteries were fabricated in the same manner as in Experimental Examples 2-1 to 2-11. At that time, the electrolytic solution was the same as in Comparative Examples 1-1 to 1-3.

作製した実験例2−1〜2−11および比較例2−1〜2−3の二次電池について、実験例1−1〜1−11と同様にしてサイクル特性を調べた。結果を表2に示す。 Secondary batteries of Experimental Examples 2-1 to 2-11 and Comparative Examples 2-1 to 2-3 were prepared, the cycle characteristics were examined in the same manner as in Experimental Example 1-1 to 1-11. The results are shown in Table 2.

Figure 0005076283
Figure 0005076283

表2から分かるように、実験例1−1〜1−11と同様に、4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、炭酸フルオロメチルメチル、炭酸ビスフルオロメチルおよび炭酸ジフルオロメチルメチルのうちの1種または2種と、化1に示したホウ酸リチウム塩とを用いた実験例2−1〜2−11によれば、化1に示したホウ酸リチウム塩を用いていない比較例2−1,2−2、あるいはハロゲン化炭酸エステルを用いていない比較例2−3よりも放電容量維持率が向上した。 As can be seen from Table 2, as in Experimental Examples 1-1 to 1-11, among 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one, fluoromethyl methyl carbonate, bisfluoromethyl carbonate and difluoromethyl methyl carbonate According to Experimental Examples 2-1 to 2-11 using one or two of the above and the lithium borate salt shown in Chemical Formula 1, Comparative Example 2 not using the lithium borate salt shown in Chemical Formula 1 The discharge capacity retention ratio was improved as compared with Comparative Example 2-3 in which -1,2-2, or halogenated carbonate was not used.

すなわち、負極52に、リチウムを吸蔵および放出することが可能な半金属を構成元素として含む負極材料を含む場合にも、電解液に、ハロゲン化炭酸エステルと化1に示したホウ酸リチウム塩とを含むようにすれば、サイクル特性を向上させることができることが分かった。   That is, even when the negative electrode 52 includes a negative electrode material containing a metalloid capable of inserting and extracting lithium as a constituent element, the electrolytic solution contains a halogenated carbonate and the lithium borate salt shown in Chemical Formula 1 It has been found that the cycle characteristics can be improved by including.

実験例3−1〜3−3)
図1,2に示した円筒型の二次電池を作製した。正極21は実験例1−1〜1−11と同様にして作製し、負極22は実験例2−1〜2−11と同様にして作製した。すなわち、負極活物質はケイ素とし、電子ビーム蒸着法により負極活物質層22Bを形成した。また、ケイ素による充電容量が正極21の充電容量よりも大きくなるようにケイ素の量を調節し、充電の途中で負極22にリチウム金属が析出しないようにした。
( Experimental examples 3-1 to 3-3)
The cylindrical secondary battery shown in FIGS. The positive electrode 21 was produced in the same manner as in Experimental Examples 1-1 to 1-11, and the negative electrode 22 was produced in the same manner as in Experimental Examples 2-1 to 2-11. That is, the negative electrode active material was silicon, and the negative electrode active material layer 22B was formed by electron beam evaporation. Further, the amount of silicon was adjusted so that the charge capacity due to silicon was larger than the charge capacity of the positive electrode 21, so that lithium metal was not deposited on the negative electrode 22 during the charge.

セパレータ23には厚み25μmの微多孔性ポリプロピレンフィルムを用い、電解液には、ハロゲン化炭酸エステルを含む溶媒に電解質塩として化1に示したホウ酸リチウム塩を溶解させたものを用いた。その際、溶媒は、ハロゲン化炭酸エステルである4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンと炭酸ジエチル、またはハロゲン化炭酸エステルである炭酸フルオロメチルメチルと、炭酸エチレンと、炭酸ジエチルとを表1に示した割合で混合して用いた。また、電解質塩は、化1に示したホウ酸リチウム塩であるトリフルオロメチルトリフルオロホウ酸リチウム(Li[BF3 (CF3 )])またはペンタフルオロエチルトリフルオロホウ酸リチウム(Li[BF3 (CF2 CF3 )])とした。電解液における各電解質塩の濃度は1mol/kgとした。 As the separator 23, a microporous polypropylene film having a thickness of 25 μm was used, and as the electrolytic solution, a solution containing a lithium borate salt shown in Chemical Formula 1 as an electrolyte salt in a solvent containing a halogenated carbonate was used. At that time, the solvent is a halogenated carbonate 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one and diethyl carbonate, or a halogenated carbonate fluoromethyl methyl carbonate, ethylene carbonate, and diethyl carbonate. The mixture was used at the ratio shown in Table 1. The electrolyte salt is lithium trifluoromethyl trifluoroborate (Li [BF 3 (CF 3 )]) or lithium pentafluoroethyl trifluoroborate (Li [BF 3 ], which is the lithium borate salt shown in Chemical Formula 1. (CF 2 CF 3 )]). The concentration of each electrolyte salt in the electrolytic solution was 1 mol / kg.

実験例3−1〜3−3に対する比較例3−1,3−2として、電解質塩として化1に示したホウ酸リチウム塩を用いず、LiPF6 またはLiBF4 を用いたことを除き、他は実験例3−1〜3−3と同様にして二次電池を作製した。その際、溶媒は、ハロゲン化炭酸エステルである4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンと、炭酸ジエチルとを、50:50の質量比で混合したものとした。また、電解液におけるLiPF6 またはLiBF4 の濃度は、それぞれ1mol/kgとした。 As Comparative Examples 3-1 and 3-2 for Experimental Examples 3-1 to 3-3, other than using LiPF 6 or LiBF 4 as the electrolyte salt without using the lithium borate salt shown in Chemical Formula 1 Produced secondary batteries in the same manner as in Experimental Examples 3-1 to 3-3. At that time, the solvent was a mixture of 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one, which is a halogenated carbonate, and diethyl carbonate in a mass ratio of 50:50. The concentration of LiPF 6 or LiBF 4 in the electrolytic solution was 1 mol / kg.

また、比較例3−3として、ハロゲン化炭酸エステルを用いず、溶媒として、炭酸エチレンと炭酸ジエチルとを50:50の質量比で混合したものを用いたことを除き、他は実験例3−1〜3−3と同様にして二次電池を作製した。その際、電解質塩は、化1に示したホウ酸リチウム塩であるトリフルオロメチルトリフルオロホウ酸リチウム(Li[BF3 (CF3 )])とし、電解液における濃度を1mol/kgとした。 Further, as Comparative Example 3-3, except that a halogenated carbonate was not used, and a solvent in which ethylene carbonate and diethyl carbonate were mixed at a mass ratio of 50:50 was used, the others were Experimental Example 3- Secondary batteries were fabricated in the same manner as in 1-3. At that time, the electrolyte salt was lithium trifluoromethyltrifluoroborate (Li [BF 3 (CF 3 )]), which is the lithium borate salt shown in Chemical Formula 1, and the concentration in the electrolyte was 1 mol / kg.

作製した実験例3−1〜3−3および比較例3−1〜3−3の二次電池について、実験例1−1〜1−11と同様にしてサイクル特性を調べた。結果を表3に示す。 For the secondary batteries of Experimental Examples 3-1 to 3-3 and Comparative Examples 3-1 through 3-3 were prepared, the cycle characteristics were examined in the same manner as in Experimental Example 1-1 to 1-11. The results are shown in Table 3.

Figure 0005076283
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表3から分かるように、実験例1−1〜1−11と同様に、4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、または炭酸フルオロメチルメチルと、化1に示したホウ酸リチウム塩とを用いた実験例3−1〜3−3によれば、化1に示したホウ酸リチウム塩を用いていない比較例3−1,3−2、あるいはハロゲン化炭酸エステルを用いていない比較例3−3よりも放電容量維持率が向上した。 As can be seen from Table 3, as in Experimental Examples 1-1 to 1-11, 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one or fluoromethyl methyl carbonate and the lithium borate salt shown in Chemical Formula 1 According to Experimental Examples 3-1 to 3-3 using and, Comparative Examples 3-1 and 3-2 that do not use the lithium borate salt shown in Chemical Formula 1, or a comparison that does not use a halogenated carbonate The discharge capacity retention rate was improved as compared with Example 3-3.

すなわち、他の外装部材を用いた場合にも、電解液に、ハロゲン化炭酸エステルと化1に示したホウ酸リチウム塩とを含むようにすれば、サイクル特性を向上させることができることが分かった。   That is, even when other exterior members were used, it was found that cycle characteristics could be improved if the electrolytic solution contained a halogenated carbonate and a lithium borate salt shown in Chemical formula 1. .

実験例4−1〜4−15)
負極の容量がリチウムの析出および溶解による容量成分により表される、いわゆるリチウム金属二次電池を作製した。その際、図1,2に示した円筒型の二次電池を作製した。正極21は実験例1−1〜1−11と同様にして作製し、負極22は厚み8μmの帯状銅箔よりなる負極集電体22Aに、厚み30μmのリチウム金属箔を貼り付けて負極活物質層22Bを形成することにより作製した。また、セパレータ23には、実験例3−1〜3−3と同様に、厚み25μmの微多孔性ポリプロピレンフィルムを用いた。
( Experimental examples 4-1 to 4-15)
A so-called lithium metal secondary battery in which the capacity of the negative electrode is represented by a capacity component due to precipitation and dissolution of lithium was produced. At that time, the cylindrical secondary battery shown in FIGS. The positive electrode 21 was produced in the same manner as in Experimental Examples 1-1 to 1-11, and the negative electrode 22 was prepared by attaching a lithium metal foil having a thickness of 30 μm to a negative electrode current collector 22A made of a strip-shaped copper foil having a thickness of 8 μm. Fabricated by forming layer 22B. The separator 23 was a microporous polypropylene film having a thickness of 25 μm, as in Experimental Examples 3-1 to 3-3.

更に、電解液には、ハロゲン化炭酸エステルを含む溶媒に電解質塩として化1に示したホウ酸リチウム塩を溶解させたものを用いた。その際、溶媒は、ハロゲン化炭酸エステルである4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、炭酸フルオロメチルメチル、炭酸ビスフルオロメチルおよび炭酸ジフルオロメチルメチルのうちの1種または2種と、炭酸ジエチルまたは炭酸ジメチルと、必要に応じて炭酸エチレンとを表4に示した割合で混合して用いた。また、電解質塩は、化1に示したホウ酸リチウム塩であるトリフルオロメチルトリフルオロホウ酸リチウム(Li[BF3 (CF3 )]),ペンタフルオロエチルトリフルオロホウ酸リチウム(Li[BF3 (CF2 CF3 )]),テトラキス(トリフルオロメチル)ホウ酸リチウム(Li[B(CF3 4 ])とし、必要に応じてLiPF6 を混合した。電解液における各電解質塩の濃度は表4に示すようにした。 Further, as the electrolytic solution, a solution in which the lithium borate salt shown in Chemical Formula 1 was dissolved as an electrolyte salt in a solvent containing a halogenated carbonate was used. In this case, the solvent is one or two of 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one, fluoromethyl methyl carbonate, bisfluoromethyl carbonate and difluoromethyl methyl carbonate, which are halogenated carbonates, Diethyl carbonate or dimethyl carbonate and, if necessary, ethylene carbonate were mixed at the ratio shown in Table 4 and used. The electrolyte salt is lithium trifluoromethyl trifluoroborate (Li [BF 3 (CF 3 )]) or lithium pentafluoroethyl trifluoroborate (Li [BF 3 ], which is the lithium borate salt shown in Chemical Formula 1. (CF 2 CF 3 )]), lithium tetrakis (trifluoromethyl) borate (Li [B (CF 3 ) 4 ]), and LiPF 6 was mixed as necessary. Table 4 shows the concentration of each electrolyte salt in the electrolytic solution.

実験例4−1〜4−15に対する比較例4−1として、ハロゲン化炭酸エステルを用いず、溶媒として、炭酸エチレンと炭酸ジエチルとを、炭酸エチレン:炭酸ジエチル=30:70の質量比で混合したものを用いたことを除き、他は実験例4−1〜4−15と同様にして二次電池を作製した。その際、電解質塩は、化1に示したホウ酸リチウム塩であるペンタフルオロエチルトリフルオロホウ酸リチウム(Li[BF3 (CF2 CF3 )])およびLiPF6 とし、電解液における濃度をそれぞれ0.5mol/kgとした。 As Comparative Example 4-1 for Experimental Examples 4-1 to 4-15, a halogenated carbonate was not used, and ethylene carbonate and diethyl carbonate were mixed as a solvent in a mass ratio of ethylene carbonate: diethyl carbonate = 30: 70. A secondary battery was fabricated in the same manner as in Experimental Examples 4-1 to 4-15, except that the above was used. At that time, the electrolyte salt is lithium pentafluoroethyl trifluoroborate (Li [BF 3 (CF 2 CF 3 )]) and LiPF 6 , which are the lithium borate salts shown in Chemical Formula 1, and the concentration in the electrolyte is respectively The amount was 0.5 mol / kg.

また、比較例4−2として、化1に示したホウ酸リチウム塩を用いず、溶媒として、ハロゲン化炭酸エステルである4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンと、炭酸ジエチルとを、4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン:炭酸ジエチル=30:70の質量比で混合したものを用いたことを除き、他は実験例4−1〜4−15と同様にして二次電池を作製した。その際、電解質塩は、LiPF6 とし、電解液における濃度を1mol/kgとした。 Moreover, as Comparative Example 4-2, the lithium borate salt shown in Chemical Formula 1 was not used, and 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one, which is a halogenated carbonate, and diethyl carbonate were used as solvents. 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one: diethyl carbonate = 30: 70, except that the mixture was used in the same manner as in Experimental Examples 4-1 to 4-15. A secondary battery was produced. At that time, the electrolyte salt was LiPF 6 and the concentration in the electrolyte was 1 mol / kg.

更に、比較例4−3〜4−5として、負極活物質に人造黒鉛を用い、電解液の組成を変化させたことを除き、他は実験例4−1〜4−15と同様にして二次電池を作製した。その際、負極は、人造黒鉛粉末92質量部と、結着剤であるポリフッ化ビニリデン8質量部とを混合し、溶剤であるN−メチル−2−ピロリドンを添加して帯状銅箔よりなる負極集電体の両面に均一に塗布して乾燥させ、ロールプレス機で圧縮成型して負極活物質層を形成することにより作製した。また、電解液は、炭酸エチレンと炭酸ジエチルとを混合した溶媒に、電解質塩としてLiPF6 を溶解させたもの、またはハロゲン化炭酸エステルである4−フルオロ−1, 3−ジオキソラン−2−オンと炭酸ジエチルとを混合した溶媒に、電解質塩としてLiPF6 を溶解させたもの、またはハロゲン化炭酸エステルである4−フルオロ−1, 3−ジオキソラン−2−オンと炭酸ジエチルとを混合した溶媒に、電解質塩として化1に示したホウ酸リチウム塩であるペンタフルオロエチルトリフルオロホウ酸リチウム(Li[BF3 (CF2 CF3 )])およびLiPF6 を溶解したものとした。各溶媒の混合比および電解液における電解質塩の濃度は、表5に示したようにした。なお、人造黒鉛による充電容量が正極21の充電容量よりも大きくなるように人造黒鉛の量を調節し、充電の途中で負極22にリチウム金属が析出しないようにした。 Furthermore, as Comparative Examples 4-3 to 4-5, except that artificial graphite was used as the negative electrode active material and the composition of the electrolytic solution was changed, the rest was the same as in Experimental Examples 4-1 to 4-15. A secondary battery was produced. At that time, the negative electrode was made of a strip-shaped copper foil by mixing 92 parts by mass of artificial graphite powder and 8 parts by mass of polyvinylidene fluoride as a binder and adding N-methyl-2-pyrrolidone as a solvent. It was produced by uniformly applying to both sides of the current collector, drying, and compression molding with a roll press to form a negative electrode active material layer. The electrolytic solution is a solution in which LiPF 6 is dissolved as an electrolyte salt in a solvent obtained by mixing ethylene carbonate and diethyl carbonate, or 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one which is a halogenated carbonate. In a solvent in which LiPF 6 is dissolved as an electrolyte salt in a solvent in which diethyl carbonate is mixed, or in a solvent in which 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one, which is a halogenated carbonate, and diethyl carbonate are mixed. As the electrolyte salt, lithium pentafluoroethyl trifluoroborate (Li [BF 3 (CF 2 CF 3 )]) and LiPF 6 , which are lithium borate salts shown in Chemical Formula 1, were dissolved. The mixing ratio of each solvent and the concentration of the electrolyte salt in the electrolytic solution were as shown in Table 5. The amount of artificial graphite was adjusted so that the charge capacity of the artificial graphite was larger than the charge capacity of the positive electrode 21 so that lithium metal did not deposit on the negative electrode 22 during the charge.

作製した実験例4−1〜4−15および比較例4−1〜4−5の二次電池について、サイクル特性を調べた。サイクル特性は、23℃で充放電を100サイクル行い、1サイクル目の放電容量に対する100サイクル目の放電容量維持率(100サイクル目の放電容量/1サイクル目の放電容量)×100(%)を求めた。その際、充電は、100mAの定電流で電池電圧が4.2Vに達するまで定電流充電を行ったのち、4.2Vの定電圧で電流が1mAに達するまで定電圧充電を行い、放電は、300mAの定電流で電池電圧が3.0Vに達するまで定電流放電を行った。結果を表4,5に示す。 The cycle characteristics of the fabricated secondary batteries of Experimental Examples 4-1 to 4-15 and Comparative Examples 4-1 to 4-5 were examined. The cycle characteristic is 100 cycles of charge / discharge at 23 ° C. The discharge capacity maintenance ratio of the 100th cycle relative to the discharge capacity of the first cycle (discharge capacity of the 100th cycle / discharge capacity of the 1st cycle) × 100 Asked. At that time, the charging is performed at a constant current of 100 mA until the battery voltage reaches 4.2 V, and then the constant voltage charging is performed until the current reaches 1 mA at a constant voltage of 4.2 V. Constant current discharge was performed until the battery voltage reached 3.0 V at a constant current of 300 mA. The results are shown in Tables 4 and 5.

Figure 0005076283
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Figure 0005076283
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表4,5から分かるように、実験例1−1〜1−11と同様に、4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、炭酸フルオロメチルメチル、炭酸ビスフルオロメチルおよび炭酸ジフルオロメチルメチルのうちの1種または2種と、化1に示したホウ酸リチウム塩とを用いた実験例4−1〜4−15によれば、4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンを用いていない比較例4−1、あるいは化1に示したホウ酸リチウム塩を用いていない比較例4−2よりも放電容量維持率が向上した。 As can be seen from Tables 4 and 5, as in Experimental Examples 1-1 to 1-11, 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one, fluoromethyl methyl carbonate, bisfluoromethyl carbonate and difluoromethyl methyl carbonate According to Experimental Examples 4-1 to 4-15 using one or two of the above and lithium borate shown in Chemical Formula 1, 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one The discharge capacity retention ratio was improved as compared with Comparative Example 4-1 not used or Comparative Example 4-2 not using the lithium borate salt shown in Chemical Formula 1.

また、負極活物質として人造黒鉛を用いた比較例4−3〜4−5によれば、4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンと化1に示したホウ酸リチウム塩とを混合することによる放電容量維持率の向上効果は観られなかった。   Further, according to Comparative Examples 4-3 to 4-5 using artificial graphite as the negative electrode active material, 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one and lithium borate shown in Chemical Formula 1 were mixed. The improvement effect of the discharge capacity maintenance rate by doing was not seen.

すなわち、負極活物質にリチウム金属を用いたリチウム金属二次電池の場合にも、電解液にハロゲン化炭酸エステルと化1に示したホウ酸リチウム塩とを含むようにすれば、サイクル特性を向上させることができることが分かった。   That is, even in the case of a lithium metal secondary battery using lithium metal as the negative electrode active material, if the electrolytic solution contains a halogenated carbonate and a lithium borate salt shown in Chemical Formula 1, cycle characteristics are improved. I found out that

実験例5−1,5−2)
図3,4に示したラミネートフィルム型の二次電池を作製した。まず、正極33を実験例1−1〜1−11と同様にして作製した。また、負極34を実験例2−1〜2−11と同様にして、電子ビーム蒸着法によりケイ素よりなる負極活物質層34Bを形成することにより作製した。その際、ケイ素による充電容量が正極33の充電容量よりも大きくなるようにケイ素の量を調節し、充電の途中で負極34にリチウム金属が析出しないようにした。
( Experimental examples 5-1 and 5-2)
The laminate film type secondary battery shown in FIGS. First, the positive electrode 33 was produced in the same manner as in Experimental Examples 1-1 to 1-11. Moreover, the negative electrode 34 was produced by forming the negative electrode active material layer 34B which consists of silicon | silicone by the electron beam vapor deposition method similarly to Experimental example 2-1 to 2-11. At that time, the amount of silicon was adjusted so that the charge capacity of silicon was larger than the charge capacity of the positive electrode 33, so that lithium metal was not deposited on the negative electrode 34 during the charge.

次いで、ハロゲン化炭酸エステルとして4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンと、炭酸プロピレンとを、50:50の質量比で混合した溶媒に、電解質塩として化1に示したホウ酸リチウム塩であるトリフルオロメチルトリフルオロホウ酸リチウム(Li[BF3 (CF3 )])またはペンタフルオロエチルトリフルオロホウ酸リチウム(Li[BF3 (CF2 CF3 )])を溶解させて電解液を作製した。電解液における各電解質塩の濃度は1mol/kgとした。続いて、高分子化合物として、フッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとを、フッ化ビニリデン:ヘキサフルオロプロピレン=93:7の質量比でブロック共重合させた共重合体を用意し、この高分子化合物と、作製した電解液とを、混合溶剤を用いて混合して前駆溶液を作製した。そののち、作製した前駆溶液を正極33および負極34のそれぞれに塗布し、混合溶剤を揮発させてゲル状の電解質層36を形成した。 Next, lithium borate shown in Chemical Formula 1 as an electrolyte salt in a solvent obtained by mixing 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one as a halogenated carbonate and propylene carbonate in a mass ratio of 50:50. Electrolytic solution by dissolving lithium trifluoromethyl trifluoroborate (Li [BF 3 (CF 3 )]) or lithium pentafluoroethyl trifluoroborate (Li [BF 3 (CF 2 CF 3 )]) as a salt Was made. The concentration of each electrolyte salt in the electrolytic solution was 1 mol / kg. Subsequently, as a polymer compound, a copolymer obtained by block copolymerization of vinylidene fluoride and hexafluoropropylene at a mass ratio of vinylidene fluoride: hexafluoropropylene = 93: 7 was prepared. The prepared electrolytic solution was mixed with a mixed solvent to prepare a precursor solution. After that, the prepared precursor solution was applied to each of the positive electrode 33 and the negative electrode 34, and the mixed solvent was volatilized to form a gel electrolyte layer 36.

次いで、正極33にアルミニウム製の正極リード31と取り付けると共に、負極34にニッケル製の負極リード32を取り付け、正極33と負極34とを厚み25μmのポリエチレンよりなるセパレータ35を介して積層し、巻回したのち、ラミネートフィルムよりなる外装部材40に減圧封入した。   Next, the positive electrode lead 31 made of aluminum is attached to the positive electrode 33, the negative electrode lead 32 made of nickel is attached to the negative electrode 34, and the positive electrode 33 and the negative electrode 34 are laminated via a separator 35 made of polyethylene having a thickness of 25 μm. After that, it was sealed under reduced pressure in an exterior member 40 made of a laminate film.

実験例5−1,5−2に対する比較例5−1,5−2として、化1に示したホウ酸リチウムあるいはハロゲン化炭酸エステルを用いなかったことを除き、他は実験例5−1,5−2と同様にして二次電池を作製した。具体的には、電解液は、溶媒としてハロゲン化炭酸エステルである4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンと、炭酸プロピレンとを、50:50の質量比で混合した溶媒に、電解質塩としてLiPF6 を溶解したもの、または溶媒として炭酸エチレンと炭酸プロピレンとを50:50の質量比で混合した溶媒に、電解質塩として化1に示したホウ酸リチウム塩であるトリフルオロメチルトリフルオロホウ酸リチウム(Li[BF3 (CF3 )])を溶解したものとした。電解液における各電解質塩の濃度は、1mol/kgとした。 As Comparative Examples 5-1 and 5-2 with respect to Experimental Examples 5-1 and 5-2, except that the lithium borate or the halogenated carbonate shown in Chemical Formula 1 was not used, the others were Experimental Examples 5-1 and 5-2. A secondary battery was fabricated in the same manner as in 5-2. Specifically, the electrolytic solution is prepared by mixing an electrolyte with a solvent in which 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one, which is a halogenated carbonate, and propylene carbonate are mixed at a mass ratio of 50:50 as a solvent. A solution obtained by dissolving LiPF 6 as a salt, or a solvent obtained by mixing ethylene carbonate and propylene carbonate in a mass ratio of 50:50 as a solvent, and trifluoromethyl trifluorolithium salt as a lithium borate shown in Chemical Formula 1 as an electrolyte salt. Lithium borate (Li [BF 3 (CF 3 )]) was dissolved. The concentration of each electrolyte salt in the electrolytic solution was 1 mol / kg.

作製した実験例5−1,5−2および比較例5−1,5−2の二次電池について、実験例1−1〜1−11と同様にしてサイクル特性を調べた。結果を表6に示す。 Regarding the fabricated secondary batteries of Experimental Examples 5-1 and 5-2 and Comparative Examples 5-1 and 5-2, cycle characteristics were examined in the same manner as in Experimental Examples 1-1 to 1-11. The results are shown in Table 6.

Figure 0005076283
Figure 0005076283

表6から分かるように、実験例1−1〜1−11と同様に、4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンと、化1に示したホウ酸リチウム塩とを用いた実験例5−1,5−2によれば、化1に示したホウ酸リチウム塩を用いていない比較例5−1、あるいは4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンを用いていない比較例5−2よりも放電容量維持率が向上した。 As can be seen from Table 6, in the same manner as in Experimental Example 1-1 to 1-11, experimental examples 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one and, and using a lithium borate shown in Chemical formula 1 According to 5-1, 5-2, Comparative Example 5-1 not using the lithium borate salt shown in Chemical Formula 1 or Comparative Example not using 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one The discharge capacity retention rate improved compared to 5-2.

すなわち、他の外装部材を用い、ゲル状の電解質とした場合にも、電解液にハロゲン化炭酸エステルと、化1に示したホウ酸リチウムとを含むようにすれば、サイクル特性を向上させることができることが分かった。   That is, even when other exterior members are used to form a gel electrolyte, cycle characteristics can be improved by including a halogenated carbonate and lithium borate shown in Chemical Formula 1 in the electrolyte. I found out that

以上、実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は実施の形態および実施例に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、上記実施の形態および実施例では、電解質として電解液または電解液を高分子化合物に保持させたゲル状電解質を用いる場合についても説明したが、他の電解質を用いるようにしてもよい。他の電解質としては、例えば、イオン伝導性セラミックス,イオン伝導性ガラスあるいはイオン性結晶などのイオン伝導性無機化合物と電解液とを混合したもの、または他の無機化合物と電解液とを混合したもの、またはこれらの無機化合物とゲル状電解質とを混合したものが挙げられる。   Although the present invention has been described with reference to the embodiments and examples, the present invention is not limited to the embodiments and examples, and various modifications can be made. For example, in the above-described embodiments and examples, the case where the electrolyte solution or the gel electrolyte in which the polymer solution is held in the polymer compound is used as the electrolyte has been described, but other electrolytes may be used. Other electrolytes include, for example, a mixture of an ion conductive inorganic compound such as ion conductive ceramics, ion conductive glass or ionic crystal and an electrolytic solution, or a mixture of another inorganic compound and an electrolytic solution. Or a mixture of these inorganic compounds and a gel electrolyte.

また、上記実施の形態および実施例では、電極反応物質としてリチウムを用いる電池について説明したが、ナトリウム(Na)あるいはカリウム(K)などの他のアルカリ金属、またはマグネシウムあるいはカルシウム(Ca)などのアルカリ土類金属、またはアルミニウムなどの他の軽金属を用いる場合についても、本発明を適用することができる。その際、負極には、上記実施の形態で説明した負極活物質、例えばスズまたはケイ素を構成元素として含むものを同様にして用いることができる。   In the above embodiment and examples, a battery using lithium as an electrode reactant has been described. However, other alkali metals such as sodium (Na) or potassium (K), or alkalis such as magnesium or calcium (Ca) are used. The present invention can also be applied to the case of using an earth metal or another light metal such as aluminum. At that time, the negative electrode active material described in the above embodiment, for example, one containing tin or silicon as a constituent element can be used in the same manner as the negative electrode.

更に、上記実施の形態または実施例では、円筒型,ラミネートフィルム型あるいはコイン型の二次電池を具体的に挙げて説明したが、本発明はボタン型、あるいは角型などの他の形状を有する二次電池、または積層構造などの他の構造を有する二次電池についても同様に適用することができる Further, in the above-described embodiment or example, a cylindrical type, laminated film type, or coin type secondary battery has been specifically described, but the present invention has other shapes such as a button type or a square type. The present invention can be similarly applied to a secondary battery or a secondary battery having another structure such as a laminated structure .

本発明の第1の実施の形態に係る二次電池の構成を表す断面図である。It is sectional drawing showing the structure of the secondary battery which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 図1に示した二次電池における巻回電極体の一部を拡大して表す断面図である。It is sectional drawing which expands and represents a part of winding electrode body in the secondary battery shown in FIG. 本発明の第3の実施の形態に係る二次電池の構成を表す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view showing the structure of the secondary battery which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 図3に示した巻回電極体のI−I線に沿った構成を表す断面図である。It is sectional drawing showing the structure along the II line of the winding electrode body shown in FIG. 実施例において作製した二次電池の構成を表す断面図である。It is sectional drawing showing the structure of the secondary battery produced in the Example. 実施例で作製したSnCoC含有材料に係るX線光電子分光法により得られたピークの一例を表すものである。1 shows an example of a peak obtained by X-ray photoelectron spectroscopy relating to a SnCoC-containing material produced in an example.

符号の説明Explanation of symbols

11…電池缶、12,13…絶縁板、14…電池蓋、15…安全弁機構、15A…ディスク板、16…熱感抵抗素子、17,56…ガスケット、20,30…巻回電極体、21,33,51…正極、21A,33A,51A…正極集電体、21B,33B,51B…正極活物質層、22,34,52…負極、22A,34A,52A…負極集電体、22B,34B,52B…負極活物質層、23,35,53…セパレータ、24…センターピン、25,31…正極リード、26,32…負極リード、36…電解質層、37…保護テープ、40…外装部材、41…密着フィルム、54…外装缶、55…外装カップ。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Battery can, 12, 13 ... Insulation board, 14 ... Battery cover, 15 ... Safety valve mechanism, 15A ... Disc board, 16 ... Heat sensitive resistance element, 17, 56 ... Gasket, 20, 30 ... Winding electrode body, 21 , 33, 51 ... positive electrode, 21A, 33A, 51A ... positive electrode current collector, 21B, 33B, 51B ... positive electrode active material layer, 22, 34, 52 ... negative electrode, 22A, 34A, 52A ... negative electrode current collector, 22B, 34B, 52B ... negative electrode active material layer, 23, 35, 53 ... separator, 24 ... center pin, 25, 31 ... positive electrode lead, 26, 32 ... negative electrode lead, 36 ... electrolyte layer, 37 ... protective tape, 40 ... exterior member 41 ... Adhesion film, 54 ... Exterior can, 55 ... Exterior cup.

Claims (7)

正極および負極と共に電解質を備え、
前記負極は、電極反応物質を吸蔵および放出することが可能であり、構成元素として金属元素および半金属元素のうちの少なくとも1種を含む負極材料を含有し、
前記電解質は、ハロゲン化炭酸エステルを含む溶媒と、ヘプタフルオロイソプロピルトリフルオロホウ酸リチウムおよびノナフルオロブチルトリフルオロホウ酸リチウムのうちの少なくとも一方のホウ酸リチウム塩を含む電解質塩とを含有する、
非水二次電池。
With electrolyte together with positive and negative electrodes,
The negative electrode is capable of inserting and extracting an electrode reactant, and contains a negative electrode material containing at least one of a metal element and a metalloid element as a constituent element,
The electrolyte contains a solvent containing a halogenated carbonate, and an electrolyte salt containing a lithium borate salt of at least one of lithium heptafluoroisopropyl trifluoroborate and lithium nonafluorobutyltrifluoroborate.
Non-aqueous secondary battery.
前記ハロゲン化炭酸エステルは、4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、炭酸フルオロメチルメチル、炭酸ビスフルオロメチルおよび炭酸ジフルオロメチルメチルからなる群のうちの少なくとも1種を含む、
請求項1記載の非水二次電池。
The halogenated carbonate includes at least one member selected from the group consisting of 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one, fluoromethyl methyl carbonate, bisfluoromethyl carbonate, and difluoromethyl methyl carbonate.
The non-aqueous secondary battery according to claim 1.
前記負極は、構成元素としてケイ素(Si)およびスズ(Sn)のうちの少なくとも一方を含む負極材料を含有する、
請求項1記載の非水二次電池。
The negative electrode contains a negative electrode material containing at least one of silicon (Si) and tin (Sn) as a constituent element.
The non-aqueous secondary battery according to claim 1.
前記溶媒中におけるハロゲン化炭酸エステルの含有量は、5重量%以上50重量%以下である、
請求項1記載の非水二次電池。
The content of the halogenated carbonate in the solvent is 5% by weight or more and 50% by weight or less.
The non-aqueous secondary battery according to claim 1.
正極および負極と共に電解質を備え、
負極活物質として、リチウム金属を用い、
前記電解質は、ハロゲン化炭酸エステルを含む溶媒と、化1に示したホウ酸リチウム塩を含む電解質塩とを含有する、
非水二次電池。
(化1)
Li[BFm 4-m
(式中、Rは、パーフルオロアルキル基またはパーフルオロアリール基を表す。mは0,1,2または3である。)
With electrolyte together with positive and negative electrodes,
Lithium metal is used as the negative electrode active material,
The electrolyte contains a solvent containing a halogenated carbonate and an electrolyte salt containing a lithium borate salt shown in Chemical formula 1.
Non-aqueous secondary battery.
(Chemical formula 1)
Li [BF m R 4-m ]
(In the formula, R represents a perfluoroalkyl group or a perfluoroaryl group. M is 0, 1, 2, or 3.)
前記ハロゲン化炭酸エステルは、4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、炭酸フルオロメチルメチル、炭酸ビスフルオロメチルおよび炭酸ジフルオロメチルメチルからなる群のうちの少なくとも1種を含む、
請求項記載の非水二次電池。
The halogenated carbonate includes at least one member selected from the group consisting of 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one, fluoromethyl methyl carbonate, bisfluoromethyl carbonate, and difluoromethyl methyl carbonate.
The non-aqueous secondary battery according to claim 5 .
前記ホウ酸リチウム塩は、トリフルオロメチルトリフルオロホウ酸リチウム,ペンタフルオロエチルトリフルオロホウ酸リチウム,テトラキス(トリフルオロメチル)ホウ酸リチウム,ヘプタフルオロイソプロピルトリフルオロホウ酸リチウムおよびノナフルオロブチルトリフルオロホウ酸リチウムからなる群のうちの少なくとも1種を含む、
請求項記載の非水二次電池。
The lithium borate salt includes lithium trifluoromethyl trifluoroborate, lithium pentafluoroethyl trifluoroborate, lithium tetrakis (trifluoromethyl) borate, lithium heptafluoroisopropyl trifluoroborate and nonafluorobutyl trifluoroboron. Including at least one member of the group consisting of lithium acid acid,
The non-aqueous secondary battery according to claim 5 .
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