JP5124170B2 - Lithium ion secondary battery - Google Patents

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Description

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

従来より、非水電解液を用いたリチウムイオン二次電池は、高電圧でエネルギー密度が高く、小型化・軽量化が図れることから、パソコンや携帯電話等の情報端末等を中心に情報通信機器の分野で実用が進み、広く一般に普及するに至っている。また他の分野では、環境問題及び資源問題から電気自動車の開発が急がれる中、非水電解液リチウムイオン二次電池をハイブリッド自動車用の電池として用いることが検討されている。   Conventionally, lithium-ion secondary batteries using non-aqueous electrolytes have high voltage, high energy density, and can be reduced in size and weight. Therefore, information communication equipment mainly for information terminals such as personal computers and mobile phones. Practical use has progressed in this field, and it has become widely popular. In other fields, the development of electric vehicles has been urgently promoted due to environmental problems and resource issues, and the use of non-aqueous electrolyte lithium ion secondary batteries as batteries for hybrid vehicles has been studied.

リチウムイオン二次電池は、正極と、負極と、これらの正極及び負極間でリチウムイオンを移動させる非水電解液とを主要な構成としてなっている。リチウムイオン二次電池においては、一般に、電解液として、鎖状カーボネートと環状カーボネートとの有機混合溶媒にLiPF6等のLi塩を溶解した非水電解液が用いられている。
リチウムイオン二次電池においては、充放電を繰り返し行うと、正極及び負極が劣化し、容量が低下したり、電池の内部抵抗が上昇したりするおそれがあった。これまでに、リチウムイオン二次電池の耐久性を向上させるために、正極活物質の組成の検討、電池構成の最適化、負極活物質の表面処理、電解液への添加剤の付与などの種々の試みが行われてきた。
A lithium ion secondary battery mainly includes a positive electrode, a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte that moves lithium ions between the positive electrode and the negative electrode. In a lithium ion secondary battery, a nonaqueous electrolytic solution in which a Li salt such as LiPF 6 is dissolved in an organic mixed solvent of a chain carbonate and a cyclic carbonate is generally used as the electrolytic solution.
In a lithium ion secondary battery, when charging / discharging is repeated, the positive electrode and the negative electrode deteriorate, the capacity may decrease, and the internal resistance of the battery may increase. So far, in order to improve the durability of lithium ion secondary batteries, various studies such as examination of the composition of the positive electrode active material, optimization of the battery configuration, surface treatment of the negative electrode active material, addition of additives to the electrolyte, etc. Attempts have been made.

具体的には、例えばビニレンカーボネート(VC)やビニルエチレンカーボネート(VEC)等を電解質に添加したリチウムイオン二次電池が開発されている(特許文献1参照)。
このようなリチウムイオン二次電池においては、負極がさらされる電位でVCやVECが分解し、負極表面上に電気化学的に安定な低抵抗の被膜を形成することができる。そのため、負極の劣化を抑制し、耐久性を向上させることができる。
Specifically, for example, a lithium ion secondary battery in which vinylene carbonate (VC), vinyl ethylene carbonate (VEC), or the like is added to an electrolyte has been developed (see Patent Document 1).
In such a lithium ion secondary battery, VC and VEC are decomposed at a potential to which the negative electrode is exposed, and an electrochemically stable low-resistance film can be formed on the negative electrode surface. Therefore, deterioration of the negative electrode can be suppressed and durability can be improved.

しかしながら、従来のリチウムイオン二次電池においては、未だ耐久性が十分とはいえなかった。上述のVCやVEC等を用いたリチウムイオン二次電池においても、負極の劣化をある程度抑制することはできるが、正極がさらされる電位ではVCやVECの分解反応がほとんど起らないため、正極の劣化についてはほとんど抑制することはできなかった。
リチウムイオン二次電池においては、特に、例えば10年という長期間の使用を想定したときに、さらなる耐久性の向上が望まれていた。即ち、1000サイクル程度という多数回充放電を繰り替えし行ったときの容量の低下や内部抵抗の上昇が少ないリチウムイオン二次電池の開発が望まれていた。
However, the conventional lithium ion secondary battery has not yet been sufficiently durable. In the lithium ion secondary battery using VC or VEC as described above, the deterioration of the negative electrode can be suppressed to some extent. However, since the decomposition reaction of VC and VEC hardly occurs at the potential to which the positive electrode is exposed, Deterioration could hardly be suppressed.
In the lithium ion secondary battery, further improvement in durability has been desired particularly when long-term use of, for example, 10 years is assumed. That is, it has been desired to develop a lithium ion secondary battery in which a decrease in capacity and an increase in internal resistance are small when a large number of charge / discharge cycles of about 1000 cycles are repeated.

特開2006−216378号公報JP 2006-216378 A

本発明はかかる従来の問題点に鑑みてなされたものであって、耐久性に優れ、充放電を多数繰り返し行っても容量が低下し難く、内部抵抗が上昇し難いリチウムイオン二次電池を提供しようとするものである。   The present invention has been made in view of such conventional problems, and provides a lithium ion secondary battery that is excellent in durability, is less likely to have a reduced capacity even after repeated charging and discharging, and is difficult to increase in internal resistance. It is something to try.

本発明は、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な化合物からなる正極活物質を含む正極と、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な炭素系材料からなる負極活物質を含有する負極と、非水溶媒中に電解質を溶解してなる非水電解液とを少なくとも備えたリチウムイオン二次電池において、
上記非水電解液は、上記電解質として、LiPF 6 からなる主電解質と、下記の式(2)〜(4)のいずれかで表され、かつA+がLi+である第1副電解質と、A+がK+である第2副電解質と、+がNa+である第3副電解質とを含有し、
上記非水溶媒は、ビニレンカーボネート(VC)及び/又はビニレンエチレンカーボネート(VEC)を0.1重量%〜20重量%含有することを特徴とするリチウムイオン二次電池にある(請求項1)

Figure 0005124170
Figure 0005124170
Figure 0005124170
The present invention relates to a positive electrode including a positive electrode active material composed of a compound capable of occluding and releasing lithium ions, a negative electrode including a negative electrode active material composed of a carbon-based material capable of occluding and releasing lithium ions, and a non-aqueous solvent. In a lithium ion secondary battery comprising at least a nonaqueous electrolytic solution obtained by dissolving an electrolyte,
The non-aqueous electrolyte includes, as the electrolyte , a main electrolyte composed of LiPF 6 , a first sub-electrolyte represented by any of the following formulas (2) to (4) , and A + being Li + : A second subelectrolyte in which A + is K + and a third subelectrolyte in which A + is Na +
The non-aqueous solvent contains 0.1% to 20% by weight of vinylene carbonate (VC) and / or vinylene ethylene carbonate (VEC) in a lithium ion secondary battery (claim 1) .
Figure 0005124170
Figure 0005124170
Figure 0005124170

本発明のリチウムイオン二次電池において、上記非水電解液は、上記電解質として、上記主電解質と、上記第1副電解質と、上記第2副電解質と、上記第3副電解質とを含有し、上記非水溶媒として、ビニレンカーボネート(VC)及び/又はビニレンエチレンカーボネート(VEC)を0.1重量%〜20重量%含有する。即ち、上記非水電解液は、上記の副電解質のうち、 + がLi+である第1副電解質を含有すると共に、 + がK+である第2副電解質と、A + がNa+である第3副電解質とを含有し、さらに上記非水溶媒として、VC及び/又はVECを上記特定量含有している。 In the lithium ion secondary battery of the present invention, the non-aqueous electrolyte contains the main electrolyte, the first sub-electrolyte, the second sub-electrolyte, and the third sub-electrolyte as the electrolyte. As said non-aqueous solvent, 0.1 to 20 weight% of vinylene carbonate (VC) and / or vinylene ethylene carbonate (VEC) are contained. That is, the non-aqueous electrolyte contains the first sub-electrolyte in which A + is Li + among the sub-electrolytes, and the second sub-electrolyte in which A + is K + , and A + is Na +. It contains a third sub electrolyte is further a non-aqueous solvent, and the VC and / or VEC containing the specific amount.

そのため、上記リチウムイオン二次電池においては、上記第1副電解質上記第2副電解質上記第3副電解質、VC、及びVECが電極上で一部分解し、上記正極及び上記負極の表面で安定な被膜等の被覆物を形成することができる。それ故、上記リチウムイオン二次電池においては、充放電を多数回繰り替えし行ってもリチウムイオンの挿入脱離がスムーズに行われ、容量が低下し難く、内部抵抗が上昇し難くなり、上記リチウムイオン二次電池は、優れた耐久性を示すことができる。 Therefore, in the lithium ion secondary battery, the first sub-electrolyte , the second sub-electrolyte , the third sub-electrolyte, VC, and VEC are partially decomposed on the electrode, and are stable on the surfaces of the positive electrode and the negative electrode. A coating such as a simple coating can be formed. Therefore, in the above lithium ion secondary battery, even if charging and discharging are repeated many times, lithium ions are smoothly inserted and desorbed, the capacity is hardly lowered, and the internal resistance is hardly raised. The ion secondary battery can exhibit excellent durability.

次に、本発明の好ましい実施の形態について説明する。
本発明のリチウムイオン二次電池は、正極活物質を含有する正極と、負極活物質を含有する負極と、非水溶媒に電解質を溶解してなる非水電解液とを有する。
上記リチウムイオン二次電池は、上記正極及び負極と、これらの正極と負極との間に狭装されるセパレータと、正極と負極との間でリチウムを移動させる上記非水電解液等を主要構成要素として構成することができる。
Next, a preferred embodiment of the present invention will be described.
The lithium ion secondary battery of the present invention has a positive electrode containing a positive electrode active material, a negative electrode containing a negative electrode active material, and a non-aqueous electrolyte obtained by dissolving an electrolyte in a non-aqueous solvent.
The lithium ion secondary battery mainly comprises the positive electrode and the negative electrode, a separator sandwiched between the positive electrode and the negative electrode, and the non-aqueous electrolyte that moves lithium between the positive electrode and the negative electrode. Can be configured as an element.

正極としては、例えば上記正極活物質に導電材及び結着材を混合し、適当な溶剤を加えてペースト状の正極合材としたものを金属箔製の集電体の表面に塗布乾燥し、必要に応じて電極密度を高めるべく圧縮形成したシート電極等を用いることができる。また、上記正極としては、上記正極合材をプレス成形して得られるペレット電極等を用いることもできる。   As the positive electrode, for example, a conductive material and a binder are mixed with the positive electrode active material, and an appropriate solvent is added to form a paste-like positive electrode mixture on the surface of the current collector made of metal foil, and then dried. If necessary, a sheet electrode or the like formed by compression to increase the electrode density can be used. Moreover, as the positive electrode, a pellet electrode obtained by press-molding the positive electrode mixture can be used.

上記正極活物質としては、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な化合物を用いることができる。具体的には、例えばリチウムマンガン複合酸化物、リチウムコバルト複合酸化物、リチウムニッケル複合酸化物等のリチウム遷移金属複合酸化物を用いることができる。また、例えばリチウム鉄リン酸等のリチウム遷移金属リン酸化合物等を用いることができる。   As the positive electrode active material, a compound capable of inserting and extracting lithium ions can be used. Specifically, for example, lithium transition metal composite oxides such as lithium manganese composite oxide, lithium cobalt composite oxide, and lithium nickel composite oxide can be used. Further, for example, lithium transition metal phosphate compounds such as lithium iron phosphate can be used.

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

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

また、正極集電体の材質としては、アルミニウム、チタン等の金属、又はその合金等を用いることができる。好ましくは、アルミニウム又はその合金を用いることがよい。この場合には、軽量化が図れ、エネルギー密度を向上させることができる。   Moreover, as a material of a positive electrode electrical power collector, metals, such as aluminum and titanium, or its alloy can be used. Preferably, aluminum or an alloy thereof is used. In this case, the weight can be reduced and the energy density can be improved.

次に、負極としては、負極活物質に必要に応じて導電剤や結着剤を混合し、分散材として適当な溶媒を加えてスラリー状にした負極合材を、金属箔製の集電体の表面に塗布、乾燥し、その後に圧縮形成したシート電極等を用いることができる。また、上記負極としては、上記負極合材をプレス成形して得られるペレット電極等を用いることもできる。   Next, as the negative electrode, a negative electrode mixture obtained by mixing a negative electrode active material with a conductive agent and a binder as necessary and adding a suitable solvent as a dispersing agent to form a slurry is used as a current collector made of metal foil. The sheet electrode etc. which apply | coated and dried on the surface of this, and were compression-formed after that can be used. Moreover, as the negative electrode, a pellet electrode obtained by press-molding the negative electrode mixture can be used.

上記負極活物質としては、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な炭素系材料を用いることができる。
上記負極活物質に用いる上記炭素系材料としては、黒鉛、難黒鉛化炭素(ハードカーボン)、易黒鉛化炭素(ソフトカーボン)、及び非晶質炭素等から選ばれる1種以上を用いることができる。
As the negative electrode active material, a carbon-based material capable of inserting and extracting lithium ions can be used.
As the carbon-based material used for the negative electrode active material, one or more selected from graphite, non-graphitizable carbon (hard carbon), graphitizable carbon (soft carbon), amorphous carbon, and the like can be used. .

また、上記正極の場合と同様に、負極活物質に混合する結着剤としては、ポリフッ化ビニリデン等の含フッ素樹脂等を、溶剤としてはN−メチル−2−ピロリドン等の有機溶剤を用いることができる。
また、負極集電体の材質としては、銅、ニッケル、ステンレス等の金属を用いることができる。薄膜等の形状に加工し易く低コストであるという観点から、好ましくは銅がよい。
As in the case of the positive electrode, a fluorine-containing resin such as polyvinylidene fluoride is used as the binder mixed with the negative electrode active material, and an organic solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone is used as the solvent. Can do.
Further, as the material of the negative electrode current collector, metals such as copper, nickel, and stainless steel can be used. From the viewpoint of easy processing into a shape such as a thin film and low cost, copper is preferable.

また、上記セパレーターとしては、例えばポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィンからなる多孔性シート、又は不織布等を用いることができる。   Moreover, as said separator, the porous sheet | seat which consists of polyolefin, such as polyethylene and a polypropylene, or a nonwoven fabric etc. can be used, for example.

次に、上記非水電解液は、上記電解質として、LiPF6、LiClO4、LiBF4、LiAsF6、及びLiSbF6から選ばれる1種以上の主電解質と、一般式(1)で表され、かつAa+がLi+である第1副電解質と、Aa+がK+である第2副電解質a+がNa+である第3副電解質とを含有することができる
上記特定の主電解質は、比較的イオン伝導度が優れ、電気化学的に安定であるため、上記リチウムイオン二次電池の充放電容量を向上させることができる。

Figure 0005124170
{但し、Mは、遷移金属、周期律表のIII族、IV族、又はV族元素、bは1〜3、mは1〜4、nは1〜8、qは0又は1をそれぞれ表し、R1は、C1〜C10のアルキレン、C1〜C10のハロゲン化アルキレン、C6〜C20のアリーレン、又はC6〜C20のハロゲン化アリーレン(これらのアルキレン及びアリーレンはその構造中に置換基、ヘテロ原子を持ってもよく、またm個存在するR1はそれぞれが結合してもよい。)、R2は、ハロゲン、C1〜C10のアルキル、C1〜C10のハロゲン化アルキル、C6〜C20のアリール、C6〜C20のハロゲン化アリール、又はX33(これらのアルキル及びアリールはその構造中に置換基、ヘテロ原子を持ってもよく、またn個存在するR2はそれぞれが結合して環を形成してもよい。)、X1、X2、X3は、O、S、又はNR4、R3、R4は、それぞれが独立で、水素、C1〜C10のアルキル、C1〜C10のハロゲン化アルキル、C6〜C20のアリール、C6〜C20のハロゲン化アリールをそれぞれ示す(これらのアルキル及びアリールはその構造中に置換基、ヘテロ原子を持ってもよく、また複数個存在するR3、R4はそれぞれが結合して環を形成してもよい。)。} Then, the non-aqueous electrolyte as the electrolyte, and one or more primary electrolyte selected from LiPF 6, LiClO 4, LiBF 4 , LiAsF 6, and LiSbF 6, is represented by a general formula (1), A first subelectrolyte in which A a + is Li + , a second subelectrolyte in which A a + is K + , and a third subelectrolyte in which A a + is Na + can be contained.
Since the specific main electrolyte has a relatively excellent ion conductivity and is electrochemically stable, the charge / discharge capacity of the lithium ion secondary battery can be improved.
Figure 0005124170
{However, M is a transition metal, group III, group IV, or group V element of the periodic table, b is 1-3, m is 1-4, n is 1-8, q is 0 or 1 respectively. , R 1 is C 1 -C 10 alkylene, C 1 -C 10 halogenated alkylene, C 6 -C 20 arylene, or C 6 -C 20 halogenated arylene (the alkylene and arylene have the structure) And R 1 may be bonded to each other.), R 2 is halogen, C 1 -C 10 alkyl, C 1 -C 10 Alkyl halides, C 6 -C 20 aryls, C 6 -C 20 aryl halides, or X 3 R 3 (these alkyls and aryls may have substituents, heteroatoms in their structures, the n number R 2 each may combine with each other to form a ring present.), X 1, 2, X 3 is O, S, or NR 4, R 3, R 4 are, each independently, hydrogen, alkyl of C 1 -C 10, alkyl halide C 1 ~C 10, C 6 ~C 20 aryls and C 6 -C 20 aryl halides are shown respectively. (These alkyls and aryls may have a substituent or a hetero atom in the structure, and a plurality of R 3 and R 4 are respectively present. May combine to form a ring. }

上記非水電解液中の上記第1副電解質、上記第2副電解質、及び上記第3副電解質の含有量は、0.01mol/l〜0.3mol/lであることが好ましい(請求項2)。
0.001mol/l未満の場合には、耐久性の向上効果を充分に発揮することが困難になるおそれがある。この理由としては、上記第1〜第3副電解質によって活物質の表面に形成される被膜等の被腹物が充分に形成されないからであると考えられる。一方、10mol%を越える場合には、上記リチウムイオン二次電池の初期放電容量が低下するおそれがある。この理由としては、活物質の表面に形成される被覆物の厚みが必要以上に大きくなるためであると考えられる。なお、上述の0.001mol/l〜10mol/lという含有量は、上記第1副電解質、上記第2副電解質、及び上記第3副電解質の合計量である。より好ましくは、上記非水電解液中の上記第1副電解質、上記第2副電解質、及び上記第3副電解質の含有量は、0.02mol/l〜.0.1mol/lであることがよく、さらに好ましくは、0.04mol/l〜0.08mol/lであることがよい。
The contents of the first sub-electrolyte, the second sub-electrolyte, and the third sub-electrolyte in the non-aqueous electrolyte are preferably 0.01 mol / l to 0.3 mol / l. ).
If it is less than 0.001 mol / l, it may be difficult to sufficiently exhibit the effect of improving the durability. The reason for this is considered to be that an abdomen such as a film formed on the surface of the active material by the first to third subelectrolytes is not sufficiently formed. On the other hand, if it exceeds 10 mol%, the initial discharge capacity of the lithium ion secondary battery may be reduced. This is probably because the thickness of the coating formed on the surface of the active material becomes larger than necessary. The content of 0.001 mol / l to 10 mol / l described above is the total amount of the first sub-electrolyte, the second sub-electrolyte, and the third sub-electrolyte. More preferably, the content of the first sub-electrolyte, the second sub-electrolyte, and the third sub-electrolyte in the non-aqueous electrolyte is 0.02 mol / l to. The amount may be 0.1 mol / l, and more preferably 0.04 mol / l to 0.08 mol / l.

上記一般式(1)において、アニオンの価数bは1〜3である。bが3より大きい場合には、上記第1〜第3副電解質の結晶格子エネルギーが大きくなるため、上記第1〜第3副電解質を上記非水溶媒に溶解させることが困難になる。これを回避するためには、b=1が最も好ましい。   In the said General formula (1), the valence b of an anion is 1-3. When b is larger than 3, the crystal lattice energy of the first to third subelectrolytes is increased, so that it is difficult to dissolve the first to third subelectrolytes in the nonaqueous solvent. In order to avoid this, b = 1 is most preferable.

また、上記一般式(1)で表される上記第1〜第3副電解質は、イオン性金属錯体構造をとっており、その中心となるMは、遷移金属、周期律表のIII族、IV族、又はV族元素から選ばれる。   The first to third sub-electrolytes represented by the general formula (1) have an ionic metal complex structure, and M at the center is a transition metal, group III of the periodic table, IV It is selected from group or V group elements.

上記一般式(1)におけるMは、Al、B、V、Ti、Si、Zr、Ge、Sn、Cu、Y、Zn、Ga、Nb、Ta、Bi、P、As、Sc、Hf、またはSbのいずれかであることが好ましい
この場合には、上記第1〜上記第3副電解質を上記非水溶媒に溶解させることが容易になる。またこの場合には、上記第1〜上記第3副電解質の合成を比較的容易に行うことができる。
M in the general formula (1) is Al, B, V, Ti, Si, Zr, Ge, Sn, Cu, Y, Zn, Ga, Nb, Ta, Bi, P, As, Sc, Hf, or Sb. It is preferable that it is either .
In this case, it becomes easy to dissolve the first to third sub-electrolytes in the non-aqueous solvent. In this case, the first to third subelectrolytes can be synthesized relatively easily.

より好ましくは、上記一般式(1)のMは、Al、B、又はPがよい。この場合には、上記第1〜第3副電解質の合成が容易になることに加えて、毒性を低くすることができ、また、製造コストを低減することができる。   More preferably, M in the general formula (1) is Al, B, or P. In this case, in addition to facilitating the synthesis of the first to third subelectrolytes, the toxicity can be lowered and the manufacturing cost can be reduced.

次に、上記一般式(1)で表される第1〜第3副電解質の配位子の部分について説明する。
以下、本明細書においては上記一般式(1)において、Mに結合している有機又は無機の部分を配位子とよぶ。
Next, the ligand part of the 1st-3rd subelectrolyte represented by the said General formula (1) is demonstrated.
Hereinafter, in the present specification, an organic or inorganic part bonded to M in the general formula (1) is referred to as a ligand.

一般式(1)中のR1は、C1〜C10のアルキレン、C1〜C10のハロゲン化アルキレン、C6〜C20のアリーレン、又はC6〜C20のハロゲン化アリーレンから選ばれるものよりなる。これらのアルキレン及びアリーレンはその構造中に置換基、ヘテロ原子を持ってもよい。具体的には、アルキレン及びアリーレン上の水素の代わりに、ハロゲン、鎖状又は環状のアルキル基、アリール基、アルケニル基、アルコキシ基、アリーロキシ基、スルホニル基、アミノ基、シアノ基、カルボニル基、アシル基、アミド基、水酸基、また、アルキレン及びアリーレン上の炭素の代わりに、窒素、硫黄、酸素が導入された構造を挙げることができる。
さらには、R1が複数存在する場合(q=1、m=2〜4の場合)には、それぞれが結合してもよく、例えばエチレンジアミン四酢酸のような配位子を挙げることもできる。
R 1 in general formula (1) is selected from C 1 -C 10 alkylene, C 1 -C 10 halogenated alkylene, C 6 -C 20 arylene, or C 6 -C 20 halogenated arylene. It consists of things. These alkylene and arylene may have a substituent or a hetero atom in the structure. Specifically, instead of hydrogen on alkylene and arylene, halogen, chain or cyclic alkyl group, aryl group, alkenyl group, alkoxy group, aryloxy group, sulfonyl group, amino group, cyano group, carbonyl group, acyl Examples thereof include a group, an amide group, a hydroxyl group, and a structure in which nitrogen, sulfur, or oxygen is introduced instead of carbon on alkylene and arylene.
Furthermore, when a plurality of R 1 are present (when q = 1 and m = 2 to 4), each may be bonded, and examples thereof include a ligand such as ethylenediaminetetraacetic acid.

2は、ハロゲン、C1〜C10のアルキル、C1〜C10のハロゲン化アルキル、C6〜C20のアリール、C6〜C20のハロゲン化アリール、又はX33から選ばれるものよりなる。これらもR1と同様に、アルキル又はアリールはその構造中に置換基、ヘテロ原子を持ってもよく、またR2が複数個存在する場合(n=2〜8の場合)R2はそれぞれが結合して環を形成してもよい。
好ましくは、R2としては、電子吸引性の基がよく、特にフッ素がよい。この場合には、上記第1〜第3副電解質の溶解度や解離度が向上し、これに伴ってイオン伝導性が向上するという効果を得ることができる。さらにこの場合には、耐酸化性が向上し、これにより副反応の発生を防止することができる。
R 2 is selected from halogen, C 1 -C 10 alkyl, C 1 -C 10 alkyl halide, C 6 -C 20 aryl, C 6 -C 20 aryl halide, or X 3 R 3 It consists of things. Similarly to R 1 , alkyl or aryl may have a substituent or a heteroatom in the structure, and when there are a plurality of R 2 (when n = 2 to 8), each R 2 is They may combine to form a ring.
Preferably, R 2 is an electron-withdrawing group, particularly fluorine. In this case, it is possible to obtain an effect that the solubility and dissociation degree of the first to third subelectrolytes are improved, and the ion conductivity is improved accordingly. Furthermore, in this case, the oxidation resistance is improved, thereby preventing the occurrence of side reactions.

1、X2、X3はそれぞれ独立で、O、S、又はNR4であり、これらのヘテロ原子を介して配位子がMに結合する。ここで、O、S、N以外で結合することが不可能でないが、合成上非常に煩雑なものとなる。上記一般式(1)で表される化合物の特徴として、同一の配位子内におけるX1とX2によるMとの結合があり、これらの配位子はMとキレート構造を形成している。この配位子中の定数qは、0又は1である。q=0の場合には、キレートリングが五員環となり、上記第1〜第3副電解質の錯体構造が安定化する。そのため、この場合には、上記第1〜第3副電解質が上記被覆物の形成以外の副反応を起こすことを防ぐことができる。 X 1 , X 2 , and X 3 are each independently O, S, or NR 4 , and the ligand is bonded to M through these heteroatoms. Here, it is not impossible to combine other than O, S, and N, but the synthesis becomes very complicated. As a feature of the compound represented by the general formula (1), there is a bond between X 1 and M by X 2 in the same ligand, and these ligands form a chelate structure with M. . The constant q in this ligand is 0 or 1. When q = 0, the chelate ring becomes a five-membered ring, and the complex structure of the first to third subelectrolytes is stabilized. Therefore, in this case, the first to third subelectrolytes can be prevented from causing side reactions other than the formation of the coating.

3、R4は、それぞれが独立で、水素、C1〜C10のアルキル、C1〜C10のハロゲン化アルキル、C6〜C20のアリール、C6〜C20のハロゲン化アリールであり、これらのアルキル及びアリールはその構造中に置換基、ヘテロ原子を持ってもよく、またR3、R4が複数個存在する場合には、それぞれが結合して環を形成してもよい。 R 3 and R 4 are each independently hydrogen, C 1 to C 10 alkyl, C 1 to C 10 alkyl halide, C 6 to C 20 aryl, or C 6 to C 20 aryl halide. These alkyls and aryls may have a substituent or a heteroatom in the structure, and when a plurality of R 3 and R 4 are present, each may be bonded to form a ring. .

また、上述した配位子の数に関係する定数m及びnは、中心のMの種類によって決まってくるものであるが、mは1〜4、nは0〜8である。
また、上述のR1、R2、R3、R4において、C1〜C10は炭素数が1〜10であることを示し、C6〜C20は炭素数が6〜20であることを示す。
The constants m and n related to the number of ligands described above are determined by the type of M at the center, and m is 1 to 4 and n is 0 to 8.
It in R 1, R 2, R 3 , R 4 described above, C 1 -C 10 indicates 1 to 10 carbon atoms, C 6 -C 20 is 6 to 20 carbon atoms Indicates.

上記一般式(1)で表される物質としては、具体的には例えば下記の式(2)〜式(4)で表される物質(但し、A+はLi+、K+、又はNa+である)がある。

Figure 0005124170
Figure 0005124170
Figure 0005124170
Specific examples of the substance represented by the general formula (1) include substances represented by the following formulas (2) to (4) (provided that A + is Li + , K + , or Na +). Is).
Figure 0005124170
Figure 0005124170
Figure 0005124170

好ましく、上記一般式(1)は、上記式(2)であることがよい(請求項)。
この場合には、上記第1〜第3副電解質の溶解度や解離度が向上し、上記非水電解液のイオン伝導度を向上させることができる。さらにこの場合には、耐酸化性を向上させることができる。また、上記式(2)で表される化合物においては、構造中のキレートリングが対象に配置されているため、錯体構造が安定化する。そのためこの場合には、上記副電解質は、より一層電池特性を向上させる効果を発揮することができる。
Preferably, the above-mentioned general formula (1), the better it is the formula (2) (claim 3).
In this case, the solubility and dissociation degree of the first to third subelectrolytes can be improved, and the ionic conductivity of the non-aqueous electrolyte can be improved. Furthermore, in this case, oxidation resistance can be improved. In addition, in the compound represented by the above formula (2), the complex structure is stabilized because the chelate ring in the structure is disposed. Therefore, in this case, the sub-electrolyte can exhibit an effect of further improving battery characteristics.

上記非水溶媒としては、非プロトン性有機溶媒を用いることができる。具体的には非水溶媒の主成分として、例えばエチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)等の環状カーボネート類、ジエチルカーボネート(DEC)、エチルメチルカーボネート(EMC)等の鎖状カーボネート、γ-ブチルラクトン(GBL)、γ-バレロラクトン(GVL)等のラクトン類、アセトニトリル等のニトリル類、酢酸メチル、ギ酸メチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル等のエステル類、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン等のエーテル類、ジメチルホルムアミド等のアミド類等を用いることができる。これらは単独で用いることもできるが、二種以上を混合して用いることもできる。   As the non-aqueous solvent, an aprotic organic solvent can be used. Specifically, as the main component of the non-aqueous solvent, for example, cyclic carbonates such as ethylene carbonate (EC) and propylene carbonate (PC), chain carbonates such as diethyl carbonate (DEC) and ethyl methyl carbonate (EMC), γ- Lactones such as butyl lactone (GBL) and γ-valerolactone (GVL), nitriles such as acetonitrile, esters such as methyl acetate, methyl formate, methyl propionate, ethyl propionate, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1 , 4-dioxane, 1,2-dimethoxyethane, ethers such as 1,2-diethoxyethane, amides such as dimethylformamide, and the like can be used. These can be used alone, or two or more kinds can be mixed and used.

また、本発明において、上記非水溶媒は、ビニレンカーボネート(VC)及び/又はビニレンエチレンカーボネート(VEC)を0.1重量%〜20重量%含有する。
非水溶媒中のVC及びVECの含有量が0.1重量%未満の場合には、耐久性の向上効果を充分に発揮することができなくなるおそれがある。一方、20重量%を越える場合には、電池の内部抵抗が大きくなり、電池容量が低下するおそれがある。
なお、VCとVECとの両方を含有する場合には、その合計量を0.1重量%〜20重量%という範囲にすることができる。
より好ましくは、VC及びVECの含有量は1〜10重量%がよい。
In the present invention, the non-aqueous solvent contains 0.1% to 20% by weight of vinylene carbonate (VC) and / or vinylene ethylene carbonate (VEC).
If the contents of VC and VEC in the non-aqueous solvent are less than 0.1% by weight, the durability improving effect may not be sufficiently exhibited. On the other hand, if it exceeds 20% by weight, the internal resistance of the battery is increased, and the battery capacity may be reduced.
In addition, when it contains both VC and VEC, the total amount can be made into the range of 0.1 weight%-20 weight%.
More preferably, the content of VC and VEC is 1 to 10% by weight.

(実施例1)
次に、本発明のリチウムイオン二次電池の実施例につき、図1を用いて説明する。
本例においては、電解液の組成が異なる13種類のリチウムイオン二次電池(電池E1〜電池E7及び電池C1〜電池C6)を作製し、その電池特性(耐久性)を評価する。
まず、電池E1を作製する。
図1に示すごとく、本例のリチウムイオン二次電池(電池E1)は、円筒型の電池1である。リチウムイオン二次電池1は、正極2、負極3、セパレータ4、ガスケット59、及び電池ケース6等よりなっている。電池ケース6は、18650型の円筒形状の電池ケースであり、キャップ63及び外装缶65よりなる。電池ケース6内には、シート状の正極2及び負極3が、該正極2及び負極3の間に挟んだセパレータ4と共に捲回した状態で配置されている。
Example 1
Next, an embodiment of the lithium ion secondary battery of the present invention will be described with reference to FIG.
In this example, 13 types of lithium ion secondary batteries (battery E1 to battery E7 and battery C1 to battery C6) having different compositions of the electrolytic solution are produced, and the battery characteristics (durability) are evaluated.
First, the battery E1 is produced.
As shown in FIG. 1, the lithium ion secondary battery (battery E <b> 1) of this example is a cylindrical battery 1. The lithium ion secondary battery 1 includes a positive electrode 2, a negative electrode 3, a separator 4, a gasket 59, a battery case 6, and the like. The battery case 6 is a 18650-type cylindrical battery case, and includes a cap 63 and an outer can 65. In the battery case 6, a sheet-like positive electrode 2 and a negative electrode 3 are arranged in a wound state together with a separator 4 sandwiched between the positive electrode 2 and the negative electrode 3.

正極2は、正極活物質として層状構造のリチウムニッケル複合酸化物を含有する。本例においては、リチウムニッケル複合酸化物としてCoとAlを含有するLiNi0.8Co0.15Al0.052を用いた。
また、負極3は、負極活物質として人造黒鉛を含有する。
The positive electrode 2 contains a lithium nickel composite oxide having a layered structure as a positive electrode active material. In this example, LiNi 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2 containing Co and Al was used as the lithium nickel composite oxide.
The negative electrode 3 contains artificial graphite as a negative electrode active material.

正極2及び負極3には、それぞれ正極集電リード23及び負極集電リード33が熔接により設けられている。正極集電リード23は、キャップ63側に配置された正極集電タブ235に熔接により接続されている。また、負極集電リード33は、外装缶65の底に配置された負極集電タブ335に熔接により接続されている。   The positive electrode 2 and the negative electrode 3 are respectively provided with a positive electrode current collecting lead 23 and a negative electrode current collecting lead 33 by welding. The positive electrode current collector lead 23 is connected to the positive electrode current collector tab 235 disposed on the cap 63 side by welding. Further, the negative electrode current collecting lead 33 is connected by welding to a negative electrode current collecting tab 335 disposed on the bottom of the outer can 65.

電池ケース6の内部には、非水電解液が注入されている。
非水電解液としては、エチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)とからなる混合溶媒にさらにビニレンカーボネート(VC)とビニルエチレンカーボネート(VEC)とを添加してなる非水溶媒に、主電解質(LiPF6)と、第1〜第3副電解質とを混合してなる電解液を含有する。
A non-aqueous electrolyte is injected into the battery case 6.
As the non-aqueous electrolyte, the main electrolyte is a non-aqueous solvent obtained by further adding vinylene carbonate (VC) and vinyl ethylene carbonate (VEC) to a mixed solvent composed of ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC). An electrolytic solution obtained by mixing (LiPF 6 ) and the first to third sub-electrolytes is contained.

上記第1〜第3副電解質としては、下記の式(2)で表される物質を用いた。

Figure 0005124170
As said 1st-3rd subelectrolyte, the material represented by following formula (2) was used.
Figure 0005124170

以下、本例のリチウムイオン二次電池(試料E1)の製造方法につき、説明する。
まず、以下のようにして、上記非水電解液(試料e1)を作製した。
即ち、まずエチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)とを3:7という体積比で混合し、混合溶媒(EC/DEC)を作製した。次いで、この混合溶媒96wt%に、ビニレンカーボネート(VC)2wt%とビニルエチレンカーボネート(VEC)2wt%とを添加して非水溶媒を得た。次いで、主電解質としてLiPF6、第1副電解質として(LiPF2(C24)2)、第2副電解質として(KPF2(C24)2)、第3副電解質として(NaPF2(C24)2)をそれぞれ準備し、これらを非水電解液に溶解して非水電解液を作製した。このとき、主電解質の濃度が1M、第1副電解質の濃度が0.02M、第3副電解質の濃度が0.02M、第3副電解質の濃度が0.02Mとなるように、各電解質を溶解した。このようにして得られた非水電解液を試料e1とする。試料e1の組成を表1に示す。
Hereinafter, the manufacturing method of the lithium ion secondary battery (sample E1) of this example will be described.
First, the nonaqueous electrolyte solution (sample e1) was produced as follows.
That is, first, ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) were mixed at a volume ratio of 3: 7 to prepare a mixed solvent (EC / DEC). Next, vinylene carbonate (VC) 2 wt% and vinyl ethylene carbonate (VEC) 2 wt% were added to the mixed solvent 96 wt% to obtain a non-aqueous solvent. Next, LiPF 6 as the main electrolyte, (LiPF 2 (C 2 O 4 ) 2 ) as the first sub-electrolyte, (KPF 2 (C 2 O 4 ) 2 ) as the second sub-electrolyte, and (NaPF 2 ) as the third sub-electrolyte (C 2 O 4 ) 2 ) was prepared and dissolved in a non-aqueous electrolyte to prepare a non-aqueous electrolyte. At this time, each electrolyte is adjusted so that the concentration of the main electrolyte is 1M, the concentration of the first sub-electrolyte is 0.02M, the concentration of the third sub-electrolyte is 0.02M, and the concentration of the third sub-electrolyte is 0.02M. Dissolved. The nonaqueous electrolytic solution thus obtained is designated as sample e1. Table 1 shows the composition of sample e1.

次に、以下のようにして、正極2及び負極3を作製した。
正極2の作製にあたっては、まず正極活物質として、LiNi0.8Co0.15Al0.052を準備した。この正極活物質と、導電助剤としてのカーボンブラックと、バインダーとしてのポリフッ化ビニリデンとを混合し、分散材としてのN−メチル−2−ピロリドンを適量添加し、分散させてスラリー状の正極合材を作製した。正極活物質と導電助剤とバインダーの混合比は、重量比で、正極活物質:導電助剤:バインダー=85:10:5とした。
Next, the positive electrode 2 and the negative electrode 3 were produced as follows.
In preparing the positive electrode 2, first, LiNi 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2 was prepared as a positive electrode active material. This positive electrode active material, carbon black as a conductive additive, and polyvinylidene fluoride as a binder are mixed, and an appropriate amount of N-methyl-2-pyrrolidone as a dispersing agent is added and dispersed to form a slurry-like positive electrode composite. A material was prepared. The mixing ratio of the positive electrode active material, the conductive assistant and the binder was a weight ratio of positive electrode active material: conductive auxiliary agent: binder = 85: 10: 5.

次いで、上記のようにして得られた正極合材を、厚さ20μmのアルミニウム箔集電体の両面にコーターにより塗布し、乾燥させた。その後、ロールプレスで高密度化し、52mm幅×450mm長の形状に切り出し、シート状の正極2を作製した。なお、正極活物質の付着量は、片面当り7.0mg/cm2程度とした。 Next, the positive electrode mixture obtained as described above was applied to both surfaces of an aluminum foil current collector having a thickness of 20 μm by a coater and dried. Then, it densified with the roll press, cut out in the shape of 52 mm width x 450 mm length, and produced the sheet-like positive electrode 2. The amount of positive electrode active material deposited was about 7.0 mg / cm 2 per side.

一方、負極3の作製にあたっては、まず、負極活物質として人造黒鉛を準備した。この負極活物質と、バインダーとしてのポリフッ化ビニリデンとを混合し、分散材としてN−メチル−2−ピロリドンを適量添加し、分散させてスラリー状の負極合材を得た。負極活物質とバインダーとの混合比は、重量比で、負極活物質:バインダー=95:5とした。   On the other hand, in producing the negative electrode 3, first, artificial graphite was prepared as a negative electrode active material. This negative electrode active material and polyvinylidene fluoride as a binder were mixed, and an appropriate amount of N-methyl-2-pyrrolidone was added as a dispersing agent and dispersed to obtain a slurry-like negative electrode mixture. The mixing ratio of the negative electrode active material and the binder was a weight ratio of negative electrode active material: binder = 95: 5.

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

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

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

次に、電池ケース6内に上記のようにして準備した非水電解液(試料e1)を含浸させた。そしてキャップ63の内側にガスケット59を配置すると共に、このキャップ63を外装缶65の開口部に配置した。続いて、キャップ63にかしめ加工を施すことにより電池ケース6を密閉し、リチウムイオン二次電池1を作製した。これを電池E1とした。   Next, the battery case 6 was impregnated with the nonaqueous electrolyte solution (sample e1) prepared as described above. A gasket 59 is disposed inside the cap 63, and the cap 63 is disposed in the opening of the outer can 65. Subsequently, the battery case 6 was sealed by caulking the cap 63, and the lithium ion secondary battery 1 was produced. This was designated as battery E1.

また、本例において、上記電池E1とは、非水電解液の組成が異なる12種類のリチウムイオン二次電池(電池E2〜電池E7及び電池C1〜電池C6)をさらに作製した。各電池(電池E2〜電池E7及び電池C1〜電池C6)は、それぞれ組成が異なる12種類の非水電解液(試料e2〜試料e7及び試料c1〜試料c6)を用いた点を除いては、電池E1と同様にして作製した。
試料e2〜試料e5及び試料c1〜試料c6は、第1副電解質、第2副電解質、第3副電解質、VC、及びVECの含有量を試料e1とは変えて作製した非水電解液である。その組成を表1に示す。
In this example, 12 types of lithium ion secondary batteries (battery E2 to battery E7 and battery C1 to battery C6) having a different composition of the non-aqueous electrolyte from the battery E1 were further produced. Each battery (battery E2-battery E7 and battery C1-battery C6), except that 12 types of non-aqueous electrolytes (sample e2-sample e7 and sample c1-sample c6) having different compositions were used, It was produced in the same manner as the battery E1.
Samples e2 to e5 and samples c1 to c6 are non-aqueous electrolytes prepared by changing the contents of the first sub-electrolyte, the second sub-electrolyte, the third sub-electrolyte, VC, and VEC from those of the sample e1. . The composition is shown in Table 1.

また、試料e6においては、上記第1〜第3副電解質として、下記の式(3)で表される物質を用いた。

Figure 0005124170
Moreover, in the sample e6, the substance represented by the following formula (3) was used as the first to third subelectrolytes.
Figure 0005124170

また、試料e7においては、上記第1〜第3副電解質として、下記の式(4)で表される物質を用いた。

Figure 0005124170
Moreover, in the sample e7, the substance represented by the following formula (4) was used as the first to third subelectrolytes.
Figure 0005124170

Figure 0005124170
Figure 0005124170

次に、上記のようにして作製した13種類のリチウムイオン二次電池(電池E1〜電池E7及び電池C1〜電池C6)について、下記の充放電サイクル試験を行って、試験前後の容量維持率及び抵抗上昇率を調べた。
「充放電サイクル試験」
電池の実使用温度範囲の上限と目される60℃の温度条件下で、各電池(電池E1〜電池E7及び電池C1〜電池C6)を、電流密度2mA/cm2の定電流で、充電上限電圧4.1Vまで充電し、次いで電流密度2mA/cm2の定電流で放電下限電圧3.0Vまで放電を行う充放電を1サイクルとし、このサイクルを合計1000サイクル行った。
Next, for the 13 types of lithium ion secondary batteries (battery E1 to battery E7 and battery C1 to battery C6) produced as described above, the following charge / discharge cycle test was performed, and the capacity retention rate before and after the test was determined. The resistance increase rate was examined.
"Charge / discharge cycle test"
Each battery (battery E1 to battery E7 and battery C1 to battery C6) is charged at a constant current density of 2 mA / cm 2 under a temperature condition of 60 ° C., which is regarded as the upper limit of the actual use temperature range of the battery. Charging / discharging for charging to a voltage of 4.1 V and then discharging to a discharge lower limit voltage of 3.0 V at a constant current of a current density of 2 mA / cm 2 was defined as one cycle, and this cycle was performed for a total of 1000 cycles.

「容量維持率」
充放電サイクル試験前後に、各電池の放電電流値(mA)を測定し、この放電電流値に放電に要した時間(hr)を乗じて得られた値を、電池内の正極活物質の重量(g)で除することにより放電容量を算出した。そして、充放電サイクル試験前の放電容量を容量A(初期容量)、充放電サイクル試験後の放電容量を容量Bとしたとき、下記の式(a)により容量維持率を算出した。その結果を表2に示す。なお、表2には、容量維持率と共に充放電サイクル試験前の放電容量(初期容量)を示す。
容量維持率(%)=容量B/容量A×100 ・・・・(a)
"Capacity maintenance rate"
Before and after the charge / discharge cycle test, the discharge current value (mA) of each battery was measured, and the value obtained by multiplying this discharge current value by the time (hr) required for discharge was calculated as the weight of the positive electrode active material in the battery. The discharge capacity was calculated by dividing by (g). Then, when the discharge capacity before the charge / discharge cycle test was capacity A (initial capacity) and the discharge capacity after the charge / discharge cycle test was capacity B, the capacity retention rate was calculated by the following equation (a). The results are shown in Table 2. Table 2 shows the discharge capacity (initial capacity) before the charge / discharge cycle test together with the capacity maintenance rate.
Capacity maintenance rate (%) = capacity B / capacity A × 100 (a)

「抵抗上昇率」
各電池を20℃の温度条件で電池容量の50%(SOC=50%)に調整し、0.5A、1A、2A、3A、5Aの電流を流して10秒後の電池電圧を測定した。流した電流と電圧とを直線近似し、その傾きからIV抵抗(電池の内部抵抗)を求めた。
抵抗上昇率は、充放電試験後のIV抵抗を抵抗B、充放電試験前のIV抵抗を抵抗A(初期IV抵抗)とすると、下記の式(b)にて算出することができる。その結果を表2に示す。なお、表2には、抵抗上昇率と共に、充放電サイクル試験前の抵抗値(初期抵抗)を示す。
抵抗上昇率(%)=(抵抗B−抵抗A)×100/抵抗A ・・・・(b)
“Rise in resistance”
Each battery was adjusted to 50% (SOC = 50%) of the battery capacity under a temperature condition of 20 ° C., and a battery voltage after 10 seconds was measured by flowing a current of 0.5A, 1A, 2A, 3A, and 5A. The flowing current and voltage were linearly approximated, and the IV resistance (battery internal resistance) was determined from the slope.
The rate of increase in resistance can be calculated by the following equation (b), where IV resistance after the charge / discharge test is resistance B and IV resistance before the charge / discharge test is resistance A (initial IV resistance). The results are shown in Table 2. Table 2 shows the resistance value (initial resistance) before the charge / discharge cycle test together with the rate of increase in resistance.
Resistance increase rate (%) = (resistance B−resistance A) × 100 / resistance A (b)

Figure 0005124170
Figure 0005124170

表2より知られるごとく、第1副電解質と、第2副電解質及び/又は第3副電解質とを含有し、VC及び/又はVECを含有する非水電解液(試料e1〜試料e7)を用いたリチウムイオン二次電池(電池E1〜電池E7)は、1000サイクルという長期間のサイクル試験においても、容量維持率が高く、かつ抵抗上昇率が小さかった。即ち、電池E1〜電池E7は、優れた耐久性を示した。
これに対し、副電解質を含有しない非水電解液(試料c1及び試料c6)を用いた電池C1及び電池C6、第1〜第3副電解質のいずれか一つだけを含有する非水電解液(試料c3〜試料c5)を用いた電池C3〜電池C5、VC及びVECを含有しない非水電解液(試料c2)を用いた電池C2は、特に抵抗上昇率が電池E1〜電池E7に比べて非常に増大していた。そのため、充放電サイクルに対する耐久性が不十分であることが分かる。
As is known from Table 2, a non-aqueous electrolyte (sample e1 to sample e7) containing a first sub-electrolyte, a second sub-electrolyte and / or a third sub-electrolyte and containing VC and / or VEC is used. The lithium ion secondary batteries (battery E1 to battery E7) had a high capacity retention rate and a small resistance increase rate even in a long-term cycle test of 1000 cycles. That is, the batteries E1 to E7 showed excellent durability.
On the other hand, the non-aqueous electrolyte containing only one of the battery C1 and the battery C6 using the non-aqueous electrolyte (sample c1 and sample c6) not containing the sub-electrolyte, and the first to third sub-electrolytes ( Batteries C3 to C5 using samples c3 to c5), and batteries C2 using a nonaqueous electrolyte solution (sample c2) that does not contain VC and VEC, in particular, have a much higher resistance increase rate than the batteries E1 to E7. It had increased to. Therefore, it turns out that the durability with respect to the charge / discharge cycle is insufficient.

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

符号の説明Explanation of symbols

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

Claims (3)

リチウムイオンを吸蔵・放出可能な化合物からなる正極活物質を含む正極と、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な炭素系材料からなる負極活物質を含有する負極と、非水溶媒中に電解質を溶解してなる非水電解液とを少なくとも備えたリチウムイオン二次電池において、
上記非水電解液は、上記電解質として、LiPF 6 からなる主電解質と、下記の式(2)〜(4)のいずれかで表され、かつA+がLi+である第1副電解質と、A+がK+である第2副電解質と、+がNa+である第3副電解質とを含有し、
上記非水溶媒は、ビニレンカーボネート(VC)及び/又はビニレンエチレンカーボネート(VEC)を0.1重量%〜20重量%含有することを特徴とするリチウムイオン二次電池。
Figure 0005124170
Figure 0005124170
Figure 0005124170
A positive electrode containing a positive electrode active material made of a compound capable of occluding and releasing lithium ions, a negative electrode containing a negative electrode active material made of a carbon-based material capable of occluding and releasing lithium ions, and an electrolyte dissolved in a non-aqueous solvent In a lithium ion secondary battery comprising at least a nonaqueous electrolyte solution,
The non-aqueous electrolyte includes, as the electrolyte , a main electrolyte composed of LiPF 6 , a first sub-electrolyte represented by any of the following formulas (2) to (4) , and A + being Li + : A second subelectrolyte in which A + is K + and a third subelectrolyte in which A + is Na +
The said non-aqueous solvent contains 0.1 to 20 weight% of vinylene carbonate (VC) and / or vinylene ethylene carbonate (VEC), The lithium ion secondary battery characterized by the above-mentioned.
Figure 0005124170
Figure 0005124170
Figure 0005124170
請求項1において、上記非水電解液中の上記第1副電解質、上記第2副電解質、及び上記第3副電解質の含有量は、0.01mol/l〜0.3mol/lであることを特徴とするリチウムイオン二次電池。   2. The content of the first sub-electrolyte, the second sub-electrolyte, and the third sub-electrolyte in the non-aqueous electrolyte solution according to claim 1 is 0.01 mol / l to 0.3 mol / l. A featured lithium ion secondary battery. 請求項1又は2において、上記第1〜第3副電解質は、下記の式(2)であることを特徴とするリチウムイオン二次電池。
Figure 0005124170
3. The lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the first to third sub-electrolytes are represented by the following formula (2).
Figure 0005124170
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