JP5125029B2 - battery - Google Patents

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Description

本発明は、ケイ素(Si)およびスズ(Sn)の少なくとも一方を含む負極を備えた電池に関する。   The present invention relates to a battery including a negative electrode containing at least one of silicon (Si) and tin (Sn).

近年、携帯電話やノートパソコンなどの携帯用電子機器(情報端末機器)の小型軽量化が著しい。それに伴い、それら携帯情報端末機器の駆動用電源についても、軽量化および高出力化の研究開発が盛んに行われている。とりわけ、リチウム化合物を活物質とするリチウムイオン二次電池は、軽量、高電圧、高エネルギー密度等の特徴を有することから、上記の駆動用電源として幅広く実用化されている。   In recent years, portable electronic devices (information terminal devices) such as mobile phones and notebook computers have been remarkably reduced in size and weight. Along with this, research and development for reducing the weight and increasing the output of the power source for driving these portable information terminal devices has been actively conducted. In particular, lithium ion secondary batteries using a lithium compound as an active material have features such as light weight, high voltage, and high energy density, and thus have been widely put into practical use as the driving power source.

最近では、携帯用電子機器の高性能化に伴い、二次電池のさら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理論容量が大きいケイ素やスズなどを用いることが検討されている。ケイ素の理論容量4199mAh/gは、黒鉛の理論容量372mAh/gに比べて格段に大きいため、容量の向上を期待できるからである。特に、ケイ素の薄膜を集電体上に形成した負極は、リチウム(Li)の吸蔵および放出による負極活物質の微粉化がなく、比較的大きな放電容量を保持できる。   Recently, with the improvement in performance of portable electronic devices, there has been a demand for further improvement in the capacity of secondary batteries, and it is considered to use silicon or tin with a large theoretical capacity instead of carbon materials as the negative electrode active material. Has been. This is because the theoretical capacity of silicon, 4199 mAh / g, is much larger than the theoretical capacity of graphite, 372 mAh / g, so that an improvement in capacity can be expected. In particular, a negative electrode in which a silicon thin film is formed on a current collector can maintain a relatively large discharge capacity without pulverization of the negative electrode active material due to insertion and extraction of lithium (Li).

一般に、リチウムイオン二次電池の電解液としては、エチレンカーボネート(EC)やプロピレンカーボネート(PC)などの環状炭酸エステル類の有機溶媒が多く用いられる。これらの溶媒は、高誘電率溶媒であることから支持電解質としてのリチウム塩を容易に溶解可能であるうえ、広い電位窓を有することにより高電位での安定性確保に有利なものである。しかし、炭酸エステル類の有機溶媒は、比較的高い粘度を有することから、効率的なイオンの移送に不利である。そのうえ、融点も高く、低温で固化するおそれがある。そのため、通常はジメチルカーボネート(DMC)などの低粘度の鎖状炭酸エステルを混合させて用いる。   In general, an organic solvent such as cyclic carbonates such as ethylene carbonate (EC) and propylene carbonate (PC) is often used as an electrolytic solution for a lithium ion secondary battery. Since these solvents are high dielectric constant solvents, they can easily dissolve the lithium salt as the supporting electrolyte, and have a wide potential window, which is advantageous for ensuring stability at a high potential. However, the organic solvent of carbonic acid esters has a relatively high viscosity, which is disadvantageous for efficient ion transfer. Moreover, it has a high melting point and may solidify at a low temperature. For this reason, a low-viscosity chain carbonate such as dimethyl carbonate (DMC) is usually used in combination.

また、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)などの不飽和結合を有する環状炭酸エステルを電解液に添加することにより、充放電時における溶媒の分解が抑制され、サイクル特性が向上することが知られている。これは、電池の初回充電時に不飽和環状炭酸エステルが還元分解されることにより、電極表面に安定な被膜が形成されるので、電極と溶媒分子との接触が妨げられ、結果として溶媒の分解が抑制されるためと考えられている。   In addition, by adding a cyclic carbonate having an unsaturated bond such as vinylene carbonate (VC) or vinyl ethylene carbonate (VEC) to the electrolyte, decomposition of the solvent during charging and discharging is suppressed, and cycle characteristics are improved. It has been known. This is because, when the battery is charged for the first time, the unsaturated cyclic carbonate is reduced and decomposed, so that a stable film is formed on the surface of the electrode, which prevents contact between the electrode and solvent molecules, resulting in decomposition of the solvent. It is thought to be suppressed.

さらに、有機溶媒と比較して揮発しにくく高い電気伝導度を有し、かつ、引火点の高い常温溶融塩を電解液に添加することで、高性能かつ高安全性を図るようにした電池の開発が進められている(例えば特許文献1〜3参照)。
特開2003−331918号公報 特開2005−183195号公報 特開2001−351681号公報
Furthermore, by adding a room temperature molten salt that has a high electrical conductivity that is less volatile than organic solvents and that has a high flash point, the battery is designed to achieve high performance and high safety. Development is underway (see, for example, Patent Documents 1 to 3).
JP 2003-331918 A JP 2005-183195 A JP 2001-351681 A

しかしながら、最近では、携帯型電子機器の需要の増大に伴って輸送時あるいは使用時などに高温状況下に置かれることが多くなり、そうした状況下での電池特性の低下が問題となってきている。これは、温度が高くなることでリチウム塩の一部が分解し、遊離酸が発生することで自己放電が生じてしまうためと考えられている。そのため、常温での特性向上のみならず、高温での特性の向上も課題となっている。   However, recently, with the increase in demand for portable electronic devices, they are often placed under high temperature conditions during transportation or use, and deterioration of battery characteristics under such conditions has become a problem. . This is considered to be because a part of the lithium salt decomposes as the temperature increases, and a free acid is generated, resulting in self-discharge. Therefore, not only improvement of characteristics at room temperature but also improvement of characteristics at high temperature is a problem.

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、高容量であり、かつ優れた高温特性を発現することのできる電池を提供することにある。   The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a battery that has a high capacity and can exhibit excellent high-temperature characteristics.

本発明の電池は、正極および負極と共に電解液を備えており、負極が負極活物質としてケイ素(Si)およびスズ(Sn)の少なくとも一方を含み、電解液がジフルオロエチレンカーボネートを有する溶媒と共に常温溶融塩を含むものである。電解液中の常温溶融塩は、少なくとも1つのヘテロ原子を有する五員環または六員環の環状カチオンと、(CF3SO22-,(CF3CF2SO22)N-,PF6 -,BF4 -のうちの少なくとも1種を有するアニオンとを含むものである。
環状カチオンは、1−メチル−3−n−ブチルイミダゾリウムイオン、1,2−ジメチルピロリニウムイオン、1-メチル−2−n−ブチルピラゾリウムイオン、1−メチル−1−n−プロピルピペリジニウムイオン、1−n−ブチル−4−メチルピリジニウムイオン、1−エチルピリダジニウムイオン、1−n−プロピルピリミジニウムイオン、1−エチルピラジニウムイオン、2,3−ジメチルチアゾリウムイオンのうちの少なくとも1種を含むものである。
The battery of the present invention includes an electrolyte solution together with a positive electrode and a negative electrode, the negative electrode includes at least one of silicon (Si) and tin (Sn) as a negative electrode active material, and the electrolyte solution melts at room temperature together with a solvent having difluoroethylene carbonate. It contains salt. The ambient temperature molten salt in the electrolyte includes a five-membered or six-membered cyclic cation having at least one hetero atom, (CF 3 SO 2 ) 2 N , (CF 3 CF 2 SO 2 ) 2 ) N −. , PF 6 , BF 4 and an anion having at least one of them.
The cyclic cation includes 1-methyl-3-n-butylimidazolium ion, 1,2-dimethylpyrrolium ion, 1-methyl-2-n-butylpyrazolium ion, 1-methyl-1-n-propylpiperidin Of 1-n-butyl-4-methylpyridinium ion, 1-ethylpyridazinium ion, 1-n-propylpyrimidinium ion, 1-ethylpyrazinium ion, 2,3-dimethylthiazolium ion It contains at least one kind.

本発明の電池では、ケイ素およびスズの少なくとも一方を含む負極を有することから、黒鉛からなる負極の場合よりも大きな容量が確保されると共に、電解液中の常温溶融塩に含まれる所定の環状カチオンおよびアニオンにより、高温環境下での電解液の分解反応が抑制される。   Since the battery of the present invention has a negative electrode containing at least one of silicon and tin, a larger capacity than that of the negative electrode made of graphite is ensured, and a predetermined cyclic cation contained in the room temperature molten salt in the electrolytic solution And the decomposition reaction of the electrolyte solution under a high temperature environment is suppressed by the anion.

本発明の電池によれば、負極活物質としてケイ素およびスズの少なくとも一方を含むようにし、所定の環状カチオンと、(CF3SO22-,(CF3CF2SO22)N-,PF6 -,BF4 -のうちの少なくとも1種を有するアニオンとを含む常温溶融塩を電解液に加えるようにしたので、高容量かつ優れた高温特性を実現することができる。 According to the battery of the present invention, the negative electrode active material includes at least one of silicon and tin, and a predetermined cyclic cation, (CF 3 SO 2 ) 2 N , (CF 3 CF 2 SO 2 ) 2 ) N -, PF 6 -, BF 4 - since as added to the electrolyte ambient temperature molten salt comprising an anion having at least one of, it is possible to realize a high capacity and excellent high-temperature characteristics.

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.

図1は本発明の一実施の形態としての二次電池1の構成を表すものである。この二次電池1は、いわゆるコイン型といわれるものであり、外装カップ5に収容された負極4と、外装缶3の内に収容された正極2とが、セパレータ6を介して積層されたものである。   FIG. 1 shows a configuration of a secondary battery 1 as an embodiment of the present invention. This secondary battery 1 is a so-called coin-type battery, in which a negative electrode 4 accommodated in an exterior cup 5 and a positive electrode 2 accommodated in an exterior can 3 are stacked via a separator 6. It is.

外装カップ5および外装缶3の周縁部は絶縁性のガスケット7を介してかしめることにより密閉されている。ガスケット7と負極4および正極2との間には液状の電解質である電解液8が満たされている。電解液8は、セパレータ6にも含浸されている。外装カップ5は、例えばステンレス,アルミニウムあるいは表面にニッケルめっきが施された鉄などの金属によりそれぞれ構成されている。外装カップ5は、負極4を収容するシャーレ状の容器であり、二次電池1の外部負極となる。   The peripheral portions of the outer cup 5 and the outer can 3 are sealed by caulking through an insulating gasket 7. Between the gasket 7, the negative electrode 4 and the positive electrode 2, an electrolytic solution 8 which is a liquid electrolyte is filled. The electrolytic solution 8 is also impregnated in the separator 6. The exterior cup 5 is made of, for example, a metal such as stainless steel, aluminum, or iron whose surface is nickel-plated. The exterior cup 5 is a petri dish-like container that accommodates the negative electrode 4 and serves as an external negative electrode of the secondary battery 1.

外装缶3は、正極2を収容する底の浅い皿状、いわゆるシャーレ状の形状であり、二次電池1の外部正極となる。外装缶3は、例えば、ステンレス,アルミニウム、あるいは収納される正極2側からアルミニウム,ステンレス,ニッケルが厚み方向に順次積層された積層構造の金属などにより構成されている。   The outer can 3 has a shallow dish shape that accommodates the positive electrode 2, a so-called petri dish shape, and serves as an external positive electrode of the secondary battery 1. The outer can 3 is made of, for example, stainless steel, aluminum, or a metal having a laminated structure in which aluminum, stainless steel, and nickel are sequentially laminated in the thickness direction from the side of the accommodated positive electrode 2.

負極4は、例えば、負極集電体11に負極活物質層12が設けられた構造を有している。負極集電体11は、例えば、銅箔,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。   The negative electrode 4 has, for example, a structure in which a negative electrode current collector 11 is provided with a negative electrode active material layer 12. The negative electrode current collector 11 is made of, for example, a metal foil such as a copper foil, a nickel foil, or a stainless steel foil.

負極活物質層12は、負極活物質として、電極反応物質であるリチウム(Li)を吸蔵および放出することが可能な負極材料を含んでいる。なお、負極活物質層12は、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やスチレンブタジエンゴムなどのバインダーを含んでいてもよい。リチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料は、ケイ素およびスズのうちの少なくとも一方を含むものである。ケイ素およびスズ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。特にケイ素は、理論容量がより大きいので好ましい。ケイ素またはスズは、単体で含まれていても、合金で含まれていても、化合物で含まれていてもよく、それらの2種以上が混在した状態で含まれていてもよい。具体的には、MrSi,MsSn,MtSi2 ,MuSn2(MはSi,Sn以外の一種以上の元素であり、r,s,t,uは0以上の数値である。)の化学式で示されるSiB4 ,SiB6 ,Mg2 Si,Mg2 Sn,Ni2 Si,TiSi2 ,MoSi2 ,NiSi2 ,CaSi2 ,CrSi2 ,Cu5 Si,FeSi2 ,MnSi2 ,NbSi2 ,TaSi2 ,VSi2 ,WSi2 ,ZnSi2 などのケイ素化合物およびスズ化合物が挙げられる。またケイ素またはスズを含有した酸化化合物、窒素化化合物、または炭化化合物として、例えばSiC,Si3 4 ,Si2 2 O,SiOv (0<v≦2),SnOw (0<w≦2),LiSiO,LiSnOなどが挙げられる。さらに、ケイ素の合金としては、例えば、ケイ素以外に、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。スズの合金としては、例えば、スズ以外に、ケイ素,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。 The negative electrode active material layer 12 includes a negative electrode material capable of inserting and extracting lithium (Li) as an electrode reactant as a negative electrode active material. The negative electrode active material layer 12 may include a conductive material such as a carbon material and a binder such as polyvinylidene fluoride or styrene butadiene rubber as necessary. The negative electrode material capable of inserting and extracting lithium contains at least one of silicon and tin. Silicon and tin have a large ability to occlude and release lithium, and a high energy density can be obtained. In particular, silicon is preferable because of its larger theoretical capacity. Silicon or tin may be contained as a simple substance, as an alloy, as a compound, or as a mixture of two or more thereof. Specifically, M r Si, M s Sn , M t Si 2, M u Sn 2 (M is Si, is one or more elements other than Sn, r, s, t, u is 0 or more numeric SiB 4 , SiB 6 , Mg 2 Si, Mg 2 Sn, Ni 2 Si, TiSi 2 , MoSi 2 , NiSi 2 , CaSi 2 , CrSi 2 , Cu 5 Si, FeSi 2 , MnSi 2 , NbSi 2 , TaSi 2 , VSi 2 , WSi 2 , ZnSi 2 and other silicon compounds and tin compounds. Further, as oxide compounds, nitrogen compounds, or carbonized compounds containing silicon or tin, for example, SiC, Si 3 N 4 , Si 2 N 2 O, SiO v (0 <v ≦ 2), SnO w (0 <w ≦) 2), LiSiO, LiSnO and the like. Furthermore, as an alloy of silicon, for example, at least one selected from the group consisting of tin, nickel, copper, iron, cobalt, manganese, zinc, indium, silver, titanium, germanium, bismuth, antimony and chromium in addition to silicon The thing containing is mentioned. Examples of the tin alloy include, in addition to tin, at least one selected from the group consisting of silicon, nickel, copper, iron, cobalt, manganese, zinc, indium, silver, titanium, germanium, bismuth, antimony, and chromium. Things.

負極活物質層12は、例えば、気相法,液相法,焼成法および溶射法からなる群のうちの1種以上の方法により少なくとも一部が形成されたものであることが好ましく、それらの2種以上を組み合わせて形成されたものでもよい。具体的には、例えばメカニカルアロイニング法,メルトスピニング法,ガスアトマイズ法,水アトマイズ法などが挙げられる。充放電に伴う負極活物質層12の膨張・収縮による破壊を抑制することができると共に、負極集電体11と負極活物質層12とを一体化することができ、負極活物質層12における電子伝導性を向上させることができるからである。なお、「焼成法」というのは、活物質を含む粉末とバインダーとを混合し成形した層を、非酸化性雰囲気下等で熱処理することにより、熱処理前よりも体積密度が高く、より緻密な層を形成する方法を意味する。   The negative electrode active material layer 12 is preferably formed at least partly by, for example, one or more methods selected from the group consisting of a vapor phase method, a liquid phase method, a firing method, and a thermal spray method. It may be formed by combining two or more. Specific examples include a mechanical alloying method, a melt spinning method, a gas atomizing method, and a water atomizing method. Breakage due to expansion / contraction of the negative electrode active material layer 12 due to charge / discharge can be suppressed, the negative electrode current collector 11 and the negative electrode active material layer 12 can be integrated, and electrons in the negative electrode active material layer 12 can be integrated. This is because the conductivity can be improved. Note that the “firing method” means that a layer formed by mixing a powder containing an active material and a binder is heat-treated in a non-oxidizing atmosphere or the like, so that the volume density is higher than that before the heat treatment and the denser. It means the method of forming a layer.

負極活物質層12は、また、負極集電体11との界面の少なくとも一部において負極集電体11と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11の構成元素が負極活物質層12に、または負極活物質層12の構成元素が負極集電体11に、またはそれらが互いに拡散していることが好ましい。密着性を向上させることができ、負極活物質層12が膨張収縮により負極集電体11から脱落してしまうことを抑制することができるからである。   The negative electrode active material layer 12 is preferably alloyed with the negative electrode current collector 11 at least at a part of the interface with the negative electrode current collector 11. Specifically, the constituent elements of the negative electrode current collector 11 are diffused in the negative electrode active material layer 12, the constituent elements of the negative electrode active material layer 12 are diffused in the negative electrode current collector 11, or they are mutually diffused at the interface. preferable. This is because the adhesion can be improved and the negative electrode active material layer 12 can be prevented from falling off the negative electrode current collector 11 due to expansion and contraction.

正極2は、例えば、正極集電体10と、正極集電体10に設けられた正極活物質層9とを有しており、正極活物質層9の側が負極活物質層12と対向するように配置されている。正極集電体10は、例えば、網状または箔状のアルミニウム,ニッケルあるいはステンレスなどにより構成されている。   The positive electrode 2 includes, for example, a positive electrode current collector 10 and a positive electrode active material layer 9 provided on the positive electrode current collector 10 such that the positive electrode active material layer 9 side faces the negative electrode active material layer 12. Is arranged. The positive electrode current collector 10 is made of, for example, net-like or foil-like aluminum, nickel, or stainless steel.

正極活物質層9は、例えば、正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バインダーを含んでいてもよい。リチウムを吸蔵および放出することが可能な正極材料としては、例えば、一般式Lix MIO2 で表されるリチウム含有金属複合酸化物などが好ましい。リチウム含有金属複合酸化物は、高電圧を発生可能であると共に、高密度であるため、二次電池1のさらなる高容量化を図ることができるからである。なお、MIは1種類以上の遷移金属であり、例えばコバルトおよびニッケルのうちの少なくとも一方が好ましい。xは二次電池1の充放電状態によって異なり、通常0.05≦x≦1.10の範囲内の値である。このようなリチウム含有金属複合酸化物の具体例としては、LiCoO2 ,LiNiO2 、あるいは、Lix Niy Co1-y 2 (x、yは二次電池1の充放電状態によって異なり、通常0<x<1、0.7<y<1.02である。)などが挙げられる。その他の正極材料としては、TiS2 ,MoS2 ,NbSe2 ,V2 5 等のリチウムを含有しない金属硫化物、金属酸化物、ポリアニリンなどの特定のポリマーあるいは、LiMn2 4 等で示されるスピネル型リチウム・マンガン複合酸化物などが挙げられる。 The positive electrode active material layer 9 includes, for example, any 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 the like as necessary. A binder such as polyvinylidene fluoride may be included. As a positive electrode material capable of inserting and extracting lithium, for example, a lithium-containing metal composite oxide represented by the general formula Li x MIO 2 is preferable. This is because the lithium-containing metal composite oxide can generate a high voltage and has a high density, so that the secondary battery 1 can be further increased in capacity. MI is one or more kinds of transition metals, and for example, at least one of cobalt and nickel is preferable. x varies depending on the charge / discharge state of the secondary battery 1 and is usually a value in the range of 0.05 ≦ x ≦ 1.10. Specific examples of such a lithium-containing metal composite oxide include LiCoO 2 , LiNiO 2 , or Li x Ni y Co 1-y O 2 (x and y differ depending on the charge / discharge state of the secondary battery 1, 0 <x <1, 0.7 <y <1.02.). Other positive electrode materials include specific polymers such as TiS 2 , MoS 2 , NbSe 2 , V 2 O 5 and other lithium-free metal sulfides, metal oxides, polyaniline, or LiMn 2 O 4. Examples include spinel-type lithium / manganese composite oxides.

なお、正極2は、例えば、正極材料と導電材とバインダーとを混合して合剤を調製し、この合剤をN−メチル−2−ピロリドンなどの分散媒に分散させて合剤スラリーを作製し、この合剤スラリーを金属箔よりなる正極集電体10に塗布し乾燥させたのち、圧縮成型し正極活物質層9を形成することにより作製することができる。   The positive electrode 2 is prepared, for example, by mixing a positive electrode material, a conductive material, and a binder to prepare a mixture, and dispersing the mixture in a dispersion medium such as N-methyl-2-pyrrolidone to produce a mixture slurry. The mixture slurry can be applied to the positive electrode current collector 10 made of a metal foil, dried, and then compression molded to form the positive electrode active material layer 9.

セパレータ6は、負極4と正極2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6は、例えば微少な孔を多数有する微多孔性膜を備えるものである。微多孔性膜は、孔の平均孔径が5μm以下程度の微孔を多数有する樹脂膜が好ましい。また、セパレータ6の材質は、例えば従来の電池に使用されてきたものを利用することが可能であり、そのなかでも、ショート防止効果に優れ、且つシャットダウン効果による電池の安全性向上が可能なポリプロピレンやポリエチレンなどのポリオレフィン系樹脂が好ましい。またセパレータ6は、例えばその厚みが5μm以上、50μm以下の範囲であると共に、その全体積中における空隙体積の比率を表す空孔率が20%以上、60%以下の範囲であるものがより好ましい。このようなセパレータ6を用いることにより、製造歩留まり、出力特性、サイクル特性、安全性に優れた二次電池1を得ることができる。   The separator 6 separates the negative electrode 4 and the positive electrode 2 and allows lithium ions to pass through while preventing a short circuit of current due to contact between both electrodes. The separator 6 includes, for example, a microporous film having many fine pores. The microporous membrane is preferably a resin membrane having a large number of micropores having an average pore diameter of about 5 μm or less. Moreover, the material of the separator 6 can utilize what was used for the conventional battery, for example, Among these, the polypropylene which is excellent in the short-circuit prevention effect and can improve the safety | security of the battery by the shutdown effect. Polyolefin resins such as polyethylene and polyethylene are preferred. The separator 6 has a thickness in the range of, for example, 5 μm or more and 50 μm or less, and more preferably has a porosity representing a void volume ratio in the entire volume of 20% or more and 60% or less. . By using such a separator 6, the secondary battery 1 excellent in manufacturing yield, output characteristics, cycle characteristics, and safety can be obtained.

セパレータ6には、既に述べたように電解液8が含浸されている。この電解液8は、溶媒としてのジフルオロエチレンカーボネートと常温溶融塩とを有する溶液と、この溶液に溶解された電解質塩としてのリチウム塩とを含んでおり、必要に応じて添加剤を含んでいてもよい。   As described above, the separator 6 is impregnated with the electrolytic solution 8. The electrolytic solution 8 includes a solution having difluoroethylene carbonate as a solvent and a room temperature molten salt, and a lithium salt as an electrolyte salt dissolved in the solution, and includes an additive as necessary. Also good.

電解液8は、ジフルオロエチレンカーボネートと常温溶融塩とを含有することで高温での分解反応が抑制され、安定性が向上する。特に、溶液中のジフルオロエチレンカーボネートの濃度を0.01質量%以上50質量%以下、より好ましくは30質量%以上40質量%以下とすると、電極表面上に良質な被膜が形成され、電解液8の分解反応が十分に抑制される。なお、ジフルオロエチレンカーボネートとしては、例えば4,5−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンを用いることができる。4,5−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンは、シス異性体またはトランス異性体のいずれであってもよく、あるいはそれらが混在していてもよい。   The electrolytic solution 8 contains difluoroethylene carbonate and a room temperature molten salt, so that the decomposition reaction at a high temperature is suppressed and the stability is improved. In particular, when the concentration of difluoroethylene carbonate in the solution is 0.01% by mass or more and 50% by mass or less, more preferably 30% by mass or more and 40% by mass or less, a good-quality film is formed on the electrode surface, and the electrolytic solution 8 The decomposition reaction of is sufficiently suppressed. As difluoroethylene carbonate, for example, 4,5-difluoro-1,3-dioxolan-2-one can be used. 4,5-Difluoro-1,3-dioxolan-2-one may be either a cis isomer or a trans isomer, or a mixture thereof.

常温溶融塩は、少なくとも1つのヘテロ原子を有する五員環または六員環の環状カチオンと共に、(CF3SO22-,(CF3CF2SO22)N-,PF6 -,BF4 -のうちの少なくとも1種を有するアニオンを含んでいる。ここでいう環状カチオンは、化1に示したイミダゾリウムカチオン,化2に示したピロリニウムカチオン,化3に示したピラゾリウムカチオン,化4に示したピロリジニウムカチオン,化5に示したピペリジニウムカチオン,化6に示したピリジニウムカチオン,化7に示したピリダジニウムカチオン,化8に示したピリミジニウムカチオン,化9に示したピラジニウムカチオン,化10に示したチアゾリウムカチオンのうちの少なくとも1種を含むものである。 The room temperature molten salt has (CF 3 SO 2 ) 2 N , (CF 3 CF 2 SO 2 ) 2 ) N , PF 6 together with a 5- or 6-membered cyclic cation having at least one heteroatom. , BF 4 - includes anions having at least one of. The cyclic cation here is the imidazolium cation shown in Chemical formula 1, the pyrrolium cation shown in Chemical formula 2, the pyrazolium cation shown in Chemical formula 3, the pyrrolidinium cation shown in Chemical formula 4, and the chemical formula 5. Piperidinium cation, pyridinium cation shown in Chemical formula 6, pyridazinium cation shown in Chemical formula 7, pyrimidinium cation shown in Chemical formula 8, pyrazinium cation shown in Chemical formula 9, thia shown in Chemical formula 10 It contains at least one of zolium cations.

Figure 0005125029
(R1,R3は炭素数が1から5の炭化水素基であり、R2は水素原子または炭素数が1から5の炭化水素基のいずれかである。)
Figure 0005125029
(R4は水素原子または炭素数が1から5の炭化水素基であり、R5は炭素数が1から5の炭化水素基である。)
Figure 0005125029
(R6は水素原子または炭素数が1から5の炭化水素基であり、R7は炭素数が1から5の炭化水素基である。)
Figure 0005125029
(R8,R9は炭素数が1から5の炭化水素基である。)
Figure 0005125029
(R10,R11は炭素数が1から5の炭化水素基である。)
Figure 0005125029
(R12,R13は水素原子または炭素数が1から5の炭化水素基である。)
Figure 0005125029
(R14,R15は水素原子または炭素数が1から5の炭化水素基である。)
Figure 0005125029
(R16,R17は水素原子または炭素数が1から5の炭化水素基である。)
Figure 0005125029
(R18,R19は水素原子または炭素数が1から5の炭化水素基である。)
Figure 0005125029
(R20は炭素数が1から5の炭化水素基であり、R21は水素原子または炭素数が1から5の炭化水素基である。)
Figure 0005125029
(R1 and R3 are hydrocarbon groups having 1 to 5 carbon atoms, and R2 is either a hydrogen atom or a hydrocarbon group having 1 to 5 carbon atoms.)
Figure 0005125029
(R4 is a hydrogen atom or a hydrocarbon group having 1 to 5 carbon atoms, and R5 is a hydrocarbon group having 1 to 5 carbon atoms.)
Figure 0005125029
(R6 is a hydrogen atom or a hydrocarbon group having 1 to 5 carbon atoms, and R7 is a hydrocarbon group having 1 to 5 carbon atoms.)
Figure 0005125029
(R8 and R9 are hydrocarbon groups having 1 to 5 carbon atoms.)
Figure 0005125029
(R10 and R11 are hydrocarbon groups having 1 to 5 carbon atoms.)
Figure 0005125029
(R12 and R13 are a hydrogen atom or a hydrocarbon group having 1 to 5 carbon atoms.)
Figure 0005125029
(R14 and R15 are hydrogen atoms or hydrocarbon groups having 1 to 5 carbon atoms.)
Figure 0005125029
(R16 and R17 are a hydrogen atom or a hydrocarbon group having 1 to 5 carbon atoms.)
Figure 0005125029
(R18 and R19 are hydrogen atoms or hydrocarbon groups having 1 to 5 carbon atoms.)
Figure 0005125029
(R20 is a hydrocarbon group having 1 to 5 carbon atoms, and R21 is a hydrogen atom or a hydrocarbon group having 1 to 5 carbon atoms.)

溶媒としては、上記のほか、例えばエチレンカーボネート,プロピレンカーボネート,ジメチルカーボネート,ジエチルカーボネート,エチルメチルカーボネートなどの炭酸エステルのうちのいずれか1種または2種以上を含むようにしてもよい。   As the solvent, in addition to the above, for example, one or more of carbonic acid esters such as ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and ethyl methyl carbonate may be included.

リチウム塩としては、例えばヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF6 ),テトラフルオロホウ酸リチウム(LiBF4 ),過塩素酸リチウム(LiClO4 ),ヘキサフルオロヒ酸リチウム(LiAsF6 ),トリフルオロメタンスルホン酸リチウム(CF3 SO3 Li),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)などが挙げられる。上記のうちのいずれか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。 Examples of lithium salts include lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ), lithium perchlorate (LiClO 4 ), lithium hexafluoroarsenate (LiAsF 6 ), and lithium trifluoromethanesulfonate. (CF 3 SO 3 Li), bis (trifluoromethanesulfonyl) imidolithium ((CF 3 SO 2 ) 2 NLi), tris (trifluoromethanesulfonyl) methyllithium ((CF 3 SO 2 ) 3 CLi), and the like. Any one of the above may be used alone, or two or more may be mixed and used.

この二次電池1を製造するにあたっては、例えば負極4、ジフルオロエチレンカーボネートと共に所定の常温溶融塩を含む電解液8が含浸されたセパレータ6および正極2を積層して、外装カップ5と外装缶3との中に入れ、必要に応じて電解液8を追加注入したのち、それらをかしめるようにする。   In manufacturing the secondary battery 1, for example, a negative electrode 4, a separator 6 impregnated with an electrolyte solution 8 containing a predetermined room temperature molten salt together with difluoroethylene carbonate, and a positive electrode 2 are laminated, and an outer cup 5 and an outer can 3 are laminated. And injecting the electrolyte solution 8 as necessary, and then caulking them.

この二次電池1では、充電を行うと、例えば、正極2からリチウムイオンが放出され、電解液8を介して負極4に吸蔵される。放電を行うと、例えば、負極4からリチウムイオンが放出され、電解液8を介して正極2に吸蔵される。   In the secondary battery 1, when charged, for example, lithium ions are extracted from the positive electrode 2 and inserted in the negative electrode 4 through the electrolytic solution 8. When discharging is performed, for example, lithium ions are extracted from the negative electrode 4 and inserted into the positive electrode 2 through the electrolytic solution 8.

このように本実施の形態によれば、ケイ素およびスズの少なくとも一方を含む負極とすることで、より大きな電池容量を確保することができる。さらに、ジフルオロエチレンカーボネートを含む電解液8に、所定の環状カチオンおよびアニオンを含む常温溶融塩を加えるようにしたので、常温のみならず高温においても電解液8の電気伝導率が向上し、より高いイオン伝導性を得ることができると共に、電極表面に形成される被膜の効果により電解液8の分解反応が抑制され、優れたサイクル特性を得ることができる。   Thus, according to the present embodiment, a larger battery capacity can be ensured by using a negative electrode containing at least one of silicon and tin. Furthermore, since the room temperature molten salt containing a predetermined cyclic cation and anion is added to the electrolytic solution 8 containing difluoroethylene carbonate, the electrical conductivity of the electrolytic solution 8 is improved not only at the normal temperature but also at a high temperature. Ion conductivity can be obtained, and the decomposition reaction of the electrolyte solution 8 is suppressed by the effect of the film formed on the electrode surface, so that excellent cycle characteristics can be obtained.

さらに、本発明の具体的な実施例について詳細に説明する。
(実施例1−1〜1−12)
本実施例では、上記実施の形態において説明した二次電池1を以下の要領で作製した。
Further, specific examples of the present invention will be described in detail.
(Examples 1-1 to 1-12)
In this example, the secondary battery 1 described in the above embodiment was manufactured in the following manner.

まず、厚み15μmの銅箔よりなる負極集電体11の上に電子ビーム蒸着法によりケイ素、あるいはスズよりなる厚み5μmの負極活物質層12を成膜した。そののち、直径16mmのペレットに打ち抜き、負極4を作製した。その際、ケイ素、あるいはスズによる充電容量が正極2の充電容量よりも大きくなるように、リチウム・コバルト複合酸化物とケイ素またはスズとの量を調節し、充電の途中で負極4にリチウム金属が析出しないようにした。そののち、負極活物質層12が形成された負極集電体11を直径16mmの円形に打ち抜き作製した。   First, a negative electrode active material layer 12 having a thickness of 5 μm made of silicon or tin was formed on the negative electrode current collector 11 made of a copper foil having a thickness of 15 μm by an electron beam evaporation method. After that, the negative electrode 4 was produced by punching into a pellet having a diameter of 16 mm. At that time, the amount of lithium-cobalt composite oxide and silicon or tin is adjusted so that the charge capacity of silicon or tin is larger than the charge capacity of the positive electrode 2, and lithium metal is added to the negative electrode 4 during the charge. It was made not to precipitate. After that, the negative electrode current collector 11 on which the negative electrode active material layer 12 was formed was punched into a circle having a diameter of 16 mm.

また、炭酸リチウム(Li2CO3)と炭酸コバルト(CoCO3)とを、Li2CO3:CoCO3=0.5:1(モル比)の割合で混合し、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94質量部と、導電剤であるグラファイト3質量部と、結着剤である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、溶剤であるN−メチル−2−ピロリドンに分散させて正極合剤スラリーを作製した。続いて、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10に塗布し乾燥させたのち圧縮成型して正極活物質層9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2を作製した。 Further, lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) and cobalt carbonate (CoCO 3 ) are mixed at a ratio of Li 2 CO 3 : CoCO 3 = 0.5: 1 (molar ratio), and 5 ° C. at 900 ° C. in the air. After firing for a time, lithium-cobalt composite oxide (LiCoO 2 ) as a positive electrode active material was obtained. Next, 94 parts by mass of this lithium-cobalt composite oxide, 3 parts by mass of graphite as a conductive agent, 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 some N-methyl-2-pyrrolidone. Subsequently, the positive electrode mixture slurry was applied to a positive electrode current collector 10 made of an aluminum foil having a thickness of 20 μm, dried, and then compression molded to form the positive electrode active material layer 9. After that, the positive electrode 2 was produced by punching into a pellet having a diameter of 15.5 mm.

続いて、上述のように作製した正極2と負極4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6を介して外装缶3に載置し、その上から所定の成分を有する電解液8を注入したのち、外装カップ5を被せてかしめることにより密閉した。電解液8には、後出の表1に示したように実施例ごと組成を変化させた溶媒と常温溶融塩との混合物(すなわち溶液)に、電解質塩としてLiPF6 を1mol/dm3の濃度で溶解させたものを用いた。 Subsequently, the positive electrode 2 and the negative electrode 4 produced as described above were placed on the outer can 3 via the separator 6 made of a microporous polypropylene film, and an electrolytic solution 8 having a predetermined component was injected thereon. After that, the outer cup 5 was covered and caulked. As shown in Table 1 below, the electrolyte solution 8 was prepared by mixing LiPF 6 as an electrolyte salt at a concentration of 1 mol / dm 3 in a mixture (that is, a solution) of a solvent and a room temperature molten salt whose composition was changed according to each example. What was dissolved in was used.

具体的には、ジフルオロエチレンカーボネート(DFEC)およびジメチルカーボネート(DMC)からなる溶媒と、以下の化11(1)〜化11(10)に示した環状カチオンおよびイミドアニオン((CF3SO22-)からなる常温溶融塩とを用意し、それらの組成を変化させるようにした。ここで、化11(1)は1−メチル−3−n−ブチルイミダゾリウムイオンであり、化11(2)は1,2−ジメチルピロリニウムイオンであり、化11(3)は1-メチル−2−n−ブチルピラゾリウムイオンであり、化11(4)は1−エチル−1−メチルピロリジニウムイオンであり、化11(5)は1−メチル−1−n−プロピルピペリジニウムイオンであり、化11(6)は1−n−ブチル−4−メチルピリジニウムイオンであり、化11(7)は1−エチルピリダジニウムイオンであり、化11(8)は1−n−プロピルピリミジニウムイオンであり、化11(9)は1−エチルピラジニウムイオンであり、化11(10)は2,3−ジメチルチアゾリウムイオンである。 Specifically, a solvent comprising difluoroethylene carbonate (DFEC) and dimethyl carbonate (DMC), a cyclic cation and an imide anion ((CF 3 SO 2 ) shown in the following chemical formulas 11 (1) to 11 (10) 2 N ) and room temperature molten salt were prepared, and their composition was changed. Here, chemical formula 11 (1) is 1-methyl-3-n-butylimidazolium ion, chemical formula 11 (2) is 1,2-dimethylpyrrolium ion, and chemical formula 11 (3) is 1-methyl. 2-n-butylpyrazolium ion, wherein 11 (4) is 1-ethyl-1-methylpyrrolidinium ion and 11 (5) is 1-methyl-1-n-propylpiperidinium ion Chemical formula 11 (6) is 1-n-butyl-4-methylpyridinium ion, chemical formula 11 (7) is 1-ethylpyridazinium ion, chemical formula 11 (8) is 1-n-propylpyridium ion. It is a midinium ion, chemical formula 11 (9) is a 1-ethylpyrazinium ion, chemical formula 11 (10) is a 2,3-dimethylthiazolium ion.

Figure 0005125029
Figure 0005125029

また、実施例1−1〜1−12に対する比較例1−1〜1−9としての二次電池を以下のように作製した。まず、比較例1−1の二次電池を、炭酸エチレン(EC)およびジメチルカーボネート(DMC)のみからなる溶媒を用いたことを除き、他は実施例1−1〜1−12と同様にして作製した。また、比較例1−2および比較例1−3の二次電池を、溶媒に化11〜化20に示した環状カチオンを含む常温溶融塩をいずれも添加せずに、他は実施例1−1〜1−12と同様にして作製した。さらに、比較例1−4〜1−9としての二次電池を、溶媒としてジフルオロエチレンカーボネート(DFEC)を使用せず、代わりに炭酸エチレン(EC)、フルオロエチレンカーボネート(FEC)、または炭酸プロピレン(PC)を添加したことを除き、他は実施例1−1〜1−9と同様にして作製した。なお、実施例1−1〜1−12、比較例1−1〜1−9に用いた負極4の構成材料、溶液の組成および組成比(質量%)は表1に示したとおりである。表1において、化I〜化Xは、それぞれ化11(1)〜化11(10)で示した環状カチオンを含む常温溶融塩を表す。   Moreover, the secondary battery as Comparative Examples 1-1 to 1-9 with respect to Examples 1-1 to 1-12 was produced as follows. First, the secondary battery of Comparative Example 1-1 was the same as Examples 1-1 to 1-12 except that a solvent consisting only of ethylene carbonate (EC) and dimethyl carbonate (DMC) was used. Produced. Further, in the secondary batteries of Comparative Example 1-2 and Comparative Example 1-3, none of the room temperature molten salts containing the cyclic cations shown in Chemical Formulas 11 to 20 was added to the solvent, and the other Example 1- It produced similarly to 1-1-12. Further, in the secondary batteries as Comparative Examples 1-4 to 1-9, difluoroethylene carbonate (DFEC) was not used as a solvent. Instead, ethylene carbonate (EC), fluoroethylene carbonate (FEC), or propylene carbonate ( Except for the addition of (PC), the others were produced in the same manner as in Examples 1-1 to 1-9. In addition, the constituent material of the negative electrode 4 used in Examples 1-1 to 1-12 and Comparative Examples 1-1 to 1-9, the composition of the solution, and the composition ratio (% by mass) are as shown in Table 1. In Table 1, Chemical Formula I to Chemical Formula X represent room temperature molten salts containing the cyclic cations represented by Chemical Formula 11 (1) to Chemical Formula 11 (10), respectively.

作製した実施例1−1〜1−12および比較例1−1〜1−9の二次電池について、充放電試験を行い、高温保存特性および高温サイクル特性を調べた。高温保存特性は、23℃で充放電を2サイクル繰り返し、再び充電して60℃の恒温槽に30日間放置したのち、再び23℃で放電を行い、その保存前の放電容量に対する保存後の放電容量の割合、すなわち(保存後の放電容量/保存前の放電容量値)×100から求めた。なお、保存前の放電容量は2サイクル目の放電容量であり、保存後の放電容量は保存直後の放電容量、すなわち全体では3サイクル目の放電容量である。   For the fabricated secondary batteries of Examples 1-1 to 1-12 and Comparative Examples 1-1 to 1-9, a charge / discharge test was performed to examine high-temperature storage characteristics and high-temperature cycle characteristics. The high-temperature storage characteristics include two cycles of charging and discharging at 23 ° C., charging again and leaving it in a constant temperature bath at 60 ° C. for 30 days, then discharging again at 23 ° C. and discharging after storage with respect to the discharge capacity before storage. It was determined from the ratio of capacity, that is, (discharge capacity after storage / discharge capacity value before storage) × 100. The discharge capacity before storage is the discharge capacity at the second cycle, and the discharge capacity after storage is the discharge capacity immediately after storage, that is, the discharge capacity at the third cycle as a whole.

また、高温サイクル特性は、23℃で充放電を2サイクル繰り返したのち、60℃の恒温槽中において充放電を100サイクル繰り返し、23℃における2サイクル目の放電容量に対する60℃における100サイクル目の放電容量の割合、すなわち(60℃における100サイクル目の放電容量/23℃における2サイクル目の放電容量値)×100から求めた。得られた結果を表1に示す。   The high-temperature cycle characteristics are as follows. After charging and discharging at 23 ° C. for 2 cycles, charging and discharging are repeated for 100 cycles in a constant temperature bath at 60 ° C. It was determined from the ratio of the discharge capacity, that is, (discharge capacity at 100th cycle at 60 ° C./discharge capacity value at the second cycle at 23 ° C.) × 100. The obtained results are shown in Table 1.

なお、充放電はいずれも同一の条件とし、充電は、1mA の定電流で電池電圧が4.2Vに達するまで行ったのち、4.2Vの定電圧で電流が0.02mAに達するまで行い、放電は、1mAの定電流で電池電圧が3Vに達するまで行った。 In addition, charge and discharge are all under the same conditions, and charge is 1 mA. Until the battery voltage reaches 4.2V at a constant current of 4.2V, then until the current reaches 0.02mA at a constant voltage of 4.2V, and discharge is performed until the battery voltage reaches 3V at a constant current of 1mA. It was.

Figure 0005125029
Figure 0005125029

表1に示したように、ジフルオロエチレンカーボネート(DFEC)と、常温溶融塩(化11(1)〜化11(10)のいずれかの環状カチオンを含む)との双方を加えるようにした実施例1−1〜1−12によれば、それらのいずれか一方が欠けている比較例1−2〜1−9や、いずれをも含まない比較例1−1と比較して、高温保存特性および高温サイクル特性を共に向上させることができた。   As shown in Table 1, an example in which both difluoroethylene carbonate (DFEC) and a room temperature molten salt (including any cyclic cation of Chemical Formula 11 (1) to Chemical Formula 11 (10)) was added. According to 1-1 to 1-12, compared with Comparative Examples 1-2 to 1-9 lacking any one of them or Comparative Example 1-1 not including any of them, the high temperature storage characteristics and Both high-temperature cycle characteristics could be improved.

また、実施例1−1〜1−4と比較例1−2,1−3との比較により、負極材料としてケイ素を用いた場合およびスズを用いた場合のいずれであっても、ジフルオロエチレンカーボネートおよび常温溶融塩の添加効果が得られることがわかった。   In addition, according to the comparison between Examples 1-1 to 1-4 and Comparative Examples 1-2 and 1-3, difluoroethylene carbonate was used regardless of whether silicon was used as the negative electrode material or tin was used. It was also found that the effect of adding room temperature molten salt can be obtained.

以上のことから、リチウムを吸蔵および放出可能な負極活物質として、ケイ素あるいはスズの単体,合金または化合物を用いる場合において、電解液がジフルオロエチレンカーボネートと共に所定の常温溶融塩を含むようにすると、優れた高温特性を発現する二次電池の実現が可能であることがわかった。
(実施例2−1〜2−5)
実施例1−1〜1−12と同様にして二次電池1を作製した。その際、負極材料としてケイ素を用いた。また電解液における溶液の組成比は、以下の表2に示したように変化させた。実施例2−1〜2−5の二次電池1についても、実施例1−1〜1−12と同様にして充放電試験を行い、高温保存特性および高温サイクル特性を調べた。その結果を実施例1−1および比較例1−5とあわせて表2に示す。
From the above, when using a simple substance, alloy or compound of silicon or tin as a negative electrode active material capable of occluding and releasing lithium, it is excellent if the electrolyte contains a predetermined room temperature molten salt together with difluoroethylene carbonate. It was found that a secondary battery exhibiting high temperature characteristics can be realized.
(Examples 2-1 to 2-5)
Secondary battery 1 was produced in the same manner as in Examples 1-1 to 1-12. At that time, silicon was used as a negative electrode material. Further, the composition ratio of the solution in the electrolytic solution was changed as shown in Table 2 below. For the secondary batteries 1 of Examples 2-1 to 2-5, charge and discharge tests were performed in the same manner as in Examples 1-1 to 1-12, and high temperature storage characteristics and high temperature cycle characteristics were examined. The results are shown in Table 2 together with Example 1-1 and Comparative Example 1-5.

Figure 0005125029
Figure 0005125029

表2に示したように、実施例2−1〜2−5、実施例1−1および比較例1−5によれば、ジフルオロエチレンカーボネートの含有率が溶液全体の0.01質量%以上50質量%以下であれば、ジフルオロエチレンカーボネートを含まない比較例1−5よりも高い高温保存特性および高温サイクル特性を示すことがわかった。特に、30質量%以上40質量%以下において、より優れた高温特性が得られることがわかった。   As shown in Table 2, according to Examples 2-1 to 2-5, Example 1-1, and Comparative Example 1-5, the content of difluoroethylene carbonate is 0.01% by mass or more to 50% of the entire solution. It was found that the high temperature storage characteristics and the high temperature cycle characteristics higher than those of Comparative Example 1-5 containing no difluoroethylene carbonate were obtained when the content was less than or equal to mass%. In particular, it was found that more excellent high temperature characteristics can be obtained at 30% by mass or more and 40% by mass or less.

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、本発明は上記実施の形態および実施例に限定されるものではなく、種々変形可能である。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、ナトリウムあるいはカリウム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、負極活物質としては、例えば上記実施の形態と同様のものなどを用いることができる。   Although the present invention has been described with reference to the embodiments and examples, the present invention is not limited to the above embodiments and examples, and various modifications can be made. In the above embodiments and examples, a battery using lithium as an electrode reactant has been described. However, other alkali metals such as sodium or potassium, alkaline earth metals such as magnesium or calcium, or other light metals such as aluminum The present invention can also be applied to the case where is used. In that case, as a negative electrode active material, the thing similar to the said embodiment etc. can be used, for example.

また、上記実施の形態および実施例では、コイン型の二次電池について説明したが、本発明は、円筒型、ボタン型、角型などの他の形状を有する二次電池、またはラミネートフィルムなどの外装部材を用いた二次電池、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。また、本発明は、二次電池に限らず、一次電池などの他の電池についても同様に適用することができる。   In the above embodiments and examples, the coin-type secondary battery has been described. However, the present invention is not limited to a secondary battery having another shape such as a cylindrical shape, a button shape, or a square shape, or a laminate film. The present invention can be similarly applied to a secondary battery using an exterior member and a secondary battery having another structure. Further, the present invention is not limited to the secondary battery, and can be similarly applied to other batteries such as a primary battery.

さらに、上記実施の形態および実施例では、電解質として液状の電解液を用いる場合について説明したが、電解液を高分子化合物などの保持体に保持させたゲル状の電解質を用いるようにしてもよい。このような高分子化合物としては、例えば、ポリアクリロニトリル,ポリフッ化ビニリデン,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,ポリテトラフルオロエチレン,ポリヘキサフルオロプロピレン,ポリエチレンオキサイド,ポリプロピレンオキサイド,ポリフォスファゼン,ポリシロキサン,ポリ酢酸ビニル,ポリビニルアルコール,ポリメタクリル酸メチル,ポリアクリル酸,ポリメタクリル酸,スチレン−ブタジエンゴム,ニトリル−ブタジエンゴム,ポリスチレンあるいはポリカーボネートが挙げられる。特に電気化学的安定性の点からはポリアクリロニトリル,ポリフッ化ビニリデン,ポリヘキサフルオロプロピレンあるいはポリエチレンオキサイドが好ましい。電解液に対する高分子化合物の割合は、これらの相溶性によってもことなるが、通常、電解液の5質量%以上50質量%以下に相当する高分子化合物を添加することが好ましい。   Furthermore, in the above-described embodiments and examples, the case where a liquid electrolytic solution is used as the electrolyte has been described. However, a gel electrolyte in which the electrolytic solution is held by a holding body such as a polymer compound may be used. . Examples of such a polymer compound include polyacrylonitrile, polyvinylidene fluoride, a copolymer of vinylidene fluoride and hexafluoropropylene, polytetrafluoroethylene, polyhexafluoropropylene, polyethylene oxide, polypropylene oxide, and polyphosphazene. , Polysiloxane, polyvinyl acetate, polyvinyl alcohol, polymethyl methacrylate, polyacrylic acid, polymethacrylic acid, styrene-butadiene rubber, nitrile-butadiene rubber, polystyrene or polycarbonate. In particular, polyacrylonitrile, polyvinylidene fluoride, polyhexafluoropropylene, or polyethylene oxide is preferable from the viewpoint of electrochemical stability. Although the ratio of the polymer compound to the electrolytic solution varies depending on the compatibility thereof, it is usually preferable to add a polymer compound corresponding to 5% by mass or more and 50% by mass or less of the electrolytic solution.

さらにまた、上記実施の形態および実施例では、本発明の電池における電解液の組成について、実施例の結果から導き出された適正範囲を説明したが、その説明は、組成が上記した範囲外となる可能性を完全に否定するものではない。すなわち、上記した適正範囲は、あくまで本発明の効果を得る上で特に好ましい範囲であり、本発明の効果が得られるのであれば、含有量が上記した範囲から多少外れてもよい。   Furthermore, in the above-described embodiments and examples, the appropriate range derived from the results of the examples was described for the composition of the electrolytic solution in the battery of the present invention, but the description is out of the range described above for the composition. The possibility is not completely denied. In other words, the appropriate range described above is a particularly preferable range for obtaining the effect of the present invention, and the content may be slightly deviated from the above range as long as the effect of the present invention is obtained.

本発明の一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 one embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1…二次電池、2…正極、3…外装缶、4…負極、5…外装カップ、6…セパレータ、7…ガスケット、8…電解液、9…正極活物質層、10…正極集電体、11…負極集電体、12…負極活物質層。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Secondary battery, 2 ... Positive electrode, 3 ... Outer can, 4 ... Negative electrode, 5 ... Outer cup, 6 ... Separator, 7 ... Gasket, 8 ... Electrolyte, 9 ... Positive electrode active material layer, 10 ... Positive electrode collector , 11 ... negative electrode current collector, 12 ... negative electrode active material layer.

Claims (2)

正極および負極と共に電解液を備えた電池であって、
前記負極は、負極活物質としてケイ素(Si)およびスズ(Sn)の少なくとも一方を含み、
前記電解液は、ジフルオロエチレンカーボネートを有する溶媒と共に常温溶融塩を含み、
前記常温溶融塩は、化1(1)に示した1−メチル−3−n−ブチルイミダゾリウムイオン、化1(2)に示した1,2−ジメチルピロリニウムイオン、化1(3)に示した1-メチル−2−n−ブチルピラゾリウムイオン、化1(4)に示した1−メチル−1−n−プロピルピペリジニウムイオン、化1(5)に示した1−n−ブチル−4−メチルピリジニウムイオン、化1(6)に示した1−エチルピリダジニウムイオン、化1(7)に示した1−n−プロピルピリミジニウムイオン、化1(8)に示した1−エチルピラジニウムイオン、化1(9)に示した2,3−ジメチルチアゾリウムイオンのうちの少なくとも1種を含む環状カチオンと、(CF3SO22-,(CF3CF2SO22)N-,PF6 -,BF4 -のうちの少なくとも1種を有するアニオンとを含
池。
Figure 0005125029
A battery comprising an electrolyte solution together with a positive electrode and a negative electrode,
The negative electrode includes at least one of silicon (Si) and tin (Sn) as a negative electrode active material,
The electrolyte includes a room temperature molten salt together with a solvent having difluoroethylene carbonate,
The room temperature molten salt includes 1-methyl-3-n-butylimidazolium ion shown in Chemical Formula 1 (1), 1,2-dimethylpyrrolium ion shown in Chemical Formula 1 (2), and Chemical Formula 1 (3). 1-methyl-2-n-butylpyrazolium ion shown, 1-methyl-1-n-propylpiperidinium ion shown in Chemical formula 1 (4), 1-n-butyl-shown in Chemical formula 1 (5) 4-methylpyridinium ion, 1-ethylpyridazinium ion shown in Chemical Formula 1 (6), 1-n-propylpyrimidinium ion shown in Chemical Formula 1 (7), 1- shown in Chemical Formula 1 (8) A cyclic cation containing at least one of ethylpyrazinium ion, 2,3-dimethylthiazolium ion shown in Chemical Formula 1 (9) , (CF 3 SO 2 ) 2 N , (CF 3 CF 2 SO 2) ) 2) N -, PF 6 -, BF 4 - small of Including an anion having a Kutomo one
Batteries.
Figure 0005125029
前記溶媒および常温溶融塩の全体に対する前記ジフルオロエチレンカーボネートの含有率は、0.01質量%以上50質量%以下であ
求項1記載の電池。
Content of the difluoroethylene carbonate to the whole of the solvent and the ambient temperature molten salt, Ru der 50 wt% or less than 0.01 wt%
Motomeko 1 battery described.
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