JP5182462B2 - Non-aqueous electrolyte and battery equipped with the same - Google Patents

Non-aqueous electrolyte and battery equipped with the same Download PDF

Info

Publication number
JP5182462B2
JP5182462B2 JP2006135814A JP2006135814A JP5182462B2 JP 5182462 B2 JP5182462 B2 JP 5182462B2 JP 2006135814 A JP2006135814 A JP 2006135814A JP 2006135814 A JP2006135814 A JP 2006135814A JP 5182462 B2 JP5182462 B2 JP 5182462B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
aqueous electrolyte
room temperature
molten salt
electrolyte
battery
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2006135814A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2007305551A (en
Inventor
裕江 中川
禎弘 片山
敏之 温田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
GS Yuasa International Ltd
Original Assignee
GS Yuasa International Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by GS Yuasa International Ltd filed Critical GS Yuasa International Ltd
Priority to JP2006135814A priority Critical patent/JP5182462B2/en
Publication of JP2007305551A publication Critical patent/JP2007305551A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5182462B2 publication Critical patent/JP5182462B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Secondary Cells (AREA)

Description

本発明は、非水電解質のなかでも、常温溶融塩を含む非水電解液及びこれを備えた電池に関する。   The present invention relates to a non-aqueous electrolyte containing a room temperature molten salt among non-aqueous electrolytes and a battery including the same.

近年、高性能化、小型化が進む電子機器用電源として、リチウムイオン二次電池に代表される非水電解質電池が多用されている。これに用いられている非水電解液は、有機溶媒にリチウム塩を溶解させてなるものであり、該有機溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、γ−ブチロラクトン、プロピオラクトン、バレロラクトン、テトラヒドロフラン、ジメトキシエタン、ジエトキシエタン、メトキシエトキシエタン等の有機溶媒が用いられている。これらの有機溶媒は一般に揮発しやすく、引火性を有するため、可燃性物質に分類されるものである。   In recent years, non-aqueous electrolyte batteries typified by lithium ion secondary batteries are frequently used as power supplies for electronic devices whose performance and size are becoming smaller. The non-aqueous electrolyte used for this is obtained by dissolving a lithium salt in an organic solvent. Examples of the organic solvent include ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, Organic solvents such as γ-butyrolactone, propiolactone, valerolactone, tetrahydrofuran, dimethoxyethane, diethoxyethane, and methoxyethoxyethane are used. Since these organic solvents are generally volatile and flammable, they are classified as flammable substances.

最近、非水電解質電池を、電力貯蔵用電源や電気自動車用電源等の大型の用途に拡大する検討が進められている。このような用途においては、難燃性もしくは自己消火性を有する非水電解質を備えることが要求されていることから、非水電解質の難燃化技術が注目されている。   Recently, studies are being made to expand nonaqueous electrolyte batteries to large-scale applications such as power storage power supplies and electric vehicle power supplies. In such applications, since it is required to provide a non-aqueous electrolyte having flame retardancy or self-extinguishing properties, a non-aqueous electrolyte flame-retardant technology has attracted attention.

難燃性もしくは自己消火性を有する非水電解質に関する技術として、難燃化剤を非水電解液に添加する方法がある。例えば、特許文献1〜4には、樹脂材料の難燃化剤として知られている高引火点溶媒であるリン酸エステル類を添加する技術が開示されている。また、例えば特許文献5〜6には、ホスファゼン化合物を添加する技術が開示されている。   As a technique related to a non-aqueous electrolyte having flame retardancy or self-extinguishing properties, there is a method of adding a flame retardant to a non-aqueous electrolyte. For example, Patent Documents 1 to 4 disclose techniques for adding phosphate esters which are high flash point solvents known as flame retardants for resin materials. For example, Patent Documents 5 to 6 disclose techniques for adding a phosphazene compound.

しかしながら、リン酸エステル類は、非水電解質が充分な難燃性を発揮するためには、多量に(例えば特許文献4によれば20〜40体積%)添加する必要があり、このため、これを電池に用いた場合に電池特性が充分なものとならないという問題点があった。また、ホスファゼン化合物は、非水電解質を構成する他の有機溶媒やリチウム塩との混合・溶解が困難なため、添加量が限定されるという問題点があった。   However, phosphate esters need to be added in large amounts (for example, 20 to 40% by volume according to Patent Document 4) in order for the nonaqueous electrolyte to exhibit sufficient flame retardancy. When used in a battery, there is a problem that the battery characteristics are not sufficient. Moreover, since the phosphazene compound is difficult to mix and dissolve with other organic solvents and lithium salts constituting the non-aqueous electrolyte, there is a problem that the addition amount is limited.

一方、非水電解質として、常温で液状を呈する常温溶融塩を用いることが提案されている。常温溶融塩は、それ自身が常温で液状でありながら揮発性が実質的になく、かつ、不燃性または高い難燃性を有するものである(特許文献7〜11参照)。   On the other hand, it has been proposed to use a room temperature molten salt that is liquid at room temperature as a nonaqueous electrolyte. The room temperature molten salt itself is liquid at room temperature but has substantially no volatility and is nonflammable or highly flame retardant (see Patent Documents 7 to 11).

しかしながら、常温溶融塩は、一般的な非水電解液に比べて融点が高く、かつ、粘度も高いことから、リチウムイオン等のキャリアイオンの移動度を充分に高いものとすることができないといった問題点があった。そのため、常温溶融塩からなる非水電解質を用いた電池は、一般的な非水電解液を用いた電池に比べ、高率充放電特性や低温での特性が充分でないという問題点があった。   However, since the room temperature molten salt has a higher melting point and higher viscosity than a general non-aqueous electrolyte, the mobility of carrier ions such as lithium ions cannot be sufficiently high. There was a point. Therefore, a battery using a non-aqueous electrolyte made of a room temperature molten salt has a problem that high rate charge / discharge characteristics and low-temperature characteristics are not sufficient as compared with a battery using a general non-aqueous electrolyte.

このような問題点に対し、電解質の粘度を低減し、キャリアイオンの移動度を充分に高いものとする方法として、常温溶融塩と共に一般的な非水電解液に用いられる有機溶媒を混合して用いる技術も検討されている(特許文献10参照)が、このような有機溶媒は前述したとおり可燃性物質に分類されるものであるため、大型電池用途における難燃性もしくは自己消火性を有する非水電解質を備えることとの要求を満たすものとするためには、そのような有機溶媒を実質含有させることができないという問題点があった。   As a method for reducing the viscosity of the electrolyte and sufficiently increasing the mobility of carrier ions, the organic solvent used in a general non-aqueous electrolyte is mixed with a room temperature molten salt. Although the technique used is also examined (see Patent Document 10), since such organic solvents are classified as flammable substances as described above, they are non-flammable or self-extinguishing in large battery applications. In order to satisfy the requirement for providing a water electrolyte, there is a problem that such an organic solvent cannot be substantially contained.

特許文献11には、安全性の確保を目的として、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、γ−カプロラクトン、γ−オクタノラクトン、β−ブチロラクトン、δ−バレロラクトン、ε−カプロラクトンといった非水溶媒を含有する非水電解液に環状ホスファゼンを含有させる技術が開示されているが、同文献にも背景技術の欄に「電解液の全溶媒に対するホスファゼン誘導体の体積比率が40体積%程度と高かった。ホスファゼン誘導体は比較的高粘度で誘電率が小さいため、この様に高い配合量で電解液に含有させた場合、電導度の低下に伴う電池性能の悪化が懸念される。」と記載されているように、リチウム電池に一般的に用いられる電解液にホスファゼンを含有させても、高率放電特性の向上は期待できないか又は逆に悪化することが知られていた。
特開平7−114940号公報 特開平8−88023号公報 特開平11−40193号公報 特開2001−307768号公報 特開平6−13108号公報 特開平11−191431号公報 特開平4−349365号公報 特開平10−92467号公報 特開平11−86905号公報 特開平11−260400号公報 特開2006−24380号公報 溶融塩・熱技術研究会編「溶融塩・熱技術の基礎」アグネ技術センター出版、1993年、313p(ISBN 4−900041−24−6)
Patent Document 11 discloses non-aqueous solvents such as γ-butyrolactone, γ-valerolactone, γ-caprolactone, γ-octanolactone, β-butyrolactone, δ-valerolactone, and ε-caprolactone for the purpose of ensuring safety. Although a technique for containing cyclic phosphazene in the nonaqueous electrolytic solution to be contained is disclosed in the column of the background art, the volume ratio of the phosphazene derivative to the total solvent of the electrolytic solution was as high as about 40% by volume. Since the phosphazene derivative has a relatively high viscosity and a low dielectric constant, there is a concern that the battery performance may be deteriorated due to a decrease in electrical conductivity when the phosphazene derivative is contained in the electrolytic solution at such a high blending amount. " Thus, even if phosphazene is contained in an electrolyte solution generally used for lithium batteries, improvement in high-rate discharge characteristics cannot be expected or deteriorated on the contrary. It was known.
Japanese Patent Laid-Open No. 7-114940 JP-A-8-88023 Japanese Patent Laid-Open No. 11-40193 JP 2001-307768 A JP-A-6-13108 Japanese Patent Laid-Open No. 11-191431 JP-A-4-349365 Japanese Patent Laid-Open No. 10-92467 JP 11-86905 A JP 11-260400 A JP 2006-24380 A Study Group of Molten Salt / Thermal Technology “Basics of Molten Salt / Thermal Technology”, Agne Technology Center, 1993, 313p (ISBN 4-900041-24-6)

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、難燃性もしくは自己消火性を有する非水電解質において、高率放電特性に優れた電池とすることのできる非水電解液を提供することを一の目的とする。また、難燃性もしくは自己消火性を有する非水電解質を備えた電池において、高率放電特性に優れた電池を提供することを一の目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and provides a non-aqueous electrolyte that can be made into a battery excellent in high-rate discharge characteristics in a non-aqueous electrolyte having flame retardancy or self-extinguishing properties. One purpose. Another object of the present invention is to provide a battery having a high rate discharge characteristic in a battery provided with a non-aqueous electrolyte having flame retardancy or self-extinguishing properties.

上記課題を解決するための本発明の構成は以下の通りである。但し、作用機構については推定を含んでおり、その作用機構の成否は、本発明を制限するものではない。
(1)20体積%以上80体積%以下のホスファゼン化合物と、残部が四級アンモニウム有機物カチオンを含む常温溶融塩とから実質的になる有機材料が、リチウム塩を含有してな、非水電解液。
)前記四級アンモニウム有機物カチオンは、次の(化学式1)で示される骨格を有するイミダゾリウムカチオンを含む上記(1項に記載の非水電解液。

Figure 0005182462
(但し、R1、R3は、炭素数1〜6のアルキル基、R2、R4、R5は、水素原子又は炭素数1〜6のアルキル基のいずれかである)
)前記ホスファゼン化合物は、次の(化学式2)で示される環状型ホスファゼン化合物を含む上記(1)項又は)項記載の非水電解液。
Figure 0005182462
(但し、R1〜R6は一価の置換基又はハロゲン元素である)
)上記(1)項〜()項のいずれかに記載の非水電解液を備えた電池。
The configuration of the present invention for solving the above-described problems is as follows. However, the action mechanism includes estimation, and the success or failure of the action mechanism does not limit the present invention.
(1) and 20 vol% to 80 vol% of the phosphazene compound, an organic material the balance being essentially of a room temperature molten salt containing a quaternary ammonium organic cation, ing contains a lithium salt, a non-aqueous electrolyte liquid.
(2) the quaternary ammonium organic cation is a non-aqueous electrolyte according to the above item (1) comprising imidazolium cation having a skeleton represented by the following (Formula 1).
Figure 0005182462
(However, R1 and R3 are alkyl groups having 1 to 6 carbon atoms, and R2, R4, and R5 are either hydrogen atoms or alkyl groups having 1 to 6 carbon atoms.)
( 3 ) The non-aqueous electrolyte according to (1) or ( 2 ), wherein the phosphazene compound includes a cyclic phosphazene compound represented by the following (Chemical Formula 2).
Figure 0005182462
(However, R1 to R6 are monovalent substituents or halogen elements)
( 4 ) A battery comprising the nonaqueous electrolytic solution according to any one of (1) to ( 3 ).

本願明細書にいう常温溶融塩とは、常温において少なくとも一部が液状を呈する塩をいう。常温とは、それを用いた電気化学デバイスが通常作動すると想定される温度範囲であり、上限が100℃程度、場合によっては60℃程度であり、下限が−50℃程度、場合によっては−20℃程度である。一方、非特許文献1に記載されているような、各種電析等に用いられるLiCO−NaCO−KCO等の無機系溶融塩は、融点が300℃以上のものが大半であり、通常電気化学デバイスが作動すると想定される温度範囲内で液状を呈するものではなく、本発明における常温溶融塩には含まれない。また、特許文献7に記載されているような、ハロゲン化アルミニウムイオン(例えばAlCl )をアニオンとして含む常温溶融塩も知られているが、ハロゲン化アルミニウムは、一般に、腐食性や激しい反応性を有するので、取り扱いが困難であることから、ハロゲン化アルミニウムイオンを含むものも本発明における常温溶融塩から除外され、本発明における常温溶融塩には、非金属元素のみからなるアニオンが用いられる。 The normal temperature molten salt referred to in the present specification means a salt that is at least partially liquid at normal temperature. The normal temperature is a temperature range in which an electrochemical device using the normal operation is assumed to normally operate. The upper limit is about 100 ° C., in some cases about 60 ° C., and the lower limit is about −50 ° C., in some cases −20 It is about ℃. On the other hand, an inorganic molten salt such as Li 2 CO 3 —Na 2 CO 3 —K 2 CO 3 used for various electrodepositions as described in Non-Patent Document 1 has a melting point of 300 ° C. or higher. However, it does not exhibit a liquid form within a temperature range in which an electrochemical device is normally assumed to operate, and is not included in the room temperature molten salt in the present invention. Further, a room temperature molten salt containing an aluminum halide ion (for example, AlCl 4 ) as an anion as described in Patent Document 7 is also known. However, aluminum halide is generally corrosive or highly reactive. Therefore, those containing aluminum halide ions are also excluded from the room temperature molten salt in the present invention, and an anion consisting only of a nonmetallic element is used in the room temperature molten salt in the present invention.

本発明の構成により、常温で液状でありながら揮発性を実質的に有さないため高い不燃性を有する常温溶融塩の特徴と、熱により揮発・分解して難燃性雰囲気を形成することにより高い難燃化効果を有するホスファゼン化合物の特徴を共に生かすことができるので、広い温度範囲で高い難燃性を発現する非水電解液とすることができる。特に、本発明においては、ホスファゼン化合物を含有していることにより、高粘度で高融点の常温溶融塩を多量に含有していても、低粘度であるホスファゼン化合物の特徴を生かすことができるので、低粘度で高イオン伝導度を有する非水電解質を提供できる。さらに特筆すべきは、ホスファゼン化合物は、現在リチウム電池用電解液に用いられている一般的な有機溶媒やリチウム塩との混合・溶解が困難なため、リチウム塩の溶解性に乏しく、添加量が限定されていたが、常温溶融塩と混合することによりリチウム塩との混合が比較的容易となる。その結果、本発明の非水電解液を備えた電池は、高い安全性を確保し、かつ、高エネルギー密度を有し、高率充放電特性や低温での特性に優れた非水電解質電池とすることができる。   According to the configuration of the present invention, it is characterized by room temperature molten salt having high incombustibility because it is liquid at room temperature but has substantially no volatility, and forms a flame retardant atmosphere by volatilization and decomposition by heat. Since both of the characteristics of the phosphazene compound having a high flame retarding effect can be utilized, a non-aqueous electrolyte solution that exhibits high flame retardancy over a wide temperature range can be obtained. In particular, in the present invention, by containing a phosphazene compound, even if it contains a large amount of a high-viscosity and high-melting-point room temperature molten salt, the characteristics of the low-viscosity phosphazene compound can be utilized. A non-aqueous electrolyte having low viscosity and high ionic conductivity can be provided. It should also be noted that phosphazene compounds are difficult to mix and dissolve with common organic solvents and lithium salts currently used in electrolytes for lithium batteries, so the solubility of lithium salts is poor and the amount of addition is low. Although limited, mixing with a lithium salt becomes relatively easy by mixing with a room temperature molten salt. As a result, the battery provided with the non-aqueous electrolyte of the present invention is a non-aqueous electrolyte battery that ensures high safety, has a high energy density, and is excellent in high rate charge / discharge characteristics and low temperature characteristics. can do.

本発明における常温溶融塩は、四級アンモニウム有機物カチオンを有するものである。四級アンモニウム有機物カチオンとしては、イミダゾリウムカチオン、テトラアルキルアンモニウムカチオン、ピリジニウムカチオン、ピロリウムカチオン、ピラゾリウムカチオン、ピロリニウムカチオン、ピロリジニウムカチオン、ピペリジニウムカチオン等が挙げられる。このうち特に、(化学式1)で示される骨格を有するイミダゾリウムカチオンが、低粘度の常温溶融塩を形成しやすい点で好ましい。   The room temperature molten salt in the present invention has a quaternary ammonium organic cation. Examples of the quaternary ammonium organic cation include imidazolium cation, tetraalkylammonium cation, pyridinium cation, pyrrolium cation, pyrazolium cation, pyrrolinium cation, pyrrolidinium cation, and piperidinium cation. Among these, an imidazolium cation having a skeleton represented by (Chemical Formula 1) is particularly preferable in that it easily forms a low-temperature room temperature molten salt.

前記イミダゾリウムカチオンとしては、例えば、ジアルキルイミダゾリウムカチオンとして、1,3−ジメチルイミダゾリウムイオン、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムイオン、1,3−ジエチルイミダゾリウムイオン、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムイオン等が、またトリアルキルイミダゾリウムカチオンとして、1,2,3−トリメチルイミダゾリウムイオン、1,2−ジメチル−3−エチルイミダゾリウムイオン、1,2−ジメチル−3−プロピルイミダゾリウムイオン、1−ブチル−2,3−ジメチルイミダゾリウムイオン等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。   Examples of the imidazolium cation include 1,3-dimethylimidazolium ion, 1-ethyl-3-methylimidazolium ion, 1,3-diethylimidazolium ion, 1-butyl-3-yl as dialkylimidazolium cation. Methyl imidazolium ion, etc., and trialkyl imidazolium cation, 1,2,3-trimethylimidazolium ion, 1,2-dimethyl-3-ethylimidazolium ion, 1,2-dimethyl-3-propylimidazolium ion Ions, 1-butyl-2,3-dimethylimidazolium ions, and the like, but are not limited thereto.

前記テトラアルキルアンモニウムカチオンとしては、トリメチルエチルアンモニウムイオン、トリメチルプロピルアンモニウムイオン、トリメチルヘキシルアンモニウムイオン、テトラペンチルアンモニウムイオン等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。   Examples of the tetraalkylammonium cation include, but are not limited to, trimethylethylammonium ion, trimethylpropylammonium ion, trimethylhexylammonium ion, and tetrapentylammonium ion.

前記ピリジニウムカチオンとしては、N−メチルピリジニウムイオン、N−エチルピリジニウムイオン、N−プロピルピリジニウムイオン、N−ブチルピリジニウムイオン1−エチル−2−メチルピリジニウム、1−ブチル−4−メチルピリジニウム、1−ブチル−2,4−ジメチルピリジニウム等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。   Examples of the pyridinium cation include N-methylpyridinium ion, N-ethylpyridinium ion, N-propylpyridinium ion, N-butylpyridinium ion 1-ethyl-2-methylpyridinium, 1-butyl-4-methylpyridinium, 1-butyl Examples include -2,4-dimethylpyridinium, but are not limited thereto.

前記ピロリウムカチオンとしては、1,1−ジメチルピロリウムイオン、1−エチル−1−メチルピロリウムイオン、1−メチル−1−プロピルピロリウムイオン、1−ブチル−1−メチルピロリウムイオン等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。   Examples of the pyrrolium cation include 1,1-dimethylpyrrolium ion, 1-ethyl-1-methylpyrrolium ion, 1-methyl-1-propylpyrrolium ion, 1-butyl-1-methylpyrrolium ion, It is not limited to these.

前記ピラゾリウムカチオンとしては、1,2−ジメチルピラゾリウムイオン、1−エチル−2−メチルピラゾリウムイオン、1−プロピル−2−メチルピラゾリウムイオン、1−ブチル−2−メチルピラゾリウムイオン等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。   Examples of the pyrazolium cation include 1,2-dimethylpyrazolium ion, 1-ethyl-2-methylpyrazolium ion, 1-propyl-2-methylpyrazolium ion, 1-butyl-2-methylpyrazolium ion, and the like. However, it is not limited to these.

前記ピロリニウムカチオンとしては、1,2−ジメチルピロリニウムイオン、1−エチル−2−メチルピロリニウムイオン、1−プロピル−2−メチルピロリニウムイオン、1−ブチル−2−メチルピロリニウムイオン等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。   Examples of the pyrrolium cation include 1,2-dimethylpyrrolium ion, 1-ethyl-2-methylpyrrolium ion, 1-propyl-2-methylpyrrolium ion, 1-butyl-2-methylpyrrolium ion, and the like. Although it is mentioned, it is not limited to these.

前記ピロリジニウムカチオンとしては、1,1−ジメチルピロリジニウムイオン、1−エチル−1−メチルピロリジニウムイオン、1−メチル−1−プロピルピロリジニウムイオン、1−ブチル−1−メチルピロリジニウムイオン等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。   Examples of the pyrrolidinium cation include 1,1-dimethylpyrrolidinium ion, 1-ethyl-1-methylpyrrolidinium ion, 1-methyl-1-propylpyrrolidinium ion, 1-butyl-1-methylpyrrolidinium ion, and the like. However, it is not limited to these.

前記ピペリジニウムカチオンとしては、1,1−ジメチルピぺリジニウムイオン、1−エチル−1−メチルピぺリジニウムイオン、1−メチル−1−プロピルピぺリジニウムイオン、1−ブチル−1−メチルピぺリジニウムイオン等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。   Examples of the piperidinium cation include 1,1-dimethylpiperidinium ion, 1-ethyl-1-methylpiperidinium ion, 1-methyl-1-propylpiperidinium ion, 1-butyl-1-methylpiperidinium ion, and the like. However, it is not limited to these.

なお、これらの四級アンモニウム有機物カチオンを有する常温溶融塩は、単独で用いてもよく、2種以上混合して用いてもよい。   In addition, the normal temperature molten salt which has these quaternary ammonium organic substance cations may be used independently, and may be used in mixture of 2 or more types.

前記四級アンモニウム有機物カチオンとして、(化学式1)で示される骨格を有するイミダゾリウムカチオンを有する常温溶融塩を用いることにより、融点の低い常温溶融塩を形成しやすくなるので、非水電解液中のキャリアイオンの移動度を充分に得ることができるため、好ましい。   By using a room temperature molten salt having an imidazolium cation having a skeleton represented by (Chemical Formula 1) as the quaternary ammonium organic cation, a room temperature molten salt having a low melting point can be easily formed. It is preferable because sufficient mobility of carrier ions can be obtained.

本発明の非水電解液は、有機化合物として、ホスファゼン化合物を含有しているものである。前記ホスファゼン化合物としては、(化学式3)で示される骨格を持つ鎖状型ホスファゼン化合物、および、(化学式4)で示される環状型ホスファゼン化合物が挙げられるが、これらに限定されるものではない。これらは単独で用いてもよく、2種以上混合して用いてもよい。   The nonaqueous electrolytic solution of the present invention contains a phosphazene compound as an organic compound. Examples of the phosphazene compound include, but are not limited to, a chain-type phosphazene compound having a skeleton represented by (Chemical Formula 3) and a cyclic phosphazene compound represented by (Chemical Formula 4). These may be used alone or in combination of two or more.

Figure 0005182462
(但し、n=2〜15である)
Figure 0005182462
(However, n = 2 to 15)

Figure 0005182462
(但し、n=2〜15である)
Figure 0005182462
(However, n = 2 to 15)

(化学式2)または(化学式3)で示されるホスファゼン誘導体におけるRとしては、一価の置換基であれば特に制限はなく、一価の置換基としては、水素原子、フッ素原子、塩素原子、臭素原子などのハロゲン元素、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基、メトキシエトキシ基、メトキシエトキシエトキシ基などのアルコキシ基、置換基を有するアルコキシ基、フェノキシ基、置換基を有するフェノキシ基、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基などのアルキル基、カルボキシル基、ホルミル基、アセチル基、プロピオニル基、ブチリル基、イソブチリル基、バレリル基などのアシル基、フェニル基、トリル基、ナフチル基などのアリール基や硫黄、リン,窒素などを含む官能基等が挙げられる。Rは、総て同一の種類の置換基でもよく、それらのうちのいくつかが異なる種類の置換基でもよい。   R in the phosphazene derivative represented by (Chemical Formula 2) or (Chemical Formula 3) is not particularly limited as long as it is a monovalent substituent. Examples of the monovalent substituent include a hydrogen atom, a fluorine atom, a chlorine atom, and bromine. Halogen elements such as atoms, alkoxy groups such as methoxy groups, ethoxy groups, propoxy groups, butoxy groups, methoxyethoxy groups, methoxyethoxyethoxy groups, alkoxy groups having substituents, phenoxy groups, phenoxy groups having substituents, methyl groups Alkyl group such as ethyl group, propyl group, butyl group, pentyl group, carboxyl group, formyl group, acetyl group, propionyl group, butyryl group, isobutyryl group, valeryl group and other acyl groups, phenyl group, tolyl group, naphthyl group And functional groups containing sulfur, phosphorus, nitrogen and the like. R may be all the same type of substituents, and some of them may be different types of substituents.

上記の一価の置換基としては、ハロゲン元素を含むことがさらに好ましい。前記ホスファゼン誘導体の分子構造中のハロゲン元素を含む置換基の数が多いものほど、高い難燃化効果を得ることができる。   The monovalent substituent further preferably contains a halogen element. As the number of substituents containing a halogen element in the molecular structure of the phosphazene derivative increases, a higher flame retarding effect can be obtained.

なかでも、(化学式2)で示される骨格を持つ環状型ホスファゼン化合物を用いることにより、ホスファゼン化合物自身が低粘度かつ高い難燃化効果を有することから、上記作用を効果的に得ることが可能となるため、好ましい。   In particular, by using a cyclic phosphazene compound having a skeleton represented by (Chemical Formula 2), the phosphazene compound itself has a low-viscosity and high flame-retarding effect, so that the above action can be effectively obtained. Therefore, it is preferable.

本発明の常温溶融塩電解質が含有するアニオンは、特に限定されるものではないが、ClO 、BF 、PF 、AsF 、SbF 、CN、COO、SOCF−、N(CFSO 、N(CSO 、N(CFSO)(CSO、N(CFSO)(CSO、C(CFSO 、C(CSO 等が挙げられ、なかでも、PF 、BF 、N(CFSO 、N(CSO 、N(CFSO)(CSO、C(CFSO 及びC(CSO からなる群から選択される1種または2種以上とすることにより、常温で固体であるリチウム塩が前記常温溶融塩と共存した状態においても、両者を含んだ非水電解質が固体化する虞がなく、常温で液状である常温溶融塩の特性が確実に保持されるので、上記常温溶融塩を含有した常温溶融塩電解質は良好に液体状態を維持することが可能となるため、好ましい。とりわけ、本発明の有機電解液が、N(CFSO 、N(CSO 又はN(CFSO)(CSOアニオンを必須のものとして含むものとすることにより、リチウム塩の解離度が高まるため、特に好ましい。 The anion contained in the room temperature molten salt electrolyte of the present invention is not particularly limited, but is ClO 4 , BF 4 , PF 6 , AsF 6 , SbF 6 , CN , COO , SO 2. CF 2 -, N (CF 3 SO 2) 2 -, N (C 2 F 5 SO 2) 2 -, N (CF 3 SO 2) (C 2 F 5 SO 2) -, N (CF 3 SO 2) (C 4 F 9 SO 2 ) , C (CF 3 SO 2 ) 3 , C (C 2 F 5 SO 2 ) 3 − and the like, among which PF 6 , BF 4 , N (CF 3 SO 2) 2 -, N (C 2 F 5 SO 2) 2 -, N (CF 3 SO 2) (C 4 F 9 SO 2) -, C (CF 3 SO 2) 3 - and C (C 2 F 5 SO 2) 3 - 1 kind selected from the group consisting of or to two or more Even when lithium salt, which is solid at room temperature, coexists with the room temperature molten salt, there is no risk of solidification of the non-aqueous electrolyte containing both, and the properties of room temperature molten salt that is liquid at room temperature are reliably retained. Therefore, the room temperature molten salt electrolyte containing the room temperature molten salt is preferable because it can maintain a liquid state satisfactorily. Especially, an organic electrolytic solution of the present invention, N (CF 3 SO 2) 2 -, N (C 2 F 5 SO 2) 2 - or N (CF 3 SO 2) ( C 4 F 9 SO 2) - anion The inclusion as an essential component is particularly preferable because the degree of dissociation of the lithium salt is increased.

さらに言うならば、ペルフルオロアルキル基を有する有機物アニオンと、ペルフルオロアルキル基を有さないPF アニオンを共に含有する場合には、低融点および低粘度を発現すると同時に高い難燃性を実現することができる。これは、2種類以上のアニオンが共存するため、前記常温溶融塩を構成するイオンの配列がアモルファス性の高いものとなる傾向があるため、非水電解質の分子レベルの結晶化を抑制し、キャリアイオンの移動度を高く保つことが可能となるものと推定される。さらに特筆すべきは、ペルフルオロアルキル基を有する有機物アニオンは、一般的に有機溶媒共存下では比較的卑な電位(例えばN(CFSO は、3.8V(vs.Li/Li))で、非水電解質電池の正極集電体に用いられているアルミニウムを腐食するという現象が知られているが、ペルフルオロアルキル基を有する有機物アニオンと、ペルフルオロアルキル基を有さないPF アニオンを共に含有することにより、このような現象が発生しないことである。その結果、非水電解質の融点および粘度をより低く設定することが容易となるので、非水電解質の電気化学特性を優れたものとすることができ、本発明による非水電解質電池は、高い安全性を確保し、かつ、高エネルギー密度を有し、高率充放電特性や低温での特性に優れた非水電解質電池とすることができる。 If further speaking, the organic anion having a perfluoroalkyl group, PF 6 having no perfluoroalkyl groups - in the case of containing both anions is to realize both high flame retardancy expressing low melting point and low viscosity Can do. This is because two or more kinds of anions coexist, and therefore the arrangement of ions constituting the room temperature molten salt tends to be highly amorphous, so that the molecular level crystallization of the nonaqueous electrolyte is suppressed, and the carrier It is presumed that ion mobility can be kept high. It should be noted that an organic anion having a perfluoroalkyl group generally has a relatively base potential (for example, N (CF 3 SO 2 ) 2 is 3.8 V (vs. Li / Li) in the presence of an organic solvent. + )), A phenomenon that corrodes aluminum used in a positive electrode current collector of a nonaqueous electrolyte battery is known. However, an organic anion having a perfluoroalkyl group and PF 6 having no perfluoroalkyl group are known. - by containing anions together is that such a phenomenon does not occur. As a result, it becomes easy to set the melting point and viscosity of the nonaqueous electrolyte lower, so that the electrochemical characteristics of the nonaqueous electrolyte can be made excellent, and the nonaqueous electrolyte battery according to the present invention has high safety. It is possible to obtain a non-aqueous electrolyte battery that secures high performance, has high energy density, and is excellent in high rate charge / discharge characteristics and low temperature characteristics.

2種以上のアニオンを含有させる場合、2種以上のアニオンの異なる常温溶融塩と1種のアニオンからなるリチウム塩を混合してもよく、2種以上のアニオンの異なるリチウム塩と1種のアニオンからなる常温溶融塩を混合してもよく、さらにはアニオン種の異なる常温溶融塩とリチウム塩を混合してもよい。   When two or more kinds of anions are contained, a room temperature molten salt having two or more different anions and a lithium salt composed of one kind of anions may be mixed, and two or more different lithium salts and one anion may be mixed. A room temperature molten salt composed of the following may be mixed, and further, a room temperature molten salt having a different anion species and a lithium salt may be mixed.

なお、本発明の非水電解液を構成する「ホスファゼン化合物と、四級アンモニウム有機物カチオンを含む常温溶融塩と、を含む有機材料」は、一般的なリチウムイオン二次電池に用いられている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、メチルエチルカーボネート、γ−ブチロラクトン、プロピオラクトン、バレロラクトン、ジメトキシエタン、ジエトキシエタン、メトキシエトキシエタン等の可燃性の有機溶媒を多量に含有するものは除かれ、かかる可燃性の有機溶媒を実質的に含有しないものとすることが、非水電解液が難燃性もしくは自己消火性を有するものとする観点から好ましいが、非水電解液が難燃性もしくは自己消火性を有する限りにおいて、かかる可燃性の有機溶媒を含有してもよい。   The “organic material containing a phosphazene compound and a room temperature molten salt containing a quaternary ammonium organic cation” constituting the non-aqueous electrolyte of the present invention is an ethylene used in a general lithium ion secondary battery. Those containing a large amount of flammable organic solvents such as carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, γ-butyrolactone, propiolactone, valerolactone, dimethoxyethane, diethoxyethane, methoxyethoxyethane, etc. It is preferable from the viewpoint that the non-aqueous electrolyte is flame retardant or self-extinguishing, but the non-aqueous electrolyte is flame retardant. Inflammable organic solvents as long as they are self-extinguishing or self-extinguishing It may contain.

本発明によれば、高率放電特性に優れた電池とすることのできる非水電解液を提供することができる。また、高率放電特性に優れた電池を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the non-aqueous electrolyte which can be set as the battery excellent in the high rate discharge characteristic can be provided. Moreover, the battery excellent in the high rate discharge characteristic can be provided.

本発明の非水電解液の製造方法については何ら限定されるものではないが、例えば、ホスファゼン化合物と、四級アンモニウム有機物カチオンを含む常温溶融塩と、リチウム塩と、を混合することにより得ることができる。   The method for producing the nonaqueous electrolytic solution of the present invention is not limited in any way. For example, it can be obtained by mixing a phosphazene compound, a room temperature molten salt containing a quaternary ammonium organic cation, and a lithium salt. Can do.

本発明の非水電解液は、リチウムカチオンを0.5mol/l以上の濃度で含有するものとすることが好ましく、リチウムカチオンを0.5mol/l以上の濃度で含有させることにより、リチウムカチオンと四級アンモニウムカチオンという、イオンサイズの大きく異なるカチオンが2種類以上共存するため、前記常温溶融塩を構成するイオンの配列がアモルファス性の高いものとなる傾向があるため、常温溶融塩の分子レベルの結晶化を抑制し、非水電解液中のキャリアイオンの移動度を高く保つことが可能となると推定される。   The non-aqueous electrolyte of the present invention preferably contains lithium cations at a concentration of 0.5 mol / l or more, and by containing lithium cations at a concentration of 0.5 mol / l or more, Since two or more types of quaternary ammonium cations having greatly different ion sizes coexist, the arrangement of ions constituting the room temperature molten salt tends to be highly amorphous. It is estimated that crystallization can be suppressed and the mobility of carrier ions in the nonaqueous electrolytic solution can be kept high.

前記常温溶融塩とホスファゼン化合物との混合割合については限定されるものではないが、非水電解質の電気化学特性を鑑み、特にリチウムカチオンを0.5mol/l以上の濃度で含有させるためには、常温溶融塩を20体積パーセント以上80体積パーセント以下の範囲で含有していることが望ましい。   The mixing ratio of the room temperature molten salt and the phosphazene compound is not limited, but in view of the electrochemical characteristics of the nonaqueous electrolyte, in particular, in order to contain lithium cations at a concentration of 0.5 mol / l or more, It is desirable to contain the room temperature molten salt in the range of 20 volume percent to 80 volume percent.

また高率放電特性を確実に向上させることができる非水電解質を提供する観点から、ホスファゼン化合物と、四級アンモニウム有機物カチオンを含む常温溶融塩と、を含む有機材料を構成するホスファゼン化合物と常温溶融塩との混合割合は、ホスファゼン化合物及び前記常温溶融塩の体積に占める該ホスファゼン化合物の割合は、20体積パーセント以上80体積パーセント以下が好ましく、なかでも、25体積パーセント以上80体積パーセント以下がより好ましく、さらには、50体積%以上80体積パーセント以下が特に好ましい。   In addition, from the viewpoint of providing a non-aqueous electrolyte capable of reliably improving high rate discharge characteristics, a phosphazene compound and a phosphazene compound constituting an organic material containing a quaternary ammonium organic cation and a normal temperature melting The mixing ratio with the salt is preferably 20 volume percent or more and 80 volume percent or less, and more preferably 25 volume percent or more and 80 volume percent or less, with respect to the volume of the phosphazene compound and the room temperature molten salt. Furthermore, 50 volume% or more and 80 volume percent or less are especially preferable.

なお、本発明の非水電解液は、前記有機材料とリチウム塩の他、高分子を複合化させることにより、ゲル状に固体化して使用してもよい。ここで、前記高分子としては、例えば、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、ポリアクリロニトリル、ポリメタクリル酸メチル、ポリフッ化ビニリデン、各種アクリル系モノマー、メタクリル系モノマー、アクリルアミド系モノマー、アリル系モノマー、スチレン系モノマーの重合体等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。これらは単独で用いてもよく、2種以上混合して用いてもよい。   In addition, the non-aqueous electrolyte of the present invention may be used by solidifying it into a gel by combining a polymer in addition to the organic material and the lithium salt. Here, examples of the polymer include, for example, polyethylene oxide, polypropylene oxide, polyacrylonitrile, polymethyl methacrylate, polyvinylidene fluoride, various acrylic monomers, methacrylic monomers, acrylamide monomers, allyl monomers, and styrene monomers. Examples include, but are not limited to, polymers. These may be used alone or in combination of two or more.

以下に、本発明を実施例に基づき、さらに詳細に説明するが、本発明はこれらの記載により限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on examples, but the present invention is not limited to these descriptions.

(本発明電解液1)
1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメタンスルフォニル)イミド(BMITFSI)0.2リットルと(化学式5)で表されるホスファゼン化合物(以下ホスファゼン(I)とする)0.8リットルを混合し、さらに1モルのLiN(CFSO(LiTFSI)を混合することにより、非水電解液を得た。

Figure 0005182462
(Invention electrolyte 1)
0.2 liter of 1-butyl-3-methylimidazolium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (BMITSI) and 0.8 liter of a phosphazene compound (hereinafter referred to as phosphazene (I)) represented by (Chemical Formula 5) are mixed. Furthermore, 1 mol of LiN (CF 3 SO 2 ) 2 (LiTFSI) was mixed to obtain a non-aqueous electrolyte.
Figure 0005182462

(本発明電解液2)
BMITFSI0.25リットルとホスファゼン(I)0.75リットルを混合し、さらに1モルのLiTFSIを混合することにより、非水電解液を得た。
(Invention electrolyte 2)
A nonaqueous electrolytic solution was obtained by mixing 0.25 liter of BMITFSI and 0.75 liter of phosphazene (I), and further mixing 1 mol of LiTFSI.

(本発明電解液3)
BMITFSI0.5リットルとホスファゼン(I)0.5リットルを混合し、さらに1モルのLiTFSIを混合することにより、非水電解液を得た。
(Invention electrolyte 3)
A nonaqueous electrolytic solution was obtained by mixing 0.5 liters of BMITFSI and 0.5 liters of phosphazene (I), and further mixing 1 mol of LiTFSI.

(本発明電解液4)
BMITFSI0.75リットルとホスファゼン(I)0.25リットルを混合し、さらに1モルのLiTFSIを混合することにより、非水電解液を得た。
(Invention Electrolyte 4)
A non-aqueous electrolyte was obtained by mixing 0.75 liter of BMITFSI and 0.25 liter of phosphazene (I), and further mixing 1 mol of LiTFSI.

(本発明電解液5)
BMITFSI0.8リットルとホスファゼン(I)0.2リットルを混合し、さらに1モルのLiTFSIを混合することにより、非水電解液を得た。
(Invention electrolyte 5)
BMITFSI 0.8 liter and phosphazene (I) 0.2 liter were mixed, and 1 mol of LiTFSI was further mixed to obtain a nonaqueous electrolytic solution.

(本発明電解液6)
1−エチル−3−メチルイミダゾリウムテトラフルオロボレート(EMIBF)0.5リットルとホスファゼン(I)0.5リットルを混合し、さらに1モルのLiTFSIを混合することにより、非水電解液を得た。
(Invention electrolyte 6)
By mixing 0.5 liter of 1-ethyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate (EMIBF 4 ) and 0.5 liter of phosphazene (I), and further mixing 1 mol of LiTFSI, a non-aqueous electrolyte is obtained. It was.

(本発明電解液7)
1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムヘキサフルオロホスフェート(BMIPF)0.5リットルとホスファゼン(I)0.5リットルを混合し、さらに1モルのLiTFSIを混合することにより、非水電解液を得た。
(Invention electrolyte 7)
By mixing 0.5 liter of 1-butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate (BMIPF 6 ) and 0.5 liter of phosphazene (I), and further mixing 1 mol of LiTFSI, a non-aqueous electrolyte is obtained. It was.

(本発明電解液8)
BMITFSI0.5リットルとホスファゼン(I)0.5リットルを混合し、さらに1モルのLiN(CSO(LiBETI)を混合することにより、非水電解液を得た。
(Invention Electrolyte 8)
A nonaqueous electrolytic solution was obtained by mixing 0.5 liters of BMITFSI and 0.5 liters of phosphazene (I), and further mixing 1 mol of LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 (LiBETI).

(本発明電解液9)
BMITFSI0.5リットルと(化学式6)で表されるホスファゼン化合物(以下ホスファゼン(II)とする)0.5リットルを混合し、さらに1モルのLiTFSIを混合することにより、非水電解液を得た。

Figure 0005182462
(Invention Electrolyte 9)
A nonaqueous electrolytic solution was obtained by mixing 0.5 liters of BMITFSI and 0.5 liters of a phosphazene compound represented by (Chemical Formula 6) (hereinafter referred to as phosphazene (II)) and further mixing 1 mol of LiTFSI. .
Figure 0005182462

(比較電解液1)
BMITFSI1リットルに、1モルのLiTFSIを混合することにより、非水電解液を得た。
(Comparative electrolyte 1)
By mixing 1 mol of LiTFSI with 1 liter of BMITFSI, a non-aqueous electrolyte was obtained.

(比較電解液2)
エチレンカーボネートとジエチルカーボネートを体積比1:1で混合した混合溶媒1リットルに、1モルのLiPFを混合することにより、非水電解液を得た。
(Comparative electrolyte 2)
A nonaqueous electrolytic solution was obtained by mixing 1 mol of LiPF 6 with 1 liter of a mixed solvent in which ethylene carbonate and diethyl carbonate were mixed at a volume ratio of 1: 1.

(参考例1)
ホスファゼン(I)1リットルに、1モルのLiTFSIを加えて混合したが、一部のLiTFSIが溶解せずに固形物として目視された。
(Reference Example 1)
Although 1 mol of LiTFSI was added to 1 liter of phosphazene (I) and mixed, a part of LiTFSI was not dissolved but was visually observed as a solid.

(参考例2)
ホスファゼン(I)0.5リットルに、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートを体積比1:1で混合した混合溶媒0.5リットルと、1モルのLiPFを加えて混合したが、ホスファゼン(I)は完全には相溶しなかった。
(Reference Example 2)
0.5 liter of phosphazene (I) was mixed with 0.5 liter of a mixed solvent in which ethylene carbonate and diethyl carbonate were mixed at a volume ratio of 1: 1 and 1 mol of LiPF 6 and mixed. It was not compatible.

(参考例3)
1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムヘキサフルオロホスフェート(BMIPF)0.5リットルとホスファゼン(I)0.5リットルを混合し、さらに1モルのLiPFを加えて混合したが、一部のLiPFが溶解せずに固形物として目視された。
(Reference Example 3)
1-butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate (BMIPF 6 ) 0.5 liter and phosphazene (I) 0.5 liter were mixed, and 1 mol of LiPF 6 was added and mixed. 6 was observed as a solid without dissolving.

(参考例4)
1−ブチル−3−メチルイミダゾリウムヘキサフルオロホスフェート(BMIPF)1.0リットルに、1モルのLiPFを加えて混合したところ、LiPFはみかけ上完全に溶解した。
(Reference Example 4)
When 1 mol of LiPF 6 was added to and mixed with 1.0 liter of 1-butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate (BMIPF 6 ), LiPF 6 was apparently completely dissolved.

(電解質の燃焼性試験)
上記した本発明電解液1〜9及び比較電解液1〜2のそれぞれについて、燃焼性試験を行った。幅20mm長さ65mmに切断したガラスフィルター(東洋濾紙株式会社製GB−100R)に各電解質を約2ml含浸して、アルコールランプの芯上端からガラスフィルターの下端までの間が10cmになるように設置し、アルコールランプの火を10秒間近づけて着火・燃焼の有無を確認した。
(Electrolyte flammability test)
A flammability test was performed for each of the above-described electrolytic solutions 1 to 9 and comparative electrolytic solutions 1 and 2 described above. A glass filter (GB-100R manufactured by Toyo Roshi Kaisha, Ltd.) cut to a width of 20 mm and a length of 65 mm is impregnated with about 2 ml of each electrolyte, and installed so that the distance from the upper end of the alcohol lamp core to the lower end of the glass filter is 10 cm. Then, the presence of ignition / combustion was confirmed by bringing the fire of the alcohol lamp closer to 10 seconds.

(電池の作製)
上記した本発明電解液1〜9及び比較電解液1〜2をそれぞれ用いて、電池を作製し、本発明電池1〜9及び比較電池1〜2とした。作製した電池の断面図を図1に示す。作製した電池は、正極1、負極2、及びセパレータ3からなる極群4と、非水電解質と、外装材としての金属樹脂複合フィルム5から構成されている。正極1は、正極合剤11が正極集電体12上に塗布されてなる。また、負極2は、負極合剤21が負極集電体22上に塗布されてなる。非水電解液は極群4に含浸されている。金属樹脂複合フィルム5は、極群4を覆い、その四方を熱溶着により封止されている。
(Production of battery)
Batteries were produced using the above-described electrolytic solutions 1 to 9 and comparative electrolytic solutions 1 and 2, respectively, to make the inventive batteries 1 to 9 and comparative batteries 1 and 2. A cross-sectional view of the produced battery is shown in FIG. The produced battery is composed of a pole group 4 composed of a positive electrode 1, a negative electrode 2, and a separator 3, a non-aqueous electrolyte, and a metal resin composite film 5 as an exterior material. The positive electrode 1 is formed by applying a positive electrode mixture 11 on a positive electrode current collector 12. The negative electrode 2 is formed by applying a negative electrode mixture 21 on a negative electrode current collector 22. The non-aqueous electrolyte is impregnated in the electrode group 4. The metal resin composite film 5 covers the pole group 4 and is sealed on all four sides by heat welding.

次に、上記構成の電池の製造方法を説明する。正極1は次のようにして得た。まず、LiCoOと、導電剤であるアセチレンブラックを混合し、さらに結着剤としてポリフッ化ビニリデンのN−メチル−2−ピロリドン溶液を混合し、この混合物をアルミ箔からなる正極集電体12の片面に塗布した後、乾燥し、正極合剤11の厚さが所定の厚さとなるようにプレスした。以上の工程により正極1を得た。負極2は、次のようにして得た。まず、負極活物質であるLiTi12と、導電剤であるアセチレンブラックを混合し、さらに結着剤としてポリフッ化ビニリデンのN−メチル−2−ピロリドン溶液を混合し、この混合物をアルミ箔からなる負極集電体22の片面に塗布した後、乾燥し、負極合剤21厚みが所定の厚さとなるようにプレスした。以上の工程により負極2を得た。セパレータ3は、セルロース製セパレータを用いた。極群4は、正極合剤11と負極合剤21とを対向させ、その間にセパレータ3を配し、正極1、セパレータ3、負極2の順に積層することにより、構成した。次に、非水電解液中に極群4を浸漬させることにより、極群4に非水電解液を含浸させた。さらに、金属樹脂複合フィルム5で極群4を覆い、その四方を熱溶着により封止した。 Next, a method for manufacturing the battery having the above configuration will be described. The positive electrode 1 was obtained as follows. First, LiCoO 2 and acetylene black, which is a conductive agent, are mixed, and an N-methyl-2-pyrrolidone solution of polyvinylidene fluoride is further mixed as a binder, and this mixture is used as a positive electrode current collector 12 made of an aluminum foil. After coating on one side, it was dried and pressed so that the positive electrode mixture 11 had a predetermined thickness. The positive electrode 1 was obtained by the above process. The negative electrode 2 was obtained as follows. First, Li 4 Ti 5 O 12 that is a negative electrode active material and acetylene black that is a conductive agent are mixed, and an N-methyl-2-pyrrolidone solution of polyvinylidene fluoride is further mixed as a binder. After apply | coating to the single side | surface of the negative electrode collector 22 which consists of foil, it dried and pressed so that the negative mix 21 thickness might become predetermined thickness. The negative electrode 2 was obtained by the above process. As the separator 3, a cellulose separator was used. The pole group 4 was configured by facing the positive electrode mixture 11 and the negative electrode mixture 21, placing the separator 3 therebetween, and laminating the positive electrode 1, the separator 3, and the negative electrode 2 in this order. Next, the electrode group 4 was impregnated with the nonaqueous electrolyte solution by immersing the electrode group 4 in the nonaqueous electrolyte solution. Furthermore, the pole group 4 was covered with the metal resin composite film 5, and the four sides were sealed by heat welding.

次に、初期充放電工程に供した。即ち、温度20℃にて、電流1mA、終止電圧4.2Vの定電流充電と、電流1mA、終止電圧3.0Vの定電流放電を行った。このときの放電容量を初期放電容量とした。このようにして、設計容量10mAhの本発明電池1〜9及び比較電池1〜2を作製した。   Next, it used for the initial stage charge / discharge process. That is, at a temperature of 20 ° C., a constant current charge with a current of 1 mA and a final voltage of 4.2 V and a constant current discharge with a current of 1 mA and a final voltage of 3.0 V were performed. The discharge capacity at this time was defined as the initial discharge capacity. Thus, Invention batteries 1 to 9 and comparative batteries 1 and 2 having a design capacity of 10 mAh were produced.

(高率放電試験)
上記のようにして作製した本発明電池1〜9及び比較電池1〜2について、高率放電試験を行った。20℃にて、初期充放電工程と同様の条件で充電後、電流5mA、終止電圧3.0Vの定電流放電を行った。得られた放電容量を、高率放電容量とした。
(High rate discharge test)
The inventive batteries 1 to 9 and comparative batteries 1 and 2 produced as described above were subjected to a high rate discharge test. After charging under the same conditions as in the initial charge / discharge step at 20 ° C., constant current discharge with a current of 5 mA and a final voltage of 3.0 V was performed. The obtained discharge capacity was defined as a high rate discharge capacity.

以上の結果を表1にまとめて示す。ここで、燃焼試験結果については、アルコールランプの火を近づけてから10秒後に燃焼が認められなかったものを◎印で示し、燃焼が認められたものを×印で示した。   The above results are summarized in Table 1. Here, as for the combustion test results, those where combustion was not recognized 10 seconds after the fire of the alcohol lamp was approached were indicated by ◎, and those where combustion was recognized were indicated by ×.

Figure 0005182462
Figure 0005182462

表1から明らかなように、一般的な非水電解液である比較電解液2を備えた比較電池2は、初期放電容量および高率放電容量は良好であるが、電解液は燃焼性を有しているので、電池が、難燃性もしくは自己消火性を有する非水電解質を備えることとの前提条件を満たすことができない。一方、従来の常温溶融塩型電解質である比較電解液1は難燃性を示すものの、これを備えた比較電池1は、初期放電容量および高率放電容量が大きく劣っている。   As is clear from Table 1, the comparative battery 2 provided with the comparative electrolyte 2 which is a general non-aqueous electrolyte has good initial discharge capacity and high rate discharge capacity, but the electrolyte has combustibility. Therefore, it is impossible to satisfy the precondition that the battery includes a non-aqueous electrolyte having flame retardancy or self-extinguishing properties. On the other hand, the comparative electrolytic solution 1 which is a conventional room temperature molten salt electrolyte exhibits flame retardancy, but the comparative battery 1 having the comparative electrolytic solution 1 is greatly inferior in initial discharge capacity and high rate discharge capacity.

これに対し、本発明の非水電解液を備えた本発明電池1〜9は、電解液が難燃性を示しているだけでなく、従来の常温溶融塩型電解質である比較電解液1を備えた比較電池1と比べて、初期放電容量および高率放電容量がいずれも優れている。このことから、本発明の非水電解液を用いることで、高率放電特性に優れた電池を提供できることがわかる。   On the other hand, the present invention batteries 1 to 9 equipped with the non-aqueous electrolyte of the present invention have not only the electrolyte exhibiting flame retardancy but also the comparative electrolyte 1 which is a conventional room temperature molten salt electrolyte. Compared with the comparative battery 1 provided, both the initial discharge capacity and the high rate discharge capacity are excellent. From this, it can be seen that by using the non-aqueous electrolyte of the present invention, a battery having excellent high rate discharge characteristics can be provided.

なかでも、本発明電池3の高率放電特性が本発明電池9の高率放電特性に比べて顕著に優れることから、本発明の非水電解液は、ホスファゼン化合物として(化学式2)で示される環状型ホスファゼン化合物を含有することで、これを備えた電池の高率放電特性をより優れたものとすることができることがわかる。   Especially, since the high rate discharge characteristic of the battery 3 of the present invention is remarkably superior to the high rate discharge characteristic of the battery 9 of the present invention, the non-aqueous electrolyte of the present invention is represented by (Chemical Formula 2) as a phosphazene compound. It turns out that the high-rate discharge characteristic of the battery provided with this can be made more excellent by containing a cyclic type phosphazene compound.

また、本発明電池1〜4の高率放電特性が本発明電池5の高率放電特性に比べて顕著に優れることから、本発明の非水電解液は、常温溶融塩とホスファゼン化合物とを含む有機材料がホスファゼン化合物を25体積%以上80体積%以下含むものとすることで、これを備えた電池の高率放電特性をより優れたものとすることができることがわかる。   Moreover, since the high rate discharge characteristics of the batteries 1 to 4 of the present invention are remarkably superior to the high rate discharge characteristics of the battery 5 of the present invention, the nonaqueous electrolytic solution of the present invention includes a room temperature molten salt and a phosphazene compound. It can be seen that when the organic material contains 25% by volume or more and 80% by volume or less of the phosphazene compound, the high rate discharge characteristics of the battery including the compound can be further improved.

また、本発明電池1〜3の高率放電特性が本発明電池4の高率放電特性に比べてさらに優れることから、本発明の非水電解液は、常温溶融塩とホスファゼン化合物とを含む有機材料がホスファゼン化合物を50体積%以上80体積%以下含むものとすることで、これを備えた電池の高率放電特性をさらに優れたものとすることができることがわかる。   In addition, since the high rate discharge characteristics of the batteries 1 to 3 of the present invention are further superior to the high rate discharge characteristics of the battery 4 of the present invention, the non-aqueous electrolyte of the present invention is an organic containing a room temperature molten salt and a phosphazene compound. It can be seen that when the material contains 50% by volume or more and 80% by volume or less of the phosphazene compound, the high rate discharge characteristics of a battery including the compound can be further improved.

参考例3の知見からわかるように、常温溶融塩とホスファゼン化合物とを含む有機材料を構成成分とする本発明の非水電解液は、N(CFSO 、N(CSO 又はN(CFSO)(CSOアニオンを含むものとすることにより、リチウムカチオンを多く存在させることができることがわかる。従って、これを備えた電池の性能は優れたものとなることはいうまでもない。さらに、参考例4の知見を併せてみると明らかなように、本発明において、N(CFSO 、N(CSO 又はN(CFSO)(CSOアニオンを含むものとすることの効果は、常温溶融塩とホスファゼン化合物とを含むからなる有機材料を構成成分とすることを特徴としている本発明の非水電解液の構成において認められ、ホスファゼン化合物を含まない常温溶融塩からなる電解質の構成においては認められないことがわかる。なお、参考例3の非水電解液は本発明に係るものである。 As it can be seen from the findings of Reference Example 3, a non-aqueous electrolyte solution of the present invention to the organic material component comprising an ambient temperature molten salt and a phosphazene compound, N (CF 3 SO 2) 2 -, N (C 2 F 5 SO 2) 2 - or N (CF 3 SO 2) ( C 4 F 9 SO 2) - by as including anion, it is understood that it is possible to present more lithium cations. Therefore, it goes without saying that the performance of a battery equipped with this is excellent. Furthermore, as is apparent Looking combined knowledge of Reference Example 4, in the present invention, N (CF 3 SO 2) 2 -, N (C 2 F 5 SO 2) 2 - or N (CF 3 SO 2) (C 4 F 9 SO 2) - effect of be those containing anions constituting the nonaqueous electrolytic solution of the present invention is characterized in that the organic material consisting including ambient temperature molten salt and a phosphazene compound as component It can be seen that it is not recognized in the structure of an electrolyte composed of a room temperature molten salt containing no phosphazene compound. In addition, the non-aqueous electrolyte of Reference Example 3 is according to the present invention.

なお、本実施例においては、リチウム塩および常温溶融塩を構成するアニオンとして、PF 、BF 、N(CFSO 、N(CSO を例に挙げて説明したが、N(CFSO)(CSOを用いても同様の効果が得られる。 In this example, PF 6 , BF 4 , N (CF 3 SO 2 ) 2 , and N (C 2 F 5 SO 2 ) 2 are used as anions constituting the lithium salt and the room temperature molten salt. has been described as an example, N (CF 3 SO 2) (C 4 F 9 SO 2) - the same effect can be obtained by using.

また、本実施例においては、四級アンモニウム有機物カチオンとしてイミダゾリウムカチオンを例に挙げて説明したが、その他の四級アンモニウム有機物カチオン(テトラアルキルアンモニウムカチオン、ピリジニウムカチオン、ピロリウムカチオン、ピラゾリウムカチオン、ピロリニウムカチオン、ピロリジニウムカチオン、ピペリジニウムカチオンなど)を用いても同様の効果が得られる。   In this example, an imidazolium cation was used as an example of the quaternary ammonium organic cation. However, other quaternary ammonium organic cations (tetraalkyl ammonium cation, pyridinium cation, pyrrolium cation, pyrazolium cation) , Pyrrolinium cation, pyrrolidinium cation, piperidinium cation, etc.) can be used to obtain the same effect.

本発明によれば、常温溶融塩を非水電解質に用いることで得られる高い安全性を確保し、かつ、高エネルギー密度を有し、高率充放電特性や低温での特性に優れた非水電解質電池を提供することができるので、特に電力貯蔵用電源や電気自動車用電源等の比較的大型の用途に用いる非水電解質電池への利用可能性が大である。   According to the present invention, a non-aqueous solution that ensures high safety obtained by using a room temperature molten salt for a non-aqueous electrolyte, has a high energy density, and is excellent in high rate charge / discharge characteristics and low temperature characteristics. Since an electrolyte battery can be provided, the applicability to a non-aqueous electrolyte battery used for relatively large applications such as a power storage power source and an electric vehicle power source is great.

実施例に係る非水電解質電池の断面図である。It is sectional drawing of the nonaqueous electrolyte battery which concerns on an Example.

符号の説明Explanation of symbols

1 正極
11 正極合剤
12 正極集電体
2 負極
21 負極合剤
22 負極集電体
3 セパレータ
4 極群
5 金属樹脂複合フィルム
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Positive electrode 11 Positive electrode mixture 12 Positive electrode collector 2 Negative electrode 21 Negative electrode mixture 22 Negative electrode collector 3 Separator 4 Electrode group 5 Metal resin composite film

Claims (4)

20体積%以上80体積%以下のホスファゼン化合物と、残部が四級アンモニウム有機物カチオンを含む常温溶融塩とから実質的になる有機材料が、リチウム塩を含有してな、非水電解液。 And 20 vol% to 80 vol% of the phosphazene compound, an organic material the balance being essentially of a room temperature molten salt containing a quaternary ammonium organic cation, ing contains a lithium salt, a non-aqueous electrolyte solution. 前記四級アンモニウム有機物カチオンは、次の(化学式1)で示される骨格を有するイミダゾリウムカチオンを含む請求項記載の非水電解液。
Figure 0005182462
(但し、R1、R3は、炭素数1〜6のアルキル基、R2、R4、R5は、水素原子又は炭素数1〜6のアルキル基のいずれかである)
The quaternary ammonium organic cation is a non-aqueous electrolyte according to claim 1 comprising an imidazolium cation having a skeleton represented by the following (Formula 1).
Figure 0005182462
(However, R1 and R3 are alkyl groups having 1 to 6 carbon atoms, and R2, R4, and R5 are either hydrogen atoms or alkyl groups having 1 to 6 carbon atoms.)
前記ホスファゼン化合物は、次の(化学式2)で示される環状型ホスファゼン化合物を含む請求項1又は2記載の非水電解液。
Figure 0005182462
(但し、R1〜R6は一価の置換基又はハロゲン元素である)
The phosphazene compound, a non-aqueous electrolyte according to claim 1 or 2, wherein a cyclic type phosphazene compound represented by the following (Formula 2).
Figure 0005182462
(However, R1 to R6 are monovalent substituents or halogen elements)
請求項1〜のいずれかに記載の非水電解液を備えた電池。 Battery comprising the nonaqueous electrolytic solution according to any one of claims 1-3.
JP2006135814A 2006-05-15 2006-05-15 Non-aqueous electrolyte and battery equipped with the same Expired - Fee Related JP5182462B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006135814A JP5182462B2 (en) 2006-05-15 2006-05-15 Non-aqueous electrolyte and battery equipped with the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006135814A JP5182462B2 (en) 2006-05-15 2006-05-15 Non-aqueous electrolyte and battery equipped with the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2007305551A JP2007305551A (en) 2007-11-22
JP5182462B2 true JP5182462B2 (en) 2013-04-17

Family

ID=38839290

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006135814A Expired - Fee Related JP5182462B2 (en) 2006-05-15 2006-05-15 Non-aqueous electrolyte and battery equipped with the same

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5182462B2 (en)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5645260B2 (en) * 2008-05-19 2014-12-24 日本電気株式会社 Secondary battery
US20120088162A1 (en) * 2008-08-07 2012-04-12 Harrup Mason K Safe Battery Solvents
US9099756B2 (en) * 2009-02-17 2015-08-04 Samsung Sdi Co., Ltd. Flame retardant electrolyte for rechargeable lithium battery and rechargeable lithium battery including the same
JP2012009158A (en) * 2010-06-22 2012-01-12 Nippon Synthetic Chem Ind Co Ltd:The Electrolyte and lithium secondary battery using it
JP2012094432A (en) * 2010-10-28 2012-05-17 Nippon Chem Ind Co Ltd Nonaqueous electrolyte and nonaqueous electrolyte secondary battery including the same
KR101201805B1 (en) 2010-11-03 2012-11-15 삼성에스디아이 주식회사 Electrolyte for lithium ion battery, and lithium ion battery including the same
JP5801765B2 (en) * 2012-06-20 2015-10-28 富士フイルム株式会社 Non-aqueous secondary battery electrolyte and non-aqueous secondary battery

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3055358B2 (en) * 1992-04-09 2000-06-26 株式会社ブリヂストン Non-aqueous electrolyte battery
JP2004006301A (en) * 2002-04-10 2004-01-08 Bridgestone Corp Positive electrode for non-aqueous electrolyte secondary battery and its manufacturing method, and non-aqueous electrolyte secondary battery having the same
JP4678122B2 (en) * 2003-10-30 2011-04-27 株式会社Gsユアサ Nonaqueous electrolytes and electrochemical devices
JP2005243620A (en) * 2004-01-27 2005-09-08 Toshiba Corp Nonaqueous electrolyte battery
JP4731125B2 (en) * 2004-03-23 2011-07-20 株式会社ブリヂストン Non-aqueous electrolyte additive for secondary battery, non-aqueous electrolyte for secondary battery and non-aqueous electrolyte secondary battery

Also Published As

Publication number Publication date
JP2007305551A (en) 2007-11-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Jaumaux et al. Non‐flammable liquid and quasi‐solid electrolytes toward highly‐safe alkali metal‐based batteries
JP5734188B2 (en) Lithium-ion rechargeable storage battery containing ionic liquid electrolyte
JP5157107B2 (en) Non-aqueous electrolyte battery
JP5727372B2 (en) Electrochemical devices such as ionic liquid electrolytes containing anionic surfactants and storage batteries containing them
US9543617B2 (en) Lithium-ion battery containing an electrolyte comprising an ionic liquid
JP5182462B2 (en) Non-aqueous electrolyte and battery equipped with the same
Su et al. Liquid electrolytes for low-temperature lithium batteries: main limitations, current advances, and future perspectives
CN103094610A (en) Ionic liquid mixed electrolyte for lithium ion battery
JP4868350B2 (en) Non-aqueous electrolyte battery
JPWO2006095507A1 (en) Non-aqueous electrolyte for electrochemical energy storage device and electrochemical energy storage device using the same
JP2016015214A (en) Electrolyte for nonaqueous electrolyte batteries, and nonaqueous electrolyte battery arranged by use thereof
JP5150954B2 (en) Electrolyte and lithium secondary battery using the same
JP2006339010A (en) Electrolytic solution for electrochemical device
JP2006196390A (en) Ionic liquid composition and electrochemical device using it
Selvamani et al. Asymmetric tetraalkyl ammonium cation-based ionic liquid as an electrolyte for lithium-ion battery applications
JP4310989B2 (en) Nonaqueous electrolytes and electrochemical devices
JP5062505B2 (en) Non-aqueous electrolyte battery
WO2016111151A1 (en) Non-aqueous electrolytic solution and power storage device using the same
EP2332207A1 (en) A non-aqueous electrolyte containing as a solvent a borate ester and/or an aluminate ester
JP2006190618A (en) Ionic liquid composition and electrochemical device containing same
Tsunashima et al. Effect of quaternary phosphonium salts in organic electrolyte for lithium secondary batteries
CN114614087B (en) Preparation method and application of eutectic liquid aqueous electrolyte of lithium ion battery
JP4678122B2 (en) Nonaqueous electrolytes and electrochemical devices
JP6278758B2 (en) Non-aqueous electrolyte and power storage device including the same
JP5092347B2 (en) Nonaqueous electrolyte secondary battery

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20090424

A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712

Effective date: 20100507

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20111122

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20111129

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20120111

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20120626

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20120821

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20121219

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20130101

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Ref document number: 5182462

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20160125

Year of fee payment: 3

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees