JP5391944B2 - Non-aqueous electrolyte and battery using the same - Google Patents
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Description
本発明は、非水系電解液およびそれを用いた非水系電解液電池に関する。 The present invention relates to a non-aqueous electrolyte and a non-aqueous electrolyte battery using the same.
非水系電解液電池、なかでもリチウム二次電池はエネルギー密度が高く、しかも自己放電を起こしにくいという利点がある。そこで近年、携帯電話やノートパソコン、PDA等の民生用モバイル機器用の電源として広く利用されている。
通常、リチウム二次電池等の非水系電解液電池用の電解液は、支持電解質と非水系有機溶媒とから主に構成される。ここで用いられる非水系有機溶媒は、リチウム塩を解離させるために高い誘電率を有すること、広い温度領域で高いイオン伝導度を発現させること、及び、電池中で安定であることなど種々の性質が要求される。これらの要求を一つの溶媒で達成するのは困難であるので、通常は、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート等に代表される高沸点溶媒と、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート等の低沸点溶媒とを組み合わせて、非水溶媒として使用されている。
Non-aqueous electrolyte batteries, especially lithium secondary batteries, have the advantages of high energy density and are less likely to cause self-discharge. Therefore, in recent years, it has been widely used as a power source for consumer mobile devices such as mobile phones, notebook computers, and PDAs.
Usually, the electrolyte for a non-aqueous electrolyte battery such as a lithium secondary battery is mainly composed of a supporting electrolyte and a non-aqueous organic solvent. The non-aqueous organic solvent used here has various properties such as having a high dielectric constant for dissociating the lithium salt, exhibiting high ionic conductivity in a wide temperature range, and being stable in the battery. Is required. Since it is difficult to achieve these requirements with a single solvent, usually a combination of a high boiling point solvent typified by propylene carbonate, ethylene carbonate and the like and a low boiling point solvent such as dimethyl carbonate, diethyl carbonate, Used as a non-aqueous solvent.
また、非水系電解液電池は、初期容量、レート特性、サイクル特性、高温保存特性、低温特性、連続充電特性、自己放電特性、過充電防止特性等の様々な特性を満たすことが要求され、これらを改良するために種々の助剤を電解液に少量含有させる方法がこれまで数多く報告されてきた。例えば助剤として酸無水物を含有させることが提案されている。
特許文献1では、無水マレイン酸などの分子内に炭素−炭素不飽和結合及び/または芳香環を有する無水カルボン酸を含有した電解液を用いることで負極での電解液の分解を抑制できることが開示されている。特許文献2には、π結合を有する環状カーボネートと酸無水物とをそれぞれ1種以上含有した電解液を用いることで保存特性が向上することが開示されている。
Non-aqueous electrolyte batteries are required to satisfy various characteristics such as initial capacity, rate characteristics, cycle characteristics, high temperature storage characteristics, low temperature characteristics, continuous charge characteristics, self-discharge characteristics, and overcharge prevention characteristics. In order to improve the above, many methods have been reported so far in which various auxiliary agents are contained in the electrolytic solution in small amounts. For example, it has been proposed to contain an acid anhydride as an auxiliary agent.
Patent Document 1 discloses that the decomposition of the electrolytic solution at the negative electrode can be suppressed by using an electrolytic solution containing carboxylic anhydride having a carbon-carbon unsaturated bond and / or an aromatic ring in a molecule such as maleic anhydride. Has been. Patent Document 2 discloses that the storage characteristics are improved by using an electrolytic solution containing one or more cyclic carbonates and acid anhydrides each having a π bond.
特許文献3にはSi等の合金を用いた負極を用い、酸無水物とハロゲン含有カーボネートとを含有した電解液を用いることでサイクル特性において放電容量維持率が改善されることが開示されている。
また特許文献4には、トリフルオロメチル無水マレイン酸などのハロゲン含有酸無水物を含有した電解液を用いることでサイクル特性が向上することが開示されている。
Patent Document 3 discloses that the discharge capacity retention rate is improved in cycle characteristics by using a negative electrode using an alloy such as Si and using an electrolytic solution containing an acid anhydride and a halogen-containing carbonate. .
Patent Document 4 discloses that cycle characteristics are improved by using an electrolytic solution containing a halogen-containing acid anhydride such as trifluoromethylmaleic anhydride.
近年、リチウム二次電池等の非水系電解液電池に対する高性能化への要求はますます高くなっており、高容量、サイクル特性、高温保存特性、連続充電特性、過充電特性等の諸特性を、高い次元で共に達成することが求められており、特許文献1〜4に開示されている技術よりも、高いレベルの特性が望まれていた。特にリチウムニッケル含有遷移金属酸化物を含有した正極活物質を用いた電池において、サイクル特性向上が強く求められていた。比較例で示すように、本発明者らの検討によると、特許文献1に記載の無水マレイン酸を添加した場合には負極抵抗の増大を招いた結果、初期容量が大幅に低下し、さらにサイクル特性の向上は認められなかった。 In recent years, the demand for higher performance of non-aqueous electrolyte batteries such as lithium secondary batteries has increased, and various characteristics such as high capacity, cycle characteristics, high temperature storage characteristics, continuous charge characteristics, overcharge characteristics, etc. Therefore, it is required to achieve both at a high dimension, and a higher level of characteristics is desired than the techniques disclosed in Patent Documents 1 to 4. In particular, in a battery using a positive electrode active material containing a lithium nickel-containing transition metal oxide, improvement in cycle characteristics has been strongly demanded. As shown in the comparative example, according to the study by the present inventors, when maleic anhydride described in Patent Document 1 was added, the negative electrode resistance was increased, resulting in a significant decrease in the initial capacity, and further the cycle. No improvement in properties was observed.
本発明は上記の課題に鑑みて創案されたもので、サイクル特性及び保存特性などの諸特性、中でもサイクル特性が改善された非水系電解液および該電解液を用いた電池を提供することを目的とする。 The present invention was devised in view of the above problems, and an object thereof is to provide a non-aqueous electrolyte having improved characteristics such as cycle characteristics and storage characteristics, particularly cycle characteristics, and a battery using the electrolyte. And
本発明の発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、特定構造の不飽和環状酸無水物を特定量含有している非水系電解液を用いることによりサイクル特性及び保存特性などの諸特性、中でもサイクル特性が向上することを見出し、本発明を完成させた。 As a result of intensive studies to solve the above problems, the inventors of the present invention have achieved cycle characteristics and storage by using a non-aqueous electrolyte containing a specific amount of an unsaturated cyclic acid anhydride having a specific structure. The inventors have found that various characteristics such as characteristics, especially cycle characteristics, are improved, and the present invention has been completed.
即ち、本発明の要旨は、次の(1)〜(6)に示すとおりである。
(1)電解質及び非水系有機溶媒を含む非水系電解液であって、該非水系電解液の重量に対して、下記一般式(1)〜(4)で表される化合物群から選ばれた少なくとも1種の不飽和環状酸無水物を0.0001〜10重量%含有し、かつスクシノニトリルを0.01〜5重量%含有していることを特徴とする非水系電解液。
That is, the gist of the present invention is as shown in the following (1) to ( 6 ).
(1) A nonaqueous electrolytic solution containing an electrolyte and a nonaqueous organic solvent, and at least selected from the group of compounds represented by the following general formulas (1) to (4) with respect to the weight of the nonaqueous electrolytic solution the one unsaturated cyclic anhydrides 0. A non-aqueous electrolyte containing 0001 to 10% by weight and 0.01 to 5 % by weight of succinonitrile.
(式中、R1及びR2は、それぞれ独立して、水素原子または炭素数1〜12の炭化水素基であり、またR1とR2は、結合して構成炭素数が7〜26の脂肪族環を形成していても良い。ただし、R1及びR2の両方が水素原子である場合、及び、またR1及びR2の一方が水素原子で他方がメチル基である場合を除く。) (In the formula, R 1 and R 2 are each independently a hydrogen atom or a hydrocarbon group having 1 to 12 carbon atoms, and R 1 and R 2 are bonded to each other and have 7 to 26 carbon atoms. An aliphatic ring may be formed, except when both R 1 and R 2 are hydrogen atoms, and when one of R 1 and R 2 is a hydrogen atom and the other is a methyl group .)
(式中、R3及びR4は、それぞれ独立して、水素原子、フッ素原子またはフッ素置換されていてもよい炭素数1〜12の炭化水素基であり、またR3とR4は、結合して環を形成していても良い。Zはフッ素置換されていてもよい炭素数1〜12の2価の炭化水素基である。ただしZがメチレン基である場合にR3及びR4のいずれもが同時に水素原子であることはない。) (In the formula, R 3 and R 4 are each independently a hydrogen atom, a fluorine atom or a C 1-12 optionally substituted hydrocarbon group, and R 3 and R 4 are a bond. Z may be a fluorine-substituted divalent hydrocarbon group having 1 to 12 carbon atoms, provided that when Z is a methylene group, R 3 and R 4 Neither of them is a hydrogen atom at the same time.)
(式中、R5〜R8は、それぞれ独立して、水素原子、フッ素原子またはフッ素置換されていてもよい炭素数1〜12の炭化水素基であるが、R5〜R8すべてが同時に水素原子であることはない。) (In the formula, R 5 to R 8 are each independently a hydrogen atom, a fluorine atom, or a fluorine-substituted hydrocarbon group having 1 to 12 carbon atoms, but all of R 5 to R 8 are simultaneously selected. It is not a hydrogen atom.)
(式中、R9〜R14は、それぞれ独立して、水素原子、フッ素原子またはフッ素置換されていてもよい炭素数1〜12の炭化水素基であるが、R9〜R14すべてが同時に水素原子であることはない。) (In the formula, R 9 to R 14 are each independently a hydrogen atom, a fluorine atom, or a fluorine-substituted hydrocarbon group having 1 to 12 carbon atoms, but all of R 9 to R 14 are simultaneously selected. It is not a hydrogen atom.)
(2)非水系有機溶媒が、エチレンカーボネート、フッ素置換環状カーボネート及びメチルカーボネート類を、該非水系有機溶媒全体に対して、それぞれ、x重量%、y重量%及びz重量%の割合で含有(ただし0≦x≦39、0≦y≦39、0≦z<100であり、以下の[1]または[2]を満たす。[1]5≦x+1.1y≦39、[2]10≦z<100)していることを特徴とする上記(1)に記載の非水系電解液。
(3)不飽和環状酸無水物が、前記一般式(1)で表される化合物群から選ばれた少なくとも1種の化合物であることを特徴とする上記(1)または(2)に記載の非水系電解液。
(4)正極と負極と、上記(1)〜(3)の何れかに記載の非水系電解液を含むことを特徴とする非水系電解液電池。
(5)負極に炭素質材料を含有した負極活物質を用いたことを特徴とする上記(4)に記載の非水系電解液電池。
(6)正極にリチウムニッケル含有遷移金属酸化物を含有した正極活物質を用いたことを特徴とする上記(4)または(5)に記載の非水系電解液電池。
(2) The non-aqueous organic solvent contains ethylene carbonate, fluorine-substituted cyclic carbonate, and methyl carbonate in a proportion of x wt%, y wt%, and z wt % , respectively, with respect to the entire non-aqueous organic solvent (however, 0 ≦ x ≦ 39, 0 ≦ y ≦ 39, and 0 ≦ z <100, which satisfy the following [1] or [2]: [1] 5 ≦ x + 1.1 y ≦ 39, [2] 10 ≦ z < 100) The nonaqueous electrolytic solution according to (1) above, wherein
(3) The unsaturated cyclic acid anhydride is at least one compound selected from the compound group represented by the general formula (1), as described in (1) or (2) above Non-aqueous electrolyte.
( 4 ) A nonaqueous electrolyte battery comprising a positive electrode, a negative electrode, and the nonaqueous electrolyte solution according to any one of (1) to ( 3 ) above.
( 5 ) The nonaqueous electrolyte battery according to ( 4 ) above, wherein a negative electrode active material containing a carbonaceous material is used for the negative electrode.
( 6 ) The nonaqueous electrolyte battery according to ( 4 ) or ( 5 ) above, wherein a positive electrode active material containing a lithium nickel-containing transition metal oxide is used for the positive electrode.
本発明によれば、非水系電解液電池用の電解液において、サイクル特性及び保存特性などの諸特性、中でもサイクル特性を大幅に向上させることができる。 According to the present invention, in an electrolyte for a non-aqueous electrolyte battery, various characteristics such as cycle characteristics and storage characteristics, in particular, cycle characteristics can be greatly improved.
以下、本発明の実施の形態について説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、任意に変形して実施することができる。例えば、電池はリチウム二次電池を中心に説明するが、非水系電解液電池であれば、他の電池にも適用できる。
本発明の非水系電解液を電池に用いる場合、該電池は非水系電解液と、正極及び負極とを備えて構成される。また、本発明の非水系電解液電池はその他の構成要素を備えていても良い。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described, but the present invention is not limited to the following embodiments, and can be arbitrarily modified without departing from the gist of the present invention. For example, the battery will be described centering on a lithium secondary battery, but can be applied to other batteries as long as it is a non-aqueous electrolyte battery.
When the non-aqueous electrolyte solution of the present invention is used for a battery, the battery includes a non-aqueous electrolyte solution, a positive electrode, and a negative electrode. Moreover, the non-aqueous electrolyte battery of the present invention may include other components.
[I.非水系電解液]
本発明の非水系電解液は、リチウム塩等の電解質が非水系有機溶媒(以下適宜、「本発明における非水系有機溶媒」という)に溶解されてなる非水系電解液であって、後述する特定構造を有する少なくとも1種以上の不飽和環状酸無水物(以下適宜、「本発明における不飽和環状酸無水物」という)を該非水系電解液の重量に対して0.0001〜10重量%含有していることを特徴とする非水系電解液である。
[I. Non-aqueous electrolyte]
The non-aqueous electrolyte solution of the present invention is a non-aqueous electrolyte solution in which an electrolyte such as a lithium salt is dissolved in a non-aqueous organic solvent (hereinafter referred to as “non-aqueous organic solvent in the present invention” as appropriate). At least one or more kinds of unsaturated cyclic acid anhydrides having a structure (hereinafter, appropriately referred to as “unsaturated cyclic acid anhydrides in the present invention”) are contained in an amount of 0.0001 to 10% by weight based on the weight of the non-aqueous electrolyte solution. This is a non-aqueous electrolyte solution.
[1.不飽和環状酸無水物]
[1−1.種類]
本発明における非水系電解液は、下記一般式(1)〜(4)で表される炭素−炭素不飽和結合を有する、環状酸無水物(カルボン酸無水物)を少なくとも1種以上含有する。
[1. Unsaturated cyclic acid anhydride]
[1-1. type]
The non-aqueous electrolyte solution in the present invention contains at least one cyclic acid anhydride (carboxylic acid anhydride) having a carbon-carbon unsaturated bond represented by the following general formulas (1) to (4).
上記一般式(1)において、R1及びR2は、それぞれ独立して、水素原子または炭素数1〜12の炭化水素基である。またR1とR2は構成炭素数が7〜26の脂肪族環を形成していても良い。ただし、R1及びR2の双方が同時に水素原子であることはなく、またR1及びR2の一方が水素原子の時に他方がメチル基であるということもない。
好ましい炭化水素基としては、アルキル基、アルケニル基、アリール基、アラルキル基などが挙げられる。なかでもアルキル基、アリール基がより好ましい。
In the general formula (1), R 1 and R 2 are each independently a hydrogen atom or a hydrocarbon group having 1 to 12 carbon atoms. R 1 and R 2 may form an aliphatic ring having 7 to 26 carbon atoms. However, both R 1 and R 2 are not hydrogen atoms at the same time, and when one of R 1 and R 2 is a hydrogen atom, the other is not a methyl group.
Preferred hydrocarbon groups include alkyl groups, alkenyl groups, aryl groups, aralkyl groups and the like. Of these, an alkyl group and an aryl group are more preferable.
上記アルキル基の炭素数は1〜12、好ましくは1〜8、より好ましくは1〜4である。好ましいアルキル基の具体例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、オクチル、デシル基などが挙げられる。この中でも、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、オクチル基が好ましく、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基がより好ましい。 Carbon number of the said alkyl group is 1-12, Preferably it is 1-8, More preferably, it is 1-4. Specific examples of preferred alkyl groups include methyl, ethyl, propyl, butyl, pentyl, hexyl, octyl, decyl and the like. Among these, a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a butyl group, a pentyl group, a hexyl group, and an octyl group are preferable, and a methyl group, an ethyl group, a propyl group, and a butyl group are more preferable.
上記アルケニル基の炭素数は通常2〜12、好ましくは2〜8、より好ましくは2〜4である。好ましいアルケニル基の具体例としては、ビニル基、イソプロペニル基、1−プロペニル基、アリル基などが挙げられる。この中でもビニル基、アリル基がより好ましい。
上記アリール基の炭素数は通常6〜12である。アリール基の具体例としてはフェニル基、トリル基、エチルフェニル基、ジメチルフェニル基、イソプロピル基、t−ブチルフェニル基、t−アミルフェニル基、シクロヘキシルフェニル基、α−ナフチル基、β−ナフチル基などが挙げられる。この中でもフェニル基、t−ブチルフェニル基、t−アミルフェニル基がより好ましい。
Carbon number of the said alkenyl group is 2-12 normally, Preferably it is 2-8, More preferably, it is 2-4. Specific examples of preferred alkenyl groups include vinyl, isopropenyl, 1-propenyl, and allyl groups. Among these, a vinyl group and an allyl group are more preferable.
The aryl group usually has 6 to 12 carbon atoms. Specific examples of the aryl group include phenyl group, tolyl group, ethylphenyl group, dimethylphenyl group, isopropyl group, t-butylphenyl group, t-amylphenyl group, cyclohexylphenyl group, α-naphthyl group, β-naphthyl group and the like. Is mentioned. Among these, a phenyl group, a t-butylphenyl group, and a t-amylphenyl group are more preferable.
上記アラルキル基の炭素数は通常7〜12である。アラルキル基の具体例としてはベンジル基、α-フェネチル基、β-フェネチル基などが挙げられる。これらの中でもベンジル基がより好ましい。
またR1とR2は、結合して脂肪族環を形成していてもよい。脂肪族環の構成炭素数は、通常7〜26、好ましくは7〜18、より好ましくは7〜12である。より好ましい具体例としては、3−メチルシクロヘキセン環、4−メチルシクロヘキセン環、4,4−ジメチルシクロペンテン環、4,5−ジメチルシクロヘキセン環、4−ビニルシクロヘキセン環、シクロヘプテン環、シクロオクテン環、1,3−シクロオクタジエン環、1,5−シクロオクタジエン環、シクロドデセン環などの単環;1,4,5,6,9,10−ヘキサヒドロナフタレン環、1,2,3,4,5,6,9,10−オクタヒドロナフタレン環などの縮合環;ノルボルニレン環、ビシクロ〔2.2.2〕オクト−2−エン環などのビシクロ環が挙げられる。
The carbon number of the aralkyl group is usually 7-12. Specific examples of the aralkyl group include benzyl group, α-phenethyl group, β-phenethyl group and the like. Among these, a benzyl group is more preferable.
R 1 and R 2 may combine to form an aliphatic ring. The constituent carbon number of the aliphatic ring is usually 7 to 26, preferably 7 to 18, and more preferably 7 to 12. More preferred specific examples include 3-methylcyclohexene ring, 4-methylcyclohexene ring, 4,4-dimethylcyclopentene ring, 4,5-dimethylcyclohexene ring, 4-vinylcyclohexene ring, cycloheptene ring, cyclooctene ring, 1, Monocyclic rings such as 3-cyclooctadiene ring, 1,5-cyclooctadiene ring, cyclododecene ring; 1,4,5,6,9,10-hexahydronaphthalene ring, 1,2,3,4,5, Examples include condensed rings such as 6,9,10-octahydronaphthalene ring; and bicyclo rings such as norbornylene ring and bicyclo [2.2.2] oct-2-ene ring.
上記一般式(2)において、R3及びR4は、それぞれ独立して、水素原子、フッ素原子またはフッ素置換されていてもよい炭素数1〜12の炭化水素基であり、R3とR4は結合して環を形成していても良い。Zは炭素数1〜12のフッ素置換されていてもよい2価の炭化水素基である。ただしZがメチレン基である場合にR3及びR4の両方が同時に水素原子であることはない。 In the general formula (2), R 3 and R 4 are each independently a hydrogen atom, a fluorine atom, or an optionally substituted fluorine group having 1 to 12 carbon atoms, and R 3 and R 4 May combine to form a ring. Z is a divalent hydrocarbon group having 1 to 12 carbon atoms which may be substituted with fluorine. However, when Z is a methylene group, R 3 and R 4 are not simultaneously hydrogen atoms.
R3、R4において好ましい炭化水素基としては、アルキル基、アルケニル基、アリール基、アラルキル基などが挙げられる。なかでもアルキル基、アリール基がより好ましい。
R3及び/またはR4がアルキル基の場合、そのアルキル基の炭素数は通常1〜12、好ましくは1〜8、より好ましくは1〜4である。好ましいアルキル基の具体例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、オクチル、デシル基などが挙げられる。この中でも、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、オクチル基が好ましく、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基がより好ましい。
Preferred hydrocarbon groups for R 3 and R 4 include alkyl groups, alkenyl groups, aryl groups, aralkyl groups, and the like. Of these, an alkyl group and an aryl group are more preferable.
When R 3 and / or R 4 is an alkyl group, the carbon number of the alkyl group is usually 1 to 12, preferably 1 to 8, more preferably 1-4. Specific examples of preferred alkyl groups include methyl, ethyl, propyl, butyl, pentyl, hexyl, octyl, decyl and the like. Among these, a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a butyl group, a pentyl group, a hexyl group, and an octyl group are preferable, and a methyl group, an ethyl group, a propyl group, and a butyl group are more preferable.
R3及び/またはR4がアルケニル基の場合、そのアルケニル基の炭素数は通常2〜12、好ましくは2〜8、より好ましくは2〜4である。好ましいアルケニル基の具体例としては、ビニル基、イソプロペニル基、1−プロペニル基、アリル基などが挙げられる。この中でもビニル基、アリル基がより好ましい。
R3及び/またはR4がアリール基の場合、そのアリール基の炭素数は通常6〜12である。具体例としてはフェニル基、トリル基、エチルフェニル基、ジメチルフェニル基、イソプロピル基、t−ブチルフェニル基、t−アミルフェニル基、シクロヘキシルフェニル基、α−ナフチル基、β−ナフチル基などが挙げられる。この中でもフェニル基、t−ブチルフェニル基、t−アミルフェニル基がより好ましい。
When R 3 and / or R 4 is an alkenyl group, the alkenyl group usually has 2 to 12 carbon atoms, preferably 2 to 8 carbon atoms, more preferably 2 to 4 carbon atoms. Specific examples of preferred alkenyl groups include vinyl, isopropenyl, 1-propenyl, and allyl groups. Among these, a vinyl group and an allyl group are more preferable.
When R 3 and / or R 4 is an aryl group, the aryl group usually has 6 to 12 carbon atoms. Specific examples include phenyl group, tolyl group, ethylphenyl group, dimethylphenyl group, isopropyl group, t-butylphenyl group, t-amylphenyl group, cyclohexylphenyl group, α-naphthyl group, β-naphthyl group and the like. . Among these, a phenyl group, a t-butylphenyl group, and a t-amylphenyl group are more preferable.
R3及び/またはR4がアラルキル基の場合、そのアラルキル基の炭素数は通常7〜12である。具体例としてはベンジル基、α-フェネチル基、β-フェネチル基などが挙げられる。これらの中でもベンジル基がより好ましい。
またR3とR4は結合して環を形成していても良い。この場合の環は脂肪族環及び芳香族環のいずれでも良いが、より好ましくは芳香族環である。脂肪族環の具体例としては、シクロブテン環、シクロペンテン環、シクロヘキセン環、メチルシクロヘキセン環、4−メチルシクロヘキセン環、4,4−ジメチルシクロペンテン環、4,5−ジメチルシクロヘキセン環、4−ビニルシクロヘキセン環、シクロヘプテン環、シクロオクテン環、1,3−シクロオクタジエン環、1,5−シクロオクタジエン環、シクロドデセン環などの単環;1,4,5,6,9,10−ヘキサヒドロナフタレン環、1,2,3,4,5,6,9,10−オクタヒドロナフタレン環などの縮合環;ノルボルニレン環、ビシクロ〔2.2.2〕オクト−2−エン環などのビシクロ環が挙げられる。芳香族環の具体例としては、ベンゼン環、メチルベンゼン環、ジメチルベンゼン環、1,2−ジヒドロナフタレン環、1,4−ジヒドロナフタレン環、ナフタレン環などが挙げられる。
When R 3 and / or R 4 is an aralkyl group, the aralkyl group usually has 7 to 12 carbon atoms. Specific examples include benzyl group, α-phenethyl group, β-phenethyl group and the like. Among these, a benzyl group is more preferable.
R 3 and R 4 may be bonded to form a ring. In this case, the ring may be either an aliphatic ring or an aromatic ring, but more preferably an aromatic ring. Specific examples of the aliphatic ring include cyclobutene ring, cyclopentene ring, cyclohexene ring, methylcyclohexene ring, 4-methylcyclohexene ring, 4,4-dimethylcyclopentene ring, 4,5-dimethylcyclohexene ring, 4-vinylcyclohexene ring, Monocycles such as cycloheptene ring, cyclooctene ring, 1,3-cyclooctadiene ring, 1,5-cyclooctadiene ring, cyclododecene ring; 1,4,5,6,9,10-hexahydronaphthalene ring, 1 , 2,3,4,5,6,9,10-octahydronaphthalene ring; bicyclo rings such as norbornylene ring and bicyclo [2.2.2] oct-2-ene ring. Specific examples of the aromatic ring include benzene ring, methylbenzene ring, dimethylbenzene ring, 1,2-dihydronaphthalene ring, 1,4-dihydronaphthalene ring, naphthalene ring and the like.
また、R3及び/またはR4がフッ素置換された炭化水素基である場合において、フッ素置換の程度に制限はなく、上述した炭化水素基を構成する一部またはすべての水素原子がフッ素原子で置換されていても良い。
Zは炭素数1〜12のフッ素置換されていてもよい2価の炭化水素基である。具体的にはメチレン基、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基、フェニレン基、ネフチレン基などが挙げられるが、好ましくはメチレン基及びフェニレン基である。上述した2価の炭化水素基を構成する一部またはすべての水素原子がフッ素原子で置換されていても良い。
In the case where R 3 and / or R 4 is a fluorine-substituted hydrocarbon group, the degree of fluorine substitution is not limited, and some or all of the hydrogen atoms constituting the hydrocarbon group described above are fluorine atoms. It may be replaced.
Z is a divalent hydrocarbon group having 1 to 12 carbon atoms which may be substituted with fluorine. Specific examples include a methylene group, an ethylene group, a propylene group, a butylene group, a phenylene group, and a neftylene group, with a methylene group and a phenylene group being preferred. Some or all of the hydrogen atoms constituting the divalent hydrocarbon group described above may be substituted with fluorine atoms.
上記一般式(3)において、R5〜R8は、それぞれ独立して、水素原子、フッ素原子またはフッ素置換されていてもよい炭素数1〜12の炭化水素基であるが、R5〜R8すべてが同時に水素原子であることはない。R5〜R8の好ましい炭化水素基としては、アルキル基、アルケニル基、アリール基、アラルキル基などが挙げられる。なかでもアルキル基、アリール基がより好ましい。 In the general formula (3), R 5 to R 8 are each independently a hydrogen atom, a fluorine atom, or an optionally substituted fluorine group having 1 to 12 carbon atoms, but R 5 to R 8 Not all 8 are hydrogen atoms at the same time. Preferred hydrocarbon groups for R 5 to R 8 include alkyl groups, alkenyl groups, aryl groups, aralkyl groups, and the like. Of these, an alkyl group and an aryl group are more preferable.
R5〜R8がアルキル基の場合、そのアルキル基の炭素数は通常1〜12、好ましくは1〜8、より好ましくは1〜4である。好ましいアルキル基の具体例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、オクチル、デシル基などが挙げられる。この中でも、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、オクチル基が好ましく、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基がより好ましい。 When R < 5 > -R < 8 > is an alkyl group, carbon number of the alkyl group is 1-12 normally, Preferably it is 1-8, More preferably, it is 1-4. Specific examples of preferred alkyl groups include methyl, ethyl, propyl, butyl, pentyl, hexyl, octyl, decyl and the like. Among these, a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a butyl group, a pentyl group, a hexyl group, and an octyl group are preferable, and a methyl group, an ethyl group, a propyl group, and a butyl group are more preferable.
R5〜R8がアルケニル基の場合、そのアルケニル基の炭素数は通常2〜12、好ましくは2〜8、より好ましくは2〜4である。好ましいアルケニル基の具体例としては、ビニル基、イソプロペニル基、アリル基などが挙げられる。この中でもビニル基、アリル基がより好ましい。
R5〜R8がアリール基の場合、そのアリール基の炭素数は通常6〜12である。具体例としてはフェニル基、トリル基、エチルフェニル基、ジメチルフェニル基、イソプロピル基、t−ブチルフェニル基、t−アミルフェニル基、シクロヘキシルフェニル基、α−ナフチル基、β−ナフチル基などが挙げられる。この中でもフェニル基、t−ブチルフェニル基、t−アミルフェニル基がより好ましい。
When R < 5 > -R < 8 > is an alkenyl group, carbon number of the alkenyl group is 2-12 normally, Preferably it is 2-8, More preferably, it is 2-4. Specific examples of preferred alkenyl groups include vinyl, isopropenyl, and allyl groups. Among these, a vinyl group and an allyl group are more preferable.
When R 5 to R 8 are aryl groups, the aryl group usually has 6 to 12 carbon atoms. Specific examples include phenyl group, tolyl group, ethylphenyl group, dimethylphenyl group, isopropyl group, t-butylphenyl group, t-amylphenyl group, cyclohexylphenyl group, α-naphthyl group, β-naphthyl group and the like. . Among these, a phenyl group, a t-butylphenyl group, and a t-amylphenyl group are more preferable.
R5〜R8がアラルキル基の場合、そのアラルキル基の炭素数は通常7〜12である。具体例としてはベンジル基、α-フェネチル基、β-フェネチル基などが挙げられる。これらの中でもベンジル基がより好ましい。
また、R5〜R8がフッ素置換された炭化水素基である場合において、フッ素置換の程度に制限はなく、上述した炭化水素基を構成する一部またはすべての水素原子がフッ素原子で置換されていても良い。
When R < 5 > -R < 8 > is an aralkyl group, the carbon number of the aralkyl group is usually 7-12. Specific examples include benzyl group, α-phenethyl group, β-phenethyl group and the like. Among these, a benzyl group is more preferable.
Further, in the case R 5 to R 8 is a fluorine-substituted hydrocarbon group, limiting the degree of fluorine substitution is not, some or all of the hydrogen atoms constituting the hydrocarbon group described above is substituted with a fluorine atom May be.
上記一般式(4)において、R9〜R14は、それぞれ独立して、水素原子、フッ素原子、炭素数1〜12の炭化水素基またはフッ素置換された炭素数1〜12の炭化水素基であるが、R9〜R14すべてが同時に水素原子であることはない。
R9〜R14の好ましい炭化水素基としては、アルキル基、アルケニル基、アリール基、アラルキル基などが挙げられる。なかでもアルキル基、アリール基がより好ましい。
In the general formula (4), R 9 to R 14 are each independently a hydrogen atom, a fluorine atom, a hydrocarbon group having 1 to 12 carbon atoms, or a hydrocarbon group having 1 to 12 carbon atoms substituted with fluorine. However, not all of R 9 to R 14 are hydrogen atoms at the same time.
Preferred hydrocarbon groups for R 9 to R 14 include alkyl groups, alkenyl groups, aryl groups, aralkyl groups, and the like. Of these, an alkyl group and an aryl group are more preferable.
R9〜R14がアルキル基の場合、そのアルキル基の炭素数は通常1〜12、好ましくは1〜8、より好ましくは1〜4である。好ましいアルキル基の具体例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、オクチル、デシル基などが挙げられる。この中でも、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、オクチル基が好ましく、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基がより好ましい。 When R < 9 > -R < 14 > is an alkyl group, carbon number of the alkyl group is 1-12 normally, Preferably it is 1-8, More preferably, it is 1-4. Specific examples of preferred alkyl groups include methyl, ethyl, propyl, butyl, pentyl, hexyl, octyl, decyl and the like. Among these, a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a butyl group, a pentyl group, a hexyl group, and an octyl group are preferable, and a methyl group, an ethyl group, a propyl group, and a butyl group are more preferable.
R9〜R14がアルケニル基の場合、そのアルケニル基の炭素数は通常2〜12、好ましくは2〜8、より好ましくは2〜4である。好ましいアルケニル基の具体例としては、ビニル基、イソプロペニル基、アリル基などが挙げられる。この中でもビニル基、アリル基がより好ましい。
R9〜R14がアリール基の場合、そのアリール基の炭素数は通常6〜12である。具体例としてはフェニル基、トリル基、エチルフェニル基、ジメチルフェニル基、イソプロピル基、t−ブチルフェニル基、t−アミルフェニル基、シクロヘキシルフェニル基、α−ナフチル基、β−ナフチル基などが挙げられる。この中でもフェニル基、t−ブチルフェニル基、t−アミルフェニル基がより好ましい。
When R 9 to R 14 are alkenyl groups, the alkenyl group has usually 2 to 12 carbon atoms, preferably 2 to 8 carbon atoms, and more preferably 2 to 4 carbon atoms. Specific examples of preferred alkenyl groups include vinyl, isopropenyl, and allyl groups. Among these, a vinyl group and an allyl group are more preferable.
When R 9 to R 14 are aryl groups, the aryl group usually has 6 to 12 carbon atoms. Specific examples include phenyl group, tolyl group, ethylphenyl group, dimethylphenyl group, isopropyl group, t-butylphenyl group, t-amylphenyl group, cyclohexylphenyl group, α-naphthyl group, β-naphthyl group and the like. . Among these, a phenyl group, a t-butylphenyl group, and a t-amylphenyl group are more preferable.
R9〜R14がアラルキル基の場合、そのアラルキル基の炭素数は通常7〜12である。具体例としてはベンジル基、α-フェネチル基、β-フェネチル基などが挙げられる。これらの中でもベンジル基がより好ましい。
また、R9〜R14がフッ素置換された炭化水素基である場合において、フッ素置換の程度に制限はなく、上述した炭化水素基を構成する一部またはすべての水素原子がフッ素原子で置換されていても良い。
When R 9 to R 14 are an aralkyl group, the carbon number of the aralkyl group is usually 7 to 12. Specific examples include benzyl group, α-phenethyl group, β-phenethyl group and the like. Among these, a benzyl group is more preferable.
When R 9 to R 14 are fluorine-substituted hydrocarbon groups, the degree of fluorine substitution is not limited, and some or all of the hydrogen atoms constituting the above-described hydrocarbon group are substituted with fluorine atoms. May be.
さらに本発明における不飽和酸無水物は、その分子量が通常120以上、また、通常400以下、好ましくは320以下、さらに好ましくは260以下である。この範囲の上限を上回ると不飽和酸無水物の非水電解液に対する相溶性又は溶解性が低下し、その非水系電解液を用いた電池の特性が不十分となる虞がある。
以下、本発明における不飽和酸無水物の具体例を挙げるが、本発明における不飽和酸無水物は以下の例示物に限定されるものではない。
Further, the unsaturated acid anhydride in the present invention has a molecular weight of usually 120 or more, usually 400 or less, preferably 320 or less, more preferably 260 or less. If the upper limit of this range is exceeded, the compatibility or solubility of the unsaturated acid anhydride with respect to the non-aqueous electrolyte solution is lowered, and the characteristics of the battery using the non-aqueous electrolyte solution may be insufficient.
Hereinafter, although the specific example of the unsaturated acid anhydride in this invention is given, the unsaturated acid anhydride in this invention is not limited to the following illustrations.
一般式(1)で表される化合物としては、次の化合物が挙げられる。 Examples of the compound represented by the general formula (1) include the following compounds.
一般式(2)で表される化合物としては、次の化合物が挙げられる。 Examples of the compound represented by the general formula (2) include the following compounds.
一般式(3)で表される化合物としては、次の化合物が挙げられる。 Examples of the compound represented by the general formula (3) include the following compounds.
一般式(4)で表される化合物としては、次の化合物が挙げられる。 Examples of the compound represented by the general formula (4) include the following compounds.
これらの中でも、本発明における不飽和酸無水物として好ましいのは、
一般式(1)で表される化合物
(1): エチルマレイン酸無水物
(2): イソプロピルマレイン酸無水物
(3): ノルマルプロピルマレイン酸無水物
(4): ブチルマレイン酸無水物
(7): フェニルマレイン酸無水物
(8): ベンジルマレイン酸無水物
(10): ビニルマレイン酸無水物
(12): アリルマレイン酸無水物
(13): 2,3−ジメチルマレイン酸無水物
(14): 2−エチル−3−メチルマレイン酸無水物
(15): 2,3−ジエチルマレイン酸無水物
(17): 2−メチル−3−フェニルマレイン酸無水物
(18): 2,3−ジフェニルマレイン酸無水物
(19): 2,3−ジベンジルマレイン酸無水物
(20): 2−メチル−3−ビニルマレイン酸無水物
(21): 2,3−ジビニルマレイン酸無水物
(26): ビシクロ〔2.2.2〕オクト−2−エン−2,3−ジカルボン酸無水物
一般式(2)で表される化合物
(1): 4−メチル−2H−ピラン−2,6(3H)−ジオン
(2): 3−メチル−2H−ピラン−2,6(3H)−ジオン
(8): 5−メチル−1H−2−ベンゾピラン−1,3(4H)−ジオン
(9): 7−メチル−1H−2−ベンゾピラン−1,3(4H)−ジオン
(10): 8−メチル−1H−2−ベンゾピラン−1,3(4H)−ジオン
(11): ジフェン酸無水物
一般式(3)で表される化合物
(1): ジヒドロ−3−エチリデン−2,5−フランジオン
(2): ジヒドロ−3−(1−メチルエチリデン)−2,5−フランジオン
(3): ジヒドロ−3−プロピリデン−2,5−フランジオン
(9): 2−メチル−3−メチレン無水コハク酸
(11): ジメチレン無水コハク酸
(12): 2−メチレン−3−フェニル無水コハク酸
一般式(4)で表される化合物
(1): ジヒドロ−3−(1−プロピレン−1−イル)−2,5−フランジオン
(2): ジヒドロ−3−(2−メチル−1−プロピレン−1−イル)−2,5−フランジオン
(7): ジヒドロ−3−(2−フェニルエテニル)−2,5−フランジオン
(8): 2−メチル−3−ビニル無水コハク酸
(9): 2,3−ジビニル無水コハク酸、である。
特に好ましくは一般式(1)で表される化合物としては、
(1): エチルマレイン酸無水物
(2): イソプロピルマレイン酸無水物
(7): フェニルマレイン酸無水物
(10): ビニルマレイン酸無水物
(13): 2,3−ジメチルマレイン酸無水物
(18): 2,3−ジフェニルマレイン酸無水物
(21): 2,3−ジビニルマレイン酸無水物
(26): ビシクロ〔2.2.2〕オクト−2−エン−2,3−ジカルボン酸無水物
が挙げられ、一般式(2)で表される化合物としては
(1): 4−メチル−2H−ピラン−2,6(3H)−ジオン
(8): 5−メチル−1H−2−ベンゾピラン−1,3(4H)−ジオン
(9): 7−メチル−1H−2−ベンゾピラン−1,3(4H)−ジオン
(11): ジフェン酸無水物
が挙げられ、一般式(3)で表される化合物としては
(1): ジヒドロ−3−エチリデン−2,5−フランジオン
(9): 2−メチル−3−メチレン無水コハク酸
(11): ジメチレン無水コハク酸
が挙げられ、一般式(4)で表される化合物としては
(1): ジヒドロ−3−(1−プロピレン−1−イル)−2,5−フランジオン
(8): 2−メチル−3−ビニル無水コハク酸
(9): 2,3−ジビニル無水コハク酸
である。
最も好ましくは、一般式(1)で表される化合物の中の
(7): フェニルマレイン酸無水物
(10): ビニルマレイン酸無水物
(13): 2,3−ジメチルマレイン酸無水物
(18): 2,3−ジフェニルマレイン酸無水物
(21): 2,3−ジビニルマレイン酸無水物
(26): ビシクロ〔2.2.2〕オクト−2−エン−2,3−ジカルボン酸無水物
である。
Among these, preferred as the unsaturated acid anhydride in the present invention is
Compound represented by general formula (1) (1): ethyl maleic anhydride (2): isopropyl maleic anhydride (3): normal propyl maleic anhydride (4): butyl maleic anhydride (7) : Phenylmaleic anhydride (8): benzylmaleic anhydride (10): vinylmaleic anhydride (12): allylmaleic anhydride (13): 2,3-dimethylmaleic anhydride (14): 2-ethyl-3-methylmaleic anhydride (15): 2,3-diethylmaleic anhydride (17): 2-methyl-3-phenylmaleic anhydride (18): 2,3-diphenylmaleic acid Anhydride (19): 2,3-Dibenzylmaleic anhydride (20): 2-Methyl-3-vinylmaleic anhydride (21): 2,3-divinylmaleic Anhydride (26): Bicyclo [2.2.2] oct-2-ene-2,3-dicarboxylic anhydride Compound represented by the general formula (2) (1): 4-methyl-2H-pyran- 2,6 (3H) -dione (2): 3-methyl-2H-pyran-2,6 (3H) -dione (8): 5-methyl-1H-2-benzopyran-1,3 (4H) -dione (9): 7-Methyl-1H-2-benzopyran-1,3 (4H) -dione (10): 8-Methyl-1H-2-benzopyran-1,3 (4H) -dione (11): Diphenic acid Compound represented by general formula (3) of anhydride (1): Dihydro-3-ethylidene-2,5-furandion (2): Dihydro-3- (1-methylethylidene) -2,5-furandion ( 3): Dihydro-3-propylidene-2,5-flangio (9): 2-methyl-3-methylene succinic anhydride (11): dimethylene succinic anhydride (12): 2-methylene-3-phenyl succinic anhydride compound represented by general formula (4) (1): Dihydro-3- (1-propylene-1-yl) -2,5-furandion (2): Dihydro-3- (2-methyl-1-propylene-1-yl) -2,5-furandion (7 ): Dihydro-3- (2-phenylethenyl) -2,5-furandione (8): 2-methyl-3-vinyl succinic anhydride (9): 2,3-divinyl succinic anhydride.
Particularly preferably, as the compound represented by the general formula (1),
(1): Ethyl maleic anhydride (2): Isopropyl maleic anhydride (7): Phenyl maleic anhydride (10): Vinyl maleic anhydride (13): 2,3-dimethyl maleic anhydride ( 18): 2,3-diphenylmaleic anhydride (21): 2,3-divinylmaleic anhydride (26): bicyclo [2.2.2] oct-2-ene-2,3-dicarboxylic anhydride The compounds represented by the general formula (2) include: (1): 4-methyl-2H-pyran-2,6 (3H) -dione (8): 5-methyl-1H-2-benzopyran -1,3 (4H) -dione (9): 7-methyl-1H-2-benzopyran-1,3 (4H) -dione (11): diphenic anhydride, which is represented by the general formula (3) As a compound to be (1) Dihydro-3-ethylidene-2,5-furandione (9): 2-methyl-3-methylene succinic anhydride (11): Examples include dimethylene succinic anhydride, and the compound represented by the general formula (4) (1): Dihydro-3- (1-propylene-1-yl) -2,5-furandione (8): 2-methyl-3-vinyl succinic anhydride (9): 2,3-divinyl succinic anhydride It is.
Most preferably, among the compounds represented by the general formula (1): (7): phenylmaleic anhydride (10): vinylmaleic anhydride (13): 2,3-dimethylmaleic anhydride (18 ): 2,3-diphenylmaleic anhydride (21): 2,3-divinylmaleic anhydride (26): bicyclo [2.2.2] oct-2-ene-2,3-dicarboxylic anhydride It is.
また上述した本発明における不飽和環状酸無水物は、1種類を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用しても良い。 Moreover, the unsaturated cyclic acid anhydride in this invention mentioned above may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio.
[1−2.組成]
本発明における不飽和環状酸無水物の含有量は、該非水系電解液の重量に対して、0.0001重量%以上、好ましくは0.001重量%以上、より好ましくは0.01重量%以上、さらに好ましくは0.05重量%以上、最も好ましくは0.1重量%以上、また通常10容量%以下、好ましくは5重量%以下、より好ましくは3重量%以下、さらに好ましくは2重量%以下、最も好ましくは1重量%以下である。添加量が多すぎると、負極の被膜抵抗が増大するために容量が低下する傾向にある。また濃度が小さすぎると、本発明の効果を十分に発揮できない可能性がある。
[1-2. composition]
The content of the unsaturated cyclic acid anhydride in the present invention is 0.0001% by weight or more, preferably 0.001% by weight or more, more preferably 0.01% by weight or more, based on the weight of the non-aqueous electrolyte. More preferably 0.05% by weight or more, most preferably 0.1% by weight or more, and usually 10% by volume or less, preferably 5% by weight or less, more preferably 3% by weight or less, still more preferably 2% by weight or less, Most preferably, it is 1 weight% or less. If the amount added is too large, the film resistance of the negative electrode increases and the capacity tends to decrease. If the concentration is too small, the effects of the present invention may not be sufficiently exhibited.
[2.非水系有機溶媒]
[2−1.種類]
本発明で用いる非水系有機溶媒について特に制限は無く、公知の非水系有機溶媒を任意に用いることができる。これらの例を挙げると、鎖状カーボネート類、環状カーボネート類、鎖状エステル類、環状エステル(ラクトン化合物)類、鎖状エーテル類、環状エーテル類、含硫黄有機溶媒などが挙げられる。なかでも高いリチウムイオン導電性を発現させる溶媒として、通常、鎖状カーボネート類、環状カーボネート類、鎖状エステル類、環状エステル類、鎖状エーテル類、環状エーテル類が好ましい。
[2. Non-aqueous organic solvent]
[2-1. type]
There is no restriction | limiting in particular about the non-aqueous organic solvent used by this invention, A well-known non-aqueous organic solvent can be used arbitrarily. Examples of these include chain carbonates, cyclic carbonates, chain esters, cyclic esters (lactone compounds), chain ethers, cyclic ethers, sulfur-containing organic solvents, and the like. In particular, as a solvent that exhibits high lithium ion conductivity, chain carbonates, cyclic carbonates, chain esters, cyclic esters, chain ethers, and cyclic ethers are usually preferable.
鎖状カーボネート類の具体例を挙げると、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルプロピルカーボネート、エチルプロピルカーボネート、ジプロピルカーボネート、メチルフェニルカーボネート、エチルフェニルカーボネート、ジフェニルカーボネートなどのカーボネート類;ビス(トリフルオロメチル)カーボネート、メチルトリフルオロメチルカーボネート、ビス(モノフルオロエチル)カーボネート、メチルモノフルオロエチルカーボネート、ビス(トリフルオロエチル)カーボネート、メチルトリフルオロエチルカーボネートなどのハロゲン置換カーボネート類が挙げられる。これらの中でもジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、メチルプロピルカーボネート、メチルフェニルカーボネート、メチルトリフルオロメチルカーボネート、メチルモノフルオロエチルカーボネート、メチルジフルオロエチルカーボネート、メチルトリフルオロエチルカーボネート、メチルペンタフルオロエチルカーボネート等のメチルカーボネート類が好ましい。 Specific examples of the chain carbonates include carbonates such as dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, diethyl carbonate, methyl propyl carbonate, ethyl propyl carbonate, dipropyl carbonate, methyl phenyl carbonate, ethyl phenyl carbonate, diphenyl carbonate; Examples include halogen-substituted carbonates such as (trifluoromethyl) carbonate, methyl trifluoromethyl carbonate, bis (monofluoroethyl) carbonate, methyl monofluoroethyl carbonate, bis (trifluoroethyl) carbonate, and methyl trifluoroethyl carbonate. Among these, methyl carbonate such as dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, methyl propyl carbonate, methyl phenyl carbonate, methyl trifluoromethyl carbonate, methyl monofluoroethyl carbonate, methyl difluoroethyl carbonate, methyl trifluoroethyl carbonate, methyl pentafluoroethyl carbonate, etc. Are preferred.
また、環状カーボネート類の具体例を挙げると、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ジメチルエチレンカーボネート、ジエチルエチレンカーボネート、モノプロピルエチレンカーボネート、ジプロピルエチレンカーボネート、フェニルエチレンカーボネート、ジフェニルエチレンカーボネート、カテコールカーボネートなどのカーボネート類;モノフルオロエチレンカーボネート、ジフルオロエチレンカーボネート、トリフルオロエチレンカーボネート、テトラフルオロエチレンカーボネート、モノフルオロメチルエチレンカーボネート、トリフルオロメチルエチレンカーボネートなどのフッ素置換カーボネート類等が挙げられる。これらの中でもエチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、モノフルオロエチレンカーボネート、ジフルオロエチレンカーボネート、トリフルオロメチルエチレンカーボネートが好ましい。 Specific examples of cyclic carbonates include ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl ethylene carbonate, diethyl ethylene carbonate, monopropyl ethylene carbonate, dipropyl ethylene carbonate, phenyl ethylene carbonate, diphenyl ethylene carbonate, catechol carbonate, etc. Carbonates; fluorine-substituted carbonates such as monofluoroethylene carbonate, difluoroethylene carbonate, trifluoroethylene carbonate, tetrafluoroethylene carbonate, monofluoromethylethylene carbonate, trifluoromethylethylene carbonate, and the like. Among these, ethylene carbonate, propylene carbonate, monofluoroethylene carbonate, difluoroethylene carbonate, and trifluoromethylethylene carbonate are preferable.
鎖状エステル類の具体例を挙げると、ギ酸メチル、酢酸メチル、プロピオン酸メチル、酪酸メチルなどのメチルエステル類;ギ酸エチル、酢酸エチル、プロピオン酸エチル、酪酸エチル等のエチルエステル類が挙げられる。
環状エステル類の具体例を挙げると、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、δ−バレロラクトン、α−メチル−γ−ブチロラクトン等が挙げられる。
Specific examples of the chain esters include methyl esters such as methyl formate, methyl acetate, methyl propionate and methyl butyrate; ethyl esters such as ethyl formate, ethyl acetate, ethyl propionate and ethyl butyrate.
Specific examples of cyclic esters include γ-butyrolactone, γ-valerolactone, δ-valerolactone, α-methyl-γ-butyrolactone, and the like.
鎖状エーテル類の具体例を挙げると、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、ジエチルエーテル等が挙げられる。
環状エーテル類の具体例を挙げると、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,3−ジオキソラン、4−メチル−1,3−ジオキソラン等が挙げられる。
また、非水系有機溶媒として用いる有機溶媒の分子量は、通常50以上、好ましくは80以上、また、通常250以下、好ましくは150以下である。分子量が大きすぎると粘度が高くなるために特に高電流での放電容量が低下する傾向にある。一方、分子量が小さすぎると揮発性が高くなり、電池内圧力の上昇の要因となるので好ましくない。
Specific examples of the chain ethers include 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, diethyl ether and the like.
Specific examples of cyclic ethers include tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,3-dioxolane, 4-methyl-1,3-dioxolane and the like.
The molecular weight of the organic solvent used as the non-aqueous organic solvent is usually 50 or more, preferably 80 or more, and usually 250 or less, preferably 150 or less. If the molecular weight is too large, the viscosity increases, and the discharge capacity particularly at a high current tends to decrease. On the other hand, if the molecular weight is too small, the volatility is increased, which causes an increase in the internal pressure of the battery, which is not preferable.
さらに、非水系有機溶媒は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用しても良いが、各種特性をバランス良く満たすためには2種以上の非水系有機溶媒が混合して使用されることが好ましい。
特に環状カーボネート類と鎖状カーボネート類の併用が好ましく、中でも環状カーボネートとしてエチレンカーボネート及び/またはフッ素置換環状カーボネート、鎖状カーボネートとしてメチルカーボネート類の組み合わせが特に好ましい。この組み合わせにおけるフッ素置換環状カーボネートとしてはフルオロエチレンカーボネート、ジフルオロエチレンカーボネート、トリフルオロエチレンカーボネート、テトラフルオロエチレンカーボネート、モノフルオロメチルエチレンカーボネート、トリフルオロメチルエチレンカーボネートが挙げられる。これらの中でもフルオロエチレンカーボネート、ジフルオロエチレンカーボネートが好ましい。またメチルカーボネート類としてはジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、メチルプロピルカーボネート、メチルフェニルカーボネート、メチルトリフルオロメチルカーボネート、メチルモノフルオロエチルカーボネート、メチルジフルオロエチルカーボネート、メチルトリフルオロエチルカーボネート、メチルペンタフルオロエチルカーボネートが挙げられる。これらの中でもジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、メチルトリフルオロメチルカーボネートが好ましい。
Further, the non-aqueous organic solvent may be used alone or in combination of two or more in any combination and ratio, but in order to satisfy various properties in a well-balanced manner, two or more non-aqueous organic solvents are used. It is preferable to use a mixture of organic solvents.
In particular, the combined use of cyclic carbonates and chain carbonates is preferable, and among them, the combination of ethylene carbonate and / or fluorine-substituted cyclic carbonate as the cyclic carbonate and methyl carbonate as the chain carbonate is particularly preferable. Examples of the fluorine-substituted cyclic carbonate in this combination include fluoroethylene carbonate, difluoroethylene carbonate, trifluoroethylene carbonate, tetrafluoroethylene carbonate, monofluoromethylethylene carbonate, and trifluoromethylethylene carbonate. Among these, fluoroethylene carbonate and difluoroethylene carbonate are preferable. Examples of methyl carbonates include dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, methyl propyl carbonate, methyl phenyl carbonate, methyl trifluoromethyl carbonate, methyl monofluoroethyl carbonate, methyl difluoroethyl carbonate, methyl trifluoroethyl carbonate, and methyl pentafluoroethyl carbonate. Can be mentioned. Among these, dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, and methyl trifluoromethyl carbonate are preferable.
[2−3.組成比]
2種以上の非水系有機溶媒を用いる場合、先に述べたように組成比は限定されないが、好ましくはエチレンカーボネート及びフッ素置換環状カーボネート及びメチルカーボネート類の非水系有機溶媒全体に対する含有率をそれぞれx重量%及びy重量%及びz重量%とした場合、x、y、zは0≦x≦39、0≦y≦39、0≦z<100を満たし、さらには以下の[1]式または[2]式を満たすことが好ましい。
[1]5≦x+1.1y≦39、[2]10≦z<100
すなわち、zが10以上100未満である場合にはxとyは39以下であれば特に制限はないが、zが10未満である場合にはx、yはともに39以下でしかも「x+1.1y」が5以上39以下でなければならない。
[2-3. Composition ratio]
When two or more kinds of non-aqueous organic solvents are used, the composition ratio is not limited as described above, but preferably the content ratio of ethylene carbonate, fluorine-substituted cyclic carbonate, and methyl carbonate to the whole non-aqueous organic solvent is x. In the case of weight%, y weight%, and z weight % , x, y, and z satisfy 0 ≦ x ≦ 39, 0 ≦ y ≦ 39, 0 ≦ z <100, and further, the following formula [1] or [ [2] It is preferable to satisfy the formula.
[1] 5 ≦ x + 1.1y ≦ 39, [2] 10 ≦ z <100
That is, when z is 10 or more and less than 100, there is no particular limitation as long as x and y are 39 or less, but when z is less than 10, both x and y are 39 or less and “x + 1.1y Must be between 5 and 39.
より好ましい形態についてさらに述べると、xについては、より好ましくは35以下、さらに好ましくは32以下、特に好ましくは28以下、最も好ましくは25以下である。またyについては、より好ましくは35以下、さらに好ましくは32以下、特に好ましくは28以下、最も好ましくは25以下である。
[1]式において「x+1.1y」はより好ましくは8以上、さらに好ましくは12以上、特に好ましくは16以上、最も好ましくは20以上であり、またより好ましくは37以下、さらに好ましくは35以下、特に好ましくは33以下、最も好ましくは31以下である。
A more preferred embodiment will be further described. X is more preferably 35 or less, further preferably 32 or less, particularly preferably 28 or less, and most preferably 25 or less. Further, y is more preferably 35 or less, further preferably 32 or less, particularly preferably 28 or less, and most preferably 25 or less.
In the formula [1], “x + 1.1y” is more preferably 8 or more, further preferably 12 or more, particularly preferably 16 or more, most preferably 20 or more, and more preferably 37 or less, still more preferably 35 or less, Especially preferably, it is 33 or less, Most preferably, it is 31 or less.
[2]式においてzはより好ましくは20以上、さらに好ましくは30以上、特に好ましくは40以上、最も好ましくは50以上である。
zが上記[2]式を満たす場合、x+1.1yに制限はないが、通常5以上、好ましくは8以上、より好ましくは10以上、さらに好ましくは12以上、特に好ましくは15以上、また通常60以下、好ましくは50以下、より好ましくは45以下、さらに好ましくは39以下、特に好ましくは33以下である。
In the formula [2], z is more preferably 20 or more, further preferably 30 or more, particularly preferably 40 or more, and most preferably 50 or more.
When z satisfies the above formula [2], x + 1.1y is not limited, but is usually 5 or more, preferably 8 or more, more preferably 10 or more, still more preferably 12 or more, particularly preferably 15 or more, and usually 60 Hereinafter, it is preferably 50 or less, more preferably 45 or less, still more preferably 39 or less, and particularly preferably 33 or less.
なお、x、y、xの値が先に述べた条件から外れた非水系有機溶媒を用いた場合、本発明の不飽和環状酸無水物から形成される負極被膜が非水系有機溶媒に溶解するようになり、サイクル特性などの諸特性が悪化する傾向にある。
[3.リチウム塩]
電解質としては通常、リチウム塩が用いられる。リチウム塩は、特に種類に制限はなく、無機リチウム塩及び有機リチウム塩のいずれを用いても良い。
In addition, when the non-aqueous organic solvent from which the value of x, y, and x remove | deviated from the conditions mentioned previously is used, the negative electrode film formed from the unsaturated cyclic acid anhydride of this invention melt | dissolves in a non-aqueous organic solvent. As a result, various characteristics such as cycle characteristics tend to deteriorate.
[3. Lithium salt]
As the electrolyte, a lithium salt is usually used. There is no restriction | limiting in particular in lithium salt, Either inorganic lithium salt and organic lithium salt may be used.
無機リチウム塩の例を挙げると、LiPF6、LiAsF6、LiBF4、LiSbF6等の無機フッ化物塩;LiAlCl4等の無機塩化物塩;LiClO4、LiBrO4、LiIO4等の過ハロゲン酸塩などが挙げられる。
また、有機リチウム塩の例を挙げると、CF3SO3Li、C4F9SO3Li等のパーフ
ルオロアルカンスルホン酸塩;CF3COOLi等のパーフルオロアルカンカルボン酸塩
;(CF3CO)2NLi等のパーフルオロアルカンカルボンイミド塩;(CF3SO2)2
NLi、(C2F5SO2)2NLi等のパーフルオロアルカンスルホンイミド塩等の含フッ素有機リチウム塩などが挙げられる。
Examples of inorganic lithium salts include inorganic fluoride salts such as LiPF 6 , LiAsF 6 , LiBF 4 and LiSbF 6 ; inorganic chloride salts such as LiAlCl 4 ; perhalogenates such as LiClO 4 , LiBrO 4 and LiIO 4. Etc.
Examples of organic lithium salts include perfluoroalkane sulfonates such as CF 3 SO 3 Li and C 4 F 9 SO 3 Li; perfluoroalkane carboxylates such as CF 3 COOLi; (CF 3 CO) 2 Perfluoroalkanecarbonimide salt such as NLi; (CF 3 SO 2 ) 2
Examples thereof include fluorine-containing organic lithium salts such as perfluoroalkanesulfonimide salts such as NLi and (C 2 F 5 SO 2 ) 2 NLi.
これらの中でも、非水系有機溶媒に溶けやすく、且つ高い解離度を示すことから、LiPF6、LiBF4、CF3SO3Li、(CF3SO2)2NLiなどが好ましい。
なお、リチウム塩は1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用しても良い。
また、特にLiPF6とLiBF4との併用、あるいは、LiPF6と(CF3SO2)2NLiとの併用は、連続充電特性の改善に効果があるので好ましい。
Among these, LiPF 6 , LiBF 4 , CF 3 SO 3 Li, (CF 3 SO 2 ) 2 NLi, and the like are preferable because they are easily soluble in non-aqueous organic solvents and exhibit a high degree of dissociation.
In addition, lithium salt may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio.
In particular, the combined use of LiPF 6 and LiBF 4 or the combined use of LiPF 6 and (CF 3 SO 2 ) 2 NLi is preferable because it has an effect of improving the continuous charge characteristics.
さらに、非水系電解液中のリチウム塩の濃度は、本発明の効果を著しく損なわない限り任意であるが、非水系電解液に対して、通常0.5mol/L以上、好ましくは0.75mol/L以上であり、また、通常2mol/L以下、好ましくは1.75mol/L以下である。電解質の濃度が低すぎると非水系電解液の電気伝導率が不十分になる虞がある。一方、電解質の濃度が高すぎると粘度上昇のため電気伝導率が低下し、また、低温での析出が起こりやすくなり、リチウム二次電池の性能が低下する傾向がある。 Furthermore, the concentration of the lithium salt in the non-aqueous electrolyte solution is arbitrary as long as the effects of the present invention are not significantly impaired, but usually 0.5 mol / L or more, preferably 0.75 mol / L with respect to the non-aqueous electrolyte solution. L or more, and usually 2 mol / L or less, preferably 1.75 mol / L or less. If the concentration of the electrolyte is too low, the electric conductivity of the non-aqueous electrolyte may be insufficient. On the other hand, if the concentration of the electrolyte is too high, the electrical conductivity is lowered due to an increase in viscosity, and precipitation at a low temperature is likely to occur, and the performance of the lithium secondary battery tends to be lowered.
[4.被膜形成剤]
本発明にかかる非水系電解液は、負極上に被膜を形成させ、電池特性を改善させる目的で、さらに炭素−炭素不飽和結合を有する環状カーボネート、モノフルオロリン酸塩及びジフルオロリン酸塩からなる1種を含有していることが好ましい。
炭素−炭素不飽和結合を有する環状カーボネートとしては、炭素−炭素不飽和結合を有する環状カーボネートであれば他に制限は無く、任意のものを用いることができる。具体的には、ビニレンカーボネート、メチルビニレンカーボネート、1,2−ジメチルビニレンカーボネート、フェニルビニレンカーボネート、1,2−ジフェニルビニレンカーボネート、フルオロビニレンカーボネート、1,2−ジフルオロビニレンカーボネート、1−フルオロ−2−メチルビニレンカーボネート、1−フルオロ−2−フェニルビニレンカーボネート等のビニレンカーボネート誘導体類;ビニルエチレンカーボネート、1,1−ジビニルエチレンカーボネート、1,2−ジビニルエチレンカーボネート、1−メチル−2−ビニルエチレンカーボネート、1−フェニル−2−ビニルエチレンカーボネート、1−フルオロ−2−ビニルエチレンカーボネート等のビニルエチレンカーボネート誘導体類などが挙げられる。
[4. Film-forming agent]
The nonaqueous electrolytic solution according to the present invention further comprises a cyclic carbonate having a carbon-carbon unsaturated bond, a monofluorophosphate, and a difluorophosphate for the purpose of forming a film on the negative electrode and improving battery characteristics. It is preferable to contain 1 type.
The cyclic carbonate having a carbon-carbon unsaturated bond is not particularly limited as long as it is a cyclic carbonate having a carbon-carbon unsaturated bond, and any one can be used. Specifically, vinylene carbonate, methyl vinylene carbonate, 1,2-dimethyl vinylene carbonate, phenyl vinylene carbonate, 1,2-diphenyl vinylene carbonate, fluoro vinylene carbonate, 1,2-difluoro vinylene carbonate, 1-fluoro-2- Vinylene carbonate derivatives such as methyl vinylene carbonate and 1-fluoro-2-phenyl vinylene carbonate; vinyl ethylene carbonate, 1,1-divinyl ethylene carbonate, 1,2-divinyl ethylene carbonate, 1-methyl-2-vinyl ethylene carbonate, Examples thereof include vinylethylene carbonate derivatives such as 1-phenyl-2-vinylethylene carbonate and 1-fluoro-2-vinylethylene carbonate.
これらの中でも、ビニレンカーボネート、メチルビニレンカーボネート、1,2−ジメチルビニレンカーボネート等のビニレンカーボネート誘導体類;ビニルエチレンカーボネート、1,2−ジビニルエチレンカーボネート等のビニルエチレンカーボネート誘導体が好ましい。特に、ビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネートがより好ましい。
なお、炭素−炭素不飽和結合を有する環状カーボネートは1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
Among these, vinylene carbonate derivatives such as vinylene carbonate, methyl vinylene carbonate and 1,2-dimethyl vinylene carbonate; vinyl ethylene carbonate derivatives such as vinyl ethylene carbonate and 1,2-divinyl ethylene carbonate are preferable. In particular, vinylene carbonate and vinyl ethylene carbonate are more preferable.
In addition, the cyclic carbonate which has a carbon-carbon unsaturated bond may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio.
また、炭素−炭素不飽和結合を有する環状カーボネートの炭素数は通常3以上、また、通常20以下、好ましくは15以下である。上記範囲の上限を上回ると電解液に対する溶解性が悪くなりやすい。さらに、炭素−炭素不飽和結合を有する環状カーボネートの分子量は通常80以上であり、また、通常250以下、好ましくは150以下である。分子量が大きすぎると電解液に対する溶解性が悪くなり、高温保存特性の改善という本発明の効果を十分に発現できない虞がある。 The carbon number of the cyclic carbonate having a carbon-carbon unsaturated bond is usually 3 or more, and usually 20 or less, preferably 15 or less. If the upper limit of the above range is exceeded, the solubility in the electrolytic solution tends to deteriorate. Furthermore, the molecular weight of the cyclic carbonate having a carbon-carbon unsaturated bond is usually 80 or more, and usually 250 or less, preferably 150 or less. If the molecular weight is too large, the solubility in the electrolytic solution is deteriorated, and there is a possibility that the effect of the present invention of improving high-temperature storage characteristics cannot be sufficiently exhibited.
また炭素−炭素不飽和結合を有する環状カーボネートの濃度は、電解液全体に対して通常0.01重量%以上、好ましくは0.1重量%以上、より好ましくは0.3重量%以上、また、通常10重量%以下、好ましくは7重量%以下、より好ましくは5重量%以下、さらに好ましくは3重量%以下である。炭素−炭素不飽和結合を有する環状カーボネートの濃度が大きすぎると、高温保存特性が悪化する傾向があり、さらに、電池使用時にガス発生量が多くなり、容量維持率が低下する虞がある。また、濃度が小さすぎると、本発明の効果を十分に発揮できない可能性がある。なお、炭素−炭素不飽和結合を有する環状カーボネートを2種以上併用する場合には、濃度の合計が上記範囲内となるようにする。 The concentration of the cyclic carbonate having a carbon-carbon unsaturated bond is usually 0.01% by weight or more, preferably 0.1% by weight or more, more preferably 0.3% by weight or more, based on the whole electrolyte solution. Usually, it is 10 weight% or less, Preferably it is 7 weight% or less, More preferably, it is 5 weight% or less, More preferably, it is 3 weight% or less. If the concentration of the cyclic carbonate having a carbon-carbon unsaturated bond is too large, the high-temperature storage characteristics tend to be deteriorated, and further, the amount of gas generated increases when the battery is used, and the capacity retention rate may be reduced. On the other hand, if the concentration is too small, the effects of the present invention may not be sufficiently exhibited. In addition, when using together 2 or more types of cyclic carbonate which has a carbon-carbon unsaturated bond, it is made for the sum total of a density | concentration to be in the said range.
またモノフルオロリン酸塩及びジフルオロリン酸塩としては、モノフルオロリン酸ナトリウム、モノフルオロリン酸リチウム、モノフルオロリン酸カリウム、ジフルオロリン酸ナトリウム、ジフルオロリン酸リチウム、ジフルオロリン酸カリウムが好ましく、さらにはモノフルオロリン酸リチウム、ジフルオロリン酸リチウムが特に好ましい。モノフルオロリン酸塩及びジフルオロリン酸塩の濃度は電解液全体に対して通常0.01重量%以上、好ましくは0.1重量%以上、より好ましくは0.2重量%以上、また、通常10重量%以下、好ましくは3重量%以下、より好ましくは2重量%以下、さらに好ましくは1重量%以下である。モノフルオロリン酸塩及びジフルオロリン酸塩の濃度が大きすぎると、負極の反応抵抗が上昇し容量が低下する傾向がある。また、濃度が小さすぎると、本発明の効果を十分に発揮できない可能性がある。 The monofluorophosphate and difluorophosphate are preferably sodium monofluorophosphate, lithium monofluorophosphate, potassium monofluorophosphate, sodium difluorophosphate, lithium difluorophosphate, and potassium difluorophosphate. Is particularly preferably lithium monofluorophosphate or lithium difluorophosphate. The concentration of monofluorophosphate and difluorophosphate is usually 0.01% by weight or more, preferably 0.1% by weight or more, more preferably 0.2% by weight or more, and usually 10% by weight based on the entire electrolyte. % By weight or less, preferably 3% by weight or less, more preferably 2% by weight or less, and further preferably 1% by weight or less. If the concentrations of monofluorophosphate and difluorophosphate are too high, the reaction resistance of the negative electrode tends to increase and the capacity tends to decrease. On the other hand, if the concentration is too small, the effects of the present invention may not be sufficiently exhibited.
[5.その他の助剤]
本発明における非水系電解液は、本発明の効果を著しく損なわない範囲において、非水系電解液の濡れ性、過充電特性等を改善する目的で他の助剤を含有させても良い。
助剤の例としては、酢酸ビニル、アジピン酸ジビニル、酢酸アリル等のカルボン酸エステル;ジフェニルジスルフィド、1,3−プロパンスルトン、1,3−プロペンスルトン、1,4−ブタンスルトン、ジメチルスルホン、ジビニルスルホン、ジメチルサルファイト、エチレンサルファイト、1,4−ブタンジオールジメタンスルホネート、メタンスルホン酸メチル、メタンスルホン酸−2−プロピニル等のイオウ含有化合物;t−ブチルベンゼン、t−アミルベンゼン、ビフェニル、o−ターフェニル、4−フルオロビフェニル、フルオロベンゼン、2,4−ジフルオロベンゼン、シクロヘキシルベンゼン、ジフェニルエーテル、2,4−ジフルオロアニソール、3,5−ジフルオロアニソール、トリフルオロメチルベンゼン等の芳香族化合物及びこの芳香族化合物をフッ素原子で置換したものなどが挙げられる。また、助剤は1種を単独で用いても良く、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用しても良い。
[5. Other auxiliaries]
The non-aqueous electrolyte in the present invention may contain other auxiliary agents for the purpose of improving the wettability, overcharge characteristics, etc. of the non-aqueous electrolyte in a range that does not significantly impair the effects of the present invention.
Examples of auxiliaries include carboxylic acid esters such as vinyl acetate, divinyl adipate, and allyl acetate; diphenyl disulfide, 1,3-propane sultone, 1,3-propene sultone, 1,4-butane sultone, dimethyl sulfone, and divinyl sulfone. , Sulfur-containing compounds such as dimethyl sulfite, ethylene sulfite, 1,4-butanediol dimethanesulfonate, methyl methanesulfonate, and 2-propynyl methanesulfonate; t-butylbenzene, t-amylbenzene, biphenyl, o -Aromatics such as terphenyl, 4-fluorobiphenyl, fluorobenzene, 2,4-difluorobenzene, cyclohexylbenzene, diphenyl ether, 2,4-difluoroanisole, 3,5-difluoroanisole, trifluoromethylbenzene Like compounds and those of the aromatic compound substituted with a fluorine atom. Moreover, 1 type may be used independently for an adjuvant, and 2 or more types may be used together by arbitrary combinations and a ratio.
非水系電解液中における助剤の濃度は、本発明の効果を著しく損なわない限り任意であるが、通常0.01重量%以上、好ましくは0.05重量%以上、また、通常5重量%以下、好ましくは3重量%以下である。なお、助剤を2種以上併用する場合は、これらの濃度の合計が上記範囲内に収まるようにする。 The concentration of the auxiliary agent in the nonaqueous electrolytic solution is arbitrary as long as the effect of the present invention is not significantly impaired, but is usually 0.01% by weight or more, preferably 0.05% by weight or more, and usually 5% by weight or less. It is preferably 3% by weight or less. In addition, when using 2 or more types of adjuvants together, it is made for the sum total of these density | concentrations to be settled in the said range.
[6.非水系電解液の状態]
非水系電解液は、本発明の非水系電解液電池に用いる際、通常は液体状態で存在するが、例えば、これを高分子によってゲル化して、半固体状電解質にしてもよい。ゲル化に用いる高分子は任意であるが、例えばポリフッ化ビニリデン、ポリ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、ポリエチレンオキサイド、ポリアクリレート、ポリメタクリレートなどが挙げられる。なお、ゲル化に用いる高分子は1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用しても良い。
[6. Non-aqueous electrolyte state]
The non-aqueous electrolyte is usually present in a liquid state when used in the non-aqueous electrolyte battery of the present invention. For example, it may be gelled with a polymer to form a semi-solid electrolyte. The polymer used for the gelation is arbitrary, and examples thereof include polyvinylidene fluoride, a copolymer of polyvinylidene fluoride and hexafluoropropylene, polyethylene oxide, polyacrylate, and polymethacrylate. In addition, the polymer | macromolecule used for gelatinization may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio.
非水系電解液を半固体状電解質として用いる場合、半固体状電解質に占める非水系電解液の比率は、本発明の効果を著しく損なわない限り任意である。好適な範囲としては、半固体状電解質の総量に対する非水系電解液の比率が、通常30重量%以上、好ましくは50重量%以上、より好ましくは75重量%以上であり、また、通常99.95重量%以下、好ましくは99重量%以下、より好ましくは98重量%以下である。非水系電解液の比率が大きすぎると、電解液の保持が困難となり液漏れが生じやすくなる虞があり、逆に少なすぎると充放電効率や容量の点で不十分となることがある。 When the non-aqueous electrolyte is used as a semisolid electrolyte, the ratio of the non-aqueous electrolyte in the semisolid electrolyte is arbitrary as long as the effects of the present invention are not significantly impaired. As a suitable range, the ratio of the non-aqueous electrolyte to the total amount of the semisolid electrolyte is usually 30% by weight or more, preferably 50% by weight or more, more preferably 75% by weight or more, and usually 99.95. % By weight or less, preferably 99% by weight or less, more preferably 98% by weight or less. If the ratio of the non-aqueous electrolyte is too large, it may be difficult to hold the electrolyte and the liquid may easily leak. Conversely, if it is too small, the charge / discharge efficiency and the capacity may be insufficient.
[7.非水系電解液の製造方法]
本発明における非水系電解液の製造方法特に制限は無いが、例えば非水系有機溶媒にリチウム塩を加え、さらに本発明における不飽和環状酸無水物を該非水電解液の重量に対して0.0001〜10重量%添加することにより調製することができる。
非水系電解液を調製するに際しては、非水系電解液の各原料、即ち、リチウム塩、非水系有機溶媒、本発明における不飽和環状酸無水物及び他の助剤は、予め脱水しておくことが好ましい。脱水の程度としては、水分含有率が通常50ppm以下、好ましくは30ppm以下となるまで脱水することが望ましい。なお、本明細書においてppmとは、重量を基準にした比率を意味する。
[7. Method for producing non-aqueous electrolyte]
The production method of the non-aqueous electrolyte solution in the present invention is not particularly limited. For example, a lithium salt is added to the non-aqueous organic solvent, and the unsaturated cyclic acid anhydride in the present invention is added to 0.0001 to 10% with respect to the weight of the non-aqueous electrolyte solution. It can prepare by adding weight%.
When preparing the non-aqueous electrolyte, each raw material of the non-aqueous electrolyte, that is, the lithium salt, the non-aqueous organic solvent, the unsaturated cyclic acid anhydride in the present invention, and other auxiliary agents should be dehydrated in advance. Is preferred. As the degree of dehydration, it is desirable to dehydrate until the water content is usually 50 ppm or less, preferably 30 ppm or less. In the present specification, ppm means a ratio based on weight.
非水系電解液中に水が存在すると、水の電気分解、水とリチウム金属との反応、リチウム塩の加水分解などが起こる可能性があり、好ましくない。
脱水の手段としては特に制限はないが、例えば、脱水する対象が非水溶媒などの液体の場合は、モレキュラーシーブ等を用いればよい。また脱水する対象が電解質などの固体の場合は、分解が起きる温度以下で乾燥させればよい。
If water is present in the non-aqueous electrolyte, electrolysis of water, reaction between water and lithium metal, hydrolysis of lithium salt, and the like may occur, which is not preferable.
The dehydration means is not particularly limited. For example, when the object to be dehydrated is a liquid such as a non-aqueous solvent, a molecular sieve or the like may be used. When the object to be dehydrated is a solid such as an electrolyte, it may be dried at a temperature lower than the temperature at which decomposition occurs.
[8.メカニズム]
本発明の効果が得られるメカニズムは定かではないが、以下のように考えられる。
本発明の不飽和環状酸無水物は電池作製の初期充電時にその一部が還元され、負極上に保護被膜を形成する。この保護被膜は抵抗が低く、Liイオン通過性が高いために、電池の容量は向上し、さらにはサイクル特性向上にもつながる。ここで保護被膜の抵抗が低くなるのは本発明の不飽和環状酸無水物の構造と関係がある。すなわち、本発明の不飽和環状酸無水物は比較的大きな置換基を有するために、これが立体障害となり抵抗の高い緻密な被膜を形成しない。また初期充電時に分解されずに電解液中に残存した不飽和環状酸無水物の関与も考えられる。本発明の不飽和環状酸無水物はサイクル劣化に伴って正極活物質から電解液中に溶出したコバルト、ニッケル、マンガンなどの金属イオンを捕獲し、これらの金属が負極で還元されて高抵抗被膜を形成することを防ぐ。金属の中でも特にニッケルに有効に働くと想定される。
[8. mechanism]
The mechanism by which the effect of the present invention can be obtained is not clear, but is considered as follows.
A part of the unsaturated cyclic acid anhydride of the present invention is reduced during the initial charging of battery production, and a protective film is formed on the negative electrode. Since this protective film has low resistance and high Li ion permeability, the capacity of the battery is improved, and further, cycle characteristics are improved. Here, the lowering of the resistance of the protective coating is related to the structure of the unsaturated cyclic acid anhydride of the present invention. That is, since the unsaturated cyclic acid anhydride of the present invention has a relatively large substituent, it becomes a steric hindrance and does not form a dense film with high resistance. In addition, the participation of an unsaturated cyclic acid anhydride remaining in the electrolyte without being decomposed during initial charging is also conceivable. The unsaturated cyclic acid anhydride of the present invention captures metal ions such as cobalt, nickel, manganese and the like eluted from the positive electrode active material into the electrolyte as the cycle deteriorates, and these metals are reduced at the negative electrode to form a high resistance coating. Prevent forming. It is assumed that nickel works particularly effectively among metals.
すなわち本発明の不飽和環状酸無水物がサイクル特性などの電池特性を向上させる要因としては、不飽和酸無水物由来の被膜が低抵抗であること、及び不飽和酸無水物が金属イオンを捕獲して被膜抵抗の増大を抑制することの2点が挙げられる。
本発明の非水系電解液は、非水系電解液電池の中でも二次電池用、即ち非水系電解液二次電池、例えばリチウム二次電池用の電解液として用いるのに好適である。以下、本発明の電解液を用いた非水系二次電池について、リチウム二次電池を中心に説明する。
That is, the unsaturated cyclic acid anhydride of the present invention improves the battery characteristics such as cycle characteristics, such as that the film derived from the unsaturated acid anhydride has low resistance, and the unsaturated acid anhydride captures metal ions. Thus, there are two points of suppressing the increase in film resistance.
The non-aqueous electrolyte of the present invention is suitable for use as a secondary battery among non-aqueous electrolyte batteries, that is, as an electrolyte for a non-aqueous electrolyte secondary battery, for example, a lithium secondary battery. Hereinafter, a non-aqueous secondary battery using the electrolytic solution of the present invention will be described focusing on a lithium secondary battery.
[II.非水系電解液電池]
本発明の非水系電解液電池は、上述した本発明の非水系電解液と、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な正極及び負極とを備えて構成される。また、リチウム二次電池の場合、電池はその他の構成を備えていても良い。例えば、リチウム二次電池は、通常、スペーサを備えている。
[II. Non-aqueous electrolyte battery]
The non-aqueous electrolyte battery of the present invention comprises the above-described non-aqueous electrolyte of the present invention, and a positive electrode and a negative electrode capable of inserting and extracting lithium ions. In the case of a lithium secondary battery, the battery may have other configurations. For example, a lithium secondary battery usually includes a spacer.
[1.正極]
正極は、リチウムの吸蔵及び放出が可能なものであれば、本発明の効果を著しく損なわない限り任意のものを用いることができる。
通常は、正極として、集電体上に正極活物質層を設けて構成されたものを用いる。なお、正極は適宜その他の層を備えていてもよい。
[1. Positive electrode]
As long as the positive electrode can occlude and release lithium, any positive electrode can be used as long as the effects of the present invention are not significantly impaired.
Usually, a positive electrode having a positive electrode active material layer provided on a current collector is used. Note that the positive electrode may include other layers as appropriate.
[1−1.正極活物質層]
正極活物質層は、正極活物質を含んで構成される。正極活物質としては、リチウムイオンを吸蔵・放出可能なものであれば、その種類に制限はない。例としては、Fe、Co、Ni、Mnなどの遷移金属の酸化物、遷移金属とリチウムとの複合酸化物、遷移金属の硫化物などが挙げられる。
[1-1. Positive electrode active material layer]
The positive electrode active material layer includes a positive electrode active material. The positive electrode active material is not limited as long as it can occlude and release lithium ions. Examples include oxides of transition metals such as Fe, Co, Ni, and Mn, composite oxides of transition metals and lithium, and sulfides of transition metals.
遷移金属の酸化物の具体例としては、MnO、V2O5、V6O13、TiO2などが挙げられる。また、遷移金属とリチウムとの複合酸化物の具体例としては、基本組成がLiNiO2等のリチウムニッケル複合酸化物;基本組成がLiCoO2等のリチウムコバルト複合酸化物;基本組成がLiMnO2、LiMnO4等のリチウムマンガン複合酸化物などが挙げられる。さらに、遷移金属の硫化物の具体例としては、TiS2,FeSなどが挙げられる。 Specific examples of transition metal oxides include MnO, V 2 O 5 , V 6 O 13 , and TiO 2 . Specific examples of the composite oxide of transition metal and lithium include a lithium nickel composite oxide whose basic composition is LiNiO 2 ; a lithium cobalt composite oxide whose basic composition is LiCoO 2 ; a basic composition of LiMnO 2 and LiMnO. And lithium manganese composite oxide such as 4 . Further, specific examples of the transition metal sulfide include TiS 2 and FeS.
なかでも、リチウムと遷移金属との複合酸化物は、リチウム二次電池の高容量と高サイクル特性とを両立させることができるため、好ましい。本発明では特にリチウムニッケル含有遷移金属酸化物が好ましく、これらを例示するとLiNiO2、LiNixMyO2(MはAl、B、Ti、Zr、V、Cr、Mn、Fe、Co、Cu、Zn、Mg、Ca、Gaから選ばれた少なくとも1種以上であり、x、yは任意の数字を表す)が挙げられる。Mとしては特にCo、Mn、Fe、Al,Mg、Tiが好ましく、特にMn単独、及びCo−Mn、Co−Al、Co−Al−Mgの組み合わせが熱安定性を向上させるのに有効である。 Among these, a composite oxide of lithium and a transition metal is preferable because it can achieve both high capacity and high cycle characteristics of a lithium secondary battery. In the present invention, lithium nickel-containing transition metal oxides are particularly preferable, and examples thereof include LiNiO 2 , LiNi x MyO 2 (M is Al, B, Ti, Zr, V, Cr, Mn, Fe, Co, Cu, Zn, And at least one selected from Mg, Ca, and Ga, and x and y represent arbitrary numbers). As M, Co, Mn, Fe, Al, Mg, and Ti are particularly preferable. In particular, Mn alone and a combination of Co—Mn, Co—Al, and Co—Al—Mg are effective for improving thermal stability. .
具体的にはLiNi1-a-bMnaCobO2(a,bは0以上1未満の数字を表す)、LiNi1-c-dCoaAldMgeO2(c,d,eは0以上1未満の数字を表す)が好ましく、さらにはLiNi1-a-bMnaCobO2(0≦a<0.4、0≦b<0.4)、LiNi1-c-dCoaAldMgeO2(0≦c<0.3、0≦d<0.1、0≦e<0.05)が好ましく、特にLiNi1/3Mn1/3Co1/3O2、LiNi0.5Mn0.3Co0.2O2、LiNi0.5Mn0.5O2、LiNi0.85Co0.10Al0.05O2、LiNi0.85Co0.10Al0.03Mg0.02O2が好ましい。 Specifically, LiNi 1-ab Mn a Co b O 2 (a, b represents less than one digit 0 or more), LiNi 1-cd Co a Al d Mg e O 2 (c, d, e is 0 or more less represents a number) is preferably 1, furthermore LiNi 1-ab Mn a Co b O 2 (0 ≦ a <0.4,0 ≦ b <0.4), LiNi 1-cd Co a Al d Mg e O 2 (0 ≦ c <0.3, 0 ≦ d <0.1, 0 ≦ e <0.05) is preferable, especially LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 , LiNi 0.5 Mn 0.3 Co 0.2 O 2 , LiNi 0.5 Mn 0.5 O 2 , LiNi 0.85 Co 0.10 Al 0.05 O 2 , LiNi 0.85 Co 0.10 Al 0.03 Mg 0.02 O 2 are preferred.
さらに、上述した遷移金属とリチウムとの複合酸化物の表面をAl、B、Ti、Zr、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Mg、Ca、Ga等の金属の酸化物で被覆すると、高電圧における溶媒の酸化反応が抑制されて好ましい。なかでもAl2O3、TiO2、ZrO2、MgOは強度が高く、安定した被覆効果を発現させるため特に好ましい。 Furthermore, the surface of the composite oxide of transition metal and lithium described above is oxidized with metals such as Al, B, Ti, Zr, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mg, Ca, and Ga. It is preferable to coat with an object because the oxidation reaction of the solvent at a high voltage is suppressed. Of these, Al 2 O 3 , TiO 2 , ZrO 2 , and MgO are particularly preferable because they have high strength and exhibit a stable coating effect.
なお、これらの正極活物質は、何れか1種を単独で用いても良く、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用しても良い。
正極活物質の比表面積は、本発明の効果を著しく損なわない限り任意であるが、
通常0.1m2/g以上、好ましくは0.2m2/g以上であり、また、通常10m2/g以下、好ましくは5.0m2/g以下、さらに好ましくは3.0m2/g以下である。比表面積が小さすぎるとレート特性の低下、容量の低下を招く虞があり、また、大きすぎると正極活物質が非水系電解液等と好ましくない反応を引き起こし、サイクル特性を低下させる虞がある。
In addition, any one of these positive electrode active materials may be used alone, or two or more thereof may be used in any combination and ratio.
The specific surface area of the positive electrode active material is arbitrary as long as the effect of the present invention is not significantly impaired,
Usually 0.1 m 2 / g or more, preferably 0.2 m 2 / g or more, and usually 10 m 2 / g or less, preferably 5.0 m 2 / g or less, more preferably 3.0 m 2 / g or less. It is. If the specific surface area is too small, the rate characteristics and capacity may be reduced. If the specific surface area is too large, the positive electrode active material may cause an undesirable reaction with the non-aqueous electrolyte and the like, and the cycle characteristics may be deteriorated.
さらに、正極活物質の平均2次粒径も、本発明の効果を著しく損なわない限り任意であるが、通常0.2μm以上、好ましくは0.3μm以上、また、通常20μm以下、好ましくは10μm以下である。平均2次粒径が小さすぎるとリチウム二次電池のサイクル劣化が大きくなったり、取り扱いが難しくなったりする場合があり、大きすぎると電池の内部抵抗が大きくなり出力が出にくくなる場合がある。 Further, the average secondary particle size of the positive electrode active material is arbitrary as long as the effect of the present invention is not significantly impaired, but is usually 0.2 μm or more, preferably 0.3 μm or more, and usually 20 μm or less, preferably 10 μm or less. It is. If the average secondary particle size is too small, the cycle deterioration of the lithium secondary battery may be increased and handling may be difficult. If the average secondary particle size is too large, the internal resistance of the battery may be increased and output may be difficult to output.
また、正極活物質層の厚さは、本発明の効果を著しく損なわない限り任意であるが、通常1μm以上、好ましくは10μm以上、さらに好ましくは20μm以上、最も好ましくは40μm以上であり、また、通常200μm以下、好ましくは150μm以下、より好ましくは100μm以下である。薄すぎると塗布が困難になり均一性が確保しにくくなるだけでなく、本発明のリチウム二次電池の容量が小さくことがある。一方、厚すぎるとレート特性が低下する虞がある。 The thickness of the positive electrode active material layer is arbitrary as long as the effect of the present invention is not significantly impaired, but is usually 1 μm or more, preferably 10 μm or more, more preferably 20 μm or more, and most preferably 40 μm or more. Usually, it is 200 micrometers or less, Preferably it is 150 micrometers or less, More preferably, it is 100 micrometers or less. If it is too thin, it becomes difficult to apply the coating and it is difficult to ensure uniformity, and the capacity of the lithium secondary battery of the present invention may be small. On the other hand, if it is too thick, there is a risk that the rate characteristics will deteriorate.
正極活物質層は、例えば、上述の正極活物質と、結着剤(バインダー)と、必要に応じて各種の助剤等とを、溶媒でスラリー化して塗布液とし、その塗布液を集電体に塗布し、乾燥することにより製造することができる。また、例えば、上述の正極活物質をロール成形してシート電極としたり、圧縮成形によりペレット電極としても良い。
以下、スラリーを正極集電体に塗布・乾燥する場合について説明する。
The positive electrode active material layer is formed by, for example, slurrying the above-described positive electrode active material, a binder (binder), and various auxiliary agents as necessary with a solvent to form a coating liquid, and collecting the coating liquid. It can be manufactured by applying to the body and drying. Further, for example, the positive electrode active material described above may be roll-formed to form a sheet electrode, or compression-molded to form a pellet electrode.
Hereinafter, a case where the slurry is applied to the positive electrode current collector and dried will be described.
結着剤としては、非水系電解液に用いる非水溶媒や電極製造時に用いる溶媒に対して安定な材料であれば、その種類は特に制限されないが、耐候性、耐薬品性、耐熱性、難燃性等を考慮して選択するのが好ましい。具体例としては、シリケート、水ガラスのような無機化合物や、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ−1,1−ジメチルエチレン等のアルカン系ポリマー;ポリブタジエン、ポリイソプレン等の不飽和系ポリマー;ポリスチレン、ポリメチルスチレン、ポリビニルピリジン、ポリ−N−ビニルピロリドン等の環を有するポリマー;ポリメタクリル酸メチル、ポリメタクリル酸エチル、ポリメタクリル酸ブチル、ポリアクリル酸メチル、ポリアクリル酸エチル、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリアクリルアミド等のアクリル誘導体系ポリマー;ポリフッ化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素系樹脂;ポリアクリロニトリル、ポリビニリデンシアニド等のCN基含有ポリマー;ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール等のポリビニルアルコール系ポリマー;ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン等のハロゲン含有ポリマー;ポリアニリン等の導電性ポリマーなどが使用できる。 The binder is not particularly limited as long as it is a material that is stable with respect to the non-aqueous solvent used in the non-aqueous electrolyte solution or the solvent used during electrode production, but weather resistance, chemical resistance, heat resistance, difficulty It is preferable to select in consideration of flammability and the like. Specific examples include inorganic compounds such as silicate and water glass, alkane polymers such as polyethylene, polypropylene and poly-1,1-dimethylethylene; unsaturated polymers such as polybutadiene and polyisoprene; polystyrene and polymethylstyrene. , Polymers having rings such as polyvinyl pyridine, poly-N-vinyl pyrrolidone; polymethyl methacrylate, polyethyl methacrylate, polybutyl methacrylate, polymethyl acrylate, polyethyl acrylate, polyacrylic acid, polymethacrylic acid, Acrylic derivative polymers such as polyacrylamide; Fluorine resins such as polyvinyl fluoride, polyvinylidene fluoride, and polytetrafluoroethylene; CN group-containing polymers such as polyacrylonitrile and polyvinylidene cyanide; Polyvinyl chloride, halogen-containing polymers of polyvinylidene chloride; polyvinyl alcohol polymers such as polyvinyl alcohol such as a conductive polymer such as polyaniline can be used.
また、上記のポリマーなどの混合物、変成体、誘導体、ランダム共重合体、交互共重合体、グラフト共重合体、ブロック共重合体なども使用できる。
これらの中で好ましい結着剤は、フッ素系樹脂、CN基含有ポリマーである。
なお、結着剤は、1種を単独で用いても良く、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用しても良い。
In addition, mixtures such as the above polymers, modified products, derivatives, random copolymers, alternating copolymers, graft copolymers, block copolymers, and the like can also be used.
Among these, preferred binders are a fluororesin and a CN group-containing polymer.
In addition, a binder may be used individually by 1 type and may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio.
また、結着剤として樹脂を用いる場合、その樹脂の重量平均分子量は、本発明の効果を著しく損なわない限り任意であるが、通常1万以上、好ましくは10万以上であり、また、通常300万以下、好ましくは100万以下である。分子量が低すぎると電極の強度が低下する傾向にある。一方、分子量が高すぎると粘度が高くなり、電極の形成が困難になることがある。 When a resin is used as the binder, the weight average molecular weight of the resin is arbitrary as long as the effect of the present invention is not significantly impaired, but is usually 10,000 or more, preferably 100,000 or more, and usually 300. 10,000 or less, preferably 1,000,000 or less. If the molecular weight is too low, the strength of the electrode tends to decrease. On the other hand, if the molecular weight is too high, the viscosity becomes high and it may be difficult to form an electrode.
さらに、結着剤の使用量は、本発明の効果を著しく損なわない限り任意であるが、正極活物質(負極に用いる場合は、負極活物質。以下、正極活物質と負極活物質とを区別せずにいう場合、単に「活物質」という)100重量部に対して、通常0.1重量部以上、好ましくは1重量部以上であり、また、通常30重量部以下、好ましくは20重量部以下である。結着剤の量が少なすぎると電極の強度が低下する傾向にあり、結着剤の量が多すぎるとイオン伝導度が低下する傾向にある。 Furthermore, the amount of the binder used is arbitrary as long as the effects of the present invention are not significantly impaired. However, the positive electrode active material (in the case of use in the negative electrode, the negative electrode active material. Hereinafter, the positive electrode active material and the negative electrode active material are distinguished. Without being referred to, simply referred to as “active material”) is usually 0.1 parts by weight or more, preferably 1 part by weight or more, and usually 30 parts by weight or less, preferably 20 parts by weight. It is as follows. If the amount of the binder is too small, the strength of the electrode tends to decrease, and if the amount of the binder is too large, the ionic conductivity tends to decrease.
また、電極には、上記のように各種の助剤等を含有させても良い。助剤等の例としては、電極の導電性を高める導電性材料、電極の機械的強度を向上させる補強材などが挙げられる。
導電性材料の具体例としては、活物質に適量混合して導電性を付与できるものであれば特に制限はないが、通常、アセチレンブラック、カーボンブラック、黒鉛などの炭素粉末や、各種の金属のファイバー、箔などが挙げられる。
The electrode may contain various auxiliaries as described above. Examples of the auxiliary agent include a conductive material that increases the conductivity of the electrode, and a reinforcing material that improves the mechanical strength of the electrode.
Specific examples of the conductive material are not particularly limited as long as an appropriate amount can be mixed with the active material to impart conductivity. However, carbon powders such as acetylene black, carbon black, and graphite, and various metals are usually used. Examples include fibers and foils.
また、補強材の具体例としては、各種の無機、有機の球状、繊維状フィラーなどが使用できる。
なお、これらの助剤等は、1種を単独で用いても良く、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用しても良い。
スラリーを形成するための溶媒としては、活物質、結着剤、並びに必要に応じて使用される助剤等を溶解又は分散することが可能な溶媒であれば、その種類に特に制限はなく、水系溶媒と有機系溶媒のどちらを用いても良い。
As specific examples of the reinforcing material, various inorganic, organic spherical, fibrous fillers and the like can be used.
In addition, these adjuvants etc. may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together by arbitrary combinations and ratios.
The solvent for forming the slurry is not particularly limited in type as long as it is a solvent capable of dissolving or dispersing the active material, the binder, and auxiliary agents used as necessary. Either an aqueous solvent or an organic solvent may be used.
水系溶媒の例としては水、アルコールなどが挙げられる。一方、有機系溶媒の例としてはN−メチルピロリドン(NMP)、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、酢酸メチル、アクリル酸メチル、ジエチルトリアミン、N−N−ジメチルアミノプロピルアミン、エチレンオキシド、テトラヒドロフラン(THF)、トルエン、アセトン、ジメチルエーテル、ジメチルアセタミド、ヘキサメチルホスファルアミド、ジメチルスルフォキシド、ベンゼン、キシレン、キノリン、ピリジン、メチルナフタレン、ヘキサン等が挙げられる。 Examples of the aqueous solvent include water and alcohol. On the other hand, examples of organic solvents include N-methylpyrrolidone (NMP), dimethylformamide, dimethylacetamide, methyl ethyl ketone, cyclohexanone, methyl acetate, methyl acrylate, diethyltriamine, NN-dimethylaminopropylamine, ethylene oxide, tetrahydrofuran ( THF), toluene, acetone, dimethyl ether, dimethylacetamide, hexamethylphosphalamide, dimethyl sulfoxide, benzene, xylene, quinoline, pyridine, methylnaphthalene, hexane and the like.
なお、これらの溶媒は、1種を単独で用いても良く、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用しても良い。
また、塗布・乾燥によって得られた活物質層は、正極活物質の充填密度を上げるため、ローラープレス等により圧密するのが好ましい。
In addition, these solvents may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio.
The active material layer obtained by coating and drying is preferably consolidated by a roller press or the like in order to increase the packing density of the positive electrode active material.
[1−2.集電体]
集電体の素材としては、公知のものを任意に使用することができるが、通常は金属や合金が用いられる。具体的には、正極の集電体としては、アルミニウムやニッケル、SUS(ステンレス)等が挙げられる。中でも、正極の集電体としてはアルミニウムが好ましい。なお、これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用しても良い。
[1-2. Current collector]
As a material for the current collector, a known material can be arbitrarily used, but usually a metal or an alloy is used. Specifically, examples of the current collector for the positive electrode include aluminum, nickel, and SUS (stainless steel). Among these, aluminum is preferable as the positive electrode current collector. In addition, these may be used individually by 1 type and may use 2 or more types together by arbitrary combinations and ratios.
さらに、集電体と表面に形成された活物質層との結着効果を向上させるため、これら集電体の表面を予め粗面化処理しておくのが好ましい。表面の粗面化方法としては、ブラスト処理や粗面ロールにより圧延するなどの方法、研磨剤粒子を固着した研磨布紙、砥石、エメリバフ、鋼線などを備えたワイヤーブラシなどで集電体表面を研磨する機械的研磨法、電解研磨法、化学研磨法などが挙げられる。 Furthermore, in order to improve the binding effect between the current collector and the active material layer formed on the surface, it is preferable that the surface of these current collectors is roughened in advance. The surface roughening method includes blasting or rolling with a rough roll, and the surface of the current collector with a wire brush equipped with abrasive cloth paper, grindstone, emery buff, steel wire, etc. to which abrasive particles are fixed. Examples thereof include a mechanical polishing method, an electrolytic polishing method, and a chemical polishing method.
また、集電体の形状は任意である。例えば、電池の重量を低減させる、即ち重量当たりのエネルギー密度を向上させるために、エキスパンドメタルやパンチングメタルのような穴あきタイプの集電体を使用することもできる。この場合、その開口率を変更することで重量も自在に変更可能となる。また、このような穴あけタイプの集電体の両面に塗布層を形成させた場合、この穴を通しての塗布層のリベット効果により塗布層の剥離がさらに起こりにくくなる傾向にあるが、開口率があまりに高くなった場合には、塗布層と集電体との接触面積が小さくなるため、かえって接着強度は低くなる。 Further, the shape of the current collector is arbitrary. For example, in order to reduce the weight of the battery, that is, to improve the energy density per weight, a perforated type current collector such as an expanded metal or a punching metal can be used. In this case, the weight can be freely changed by changing the aperture ratio. In addition, when a coating layer is formed on both surfaces of such a perforated current collector, the coating layer tends to be more difficult to peel due to the rivet effect of the coating layer through the hole, but the aperture ratio is too high. When it becomes high, the contact area between the coating layer and the current collector becomes small, so the adhesive strength is rather low.
正極集電体として薄膜を使用する場合、その厚さは本発明の効果を著しく損なわない限り任意であるが、通常1μm以上、好ましくは5μm以上であり、通常100μm以下、好ましくは50μm以下である。厚すぎると、電池全体の容量が低下することになり、逆に薄すぎると取り扱いが困難になる。 When a thin film is used as the positive electrode current collector, its thickness is arbitrary as long as the effects of the present invention are not significantly impaired, but it is usually 1 μm or more, preferably 5 μm or more, and usually 100 μm or less, preferably 50 μm or less. . If it is too thick, the capacity of the entire battery will be reduced. Conversely, if it is too thin, handling will be difficult.
[2.負極]
負極は、リチウムの吸蔵及び放出が可能なものであれば、本発明の効果を著しく損なわない限り任意のものを用いることができる。
通常は、正極の場合と同様に、負極も集電体上に負極活物質層を設けて構成されたものを用いる。なお、正極と同様に、負極も適宜その他の層を備えていてもよい。
[2. Negative electrode]
Any negative electrode can be used as long as it can occlude and release lithium as long as the effects of the present invention are not significantly impaired.
Usually, as in the case of the positive electrode, a negative electrode having a negative electrode active material layer provided on a current collector is used. Note that, similarly to the positive electrode, the negative electrode may include other layers as appropriate.
[2−1.負極活物質]
負極活物質としては、リチウムイオンの吸蔵放出が可能な材料であれば他に制限は無く、公知の負極活物質を任意に用いることができる。例えば、コークス、アセチレンブラック、メゾフェーズマイクロビーズ、グラファイト等の炭素質材料;リチウム金属;リチウム−シリコン、リチウム−スズ等のリチウム合金、チタン酸リチウムなどを使用することが好ましい。これらの中でもサイクル特性及び安全性が良好でさらに連続充電特性も優れている点で、炭素質材料を使用するのが最も好ましい。なお、負極活物質は1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用しても良い。
[2-1. Negative electrode active material]
The negative electrode active material is not particularly limited as long as it is a material capable of occluding and releasing lithium ions, and a known negative electrode active material can be arbitrarily used. For example, carbonaceous materials such as coke, acetylene black, mesophase microbeads, and graphite; lithium metal; lithium alloys such as lithium-silicon and lithium-tin, and lithium titanate are preferably used. Among these, it is most preferable to use a carbonaceous material in terms of good cycle characteristics and safety and excellent continuous charge characteristics. In addition, a negative electrode active material may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio.
さらに、負極活物質の粒径は、本発明の効果を著しく損なわない限り任意であるが、初期効率、レ−ト特性、サイクル特性等の電池特性が優れる点で、通常1μm以上、好ましくは15μm以上であり、通常50μm以下、好ましくは30μm以下程度である。
また、例えば、上記の炭素質材料をピッチ等の有機物で被覆した後で焼成したもの、CVD法等を用いて表面に上記炭素質材料よりも非晶質の炭素を形成したものなども、炭素質材料として好適に使用することができる。ここで、被覆に用いる有機物としては、軟ピッチから硬ピッチまでのコールタールピッチ;乾留液化油等の石炭系重質油;常圧残油、減圧残油等の直留系重質油;原油、ナフサ等の熱分解時に副生する分解系重質油(例えばエチレンヘビーエンド)等の石油系重質油が挙げられる。また、これらの重質油を200〜400℃で蒸留して得られた固体状残渣物を、1〜100μmに粉砕したものも使用することができる。さらに塩化ビニル樹脂、フェノール樹脂、イミド樹脂なども使用することができる。
Further, the particle size of the negative electrode active material is arbitrary as long as the effects of the present invention are not significantly impaired, but is usually 1 μm or more, preferably 15 μm in terms of excellent battery characteristics such as initial efficiency, rate characteristics, and cycle characteristics. These are usually 50 μm or less, preferably about 30 μm or less.
In addition, for example, those obtained by coating the above carbonaceous material with an organic substance such as pitch and then firing, those obtained by forming amorphous carbon on the surface using the CVD method, etc. It can be suitably used as a quality material. Here, organic substances used for coating include coal tar pitch from soft pitch to hard pitch; coal heavy oil such as dry distillation liquefied oil; straight heavy oil such as atmospheric residual oil and vacuum residual oil; crude oil And petroleum heavy oils such as cracked heavy oil (for example, ethylene heavy end) produced as a by-product during thermal decomposition of naphtha and the like. Moreover, what grind | pulverized the solid residue obtained by distilling these heavy oils at 200-400 degreeC to 1-100 micrometers can also be used. Furthermore, a vinyl chloride resin, a phenol resin, an imide resin, etc. can also be used.
負極活物質層は、例えば、上述の負極活物質をロール成形してシート電極としたり、圧縮成形によりペレット電極としたりすることも可能であるが、通常は、正極活物質層の場合と同様に、上述の負極活物質と、結着剤と、必要に応じて各種の助剤等とを、溶媒でスラリー化してなる塗布液を、集電体に塗布し、乾燥することにより製造することができる。スラリーを形成する溶媒や結着剤、助剤等としては、正極活物質について上述したものと同様のものを使用することができる。 For example, the negative electrode active material layer can be formed into a sheet electrode by roll molding the negative electrode active material described above, or a pellet electrode by compression molding. Usually, as in the case of the positive electrode active material layer, The negative electrode active material, the binder, and, if necessary, various auxiliary agents and the like can be produced by applying a coating solution obtained by slurrying with a solvent onto a current collector and drying it. it can. As the solvent, binder, auxiliary agent and the like for forming the slurry, the same materials as those described above for the positive electrode active material can be used.
[2−2.集電体]
負極の集電体の材質としては、公知のものを任意に用いることができるが、例えば、銅、ニッケル、SUS等の金属材料が用いられる。中でも加工し易さとコストの点から特に銅が好ましい。
また、負極の集電体も、正極の集電体と同様に、予め粗面化処理しておくのが好ましい。
さらに、正極同様、集電体の形状も任意であり、エキスパンドメタルやパンチングメタルのような穴あきタイプの集電体を使用することもできる。また、集電体として薄膜を使用する場合の好ましい厚さも、正極の場合と同様である。
[2-2. Current collector]
As a material for the current collector of the negative electrode, a known material can be arbitrarily used. For example, a metal material such as copper, nickel, or SUS is used. Among these, copper is particularly preferable from the viewpoint of ease of processing and cost.
The negative electrode current collector is also preferably subjected to a roughening treatment in advance, as with the positive electrode current collector.
Further, like the positive electrode, the shape of the current collector is also arbitrary, and a perforated current collector such as expanded metal or punching metal can also be used. Moreover, the preferable thickness when using a thin film as a current collector is the same as that of the positive electrode.
[3.スペーサ]
正極と負極との間には、短絡を防止するために、通常はスペーサを介在させる。スペーサの材質や形状は特に制限されないが、上述の非水系電解液に対して安定で、保液性に優れ、且つ、電極同士の短絡を確実に防止できるものが好ましい。
スペーサの材料としては、例えば、ポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィンや、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエーテルスルホン等を用いることができるが、好ましくはポリオレフィンである。
また、スペーサの形状としては多孔性のものが好ましい。この場合、非水系電解液は、多孔性のスペーサに含浸させて用いる。
[3. Spacer]
In order to prevent a short circuit, a spacer is usually interposed between the positive electrode and the negative electrode. The material and shape of the spacer are not particularly limited, but those that are stable with respect to the non-aqueous electrolyte described above, have excellent liquid retention properties, and can reliably prevent short-circuiting between electrodes are preferable.
As a material for the spacer, for example, polyolefin such as polyethylene and polypropylene, polytetrafluoroethylene, polyethersulfone and the like can be used, and polyolefin is preferable.
The spacer is preferably porous. In this case, the non-aqueous electrolyte is used by impregnating a porous spacer.
スペーサの厚さは、本発明の効果を著しく損なわない限り任意であるが、通常1μm以上、好ましくは5μm以上、さらに好ましくは10μm以上であり、また、通常50μm以下、好ましくは40μm以下、さらに好ましくは30μm以下である。スペーサが薄すぎると、絶縁性や機械的強度が悪化することがあり、厚すぎるとレート特性等の電池性能が悪化する虞があるばかりでなく、電池全体としてのエネルギー密度が低下する虞がある。 The thickness of the spacer is arbitrary as long as the effect of the present invention is not significantly impaired, but is usually 1 μm or more, preferably 5 μm or more, more preferably 10 μm or more, and usually 50 μm or less, preferably 40 μm or less, more preferably. Is 30 μm or less. If the spacer is too thin, the insulation and mechanical strength may be deteriorated. If the spacer is too thick, not only the battery performance such as rate characteristics may be deteriorated, but also the energy density of the entire battery may be reduced. .
また、スペーサとして多孔性の膜を用いる場合、スペーサの空孔率は、本発明の効果を著しく損なわない限り任意であるが、通常20%以上、好ましくは35%以上、さらに好ましくは45%以上であり、通常90%以下、好ましくは85%以下、さらに好ましくは75%以下である。空孔率が小さすぎると膜抵抗が大きくなりレート特性が悪化する傾向にある。また大きすぎると膜の機械的強度が低下し絶縁性が低下する傾向にある。 Further, when a porous film is used as the spacer, the porosity of the spacer is arbitrary as long as the effect of the present invention is not significantly impaired, but is usually 20% or more, preferably 35% or more, more preferably 45% or more. It is usually 90% or less, preferably 85% or less, and more preferably 75% or less. If the porosity is too small, the membrane resistance increases and the rate characteristics tend to deteriorate. On the other hand, if it is too large, the mechanical strength of the film tends to decrease and the insulating property tends to decrease.
さらに、スペーサとして多孔性の膜を用いる場合、スペーサの平均孔径も、本発明の効果を著しく損なわない限り任意であるが、通常0.5μm以下、好ましくは0.2μm以下であり、通常0.05μm以上である。あまりに大きいと短絡が生じやすくなり、小さすぎると膜抵抗が大きくなりレート特性が低下する虞がある。 Further, when a porous film is used as the spacer, the average pore diameter of the spacer is arbitrary as long as the effect of the present invention is not significantly impaired, but it is usually 0.5 μm or less, preferably 0.2 μm or less, and usually 0.8. It is 05 μm or more. If it is too large, a short circuit is likely to occur, and if it is too small, the film resistance increases and the rate characteristics may deteriorate.
[4.二次電池の組立]
本発明の非水系電解液電池は、上述した本発明の非水系電解液と、正極と、負極と、必要に応じて用いられるスペーサとを、適切な形状に組み立てることにより製造される。更に、必要に応じて外装ケース等の他の構成要素を用いることも可能である。さらに、本発明の電池の形状は特に制限されず、一般的に採用されている各種形状の中から、その用途に応じて適宜選択することができる。例えば、コイン型電池、円筒型電池、角型電池などが上げられる。また、電池を組み立てる方法も特に制限されず、目的とする電池の形状に合わせて、通常用いられている各種方法の中から適宜選択することができる。また電池の作動電圧については、2.5Vから5Vの範囲であれば使用できるが、充電完了時の正極の電位がリチウム基準で4.0V以上であることが好ましく、より好ましくは4.2V以上、さらに好ましくは4.3V以上、最も好ましくは4.4V以上である。
[4. Assembly of secondary battery]
The non-aqueous electrolyte battery of the present invention is manufactured by assembling the above-described non-aqueous electrolyte of the present invention, a positive electrode, a negative electrode, and a spacer used as necessary into an appropriate shape. Furthermore, other components such as an outer case can be used as necessary. Further, the shape of the battery of the present invention is not particularly limited, and can be appropriately selected from various shapes generally employed according to the application. For example, a coin-type battery, a cylindrical battery, a square battery, etc. are raised. The method for assembling the battery is not particularly limited, and can be appropriately selected from various commonly used methods according to the shape of the target battery. The battery operating voltage can be used in the range of 2.5 V to 5 V, but the positive electrode potential upon completion of charging is preferably 4.0 V or higher, more preferably 4.2 V or higher. More preferably, it is 4.3 V or more, and most preferably 4.4 V or more.
以下に、実施例及び比較例を挙げて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例及び比較例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない限り任意に変形して実施することができる。
<試験操作の説明>
[正極の製造]
正極活物質であるリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物(LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2)94重量部とポリフッ化ビニリデン(以下適宜、「PVdF」という)3重量部とアセチレンブラック3重量部とを混合し、N−メチルピロリドンを加えてスラリー状にしたものを、アルミニウムからなる集電体の両面に塗布・乾燥して正極を得た。
Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples and comparative examples. However, the present invention is not limited to these examples and comparative examples, and may be arbitrarily set without departing from the gist of the present invention. It can be implemented with deformation.
<Explanation of test operation>
[Production of positive electrode]
94 parts by weight of lithium nickel cobalt manganese composite oxide (LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 ) which is a positive electrode active material, 3 parts by weight of polyvinylidene fluoride (hereinafter referred to as “PVdF” as appropriate) and acetylene black 3 parts by weight was mixed, and N-methylpyrrolidone added to form a slurry was applied to both sides of a current collector made of aluminum and dried to obtain a positive electrode.
[負極の製造]
負極活物質であるグラファイト粉末94重量部とPVdF6重量部とを混合し、N−メチルピロリドンを加えスラリー状にしたものを、銅からなる集電体の片面に塗布・乾燥して負極を得た。
[リチウム二次電池の製造]
上記の正極、負極、及びポリエチレン製セパレータを、負極、セパレータ、正極、セパレータ、負極の順に積層した。こうして得られた電池要素を筒状のアルミニウムラミネートフィルムで包み込み、後述する電解液を注入した後で真空封止し、シート状の非水系電解液二次電池を作製した。更に、電極間の密着性を高めるために、ガラス板でシート状電池を挟んで加圧した。
[Manufacture of negative electrode]
A negative electrode was obtained by mixing 94 parts by weight of graphite powder, which is a negative electrode active material, and 6 parts by weight of PVdF, adding N-methylpyrrolidone into a slurry, and coating and drying on one side of a current collector made of copper. .
[Manufacture of lithium secondary batteries]
The positive electrode, the negative electrode, and the polyethylene separator were laminated in the order of the negative electrode, the separator, the positive electrode, the separator, and the negative electrode. The battery element thus obtained was wrapped in a cylindrical aluminum laminate film, injected with an electrolyte described later, and then vacuum sealed to produce a sheet-like non-aqueous electrolyte secondary battery. Furthermore, in order to improve the adhesion between the electrodes, the sheet-like battery was sandwiched between glass plates and pressurized.
[初期コンディショニング]
25℃の恒温槽中、0.2Cに相当する電流で4.1Vまで定電流−定電圧充電(以下適宜、「CCCV充電」という)した後、0.2Cで3Vまで放電した。これを3回繰り返し負極被膜を形成させた。次いで、0.2Cで4.4V(正極の電位が4.5V)までCCCV充電した後に0.2Cで3Vまで放電することを2回繰り返して初期のコンディショニングとした。なお充電時のカット電流は0.05Cとした。
ここで、1Cとは電池の基準容量を1時間で放電する電流値を表し、例えば、0.2Cとはその1/5の電流値を表す。
[Initial conditioning]
In a constant temperature bath at 25 ° C., the battery was constant current-constant voltage charged (hereinafter referred to as “CCCV charge” as appropriate) to 4.1 V with a current corresponding to 0.2 C, and then discharged to 3 V at 0.2 C. This was repeated three times to form a negative electrode film. Next, CCCV charge to 4.4 V (positive electrode potential is 4.5 V) at 0.2 C and then discharge to 3 V at 0.2 C were repeated twice to obtain initial conditioning. The cut current during charging was set to 0.05C.
Here, 1C represents a current value for discharging the reference capacity of the battery in one hour, and for example, 0.2C represents a current value of 1/5 thereof.
[サイクル特性評価試験]
初期コンディショニングの終了した電池を45℃の恒温槽に入れ、0.5Cで4.4V(正極の電位が4.5V)までCCCV充電し、0.5Cで3Vまで定電流放電する充放電サイクルを100回繰り返した。100サイクル目の放電容量維持率を下記の計算式より求めた。
[Cycle characteristic evaluation test]
The battery after initial conditioning is placed in a 45 ° C. thermostatic chamber, charged at 0.5C to 4.4V (positive electrode potential is 4.5V), and charged / discharged at a constant current of 0.5C to 3V. Repeated 100 times. The discharge capacity retention rate at the 100th cycle was determined from the following formula.
[数1]
100サイクル目の容量回復率(%) = 〔100回目の放電容量(mAh/g) / 1回目の放電容量(mAh/g)〕×100
また下記の計算式より1サイクル目の放電容量(相対値)を求めた。これは実施例1と比較した場合の初期放電容量の大小を示す指標である。
[Equation 1]
100th cycle capacity recovery rate (%) = [100th discharge capacity (mAh / g) / first discharge capacity (mAh / g)] × 100
Further, the discharge capacity (relative value) of the first cycle was obtained from the following formula. This is an index indicating the magnitude of the initial discharge capacity when compared with Example 1.
[数2]
1サイクル目の容量回復率(%) = 〔1回目の放電容量(mAh/g) / 実施例1における1回目の放電容量(mAh/g)〕×100
[Equation 2]
First cycle capacity recovery rate (%) = [First discharge capacity (mAh / g) / First discharge capacity (mAh / g) in Example 1] × 100
<実施例1>
エチレンカーボネート(EC)、フルオロエチレンカーボネート(FEC)、ジメチルカーボネート(DMC)およびエチルメチルカーボネート(EMC)との混合溶媒(重量比13:13:64:10)に、電解質であるLiPF6を1mol/Lの割合で溶解させ、さらにフェニルマレイン酸無水物を電解液全体の重量に対して0.3重量%となるように添加して非水系電解液とした。
得られた非水系電解液を用いて、上述した方法にしたがってリチウム二次電池を作製し、初期コンディショニング及びサイクル特性評価試験を行なった。結果を表1に示す。
<Example 1>
In a mixed solvent (weight ratio 13: 13: 64: 10) with ethylene carbonate (EC), fluoroethylene carbonate (FEC), dimethyl carbonate (DMC), and ethyl methyl carbonate (EMC), 1 mol / liter of LiPF 6 as an electrolyte was added. L was dissolved at a ratio of L, and phenylmaleic anhydride was further added to 0.3 wt% with respect to the total weight of the electrolytic solution to obtain a non-aqueous electrolytic solution.
Using the obtained nonaqueous electrolytic solution, a lithium secondary battery was produced according to the above-described method, and an initial conditioning and a cycle characteristic evaluation test were performed. The results are shown in Table 1.
<実施例2>
フェニルマレイン酸無水物の代わりにジフェニルマレイン酸無水物を添加した以外は実施例1と同様の電解液を用いて二次電池を作製し、評価を行なった。結果を表1に示す。
<実施例3>
フェニルマレイン酸無水物の代わりにジメチルマレイン酸無水物を添加した以外は実施例1と同様の電解液を用いて二次電池を作製し、評価を行なった。結果を表1に示す。
<Example 2>
A secondary battery was fabricated and evaluated using the same electrolytic solution as in Example 1 except that diphenylmaleic anhydride was added instead of phenylmaleic anhydride. The results are shown in Table 1.
<Example 3>
A secondary battery was fabricated and evaluated using the same electrolytic solution as in Example 1 except that dimethylmaleic anhydride was added instead of phenylmaleic anhydride. The results are shown in Table 1.
<実施例4>
フェニルマレイン酸無水物の代わりにビシクロ〔2.2.2〕オクト−2−エン−2,3−ジカルボン酸無水物を添加した以外は実施例1と同様の電解液を用いて二次電池を作製し、評価を行なった。結果を表1に示す。
<実施例5>
フェニルマレイン酸無水物の代わりにジフェン酸無水物を添加した以外は実施例1と同様の電解液を用いて二次電池を作製し、評価を行なった。結果を表1に示す。
<Example 4>
A secondary battery was prepared using the same electrolytic solution as in Example 1 except that bicyclo [2.2.2] oct-2-ene-2,3-dicarboxylic anhydride was added instead of phenylmaleic anhydride. Fabricated and evaluated. The results are shown in Table 1.
<Example 5>
A secondary battery was fabricated and evaluated using the same electrolytic solution as in Example 1 except that diphenic anhydride was added instead of phenylmaleic anhydride. The results are shown in Table 1.
<実施例6>
フェニルマレイン酸無水物の他に、さらに1,3−プロパンスルトン(PS)を電解液全体の重量に対して1重量%となるように添加した以外は実施例1と同様の電解液を用いて二次電池を作製し、評価を行なった。結果を表1に示す。
<実施例7>
フェニルマレイン酸無水物の他に、さらにスクシノニトリル(SN)を電解液全体の重量に対して1重量%となるように添加した以外は実施例1と同様の電解液を用いて二次電池を作製し、評価を行なった。結果を表1に示す。
<Example 6>
In addition to phenylmaleic anhydride, an electrolytic solution similar to that of Example 1 was used except that 1,3-propane sultone (PS) was further added so as to be 1% by weight based on the total weight of the electrolytic solution. A secondary battery was fabricated and evaluated. The results are shown in Table 1.
<Example 7>
In addition to phenylmaleic anhydride, a secondary battery using the same electrolyte as in Example 1 except that succinonitrile (SN) was further added to 1% by weight with respect to the total weight of the electrolyte. Were prepared and evaluated. The results are shown in Table 1.
<実施例8>
エチレンカーボネート(EC)、フルオロエチレンカーボネート(FEC)、ジメチルカーボネート(DMC)およびエチルメチルカーボネート(EMC)との混合溶媒比率(重量比)を13:13:64:10の代わりに30:13:50:7とした以外は実施例1と同様の電解液を用いて二次電池を作製し、評価を行なった。結果を表1に示す。
<実施例9>
溶媒として、エチレンカーボネート(EC)、フルオロエチレンカーボネート(FEC)、ジメチルカーボネート(DMC)およびジエチルカーボネート(DEC)との混合溶媒(重量比20:18:32:30)を用いた以外は実施例1と同様の電解液を用いて二次電池を作製し、評価を行なった。結果を表1に示す。
<Example 8>
The mixed solvent ratio (weight ratio) of ethylene carbonate (EC), fluoroethylene carbonate (FEC), dimethyl carbonate (DMC) and ethyl methyl carbonate (EMC) was changed to 30:13:50 instead of 13: 13: 64: 10. : A secondary battery was prepared and evaluated using the same electrolytic solution as in Example 1 except that it was set to 7. The results are shown in Table 1.
<Example 9>
Example 1 except that a mixed solvent (weight ratio 20: 18: 32: 30) with ethylene carbonate (EC), fluoroethylene carbonate (FEC), dimethyl carbonate (DMC) and diethyl carbonate (DEC) was used as the solvent. A secondary battery was fabricated using the same electrolytic solution as in Example 1, and evaluated. The results are shown in Table 1.
<実施例10>
溶媒として、エチレンカーボネート(EC)、フルオロエチレンカーボネート(FEC)、ジメチルカーボネート(DMC)およびジエチルカーボネート(DEC)との混合溶媒(重量比20:18:8:54)を用いた以外は実施例1と同様の電解液を用いて二次電池を作製し、評価を行なった。結果を表1に示す。
<Example 10>
Example 1 except that a mixed solvent (weight ratio 20: 18: 8: 54) with ethylene carbonate (EC), fluoroethylene carbonate (FEC), dimethyl carbonate (DMC) and diethyl carbonate (DEC) was used as the solvent. A secondary battery was fabricated using the same electrolytic solution as in Example 1, and evaluated. The results are shown in Table 1.
<実施例11>
エチレンカーボネート(EC)、フルオロエチレンカーボネート(FEC)、ジメチルカーボネート(DMC)およびエチルメチルカーボネート(EMC)との混合溶媒(重量比11:25:54:10)に、電解質であるLiPF6を1mol/Lの割合で溶解させ、さらにジフェニルマレイン酸無水物を電解液全体の重量に対して1.0重量%となるように添加した電解液を用いた以外は実施例1と同様に二次電池を作製し、評価を行なった。結果を表1に示す。
<Example 11>
In a mixed solvent (weight ratio 11: 25: 54: 10) with ethylene carbonate (EC), fluoroethylene carbonate (FEC), dimethyl carbonate (DMC), and ethyl methyl carbonate (EMC), 1 mol / liter of LiPF 6 as an electrolyte was added. A secondary battery was prepared in the same manner as in Example 1 except that an electrolytic solution in which diphenylmaleic anhydride was added at a rate of 1.0% by weight with respect to the total weight of the electrolytic solution was used. Fabricated and evaluated. The results are shown in Table 1.
<実施例12>
エチレンカーボネート(EC)、フルオロエチレンカーボネート(FEC)、ジメチルカーボネート(DMC)およびエチルメチルカーボネート(EMC)との混合溶媒(重量比11:25:54:10)に、電解質であるLiPF6を1mol/Lの割合で溶解させ、さらにジフェニルマレイン酸無水物を電解液全体の重量に対して2.0重量%となるように添加した電解液を用いた以外は実施例1と同様に二次電池を作製し、評価を行なった。結果を表1に示す。
<Example 12>
In a mixed solvent (weight ratio 11: 25: 54: 10) with ethylene carbonate (EC), fluoroethylene carbonate (FEC), dimethyl carbonate (DMC), and ethyl methyl carbonate (EMC), 1 mol / liter of LiPF 6 as an electrolyte was added. A secondary battery was prepared in the same manner as in Example 1 except that an electrolytic solution in which diphenylmaleic anhydride was added at a rate of 2.0% by weight with respect to the total weight of the electrolytic solution was used. Fabricated and evaluated. The results are shown in Table 1.
<比較例1>
フェニルマレイン酸無水物を添加しないこと以外は実施例1と同様の電解液を用いて二次電池を作製し、評価を行なった。結果を表1に示す。
<比較例2>
フェニルマレイン酸無水物の代わりに無水マレイン酸を添加した以外は実施例1と同様の電解液を用いて二次電池を作製し、評価を行なった。結果を表1に示す。
<Comparative Example 1>
A secondary battery was prepared and evaluated using the same electrolytic solution as in Example 1 except that phenylmaleic anhydride was not added. The results are shown in Table 1.
<Comparative example 2>
A secondary battery was prepared and evaluated using the same electrolytic solution as in Example 1 except that maleic anhydride was added instead of phenylmaleic anhydride. The results are shown in Table 1.
表1より、本発明にかかる実施例1〜12の非水系電解液を用いると、環状酸無水物が添加されていない場合(比較例1)や、本発明の不飽和環状酸無水物に該当しない無水マレイン酸が添加された場合(比較例2)、に比べ、100サイクル後の容量維持率が大幅に向上することがわかる。特に比較例2では1サイクル目の放電容量が大幅に低下しており、初期の段階で充分な容量が出ておらず実用上大きな問題となる。 From Table 1, when the non-aqueous electrolyte solution of Examples 1-12 concerning this invention is used, when the cyclic acid anhydride is not added (comparative example 1), it corresponds to the unsaturated cyclic acid anhydride of this invention. It can be seen that the capacity retention rate after 100 cycles is significantly improved as compared with the case where maleic anhydride is not added (Comparative Example 2). Particularly, in Comparative Example 2, the discharge capacity at the first cycle is greatly reduced, and a sufficient capacity is not obtained at the initial stage, which is a serious problem in practical use.
本発明の非水系電解液電池の用途は特に限定されず、公知の各種の用途に用いることが可能である。具体例としては、ノートパソコン、ペン入力パソコン、モバイルパソコン、電子ブックプレーヤー、携帯電話、携帯ファックス、携帯コピー、携帯プリンター、ヘッドフォンステレオ、ビデオムービー、液晶テレビ、ハンディークリーナー、ポータブルCDプレイヤー、ミニディスクプレイヤー、トランシーバー、電子手帳、電卓、メモリーカード、携帯テープレコーダー、ラジオ、バックアップ電源、モーター、照明器具、玩具、ゲーム機器、時計、ストロボ、カメラ等を挙げることができる。 The application of the nonaqueous electrolyte battery of the present invention is not particularly limited, and can be used for various known applications. Specific examples include notebook computers, pen input computers, mobile computers, electronic book players, mobile phones, mobile faxes, mobile copy, mobile printers, headphone stereos, video movies, LCD TVs, handy cleaners, portable CD players, and mini disc players. , Walkie-talkies, electronic notebooks, calculators, memory cards, portable tape recorders, radios, backup power supplies, motors, lighting equipment, toys, game machines, watches, strobes, cameras, etc.
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