JP5455889B2 - Non-aqueous electrolyte and secondary battery - Google Patents

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Description

本発明は、非水電解液及び二次電池に関する。   The present invention relates to a non-aqueous electrolyte and a secondary battery.

リチウムイオン電池においては、通常の作用電圧(例えば、LiCoO2の場合は、満充電時、4.2V)を上回るような過充電が行われた場合に、正極から過剰なリチウムが放出されると同時に、負極において過剰なリチウムの析出が生じ、デンドライトが生じる。そのため、正・負極の両極が化学的に不安定になり、やがては非水電解液中のカーボネート類と反応し、分解等により急激な発熱反応が起こる可能性がある。これによって、電池全体が異常に発熱し、電池の安全性が損なわれるという問題を生じる。 In a lithium ion battery, when overcharge is performed to exceed the normal working voltage (for example, LiCoO 2 , 4.2 V when fully charged), excess lithium is released from the positive electrode. At the same time, excessive lithium deposition occurs in the negative electrode, resulting in dendrite. Therefore, both the positive and negative electrodes become chemically unstable and eventually react with carbonates in the nonaqueous electrolytic solution, which may cause a rapid exothermic reaction due to decomposition or the like. This causes a problem that the entire battery generates heat abnormally and the safety of the battery is impaired.

そこで、非水電解液二次電池の過充電時の安全性を高める技術が種々検討されている。通常は、保護回路等で過充電を防止して内部短絡を引き起こさないように対策されているため、異常な事態には至らない。しかし、充電器又は保護回路の故障等を想定し、過充電においても電池自体の安全性を維持する対策が必要である。   Therefore, various techniques for improving the safety during overcharging of the nonaqueous electrolyte secondary battery have been studied. Usually, since a countermeasure is taken to prevent overcharging by a protection circuit or the like so as not to cause an internal short circuit, an abnormal situation does not occur. However, it is necessary to take measures to maintain the safety of the battery itself even in the case of overcharging, assuming a failure of the charger or the protection circuit.

特許文献1〜4及び非特許文献1には、電解液に添加剤として芳香族化合物を添加することにより過充電時の安全性を確保する技術が開示されている。   Patent Documents 1 to 4 and Non-Patent Document 1 disclose a technique for ensuring safety during overcharge by adding an aromatic compound as an additive to an electrolytic solution.

特許文献1〜3には、電解液にシクロヘキシルベンゼン,ビフェニル,3−R−チオフェン,3−クロロチオフェン,フラン等を溶解させたものを用い、過充電時に電池内において気体を発生させて内部電気切断装置を作動させる、導電性ポリマーを発生させる等の手法により、電池の過充電を抑制する技術が開示されている。   In Patent Documents 1 to 3, a solution in which cyclohexylbenzene, biphenyl, 3-R-thiophene, 3-chlorothiophene, furan, or the like is dissolved in an electrolytic solution is used, and gas is generated in the battery at the time of overcharge to generate internal electricity. A technique for suppressing overcharge of a battery by a method such as operating a cutting device or generating a conductive polymer is disclosed.

特許文献4には、非水電解液に、分子量が500以下であり、満充電時の正極電位よりも貴な電位に可逆性酸化還元電位を有する、Π電子軌道をもつ有機化合物(アニソール誘導体等)を含有する非水電解液二次電池が開示されている。   Patent Document 4 discloses an organic compound having an electron orbital (anisole derivative, etc.) having a molecular weight of 500 or less and a reversible redox potential at a potential nobler than a positive electrode potential at the time of full charge. ) Containing a non-aqueous electrolyte secondary battery.

非特許文献1にも、電気的活性を有する分子量数千程度のチオフェン系のポリマー、例えば、ポリ(3−ブチルチオフェン)(poly(3−butylthiophene)),ポリ(3−フェニルチオフェン)(poly(3−phenylthiophene))を電解液に添加することにより、過充電を抑制することができると開示されている。   Non-Patent Document 1 also discloses an electrically active thiophene-based polymer having a molecular weight of about several thousand, for example, poly (3-butylthiophene) (poly (3-butylthiophene)), poly (3-phenylthiophene) (poly ( It is disclosed that overcharge can be suppressed by adding 3-phenylthiophene)) to the electrolyte.

特開平10−275632号公報JP-A-10-275632 特開平9−171840号公報JP-A-9-171840 特開平10−321258号公報JP-A-10-32258 特開平7−302614号公報JP-A-7-302614

Electrochemical and Solid-State Letters,9(1),A24-A26 (2006)Electrochemical and Solid-State Letters, 9 (1), A24-A26 (2006)

前記の低分子量の化合物は、電解重合により過充電を抑制する効果があるものの、十分な過充電抑制効果を実現するには多量の添加が必要である。この場合、ガス発生や電位低下等の副反応が多かった。また、チオフェンのポリマーはリチウム金属基準で4.0V以下でも電解重合するため、現行のLiCoO2等、作動電圧4.0V以上のリチウムイオン電池に応用できない。 Although the low molecular weight compound has an effect of suppressing overcharge by electrolytic polymerization, a large amount of addition is necessary to realize a sufficient overcharge suppression effect. In this case, there were many side reactions such as gas generation and potential decrease. Further, since the polymer of thiophene is electropolymerized even at 4.0 V or less on the basis of lithium metal, it cannot be applied to a lithium ion battery having an operating voltage of 4.0 V or more such as current LiCoO 2 .

本発明の目的は、上記のような課題を解決し、高い安全性を備えた非水電解液二次電池を提供することにある。   An object of the present invention is to solve the above-described problems and provide a non-aqueous electrolyte secondary battery having high safety.

本発明の非水電解液二次電池の電解液は、非水性溶媒と電解質塩との溶液と、前記の溶液に少なくともリチウム金属基準で4.3V以上5.5V以下で電解重合する低分子化合物と、リチウム金属基準で4.3V以上5.5V以下で電解重合するポリマーとを含有することを特徴とする。   The electrolyte of the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention includes a solution of a non-aqueous solvent and an electrolyte salt, and a low molecular compound that electropolymerizes to the above solution at least 4.3 V to 5.5 V based on lithium metal And a polymer that is electrolytically polymerized at 4.3 V or more and 5.5 V or less on the basis of lithium metal.

また、他の本発明は、上記の電解液を用いた非水電解液二次電池にある。   Another aspect of the present invention is a non-aqueous electrolyte secondary battery using the above electrolyte.

本発明によれば、過充電を抑制し、安全性に優れた二次電池を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the overcharge can be suppressed and the secondary battery excellent in safety can be provided.

非水電解液二次電池の一例を示す模式図であり、(a)平面図、(b)部分縦断面図である。It is a schematic diagram which shows an example of a non-aqueous-electrolyte secondary battery, (a) Top view, (b) Partial longitudinal cross-sectional view. 図1の外観斜視図である。It is an external appearance perspective view of FIG. 実施例1および比較例1〜3の過充電試験時の電池表面温度の変化を示すグラフである。It is a graph which shows the change of the battery surface temperature at the time of the overcharge test of Example 1 and Comparative Examples 1-3.

非水電解液を含むリチウムイオン電池は、高電圧(作動電圧4.2V)、高エネルギー密度という特徴を有することから、携帯情報機器分野等において広く利用され、その需要が急速に拡大している。現在では、携帯電話,ノート型パソコンを始めとするモバイル情報化機器用の標準電池としてのポジションを確立している。   Lithium ion batteries containing non-aqueous electrolytes are characterized by high voltage (operating voltage 4.2V) and high energy density, so they are widely used in the field of portable information devices, and the demand is rapidly expanding. . Currently, it has established a position as a standard battery for mobile information devices such as mobile phones and notebook computers.

このリチウムイオン電池は、正極,負極、及び非水電解液を構成要素としており、特に、LiMO2(Mは、Co,Ni及びMnの群から選択される一種類以上の金属元素を含む。)に代表されるリチウム複合金属酸化物を正極とし、炭素材料又はSi,Sn等を含む金属間化合物を負極とし、電解質塩を非水溶媒(有機溶媒)に溶解させた非水溶液を電解液としたリチウムイオン電池が一般に使用されている。 This lithium ion battery includes a positive electrode, a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte, and in particular, LiMO 2 (M includes one or more metal elements selected from the group consisting of Co, Ni, and Mn). And a non-aqueous solution in which an electrolyte salt is dissolved in a non-aqueous solvent (organic solvent) is used as an electrolytic solution. Lithium ion batteries are commonly used.

この非水溶媒としては、一般に、エチレンカーボネート(EC),プロピレンカーボネート(PC),ジメチルカーボネート(DMC),ジエチルカーボネート(DEC)等のカーボネート類が使用されている。   As the non-aqueous solvent, generally, carbonates such as ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), dimethyl carbonate (DMC), and diethyl carbonate (DEC) are used.

リチウムイオン電池においては、通常の作用電圧(例えば、LiCoO2の場合は、満充電時、4.2V)を上回るような過充電が行われた場合に、正極から過剰なリチウムが放出されると同時に、負極において過剰なリチウムの析出が生じ、デンドライトが生じる。そのため、正・負極の両極が化学的に不安定になり、やがては非水電解液中のカーボネート類と反応し、分解等により急激な発熱反応が起こる可能性がある。これによって、電池全体が異常に発熱し、電池の安全性が損なわれるという問題を生じる。 In a lithium ion battery, when overcharge is performed to exceed the normal working voltage (for example, LiCoO 2 , 4.2 V when fully charged), excess lithium is released from the positive electrode. At the same time, excessive lithium deposition occurs in the negative electrode, resulting in dendrite. Therefore, both the positive and negative electrodes become chemically unstable and eventually react with carbonates in the nonaqueous electrolytic solution, which may cause a rapid exothermic reaction due to decomposition or the like. This causes a problem that the entire battery generates heat abnormally and the safety of the battery is impaired.

上述のように、通常は保護回路等で過充電を防止して内部短絡を引き起こさないように対策されているため、異常な事態には至らないが、電池自体の安全性を維持する対策が講じられている。特に、リチウムイオン電池のエネルギー密度及び容量が増加するほどこの問題が重要となる。   As described above, measures are usually taken to prevent overcharging by a protection circuit, etc., so as not to cause an internal short circuit, so an abnormal situation does not occur, but measures are taken to maintain the safety of the battery itself. It has been. In particular, this problem becomes more important as the energy density and capacity of lithium ion batteries increase.

そこで、過充電時に電位が高くなった正極と反応して、電解重合して過充電を抑制する過充電抑制剤を電解液に溶解させておくことが有効である。本発明者らは過充電抑制剤として、リチウム金属基準で4.3V以上5.5V以下で電解重合する低分子化合物と、リチウム金属基準で4.3V以上5.5V以下で電解重合するポリマーとの混合物を用いることによりリチウムイオン電池の安全性を高めるに至った。二次電池の過充電時において、このような混合型の過充電抑制剤は電位が高くなった正極と反応し、過充電添加剤が電解重合することにより過充電を抑制するとともに、二次電池での副作用が少ない。また、高い電位で電解重合するため、作動電圧の高い二次電池にも適用でき、電池の過充電時の安全性を高められる。   Therefore, it is effective to dissolve in the electrolyte an overcharge inhibitor that reacts with the positive electrode having a high potential during overcharge and electrolytically polymerizes to suppress overcharge. As the overcharge inhibitor, the present inventors include a low-molecular compound that is electrolytically polymerized at 4.3 V to 5.5 V based on lithium metal, and a polymer that is electropolymerized at 4.3 V to 5.5 V based on lithium metal. As a result, the safety of the lithium ion battery was improved. When the secondary battery is overcharged, such a mixed type overcharge inhibitor reacts with the positive electrode having a high potential, and the overcharge additive is polymerized to suppress overcharge. There are few side effects. In addition, since the electropolymerization is performed at a high potential, it can be applied to a secondary battery having a high operating voltage, and the safety when the battery is overcharged can be enhanced.

本発明の混合型の過充電抑制剤は、特定の電位で反応する低分子,ポリマーの二種の化化合物よりなる。以下、本発明の特徴点である混合型の過充電抑制剤について説明する。   The mixed-type overcharge inhibitor of the present invention is composed of two chemical compounds of low molecular weight and polymer which react at a specific potential. Hereinafter, the mixed-type overcharge inhibitor, which is a feature of the present invention, will be described.

低分子量の過充電抑制剤はポリマー型過充電抑制剤と速やかに反応し、高分子量の化合物を形成する。その結果、電極表面での被膜形成がしやすく、迅速に内部抵抗を上昇させ、電流を遮断することが可能となる。さらに、低分子量の過充電抑制剤は、複数の反応部位を備えることが好ましい。ポリマー型過充電抑制剤を架橋し、より高分子量の化合物を形成することが可能となる。   The low molecular weight overcharge inhibitor reacts rapidly with the polymer overcharge inhibitor to form a high molecular weight compound. As a result, it is easy to form a film on the electrode surface, and it is possible to quickly increase the internal resistance and cut off the current. Further, the low molecular weight overcharge inhibitor preferably includes a plurality of reaction sites. It becomes possible to form a higher molecular weight compound by crosslinking the polymer type overcharge inhibitor.

前記の低分子量の過充電抑制剤は、リチウム金属基準で4.3〜5.5Vの条件で電解重合できる化合物である。電解液での溶解性と化学的安定性と電気化学的安定性から考えると、Huckel則を満たす総炭素数が7〜18の芳香族官能基を分子内に有する芳香族化合物が好ましい。芳香族化合物の具体例として、ビフェニルとその誘導体;ターフェニルの部分水素化体;シクロヘキシルベンゼン、t−ブチルベンゼンに代表されるベンゼン環を有する脂肪族化合物と脂環式化合物;アニソールとその誘導体;フルオロベンゼンに代表される部分フッ素化芳香族化合物等が挙げられる。ビフェニル,シクロヘキシルベンゼンとフルオロベンゼンは特に好ましい。   The low molecular weight overcharge inhibitor is a compound that can be electropolymerized under a condition of 4.3 to 5.5 V based on lithium metal. Considering the solubility in the electrolytic solution, the chemical stability, and the electrochemical stability, an aromatic compound having an aromatic functional group having 7 to 18 total carbon atoms in the molecule that satisfies the Huckle rule is preferable. Specific examples of aromatic compounds include biphenyl and derivatives thereof; partially hydrogenated terphenyl; aliphatic compounds and alicyclic compounds having a benzene ring represented by cyclohexylbenzene and t-butylbenzene; anisole and derivatives thereof; Examples thereof include partially fluorinated aromatic compounds typified by fluorobenzene. Biphenyl, cyclohexylbenzene and fluorobenzene are particularly preferred.

これらの芳香族化合物の水素の一部は、置換されていてもよい。また、芳香族環(芳香環)内に炭素以外の元素を含んでもよい。具体的には、S,N,Si,O等の元素である。   A part of hydrogen of these aromatic compounds may be substituted. Moreover, elements other than carbon may be contained in the aromatic ring (aromatic ring). Specifically, elements such as S, N, Si, and O are used.

化学式(1)〜(3)で表されるポリマーは、リチウム金属基準で4.3V以上5.5V以下で電解重合できる官能基を有する。このポリマーの過充電抑制剤のみでも、従前の例に比して安全性に優れた二次電池を実現できる可能性がある。しかし、このようなポリマーを多量に添加した場合、電池のレート特性などが低下する問題が生じる可能性が高い。従って、低分子の過充電抑制剤と混合して用いることが好ましい。また、ポリマー型過充電抑制剤は、化学式(1)〜(3)で表されるように、溶解性を高めるための官能基として親水性のエーテル結合又はエステル結合を備えることが好ましい。   The polymers represented by the chemical formulas (1) to (3) have a functional group that can be electrolytically polymerized at 4.3 V or more and 5.5 V or less on a lithium metal basis. Even with this polymer overcharge inhibitor alone, there is a possibility that a secondary battery excellent in safety as compared with the previous example can be realized. However, when such a polymer is added in a large amount, there is a high possibility that the rate characteristics of the battery will deteriorate. Therefore, it is preferable to use a mixture with a low molecular weight overcharge inhibitor. Moreover, it is preferable that a polymer type overcharge inhibitor is equipped with a hydrophilic ether bond or ester bond as a functional group for improving solubility, as represented by chemical formulas (1) to (3).

前記の芳香族官能基を分子内に有するポリマー型過充電抑制剤は、下記化学式(1)〜(3)で表される。   The polymer overcharge inhibitor having the aromatic functional group in the molecule is represented by the following chemical formulas (1) to (3).

式中、Aはリチウム金属基準で4.3V以上5.5V以下で電解重合する官能基であり、且つ、親水性のエーテル結合又はエステル結合を有する。RとR′は水素又はメチル基である。R1及びR4は、リチウム金属基準で4.3V以上5.5V以下で電解重合する芳香環を有する官能基であり、R2及びR5は、水素又は炭素数1〜3のアルキル基であって、このアルキル基の水素がフッ素で置換されていてもよい。R3は、炭素数1〜6のアルキル基又は芳香族官能基を有する基であって、このアルキル基又は芳香族官能基の水素がフッ素で置換されていてもよく、アルコキシ基を介する炭素数1〜6のアルキル基又は芳香族官能基であってもよい。R6は、炭素数1〜6のアルキル基又は芳香環を有する官能基であって、このアルキル基又は芳香環を有する官能基の水素がフッ素で置換されていてもよい。c及びeは、1以上の整数であり、d及びfは、0又は1以上の整数である。 In the formula, A is a functional group that undergoes electropolymerization at 4.3 V or more and 5.5 V or less on a lithium metal basis, and has a hydrophilic ether bond or ester bond. R and R 'are hydrogen or a methyl group. R 1 and R 4 are functional groups having an aromatic ring that is electropolymerized at 4.3 V or more and 5.5 V or less based on lithium metal, and R 2 and R 5 are hydrogen or an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms. The hydrogen of this alkyl group may be substituted with fluorine. R 3 is a group having an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms or an aromatic functional group, wherein hydrogen of the alkyl group or aromatic functional group may be substituted with fluorine, and the number of carbon atoms via the alkoxy group It may be an alkyl group of 1 to 6 or an aromatic functional group. R 6 is a functional group having an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms or an aromatic ring, and hydrogen of the functional group having an alkyl group or an aromatic ring may be substituted with fluorine. c and e are integers of 1 or more, and d and f are integers of 0 or 1 or more.

上記の通り、ポリマー型過充電抑制剤は繰り返し単位を有し、化合物中にリチウム金属基準による電位が4.3〜5.5Vの条件で電解重合する官能基を有する。   As described above, the polymer overcharge inhibitor has a repeating unit, and the compound has a functional group that undergoes electropolymerization under a condition where the potential based on the lithium metal is 4.3 to 5.5V.

非水電解液におけるポリマーの過充電抑制剤,低分子量の過充電抑制剤のそれぞれの含有量は、過充電抑制効果を勘案し、電池の種類,容量,過充電抑制材の合計添加量,分子内の電解重合ユニットの割合やその官能基の分子構造等に応じて決定される。   The content of the polymer overcharge inhibitor and the low molecular weight overcharge inhibitor in the non-aqueous electrolyte takes into account the overcharge suppression effect, and the battery type, capacity, total amount of overcharge inhibitor added, and molecule It is determined in accordance with the ratio of the electropolymerization unit in the inside and the molecular structure of the functional group.

低分子量の過充電抑制剤の添加量は、副反応の低減と過充電効果の発現のため、0.1wt%以上、5wt%以下が好ましく、0.5wt%以上、4wt%以下がより好ましく、1wt%以上、3.5wt%以下が特に好ましい。   The addition amount of the low molecular weight overcharge inhibitor is preferably 0.1 wt% or more and 5 wt% or less, more preferably 0.5 wt% or more and 4 wt% or less, in order to reduce side reactions and manifest the overcharge effect. 1 wt% or more and 3.5 wt% or less are particularly preferable.

ポリマーの過充電抑制剤は、過充電抑制効果をより有効に発揮させる観点から、非水電解液全量中、0.1質量%以上であることが好ましく、0.3質量%以上であることがより好ましい。なお、非水電解液における上記のポリマーの含有量が多すぎると、非水電解液の粘度が高くなりすぎて電池の負荷特性が低下する可能性がある。また、非水電解液のコストも高くなることから、その含有量は5質量%以下であることが好ましい。   The polymer overcharge inhibitor is preferably 0.1% by mass or more, more preferably 0.3% by mass or more, based on the total amount of the non-aqueous electrolyte, from the viewpoint of more effectively exerting the overcharge suppression effect. More preferred. In addition, when there is too much content of said polymer in a non-aqueous electrolyte, the viscosity of a non-aqueous electrolyte will become high too much and the load characteristic of a battery may fall. Moreover, since the cost of a nonaqueous electrolyte solution also becomes high, it is preferable that the content is 5 mass% or less.

上記の化学式(1)〜(3)に表されるポリマーの数平均分子量(Mn)は、上記のポリマーの電解液における溶解性及び溶解後の粘度に依存するため、特に制限はない。数量体のオリゴマーでも良いが、3000〜1000000が好ましい。分子量が大きすぎると、電解液における溶解度が低下する。その結果、上記のポリマーは、電解液に溶解しなくなったり、電解液の粘度が増加したりするため、電池性能が低下する。また、分子量が低すぎると、精製が困難になったり、電池が過充電後の内部抵抗の増加速度が遅くなったりする可能性がある。   The number average molecular weight (Mn) of the polymer represented by the chemical formulas (1) to (3) is not particularly limited because it depends on the solubility of the polymer in the electrolytic solution and the viscosity after dissolution. A quantified oligomer may be used, but 3000 to 1000000 is preferable. When the molecular weight is too large, the solubility in the electrolytic solution decreases. As a result, the above polymer does not dissolve in the electrolytic solution or the viscosity of the electrolytic solution increases, so that the battery performance is lowered. On the other hand, if the molecular weight is too low, purification may be difficult, or the rate of increase in internal resistance after the battery is overcharged may be slow.

また、上述の化学式(1)〜(3)において、リチウム金属基準で4.3〜5.5Vで電解重合できる官能基A、R1及びR4は芳香族官能基である。この芳香族官能基の電解重合によって過充電抑制剤として機能し、所定の電圧で反応し、過充電を抑制するものである。その反応は、電池の作動電圧以上の電圧である。具体的には、リチウム金属基準で4.3〜5.5Vである。 In the above chemical formulas (1) to (3), the functional groups A, R 1 and R 4 that can be electropolymerized at 4.3 to 5.5 V based on the lithium metal are aromatic functional groups. It functions as an overcharge inhibitor by electrolytic polymerization of this aromatic functional group, reacts at a predetermined voltage, and suppresses overcharge. The reaction is a voltage higher than the operating voltage of the battery. Specifically, it is 4.3 to 5.5 V on the basis of lithium metal.

ここで、芳香族官能基は、Huckel則を満たす総炭素数が7〜18の芳香族官能基である。芳香族官能基の一部は、置換されていてもよい。また、芳香族官能基は、芳香族環(芳香環)内に炭素以外の元素を含んでもよい。具体的には、S,N,Si,O等の元素である。   Here, the aromatic functional group is an aromatic functional group having a total carbon number of 7 to 18 that satisfies the Huckle rule. A part of the aromatic functional group may be substituted. Further, the aromatic functional group may contain an element other than carbon in the aromatic ring (aromatic ring). Specifically, elements such as S, N, Si, and O are used.

具体的には、ビフェニル,2−メチルビフェニル等のアルキルビフェニル,ターフェニル,ターフェニルの部分水素化体,シクロペンチルベンゼン,シクロヘキシルベンゼン,t−ブチルベンゼン,t−アミルベンゼン,ジフェニルエーテル,ナフタレン,ジベンゾフラン等の芳香族化合物に由来する官能基;2−フルオロビフェニル,3−フルオロビフェニル,4−フルオロビフェニル、4,4′−ジフルオロビフェニル,o−シクロヘキシルフルオロベンゼン,p−シクロヘキシルフルオロベンゼン等の芳香族化合物に由来する部分フッ素化官能基;2,4−ジフルオロアニソール、2,5−ジフルオロアニソール、2,6−ジフルオロアニソール、3,5−ジフルオロアニソール等の含フッ素アニソール化合物に由来する官能基等が挙げられる。   Specifically, alkylbiphenyl such as biphenyl, 2-methylbiphenyl, terphenyl, partially hydrogenated terphenyl, cyclopentylbenzene, cyclohexylbenzene, t-butylbenzene, t-amylbenzene, diphenyl ether, naphthalene, dibenzofuran, etc. Functional groups derived from aromatic compounds; derived from aromatic compounds such as 2-fluorobiphenyl, 3-fluorobiphenyl, 4-fluorobiphenyl, 4,4'-difluorobiphenyl, o-cyclohexylfluorobenzene, p-cyclohexylfluorobenzene Partially fluorinated functional groups such as 2,4-difluoroanisole, 2,5-difluoroanisole, 2,6-difluoroanisole, functional groups derived from fluorinated anisole compounds such as 3,5-difluoroanisole, etc. It is.

これらの中で、過充電時の安全性の向上及び電池特性の点から、ビフェニル,2−メチルビフェニル等のアルキルビフェニル,ターフェニル,ターフェニルの部分水素化体,シクロペンチルベンゼン,シクロヘキシルベンゼン,t−ブチルベンゼン,t−アミルベンゼン,ジフェニルエーテル,ジベンゾフラン等に由来する芳香族官能基;2−フルオロビフェニル,3−フルオロビフェニル,4−フルオロビフェニル、4,4′−ジフルオロビフェニル,o−シクロヘキシルフルオロベンゼン,p−シクロヘキシルフルオロベンゼン等の芳香族化合物に由来する部分フッ素化官能基及びナフチル基が好ましい。   Among these, from the viewpoint of improvement in safety during overcharge and battery characteristics, alkylbiphenyl such as biphenyl and 2-methylbiphenyl, terphenyl, partially hydrogenated terphenyl, cyclopentylbenzene, cyclohexylbenzene, t- Aromatic functional groups derived from butylbenzene, t-amylbenzene, diphenyl ether, dibenzofuran, etc .; 2-fluorobiphenyl, 3-fluorobiphenyl, 4-fluorobiphenyl, 4,4'-difluorobiphenyl, o-cyclohexylfluorobenzene, p -Partially fluorinated functional groups and naphthyl groups derived from aromatic compounds such as cyclohexylfluorobenzene are preferred.

また、上記の化学式(2)と(3)では、R2又はR5と、エーテル結合又はエステル結合よりなる官能基を有することを特徴とする。これらの官能基は電解重合を生じさせることを目的としたものでない。このようなエーテル結合又はエステル結合を分子内に有するポリマーは、非水溶媒及び電解質塩に対する親和性が高いため、電解液に溶解しやすくし、かつ、電解液の粘度の増加を抑えることができる。 Further, in the above formula (2) (3), and R 2 or R 5, characterized in that it has a functional group consisting of an ether bond or an ester bond. These functional groups are not intended to cause electropolymerization. Such a polymer having an ether bond or an ester bond in the molecule has a high affinity for a non-aqueous solvent and an electrolyte salt, so that it can be easily dissolved in the electrolyte and can suppress an increase in the viscosity of the electrolyte. .

上記化学式(2)と(3)において、電解重合ユニットのc及びeは、1以上の整数であり、電解重合しないユニットのd及びfは、0又は1以上の整数である。また、過充電抑制の特性を向上するため、電解液におけるポリマーの溶解性が確保できれば、ポリマー分子内のc及びeはできるだけ大きいことが望ましい。しかし、大きすぎると、電解液におけるポリマーの溶解性が低くなる恐れもあるため、分子量,溶解性,過充電性能等のバランスが重要である。なお、ポリマー分子内又は分子間の電解重合ユニットと、電解重合しないユニットとは、それぞれがブロックを形成しつつ結合していてもよく、ランダムに結合していてもよい。すなわち、一般の高分子と同様に分布を有していてもよい。   In the chemical formulas (2) and (3), c and e of the electropolymerization unit are integers of 1 or more, and d and f of the unit that is not electropolymerized are 0 or an integer of 1 or more. Moreover, in order to improve the overcharge suppression characteristic, it is desirable that c and e in the polymer molecule be as large as possible if the solubility of the polymer in the electrolytic solution can be secured. However, if it is too large, the solubility of the polymer in the electrolytic solution may be lowered. Therefore, the balance of molecular weight, solubility, overcharge performance, etc. is important. In addition, the electropolymerization unit in the polymer molecule or between the molecules and the unit that does not perform the electropolymerization may be bonded while forming a block, or may be bonded at random. That is, it may have a distribution similar to general polymers.

上記の化学式(1)〜(3)で表されるポリマー型過充電抑制剤は、重合性モノマーを重合することによって得られる化合物である。ポリマー型過充電抑制剤は、C=C不飽和結合を有する重合性モノマーを重合して合成して得る。重合性モノマーを電池内で反応させてポリマーとすることも不可能ではないが、電気化学的安定性の点からは、重合性モノマーを事前に重合させ、ポリマーを作製した後、このポリマーを精製して用いることが好ましい。   The polymer type overcharge inhibitor represented by the above chemical formulas (1) to (3) is a compound obtained by polymerizing a polymerizable monomer. The polymer-type overcharge inhibitor is obtained by polymerizing a polymerizable monomer having a C═C unsaturated bond. It is not impossible to react the polymerizable monomer in the battery to form a polymer, but from the viewpoint of electrochemical stability, the polymerizable monomer is polymerized in advance and the polymer is prepared, and then the polymer is purified. And preferably used.

ポリマーの合成方法については、特に制限はなく、従来、知られているバルク重合,溶液重合又は乳化重合のいずれによってもよい。特に、溶液重合が好ましい。また、重合方法は、特に限定はされないが、ラジカル重合が好適に用いられる。重合に際しては、重合開始剤を用いても用いなくてもよい。取り扱いの容易さの点からは、ラジカル重合開始剤を用いるのが好ましい。ラジカル重合開始剤の配合量は、重合性化合物に対して0.1〜5wt%であり、好ましくは0.3〜2wt%である。ラジカル重合開始剤を用いた重合方法は、通常行われている温度範囲及び重合時間で行うことができる。   The method for synthesizing the polymer is not particularly limited, and any conventionally known bulk polymerization, solution polymerization, or emulsion polymerization may be used. In particular, solution polymerization is preferable. The polymerization method is not particularly limited, but radical polymerization is preferably used. In the polymerization, a polymerization initiator may or may not be used. From the viewpoint of ease of handling, it is preferable to use a radical polymerization initiator. The blending amount of the radical polymerization initiator is 0.1 to 5 wt%, preferably 0.3 to 2 wt% with respect to the polymerizable compound. The polymerization method using a radical polymerization initiator can be carried out in the usual temperature range and polymerization time.

電気化学デバイスに用いられる部材を損なわない目的から、分解温度及び速度の指標である10時間半減期温度としては、30〜90℃の範囲でラジカル重合開始剤を用いるのが好ましい。なお、10時間半減期温度とは、ベンゼン等のラジカル不活性溶媒中の濃度0.01モル/リットルにおける未分解のラジカル重合開始剤の量が10時間で1/2となるのに必要な温度を指すものである。   For the purpose of not damaging members used in electrochemical devices, it is preferable to use a radical polymerization initiator in the range of 30 to 90 ° C. as the 10-hour half-life temperature, which is an indicator of the decomposition temperature and rate. The 10-hour half-life temperature is a temperature required for the amount of undecomposed radical polymerization initiator to be halved in 10 hours at a concentration of 0.01 mol / liter in a radical inert solvent such as benzene. It points to.

ラジカル重合開始剤としては、t−ブチルペルオキシピバレート,t−ヘキシルペルオキシピバレート,メチルエチルケトンペルオキシド,シクロヘキサノンペルオキシド、1,1−ビス(t−ブチルペルオキシ)−3,3,5−トリメチルシクロヘキサン、2,2−ビス(t−ブチルペルオキシ)オクタン,n−ブチル−4,4−ビス(t−ブチルペルオキシ)バレレート,t−ブチルハイドロペルオキシド,クメンハイドロペルオキシド、2,5−ジメチルヘキサン−2,5−ジハイドロペルオキシド,ジ−t−ブチルペルオキシド,t−ブチルクミルペルオキシド,ジクミルペルオキシド、α,α′−ビス(t−ブチルペルオキシm−イソプロピル)ベンゼン、2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルペルオキシ)ヘキサン、2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルペルオキシ)ヘキサン,ベンゾイルペルオキシド,t−ブチルペルオキシプロピルカーボネート等の有機過酸化物、2,2′−アゾビス〔2−(2−イミダゾリン−2−イル)プロパン〕、2,2′−アゾビス{2−メチル−N−〔1,1−ビス(ヒドロキシメチル)−2−ヒドロキシエチル〕プロピオンアミド}、2,2′−アゾビス{2−メチル−N−〔1,1−ビス(ヒドロキシメチル)エチル〕プロピオンアミド}、2,2′−アゾビス〔2−メチル−N−(2−ヒドロキシエチル)プロピオンアミド〕、2,2′−アゾビス(2−メチルプロピオンアミド)ジハイドレート、2,2′−アゾビス(2,4,4−トリメチルペンタン)、2,2′−アゾビス(2−メチルプロパン),ジメチル、2,2′−アゾビスイソブチレート、4,4′−アゾビス(4−シアノ吉草酸)、2,2′−アゾビス〔2−(ヒドロキシメチル)プロピオニトリル〕,アゾビスイソブチロニトリル等のアゾ化合物が挙げられる。   As radical polymerization initiators, t-butyl peroxypivalate, t-hexyl peroxypivalate, methyl ethyl ketone peroxide, cyclohexanone peroxide, 1,1-bis (t-butylperoxy) -3,3,5-trimethylcyclohexane, 2, 2-bis (t-butylperoxy) octane, n-butyl-4,4-bis (t-butylperoxy) valerate, t-butyl hydroperoxide, cumene hydroperoxide, 2,5-dimethylhexane-2,5-di Hydroperoxide, di-t-butyl peroxide, t-butylcumyl peroxide, dicumyl peroxide, α, α'-bis (t-butylperoxy m-isopropyl) benzene, 2,5-dimethyl-2,5-di ( t-butylperoxy) hexane, 2,5 -Organic peroxides such as dimethyl-2,5-di (t-butylperoxy) hexane, benzoyl peroxide, t-butylperoxypropyl carbonate, 2,2'-azobis [2- (2-imidazolin-2-yl) Propane], 2,2'-azobis {2-methyl-N- [1,1-bis (hydroxymethyl) -2-hydroxyethyl] propionamide}, 2,2'-azobis {2-methyl-N- [ 1,1-bis (hydroxymethyl) ethyl] propionamide}, 2,2′-azobis [2-methyl-N- (2-hydroxyethyl) propionamide], 2,2′-azobis (2-methylpropionamide) ) Dihydrate, 2,2'-azobis (2,4,4-trimethylpentane), 2,2'-azobis (2-methylpropane), dimethyl, 2,2'-azobisisobutyrate, 4,4'-azobis (4-cyanovaleric acid), 2,2'-azobis [2- (hydroxymethyl) propionitrile], azobisisobutyronitrile, etc. An azo compound is mentioned.

化学式(1)の重合性モノマーはリチウム金属基準で4.3V以上5.5V以下で電解重合できる官能基を有し、且つ少なくともエーテル結合又はエステル結合の一種を有すれば、特に限定はされない。ビニル基,アリル基,アクリロイル基またはメタクリロイル基などのC=C不飽和結合を持つ有機基を有する重合性モノマーが好適に用いられる。また、このモノマー分子にエーテル結合又はエステル結合を有することにより、電解液への溶解を促進する。C=C不飽和結合が一個の場合が望ましい。C=C不飽和結合が二個以上の場合、分子内の架橋反応によって電解液に溶けなくなる場合があるからである。   The polymerizable monomer of the chemical formula (1) is not particularly limited as long as it has a functional group that can be electrolytically polymerized at 4.3 V to 5.5 V on the basis of lithium metal and has at least one ether bond or ester bond. A polymerizable monomer having an organic group having a C═C unsaturated bond such as a vinyl group, an allyl group, an acryloyl group or a methacryloyl group is preferably used. Further, by having an ether bond or an ester bond in this monomer molecule, the dissolution in the electrolytic solution is promoted. A case where there is one C═C unsaturated bond is desirable. This is because when there are two or more C═C unsaturated bonds, it may become insoluble in the electrolyte due to an intramolecular crosslinking reaction.

同様に、上記化学式(2)と(3)におけるポリマーは重合性モノマーから共重合して得る。R1又はR4を有するモノマーには、C=C不飽和結合及びリチウム金属基準で4.3〜5.5Vで電解重合できる官能基を有すれば、特に限定はされない。ビニル基,アリル基,アクリロイル基,メタクリロイル基等のC=C不飽和結合を有する有機基を有する重合性モノマーが好適に用いられる。また、C=C不飽和結合が一個であることが望ましい。 Similarly, the polymers in the chemical formulas (2) and (3) are obtained by copolymerization from a polymerizable monomer. The monomer having R 1 or R 4 is not particularly limited as long as it has a C═C unsaturated bond and a functional group that can be electropolymerized at 4.3 to 5.5 V based on lithium metal. A polymerizable monomer having an organic group having a C═C unsaturated bond such as a vinyl group, an allyl group, an acryloyl group, or a methacryloyl group is preferably used. Further, it is desirable that there is one C═C unsaturated bond.

また、上記の化学式(2)と(3)における、R2又はR5を有する重合性モノマーには、エーテル結合又はエステル結合を有する。これらの重合性モノマーは、電解液への溶解性を高めるものであるので、C=C不飽和結合を有すれば、特に限定されることはない。また、C=C不飽和結合が一個であることが望ましい。 Further, the polymerizable monomer having R 2 or R 5 in the chemical formulas (2) and (3) has an ether bond or an ester bond. These polymerizable monomers are not particularly limited as long as they have a C═C unsaturated bond because they increase the solubility in an electrolytic solution. Further, it is desirable that there is one C═C unsaturated bond.

例えば、エチレンオキシド(EO)を有するエトキシ化フェニルアクリレート(EO=1〜10モル),メチルアクリレート,エチルアクリレート,2−エチルヘキシルアクリレート,シクロヘキシルアクリレート,ジエチレングリコールモノ2−エチルヘキシルエーテルアクリレート,ジエチレングリコールモノフェニルエーテルアクリレート,テトラエチレングリコールモノフェニルエーテルアクリレート,ラウリルアクリレート,メチルメタクリレート,エチルメタクリレート,ラウリルメタクリレート,イソボルニルアクリレート,イソボルニルメタクリレート,2−フェノキシエチルアクリレート,テトラヒドロフルフリルアクリレート,2−ヒドロキシプロピルアクリレート,ベンジルアクリレート,エトキシ化フェニルメタクリレート(EO=1〜10モル),テトラヒドロフルフリルメタクリレート,ベンジルメタクリレート,シクロヘキシルメタクリレート,2−(2,4,6−トリブロモフェノキシ)エチルアクリレート等に代表されるアクリレート系モノマー;アリルベンジルエーテル,アリルアルキルエーテル等に代表されるアリルエーテル,アリルアセテート,アリルベンゾエート,アリルオクチルオキサレート,アリルプロピルフタレート,アリルアルキルカーボネート,アリルアルキルフマレート,アリルアルキルイソフタレート,アリルアルキルマロネート,アリルアルキルオキサレート,アリルアルキルフタレート,アリルアルキルセバセート,ジアリルサクシネート,アリルアルキルテレフタレート,アリルアルキルタトレート,アリルアルキルフタレート,エチルアリルマレート,メチルアリルフマレート,メチルメタアリルマレート,アリルメタスルホネート,硫酸メチルアリル等に代表されるアリル官能基を有するカルボン酸等の有機酸エステル又は無機酸エステル;及び酢酸ビニル,プロピオン酸ビニル,トリフルオロ酢酸ビニル,プロピオン酸ビニル,ピバル酸ビニル等に代表されるビニル系モノマーが挙げられる。   For example, ethoxylated phenyl acrylate (EO = 1 to 10 mol) having ethylene oxide (EO), methyl acrylate, ethyl acrylate, 2-ethylhexyl acrylate, cyclohexyl acrylate, diethylene glycol mono 2-ethylhexyl ether acrylate, diethylene glycol monophenyl ether acrylate, tetra Ethylene glycol monophenyl ether acrylate, lauryl acrylate, methyl methacrylate, ethyl methacrylate, lauryl methacrylate, isobornyl acrylate, isobornyl methacrylate, 2-phenoxyethyl acrylate, tetrahydrofurfuryl acrylate, 2-hydroxypropyl acrylate, benzyl acrylate, ethoxy Phenylmetac Acrylate-based monomers represented by rate (EO = 1 to 10 mol), tetrahydrofurfuryl methacrylate, benzyl methacrylate, cyclohexyl methacrylate, 2- (2,4,6-tribromophenoxy) ethyl acrylate, etc .; allyl benzyl ether, allyl Allyl ethers typified by alkyl ethers, allyl acetate, allyl benzoate, allyl octyl oxalate, allyl propyl phthalate, allyl alkyl carbonate, allyl alkyl fumarate, allyl alkyl isophthalate, allyl alkyl malonate, allyl alkyl oxalate, allyl Alkyl phthalate, allyl alkyl sebacate, diallyl succinate, allyl alkyl terephthalate, allyl alkyl tartrate, allyl alcohol Organic acid esters or inorganic acid esters such as carboxylic acid having an allyl functional group represented by ruphthalate, ethyl allyl malate, methyl allyl fumarate, methyl metaallyl malate, allyl metasulfonate, methyl allyl sulfate, etc .; and vinyl acetate, Examples thereof include vinyl monomers represented by vinyl propionate, vinyl trifluoroacetate, vinyl propionate, vinyl pivalate and the like.

この中で、炭素数1〜3のアルキルアクリレート(メタクリレート),アリルアルキルエーテル,エトキシ化フェニルアクリレート(EO=0〜5モル),エトキシ化メチルアクリレート(EO=0〜5モル),酢酸ビニル等が特に望ましい。   Among these, alkyl acrylate (methacrylate) having 1 to 3 carbon atoms, allyl alkyl ether, ethoxylated phenyl acrylate (EO = 0 to 5 mol), ethoxylated methyl acrylate (EO = 0 to 5 mol), vinyl acetate and the like. Particularly desirable.

芳香族官能基を分子内に有するポリマーと、芳香族官能基を有する低分子化合物とを含有する非水電解液を例として、本発明の作用について説明する。低分子量の過充電抑制剤と、芳香族官能基を有するポリマーの過充電抑制剤を混合して使用すると、過充電時にまずポリマーの過充電抑制剤が、分子内の芳香族官能基間の電気化学重合により架橋し、より高分子量の化合物を迅速に形成する。その結果、電極表面での膜形成がしやすくなり、内部抵抗を上げやすい。   The operation of the present invention will be described by taking as an example a nonaqueous electrolytic solution containing a polymer having an aromatic functional group in the molecule and a low molecular compound having an aromatic functional group. When a mixture of a low molecular weight overcharge inhibitor and an overcharge inhibitor of a polymer having an aromatic functional group is used, the overcharge inhibitor of the polymer first becomes an electric charge between the aromatic functional groups in the molecule during overcharge. Crosslinks by chemical polymerization to rapidly form higher molecular weight compounds. As a result, it is easy to form a film on the electrode surface, and the internal resistance is easily increased.

低分子量の過充電抑制剤は、一定の速度で過充電を抑制する効果がある。高分子量のポリマーが過充電の初期段階で迅速に過充電を抑制するとともに、ポリマーの過充電抑制剤同士の架橋により、分子内の芳香族官能基の反応性が低下することと併せ、電池温度の上昇を長時間抑制することが可能となる。   A low molecular weight overcharge inhibitor has the effect of suppressing overcharge at a constant rate. A high molecular weight polymer quickly suppresses overcharge in the initial stage of overcharge, and crosslinks between polymer overcharge inhibitors reduce the reactivity of aromatic functional groups in the molecule. Can be suppressed for a long time.

次に、上述の過充電抑制剤を使用する非水電解液について説明する。非水電解液は、非水溶媒と、電解質塩と、低分子量(分子量はおよそ200以下)の過充電抑制剤と、芳香族官能基を有するポリマー型過充電抑制剤との混合物とを含む。   Next, a non-aqueous electrolyte using the above-described overcharge inhibitor will be described. The nonaqueous electrolytic solution includes a mixture of a nonaqueous solvent, an electrolyte salt, a low molecular weight (molecular weight is about 200 or less) overcharge inhibitor, and a polymer type overcharge inhibitor having an aromatic functional group.

非水電解液に用いる非水溶媒(有機溶媒)としては、高誘電率のものが好ましく、カーボネート類を含むエステル類がより好ましい。中でも、誘電率が30以上のエステルを使用することが推奨される。   As the non-aqueous solvent (organic solvent) used for the non-aqueous electrolyte, those having a high dielectric constant are preferable, and esters containing carbonates are more preferable. Among them, it is recommended to use an ester having a dielectric constant of 30 or more.

このような高誘電率のエステルとしては、例えば、エチレンカーボネート,プロピレンカーボネート,ブチレンカーボネート,γ−ブチロラクトン,イオウ系エステル(エチレングリコールサルファイト等)等が挙げられる。これらの中でも、環状エステルが好ましく、エチレンカーボネート,ビニレンカーボネート,プロピレンカーボネート,ブチレンカーボネート等の環状カーボネートが特に好ましい。上記の溶媒以外にも、ジメチルカーボネート,ジエチルカーボネート,メチルエチルカーボネート等に代表される低粘度の極性の鎖状カーボネート,脂肪族の分岐型のカーボネート系化合物を用いることができる。環状カーボネート(特に、エチレンカーボネート)と鎖状カーボネートとの混合溶媒が特に好ましい。   Examples of such high dielectric constant esters include ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, γ-butyrolactone, sulfur-based esters (ethylene glycol sulfite, etc.), and the like. Among these, cyclic esters are preferable, and cyclic carbonates such as ethylene carbonate, vinylene carbonate, propylene carbonate, and butylene carbonate are particularly preferable. In addition to the above solvents, low-viscosity polar linear carbonates such as dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and methyl ethyl carbonate, and aliphatic branched carbonate compounds can be used. A mixed solvent of a cyclic carbonate (particularly ethylene carbonate) and a chain carbonate is particularly preferred.

さらに、上記の非水溶媒以外にも、プロピオン酸メチル等の鎖状のアルキルエステル類;リン酸トリメチル等の鎖状リン酸トリエステル;3−メトキシプロピオニトリル等のニトリル系溶媒;デンドリマー及びデンドロンに代表されるエーテル結合を有する分岐型化合物等の非水溶媒(有機溶媒)を用いることができる。   In addition to the above non-aqueous solvents, chain alkyl esters such as methyl propionate; chain phosphate triesters such as trimethyl phosphate; nitrile solvents such as 3-methoxypropionitrile; dendrimers and dendrons A non-aqueous solvent (organic solvent) such as a branched compound having an ether bond represented by the above can be used.

また、フッ素系の溶媒も用いることができる。フッ素系の溶媒としては、例えば、H(CF22OCH3,C49OCH3,H(CF22OCH2CH3,H(CF22OCH2CF3,H(CF22CH2O(CF22H等、又は、CF3CHFCF2OCH3,CF3CHFCF2OCH2CH3等の直鎖構造の(パーフロロアルキル)アルキルエーテル、若しくは、イソ(パーフロロアルキル)アルキルエーテル、すなわち、2−トリフロロメチルヘキサフロロプロピルメチルエーテル,2−トリフロロメチルヘキサフロロプロピルエチルエーテル,2−トリフロロメチルヘキサフロロプロピルプロピルエーテル,3−トリフロロオクタフロロブチルメチルエーテル,3−トリフロロオクタフロロブチルエチルエーテル,3−トリフロロオクタフロロブチルプロピルエーテル,4−トリフロロデカフロロペンチルメチルエーテル,4−トリフロロデカフロロペンチルエチルエーテル,4−トリフロロデカフロロペンチルプロピルエーテル,5−トリフロロドデカフロロヘキシルメチルエーテル,5−トリフロロドデカフロロヘキシルエチルエーテル,5−トリフロロドデカフロロヘキシルプロピルエーテル,6−トリフロロテトラデカフロロヘプチルメチルエーテル,6−トリフロロテトラデカフロロヘプチルエチルエーテル,6−トリフロロテトラデカフロロヘプチルプロピルエーテル,7−トリフロロヘキサデカフロロオクチルメチルエーテル,7−トリフロロヘキサデカフロロオクチルエチルエーテル,7−トリフロロヘキサデカフロロヘキシルオクチルエーテル等が挙げられる。さらに、上記のイソ(パーフロロアルキル)アルキルエーテルと、上記の直鎖構造の(パーフロロアルキル)アルキルエーテルとを併用することもできる。 A fluorine-based solvent can also be used. Examples of the fluorine-based solvent include H (CF 2 ) 2 OCH 3 , C 4 F 9 OCH 3 , H (CF 2 ) 2 OCH 2 CH 3 , H (CF 2 ) 2 OCH 2 CF 3 , H (CF 2 ) 2 CH 2 O (CF 2 ) 2 H, etc., or (perfluoroalkyl) alkyl ether having a linear structure such as CF 3 CHFCF 2 OCH 3 , CF 3 CHFCF 2 OCH 2 CH 3 , or iso (par Fluoroalkyl) alkyl ether, that is, 2-trifluoromethyl hexafluoropropyl methyl ether, 2-trifluoromethyl hexafluoropropyl ethyl ether, 2-trifluoromethyl hexafluoropropylpropyl ether, 3-trifluorooctafluorobutyl methyl ether , 3-trifluorooctafluorobutyl ethyl ether, 3-trifluorooctafluorobutylpropyl ether Ter, 4-trifluorodecafluoropentyl methyl ether, 4-trifluorodecafluoropentyl ethyl ether, 4-trifluorodecafluoropentyl propyl ether, 5-trifluorododecafluorohexyl methyl ether, 5-trifluorododecafluorohexyl ethyl Ether, 5-trifluorododecafluorohexyl propyl ether, 6-trifluorotetradecafluoroheptyl methyl ether, 6-trifluorotetradecafluoroheptyl ethyl ether, 6-trifluorotetradecafluoroheptylpropyl ether, 7-trifluorohexa Examples include decafluorooctyl methyl ether, 7-trifluorohexadecafluorooctyl ethyl ether, and 7-trifluorohexadecafluorohexyl octyl ether. Furthermore, the above iso (perfluoroalkyl) alkyl ether can be used in combination with the above-described (perfluoroalkyl) alkyl ether having a linear structure.

非水電解液に用いる電解質塩としては、リチウムイオン電池の場合にはリチウム塩を用いる。リチウムの過塩素酸塩,有機ホウ素リチウム塩,含フッ素化合物のリチウム塩,リチウムイミド塩等が好ましい。   As the electrolyte salt used for the non-aqueous electrolyte, a lithium salt is used in the case of a lithium ion battery. Preference is given to lithium perchlorate, organic boron lithium salts, lithium salts of lithium-containing compounds, lithium imide salts and the like.

このような電解質塩の具体例としては、例えば、LiClO4,LiPF6,LiBF4,LiAsF6,LiSbF6,LiCF3SO3,LiCF3CO2,Li224(SO32,LiN(CF3SO22,LiN(C25SO22,LiC(CF3SO23,LiCnF2n+1SO3(n≧2),LiN(RfOSO22(ここで、Rfはフルオロアルキル基)等が挙げられる。これらのリチウム塩の中で、含フッ素有機リチウム塩が特に好ましい。含フッ素有機リチウム塩は、アニオン性が大きく、かつ、イオンに分離しやすいので、非水電解液中において溶解しやすいからである。 Specific examples of the electrolyte salt, for example, LiClO 4, LiPF 6, LiBF 4, LiAsF 6, LiSbF 6, LiCF 3 SO 3, LiCF 3 CO 2, Li 2 C 2 F 4 (SO 3) 2, LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , LiC (CF 3 SO 2 ) 3 , LiCnF 2n + 1 SO 3 (n ≧ 2), LiN (RfOSO 2 ) 2 (where Rf is a fluoroalkyl group). Of these lithium salts, fluorine-containing organic lithium salts are particularly preferred. This is because the fluorine-containing organic lithium salt has a large anionic property and is easily separated into ions, so that it is easily dissolved in the non-aqueous electrolyte.

非水電解液における電解質塩の濃度は、例えば、好ましくは0.3mol/L(モル/リットル)以上、より好ましくは0.7mol/L以上であって、好ましくは1.7mol/L以下、より好ましくは1.2mol/L以下である。電解質塩濃度が低すぎると、イオン伝導度が小さくなることがあり、高すぎると、溶解しきれない電解質塩が析出するおそれがある。   The concentration of the electrolyte salt in the non-aqueous electrolyte is, for example, preferably 0.3 mol / L (mol / liter) or more, more preferably 0.7 mol / L or more, and preferably 1.7 mol / L or less. Preferably it is 1.2 mol / L or less. If the electrolyte salt concentration is too low, the ionic conductivity may be reduced, and if it is too high, an electrolyte salt that cannot be completely dissolved may be deposited.

また、非水電解液には、電池の性能を向上させるための各種の添加剤を添加してもよく、特に制限はない。例えば、C=C不飽和結合を分子内に有する化合物を添加した非水電解液では、電池の充放電サイクル特性の低下を抑制できる。このようなC=C不飽和結合を分子内に有する化合物としては、例えば、C65611(シクロヘキシルベンゼン)等の芳香族化合物;H(CF24CH2OOCCH=CH2,F(CF28CH2CH2OOCCH=CH2等のフッ素化された脂肪族化合物;フッ素含有芳香族化合物等が挙げられる。また、1,3−プロパンスルトン、1,2−プロパジオール硫酸エステルをはじめとするイオウ元素を有する化合物(例えば、鎖状又は環状スルホン酸エステル,鎖状又は環状の硫酸エステル等),ビニレンカーボネート,ビニルエチレンカーボネート,フッ化エチレンカーボネート等も使用でき、非常に効果的な場合がある。 In addition, various additives for improving battery performance may be added to the nonaqueous electrolytic solution, and there is no particular limitation. For example, in a non-aqueous electrolyte solution to which a compound having a C═C unsaturated bond in the molecule is added, deterioration in charge / discharge cycle characteristics of the battery can be suppressed. Examples of the compound having such a C═C unsaturated bond in the molecule include aromatic compounds such as C 6 H 5 C 6 H 11 (cyclohexylbenzene); H (CF 2 ) 4 CH 2 OOCCH═CH 2 , F (CF 2 ) 8 CH 2 CH 2 OOCCH═CH 2, etc., fluorinated aliphatic compounds; fluorine-containing aromatic compounds, and the like. In addition, compounds having a sulfur element such as 1,3-propane sultone and 1,2-propadiol sulfate (for example, chain or cyclic sulfonate, chain or cyclic sulfate, etc.), vinylene carbonate, Vinyl ethylene carbonate, fluorinated ethylene carbonate, etc. can also be used and may be very effective.

特に、負極活物質に高結晶炭素材料を用いる場合、ビニレンカーボネート,ビニルエチレンカーボネート,フッ化エチレンカーボネート等との併用はより効果的である。ビニレンカーボネート,ビニルエチレンカーボネート,フッ化エチレンカーボネートを非水電解液に添加すると、電池を充電することにより、負極表面に保護皮膜を形成し、負極活物質と非水電解液との接触による反応を抑制して、かかる反応による非水電解液の分解等を抑制する作用を有している。これらの各種添加剤の添加量は、非水電解液全量中、例えば、0.05〜5質量%とすることが好ましい。   In particular, when a highly crystalline carbon material is used as the negative electrode active material, the combined use with vinylene carbonate, vinyl ethylene carbonate, fluorinated ethylene carbonate, or the like is more effective. When vinylene carbonate, vinyl ethylene carbonate, or fluorinated ethylene carbonate is added to the non-aqueous electrolyte, the battery is charged to form a protective film on the negative electrode surface, and the reaction caused by the contact between the negative electrode active material and the non-aqueous electrolyte is caused. It suppresses and has the effect | action which suppresses decomposition | disassembly etc. of the non-aqueous electrolyte by such reaction. The addition amount of these various additives is preferably 0.05 to 5% by mass in the total amount of the non-aqueous electrolyte.

このほか、非水電解液二次電池の高温特性の改善を達成すべく、非水電解液に酸無水物を添加してもよい。酸無水物は、負極の表面改質剤として負極表面に複合皮膜の形成に関与し、高温時における電池の貯蔵特性等を更に向上させる機能を有する。また、酸無水物を非水電解液に添加することにより、非水電解液中の水分量を低減させることができるため、この非水電解液を用いた電池内でのガス発生量も減少させることができる。非水電解液に添加する酸無水物は分子内に酸無水物構造を少なくとも1個有する化合物であり、複数個有する化合物であってもよい。酸無水物の添加量は、非水電解液全量中、0.05〜1質量%とすることが好ましい。   In addition, an acid anhydride may be added to the non-aqueous electrolyte in order to achieve improvement in the high temperature characteristics of the non-aqueous electrolyte secondary battery. The acid anhydride is involved in the formation of a composite film on the negative electrode surface as a surface modifier for the negative electrode, and has a function of further improving the storage characteristics of the battery at high temperatures. Moreover, since the amount of water in the non-aqueous electrolyte can be reduced by adding acid anhydride to the non-aqueous electrolyte, the amount of gas generated in the battery using this non-aqueous electrolyte is also reduced. be able to. The acid anhydride added to the non-aqueous electrolyte is a compound having at least one acid anhydride structure in the molecule, and may be a compound having a plurality of acid anhydride structures. The amount of acid anhydride added is preferably 0.05 to 1% by mass in the total amount of the non-aqueous electrolyte.

酸無水物の具体例としては、例えば、無水メリト酸,無水マロン酸,無水マレイン酸,無水酪酸,無水プロピオン酸,無水プルビン酸,無水フタロン酸,無水フタル酸,無水ピロメリト酸,無水乳酸,無水ナフタル酸,無水トルイル酸,無水チオ安息香酸,無水ジフェン酸,無水シトラコン酸,無水ジグリコールアミド酸,無水酢酸,無水琥珀酸,無水桂皮酸,無水グルタル酸,無水グルタコン酸,無水吉草酸,無水イタコン酸,無水イソ酪酸,無水イソ吉草酸,無水安息香酸等が挙げられ、それらの一種類又は二種類以上を用いることができる。   Specific examples of the acid anhydride include, for example, mellitic anhydride, malonic anhydride, maleic anhydride, butyric anhydride, propionic anhydride, puruvic anhydride, phthalonic anhydride, phthalic anhydride, pyromellitic anhydride, lactic anhydride, anhydrous Naphthalic acid, toluic anhydride, thiobenzoic anhydride, diphenic anhydride, citraconic anhydride, diglycolamide anhydride, acetic anhydride, succinic anhydride, cinnamic anhydride, glutaric anhydride, glutaconic anhydride, valeric anhydride, anhydrous Itaconic acid, isobutyric anhydride, isovaleric anhydride, benzoic anhydride and the like can be mentioned, and one or more of them can be used.

次に、上述の過充電抑制剤を使用する非水電解液二次電池の構成について説明する。非水電解液二次電池は、上記の非水電解液を有していればよく、その他の構成要素については特に制限はなく、従来公知の非水電解液二次電池と同様のものを採用できる。図1および図2に、非水電解液二次電池の一例を示す。図1は、非水電解液二次電池の概略図であり、(a)は平面図、(b)はその部分断面図である。図1の電池は、正極2と負極3との間に、セパレータ4を挟んで重ね合わせて電極積層体とし、これを渦巻状に巻回して電極巻回体1とした後、外装体5に装填し、正負極と外装体の正負極端子とをリード体(リード片)7,8等を介して接続し、非水電解液を外装体内に注入した後、外装体を封止して作製される。また、図2は、図1の外観斜視図である。   Next, the structure of the non-aqueous electrolyte secondary battery using the above-described overcharge inhibitor will be described. The non-aqueous electrolyte secondary battery only needs to have the above-described non-aqueous electrolyte, and there are no particular restrictions on the other components, and the same as the conventionally known non-aqueous electrolyte secondary battery is adopted. it can. 1 and 2 show an example of a non-aqueous electrolyte secondary battery. FIG. 1 is a schematic view of a nonaqueous electrolyte secondary battery, in which (a) is a plan view and (b) is a partial cross-sectional view thereof. The battery of FIG. 1 is formed by stacking a separator 4 between a positive electrode 2 and a negative electrode 3 to form an electrode laminate, winding the electrode in a spiral shape, and then forming an electrode winding body 1. After loading, the positive and negative electrodes and the positive and negative terminals of the outer package are connected via lead bodies (lead pieces) 7, 8 and the like, and after the nonaqueous electrolyte is injected into the outer package, the outer package is sealed. Is done. FIG. 2 is an external perspective view of FIG.

図1(b)に示すように、正極2と負極3とをセパレータ4を介して渦巻状に巻回し、扁平状に押し潰して横断面を扁平形状とし、底面をテープ6で覆った扁平状電極巻回体1が、角形(角筒形)の外装缶5に電解液と共に収容されている。扁平状電極巻回体の正極リードを正極端子と、負極リードを負極端子と、それぞれ常法に従って接続し、電解液を注入した後に外装缶を封止する。ただし、図1では、煩雑化を避けるため、正極2や負極3の作製にあたって使用した集電体としての金属箔や電解液などは図示しておらず、扁平状電極巻回体1の内周側の部分は断面にしていない。また、扁平状電極巻回体1の底面のテープ6は、基材と粘着材とを区別して示しておらず、また、テープ6が扁平状電極巻回体1の底面にのみ配置された状態で示している。   As shown in FIG. 1 (b), the positive electrode 2 and the negative electrode 3 are spirally wound through a separator 4 and crushed into a flat shape so that the cross section is flat and the bottom is covered with tape 6. The electrode winding body 1 is accommodated together with an electrolyte in a square (square tube) outer can 5. The positive electrode lead of the flat electrode winding body is connected to the positive electrode terminal and the negative electrode lead is connected to the negative electrode terminal according to a conventional method, and after the electrolyte is injected, the outer can is sealed. However, in FIG. 1, in order to avoid complication, a metal foil, an electrolyte, or the like as a current collector used for manufacturing the positive electrode 2 or the negative electrode 3 is not illustrated, and the inner circumference of the flat electrode winding body 1 is not illustrated. The side portion is not cross-sectioned. Further, the tape 6 on the bottom surface of the flat electrode winding body 1 does not distinguish between the base material and the adhesive material, and the tape 6 is disposed only on the bottom surface of the flat electrode winding body 1. Is shown.

外装缶5は、アルミニウム製やアルミニウム合金製であり、この外装缶5は正極端子を兼ねている。そして、扁平状電極巻回体1からは、正極2および負極3のそれぞれ一端に接続された正極リード7と負極リード8が引き出されている。また、外装缶5の開口部を封口する電池蓋9(アルミニウム合金製などの電池蓋)にはPP製の絶縁パッキング10を介してステンレス鋼製の端子11が取り付けられ、この端子11には絶縁体12を介してステンレス鋼製のリード板13が取り付けられている。   The outer can 5 is made of aluminum or aluminum alloy, and the outer can 5 also serves as a positive electrode terminal. From the flat electrode winding body 1, a positive electrode lead 7 and a negative electrode lead 8 connected to one end of each of the positive electrode 2 and the negative electrode 3 are drawn out. In addition, a stainless steel terminal 11 is attached to a battery lid 9 (battery lid made of aluminum alloy or the like) for sealing the opening of the outer can 5 via a PP insulating packing 10. A stainless steel lead plate 13 is attached via the body 12.

そして、この電池蓋9は外装缶5の開口部に挿入され、両者の接合部を溶接することによって、外装缶5の開口部が封口され、電池内部が密閉されている。また、図6に示す電池では、電池蓋9に電解液注入口14が設けられており、この電解液注入口14には、封止部材が挿入された状態で、例えばレーザー溶接などにより溶接封止されて、電池の密閉性が確保されている(従って、図6および図7の電池では、実際には、電解液注入口14は、電解液注入口と封止部材であるが、説明を容易にするために、電解液注入口14として示している)。更に、電池蓋9には、防爆ベント15が設けられている。   And this battery cover 9 is inserted in the opening part of the armored can 5, and the opening part of the armored can 5 is sealed by welding the junction part of both, and the inside of a battery is sealed. Further, in the battery shown in FIG. 6, an electrolytic solution inlet 14 is provided in the battery lid 9, and a sealing member is inserted into the electrolytic solution inlet 14 by, for example, laser welding or the like. The sealing of the battery is ensured (therefore, in the batteries of FIGS. 6 and 7, the electrolyte inlet 14 is actually the electrolyte inlet and the sealing member. For ease of illustration, shown as electrolyte inlet 14). Further, the battery cover 9 is provided with an explosion-proof vent 15.

図1に示す電池では、正極リード7を電池蓋9に直接溶接することによって外装缶5と電池蓋9とが正極端子として機能し、負極リード8をリード板13に溶接し、そのリード板13を介して負極リード8と端子11とを導通させることによって端子11が負極端子として機能するようになっているが、外装缶5の材質などによっては、その正負が逆になる場合もある。   In the battery shown in FIG. 1, the outer can 5 and the battery lid 9 function as a positive electrode terminal by directly welding the positive electrode lead 7 to the battery lid 9, and the negative electrode lead 8 is welded to the lead plate 13. By connecting the negative electrode lead 8 and the terminal 11 through the terminal 11, the terminal 11 functions as a negative electrode terminal. However, depending on the material of the outer can 5, the sign may be reversed.

図2は前記図1に示す電池の外観を模式的に示す斜視図であり、この図2は前記電池が角形電池であることを示すことを目的として図示されたものであって、この図2では電池を概略的に示しており、電池の構成部材のうち特定のものしか図示していない。   FIG. 2 is a perspective view schematically showing the external appearance of the battery shown in FIG. 1. FIG. 2 is shown for the purpose of showing that the battery is a square battery. FIG. 1 schematically shows a battery, and only specific members of the battery are shown.

更に、図1および図2は、非水電解液二次電池の形状や構造の理解を容易にするためのものであり、これらで示した電池の各構成要素のサイズは、必ずしも正確ではない。   Furthermore, FIG. 1 and FIG. 2 are for facilitating understanding of the shape and structure of the nonaqueous electrolyte secondary battery, and the size of each component of the battery shown in these figures is not necessarily accurate.

また、電池の外装体としては、図1のような金属製の角形のほか、円筒形等の外装体や、金属(アルミニウム等)ラミネートフィルムで形成されたラミネート外装体等を用いることができる。   Further, as the battery outer package, in addition to the metal square as shown in FIG. 1, a cylindrical outer package, a laminate outer package formed of a metal (aluminum, etc.) laminate film, or the like can be used.

リチウムイオン電池を例として、非水電解液二次電池の構成をさらに詳細に説明する。リチウムイオン電池は、リチウムを吸蔵放出可能な正極及び負極と、セパレータと、非水電解液を含む。   The configuration of the non-aqueous electrolyte secondary battery will be described in more detail using a lithium ion battery as an example. The lithium ion battery includes a positive electrode and a negative electrode capable of inserting and extracting lithium, a separator, and a non-aqueous electrolyte.

正極に係る正極活物質には、リチウムイオンを吸蔵放出可能な化合物が使用でき、例えば、LixMO2又はLiy24(ただし、Mは遷移金属であり、0≦x≦1,0≦y≦2)で表されるリチウム含有複合酸化物,スピネル状の酸化物,層状構造の金属カルコゲン化物,オリビン構造等が挙げられる。 As the positive electrode active material for the positive electrode, a compound capable of occluding and releasing lithium ions can be used. For example, Li x MO 2 or Li y M 2 O 4 (where M is a transition metal, and 0 ≦ x ≦ 1, And lithium-containing composite oxides represented by 0 ≦ y ≦ 2), spinel oxides, layered metal chalcogenides, and olivine structures.

その具体例としては、LiCoO2等のリチウムコバルト酸化物,LiMn24等のリチウムマンガン酸化物,LiNiO2等のリチウムニッケル酸化物,Li4/3Ti5/34等のリチウムチタン酸化物,リチウムマンガン・ニッケル複合酸化物,リチウムマンガン・ニッケル・コバルト複合酸化物,二酸化マンガン,五酸化バナジウム,クロム酸化物、等の金属酸化物;LiMPO4(M=Fe,Mn,Ni)等のオリビン型の結晶構造を有する材料;二硫化チタン,二硫化モリブデン等の金属硫化物;等が挙げられる。 Specific examples thereof include lithium cobalt oxides such as LiCoO 2 , lithium manganese oxides such as LiMn 2 O 4 , lithium nickel oxides such as LiNiO 2 , and lithium titanium oxides such as Li 4/3 Ti 5/3 O 4. Metal oxides such as lithium oxide, lithium manganese / nickel composite oxide, lithium manganese / nickel / cobalt composite oxide, manganese dioxide, vanadium pentoxide, chromium oxide, LiMPO 4 (M = Fe, Mn, Ni), etc. Materials having an olivine type crystal structure; metal sulfides such as titanium disulfide and molybdenum disulfide;

特に、層状構造又はスピネル構造のリチウム含有複合酸化物が好ましく用いられ、LiCoO2,LiMn24,LiNiO2,LiNi1/2Mn1/22等に代表されるリチウムマンガン・ニッケル複合酸化物,LiNi1/3Mn1/3Co1/32,LiNi0.6Mn0.2Co0.22等に代表されるリチウムマンガン・ニッケル・コバルト複合酸化物、又はLiNi1-x-y―zCoxAlyMgz2(ただし、0≦x≦1,0≦y≦0.1,0≦z≦0.1,0≦1−x−y−z≦1)のように構成元素の一部がGe,Ti,Zr,Mg,Al,Mo,Sn等より選ばれる添加元素で置換されたリチウム含有複合酸化物等、充電時の開路電圧がLi基準で4V以上を示すリチウム複合酸化物を正極活物質として用いれば、実施例の非水電解液の特徴を生かすことができ、安全の高い非水電解液二次電池を得ることができる。 In particular, a lithium-containing composite oxide having a layered structure or a spinel structure is preferably used, and lithium manganese / nickel composite oxidation represented by LiCoO 2 , LiMn 2 O 4 , LiNiO 2 , LiNi 1/2 Mn 1/2 O 2, etc. LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 , LiNi 0.6 Mn 0.2 Co 0.2 O 2 typified by lithium manganese / nickel / cobalt composite oxide, or LiNi 1-xy-z Co x Al y Mg z O 2 (where 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 0.1, 0 ≦ z ≦ 0.1, 0 ≦ 1-xyz ≦ 1) Lithium composite oxide in which the open circuit voltage during charging is 4 V or more on the basis of Li, such as lithium-containing composite oxide substituted with an additive element selected from Ge, Ti, Zr, Mg, Al, Mo, Sn, etc. When used as an active material, the characteristics of the non-aqueous electrolyte of the example Can take advantage of, it is possible to obtain a non-aqueous electrolyte secondary battery having high safety.

これらの正極活物質は、一種類単独で使用してもよく、二種類以上を併用してもよい。例えば、層状構造のリチウム含有複合酸化物とスピネル構造のリチウム含有複合酸化物とを共に用いることにより、大容量化及び安全性向上の両立を図ることができる。   These positive electrode active materials may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together. For example, by using both a lithium-containing composite oxide having a layered structure and a lithium-containing composite oxide having a spinel structure, both capacity increase and safety improvement can be achieved.

正極の作製方法としては、例えば、上記の正極活物質に、導電助剤(カーボンブラック,アセチレンブラック等)や、結着剤(ポリフッ化ビニリデン,ポリエチレンオキシド等)等を適宜添加して正極合剤を調製し、これを集電材料(アルミニウム箔等)を芯材として塗布し、帯状の成形体に仕上げる方法が用いられる。   As a method for producing the positive electrode, for example, a conductive additive (carbon black, acetylene black, etc.), a binder (polyvinylidene fluoride, polyethylene oxide, etc.) and the like are appropriately added to the positive electrode active material described above to form a positive electrode mixture. Is prepared, and a current collecting material (aluminum foil or the like) is applied as a core material to finish it into a strip-shaped molded body.

負極に係る負極活物質としては、例えば、リチウムイオンを吸蔵放出可能な化合物(リチウム金属単体の他、Al,Si,Sn,In等の合金又はリチウム(Li)に近い低電位で充放電できる酸化物,炭素材料等の各種材料)を用いることができる。   Examples of the negative electrode active material related to the negative electrode include compounds capable of occluding and releasing lithium ions (lithium metal alone, an alloy such as Al, Si, Sn, In, etc., or oxidation that can be charged and discharged at a low potential close to lithium (Li). Materials, various materials such as carbon materials).

特にリチウムイオンを電気化学的に出し入れ可能な炭素材料が好ましい。このような炭素材料としては、例えば、黒鉛,熱分解炭素類,コークス類,ガラス状炭素類,有機高分子化合物の焼成体,メソカーボンマイクロビーズ,炭素繊維,活性炭等が挙げられる。負極活物質に炭素材料を用いる場合、該炭素材料の(002)面の層間距離d002に関しては、0.37nm以下であることが好ましい。また、電池の高容量化を実現するためd002は、0.35nm以下であることがより好ましく、0.34nm以下であることが更に好ましい。d002の下限値は特に限定されないが、理論的には約0.335nmである。   In particular, a carbon material capable of electrochemically taking in and out lithium ions is preferable. Examples of such carbon materials include graphite, pyrolytic carbons, cokes, glassy carbons, fired bodies of organic polymer compounds, mesocarbon microbeads, carbon fibers, activated carbon, and the like. When a carbon material is used for the negative electrode active material, the interlayer distance d002 of the (002) plane of the carbon material is preferably 0.37 nm or less. In order to realize a high capacity of the battery, d002 is more preferably 0.35 nm or less, and further preferably 0.34 nm or less. The lower limit of d002 is not particularly limited, but is theoretically about 0.335 nm.

また、炭素材料のc軸方向における結晶子の大きさLcは、3nm以上であることが好ましく、8nm以上であることがより好ましく、25nm以上であることが更に好ましい。Lcの上限は、特に限定されないが、通常200nm程度である。そして、その平均粒径は、好ましくは3μm以上、より好ましくは5μm以上であって、好ましくは15μm以下、より好ましくは13μm以下である。また、その純度は99.9%以上であることが望ましい。   The crystallite size Lc in the c-axis direction of the carbon material is preferably 3 nm or more, more preferably 8 nm or more, and further preferably 25 nm or more. The upper limit of Lc is not particularly limited, but is usually about 200 nm. And the average particle diameter becomes like this. Preferably it is 3 micrometers or more, More preferably, it is 5 micrometers or more, Preferably it is 15 micrometers or less, More preferably, it is 13 micrometers or less. Further, the purity is desirably 99.9% or more.

負極の作製方法としては、例えば、上記の負極活物質に、必要に応じて導電助剤(カーボンブラック,アセチレンブラック等)や、結着剤(ポリフッ化ビニリデン,スチレンブタジエンゴム等)等を適宜添加して負極合剤を調製し、これを銅箔等の集電材料を芯材として塗布し、成形体に仕上げる方法が用いられる。   As a method for producing the negative electrode, for example, a conductive additive (carbon black, acetylene black, etc.), a binder (polyvinylidene fluoride, styrene butadiene rubber, etc.), etc. are appropriately added to the negative electrode active material as necessary. Then, a method is used in which a negative electrode mixture is prepared, and a current collector material such as copper foil is applied as a core material to finish the molded body.

正極と負極との間に配置されるセパレータは、従来公知の非水電解液二次電池において採用されている各種セパレータを適宜用いることができる。例えば、ポリエチレン,ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂、又はポリブチレンテレフタレート等のポリエステル系樹脂で形成された微孔性セパレータが好適に用いられる。また、それらの微孔性セパレータ(微孔性フィルム)を重ね合わせたり、その表面にアルミナ等の無機層を設けても使用することもできる。   The separator arrange | positioned between a positive electrode and a negative electrode can use suitably the various separators employ | adopted in the conventionally well-known nonaqueous electrolyte secondary battery. For example, a microporous separator formed of a polyolefin resin such as polyethylene or polypropylene or a polyester resin such as polybutylene terephthalate is preferably used. Moreover, even if those microporous separators (microporous film) are overlapped or an inorganic layer such as alumina is provided on the surface thereof, the separator can also be used.

セパレータの厚さにも特に制限はないが、電池の安全性及び高容量化の両方を考慮して5〜30μmとすることが好ましい。また、セパレータの通気度(秒/100mL)も特に制限はないが、10〜1000(秒/100mL)が好ましく、更に好ましくは50〜800(秒/100mL)であり、特に好ましくは90〜700(秒/100mL)である。   Although there is no restriction | limiting in particular in the thickness of a separator, It is preferable to set it as 5-30 micrometers in consideration of both the safety | security of a battery and high capacity | capacitance. Further, the air permeability (second / 100 mL) of the separator is not particularly limited, but is preferably 10 to 1000 (second / 100 mL), more preferably 50 to 800 (second / 100 mL), and particularly preferably 90 to 700 ( Sec / 100 mL).

〔実施例〕
以下に実施例を挙げて更に詳細に説明するが、本発明は、かかる実施例に限定されるものではない。なお、以下の記載において、「%」は、特に断らない限り質量基準である。
〔Example〕
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples, but the present invention is not limited to such examples. In the following description, “%” is based on mass unless otherwise specified.

まず、合成した合成物の分子量測定方法及び化合物の同定方法を説明する。   First, a method for measuring the molecular weight of a synthesized product and a method for identifying a compound will be described.

(1)分子量測定
ポリスチレンを基準として、下記の条件においてゲル浸透クロマトグラフィー(GPC:Gel Permeation Chromatography)測定を行い、合成物の分子量及びその分布を測定した。
(1) Molecular weight measurement Gel permeation chromatography (GPC) measurement was performed on the following conditions on the basis of polystyrene, and the molecular weight and distribution of the synthesized product were measured.

〔測定条件〕
装置:液体クロマトグラフ装置「L−6000型」((株)日立ハイテクノロジ ーズ製)
検出器:示差屈折率計(RI)検出器「L−3300型」((株)日立ハイテクノ ロジーズ製)
カラム:Gelpack GL−R440+R450+R400M
試料濃度:120mg/5mL(ミリグラム/ミリリットル)
カラム温度:25℃
移動相:テトラヒドロフラン(THF)
流量:2.05ml/分(ミリリットル/分)
試料注入量:200マイクロリットル
〔Measurement condition〕
Apparatus: Liquid chromatograph "L-6000 type" (manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation)
Detector: Differential refractometer (RI) detector “L-3300” (manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation)
Column: Gelpack GL-R440 + R450 + R400M
Sample concentration: 120 mg / 5 mL (milligram / milliliter)
Column temperature: 25 ° C
Mobile phase: Tetrahydrofuran (THF)
Flow rate: 2.05 ml / min (ml / min)
Sample injection volume: 200 microliters

(2)化合物の同定
下記の核磁気共鳴分光法(NMR、Nuclear Magnetic Resonance)を用いて1H−NMR及び13C−NMRのスペクトルを測定し、合成物の同定及びコポリマーの組成の分析を行った。
装置:BRUKER AV400M
1H:400.13MHz
溶媒:重クロロホルム(CDCl3
(2) Compound identification 1 H-NMR and 13 C-NMR spectra were measured using the following nuclear magnetic resonance spectroscopy (NMR, Nuclear Magnetic Resonance) to identify the compound and analyze the composition of the copolymer. It was.
Device: BRUKER AV400M
1 H: 400.13MHz
Solvent: deuterated chloroform (CDCl 3 )

〔実施例1〕
下記の化学式(4)で示され、リチウム金属基準で約4.5Vで電解重合するビフェニル官能基を有するコポリマーを合成した。このコポリマーをポリマー(I)と呼ぶ。
[Example 1]
A copolymer having a biphenyl functional group represented by the following chemical formula (4) and electropolymerized at about 4.5 V based on lithium metal was synthesized. This copolymer is referred to as polymer (I).

まず、温度計,還流冷却器及び撹拌装置を装着した500mL(ミリリットル)の2口のナス型フラスコにエトキシ化フェニルアクリレート(EO=2モル)であるジエチレングリコールモノフェニルエーテルアクリレート(42.5g)と4−ビニルビフェニル(7.5g)とを混合し、これに重合開始剤として500mgのアゾビスイソブチロニトリル(AIBN)を加えた。   First, diethylene glycol monophenyl ether acrylate (42.5 g), which is ethoxylated phenyl acrylate (EO = 2 mol), and 4 are added to a 500 mL (milliliter) two-necked eggplant type flask equipped with a thermometer, a reflux condenser, and a stirring device. -Vinyl biphenyl (7.5 g) was mixed, and 500 mg of azobisisobutyronitrile (AIBN) was added as a polymerization initiator.

これにジメチルカーボネート(DMC)を200g入れ、アルゴンガスで容器内の酸素を除去した。その後、アルゴンガスでバブリングしながら、60℃のオイルバスで3時間反応させ、さらに70℃で2時間反応させた。   200 g of dimethyl carbonate (DMC) was added thereto, and oxygen in the container was removed with argon gas. Thereafter, while bubbling with argon gas, the reaction was carried out in an oil bath at 60 ° C. for 3 hours and further at 70 ° C. for 2 hours.

反応終了後、反応混合物に300mLの冷メタノールを徐々に加え、撹拌して沈殿させた。その後、沈殿物を冷メタノールで数回洗浄して未反応のモノマー及び添加剤を除去し、固体状ポリマーを得た。   After completion of the reaction, 300 mL of cold methanol was gradually added to the reaction mixture and stirred to precipitate. Thereafter, the precipitate was washed several times with cold methanol to remove unreacted monomers and additives to obtain a solid polymer.

洗浄後のポリマーを60℃で減圧乾燥してメタノールを除去した後、さらに80℃で一晩真空乾燥し、約37gの透明であり、粘弾性を有する薄黄色固体状のポリマー(I)を得た。収率は74%であった。   The polymer after washing was dried under reduced pressure at 60 ° C. to remove methanol, and then vacuum-dried overnight at 80 ° C. to obtain about 37 g of a transparent, viscoelastic light yellow solid polymer (I). It was. The yield was 74%.

ポリマー(I)の構造は、1H−NMR及び13C−NMRで確認した。また、ポリマー(I)分子内でのジエチレングリコールモノフェニルエーテルアクリレートと4−ビニルビフェニルとの比は、1H−NMRスペクトルにおける各プロトンピークの面積比から求めたところ、ほぼ仕込量の通りであった。その分子量をGPCで測定したところ、数均分子量は21000であった。 The structure of the polymer (I) was confirmed by 1 H-NMR and 13 C-NMR. Moreover, when the ratio of diethylene glycol monophenyl ether acrylate and 4-vinylbiphenyl in the polymer (I) molecule was determined from the area ratio of each proton peak in the 1H-NMR spectrum, it was almost as charged. When the molecular weight was measured by GPC, the number average molecular weight was 21,000.

<非水電解液の調製>
エチレンカーボネート(EC)とメチルエチルカーボネート(MEC)とジエチルカーボネート(DEC)との体積比1:1:1の混合溶媒にLiPF6を10mol/L溶解させ、これにリチウム金属基準で約4.5Vで電解重合するポリマー(I)を0.5wt%、リチウム金属基準で約4.7Vで電解重合するシクルヘキシルベンゼン(CHB)を2wt%となるように添加して非水電解液を調製した。なお、非水電解液の調製は、Ar雰囲気中で行った。
<Preparation of non-aqueous electrolyte>
10 mol / L of LiPF6 was dissolved in a mixed solvent of ethylene carbonate (EC), methyl ethyl carbonate (MEC), and diethyl carbonate (DEC) at a volume ratio of 1: 1: 1, and about 4.5 V on the basis of lithium metal. A non-aqueous electrolyte was prepared by adding 0.5 wt% of the polymer (I) to be electropolymerized and 2 wt% of cyclhexylbenzene (CHB) to be electropolymerized at about 4.7 V based on the lithium metal. The non-aqueous electrolyte was prepared in an Ar atmosphere.

<電極の作製>
正極は次のようにして作製した。先ず、92質量部のLiCoO2(正極活物質)に導電助剤として燐片状黒鉛を5質量部加えて混合し、この混合物にポリフッ化ビニリデン3質量部をN−メチルピロリドンに溶解させた溶液を加えて混合して正極合剤スラリーとした。この正極合剤スラリーを70メッシュの網を通過させて粒径が大きなものを取り除いた後、この正極合剤スラリーを厚さ15μmのアルミニウム箔からなる正極集電体の両面に均一に塗付して乾燥し、その後、ロールプレス機により圧縮成形して総厚さを165μmにした後、切断し、ニッケル製のリード体を溶接して、帯状の正極を作製した。
<Production of electrode>
The positive electrode was produced as follows. First, 92 parts by mass of LiCoO 2 (positive electrode active material) was mixed with 5 parts by mass of flake graphite as a conductive additive, and 3 parts by mass of polyvinylidene fluoride was dissolved in N-methylpyrrolidone in this mixture. And mixed to obtain a positive electrode mixture slurry. This positive electrode mixture slurry was passed through a 70 mesh net to remove the large particle size, and then this positive electrode mixture slurry was uniformly applied to both surfaces of a positive electrode current collector made of an aluminum foil having a thickness of 15 μm. Then, after compression molding with a roll press machine to a total thickness of 165 μm, cutting was performed and a nickel lead body was welded to produce a belt-like positive electrode.

負極は次のようにして作製した。負極活物質としては、以下の方法により合成された高結晶の人造黒鉛を用いた。即ち、コークス粉末100質量部,タールピッチ40質量部,炭化ケイ素14質量部及びコールタール20質量部を、空気中において200℃で混合した後に粉砕し、窒素雰囲気中において1000℃で熱処理し、さらに窒素雰囲気中において3000℃で熱処理して黒鉛化させて人造黒鉛とした。得られた人造黒鉛のBET比表面積は4.0m2/gで、X線回折法によって測定される(002)面の面間隔d002は0.336nm、c軸方向の結晶子の大きさLcは48nm、全細孔容積は1×10-33/kgであった。 The negative electrode was produced as follows. As the negative electrode active material, high crystal artificial graphite synthesized by the following method was used. That is, 100 parts by mass of coke powder, 40 parts by mass of tar pitch, 14 parts by mass of silicon carbide, and 20 parts by mass of coal tar were mixed in air at 200 ° C. and then pulverized, and heat treated at 1000 ° C. in a nitrogen atmosphere Artificial graphite was obtained by heat treatment at 3000 ° C. in a nitrogen atmosphere and graphitization. The obtained artificial graphite had a BET specific surface area of 4.0 m 2 / g, a (002) plane distance d002 measured by X-ray diffraction of 0.336 nm, and the crystallite size Lc in the c-axis direction was 48 nm, the total pore volume was 1 × 10 −3 m 3 / kg.

この人造黒鉛を用い、バインダーとしてスチレンブタジエンラバーを用い、増粘剤としてカルボキシメチルセルロースを用い、それらを質量比98:1:1の割合で混合し、さらに水を加えて混合して負極合剤ぺーストとした。この負極合剤ぺーストを厚さ10μmの銅箔からなる負極集電体の両面に均一に塗布して乾燥し、その後、ロールプレス機により圧縮成形して総厚さを145μmにした後、切断し、ニッケル製のリード体を溶接して、帯状の負極を作製した。   Using this artificial graphite, using styrene butadiene rubber as a binder, using carboxymethyl cellulose as a thickener, mixing them in a mass ratio of 98: 1: 1, adding water and mixing them, and mixing the negative electrode mixture It was a strike. This negative electrode mixture paste was uniformly applied to both sides of a negative electrode current collector made of copper foil having a thickness of 10 μm, dried, and then compression-molded by a roll press machine to a total thickness of 145 μm, followed by cutting. And the lead body made from nickel was welded, and the strip | belt-shaped negative electrode was produced.

<電池の作製>
上記帯状の正極を、厚さ20μmの微孔性ポリエチレンセパレータ(空隙率:41%)を介して、上記帯状の負極に重ね、渦巻状に巻回した後、扁平状になるように加圧して扁平状巻回構造の電極巻回体とし、この電極巻回体をポリプロピレン製の絶縁テープで固定した。次に、外寸が縦(厚み)4.4mm,横34mm,高さ50mmのアルミニウム合金製の角形の電池ケースに上記電極巻回体を挿入し、リード体の溶接を行うとともに、アルミニウム合金製の蓋板を電池ケースの開口端部に溶接した。その後、蓋板に設けた電解液注入口から上記のポリマー(I)とCHBを含有する非水電解液を注入し、化成等を経て電池を作成した。なお、本実施例の非水電解液二次電池の設計電気容量は、840mAhとした。
<Production of battery>
The belt-like positive electrode is stacked on the belt-like negative electrode via a microporous polyethylene separator (porosity: 41%) having a thickness of 20 μm, wound in a spiral shape, and then pressed so as to be flat. An electrode winding body having a flat winding structure was formed, and the electrode winding body was fixed with an insulating tape made of polypropylene. Next, the electrode winding body is inserted into a rectangular battery case made of aluminum alloy having outer dimensions of 4.4 mm (thickness), 34 mm (width), and 50 mm (height), and the lead body is welded. The lid plate was welded to the open end of the battery case. Then, the nonaqueous electrolyte containing said polymer (I) and CHB was inject | poured from the electrolyte solution injection port provided in the cover board, and the battery was created through chemical conversion etc. In addition, the design electric capacity of the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present example was 840 mAh.

〔比較例1〜5〕
比較例1として、過充電添加剤を添加しなかった以外は実施例1と同様にして非水電解液二次電池を得た。
[Comparative Examples 1-5]
As Comparative Example 1, a nonaqueous electrolyte secondary battery was obtained in the same manner as in Example 1 except that no overcharge additive was added.

比較例2として、低分子過充電添加剤CHBだけを非水電解液の全質量に対して2質量%となるように添加した以外は実施例1と同様にして非水電解液二次電池を得た。   As Comparative Example 2, a nonaqueous electrolyte secondary battery was prepared in the same manner as in Example 1 except that only the low molecular overcharge additive CHB was added so as to be 2% by mass with respect to the total mass of the nonaqueous electrolyte. Obtained.

比較例3として、ポリマー(I)のみを非水電解液の全質量に対して2質量%となるように添加した以外は実施例1と同様にして非水電解液二次電池を得た。   As Comparative Example 3, a non-aqueous electrolyte secondary battery was obtained in the same manner as in Example 1 except that only the polymer (I) was added to 2% by mass with respect to the total mass of the non-aqueous electrolyte.

比較例4として、ポリマー(I)のみを非水電解液の全質量に対して5.0質量%となるように添加した以外は実施例1と同様にして非水電解液二次電池を得た。   As Comparative Example 4, a non-aqueous electrolyte secondary battery was obtained in the same manner as in Example 1 except that only polymer (I) was added to 5.0% by mass with respect to the total mass of the non-aqueous electrolyte. It was.

比較例5として、低分子過充電添加剤のCHBのみを非水電解液の全質量に対して4.0質量%となるように添加した以外は実施例1と同様にして非水電解液二次電池を得た。   As Comparative Example 5, the non-aqueous electrolyte solution 2 was added in the same manner as in Example 1 except that only CHB of the low molecular weight overcharge additive was added so as to be 4.0% by mass with respect to the total mass of the non-aqueous electrolyte solution. The next battery was obtained.

〔実施例2〕
下記化学式(5)で示され、約4.5V(リチウム金属基準)で電解重合するビフェニル構造を有するポリマー(II)を合成した。ポリマー(II)の合成は、出発原料に4−ビニルシクロヘキシルベンゼン(40wt%)及びジエチレングリコールモノメチルエーテルメタクリレート(60wt%)を用いたこと以外は、実施例1におけるポリマー(I)の合成と同様にして行った。
[Example 2]
A polymer (II) having a biphenyl structure represented by the following chemical formula (5) and electropolymerized at about 4.5 V (based on lithium metal) was synthesized. The synthesis of polymer (II) was the same as the synthesis of polymer (I) in Example 1 except that 4-vinylcyclohexylbenzene (40 wt%) and diethylene glycol monomethyl ether methacrylate (60 wt%) were used as starting materials. went.

ポリマー(I)に代えて上記のポリマー(II)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして0.5wt%ポリマー(III)と2wt%CHBを有する非水電解液を調製した。また、この非水電解液を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、評価用電池を作製し、評価した。   A nonaqueous electrolytic solution having 0.5 wt% polymer (III) and 2 wt% CHB was prepared in the same manner as in Example 1 except that the above polymer (II) was used instead of the polymer (I). In addition, an evaluation battery was produced and evaluated in the same manner as in Example 1 except that this nonaqueous electrolytic solution was used.

〔実施例3〕
下記化学式(6)で示され、約4.7V(リチウム金属基準)で電解重合する4−シクルヘキシルフェニル構造を有するポリマー(III)を合成した。ポリマー(III)の合成はジエチレングリコールモノシクロヘキシルフェニルエーテルメタクリレートを用いた以外は、実施例1におけるポリマー(I)の合成と同様にして行った。
Example 3
A polymer (III) having a 4-cyclhexylphenyl structure represented by the following chemical formula (6) and electropolymerized at about 4.7 V (lithium metal standard) was synthesized. The synthesis of polymer (III) was carried out in the same manner as the synthesis of polymer (I) in Example 1, except that diethylene glycol monocyclohexyl phenyl ether methacrylate was used.

ポリマー(I)に代えて前記のポリマー(III)を用いた以外は、実施例1と同様にして0.5wt%ポリマー(III)と2wt%CHBを有する非水電解液を調製し、この非水電解液を用いた以外は実施例1と同様にして、評価用電池を作製し、評価した。   A non-aqueous electrolyte solution containing 0.5 wt% polymer (III) and 2 wt% CHB was prepared in the same manner as in Example 1 except that the polymer (III) was used instead of the polymer (I). An evaluation battery was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the water electrolyte was used.

〔実施例4〕
1wt%の約4.5V(リチウム金属基準)で電解重合するポリマー(II)と2wt%の約4.7V(リチウム金属基準)で電解重合するCHBを有する非水電解液を調製し、この非水電解液を用いた以外は実施例1と同様にして、評価用電池を作製し、評価した。
Example 4
A non-aqueous electrolyte having 1 wt% of polymer (II) that is electropolymerized at about 4.5 V (lithium metal standard) and 2 wt% of CHB that is electropolymerized at about 4.7 V (lithium metal standard) is prepared. An evaluation battery was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the water electrolyte was used.

<高温貯蔵特性試験>
実施例1〜4及び比較例1〜5の各電池を、20℃において840mA(1C)で4.2Vになるまで充電し、さらに4.2Vの定電圧で2.5時間充電して満充電とし、その後、20℃において0.2Cで3Vまで放電して貯蔵前の放電容量を測定した。また、この容量を電池の容量とした。
<High temperature storage characteristics test>
The batteries of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 5 were charged at 20 ° C. at 840 mA (1C) to 4.2 V, and further charged at a constant voltage of 4.2 V for 2.5 hours to be fully charged. Then, the discharge capacity before storage was measured by discharging to 20V at 0.2C to 3V. This capacity was defined as the capacity of the battery.

次に、上記各電池を上記と同様にして充電した後、恒温槽中において60℃で20日間貯蔵した。貯蔵後の電池を20℃まで自然冷却し、実施例1,比較例1,2の電池ケースの厚みを測定し、貯蔵前の電池ケースの厚みとの比較から電池の膨れを求めた。その後全ての電池を20℃において0.2Cで3Vまで放電して貯蔵後の放電容量を測定した。再度、同様に定電圧充電し、0.2CmAで3.0Vまで定電流放電を行って回復容量を求めた。   Next, each battery was charged in the same manner as described above, and then stored in a thermostatic bath at 60 ° C. for 20 days. The battery after storage was naturally cooled to 20 ° C., the thicknesses of the battery cases of Example 1, Comparative Examples 1 and 2 were measured, and the swelling of the battery was determined from the comparison with the thickness of the battery case before storage. Thereafter, all the batteries were discharged at 20 ° C. to 3 V at 0.2 C, and the discharge capacity after storage was measured. Again, a constant voltage charge was performed in the same manner, and a constant current discharge was performed up to 3.0 V at 0.2 CmA to obtain a recovery capacity.

続いて、貯蔵前の放電容量,貯蔵後の放電容量と貯蔵後の回復容量を用いて、下記式により容量保持率と容量回復率を算出し、電池の膨れ,容量保持率と容量回復率から高温貯蔵特性を評価した。
(数1)
容量保持率(%)=(貯蔵後の放電容量/貯蔵前の放電容量)×100
(数2)
容量回復率(%)=(貯蔵後の放電容量/貯蔵前の放電容量)×100
Subsequently, using the discharge capacity before storage, the discharge capacity after storage, and the recovery capacity after storage, the capacity retention rate and the capacity recovery rate are calculated by the following formula, and the battery swelling, capacity retention rate and capacity recovery rate are calculated. High temperature storage characteristics were evaluated.
(Equation 1)
Capacity retention (%) = (discharge capacity after storage / discharge capacity before storage) × 100
(Equation 2)
Capacity recovery rate (%) = (discharge capacity after storage / discharge capacity before storage) × 100

<過充電特性>
5本の満充電した電池を別々の熱硬化性フェノール樹脂板からなる箱に入れ、無空気対流の状態下、20℃において1Aの電流で5.0Vまで充電し、さらに5.0Vの定電圧で3.5時間充電し、過充電とした。過充電後の発火電池の有無とその本数から電池の安全性を判定した。また、過充電時での電池の電圧,電流,表面温度を同時に測定した。
<Overcharge characteristics>
5 fully charged batteries are put in a box made of separate thermosetting phenolic resin plates, charged to 5.0V with 1A current at 20 ° C under no air convection, and a constant voltage of 5.0V The battery was charged for 3.5 hours and overcharged. The safety of the battery was determined from the presence and number of ignition batteries after overcharging. In addition, the battery voltage, current, and surface temperature during overcharge were measured simultaneously.

図3に過充電時の、実施例1と比較例1〜3に用いた電池の表面温度の変化を示した。図3から、実施例1のポリマー(I)とCHBを有する電池は過充電時の電池表面の最高温度が100度以下と安全であったことと、比較例1〜3の電池は何れも発火したことがわかる。   FIG. 3 shows changes in the surface temperature of the batteries used in Example 1 and Comparative Examples 1 to 3 during overcharging. From FIG. 3, the battery having the polymer (I) and CHB of Example 1 was safe with the maximum temperature of the battery surface at overcharge being 100 ° C. or less, and the batteries of Comparative Examples 1 to 3 were all ignited. You can see that

表1に、各電池に使用した過充電抑制剤、及び電池特性を示す。ポリマー(I)とCHBを用いた実施例1の電池は、60℃での貯蔵特性にも優れることがわかる。また、表1から、実施例2〜4の非水電解液二次電池は、過充電時の発火無し、比較例1〜3と比べて高安全性を有すること、電池の60℃での膨れが少なく、比較例4と5と比べて貯蔵特性に優れることがわかる。   Table 1 shows the overcharge inhibitor used in each battery and the battery characteristics. It can be seen that the battery of Example 1 using polymer (I) and CHB is also excellent in storage characteristics at 60 ° C. Further, from Table 1, the nonaqueous electrolyte secondary batteries of Examples 2 to 4 have no ignition at the time of overcharge, have higher safety than Comparative Examples 1 to 3, and the battery swells at 60 ° C. It can be seen that the storage characteristics are excellent as compared with Comparative Examples 4 and 5.

以上の点から、本発明のポリマー型過充電抑制剤と低分子過充電抑制剤からなる混合過充電抑制剤は、電池の基本特性を維持しながら、高安全性を確保する面において有効である。このように、実施例の非水電解液二次電池は、安全性に優れており、電池特性も良好であることから、こうした特性を生かして、携帯電話,ノート型パソコン等のモバイル情報機器における駆動電源用の二次電池としてだけではなく、電気自動車やハイブリド電気自動車等の様々な機器の電源として幅広く利用することができる。   From the above points, the mixed overcharge inhibitor comprising the polymer overcharge inhibitor and the low molecular overcharge inhibitor of the present invention is effective in ensuring high safety while maintaining the basic characteristics of the battery. . Thus, the non-aqueous electrolyte secondary battery of the example is excellent in safety and has good battery characteristics. Therefore, taking advantage of these characteristics, it can be applied to mobile information devices such as mobile phones and notebook computers. It can be widely used not only as a secondary battery for a driving power source but also as a power source for various devices such as an electric vehicle and a hybrid electric vehicle.

1 扁平状電極巻回体
2 正極
3 負極
4 セパレータ
5 外装缶
6 テープ
7 正極リード
8 負極リード
9 電池蓋
10 絶縁パッキング
11 端子
12 絶縁体
13 リード板
14 電解液注入口
15 防爆ベント
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Flat electrode winding body 2 Positive electrode 3 Negative electrode 4 Separator 5 Exterior can 6 Tape 7 Positive electrode lead 8 Negative electrode lead 9 Battery lid 10 Insulation packing 11 Terminal 12 Insulator 13 Lead plate 14 Electrolyte injection hole 15 Explosion-proof vent

Claims (8)

非水溶媒と、電解質塩と、リチウム金属基準で4.3V以上5.5V以下で電解重合する低分子化合物と、リチウム金属基準で4.3V以上5.5V以下で電解重合するポリマーと、を含有し、
前記ポリマーは、一般式(1)で表される化合物であり、
前記低分子化合物として、ビフェニル、シクロヘキシルベンゼン、t−ブチルベンゼン、フルオロベンゼン、の少なくともいずれかを含み、
前記ポリマーは0.1質量%以上、1質量%以下で、かつ前記低分子化合物は0.1wt%以上、5wt%以下で含まれることを特徴とする非水電解液。
[前記式中、Aはリチウム金属基準で4.3V以上5.5V以下で電解重合する官能基であり、且つ、エーテル結合又はエステル結合を有する。RとR′は水素又はメチル基である。前記Aは、ビフェニル,2−メチルビフェニル、シクロペンチルベンゼン,シクロヘキシルベンゼン,t−ブチルベンゼン,t−アミルベンゼン,ジフェニルエーテル,ナフタレン,ジベンゾフラン,2−フルオロビフェニル,3−フルオロビフェニル,4−フルオロビフェニル、4,4′−ジフルオロビフェニル,o−シクロヘキシルフルオロベンゼン,p−シクロヘキシルフルオロベンゼン、2,4−ジフルオロアニソール、2,5−ジフルオロアニソール、2,6−ジフルオロアニソール、3,5−ジフルオロアニソールのいずれかである。
A non-aqueous solvent, an electrolyte salt, a low-molecular compound that is electropolymerized at 4.3 V to 5.5 V based on lithium metal, and a polymer that is electropolymerized at 4.3 V to 5.5 V based on lithium metal Contains ,
The polymer is a compound represented by the general formula (1),
The low molecular weight compound includes at least one of biphenyl, cyclohexylbenzene, t-butylbenzene, and fluorobenzene,
The polymer 0.1 mass% or more, less than 1 wt%, and the low molecular compound is 0.1 wt% or more, a non-aqueous electrolyte, wherein Rukoto included below 5 wt%.
[In the above formula, A is a functional group that undergoes electrolytic polymerization at 4.3 V or more and 5.5 V or less based on lithium metal, and has an ether bond or an ester bond. R and R 'are hydrogen or a methyl group. A is biphenyl, 2-methylbiphenyl, cyclopentylbenzene, cyclohexylbenzene, t-butylbenzene, t-amylbenzene, diphenyl ether, naphthalene, dibenzofuran, 2-fluorobiphenyl, 3-fluorobiphenyl, 4-fluorobiphenyl, 4, 4'-difluorobiphenyl, o-cyclohexylfluorobenzene, p-cyclohexylfluorobenzene, 2,4-difluoroanisole, 2,5-difluoroanisole, 2,6-difluoroanisole, or 3,5-difluoroanisole . ]
請求項1に記載の非水電解液において、
前記ポリマーは、一般式(2)又は(3)で表される化合物であることを特徴とする非水電解液。
(式中、R1及びR4は、リチウム金属基準で4.3V以上5.5V以下で電解重合する芳香環を有する官能基であり、ビフェニル,2−メチルビフェニル、シクロペンチルベンゼン,シクロヘキシルベンゼン,t−ブチルベンゼン,t−アミルベンゼン,ジフェニルエーテル,ナフタレン,ジベンゾフラン,2−フルオロビフェニル,3−フルオロビフェニル,4−フルオロビフェニル、4,4′−ジフルオロビフェニル,o−シクロヘキシルフルオロベンゼン,p−シクロヘキシルフルオロベンゼン、2,4−ジフルオロアニソール、2,5−ジフルオロアニソール、2,6−ジフルオロアニソール、3,5−ジフルオロアニソールのいずれかである。2及びR5は、水素又は炭素数1〜3のアルキル基であって、このアルキル基の水素がフッ素で置換されていてもよい。R3は、炭素数1〜6のアルキル基又は芳香族官能基を有する基であって、このアルキル基又は芳香族官能基の水素がフッ素で置換されていてもよく、アルコキシ基を介する炭素数1〜6のアルキル基又は芳香族官能基であってもよい。R6は、炭素数1〜6のアルキル基又は芳香環を有する官能基であって、このアルキル基又は芳香環を有する官能基の水素がフッ素で置換されていてもよい。c及びeは、1以上の整数であり、d及びfは、0又は1以上の整数である。)
The non-aqueous electrolyte according to claim 1,
The non-aqueous electrolyte characterized in that the polymer is a compound represented by the general formula (2) or (3).
(In the formula, R 1 and R 4 are functional groups having an aromatic ring that is electrolytically polymerized at 4.3 V to 5.5 V on the basis of lithium metal, and include biphenyl, 2-methylbiphenyl, cyclopentylbenzene, cyclohexylbenzene, t -Butylbenzene, t-amylbenzene, diphenyl ether, naphthalene, dibenzofuran, 2-fluorobiphenyl, 3-fluorobiphenyl, 4-fluorobiphenyl, 4,4'-difluorobiphenyl, o-cyclohexylfluorobenzene, p-cyclohexylfluorobenzene, Any one of 2,4-difluoroanisole, 2,5-difluoroanisole, 2,6-difluoroanisole, and 3,5-difluoroanisole R 2 and R 5 are hydrogen or an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms. And the hydrogen of this alkyl group Tsu optionally substituted with iodine .R 3 is a group having an alkyl group or an aromatic group having 1 to 6 carbon atoms, hydrogen of the alkyl group or aromatic group is optionally substituted with fluorine It may be an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms or an aromatic functional group via an alkoxy group, and R 6 is a functional group having an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms or an aromatic ring, The hydrogen of the functional group having an alkyl group or aromatic ring may be substituted with fluorine, c and e are integers of 1 or more, and d and f are 0 or an integer of 1 or more.
請求項1に記載の非水電解液において、
前記ポリマーの数平均分子量(Mn)は、3000〜1000000であることを特徴とする非水電解液。
The non-aqueous electrolyte according to claim 1,
The polymer has a number average molecular weight (Mn) of 3,000 to 1,000,000.
請求項1に記載の非水電解液において、
前記低分子化合物の分子量は、200以下であることを特徴とする非水電解液。
The non-aqueous electrolyte according to claim 1,
The low molecular weight compound has a molecular weight of 200 or less.
請求項1に記載の非水電解液において、
前記電解質はリチウム塩であることを特徴とする非水電解液。
The non-aqueous electrolyte according to claim 1,
The non-aqueous electrolyte characterized in that the electrolyte is a lithium salt.
請求項1に記載の非水電解液において、
前記非水溶媒は、環状カーボネートと鎖状カーボネートとを含むことを特徴とする非水電解液。
The non-aqueous electrolyte according to claim 1,
The nonaqueous solvent includes a cyclic carbonate and a chain carbonate.
正極と、負極と、非水電解液とを備えた非水電解液二次電池であって、
前記非水電解液は請求項1ないしのいずれかに記載された非水電解液であることを特徴とする非水電解液二次電池。
A non-aqueous electrolyte secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte,
The non-aqueous electrolyte non-aqueous electrolyte secondary battery which is a nonaqueous electrolyte solution according to any of claims 1 to 6.
請求項に記載の非水電解液二次電池において、
前記正極及び前記負極は、リチウムを吸蔵放出可能な正極及び負極であり、前記電解質はリチウム塩を含むことを特徴とする非水電解液二次電池。
The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 7 ,
The non-aqueous electrolyte secondary battery, wherein the positive electrode and the negative electrode are a positive electrode and a negative electrode capable of inserting and extracting lithium, and the electrolyte contains a lithium salt.
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