JP5499359B2 - Nonaqueous electrolyte and nonaqueous electrolyte secondary battery including the nonaqueous electrolyte - Google Patents

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Description

本発明は、非水電解質、及び該非水電解質を含み、ビデオカメラ,モバイルコンピュータ、携帯電話機等の主として携帯電子機器の電源として利用される充放電可能な非水電解質二次電池に関する。   The present invention relates to a nonaqueous electrolyte and a chargeable / dischargeable nonaqueous electrolyte secondary battery including the nonaqueous electrolyte and used mainly as a power source for portable electronic devices such as a video camera, a mobile computer, and a mobile phone.

非水電解質を含む電池は、高電圧であり、かつ高エネルギー密度を有し、また貯蔵安定性等の信頼性も高いので、民生用電子機器の電源として広く用いられている。
非水電解質を含む電池の代表例として、リチウム電池及びリチウムイオン二次電池が挙げられる。これらの電池は、金属リチウム又はリチウムの吸蔵・放出が可能である活物質からなる負極と、遷移金属酸化物、弗化黒鉛、及びリチウムと遷移金属との複合酸化物等からなる正極と、非水電解質とを有する。
非水電解質は、非プロトン性有機溶媒にLiBF4 、LiPF6 、LiClO4 、LiAsF6 、LiCF3 SO3 、Li2 SiF6 等のLi電解質を混合してなる溶液である。
A battery containing a non-aqueous electrolyte is widely used as a power source for consumer electronic devices because it has a high voltage, a high energy density, and high reliability such as storage stability.
As a typical example of a battery containing a nonaqueous electrolyte, a lithium battery and a lithium ion secondary battery can be given. These batteries include a negative electrode made of metal lithium or an active material capable of occluding and releasing lithium, a positive electrode made of transition metal oxide, fluorinated graphite, a composite oxide of lithium and transition metal, and the like. A water electrolyte.
The non-aqueous electrolyte is a solution obtained by mixing a Li electrolyte such as LiBF 4 , LiPF 6 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiCF 3 SO 3 , and Li 2 SiF 6 in an aprotic organic solvent.

リチウムイオン二次電池等の非水電解質二次電池(以下、電池という)において、非水電解質は正極と負極との間のイオンの受け渡しを行う。電池の充放電特性を高めるためには正極と負極との間のイオンの受け渡し速度を出来るだけ速くする必要があり、非水電解質のイオン伝導度を高くしたり、非水電解質の粘度を低くしたりして、拡散による物質移動を起こりやすくする必要がある。また、非水電解質は、電池の保存性(放置特性等)、及び充放電を繰り返した場合のサイクル安定性を高めるために、化学的、電気化学的に反応性が高い正極及び負極に対して安定である必要がある。
電極に対する安定化を図った非水電解質として、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート等の高誘電率カーボネート溶媒、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、ジメチルカーボネート等の低粘度カーボネート溶媒にLiPF6 等のリチウム塩を溶解したものが知られている。
In a non-aqueous electrolyte secondary battery (hereinafter referred to as a battery) such as a lithium ion secondary battery, the non-aqueous electrolyte transfers ions between a positive electrode and a negative electrode. In order to improve the charge / discharge characteristics of the battery, it is necessary to increase the ion transfer speed between the positive electrode and the negative electrode as much as possible, to increase the ionic conductivity of the nonaqueous electrolyte or to lower the viscosity of the nonaqueous electrolyte. For example, it is necessary to facilitate mass transfer by diffusion. In addition, non-aqueous electrolytes are used for positive and negative electrodes that are chemically and electrochemically highly reactive in order to improve the storage stability of batteries (such as storage characteristics) and cycle stability when charging and discharging are repeated. It needs to be stable.
Lithium salt such as LiPF 6 was dissolved in a high dielectric constant carbonate solvent such as propylene carbonate and ethylene carbonate, and a low viscosity carbonate solvent such as diethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, and dimethyl carbonate as a non-aqueous electrolyte for stabilizing the electrode. Things are known.

しかし、上述の非水電解質を含有する電池は、充電状態で高温放置したり、また、低温で充放電を繰り返した場合に、試験後の放電容量が低下する問題があった。
上述のように電池の放電容量が低下するのは、正極及び負極上における非水電解質の分解反応が進行して、電極の反応抵抗の上昇、非水電解質の電気伝導率の低下、セパレータの目詰まり等により、電池の内部抵抗が上昇するからである。
またホウ素化合物の公知事例として特許文献1〜11が挙げられる。
However, the battery containing the nonaqueous electrolyte described above has a problem that the discharge capacity after the test is lowered when the battery is left in a charged state at a high temperature or repeatedly charged and discharged at a low temperature.
As described above, the discharge capacity of the battery decreases because the decomposition reaction of the nonaqueous electrolyte proceeds on the positive electrode and the negative electrode, the reaction resistance of the electrode increases, the electrical conductivity of the nonaqueous electrolyte decreases, This is because the internal resistance of the battery increases due to clogging or the like.
Moreover, patent documents 1-11 are mentioned as a well-known example of a boron compound.

特開平09−120825号公報Japanese Patent Laid-Open No. 09-120825 特開平10−223258号公報JP-A-10-223258 特開平11−054133号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-054133 特開平11−121033号公報JP-A-11-121033 特開平11−100469号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-100409 特開2002−025609号公報JP 2002-025609 A 特開2002−216844号公報JP 2002-216844 A 特開2003−132946号公報JP 2003-132946 A 特開2003−168476号公報JP 2003-168476 A 特開2008−198542号公報JP 2008-198542 A 特開2009−245829号公報JP 2009-245829 A

上述の特許文献では、非水電解質に、各種ホウ素化合物を添加した非水電解質が提案されている。しかしながら、これらの非水電解質を用いると、充放電サイクル寿命特性は向上するものの、低温で充放電をした場合の充放電効率が低下することが確認されている。上述の特許文献中のホウ素化合物は、負極との反応により負極上に皮膜が形成され、低温で充電をおこなった際に、リチウムイオン移動抵抗となって、負極上に金属リチウムが析出しやすくなっていることが原因である。
これらの問題を解決するために、正極、及び負極表面上における非水電解質の分解を良好に抑制し、かつ負極上の皮膜のリチウムイオンの移動抵抗を上昇させない添加剤の開発が求められている。
また、特開2009−245829のようなボロン酸化合物も検討されているが、これらのボロン酸を添加した電解液を放置すると電解液が着色したり、ボロン酸に含まれる水酸基の還元分解によりガスが発生して、電池が膨れるという問題があった。
In the above-mentioned patent document, a non-aqueous electrolyte in which various boron compounds are added to the non-aqueous electrolyte is proposed. However, it has been confirmed that when these nonaqueous electrolytes are used, the charge / discharge cycle life characteristics are improved, but the charge / discharge efficiency is reduced when charging / discharging at a low temperature. The boron compound in the above-mentioned patent document forms a film on the negative electrode due to the reaction with the negative electrode, and when charged at a low temperature, it becomes a lithium ion migration resistance and metal lithium is likely to be deposited on the negative electrode. The cause is.
In order to solve these problems, there is a demand for the development of an additive that satisfactorily suppresses the decomposition of the nonaqueous electrolyte on the surfaces of the positive electrode and the negative electrode and does not increase the lithium ion migration resistance of the film on the negative electrode. .
Further, boronic acid compounds such as JP2009-245829 have been studied. However, when an electrolytic solution to which these boronic acids are added is left as it is, the electrolytic solution is colored or gas is generated by reductive decomposition of hydroxyl groups contained in the boronic acid. Has occurred and the battery swelled.

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、特定のビニルボロン酸化合物を含有することにより、非水電解質二次電池を作製した場合に、充放電サイクル寿命試験後の放電容量の低下が少なく、低温充放電時の放電容量が良好で、かつ電池の膨れが小さい非水電解質を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and when a non-aqueous electrolyte secondary battery is produced by containing a specific vinyl boronic acid compound, the discharge capacity after the charge / discharge cycle life test is reduced. An object of the present invention is to provide a non-aqueous electrolyte that is small, has a good discharge capacity during low-temperature charge / discharge, and has a small battery swelling.

また、本発明は、前記非水電解質を含むことにより、充放電サイクル寿命試験後の放電容量の低下が少なく、かつ、低温充放電時の放電容量が良好である非水電解質二次電池を提供することを目的とする。   In addition, the present invention provides a non-aqueous electrolyte secondary battery that includes the non-aqueous electrolyte so that a decrease in discharge capacity after a charge / discharge cycle life test is small and discharge capacity during low-temperature charge / discharge is good. The purpose is to do.

本発明者は、前記課題を解決するために、ボロン酸化合物に注目し、鋭意検討を行なった。その結果、下記のビニルボロン酸化合物を含有する非水電解質を用いて非水電解質二次電池を構成することにより、前記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、第1発明に係る非水電解質は、非水電解質二次電池に用いられ、非水溶媒、及びリチウム塩に、下記一般式(1)で表されるビニルボロン酸化合物を含有してなる電解液であり、前記ビニルボロン酸化合物の含有量が0.001質量%以上5質量%以下であることを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, the present inventor has paid attention to the boronic acid compound and conducted intensive studies. As a result, it has been found that the above problem can be solved by constituting a non-aqueous electrolyte secondary battery using a non-aqueous electrolyte containing the following vinylboronic acid compound, and the present invention has been completed.
That is, the non-aqueous electrolyte according to the first invention is used in a non-aqueous electrolyte secondary batteries, non-aqueous solvent, and a lithium salt and further contains represented by the following general formula (1) ruby Niruboron acid compound an electrolyte solution, the content of the vinyl boronic acid compound, characterized in der Rukoto less 0.001 wt% to 5 wt%.

Figure 0005499359
Figure 0005499359

前記一般式(1)中、R1 〜R2 は、炭素原子数1から5のアルキル基であり、同一であっても異なっていても良い。 In the general formula (1), R 1 to R 2 are alkyl groups having 1 to 5 carbon atoms, which may be the same or different.

ここで、非水電解質とは、非水溶媒に支持塩を溶解した電解液をいう。
本発明においては、非水電解質に前記ビニルボロン酸化合物を添加しているので、この非水電解質を用いて非水電解質二次電池を作製した場合に、充放電サイクル寿命試験後の放電容量の低下が少なく、かつ低温充放電時の放電容量が良好である。
従って、電池の寿命が短くなることが抑制される。
Here, the nonaqueous electrolyte refers to an electrolytic solution in which a supporting salt is dissolved in a nonaqueous solvent.
In the present invention, since the vinyl boronic acid compound is added to the non-aqueous electrolyte, when a non-aqueous electrolyte secondary battery is produced using this non-aqueous electrolyte, the discharge capacity decreases after the charge / discharge cycle life test. And has a good discharge capacity at low temperature charge / discharge.
Accordingly, it is possible to suppress the battery life from being shortened.

このような効果が得られる詳細な理由は不明であるが、前記ビニルボロン酸化合物が電極(活物質)の表面に作用して、電極と非水電解質との界面に高温でも安定な保護皮膜が形成され、正極及び負極における非水電解質(非水溶媒)の分解が抑制されるので、高温で充放電を繰り返した場合の容量保持率が良好になるとともに、負極保護皮膜のリチウムイオン伝導率が良好であるためと考えられる。この効果は前記ビニルボロン酸化合物の添加により初めて発現される。   Although the detailed reason why such an effect is obtained is unknown, the vinyl boronic acid compound acts on the surface of the electrode (active material) to form a protective film that is stable even at high temperatures at the interface between the electrode and the non-aqueous electrolyte. Since the decomposition of the non-aqueous electrolyte (non-aqueous solvent) in the positive electrode and the negative electrode is suppressed, the capacity retention when charging / discharging is repeated at a high temperature is good, and the lithium ion conductivity of the negative electrode protective film is good This is probably because of this. This effect is manifested only by the addition of the vinyl boronic acid compound.

第2発明に係る非水電解質二次電池は、第1発明に係る非水電解質を含むことを特徴とする。   The non-aqueous electrolyte secondary battery according to the second invention includes the non-aqueous electrolyte according to the first invention.

本発明においては、第1発明の非水電解質を含むので、低温充放電時の放電容量が良好であり、かつ電池の寿命が短くなることが抑制できる。   In this invention, since the nonaqueous electrolyte of 1st invention is included, it can suppress that the discharge capacity at the time of low-temperature charge / discharge is favorable, and the lifetime of a battery becomes short.

本発明の非水電解質によれば、この非水電解質を用いて非水電解質二次電池を作製した場合に、初期の電池膨れが小さく、かつ充放電サイクル寿命特性及び低温充電特性が良好である非水電解質二次電池が得られる。   According to the non-aqueous electrolyte of the present invention, when a non-aqueous electrolyte secondary battery is produced using this non-aqueous electrolyte, initial battery swelling is small, and charge / discharge cycle life characteristics and low-temperature charge characteristics are good. A nonaqueous electrolyte secondary battery is obtained.

本発明の非水電解質二次電池によれば、初期の電池厚みが小さく、充放電サイクル寿命特性及び低温充電特性が良好である。   According to the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention, the initial battery thickness is small, and charge / discharge cycle life characteristics and low-temperature charge characteristics are good.

本発明に係る非水電解質二次電池を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the nonaqueous electrolyte secondary battery which concerns on this invention.

以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。
本発明の電池(非水電解質二次電池)は、正極、負極、セパレータ及び非水電解質を有する。
Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to the drawings showing embodiments thereof.
The battery (nonaqueous electrolyte secondary battery) of the present invention has a positive electrode, a negative electrode, a separator, and a nonaqueous electrolyte.

(1)非水電解質
本発明に係る非水電解質は、後述する非水溶媒、及びリチウム塩に、前記一般式(1)で表されるビニルボロン酸化合物を含有してなる。
前記一般式(1)中、R1 〜R2 は、炭素原子数1〜5のアルキル基であり、同一であっても異なっていても良い
(1) Nonaqueous Electrolyte The nonaqueous electrolyte according to the present invention comprises a vinylboronic acid compound represented by the general formula (1) in a nonaqueous solvent and a lithium salt described later.
In said general formula (1), R < 1 > -R < 2 > is a C1-C5 alkyl group, and may be same or different.

1 〜R2 で表される炭素原子数1〜5の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(異性体を含む)、ブチル基(異性体を含む)、ペンチル基(異性体を含む)が挙げられる。 Specific examples of the alkyl group having 1 to 5 carbon atoms represented by R 1 to R 2 include a methyl group, an ethyl group, a propyl group (including isomers), a butyl group (including isomers), and a pentyl group. (Including isomers).

前記一般式(1)で表される場合のビニルボロン酸化合物の具体例としては、ビニルボロン酸ジメチル、ビニルボロン酸ジエチル、ビニルボロン酸ジノルマルプロピル、ビニルボロン酸ジイソプロピル、ビニルボロン酸ジノルマルブチル、ビニルボロン酸ジイソブチル、ビニルボロン酸ジターシャリーブチル、ビニルボロン酸ジイソブチル、ビニルボロン酸ジセカンダリーブチル、ビニルボロン酸ジノルマルペンチル、ビニルボロン酸ジイソペンチル、ビニルボロン酸ジターシャリーアミル、が挙げられる。   Specific examples of the vinyl boronic acid compound represented by the general formula (1) include dimethyl vinyl boronate, diethyl vinyl boronate, dinormal propyl vinyl boronate, diisopropyl vinyl boronate, dinormal butyl vinyl boronate, diisobutyl vinyl boronate, vinyl boron. Examples include ditertiary butyl acid, diisobutyl vinylboronate, disecondary butyl vinylboronate, dinormalpentyl vinylboronate, diisopentyl vinylboronate, ditertiary amyl vinylboronate.

前記一般式(1)で表されるビニルボロン酸化合物の含有量としては、非水電解質の総重量に対して、0.001質量%以上5質量%以下であり、好ましくは、0.05質量%以上3質量%以下であり、さらに好ましくは0.1質量%以上2質量%以下である。この範囲であれば、本発明の目的を達成するのに好ましい。   The content of the vinyl boronic acid compound represented by the general formula (1) is 0.001% by mass or more and 5% by mass or less, preferably 0.05% by mass with respect to the total weight of the nonaqueous electrolyte. The content is 3% by mass or less, more preferably 0.1% by mass or more and 2% by mass or less. This range is preferable for achieving the object of the present invention.

本発明の非水電解質に用いられる非水溶媒としては、少なくとも、環状の非プロトン性溶媒及び/又は鎖状の非プロトン性溶媒を含むことが好ましい。
環状の非プロトン性溶媒としては、エチレンカーボネート等の環状カーボネート、γ−ブチロラクトン等の環状エステル、スルホラン等の環状スルホン、ジオキソラン等の環状エーテルが例示される。
鎖状の非プロトン性溶媒としては、ジメチルカーボネート等の鎖状カーボネート、プロピオン酸メチル等の鎖状カルボン酸エステル、ジメトキシエタン等の鎖状エーテルが例示される。
The nonaqueous solvent used in the nonaqueous electrolyte of the present invention preferably contains at least a cyclic aprotic solvent and / or a chain aprotic solvent.
Examples of the cyclic aprotic solvent include cyclic carbonates such as ethylene carbonate, cyclic esters such as γ-butyrolactone, cyclic sulfones such as sulfolane, and cyclic ethers such as dioxolane.
Examples of the chain aprotic solvent include chain carbonates such as dimethyl carbonate, chain carboxylic acid esters such as methyl propionate, and chain ethers such as dimethoxyethane.

特に電池の負荷特性、及び低温特性の向上を意図する場合には、非水溶媒を環状の非プロトン性溶媒と鎖状の非プロトン性溶媒との混合物にすることが好ましい。さらに、非水電解質の電気化学的安定性を重視する場合には、環状の非プロトン性溶媒として環状カーボネートを、鎖状の非プロトン性溶媒として鎖状カーボネートを用いることが好ましい。
環状カーボネートの例として具体的には、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、1,2−ブチレンカーボネート、トランス−2,3−ブチレンカーボネート、シス−2,3−ブチレンカーボネート、1,2−ペンチレンカーボネート、トランス−2,3−ペンチレンカーボネート、シス−2,3−ペン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、フルオロエチレンカーボネート、4,5−ジフルオロエチレンカーボネート等が挙げられる。
これらのうち、誘電率が高いエチレンカーボネート及びプロピレンカーボネートが好ましい。負極活物質に黒鉛を使用する場合、エチレンカーボネートを使用するのがさらに好ましい。また、これらの環状カーボネートは2種以上混合して使用してもよい。
In particular, when the load characteristics and low temperature characteristics of the battery are intended to be improved, the non-aqueous solvent is preferably a mixture of a cyclic aprotic solvent and a chain aprotic solvent. Furthermore, when importance is attached to the electrochemical stability of the non-aqueous electrolyte, it is preferable to use a cyclic carbonate as the cyclic aprotic solvent and a chain carbonate as the chain aprotic solvent.
Specific examples of cyclic carbonates include ethylene carbonate, propylene carbonate, 1,2-butylene carbonate, trans-2,3-butylene carbonate, cis-2,3-butylene carbonate, 1,2-pentylene carbonate, trans Examples include -2,3-pentylene carbonate, cis-2,3-pentylene carbonate, trifluoromethylethylene carbonate, fluoroethylene carbonate, 4,5-difluoroethylene carbonate, and the like.
Of these, ethylene carbonate and propylene carbonate having a high dielectric constant are preferable. When graphite is used for the negative electrode active material, it is more preferable to use ethylene carbonate. Moreover, you may use these cyclic carbonates in mixture of 2 or more types.

鎖状カーボネートとして、具体的には、ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルプロピルカーボネート、メチルイソプロピルカーボネート、ジプロピルカーボネート、メチルブチルカーボネート、ジブチルカーボネート、エチルプロピルカーボネート、メチルトリフルオロエチルカーボネート等が挙げられる。
これらのうち、粘度が低いので、ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、ジエチルカーボネートが好ましい。これらの鎖状カーボネートは2種以上混合して使用してもよい。
Specific examples of the chain carbonate include dimethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl propyl carbonate, methyl isopropyl carbonate, dipropyl carbonate, methyl butyl carbonate, dibutyl carbonate, ethyl propyl carbonate, and methyl trifluoroethyl carbonate. Can be mentioned.
Of these, dimethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, and diethyl carbonate are preferred because of their low viscosity. These chain carbonates may be used in combination of two or more.

環状カーボネートと鎖状カーボネートとの混合割合は、環状カーボネート:鎖状カーボネート(体積比)が、好ましくは5:95〜70:30であり、より好ましくは10:90〜60:40である。このような比率にすることにより、非水電解質の粘度上昇を抑制し、非水電解質の解離度を高めることができるので、電池の充放電特性に寄与する非水電解質の伝導度を高めることができる。   As for the mixing ratio of the cyclic carbonate and the chain carbonate, the cyclic carbonate: chain carbonate (volume ratio) is preferably 5:95 to 70:30, more preferably 10:90 to 60:40. By setting such a ratio, the increase in the viscosity of the nonaqueous electrolyte can be suppressed and the dissociation degree of the nonaqueous electrolyte can be increased, so that the conductivity of the nonaqueous electrolyte contributing to the charge / discharge characteristics of the battery can be increased. it can.

本発明に係る非水電解質においては、本発明の目的を妨げない範囲で、非水溶媒中に、上述した含ホウ素化合物以外の他の化合物を添加剤として含んでもよい。他の化合物として具体的には、ビニレンカーボネート、ジメチルビニレンカーボネート、ジビニルカーボネート等の炭素炭素不飽和結合を有する炭酸エステル類;ジメチルホルムアミド等のアミド類;メチル−N,N−ジメチルカーバメート等の鎖状カーバメート類;N−メチルピロリドン等の環状アミド類;N,N−ジメチルイミダゾリジノン等の環状ウレア類;ホウ酸トリメチル、ホウ酸トリエチル、ホウ酸トリブチル、ホウ酸トリオクチル、ホウ酸トリ(トリメチルシリル)等のホウ酸エステル類;リン酸トリメチル、リン酸トリエチル、リン酸トリブチル、リン酸トリオクチル、リン酸トリ(トリメチルシリル)、リン酸トリフェニル等のリン酸エステル類;エチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ポリエチレングリコールジメチルエーテル等のエチレングリコール誘導体;ビフェニル、フルオロビフェニル、o−ターフェニル、トルエン、エチルベンゼン、フルオロベンゼン、シクロヘキシルベンゼン、2−フルオロアニソール、4−フルオロアニソール等の芳香族炭化水素等;1,3−プロパンスルトン、1,4−ブタンスルトン、1,3−プロパ−1−エンスルトン、1−メチル−1,3−プロパ−1−エンスルトン、2−メチル−1,3−プロパ−1−エンスルトン、3−メチル−1,3−プロパ−1−エンスルトン、亜硫酸エチレン、亜硫酸プロピレン、硫酸エチレン、硫酸プロピレン、硫酸ブテン、硫酸ヘキセン、硫酸ビニレン、3−スルホレン、ジビニルスルホン、硫酸ジメチル、硫酸ジエチル等のイオウ系化合物;並びに無水マレイン酸、ノルボルネンジカルボン酸無水物等の炭素炭素不飽和化合物を有するカルボン酸無水物を挙げることができる。   In the non-aqueous electrolyte according to the present invention, a compound other than the above-described boron-containing compound may be included as an additive in the non-aqueous solvent as long as the object of the present invention is not hindered. Specific examples of other compounds include carbonates having a carbon-carbon unsaturated bond such as vinylene carbonate, dimethyl vinylene carbonate, and divinyl carbonate; amides such as dimethylformamide; and chain-like compounds such as methyl-N, N-dimethylcarbamate. Carbamates; Cyclic amides such as N-methylpyrrolidone; Cyclic ureas such as N, N-dimethylimidazolidinone; Trimethyl borate, triethyl borate, tributyl borate, trioctyl borate, tri (trimethylsilyl) borate, etc. Boric acid esters; trimethyl phosphate, triethyl phosphate, tributyl phosphate, trioctyl phosphate, tri (trimethylsilyl) phosphate, triphenyl phosphate, etc .; ethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol dimethyl ester Ethylene glycol derivatives such as tellurium and polyethylene glycol dimethyl ether; aromatic hydrocarbons such as biphenyl, fluorobiphenyl, o-terphenyl, toluene, ethylbenzene, fluorobenzene, cyclohexylbenzene, 2-fluoroanisole and 4-fluoroanisole; 3-propane sultone, 1,4-butane sultone, 1,3-prop-1-ene sultone, 1-methyl-1,3-prop-1-ene sultone, 2-methyl-1,3-prop-1-ene sultone, 3 -Sulfur systems such as methyl-1,3-prop-1-ene sultone, ethylene sulfite, propylene sulfite, ethylene sulfate, propylene sulfate, butene sulfate, hexene sulfate, vinylene sulfate, 3-sulfolene, divinyl sulfone, dimethyl sulfate, diethyl sulfate Compound As well as maleic anhydride, a carboxylic acid anhydride having a carbon-carbon unsaturated compounds such as dicarboxylic acid anhydride.

これらの化合物は単独で加えてもよく、2種類以上併用してもよい。これらのうち、ビニレンカーボネート、1,3−プロパ−1−エンスルトン、硫酸エチレン、硫酸プロピレン、硫酸ブテン、硫酸ヘキセンの使用が好ましい。これらの化合物の含有量は、非水電解質の総質量に対して0.1〜10質量%であるのが好ましく、0.5〜5質量%であるのがさらに好ましい。   These compounds may be added alone or in combination of two or more. Among these, use of vinylene carbonate, 1,3-prop-1-ene sultone, ethylene sulfate, propylene sulfate, butene sulfate, and hexene sulfate is preferable. The content of these compounds is preferably 0.1 to 10% by mass, and more preferably 0.5 to 5% by mass with respect to the total mass of the nonaqueous electrolyte.

本発明の非水電解質に含有されるリチウム塩としては、通常の非水電解質として使用されているものであれば、いずれも使用することができる。
リチウム塩の具体例としては、LiPF6 、LiBF4 、LiClO4 、LiAsF6 Li2 SiF6 、LiOSO2 k (2k+1)(k=1〜8の整数)、LiN(SO2 k (2k+1)2 (k=1〜8の整数)、LiPFn (Ck (2k+1)(6-n)(n=1〜5、
k=1〜8の整数)、LiBFn k (2k+1)(n=1〜3、k=1〜8の整数)、LiB(C2 4 2 (リチウムビスオキサリルボレ−ト)、LiBF2 (C2 4 )(リ
チウムジフルオロオキサリルボレ−ト)、LiPF3 (C2 4 )(リチウムトリフルオロオキサリルフォスフェート)が挙げられる。
また、次の一般式で示されるリチウム塩も使用することができる。
LiC(SO2 11)(SO2 12)(SO2 13
LiN(SO2 OR14)(SO2 OR15
LiN(SO2 16)(SO2 OR17
(式中、R11〜R17は、互いに同一であっても異なっていてもよく、炭素数1〜8のパーフルオロアルキル基である)。
これらのリチウム塩は単独で使用してもよく、また2種以上を混合して使用してもよい。
これらのうち、特に、LiPF6 、LiBF4 、LiN(SO2 k (2k+1)2 (k=1〜8の整数)が好ましい。
以上のリチウム塩は、好ましくは0.1〜3モル/リットル、より好ましくは0.5〜2モル/リットルの濃度で非水電解質中に含有される。
As the lithium salt contained in the non-aqueous electrolyte of the present invention, any lithium salt that is used as a normal non-aqueous electrolyte can be used.
Specific examples of the lithium salt include LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 Li 2 SiF 6 , LiOSO 2 C k F (2k + 1) (k = 1 to 8), LiN (SO 2 C k F (2k + 1)) 2 (k = 1~8 integer), LiPF n (C k F (2k + 1)) (6-n) (n = 1~5,
k = 1 to 8), LiBF n C k F (2k + 1) (n = 1 to 3, k = 1 to 8), LiB (C 2 O 4 ) 2 (lithium bisoxalyl borate) ), LiBF 2 (C 2 O 4 ) (lithium difluorooxalyl borate), LiPF 3 (C 2 O 4 ) (lithium trifluorooxalyl phosphate).
Moreover, the lithium salt shown by the following general formula can also be used.
LiC (SO 2 R 11 ) (SO 2 R 12 ) (SO 2 R 13 )
LiN (SO 2 OR 14 ) (SO 2 OR 15 )
LiN (SO 2 R 16 ) (SO 2 OR 17 )
(In formula, R < 11 > -R < 17 > may mutually be same or different, and is a C1-C8 perfluoroalkyl group).
These lithium salts may be used alone or in combination of two or more.
Of these, LiPF 6 , LiBF 4 , and LiN (SO 2 C k F (2k + 1) ) 2 (k = 1 to 8) are particularly preferable.
The above lithium salt is preferably contained in the non-aqueous electrolyte at a concentration of 0.1 to 3 mol / liter, more preferably 0.5 to 2 mol / liter.

(2)正極
本発明の電池に用いられる正極活物質としては、リチウムを吸蔵・放出可能な化合物である、組成式Lix MO2 、Liy 2 4 (但し、Mは遷移金属から選ばれる一種又は複数種、0≦x≦1、0≦y≦2)で表される複合酸化物、トンネル構造及び層状構造の金属カルコゲン化物又は金属酸化物を用いることができる。その具体例としては、LiCoO2 、LiCox Ni1-x 2 、LiMn2 4 、Li2 Mn2 4 、MnO2 、FeO2 、V2 5 、V6 13、TiO2 、TiS2 等が挙げられる。
また、有機化合物としては、例えばポリアニリン等の導電性ポリマー等が挙げられる。
さらに、無機化合物及び有機化合物を問わず、上述の各種の活物質を混合して用いてもよい。
粒状の正極活物質を用いる場合には、正極は、例えば、正極活物質粒子と導電助剤と結着剤とからなる合剤をアルミニウム等の金属集電体上に形成することで作製される。
(2) Positive electrode As the positive electrode active material used in the battery of the present invention, a composition formula Li x MO 2 , Li y M 2 O 4 (where M is selected from transition metals), which is a compound capable of inserting and extracting lithium. Or a composite oxide represented by 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 2), a metal chalcogenide or a metal oxide having a tunnel structure and a layered structure can be used. Specific examples thereof include LiCoO 2 , LiCo x Ni 1-x O 2 , LiMn 2 O 4 , Li 2 Mn 2 O 4 , MnO 2 , FeO 2 , V 2 O 5 , V 6 O 13 , TiO 2 , TiS. 2 etc. are mentioned.
Examples of the organic compound include conductive polymers such as polyaniline.
Furthermore, the above-mentioned various active materials may be mixed and used regardless of an inorganic compound or an organic compound.
When a granular positive electrode active material is used, the positive electrode is produced, for example, by forming a mixture of positive electrode active material particles, a conductive additive and a binder on a metal current collector such as aluminum. .

(3)負極
本発明の負極活物質には、金属リチウム、リチウム合金、リチウムの吸蔵放出が可能な炭素材料等、一般に知られているものすべてを使用することができる。この負極活物質としては、Al、Si、Pb、Sn、Zn、Cd等とリチウムとの合金、LiFe2 3 、WO2 、MoO2 、SiO、CuO等の金属酸化物、グラファイト、カーボン等の炭素質材料、Li3 N等の窒化リチウム、若しくは金属リチウム、又はこれらの混合物を用いることができる。
(3) Negative electrode As the negative electrode active material of the present invention, all generally known materials such as metallic lithium, lithium alloys, and carbon materials capable of occluding and releasing lithium can be used. Examples of the negative electrode active material include alloys of lithium such as Al, Si, Pb, Sn, Zn, and Cd, metal oxides such as LiFe 2 O 3 , WO 2 , MoO 2 , SiO, and CuO, graphite, and carbon. A carbonaceous material, lithium nitride such as Li 3 N, metallic lithium, or a mixture thereof can be used.

(4)セパレータ
本発明のセパレータとしては、織布、不織布、合成樹脂微多孔膜等を用いることができ、合成樹脂微多孔膜を好適に用いることができる。中でもポリエチレン及びポリプロピレン製の微多孔膜、又はこれらを複合した微多孔膜等のポリオレフィン系微多孔膜が、厚み、膜強度、膜抵抗等の面で好適に用いられる。
また、高分子固体電解質等の固体電解質を用いることで、セパレータを兼ねさせることもできる。
さらに、合成樹脂微多孔膜と高分子固体電解質等とを組み合わせて使用してもよい。この場合、高分子固体電解質として有孔性高分子固体電解質膜を用い、高分子固体電解質にさらに非水電解質を含有させることにしてもよい。
(4) Separator As the separator of the present invention, a woven fabric, a nonwoven fabric, a synthetic resin microporous membrane, or the like can be used, and a synthetic resin microporous membrane can be suitably used. Among these, a microporous membrane made of polyethylene and polypropylene, or a polyolefin microporous membrane such as a microporous membrane composed of these is preferably used in terms of thickness, membrane strength, membrane resistance, and the like.
Moreover, it can also serve as a separator by using solid electrolytes, such as a polymer solid electrolyte.
Further, a synthetic resin microporous membrane and a polymer solid electrolyte may be used in combination. In this case, a porous polymer solid electrolyte membrane may be used as the polymer solid electrolyte, and the polymer solid electrolyte may further contain a nonaqueous electrolyte.

本発明の電池の形状は特に限定されるものではなく、角形、長円筒形、コイン形、ボタン形、シート形、円筒型電池等の様々な形状の非水電解質二次電池に適用することが可能であるが、角形、長円筒形、コイン形、ボタン形、シート形等、電池ケースが変形しやすい電池において、効果が良好に発現される。   The shape of the battery of the present invention is not particularly limited, and can be applied to non-aqueous electrolyte secondary batteries having various shapes such as a square, a long cylinder, a coin, a button, a sheet, and a cylindrical battery. Although it is possible, the effect is satisfactorily exhibited in a battery in which the battery case is easily deformed, such as a rectangular shape, a long cylindrical shape, a coin shape, a button shape, and a sheet shape.

以下、本発明を好適な実施例を用いて説明するが、本発明は、本実施例により、何ら限定されるものではなく、その主旨を変更しない範囲において、適宜変更して実施することができる。   Hereinafter, the present invention will be described with reference to preferred embodiments. However, the present invention is not limited to the embodiments in any way, and can be implemented with appropriate modifications within a range not changing the gist thereof. .

(実施例1)
図1は、本発明に係る非水電解質二次電池を示す断面図である。図1において、1は角型の非水電解質二次電池(以下、電池という)、2は電極群、3は負極、4は正極、5はセパレータ、6は電池ケース、7はケース蓋、8は安全弁、9は負極端子、10は負極リードである。電極群2は、負極3と正極4とをセパレータ5を介して扁平状に巻回して得られる。電極群2及び非水電解質は電池ケース6に収納され、電池ケース6の開口部は、安全弁8が設けられたケース蓋7をレーザー溶接することで密閉される。負極端子9は負極リード10を介して負極3と接続され、正極4は電池ケース6の内面と接続されている。
Example 1
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a nonaqueous electrolyte secondary battery according to the present invention. In FIG. 1, 1 is a square nonaqueous electrolyte secondary battery (hereinafter referred to as a battery), 2 is an electrode group, 3 is a negative electrode, 4 is a positive electrode, 5 is a separator, 6 is a battery case, 7 is a case lid, 8 Is a safety valve, 9 is a negative electrode terminal, and 10 is a negative electrode lead. The electrode group 2 is obtained by winding the negative electrode 3 and the positive electrode 4 in a flat shape with the separator 5 interposed therebetween. The electrode group 2 and the nonaqueous electrolyte are housed in a battery case 6, and the opening of the battery case 6 is sealed by laser welding a case lid 7 provided with a safety valve 8. The negative electrode terminal 9 is connected to the negative electrode 3 via the negative electrode lead 10, and the positive electrode 4 is connected to the inner surface of the battery case 6.

正極4は、以下のようにして作製した。
正極活物質としてのLiCoO2 90質量%と、導電助剤としてのアセチレンブラック5質量%と、結着剤としてのポリフッ化ビニリデン(PVDF)5質量%とを混合して正極合剤とし、これをN−メチル−2−ピロリドンに分散させることによりペーストを得た。このペーストを厚み20μmのアルミニウム集電体に均一に塗布して乾燥させた後、ロールプレスで圧縮成型することにより正極4を得た。
The positive electrode 4 was produced as follows.
90% by mass of LiCoO 2 as a positive electrode active material, 5% by mass of acetylene black as a conductive additive, and 5% by mass of polyvinylidene fluoride (PVDF) as a binder are mixed to form a positive electrode mixture. A paste was obtained by dispersing in N-methyl-2-pyrrolidone. This paste was uniformly applied to an aluminum current collector with a thickness of 20 μm and dried, and then compression molding was performed with a roll press to obtain the positive electrode 4.

負極3は次のようにして作製した。
負極活物質としての黒鉛97質量%と、結着剤としてのカルボキシメチルセルロース1.5質量%及びスチレンブタジエンゴム1.5質量%とを混合し、蒸留水を適宜加えて分散させ、スラリーを調製した。このスラリーを厚み15μmの銅集電体に均一に塗布、乾燥させ、100℃で5時間乾燥させた後、結着剤及び活物質からなる負極活物質層の密度が1.40g/cm3 になるように、ロールプレスで圧縮成形することにより負極3を得た。
The negative electrode 3 was produced as follows.
A slurry was prepared by mixing 97% by mass of graphite as a negative electrode active material, 1.5% by mass of carboxymethyl cellulose and 1.5% by mass of styrene butadiene rubber as a binder, and adding and dispersing distilled water as appropriate. . This slurry was uniformly applied to a 15 μm thick copper current collector, dried, dried at 100 ° C. for 5 hours, and then the density of the negative electrode active material layer composed of the binder and the active material was 1.40 g / cm 3 . Thus, the negative electrode 3 was obtained by compression molding with a roll press.

セパレータとしては、厚み20μmの微多孔性ポリエチレンフィルムを用いた。
非水電解質としては、エチレンカーボネート(EC)とエチルメチルカーボネート(EMC)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1.1mol/L溶解させ、ビニレンカーボネートを非水電解質の総質量に対して1質量%添加し、さらに、非水電解質の総質量に対して、前記一般式(1)で表されるビニルボロン酸ジノルマルブチルを0.001質量%添加したものを用いた。
As the separator, a microporous polyethylene film having a thickness of 20 μm was used.
As a non-aqueous electrolyte, 1.1 mol / L of LiPF 6 was dissolved in a mixed solvent of ethylene carbonate (EC), ethyl methyl carbonate (EMC), and diethyl carbonate (DEC) in a volume ratio of 1: 1: 1 to obtain vinylene. 1% by mass of carbonate is added with respect to the total mass of the non-aqueous electrolyte, and 0.001% by mass of dinormal butyl vinylboronate represented by the general formula (1) with respect to the total mass of the non-aqueous electrolyte. What was added was used.

(実施例2)
非水電解質の総質量に対してビニルボロン酸ジノルマルブチルを0.05質量%添加し、それ以外は実施例1と同様にして電池を作製した。
(Example 2)
A battery was fabricated in the same manner as in Example 1 except that 0.05% by mass of vinyl normal acid di-normal butyl was added to the total mass of the nonaqueous electrolyte.

(実施例3)
非水電解質の総質量に対してビニルボロン酸ジノルマルブチルを0.1質量%添加し、それ以外は実施例1と同様にして電池を作製した。
(Example 3)
A battery was fabricated in the same manner as in Example 1 except that 0.1% by mass of vinyl normal dianol butyl was added to the total mass of the nonaqueous electrolyte.

(実施例4)
非水電解質の総質量に対してビニルボロン酸ジノルマルブチルを0.2質量%添加し、それ以外は実施例1と同様にして電池を作製した。
(Example 4)
A battery was fabricated in the same manner as in Example 1 except that 0.2% by mass of vinyl normal acid di-normal butyl was added to the total mass of the nonaqueous electrolyte.

(実施例5)
非水電解質の総質量に対してビニルボロン酸ジノルマルブチルを0.5質量%添加し、それ以外は実施例1と同様にして電池を作製した。
(Example 5)
A battery was produced in the same manner as in Example 1 except that 0.5% by mass of vinyl normal dianol butyl was added to the total mass of the nonaqueous electrolyte.

(実施例6)
非水電解質の総質量に対してビニルボロン酸ジノルマルブチルを1.0質量%添加し、それ以外は実施例1と同様にして電池を作製した。
(Example 6)
A battery was fabricated in the same manner as in Example 1 except that 1.0% by mass of vinyl normal dianol butyl was added to the total mass of the nonaqueous electrolyte.

(実施例7)
非水電解質の総質量に対してビニルボロン酸ジノルマルブチルを2.0質量%添加し、それ以外は実施例1と同様にして電池を作製した。
(Example 7)
A battery was produced in the same manner as in Example 1 except that 2.0% by mass of vinyl normal acid di-normal butyl was added to the total mass of the nonaqueous electrolyte.

(実施例8)
非水電解質の総質量に対してビニルボロン酸ジノルマルブチルを3.0質量%添加し、それ以外は実施例1と同様にして電池を作製した。
(Example 8)
A battery was fabricated in the same manner as in Example 1 except that 3.0% by mass of vinyl normal acid di-normal butyl was added to the total mass of the nonaqueous electrolyte.

(実施例9)
非水電解質の総質量に対してビニルボロン酸ジノルマルブチルを5.0質量%添加し、それ以外は実施例1と同様にして電池を作製した。
Example 9
A battery was fabricated in the same manner as in Example 1 except that 5.0% by mass of vinyl normal dianol butyl was added to the total mass of the nonaqueous electrolyte.

(実施例10)
非水電解質の総質量に対してビニルボロン酸ジメチルを0.5質量%添加し、それ以外は実施例1と同様にして電池を作製した。
(Example 10)
A battery was fabricated in the same manner as in Example 1 except that 0.5% by mass of dimethylvinylboronate was added to the total mass of the nonaqueous electrolyte.

(実施例11)
非水電解質の総質量に対してビニルボロン酸ジエチルを0.5質量%添加し、それ以外は実施例1と同様にして電池を作製した。
(Example 11)
A battery was fabricated in the same manner as in Example 1 except that 0.5% by mass of diethyl vinylboronate was added relative to the total mass of the nonaqueous electrolyte.

(実施例12)
非水電解質の総質量に対してビニルボロン酸ジノルマルプロピルを0.5質量%添加し、それ以外は実施例1と同様にして電池を作製した。
(Example 12)
A battery was fabricated in the same manner as in Example 1 except that 0.5% by mass of vinylboronate dinormalpropyl was added to the total mass of the nonaqueous electrolyte.

(実施例13)
非水電解質の総質量に対してビニルボロン酸ジノルマルペンチルを0.5質量%添加し、それ以外は実施例1と同様にして電池を作製した。
(Example 13)
A battery was fabricated in the same manner as in Example 1 except that 0.5% by mass of vinyl normal dianpentylpentyl was added to the total mass of the nonaqueous electrolyte.

(実施例14)
非水電解質の総質量に対してビニルボロン酸ジターシャリーブチルを0.5質量%添加し、それ以外は実施例1と同様にして電池を作製した。
(Example 14)
A battery was fabricated in the same manner as in Example 1 except that 0.5% by mass of vinyl tert-butyl vinylboronate was added to the total mass of the nonaqueous electrolyte.

(実施例15)
非水電解質の総質量に対してジノルマルブチルを0.5質量%添加し、ビニレンカーボネートを2.0質量%添加し、それ以外は実施例1と同様にして電池を作製した。
(Example 15)
A battery was fabricated in the same manner as in Example 1 except that 0.5% by mass of dinormalbutyl was added and 2.0% by mass of vinylene carbonate was added to the total mass of the nonaqueous electrolyte.

(比較例1)
非水電解質に、前記一般式(1)で表されるビニルボロン酸化合物を添加せず、それ以外は実施例1と同様にして電池を作製した。
(Comparative Example 1)
A battery was fabricated in the same manner as in Example 1 except that the vinylboronic acid compound represented by the general formula (1) was not added to the nonaqueous electrolyte.

(比較例2)
非水電解質の総質量に対して前記一般式(1)で表されるビニルボロン酸化合物の代わりにビニルボロン酸を0.2質量%添加し、それ以外は実施例1と同様にして電池を作製した。
(Comparative Example 2)
A battery was fabricated in the same manner as in Example 1 except that 0.2% by mass of vinyl boronic acid was added instead of the vinyl boronic acid compound represented by the general formula (1) with respect to the total mass of the nonaqueous electrolyte. .

(比較例3)
非水電解質の総質量に対して前記一般式(1)で表されるビニルボロン酸化合物の代わりにエチルボロン酸ジエチルを0.2質量%添加し、それ以外は実施例1と同様にして電池を作製した。
(Comparative Example 3)
A battery was produced in the same manner as in Example 1 except that 0.2% by mass of ethyl ethylboronate was added instead of the vinylboronic acid compound represented by the general formula (1) with respect to the total mass of the nonaqueous electrolyte. did.

(比較例4)
非水電解質の総質量に対して前記一般式(1)で表されるビニルボロン酸化合物の代わりにエチルボロン酸ジメチルを0.2質量%添加し、それ以外は実施例1と同様にして電池を作製した。
(Comparative Example 4)
A battery was produced in the same manner as in Example 1 except that 0.2% by mass of dimethyl ethylboronate was added instead of the vinylboronic acid compound represented by the general formula (1) with respect to the total mass of the nonaqueous electrolyte. did.

(比較例5)
非水電解質の総質量に対して前記一般式(1)で表されるビニルボロン酸化合物の代わりにn-プロピルボロン酸ジ-n-プロピルを0.2質量%添加し、それ以外は実施例1と同様にして電池を作製した。
(Comparative Example 5)
0.2 mass% of n-propyl boronic acid di-n-propyl is added instead of the vinyl boronic acid compound represented by the general formula (1) with respect to the total mass of the non-aqueous electrolyte, and Example 1 is otherwise performed. A battery was produced in the same manner as described above.

(比較例6)
非水電解質の総質量に対して前記一般式(1)で表されるビニルボロン酸化合物の代わりにビニレンカーボネートを2.0質量%添加し、それ以外は実施例1と同様にして電池を作製した。
(Comparative Example 6)
A battery was fabricated in the same manner as in Example 1 except that 2.0% by mass of vinylene carbonate was added instead of the vinylboronic acid compound represented by the general formula (1) with respect to the total mass of the nonaqueous electrolyte. .

上述した各実施例及び比較例の電池に対して、以下の性能評価を行った。   The following performance evaluation was performed on the batteries of the above-described examples and comparative examples.

〔電解液保管試験〕
種種の添加剤を添加した電解液を密閉溶器にいれ、45℃の恒温槽中で2週間放置した後のAPHAをASTM D1209に準じて測定し、電解液の着色状態を評価した。
なおAPHAとは、色調の強さを示す指標であるハーゼンナンバーのことで、数値の大きい方が着色が大きいことを示す。
[Electrolytic solution storage test]
The electrolyte solution to which various additives were added was placed in a sealed solution, and APHA after being left in a 45 ° C. constant temperature bath for 2 weeks was measured according to ASTM D1209 to evaluate the coloring state of the electrolyte solution.
APHA is a Hazen number, which is an index indicating the strength of the color tone, and the larger the value, the greater the coloring.

[初期容量確認試験]
各実施例及び各比較例の電池に対して、初期容量(mAh)を測定した。各実施例及び各比較例の電池を夫々5セルずつ作製し、各電池につき、800mAの電流で4.2Vまで3時間定電流定電圧充電を行い、その後800mAの電流で3Vまで放電を行い、放電容量(初期容量)と電池の厚みを測定し、5セルの平均値を求めた。
[Initial capacity check test]
The initial capacity (mAh) was measured for the batteries of each Example and each Comparative Example. The batteries of each Example and each Comparative Example were prepared in 5 cells, and each battery was charged at a constant current and a constant voltage for 3 hours up to 4.2 V at a current of 800 mA, and then discharged to 3 V at a current of 800 mA. The discharge capacity (initial capacity) and the thickness of the battery were measured, and the average value of 5 cells was determined.

[充放電サイクル寿命試験]
充放電サイクル寿命試験は、以下に示す条件で行った。
初期容量確認試験後の電池を、45℃の恒温槽中で、初期容量の測定と同一の条件の充放電サイクルを500サイクル繰り返した後、初期容量に対する500サイクル目の容量
保持率(=500サイクル目の放電容量÷初期容量×100)を求めた。
[Charge / discharge cycle life test]
The charge / discharge cycle life test was performed under the following conditions.
The battery after the initial capacity confirmation test was repeated for 500 cycles of charge / discharge cycles under the same conditions as the initial capacity measurement in a 45 ° C. thermostat, and then the capacity retention rate at the 500th cycle relative to the initial capacity (= 500 cycles). The discharge capacity of the eye ÷ initial capacity × 100) was determined.

[低温サイクル試験]
低温充放電試験は、以下に示す条件で実施した。
初期容量確認試験後の電池を、−5℃の恒温槽中で、初期容量の測定と同一の条件で充電した。充電が終了した電池を25℃で5時間放置し、初期容量の測定と同一の条件で放電容量を測定した。初期容量に対する容量保持率(=測定した放電容量÷初期容量×100)を求めた。
[Low temperature cycle test]
The low temperature charge / discharge test was carried out under the following conditions.
The battery after the initial capacity confirmation test was charged in a constant temperature bath at −5 ° C. under the same conditions as the measurement of the initial capacity. The charged battery was left at 25 ° C. for 5 hours, and the discharge capacity was measured under the same conditions as the initial capacity measurement. The capacity retention ratio with respect to the initial capacity (= measured discharge capacity ÷ initial capacity × 100) was determined.

下記の表1に、初期容量確認試験、高温放置試験、及び低温充放電サイクル試験の結果を示す。   Table 1 below shows the results of the initial capacity confirmation test, the high temperature storage test, and the low temperature charge / discharge cycle test.

Figure 0005499359
Figure 0005499359

〔試験結果〕
以下に、実施例及び比較例の結果について考察する。
〔実施例と比較例の違い〕
実施例1〜15は、本発明のビニルボロン酸化合物を添加したものである。これらのものは、比較例1の未添加に対して、初期の容量が大きく電池厚みも小さく、充放電サイクル寿命特性および低温充電特性が優れていることがわかる。本発明のビニルボロン酸化合物によって形成される電極皮膜が、電極上での電解液の反応性が抑制し、また、低温でも良好なリチウムイオン導電性を有しているからであると考えられる。
また、実施例1から実施例9では、本発明のビニルボロン酸化合物の添加量を0.001質量%から5質量%まで変えて試験をおこなっている。低温充電特性は0.001質量%という極めて少ない添加量でも十分な効果があるが、良好なサイクル寿命特性を得るためには添加量は0.05%以上が好ましく、より良好なサイクル寿命特性を得るためには、添加量は0.1質量%以上が好ましい。
さらに、ビニルボロン酸化合物の添加量が3質量%よりも多い場合、電解液の粘性の向上などにより、初回の放電容量が小さくなるために、本発明のビニルボロン酸化合物の好ましい添加量は2質量%以下である。
実施例5、実施例10〜14は、炭素原子数が異なるビニルボロン酸化合物を0.5質量%添加したものである。炭素原子数が大きいと分子量が大きくなるために、電解液に添加した際に粘度が高くなり、放電特性が低下する恐れもあるために、より好ましい炭素原子数は4以下である。
〔Test results〕
Below, the result of an Example and a comparative example is considered.
[Differences between Examples and Comparative Examples]
In Examples 1 to 15, the vinyl boronic acid compound of the present invention was added. These show that the initial capacity is large and the battery thickness is small with respect to the non-addition of Comparative Example 1, and the charge / discharge cycle life characteristics and the low temperature charge characteristics are excellent. It is considered that the electrode film formed by the vinyl boronic acid compound of the present invention suppresses the reactivity of the electrolytic solution on the electrode and has good lithium ion conductivity even at a low temperature.
In Examples 1 to 9, the test was conducted by changing the addition amount of the vinyl boronic acid compound of the present invention from 0.001% by mass to 5% by mass. The low temperature charge characteristics are sufficiently effective even with an extremely small addition amount of 0.001% by mass, but in order to obtain good cycle life characteristics, the addition amount is preferably 0.05% or more, and better cycle life characteristics are obtained. In order to obtain it, the addition amount is preferably 0.1% by mass or more.
Furthermore, when the addition amount of the vinyl boronic acid compound is more than 3% by mass, the initial discharge capacity becomes small due to the improvement of the viscosity of the electrolytic solution. Therefore, the preferable addition amount of the vinyl boronic acid compound of the present invention is 2% by mass. It is as follows.
Examples 5 and 10 to 14 are obtained by adding 0.5% by mass of vinyl boronic acid compounds having different numbers of carbon atoms. When the number of carbon atoms is large, the molecular weight becomes large, and when added to the electrolytic solution, the viscosity becomes high and the discharge characteristics may be lowered. Therefore, the more preferable number of carbon atoms is 4 or less.

〔比較例2のビニルボロン酸との比較〕
比較例2のビニルボロン酸を0.2質量%添加したものは、充放電サイクル寿命特性と低温充電受入れ性は向上したが、保存試験後の電解液が茶褐色に着色し、かつ初期の電池の膨れが大きくなった。着色の原因としては、ビニルボロン酸の水酸基が電解液を分解し着色成分を生成していることが考えられる。また初期の電池の膨れは、ビニルボロン酸の水酸基が初期充電時に負極上で還元され、水素を発生したためであると考えている。
[Comparison with vinylboronic acid of Comparative Example 2]
When 0.2% by mass of the vinyl boronic acid of Comparative Example 2 was added, the charge / discharge cycle life characteristics and low-temperature charge acceptance were improved, but the electrolyte after the storage test was colored brown and the initial battery was swollen. Became larger. As a cause of coloring, it is considered that a hydroxyl group of vinyl boronic acid decomposes the electrolytic solution to generate a colored component. The initial swelling of the battery is considered to be due to the generation of hydrogen by the reduction of the hydroxyl group of vinylboronic acid on the negative electrode during the initial charge.

(比較例3〜5のボロン酸との比較)
各種ボロン酸化合物を0.2質量%添加した比較例3〜5の電池は、高温サイクル特性は向上したが、低温充電時の充放電効率が低下した。
これは、比較例3〜5のボロン酸化合物は、低温での抵抗が高い皮膜が形成されたのに対し、本発明のビニルボロン酸化合物によって形成される被膜は低温でも良好なリチウムイオン導電性を有しているからであると考えられる。
(Comparison with boronic acids of Comparative Examples 3 to 5)
In the batteries of Comparative Examples 3 to 5 in which 0.2% by mass of various boronic acid compounds were added, the high-temperature cycle characteristics were improved, but the charge / discharge efficiency at the time of low-temperature charge was lowered.
This is because the boronic acid compounds of Comparative Examples 3 to 5 formed a film having high resistance at low temperatures, whereas the film formed by the vinyl boronic acid compound of the present invention exhibited good lithium ion conductivity even at low temperatures. It is thought that it is because it has.

(ビニレンカーボネートとの混合効果)
比較例6のように、ビニレンカーボネートを電解液に添加すると高温での充放電サイクル寿命特性は向上するものの、負極上での皮膜抵抗が高くなるために、低温での充放電効率は低下していた。しかし、実施例15のように、ビニレンカーボネートが添加された電解液に、本発明のビニルボロン酸化合物を更に添加することによって、サイクル寿命特性を更に向上させつつ、良好な低温での充電受入れ性を示すことがわかった。本発明のビニルボロン酸化合物とビニレンカーボネートの双方を添加したことによって形成される負極の皮膜が、高温での充放電時における電解液の分解をより抑制し、かつ、低温での抵抗が低いものであることがわかった。
ビニレンカーボネートと本発明のビニルボロン酸化合物を混合することによって相乗効果が得られた。
(Mixing effect with vinylene carbonate)
As in Comparative Example 6, when vinylene carbonate is added to the electrolytic solution, the charge / discharge cycle life characteristics at high temperature are improved, but the film resistance on the negative electrode is increased, so the charge / discharge efficiency at low temperature is reduced. It was. However, as in Example 15, by further adding the vinyl boronic acid compound of the present invention to the electrolyte solution added with vinylene carbonate, the cycle life characteristics are further improved and the charge acceptance at a low temperature is good. I found out. The negative electrode film formed by adding both the vinyl boronic acid compound of the present invention and vinylene carbonate further suppresses the decomposition of the electrolyte during charge and discharge at high temperatures and has low resistance at low temperatures. I found out.
A synergistic effect was obtained by mixing vinylene carbonate and the vinyl boronic acid compound of the present invention.

1 非水電解質二次電池
2 電極群
3 負極板
4 正極板
5 セパレータ
6 電池ケース
7 ケース蓋
8 安全弁
9 負極端子
10 負極リード
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Nonaqueous electrolyte secondary battery 2 Electrode group 3 Negative electrode plate 4 Positive electrode plate 5 Separator 6 Battery case 7 Case cover 8 Safety valve 9 Negative electrode terminal 10 Negative electrode lead

Claims (2)

非水電解質二次電池に用いられ、非水溶媒、及びリチウム塩に、下記一般式(1)で表されるビニルボロン酸化合物を含有してなる電解液であり、前記ビニルボロン酸化合物の含有量が0.001質量%以上5質量%以下であることを特徴とする非水電解質。
Figure 0005499359
前記一般式(1)中、R1 〜R2 は、炭素原子数1から5のアルキル基であり、同一であっても異なっていても良い。
Used in non-aqueous electrolyte secondary batteries, non-aqueous solvent, and a lithium salt, and an electrolytic solution comprising a represented by the following general formula (1) ruby Niruboron acid compound, the content of the vinyl boronic acid compound There nonaqueous electrolyte, characterized in der Rukoto than 5 mass% 0.001 mass% or more.
Figure 0005499359
In the general formula (1), R 1 to R 2 are alkyl groups having 1 to 5 carbon atoms, which may be the same or different.
請求項1に記載の非水電解質を含むことを特徴とする非水電解質二次電池。 Non-aqueous electrolyte secondary battery which comprises a non-aqueous electrolyte according to claim 1.
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