JP5598850B2 - Electrolyte and lithium ion secondary battery - Google Patents

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浩明 岡本
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Description

本発明は、電解液、及びリチウムイオン二次電池に関する。   The present invention relates to an electrolytic solution and a lithium ion secondary battery.

従来、各種産業分野で有機液体類を固化するのに、低分子量又は高分子量の有機ゲル化剤が用いられている。低分子量のゲル化剤としては、例えばアミノ基、アミド基、尿素基などの水素結合性官能基を分子内に有する低分子量化合物群が知られている。低分子量のゲル化剤は、化粧品、香粧品、汚泥処理などの分野で好適に用いられている。
一方、高分子ゲル化剤とは、三次元的なネットワーク構造を分子内に有する高分子化合物群のことである。高分子ゲル化剤として、例えばポリエーテル系化合物などがよく知られている。
高分子ゲル化剤についての研究例は多く、様々な分野に展開されている。
Conventionally, low molecular weight or high molecular weight organic gelling agents have been used to solidify organic liquids in various industrial fields. As a low molecular weight gelling agent, for example, a low molecular weight compound group having a hydrogen bonding functional group such as an amino group, an amide group or a urea group in the molecule is known. Low molecular weight gelling agents are suitably used in fields such as cosmetics, cosmetics, and sludge treatment.
On the other hand, the polymer gelling agent is a group of polymer compounds having a three-dimensional network structure in the molecule. As polymer gelling agents, for example, polyether compounds are well known.
There are many examples of research on polymer gelling agents, which are being developed in various fields.

低分子量の有機ゲル化剤は、高分子量のものに比べて開発が比較的遅く、知られているゲル化剤の種類は少ない。低分子量の有機ゲル化剤として、例えば、ジアルキルウレア誘導体(例えば、特許文献1参照)、ペルフルオロアルキル誘導体(例えば、特許文献2及び非特許文献1参照)が知られている。   Development of low molecular weight organic gelling agents is relatively slow compared to high molecular weight ones, and there are few known types of gelling agents. As low molecular weight organic gelling agents, for example, dialkyl urea derivatives (see, for example, Patent Document 1) and perfluoroalkyl derivatives (see, for example, Patent Document 2 and Non-Patent Document 1) are known.

特開平8−231942号公報JP-A-8-231942 国際公開2007/083843号公報International Publication No. 2007/083843

J.Fluorine Chem.110、p47−58(2001年)J. et al. Fluorine Chem. 110, p47-58 (2001)

現在、近年の電子技術の発展や環境技術への関心の高まりに伴い、様々な電気化学デバイスが用いられている。特に、省エネルギー化への要請が多くあり、それに貢献できるものへの期待はますます高くなっている。例えば、発電デバイスとして太陽電池が挙げられ、蓄電デバイスとして、二次電池、キャパシタ及びコンデンサなどが挙げられる。蓄電デバイスの代表例であるリチウムイオン二次電池は、元来、主として携帯機器用充電地として使用されていたが、近年ではハイブリッド自動車及び電気自動車用電池としての使用が期待されている。
これらの電気化学デバイスは、数年から数十年の長期間にわたって使用されるものであるため、高効率及び低コストに加え、長寿命(高耐久)及び高安全性も求められている。しかしながら、電気化学デバイスにおいて、高寿命化や高安全化を達成するためには課題が残っている。
At present, various electrochemical devices are used in accordance with recent development of electronic technology and increasing interest in environmental technology. In particular, there are many requests for energy saving, and expectations for what can contribute to it are increasing. For example, a solar cell is mentioned as a power generation device, and a secondary battery, a capacitor, a capacitor, etc. are mentioned as an electrical storage device. A lithium ion secondary battery, which is a typical example of an electricity storage device, has been mainly used as a charging place for portable devices, but in recent years, it is expected to be used as a battery for hybrid vehicles and electric vehicles.
Since these electrochemical devices are used over a long period of several years to several tens of years, long life (high durability) and high safety are required in addition to high efficiency and low cost. However, in electrochemical devices, there are still problems to achieve long life and high safety.

蓄電デバイスとして代表的なリチウムイオン二次電池は一般に、リチウムを吸蔵、放出可能な活物質を主体として構成された正極と負極とがセパレータを介して配された構成を有する。リチウムイオン二次電池では、正極は、正極活物質としてのLiCoO2、LiNiO2、LiMn24等と、導電剤としてのカーボンブックや黒鉛等と、バインダーとしてのポリフッ化ビニリデンやラテックス、ゴム等とが混合された正極合剤が、アルミニウム等からなる正極集電体上に被覆されて形成される。負極は、負極活物質としてのコークスや黒鉛等と、バインダーとしてのポリフッ化ビニリデンやラテックス、ゴム等とが混合された負極合剤が、銅等からなる負極集電体上に被覆されて形成される。セパレータは、多孔性ポリオレフィン等にて形成され、その厚みは数μmから数百μmと非常に薄い。正極、負極及びセパレータは、電池内で電解液に含浸されている。電解液としては、例えば、LiPF6、LiBF4のようなリチウム塩を、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネートのような非プロトン性溶媒やポリエチレンオキシドのようなポリマーに溶解させた電解液が挙げられる。 A typical lithium ion secondary battery as an electricity storage device generally has a configuration in which a positive electrode and a negative electrode mainly composed of an active material capable of inserting and extracting lithium are arranged via a separator. In a lithium ion secondary battery, the positive electrode is LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMn 2 O 4, etc. as a positive electrode active material, carbon book or graphite as a conductive agent, polyvinylidene fluoride, latex, rubber, etc. as a binder Is mixed with a positive electrode current collector made of aluminum or the like. The negative electrode is formed by coating a negative electrode mixture made of copper or the like with a negative electrode mixture in which coke or graphite as a negative electrode active material and polyvinylidene fluoride, latex, rubber, or the like as a binder are mixed. The The separator is made of porous polyolefin or the like, and its thickness is very thin, from several μm to several hundred μm. The positive electrode, the negative electrode, and the separator are impregnated with an electrolytic solution in the battery. Examples of the electrolytic solution include an electrolytic solution in which a lithium salt such as LiPF 6 or LiBF 4 is dissolved in an aprotic solvent such as propylene carbonate or ethylene carbonate or a polymer such as polyethylene oxide.

現在、リチウムイオン二次電池は携帯機器の充電池として主に用いられている。ところが、リチウムイオン二次電池には有機溶媒系の電解液が用いられており、その安全性の更なる改善は大きな課題となっている。安全性向上のためには、例えば、イオン性液体を電解液として用いたり、ポリマー電池やゲル電池を用いたり、安全性向上のための添加剤を電解液に付与したり、あるいは、フルオロ溶媒を電解液として用いたりした電池などの開発が進められている。
しかしながら、現在のところ、安全性と電池特性とはトレードオフの関係になっているのが実情であり、安全性と電池特性(充放電特性、低温作動性、高温耐久性等)とを両立することは困難である。例えば、ポリマー(ゲル)電池は電池安全性に加えて電池小型化や形態自由度を増す観点からも期待されているが、既存のドライポリマー電池は電池特性(特に低温作動性)が高いものとはいえない。また、ゲルポリマー電池は、ドライポリマー電池よりも電池特性(特にレート特性や低温作動性)の改善効果は認められるものの、液状の電解質電池には及ばない。
Currently, lithium ion secondary batteries are mainly used as rechargeable batteries for portable devices. However, an organic solvent-based electrolyte is used for the lithium ion secondary battery, and further improvement of its safety is a major issue. In order to improve safety, for example, an ionic liquid is used as an electrolytic solution, a polymer battery or a gel battery is used, an additive for improving safety is added to the electrolytic solution, or a fluoro solvent is used. Development of batteries and the like used as electrolytes is underway.
At present, however, safety and battery characteristics are in a trade-off relationship, and both safety and battery characteristics (charge / discharge characteristics, low temperature operability, high temperature durability, etc.) are compatible. It is difficult. For example, in addition to battery safety, polymer (gel) batteries are expected from the viewpoint of battery miniaturization and increased form flexibility, but existing dry polymer batteries have high battery characteristics (especially low-temperature operability). I can't say that. Further, the gel polymer battery has an effect of improving battery characteristics (particularly rate characteristics and low temperature operability) as compared with the dry polymer battery, but does not reach the liquid electrolyte battery.

一方、低分子量の有機ゲル化剤を用いた電池の研究例は、現在のところ、ほとんどない。
そこで、本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、高い電池特性を有すると同時に高い安全性をも実現する電解液及びリチウムイオン二次電池を提供することを目的とする。
On the other hand, there are currently few examples of research on batteries using low molecular weight organic gelling agents.
Therefore, the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide an electrolytic solution and a lithium ion secondary battery that have high battery characteristics and at the same time realize high safety.

本発明者らは上記目的を達成すべく、低分子量の有機ゲル化剤について、電解液及びリチウムイオン二次電池への応用の可能性を検討した。その結果、特定の低分子量の有機ゲル化剤を含む電解液を用いることにより、高い電池特性と高い安全性とを両立できることを見出し、本発明を完成するに至った。   In order to achieve the above object, the present inventors have examined the possibility of applying a low molecular weight organic gelling agent to an electrolytic solution and a lithium ion secondary battery. As a result, it has been found that by using an electrolytic solution containing a specific low molecular weight organic gelling agent, both high battery characteristics and high safety can be achieved, and the present invention has been completed.

すなわち、本発明は下記のとおりである。
[1]
非水溶媒と、電解質と、下記一般式(1)で表される化合物と、を含有する電解液。
R−O−Ar−X−C (1)
式(1)中、
Rは、主鎖の炭素数1〜20の置換又は無置換の1価の炭化水素基を示し、
Arは、置換又は無置換の核原子数5〜30の2価の芳香族炭化水素基又は脂環式炭化水素基を示し、
Xは、下記式(1a)〜(1g)のいずれかの2価の基、又は下記式(1a)〜(1g)のいずれか複数の基が結合した2価の基を示し、
Cは、下記式(1z)で表されるクマリン部位を示し、下記式(1z)中、R1は、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、アルコキシ基、ハロゲン原子を示す。
[2]
前記Arが、フェニレン基、ビフェニレン基、ナフチレン基、ターフェニレン基及びアントラニレン基からなる群より選ばれる基である、[1]に記載の電解液。
[3]
前記Xが、前記式(1a)、前記式(1e)及び前記式(1g)からなる群より選ばれる2価の基である、[1]又は[2]に記載の電解液。
[4]
前記電解質がリチウム塩である[1]〜[3]のいずれかに記載の電解液。
[5]
前記電解液がゲル化している、[1]〜[4]のいずれかに記載の電解液。
[6]
正極活物質としてリチウムイオンを吸蔵及び放出することが可能な材料からなる群より選ばれる1種以上の材料を含有する正極と、
負極活物質としてリチウムイオンを吸蔵及び放出することが可能な材料及び金属リチウムからなる群より選ばれる1種以上の材料を含有する負極と、
[1]〜[5]のいずれかに記載の電解液と、を備えるリチウムイオン二次電池。
[7]
前記正極が、前記正極活物質として、リチウム含有化合物を含む、[6]に記載のリチウムイオン二次電池。
[8]
前記負極が、前記負極活物質として、金属リチウム、炭素材料、リチウムと合金形成が可能な元素を含む材料、及び、リチウム含有化合物からなる群より選ばれる1種以上の材料を含有する、[6]又は[7]に記載のリチウムイオン二次電池。
That is, the present invention is as follows.
[1]
An electrolytic solution containing a nonaqueous solvent, an electrolyte, and a compound represented by the following general formula (1).
R—O—Ar—X—C (1)
In formula (1),
R represents a substituted or unsubstituted monovalent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms in the main chain;
Ar represents a substituted or unsubstituted divalent aromatic hydrocarbon group or alicyclic hydrocarbon group having 5 to 30 nuclear atoms,
X represents a divalent group of any one of the following formulas (1a) to (1g) or a divalent group in which any one of the following formulas (1a) to (1g) is bonded;
C represents a coumarin moiety represented by the following formula (1z). In the following formula (1z), R 1 each independently represents a hydrogen atom, an alkyl group, an alkoxy group, or a halogen atom.
[2]
The electrolytic solution according to [1], wherein Ar is a group selected from the group consisting of a phenylene group, a biphenylene group, a naphthylene group, a terphenylene group, and an anthranylene group.
[3]
The electrolytic solution according to [1] or [2], wherein X is a divalent group selected from the group consisting of formula (1a), formula (1e), and formula (1g).
[4]
The electrolyte solution according to any one of [1] to [3], wherein the electrolyte is a lithium salt.
[5]
The electrolytic solution according to any one of [1] to [4], wherein the electrolytic solution is gelled.
[6]
A positive electrode containing at least one material selected from the group consisting of materials capable of inserting and extracting lithium ions as a positive electrode active material;
A negative electrode containing at least one material selected from the group consisting of a material capable of inserting and extracting lithium ions as a negative electrode active material and metallic lithium;
A lithium ion secondary battery comprising the electrolyte solution according to any one of [1] to [5].
[7]
The lithium ion secondary battery according to [6], wherein the positive electrode includes a lithium-containing compound as the positive electrode active material.
[8]
The negative electrode contains, as the negative electrode active material, one or more materials selected from the group consisting of metallic lithium, a carbon material, a material containing an element capable of forming an alloy with lithium, and a lithium-containing compound. ] Or the lithium ion secondary battery as described in [7].

本発明によると、高い電池特性(例えば、充放電特性、低温作動性)を有すると同時に高い安全性(例えば、漏液低減性、デンドライ抑制性)をも実現する電解液及びリチウムイオン二次電池を提供することができる。

According to the present invention, high battery characteristics (e.g., charge-discharge characteristics, low temperature operability) simultaneously high safety as having (e.g., leakage-reducing, Dendorai preparative inhibitory) electrolyte and lithium ion secondary also realize A battery can be provided.

図1は、製造例1で得られた化合物(3)の赤外吸収(IR)スペクトルである。FIG. 1 is an infrared absorption (IR) spectrum of the compound (3) obtained in Production Example 1. 図2は、製造例1で得られた化合物(3)の核磁気共鳴(1H−NMR)スペクトルである。FIG. 2 is a nuclear magnetic resonance ( 1 H-NMR) spectrum of the compound (3) obtained in Production Example 1. 図3は、製造例2で得られた化合物(3)’の赤外吸収(IR)スペクトルである。FIG. 3 is an infrared absorption (IR) spectrum of the compound (3) ′ obtained in Production Example 2. 図4は、製造例2で得られた化合物(3)’の核磁気共鳴(1H−NMR)スペクトルである。FIG. 4 is a nuclear magnetic resonance ( 1 H-NMR) spectrum of the compound (3) ′ obtained in Production Example 2.

以下、本発明を実施するための形態(以下、単に「本実施形態」という。)について詳細に説明する。本実施形態の電解液は、非水溶媒と、電解質と、下記一般式(1)で表されるクマリン部位を有する化合物(以下、「化合物(1)」ともいう。)と、を含有するものである。本実施形態の電解液はゲル化していることが好ましい。
R−O−Ar−X−C (1)
(式(1)中、Rは、主鎖の炭素数1〜20の置換又は無置換の1価の炭化水素基を示し、Arは、置換又は無置換の核原子数5〜30の2価の芳香族炭化水素基又は脂環式炭化水素基を示し、Xは、下記式(1a)〜(1g)のいずれかの2価の基、又は下記式(1a)〜(1g)のいずれか複数の基が結合した2価の基を示し、Cは、下記式(1z)で表されるクマリン部位を示し、下記式(1z)中、R1は、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、アルコキシ基、ハロゲン原子を示す。
また、本実施形態のリチウムイオン二次電池は、上記の電解液と、正極活物質としてリチウムイオンを吸蔵及び放出することが可能な材料からなる群より選ばれる1種以上の材料を含有する正極と、負極活物質としてリチウムイオンを吸蔵及び放出することが可能な材料及び金属リチウムからなる群より選ばれる1種以上の材料を含有する負極とを備えるものである。
Hereinafter, a mode for carrying out the present invention (hereinafter simply referred to as “the present embodiment”) will be described in detail. The electrolytic solution of the present embodiment contains a nonaqueous solvent, an electrolyte, and a compound having a coumarin moiety represented by the following general formula (1) (hereinafter also referred to as “compound (1)”). It is. The electrolyte solution of this embodiment is preferably gelled.
R—O—Ar—X—C (1)
(In the formula (1), R represents a substituted or unsubstituted monovalent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms in the main chain, and Ar is a divalent group having 5 to 30 substituted or unsubstituted nuclear atoms. An aromatic hydrocarbon group or an alicyclic hydrocarbon group, wherein X is any one of the following divalent groups of the following formulas (1a) to (1g) or the following formulas (1a) to (1g): A divalent group in which a plurality of groups are bonded, C represents a coumarin moiety represented by the following formula (1z), and R 1 in the following formula (1z) independently represents a hydrogen atom or an alkyl group. Represents an alkoxy group or a halogen atom.
In addition, the lithium ion secondary battery of the present embodiment includes a positive electrode containing the above electrolyte and at least one material selected from the group consisting of materials capable of inserting and extracting lithium ions as a positive electrode active material. And a negative electrode containing at least one material selected from the group consisting of a material capable of occluding and releasing lithium ions as a negative electrode active material and metallic lithium.

<電解液>
本実施形態に係る電解液は、(i)非水溶媒と、(ii)電解質と、(iii)ゲル化剤として化合物(1)とを含有する。
〈(i)非水溶媒〉
(i)非水溶媒としては、様々なものを用いることができ、例えば、アルコール類、エーテル類、エステル類、炭酸エステル類、ラクトン類、カルボン酸エステル類、リン酸トリエステル類、複素環化合物類、ニトリル類、ケトン類、アミド類などがある。本実施形態に係る電解液がリチウムイオン二次電池及びリチウムイオンキャパシタ用の電解液として用いられる場合、(i)非水溶媒としては、非プロトン性溶媒が好ましく、非プロトン性極性溶媒がより好ましい。その具体例としては、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及び4,5−ジフルオロエチレンカーボネートに代表される環状カーボネート;γ−ブチロラクトン及びγ−バレロラクトンに代表されるラクトン;スルホランに代表される環状スルホン;テトラヒドロフラン及びジオキサンに代表される環状エーテル;メチルエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチル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及びメチルトリフルオロエチルカーボネートに代表される鎖状カーボネート;アセトニトリルに代表されるニトリル;ジメチルエーテルに代表される鎖状エーテル;プロピオン酸メチルに代表される鎖状カルボン酸エステル;ジメトキシエタンに代表される鎖状エーテルカーボネート化合物が挙げられる。これらは1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いられる。
<Electrolyte>
The electrolytic solution according to this embodiment contains (i) a nonaqueous solvent, (ii) an electrolyte, and (iii) a compound (1) as a gelling agent.
<(I) Nonaqueous solvent>
(I) Various solvents can be used as the nonaqueous solvent. For example, alcohols, ethers, esters, carbonates, lactones, carboxylic acid esters, phosphate triesters, heterocyclic compounds , Nitriles, ketones, amides and the like. When the electrolytic solution according to the present embodiment is used as an electrolytic solution for a lithium ion secondary battery and a lithium ion capacitor, (i) the nonaqueous solvent is preferably an aprotic solvent, and more preferably an aprotic polar solvent. . Specific examples thereof include ethylene carbonate, propylene carbonate, 1,2-butylene carbonate, trans-2,3-butylene carbonate, cis-2,3-butylene carbonate, 1,2-pentylene carbonate, and trans-2,3. -Cyclic carbonates typified by pentylene carbonate, cis-2,3-pentylene carbonate, trifluoromethylethylene carbonate, fluoroethylene carbonate and 4,5-difluoroethylene carbonate; typified by γ-butyrolactone and γ-valerolactone Lactone; cyclic sulfone represented by sulfolane; cyclic ether represented by tetrahydrofuran and dioxane; methyl ethyl carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl propyl carbonate Bonates, methyl isopropyl carbonate, dipropyl carbonate, methyl butyl carbonate, dibutyl carbonate, ethyl propyl carbonate and chain carbonate represented by methyl trifluoroethyl carbonate; nitrile represented by acetonitrile; chain ether represented by dimethyl ether; Examples thereof include a chain carboxylic acid ester represented by methyl propionate; a chain ether carbonate compound represented by dimethoxyethane. These are used singly or in combination of two or more.

特に、本実施形態に係る電解液がリチウムイオン二次電池及びリチウムイオンキャパシタに使用される場合、その充放電に寄与する(ii)電解質(例えば、リチウム塩)の電離度を高めるために、(i)非水溶媒は、環状の非プロトン性極性溶媒を1種類以上含むことが好ましい。同様の観点から、(i)非水溶媒は、エチレンカーボネート及びプロピレンカーボネートに代表される環状カーボネートを1種類以上含むことがより好ましい。環状の化合物は誘電率が高く、(ii)電解質(例えば、リチウム塩)の電離を助けると共にゲル化能を高める。   In particular, when the electrolytic solution according to the present embodiment is used for a lithium ion secondary battery and a lithium ion capacitor, (ii) in order to increase the ionization degree of an electrolyte (for example, lithium salt) that contributes to charge / discharge, ( i) The non-aqueous solvent preferably contains one or more cyclic aprotic polar solvents. From the same viewpoint, (i) the nonaqueous solvent more preferably contains one or more cyclic carbonates typified by ethylene carbonate and propylene carbonate. The cyclic compound has a high dielectric constant, and (ii) assists the ionization of the electrolyte (for example, lithium salt) and increases the gelation ability.

(i)非水溶媒として、イオン液体を用いることもできる。イオン液体とは、有機カチオンとアニオンとを組み合わせたイオンからなる液体である。
有機カチオンとしては、例えば、ジアルキルイミダゾリウムカチオン、トリアルキルイミダゾリウムカチオン等のイミダゾリウムイオン、テトラアルキルアンモニウムイオン、アルキルピリジニウムイオン、ジアルキルピロリジニウムイオン、ジアルキルピペリジニウムイオンが挙げられる。
(I) An ionic liquid can also be used as the non-aqueous solvent. An ionic liquid is a liquid composed of ions obtained by combining an organic cation and an anion.
Examples of the organic cation include imidazolium ions such as a dialkylimidazolium cation and a trialkylimidazolium cation, a tetraalkylammonium ion, an alkylpyridinium ion, a dialkylpyrrolidinium ion, and a dialkylpiperidinium ion.

これらの有機カチオンのカウンターとなるアニオンとしては、例えば、PF6アニオン、PF3(C253アニオン、PF3(CF33アニオン、BF4アニオン、BF2(CF32アニオン、BF3(CF3)アニオン、ビスオキサラトホウ酸アニオン、Tf(トリフルオロメタンスルフォニル)アニオン、Nf(ノナフルオロブタンスルホニル)アニオン、ビス(フルオロスルフォニル)イミドアニオン、ビス(トリフルオロメタンスルフォニル)イミドアニオン、ビス(ペンタフルオロエタンスルフォニル)イミドアニオン、ジシアノアミンアニオンを用いることができる。 Examples of the anion serving as a counter for these organic cations include PF 6 anion, PF 3 (C 2 F 5 ) 3 anion, PF 3 (CF 3 ) 3 anion, BF 4 anion, and BF 2 (CF 3 ) 2 anion. BF 3 (CF 3 ) anion, bisoxalatoborate anion, Tf (trifluoromethanesulfonyl) anion, Nf (nonafluorobutanesulfonyl) anion, bis (fluorosulfonyl) imide anion, bis (trifluoromethanesulfonyl) imide anion, bis (Pentafluoroethanesulfonyl) imide anion and dicyanoamine anion can be used.

〈(ii)電解質〉
本実施形態に係る電解液において、(ii)電解質は、通常の非水電解質として用いられているものであれば特に限定されず、いずれのものであってもよい。本実施形態に係る電解液がリチウムイオン二次電池及びリチウムイオンキャパシタに用いられる場合、(ii)電解質としてリチウム塩が使用されることが好ましい。リチウム塩の具体例としては、LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiAsF6、Li2SiF6、LiOSO2k2k+1〔kは1〜8の整数〕、LiN(SO2k2k+12〔kは1〜8の整数〕、LiPFn(Ck2k+16-n〔nは1〜5の整数、kは1〜8の整数〕、LiBFn((Ck2k+14-n〔nは1〜3の整数、kは1〜8の整数〕、LiB(C222で表されるリチウムビスオキサリルボレート、LiBF2(C22)で表されるリチウムジフルオロオキサリルボレート、LiPF3(C22)で表される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。
<(Ii) Electrolyte>
In the electrolytic solution according to the present embodiment, (ii) the electrolyte is not particularly limited as long as it is used as a normal nonaqueous electrolyte, and any electrolyte may be used. When the electrolytic solution according to the present embodiment is used in a lithium ion secondary battery and a lithium ion capacitor, it is preferable that (ii) a lithium salt is used as the electrolyte. 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 is an integer of 1 to 8], LiN (SO 2 C k F 2k + 1 ) 2 [k is an integer of 1 to 8], LiPF n (C k F 2k + 1 ) 6-n [n is an integer of 1 to 5, k is an integer of 1 to 8], LiBF n (( C k F 2k + 1 ) 4-n [n is an integer of 1 to 3, k is an integer of 1 to 8], lithium bisoxalyl borate represented by LiB (C 2 O 2 ) 2 , LiBF 2 (C 2 lithium difluoro oxalyl borate represented by O 2), include lithium trifluoromethane oxalyl phosphate represented by LiPF 3 (C 2 O 2) .

また、下記一般式(3a)、(3b)又は(3c)で表されるリチウム塩を(ii)電解質として用いることもできる。
LiC(SO211)(SO212)(SO213) (3a)
LiN(SO2OR14)(SO2OR15) (3b)
LiN(SO216)(SO2OR17) (3c)
ここで、式中、R11、R12、R13、R14、R15、R16及び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を示す。
Moreover, the lithium salt represented by the following general formula (3a), (3b) or (3c) can also be used as (ii) electrolyte.
LiC (SO 2 R 11 ) (SO 2 R 12 ) (SO 2 R 13 ) (3a)
LiN (SO 2 OR 14 ) (SO 2 OR 15 ) (3b)
LiN (SO 2 R 16 ) (SO 2 OR 17 ) (3c)
Here, in the formula, R 11 , R 12 , R 13 , R 14 , R 15 , R 16 and R 17 may be the same or different from each other, and are a C 1-8 perfluoroalkyl group. Indicates.

これらの電解質は1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いられる。リチウムイオン二次電池及びリチウムイオンキャパシタの用途では、これらの電解質のうち、電池特性や安定性に加え、ゲル化能を高める観点から、LiPF6、LiBF4及びLiN(SO2k2k+12〔kは1〜8の整数〕が好ましい。 These electrolytes are used singly or in combination of two or more. In the applications of lithium ion secondary batteries and lithium ion capacitors, among these electrolytes, LiPF 6 , LiBF 4 and LiN (SO 2 C k F 2k + 1 ) 2 [k is an integer of 1 to 8] is preferable.

(ii)電解質の濃度は、任意であり特に限定されないが、電解液中において、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/リットルの濃度である。   (Ii) The concentration of the electrolyte is arbitrary and not particularly limited, but is preferably 0.1 to 3 mol / liter, more preferably 0.5 to 2 mol / liter in the electrolytic solution.

〈(iii)ゲル化剤〉
本実施形態に係る電解液において、(iii)ゲル化剤には、下記一般式(1)で表される化合物を用いる。
R−O−Ar−X−C (1)
(式(1)中、Rは、主鎖の炭素数1〜20の置換又は無置換の1価の炭化水素基を示し、Arは、置換又は無置換の核原子数5〜30の2価の芳香族炭化水素基又は脂環式炭化水素基を示し、Xは、下記式(1a)〜(1g)のいずれかの2価の基、又は下記式(1a)〜(1g)のいずれか複数の基が結合した2価の基を示し、Cは、下記式(1z)で表されるクマリン部位を示し、下記式(1z)中、R1は、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、アルコキシ基、ハロゲン原子を示す。
<(Iii) Gelling agent>
In the electrolytic solution according to the present embodiment, (iii) a compound represented by the following general formula (1) is used as the gelling agent.
R—O—Ar—X—C (1)
(In the formula (1), R represents a substituted or unsubstituted monovalent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms in the main chain, and Ar is a divalent group having 5 to 30 substituted or unsubstituted nuclear atoms. An aromatic hydrocarbon group or an alicyclic hydrocarbon group, wherein X is any one of the following divalent groups of the following formulas (1a) to (1g) or the following formulas (1a) to (1g): A divalent group in which a plurality of groups are bonded, C represents a coumarin moiety represented by the following formula (1z), and R 1 in the following formula (1z) independently represents a hydrogen atom or an alkyl group. Represents an alkoxy group or a halogen atom.

上記一般式(1)で表される化合物(以下、「化合物(1)」とも表記する。)は、クマリン部位を有する芳香族化合物である。
一般式(1)において、Arは置換又は無置換の核原子数5〜30の2価の芳香族炭化水素基又は脂環式炭化水素基を示す。2価の芳香族炭化水素基は、いわゆる「芳香族性」を示す環式の2価の基である。この2価の芳香族炭化水素基は、炭素環式の基であっても複素環式の基であってもよい。これらの2価の芳香族炭化水素基は、置換基により置換されていてもよく、置換されていない無置換のものであってもよい。2価の芳香族炭化水素基の置換基は、合成、あるいは原料入手の容易性という観点から選ぶこともできる。あるいは、2価の芳香族炭化水素基の置換基は、ゲル化剤の溶解温度及びゲル化能の観点から選ぶこともできる。
The compound represented by the general formula (1) (hereinafter also referred to as “compound (1)”) is an aromatic compound having a coumarin moiety.
In the general formula (1), Ar represents a substituted or unsubstituted divalent aromatic hydrocarbon group or alicyclic hydrocarbon group having 5 to 30 nucleus atoms. The divalent aromatic hydrocarbon group is a cyclic divalent group exhibiting so-called “aromaticity”. This divalent aromatic hydrocarbon group may be a carbocyclic group or a heterocyclic group. These divalent aromatic hydrocarbon groups may be substituted with a substituent or may be an unsubstituted one that is not substituted. A substituent of the divalent aromatic hydrocarbon group can be selected from the viewpoint of synthesis or availability of raw materials. Alternatively, the substituent of the divalent aromatic hydrocarbon group can be selected from the viewpoint of the melting temperature and gelling ability of the gelling agent.

炭素環式の基は、その核原子数が6〜30であり、置換基により置換されていてもよく、置換されていない無置換のものであってもよい。その具体例としては、例えば、フェニレン基、ビフェニレン基、ターフェニレン基、ナフチレン基、アントラニレン基、フェナンスリレン基、ピレニレン基、クリセニレン基及びフルオランテニレン基に代表される核を有する2価の基が挙げられる。
複素環式の基は、その核原子数が5〜30であり、例えば、ピローレン基、フラニレン基、チオフェニレン基、トリアゾーレン基、オキサジアゾーレン基、ピリジレン基及びピリミジレン基に代表される核を有する2価の基が挙げられる。
Arは、原料入手容易性及び合成容易性の観点並びに電解液におけるゲル化能の観点から、置換又は無置換の核原子数6〜20の2価の芳香族炭化水素基であると好ましく、フェニレン基、ビフェニレン基、ナフチレン基、ターフェニレン基及びアントラニレン基からなる群より選ばれる基であるとより好ましい。フェニレン基、ビフェニレン基、ナフチレン基、ターフェニレン基であると更に好ましい。
また、上記置換基としては、メチル基及びエチル基に代表されるアルキル基、並びにハロゲン原子が挙げられる。
The carbocyclic group has 6 to 30 nuclear atoms, may be substituted with a substituent, or may be unsubstituted or unsubstituted. Specific examples thereof include divalent groups having a nucleus represented by a phenylene group, a biphenylene group, a terphenylene group, a naphthylene group, an anthranylene group, a phenanthrylene group, a pyrenylene group, a chrysenylene group, and a fluoranthenylene group. It is done.
The heterocyclic group has 5 to 30 nuclear atoms, and includes, for example, a nucleus represented by a pyrrolene group, a furylene group, a thiophenylene group, a triazolen group, an oxadiazolene group, a pyridylene group, and a pyrimidylene group. And a divalent group.
Ar is preferably a substituted or unsubstituted divalent aromatic hydrocarbon group having 6 to 20 nuclear atoms, from the viewpoints of availability of raw materials and ease of synthesis, and gelation ability in an electrolyte solution. A group selected from the group consisting of a group, a biphenylene group, a naphthylene group, a terphenylene group, and an anthranylene group is more preferable. More preferred are a phenylene group, a biphenylene group, a naphthylene group, and a terphenylene group.
Moreover, as said substituent, the alkyl group represented by the methyl group and the ethyl group, and a halogen atom are mentioned.

脂環式炭化水素基は、その核原子数が5〜30であり、例えば、シクロペンチル基,シクロヘキシル基、シクロオクチル基などを挙げることができる。   The alicyclic hydrocarbon group has 5 to 30 nuclear atoms, and examples thereof include a cyclopentyl group, a cyclohexyl group, and a cyclooctyl group.

芳香族炭化水素基又は脂環式炭化水素基は,その核原子数が当該範囲内であれば複数の基が連結したり、炭素環と複素環との両者を有したり、芳香族基と脂環式基との両者を有することもできる。   An aromatic hydrocarbon group or an alicyclic hydrocarbon group has a combination of a plurality of groups as long as the number of nuclear atoms is within the above range, or has both a carbocyclic ring and a heterocyclic ring. It can also have both an alicyclic group.

Rは主鎖の炭素数1〜20の置換若しくは無置換の1価の炭化水素基を示し、飽和であっても不飽和であってもよい。Rは脂肪族炭化水素基であってもよく、更に芳香族炭化水素基を有していてもよい。この炭化水素基の一部又は全部がハロゲン原子で置換されていてもよい。この炭化水素基が1価の脂肪族炭化水素基である場合、分岐していてもよく分岐していなくてもよく、分岐鎖の一部又は全部がハロゲン原子で置換されていてもよい。 また、主鎖中に酸素及び/又は硫黄原子をひとつ以上含んでもよい。
さらに、1価の炭化水素基が芳香族炭化水素基を有する場合、その芳香族炭化水素基が更に置換基を有していてもよく有していなくてもよい。ただし、その1価の炭化水素基は、化合物(1)が非水溶媒に溶解して、その非水溶媒を含む電解液をゲル化させるために、ベンジル基に代表されるアリールアルキル基等の、化合物(1)を非水溶媒に溶解可能にする炭化水素基である必要がある。その1価の炭化水素基の炭素数が21以上であると、原料の入手が困難となる。Rで示される1価の炭化水素基は、本実施形態における上記効果をより有効かつ確実に奏する観点から、炭素数4〜18のアルキル基であると好ましく、炭素数4〜14のアルキル基であるとさらに好ましい。また、Rは、ゲル化能とハンドリング性との観点から、直鎖のアルキル基であると好ましい。
R represents a substituted or unsubstituted monovalent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms in the main chain, and may be saturated or unsaturated. R may be an aliphatic hydrocarbon group and may further have an aromatic hydrocarbon group. Part or all of the hydrocarbon group may be substituted with a halogen atom. When this hydrocarbon group is a monovalent aliphatic hydrocarbon group, it may be branched or unbranched, and a part or all of the branched chain may be substituted with a halogen atom. One or more oxygen and / or sulfur atoms may be contained in the main chain.
Furthermore, when the monovalent hydrocarbon group has an aromatic hydrocarbon group, the aromatic hydrocarbon group may or may not further have a substituent. However, the monovalent hydrocarbon group includes an arylalkyl group typified by a benzyl group in order for the compound (1) to be dissolved in a non-aqueous solvent and to gel an electrolyte solution containing the non-aqueous solvent. It must be a hydrocarbon group that makes the compound (1) soluble in a non-aqueous solvent. When the monovalent hydrocarbon group has 21 or more carbon atoms, it becomes difficult to obtain the raw material. The monovalent hydrocarbon group represented by R is preferably an alkyl group having 4 to 18 carbon atoms, more preferably an alkyl group having 4 to 14 carbon atoms, from the viewpoint of more effectively and reliably achieving the above-described effects in the present embodiment. More preferably. R is preferably a linear alkyl group from the viewpoints of gelling ability and handling properties.

Xは上記式(1a)〜(1g)のいずれかの2価の基、又は上記式(1a)〜(1g)のいずれか複数の基が結合した2価の基を示す。ゲル化能と電池特性とのバランスの観点から、Xは上記式(1a)、上記式(1e)及び上記式(1g)からなる群より選ばれる2価の基であると好ましい。
Xは化合物(1)を電気化学デバイスに用いた際、長期にわたって安定である点とゲル化能とから選択する必要がある。Xが上記式(1a)で表される2価の基である場合には非常に安定性が高いゲルができる傾向にある。また、Xが上記式(1e)で表される2価の基である場合にはゲル−ゾルの転移を温度だけではなく光照射でも誘起できる点で用途拡大に繋がる。
Cは、上記式(1z)で表されるクマリン部位を示し、下記式(1z)中、R1は、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、アルコキシ基、ハロゲン原子を示す。
X represents a divalent group of any one of the above formulas (1a) to (1g) or a divalent group in which any one of the above formulas (1a) to (1g) is bonded. From the viewpoint of the balance between gelling ability and battery characteristics, X is preferably a divalent group selected from the group consisting of the above formula (1a), the above formula (1e) and the above formula (1g).
X needs to be selected from the point that it is stable for a long time and the gelling ability when the compound (1) is used in an electrochemical device. When X is a divalent group represented by the above formula (1a), a very stable gel tends to be formed. Further, when X is a divalent group represented by the above formula (1e), the gel-sol transition can be induced not only by temperature but also by light irradiation, leading to expansion of applications.
C represents a coumarin moiety represented by the above formula (1z). In the following formula (1z), R 1 each independently represents a hydrogen atom, an alkyl group, an alkoxy group, or a halogen atom.

化合物(1)は、例えば、液晶討論会講演予稿集p44(2007)に記載の化合物が挙げられ、当該化合物は、公知化合物である。また、アゾ基を有する化合物(1)は、例えば、下記のような反応経路で合成することができる。
このように合成されるアゾ基を有する化合物(1)としては、例えば、下記式(I)で表される化合物(以下「化合物(I)」とも記す。)および下記式(II)で表される化合物(以下「化合物(II)」とも記す。)が挙げられる。
以下、化合物(I)及び(II)の合成方法について詳細に説明する。
〔化合物(I)の合成方法〕
工程1:化合物(a)の合成
ナスフラスコに濃硝酸及び濃硫酸の混合溶液を加える。当該ナスフラスコを氷浴で冷却しながら、クマリンを、混合溶液の温度が20℃を超えないように徐々に加える。クマリンを全量加え終えたら氷浴を外し、室温で1時間攪拌して反応させる。当該反応液を水中に注ぎ、析出した固体を濾取する。濾取した固体を、トルエンで再結晶を行い、淡黄色の固体の化合物(a)を得る。
工程2:化合物(b)の合成
ナスフラスコにおいて、化合物(a)をエタノール及びトルエンの混合溶液に溶かして、Pd/Cの存在下、水素添加反応を行う。水素添加反応後、Pd/Cを濾取し、濾液をエバポレーターで濃縮する。析出した固体をトルエンで再結晶を行い、黄色固体の化合物(b)を得る。
工程3:化合物(c)の合成
ナスフラスコにおいて、5℃氷冷下、12Nの塩酸及び水の水溶液を調製する。当該水溶液中に、化合物(b)及び亜硝酸ナトリウム(NaNO2)を加えて、20分間攪拌する。さらに、フェノール、水酸化ナトリウム及び水の混合溶液を加えて攪拌する。析出した固体をトルエンで再結晶を行い、化合物(c)を得る。
工程4:化合物(I)の合成
ナスフラスコにおいて、化合物(c)を3−ペンタノンに溶解する。得られた溶液中に、1−ブロモオクタン及び炭酸カリウムを加えて15時間還流を行う。得られた固体をトルエンで再結晶を行い、カラムクロマトグラフィーで精製して化合物(I)を得る。なお、前記カラムクロマトグラフィーにおいて、充填剤としてシリカゲルを用い、展開溶媒としてクロロホルムを用いる。
〔化合物(II)の合成方法〕
ナスフラスコにおいて、化合物(c)を3−ペンタノンに溶解する。得られた溶液中に、1−ブロモヘキサン及び炭酸カリウムを加えて15時間還流を行う。得られた固体をトルエンで再結晶を行い、カラムクロマトグラフィーで精製して化合物(II)を得る。なお、前記カラムクロマトグラフィーにおいて、充填剤としてシリカゲルを用い、展開溶媒としてクロロホルムを用いる。
Examples of the compound (1) include the compounds described in the liquid crystal discussion conference proceedings collection p44 (2007), and the compound is a known compound. Moreover, the compound (1) which has an azo group is compoundable by the following reaction pathways, for example.
Examples of the compound (1) having an azo group synthesized as described above include a compound represented by the following formula (I) (hereinafter also referred to as “compound (I)”) and a compound represented by the following formula (II). (Hereinafter also referred to as “compound (II)”).
Hereafter, the synthesis method of compound (I) and (II) is demonstrated in detail.
[Synthesis Method of Compound (I)]
Step 1: Synthesis of compound (a)
Add a mixed solution of concentrated nitric acid and concentrated sulfuric acid to the eggplant flask. While cooling the eggplant flask in an ice bath, coumarin is gradually added so that the temperature of the mixed solution does not exceed 20 ° C. When all the coumarin has been added, remove the ice bath and stir at room temperature for 1 hour to react. The reaction solution is poured into water, and the precipitated solid is collected by filtration. The solid collected by filtration is recrystallized from toluene to obtain a light yellow solid compound (a).
Step 2: Synthesis of compound (b)
In an eggplant flask, the compound (a) is dissolved in a mixed solution of ethanol and toluene, and a hydrogenation reaction is performed in the presence of Pd / C. After the hydrogenation reaction, Pd / C is collected by filtration, and the filtrate is concentrated by an evaporator. The precipitated solid is recrystallized from toluene to obtain a yellow solid compound (b).
Step 3: Synthesis of compound (c)
In an eggplant flask, an aqueous solution of 12N hydrochloric acid and water is prepared under ice-cooling at 5 ° C. Compound (b) and sodium nitrite (NaNO 2 ) are added to the aqueous solution and stirred for 20 minutes. Further, a mixed solution of phenol, sodium hydroxide and water is added and stirred. The precipitated solid is recrystallized from toluene to obtain compound (c).
Step 4: Synthesis of Compound (I)
In an eggplant flask, compound (c) is dissolved in 3-pentanone. 1-Bromooctane and potassium carbonate are added to the obtained solution and refluxed for 15 hours. The obtained solid is recrystallized from toluene and purified by column chromatography to obtain compound (I). In the column chromatography, silica gel is used as a filler and chloroform is used as a developing solvent.
[Synthesis Method of Compound (II)]
In an eggplant flask, compound (c) is dissolved in 3-pentanone. 1-Bromohexane and potassium carbonate are added to the obtained solution and refluxed for 15 hours. The obtained solid is recrystallized from toluene and purified by column chromatography to obtain compound (II). In the column chromatography, silica gel is used as a filler and chloroform is used as a developing solvent.

ただし、化合物(1)の製造方法は、上記方法に限定されるものではない。   However, the manufacturing method of compound (1) is not limited to the said method.

多様な非水溶媒を含む電解液に、5%程度以下の少量の化合物(1)を添加することにより、電解液をゲル化することができる。化合物(1)を、非水溶媒を含む電解液に添加し、昇温して溶解し、生成した溶液を常温に戻すことによりゲル化する。電解液に適した高誘電率溶媒、例えば、プロピレンカーボネート及びブチレンカーボネートに代表される環状カーボネート;γ−ブチロラクトン及びγ−バレロラクトンに代表されるラクトン;アセトニトリルに代表されるニトリルなどを含む電解液に、例えば0.3〜5質量%、好適には0.5〜3質量%程度の少量の化合物(1)を添加することで、電解液をゲル化することが可能である。電解液をゲル化することにより、漏液低減及び燃焼遅延の点で安全性を向上させることができる。   By adding a small amount of a compound (1) of about 5% or less to an electrolytic solution containing various nonaqueous solvents, the electrolytic solution can be gelled. The compound (1) is added to an electrolyte solution containing a non-aqueous solvent, dissolved by heating, and the resulting solution is gelled by returning it to room temperature. An electrolyte containing a high dielectric constant solvent suitable for the electrolyte, such as a cyclic carbonate represented by propylene carbonate and butylene carbonate; a lactone represented by γ-butyrolactone and γ-valerolactone; a nitrile represented by acetonitrile, etc. For example, by adding a small amount of the compound (1) of about 0.3 to 5% by mass, preferably about 0.5 to 3% by mass, the electrolytic solution can be gelled. By gelling the electrolyte, safety can be improved in terms of leakage reduction and combustion delay.

化合物(1)を含む電解液を、後述する本実施形態のリチウムイオン二次電池に用いる場合、該電解液としては、LiClO4、LiPF6、LiN(CF3SO22、LiN(C25SO22、LiBF4、LiOSO2CF3などのリチウム塩を非水溶媒に溶解させ、これに化合物(1)を添加してゲル化した電解液が好ましい。 When the electrolytic solution containing the compound (1) is used in the lithium ion secondary battery of this embodiment described later, the electrolytic solution includes LiClO 4 , LiPF 6 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiN (C 2 An electrolyte solution in which a lithium salt such as F 5 SO 2 ) 2 , LiBF 4 , or LiOSO 2 CF 3 is dissolved in a non-aqueous solvent and then compounded with the compound (1) is preferred.

上述したゲル化剤は1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いられる。   The gelling agent mentioned above is used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.

ゲル化剤と非水溶媒との混合比は任意であるが、ゲル化能とハンドリング性とを良好にする観点から、質量基準で、ゲル化剤:非水溶媒が0.1:99.9〜20:80であると好ましく、0.3:99.7〜10:90であるとより好ましく、0.3:99.7〜5:95であると更に好ましい。ゲル化剤が多いほど相転移点が高く強固なゲルとなり、ゲル化剤が少ないほど粘度が低く取り扱いやすいゲルとなる。   The mixing ratio of the gelling agent and the non-aqueous solvent is arbitrary, but the gelling agent: non-aqueous solvent is 0.1: 99.9 on a mass basis from the viewpoint of improving the gelling ability and handling properties. -20: 80, preferably 0.3: 99.7 to 10:90, and more preferably 0.3: 99.7 to 5:95. The more the gelling agent, the stronger the phase transition point and the stronger the gel. The less the gelling agent, the lower the viscosity and the easier to handle the gel.

非水溶媒と電解質(例えば、リチウム塩)とゲル化剤との混合比は目的に応じて選択できる。非水溶媒に対し電解質(例えば、リチウム塩)を好ましくは0.1〜3モル/リットル、より好ましくは0.5〜2モル/リットル混合した混合液に対して、ゲル化剤を質量基準のゲル化剤:非水溶媒で、好ましくは0.1:99.9〜20:80、より好ましくは0.3:99.7〜10:90、更に好ましくは0.3:99.7〜5:95添加するのが好ましい。このような組成で電解液を作製することで、電池特性、取扱い性及び安全性の全てを一層良好なものとすることができる。
<リチウムイオン二次電池>
本実施形態のリチウムイオン二次電池は、正極活物質としてリチウムイオンを吸蔵及び放出することが可能な材料からなる群より選ばれる1種以上の材料を含有する正極と、負極活物質としてリチウムイオンを吸蔵及び放出することが可能な材料及び金属リチウムからなる群より選ばれる1種以上の材料を含有する負極と、上述の電解液と、を備える。
The mixing ratio of the nonaqueous solvent, the electrolyte (for example, lithium salt), and the gelling agent can be selected according to the purpose. The gelling agent is preferably used on a mass basis with respect to a mixed solution in which an electrolyte (for example, a lithium salt) is mixed in a non-aqueous solvent preferably in an amount of 0.1 to 3 mol / liter, more preferably 0.5 to 2 mol / liter. Gelling agent: non-aqueous solvent, preferably 0.1: 99.9 to 20:80, more preferably 0.3: 99.7 to 10:90, still more preferably 0.3: 99.7 to 5 : It is preferable to add 95. By preparing the electrolytic solution with such a composition, all of the battery characteristics, handleability and safety can be further improved.
<Lithium ion secondary battery>
The lithium ion secondary battery of the present embodiment includes a positive electrode containing one or more materials selected from the group consisting of materials capable of inserting and extracting lithium ions as a positive electrode active material, and lithium ions as a negative electrode active material. A negative electrode containing at least one material selected from the group consisting of a material capable of occluding and releasing lithium and metallic lithium, and the above-described electrolytic solution.

〈正極〉
本実施形態のリチウムイオン二次電池において、正極は、リチウムイオン二次電池の正極として作用するものであれば特に限定されず、公知のものであってもよい。本実施形態のリチウムイオン二次電池において、正極は、正極活物質としてリチウムイオンを吸蔵及び放出することが可能な材料からなる群より選ばれる1種以上の材料を含有する。そのような材料としては、例えば、下記一般式(6a)及び(6b)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及び金属酸化物が挙げられる。
LixMO2 (6a)
Liy24 (6b)
ここで、式中、Mは遷移金属から選ばれる1種以上の金属を示し、xは0〜1の数、yは0〜2の数を示す。
<Positive electrode>
In the lithium ion secondary battery of this embodiment, the positive electrode is not particularly limited as long as it functions as the positive electrode of the lithium ion secondary battery, and may be a known one. In the lithium ion secondary battery of this embodiment, the positive electrode contains one or more materials selected from the group consisting of materials capable of inserting and extracting lithium ions as the positive electrode active material. Examples of such materials include composite oxides represented by the following general formulas (6a) and (6b), metal chalcogenides and metal oxides having a tunnel structure and a layered structure.
Li x MO 2 (6a)
Li y M 2 O 4 (6b)
Here, in the formula, M represents one or more metals selected from transition metals, x represents a number from 0 to 1, and y represents a number from 0 to 2.

より具体的には、例えば、LiCoO2に代表されるリチウムコバルト酸化物;LiMnO2、LiMn24、Li2Mn24に代表されるリチウムマンガン酸化物;LiNiO2に代表されるリチウムニッケル酸化物;LizMO2(MはNi、Mn、Co、Al及びMgからなる群より選ばれる2種以上の元素を示し、zは0.9超1.2未満の数を示す)で表されるリチウム含有複合金属酸化物;LiFePO4で表されるリン酸鉄オリビンが挙げられる。また、正極活物質として、例えば、S、MnO2、FeO2、FeS2、V25、V613、TiO2、TiS2、MoS2及びNbSe2に代表されるリチウム以外の金属の酸化物も例示される。さらには、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリアセチレン及びポリピロールに代表される導電性高分子も正極活物質として例示される。 More specifically, for example, lithium cobalt oxide typified by LiCoO 2 ; lithium manganese oxide typified by LiMnO 2 , LiMn 2 O 4 , Li 2 Mn 2 O 4 ; lithium nickel typified by LiNiO 2 Oxide; represented by Li z MO 2 (M represents two or more elements selected from the group consisting of Ni, Mn, Co, Al, and Mg, and z represents a number greater than 0.9 and less than 1.2). And lithium-containing composite metal oxide; and iron phosphate olivine represented by LiFePO 4 . Further, as the positive electrode active material, for example, a metal other than lithium represented by S, MnO 2 , FeO 2 , FeS 2 , V 2 O 5 , V 6 O 13 , TiO 2 , TiS 2 , MoS 2 and NbSe 2 is used. Oxides are also exemplified. Furthermore, conductive polymers represented by polyaniline, polythiophene, polyacetylene, and polypyrrole are also exemplified as the positive electrode active material.

本実施形態のリチウムイオン二次電池は、正極が、正極活物質として、リチウム含有化合物を含むことが好ましい。
本実施形態のリチウムイオン二次電池において、正極が、正極活物質としてリチウム含有化合物を含むと、高電圧及び高エネルギー密度を得ることができる傾向にあるので好ましい。このようなリチウム含有化合物としては、リチウムを含有するものであればよく、例えば、リチウムと遷移金属元素とを含む複合酸化物、リチウムと遷移金属元素とを含むリン酸化合物及びリチウムと遷移金属元素とを含むケイ酸金属化合物(例えばLituSiO4、Mは上記式(6a)と同義であり、tは0〜1の数、uは0〜2の数を示す。)が挙げられる。より高い電圧を得る観点から、特に、リチウムと、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、クロム(Cr)、バナジウム(V)及びチタン(Ti)からなる群より選ばれる1種以上の遷移金属元素とを含む複合酸化物並びにリン酸化合物が好ましい。
In the lithium ion secondary battery of this embodiment, the positive electrode preferably includes a lithium-containing compound as a positive electrode active material.
In the lithium ion secondary battery of the present embodiment, it is preferable that the positive electrode contains a lithium-containing compound as a positive electrode active material because high voltage and high energy density tend to be obtained. As such a lithium-containing compound, any compound containing lithium may be used. For example, a composite oxide containing lithium and a transition metal element, a phosphate compound containing lithium and a transition metal element, and lithium and a transition metal element (For example, Li t Mu SiO 4 , where M is as defined in the above formula (6a), t is a number from 0 to 1, and u is a number from 0 to 2). . From the viewpoint of obtaining a higher voltage, lithium, cobalt (Co), nickel (Ni), manganese (Mn), iron (Fe), copper (Cu), zinc (Zn), chromium (Cr), vanadium ( V) and composite oxides containing at least one transition metal element selected from the group consisting of titanium (Ti) and phosphate compounds are preferred.

より具体的には、かかるリチウム含有化合物としてリチウムを有する金属酸化物、リチウムを有する金属カルコゲン化物及びリチウムを有するリン酸金属化合物が好ましく、例えば、それぞれ下記一般式(7a)、(7b)で表される化合物が挙げられる。
LivI2 (7a)
LiwIIPO4 (7b)
ここで、式中、MI及びMIIはそれぞれ1種以上の遷移金属元素を示し、v及びwの値は電池の充放電状態によって異なるが、通常vは0.05〜1.10、wは0.05〜1.10の数を示す。
More specifically, the lithium-containing compound is preferably a metal oxide having lithium, a metal chalcogenide having lithium, and a metal phosphate compound having lithium. For example, the lithium-containing compounds are represented by the following general formulas (7a) and (7b), respectively. The compound which is made is mentioned.
Li v M I O 2 (7a )
Li w M II PO 4 (7b)
Here, in the formula, M I and M II each represent one or more transition metal elements, and the values of v and w vary depending on the charge / discharge state of the battery, but usually v is 0.05 to 1.10, w Indicates a number from 0.05 to 1.10.

上記一般式(7a)で表される化合物は一般に層状構造を有し、上記一般式(7b)で表される化合物は一般にオリビン構造を有する。これらの化合物において、構造を安定化させる等の目的から、遷移金属元素の一部をAl、Mg、その他の遷移金属元素で置換したり結晶粒界に含ませたりしたもの、酸素原子の一部をフッ素原子等で置換したものも挙げられる。更に、正極活物質表面の少なくとも一部に他の正極活物質を被覆したものも挙げられる。   The compound represented by the general formula (7a) generally has a layered structure, and the compound represented by the general formula (7b) generally has an olivine structure. In these compounds, for the purpose of stabilizing the structure, a part of the transition metal element is substituted with Al, Mg, other transition metal elements or included in the crystal grain boundary, a part of the oxygen atom And those substituted with a fluorine atom or the like. Furthermore, what coat | covered the other positive electrode active material to at least one part of the positive electrode active material surface is mentioned.

上述した正極活物質は、1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いられる。2種以上を組み合わせて用いる場合、混合物であっても固溶体であってもよい。   The positive electrode active material mentioned above is used individually by 1 type or in combination of 2 or more types. When using in combination of 2 or more types, it may be a mixture or a solid solution.

正極活物質の数平均粒子径(一次粒子径)は、好ましくは0.05μm〜100μm、より好ましくは1μm〜10μmである。正極活物質の数平均粒子径は湿式の粒子径測定装置(例えば、レーザー回折/散乱式粒度分布計、動的光散乱式粒度分布計)により測定することができる。あるいは、透過型電子顕微鏡にて観察した粒子100個をランダムに抽出し、画像解析ソフト(例えば、旭化成エンジニアリング株式会社製の画像解析ソフト、商品名「A像くん」)で解析し、その相加平均を算出することでも得られる。この場合、同じ試料に対して、測定方法間で数平均粒子径が異なる場合は、標準試料を対象として作成した検量線を用いてもよい。   The number average particle diameter (primary particle diameter) of the positive electrode active material is preferably 0.05 μm to 100 μm, more preferably 1 μm to 10 μm. The number average particle size of the positive electrode active material can be measured by a wet particle size measuring device (for example, a laser diffraction / scattering particle size distribution meter, a dynamic light scattering particle size distribution meter). Alternatively, 100 particles observed with a transmission electron microscope are randomly extracted and analyzed with image analysis software (for example, image analysis software manufactured by Asahi Kasei Engineering Co., Ltd., trade name “A Image-kun”). It can also be obtained by calculating an average. In this case, when the number average particle diameter differs between measurement methods for the same sample, a calibration curve created for the standard sample may be used.

正極は、例えば、下記のようにして得られる。すなわち、まず、上記正極活物質に対して、必要に応じて、導電助剤やバインダー等を加えて混合した正極合剤を溶剤に分散させて正極合剤含有ペーストを調製する。次いで、この正極合剤含有ペーストを正極集電体に塗布し、乾燥して正極合剤層を形成し、それを必要に応じて加圧し厚みを調整することによって、正極が作製される。
ここで、正極合剤含有ペースト中の固形分濃度は、好ましくは30〜80質量%であり、より好ましくは40〜70質量%である。
正極集電体は、例えば、アルミニウム箔、又はステンレス箔などの金属箔により構成される。
The positive electrode is obtained, for example, as follows. That is, first, a positive electrode mixture-containing paste is prepared by dispersing, in a solvent, a positive electrode mixture obtained by adding a conductive additive, a binder, or the like to the positive electrode active material as necessary. Next, this positive electrode mixture-containing paste is applied to a positive electrode current collector and dried to form a positive electrode mixture layer, which is pressurized as necessary to adjust the thickness, thereby producing a positive electrode.
Here, the solid content concentration in the positive electrode mixture-containing paste is preferably 30 to 80% by mass, and more preferably 40 to 70% by mass.
The positive electrode current collector is made of, for example, a metal foil such as an aluminum foil or a stainless steel foil.

〈負極〉
本実施形態のリチウムイオン二次電池において、負極は、リチウムイオン二次電池の負極として作用するものであれば特に限定されず、公知のものであってもよい。本実施形態のリチウムイオン二次電池において、負極は、負極活物質としてリチウムイオンを吸蔵及び放出することが可能な材料及び金属リチウムからなる群より選ばれる1種以上の材料を含有する。
本実施形態のリチウムイオン二次電池において、前記負極が、前記負極活物質として、金属リチウム、炭素材料、リチウムと合金形成が可能な元素を含む材料、及び、リチウム含有化合物からなる群より選ばれる1種以上の材料を含有することが好ましい。
負極活物質を構成する材料としては、金属リチウムの他、例えば、アモルファスカーボン(ハードカーボン)、人造黒鉛、天然黒鉛、黒鉛、熱分解炭素、コークス、ガラス状炭素、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、グラファイト、炭素コロイド、カーボンブラックに代表される炭素材料が挙げられる。これらのうち、コークスとしては、例えば、ピッチコークス、ニードルコークス及び石油コークスが挙げられる。また、有機高分子化合物の焼成体は、フェノール樹脂やフラン樹脂などの高分子材料を適当な温度で焼成して炭素化したものである。なお、本実施形態においては、負極活物質に金属リチウムを採用した電池もリチウムイオン二次電池に含めるものとする。
<Negative electrode>
In the lithium ion secondary battery of this embodiment, the negative electrode is not particularly limited as long as it functions as the negative electrode of the lithium ion secondary battery, and may be a known one. In the lithium ion secondary battery of the present embodiment, the negative electrode contains at least one material selected from the group consisting of a material capable of inserting and extracting lithium ions as a negative electrode active material and metallic lithium.
In the lithium ion secondary battery of the present embodiment, the negative electrode is selected from the group consisting of metallic lithium, a carbon material, a material containing an element capable of forming an alloy with lithium, and a lithium-containing compound as the negative electrode active material. It is preferable to contain one or more materials.
As a material constituting the negative electrode active material, in addition to lithium metal, for example, amorphous carbon (hard carbon), artificial graphite, natural graphite, graphite, pyrolytic carbon, coke, glassy carbon, a fired body of an organic polymer compound, Examples include carbon materials represented by mesocarbon microbeads, carbon fibers, activated carbon, graphite, carbon colloid, and carbon black. Among these, examples of the coke include pitch coke, needle coke, and petroleum coke. Further, the fired body of the organic polymer compound is obtained by firing and polymerizing a polymer material such as a phenol resin or a furan resin at an appropriate temperature. In the present embodiment, a battery employing metallic lithium as the negative electrode active material is also included in the lithium ion secondary battery.

更に、リチウムイオンを吸蔵及び放出することが可能な材料としては、リチウムと合金を形成可能な元素を含む材料も挙げられる。この材料は金属又は半金属の単体であっても合金であっても化合物であってもよく、またこれらの1種又は2種以上の相を少なくとも一部に有するようなものであってもよい。   Further, examples of the material capable of inserting and extracting lithium ions include a material containing an element capable of forming an alloy with lithium. This material may be a single metal or semi-metal, an alloy or a compound, and may have at least a part of one or more of these phases. .

なお、本明細書において、「合金」には、2種以上の金属元素からなるものに加えて、1種以上の金属元素と1種以上の半金属元素とを有するものも含める。また、合金が、その全体として金属の性質を有するものであれば非金属元素を有していてもよい。その合金の組織には固溶体、共晶(共融混合物)、金属間化合物又はこれらのうちの2種以上が共存する。   In the present specification, the “alloy” includes an alloy having one or more metal elements and one or more metalloid elements in addition to an alloy composed of two or more metal elements. In addition, the alloy may have a nonmetallic element as long as the alloy has metallic properties as a whole. In the alloy structure, a solid solution, a eutectic (eutectic mixture), an intermetallic compound, or two or more of these coexist.

このような金属元素及び半金属元素としては、例えば、チタン(Ti)、スズ(Sn)、鉛(Pb)、アルミニウム、インジウム(In)、ケイ素(Si)、亜鉛(Zn)、アンチモン(Sb)、ビスマス(Bi)、ガリウム(Ga)、ゲルマニウム(Ge)、ヒ素(As)、銀(Ag)、ハフニウム(Hf)、ジルコニウム(Zr)及びイットリウム(Y)が挙げられる。   Examples of such metal elements and metalloid elements include titanium (Ti), tin (Sn), lead (Pb), aluminum, indium (In), silicon (Si), zinc (Zn), and antimony (Sb). Bismuth (Bi), gallium (Ga), germanium (Ge), arsenic (As), silver (Ag), hafnium (Hf), zirconium (Zr) and yttrium (Y).

これらの中でも、長周期型周期表における4族又は14族の金属元素及び半金属元素が好ましく、特に好ましいのはチタン、ケイ素及びスズである。   Among these, metal elements and metalloid elements of Group 4 or 14 in the long-period periodic table are preferable, and titanium, silicon, and tin are particularly preferable.

スズの合金としては、例えば、スズ以外の第2の構成元素として、ケイ素、マグネシウム(Mg)、ニッケル、銅、鉄、コバルト、マンガン、亜鉛、インジウム、銀、チタン(Ti)、ゲルマニウム、ビスマス、アンチモン及びクロム(Cr)からなる群より選ばれる1種以上の元素を有するものが挙げられる。   As an alloy of tin, for example, as a second constituent element other than tin, silicon, magnesium (Mg), nickel, copper, iron, cobalt, manganese, zinc, indium, silver, titanium (Ti), germanium, bismuth, Examples thereof include those having one or more elements selected from the group consisting of antimony and chromium (Cr).

ケイ素の合金としては、例えば、ケイ素以外の第2の構成元素として、スズ、マグネシウム、ニッケル、銅、鉄、コバルト、マンガン、亜鉛、インジウム、銀、チタン、ゲルマニウム、ビスマス、アンチモン及びクロムからなる群より選ばれる1種以上の元素を有するものが挙げられる。   Examples of the silicon alloy include, as the second constituent element other than silicon, tin, magnesium, nickel, copper, iron, cobalt, manganese, zinc, indium, silver, titanium, germanium, bismuth, antimony, and chromium. Those having one or more elements selected from the above are listed.

チタンの化合物、スズの化合物及びケイ素の化合物としては、例えば酸素(O)又は炭素(C)を有するものが挙げられ、チタン、スズ又はケイ素に加えて、上述の第2の構成元素を有していてもよい。   Examples of the titanium compound, the tin compound, and the silicon compound include those having oxygen (O) or carbon (C), and in addition to titanium, tin, or silicon, the second constituent element described above is included. It may be.

上述した負極活物質は1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いられる。   The negative electrode active material mentioned above is used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.

負極活物質の数平均粒子径(一次粒子径)は、好ましくは0.1μm〜100μm、より好ましくは1μm〜10μmである。負極活物質の数平均粒子径は、正極活物質の数平均粒子径と同様にして測定される。   The number average particle diameter (primary particle diameter) of the negative electrode active material is preferably 0.1 μm to 100 μm, more preferably 1 μm to 10 μm. The number average particle size of the negative electrode active material is measured in the same manner as the number average particle size of the positive electrode active material.

負極は、例えば、下記のようにして得られる。すなわち、まず、上記負極活物質に対して、必要に応じて、導電助剤やバインダー等を加えて混合した負極合剤を溶剤に分散させて負極合剤含有ペーストを調製する。次いで、この負極合剤含有ペーストを負極集電体に塗布し、乾燥して負極合剤層を形成し、それを必要に応じて加圧し厚みを調整することによって、負極が作製される。
ここで、負極合剤含有ペースト中の固形分濃度は、好ましくは30〜80質量%であり、より好ましくは40〜70質量%である。
負極集電体は、例えば、銅箔、ニッケル箔又はステンレス箔などの金属箔により構成される。
A negative electrode is obtained as follows, for example. That is, first, a negative electrode mixture-containing paste is prepared by dispersing, in a solvent, a negative electrode mixture prepared by adding a conductive additive or a binder to the negative electrode active material, if necessary. Next, the negative electrode mixture-containing paste is applied to a negative electrode current collector and dried to form a negative electrode mixture layer, which is pressurized as necessary to adjust the thickness, thereby producing a negative electrode.
Here, the solid content concentration in the negative electrode mixture-containing paste is preferably 30 to 80% by mass, and more preferably 40 to 70% by mass.
The negative electrode current collector is made of, for example, a metal foil such as a copper foil, a nickel foil, or a stainless steel foil.

正極及び負極の作製にあたって、必要に応じて用いられる導電助剤としては、例えば、グラファイト、アセチレンブラック及びケッチェンブラックに代表されるカーボンブラック、並びに炭素繊維が挙げられる。導電助剤の数平均粒子径(一次粒子径)は、好ましくは0.1μm〜100μm、より好ましくは1μm〜10μmであり、正極活物質の数平均粒子径と同様にして測定される。また、バインダーとしては、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリフッ化ビニリデンを含有する共重合体、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリアクリル酸、スチレンブタジエンゴム及びフッ素ゴムが挙げられる。   Examples of the conductive aid used as necessary in the production of the positive electrode and the negative electrode include graphite, carbon black typified by acetylene black and ketjen black, and carbon fiber. The number average particle size (primary particle size) of the conductive assistant is preferably 0.1 μm to 100 μm, more preferably 1 μm to 10 μm, and is measured in the same manner as the number average particle size of the positive electrode active material. Examples of the binder include polyvinylidene fluoride (PVDF), a copolymer containing polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene (PTFE), polyacrylic acid, styrene butadiene rubber, and fluorine rubber.

〈セパレータ〉
本実施形態のリチウムイオン二次電池は、正負極の短絡防止、シャットダウン等の安全性付与の観点から、正極と負極との間にセパレータを備えると好ましい。セパレータとしては、公知のリチウムイオン二次電池に備えられるものと同様であってもよく、イオン透過性が大きく、機械的強度に優れる絶縁性の薄膜が好ましい。セパレータとしては、例えば、織布、不織布、合成樹脂製微多孔膜が挙げられ、これらの中でも、合成樹脂製微多孔膜が好ましい。合成樹脂製微多孔膜としては、例えば、ポリエチレン又はポリプロピレンを主成分として含有する微多孔膜、あるいは、これらのポリオレフィンを共に含有する微多孔膜等のポリオレフィン系微多孔膜が好適に用いられる。不織布としては、セラミック製、ポリオレフィン製、ポリエステル製、ポリアミド製、液晶ポリエステル製、アラミド製など、耐熱樹脂製の多孔膜が用いられる。
セパレータは、1種の微多孔膜を単層又は複数積層したものであってもよく、2種以上の微多孔膜を積層したものであってもよい。
<Separator>
The lithium ion secondary battery of the present embodiment preferably includes a separator between the positive electrode and the negative electrode from the viewpoint of providing safety such as prevention of short circuit between the positive and negative electrodes and shutdown. The separator may be the same as that provided for a known lithium ion secondary battery, and is preferably an insulating thin film having high ion permeability and excellent mechanical strength. Examples of the separator include a woven fabric, a nonwoven fabric, and a synthetic resin microporous membrane. Among these, a synthetic resin microporous membrane is preferable. As the synthetic resin microporous membrane, for example, a microporous membrane containing polyethylene or polypropylene as a main component or a polyolefin microporous membrane such as a microporous membrane containing both of these polyolefins is preferably used. As the nonwoven fabric, a porous film made of a heat-resistant resin such as ceramic, polyolefin, polyester, polyamide, liquid crystal polyester, or aramid is used.
The separator may be a single microporous membrane or a laminate of a plurality of microporous membranes, or may be a laminate of two or more microporous membranes.

<リチウムイオン二次電池の作製方法>
本実施形態のリチウムイオン二次電池は、上述の電解液、正極、負極及び必要に応じてセパレータを用いて、公知の方法により作製される。例えば、正極と負極とを、その間にセパレータを介在させた積層状態で巻回して巻回構造の積層体に成形したり、それらを折り曲げや複数層の積層などによって、交互に積層した複数の正極と負極との間にセパレータが介在する積層体に成形したりする。次いで、電池ケース(外装)内にその積層体を収容して、本実施形態に係る電解液をケース内部に注液し、上記積層体を電解液に浸漬して封印することによって、本実施形態のリチウムイオン二次電池を作製することができる。あるいは、ゲル化させた電解液を含む電解質膜を予め作製しておき、正極、負極、電解質膜及び必要に応じてセパレータを、上述のように折り曲げや積層によって積層体を形成した後、電池ケース内に収容してリチウムイオン二次電池を作製することもできる。本実施形態のリチウムイオン二次電池の形状は、特に限定されず、例えば、円筒形、楕円形、角筒型、ボタン形、コイン形、扁平形及びラミネート形などが好適に採用される。
<Method for manufacturing lithium ion secondary battery>
The lithium ion secondary battery of this embodiment is produced by a known method using the above-described electrolytic solution, positive electrode, negative electrode, and, if necessary, a separator. For example, a plurality of positive electrodes in which a positive electrode and a negative electrode are wound in a laminated state with a separator interposed therebetween to be formed into a laminate having a wound structure, or they are alternately laminated by bending or laminating a plurality of layers. Or a laminate in which a separator is interposed between the electrode and the negative electrode. Next, the laminated body is accommodated in a battery case (exterior), the electrolytic solution according to the present embodiment is injected into the case, and the laminated body is immersed in the electrolytic solution and sealed. The lithium ion secondary battery can be manufactured. Alternatively, an electrolyte membrane containing a gelled electrolyte solution is prepared in advance, and a positive electrode, a negative electrode, an electrolyte membrane, and a separator as necessary are formed by bending or stacking as described above, and then a battery case A lithium ion secondary battery can also be produced by being housed inside. The shape of the lithium ion secondary battery of the present embodiment is not particularly limited, and for example, a cylindrical shape, an elliptical shape, a rectangular tube shape, a button shape, a coin shape, a flat shape, and a laminated shape are suitably employed.

本実施形態の電解液は、高い伝導度(リチウムイオンの拡散及びリチウムイオンの輸率)と高い安全性(例えば、保液性)を実現し得るので、該電解液を備える本実施形態のリチウムイオン二次電池は、高い電池特性(例えば、充放電特性、低温作動性等)を有すると同時に高い安全性(リチウムデンドライトの抑制)をも実現する。具体的には、本実施形態の電解液がその性質に対して影響の小さいゲル化剤を含むため、該電解液を備える本実施形態のリチウムイオン二次電池は、特に、従来のポリマー電池に見られた低温での伝導性や電池特性の大幅な低下を抑制することができる。また、電解液が上記ゲル化剤を含有することにより、電解液の電池外部への漏洩を防止できるのはもちろんのこと、本実施形態のリチウムイオン二次電池は、リチウムデンドライトによる危険性や燃焼の危険性も更に低減することができる。   Since the electrolytic solution of the present embodiment can achieve high conductivity (diffusion of lithium ions and transport number of lithium ions) and high safety (for example, liquid retention), the lithium of the present embodiment provided with the electrolytic solution. The ion secondary battery has high battery characteristics (for example, charge / discharge characteristics, low temperature operability, etc.) and at the same time realizes high safety (suppression of lithium dendrite). Specifically, since the electrolytic solution of the present embodiment contains a gelling agent that has little influence on its properties, the lithium ion secondary battery of the present embodiment including the electrolytic solution is particularly suitable for conventional polymer batteries. It is possible to suppress a significant decrease in the conductivity at low temperatures and battery characteristics. In addition, since the electrolytic solution contains the gelling agent, it is possible to prevent leakage of the electrolytic solution to the outside of the battery, and the lithium ion secondary battery of the present embodiment has a risk of lithium dendrite and combustion. This risk can be further reduced.

以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。   As mentioned above, although the form for implementing this invention was demonstrated, this invention is not limited to the said embodiment. The present invention can be variously modified without departing from the gist thereof.

以下、実施例によって本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。なお、電解液及びリチウムイオン二次電池の各種特性及び安全性は下記のようにして測定、評価された。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further in detail, this invention is not limited to these Examples. Various characteristics and safety of the electrolytic solution and the lithium ion secondary battery were measured and evaluated as follows.

(i)電解液のゲル化能の評価
電解液をガラスサンプル瓶内で調製し、25℃で2時間放置した後にサンプル瓶を上下逆にして、その際の流動性を確認することでゲル化能を評価した。流動しないものを「ゲル」と評価し、非水溶媒とゲル化剤との混合比を変化させ、電解液をゲル化させるために必要なゲル化剤の最低濃度(電解液の総量を基準とするゲル化剤の濃度)をゲル化濃度として求めた。
(I) Evaluation of gelling ability of electrolyte solution After preparing an electrolyte solution in a glass sample bottle and leaving it to stand at 25 ° C for 2 hours, the sample bottle is turned upside down to check the fluidity at that time. Noh was evaluated. Those that do not flow are evaluated as “gels”, the mixing ratio of the non-aqueous solvent and the gelling agent is changed, and the minimum concentration of gelling agent required to gel the electrolyte (based on the total amount of electrolyte) The concentration of the gelling agent) was determined as the gelation concentration.

(ii)電解液の保液性試験
電解液成分を5cm2×0.012cmのポリプロピレン製不織布(空隙率73%)に充分に含浸させた後、その不織布を2枚のガラス板で挟むことでサンプルを調製した。当該サンプルを台に載置し、片面(上面)からサンプルを油圧プレスで加圧して、漏液が開始した時の圧力を測定した。また、上記不織布に電解液を含浸させたサンプルを4kgf/cm2(約0.39MPa)まで加圧し、サンプル重量を測定することで保液量を求めた。さらに、加圧された不織布の含浸可能理論量は0.0214gであることから下記式によって保液率を求めた。
保液率(%)= 保液量(g)/ 0.0214 × 100
(Ii) Liquid retention test of electrolytic solution After sufficiently impregnating a 5 cm 2 × 0.012 cm polypropylene nonwoven fabric (porosity 73%) with an electrolytic solution component, the nonwoven fabric is sandwiched between two glass plates. Samples were prepared. The sample was placed on a table, the sample was pressurized from one side (upper surface) with a hydraulic press, and the pressure at the start of liquid leakage was measured. Moreover, the sample which impregnated the electrolyte solution to the said nonwoven fabric was pressurized to 4 kgf / cm < 2 > (about 0.39 MPa), and the liquid retention amount was calculated | required by measuring a sample weight. Furthermore, since the theoretical amount of impregnation of the pressurized nonwoven fabric is 0.0214 g, the liquid retention rate was determined by the following formula.
Retention rate (%) = retention amount (g) /0.0214×100

(iii)リチウムイオン二次電池の放電容量測定
特定の放電電流における放電容量を測定してリチウムイオン二次電池の放電特性を評価した。測定用のリチウムイオン二次電池として、1C=6mAとなる小型電池を作製して用いた。測定は、アスカ電子(株)製充放電装置ACD−01(商品名)及び二葉科学社製恒温槽PLM−63S(商品名)を用いて行った。6mAの定電流で充電し、4.2Vに到達した後、4.2Vの定電圧で、合計3時間充電を行った。その後、定電流で3.0Vまで放電したときの放電容量を測定した。なお、放電電流を6mAと18mAとにして放電容量を測定した。このときの電池周囲温度は25℃に設定した。
(Iii) Measurement of discharge capacity of lithium ion secondary battery The discharge capacity of a lithium ion secondary battery was evaluated by measuring the discharge capacity at a specific discharge current. As a lithium ion secondary battery for measurement, a small battery with 1C = 6 mA was prepared and used. The measurement was performed using a charge / discharge device ACD-01 (trade name) manufactured by Asuka Electronics Co., Ltd. and a thermostat PLM-63S (trade name) manufactured by Futaba Kagaku Co., Ltd. After charging at a constant current of 6 mA and reaching 4.2 V, charging was performed at a constant voltage of 4.2 V for a total of 3 hours. Then, the discharge capacity when discharging to 3.0 V with a constant current was measured. The discharge capacity was measured by setting the discharge current to 6 mA and 18 mA. The battery ambient temperature at this time was set to 25 ° C.

(iv)リチウムイオン二次電池の容量維持率測定(サイクル試験)
容量維持率の測定は、アスカ電子(株)製充放電装置ACD−01(商品名)及び二葉科学社製恒温槽PLM−63S(商品名)を用いて行った。測定用のリチウムイオン二次電池として、「(iii)リチウムイオン二次電池の放電容量測定」と同様にして作製した電池を用いた。充放電サイクル試験では、まず、6mAの定電流で充電し、4.2Vに到達した後、4.2Vの定電圧で、合計3時間充電を行った。その後、6mAの定電流で放電し、3.0Vに到達した時点で再び、充電を繰り返した。充電と放電とを各々1回ずつ行うのを1サイクルとし、100サイクルの充放電を行った。2サイクル目の放電容量を100%としたときの100サイクル目の放電容量を容量維持率とした。電池の周囲温度は25℃に設定した。
(Iv) Capacity maintenance rate measurement of lithium ion secondary battery (cycle test)
The capacity retention rate was measured using a charge / discharge device ACD-01 (trade name) manufactured by Asuka Electronics Co., Ltd. and a thermostat PLM-63S (trade name) manufactured by Futaba Kagaku Co., Ltd. As the lithium ion secondary battery for measurement, a battery produced in the same manner as “(iii) Measurement of discharge capacity of lithium ion secondary battery” was used. In the charge / discharge cycle test, first, the battery was charged at a constant current of 6 mA, reached 4.2 V, and then charged at a constant voltage of 4.2 V for a total of 3 hours. Thereafter, the battery was discharged at a constant current of 6 mA, and when it reached 3.0 V, charging was repeated again. Charging and discharging were performed once each as one cycle, and 100 cycles of charging and discharging were performed. The discharge capacity at the 100th cycle when the discharge capacity at the second cycle was taken as 100% was taken as the capacity retention rate. The ambient temperature of the battery was set to 25 ° C.

(v)リチウムイオン二次電池の低温での放電容量測定
電池周囲温度を−20℃、−10℃、0℃にそれぞれ設定して、「(iii)リチウムイオン二次電池の放電容量測定」と同様にして放電容量を測定した。なお、放電電流を3mAにして放電容量を測定した。
(V) Measurement of discharge capacity of lithium ion secondary battery at low temperature The battery ambient temperature was set to −20 ° C., −10 ° C., and 0 ° C. respectively, and “(iii) Measurement of discharge capacity of lithium ion secondary battery” Similarly, the discharge capacity was measured. The discharge capacity was measured with a discharge current of 3 mA.

(vi)リチウムイオン二次電池のリチウム析出試験
リチウム析出試験用のリチウムイオン二次電池として、1C=45.0mAとなる単層ラミネート型電池を作製して用いた。9.0mAの定電流で4.2Vまで充電した電池を9.0mAで3.0Vまで放電し、さらに45mAの定電流で1.5時間充電を行った。この充電池を露点が−60℃以下、水分濃度10ppm以下の雰囲気下で解体した。解体した電池の負極表面を倍率2000倍の光学顕微鏡で観察し、リチウム析出挙動を下記の基準で評価した。
A:リチウムの析出が認められない。
B:リチウムの析出は認められるが析出物の表面は平滑である。
C:リチウムの析出が認められ、析出物の表面には鋭い樹状突起(デンドライト)が認められる。
なお、デンドライトの析出は電池短絡の要因となり、電池の安全性が低下する原因となる。
(製造例1)
〔化合物(3)の合成方法〕
工程1:化合物(a)の合成
300mlのナスフラスコに濃硝酸34.5ml及び濃硫酸34.5mlの混合溶液を加えた。当該ナスフラスコを氷浴で冷却しながら、クマリン15.0gを、混合溶液の温度が20℃を超えないように徐々に加えた。クマリンを全量加え終えたら氷浴を外し、室温で1時間攪拌して反応させた。当該反応液を水200ml中に注ぎ、析出した固体を濾取した。濾取した固体を、トルエンで再結晶を行い、淡黄色の固体の化合物(a)13.1gを得た(収率:66%)。化合物(a)の融点は、188〜189℃であった。化合物(a)のIRデータ及び1H−NMRデータを以下に示す。
・IR(KBr)
ν N−O;1350cm-1、1530cm-1
ν C=O;1700cm-1
1H−NMR(DMSO−d6)
δ=6.69(1H、d、J=8.9Hz)、7.62(1H、d、J=8.9Hz)、8.23(1H、d、J=9.9Hz)、8.41(1H、dd、J=9.9、2.6Hz)、8.73(1H、d、J=2.6Hz)ppm
工程2:化合物(b)の合成
300mlのナスフラスコにおいて、化合物(a)5.02gをエタノール100ml及びトルエン100mlの混合溶液に溶かして、Pd/Cの存在下、水素添加反応を行った。水素添加反応後、Pd/Cを濾取し、濾液をエバポレーターで濃縮した。析出した固体をトルエンで再結晶を行い、黄色固体の化合物(b)1.97gを得た(収率:78%)。化合物(b)の融点は、160〜162℃であった。化合物(b)のIRデータ及び1H−NMRデータを以下に示す。
・IR(KBr)
ν C=O;1700cm-1
ν N−H;3360cm-1、3470cm-1
1H−NMR(DMSO)
δ=5.24(2H、s)、6.33(1H、d、J=9.6Hz)、6.72(1H、d、J=2.6Hz)、6.83(1H、dd、J=8.6、2.6Hz)、7.09(1H、d、J=8.6Hz)、7.87(1H、d、J=9.6Hz)ppm
工程3:化合物(c)の合成
300mlのナスフラスコにおいて、5℃氷冷下、12Nの塩酸12.7ml及び水14.4mlの水溶液を調製した。当該水溶液中に、化合物(b)1.97g及び亜硝酸ナトリウム(NaNO2)1.13gを加えて、20分間攪拌した。さらに、フェノール1.93g、水酸化ナトリウム0.96g及び水14.7mlの混合溶液を加えて攪拌した。析出した固体をトルエンで再結晶を行い、化合物(c)2.69gを得た(収率:84%)。化合物(c)の融点は、250℃以上であった。化合物(c)のIRデータ及び1H−NMRデータを以下に示す。
・IR(KBr)
ν C=O;1700cm-1
ν O−H;3200cm-1
1H−NMR(DMSO)
δ=4.24(1H、s)、6.55(1H、d、J=9.6Hz)、6.77(2H、d、J=8.9Hz)、7.51(1H、d、J=8.9Hz)、7.73(2H、d、J=8.9Hz)、8.02(1H、dd、J=8.9、2.3Hz)、8.15(1H、d、J=2.3Hz)、8.20(1H、d、J=9.6Hz)ppm
工程4:化合物(3)の合成
300mlのナスフラスコにおいて、化合物(c)2.03gを3−ペンタノン150mlに溶解した。得られた溶液中に、1−ブロモオクタン1.66g及び炭酸カリウム1.07gを加えて15時間還流を行った。得られた固体をトルエンで再結晶を行い、カラムクロマトグラフィーで精製して化合物(3)1.40gを得た(収率:44%)。なお、前記カラムクロマトグラフィーにおいて、充填剤としてシリカゲルを用い、展開溶媒としてクロロホルムを用いた。
化合物(3)の融点は、136〜138℃であった。化合物(3)のIRデータ及び1H−NMRデータを以下に示す。また、化合物(3)のIRスペクトル及び1H−NMRスペクトルを図1及び2に示す。
・IR(KBr)
ν C=O;1700cm-1
ν C−H;3070cm-1
1H−NMR(CDCl3
δ=0.89(3H、t、J=6.6Hz)、1.27−1.58(10H、m)、1.83(2H、q、J=6.6Hz)、4.05(2H、q、J=6.6Hz)、6.49(1H、d、J=9.6Hz)、7.01(2H、d、J=8.9Hz)、7.43(1H、d、J=8.6Hz)、7.81(1H、d、J=9.6Hz)、7.91(2H、d、J=8.9Hz)、8.00(1H、d、J=2.3Hz)、8.10(1H、dd、J=8.9,2.3Hz)ppm
(製造例2)
〔化合物(3)’の合成方法〕
300mlのナスフラスコにおいて、化合物(c)3.00gを3−ペンタノン150mlに溶解した。得られた溶液中に、1−ブロモヘキサン1.99g及び炭酸カリウム1.57gを加えて15時間還流を行った。得られた固体をトルエンで再結晶を行い、カラムクロマトグラフィーで精製して化合物(3)’1.00gを得た(収率:43%)。なお、前記カラムクロマトグラフィーにおいて、充填剤としてシリカゲルを用い、展開溶媒としてクロロホルムを用いた。
化合物(3)’の融点は、140〜143℃であった。化合物(3)’のIRデータ及び1H−NMRデータを以下に示す。また、化合物(3)’のIRスペクトル及び1H−NMRスペクトルを図3及び4に示す。
・IR(KBr)
ν C=O;1730cm-1
ν C−H;2940cm-1
1H−NMR(CDCl3
δ=0.92(3H、t、J=6.9Hz)、1.33−1.57(6H、m)、1.83(2H、quin.、J=6.6Hz)、4.03(2H、q、J=6.6Hz)、6.52(1H、d、J=9.5Hz)、7.02(2H、d、J=8.9Hz)、7.46(1H、d、J=8.6Hz)、7.80(1H、d、J=9.5Hz)、7.92(2H、d、J=8.9Hz)、8.00(1H、d、J=2.3Hz)、8.09(1H、dd、J=8.6,2.3Hz)ppm
(Vi) Lithium Deposition Test for Lithium Ion Secondary Battery As a lithium ion secondary battery for the lithium deposition test, a single layer laminate type battery with 1C = 45.0 mA was prepared and used. The battery charged to 4.2 V at a constant current of 9.0 mA was discharged to 3.0 V at 9.0 mA, and further charged for 1.5 hours at a constant current of 45 mA. The rechargeable battery was disassembled in an atmosphere having a dew point of -60 ° C. or lower and a water concentration of 10 ppm or lower. The negative electrode surface of the disassembled battery was observed with an optical microscope having a magnification of 2000 times, and the lithium deposition behavior was evaluated according to the following criteria.
A: No precipitation of lithium is observed.
B: Precipitation of lithium is observed, but the surface of the precipitate is smooth.
C: Precipitation of lithium is observed, and sharp dendrites are observed on the surface of the precipitate.
In addition, precipitation of dendrite causes a short circuit of the battery, and causes a decrease in battery safety.
(Production Example 1)
[Method for Synthesizing Compound (3)]
Step 1: Synthesis of compound (a)
A mixed solution of 34.5 ml of concentrated nitric acid and 34.5 ml of concentrated sulfuric acid was added to a 300 ml eggplant flask. While cooling the eggplant flask in an ice bath, 15.0 g of coumarin was gradually added so that the temperature of the mixed solution did not exceed 20 ° C. When all the coumarin was added, the ice bath was removed and the reaction was allowed to stir at room temperature for 1 hour. The reaction solution was poured into 200 ml of water, and the precipitated solid was collected by filtration. The solid collected by filtration was recrystallized from toluene to obtain 13.1 g of light yellow solid compound (a) (yield: 66%). The melting point of the compound (a) was 188 to 189 ° C. IR data and 1 H-NMR data of the compound (a) are shown below.
・ IR (KBr)
ν N-O; 1350cm -1, 1530cm -1
ν C = O; 1700 cm -1
1 H-NMR (DMSO-d6)
δ = 6.69 (1H, d, J = 8.9 Hz), 7.62 (1H, d, J = 8.9 Hz), 8.23 (1H, d, J = 9.9 Hz), 8.41 (1H, dd, J = 9.9, 2.6 Hz), 8.73 (1H, d, J = 2.6 Hz) ppm
Step 2: Synthesis of compound (b)
In a 300 ml eggplant flask, 5.02 g of compound (a) was dissolved in a mixed solution of 100 ml of ethanol and 100 ml of toluene, and a hydrogenation reaction was performed in the presence of Pd / C. After the hydrogenation reaction, Pd / C was collected by filtration, and the filtrate was concentrated with an evaporator. The precipitated solid was recrystallized from toluene to obtain 1.97 g of a yellow solid compound (b) (yield: 78%). The melting point of the compound (b) was 160 to 162 ° C. IR data and 1 H-NMR data of the compound (b) are shown below.
・ IR (KBr)
ν C = O; 1700 cm -1
ν N—H; 3360 cm −1 , 3470 cm −1
1 H-NMR (DMSO)
δ = 5.24 (2H, s), 6.33 (1H, d, J = 9.6 Hz), 6.72 (1H, d, J = 2.6 Hz), 6.83 (1H, dd, J = 8.6, 2.6 Hz), 7.09 (1H, d, J = 8.6 Hz), 7.87 (1H, d, J = 9.6 Hz) ppm
Step 3: Synthesis of compound (c)
In a 300 ml eggplant flask, an aqueous solution of 12.7 ml of 12N hydrochloric acid and 14.4 ml of water was prepared under ice cooling at 5 ° C. To the aqueous solution, 1.97 g of the compound (b) and 1.13 g of sodium nitrite (NaNO 2 ) were added and stirred for 20 minutes. Furthermore, a mixed solution of 1.93 g of phenol, 0.96 g of sodium hydroxide and 14.7 ml of water was added and stirred. The precipitated solid was recrystallized from toluene to obtain 2.69 g of compound (c) (yield: 84%). The melting point of the compound (c) was 250 ° C. or higher. IR data and 1 H-NMR data of the compound (c) are shown below.
・ IR (KBr)
ν C = O; 1700 cm -1
ν O—H; 3200 cm −1
1 H-NMR (DMSO)
δ = 4.24 (1H, s), 6.55 (1H, d, J = 9.6 Hz), 6.77 (2H, d, J = 8.9 Hz), 7.51 (1H, d, J = 8.9 Hz), 7.73 (2H, d, J = 8.9 Hz), 8.02 (1H, dd, J = 8.9, 2.3 Hz), 8.15 (1H, d, J = 2.3 Hz), 8.20 (1H, d, J = 9.6 Hz) ppm
Step 4: Synthesis of compound (3)
In a 300 ml eggplant flask, 2.03 g of compound (c) was dissolved in 150 ml of 3-pentanone. To the resulting solution, 1.66 g of 1-bromooctane and 1.07 g of potassium carbonate were added and refluxed for 15 hours. The obtained solid was recrystallized from toluene and purified by column chromatography to obtain 1.40 g of compound (3) (yield: 44%). In the column chromatography, silica gel was used as a filler and chloroform was used as a developing solvent.
The melting point of the compound (3) was 136 to 138 ° C. IR data and 1 H-NMR data of the compound (3) are shown below. The IR spectrum and 1 H-NMR spectrum of the compound (3) are shown in FIGS.
・ IR (KBr)
ν C = O; 1700 cm -1
ν C—H; 3070 cm −1
1 H-NMR (CDCl 3 )
δ = 0.89 (3H, t, J = 6.6 Hz), 1.27-1.58 (10H, m), 1.83 (2H, q, J = 6.6 Hz), 4.05 (2H) Q, J = 6.6 Hz), 6.49 (1H, d, J = 9.6 Hz), 7.01 (2H, d, J = 8.9 Hz), 7.43 (1H, d, J = 8.6 Hz), 7.81 (1H, d, J = 9.6 Hz), 7.91 (2H, d, J = 8.9 Hz), 8.00 (1H, d, J = 2.3 Hz), 8.10 (1H, dd, J = 8.9, 2.3 Hz) ppm
(Production Example 2)
[Method for Synthesizing Compound (3) ′]
In a 300 ml eggplant flask, 3.00 g of compound (c) was dissolved in 150 ml of 3-pentanone. To the obtained solution, 1.99 g of 1-bromohexane and 1.57 g of potassium carbonate were added and refluxed for 15 hours. The obtained solid was recrystallized from toluene and purified by column chromatography to obtain 1.00 g of compound (3) (yield: 43%). In the column chromatography, silica gel was used as a filler and chloroform was used as a developing solvent.
The melting point of the compound (3) ′ was 140 to 143 ° C. IR data and 1 H-NMR data of the compound (3) ′ are shown below. Further, the IR spectrum and 1 H-NMR spectrum of the compound (3) ′ are shown in FIGS.
・ IR (KBr)
ν C═O; 1730 cm −1
ν C—H; 2940 cm −1
1 H-NMR (CDCl 3 )
δ = 0.92 (3H, t, J = 6.9 Hz), 1.33-1.57 (6H, m), 1.83 (2H, quin., J = 6.6 Hz), 4.03 ( 2H, q, J = 6.6 Hz), 6.52 (1H, d, J = 9.5 Hz), 7.02 (2H, d, J = 8.9 Hz), 7.46 (1H, d, J = 8.6 Hz), 7.80 (1H, d, J = 9.5 Hz), 7.92 (2H, d, J = 8.9 Hz), 8.00 (1H, d, J = 2.3 Hz) , 8.09 (1H, dd, J = 8.6, 2.3 Hz) ppm

(実施例1)
・電解液の調製
エチレンカーボネートとメチルエチルカーボネートとを質量比で1:2になるように混合し、その混合液に、LiPF6を1モル/Lになるよう添加してゲル化されていない電解液(A)を作製した(以下、ゲル化剤添加前の電解液を「母電解液」という。)。その母電解液(A)に対して、ゲル化剤として下記式(2)で表される化合物を添加し、70℃に加熱して均一に混合した後、25℃に降温して電解液(a)を得た。なお、ゲル化剤を少量から徐々に母電解液に添加していったところ、当該添加量が電解液の総量に対して2.0質量%に達したときに充分にゲル化したので、そこでゲル化剤の添加を停止した。すなわち、電解液(a)の総量に対するゲル化剤の含有量は2.0質量%であった。
なお、化合物(2)はMol.Cryst.Liq.Cryst.Vol.439、p209−220に記載の合成法に従って合成した。
Example 1
Preparation of electrolyte solution Ethylene carbonate and methyl ethyl carbonate are mixed at a mass ratio of 1: 2, and LiPF 6 is added to the mixture solution to a concentration of 1 mol / L, and electrolysis is not gelled. A liquid (A) was prepared (hereinafter, the electrolytic solution before addition of the gelling agent is referred to as “mother electrolytic solution”). To the mother electrolyte (A), a compound represented by the following formula (2) is added as a gelling agent, heated to 70 ° C. and uniformly mixed, then cooled to 25 ° C., and the electrolyte ( a) was obtained. In addition, when the gelling agent was gradually added to the mother electrolyte from a small amount, when the addition amount reached 2.0% by mass with respect to the total amount of the electrolyte, The addition of gelling agent was stopped. That is, the content of the gelling agent with respect to the total amount of the electrolytic solution (a) was 2.0% by mass.
In addition, compound (2) is Mol. Cryst. Liq. Cryst. Vol. 439, p209-220.

(実施例2)
母電解液(A)に代えて、エチレンカーボネートとプロピレンカーボネートとγ−ブチロラクトンとを質量比で1:1:2になるように混合し、その混合液にLiBF4を1.5モル/Lになるよう添加して作製した母電解液(B)を用いた以外は実施例1と同様にして、電解液(b)を得た。電解液(b)の総量に対するゲル化剤の含有量は2.0質量%であった。
(Example 2)
Instead of the mother electrolyte (A), ethylene carbonate, propylene carbonate, and γ-butyrolactone were mixed at a mass ratio of 1: 1: 2, and LiBF 4 was added to the mixture at 1.5 mol / L. An electrolytic solution (b) was obtained in the same manner as in Example 1 except that the mother electrolytic solution (B) prepared by adding the same was used. The content of the gelling agent with respect to the total amount of the electrolytic solution (b) was 2.0% by mass.

(実施例3)
ゲル化剤として、上記式(2)で表される化合物に代えて、下記式(3)で表される化合物を用いた以外は実施例1と同様にして、電解液(c)を得た。電解液(c)の総量に対するゲル化剤の含有量は1.0質量%であった。
(Example 3)
As a gelling agent, an electrolytic solution (c) was obtained in the same manner as in Example 1 except that a compound represented by the following formula (3) was used instead of the compound represented by the above formula (2). . The content of the gelling agent with respect to the total amount of the electrolytic solution (c) was 1.0% by mass.

(実施例4)
ゲル化剤として、上記式(2)で表される化合物に代えて、上記式(3)で表される化合物を用いた以外は実施例2と同様にして、電解液(d)を得た。電解液(d)の総量に対するゲル化剤の含有量は1.0質量%であった。
Example 4
An electrolytic solution (d) was obtained in the same manner as in Example 2, except that the compound represented by the above formula (2) was used as the gelling agent instead of the compound represented by the above formula (2). . The content of the gelling agent with respect to the total amount of the electrolytic solution (d) was 1.0% by mass.

実施例1〜4で得られた電解液について、上記「(i)電解液のゲル化能の評価」に記載の評価を行った。結果を表1に示す。   About the electrolyte solution obtained in Examples 1-4, evaluation as described in the said "(i) Evaluation of the gelatinization ability of electrolyte solution" was performed. The results are shown in Table 1.

(実施例5)
電解液(a)について、上記「(ii)電解液の保液性試験」に記載の試験を行った。結果を表2に示す。
(実施例6)
電解液(c)について、上記「(ii)電解液の保液性試験」に記載の試験を行った。結果を表2に示す。
(比較例1)
母電解液(A)について、上記「(ii)電解液の保液性試験」に記載の試験を行った。結果を表2に示す。
(Example 5)
The electrolytic solution (a) was subjected to the test described in the above “(ii) Electrolytic solution retention test”. The results are shown in Table 2.
(Example 6)
The electrolyte solution (c) was subjected to the test described in the above “(ii) Electrolyte solution retention test”. The results are shown in Table 2.
(Comparative Example 1)
The mother electrolyte (A) was subjected to the test described in “(ii) Liquid retention test of electrolyte”. The results are shown in Table 2.

(実施例7)
<正極の作製>
正極活物質として数平均粒子径11μmのリチウムのニッケル、マンガン及びコバルト混合酸化物と、導電助剤として数平均粒子径6.5μmのグラファイト炭素粉末及び数平均粒子径48nmのアセチレンブラック粉末と、バインダーとしてポリフッ化ビニリデン(PVDF)とを、混合酸化物:グラファイト炭素粉末:アセチレンブラック粉末:PVDF=100:4.2:1.8:4.6の質量比で混合した。得られた混合物にN−メチル−2−ピロリドンを固形分68質量%となるように投入して更に混合して、スラリー状の溶液を調製した。このスラリー状の溶液を厚さ20μmのアルミニウム箔の片面に塗布し、溶剤を乾燥除去した後、ロールプレスで圧延した。圧延後のものを直径16mmの円盤状に打ち抜いて正極(α)を得た。
(Example 7)
<Preparation of positive electrode>
Lithium nickel, manganese and cobalt mixed oxide having a number average particle diameter of 11 μm as a positive electrode active material, graphite carbon powder having a number average particle diameter of 6.5 μm and acetylene black powder having a number average particle diameter of 48 nm as a conductive auxiliary agent, and a binder Polyvinylidene fluoride (PVDF) as a mixed oxide: graphite carbon powder: acetylene black powder: PVDF = 100: 4.2: 1.8: 4.6. N-methyl-2-pyrrolidone was added to the obtained mixture so as to have a solid content of 68% by mass and further mixed to prepare a slurry solution. This slurry-like solution was applied to one side of an aluminum foil having a thickness of 20 μm, and the solvent was dried and removed, followed by rolling with a roll press. The rolled product was punched into a disk shape having a diameter of 16 mm to obtain a positive electrode (α).

<負極の作製>
負極活物質として数平均粒子径12.7μmのグラファイト炭素粉末I及び数平均粒子径6.5μmのグラファイト炭素粉末IIと、バインダーとしてカルボキシメチルセルロース溶液(固形分濃度1.83質量%)と、ジエン系ゴム(ガラス転移温度:−5℃、乾燥時の数平均粒子径:120nm、分散媒:水、固形分濃度40質量%)とを、グラファイト炭素粉末I:グラファイト炭素粉末II:カルボキシメチルセルロース溶液:ジエン系ゴム=90:10:1.44:1.76の固形分質量比で全体の固形分濃度が45質量%になるように混合して、スラリー状の溶液を調製した。このスラリー状の溶液を厚さ10μmの銅箔の片面に塗布し、溶剤を乾燥除去した後、ロールプレスで圧延した。圧延後のものを直径16mmの円盤状に打ち抜いて負極(β)を得た。
<Production of negative electrode>
Graphite carbon powder I having a number average particle diameter of 12.7 μm and graphite carbon powder II having a number average particle diameter of 6.5 μm as a negative electrode active material, a carboxymethylcellulose solution (solid content concentration 1.83% by mass) as a binder, and a diene system Rubber (glass transition temperature: −5 ° C., number average particle size upon drying: 120 nm, dispersion medium: water, solid content concentration 40% by mass), graphite carbon powder I: graphite carbon powder II: carboxymethyl cellulose solution: diene A rubber-like rubber was mixed at a solid content mass ratio of 90: 10: 1.44: 1.76 so that the total solid content concentration was 45% by mass to prepare a slurry solution. The slurry solution was applied to one side of a 10 μm thick copper foil, and the solvent was removed by drying, followed by rolling with a roll press. The rolled product was punched into a disk shape with a diameter of 16 mm to obtain a negative electrode (β).

<電池組み立て>
上述のようにして作製した正極(α)と負極(β)とをポリエチレンからなるセパレータ(膜厚25μm、空孔率50%、孔径0.1μm〜1μm)の両側に重ね合わせた積層体を、SUS製の円盤型電池ケースに挿入した。次いで、その電池ケース内に70℃に加熱した電解液(a)を0.5mL注入し、積層体を電解液(a)に浸漬した後、電池ケースを密閉してリチウムイオン二次電池(小型電池)を作製した。このリチウムイオン二次電池を70℃で1時間保持した後、25℃まで降温して電池(a)を得た。
<Battery assembly>
A laminate in which the positive electrode (α) and the negative electrode (β) produced as described above are superimposed on both sides of a polyethylene separator (film thickness: 25 μm, porosity: 50%, pore diameter: 0.1 μm to 1 μm) It was inserted into a SUS disk type battery case. Next, 0.5 mL of the electrolyte solution (a) heated to 70 ° C. was injected into the battery case, and the laminate was immersed in the electrolyte solution (a). Then, the battery case was sealed and a lithium ion secondary battery (small size) Battery). This lithium ion secondary battery was held at 70 ° C. for 1 hour, and then cooled to 25 ° C. to obtain a battery (a).

(実施例8)
電解液(a)に代えて、電解液(c)を用いた以外は実施例7と同様にして、電池(c)を得た。
(比較例2)
電解液(a)に代えて、母電解液(A)を用いた以外は実施例7と同様にして、電池(A)を得た。
(Example 8)
A battery (c) was obtained in the same manner as in Example 7 except that the electrolytic solution (c) was used instead of the electrolytic solution (a).
(Comparative Example 2)
A battery (A) was obtained in the same manner as in Example 7 except that the mother electrolyte (A) was used instead of the electrolyte (a).

(比較例3)
ゲル化剤として上記式(2)で表される化合物に代えて下記式(4)で表される化合物を用いた以外は実施例1と同様にして、電解液(e)を得た。電解液(a)に代えて、電解液(e)を用いた以外は実施例7と同様にして、電池(e)を得た。
なお、化合物(4)は特開2007−191626号に記載の合成法に従って合成した。
(Comparative Example 3)
An electrolytic solution (e) was obtained in the same manner as in Example 1 except that the compound represented by the following formula (4) was used as the gelling agent instead of the compound represented by the above formula (2). A battery (e) was obtained in the same manner as in Example 7 except that the electrolytic solution (e) was used instead of the electrolytic solution (a).
Compound (4) was synthesized according to the synthesis method described in JP2007-191626A.

(実施例9)
上述の正極(α)と負極(β)とをポリエチレンからなるセパレータ(膜厚25μm、空孔率50%、孔径0.1μm〜1μm)の両側に重ね合わせた積層体を、SUS製の円盤型電池ケースに挿入した。次いで、その電池ケース内に1mW/cm2の紫外光を照射してゾル化させた電解液(b)を0.5mL注入し、積層体を電解液(b)に浸漬した後、電池ケースを密閉してリチウムイオン二次電池(小型電池)を作製した。このリチウムイオン二次電池を70℃で1時間保持した後、25℃まで降温して電池(c2)を得た。
Example 9
A laminated body in which the above positive electrode (α) and negative electrode (β) are superposed on both sides of a separator made of polyethylene (film thickness: 25 μm, porosity: 50%, pore diameter: 0.1 μm to 1 μm) is made of SUS. Inserted into the battery case. Next, 0.5 mL of electrolyte solution (b) solated by irradiation with ultraviolet light of 1 mW / cm 2 was injected into the battery case, and the laminate was immersed in the electrolyte solution (b). A lithium ion secondary battery (small battery) was produced by sealing. This lithium ion secondary battery was held at 70 ° C. for 1 hour, and then cooled to 25 ° C. to obtain a battery (c2).

実施例7〜9、比較例2〜3の電池(a)、(c)、(c2)、(A)及び(e)について、上記「(iii)リチウムイオン二次電池の放電容量測定」及び「(iv)リチウムイオン二次電池の容量維持率測定(サイクル試験)」に記載の測定を行った。結果を表3に示す。   For the batteries (a), (c), (c2), (A) and (e) of Examples 7-9 and Comparative Examples 2-3, the above “(iii) Measurement of discharge capacity of lithium ion secondary battery” and The measurement described in “(iv) Capacity maintenance rate measurement of lithium ion secondary battery (cycle test)” was performed. The results are shown in Table 3.

また、実施例7〜8及び比較例2の電池(a)、(c)及び(A)について、上記「(v)リチウムイオン二次電池の低温での放電容量測定」に記載の測定を行った。結果を表4に示す。いずれの電池も低温放電が可能であり、ゲル化剤による低温特性の低下は認められなかった。   For the batteries (a), (c) and (A) of Examples 7 to 8 and Comparative Example 2, the measurement described in the above “(v) Measurement of discharge capacity of lithium ion secondary battery at low temperature” was performed. It was. The results are shown in Table 4. All batteries were capable of low-temperature discharge, and no deterioration in low-temperature characteristics due to the gelling agent was observed.

(実施例10)
<正極の作製>
正極活物質としてリチウムコバルト酸(LiCoO2)と、導電助剤としてアセチレンブラックと、バインダーとしてポリフッ化ビニリデン(PVdF)とを、89.5:4.5:6.0の質量比で混合した。得られた混合物にN−メチル−2−ピロリドンを更に混合して、スラリー状の溶液を調製した。このスラリー状の溶液を厚さ20μm、幅200nmのアルミニウム箔に塗布し、溶剤を乾燥除去した後、ロールプレスで圧延し、更に150℃で10時間真空乾燥を行い、50mm×30mmの矩形状に打ち抜いて正極(ε)を得た。なお、得られた電極における真空乾燥後の合材について、片面あたりの目付量が24.8g/cm2±3%、片面での厚さが82.6μm±3%、密度が3.0g・cm3±3%、塗工幅がアルミニウム箔の幅200nmに対して150nmになるように溶剤量を調整しながら、上記スラリー状の溶液を調製した。
(Example 10)
<Preparation of positive electrode>
Lithium cobalt acid (LiCoO 2 ) as a positive electrode active material, acetylene black as a conductive additive, and polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder were mixed at a mass ratio of 89.5: 4.5: 6.0. N-methyl-2-pyrrolidone was further mixed with the obtained mixture to prepare a slurry solution. This slurry solution was applied to an aluminum foil having a thickness of 20 μm and a width of 200 nm, and the solvent was removed by drying, followed by rolling with a roll press and further vacuum drying at 150 ° C. for 10 hours to form a rectangular shape of 50 mm × 30 mm. A positive electrode (ε) was obtained by punching. In addition, about the compound material after the vacuum drying in the obtained electrode, the basis weight per one side is 24.8 g / cm 2 ± 3%, the thickness on one side is 82.6 μm ± 3%, and the density is 3.0 g · The slurry-like solution was prepared while adjusting the amount of the solvent so that the coating width was 150 nm with respect to the width of 200 mm of the aluminum foil and cm 3 ± 3%.

<負極の作製>
負極活物質としてグラファイト炭素粉末(商品名「MCMB25−28」、大阪ガスケミカル(株)製)と、導電助剤としてアセチレンブラックと、バインダーとしてポリフッ化ビニリデン(PVdF)とを、順に93.0:2.0:5.0の質量比で混合した。得られた混合物にN−メチル−2−ピロリドンを更に混合して、スラリー状の溶液を調製した。このスラリー状の溶液を厚さ14μm、幅200nmの銅箔に塗布し、溶剤を乾燥除去した後、ロールプレスで圧延し、更に150℃で10時間真空乾燥を行い、52mm×32mmに打ち抜いて負極(ζ)を得た。なお、得られた電極における真空乾燥後の合材について、片面あたりの目付量が11.8g/cm2±3%、片面での厚さが84.6μm±3%、密度が1.4g・cm3±3%、塗工幅が銅箔の幅200nmに対して150nmになるように溶剤量を調整しながら、上記スラリー状の溶液を調製した。
<Production of negative electrode>
Graphite carbon powder (trade name “MCMB25-28”, manufactured by Osaka Gas Chemical Co., Ltd.) as the negative electrode active material, acetylene black as the conductive additive, and polyvinylidene fluoride (PVdF) as the binder in this order 93.0: Mixing was performed at a mass ratio of 2.0: 5.0. N-methyl-2-pyrrolidone was further mixed with the obtained mixture to prepare a slurry solution. This slurry solution was applied to a copper foil having a thickness of 14 μm and a width of 200 nm, and after removing the solvent by drying, it was rolled with a roll press, further vacuum dried at 150 ° C. for 10 hours, and punched to 52 mm × 32 mm. (Ζ) was obtained. In addition, about the composite material after the vacuum drying in the obtained electrode, the amount per unit area is 11.8 g / cm 2 ± 3%, the thickness on one side is 84.6 μm ± 3%, and the density is 1.4 g · The slurry-like solution was prepared while adjusting the amount of solvent so that cm 3 ± 3% and the coating width was 150 nm with respect to the width of the copper foil of 200 nm.

<電池組み立て>
アルミニウム層と樹脂層とを積層したラミネートフィルム(絞り加工なし、厚さ120μm、68mm×48mm)2枚を、アルミニウム層側を外側にして重ねて、三辺をシールしてラミネートセル外装を作製した。続いて、セパレータとしてポリエチレン製微多孔膜(膜厚20μm、53mm×33mm)を用意し、上述のようにして作製した正極(ε)と負極(ζ)とをセパレータを介して交互に複数重ね合わせた積層体を、ラミネートセル外装内に配置した。上記<正極の作製>および<負極の作製>の記載にあわせて、次いで、そのセル外装内に75℃に加熱した電解液(a)を注入し、積層体を電解液に浸漬した。なお、電解液(a)の注入は、大気圧と100mmHgの減圧とを気泡発生がなくなるまで繰り返しながら行った。100mmHgに減圧した環境下でラミネートセル外装の残りの一辺をシールしてリチウムイオン二次電池を得た。得られた電池を75℃で2.5時間保持した後、25℃まで降温して電池(a2)を得た。
<Battery assembly>
Two laminated films (no drawing, thickness 120 μm, 68 mm × 48 mm) laminated with an aluminum layer and a resin layer were stacked with the aluminum layer side facing out, and three sides were sealed to produce a laminate cell exterior. . Subsequently, a polyethylene microporous membrane (film thickness 20 μm, 53 mm × 33 mm) is prepared as a separator, and a plurality of positive electrodes (ε) and negative electrodes (ζ) produced as described above are alternately stacked via separators. The laminated body was placed in the laminate cell exterior. In accordance with the description of <Preparation of Positive Electrode> and <Preparation of Negative Electrode>, an electrolytic solution (a) heated to 75 ° C. was then injected into the cell exterior, and the laminate was immersed in the electrolytic solution. In addition, injection | pouring of electrolyte solution (a) was performed repeating the atmospheric pressure and pressure reduction of 100 mmHg until there was no bubble generation. The remaining side of the laminate cell exterior was sealed in an environment reduced to 100 mmHg to obtain a lithium ion secondary battery. The obtained battery was held at 75 ° C. for 2.5 hours, and then cooled to 25 ° C. to obtain a battery (a2).

(比較例4)
電解液(a)に代えて、母電解液(A)を用いた以外は実施例10と同様にして、電池(A2;単層ラミネート型電池)を得た。
(Comparative Example 4)
A battery (A2; single-layer laminated battery) was obtained in the same manner as in Example 10 except that the mother electrolyte (A) was used instead of the electrolyte (a).

実施例10及び比較例4の電池(a2)及び(A2)について、上記「(vi)リチウムイオン二次電池のリチウム析出試験」に記載の試験を行った。結果を表5に示す。電池(a2)では析出が抑制され、安全性が向上した電池となった。
The batteries described in Example 10 and Comparative Example 4 (a2) and (A2) were subjected to the test described in the above “(vi) Lithium deposition test of lithium ion secondary battery”. The results are shown in Table 5. In the battery (a2), precipitation was suppressed and a battery with improved safety was obtained.

本発明のリチウムイオン二次電池は、例えば携帯電話、携帯オーディオ、パソコンなどの携帯機器に加え、ハイブリッド自動車、プラグインハイブリッド自動車、電気自動車などの自動車用充電池としての利用も期待される。   The lithium ion secondary battery of the present invention is expected to be used as a rechargeable battery for automobiles such as hybrid vehicles, plug-in hybrid vehicles, and electric vehicles, in addition to portable devices such as mobile phones, portable audio devices, and personal computers.

Claims (5)

非水溶媒と、電解質と、下記一般式(1)で表される化合物と、を含有し、
前記電解質がLiPF6及び/又はLiBF4である、リチウムイオン二次電池又はリチウムイオンキャパシタ用電解液。
R−O−Ar−X−C (1)
(式(1)中、
Rは、主鎖の炭素数4〜18の直鎖のアルキル基を示し、
Arは、フェニレン基、ビフェニレン基、ナフチレン基、ターフェニレン基及びアントラニレン基からなる群より選ばれる基であり
Xは、下記式(1a)若しくは(1e)の2価の基、又は下記式(1a)及び(1e)が結合した2価の基を示し、
Cは、下記式(1z)で表されるクマリン部位を示し、下記式(1z)中、R1は、水素原子を示す。
A non-aqueous solvent, an electrolyte, and a compound represented by the following general formula (1),
An electrolyte for a lithium ion secondary battery or a lithium ion capacitor, wherein the electrolyte is LiPF 6 and / or LiBF 4 .
R—O—Ar—X—C (1)
(In the formula (1),
R represents a linear alkyl group having 4 to 18 carbon atoms in the main chain;
Ar is a group selected from the group consisting of a phenylene group, a biphenylene group, a naphthylene group, a terphenylene group and an anthranylene group ,
X represents a divalent group of the following formula (1a) or (1e), or a divalent group to which the following formulas (1a) and (1e) are bonded,
C represents a coumarin moiety represented by the following formula (1z), and R 1 represents a hydrogen atom in the following formula (1z).
前記電解液がゲル化している、請求項1に記載のリチウムイオン二次電池又はリチウムイオンキャパシタ用電解液。 The lithium ion secondary battery or lithium ion capacitor electrolyte solution according to claim 1, wherein the electrolyte solution is gelled. 正極活物質としてリチウムイオンを吸蔵及び放出することが可能な材料からなる群より選ばれる1種以上の材料を含有する正極と、
負極活物質としてリチウムイオンを吸蔵及び放出することが可能な材料及び金属リチウムからなる群より選ばれる1種以上の材料を含有する負極と、
請求項1又は2に記載の電解液と、を備えるリチウムイオン二次電池。
A positive electrode containing at least one material selected from the group consisting of materials capable of inserting and extracting lithium ions as a positive electrode active material;
A negative electrode containing at least one material selected from the group consisting of a material capable of inserting and extracting lithium ions as a negative electrode active material and metallic lithium;
Lithium ion secondary batteries comprising an electrolyte solution according to claim 1 or 2.
前記正極が、前記正極活物質として、リチウム含有化合物を含む、請求項に記載のリチウムイオン二次電池。 The lithium ion secondary battery according to claim 3 , wherein the positive electrode includes a lithium-containing compound as the positive electrode active material. 前記負極が、前記負極活物質として、金属リチウム、炭素材料、リチウムと合金形成が可能な元素を含む材料、及び、リチウム含有化合物からなる群より選ばれる1種以上の材料を含有する、請求項又はに記載のリチウムイオン二次電池。 The negative electrode contains, as the negative electrode active material, at least one material selected from the group consisting of metallic lithium, a carbon material, a material containing an element capable of forming an alloy with lithium, and a lithium-containing compound. The lithium ion secondary battery according to 3 or 4 .
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