JP5625487B2 - Negative electrode for lithium ion secondary battery, lithium ion secondary battery, and method for producing negative electrode for lithium ion secondary battery - Google Patents

Negative electrode for lithium ion secondary battery, lithium ion secondary battery, and method for producing negative electrode for lithium ion secondary battery Download PDF

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Description

本発明は、リチウムイオン二次電池用負極、リチウムイオン二次電池及びリチウムイオン二次電池用負極の製造方法に関する。   The present invention relates to a negative electrode for a lithium ion secondary battery, a lithium ion secondary battery, and a method for producing a negative electrode for a lithium ion secondary battery.

従来、リチウムイオン二次電池では、電解質として有機電解液を用いており、例えば、電池の短絡、過充電、高温下での放置等により、正負極活物質が不安定になり、ある温度に達すると電池内の有機電解液成分と発熱反応を徐々に開始することがある。このような、非水電解液二次電池の安全性を向上させる改善策として、種々の方法が提案されている。例えば、電池の温度上昇に伴う内圧上昇を利用して、電流が流れるリード部を機械的に切る電流遮断器を備えたものや(例えば、特許文献1参照)、電池内部が高温となると抵抗値が増加するPTC素子を備えたもの(例えば、特許文献2参照)等が提案されている。また、電池内部に感熱性マイクロカプセルを含有し、電池温度の上昇に伴い、重合性物質を放出し電解液を重合させることによってシャットダウンさせるものや(例えば、特許文献3参照)、その他、融点の低いポリプロピレンやポリエチレンをセパレータに用い電池内部温度上昇に伴うセパレータのシャットダウン効果により過電流をカットするもの等も提案されている。   Conventionally, in lithium ion secondary batteries, an organic electrolyte is used as an electrolyte. For example, when the battery is short-circuited, overcharged, or left under high temperature, the positive and negative electrode active materials become unstable and reach a certain temperature. Then, an exothermic reaction with the organic electrolyte component in the battery may start gradually. Various methods have been proposed as improvement measures for improving the safety of such non-aqueous electrolyte secondary batteries. For example, a device equipped with a current breaker that mechanically cuts a lead portion through which a current flows using the increase in internal pressure accompanying the temperature rise of the battery (see, for example, Patent Document 1), or a resistance value when the temperature inside the battery becomes high For example, a device including a PTC element in which the number of PTC elements increases (see, for example, Patent Document 2) has been proposed. In addition, a thermosensitive microcapsule is contained inside the battery, and as the battery temperature rises, it is shut down by releasing a polymerizable substance and polymerizing an electrolyte solution (for example, see Patent Document 3). Proposals have been made of using low polypropylene or polyethylene as the separator to cut off the overcurrent due to the shutdown effect of the separator as the battery internal temperature rises.

特開2000−113874号公報JP 2000-113834 A 特開平11−273651号公報JP 11-273651 A 特開平10−270084号公報JP-A-10-270084

しかしながら、上述の特許文献1,2の方法では、電池構成が複雑化してしまう問題があった。また、特許文献3の方法では、重合反応に時間がかかるなどの問題があった。このように、リチウム二次電池の発熱を抑制するものは提案されているが、まだ十分ではなく、リチウム二次電池において、発熱反応を抑制することが望まれていた。   However, the methods disclosed in Patent Documents 1 and 2 have a problem that the battery configuration becomes complicated. Further, the method of Patent Document 3 has a problem that it takes time for the polymerization reaction. Thus, although what suppresses the heat_generation | fever of a lithium secondary battery is proposed, it is not enough yet, and it was desired to suppress an exothermic reaction in a lithium secondary battery.

本発明は、このような課題に鑑みなされたものであり、炭素材料を含む負極活物質での発熱反応をより抑制することができるリチウムイオン二次電池用負極及びリチウムイオン二次電池を提供することを主目的とする。   This invention is made | formed in view of such a subject, and provides the negative electrode for lithium ion secondary batteries which can suppress more exothermic reaction in the negative electrode active material containing a carbon material, and a lithium ion secondary battery. The main purpose.

上述した目的を達成するために鋭意研究したところ、本発明者らは、所定の2種以上の化合物を含む添加剤を、黒鉛の負極活物質と共に混合して負極を作製すると、炭素材料を含む負極活物質での発熱反応をより抑制することができることを見いだし、本発明を完成するに至った。   As a result of diligent research to achieve the above-described object, the inventors of the present invention have mixed carbon additives with an additive containing two or more predetermined compounds together with a graphite negative electrode active material to produce a carbon material. It has been found that the exothermic reaction in the negative electrode active material can be further suppressed, and the present invention has been completed.

即ち、本発明のリチウムイオン二次電池用負極は、リチウムを吸蔵・放出可能な炭素材料を含む負極活物質と、ジカルボン酸(Rr[C(=O)OH]2)、ジカルボン酸アミド(Rr[C(=O)NH22)、アミド酸(Rr[C(=O)OH][C(=O)NH2])、ジカルボン酸イミド(Rr[C(OH)(=NH)]2)、ビスチオカルボン酸(Rr[C(=O)SH]2)、ビスジチオカルボン酸(Rr[C(=S)SH]2)、ジスルフィン酸(Rr[S(=O)OH]2)、またはこれらのアルカリ金属塩(Rは、炭素数1〜10のアルキル、炭素数1〜10のハロゲン化アルキル、炭素数6〜20のアリール、炭素数6〜20のハロゲン化アリール(これらのアルキルおよびアリールはその構造中に置換基、ヘテロ原子を持ってもよい)。rは0又は1を表す。)から選ばれる1以上である第1化合物と、遷移元素及び周期表の12族、13族、14族、15族元素、から選ばれる1以上の元素についての、酸化物、オキソ酸、オキソ酸のアルカリ金属塩から選ばれる1以上である第2化合物と、を含む添加剤と、を含有しているものである。 That is, the negative electrode for a lithium ion secondary battery according to the present invention includes a negative electrode active material containing a carbon material capable of inserting and extracting lithium, a dicarboxylic acid (R r [C (═O) OH] 2 ), a dicarboxylic acid amide ( R r [C (═O) NH 2 ] 2 ), amic acid (R r [C (═O) OH] [C (═O) NH 2 ]), dicarboxylic imide (R r [C (OH) ( = NH)] 2), bis thio carboxylic acid (R r [C (= O ) SH] 2), bis dithio carboxylic acid (R r [C (= S ) SH] 2), Jisurufin acid (R r [S ( ═O) OH] 2 ), or an alkali metal salt thereof (R is alkyl having 1 to 10 carbon atoms, halogenated alkyl having 1 to 10 carbon atoms, aryl having 6 to 20 carbon atoms, or 6 to 20 carbon atoms. Aryl halides (these alkyls and aryls have substituents, heteroatoms in their structure) And r represents 0 or 1.) 1 selected from 1st group selected from 1), transition element and 12th group, 13th group, 14th group, 15th group element of periodic table And an additive containing at least one second compound selected from oxides, oxoacids, and alkali metal salts of oxoacids.

あるいは、本発明のリチウムイオン二次電池用負極は、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な炭素材料を含む負極活物質と、一般式(1)における異なる構成要素を含む2種以上の化合物を含む添加剤と、を含有しているものである。   Alternatively, the negative electrode for a lithium ion secondary battery of the present invention is an additive containing a negative electrode active material containing a carbon material capable of occluding and releasing lithium ions and two or more compounds containing different constituents in the general formula (1) And an agent.

Figure 0005625487
(但し、Mは、遷移元素、周期表の12族、13族、14族又は15族元素を表す;Aa+は金属イオン、プロトン又はオニウムイオン、aは1〜3の整数、pはb/a;bは1〜3の整数、mは1〜4の整数、nは0〜8の整数を表す;R1は、−C(=O)−C(=O)−、−C(=O)−R5−C(=O)−、−C(=NH)−C(=NH)−、−C(=NH)−R5−C(=NH)−、−C(=S)−C(=S)、−C(=S)−R5−C(=S)−、−S(=O)−S(=O)−、−S(=O)−R5−S(=O)−を表す;R5は炭素数1〜10のアルキレン、炭素数1〜10のハロゲン化アルキレン、炭素数6〜20のアリーレン又は炭素数6〜20のハロゲン化アリーレン(これらのアルキレン及びアリーレンはその構造中に置換基、ヘテロ原子を持っていてもよく、またmが2〜4のときにはm個のR5はそれぞれが結合していてもよい)を表す;R2は、ハロゲン、炭素数1〜10のアルキル、炭素数1〜10のハロゲン化アルキル、炭素数6〜20のアリール、炭素数6〜20のハロゲン化アリール(これらのアルキル及びアリールはその構造中に置換基、ヘテロ原子を持っていてもよく、またnが2〜8のときにはn個のR2はそれぞれが結合して環を形成してもよい)又は−X33を表す;X1,X2及びX3は、それぞれが独立でO,S又はNR4を表す;R3及びR4は、それぞれが独立で水素、炭素数1〜10のアルキル、炭素数1〜10のハロゲン化アルキル、炭素数6〜20のアリール、炭素数6〜20のハロゲン化アリール(これらのアルキル及びアリールはその構造中に置換基、ヘテロ原子を持っていてもよく、R3又はR4は複数個存在する場合にはそれぞれが結合して環を形成してもよい)を表す)
Figure 0005625487
(However, M represents a transition element, a group 12, 13, 14, or 15 element of the periodic table; A a + represents a metal ion, proton or onium ion, a represents an integer of 1 to 3, and p represents b / a; b represents an integer of 1 to 3, m represents an integer of 1 to 4, n represents an integer of 0 to 8; R 1 represents —C (═O) —C (═O) —, —C (= O) -R 5 -C (= O ) -, - C (= NH) -C (= NH) -, - C (= NH) -R 5 -C (= NH) -, - C (= S) -C (= S), -C (= S) -R < 5 > -C (= S)-, -S (= O) -S (= O)-, -S (= O) -R < 5 > -S ( ═O) —; R 5 is alkylene having 1 to 10 carbons, halogenated alkylene having 1 to 10 carbons, arylene having 6 to 20 carbons or halogenated arylene having 6 to 20 carbons (these alkylene and Arylene is placed in the structure. Each of which may have a substituent, a heteroatom, and when m is 2 to 4, m R 5 s may be bonded to each other); R 2 is halogen, having 1 to 10 carbon atoms Alkyl, halogenated alkyl having 1 to 10 carbon atoms, aryl having 6 to 20 carbon atoms, aryl halide having 6 to 20 carbon atoms (these alkyl and aryl may have a substituent or a hetero atom in the structure thereof). And when n is 2 to 8, n R 2 s may be bonded to form a ring) or —X 3 R 3 ; X 1 , X 2 and X 3 are each Independently represents O, S or NR 4 ; R 3 and R 4 each independently represent hydrogen, alkyl having 1 to 10 carbons, halogenated alkyl having 1 to 10 carbons, aryl having 6 to 20 carbons, Aryl halides having 6 to 20 carbon atoms (these alkyl and Reel substituent group in its structure, may have a hetero atom, R 3 or R 4 represents may form a ring) is bonded to each other if there are a plurality)

本発明のリチウムイオン二次電池は、正極活物質を有する正極と、上述したリチウムイオン二次電池用負極と、前記正極と前記負極との間に介在し、リチウムイオンを伝導するイオン伝導媒体と、を備えたものである。   The lithium ion secondary battery of the present invention includes a positive electrode having a positive electrode active material, a negative electrode for a lithium ion secondary battery described above, an ion conductive medium that is interposed between the positive electrode and the negative electrode, and conducts lithium ions. , With.

本発明のリチウムイオン二次電池用負極の製造方法は、
リチウムイオンを吸蔵・放出可能な炭素材料を含む負極活物質と、ジカルボン酸(Rr[C(=O)OH]2)、ジカルボン酸アミド(Rr[C(=O)NH22)、アミド酸(Rr[C(=O)OH][C(=O)NH2])、ジカルボン酸イミド(Rr[C(OH)(=NH)]2)、ビスチオカルボン酸(Rr[C(=O)SH]2)、ビスジチオカルボン酸(Rr[C(=S)SH]2)、ジスルフィン酸(Rr[S(=O)OH]2)、またはこれらのアルカリ金属塩(Rは、炭素数1〜10のアルキル、炭素数1〜10のハロゲン化アルキル、炭素数6〜20のアリール、炭素数6〜20のハロゲン化アリール(これらのアルキルおよびアリールはその構造中に置換基、ヘテロ原子を持ってもよい)。rは0又は1を表す。)から選ばれる1以上である第1化合物と、遷移元素及び周期表の12族、13族、14族、15族元素、から選ばれる1以上の元素についての、酸化物、オキソ酸、オキソ酸のアルカリ金属塩から選ばれる1以上である第2化合物と、を含む添加剤と、を混合する工程、を含むものである。
The method for producing a negative electrode for a lithium ion secondary battery of the present invention is as follows.
A negative electrode active material containing a carbon material capable of occluding and releasing lithium ions, a dicarboxylic acid (R r [C (═O) OH] 2 ), a dicarboxylic acid amide (R r [C (═O) NH 2 ] 2 ) , Amic acid (R r [C (═O) OH] [C (═O) NH 2 ]), dicarboxylic acid imide (R r [C (OH) (═NH)] 2 ), bisthiocarboxylic acid (R r [C (= O) SH] 2), bis dithio carboxylic acid (R r [C (= S ) SH] 2), Jisurufin acid (R r [S (= O ) OH] 2), or their alkali metal Salt (R is alkyl having 1 to 10 carbon atoms, alkyl halide having 1 to 10 carbon atoms, aryl having 6 to 20 carbon atoms, aryl halide having 6 to 20 carbon atoms (these alkyl and aryl are in the structure) And may have a substituent or a hetero atom.) R represents 0 or 1) Oxides, oxoacids, oxoacids of a first compound that is one or more selected from the group consisting of a transition element and one or more elements selected from group 12, group 13, group 14 and group 15 of the periodic table A step of mixing an additive containing one or more second compounds selected from alkali metal salts.

あるいは、本発明のリチウムイオン二次電池用負極の製造方法は、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な炭素材料を含む負極活物質と、一般式(1)における異なる構成要素を含む2種以上の化合物を含む添加剤と、を混合する工程、を含むものである。   Or the manufacturing method of the negative electrode for lithium ion secondary batteries of this invention WHEREIN: Two or more types of compounds containing the negative electrode active material containing the carbon material which can occlude / release lithium ion, and a different structural element in General formula (1) And an additive containing.

Figure 0005625487
(但し、Mは、遷移元素、周期表の12族、13族、14族又は15族元素を表す;Aa+は金属イオン、プロトン又はオニウムイオン、aは1〜3の整数、pはb/a;bは1〜3の整数、mは1〜4の整数、nは0〜8の整数を表す;R1は、−C(=O)−C(=O)−、−C(=O)−R5−C(=O)−、−C(=NH)−C(=NH)−、−C(=NH)−R5−C(=NH)−、−C(=S)−C(=S)、−C(=S)−R5−C(=S)−、−S(=O)−S(=O)−、−S(=O)−R5−S(=O)−を表す;R5は炭素数1〜10のアルキレン、炭素数1〜10のハロゲン化アルキレン、炭素数6〜20のアリーレン又は炭素数6〜20のハロゲン化アリーレン(これらのアルキレン及びアリーレンはその構造中に置換基、ヘテロ原子を持っていてもよく、またmが2〜4のときにはm個のR5はそれぞれが結合していてもよい)を表す;R2は、ハロゲン、炭素数1〜10のアルキル、炭素数1〜10のハロゲン化アルキル、炭素数6〜20のアリール、炭素数6〜20のハロゲン化アリール(これらのアルキル及びアリールはその構造中に置換基、ヘテロ原子を持っていてもよく、またnが2〜8のときにはn個のR2はそれぞれが結合して環を形成してもよい)又は−X33を表す;X1,X2及びX3は、それぞれが独立でO,S又はNR4を表す;R3及びR4は、それぞれが独立で水素、炭素数1〜10のアルキル、炭素数1〜10のハロゲン化アルキル、炭素数6〜20のアリール、炭素数6〜20のハロゲン化アリール(これらのアルキル及びアリールはその構造中に置換基、ヘテロ原子を持っていてもよく、R3又はR4は複数個存在する場合にはそれぞれが結合して環を形成してもよい)を表す)
Figure 0005625487
(However, M represents a transition element, a group 12, 13, 14, or 15 element of the periodic table; A a + represents a metal ion, proton or onium ion, a represents an integer of 1 to 3, and p represents b / a; b represents an integer of 1 to 3, m represents an integer of 1 to 4, n represents an integer of 0 to 8; R 1 represents —C (═O) —C (═O) —, —C (= O) -R 5 -C (= O ) -, - C (= NH) -C (= NH) -, - C (= NH) -R 5 -C (= NH) -, - C (= S) -C (= S), -C (= S) -R < 5 > -C (= S)-, -S (= O) -S (= O)-, -S (= O) -R < 5 > -S ( ═O) —; R 5 is alkylene having 1 to 10 carbons, halogenated alkylene having 1 to 10 carbons, arylene having 6 to 20 carbons or halogenated arylene having 6 to 20 carbons (these alkylene and Arylene is placed in the structure. Each of which may have a substituent, a heteroatom, and when m is 2 to 4, m R 5 s may be bonded to each other); R 2 is halogen, having 1 to 10 carbon atoms Alkyl, halogenated alkyl having 1 to 10 carbon atoms, aryl having 6 to 20 carbon atoms, aryl halide having 6 to 20 carbon atoms (these alkyl and aryl may have a substituent or a hetero atom in the structure thereof). And when n is 2 to 8, n R 2 s may be bonded to form a ring) or —X 3 R 3 ; X 1 , X 2 and X 3 are each Independently represents O, S or NR 4 ; R 3 and R 4 each independently represent hydrogen, alkyl having 1 to 10 carbons, halogenated alkyl having 1 to 10 carbons, aryl having 6 to 20 carbons, Aryl halides having 6 to 20 carbon atoms (these alkyl and Reel substituent group in its structure, may have a hetero atom, R 3 or R 4 represents may form a ring) is bonded to each other if there are a plurality)

本発明のリチウムイオン二次電池用負極及びリチウムイオン二次電池は、炭素材料を含む負極活物質での発熱反応をより抑制することができる。このような効果が得られる理由は明らかではないが、以下のように推測される。例えば、上述の第1化合物および第2化合物などの2種以上の化合物を含む添加剤は、初回充電時に負極活物質上で分解するなどして安定なSEI(Solid Electrolyte Interface)被膜を形成すると考えられる。ここでは、上述した第1化合物と第2化合物などの2種以上の化合物を含む添加剤と負極活物質とが負極内に混合して存在するため、安定した被膜が形成されやすく、この被膜によって負極活物質の発熱反応をより抑えることができるものと推察される。   The negative electrode for lithium ion secondary batteries and the lithium ion secondary battery of the present invention can further suppress an exothermic reaction in a negative electrode active material containing a carbon material. The reason why such an effect is obtained is not clear, but is presumed as follows. For example, it is considered that an additive containing two or more compounds such as the first compound and the second compound described above forms a stable SEI (Solid Electrolyte Interface) film by decomposing on the negative electrode active material during the initial charge. It is done. Here, since the additive containing two or more compounds such as the first compound and the second compound described above and the negative electrode active material are mixed in the negative electrode, a stable film is easily formed. It is presumed that the exothermic reaction of the negative electrode active material can be further suppressed.

一般式(1)で表される化合物の構成要素を説明する説明図。Explanatory drawing explaining the component of the compound represented by General formula (1). 本発明のリチウムイオン二次電池10の一例を示す模式図。The schematic diagram which shows an example of the lithium ion secondary battery 10 of this invention. 実施例1の二極式セルの充放電曲線及びDSC測定結果。The charging / discharging curve and DSC measurement result of the bipolar cell of Example 1. 実施例2の二極式セルの充放電曲線及びDSC測定結果。The charging / discharging curve and DSC measurement result of the bipolar cell of Example 2. 実施例3の二極式セルの充放電曲線及びDSC測定結果。The charging / discharging curve and DSC measurement result of the bipolar cell of Example 3. 実施例4の二極式セルの充放電曲線及びDSC測定結果。The charging / discharging curve and DSC measurement result of the bipolar cell of Example 4. 実施例5の二極式セルの充放電曲線及びDSC測定結果。The charging / discharging curve and DSC measurement result of the bipolar cell of Example 5. 実施例6の二極式セルの充放電曲線及びDSC測定結果。The charging / discharging curve and DSC measurement result of the bipolar cell of Example 6. 比較例1の二極式セルの充放電曲線及びDSC測定結果。The charging / discharging curve and DSC measurement result of the bipolar cell of the comparative example 1. 比較例2の二極式セルの充放電曲線及びDSC測定結果。The charging / discharging curve of the bipolar cell of the comparative example 2 and a DSC measurement result. 比較例3の二極式セルの充放電曲線及びDSC測定結果。The charging / discharging curve of the bipolar cell of the comparative example 3, and a DSC measurement result. 比較例4の二極式セルの充放電曲線及びDSC測定結果。The charging / discharging curve of the bipolar cell of the comparative example 4, and a DSC measurement result.

本発明の第1の実施形態のリチウムイオン二次電池用負極(以下、第1の負極とも称する)は、リチウムを吸蔵・放出可能な炭素材料を含む負極活物質と、所定の第1化合物と所定の第2化合物とを含む添加剤と、を含有しているものである。ここでは、少なくとも充放電前において、第1化合物と第2化合物とが負極内に存在するものとしてもよい。   A negative electrode for a lithium ion secondary battery according to the first embodiment of the present invention (hereinafter also referred to as a first negative electrode) includes a negative electrode active material containing a carbon material capable of occluding and releasing lithium, a predetermined first compound, And an additive containing a predetermined second compound. Here, at least before charge / discharge, the first compound and the second compound may be present in the negative electrode.

第1の負極において、上述した第1化合物は、ジカルボン酸(Rr[C(=O)OH]2)、ジカルボン酸アミド(Rr[C(=O)NH22)、アミド酸(Rr[C(=O)OH][C(=O)NH2])、ジカルボン酸イミド(Rr[C(OH)(=NH)]2)、ビスチオカルボン酸(Rr[C(=O)SH]2)、ビスジチオカルボン酸(Rr[C(=S)SH]2)、ジスルフィン酸(Rr[S(=O)OH]2)、またはこれらのアルカリ金属塩である。ここで、Rは、炭素数1〜10のアルキル、炭素数1〜10のハロゲン化アルキル、炭素数6〜20のアリール、炭素数6〜20のハロゲン化アリールから選ばれる1以上である。これらのアルキルおよびアリールはその構造中に置換基、ヘテロ原子を持ってもよい。具体的には、アルキレン及びアリーレン上の水素の代わりに、ハロゲン、鎖状又は環状のアルキル基、アリール基、アルケニル基、アルコキシ基、アリーロキシ基、スルホニル基、アミノ基、シアノ基、カルボニル基、アシル基、アミド基、水酸基を置換基として持っていてもよいし、アルキレン及びアリーレン上の炭素の代わりに、窒素、硫黄、酸素が導入された構造であってもよい。また、rは0又は1を表す。 In the first negative electrode, the first compound described above includes dicarboxylic acid (R r [C (═O) OH] 2 ), dicarboxylic acid amide (R r [C (═O) NH 2 ] 2 ), amic acid ( R r [C (═O) OH] [C (═O) NH 2 ]), dicarboxylic imide (R r [C (OH) (═NH)] 2 ), bisthiocarboxylic acid (R r [C (= O) SH] 2), bis dithio carboxylic acid (R r [C (= S ) SH] 2), Jisurufin acid (R r [S (= O ) OH] 2), or alkali metal salts thereof. Here, R is one or more selected from alkyl having 1 to 10 carbon atoms, halogenated alkyl having 1 to 10 carbon atoms, aryl having 6 to 20 carbon atoms, and aryl halide having 6 to 20 carbon atoms. These alkyls and aryls may have a substituent or a hetero atom in the structure. Specifically, instead of hydrogen on alkylene and arylene, halogen, chain or cyclic alkyl group, aryl group, alkenyl group, alkoxy group, aryloxy group, sulfonyl group, amino group, cyano group, carbonyl group, acyl It may have a group, an amide group or a hydroxyl group as a substituent, or may have a structure in which nitrogen, sulfur or oxygen is introduced instead of carbon on alkylene and arylene. R represents 0 or 1;

第1の負極において、上述した第2化合物は、遷移元素及び周期表の12族、13族、14族、15族元素、から選ばれる1以上の元素についての、酸化物、オキソ酸、オキソ酸のアルカリ金属塩から選ばれる1以上である。   In the first negative electrode, the second compound described above includes an oxide, an oxo acid, and an oxo acid for one or more elements selected from a transition element and a group 12, group 13, group 14, or group 15 element of the periodic table. 1 or more selected from alkali metal salts of

本発明の第2の実施形態のリチウムイオン二次電池用負極(以下、第2の負極とも称する)は、リチウムを吸蔵・放出可能な炭素材料を含む負極活物質と、一般式(1)における異なる構成要素を含む2種以上の化合物を含む添加剤とを含有しているものである。ここでは、一般式(1)における異なる構成要素を含む2種以上の化合物が、少なくとも充放電前において、負極内に存在するものとしてもよい。ここで、一般式(1)における異なる構成要素は、1の元素であってもよいし、隣接する元素が結合したものであってもよい。また、異なる構成要素は、それらを全て集めた場合に一般式(1)を構成し得るものであることが好ましく、それぞれが重複しないことが好ましい。例えば、図1(a)に示すように、一般式(1)を(R1,X1,X2)を含む第1部分と(M,R2,Aa+)を含む第2部分とに分け、それぞれを構成要素としてもよい。また、図1(b)に示すように、一般式(1)を(R1,X1,X2)を含む第1部分と(M)を含む第2部分と(R2,Aa+)を含む第3部分とに分け、それぞれを構成要素としてもよい。また、図1(a)では、(Aa+pが第2部分に含まれる場合を例示したが、これに限られず、例えば、(Aa+pが単独で構成要素となるものとしてもよいし、図1(a)の第1部分に含まれるものとしてもよい。また、図1(b)では、(Aa+pが第3部分に含まれる場合を例示したが、これに限られず、例えば、(Aa+pが単独で構成要素となるものとしてもよいし、図1(b)の第1部分や第2部分に含まれるものとしてもよい。 A negative electrode for a lithium ion secondary battery according to the second embodiment of the present invention (hereinafter also referred to as a second negative electrode) includes a negative electrode active material containing a carbon material capable of occluding and releasing lithium, and a general formula (1) And an additive containing two or more compounds including different constituent elements. Here, two or more kinds of compounds including different constituents in the general formula (1) may be present in the negative electrode at least before charge and discharge. Here, the different component in the general formula (1) may be one element, or may be a combination of adjacent elements. Moreover, it is preferable that a different component is what can comprise General formula (1), when all of them are collected, and it is preferable that each does not overlap. For example, as shown in FIG. 1A, the general formula (1) is changed into a first part including (R 1 , X 1 , X 2 ) and a second part including (M, R 2 , A a + ). Each may be divided into components. Further, as shown in FIG. 1B, the general formula (1) is converted into a first part including (R 1 , X 1 , X 2 ), a second part including (M), and (R 2 , A a + ). It is good also as the component which is divided into the 3rd part containing. Further, FIG. 1A illustrates the case where (A a + ) p is included in the second portion, but the present invention is not limited to this. For example, (A a + ) p may be a single component. However, it may be included in the first part of FIG. Further, in FIG. 1B, the case where (A a + ) p is included in the third portion is illustrated, but the present invention is not limited to this, and for example, (A a + ) p may be a single component. And it is good also as what is contained in the 1st part and 2nd part of FIG.1 (b).

Figure 0005625487
Figure 0005625487

一般式(1)において、Mは、遷移元素、周期表の12族、13族、14族又は15族元素である。このうち、周期表の12族、13族、14族、15族元素、のうちの非金属元素から選ばれる1以上であることが好ましく、ホウ素、リン、ケイ素であることがより好ましい。アニオンの価数bは1〜3であり、このうち1であることが好ましい。また、定数m,nは、配位子の数に関係する値であり、Mの種類によって決まってくるものであるが、mは1〜4の整数、nは0〜8の整数である。   In the general formula (1), M is a transition element, a group 12, group 13, group 14 or group 15 element of the periodic table. Among these, it is preferable that it is 1 or more chosen from the nonmetallic element of the 12th group, 13th group, 14th group, and 15th group element of a periodic table, and it is more preferable that they are boron, phosphorus, and silicon. The valence b of the anion is 1 to 3, of which 1 is preferable. The constants m and n are values related to the number of ligands and are determined by the type of M. m is an integer of 1 to 4, and n is an integer of 0 to 8.

ここで、R1は、−C(=O)−C(=O)−、−C(=O)−R5−C(=O)−、−C(=NH)−C(=NH)−、−C(=NH)−R5−C(=NH)−、−C(=S)−C(=S)、−C(=S)−R5−C(=S)−、−S(=O)−S(=O)−、−S(=O)−R5−S(=O)−を表す。このうち、−C(=O)−C(=O)−、−C(=O)−R5−C(=O)−が好ましい。 Here, R 1 is —C (═O) —C (═O) —, —C (═O) —R 5 —C (═O) —, —C (═NH) —C (═NH). -, - C (= NH) -R 5 -C (= NH) -, - C (= S) -C (= S), - C (= S) -R 5 -C (= S) -, - S (= O) -S (= O) -, - S (= O) -R 5 -S (= O) - represents a. Among, -C (= O) -C ( = O) -, - C (= O) -R 5 -C (= O) - are preferred.

5は、炭素数1〜10のアルキレン、炭素数1〜10のハロゲン化アルキレン、炭素数6〜20のアリーレン又は炭素数6〜20のハロゲン化アリーレンを表す。これらのアルキレン及びアリーレンはその構造中に置換基、ヘテロ原子を持っていてもよい。具体的には、アルキレン及びアリーレン上の水素の代わりに、ハロゲン、鎖状又は環状のアルキル基、アリール基、アルケニル基、アルコキシ基、アリーロキシ基、スルホニル基、アミノ基、シアノ基、カルボニル基、アシル基、アミド基、水酸基を置換基として持っていてもよいし、アルキレン及びアリーレン上の炭素の代わりに、窒素、硫黄、酸素が導入された構造であってもよい。mが2〜4のときには、m個のR5はそれぞれが結合していてもよい。そのような例としては、エチレンジアミン四酢酸のような配位子を挙げることができる。 R 5 represents alkylene having 1 to 10 carbons, halogenated alkylene having 1 to 10 carbons, arylene having 6 to 20 carbons, or halogenated arylene having 6 to 20 carbons. These alkylene and arylene may have a substituent or a hetero atom in the structure. Specifically, instead of hydrogen on alkylene and arylene, halogen, chain or cyclic alkyl group, aryl group, alkenyl group, alkoxy group, aryloxy group, sulfonyl group, amino group, cyano group, carbonyl group, acyl It may have a group, an amide group or a hydroxyl group as a substituent, or may have a structure in which nitrogen, sulfur or oxygen is introduced instead of carbon on alkylene and arylene. When m is 2 to 4, m R 5 s may be bonded to each other. Examples thereof include a ligand such as ethylenediaminetetraacetic acid.

2は、ハロゲン、炭素数1〜10のアルキル、炭素数1〜10のハロゲン化アルキル、炭素数6〜20のアリール、炭素数6〜20のハロゲン化アリール又は−X33(X3,R3については後述)を表す。ここでのアルキル及びアリールも、R5と同様に、その構造中に置換基、ヘテロ原子を持っていてもよく、またnが2〜8のときにはn個のR2はそれぞれが結合して環を形成していてもよい。R2としては、電子吸引性の基が好ましく、特にフッ素原子が好ましい。フッ素原子の場合には、アニオン化合物の塩の溶解度や解離度が向上し、これに伴ってイオン伝導度が向上するからである。また、耐酸化性が向上し、これにより副反応の発生を抑制することができるからである。 R 2 is halogen, alkyl having 1 to 10 carbon atoms, alkyl halide having 1 to 10 carbon atoms, aryl having 6 to 20 carbon atoms, aryl halide having 6 to 20 carbon atoms, or —X 3 R 3 (X 3 , R 3 will be described later. Alkyl and aryl here may also have a substituent or a hetero atom in the structure in the same manner as R 5, and when n is 2 to 8, n R 2 are bonded to each other to form a ring. May be formed. R 2 is preferably an electron-withdrawing group, particularly preferably a fluorine atom. This is because in the case of a fluorine atom, the solubility and dissociation degree of the salt of the anion compound are improved, and the ionic conductivity is improved accordingly. Moreover, it is because oxidation resistance improves and generation | occurrence | production of a side reaction can be suppressed by this.

1,X2及びX3は、それぞれが独立でO,S又はNR4を表す。つまり、配位子はこれらのヘテロ原子を介してMに結合することになる。 X 1 , X 2 and X 3 each independently represent O, S or NR 4 . That is, the ligand is bonded to M through these heteroatoms.

3及びR4は、それぞれが独立で水素、炭素数1〜10のアルキル、炭素数1〜10のハロゲン化アルキル、炭素数6〜20のアリール、炭素数6〜20のハロゲン化アリールを表す。これらのアルキル及びアリールも、R5と同様に、その構造中に置換基、ヘテロ原子を持っていてもよい。また、R3又はR4は複数個存在する場合にはそれぞれが結合して環を形成してもよい。 R 3 and R 4 each independently represent hydrogen, an alkyl having 1 to 10 carbon atoms, an alkyl halide having 1 to 10 carbon atoms, an aryl having 6 to 20 carbon atoms, or an aryl halide having 6 to 20 carbon atoms. . These alkyls and aryls may also have a substituent or a hetero atom in the structure in the same manner as R 5 . Further, when a plurality of R 3 or R 4 are present, they may be bonded to each other to form a ring.

一般式(1)で表される化合物のカチオン(Aa+)において、aは、1〜3であり、pはb/aである。このカチオンとしては、例えばリチウム、ナトリウム、カリウム、マグネシウム、カルシウム、バリウム、セシウム、ルビジウム、銀、亜鉛、銅、コバルト、鉄、ニッケル、マンガン、チタン、鉛、クロム、バナジウム、ルテニウム、イットリウム、ランタノイド、アクチノイドなどのカチオンが挙げられるほか、テトラアルキルアンモニウム(アルキルはメチル、エチル、ブチルなど)、トリエチルアンモニウム、ピリジニウム、イミダゾリウムなどのアンモニウムカチオン、プロトン等が挙げられる。このうち、リチウムカチオン、ナトリウムカチオン又はカリウムカチオンが好ましい。特に、ナトリウムカチオンやカリウムカチオンの場合、これらを含む化合物は、リチウムイオン二次電池に用いられる非水系電解液へ溶解しにくく、非水系電解液への添加が困難であることがあるが、負極中に混合して用いることができる。 In the cation (A a + ) of the compound represented by the general formula (1), a is 1 to 3, and p is b / a. Examples of the cation include lithium, sodium, potassium, magnesium, calcium, barium, cesium, rubidium, silver, zinc, copper, cobalt, iron, nickel, manganese, titanium, lead, chromium, vanadium, ruthenium, yttrium, lanthanoid, In addition to cations such as actinides, tetraalkylammonium (wherein alkyl is methyl, ethyl, butyl, etc.), ammonium cations such as triethylammonium, pyridinium, imidazolium, protons, and the like. Among these, a lithium cation, a sodium cation, or a potassium cation is preferable. In particular, in the case of a sodium cation or a potassium cation, a compound containing these may be difficult to dissolve in a non-aqueous electrolyte used in a lithium ion secondary battery and may be difficult to add to the non-aqueous electrolyte. It can be mixed and used.

一般式(1)で表される化合物は、式(2)〜(8)に示す、PTFO,PFO,PO,BFO、BOB、BMB及びBPBの1種以上のアニオンを含むことが好ましい。その理由は、負極活物質に含まれる炭素材料の表面に安定な被膜を形成しやすいためである。カチオンとしてカリウムやナトリウムを含み、アニオンとしてBOBを含む化合物がより好ましい。   The compound represented by the general formula (1) preferably contains one or more anions of PTFO, PFO, PO, BFO, BOB, BMB and BPB represented by the formulas (2) to (8). The reason is that it is easy to form a stable film on the surface of the carbon material contained in the negative electrode active material. A compound containing potassium or sodium as a cation and BOB as an anion is more preferable.

Figure 0005625487
Figure 0005625487

第2の負極において、添加剤は、上述した2種以上の化合物として、所定の第1化合物と所定の第2化合物とを含むものとしてもよい。   In the second negative electrode, the additive may include a predetermined first compound and a predetermined second compound as the two or more kinds of compounds described above.

第2の負極において、上述した第1化合物は、例えば、一般式(1)における図1(a)の(R1,X1,X2)を含む第1部分又は図1(b)の(R1,X1,X2)を含む第1部分に該当する構成要素を含むものとすることができる。このようなものとしては、例えば、ジカルボン酸(Rr[C(=O)OH]2)、ジカルボン酸アミド(Rr[C(=O)NH22)、アミド酸(Rr[C(=O)OH][C(=O)NH2])、ジカルボン酸イミド(Rr[C(OH)(=NH)]2)、ビスチオカルボン酸(Rr[C(=O)SH]2)、ビスジチオカルボン酸(Rr[C(=S)SH]2)、ジスルフィン酸(Rr[S(=O)OH]2)、またはこれらのアルカリ金属塩などを用いることができる。ここで、Rは、炭素数1〜10のアルキル、炭素数1〜10のハロゲン化アルキル、炭素数6〜20のアリール、炭素数6〜20のハロゲン化アリールから選ばれる1以上である。これらのアルキルおよびアリールはその構造中に置換基、ヘテロ原子を持ってもよい。具体的には、アルキレン及びアリーレン上の水素の代わりに、ハロゲン、鎖状又は環状のアルキル基、アリール基、アルケニル基、アルコキシ基、アリーロキシ基、スルホニル基、アミノ基、シアノ基、カルボニル基、アシル基、アミド基、水酸基を置換基として持っていてもよいし、アルキレン及びアリーレン上の炭素の代わりに、窒素、硫黄、酸素が導入された構造であってもよい。また、rは0又は1を表す。 In the second negative electrode, the first compound described above is, for example, the first portion including (R 1 , X 1 , X 2 ) in FIG. 1A in the general formula (1) or ( R 1 , X 1 , X 2 ) may be included as a component corresponding to the first part. As such, for example, dicarboxylic acid (R r [C (═O) OH] 2 ), dicarboxylic acid amide (R r [C (═O) NH 2 ] 2 ), amic acid (R r [C (═O) OH] [C (═O) NH 2 ]), dicarboxylic imide (R r [C (OH) (═NH)] 2 ), bisthiocarboxylic acid (R r [C (═O) SH] 2 ), bisdithiocarboxylic acid (R r [C (═S) SH] 2 ), disulfinic acid (R r [S (═O) OH] 2 ), or alkali metal salts thereof can be used. Here, R is one or more selected from alkyl having 1 to 10 carbon atoms, halogenated alkyl having 1 to 10 carbon atoms, aryl having 6 to 20 carbon atoms, and aryl halide having 6 to 20 carbon atoms. These alkyls and aryls may have a substituent or a hetero atom in the structure. Specifically, instead of hydrogen on alkylene and arylene, halogen, chain or cyclic alkyl group, aryl group, alkenyl group, alkoxy group, aryloxy group, sulfonyl group, amino group, cyano group, carbonyl group, acyl It may have a group, an amide group or a hydroxyl group as a substituent, or may have a structure in which nitrogen, sulfur or oxygen is introduced instead of carbon on alkylene and arylene. R represents 0 or 1;

第2の負極において、上述した第2化合物は、例えば、一般式(1)における図1(a)の(M,R2,Aa+)を含む第2部分又は図1(b)の(M)を含む第2部分に該当する構成要素を含むものとしてもよい。このようなものとしては、例えば、遷移元素及び周期表の12族、13族、14族、15族元素、から選ばれる1以上の元素についての、酸化物、オキソ酸、オキソ酸のアルカリ金属塩から選ばれる1以上などを用いることができる。 In the second negative electrode, the second compound described above is, for example, the second portion including (M, R 2 , A a + ) in FIG. 1A in the general formula (1) or (M) in FIG. It is good also as a thing containing the component applicable to the 2nd part containing. Examples of such materials include oxides, oxoacids, and alkali metal salts of oxoacids for at least one element selected from transition elements and Group 12, 13, 14, and 15 elements of the periodic table. One or more selected from can be used.

第1及び第2の負極において、第1化合物としては、シュウ酸,マロン酸,コハク酸,グルタル酸,アジピン酸,ピメリン酸,スベリン酸,アゼライン酸,セバシン酸,マレイン酸,フマル酸,グルタコン酸,ヘキセン二酸,ムコン酸,フタル酸,イソフタル酸,テレフタル酸,ナフタレンジカルボン酸,アントラセンジカルボン酸,フェナントレンジカルボン酸などのジカルボン酸や,オキサミド酸,マロンアミド酸,スクシンアミド酸,グルタルアミド酸,アジプアミド酸,マレアミド酸,フマルアミド酸,フタルアミド酸,イソフタルアミド酸,テレフタルアミド酸,オキサミド,マロンアミド,スクシンアミド,グルタルアミド,アジプアミド,マレアミド,フマルアミド,フタルアミド,イソフタルアミド,テレフタルアミドなどのジカルボン酸アミドから選ばれる1以上であることが好ましい。このうち、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、マレイン酸、フマル酸、フタル酸などがより好ましい。炭素数が少なく添加量に対するSEI被膜の形成効率がよいため、充放電反応に寄与する負極活物質の割合をできるだけ減らさないで、負極活物質の発熱反応をより抑制できると考えられるからである。   In the first and second negative electrodes, as the first compound, oxalic acid, malonic acid, succinic acid, glutaric acid, adipic acid, pimelic acid, suberic acid, azelaic acid, sebacic acid, maleic acid, fumaric acid, glutaconic acid , Hexenedioic acid, muconic acid, phthalic acid, isophthalic acid, terephthalic acid, naphthalene dicarboxylic acid, anthracene dicarboxylic acid, phenanthrene dicarboxylic acid and other dicarboxylic acids, oxamic acid, malonamic acid, succinamic acid, glutaramic acid, adipamic acid, Maleamic acid, fumaramic acid, phthalamic acid, isophthalamic acid, terephthalamic acid, oxamide, malonamide, succinamide, glutaramide, adipamide, maleamide, fumaramide, phthalamide, isophthalamide, terephthalamide, etc. It is preferably 1 or more selected from a dicarboxylic acid amide. Of these, oxalic acid, malonic acid, succinic acid, maleic acid, fumaric acid, phthalic acid and the like are more preferable. This is because it is considered that the exothermic reaction of the negative electrode active material can be further suppressed without reducing the proportion of the negative electrode active material that contributes to the charge / discharge reaction as much as possible because the formation number of the SEI film with respect to the addition amount is good with a small number of carbon atoms.

第1及び第2の負極において、第2化合物としては、周期表の12族、13族、14族、15族元素、のうちの非金属元素から選ばれる1以上についての、オキソ酸又はオキソ酸のアルカリ金属塩であることが好ましい。具体的には、例えば、ホウ酸,リン酸,ケイ酸,ホウ酸リチウム,リン酸リチウム,ケイ酸リチウム,ホウ酸ナトリウム,リン酸ナトリウム,ケイ酸ナトリウム,ホウ酸カリウム,リン酸カリウム,ケイ酸カリウム,ホウ酸ルビジウム,リン酸ルビジウム,ケイ酸ルビジウム,ホウ酸セシウム,リン酸セシウム,ケイ酸セシウムから選ばれる1以上であることが好ましい。このうち、ホウ酸やリン酸、ケイ酸などが好ましい。より安定な被膜が形成されやすく、負極活物質の発熱反応をより抑制することができると考えられるからである。   In the first and second negative electrodes, the second compound is an oxo acid or oxo acid for one or more selected from non-metal elements of Group 12, Group 13, Group 14 and Group 15 elements of the Periodic Table The alkali metal salt is preferably used. Specifically, for example, boric acid, phosphoric acid, silicic acid, lithium borate, lithium phosphate, lithium silicate, sodium borate, sodium phosphate, sodium silicate, potassium borate, potassium phosphate, silicic acid One or more selected from potassium, rubidium borate, rubidium phosphate, rubidium silicate, cesium borate, cesium phosphate, and cesium silicate are preferable. Of these, boric acid, phosphoric acid, silicic acid and the like are preferable. This is because it is considered that a more stable film is easily formed and the exothermic reaction of the negative electrode active material can be further suppressed.

第1及び第2の負極は、さらに、所定の第3化合物を含むものとしてもよい。第3化合物としては、周期表の1族、2族、3族元素、から選ばれる1以上の元素のフッ化物、アルキルアンモニウムフッ化物、フッ化アンモニウムから選ばれる1以上などを用いることができる。このうち、フッ化アンモニウム,フッ化リチウム,フッ化ナトリウム,フッ化カリウム,フッ化ルビジウム,フッ化セシウム,フッ化マグネシウム,フッ化カルシウム,フッ化ストロンチウム,フッ化バリウム,フッ化アルミニウムから選ばれる1以上であることが好ましい。なかでも、フッ化リチウム,フッ化ナトリウム,フッ化カリウムがより好ましい。フッ素を含むものとすることで、アニオン化合物の塩の溶解度や解離度が向上し、これに伴ってイオン伝導度が向上するからである。また、耐酸化性が向上し、これにより副反応の発生を抑制することができるからである。さらに、ナトリウムやカリウムを含むものとすれば、リチウムイオン二次電池に用いられる非水系電解液へ溶解しにくく、非水系電解液への添加が困難であることがあるが、負極中に混合して用いることができる点で好ましい。なお、第2の負極において、第3化合物は、例えば、一般式(1)における図1(b)の(R2,Aa+)を含む第3部分に該当する構成要素を含むものとすることができる。 The first and second negative electrodes may further include a predetermined third compound. As the third compound, one or more selected from fluorides of one or more elements selected from Group 1, Group 2, and Group 3 elements of the periodic table, alkyl ammonium fluorides, and ammonium fluorides can be used. Among these, 1 selected from ammonium fluoride, lithium fluoride, sodium fluoride, potassium fluoride, rubidium fluoride, cesium fluoride, magnesium fluoride, calcium fluoride, strontium fluoride, barium fluoride, and aluminum fluoride The above is preferable. Of these, lithium fluoride, sodium fluoride, and potassium fluoride are more preferable. This is because by including fluorine, the solubility and dissociation degree of the salt of the anion compound are improved, and the ionic conductivity is improved accordingly. Moreover, it is because oxidation resistance improves and generation | occurrence | production of a side reaction can be suppressed by this. Furthermore, if it contains sodium or potassium, it may be difficult to dissolve in the non-aqueous electrolyte used in the lithium ion secondary battery and it may be difficult to add to the non-aqueous electrolyte. It is preferable in that it can be used. In the second negative electrode, the third compound may include, for example, a component corresponding to the third portion including (R 2 , A a + ) in FIG. 1B in the general formula (1). .

第1及び第2の負極において、添加剤は、リチウムイオン二次電池を少なくとも1回充電することにより、添加剤のすべて又は一部(例えば式(2)〜(8)で表されるアニオン)が分解して、負極活物質の表面に被覆して被膜を形成すると考えられる。この被覆物は、例えばX線光電子分光分析(XPS)やIR分析等により検出することができる。   In the first and second negative electrodes, the additive may be all or part of the additive (for example, anions represented by the formulas (2) to (8)) by charging the lithium ion secondary battery at least once. Is decomposed, and the surface of the negative electrode active material is considered to form a film. This coating can be detected by, for example, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) or IR analysis.

本発明のリチウムイオン二次電池用負極は、負極活物質と添加剤とを混合し、適当な溶剤を加えてペースト状の負極合材としたものを、集電体の表面に塗布乾燥し、必要に応じて電極密度を高めるべく圧縮して形成してもよい。この負極合材には、他の助材や導電材を含むものとしてもよい。負極活物質に含まれる炭素材料としては、例えば、コークス類、ガラス状炭素類、グラファイト類、難黒鉛化性炭素類、熱分解炭素類、炭素繊維などが挙げられる。このうち、人造黒鉛、天然黒鉛などのグラファイト類が、金属リチウムに近い作動電位を有し、高い作動電圧での充放電が可能であり支持塩としてリチウム塩を使用した場合に自己放電を抑え、且つ充電時おける不可逆容量を少なくできるため、好ましい。結着材は、活物質粒子を繋ぎ止める役割を果たすものであり、例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、フッ素ゴム等の含フッ素樹脂、或いはポリプロピレン、ポリエチレン等の熱可塑性樹脂、エチレン−プロピレン−ジエンマー(EPDM)、スルホン化EPDM、天然ブチルゴム(NBR)等を単独で、あるいは2種以上の混合物として用いることができる。また、水系バインダーであるセルロース系やスチレンブタジエンゴム(SBR)の水分散体等を用いることもできる。負極活物質や結着材を分散させる溶剤としては、例えばN−メチルピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、酢酸メチル、アクリル酸メチル、ジエチルトリアミン、N,N−ジメチルアミノプロピルアミン、エチレンオキシド、テトラヒドロフランなどの有機溶剤を用いることができる。また、水に分散剤、増粘剤等を加え、SBRなどのラテックスで活物質をスラリー化してもよい。増粘剤としては、例えば、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロースなどの多糖類を単独で、あるいは2種以上の混合物として用いることができる。塗布方法としては、例えば、アプリケータロールなどのローラコーティング、スクリーンコーティング、ドクターブレイド方式、スピンコーティング、バーコータなどが挙げられ、これらのいずれかを用いて任意の厚さ・形状とすることができる。集電体としては、銅、ニッケル、ステンレス鋼、チタン、アルミニウム、焼成炭素、導電性高分子、導電性ガラス、Al−Cd合金などのほか、接着性、導電性及び耐還元性向上の目的で、例えば銅などの表面をカーボン、ニッケル、チタンや銀などで処理したものも用いることができる。これらについては、表面を酸化処理することも可能である。集電体の形状については、箔状、フィルム状、シート状、ネット状、パンチ又はエキスパンドされたもの、ラス体、多孔質体、発泡体、繊維群の形成体などが挙げられる。集電体の厚さは、例えば1〜500μmのものが用いられる。   The negative electrode for a lithium ion secondary battery of the present invention was prepared by mixing a negative electrode active material and an additive, adding a suitable solvent to form a paste-like negative electrode mixture, applying and drying on the surface of the current collector, You may compress and form so that an electrode density may be raised as needed. The negative electrode mixture may include other auxiliary materials and conductive materials. Examples of the carbon material contained in the negative electrode active material include cokes, glassy carbons, graphites, non-graphitizable carbons, pyrolytic carbons, and carbon fibers. Of these, graphites such as artificial graphite and natural graphite have an operating potential close to that of metallic lithium, can be charged and discharged at a high operating voltage, and suppresses self-discharge when a lithium salt is used as a supporting salt. In addition, the irreversible capacity during charging can be reduced, which is preferable. The binder plays a role of binding the active material particles. For example, the binder is a fluororesin such as polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), fluororubber, or heat such as polypropylene or polyethylene. A plastic resin, ethylene-propylene-dienemer (EPDM), sulfonated EPDM, natural butyl rubber (NBR) or the like can be used alone or as a mixture of two or more. In addition, an aqueous dispersion of cellulose or styrene butadiene rubber (SBR), which is an aqueous binder, can also be used. Examples of the solvent for dispersing the negative electrode active material and the binder include N-methylpyrrolidone, dimethylformamide, dimethylacetamide, methyl ethyl ketone, cyclohexanone, methyl acetate, methyl acrylate, diethyltriamine, N, N-dimethylaminopropylamine, and ethylene oxide. An organic solvent such as tetrahydrofuran can be used. Moreover, a dispersing agent, a thickener, etc. may be added to water, and an active material may be slurried with latex, such as SBR. As the thickener, for example, polysaccharides such as carboxymethyl cellulose and methyl cellulose can be used alone or as a mixture of two or more. Examples of the application method include roller coating such as applicator roll, screen coating, doctor blade method, spin coating, bar coater, and the like, and any of these can be used to obtain an arbitrary thickness and shape. Current collectors include copper, nickel, stainless steel, titanium, aluminum, calcined carbon, conductive polymer, conductive glass, Al-Cd alloy, etc., for the purpose of improving adhesion, conductivity and reduction resistance. For example, the surface of copper or the like treated with carbon, nickel, titanium, silver, or the like can also be used. For these, the surface can be oxidized. Examples of the shape of the current collector include foil, film, sheet, net, punched or expanded, lath, porous, foam, and formed fiber group. The thickness of the current collector is, for example, 1 to 500 μm.

本発明のリチウムイオン二次電池用負極において、負極活物質及び添加剤の総量に対する添加剤の重量割合が、0.05重量%以上20重量%以下であることが好ましく、0.1重量%以上15重量%以下であることがより好ましく、0.5重量%以上10重量%以下であることが更に好ましい。上記化合物が負極合材に混合されており、負極活物質に容易に被膜を形成することができるため、より少ない添加剤の添加量で負極活物質での発熱反応をより抑制することができる。   In the negative electrode for a lithium ion secondary battery of the present invention, the weight ratio of the additive to the total amount of the negative electrode active material and the additive is preferably 0.05% by weight or more and 20% by weight or less, preferably 0.1% by weight or more. It is more preferably 15% by weight or less, and further preferably 0.5% by weight or more and 10% by weight or less. Since the said compound is mixed with the negative electrode compound material and a film can be easily formed in a negative electrode active material, the exothermic reaction in a negative electrode active material can be suppressed more with the addition amount of a smaller additive.

本発明のリチウムイオン二次電池は、正極活物質を有する正極と、上述したいずれかに記載のリチウムイオン二次電池用負極と、正極と負極との間に介在し、リチウムイオンを伝導するイオン伝導媒体と、を備えている。   The lithium ion secondary battery of the present invention includes a positive electrode having a positive electrode active material, a negative electrode for a lithium ion secondary battery as described above, and an ion that is interposed between the positive electrode and the negative electrode and conducts lithium ions. A conductive medium.

本発明のリチウムイオン二次電池の正極は、例えば正極活物質と導電材と結着材とを混合し、適当な溶剤を加えてペースト状の正極合材としたものを、集電体の表面に塗布乾燥し、必要に応じて電極密度を高めるべく圧縮して形成してもよい。正極活物質としては、遷移金属元素を含む硫化物や、リチウムと遷移金属元素とを含む酸化物などを用いることができる。具体的には、TiS2、TiS3、MoS3、FeS2などの遷移金属硫化物、Li(1-x)MnO2(0<x<1など)、Li(1-x)Mn24などのリチウムマンガン複合酸化物、Li(1-x)CoO2などのリチウムコバルト複合酸化物、Li(1-x)NiO2などのリチウムニッケル複合酸化物、LiV23などのリチウムバナジウム複合酸化物、V25などの遷移金属酸化物などを用いることができる。これらのうち、リチウムの遷移金属複合酸化物、例えば、LiCoO2、LiNiO2、LiMnO2、LiV23などが好ましい。導電材は、正極の電池性能に悪影響を及ぼさない電子伝導性材料であれば特に限定されず、例えば、天然黒鉛(鱗状黒鉛、鱗片状黒鉛)や人造黒鉛などの黒鉛、アセチレンブラック、カーボンブラック、ケッチェンブラック、カーボンウィスカ、ニードルコークス、炭素繊維、金属(銅、ニッケル、アルミニウム、銀、金など)などの1種又は2種以上を混合したものを用いることができる。これらの中で、導電材としては、電子伝導性及び塗工性の観点より、カーボンブラック及びアセチレンブラックが好ましい。集電体としては、アルミニウム、チタン、ステンレス鋼、ニッケル、鉄、焼成炭素、導電性高分子、導電性ガラスなどのほか、接着性、導電性及び耐酸化性向上の目的で、アルミニウムや銅などの表面をカーボン、ニッケル、チタンや銀などで処理したものを用いることができる。これらについては、表面を酸化処理することも可能である。正極に用いられる結着材、溶剤などは、それぞれ負極で例示したものを用いることができ、集電体の形状は、負極と同様のものを用いることができる。 The positive electrode of the lithium ion secondary battery of the present invention is obtained by mixing a positive electrode active material, a conductive material, and a binder, and adding a suitable solvent to form a paste-like positive electrode mixture. And may be formed by compression to increase the electrode density as necessary. As the positive electrode active material, a sulfide containing a transition metal element, an oxide containing lithium and a transition metal element, or the like can be used. Specifically, transition metal sulfides such as TiS 2 , TiS 3 , MoS 3 and FeS 2 , Li (1-x) MnO 2 (0 <x <1 etc.), Li (1-x) Mn 2 O 4 Lithium manganese composite oxides such as Li (1-x) CoO 2 lithium cobalt composite oxides, Li (1-x) NiO 2 and other lithium nickel composite oxides, LiV 2 O 3 and other lithium vanadium composite oxides And transition metal oxides such as V 2 O 5 can be used. Of these, lithium transition metal composite oxides such as LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMnO 2 , and LiV 2 O 3 are preferable. The conductive material is not particularly limited as long as it is an electron conductive material that does not adversely affect the battery performance of the positive electrode. For example, graphite such as natural graphite (scale-like graphite, scale-like graphite) or artificial graphite, acetylene black, carbon black, What mixed 1 type (s) or 2 or more types, such as ketjen black, carbon whisker, needle coke, carbon fiber, metal (copper, nickel, aluminum, silver, gold, etc.) can be used. Among these, as the conductive material, carbon black and acetylene black are preferable from the viewpoints of electron conductivity and coatability. Current collectors include aluminum, titanium, stainless steel, nickel, iron, calcined carbon, conductive polymer, conductive glass, and aluminum, copper, etc. for the purpose of improving adhesion, conductivity, and oxidation resistance. A surface treated with carbon, nickel, titanium, silver or the like can be used. For these, the surface can be oxidized. As the binder, the solvent, and the like used for the positive electrode, those exemplified for the negative electrode can be used, respectively, and the same shape as that of the negative electrode can be used for the current collector.

本発明のリチウムイオン二次電池のイオン伝導媒体としては、支持塩を含む非水系電解液や非水系ゲル電解液などを用いることができる。非水系電解液の溶媒としては、カーボネート類、エステル類、エーテル類、ニトリル類、フラン類、スルホラン類及びジオキソラン類などが挙げられ、これらを単独又は混合して用いることができる。具体的には、カーボネート類としてエチレンカーボネート(EC)やプロピレンカーボネート(PC)、ビニレンカーボネート(VC)、ブチレンカーボネート、クロロエチレンカーボネートなどの環状カーボネート類や、ジメチルカーボネート(DMC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、エチル−n−ブチルカーボネート、メチル−t−ブチルカーボネート、ジ−i−プロピルカーボネート、t−ブチル−i−プロピルカーボネートなどの鎖状カーボネート類、γ−ブチルラクトン、γ−バレロラクトンなどの環状エステル類、ギ酸メチル、酢酸メチル、酢酸エチル、酪酸メチルなどの鎖状エステル類、ジメトキシエタン、エトキシメトキシエタン、ジエトキシエタンなどのエーテル類、アセトニトリル、ベンゾニトリルなどのニトリル類、テトラヒドロフラン、メチルテトラヒドロフラン、などのフラン類、スルホラン、テトラメチルスルホランなどのスルホラン類、1,3−ジオキソラン、メチルジオキソランなどのジオキソラン類などが挙げられる。このうち、環状カーボネート類と鎖状カーボネート類との組み合わせが好ましい。この組み合わせによると、充放電の繰り返しでの電池特性を表すサイクル特性が優れているばかりでなく、電解液の粘度、得られる電池の電気容量、電池出力などをバランスの取れたものとすることができる。   As an ion conduction medium of the lithium ion secondary battery of the present invention, a non-aqueous electrolyte solution containing a supporting salt, a non-aqueous gel electrolyte solution, or the like can be used. Examples of the solvent for the non-aqueous electrolyte include carbonates, esters, ethers, nitriles, furans, sulfolanes and dioxolanes, and these can be used alone or in combination. Specifically, as carbonates, cyclic carbonates such as ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), vinylene carbonate (VC), butylene carbonate, chloroethylene carbonate, dimethyl carbonate (DMC), ethyl methyl carbonate (EMC) ), Chain carbonates such as diethyl carbonate (DEC), ethyl-n-butyl carbonate, methyl-t-butyl carbonate, di-i-propyl carbonate, t-butyl-i-propyl carbonate, γ-butyl lactone, γ -Cyclic esters such as valerolactone, chain esters such as methyl formate, methyl acetate, ethyl acetate, methyl butyrate, ethers such as dimethoxyethane, ethoxymethoxyethane, diethoxyethane, acetonitrile Examples include nitriles such as tolyl and benzonitrile, furans such as tetrahydrofuran and methyltetrahydrofuran, sulfolanes such as sulfolane and tetramethylsulfolane, and dioxolanes such as 1,3-dioxolane and methyldioxolane. Among these, the combination of cyclic carbonates and chain carbonates is preferable. According to this combination, not only the cycle characteristics representing the battery characteristics in repeated charge and discharge are excellent, but also the viscosity of the electrolyte, the electric capacity of the obtained battery, the battery output, etc. should be balanced. it can.

本発明のリチウムイオン二次電池に含まれている支持塩は、例えば、LiPF6、LiBF4、LiAsF6、LiCF3SO3、LiN(CF3SO22、LiC(CF3SO23、LiSbF6、LiSiF6、LiAlF4、LiSCN、LiClO4、LiCl、LiF、LiBr、LiI、LiAlCl4などが挙げられる。このうち、LiPF6、LiBF4、LiAsF6、LiClO4などの無機塩、及びLiCF3SO3、LiN(CF3SO22、LiC(CF3SO23などの有機塩からなる群より選ばれる1種又は2種以上の塩を組み合わせて用いることが電気特性の点から見て好ましい。この支持塩は、非水系電解液中の濃度が0.1mol/L以上5mol/L以下であることが好ましく、0.5mol/L以上2mol/L以下であることがより好ましい。支持塩の濃度が0.1mol/L以上では、十分な電流密度を得ることができ、5mol/L以下では、電解液をより安定させることができる。また、この非水系電解液には、リン系、ハロゲン系などの難燃剤を添加してもよい。 The supporting salt contained in the lithium ion secondary battery of the present invention is, for example, LiPF 6 , LiBF 4 , LiAsF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiC (CF 3 SO 2 ) 3. , LiSbF 6, LiSiF 6, LiAlF 4, LiSCN, LiClO 4, LiCl, LiF, LiBr, LiI, and the like LiAlCl 4. Among these, from the group consisting of inorganic salts such as LiPF 6 , LiBF 4 , LiAsF 6 , LiClO 4 , and organic salts such as LiCF 3 SO 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiC (CF 3 SO 2 ) 3. It is preferable from the viewpoint of electrical characteristics to use a combination of one or two or more selected salts. The supporting salt preferably has a concentration in the non-aqueous electrolyte of 0.1 mol / L or more and 5 mol / L or less, and more preferably 0.5 mol / L or more and 2 mol / L or less. If the concentration of the supporting salt is 0.1 mol / L or more, a sufficient current density can be obtained, and if it is 5 mol / L or less, the electrolytic solution can be made more stable. Moreover, you may add flame retardants, such as a phosphorus type and a halogen type, to this non-aqueous electrolyte solution.

また、液状のイオン伝導媒体の代わりに、固体のイオン伝導性ポリマーをイオン伝導媒体として用いることもできる。イオン伝導性ポリマーとしては、例えば、アクリロニトリル、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、メチルメタクリレート、ビニルアセテート、ビニルピロリドン、ポリフッ化ビニリデンなどのポリマーと支持塩とで構成されるポリマーゲルを用いることができる。更に、イオン伝導性ポリマーと非水系電解液とを組み合わせて用いることもできる。また、イオン伝導媒体としては、イオン伝導性ポリマーのほか、無機固体電解質あるいは有機ポリマー電解質と無機固体電解質の混合材料、若しくは有機バインダーによって結着された無機固体粉末などを利用することができる。   Further, instead of the liquid ion conducting medium, a solid ion conducting polymer may be used as the ion conducting medium. As the ion conductive polymer, for example, a polymer gel composed of a polymer such as acrylonitrile, ethylene oxide, propylene oxide, methyl methacrylate, vinyl acetate, vinyl pyrrolidone, and polyvinylidene fluoride and a supporting salt can be used. Further, an ion conductive polymer and a non-aqueous electrolyte can be used in combination. In addition to the ion conductive polymer, an inorganic solid electrolyte, a mixed material of an organic polymer electrolyte and an inorganic solid electrolyte, an inorganic solid powder bound by an organic binder, or the like can be used as the ion conductive medium.

本発明のリチウムイオン二次電池は、負極と正極との間にセパレータを備えていてもよい。セパレータとしては、リチウムイオン二次電池の使用範囲に耐えうる組成であれば特に限定されないが、例えば、ポリプロピレン製不織布やポリフェニレンスルフィド製不織布などの高分子不織布、ポリエチレンやポリプロピレンなどのオレフィン系樹脂の薄い微多孔膜が挙げられる。これらは単独で用いてもよいし、複数を混合して用いてもよい。   The lithium ion secondary battery of the present invention may include a separator between the negative electrode and the positive electrode. The separator is not particularly limited as long as the composition can withstand the use range of the lithium ion secondary battery. For example, a polymer nonwoven fabric such as a polypropylene nonwoven fabric or a polyphenylene sulfide nonwoven fabric, or a thin olefin resin such as polyethylene or polypropylene is used. A microporous membrane is mentioned. These may be used alone or in combination.

本発明のリチウムイオン二次電池の形状は、特に限定されないが、例えばコイン型、ボタン型、シート型、積層型、円筒型、偏平型、角型などが挙げられる。また、電気自動車等に用いる大型のものなどに適用してもよい。図2は、本発明のリチウムイオン二次電池10の一例を示す模式図である。このリチウムイオン二次電池10は、集電体11に正極活物質12を形成した正極シート13と、集電体14の表面に負極活物質17を形成した負極シート18と、正極シート13と負極シート18との間に設けられたセパレータ19と、正極シート13と負極シート18の間を満たす非水系電解液20と、を備えたものである。このリチウムイオン二次電池10では、正極シート13と負極シート18との間にセパレータ19を挟み、これらを捲回して円筒ケース22に挿入し、正極シート13に接続された正極端子24と負極シートに接続された負極端子26とを配設して形成されている。ここでは、負極シート18には、炭素材料を含む負極活物質と、上述した第1化合物及び第2化合物などの所定の2種以上の化合物を含む添加剤とが混合して含まれている。   The shape of the lithium ion secondary battery of the present invention is not particularly limited, and examples thereof include a coin type, a button type, a sheet type, a laminated type, a cylindrical type, a flat type, and a square type. Moreover, you may apply to the large sized thing etc. which are used for an electric vehicle etc. FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of the lithium ion secondary battery 10 of the present invention. The lithium ion secondary battery 10 includes a positive electrode sheet 13 in which a positive electrode active material 12 is formed on a current collector 11, a negative electrode sheet 18 in which a negative electrode active material 17 is formed on the surface of the current collector 14, a positive electrode sheet 13 and a negative electrode The separator 19 provided between the sheet | seat 18 and the non-aqueous electrolyte solution 20 satisfy | filled between the positive electrode sheet | seat 13 and the negative electrode sheet | seat 18 are provided. In this lithium ion secondary battery 10, a separator 19 is sandwiched between a positive electrode sheet 13 and a negative electrode sheet 18, and these are wound and inserted into a cylindrical case 22, and a positive electrode terminal 24 and a negative electrode sheet connected to the positive electrode sheet 13. And a negative electrode terminal 26 connected to each other. Here, the negative electrode sheet 18 contains a mixture of a negative electrode active material containing a carbon material and an additive containing two or more predetermined compounds such as the first compound and the second compound described above.

本発明の第1の負極の製造方法は、リチウムを吸蔵・放出可能な炭素材料を含む負極活物質と、所定の第1化合物と所定の第2化合物とを含む添加剤と、を混合する工程を含むものである。ここで、第1化合物及び第2化合物としては、上述した第1の負極で説明したものを適宜用いることができる。   The first negative electrode manufacturing method of the present invention includes a step of mixing a negative electrode active material containing a carbon material capable of occluding and releasing lithium and an additive containing a predetermined first compound and a predetermined second compound. Is included. Here, as a 1st compound and a 2nd compound, what was demonstrated by the 1st negative electrode mentioned above can be used suitably.

本発明の第2の負極の製造方法は、リチウムを吸蔵・放出可能な炭素材料を含む負極活物質と、一般式(1)における異なる構成要素を含む2種以上の化合物を含む添加剤と、を混合する工程を含むものである。ここで、一般式(1)における異なる構成要素を含む2種以上の化合物を含む添加剤としては、上述した第2の負極で説明したものを適宜用いることができる。   The second negative electrode manufacturing method of the present invention includes a negative electrode active material containing a carbon material capable of occluding and releasing lithium, and an additive containing two or more compounds containing different constituents in the general formula (1), The process of mixing is included. Here, as the additive containing two or more compounds including different constituents in the general formula (1), those described in the second negative electrode described above can be used as appropriate.

本発明の第1及び第2の負極の製造方法では、いずれも、上述したリチウムイオン二次電池用負極の説明で示した種々の態様を取り入れたものとすることができる。例えば、添加剤と負極活物質とを混合する際に、上述した第3化合物をも含む添加剤を用いてもよいし、負極活物質及び添加剤の総量に対する添加剤の重量割合を0.05重量%以上20重量%以下としてもよい。   In both the first and second negative electrode manufacturing methods of the present invention, various aspects shown in the description of the negative electrode for a lithium ion secondary battery described above can be adopted. For example, when the additive and the negative electrode active material are mixed, an additive including the third compound described above may be used, and the weight ratio of the additive to the total amount of the negative electrode active material and the additive is 0.05. It is good also as a weight% or more and 20 weight% or less.

以上詳述した本発明のリチウムイオン二次電池用負極、リチウムイオン二次電池、リチウムイオン二次電池用負極の製造方法では、上述した第1化合物及び第2化合物などの所定の2種以上の化合物を含む添加剤と負極活物質とが負極内に混合して存在するため、上記添加剤により安定した被膜が形成されやすく、この被膜によって負極活物質の発熱反応をより抑えることができる。このため、より熱的に安定、安全なリチウムイオン二次電池を提供することができる。   In the method for producing a negative electrode for a lithium ion secondary battery, a lithium ion secondary battery, and a negative electrode for a lithium ion secondary battery according to the present invention described in detail above, a predetermined two or more kinds such as the first compound and the second compound described above are used. Since the additive containing the compound and the negative electrode active material are mixed and present in the negative electrode, a stable film is easily formed by the additive, and the exothermic reaction of the negative electrode active material can be further suppressed by this film. For this reason, a more stable and safe lithium ion secondary battery can be provided.

なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。   It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it goes without saying that the present invention can be implemented in various modes as long as it belongs to the technical scope of the present invention.

以下には、本発明のリチウムイオン二次電池を具体的に作製した例を実施例として説明する。   Below, the example which produced the lithium ion secondary battery of this invention concretely is demonstrated as an Example.

[実施例1〜6]
負極活物質としての人造黒鉛を95重量%と、結着材としてのポリフッ化ビニリデンを5重量%とを混合し混合物を得た。この混合物を90重量%と、添加剤としてホウ酸とシュウ酸を1:2のモル比で混合したものを10重量%とを混合し、ペレット成型し負極合材とした。これを、対極にリチウム金属を用い、非水電解液としてEC、DMC及びEMCを体積比で3:4:3の割合で混合したカーボネート類混合溶媒にLiPF6を1mol/Lとなるように溶解させたものを用いて二極式セルを作製した。これを実施例1とした。なお、実施例1では、第1化合物であるシュウ酸が図1(a)の第1部分、第2化合物であるホウ酸が図1(a)の第2部分、を含み、一般式(1)は、カチオンとしてのプロトンとBOB(式(6)参照)とからなるものである。また、添加剤としてホウ酸とマロン酸を1:2のモル比で混合したものを用いた以外は、実施例1と同様の工程を経て得られた二極式セルを実施例2とした。なお、実施例2では、第1化合物であるマロン酸が図1(a)の第1部分、第2化合物であるホウ酸が図1(a)の第2部分、を含み、一般式(1)は、カチオンとしてのプロトンとBMB(式(7)参照)とからなるものである。また、添加剤としてホウ酸とフタル酸を1:2のモル比で混合したものを用いた以外は、実施例1と同様の工程を経て得られた二極式セルを実施例3とした。なお、実施例3では、第1化合物であるフタル酸が図1(a)の第1部分、第2化合物であるホウ酸が図1(a)の第2部分、を含み、一般式(1)は、カチオンとしてのプロトンとBPB(式(8)参照)とからなるものである。また、添加剤としてフッ化ナトリウムとホウ酸とシュウ酸とを2:1:1のモル比で混合したものを用いた以外は、実施例1と同様の工程を経て得られた二極式セルを実施例4とした。なお、実施例4では、第1化合物であるシュウ酸が図1(b)の第1部分、第2化合物であるホウ酸が図1(b)の第2部分、第3化合物であるフッ化ナトリウムが図1(b)の第3部分、を含み、一般式(1)は、カチオンとしてのナトリウムイオンとBFO(式(5)参照)とからなるものである。また、添加剤としてリン酸とシュウ酸を1:3のモル比で混合したものを用いた以外は、実施例1と同様の工程を経て得られた二極式セルを実施例5とした。なお、実施例5では、第1化合物であるシュウ酸が図1(a)の第1部分、第2化合物であるリン酸が図1(a)の第2部分、を含み、一般式(1)は、カチオンとしてのプロトンとPO(式(4)参照)とからなるものである。また、添加剤としてフッ化リチウムとリン酸とシュウ酸とを2:1:2のモル比で混合したものを用いた以外は、実施例1と同様の工程を経て得られた二極式セルを実施例6とした。なお、実施例6では、第1化合物であるシュウ酸が図1(b)の第1部分、第2化合物であるホウ酸が図1(b)の第2部分、第3化合物であるフッ化ナトリウムが図1(b)の第3部分、を含み、一般式(1)は、カチオンとしてのリチウムイオンとPFO(式(3)参照)からなるものである。
[Examples 1 to 6]
A mixture was obtained by mixing 95% by weight of artificial graphite as a negative electrode active material and 5% by weight of polyvinylidene fluoride as a binder. 90% by weight of this mixture and 10% by weight of a mixture of boric acid and oxalic acid mixed at a molar ratio of 1: 2 as an additive were mixed and pellet-molded to obtain a negative electrode mixture. LiPF 6 was dissolved in a carbonate mixed solvent in which EC, DMC, and EMC were mixed at a volume ratio of 3: 4: 3 as a non-aqueous electrolyte so that LiPF 6 would be 1 mol / L using lithium metal as a counter electrode. A bipolar cell was produced using the prepared one. This was designated Example 1. In Example 1, oxalic acid as the first compound includes the first part of FIG. 1A, and boric acid as the second compound includes the second part of FIG. ) Consists of protons as a cation and BOB (see formula (6)). A bipolar cell obtained through the same steps as in Example 1 was used as Example 2 except that boric acid and malonic acid were mixed at a molar ratio of 1: 2 as an additive. In Example 2, malonic acid as the first compound includes the first part of FIG. 1A, and boric acid as the second compound includes the second part of FIG. ) Consists of protons as cations and BMB (see formula (7)). A bipolar cell obtained through the same steps as in Example 1 was used as Example 3 except that a mixture of boric acid and phthalic acid in a molar ratio of 1: 2 was used as an additive. In Example 3, phthalic acid as the first compound includes the first part of FIG. 1A and boric acid as the second compound includes the second part of FIG. ) Consists of a proton as a cation and BPB (see formula (8)). Moreover, the bipolar cell obtained through the process similar to Example 1 except having used what mixed sodium fluoride, boric acid, and oxalic acid in the molar ratio of 2: 1: 1 as an additive. Was taken as Example 4. In Example 4, oxalic acid, which is the first compound, is the first part of FIG. 1B, and boric acid, which is the second compound, is the second part of FIG. Sodium includes the third part of FIG. 1B, and the general formula (1) is composed of sodium ions as a cation and BFO (see formula (5)). In addition, Example 5 was a bipolar cell obtained through the same steps as Example 1 except that phosphoric acid and oxalic acid were mixed at a molar ratio of 1: 3 as an additive. In Example 5, oxalic acid, which is the first compound, includes the first part in FIG. 1A, and phosphoric acid, which is the second compound, includes the second part in FIG. ) Consists of protons as cations and PO (see formula (4)). Moreover, the bipolar cell obtained through the process similar to Example 1 except having used what mixed lithium fluoride, phosphoric acid, and oxalic acid by the molar ratio of 2: 1: 2 as an additive. Was taken as Example 6. In Example 6, oxalic acid, which is the first compound, is the first part of FIG. 1 (b), and boric acid, which is the second compound, is the second part of FIG. Sodium includes the third part of FIG. 1B, and the general formula (1) is composed of lithium ions as a cation and PFO (see formula (3)).

[比較例1〜4]
添加剤を用いなかった以外は、実施例1と同様の工程を経て得られた二極式セルを比較例1とした。また、添加剤としてホウ酸のみを用いた以外は、実施例1と同様の工程を経て得られた二極式セルを比較例2とした。また、添加剤としてシュウ酸のみを用いた以外は、実施例1と同様の工程を経て得られた二極式セルを比較例3とした。また、添加剤としてシュウ酸リチウムのみを用いた以外は、実施例1と同様の工程を経て得られた二極式セルを比較例4とした。
[Comparative Examples 1-4]
A bipolar cell obtained through the same steps as in Example 1 was used as Comparative Example 1 except that no additive was used. Moreover, the bipolar cell obtained through the process similar to Example 1 was used as the comparative example 2 except having used only boric acid as an additive. Moreover, the bipolar cell obtained through the process similar to Example 1 was used as the comparative example 3 except having used only oxalic acid as an additive. Moreover, the bipolar cell obtained through the process similar to Example 1 was made into the comparative example 4 except having used only lithium oxalate as an additive.

(二極式セルの評価)
作製した二極式セルを、20℃の温度条件下で、電流密度70μA/cm2の定電流で下限電圧0.01Vまで放電を行い、次いで電流密度70μA/cm2の定電流で上限電圧1.2Vまで充電を行った。単位活物質あたりの初期放電容量を単位活物質あたりの初期充電容量で除算し100を乗算した値を充放電効率とした。また、再度放電後の負極と上記非水系電解液との発熱反応を、示差走査熱量測定(Differential scanning calorimetry:DSC)により見積もった。評価は、100℃〜150℃付近における発熱の有無で行った。
(Evaluation of bipolar cell)
The produced bipolar cell was discharged under a temperature condition of 20 ° C. with a constant current of a current density of 70 μA / cm 2 to a lower limit voltage of 0.01 V, and then with a constant current of a current density of 70 μA / cm 2 and an upper limit voltage of 1 The battery was charged to 2V. The value obtained by dividing the initial discharge capacity per unit active material by the initial charge capacity per unit active material and multiplying by 100 was defined as the charge / discharge efficiency. Further, the exothermic reaction between the negative electrode after discharge again and the non-aqueous electrolyte solution was estimated by differential scanning calorimetry (DSC). Evaluation was performed by the presence or absence of the heat_generation | fever in 100 to 150 degreeC vicinity.

(結果と考察)
実施例1〜6及び比較例1〜4の添加剤、DSCの発熱についてまとめたものを表1に示す。図3〜12は、それぞれ実施例1〜6及び比較例1〜4の充放電曲線及びDSC測定結果である。表1及び図3〜12に示すように、負極合材中に上述した第1化合物,第2化合物が全く添加されていない比較例1や、上述した第1化合物及び第2化合物のうち一方しか添加されていない比較例2〜4においては、100℃〜150℃付近で発熱が観測された。これに対して、負極合材中に上述した第1化合物及び第2化合物が添加された実施例1〜6においては、100℃〜150℃付近で発熱は観測されず、負極と電解液との発熱反応が抑制されていることが分かった。この温度範囲での発熱を抑制すると、発熱反応の連鎖などを防止することができ、より好ましい。このように、上述した第1化合物及び第2化合物の両方が添加された負極では、充放電過程において、第1化合物及び第2化合物の分解・被膜の形成が効率よく進み、負極と電解液との発熱反応を抑制することが分かった。なお、ここでは、最大値が0.25W・g-1以下のものを発熱なしとした。
(Results and discussion)
Table 1 summarizes the additives of Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 4 and the exothermic heat of DSC. 3 to 12 are the charge / discharge curves and DSC measurement results of Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 4, respectively. As shown in Table 1 and FIGS. 3 to 12, only one of the first compound and the second compound described above and the first compound and the second compound described above in which the first compound and the second compound described above are not added to the negative electrode mixture at all. In Comparative Examples 2 to 4 where no addition was made, heat generation was observed at around 100 ° C to 150 ° C. On the other hand, in Examples 1 to 6 in which the first compound and the second compound described above were added to the negative electrode mixture, no heat generation was observed in the vicinity of 100 ° C. to 150 ° C. It was found that the exothermic reaction was suppressed. Suppressing heat generation in this temperature range is more preferable because it can prevent a chain of exothermic reactions. Thus, in the negative electrode to which both the first compound and the second compound described above are added, the decomposition and formation of the coating of the first compound and the second compound proceed efficiently in the charge / discharge process, and the negative electrode, the electrolyte solution, It was found that the exothermic reaction was suppressed. Here, the maximum value of 0.25 W · g −1 or less was regarded as no heat generation.

Figure 0005625487
Figure 0005625487

10 リチウムイオン二次電池、11 集電体、12 正極活物質、13 正極シート、14 集電体、17 負極活物質、18 負極シート、19 セパレータ、20 非水電解液、22 円筒ケース、24 正極端子、26 負極端子。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Lithium ion secondary battery, 11 Current collector, 12 Positive electrode active material, 13 Positive electrode sheet, 14 Current collector, 17 Negative electrode active material, 18 Negative electrode sheet, 19 Separator, 20 Nonaqueous electrolyte, 22 Cylindrical case, 24 Positive electrode Terminal, 26 Negative terminal.

Claims (6)

リチウムを吸蔵・放出可能な炭素材料を含む負極活物質と、
シュウ酸,マロン酸,コハク酸,グルタル酸,アジピン酸,ピメリン酸,スベリン酸,アゼライン酸,セバシン酸,マレイン酸,フマル酸,グルタコン酸,ヘキセン二酸,ムコン酸,フタル酸,イソフタル酸,テレフタル酸,ナフタレンジカルボン酸,アントラセンジカルボン酸,フェナントレンジカルボン酸,オキサミド酸,マロンアミド酸,スクシンアミド酸,グルタルアミド酸,アジプアミド酸,マレアミド酸,フマルアミド酸,フタルアミド酸,イソフタルアミド酸,テレフタルアミド酸,オキサミド,マロンアミド,スクシンアミド,グルタルアミド,アジプアミド,マレアミド,フマルアミド,フタルアミド,イソフタルアミド,テレフタルアミドから選ばれる1以上である第1化合物と、ホウ酸,リン酸,ケイ酸,ホウ酸リチウム,リン酸リチウム,ケイ酸リチウム,ホウ酸ナトリウム,リン酸ナトリウム,ケイ酸ナトリウム,ホウ酸カリウム,リン酸カリウム,ケイ酸カリウム,ホウ酸ルビジウム,リン酸ルビジウム,ケイ酸ルビジウム,ホウ酸セシウム,リン酸セシウム,ケイ酸セシウムから選ばれる1以上である第2化合物と、を含む添加剤と、
を含有しているリチウムイオン二次電池用負極。
A negative electrode active material containing a carbon material capable of inserting and extracting lithium;
Oxalic acid, malonic acid, succinic acid, glutaric acid, adipic acid, pimelic acid, suberic acid, azelaic acid, sebacic acid, maleic acid, fumaric acid, glutaconic acid, hexenedioic acid, muconic acid, phthalic acid, isophthalic acid, terephthalic acid Acid, naphthalene dicarboxylic acid, anthracene dicarboxylic acid, phenanthrene dicarboxylic acid, oxamic acid, malonamic acid, succinamic acid, glutaric acid, adipamic acid, maleamic acid, fumaramic acid, phthalamic acid, isophthalamic acid, terephthalamic acid, oxamide, malonamide , succinamide, glutaramide, Ajipuamido, maleamic, fumaramide, phthalamide, isophthalamide, a first compound is one or more selected from terephthalamide, boric acid, phosphoric acid, silicic acid, lithium borate Lithium phosphate, lithium silicate, sodium borate, sodium phosphate, sodium silicate, potassium borate, potassium phosphate, potassium silicate, rubidium borate, rubidium phosphate, rubidium silicate, cesium borate, An additive comprising one or more second compounds selected from cesium phosphate and cesium silicate ;
And a negative electrode for a lithium ion secondary battery.
周期表の1族、2族、3族元素、から選ばれる1以上の元素のフッ化物、アルキルアンモニウムフッ化物、フッ化アンモニウムから選ばれる1以上である第3化合物を含有している、請求項に記載のリチウムイオン二次電池用負極。 It contains a third compound that is one or more selected from a fluoride of one or more elements selected from Group 1, Group 2, and Group 3 elements of the periodic table, alkylammonium fluoride, and ammonium fluoride. 2. The negative electrode for a lithium ion secondary battery according to 1 . 前記第3化合物は、フッ化アンモニウム,フッ化リチウム,フッ化ナトリウム,フッ化カリウム,フッ化ルビジウム,フッ化セシウム,フッ化マグネシウム,フッ化カルシウム,フッ化ストロンチウム,フッ化バリウム,フッ化アルミニウムから選ばれる1以上である、
請求項に記載のリチウムイオン二次電池用負極。
The third compound is selected from ammonium fluoride, lithium fluoride, sodium fluoride, potassium fluoride, rubidium fluoride, cesium fluoride, magnesium fluoride, calcium fluoride, strontium fluoride, barium fluoride, and aluminum fluoride. One or more selected,
The negative electrode for lithium ion secondary batteries according to claim 2 .
前記負極活物質及び前記添加剤の総量に対する前記添加剤の重量割合が、0.05重量%以上20重量%以下である、
請求項1〜のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用負極。
The weight ratio of the additive to the total amount of the negative electrode active material and the additive is 0.05 wt% or more and 20 wt% or less,
The negative electrode for a lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 3 .
正極活物質を有する正極と、
請求項1〜のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用負極と、
前記正極と前記負極との間に介在し、リチウムイオンを伝導するイオン伝導媒体と、
を備えたリチウムイオン二次電池。
A positive electrode having a positive electrode active material;
The negative electrode for a lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 4 ,
An ion conductive medium interposed between the positive electrode and the negative electrode and conducting lithium ions;
Lithium ion secondary battery equipped with.
リチウムイオンを吸蔵・放出可能な炭素材料を含む負極活物質と、シュウ酸,マロン酸,コハク酸,グルタル酸,アジピン酸,ピメリン酸,スベリン酸,アゼライン酸,セバシン酸,マレイン酸,フマル酸,グルタコン酸,ヘキセン二酸,ムコン酸,フタル酸,イソフタル酸,テレフタル酸,ナフタレンジカルボン酸,アントラセンジカルボン酸,フェナントレンジカルボン酸,オキサミド酸,マロンアミド酸,スクシンアミド酸,グルタルアミド酸,アジプアミド酸,マレアミド酸,フマルアミド酸,フタルアミド酸,イソフタルアミド酸,テレフタルアミド酸,オキサミド,マロンアミド,スクシンアミド,グルタルアミド,アジプアミド,マレアミド,フマルアミド,フタルアミド,イソフタルアミド,テレフタルアミドから選ばれる1以上である第1化合物と、ホウ酸,リン酸,ケイ酸,ホウ酸リチウム,リン酸リチウム,ケイ酸リチウム,ホウ酸ナトリウム,リン酸ナトリウム,ケイ酸ナトリウム,ホウ酸カリウム,リン酸カリウム,ケイ酸カリウム,ホウ酸ルビジウム,リン酸ルビジウム,ケイ酸ルビジウム,ホウ酸セシウム,リン酸セシウム,ケイ酸セシウムから選ばれる1以上である第2化合物と、を含む添加剤と、を混合する工程、を含む、リチウムイオン二次電池用負極の製造方法。 Anode active materials containing carbon materials capable of occluding and releasing lithium ions, oxalic acid, malonic acid, succinic acid, glutaric acid, adipic acid, pimelic acid, suberic acid, azelaic acid, sebacic acid, maleic acid, fumaric acid, Glutaconic acid, hexenedioic acid, muconic acid, phthalic acid, isophthalic acid, terephthalic acid, naphthalene dicarboxylic acid, anthracene dicarboxylic acid, phenanthrene dicarboxylic acid, oxamic acid, malonamic acid, succinamic acid, glutamic acid, adipamic acid, maleamic acid, fumaramide acid, phthalamate, isophthalamide acid, terephthalamide acid, selected oxamide, malonamide, succinamide, glutaramide, Ajipuamido, maleamic, fumaramide, phthalamide, isophthalamide, from terephthalamide In the first compound is higher, boric acid, phosphoric acid, silicic acid, lithium borate, lithium phosphate, lithium silicate, sodium borate, sodium phosphate, sodium silicate, potassium borate, potassium phosphate, silicate A step of mixing an additive containing at least one second compound selected from potassium acid, rubidium borate, rubidium phosphate, rubidium silicate, cesium borate, cesium phosphate, and cesium silicate , A method for producing a negative electrode for a lithium ion secondary battery.
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