JP5749116B2 - Lithium ion secondary battery - Google Patents

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Description

本発明は、リチウムイオン二次電池に関する。   The present invention relates to a lithium ion secondary battery.

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、主に携帯機器用充電池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。   With the recent development of electronic technology and increasing interest in environmental technology, various electrochemical devices are used. 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. Lithium ion secondary batteries, which are representative examples of power storage devices, were originally used mainly as rechargeable batteries for portable devices, but in recent years are expected to be used as batteries for hybrid vehicles and electric vehicles.

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ラックや黒鉛等と、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 the lithium ion secondary battery, the positive electrode is LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMn 2 O 4 or the like as a positive electrode active material, carbon black or graphite as a conductive agent, polyvinylidene fluoride, latex, rubber, or the like 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.

リチウムイオン二次電池は、現在、携帯機器の充電池として主に用いられている(例えば特許文献1参照)が、近年ではハイブリッド自動車や電気自動車などの自動車用途の電池としても広い展開が期待されている。リチウムイオン二次電池の用途拡大に向け、電池の小型化や高性能化を図る必要があり、そのアプローチとしてセパレータの改良がある。携帯機器用のリチウムイオン二次電池のセパレータとして現在主に用いられているものは合成樹脂製微多孔膜である。合成樹脂製微多孔膜は非常に信頼性が高い膜ではあるが、車載向けのセパレータとして用いるためには、例えば、容量、電流密度、耐熱性、コストなどの点で改良が求められている。これらの性能を向上させる試みとして不織布や紙などのセパレータを用いた例がある(例えば特許文献2、3参照)。不織布や紙は、安価なプロセスコストで多孔な膜(電池の高容量化が可能となる膜)を作製できること、耐熱性の高い素材で製膜できることから有望である。また、合成樹脂製セパレータを多孔化したり、低密度化したりした例もある。あるいは、合成樹脂製セパレータの製造コスト低減を目指したプロセスを検討している例もある。
さらには、電解液をゲル化させたゲル電解質と不織布性のセパレータとを組み合わせた研究例がある(例えば特許文献4)。
Lithium ion secondary batteries are currently mainly used as rechargeable batteries for portable devices (see, for example, Patent Document 1), but in recent years, they are expected to be widely used as batteries for automobiles such as hybrid cars and electric cars. ing. In order to expand the applications of lithium ion secondary batteries, it is necessary to reduce the size and improve the performance of the batteries. One approach is to improve separators. What is mainly used as a separator of a lithium ion secondary battery for portable devices is a microporous membrane made of synthetic resin. A synthetic resin microporous membrane is a very reliable membrane, but in order to be used as a separator for in-vehicle use, for example, improvements are required in terms of capacity, current density, heat resistance, cost, and the like. As an attempt to improve these performances, there is an example using a separator such as a nonwoven fabric or paper (for example, see Patent Documents 2 and 3). Nonwoven fabrics and paper are promising because they can produce a porous film (a film that can increase the capacity of a battery) at a low process cost and can be formed from a material having high heat resistance. There are also examples in which a synthetic resin separator is made porous or low density. Or there is an example which is considering the process aiming at the manufacturing cost reduction of the synthetic resin separator.
Furthermore, there is a research example in which a gel electrolyte obtained by gelling an electrolytic solution and a nonwoven fabric separator are combined (for example, Patent Document 4).

特開2009−087648号公報JP 2009-087648 A 特開2005−159283号公報JP 2005-159283 A 特開2005−293891号公報JP 2005-293891 A 特開2009−070605号公報JP 2009-070605 A

しかしながら、特許文献2及び3に記載のような高容量化可能なセパレータを用いると、短絡が発生したり、デンドライト成長が見られたり、様々な不安定な充放電挙動が見られるため、セパレータ性能としての信頼性や安全性に課題がある。
また、特許文献4に記載のような、ゲル化剤としてポリマーを用いたゲル電解質では、短絡やデンドライト成長は低減できるが、電池性能が液体の電解液と比較して低下するため、不織布の長所を充分に発揮させることは困難である。
However, when separators capable of increasing the capacity as described in Patent Documents 2 and 3 are used, a short circuit occurs, dendrite growth is observed, and various unstable charge / discharge behaviors are observed. There is a problem in reliability and safety.
Moreover, in the gel electrolyte using a polymer as a gelling agent as described in Patent Document 4, short circuit and dendrite growth can be reduced, but the battery performance is reduced as compared with a liquid electrolyte. It is difficult to fully exhibit.

そこで、本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、不織布などの電池の高容量化が可能なセパレータを用いても、安定した充放電挙動を示し、サイクル特性や安全性にも優れたリチウムイオン二次電池を提供する。   Therefore, the present invention has been made in view of the above circumstances, and even if a separator capable of increasing the capacity of a battery such as a nonwoven fabric is used, stable charge / discharge behavior is exhibited, and cycle characteristics and safety are also excellent. A lithium ion secondary battery is provided.

本発明者らは上記目的を達成すべく、様々なセパレータと電解液とを検討した結果、特定の孔構造を有する材料をセパレータに用い、また、低分子ゲル化剤を含有する電解液をあわせて用いることにより、得られるリチウムイオン二次電池が安定した充放電挙動を示し、サイクル特性及び安全性に優れることを見出し、本発明を完成するに至った。   As a result of studying various separators and electrolytes in order to achieve the above-mentioned object, the present inventors used a material having a specific pore structure for the separator and combined an electrolyte solution containing a low-molecular gelling agent. As a result, it was found that the obtained lithium ion secondary battery exhibited stable charge / discharge behavior and was excellent in cycle characteristics and safety, and the present invention was completed.

[1]
非水溶媒、リチウム塩及び低分子ゲル化剤を含む電解液と、
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、
不織布で形成されたセパレータと、
を備え、
該セパレータの有する全孔数のうち、短径が1.0μm以下の孔の数の割合が20%以下であり、
前記セパレータの最表面に存在する孔のうち、短径が1.0μm以下の孔の数の割合が5%以下であり、
前記低分子ゲル化剤が下記一般式(1)、(2)及び(3)からなる群より選択される一種以上の化合物を含み、
Rf1−R1−X1−L1−R2 (1)
Rf1−R1−X1−L1−R3―L2―X2―R4―Rf2 (2)
5−O−Ar−X3−C (3)
(式(1)及び(2)中、
Rf1及びRf2はそれぞれ独立に、炭素数2〜20のパーフルオロアルキル基を示し、
1及びR4はそれぞれ独立に、単結合若しくは炭素数1〜6の2価の飽和炭化水素基を示し、
1及びX2はそれぞれ独立に、下記式(1a)〜(1e)からなる群より選ばれる2価の官能基を示し、
1及びL2はそれぞれ独立に、単結合、アルキル基若しくはハロゲン原子で置換されていてもよいオキシアルキレン基、アルキル基若しくはハロゲン原子で置換されていてもよいオキシシクロアルキレン基、又は、アルキル基若しくはハロゲン原子で置換されていてもよい2価のオキシ芳香族基を示し、
2は、アルキル基若しくはハロゲン原子(ただし、フッ素原子を除く。)で置換されていてもよい炭素数1〜20のアルキル基、アルキル基若しくはハロゲン原子(ただし、フッ素原子を除く。)で置換されていてもよいフルオロアルキル基、アリール基若しくはフルオロアリール基、又は、これらの基のうちの1種以上とこれらの基に対応する2価の基のうちの1種以上とが結合した1価の基を示し、
3は主鎖に酸素及び/又は硫黄原子1つ以上を有してもよく、かつ、アルキル基で置換されていてもよい炭素数1〜18の2価の飽和炭化水素基を示す。
また、式(3)中、
5は、ハロゲン原子で置換されていてもよい主鎖の炭素数1〜20の炭化水素基を示し、
Arは、アルキル基及び/又はハロゲン原子で置換されていてもよい核原子数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、
3は、下記式(3a)、(3b)、(3e)〜(3g)のいずれかの2価の基、又は下記式(3a)、(3b)、(3e)〜(3g)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(3z)で表されるクマリン部位を示し、下記式(3z)中、Raは、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、アルコキシ基又はハロゲン原子を示す。

前記電解液が、低温状態でゲル、高温状態でゾルとなる相転移型のゲル電解質溶液であり、
前記ゲルと前記ゾルとの相転移温度が50〜150℃の範囲にある、リチウムイオン二次電池。
[2]
非水溶媒、リチウム塩及び低分子ゲル化剤を含む電解液と、
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、
不織布で形成されたセパレータと、
を備え、
該セパレータの透気度が50s/100cc以下である、[1]に記載のリチウムイオン二次電池。
[3]
前記セパレータの有する全孔数のうち、短径が200μm以上の孔の数の割合が5%以下である、[1]又は[2]に記載のリチウムイオン二次電池。
[4]
前記セパレータが有する全孔数のうち、一方の表面から他方の表面に連続した貫通孔の長径が150μm以上の孔の数の割合が5%以下である、[1]〜[3]のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池。
[5]
前記セパレータの膜厚が20μm以上60μm以下である、[1]〜[4]のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池
[6
前記X1及びX2が、それぞれ独立に、前記式(1a)又は前記式(1d)で表される2価の官能基である、[1]〜[]のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池。

前記X1及びX2が、前記式(1d)で表される2価の官能基である、[1]〜[]のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池。

25℃における充放電サイクル試験を100サイクル行ったときの時の放電容量維持率が80%以上である、[1]〜[]のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池。

前記電解液が、前記セパレータに含浸され、前記低分子ゲル化剤の一部が前記セパレータの孔の中に存在している、[1]〜[]のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池。
10
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、[1]〜[]のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池。
11
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、[1]〜[10]のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池。
[1]
An electrolyte solution containing a non-aqueous solvent, a lithium salt, and a low-molecular gelling agent;
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 separator formed of a nonwoven fabric ;
With
Of the total number of holes of the separator, the ratio of the number of holes having a minor axis of 1.0 μm or less is 20% or less,
Of the holes present on the outermost surface of the separator, the ratio of the number of holes having a minor axis of 1.0 μm or less is 5% or less
The low-molecular gelling agent comprises one or more compounds selected from the group consisting of the following general formulas (1), (2) and (3),
Rf 1 -R 1 -X 1 -L 1 -R 2 (1)
Rf 1 -R 1 -X 1 -L 1 -R 3 -L 2 -X 2 -R 4 -Rf 2 (2)
R 5 —O—Ar—X 3 —C (3)
(In the formulas (1) and (2),
Rf 1 and Rf 2 each independently represents a C 2-20 perfluoroalkyl group,
R 1 and R 4 each independently represents a single bond or a divalent saturated hydrocarbon group having 1 to 6 carbon atoms,
X 1 and X 2 each independently represent a divalent functional group selected from the group consisting of the following formulas (1a) to (1e),
L 1 and L 2 are each independently a single bond, an oxyalkylene group optionally substituted with an alkyl group or a halogen atom, an oxycycloalkylene group optionally substituted with an alkyl group or a halogen atom, or an alkyl group Or a divalent oxyaromatic group optionally substituted by a halogen atom,
R 2 is substituted with an alkyl group or a halogen atom (excluding a fluorine atom), an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, an alkyl group or a halogen atom (excluding a fluorine atom) optionally substituted with an alkyl group or a halogen atom (excluding a fluorine atom). A monovalent fluoroalkyl group, aryl group or fluoroaryl group, or one or more of these groups bonded to one or more of divalent groups corresponding to these groups The group of
R 3 represents a divalent saturated hydrocarbon group having 1 to 18 carbon atoms which may have one or more oxygen and / or sulfur atoms in the main chain and may be substituted with an alkyl group.
Moreover, in Formula (3),
R 5 represents a carbon hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms may be substituted with a halogen atom backbone,
Ar represents an alkyl group and / or a divalent aromatic hydrocarbon group or alicyclic hydrocarbon group having 5 to 30 nucleus atoms which may be substituted with a halogen atom ,
X 3 is any divalent group of the following formulas (3a), (3b), (3e) to (3g), or any of the following formulas (3a), (3b), (3e) to (3g) Or a divalent group in which a plurality of groups are bonded,
C represents a coumarin moiety represented by the following formula (3z). In the following formula (3z), each R a independently represents a hydrogen atom, an alkyl group, an alkoxy group or a halogen atom.
)
The electrolyte solution is a phase transition type gel electrolyte solution that becomes a gel at a low temperature and a sol at a high temperature,
A lithium ion secondary battery in which a phase transition temperature between the gel and the sol is in a range of 50 to 150 ° C.
[2]
An electrolyte solution containing a non-aqueous solvent, a lithium salt, and a low-molecular gelling agent;
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 separator formed of a nonwoven fabric ;
With
The lithium ion secondary battery according to [1], wherein the separator has an air permeability of 50 s / 100 cc or less.
[3]
The lithium ion secondary battery according to [1] or [2], wherein the ratio of the number of holes having a minor axis of 200 μm or more out of the total number of holes of the separator is 5% or less.
[4]
Any of [1] to [3], wherein the ratio of the number of holes having a long diameter of 150 μm or more continuous from one surface to the other surface is 5% or less among the total number of holes of the separator. The lithium ion secondary battery described in 1.
[5]
The lithium ion secondary battery according to any one of [1] to [4], wherein the separator has a thickness of 20 μm or more and 60 μm or less .
[6 ]
The lithium ion according to any one of [1] to [ 5 ], wherein X 1 and X 2 are each independently a divalent functional group represented by the formula (1a) or the formula (1d). Secondary battery.
[ 7 ]
The lithium ion secondary battery according to any one of [1] to [ 6 ], wherein X 1 and X 2 are divalent functional groups represented by the formula (1d).
[ 8 ]
The lithium ion secondary battery according to any one of [1] to [ 7 ], wherein a discharge capacity retention rate when 100 cycles of the charge / discharge cycle test at 25 ° C are performed is 80% or more.
[ 9 ]
The lithium ion secondary according to any one of [1] to [ 8 ], wherein the electrolyte is impregnated in the separator, and a part of the low-molecular gelling agent is present in the pores of the separator. battery.
[ 10 ]
The lithium ion secondary battery according to any one of [1] to [ 9 ], wherein the positive electrode includes a lithium-containing compound as the positive electrode active material.
[ 11 ]
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 in any one of [ 10 ].

本発明によると、不織布などの電池の高容量化が可能なセパレータを用いても、安定した充放電挙動を示し、サイクル特性や安全性にも優れた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, it is possible to provide a lithium ion secondary battery that exhibits stable charge / discharge behavior and is excellent in cycle characteristics and safety even when a separator such as a nonwoven fabric that can increase the capacity of the battery is used. .

本実施形態のリチウムイオン二次電池の一例を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows roughly an example of the lithium ion secondary battery of this embodiment.

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。本実施形態のリチウムイオン二次電池は、特定の孔構造を有するセパレータと、非水溶媒、リチウム塩及び低分子ゲル化剤を含む電解液と、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 lithium ion secondary battery of the present embodiment includes a separator having a specific pore structure, an electrolyte containing a nonaqueous solvent, a lithium salt, and a low molecular gelling agent, and occlusion and release of lithium ions as a positive electrode active material. One or more materials selected from the group consisting of a positive electrode containing one or more materials selected from the group consisting of materials capable of absorbing, and a material capable of occluding and releasing lithium ions as the negative electrode active material and metallic lithium A negative electrode containing a material.

<セパレータ>
本実施形態のリチウムイオン二次電池では、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。セパレータとしては、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。
本実施形態に用いるセパレータは、特定の孔構造を有することが必要である。具体的には、セパレータの有する全孔数のうち、短径が1.0μm以下の孔の数の割合が20%以下である。また、セパレータの透気度が50s/100cc以下であることが好ましい。このような特定の孔構造を有するセパレータと、低分子ゲル化剤を含有する電解液とを組み合わせて用いることにより、リチウムイオン二次電池における電流密度が電極の一部に局所的に集中することによるデンドライト成長を抑制すること及び微小短絡による充電電気容量の過剰を改善できる。
本実施形態に用いるセパレータにおいて、短径が1.0μm以下の孔の数の割合は、10%以下であることが好ましい。短径が1.0μm以下の孔の数の割合の下限は、0.5%以上であることが好ましい。また、短径が200μm以上の孔の数の割合が5%以下であることがさらに好ましい。さらにより好ましくは短径が150μm以上の孔の数の割合が5%以下である。
また、前記セパレータの最表面に存在する孔のうち、短径が1.0μm以下の孔の数の割合が5%以下であることが好ましい。さらに、本実施形態に用いるセパレータが有する全孔数のうち、一方の表面から他方の表面に連続した貫通孔の長径が150μm以上の孔の数の割合が5%以下であるとさらに好ましい。前記セパレータの最表面に存在する孔のうち短径が1.0μm以下の孔の数の割合、及び、貫通孔の長径が150μm以上の孔の割合が5%以下であることにより、短絡が発生するなど不安定な充放電挙動を更に抑制することができる。
本実施形態に用いるセパレータの透気度は50s/100cc以下であることが好ましく、より好ましくは20s/100cc以下である。
本実施形態に用いるセパレータの膜厚は20μm以上60μm以下であることが好ましく、より好ましくは20μm以上50μm以下である。セパレータの膜厚は、機械的強度の観点、及び、正負極を隔離し短絡を抑制するという観点から、20μm以上が好ましい。また、電池としての出力密度を高め、エネルギー密度の低下を抑制する観点から、セパレータの膜厚は60μm以下が好ましい。
このような特定の孔構造を有するセパレータと、低分子ゲル化剤を含有する電解液とを組み合わせて用いることにより、得られるリチウムイオン二次電池が安定した充放電挙動を示すことができる。
本実施形態において、セパレータの有する全孔数のうち、短径が1.0μm以下の孔の数の割合は、後述する実施例に記載の方法で求めることができる。また、短径が200μm以上の孔の数の割合は、後述する実施例に記載の方法で求めることができる。さらに、短径が150μm以上の孔の数の割合は、後述する実施例に記載の方法で求めることができる。さらにまた、セパレータの最表面に存在する孔のうち、短径が1.0μm以下の孔の数の割合や、セパレータが有する全孔数のうち、一方の表面から他方の表面に連続した貫通孔の長径が150μm以上の孔の数の割合も後述する実施例に記載の方法で求めることができる。
セパレータの透気度は100ccの空気が透過するのに要する時間である。セパレータの透気度測定には透気度試験機を用いる。本実施形態において、セパレータの透気度は、JIS P−8117準拠のガーレー式の透気度計にて測定した値である。
本実施形態に用いる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、抄紙などが挙げられ、上記の構造をとることができればどれであっても構わない。上記孔構造の形成しやすさ、コストの点から織布、不織布、抄紙が好ましく、不織布、抄紙がさらに好ましく、不織布が最も好ましい。また、これらのセパレータは一般的製法でつくることができ、製法は問わない。本実施形態に用いるセパレータは、不織布の場合、例えばスパンボンド法、メルトブローン法などでつくることができる。また、本実施形態に用いるセパレータは、単層であっても複数のものが積層したものであっても構わない。
本実施形態に用いるセパレータの材質は、例えば、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、アラミドなどの耐熱樹脂製、セルロース製などが挙げられる。ハンドリング性と耐熱性の観点から、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、セルロース製が好ましい。これらの樹脂等は単一の樹脂等を用いてもよく、共重合樹脂を用いてもよく、また、複数の樹脂等を混合したものを用いてもよい。また、複数の材質の膜を積層したものであってもよい。積層体の場合には各層の材質が同じであっても違うものであってもよい。積層体を作る場合には各層ごと順に積層することもできるし別に作製した複数の膜を張り合わせることで積層体にすることもできる。
<Separator>
In the lithium ion secondary battery of this embodiment, a separator is provided 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. As the separator, an insulating thin film having high ion permeability and excellent mechanical strength is preferable.
The separator used in the present embodiment needs to have a specific pore structure. Specifically, the ratio of the number of holes having a minor axis of 1.0 μm or less out of the total number of holes of the separator is 20% or less. Moreover, it is preferable that the air permeability of a separator is 50 s / 100 cc or less. By using a separator having such a specific pore structure in combination with an electrolyte containing a low-molecular gelling agent, the current density in the lithium ion secondary battery is locally concentrated on a part of the electrode. It is possible to suppress dendrite growth due to, and to improve an excess of charging electric capacity due to a minute short circuit.
In the separator used in this embodiment, the ratio of the number of holes having a minor axis of 1.0 μm or less is preferably 10% or less. The lower limit of the ratio of the number of holes having a minor axis of 1.0 μm or less is preferably 0.5% or more. Further, the ratio of the number of holes having a minor axis of 200 μm or more is more preferably 5% or less. Even more preferably, the ratio of the number of holes having a minor axis of 150 μm or more is 5% or less.
Moreover, it is preferable that the ratio of the number of holes having a minor axis of 1.0 μm or less among the holes present on the outermost surface of the separator is 5% or less. Furthermore, it is more preferable that the ratio of the number of holes having a long diameter of 150 μm or more continuous through holes from one surface to the other surface is 5% or less among the total number of holes of the separator used in the present embodiment. A short circuit occurs due to the ratio of the number of holes having a minor axis of 1.0 μm or less among the holes present on the outermost surface of the separator and the ratio of the holes having a major axis of through holes of 150 μm or more being 5% or less. Unstable charging / discharging behavior such as this can be further suppressed.
The air permeability of the separator used in this embodiment is preferably 50 s / 100 cc or less, and more preferably 20 s / 100 cc or less.
The thickness of the separator used in the present embodiment is preferably 20 μm or more and 60 μm or less, and more preferably 20 μm or more and 50 μm or less. The thickness of the separator is preferably 20 μm or more from the viewpoint of mechanical strength and from the viewpoint of isolating the positive and negative electrodes and suppressing short circuits. Further, from the viewpoint of increasing the output density as a battery and suppressing the decrease in energy density, the thickness of the separator is preferably 60 μm or less.
By using a separator having such a specific pore structure in combination with an electrolytic solution containing a low-molecular gelling agent, the obtained lithium ion secondary battery can exhibit stable charge / discharge behavior.
In the present embodiment, the ratio of the number of holes having a minor axis of 1.0 μm or less out of the total number of holes of the separator can be obtained by the method described in Examples described later. Further, the ratio of the number of holes having a minor axis of 200 μm or more can be determined by the method described in Examples described later. Furthermore, the ratio of the number of holes having a minor axis of 150 μm or more can be determined by the method described in Examples described later. Furthermore, out of the holes present on the outermost surface of the separator, the ratio of the number of holes having a minor axis of 1.0 μm or less, or the total number of holes of the separator, the through-holes continuous from one surface to the other surface The ratio of the number of holes having a major axis of 150 μm or more can also be determined by the method described in Examples described later.
The air permeability of the separator is the time required for 100 cc of air to permeate. An air permeability tester is used for measuring the air permeability of the separator. In the present embodiment, the air permeability of the separator is a value measured with a Gurley type air permeability meter according to JIS P-8117.
Examples of the separator used in the present embodiment include a woven fabric, a non-woven fabric, a synthetic resin microporous membrane, and papermaking. Any separator can be used as long as it can take the above-described structure. From the viewpoints of the ease of forming the pore structure and cost, woven fabrics, nonwoven fabrics and papermaking are preferred, nonwoven fabrics and papermaking are more preferred, and nonwoven fabrics are most preferred. Moreover, these separators can be manufactured by a general manufacturing method, and a manufacturing method is not ask | required. In the case of a nonwoven fabric, the separator used in the present embodiment can be made by, for example, a spunbond method, a melt blown method, or the like. In addition, the separator used in the present embodiment may be a single layer or a stack of a plurality of layers.
Examples of the material of the separator used in the present embodiment include ceramic, polyolefin, polyester, polyamide, liquid crystal polyester, heat-resistant resin such as aramid, and cellulose. From the viewpoint of handling properties and heat resistance, polyester, polyamide, liquid crystal polyester, aramid, and cellulose are preferable. These resins and the like may be a single resin or the like, may be a copolymer resin, or may be a mixture of a plurality of resins or the like. Alternatively, a plurality of films made of a plurality of materials may be stacked. In the case of a laminated body, the material of each layer may be the same or different. When making a laminated body, it can also laminate | stack in order for every layer, and can also be made into a laminated body by bonding together the several film | membrane produced separately.

<電解液>
本実施形態に用いる電解液は、(I)非水溶媒と、(II)リチウム塩と、(III)低分子ゲル化剤とを含有する。
(I)非水溶媒としては、様々なものを用いることができるが、例えば非プロトン性溶媒が挙げられる。リチウムイオン二次電池の電解液として用いる場合、その充放電に寄与する電解質であるリチウム塩の電離度を高めるために、非プロトン性極性溶媒が好ましい。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 used in the present embodiment contains (I) a nonaqueous solvent, (II) a lithium salt, and (III) a low molecular gelling agent.
(I) Although various things can be used as a non-aqueous solvent, for example, an aprotic solvent is mentioned. When used as an electrolyte solution for a lithium ion secondary battery, an aprotic polar solvent is preferable in order to increase the ionization degree of a lithium salt that is an electrolyte that contributes to the charge and discharge. 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.

(I)非水溶媒は、リチウム塩の電離度を高めるために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、リチウム塩の電離を助けると共にゲル化能を高める。   (I) The non-aqueous solvent preferably contains one or more cyclic aprotic polar solvents in order to increase the ionization degree of the lithium salt. 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, helps ionization of the lithium salt, and enhances 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、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)電解質として使用されるリチウム塩の具体例としては、例えば、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) Specific examples of the lithium salt used as the electrolyte include, for example, LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , Li 2 SiF 6 , LiOSO 2 C k F 2k + 1 [k is 1-8. Integer], 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 1 8 integer], represented by 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], LiB (C 2 O 2) 2 Examples thereof include lithium bisoxalyl borate, lithium difluorooxalyl borate represented by LiBF 2 (C 2 O 2 ), and lithium trifluorooxalyl phosphate represented by LiPF 3 (C 2 O 2 ).

また、下記一般式(a)、(b)又は(c)で表されるリチウム塩を電解質として用いることもできる。
LiC(SO211)(SO212)(SO213) (a)
LiN(SO2OR14)(SO2OR15) (b)
LiN(SO216)(SO2OR17) (c)
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 (a), (b), or (c) can also be used as an electrolyte.
LiC (SO 2 R 11 ) (SO 2 R 12 ) (SO 2 R 13 ) (a)
LiN (SO 2 OR 14 ) (SO 2 OR 15 ) (b)
LiN (SO 2 R 16 ) (SO 2 OR 17 ) (c)
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。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. 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] are used from the viewpoint of enhancing gelation ability in addition to battery characteristics and stability. preferable.

電解質の濃度は任意であり特に限定されないが、電解質は、電解液中に好ましくは0.1〜3モル/リットル、より好ましくは0.5〜2モル/リットルの濃度で含有される。   The concentration of the electrolyte is arbitrary and is not particularly limited, but the electrolyte is preferably contained in the electrolytic solution at a concentration of 0.1 to 3 mol / liter, more preferably 0.5 to 2 mol / liter.

(III)低分子ゲル化剤とは、可逆的な物理相互作用で、ゾル−ゲルの転移が可能な非ポリマー型のゲル化剤のことである。低分子ゲル化剤としては様々なものが知られており、そのいずれを用いても構わない。例えば特開平10−175901号公報に記載のフルオロ型のゲル化剤、特開2007−506833号公報、特開2009−155592号公報に記載のアミド基含有ゲル化剤などを挙げることができる。   (III) The low molecular gelling agent is a non-polymer type gelling agent capable of sol-gel transition by reversible physical interaction. Various low molecular gelling agents are known, and any of them may be used. Examples thereof include a fluoro gelling agent described in JP-A-10-175901, an amide group-containing gelling agent described in JP-A-2007-506833, and JP-A-2009-155592.

本実施形態に用いる低分子ゲル化剤としては、電気化学的安定性と電解液に対するゲル化能の点から下記一般式(1)、(2)及び(3)で表される化合物からなる群より選択される一種以上を含むことが好ましい。
Rf1−R1−X1−L1−R2 (1)
Rf1−R1−X1−L1−R3―L2―X2―R4―Rf2 (2)
5−O−Ar−X3−C (3)
The low molecular weight gelling agent used in the present embodiment is a group consisting of compounds represented by the following general formulas (1), (2) and (3) from the viewpoint of electrochemical stability and gelling ability with respect to an electrolytic solution. It is preferable to include one or more selected.
Rf 1 -R 1 -X 1 -L 1 -R 2 (1)
Rf 1 -R 1 -X 1 -L 1 -R 3 -L 2 -X 2 -R 4 -Rf 2 (2)
R 5 —O—Ar—X 3 —C (3)

上記一般式(1)及び(2)において、Rf1及びRf2はそれぞれ独立に、炭素数2〜20のパーフルオロアルキル基を示す。当該炭素数が2〜20であれば、原料入手と合成が容易である。上記一般式(1)及び(2)で表される化合物(以下「パーフルオロ化合物」とも記す。)の電解液への混合性、電解液の電気化学的特性、及びゲル化能の観点から、前記炭素数は2〜12であると好ましい。パーフルオロアルキル基としては、例えば、パーフルオロエチル基、パーフルオロn−プロピル基、パーフルオロイソプロピル基、パーフルオロn−ブチル基、パーフルオロt−ブチル基、パーフルオロn−ヘキシル基、パーフルオロn−オクチル基、パーフルオロn−デシル基及びパーフルオロn−ドデシル基が挙げられる。 In the general formulas (1) and (2), Rf 1 and Rf 2 each independently represents a C 2-20 perfluoroalkyl group. If the said carbon number is 2-20, a raw material acquisition and a synthesis | combination will be easy. From the viewpoints of the compatibility of the compounds represented by the general formulas (1) and (2) (hereinafter also referred to as “perfluoro compounds”) into the electrolyte, the electrochemical characteristics of the electrolyte, and the gelling ability, The carbon number is preferably 2-12. Examples of the perfluoroalkyl group include perfluoroethyl group, perfluoro n-propyl group, perfluoroisopropyl group, perfluoro n-butyl group, perfluoro t-butyl group, perfluoro n-hexyl group, perfluoro n. -An octyl group, a perfluoro n-decyl group, and a perfluoro n-dodecyl group are mentioned.

上記一般式(1)及び(2)において、R1及びR4はそれぞれ独立に、単結合又は炭素数1〜6の2価の飽和炭化水素基を示し、当該炭素数は2〜5であると好ましい。前記2価の飽和炭化水素基の炭素数が3以上である場合、分岐があってもなくてもよい。このような2価の飽和炭化水素基としては、例えば、メチリデン基、エチレン基、n−プロピレン基、イソプロピレン基及びn−ブテン基が挙げられる。 In the general formulas (1) and (2), R 1 and R 4 each independently represent a single bond or a divalent saturated hydrocarbon group having 1 to 6 carbon atoms, and the carbon number is 2 to 5. And preferred. When the divalent saturated hydrocarbon group has 3 or more carbon atoms, it may or may not be branched. Examples of such a divalent saturated hydrocarbon group include a methylidene group, an ethylene group, an n-propylene group, an isopropylene group, and an n-butene group.

また、X1及びX2はそれぞれ独立に、下記式(1a)〜(1g)からなる群より選ばれる2価の官能基を示す。これらの中では電気化学的見地より、下記式(1a)、下記式(1b)及び下記式(1d)で表される2価の基からなる群より選ばれる2価の官能基が好ましく、下記式(1a)又は下記式(1d)で表される2価の官能基であるとより好ましく、下記式(1d)で表される2価の官能基であると更に好ましい。
X 1 and X 2 each independently represent a divalent functional group selected from the group consisting of the following formulas (1a) to (1g). Among these, from an electrochemical viewpoint, a divalent functional group selected from the group consisting of divalent groups represented by the following formula (1a), the following formula (1b) and the following formula (1d) is preferable. The divalent functional group represented by the formula (1a) or the following formula (1d) is more preferable, and the divalent functional group represented by the following formula (1d) is more preferable.

1及びL2はそれぞれ独立に、単結合、アルキル基若しくはハロゲン原子で置換されていてもよい(すなわち置換されていなくてもよい)オキシアルキレン基、アルキル基若しくはハロゲン原子で置換されていてもよい(すなわち置換されていなくてもよい)オキシシクロアルキレン基、又は、アルキル基若しくはハロゲン原子で置換されていてもよい(すなわち置換されていなくてもよい)2価のオキシ芳香族基(−OAr−;Arは2価の芳香族基)を示す。オキシアルキレン基としては、例えば、炭素数2〜10のオキシアルキレン基、より具体的には、オキシエチレン基(−C24O−)及びオキシプロピレン基(−C36O−)が挙げられる。オキシシクロアルキレン基としては、例えば、炭素数5〜12のオキシシクロアルキレン基、より具体的には、オキシシクロペンチレン基、オキシシクロヘキシレン基、オキシジシクロヘキシレン基が挙げられる。 L 1 and L 2 may each independently be substituted with a single bond, an alkyl group or a halogen atom (that is, may be unsubstituted) an oxyalkylene group, an alkyl group or a halogen atom. A good (ie, unsubstituted) oxycycloalkylene group, or a divalent oxyaromatic group (—OAr) optionally substituted (ie, optionally substituted) with an alkyl group or a halogen atom -; Ar represents a divalent aromatic group. Examples of the oxyalkylene group include an oxyalkylene group having 2 to 10 carbon atoms, more specifically, an oxyethylene group (—C 2 H 4 O—) and an oxypropylene group (—C 3 H 6 O—). Can be mentioned. Examples of the oxycycloalkylene group include an oxycycloalkylene group having 5 to 12 carbon atoms, and more specifically, an oxycyclopentylene group, an oxycyclohexylene group, and an oxydicyclohexylene group.

これらの中でも、ゲル化能及び電解液の安全性向上の観点から、2価のオキシ芳香族基が好ましい。アルキル基若しくはハロゲン原子で置換されていてもよい2価のオキシ芳香族基における2価の芳香族基は、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。炭素環式の基は、その核原子数が6〜30であり、上述のとおりアルキル基若しくはハロゲン原子により置換されていてもよく、置換されていなくてもよい。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、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。   Among these, a divalent oxyaromatic group is preferable from the viewpoint of gelling ability and improving the safety of the electrolytic solution. The divalent aromatic group in the divalent oxyaromatic group which may be substituted with an alkyl group or a halogen atom is a cyclic divalent group exhibiting so-called “aromaticity”. The divalent aromatic group may be a carbocyclic group or a heterocyclic group. The carbocyclic group has 6 to 30 nuclear atoms, and may be substituted with an alkyl group or a halogen atom as described above, or may not be substituted. Specific examples thereof include a divalent group 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.

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。これらの中でも、2価の芳香族基として、フェニレン基、ビフェニレン基又はナフチレン基が好ましい。また、置換基である上記アルキル基としては、例えばメチル基及びエチル基が挙げられ、ハロゲン原子としては、例えば、フッ素原子、塩素原子及び臭素原子が挙げられる。
オキシシクロアルキレン基及びオキシ芳香族基には複数の環が接続されたものも含まれ、このような基として、例えば、オキシビフェニレン基、オキシターフェニレン基、オキシシクロアルキルフェニレン基が挙げられる。
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. Among these, as the divalent aromatic group, a phenylene group, a biphenylene group, or a naphthylene group is preferable. Examples of the alkyl group that is a substituent include a methyl group and an ethyl group, and examples of the halogen atom include a fluorine atom, a chlorine atom, and a bromine atom.
The oxycycloalkylene group and the oxyaromatic group include those in which a plurality of rings are connected. Examples of such a group include an oxybiphenylene group, an oxyterphenylene group, and an oxycycloalkylphenylene group.

上記一般式(1)中のR2は、アルキル基若しくはハロゲン原子(ただし、フッ素原子を除く。)で置換されていてもよい炭素数1〜20のアルキル基、アルキル基若しくはハロゲン原子(ただし、フッ素原子を除く。)で置換されていてもよいフルオロアルキル基、アリール基若しくはフルオロアリール基、又は、これらの基のうちの1種以上とこれらの基に対応する2価の基のうちの1種以上とが結合した1価の基を示す。R2として、より具体的には、メチル基、エチル基、n−プロピル基、n−ブチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基、n−ヘプチル基、n−オクチル基、n−デシル基に代表される炭素数1〜12のアルキル基が挙げられる。このアルキル基は、更にアルキル基又はハロゲン原子(ただし、フッ素原子を除く。)で置換されていても、置換されていなくてもよい。 R 2 in the general formula (1) is an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, an alkyl group, or a halogen atom (provided that it may be substituted with an alkyl group or a halogen atom (excluding a fluorine atom)). A fluoroalkyl group, an aryl group, or a fluoroaryl group optionally substituted with a fluorine atom), or one or more of these groups and one of divalent groups corresponding to these groups A monovalent group bonded to a species or more is shown. R 2 is more specifically a methyl group, ethyl group, n-propyl group, n-butyl group, n-pentyl group, n-hexyl group, n-heptyl group, n-octyl group, n-decyl group. And an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms represented by This alkyl group may or may not be further substituted with an alkyl group or a halogen atom (excluding a fluorine atom).

フルオロアルキル基としては、炭素数1〜12のフルオロアルキル基(ただし、パーフルオロアルキル基を除く。)若しくは炭素数1〜12のパーフルオロアルキル基が好ましい。炭素数1〜12のフルオロアルキル基(ただし、パーフルオロアルキル基を除く。)及び炭素数1〜12のパーフルオロアルキル基として、具体的には、トリフルオロメチル基、1,1,1,2,2−ペンタフルオロエチル基、1,1,2,2−テトラフルオロエチル基、1,1,1,2,2,3,3−ヘプタフルオロn−ブチル基、1,1,2,2,3,3,4,4,5,5,6,6−ドデカフルオロn―ヘキシル基及び1,1,1,2,2,3,3,4,4,5,5,6,6−トリデカフルオロn−デシル基が挙げられる。フルオロアルキル基は、更にアルキル基又はハロゲン原子(ただし、フッ素原子を除く。)で置換されていても、置換されていなくてもよい。   As a fluoroalkyl group, a C1-C12 fluoroalkyl group (however, except a perfluoroalkyl group) or a C1-C12 perfluoroalkyl group is preferable. Specific examples of the fluoroalkyl group having 1 to 12 carbon atoms (excluding the perfluoroalkyl group) and the perfluoroalkyl group having 1 to 12 carbon atoms include a trifluoromethyl group, 1,1,1,2 , 2-pentafluoroethyl group, 1,1,2,2-tetrafluoroethyl group, 1,1,1,2,2,3,3-heptafluoron-butyl group, 1,1,2,2, 3,3,4,4,5,5,6,6-dodecafluoro n-hexyl group and 1,1,1,2,2,3,3,4,4,5,5,6,6-tri A decafluoro n-decyl group is mentioned. The fluoroalkyl group may be further substituted with an alkyl group or a halogen atom (excluding a fluorine atom), or may not be substituted.

アリール基としては、例えば、フェニル基、ビフェニル基、ナフチル基に代表される核原子数が6〜12のアリール基、フルオロアリール基としては、例えば、モノフルオロフェニル基、ジフルオロフェニル基、テトラフルオロフェニル基に代表される核原子数が6〜12のフルオロアリール基が挙げられる。
また、R2は、上述のアルキル基、フルオロアルキル基、アリール基及びフルオロアリール基のうちの1種以上と、それらの基に対応する2価の基、すなわち、アルキレン基、フルオロアルキレン基、アリーレン基及びフルオロアリーレン基、のうちの1種以上とが結合した1価の基であってもよい。そのような基としては、例えば、アルキレン基とパーフルオロアルキル基とが結合した基(ただし、この基はフルオロアルキル基の1種でもある。)、アルキレン基とアリール基とが結合した基、フルオロアルキル基とフルオロアリーレン基とが結合した基が挙げられる。
As an aryl group, for example, an aryl group having 6 to 12 nuclear atoms represented by a phenyl group, a biphenyl group, and a naphthyl group, and a fluoroaryl group, for example, a monofluorophenyl group, a difluorophenyl group, a tetrafluorophenyl Examples thereof include a fluoroaryl group having 6 to 12 nuclear atoms represented by the group.
R 2 represents one or more of the aforementioned alkyl group, fluoroalkyl group, aryl group and fluoroaryl group, and a divalent group corresponding to these groups, that is, an alkylene group, a fluoroalkylene group, an arylene group. A monovalent group in which one or more of a group and a fluoroarylene group are bonded may be used. Examples of such a group include a group in which an alkylene group and a perfluoroalkyl group are bonded (however, this group is also a kind of fluoroalkyl group), a group in which an alkylene group and an aryl group are bonded, fluoro Examples include a group in which an alkyl group and a fluoroarylene group are bonded.

2は、本実施形態における効果をより有効且つ確実に奏する観点から、アルキル基又はフルオロアルキル基であると好ましく、炭素数1〜12のアルキル基、炭素数1〜12のフルオロアルキル基(ただし、パーフルオロアルキル基を除く。)又は炭素数1〜12のパーフルオロアルキル基であるとより好ましく、炭素数1〜8のアルキル基又は炭素数2〜10のフルオロアルキル基(ただし、パーフルオロアルキル基を除く。)であると更に好ましい。 R 2 is preferably an alkyl group or a fluoroalkyl group from the viewpoint of more effectively and reliably achieving the effects of the present embodiment, and is an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms or a fluoroalkyl group having 1 to 12 carbon atoms (provided that Or a perfluoroalkyl group having 1 to 12 carbon atoms, more preferably an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms or a fluoroalkyl group having 2 to 10 carbon atoms (provided that the perfluoroalkyl group is a perfluoroalkyl group). It is more preferable that the group is excluded.

上記一般式(2)中のR3は、主鎖に酸素及び/又は硫黄原子1つ以上を有しても有しなくてもよく、かつ、アルキル基で置換されていてもいなくてもよい炭素数1〜18の2価の飽和炭化水素基を示す。当該炭素数は、1〜16であると好ましく、2〜14であるとより好ましい。R3の炭素数によってもゲル化能を制御することができる。また、合成及び原料入手の観点から、当該範囲の炭素数が好ましい。 R 3 in the general formula (2) may or may not have one or more oxygen and / or sulfur atoms in the main chain, and may or may not be substituted with an alkyl group. A divalent saturated hydrocarbon group having 1 to 18 carbon atoms is shown. The said carbon number is preferable in it being 1-16, and more preferable in it being 2-14. The gelling ability can also be controlled by the number of carbon atoms in R 3 . Moreover, the carbon number of the said range is preferable from a viewpoint of a synthesis | combination and raw material acquisition.

パーフルオロ基を有するゲル化剤としては、例えば、Rf1−R1−O−R2、Rf1−R1−S−R2、Rf1−R1−SO2−R2、Rf1−R1−OCO−R2、Rf1−R1−O−Ar−O−R2(ここで、Arは2価の芳香族基を示す。以下同様。)、Rf1−R1−SO2−Ar−O−R2、Rf1−R1−SO2−Ar−O−Rf4、Rf1−R1−SO2−Ar−O−Rf3−Rf4(ここで、Rf3はフルオロアルキレン基、Rf4はフルオロアルキル基を示す。)、Rf1−R1−SO−Ar−O−R2、Rf1−R1−S−Ar−O−R2、Rf1−R1−O−R5−O−R2(ここで、R5は、アルキレン基を示す。)、Rf1−R1−CONH−R2、Rf1−R1―SO2―Ar1−O−R3−O−Ar2−SO2−R4−Rf2(ここで、Ar1及びAr2はそれぞれ独立に、2価の芳香族基を示す。以下同様。)、Rf1−R1−O−Ar1−O−R3−O−Ar2―O―R4―Rf2、Rf1−R1−SO2−Ar1−O−R6−O−R7−O−Ar2−O−R4−Rf2(ここで、R6及びR7はそれぞれ独立に、アルキレン基を示す。以下同様。)の一般式で表される化合物が挙げられる。より具体的には、Rf1及びRf2がそれぞれ独立に、炭素数2〜10のパーフルオロアルキル基、R1が炭素数2〜4のアルキレン基、Arが(又はAr1及びAr2がそれぞれ独立に)p−フェニレン基又はp−ビフェニレン基、R2が炭素数4〜8のアルキル基である上記各一般式で表される化合物、並びに、その二量体構造、例えば、Rf1−R1−O−Ar−O−R2、Rf1−R1−SO2−Ar−O−R2、Rf1−R1−O−Ar1−O−R3−O−Ar2―O―R4―Rf2、Rf1−R1−SO2−Ar1−O−R6−O−R7−O−Ar2−O−R4−Rf2の一般式で表される化合物が挙げられる。 Examples of the gelling agent having a perfluoro group include Rf 1 -R 1 —O—R 2 , Rf 1 —R 1 —S—R 2 , Rf 1 —R 1 —SO 2 —R 2 , Rf 1 —. R 1 —OCO—R 2 , Rf 1 —R 1 —O—Ar—O—R 2 (wherein Ar represents a divalent aromatic group; the same shall apply hereinafter), Rf 1 —R 1 —SO 2 —Ar—O—R 2 , Rf 1 —R 1 —SO 2 —Ar—O—Rf 4 , Rf 1 —R 1 —SO 2 —Ar—O—Rf 3 —Rf 4 (where Rf 3 represents fluoro An alkylene group, Rf 4 represents a fluoroalkyl group.), Rf 1 -R 1 -SO-Ar-O-R 2 , Rf 1 -R 1 -S-Ar-O-R 2 , Rf 1 -R 1- O—R 5 —O—R 2 (where R 5 represents an alkylene group), Rf 1 —R 1 —CONH—R 2 , Rf 1 —R 1 —SO 2 —Ar 1 —O—R 3 -O-Ar 2 -SO 2- R 4 -Rf 2 (wherein Ar 1 and Ar 2 each independently represents a divalent aromatic group; the same shall apply hereinafter), Rf 1 -R 1 -O-Ar 1 -O-R 3 —O—Ar 2 —O—R 4 —Rf 2 , Rf 1 —R 1 —SO 2 —Ar 1 —O—R 6 —O—R 7 —O—Ar 2 —O—R 4 —Rf 2 (here And R 6 and R 7 each independently represents an alkylene group, the same shall apply hereinafter). More specifically, Rf 1 and Rf 2 are each independently a perfluoroalkyl group having 2 to 10 carbon atoms, R 1 is an alkylene group having 2 to 4 carbon atoms, Ar is (or Ar 1 and Ar 2 are each Independently, a p-phenylene group or a p-biphenylene group, a compound represented by each of the above general formulas wherein R 2 is an alkyl group having 4 to 8 carbon atoms, and a dimer structure thereof, for example, Rf 1 -R 1- O—Ar—O—R 2 , Rf 1 —R 1 —SO 2 —Ar—O—R 2 , Rf 1 —R 1 —O—Ar 1 —O—R 3 —O—Ar 2 —O— R 4 —Rf 2 , Rf 1 —R 1 —SO 2 —Ar 1 —O—R 6 —O—R 7 —O—Ar 2 —O—R 4 —Rf 2 are exemplified. It is done.

上記一般式(3)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。   In the general formula (3), Ar represents a substituted or unsubstituted divalent aromatic hydrocarbon group or alicyclic hydrocarbon group having 5 to 30 nuclear 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。
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.
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、その各原子数が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 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、その各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, if the number of each atom is within the range, a plurality of groups are connected, or both a carbocyclic ring and a heterocyclic ring, It can also have both an alicyclic group.

上記一般式(3)において、R5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。R5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、この炭化水素基鎖中に酸素原子及び/又は硫黄原子を含んでいてもよい。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、こ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、この1価の炭化水素基は、上記一般式(3)で表される化合物(以下「化合物(3)」とも記す。)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(3)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。R5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、R5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。 In the general formula (3), R 5 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 5 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. The hydrocarbon group chain may contain an oxygen atom and / or a sulfur atom. Furthermore, when the monovalent hydrocarbon group has an aromatic hydrocarbon group, this aromatic hydrocarbon group may or may not further have a substituent. However, this monovalent hydrocarbon group is an electrolytic solution in which a compound represented by the above general formula (3) (hereinafter also referred to as “compound (3)”) is dissolved in a nonaqueous solvent and contains the nonaqueous solvent. In order to gel the liquid, it is necessary to be a hydrocarbon group that can dissolve the compound (3) in a non-aqueous solvent, such as an arylalkyl group typified by a benzyl group. 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 5 is preferably an alkyl group having 4 to 18 carbon atoms, and an alkyl group having 4 to 14 carbon atoms from the viewpoint of more effectively and reliably achieving the above effects in the present embodiment. Is more preferable. R 5 is preferably a linear alkyl group from the viewpoint of gelling ability and handling properties.

上記一般式(3)において、X3は下記式(3a)〜(3g)のいずれかの2価の基、又は下記式(3a)〜(3g)のいずれか複数の基が結合した2価の基を示す。下記式(3a)、(3e)、(3g)のいずれかの2価の基であると好ましい。
上記一般式(3)において、X3は化合物(3)をリチウムイオン二次電池に用いた際、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。X3が上記式(3a)で表される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、X3が上記式(3e)で表される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。
In the general formula (3), X 3 is a divalent group in which any one of the following formulas (3a) to (3g) or any one of the following formulas (3a) to (3g) is bonded. The group of is shown. A divalent group of any one of the following formulas (3a), (3e), and (3g) is preferable.
In the above general formula (3), X 3 must be selected from the point of being stable over a long period of time and the gelling ability when the compound (3) is used in a lithium ion secondary battery. When X 3 is a group represented by the above formula (3a), a very stable gel tends to be formed. When X 3 is a group represented by the above formula (3e), the gel-sol transition can be induced not only by temperature but also by light irradiation, leading to expansion of applications.

上記一般式(3)において、Cはクマリン部位を示し、下記式(3z)中、Raは、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、アルコキシ基またはハロゲン原子を示す。
In the general formula (3), C represents a coumarin moiety, and in the following formula (3z), each R a independently represents a hydrogen atom, an alkyl group, an alkoxy group or a halogen atom.

上述した低分子ゲル化剤は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 low molecular gelling agent mentioned above is used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.

本実施形態に用いる電解液における低分子ゲル化剤の含有量は任意であるが、非水溶媒との含有比として、質量基準で、低分子ゲル化剤:非水溶媒が0.1:99.9〜10:90であると好ましく、0.3:99.7〜5:95であるとより好ましい。これらの成分の含有比が当該範囲内にあることにより、上記電解液を用いたリチウムイオン二次電池は、特に高い電池特性を示す。また、低分子ゲル化剤がゲル化剤として作用する場合、上記成分の含有比が当該範囲内にあることにより、ゲル化能とハンドリング性とを共に良好にすることができる。なお、ゲル化剤の電解液への含有量が多いほど、電解液は相転移点が高く強固なゲルとなり、ゲル化剤の含有量が少ないほど、電解液の粘度が低く取り扱いやすくなる。   The content of the low-molecular gelling agent in the electrolytic solution used in the present embodiment is arbitrary, but the content ratio with respect to the nonaqueous solvent is 0.1: 99. .9 to 10:90, preferably 0.3: 99.7 to 5:95. When the content ratio of these components is within the range, the lithium ion secondary battery using the electrolytic solution exhibits particularly high battery characteristics. Moreover, when the low molecular weight gelling agent acts as a gelling agent, both the gelling ability and the handling property can be improved because the content ratio of the above components is within the range. In addition, as the content of the gelling agent in the electrolytic solution is larger, the electrolytic solution has a higher phase transition point and becomes a firm gel. As the content of the gelling agent is smaller, the viscosity of the electrolytic solution is lower and easier to handle.

本実施形態に用いるゲル化剤のうち、パーフルオロ基を有するゲル化剤は、例えば、国際公開第2007/083843号、特開2007−191626号公報、特開2007−191627号公報及び特開委2007−191661号公報に記載の方法を参照して製造することができる。   Among the gelling agents used in the present embodiment, those having a perfluoro group include, for example, International Publication No. 2007/083843, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-191626, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-191627, and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-191627. It can manufacture with reference to the method as described in 2007-191661 gazette.

また、本実施形態に用いるパーフルオロ基を有するゲル化剤は、例えば、次のスキームによって合成することができる。
すなわち、まず、市販品を入手可能な下記式(I)で表される化合物より下記式(II)で表される化合物を下記のとおり合成する。
Moreover, the gelling agent which has a perfluoro group used for this embodiment is compoundable with the following scheme, for example.
That is, first, a compound represented by the following formula (II) is synthesized as follows from a compound represented by the following formula (I) for which a commercially available product is available.

上記式(I)で表される化合物(4−ヒドロキシ−4’−メルカプトフェニル)は、4−ヒドロキシ−4’−メルカプトビフェニルに代えてもよいが、以下の説明では、4−ヒドロキシ−4’−メルカプトフェニルを用いた例を示す。次いで、上記式(II)で表される化合物を下記のとおり2量化して、式(III)で表される化合物を得る。
The compound represented by the above formula (I) (4-hydroxy-4′-mercaptophenyl) may be replaced with 4-hydroxy-4′-mercaptobiphenyl, but in the following description, 4-hydroxy-4 ′ -An example using mercaptophenyl is shown. Next, the compound represented by the formula (II) is dimerized as follows to obtain the compound represented by the formula (III).

この場合、式(II)で表される化合物について、パーフルオロアルキル基の炭素数が互いに異なるものを用い(例えば、一方のnを異なる数値であるmに代え)てもよく、また、R1を、それとは異なる2価の炭化水素基であるR3に変更してもよい。ただし、確率的に両者が1対1のモル比で反応するとは限らないため、安定的に所望の化合物を得る観点から、式(II)で表される化合物として同一の化合物を用いることが好ましい。
ここで、式(III)で表される化合物はゲル化能を有するが、更に下記反応式に示すように、チオエーテル部分を酸化し、スルホニル化又はスルホキシド化することにより、下記式(IV)で表されるパーフルオロ基を有するゲル化剤を得る。
In this case, as the compound represented by the formula (II), compounds having different carbon numbers of the perfluoroalkyl group may be used (for example, one n is replaced with a different numerical value m), and R 1 May be changed to R 3 which is a different divalent hydrocarbon group. However, since they do not necessarily react at a molar ratio of 1: 1, it is preferable to use the same compound as the compound represented by formula (II) from the viewpoint of stably obtaining a desired compound. .
Here, the compound represented by the formula (III) has a gelling ability. However, as shown in the following reaction formula, the compound represented by the following formula (IV) can be obtained by oxidizing the thioether moiety to sulfonylation or sulfoxide formation. A gelling agent having the perfluoro group represented is obtained.

なお、上記一般式(IV)で表されるパーフルオロ基を有するゲル化剤の製造スキームにおける限り、nは2〜18の整数を示し、R1及びR3はそれぞれ独立に、単結合又は主鎖の炭素数1〜6の置換若しくは無置換の2価の炭化水素基を示し、R2はエーテル基又はチオエーテル基を有していてもよい主鎖の炭素数3〜18の置換又は無置換の2価の炭化水素基を示し、Xはそれぞれ独立にSO基又はSO2基を示す。 As long as in the production scheme of a gelling agent having a perfluoroalkyl group represented by the general formula (IV), n represents an integer of 2 to 18, in each of R 1 and R 3 are independently a single bond or a main 1 represents a substituted or unsubstituted divalent hydrocarbon group having 1 to 6 carbon atoms in the chain, and R 2 is a substituted or unsubstituted 3 to 18 carbon atom in the main chain which may have an ether group or a thioether group In the formula, each X independently represents an SO group or an SO 2 group.

さらに、本実施形態に用いるパ
ーフルオロ基を有するゲル化剤は、例えば、次のスキームによって合成することができる。まず、下記一般式(11a)で表されるチオール化合物を、乾燥THFなどの溶媒中、トリエチルアミンなどの塩基の存在下、下記一般式(11b)で表される化合物でスルフィド化して、下記一般式(11c)で表される化合物を得る。
HS−Ar−OH (11a)
m2m+1p2p1 (11b)
m2m+1p2p−S−Ar−OH (11c)
Furthermore, the gelling agent having a perfluoro group used in the present embodiment can be synthesized by the following scheme, for example. First, a thiol compound represented by the following general formula (11a) is sulfided with a compound represented by the following general formula (11b) in the presence of a base such as triethylamine in a solvent such as dry THF. The compound represented by (11c) is obtained.
HS-Ar-OH (11a)
C m F 2m + 1 C p H 2p X 1 (11b)
C m F 2m + 1 C p H 2p -S-Ar-OH (11c)

次いで、上記一般式(11c)で表される化合物を3−ペンタノンなどの溶媒中、K2CO3などのアルカリ金属化合物の存在下、下記一般式(11d)で表される化合物でエーテル化して、下記一般式(11e)で表される化合物を得る。
12 (11d)
m2m+1p2p−S−Ar−O−R1 (11e)
Next, the compound represented by the general formula (11c) is etherified with a compound represented by the following general formula (11d) in the presence of an alkali metal compound such as K 2 CO 3 in a solvent such as 3-pentanone. To obtain a compound represented by the following general formula (11e).
R 1 X 2 (11d)
C m F 2m + 1 C p H 2p -S-Ar-O-R 1 (11e)

そして、上記一般式(11e)で表される化合物を、酢酸などの触媒の存在下で、過酸化水素などの酸化剤により酸化することで、下記一般式(11j)で表されるパーフルオロ化合物が得られる。
m2m+1p2p−SO2−Ar−O−R1 (11j)
ここで、上記一般式(11j)で表されるパーフルオロ化合物の製造スキームにおける限り、Arは置換又は無置換の核原子数8〜30の2価の芳香族基を示し、R1は飽和又は不飽和の炭素数1〜20の1価の炭化水素基を示し、mは2〜16の自然数を示し、pは0〜6の整数を示す。また、X1は、例えばヨウ素原子などのハロゲン原子を示し、X2は、例えば臭素原子などのハロゲン原子を示す。
Then, the perfluoro compound represented by the following general formula (11j) is obtained by oxidizing the compound represented by the general formula (11e) with an oxidizing agent such as hydrogen peroxide in the presence of a catalyst such as acetic acid. Is obtained.
C m F 2m + 1 C p H 2p -SO 2 -Ar-O-R 1 (11j)
Here, as long as in the production scheme of the perfluoro compound represented by the general formula (11j), Ar represents a substituted or unsubstituted divalent aromatic group having 8 to 30 nuclear atoms, and R 1 is saturated or An unsaturated monovalent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms, m represents a natural number of 2 to 16, and p represents an integer of 0 to 6. X 1 represents a halogen atom such as an iodine atom, and X 2 represents a halogen atom such as a bromine atom.

かかる合成法としては、例えば国際公開第2009/78268に記載の合成法を参照することができる。   As such a synthesis method, for example, the synthesis method described in International Publication No. 2009/78268 can be referred to.

また、Arがビフェニレン基やターフェニレン基などの複数の芳香環を単結合により結合した基である場合は、例えば下記合成法により、上記一般式(11j)で表されるパーフルオロ化合物を得ることができる。まず、下記一般式(11f)で表されるチオール化合物を、乾燥THFなどの溶媒中、トリエチルアミンなどの塩基の存在下、上記一般式(11b)で表される化合物でスルフィド化して、下記一般式(11g)で表される化合物を得る。ここで、式(11f)及び(11g)中、m及びpは式(11j)におけるものと同義であり、X3は、例えば臭素原子などのハロゲン原子を示し、Ar2は、上記式(11j)におけるArを構成する2価の芳香族炭化水素基の一部を示す。
HS−Ar2−X3 (11f)
m2m+1p2p−S−Ar2−X3 (11g)
Further, when Ar is a group in which a plurality of aromatic rings such as a biphenylene group or a terphenylene group are bonded by a single bond, a perfluoro compound represented by the above general formula (11j) is obtained by the following synthesis method, for example. Can do. First, a thiol compound represented by the following general formula (11f) is sulfided with a compound represented by the above general formula (11b) in the presence of a base such as triethylamine in a solvent such as dry THF. A compound represented by (11 g) is obtained. Here, in the formulas (11f) and (11g), m and p are as defined in the formula (11j), X 3 represents a halogen atom such as a bromine atom, and Ar 2 represents the above formula (11j). ) Represents a part of the divalent aromatic hydrocarbon group constituting Ar.
HS-Ar 2 -X 3 (11f )
C m F 2m + 1 C p H 2p -S-Ar 2 -X 3 (11g)

次いで、上記一般式(11g)で表される化合物を、酢酸などの触媒の存在下で、過酸化水素などの酸化剤により酸化することで、下記化合物(11h)が得られる。ここで、式(11h)中、Ar2、X3、m及びpは、式(11g)におけるものと同義である。
m2m+1p2p−SO2−Ar2−X3 (11h)
Next, the following compound (11h) is obtained by oxidizing the compound represented by the general formula (11g) with an oxidizing agent such as hydrogen peroxide in the presence of a catalyst such as acetic acid. Here, in the formula (11h), Ar 2 , X 3 , m and p are as defined in the formula (11g).
C m F 2m + 1 C p H 2p -SO 2 -Ar 2 -X 3 (11h)

そして、上記一般式(11h)で表される化合物と下記一般式(11i)で表される化合物とから、K2CO3などの塩基水溶液中、パラジウム触媒の存在下で、鈴木・宮浦カップリングにより、上記一般式(11j)で表されるパーフルオロ化合物を得る。ここで、式(11i)中、R1は、上記式(11j)におけるものと同義であり、Ar3は、上記式(11j)におけるArを構成する2価の芳香族炭化水素基のAr2とは別の一部を示し、Ar2とAr3が単結合により結合したものがArとなる。
1−O−Ar3−B(OH)2 (11i)
Then, from the compound represented by the above general formula (11h) and the compound represented by the following general formula (11i), in the presence of a palladium catalyst in a basic aqueous solution such as K 2 CO 3 , Suzuki-Miyaura coupling To obtain the perfluoro compound represented by the general formula (11j). Here, in the formula (11i), R 1 has the same meaning as in the formula (11j), Ar 3 is Ar 2 a divalent aromatic hydrocarbon group constituting Ar in the formula (11j) A part different from is shown, and Ar 2 and Ar 3 bonded by a single bond is Ar.
R 1 —O—Ar 3 —B (OH) 2 (11i)

また、本実施形態に用いるパーフルオロ基を有するゲル化剤は、例えば、次のスキームによって合成することができる。すなわち、下記一般式(Ia)で表される化合物と下記一般式(IIa)で表される化合物とから、光延反応などの脱水縮合により、パーフルオロ基を有するゲル化剤の一種である下記一般式(IIIa)で表される化合物を合成することができる。ここで、式中、Y1及びY2はそれぞれ独立に、S原子又はO原子である。
Rf1−R1−Y1−Z−Y2H (Ia)
Rf22OH (IIa)
Rf1−R1−Y1−Z−Y2−R2−Rf2 (IIIa)
Moreover, the gelling agent which has a perfluoro group used for this embodiment is compoundable with the following scheme, for example. That is, from the compound represented by the following general formula (Ia) and the compound represented by the following general formula (IIa), by dehydration condensation such as Mitsunobu reaction, it is a kind of gelling agent having a perfluoro group A compound represented by the formula (IIIa) can be synthesized. Here, in the formula, Y 1 and Y 2 are each independently an S atom or an O atom.
Rf 1 -R 1 -Y 1 -Z- Y 2 H (Ia)
Rf 2 R 2 OH (IIa)
Rf 1 -R 1 -Y 1 -Z- Y 2 -R 2 -Rf 2 (IIIa)

また、上記一般式(IIIa)で表される化合物において、Y1及び/又はY2がS原子である場合に、そのS原子を更にスルホニル化又はスルホキシド化することにより、パーフルオロ基を有するゲル化剤の別の一種である下記一般式(IVa)で表される化合物を合成することができる。ここで、Y3及びY4の少なくとも一方は、SO基又はSO2基であり、Y3及びY4の一方がSO基又はSO2基である場合の他方はS原子又はO原子である。
Rf1−R1−Y3−Z−Y4−R2−Rf2 (IVa)
Further, in the compound represented by the above general formula (IIIa), when Y 1 and / or Y 2 is an S atom, the S atom is further sulfonylated or sulfoxided to form a gel having a perfluoro group A compound represented by the following general formula (IVa), which is another kind of agent, can be synthesized. Here, at least one of Y 3 and Y 4 is an SO group or SO 2 group, and when one of Y 3 and Y 4 is an SO group or SO 2 group, the other is an S atom or an O atom.
Rf 1 -R 1 -Y 3 -Z- Y 4 -R 2 -Rf 2 (IVa)

上記一般式(Ia)で表される化合物は、例えば、下記式(Va)で表される化合物の活性水素(チオール基又は水酸基の水素原子)を、アルカリ条件下で、パーフルオロアルカンハロゲン化物(例えばヨウ化物)のパーフルオロアルキル基で置換することにより合成することができる。
HY1−Z−Y2H (Va)
また、上記式(IIa)で表される化合物は、パーフルオロアルカンハロゲン化物(例えばヨウ化物)のアルケノールへの付加反応により得られるアルカノールのハロゲン化物を、更に還元することにより合成することができる。
The compound represented by the general formula (Ia) is, for example, a perfluoroalkane halide (thiol group or a hydrogen atom of a hydroxyl group) of a compound represented by the following formula (Va) under alkaline conditions ( For example, it can be synthesized by substitution with a perfluoroalkyl group of iodide.
HY 1 -ZY 2 H (Va)
The compound represented by the above formula (IIa) can be synthesized by further reducing the halide of alkanol obtained by the addition reaction of perfluoroalkane halide (for example, iodide) to alkenol.

ここで、上記一般式(IIIa)又は(IVa)で表されるパーフルオロ化合物の製造スキームにおける限り、Rf1及びRf2はそれぞれ独立に、主鎖の炭素数2〜18の置換又は無置換のパーフルオロアルキル基を示し、R1及びR2はそれぞれ独立に、単結合又は主鎖の炭素数1〜8の置換若しくは無置換の2価の炭化水素基を示し、Z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。 Here, as long as in the production scheme of the perfluoro compound represented by the general formula (IIIa) or (IVa), Rf 1 and Rf 2 are each independently substituted or unsubstituted having 2 to 18 carbon atoms in the main chain. Represents a perfluoroalkyl group, R 1 and R 2 each independently represents a single bond or a substituted or unsubstituted divalent hydrocarbon group having 1 to 8 carbon atoms in the main chain, and Z represents a substituted or unsubstituted group. A divalent aromatic hydrocarbon group or alicyclic hydrocarbon group having 5 to 30 nucleus atoms is shown.

ただし、本実施形態に用いるパーフルオロ基を有するゲル化剤の合成方法は上記の方法に限定されない。   However, the method for synthesizing the gelling agent having a perfluoro group used in the present embodiment is not limited to the above method.

また、本実施形態に用いるクマリン型ゲル化剤(化合物(3))は、例えば液晶討論会講演予稿集p44(2007)に記載の化合物を用いることができる。   In addition, as the coumarin-type gelling agent (compound (3)) used in the present embodiment, for example, the compounds described in the liquid crystal discussion conference proceedings collection p44 (2007) can be used.

また、アゾ基を有する化合物(3)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(3)としては、例えば、下記式(3I)で表される化合物(以下「化合物(3I)」とも記す。)及び下記式(3II)で表される化合物(以下「化合物(3II)」とも記す。)が挙げられる。
以下、化合物(3I)及び(3II)の合成方法について詳細に説明する。
〔化合物(3I)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(3I)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(3I)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(3II)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(3II)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。
Moreover, the compound (3) which has an azo group is compoundable by the following reaction pathways, for example.
Examples of the compound (3) having an azo group synthesized as described above are represented by the following formula (3I) (hereinafter also referred to as “compound (3I)”) and the following formula (3II). (Hereinafter also referred to as “compound (3II)”).
Hereinafter, the synthesis methods of the compounds (3I) and (3II) will be described in detail.
[Method for Synthesizing Compound (3I)]
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 (3I)
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 (3I). In the column chromatography, silica gel is used as a filler and chloroform is used as a developing solvent.
[Method for Synthesizing Compound (3II)]
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 (3II). 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(3)の製造方法は、上記方法に限定されるものではない。
本実施形態に用いる電解液は、低温状態でゲル、高温状態でゾルとなる相転移型のゲル電解質溶液であると好ましい。本実施形態のリチウムイオン二次電池において、電解液がゲル電解質溶液であると、注液等のハンドリング性に優れると共に漏液低減などの安全性が高いレベルで確保できる傾向にある。その中でも前記ゲルと前記ゾルとの相転移温度が50〜150℃の範囲にあるとより好ましい。
However, the manufacturing method of a compound (3) is not limited to the said method.
The electrolyte used in the present embodiment is preferably a phase transition type gel electrolyte solution that is a gel at a low temperature and a sol at a high temperature. In the lithium ion secondary battery of this embodiment, when the electrolytic solution is a gel electrolyte solution, the handling property such as injection is excellent and the safety such as the reduction of leakage tends to be secured at a high level. Among these, the phase transition temperature between the gel and the sol is more preferably in the range of 50 to 150 ° C.

本実施形態に用いる電解液は、セパレータに充分に含浸され、電解液中の低分子ゲル化剤の一部がセパレータの孔の中に存在していることが好ましい。低分子ゲル化剤はセパレータ表面に付着したり、電極に含浸されるが、セパレータの孔の中にも存在することが好ましい。
例えば、不織布の孔全体またはその一部に低分子ゲル化剤会合体が充填されることにより、不織布特有の孔径の大きさ、および孔径分布の不均一性を改善することができる。つまり、充放電に伴う正極および負極の膨張収縮に起因した電極間の内部ショートや、電流密度の不均一性により生成したリチウムデンドライトによる内部ショートを防止することができる。そのため、ある一定の孔構造を有する不織布と低分子ゲル化剤とを複合したものを備えるリチウムイオン二次電池は安定した充放電特性を示す。
It is preferable that the electrolyte used in the present embodiment is sufficiently impregnated in the separator, and a part of the low-molecular gelling agent in the electrolyte is present in the pores of the separator. The low-molecular gelling agent adheres to the separator surface or is impregnated in the electrode, but it is preferable that the low-molecular gelling agent is also present in the pores of the separator.
For example, by filling the whole or a part of the pores of the nonwoven fabric with the low molecular gelling agent aggregate, the pore size unique to the nonwoven fabric and the nonuniformity of the pore size distribution can be improved. That is, it is possible to prevent an internal short circuit between the electrodes due to the expansion and contraction of the positive electrode and the negative electrode due to charge / discharge and an internal short circuit due to the lithium dendrite generated due to the nonuniformity of the current density. Therefore, a lithium ion secondary battery including a composite of a nonwoven fabric having a certain pore structure and a low molecular gelling agent exhibits stable charge / discharge characteristics.

非水溶媒とリチウム塩と低分子ゲル化剤との混合比は目的に応じて選択できるが、電解質の濃度、低分子ゲル化剤の含有量の全てが上述の好ましい範囲、さらにはより好ましい範囲にあると望ましい。このような組成で電解液を作製することで、電池特性、取扱い性を更に良好なものとすることができる。   The mixing ratio of the nonaqueous solvent, the lithium salt, and the low molecular gelling agent can be selected according to the purpose, but the electrolyte concentration and the content of the low molecular gelling agent are all within the above-mentioned preferable range, and more preferably the above range. It is desirable to be in By producing an electrolytic solution with such a composition, battery characteristics and handleability can be further improved.

本実施形態に用いる電解液の調製方法は上記各成分を混合する方法であれば特に限定されず、電解質と非水溶媒と低分子ゲル化剤との混合順は問わない。例えば、所定量の電解質と非水溶媒とを混合して予備電解液を調製した後、低分子ゲル化剤とをその予備電解液に混合して本実施形態に用いる電解液を得ることができる。あるいは、全ての成分を所定量で同時に混合して本実施形態に用いる電解液を得ることも可能である。低分子ゲル化剤を含む電解液を一度加熱して、混合物中の各成分が均一になった状態で室温に冷却すると好ましい。
なお、本実施形態に用いる電解液は、リチウムイオン二次電池で求められる安全性と電池の特性とを満足することに特に優れ、リチウムイオン二次電池で好適に使用される。
The method for preparing the electrolytic solution used in the present embodiment is not particularly limited as long as the above components are mixed, and the mixing order of the electrolyte, the nonaqueous solvent, and the low molecular gelling agent is not limited. For example, after preparing a preliminary electrolyte by mixing a predetermined amount of electrolyte and a non-aqueous solvent, a low molecular gelling agent can be mixed with the preliminary electrolyte to obtain the electrolyte used in this embodiment. . Alternatively, it is possible to obtain an electrolytic solution used in the present embodiment by simultaneously mixing all the components in a predetermined amount. It is preferable to heat the electrolytic solution containing the low-molecular gelling agent once and cool it to room temperature in a state where each component in the mixture is uniform.
The electrolyte used in the present embodiment is particularly excellent in satisfying safety and battery characteristics required for a lithium ion secondary battery, and is preferably used in a lithium ion secondary battery.

<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、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材料を用いる。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、オリビン型リン酸化合物が挙げられる。
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 uses a material containing 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, and olivine-type phosphate compounds.
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。
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。
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.
In the lithium ion secondary battery of this embodiment, the positive electrode preferably includes a lithium-containing compound as a positive electrode active material.

また、正極活物質としてリチウム含有化合物を用いると、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。 Further, it is preferable to use a lithium-containing compound as the positive electrode active material because a high voltage and a 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). 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.

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。   A positive electrode active material is used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.

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、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種以上の材料を用いる。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、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と好ましい。そのような材料としては、金属リチウムの他、例えば、ハードカーボン、ソフトカーボン、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 the present embodiment, the negative electrode uses one or more materials selected from the group consisting of a material capable of inserting and extracting lithium ions and a metallic lithium as a negative electrode active material. In the lithium ion secondary battery of this embodiment, the negative electrode is one type 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 a negative electrode active material. It is preferable to contain the above materials. Examples of such materials include lithium metal, hard carbon, soft carbon, artificial graphite, natural graphite, graphite, pyrolytic carbon, coke, glassy carbon, organic polymer compound fired body, mesocarbon microbeads. Carbon materials represented by carbon fiber, 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。
また、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リチウム含有化合物も挙げられる。リチウム含有化合物としては、正極材料として例示したものと同じものを用いることができる。
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.
Moreover, a lithium containing compound is also mentioned as a material which can occlude and release lithium ions. As the lithium-containing compound, the same compounds as those exemplified as the positive electrode material can be used.

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。   A negative electrode active material 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.

本実施形態のリチウムイオン二次電池は、例えば、図1に概略的に断面図を示すリチウムイオン二次電池である。図1に示されるリチウムイオン二次電池100は、セパレータ110と、そのセパレータ110を両側から挟む正極120と負極130と、さらにそれらの積層体を挟む正極集電体140(正極の外側に配置)と、負極集電体150(負極の外側に配置)と、それらを収容する電池外装160とを備える。正極120とセパレータ110と負極130とを積層した積層体は、上述した電解液に含浸されている。これらの各部材としては、電解液及びセパレータを上述したような組み合わせとすれば、その他の部材は、従来のリチウムイオン二次電池に備えられるものを用いることができ、例えば上述のものであってもよい。   The lithium ion secondary battery of the present embodiment is, for example, a lithium ion secondary battery that schematically shows a cross-sectional view in FIG. A lithium ion secondary battery 100 shown in FIG. 1 includes a separator 110, a positive electrode 120 and a negative electrode 130 that sandwich the separator 110 from both sides, and a positive electrode current collector 140 that sandwiches a laminate thereof (arranged outside the positive electrode). And a negative electrode current collector 150 (arranged outside the negative electrode) and a battery outer case 160 for housing them. A laminate in which the positive electrode 120, the separator 110, and the negative electrode 130 are laminated is impregnated with the above-described electrolytic solution. As each of these members, if the electrolyte solution and the separator are combined as described above, other members can be those provided in a conventional lithium ion secondary battery, for example, those described above. Also good.

<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、上述の特定セパレータ及び電解液と、正極と、負極とを用いて、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、本実施形態に用い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。
<Production method of battery>
The lithium ion secondary battery of this embodiment is produced by a known method using the above-described specific separator and electrolyte, a positive electrode, and a negative electrode. 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 used in 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.

本実施形態に用いる電解液は、高い伝導度と高い安全性(例えば、難燃性、保液性)を実現し得るので、当該電解液と上述した特定のセパレータとを備える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、高温耐久性等)を有すると同時に高い安全性をも実現する。具体的には、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、上述した特定の電解液及びセパレータを備える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ような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、電解液がゲル化剤としての機能と共に燃焼抑制作用を有する添加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。これら両添加剤を併用することで添加剤に由来する充放電サイクル特性の低下を抑制できると共に、単独の添加剤では成し得ない高い安全性を達成できる。   Since the electrolytic solution used in the present embodiment can achieve high conductivity and high safety (for example, flame retardancy and liquid retention), a lithium ion secondary battery including the electrolytic solution and the specific separator described above. Has high battery characteristics (for example, charge / discharge characteristics, low temperature operability, high temperature durability, etc.) and at the same time realizes high safety. Specifically, since the electrolytic solution contains a gelling agent having a small influence on its properties, the lithium ion secondary battery including the specific electrolytic solution and the separator described above has been particularly found in conventional polymer batteries. Such a significant decrease in conductivity and battery characteristics can be suppressed. In addition, since the electrolyte contains an additive having a function of acting as a gelling agent and a combustion suppressing action, leakage of the electrolyte to the outside of the battery can be prevented, as well as the lithium ion secondary of this embodiment. The battery can further reduce the danger of lithium dendrite and the danger of combustion. By using both of these additives in combination, it is possible to suppress a decrease in charge / discharge cycle characteristics derived from the additive and to achieve high safety that cannot be achieved with a single additive.

本実施形態に係るリチウムイオン二次電池は、25℃における充放電サイクル試験を100サイクル行ったときの時の放電容量維持率が80%以上であると好ましく、85%以上であることがより好ましく、90%以上であることがさらに好ましい。本実施形態において、充放電サイクル試験とは、作製した電池の充放電を共に1C条件で実施する場合を示す。なお、電池の充電と放電とを各1回ずつ実施すると1サイクルと数え、放電容量維持率は2サイクル目の放電容量を100%として計算する。   In the lithium ion secondary battery according to the present embodiment, the discharge capacity maintenance rate when the charge / discharge cycle test at 25 ° C. is performed 100 cycles is preferably 80% or more, and more preferably 85% or more. More preferably, it is 90% or more. In the present embodiment, the charge / discharge cycle test indicates a case where charge / discharge of the produced battery is performed under 1C conditions. When the battery is charged and discharged once, it is counted as one cycle, and the discharge capacity maintenance rate is calculated with the discharge capacity at the second cycle as 100%.

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、リチウムイオン二次電池の各種特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 of the lithium ion secondary battery were measured and evaluated as follows.

(i)セパレータの孔径測定
評価に用いたセパレータの孔径をデジタルマイクロスコープにて測定した。デジタルマイクロスコープにはキーエンス製のVHX−500Fを用い、300倍の視野で電池評価に使用するセパレータ全範囲を観察し、任意の1000個の孔のうち、短径が1.0μm以下である孔の数を測定した。当該孔の数から、1000個の孔のうち、短径が1.0μm以下の孔の数の割合を求めた。当該割合を、セパレータの有する全孔数のうち、短径が1.0μm以下の孔の数の割合とした。
短径が200μm以上の孔の数の割合も同様にして、任意の1000個の孔のうち、短径が200μm以上である孔の数を測定することにより求めた。
短径が150μm以上の孔の数の割合も同様にして、任意の1000個の孔のうち、短径が150μm以上である孔の数を測定することにより求めた。
また、セパレータの最表面に存在する孔のうち、短径が1.0μm以下の孔の数の割合、及びセパレータが有する全孔数のうち、一方の表面から他方の表面に連続した貫通孔の長径が150μm以上の孔の割合も同様にして、任意の1000個の孔のうち、短径が1.0μm以下である孔の数、及び貫通孔の長径が150μm以上である孔の数を測定することにより求めた。
また、セパレータである不織布の孔の短径及び長径は下記の通り定義した。不織布の孔が三角形の場合、長径はニ辺の中点を結んだ線分のうち最も長い線分の長さとし、短径はニ辺の中点を結んだ線分のうち最も短い線分の長さと定義した。不織布の孔が四角形の場合、対辺の中点を結んだ線分のうち最も長い線分の長さを長径とし、最も短い線分を短径と定義した。不織布の孔が多角形の場合、長径は最も長い頂点間距離とし、短径は最も短い頂点間距離と定義した。
(I) Separation of pore size of separator The pore size of the separator used for evaluation was measured with a digital microscope. VHX-500F made by Keyence is used for the digital microscope, and the entire range of the separator used for battery evaluation is observed with a field of view of 300 times. Of 1000 holes, the short diameter is 1.0 μm or less. The number of was measured. From the number of the holes, the ratio of the number of holes having a minor axis of 1.0 μm or less out of 1000 holes was obtained. The said ratio was made into the ratio of the number of the holes whose minor axis is 1.0 micrometer or less among the total number of holes which a separator has.
Similarly, the ratio of the number of holes having a minor axis of 200 μm or more was similarly determined by measuring the number of holes having a minor axis of 200 μm or more among arbitrary 1000 holes.
Similarly, the ratio of the number of holes having a minor axis of 150 μm or more was similarly determined by measuring the number of holes having a minor axis of 150 μm or more among arbitrary 1000 holes.
Further, among the holes present on the outermost surface of the separator, the ratio of the number of holes having a minor axis of 1.0 μm or less, and the total number of holes of the separator, the through-holes continuous from one surface to the other surface Similarly, the ratio of holes having a long diameter of 150 μm or more was measured in the same manner, and the number of holes having a short diameter of 1.0 μm or less and the number of holes having a long diameter of 150 μm or more among arbitrary 1000 holes was measured. Was determined by
Moreover, the short diameter and long diameter of the hole of the nonwoven fabric which is a separator were defined as follows. When the holes of the nonwoven fabric are triangular, the major axis is the length of the longest line segment connecting the midpoints of the two sides, and the minor axis is the shortest segment of the line segments connecting the midpoints of the two sides. Defined as length. When the hole of the nonwoven fabric was a quadrangle, the longest line segment among the line segments connecting the midpoints of the opposite sides was defined as the major axis, and the shortest segment was defined as the minor axis. When the holes of the nonwoven fabric were polygonal, the major axis was defined as the longest vertex distance, and the minor axis was defined as the shortest vertex distance.

(ii)セパレータの透気度測定
JIS P−8117準拠のガーレー式の透気度計にて測定した。
(iii)セパレータの膜厚
評価に用いたセパレータの膜厚は膜厚計を用いて測定した。膜厚計にはMitutoyo製のデジマチックインジケーターを用い、セパレータ中の任意の3点の膜厚を測定し、その平均値をセパレータの膜厚とした。
(Ii) Air permeability measurement of separator It measured with the Gurley type air permeability meter based on JIS P-8117.
(Iii) Film thickness of separator The film thickness of the separator used for evaluation was measured using a film thickness meter. As a film thickness meter, a Digimatic indicator manufactured by Mitutoyo was used to measure the film thickness at three arbitrary points in the separator, and the average value was taken as the film thickness of the separator.

(iv)リチウムイオン二次電池の充電及び放電容量測定
特定の充電電流及び放電電流における充電容量及び放電容量を以下のとおり測定してリチウムイオン二次電池の充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=3mAとなる小型電池を作製して用いた。リチウムイオン二次電池の充電及び放電容量の測定は、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1)1mA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8時間充電を行った。その後10分間の休止を経て、1mAで3.0Vまで放電したときの放電容量を測定した。
(測定2)続いて、3mA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10分間の休止を経て、3mAで3.0Vまで放電したときの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。
(iv−ア)充放電効率測定
上記(iv)リチウムイオン二次電池の充電及び放電容量測定に記載の充放電測定1を1回行い、その後、測定2の充放電を4回行った。4回目の充放電効率を下記式により算出した。なお、この充放電効率の値が大きいほど電池特性は優れる。
充放電効率(%) = 放電時の容量/充電時の容量×100
(iv−イ)電圧変化
上記4回目の充電後、4回目の放電までの10分間の休止中の電圧変化をモニターした。電圧変化が小さいほど性能が安定した電池である。
(Iv) Charging and discharging capacity measurement of a lithium ion secondary battery The charging capacity and discharging capacity at a specific charging current and discharging current were measured as follows to evaluate the charging / discharging characteristics of the lithium ion secondary battery.
As a lithium ion secondary battery for measurement, a small battery with 1C = 3 mA was prepared and used. The charge and discharge capacity of the lithium ion secondary battery 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.
(Measurement 1) After charging at a constant current of 1 mA and reaching 4.2 V, charging was performed at a constant voltage of 4.2 V for a total of 8 hours. Thereafter, after a pause of 10 minutes, the discharge capacity when discharged to 3.0 V at 1 mA was measured.
(Measurement 2) Subsequently, after charging at a constant current of 3 mA and reaching 4.2 V, charging was performed at a constant voltage of 4.2 V for a total of 3 hours. Then, after 10 minutes of rest, the discharge capacity was measured when discharged to 3.0 V at 3 mA.
The battery ambient temperature at this time was set to 25 ° C.
(Iv-A) Charging / discharging efficiency measurement The charging / discharging measurement 1 as described in said (iv) charge and discharge capacity measurement of a lithium ion secondary battery was performed once, and charging / discharging of the measurement 2 was performed 4 times after that. The charge / discharge efficiency for the fourth time was calculated by the following formula. In addition, a battery characteristic is excellent, so that the value of this charging / discharging efficiency is large.
Charging / discharging efficiency (%) = capacity during discharging / capacity during charging x 100
(Iv-i) Voltage change The voltage change during the 10-minute rest period from the fourth charge to the fourth discharge was monitored. The battery has more stable performance as the voltage change is smaller.

(v)ラミネート型リチウムイオン二次電池の充電挙動の評価
下記のようにして、ラミネート型リチウムイオン二次電池の初期充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=48.0mAとなる単層ラミネート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)を用いて行った。15.0mAの定電流で充電し、4.2Vに到達した後、4.2Vの定電圧になるよう電流値を変化させながら、合計8時間充電を行った。このときの電池周囲温度は25℃に設定した。当該充電条件で初回の充電が安定して行えた電池を○と評価し、充電の途中で電圧が降下したり、安定して充電が行えなかった電池を×と評価した。なお、電圧が4.2Vに到達せずに定電圧での充電を行えなかった場合、4.2Vに到達したにも関わらず、電流値が収束せずに4.2Vの定電圧での充電を行えなかった場合、及び、見かけ上、定格の電池容量以上に充電された場合は、安定して充電が行えなかったと判断した。
(V) Evaluation of Charging Behavior of Laminated Lithium Ion Secondary Battery The initial charge / discharge characteristics of the laminated lithium ion secondary battery were evaluated as follows. As a lithium ion secondary battery for measurement, a single-layer laminated battery with 1C = 48.0 mA was prepared and used. The measurement was performed using a charge / discharge device ACD-01 (trade name) manufactured by Asuka Electronics Co., Ltd. After charging with a constant current of 15.0 mA and reaching 4.2 V, charging was performed for a total of 8 hours while changing the current value so as to be a constant voltage of 4.2 V. The battery ambient temperature at this time was set to 25 ° C. A battery that was stably charged for the first time under the charging conditions was evaluated as “good”, and a battery whose voltage dropped during charging or could not be stably charged was evaluated as “poor”. If charging cannot be performed at a constant voltage without reaching 4.2 V, charging at a constant voltage of 4.2 V without convergence of the current value despite reaching 4.2 V. It was determined that charging could not be performed stably when the battery could not be charged and when it was apparently charged beyond the rated battery capacity.

(vi)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、(iv)リチウムイオン二次電池の充電及び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1サイクル目として、3mA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10分間の休止を経て、1mAの定電流で放電し、3.0Vに到達した時点で再び10分間の休止を経た。続いて2サイクル目以降は、3mA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10分間の休止を経て、3mAの定電流で放電し、3.0Vに到達した時点で再び10分間の休止を経た。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の比率を容量維持率とした。電池の周囲温度は25℃に設定した。
(Vi) Lithium ion secondary battery capacity maintenance rate measurement (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 a lithium ion secondary battery for measurement, (iv) a battery produced in the same manner as the measurement of charging and discharging capacity of a lithium ion secondary battery was used. In the charge / discharge cycle test, as the first cycle, the battery was charged at a constant current of 3 mA, reached 4.2 V, and then charged at a constant voltage of 4.2 V for a total of 3 hours. Then, after 10 minutes of rest, the battery was discharged at a constant current of 1 mA, and when it reached 3.0 V, it was rested again for 10 minutes. Subsequently, after the second cycle, the battery was charged with a constant current of 3 mA, and after reaching 4.2 V, the battery was charged with a constant voltage of 4.2 V for a total of 3 hours. Thereafter, after 10 minutes of rest, the battery was discharged at a constant current of 3 mA, and when it reached 3.0 V, it was rested again for 10 minutes. Charging and discharging were performed once each as one cycle, and 100 cycles of charging and discharging were performed. The ratio of the discharge capacity at the 100th cycle when the discharge capacity at the second cycle was 100% was taken as the capacity retention rate. The ambient temperature of the battery was set to 25 ° C.

(vii)リチウムイオン二次電池の高温耐久性試験
電池の周囲温度を50℃に設定したこと以外は、「(vi)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)」と同様にして充放電サイクル試験を100サイクルまで行い、高温時の容量維持率を測定した。
(Vii) High temperature durability test of lithium ion secondary battery Except that the ambient temperature of the battery was set to 50 ° C., the same as “(vi) Lithium ion secondary battery capacity maintenance rate measurement (cycle test)” The charge / discharge cycle test was conducted up to 100 cycles, and the capacity retention rate at high temperature was measured.

(viii)単層ラミネート型リチウムイオン二次電池の過充電試験
過充電試験は1C=45.0mAとなる単層ラミネート型リチウムイオン二次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)を用いて行った。充電率100%まで充電させた電池に対し、45.0mAの定電流でさらに充電を行い、電圧降下が認められる充電率を求めた。電圧降下が認められるということは、短絡が発生したことを意味する。
(Viii) Overcharge test of single-layer laminate type lithium ion secondary battery For the overcharge test, a single-layer laminate type lithium ion secondary battery with 1C = 45.0 mA was prepared and used. The measurement was performed using a charge / discharge device ACD-01 (trade name) manufactured by Asuka Electronics Co., Ltd. The battery charged to a charging rate of 100% was further charged at a constant current of 45.0 mA, and the charging rate at which a voltage drop was observed was determined. The fact that a voltage drop is observed means that a short circuit has occurred.

(合成例1)
ゲル化剤として下記構造式(イ)で表される化合物(以下「化合物(イ)」とも記す。以下同様。)を以下のとおり合成した。
まず、下記のスキームのようにして化合物(a)を得た。具体的には、200mLのナスフラスコ中で2−(ペルフルオロヘキシル)エチルアイオダイド29.89g(63mmol)と、p−ブロモチオフェノール11.34g((60mmol)とのdryテトラヒドロフラン(dryTHF)100mL溶液に、トリエチルアミン9.09g(90mmol)を加えて、84℃のオイルバスで10時間還流した。それを室温に戻した後、溶液中に固体が確認されたため、吸引濾過により固体を除去した。
濾液を300mLの分液漏斗に移した後、シクロペンチルメチルエーテルを加え、有機層を水で2回洗浄し、有機層に無水硫酸マグネシウムを加え、乾燥した。ひだ折り濾過で無水硫酸マグネシウムを除いた。得られた濾液を減圧下で濃縮し、残渣をエタノールで再結晶した。その結果、化合物(a)31.87gが得られた(収率99.3%)。
次に、下記のスキームのようにして化合物(b)を得た。具体的には、300mLのナスフラスコ中で上記化合物(a)32.82g(61.3mmol)の氷酢酸100mL溶液に35%過酸化水素水13mL(151mmol)を加えて、70℃のオイルバスで2時間撹拌を行った。室温に戻した後、20%亜硫酸水素ナトリウム水溶液5mLを加えて、未反応の過酸化水素を還元した。このとき、既に溶液中に固体が析出していたが、水90mLを加えると、さらに固体が析出した。吸引濾過を行った後、固体を水で洗った。その結果、化合物(b)26.34gが得られた(収率75%)。
そして、下記のスキームのようにして化合物(イ)を得た。具体的には、100mLのナスフラスコの中に、4−ヘキソキシフェニルボロン酸1.39g(6.58mmol)、化合物(b)3.7g(6.58mmol)、2Mの炭酸ナトリウム水溶液30mL、ジオキサン60mL(固体が溶けるまで加えた量)を加えた。これにパラジウムアセテート0.295g(1.31mmol)、トリフェニルホスフィン1.18g(4.5mmol)を加えた後、ナスフラスコにジムロート管を取り付け、N2雰囲気下、95℃で2.5時間激しく撹拌した。室温まで冷却した後、水50mLを加えて室温で2.5時間撹拌した。300mLの分液漏斗に移した後、有機溶媒として酢酸エチル80mLを加え、水層を除いた。この水層を酢酸エチル50mLで2回抽出した。これらの有機層を合わせ、飽和炭酸水素ナトリウム水溶液120mLで1回、飽和食塩水で2回洗った。有機層を200mLの三角フラスコに移した後、活性炭0.2gを加えて室温で30分撹拌した。さらに硫酸ナトリウムを加えて室温で1時間撹拌した。
ヌッチェの中に深さ1cmまでセライトを敷き詰めて、それを用いて吸引濾過により固体を除去した。ろ液を200mLのナスフラスコに移した後、減圧下で濃縮し、固体(c)が得られた。固体(c)に石油エーテル20mL、メタノール30mLを加えたが、完全には溶けなかったため、吸引濾過し、濾液と固体(d)とした。上記の濾液を減圧下で濃縮して、固体(e)とした。固体(d)及び(e)の1H−NMRスペクトルを測定した結果、固体(d)の主成分が目的物であることが分かった。固体(d)をクロロホルムに溶かした際、溶液中に黒色の微結晶が確認されため、シリンダフィルタ(孔径0.45μm、直径13mm)に通して微結晶を取り除いた。フィルタに通した溶液を減圧下で濃縮して、クロロホルムで再結晶を行った。収率を上げるため、再結晶後の濾液を減圧下で濃縮して、クロロホルムとエタノールで再結晶を2回行った。計3回の再結晶の結果、化合物(イ)2.38gが得られた(収率54%)。
ゲル化剤として、下記化合物(ロ)、化合物(ハ)、化合物(ニ)も同様にして合成した。
(Synthesis Example 1)
As a gelling agent, a compound represented by the following structural formula (I) (hereinafter also referred to as “compound (I)”. The same shall apply hereinafter) was synthesized as follows.
First, compound (a) was obtained according to the following scheme. Specifically, in a 200 mL eggplant flask, a solution of 29.89 g (63 mmol) of 2- (perfluorohexyl) ethyl iodide and 11.34 g ((60 mmol) of p-bromothiophenol (100 mmol) in a 100 mL solution of dry tetrahydrofuran (dryTHF). Then, 9.09 g (90 mmol) of triethylamine was added, and the mixture was refluxed for 10 hours in an oil bath at 84 ° C. After returning to room temperature, a solid was confirmed in the solution, and thus the solid was removed by suction filtration.
After the filtrate was transferred to a 300 mL separatory funnel, cyclopentyl methyl ether was added, the organic layer was washed twice with water, and anhydrous magnesium sulfate was added to the organic layer and dried. Anhydrous magnesium sulfate was removed by fold filtration. The obtained filtrate was concentrated under reduced pressure, and the residue was recrystallized from ethanol. As a result, 31.87 g of compound (a) was obtained (yield 99.3%).
Next, the compound (b) was obtained according to the following scheme. Specifically, in a 300 mL eggplant flask, 13 mL (151 mmol) of 35% aqueous hydrogen peroxide was added to 100 mL of a glacial acetic acid solution of 32.82 g (61.3 mmol) of the above compound (a), and the oil bath at 70 ° C. Stirring was performed for 2 hours. After returning to room temperature, 5 mL of 20% aqueous sodium hydrogen sulfite solution was added to reduce unreacted hydrogen peroxide. At this time, a solid had already precipitated in the solution, but when 90 mL of water was added, a solid further precipitated. After performing suction filtration, the solid was washed with water. As a result, 26.34 g of compound (b) was obtained (yield 75%).
And the compound (a) was obtained like the following scheme. Specifically, in a 100 mL eggplant flask, 1.39 g (6.58 mmol) of 4-hexoxyphenylboronic acid, 3.7 g (6.58 mmol) of compound (b), 30 mL of 2M aqueous sodium carbonate solution, dioxane 60 mL (amount added until solid dissolved) was added. To this was added 0.295 g (1.31 mmol) of palladium acetate and 1.18 g (4.5 mmol) of triphenylphosphine, and then a Dimroth tube was attached to the eggplant flask, and vigorously at 95 ° C. for 2.5 hours under N 2 atmosphere. Stir. After cooling to room temperature, 50 mL of water was added and stirred at room temperature for 2.5 hours. After transferring to a 300 mL separatory funnel, 80 mL of ethyl acetate was added as an organic solvent, and the aqueous layer was removed. This aqueous layer was extracted twice with 50 mL of ethyl acetate. These organic layers were combined and washed once with 120 mL of saturated aqueous sodium hydrogen carbonate solution and twice with saturated brine. After the organic layer was transferred to a 200 mL Erlenmeyer flask, 0.2 g of activated carbon was added and stirred at room temperature for 30 minutes. Further, sodium sulfate was added and stirred at room temperature for 1 hour.
Celite was spread to a depth of 1 cm in Nutsche, and the solid was removed by suction filtration using the celite. The filtrate was transferred to a 200 mL eggplant flask and then concentrated under reduced pressure to obtain a solid (c). Petroleum ether (20 mL) and methanol (30 mL) were added to the solid (c), but they were not completely dissolved. The filtrate was concentrated under reduced pressure to give a solid (e). As a result of measuring 1 H-NMR spectra of the solids (d) and (e), it was found that the main component of the solid (d) was the target product. When the solid (d) was dissolved in chloroform, black microcrystals were confirmed in the solution, and the microcrystals were removed by passing through a cylinder filter (pore diameter 0.45 μm, diameter 13 mm). The solution passed through the filter was concentrated under reduced pressure and recrystallized with chloroform. In order to increase the yield, the filtrate after recrystallization was concentrated under reduced pressure and recrystallized twice with chloroform and ethanol. As a result of recrystallization three times in total, 2.38 g of compound (I) was obtained (yield 54%).
As the gelling agent, the following compound (b), compound (c), and compound (d) were synthesized in the same manner.

(製造例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体積比で1:2になるように混合し、混合液を得た。この混合液に、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。)。この母電解液(A)に対して、ゲル化剤として上記で合成した化合物(イ)を添加し、90℃に加熱して均一に混合した後、25℃に降温して、化合物(イ)を1質量%含む電解液(a)を得た。
(Production Example 1)
<Preparation of electrolyte>
Ethylene carbonate and methyl ethyl carbonate were mixed at a volume ratio of 1: 2 to obtain a mixed solution. LiPF 6 was added to this mixed solution so as to have a concentration of 1 mol / L to prepare a non-gelled electrolytic solution (A) (hereinafter, the electrolytic solution before addition of the gelling agent is referred to as “mother electrolytic solution”). ). To the mother electrolyte (A), the compound (a) synthesized as above is added as a gelling agent, heated to 90 ° C. and uniformly mixed, and then cooled to 25 ° C. to obtain the compound (a) An electrolytic solution (a) containing 1% by mass was obtained.

(実施例1)
<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 1
<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-like 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).

<セパレータの準備>
セパレータとしてポリエチレンテレフタレートとアラミドからなる不織布(膜厚54μm、目付け21g/m2)を選択し、直径24mmの円盤状に打ち抜いてセパレータ(γ)を得た。得られたセパレータの孔径と透気度とを上記のとおり測定した。結果を表1に示す。
<Preparation of separator>
A nonwoven fabric (film thickness 54 μm, basis weight 21 g / m 2 ) made of polyethylene terephthalate and aramid was selected as a separator and punched into a disk shape having a diameter of 24 mm to obtain a separator (γ). The pore size and air permeability of the obtained separator were measured as described above. The results are shown in Table 1.

<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)とをセパレータ(γ)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、この電池ケース内に90℃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。その後、前記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80℃で1時間保持した後、25℃まで降温してリチウムイオン二次電池(1)を得た。
<Battery assembly>
A laminate in which the positive electrode (α) and the negative electrode (β) produced as described above were superimposed on both sides of the separator (γ) was inserted into a SUS disk-type battery case. Next, 0.5 mL of the electrolytic solution (a) heated to 90 ° C. was injected into the battery case, and the laminate was immersed in the electrolytic solution (a). Thereafter, the battery case was sealed to produce a lithium ion secondary battery (small battery). The lithium ion secondary battery was held at 80 ° C. for 1 hour, and then cooled to 25 ° C. to obtain a lithium ion secondary battery (1).

(実施例2)
セパレータをポリエチレンテレフタレートからなる不織布(δ)(膜厚24μm、目付け17g/m)に変更した以外は実施例1と同様にして、リチウムイオン二次電池(2)を得た。
(Example 2)
A lithium ion secondary battery (2) was obtained in the same manner as in Example 1 except that the separator was changed to a nonwoven fabric (δ) made of polyethylene terephthalate (film thickness: 24 μm, basis weight: 17 g / m 2 ).

(実施例3)
セパレータをポリエチレンテレフタレートからなる不織布(ε)(膜厚32μm、目付け19g/m)に変更した以外は実施例1と同様にして、リチウムイオン二次電池(3)を得た。
(Example 3)
A lithium ion secondary battery (3) was obtained in the same manner as in Example 1 except that the separator was changed to a nonwoven fabric (ε) made of polyethylene terephthalate (film thickness 32 μm, basis weight 19 g / m 2 ).

実施例1〜3で作製したリチウムイオン二次電池(1)〜(3)について「(iv)リチウムイオン二次電池の充電及び放電容量測定」に記載の評価を行った。結果を表1に示す。   The lithium ion secondary batteries (1) to (3) produced in Examples 1 to 3 were evaluated as described in “(iv) Lithium ion secondary battery charge and discharge capacity measurement”. The results are shown in Table 1.

(比較例1)
電解液(a)の代わりに、母電解液(A)をそのまま電解液として用いたこと以外は実施例1と同様にして、リチウムイオン二次電池(4)を得た。
(Comparative Example 1)
A lithium ion secondary battery (4) was obtained in the same manner as in Example 1 except that the mother electrolyte (A) was used as it was instead of the electrolyte (a).

(比較例2)
電解液(a)の代わりに、母電解液(A)をそのまま電解液として用いたこと以外は実施例2と同様にして、リチウムイオン二次電池(5)を得た。
(Comparative Example 2)
A lithium ion secondary battery (5) was obtained in the same manner as in Example 2, except that the mother electrolyte (A) was used as it was instead of the electrolyte (a).

(比較例3)
電解液(a)の代わりに、母電解液(A)をそのまま電解液として用いたこと以外は実施例3と同様にして、リチウムイオン二次電池(6)を得た。
(Comparative Example 3)
A lithium ion secondary battery (6) was obtained in the same manner as in Example 3 except that the mother electrolyte (A) was used as it was instead of the electrolyte (a).

(比較例4)
セパレータをポリオレフィンからなる不織布(ζ)(膜厚40μm、目付け6.0g/m)に変更し、電解液(a)の代わりに、母電解液(A)をそのまま電解液として用いたこと以外は実施例1と同様にして、リチウムイオン二次電池(7)を得た。
(Comparative Example 4)
The separator was changed to a non-woven fabric (ζ) made of polyolefin (film thickness 40 μm, basis weight 6.0 g / m 2 ), and the mother electrolyte (A) was used as the electrolyte instead of the electrolyte (a). Obtained a lithium ion secondary battery (7) in the same manner as in Example 1.

比較例1〜4で作製したリチウムイオン二次電池(4)〜(7)について「(iv)リチウムイオン二次電池の充電及び放電容量測定」に記載の評価を行った。結果を表1に示す。
The lithium ion secondary batteries (4) to (7) produced in Comparative Examples 1 to 4 were evaluated as described in “(iv) Lithium ion secondary battery charge and discharge capacity measurement”. The results are shown in Table 1.

表1から分かるように本実施形態の特定の孔構造を示す材料をセパレータに用い、また、特定の低分子ゲル化剤を含有する電解液を用いたリチウムイオン二次電池(1)〜(3)は、特定の孔構造を有するセパレータ及び低分子ゲル化剤を使用しないリチウムイオン二次電池(4)〜(7)と比較して、短絡することなく、安定した充放電挙動を示すことが分かった。   As can be seen from Table 1, lithium ion secondary batteries (1) to (3) using a material exhibiting a specific pore structure of the present embodiment for the separator and using an electrolytic solution containing a specific low molecular gelling agent. ) Shows a stable charge / discharge behavior without short-circuiting, as compared with lithium ion secondary batteries (4) to (7) that do not use a separator having a specific pore structure and a low molecular gelling agent. I understood.

(実施例4)
<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、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。圧延後のものを縦50mm×横30mmの矩形状に打ち抜いて正極(η)を得た。
Example 4
<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 And polyvinylidene fluoride (PVdF) were mixed at a mass ratio of 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 rectangular shape with a length of 50 mm and a width of 30 mm to obtain a positive electrode (η).

<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及び数平均粒子径6.5μmのグラファイト炭素粉末と、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、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18μm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。圧延後のものを縦52mm×横32mmの矩形状に打ち抜いて負極(θ)を得た。
<Production of negative electrode>
Graphite carbon powder having a number average particle diameter of 12.7 μm and graphite carbon powder 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 rubber ( Glass transition temperature: −5 ° C., number average particle size upon drying: 120 nm, dispersion medium: water, solid content concentration of 40% by mass) at a solid content mass ratio of 90: 10: 1.44: 1.76 A slurry-like solution was prepared by mixing so that the total solid concentration was 45% by mass. This slurry-like solution was applied to one side of a copper foil having a thickness of 18 μm, and the solvent was removed by drying, followed by rolling with a roll press. The rolled product was punched into a rectangular shape with a length of 52 mm and a width of 32 mm to obtain a negative electrode (θ).

<電池組み立て>
カップ成形済み包材(矩形外端の寸法:68mm×48mm)2枚を、開口側が互いに向き合うように重ねて、その周縁の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(ε)を用意し、上述のようにして作製した正極(η)と負極(θ)とをセパレータ(ε)を介して交互に重ね合わせて得られる積層体を、ラミネートセル外装内に配置した。次いで、そのセル外装内に、ゲル化剤として上記のようにして合成した化合物(イ)を母電解液(A)に添加して得られたゲル電解液(b)(ゲル化剤含有量:3質量%)を投入後、減圧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。得られたリチウムイオン二次電池を減圧下、95℃で4時間保持した後、25℃まで降温させた。その後、減圧下にて本シールを行うことで、ラミネート型リチウムイオン二次電池(8−1)〜(8−3)を得た。
<Battery assembly>
Two cup-formed packaging materials (size of rectangular outer end: 68 mm × 48 mm) were stacked so that the opening sides face each other, and the three sides of the periphery were sealed to prepare a laminate cell exterior. Subsequently, a separator (ε) was prepared, and a laminate obtained by alternately stacking the positive electrode (η) and the negative electrode (θ) produced as described above via the separator (ε) was used as a laminate cell exterior. Placed in. Subsequently, gel electrolyte solution (b) (gelator content: obtained by adding the compound (a) synthesized as described above as a gelling agent to the mother electrolyte (A) in the cell exterior. 3% by mass), and the remaining side of the laminate cell exterior was sealed under reduced pressure to obtain a lithium ion secondary battery. The obtained lithium ion secondary battery was held at 95 ° C. under reduced pressure for 4 hours, and then cooled to 25 ° C. Then, this type of sealing was performed under reduced pressure to obtain laminated lithium ion secondary batteries (8-1) to (8-3).

上記のようにして得たラミネート型リチウムイオン二次電池(8−1)〜(8−3)について上記「(v)ラミネート型リチウムイオン二次電池の充電挙動の評価」に記載の評価を行った。結果を表2に示す。   The laminated lithium ion secondary batteries (8-1) to (8-3) obtained as described above were evaluated as described in "(v) Evaluation of charging behavior of laminated lithium ion secondary battery". It was. The results are shown in Table 2.

(比較例5)
電解液(b)に代えて、母電解液(A)を用いた以外は実施例4と同様にして、ラミネート型リチウムイオン二次電池を得た。なお、母電解液(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。こうして、単層ラミネート型リチウムイオン二次電池(9−1)〜(9−3)を得た。
(Comparative Example 5)
A laminated lithium ion secondary battery was obtained in the same manner as in Example 4 except that the mother electrolyte (A) was used instead of the electrolyte (b). In addition, injection | pouring of mother electrolyte solution (A) was performed repeating the atmospheric pressure and the pressure reduction of 100 mmHg until there was no bubble generation. In this way, single layer laminate type lithium ion secondary batteries (9-1) to (9-3) were obtained.

上記のようにして得たラミネート型リチウムイオン二次電池(9−1)〜(9−3)について上記「(v)ラミネート型リチウムイオン二次電池の充電挙動の評価」に記載の評価を行った。結果を表2に示す。
The laminated lithium ion secondary batteries (9-1) to (9-3) obtained as described above are evaluated as described in "(v) Evaluation of charging behavior of laminated lithium ion secondary battery". It was. The results are shown in Table 2.

表2から分かるように、本実施形態の特定の孔構造を示す材料をセパレータに用い、また、特定の低分子ゲル化剤を含有する電解液を用いたラミネート型リチウムイオン二次電池(8−1)〜(8−3)は、特定の低分子ゲル化剤を用いないラミネート型リチウムイオン二次電池(9−1)及び(9−2)と比較して、短絡することなく、安定した充放電挙動を示すこと分かった。   As can be seen from Table 2, a laminate type lithium ion secondary battery (8-) using a material exhibiting a specific pore structure of the present embodiment for a separator and using an electrolytic solution containing a specific low molecular gelling agent. 1) to (8-3) are stable without short-circuiting, compared with the laminated lithium ion secondary batteries (9-1) and (9-2) that do not use a specific low-molecular gelling agent. It was found to show charge / discharge behavior.

(実施例5〜実施例16、比較例6〜比較例17)
母電解液(A)に対して、上記化合物(イ)、化合物(ロ)、化合物(ハ)、化合物(ニ)で表されるゲル化剤のいずれかを、表3に示す含有量(電解液の総量を基準として)になるよう添加した以外は実施例1と同様にして、電解液(b)、(c)、(d)、(e)、(f)、(g)、及び(h)をそれぞれ調製した。上記電解液(a)〜(h)及びセパレータとしてセパレータ(ε)、及びセパレータの有する全孔数のうち、短径が1.0μm以下の孔の数が100%であるセパレータ(ι)(ポリエチレン製微多孔膜、膜厚:25μm)のいずれかを用いて、実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池(10)〜(33)を作製した。リチウムイオン二次電池(10)〜(25)については、上記「(vi)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。また、リチウムイオン二次電池(26)〜(33)に関しては、上記「(vii)リチウムイオン二次電池の高温耐久性試験」を行った。結果を表3に示す。
(Examples 5 to 16, Comparative Examples 6 to 17)
With respect to the mother electrolyte (A), any one of the gelling agents represented by the above compound (a), compound (b), compound (c), and compound (d) is shown in Table 3 The electrolytes (b), (c), (d), (e), (f), (g), and (g) were added in the same manner as in Example 1 except that the total amount of the solution was added to the base. h) was prepared respectively. Of the electrolytes (a) to (h), the separator (ε) as the separator, and the total number of holes of the separator, the separator (ι) (polyethylene having a minor axis of 1.0 μm or less is 100% Lithium ion secondary batteries (10) to (33) were produced in the same manner as in Example 1 using any one of the microporous membranes and the film thickness: 25 μm. About lithium ion secondary battery (10)-(25), the measurement as described in said "(vi) Lithium ion secondary battery capacity maintenance factor measurement (cycle test)" was performed. For the lithium ion secondary batteries (26) to (33), the above “(vii) High temperature durability test of lithium ion secondary battery” was performed. The results are shown in Table 3.

表3に示すように、本実施形態の特定の孔構造を示す不織布をセパレータとして用い、また、特定の低分子ゲル化剤を含有する電解液を用いたリチウムイオン二次電池(10)〜(17)及び(26)〜(29)は、特定構造を有する不織布を用いないリチウムイオン二次電池(18)〜(25)及び(30)〜(33)と比較して、サイクル特性に優れることが分かった。   As shown in Table 3, lithium ion secondary batteries (10) to (10) to (10) to (10) using an electrolyte solution containing a specific low-molecular gelling agent and using a nonwoven fabric showing a specific pore structure of this embodiment as a separator. 17) and (26) to (29) are excellent in cycle characteristics as compared with lithium ion secondary batteries (18) to (25) and (30) to (33) that do not use a nonwoven fabric having a specific structure. I understood.

(実施例17)
<正極の作製>
正極活物質として数平均粒子径10.8μmのリチウムコバルト酸(LiCoO)と、導電助剤として数平均粒子径42nm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、89.5:6.5:6.0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、更に圧延後のものに対して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(κ)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/cm±3%、片面での厚さが82.6μm±3%、密度が3.0g/cm±3%、塗工幅がアルミニウム箔の幅200mmに対して150mmになるように溶剤(N−メチル−2−ピロリドン)量を調整しながら、上記スラリー状の溶液を調製した。
(Example 17)
<Preparation of positive electrode>
Lithium cobalt acid (LiCoO 2 ) having a number average particle diameter of 10.8 μm as a positive electrode active material, acetylene black powder having a number average particle diameter of 42 nm as a conductive additive, and polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder are 89.5. : 6.5: 6.0 mixed at a mass ratio. N-methyl-2-pyrrolidone was further mixed with the obtained mixture 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 removed by drying, followed by rolling with a roll press. A positive electrode (κ) was obtained by punching into a rectangular shape of × 30 mm. In addition, about the compound material after the vacuum drying in the obtained electrode, the amount per unit area 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 (N-methyl-2-pyrrolidone) so that cm 3 ± 3% and the coating width was 150 mm with respect to the width of 200 mm of the aluminum foil.

<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、導電助剤として数平均粒子径42nm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、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200mm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た。更に圧延後のものに対して150℃で10時間真空乾燥を行い、52mm×32mmの矩形状に打ち抜いて負極(λ)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/cm±3%、片面での厚さが84.6μm±3%、密度が1.4g/cm±3%、塗工幅が銅箔の幅200mmに対して150mmになるように溶剤量(N−メチル−2−ピロリドン)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 a negative electrode active material, acetylene black powder having a number average particle diameter of 42 nm as a conductive additive, and polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder Were mixed at a mass ratio of 93.0: 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 mm, and the solvent was dried and removed, followed by rolling with a roll press. Further, the rolled product was vacuum-dried at 150 ° C. for 10 hours and punched into a 52 mm × 32 mm rectangular shape to obtain a negative electrode (λ). In addition, about the compound material after 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 (N-methyl-2-pyrrolidone) so that cm 3 ± 3% and the coating width was 150 mm with respect to the width of 200 mm of the copper foil.

<電解液の作成>
母電解液(A)に対して、ゲル化剤として上記のようにして合成した化合物(イ)とフルオロエチレンカーボネートとを添加し、90℃に加熱して均一に混合した後、25℃に降温して電解液(h)(化合物(イ):3質量%、フルオロエチレンカーボネート:3質量%)を得た。
<Creation of electrolyte>
To the mother electrolyte (A), the compound (a) synthesized as described above as a gelling agent and fluoroethylene carbonate are added, heated to 90 ° C. and uniformly mixed, and then cooled to 25 ° C. Thus, an electrolytic solution (h) (compound (I): 3% by mass, fluoroethylene carbonate: 3% by mass) was obtained.

<電池組み立て>
アルミニウム層と樹脂層とを積層した矩形の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、その周縁の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、実施例3と同様にして作製したセパレータ(ε)を用意し、上述のようにして作製した正極(κ)と負極(λ)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。次いで、そのセル外装内に電解液(h)を投入し、ラミネートセルの残りの一辺を仮シールした。次いで、セル全体に対して90℃で2時間加熱を行うことで、電極とセパレータとの積層体に電解液を含浸させた。徐冷後、ラミネートセルの仮シールした一辺を本シールしてラミネート型リチウムイオン二次電池(34)を得た。この電池(34)について、上記「(viii)ラミネート型単層リチウムイオン二次電池の過充電試験」に記載の測定を行った。結果を表4に示す。
<Battery assembly>
Two rectangular laminate films (no drawing, thickness 120μm, 68mm x 48mm) laminated with an aluminum layer and a resin layer are stacked with the aluminum layer side facing out, and the three sides of the periphery are sealed and laminated A cell exterior was prepared. Subsequently, a separator (ε) produced in the same manner as in Example 3 was prepared, and a laminate in which a plurality of positive electrodes (κ) and negative electrodes (λ) produced as described above were alternately stacked via separators. Was placed in the laminate cell exterior. Next, the electrolytic solution (h) was charged into the cell exterior, and the remaining side of the laminate cell was temporarily sealed. Next, the whole cell was heated at 90 ° C. for 2 hours, so that the laminate of the electrode and the separator was impregnated with the electrolytic solution. After slow cooling, the temporarily sealed side of the laminate cell was finally sealed to obtain a laminate type lithium ion secondary battery (34). With respect to this battery (34), the measurement described in the above “(viii) Overcharge test of laminate type single layer lithium ion secondary battery” was performed. The results are shown in Table 4.

(比較例18)
電解液(h)に代えて、母電解液(A)にフルオロエチレンカーボネートを添加した母電解液(B)(フルオロエチレンカーボネート:3質量%)を用いた以外は実施例17と同様にして、ラミネート型リチウムイオン二次電池を得た。なお、母電解液(B)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。こうして、単層ラミネート型リチウムイオン二次電池(35)を得た。この電池(35)について、上記「(viii)ラミネート型単層リチウムイオン二次電池の過充電試験」に記載の測定を行った。結果を表4に示す。
(Comparative Example 18)
Instead of the electrolyte solution (h), the same procedure as in Example 17 was used except that the mother electrolyte solution (B) (fluoroethylene carbonate: 3% by mass) obtained by adding fluoroethylene carbonate to the mother electrolyte solution (A) was used. A laminated lithium ion secondary battery was obtained. In addition, injection | pouring of mother electrolyte (B) was performed, repeating atmospheric pressure and pressure reduction of 100 mmHg until a bubble generation | occurrence | production disappeared. In this way, a single layer laminate type lithium ion secondary battery (35) was obtained. With respect to this battery (35), the measurement described in the above “(viii) Overcharge test of laminate type single layer lithium ion secondary battery” was performed. The results are shown in Table 4.

表4に示すように、本実施形態の特定の孔構造を示す不織布をセパレータとして用い、また、特定の低分子ゲル化剤を含有する電解液を用いたリチウムイオン二次電池(34)は、過充電の異常時においても短絡が遅れ、より安全な電池になることが分かった。   As shown in Table 4, the lithium ion secondary battery (34) using the nonwoven fabric showing the specific pore structure of the present embodiment as a separator and using an electrolytic solution containing a specific low molecular gelling agent, It was found that even when overcharge is abnormal, the short circuit is delayed and the battery becomes safer.

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.

100…リチウムイオン二次電池、110…セパレータ、120…正極、130…負極、140…正極集電体、150…負極集電体、160…電池外装。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Lithium ion secondary battery, 110 ... Separator, 120 ... Positive electrode, 130 ... Negative electrode, 140 ... Positive electrode collector, 150 ... Negative electrode collector, 160 ... Battery exterior.

Claims (11)

非水溶媒、リチウム塩及び低分子ゲル化剤を含む電解液と、
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、
不織布で形成されたセパレータと、
を備え、
該セパレータの有する全孔数のうち、短径が1.0μm以下の孔の数の割合が20%以下であり、
前記セパレータの最表面に存在する孔のうち、短径が1.0μm以下の孔の数の割合が5%以下であり、
前記低分子ゲル化剤が下記一般式(1)、(2)及び(3)からなる群より選択される一種以上の化合物を含み、
Rf1−R1−X1−L1−R2 (1)
Rf1−R1−X1−L1−R3―L2―X2―R4―Rf2 (2)
5−O−Ar−X3−C (3)
(式(1)及び(2)中、
Rf1及びRf2はそれぞれ独立に、炭素数2〜20のパーフルオロアルキル基を示し、
1及びR4はそれぞれ独立に、単結合若しくは炭素数1〜6の2価の飽和炭化水素基を示し、
1及びX2はそれぞれ独立に、下記式(1a)〜(1e)からなる群より選ばれる2価の官能基を示し、
1及びL2はそれぞれ独立に、単結合、アルキル基若しくはハロゲン原子で置換されていてもよいオキシアルキレン基、アルキル基若しくはハロゲン原子で置換されていてもよいオキシシクロアルキレン基、又は、アルキル基若しくはハロゲン原子で置換されていてもよい2価のオキシ芳香族基を示し、
2は、アルキル基若しくはハロゲン原子(ただし、フッ素原子を除く。)で置換されていてもよい炭素数1〜20のアルキル基、アルキル基若しくはハロゲン原子(ただし、フッ素原子を除く。)で置換されていてもよいフルオロアルキル基、アリール基若しくはフルオロアリール基、又は、これらの基のうちの1種以上とこれらの基に対応する2価の基のうちの1種以上とが結合した1価の基を示し、
3は主鎖に酸素及び/又は硫黄原子1つ以上を有してもよく、かつ、アルキル基で置換されていてもよい炭素数1〜18の2価の飽和炭化水素基を示す。
また、式(3)中、
5、ハロゲン原子で置換されていてもよい主鎖の炭素数1〜20の炭化水素基を示し、
Arは、アルキル基及び/又はハロゲン原子で置換されていてもよい核原子数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、
3は、下記式(3a)、(3b)、(3e)〜(3g)のいずれかの2価の基、又は下記式(3a)、(3b)、(3e)〜(3g)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(3z)で表されるクマリン部位を示し、下記式(3z)中、Raは、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、アルコキシ基又はハロゲン原子を示す。

前記電解液が、低温状態でゲル、高温状態でゾルとなる相転移型のゲル電解質溶液であり、
前記ゲルと前記ゾルとの相転移温度が50〜150℃の範囲にある、リチウムイオン二次電池。
An electrolyte solution containing a non-aqueous solvent, a lithium salt, and a low-molecular gelling agent;
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 separator formed of a nonwoven fabric ;
With
Of the total number of holes of the separator, the ratio of the number of holes having a minor axis of 1.0 μm or less is 20% or less,
Of the holes present on the outermost surface of the separator, the ratio of the number of holes having a minor axis of 1.0 μm or less is 5% or less
The low-molecular gelling agent comprises one or more compounds selected from the group consisting of the following general formulas (1), (2) and (3),
Rf 1 -R 1 -X 1 -L 1 -R 2 (1)
Rf 1 -R 1 -X 1 -L 1 -R 3 -L 2 -X 2 -R 4 -Rf 2 (2)
R 5 —O—Ar—X 3 —C (3)
(In the formulas (1) and (2),
Rf 1 and Rf 2 each independently represents a C 2-20 perfluoroalkyl group,
R 1 and R 4 each independently represents a single bond or a divalent saturated hydrocarbon group having 1 to 6 carbon atoms,
X 1 and X 2 each independently represent a divalent functional group selected from the group consisting of the following formulas (1a) to (1e),
L 1 and L 2 are each independently a single bond, an oxyalkylene group optionally substituted with an alkyl group or a halogen atom, an oxycycloalkylene group optionally substituted with an alkyl group or a halogen atom, or an alkyl group Or a divalent oxyaromatic group optionally substituted by a halogen atom,
R 2 is substituted with an alkyl group or a halogen atom (excluding a fluorine atom), an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, an alkyl group or a halogen atom (excluding a fluorine atom) optionally substituted with an alkyl group or a halogen atom (excluding a fluorine atom). A monovalent fluoroalkyl group, aryl group or fluoroaryl group, or one or more of these groups bonded to one or more of divalent groups corresponding to these groups The group of
R 3 represents a divalent saturated hydrocarbon group having 1 to 18 carbon atoms which may have one or more oxygen and / or sulfur atoms in the main chain and may be substituted with an alkyl group.
Moreover, in Formula (3),
R 5 represents a carbon hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms may be substituted with a halogen atom backbone,
Ar represents an alkyl group and / or a divalent aromatic hydrocarbon group or alicyclic hydrocarbon group having 5 to 30 nucleus atoms which may be substituted with a halogen atom ,
X 3 is any divalent group of the following formulas (3a), (3b), (3e) to (3g), or any of the following formulas (3a), (3b), (3e) to (3g) Or a divalent group in which a plurality of groups are bonded,
C represents a coumarin moiety represented by the following formula (3z). In the following formula (3z), each R a independently represents a hydrogen atom, an alkyl group, an alkoxy group or a halogen atom.
)
The electrolyte solution is a phase transition type gel electrolyte solution that becomes a gel at a low temperature and a sol at a high temperature,
A lithium ion secondary battery in which a phase transition temperature between the gel and the sol is in a range of 50 to 150 ° C.
非水溶媒、リチウム塩及び低分子ゲル化剤を含む電解液と、
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、
不織布で形成されたセパレータと、
を備え、
該セパレータの透気度が50s/100cc以下である、請求項1に記載のリチウムイオン二次電池。
An electrolyte solution containing a non-aqueous solvent, a lithium salt, and a low-molecular gelling agent;
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 separator formed of a nonwoven fabric ;
With
The lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the separator has an air permeability of 50 s / 100 cc or less.
前記セパレータの有する全孔数のうち、短径が200μm以上の孔の数の割合が5%以下である、請求項1又は2に記載のリチウムイオン二次電池。   3. The lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein a ratio of the number of holes having a minor axis of 200 μm or more out of the total number of holes of the separator is 5% or less. 前記セパレータが有する全孔数のうち、一方の表面から他方の表面に連続した貫通孔の長径が150μm以上の孔の数の割合が5%以下である、請求項1〜3のいずれか一項に記載のリチウムイオン二次電池。   4. The ratio of the number of holes having a long diameter of 150 μm or more continuous from one surface to the other surface of the total number of holes of the separator is 5% or less. 5. The lithium ion secondary battery described in 1. 前記セパレータの膜厚が20μm以上60μm以下である、請求項1〜4のいずれか一項に記載のリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary battery as described in any one of Claims 1-4 whose film thickness of the said separator is 20 micrometers or more and 60 micrometers or less. 前記X1及びX2が、それぞれ独立に、前記式(1a)又は前記式(1d)で表される2価の官能基である、請求項1〜のいずれか一項に記載のリチウムイオン二次電池。 Wherein X 1 and X 2 are, each independently, the formula (1a) or said a divalent functional group represented by formula (1d), the lithium ion according to any one of claims 1 to 5 Secondary battery. 前記X1及びX2が、前記式(1d)で表される2価の官能基である、請求項1〜のいずれか一項に記載のリチウムイオン二次電池。 The lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 6 , wherein X 1 and X 2 are a divalent functional group represented by the formula (1d). 25℃における充放電サイクル試験を100サイクル行ったときの時の放電容量維持率が80%以上である、請求項1〜のいずれか一項に記載のリチウムイオン二次電池。 Discharge capacity retention of 80% or more, the lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 7 when when performing 100 cycles of charge and discharge cycle test at 25 ° C.. 前記電解液が、前記セパレータに含浸され、前記低分子ゲル化剤の一部が前記セパレータの孔の中に存在している、請求項1〜のいずれか一項に記載のリチウムイオン二次電池。 The lithium ion secondary according to any one of claims 1 to 8 , wherein the electrolyte is impregnated in the separator, and a part of the low-molecular gelling agent is present in the pores of the separator. battery. 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1〜のいずれか一項に記載のリチウムイオン二次電池。 The lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 9 , 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1〜10のいずれか一項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 as described in any one of 1-10 .
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