JP6011607B2 - Non-aqueous electrolyte secondary battery - Google Patents

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Description

本発明は、非水系電解質二次電池に関する。  The present invention relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery.

非水系電解質二次電池には、活物質がリチウムイオンを吸蔵・放出することにより放電・充電を行うものがある。かかる非水系電解質二次電池は、小型で大容量であるため、携帯電話やノート型パソコンといった幅広い分野で用いられている。また、近年、リチウムイオン二次電池は、車両の駆動源としても用いられることが検討されている。  Some non-aqueous electrolyte secondary batteries discharge and charge when the active material absorbs and releases lithium ions. Such non-aqueous electrolyte secondary batteries are small and have a large capacity, and are therefore used in a wide range of fields such as mobile phones and notebook computers. In recent years, it has been studied that lithium ion secondary batteries are also used as driving sources for vehicles.

非水系電解質二次電池は、正極と負極と電解液とから構成されている。正極は、例えば、リチウム・マンガン複合酸化物、リチウム・コバルト複合酸化物、リチウム・ニッケル複合酸化物などのリチウムと遷移金属との金属複合酸化物からなる正極活物質と、正極活物質で被覆された集電体とからなる。  The non-aqueous electrolyte secondary battery is composed of a positive electrode, a negative electrode, and an electrolytic solution. The positive electrode is coated with a positive electrode active material composed of a metal composite oxide of lithium and a transition metal, such as a lithium / manganese composite oxide, a lithium / cobalt composite oxide, or a lithium / nickel composite oxide, and a positive electrode active material. Current collector.

負極は、リチウムイオンを吸蔵・放出し得る負極活物質が集電体を被覆して形成されている。リチウムイオンを吸蔵・放出し得る負極活物質として、近年、酸化珪素(SiOx:0.5≦x≦1.5程度)の使用が検討されている。酸化珪素SiOxは、熱処理されると、SiとSiOとに分解することが知られている。これは、不均化反応といい、SiとOとの比が概ね1:1の均質な固体の一酸化珪素SiOであれば、固体の内部反応によりSi相とSiO相の二相に分離する。分離して得られるSi相は非常に微細であり、SiO相により被覆されている。Si相は、Liイオンを吸蔵・放出し得る珪素単体を含み、Liイオンの膨張・収縮により体積が膨張したり収縮したりする。SiO相は、Si相の膨張・収縮を吸収することで電解液の分解反応を抑制して、電池の充放電サイクル特性を向上させる。The negative electrode is formed by covering a current collector with a negative electrode active material capable of inserting and extracting lithium ions. In recent years, the use of silicon oxide (SiOx: about 0.5 ≦ x ≦ 1.5) has been studied as a negative electrode active material capable of inserting and extracting lithium ions. It is known that silicon oxide SiOx decomposes into Si and SiO 2 when heat-treated. This is called a disproportionation reaction, and if it is a homogeneous solid silicon monoxide SiO in which the ratio of Si to O is approximately 1: 1, it is separated into two phases of Si phase and SiO 2 phase by solid internal reaction. To do. The Si phase obtained by separation is very fine and is covered with the SiO 2 phase. The Si phase contains silicon alone capable of inserting and extracting Li ions, and the volume expands and contracts due to the expansion and contraction of Li ions. The SiO 2 phase suppresses the decomposition reaction of the electrolytic solution by absorbing the expansion / contraction of the Si phase and improves the charge / discharge cycle characteristics of the battery.

上記非水系電解質二次電池について充放電を行うと、リチウムイオンが電解液を通じて正極活物質と負極活物質との間で挿入・脱離が行われる。その際には、電解液が一部還元分解され、その分解生成物が、負極活物質表面を被覆して被膜を形成する。この被膜は、リチウムイオンは通し易いが、電子は通し難いという膜であり、固体電解質界面被膜(SEI:Solid Electrolyte Interphase)と言われている。被膜は、負極活物質表面を被覆することで、電解液と負極活物質とが直接接触することを防止して電解液の分解劣化を抑えている。  When the non-aqueous electrolyte secondary battery is charged and discharged, lithium ions are inserted and desorbed between the positive electrode active material and the negative electrode active material through the electrolytic solution. At that time, the electrolytic solution is partially reduced and decomposed, and the decomposition product covers the surface of the negative electrode active material to form a film. This film is a film in which lithium ions can easily pass but electrons cannot easily pass through, and is called a solid electrolyte interphase (SEI). The coating covers the surface of the negative electrode active material, thereby preventing direct contact between the electrolytic solution and the negative electrode active material, thereby suppressing degradation of the electrolytic solution.

近年、電池特性を向上させるべく、電解液中の成分について検討されている。例えば、特開2006−294518号公報、特開2009−087934号公報、国際公開2009−028567号公報、特表2007−504628号公報、特開2006−172811号公報には、電解液の溶媒として、フルオロエチレンカーボネート(FEC)を用いることで、電池の充放電サイクル特性を向上させることが開示されている。  In recent years, in order to improve battery characteristics, components in the electrolytic solution have been studied. For example, JP 2006-294518 A, JP 2009-087934 A, International Publication No. 2009-028567, JP 2007-504628 A, and JP 2006-172811, as a solvent for an electrolytic solution, It is disclosed that the charge / discharge cycle characteristics of a battery are improved by using fluoroethylene carbonate (FEC).

特開2006−294518号公報JP 2006-294518 A 特開2009−087934号公報JP 2009-087934 A 国際公開2009−028567号公報International Publication No. 2009-028567 特表2007−504628号公報Special table 2007-504628 特開2006−172811号公報JP 2006-172811 A

しかしながら、更に電池の充放電サイクル特性を向上させる必要がある。そこで、本願発明者は、鋭意探求して、電解液の改良を図った。  However, it is necessary to further improve the charge / discharge cycle characteristics of the battery. Therefore, the inventor of the present application diligently searched to improve the electrolytic solution.

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、充放電サイクル特性に優れた非水系電解質二次電池を提供することを課題とする。  This invention is made | formed in view of this situation, and makes it a subject to provide the nonaqueous electrolyte secondary battery excellent in charging / discharging cycling characteristics.

本発明の非水系電解質二次電池は、リチウムイオンを吸蔵・放出し得る負極活物質を有する負極と、リチウムイオンを吸蔵・放出し得る正極活物質を有する正極と、電解質を溶媒に溶解させてなる電解液とを有する非水系電解質二次電池であって、前記電解液の前記溶媒は、フッ素系エチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートとジメチルカーボネートとを含むことを特徴とする。The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention comprises a negative electrode having a negative electrode active material capable of occluding and releasing lithium ions, a positive electrode having a positive electrode active material capable of occluding and releasing lithium ions, and an electrolyte dissolved in a solvent. A non-aqueous electrolyte secondary battery having an electrolyte solution, wherein the solvent of the electrolyte solution contains fluorine-based ethylene carbonate, ethyl methyl carbonate, and dimethyl carbonate.

本発明の非水系電解質二次電池によれば、電解液にフッ素系エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとエチルメチルカーボネートとを含んでいるため、電池の充放電サイクル特性に優れる。  According to the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention, since the electrolytic solution contains fluorine-based ethylene carbonate, dimethyl carbonate, and ethyl methyl carbonate, the battery is excellent in charge / discharge cycle characteristics.

試料1〜3の充放電サイクル試験の結果を示す線図である。It is a diagram which shows the result of the charging / discharging cycle test of samples 1-3. 試料1,8の充放電サイクル試験の結果を示す線図である。It is a diagram which shows the result of the charging / discharging cycle test of the samples 1 and 8. FIG.

本発明の実施形態に係る非水系電解質二次電池について詳細に説明する。  A nonaqueous electrolyte secondary battery according to an embodiment of the present invention will be described in detail.

非水系電解質二次電池に用いられる電解液には、フッ素系エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとエチルメチルカーボネートが含まれている。フッ素系エチレンカーボネートは、環状カーボネートの一種で、フッ素を含むことにより、還元電位が低く、還元されやすい。このため、フッ素系エチレンカーボネートは、電解液の中の他の成分に優先して、還元分解されやすい。フッ素系エチレンカーボネートの分解成分は、負極活物質表面に被膜を形成する。フッ素系エチレンカーボネートは還元分解されやすいため、負極活物質表面の全体に薄い被膜を形成する。このため、電池の使用初期に負極活物質の活性部位のほとんどが、被膜で被覆され、電解液と直接接触することが抑制される。ゆえに、更なる被膜の生成が抑えられ、被膜の厚肉化が抑えられる。したがって、負極の抵抗の増加が抑えられ、充放電を繰り返したときの電池の放電容量の低下が抑えられる。即ち、電池の充放電サイクル特性が向上する。  The electrolyte used for the non-aqueous electrolyte secondary battery contains fluorine-based ethylene carbonate, dimethyl carbonate, and ethyl methyl carbonate. Fluorine-based ethylene carbonate is a kind of cyclic carbonate, and by containing fluorine, the reduction potential is low and is easily reduced. For this reason, fluorine-based ethylene carbonate is easily reduced and decomposed in preference to other components in the electrolytic solution. The decomposition component of fluorine-based ethylene carbonate forms a film on the surface of the negative electrode active material. Since fluorine-based ethylene carbonate is easily reduced and decomposed, a thin film is formed on the entire surface of the negative electrode active material. For this reason, most of the active sites of the negative electrode active material are covered with the film in the initial use of the battery, and direct contact with the electrolytic solution is suppressed. Therefore, the production | generation of the further coating film is suppressed and the thickening of a film is suppressed. Therefore, an increase in the resistance of the negative electrode is suppressed, and a decrease in the discharge capacity of the battery when charging / discharging is repeated is suppressed. That is, the charge / discharge cycle characteristics of the battery are improved.

更に、電解液の溶媒には、フッ素系エチレンカーボネートのほかに、ジメチルカーボネート(以下、DMCという。)とエチルメチルカーボネート(以下、EMCという。)を含んでいる。DMCとEMCは鎖状カーボネートの一種である。この場合には、理由は定かではないが、使用に伴う電池の放電容量の低下が格段に抑えられる。  Furthermore, the solvent of the electrolytic solution contains dimethyl carbonate (hereinafter referred to as DMC) and ethyl methyl carbonate (hereinafter referred to as EMC) in addition to fluorine-based ethylene carbonate. DMC and EMC are types of chain carbonates. In this case, although the reason is not clear, the decrease in the discharge capacity of the battery accompanying use is remarkably suppressed.

フッ素系エチレンカーボネートは、環状カーボネートの環状骨格をなす炭素に直接フッ素が結合していることがよい。フッ素系エチレンカーボネートとしては、フッ素化炭酸エチレン、二フッ素化炭酸エチレン、三フッ素化炭酸エチレン、トリフルオロプロピレンカーボネート、4−メチル−5−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン等が挙げられる。フッ素化炭酸エチレンとしては、4−フルオロ−1、3−ジオキソラン−2−オン(フルオロエチレンカーボネート、FEC)が挙げられる。二フッ化炭酸エチレンとしては、DFEC(ジフルオロエチレンカーボネート)が挙げられる。DFECとしては、4,5−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンが挙げられる。トリフルオロプロピレンカーボネートとしては、トリフルオロメチレン炭酸エチレン(4−トリフルオロメチル−1,3−ジオキソラン2−オン)が挙げられる。耐酸性を考慮すると、このうちFECを用いるのが特に好ましい。 In the fluorine-based ethylene carbonate, fluorine is preferably bonded directly to carbon forming the cyclic skeleton of the cyclic carbonate. Examples of the fluorinated ethylene carbonate include fluorinated ethylene carbonate, difluorinated ethylene carbonate, trifluorinated ethylene carbonate, trifluoropropylene carbonate, 4-methyl-5-fluoro-1,3-dioxolan-2-one, and the like. . Examples of the fluorinated ethylene carbonate include 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one (fluoroethylene carbonate, FEC ) . The difluoride ethylene carbonate include D FEC (difluoroethylene carbonate). DFEC includes 4,5-difluoro-1,3-dioxolan-2-one. Examples of the trifluoropropylene carbonate include ethylene trifluoromethylene carbonate (4-trifluoromethyl-1,3-dioxolan-2-one) . In view of acid resistance, it is particularly preferable to use FEC.

電解液の溶媒を100体積%としたときのフッ素系エチレンカーボネートの体積比率は、1体積%以上40体積%以下、さらには15体積%以上30体積%以下であることが好ましい。フッ素系エチレンカーボネートの体積比率が1体積%未満の場合には、電池使用に伴い電池の放電容量が低下するおそれがある。フッ素系エチレンカーボネートの体積比率が40体積%を超える場合には、電解液の粘性が高くなり、リチウムイオンの流通性が低下し、電池の放電容量が低下するおそれがある。  The volume ratio of fluorine-based ethylene carbonate when the solvent of the electrolytic solution is 100% by volume is preferably 1% by volume to 40% by volume, and more preferably 15% by volume to 30% by volume. When the volume ratio of the fluorine-based ethylene carbonate is less than 1% by volume, the discharge capacity of the battery may decrease as the battery is used. When the volume ratio of the fluorine-based ethylene carbonate exceeds 40% by volume, the viscosity of the electrolytic solution is increased, the lithium ion flowability is lowered, and the discharge capacity of the battery may be lowered.

電解液の中のEMCとDMCを合わせた体積を100体積%としたときに、EMCの体積比率は、14体積%以上86体積%以下であることが好ましい。EMCの導電率は、1.1mS・cm−1であり、DMCの導電率は2.0mS・cm−1である。DMCの導電率はEMCの導電率よりも高いが、揮発しやすく取り扱いにくい。DMCが過少である場合には電解液の導電性が低下するおそれがあり、EMCが過少の場合にはDMCが相対的に多くなり、DMCの揮発により電解液の容量が少なくなり取り扱いにくくなるおそれがある。When the total volume of EMC and DMC in the electrolytic solution is 100% by volume, the volume ratio of EMC is preferably 14% by volume or more and 86% by volume or less. The conductivity of EMC is 1.1 mS · cm −1 , and the conductivity of DMC is 2.0 mS · cm −1 . The conductivity of DMC is higher than that of EMC, but it is volatile and difficult to handle. If the DMC is too low, the conductivity of the electrolyte may be reduced. If the EMC is too low, the DMC may be relatively increased, and the volume of the electrolyte may be reduced due to volatilization of the DMC, making it difficult to handle. There is.

電解液中のEMCとDMCを合わせた体積を100体積%としたときに、FECの体積比率は10体積%以上60体積%以下であることが好ましい。この体積比率が過少の場合には、電池使用初期に負極活物質表面の一部に被膜が形成されるにすぎない。このため、電池の充放電を繰り返すごとに、負極活物質と電解液とが接触して被膜を徐々に形成していき、比較的厚い被膜が形成される傾向にある。このため、充放電の繰り返しにより負極活物質の電気抵抗が高くなり、電池の放電容量が低下するおそれがある。一方、上記体積比が過大である場合には、電解液の粘性が高くなり、リチウムイオンの流動性が低下して、電池の放電容量が低下するおそれがある。  When the combined volume of EMC and DMC in the electrolytic solution is 100% by volume, the FEC volume ratio is preferably 10% by volume to 60% by volume. When this volume ratio is too small, a film is only formed on a part of the surface of the negative electrode active material in the initial stage of battery use. For this reason, every time charging / discharging of the battery is repeated, the negative electrode active material and the electrolytic solution come into contact with each other to gradually form a film, and a relatively thick film tends to be formed. For this reason, the electrical resistance of a negative electrode active material becomes high by repetition of charging / discharging, and there exists a possibility that the discharge capacity of a battery may fall. On the other hand, when the volume ratio is excessive, the viscosity of the electrolytic solution becomes high, the fluidity of lithium ions is lowered, and the discharge capacity of the battery may be lowered.

電解液の溶媒は、非水系の有機溶媒であることがよい。電解液に含まれる有機溶媒は、非プロトン性有機溶媒であることがよく、フッ素系エチレンカーボネートとDMCとEMCとを必須とする。フッ素系エチレンカーボネートは環状カーボネートの一種であり、DMCとEMCは鎖状カーボネートの一種である。環状カーボネートは誘電率が高く、鎖状カーボネートは粘性が低いため、環状カーボネートと鎖状カーボネートの双方を電解液に含むことにより、電解液中でのLiイオンの移動を妨げず、電池の放電容量を向上させることができる。  The solvent of the electrolytic solution is preferably a non-aqueous organic solvent. The organic solvent contained in the electrolytic solution is preferably an aprotic organic solvent, and requires fluorine-based ethylene carbonate, DMC, and EMC. Fluorine-based ethylene carbonate is a kind of cyclic carbonate, and DMC and EMC are kinds of chain carbonate. Since cyclic carbonate has a high dielectric constant and chain carbonate has low viscosity, the inclusion of both cyclic carbonate and chain carbonate in the electrolyte does not hinder the movement of Li ions in the electrolyte, and the discharge capacity of the battery Can be improved.

電解液の溶媒全体を100体積%としたとき、環状カーボネートは30〜50体積%であり、鎖状カーボネートは50〜70体積%であるとよい。この体積比は環状カーボネートにフッ素系カーボネートを含み、鎖状カーボネートにDMCとEMCを含めたときの比率である。環状カーボネートは、誘電率が高く電解液の導電性を高くする一方、粘性が高い。粘性が高いとLiイオンの移動が妨げられ導電性が悪くなる。鎖状カーボネートは、誘電率が低い一方、粘性は低い。両者を上記の配合比の範囲でバランスよく配合することで、溶媒の導電性をある程度高くし且つ粘性も低くして、導電性のよい溶媒を調整でき、電池の放電容量を向上させることができる。  When the entire solvent of the electrolytic solution is 100% by volume, the cyclic carbonate is preferably 30 to 50% by volume, and the chain carbonate is preferably 50 to 70% by volume. This volume ratio is a ratio when the cyclic carbonate contains fluorine-based carbonate and the chain carbonate contains DMC and EMC. Cyclic carbonate has a high dielectric constant and a high viscosity while increasing the conductivity of the electrolyte. If the viscosity is high, the movement of Li ions is hindered, resulting in poor conductivity. A chain carbonate has a low dielectric constant, but a low viscosity. By blending them in a well-balanced range within the above blending ratio, the conductivity of the solvent can be increased to some extent and the viscosity can be decreased, a solvent having good conductivity can be adjusted, and the discharge capacity of the battery can be improved. .

電解液に用いられる環状カーボネートは、以下の環状カーボネートを含んでいても良い。例えば、プロピレンカーボネート(PC)、エチレンカーボネート(EC)、ブチレンカーボネート、γ- ブチロラクトン、ビニレンカーボネート、2−メチル−ガンマブチロラクトン、アセチル−ガンマブチロラクトン、及びガンマバレロラクトンの群から選ばれる1種以上を含んでいても良い。
The cyclic carbonate used for the electrolytic solution may contain the following cyclic carbonate. For example, at least one selected from the group consisting of propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), butylene carbonate, γ-butyrolactone, vinylene carbonate, 2-methyl-gamma butyrolactone, acetyl-gamma butyrolactone, and gamma valerolactone You can leave.

電解液に用いられる鎖状カーボネートは、DMC及びEMCを必須成分とし、その他の鎖状カーボネートを含んでいても良い。例えば、ジエチルカーボネート(DEC)、ジブチルカーボネート、ジプロピルカーボネート、プロピオン酸アルキルエステル、マロン酸ジアルキルエステル、及び酢酸アルキルエステルから選ばれる一種以上を含んでいても良い。  The chain carbonate used in the electrolytic solution contains DMC and EMC as essential components and may contain other chain carbonates. For example, one or more selected from diethyl carbonate (DEC), dibutyl carbonate, dipropyl carbonate, propionic acid alkyl ester, malonic acid dialkyl ester, and acetic acid alkyl ester may be included.

また、電解液の溶媒には、エーテル類が含まれていても良い。電解液の溶媒に含まれるエーテル類としては、例えば、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、1,2−ジブトキシエタン等を用いることができる。  Further, the solvent of the electrolytic solution may contain ethers. Examples of ethers contained in the solvent of the electrolytic solution include tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,4-dioxane, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, 1,2-dibutoxyethane, and the like. Can be used.

電解液には、エチレンカーボネート(EC)を含まず、フッ素系エチレンカーボネートを含むと良い。フッ素系エチレンカーボネートの含有量は、電解液の溶媒全体を100体積%としたときに、15体積%以上30体積%以下であることがよい。更に、電解液には、ECを含まず、FECを含むことがよい。この場合、FECの含有量は、電解液の溶媒全体を100体積%としたときに、15体積%以上30体積%以下であることが好ましい。この場合には、充放電サイクル特性が更に向上する。  The electrolytic solution does not contain ethylene carbonate (EC), and preferably contains fluorine-based ethylene carbonate. The content of the fluorine-based ethylene carbonate is preferably 15% by volume or more and 30% by volume or less when the entire solvent of the electrolytic solution is 100% by volume. Further, the electrolytic solution preferably contains FEC without EC. In this case, the content of FEC is preferably 15% by volume or more and 30% by volume or less when the entire solvent of the electrolytic solution is 100% by volume. In this case, the charge / discharge cycle characteristics are further improved.

また、電解液の溶媒は、FECとEMCとDMCに加えてECを含み、溶媒全体がFECとEMCとDMCとECのみからなることがよい。この場合にも、サイクル特性がよい。  Moreover, the solvent of electrolyte solution contains EC in addition to FEC, EMC, and DMC, and the whole solvent should consist only of FEC, EMC, DMC, and EC. Also in this case, the cycle characteristics are good.

電解液に含まれる電解質は、フッ化塩であることがよく、有機溶媒に可溶なアルカリ金属フッ化塩であることが好ましい。アルカリ金属フッ化塩としては、例えば、LiPF、LiBF、LiAsF、NaPF、NaBF、及びNaAsFの群から選ばれる少なくとも1種を用いるとよい。また、フッ化塩としては、LiClO、LiN(SOCF、LiN(SO、LiC(SOCF、LiPF (CF、LiPF(C、LiPF(CF、LiPF(iso−C、LiPF(iso−C)、LiSbF、LiCFSO 、LiCSO、LiCFCO、Li(SO、LiN(CFSO、および、LiC2n+1SO(n≧2)からなる群から選ばれる少なくとも一種を用いてもよい。このうち、良好な充放電特性が得られるLiPFやLiCSOなどを用いるのが特に好ましい。なお、本発明の非水系電解質二次電池における非水電解液は、含フッ素電解質塩以外の電解質塩を含んでも良い。例えば、LiClO、LiI等を単独でまたは二種以上混合して、上記の含フッ素電解質塩とともに用いることができる。  The electrolyte contained in the electrolytic solution is preferably a fluoride salt, and is preferably an alkali metal fluoride salt that is soluble in an organic solvent. As an alkali metal fluoride, for example, LiPF6, LiBF4, LiAsF6, NaPF6, NaBF4, And NaAsF6It is good to use at least 1 sort (s) chosen from the group of these. As the fluoride salt, LiClO4, LiN (SO2CF3)2, LiN (SO2C2F5)2, LiC (SO2CF3)3, LiPF 4(CF3)2, LiPF3(C2F5)3, LiPF3(CF3)3, LiPF3(Iso-C3F7)3, LiPF5(Iso-C3F7), LiSbF6, LiCF3SO 3, LiC4F9SO3, LiCF3CO2, Li2C2F4(SO3)2, LiN (CF3SO2)2And LiCnF2n + 1SO3At least one selected from the group consisting of (n ≧ 2) may be used. Of these, LiPF provides good charge / discharge characteristics6And LiC4F9SO3It is particularly preferable to use Note that the non-aqueous electrolyte in the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention may contain an electrolyte salt other than the fluorine-containing electrolyte salt. For example, LiClO4LiI or the like can be used alone or in admixture of two or more with the fluorine-containing electrolyte salt.

非水電解液中における電解質の濃度は、特に限定しないが、0.3〜1.7mol/dm、特に0.4〜1.5mol/dm程度が好ましい。ここでいう電解質の濃度とは、含フッ素電解質塩を含む全ての電解質の濃度を指す。The concentration of the electrolyte in the nonaqueous electrolytic solution is not particularly limited, but is preferably about 0.3 to 1.7 mol / dm 3 , particularly about 0.4 to 1.5 mol / dm 3 . The electrolyte concentration here refers to the concentration of all electrolytes including the fluorine-containing electrolyte salt.

また、電池の安全性や貯蔵特性を向上させるために、非水電解液に芳香族化合物を含有させても良い。芳香族化合物としては、シクロヘキシルベンゼンやt−ブチルベンゼンなどのアルキル基を有するベンゼン類、ビフェニル、あるいはフルオロベンゼン類が好ましく用いられる。  Moreover, in order to improve the safety | security and storage characteristic of a battery, you may make an non-aqueous electrolyte contain an aromatic compound. As the aromatic compound, benzenes having an alkyl group such as cyclohexylbenzene or t-butylbenzene, biphenyl, or fluorobenzenes are preferably used.

この芳香族化合物は、電解液に添加されてもよい添加剤である。芳香族化合物は、多環炭化水素化合物およびその誘導体からなる群から選ばれる少なくとも一種であるとよい。芳香族化合物は、環式炭化水素基のC(炭素)がベンゼン環に含まれるCに直接単結合してなる多環炭化水素化合物およびその誘導体から選ばれる少なくとも一種である。環式炭化水素基は、炭素数5以上の環式炭化水素基であり、脂環式炭化水素基であっても良いし芳香族炭化水素基であっても良いし、その両方を含んでも良い。また、単環であっても良いし多環であっても良い。このような環式炭化水素基としては、フェニル基(ベンゼン環)、シクロヘキシル基等の6員環のもの、シクロペンチル基等の5員環のもの、ナフチル基等の縮合環のもの、等が挙げられる。このような環式炭化水素基を持つ添加剤の具体例としては、ビフェニル、シクロヘキシルベンゼン、ジシクロヘキシルベンゼン、ジフェニルシクロヘキサン、ナフチルベンゼン等が挙げられる。  This aromatic compound is an additive that may be added to the electrolytic solution. The aromatic compound may be at least one selected from the group consisting of polycyclic hydrocarbon compounds and derivatives thereof. The aromatic compound is at least one selected from a polycyclic hydrocarbon compound in which C (carbon) of a cyclic hydrocarbon group is directly bonded to C contained in a benzene ring and a derivative thereof. The cyclic hydrocarbon group is a cyclic hydrocarbon group having 5 or more carbon atoms, and may be an alicyclic hydrocarbon group, an aromatic hydrocarbon group, or both of them. . Further, it may be monocyclic or polycyclic. Examples of such a cyclic hydrocarbon group include a 6-membered ring such as a phenyl group (benzene ring) and a cyclohexyl group, a 5-membered ring such as a cyclopentyl group, and a condensed ring such as a naphthyl group. It is done. Specific examples of the additive having such a cyclic hydrocarbon group include biphenyl, cyclohexylbenzene, dicyclohexylbenzene, diphenylcyclohexane, naphthylbenzene and the like.

本発明のリチウムイオン二次電池によると、これらの芳香族化合物は、過充電時に水素ガスを発生させて電流遮断手段を早期に作動させ、過充電の更なる進行を防止できる。また、これらの芳香族化合物を電解液に添加することで、電解液の分解を抑制できる。その理由は明らかではないが、多環炭化水素化合物は活性化工程や貯蔵時において正極で酸化され、環式炭化水素基が亀甲状に連なった重合被膜を正極上に形成するものと考えられる。そして、この重合被膜が、正極における電解液の分解を抑制すると考えられる。そして、電解液の分解に起因する絶縁皮膜形成等の不具合を抑制し、貯蔵後の充放電容量低下を抑制すると考えられる。   According to the lithium ion secondary battery of the present invention, these aromatic compounds can generate hydrogen gas at the time of overcharging and actuate the current interrupting means at an early stage to prevent further progress of overcharging. Moreover, decomposition | disassembly of electrolyte solution can be suppressed by adding these aromatic compounds to electrolyte solution. Although the reason is not clear, it is considered that the polycyclic hydrocarbon compound is oxidized at the positive electrode during the activation process or during storage, and forms a polymer film in which the cyclic hydrocarbon groups are linked in a turtle shell shape on the positive electrode. And it is thought that this polymerized film suppresses decomposition of the electrolytic solution in the positive electrode. And it is thought that malfunctions, such as insulation film formation resulting from decomposition | disassembly of electrolyte solution, are suppressed, and the charge / discharge capacity fall after storage is suppressed.

負極は、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な負極活物質を有する。負極は、負極活物質を少なくとも表面に設けた集電体とからなるとよい。集電体としては、ニッケル、ステンレスなどを用いることができ、箔、板、メッシュなどのいずれの形状を有していてもよい。  The negative electrode has a negative electrode active material capable of inserting and extracting lithium ions. The negative electrode is preferably composed of a current collector provided with at least the surface of the negative electrode active material. As the current collector, nickel, stainless steel, or the like can be used, and the current collector may have any shape such as a foil, a plate, and a mesh.

リチウムイオンを吸蔵・放出可能な負極活物質は、リチウムと合金化可能な元素又は/及びリチウムと合金化可能な元素を有する元素化合物からなるとよい。前記リチウムと合金化反応可能な元素は、Na、K、Rb、Cs、Fr、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Ra、Ti、Ag、Zn、Cd、Al、Ga、In、Si、Ge、Sn、Pb、Sb、及びBiの群から選ばれる少なくとも1種からなるとよい。中でも、珪素(Si)または錫(Sn)からなるとよい。前記リチウムと合金化反応可能な元素を有する元素化合物は珪素化合物または錫化合物であることがよい。珪素化合物は、SiOx(0.5≦x≦1.5)であることがよい。錫化合物は、例えば、スズ合金(Cu−Sn合金、Co−Sn合金等)、スズ合金(Cu−Sn合金、Co−Sn合金等)などが挙げられる。  The negative electrode active material capable of inserting and extracting lithium ions may be composed of an element compound capable of being alloyed with lithium and / or an element compound having an element capable of being alloyed with lithium. Elements capable of alloying with lithium are Na, K, Rb, Cs, Fr, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Ti, Ag, Zn, Cd, Al, Ga, In, Si, Ge. , Sn, Pb, Sb, and Bi may be at least one selected from the group. Among these, silicon (Si) or tin (Sn) is preferable. The elemental compound having an element capable of alloying with lithium is preferably a silicon compound or a tin compound. The silicon compound is preferably SiOx (0.5 ≦ x ≦ 1.5). Examples of the tin compound include a tin alloy (Cu—Sn alloy, Co—Sn alloy, etc.), a tin alloy (Cu—Sn alloy, Co—Sn alloy, etc.), and the like.

また、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な負極活物質としては、たとえば、天然黒鉛、人造黒鉛、フェノール樹脂等の有機化合物加熱体、コークス等の炭素物質の粉状体を用いることができる。  Moreover, as a negative electrode active material which can occlude / release lithium ions, for example, natural graphite, artificial graphite, an organic compound heating body such as a phenol resin, and a powdery body of a carbon material such as coke can be used.

また、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な負極活物質としては、金属リチウム又はリチウム合金を用いてもよい。このように負極活物質として金属リチウム又はリチウム合金を用いた電池は、リチウム二次電池といわれている。また、負極活物質として金属リチウム又はリチウム合金以外の元素を用いた電池は、リチウムイオン二次電池といわれている。  Further, as the negative electrode active material capable of inserting and extracting lithium ions, metallic lithium or a lithium alloy may be used. Thus, a battery using metallic lithium or a lithium alloy as a negative electrode active material is called a lithium secondary battery. A battery using an element other than metallic lithium or a lithium alloy as a negative electrode active material is called a lithium ion secondary battery.

負極活物質は、Si(珪素)を含むとよい。Siを含む負極活物質は放電容量が大きいからである。Siを含む負極活物質は、充放電時のLiイオンの吸蔵・放出により体積変化が大きい。負極活物質表面に形成された被膜は、その厚みが比較的薄いため、負極活物質の体積変化に柔軟に追従する。このため、充放電を繰り返しても、被膜が破壊しにくく、充放電サイクル特性に優れる。  The negative electrode active material may contain Si (silicon). This is because the negative electrode active material containing Si has a large discharge capacity. The negative electrode active material containing Si has a large volume change due to insertion and extraction of Li ions during charge and discharge. Since the film formed on the surface of the negative electrode active material has a relatively small thickness, it flexibly follows the volume change of the negative electrode active material. For this reason, even if it repeats charging / discharging, a film is hard to destroy and it is excellent in charging / discharging cycling characteristics.

Siを含む負極活物質は、リチウムイオンを吸蔵・放出可能であって珪素又は/及び珪素化合物からなるとよい。負極活物質は、SiOx(0.5≦x≦1.5)を有するとよい。珪素は、理論放電容量が大きい。一方で、珪素は充放電時の体積変化が大きいため、SiOxを用いることで体積変化を少なくすることができる。  The negative electrode active material containing Si may be capable of occluding and releasing lithium ions and may be made of silicon or / and a silicon compound. The negative electrode active material may have SiOx (0.5 ≦ x ≦ 1.5). Silicon has a large theoretical discharge capacity. On the other hand, since the volume change of silicon at the time of charging / discharging is large, the volume change can be reduced by using SiOx.

また、負極活物質は、Si相と、SiO相とをもつことが好ましい。Si相は、珪素単体からなり、Liイオンを吸蔵・放出し得る相であり、Liイオンの吸蔵・放出に伴って膨張・収縮する。SiO相は、SiOからなり、Si相の膨張・収縮を吸収する。Si相がSiO相により被覆されることで、Si相とSiO相とからなる負極活物質を形成しているとよい。さらには、微細化された複数のSi相がSiO相により被覆されて一体となって、1つの粒子、即ち負極活物質を形成しているとよい。この場合には、負極活物質全体の体積変化を効果的に抑えることができる。The negative electrode active material preferably has a Si phase and a SiO 2 phase. The Si phase is composed of simple silicon, and is a phase that can occlude and release Li ions, and expands and contracts as Li ions are occluded and released. The SiO 2 phase is made of SiO 2 and absorbs expansion and contraction of the Si phase. By Si phase is covered by SiO 2 phase, it may form a negative electrode active material composed of a Si phase and SiO 2 phase. Furthermore, it is preferable that a plurality of miniaturized Si phases are covered with a SiO 2 phase and integrated to form one particle, that is, a negative electrode active material. In this case, the volume change of the whole negative electrode active material can be suppressed effectively.

負極活物質でのSi相に対するSiO相の質量比は、1〜3であることが好ましい。前記質量比が1未満の場合には、負極活物質の膨張・収縮が大きく、負極活物質から構成された負極活物質層にクラックが生じるおそれがある。一方、前記質量比が3を超える場合には、負極活物質でのLiイオンの吸蔵・放出量が少なく、電気容量が低くなるおそれがある。The mass ratio of the SiO 2 phase to the Si phase in the negative electrode active material is preferably 1 to 3. When the mass ratio is less than 1, the negative electrode active material is greatly expanded and contracted, and cracks may occur in the negative electrode active material layer composed of the negative electrode active material. On the other hand, when the mass ratio exceeds 3, the amount of insertion / extraction of Li ions in the negative electrode active material is small, and the electric capacity may be lowered.

負極活物質は、Si相とSiO相とのみから構成されていてもよい。また、負極活物質は、Si相とSiO相とを主成分としているが、その他に、負極活物質粒子の成分として、公知の活物質を含んでいても良く、具体的には、MeSi(MeはLi,Caなど、x、y、zは整数)のうちの少なくとも1種を混合していてもよい。The negative electrode active material may be composed only of the Si phase and the SiO 2 phase. Further, the negative electrode active material is mainly composed of a Si phase and a SiO 2 phase, but in addition, a known active material may be included as a component of the negative electrode active material particles. Specifically, Me x At least one of Si y O z (Me is Li, Ca, etc., x, y, and z are integers) may be mixed.

負極活物質の原料として、一酸化珪素を含む原料粉末を用いるとよい。この場合、原料粉末中の一酸化珪素を、SiO相とSi相との二相に不均化する。一酸化珪素の不均化では、SiとOとの原子比が概ね1:1の均質な固体である一酸化珪素(SiOn:nは0.5≦n≦1.5)が固体内部の反応により、SiO相とSi相との二相に分離する。不均化により得られる酸化珪素粉末は、SiO相とSi相とを含む。As a raw material for the negative electrode active material, a raw material powder containing silicon monoxide may be used. In this case, silicon monoxide in the raw material powder is disproportionated into two phases of SiO 2 phase and Si phase. In disproportionation of silicon monoxide, silicon monoxide (SiOn: n is 0.5 ≦ n ≦ 1.5), which is a homogeneous solid having an atomic ratio of Si to O of approximately 1: 1, is a reaction inside the solid. To separate into two phases of SiO 2 phase and Si phase. The silicon oxide powder obtained by disproportionation includes a SiO 2 phase and a Si phase.

原料粉末の一酸化珪素の不均化は、原料粉末にエネルギーを与えることにより進行する。一例として、原料粉末を加熱する、ミリングする、などの方法が挙げられる。  The disproportionation of silicon monoxide in the raw material powder proceeds by applying energy to the raw material powder. As an example, a method of heating or milling the raw material powder can be mentioned.

原料粉末を加熱する場合、一般に、酸素を絶った状態であれば800℃以上で、ほぼすべての一酸化珪素が不均化して二相に分離すると言われている。具体的には、非結晶性の一酸化珪素粉末を含む原料粉末に対して、真空中又は不活性ガス中などの不活性雰囲気中で800〜1200℃、1〜5時間の熱処理を行うことにより、非結晶性のSiO相と結晶性のSi相の二相を含む酸化珪素粉末が得られる。When the raw material powder is heated, it is generally said that almost all silicon monoxide is disproportionated and separated into two phases at 800 ° C. or higher if oxygen is removed. Specifically, the raw material powder containing the amorphous silicon monoxide powder is subjected to heat treatment at 800 to 1200 ° C. for 1 to 5 hours in an inert atmosphere such as vacuum or in an inert gas. A silicon oxide powder containing two phases of an amorphous SiO 2 phase and a crystalline Si phase is obtained.

原料粉末をミリングする場合には、ミリングの機械的エネルギーの一部が、原料粉末の固相界面における化学的な原子拡散に寄与し、酸化物相と珪素相などを生成する。ミリングでは、原料粉末を、真空中、アルゴンガス中などの不活性ガス雰囲気下で、V型混合機、ボールミル、アトライタ、ジェットミル、振動ミル、高エネルギーボールミル等を使用して混合するとよい。ミリング後にさらに熱処理を施すことで、一酸化珪素の不均化をさらに促進させてもよい。  When milling the raw material powder, part of the mechanical energy of the milling contributes to chemical atomic diffusion at the solid phase interface of the raw material powder, and generates an oxide phase, a silicon phase, and the like. In milling, the raw material powder may be mixed using a V-type mixer, a ball mill, an attritor, a jet mill, a vibration mill, a high energy ball mill or the like in an inert gas atmosphere such as vacuum or argon gas. Further heat treatment may be performed after milling to further promote disproportionation of silicon monoxide.

上記の負極活物質は、集電体の少なくとも表面を被覆する負極材を構成する。一般的に、負極は、上記負極材を負極活物質層として集電体に圧着されることで構成される。集電体は、例えば、銅や銅合金などの金属製のメッシュや金属箔を用いるとよい。負極材には、前記負極活物質の他に、結着剤や、導電助剤などを含んでいても良い。  The negative electrode active material constitutes a negative electrode material that covers at least the surface of the current collector. In general, the negative electrode is configured by pressing the negative electrode material as a negative electrode active material layer onto a current collector. As the current collector, for example, a metal mesh or metal foil such as copper or copper alloy may be used. In addition to the negative electrode active material, the negative electrode material may contain a binder, a conductive additive, and the like.

結着剤は、特に限定されるものではなく、既に公知のものを用いればよい。たとえば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン等の含フッ素樹脂など高電位においても分解しない樹脂を用いることができる。結着剤の配合割合は、質量比で、負極活物質:結着剤=1:0.05〜1:0.5であるのが好ましい。結着剤が少なすぎると電極の成形性が低下し、また、結着剤が多すぎると電極のエネルギー密度が低くなるためである。  The binder is not particularly limited, and a known one may be used. For example, a resin that does not decompose even at a high potential, such as a fluorine-containing resin such as polytetrafluoroethylene or polyvinylidene fluoride, can be used. The blending ratio of the binder is preferably a mass ratio of negative electrode active material: binder = 1: 0.05 to 1: 0.5. This is because when the amount of the binder is too small, the moldability of the electrode is lowered, and when the amount of the binder is too large, the energy density of the electrode is lowered.

導電助剤としては、非水系電解質二次電池の電極で一般的に用いられている材料を用いればよい。たとえば、アセチレンブラック、ケッチェンブラック等のカーボンブラック(炭素質微粒子)、炭素繊維などの導電性炭素材料を用いるのが好ましく、導電性炭素材料の他にも、導電性有機化合物などの既知の導電助剤を用いてもよい。これらのうちの1種を単独でまたは2種以上を混合して用いるとよい。導電助剤の配合割合は、質量比で、負極活物質:導電助剤=1:0.01〜1:0.5であるのが好ましい。導電助剤が少なすぎると効率のよい導電パスを形成できず、また、導電助剤が多すぎると電極の成形性が悪くなるとともに電極のエネルギー密度が低くなるためである。  As the conductive auxiliary agent, a material generally used for electrodes of non-aqueous electrolyte secondary batteries may be used. For example, it is preferable to use conductive carbon materials such as carbon black (carbonaceous fine particles) such as acetylene black and ketjen black, and carbon fibers. Besides conductive carbon materials, known conductive materials such as conductive organic compounds are also used. An auxiliary agent may be used. One of these may be used alone or in combination of two or more. The blending ratio of the conductive assistant is, in mass ratio, negative electrode active material: conductive assistant = 1: 0.01 to 1: 0.5. This is because if the amount of the conductive auxiliary is too small, an efficient conductive path cannot be formed, and if the amount of the conductive auxiliary is too large, the moldability of the electrode is deteriorated and the energy density of the electrode is lowered.

本発明の非水系電解質二次電池に用いられる正極は、集電体と、正極活物質を有し集電体の表面を被覆する正極材とからなるとよい。正極材は、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な正極活物質を含み、好ましくは、更に、結着剤及び/又は導電助剤を含む。導電助剤および結着剤は、特に限定はなく、非水系電解質二次電池で使用可能なものであればよい。正極において用いられる結着剤及び導電助剤は、上記に記載したように、負極において用いられる結着材及び導電助剤と同様のものを用いることが可能である。  The positive electrode used in the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is preferably composed of a current collector and a positive electrode material that has a positive electrode active material and covers the surface of the current collector. The positive electrode material includes a positive electrode active material capable of inserting and extracting lithium ions, and preferably further includes a binder and / or a conductive aid. The conductive auxiliary agent and the binder are not particularly limited, and any conductive auxiliary agent and binder can be used as long as they can be used in the nonaqueous electrolyte secondary battery. As described above, the binder and the conductive auxiliary used in the positive electrode can be the same as the binder and the conductive auxiliary used in the negative electrode.

正極活物質としては、例えば、リチウム・マンガン複合酸化物、リチウム・コバルト複合酸化物、リチウム・ニッケル複合酸化物などのリチウムと遷移金属との金属複合酸化物を用いる。具体的には、LiCoO、LiNi1/3Co1/3Mn1/3、LiNi0.5Co0.2Mn0.3、LiMnO、Sなどが挙げられる。正極活物質は、また、リチウムを含まない活物質、例えば硫黄単体、硫黄変性化合物などを用いることもできる。ただし、正極、負極共にリチウムを含まない場合はリチウムをプレドープする必要がある。As the positive electrode active material, for example, a metal composite oxide of lithium and a transition metal such as a lithium / manganese composite oxide, a lithium / cobalt composite oxide, or a lithium / nickel composite oxide is used. Specific examples include LiCoO 2 , LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 , LiNi 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 O 2 , Li 2 MnO 3 , and S. As the positive electrode active material, an active material that does not contain lithium, for example, sulfur alone or a sulfur-modified compound can be used. However, when neither positive electrode nor negative electrode contains lithium, it is necessary to pre-dope lithium.

正極用の集電体は、アルミニウム、ニッケル、ステンレス鋼など、リチウムイオン二次電池の正極に一般的に使用されるものであればよく、メッシュや金属箔などの種々の形状でよい。  The current collector for the positive electrode is not particularly limited as long as it is generally used for the positive electrode of a lithium ion secondary battery, such as aluminum, nickel, and stainless steel, and may have various shapes such as a mesh and a metal foil.

セパレータは、必要に応じて用いられる。セパレータは、正極と負極とを分離し非水電解液を保持するものであり、ポリエチレン、ポリプロピレン等の薄い微多孔膜を用いることができる。  A separator is used as needed. The separator separates the positive electrode and the negative electrode and holds the non-aqueous electrolyte, and a thin microporous film such as polyethylene or polypropylene can be used.

前記正極と前記負極との間にセラミックがコートされたセパレータが備えられていることが好ましい。セパレータの片面又は両面に、セラミック膜が形成されていることが好ましい。セラミック膜は、アルミナ(Al)、及びマグネシア(MgO)の少なくとも一種からなることが好ましい。セラミック膜を形成したセパレータを用いることにより、充放電サイクル特性が向上する。その理由は、セラミック膜がフッ化水素を捕獲し、負極活物質表面にSEI被膜の過剰形成を抑制するからであると考えられる。It is preferable that a separator coated with ceramic is provided between the positive electrode and the negative electrode. A ceramic film is preferably formed on one side or both sides of the separator. The ceramic film is preferably made of at least one of alumina (Al 2 O 3 ) and magnesia (MgO). Charge / discharge cycle characteristics are improved by using a separator on which a ceramic film is formed. The reason is considered that the ceramic film captures hydrogen fluoride and suppresses the excessive formation of the SEI film on the surface of the negative electrode active material.

正極および負極に必要に応じてセパレータを挟装させ電極体とする。正極集電体および負極集電体から外部に通ずる正極端子および負極端子までの間を、集電用リード等を用いて接続した後に電極体に非水電解液を含浸させてリチウムイオン二次電池とするとよい。  A separator is sandwiched between the positive electrode and the negative electrode as necessary to form an electrode body. Lithium ion secondary battery in which a non-aqueous electrolyte is impregnated in the electrode body after connecting between the positive electrode current collector and the negative electrode current collector to the positive electrode terminal and the negative electrode terminal leading to the outside using a current collecting lead or the like It is good to do.

リチウムイオン二次電池の形状は、特に限定なく、円筒型、積層型、コイン型、ラミネート型等、種々の形状を採用することができる。  The shape of the lithium ion secondary battery is not particularly limited, and various shapes such as a cylindrical shape, a stacked shape, a coin shape, and a laminated shape can be adopted.

上記の非水系電解質二次電池は、車両に搭載してもよい。上記の非水系電解質二次電池で走行用モータを駆動することにより、大容量、大出力で、長時間使用することができる。車両は、その動力源の全部あるいは一部に非水系電解質二次電池による電気エネルギーを使用している車両であれば良く,例えば、電気車両、ハイブリッド車両などであるとよい。車両に非水系電解質二次電池を搭載する場合には、非水系電解質二次電池を複数直列に接続して組電池とするとよい。非水系電解質二次電池は、車両以外にも、パーソナルコンピュータ,携帯通信機器など,電池で駆動される各種の家電製品,オフィス機器,産業機器が挙げられる。  The non-aqueous electrolyte secondary battery may be mounted on a vehicle. By driving the driving motor with the non-aqueous electrolyte secondary battery, it can be used for a long time with a large capacity and a large output. The vehicle may be a vehicle that uses electric energy generated by a non-aqueous electrolyte secondary battery for all or a part of its power source. For example, the vehicle may be an electric vehicle or a hybrid vehicle. When a non-aqueous electrolyte secondary battery is mounted on a vehicle, a plurality of non-aqueous electrolyte secondary batteries may be connected in series to form an assembled battery. Examples of non-aqueous electrolyte secondary batteries include various home electric appliances, office equipment, and industrial equipment driven by batteries, such as personal computers and portable communication devices, in addition to vehicles.

非水系電解質二次電池を以下のように試料1〜14の14種類作製し、充放電のサイクル評価試験を行った。試料1、2、8、10〜14は本発明の実施例であり、試料3〜7、9は本発明の参考例である。  Fourteen types of samples 1 to 14 were prepared as follows, and a charge / discharge cycle evaluation test was performed. Samples 1, 2, 8, and 10 to 14 are examples of the present invention, and samples 3 to 7 and 9 are reference examples of the present invention.

(試料1)
まず、市販のSiO粉末をボールミルに入れて、Ar雰囲気下で、回転数450rpmで20時間ミリングした。その後、不活性ガス雰囲気中で、900℃の温度下で、2時間加熱処理を行った。これにより、SiO粉末が不均化されて、負極活物質が得られた。この負極活物質について、CuKαを使用したX線回折(XRD)測定を行ったところ、単体珪素と二酸化珪素とに由来する特有のピークが確認された。このことから、負極活物質には、単体珪素と二酸化珪素が生成していることがわかった。
(Sample 1)
First, commercially available SiO powder was put in a ball mill and milled for 20 hours at 450 rpm in an Ar atmosphere. Thereafter, heat treatment was performed for 2 hours at 900 ° C. in an inert gas atmosphere. Thereby, SiO powder was disproportionated and the negative electrode active material was obtained. When this negative electrode active material was subjected to X-ray diffraction (XRD) measurement using CuKα, a specific peak derived from simple silicon and silicon dioxide was confirmed. From this, it was found that elemental silicon and silicon dioxide were generated in the negative electrode active material.

調製された負極活物質と、導電助剤としての天然黒鉛粉末とケッチェンブラックと、結着剤としてのポリアミドイミドとを混合し、溶媒を加えてスラリー状の混合物を得た。溶媒は、N‐メチル‐2‐ピロリドン(NMP)であった。負極活物質と、天然黒鉛と、ケッチェンブラックと、ポリアミドイミドとの質量比は、百分率で、負極活物質粒子/天然黒鉛粒子/アセチレンブラック/ポリアミドイミド=32/50/8/10であった。  The prepared negative electrode active material, natural graphite powder and ketjen black as a conductive additive, and polyamideimide as a binder were mixed, and a solvent was added to obtain a slurry mixture. The solvent was N-methyl-2-pyrrolidone (NMP). The mass ratio of the negative electrode active material, natural graphite, ketjen black, and polyamideimide was, as a percentage, negative electrode active material particles / natural graphite particles / acetylene black / polyamideimide = 32/50/8/10. .

次に、スラリー状の混合物を、ドクターブレードを用いて集電体である銅箔の片面に成膜し、所定の圧力でプレスし、200℃、2時間加熱し、放冷した。これにより、集電体表面に負極活物質層が固定されてなる負極が形成された。  Next, the slurry mixture was formed into a film on one side of a copper foil as a current collector using a doctor blade, pressed at a predetermined pressure, heated at 200 ° C. for 2 hours, and allowed to cool. Thereby, the negative electrode formed by fixing the negative electrode active material layer on the current collector surface was formed.

次に、正極活物質としてのリチウム・ニッケル系複合酸化物LiNi1/3Co1/3Mn1/3と、アセチレンブラックと、バインダーとしてのポリフッ化ビニリデン(PVDF)とを混合してスラリーとなした。このスラリーを集電体としてのアルミニウム箔の片面に塗布し、プレスし、焼成した。リチウム・ニッケル系複合酸化物とアセチレンブラックとポリフッ化ビニリデンとの質量比は、リチウム・ニッケル系複合酸化物/アセチレンブラック/ポリフッ化ビニリデン=88/6/6とした。これにより、集電体の表面に正極活物質層を固定してなる正極を得た。Next, a lithium / nickel composite oxide LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 as a positive electrode active material, acetylene black, and polyvinylidene fluoride (PVDF) as a binder are mixed to form a slurry. It became. This slurry was applied to one side of an aluminum foil as a current collector, pressed and fired. The mass ratio of the lithium / nickel composite oxide, acetylene black and polyvinylidene fluoride was lithium / nickel composite oxide / acetylene black / polyvinylidene fluoride = 88/6/6. This obtained the positive electrode formed by fixing a positive electrode active material layer on the surface of a collector.

正極と負極との間に、セパレータとしてのポリプロピレン多孔質膜を挟み込んだ。この正極、セパレータ及び負極からなる電極体を積層した。2枚のアルミニウムフィルムの周囲を、一部を除いて熱溶着をすることにより封止して、袋状とした。袋状のアルミニウムフィルムの中に、積層された電極体を入れ、更に、電解液を入れた。電解液は、電解質としてのLiPFが、有機溶媒に溶解してなる。有機溶媒は、フルオロエチレンカーボネート(FEC)とエチルメチルカーボネート(EMC)とジメチルカーボネート(DMC)とを、体積%でFEC/EMC/DMC=30/30/40の配合比で混合して調製した。電解液中のLiPFの濃度は、1mol/L(M)であった。A polypropylene porous membrane as a separator was sandwiched between the positive electrode and the negative electrode. The electrode body which consists of this positive electrode, a separator, and a negative electrode was laminated | stacked. The periphery of the two aluminum films was sealed by heat-welding except for a part to make a bag shape. The laminated electrode body was put in a bag-like aluminum film, and an electrolytic solution was further put. The electrolytic solution is obtained by dissolving LiPF 6 as an electrolyte in an organic solvent. The organic solvent was prepared by mixing fluoroethylene carbonate (FEC), ethyl methyl carbonate (EMC), and dimethyl carbonate (DMC) in a volume ratio of FEC / EMC / DMC = 30/30/40. The concentration of LiPF 6 in the electrolytic solution was 1 mol / L (M).

その後、真空引きしながら、アルミニウムフィルムの開口部分を完全に気密に封止した。このとき、正極側及び負極側の集電体の先端を、フィルムの端縁部から突出させ、外部端子に接続可能とし、リチウムイオン二次電池を得た。リチウムイオン二次電池に、初期充放電を3回繰り返すコンディショニング処理を行った。  Then, the opening part of the aluminum film was completely airtightly sealed while evacuating. At this time, the tips of the positive electrode side and negative electrode side current collectors were projected from the edge portions of the film to be connectable to external terminals to obtain a lithium ion secondary battery. The lithium ion secondary battery was subjected to a conditioning treatment in which initial charge / discharge was repeated three times.

(試料2)
本試料2のリチウムイオン二次電池では、電解液の有機溶媒として、フルオロエチレンカーボネート(FEC)とエチレンカーボネート(EC)とエチルメチルカーボネート(EMC)とジメチルカーボネート(DMC)とを用いた。有機溶媒の配合比は、体積%でFEC/EC/EMC/DMC=4/26/30/40とした。その他は、試料1と同様である。
(Sample 2)
In the lithium ion secondary battery of Sample 2, fluoroethylene carbonate (FEC), ethylene carbonate (EC), ethyl methyl carbonate (EMC), and dimethyl carbonate (DMC) were used as the organic solvent of the electrolytic solution. The compounding ratio of the organic solvent was FEC / EC / EMC / DMC = 4/26/30/40 by volume%. Others are the same as those of Sample 1.

(試料3)
本試料3のリチウムイオン二次電池では、電解液の有機溶媒として、エチレンカーボネート(EC)とエチルメチルカーボネート(EMC)とジメチルカーボネート(DMC)とを用いた。有機溶媒の配合比は、体積%でEC/EMC/DMC=30/30/40とした。その他は、試料1と同様である。
(Sample 3)
In the lithium ion secondary battery of Sample 3, ethylene carbonate (EC), ethyl methyl carbonate (EMC), and dimethyl carbonate (DMC) were used as the organic solvent for the electrolytic solution. The compounding ratio of the organic solvent was EC / EMC / DMC = 30/30/40 by volume%. Others are the same as those of Sample 1.

<電池の充放電サイクル試験(1)>
試料1〜3のリチウムイオン二次電池について、充放電のサイクル試験を行った。サイクル試験は、25℃で行い、充電条件を1C、4.2VのCC(定電流)充電とし、放電条件を1C、2.5VのCC(定電流)放電とした。コンディショニング処理後の最初の充放電を1サイクル目とし、600サイクル目まで同様の充放電を繰り返し行った。図1には、試料1〜3の充放電サイクル試験の結果を示した。図1の横軸は、サイクル試験での充放電サイクル数を示し、縦軸は各充放電サイクル毎の放電電流の容量維持率を示す。放電電流の容量維持率は、充放電サイクル試験を行う前の各電池の放電電流の容量を100%としたときの、各サイクル毎の各電池の放電電流の容量の比率(%)で示した。
<Battery charge / discharge cycle test (1)>
The charge / discharge cycle test was performed on the lithium ion secondary batteries of Samples 1 to 3. The cycle test was performed at 25 ° C., the charging condition was 1 C, 4.2 V CC (constant current) charging, and the discharging condition was 1 C, 2.5 V CC (constant current) discharging. The first charge / discharge after the conditioning treatment was regarded as the first cycle, and the same charge / discharge was repeated until the 600th cycle. In FIG. 1, the result of the charging / discharging cycle test of the samples 1-3 was shown. The horizontal axis of FIG. 1 shows the number of charge / discharge cycles in the cycle test, and the vertical axis shows the capacity maintenance rate of the discharge current for each charge / discharge cycle. The capacity maintenance rate of the discharge current is indicated by the ratio (%) of the capacity of the discharge current of each battery in each cycle when the capacity of the discharge current of each battery before the charge / discharge cycle test is 100%. .

図1に示すように、試料1、2のサイクル特性が、試料3よりも格段に優れていた。試料1、2では、500サイクル目まではほぼ同程度の放電容量維持率を示したが、600サイクル目近傍になると試料1の方が試料2よりも放電容量維持率が高くなった。  As shown in FIG. 1, the cycle characteristics of Samples 1 and 2 were much better than Sample 3. Samples 1 and 2 showed substantially the same discharge capacity maintenance rate up to the 500th cycle, but the discharge capacity maintenance rate of sample 1 was higher than that of sample 2 near the 600th cycle.

また、試料1〜3の電池の充放電サイクル試験による負極活物質層の質量増加率を測定した。質量増加率は、充放電サイクル試験前の各電池の負極活物質層の質量を1としたときの、充放電サイクル試験の600サイクル目のときの各電池の負極活物質層の質量の比率とした。質量増加率を表1に示した。  Moreover, the mass increase rate of the negative electrode active material layer by the charge / discharge cycle test of the batteries of Samples 1 to 3 was measured. The mass increase rate is the ratio of the mass of the negative electrode active material layer of each battery at the 600th cycle of the charge / discharge cycle test, where the mass of the negative electrode active material layer of each battery before the charge / discharge cycle test is 1. did. The mass increase rate is shown in Table 1.

Figure 0006011607
Figure 0006011607

表1に示すように、電解液にFECを含む試料1,2は、FECを含まない試料3よりも、負極活物質層の質量増加率が低かった。試料1,2では、FECの濃度が高い試料1の方が、負極活物質層の質量増加率が低かった。  As shown in Table 1, Samples 1 and 2 containing FEC in the electrolyte had a lower mass increase rate of the negative electrode active material layer than Sample 3 containing no FEC. In samples 1 and 2, sample 1 having a higher FEC concentration had a lower mass increase rate of the negative electrode active material layer.

以上の結果より、試料1,2では、サイクル試験の初期段階において、電解液中のFECが、他の電解液成分に先んじて分解して、その分解成分により負極活物質表面のほぼ全体に薄い被膜を形成し、それ以上の被膜の膜厚増加を抑制して負極活物質層の質量増加を低く抑えることができた。また、薄い被膜により負極活物質と電解液との直接接触が防止されて、FEC以外の電解液の分解が抑制されたものと考えられる。また、試料1,2では、負極活物質表面を覆う被膜が薄いため、充放電により膨張・収縮する負極活物質表面に柔軟に追従し、亀裂などが発生しにくい。これによっても充放電サイクル特性が向上したものと考えられる。  From the above results, in Samples 1 and 2, in the initial stage of the cycle test, FEC in the electrolytic solution decomposes prior to the other electrolytic solution components, and the decomposed components are thin over almost the entire surface of the negative electrode active material. A coating was formed, and the increase in the thickness of the coating was suppressed by suppressing the increase in the thickness of the coating beyond that. In addition, it is considered that the thin coating prevented direct contact between the negative electrode active material and the electrolytic solution, and the decomposition of the electrolytic solution other than FEC was suppressed. In Samples 1 and 2, since the coating covering the surface of the negative electrode active material is thin, it flexibly follows the surface of the negative electrode active material that expands and contracts due to charge and discharge, and cracks are less likely to occur. It is considered that this also improved the charge / discharge cycle characteristics.

試料1は試料2よりも電解液中でのFECの濃度が高いため、負極活物質の重量増加が抑制され、電解液の分解も抑えられ、サイクル特性がよくなったと考えられる。  Since Sample 1 has a higher FEC concentration in the electrolytic solution than Sample 2, it is considered that the increase in the weight of the negative electrode active material is suppressed, the decomposition of the electrolytic solution is suppressed, and the cycle characteristics are improved.

次に、電解液のFEC以外の成分(DMC、EMC)について検討するために、FEC以外の成分を変更した電解液を含むリチウムイオン二次電池を作製し、充放電サイクル試験を行った。  Next, in order to examine components (DMC, EMC) other than FEC of the electrolytic solution, a lithium ion secondary battery including an electrolytic solution in which components other than FEC were changed was produced, and a charge / discharge cycle test was performed.

(試料4)
本試料4のリチウムイオン二次電池では、電解液の有機溶媒として、エチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)とを用いた。有機溶媒の配合比は、体積%でEC/DEC=30/70とした。その他は、試料1と同様である。
(Sample 4)
In the lithium ion secondary battery of Sample 4, ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) were used as organic solvents for the electrolytic solution. The compounding ratio of the organic solvent was EC / DEC = 30/70 by volume%. Others are the same as those of Sample 1.

(試料5)
本試料5のリチウムイオン二次電池では、電解液の有機溶媒として、エチレンカーボネート(EC)とエチルメチルカーボネート(EMC)とを用いた。有機溶媒の配合比は、体積%でEC/EMC=30/70とした。その他は、試料1と同様である。
(Sample 5)
In the lithium ion secondary battery of Sample 5, ethylene carbonate (EC) and ethyl methyl carbonate (EMC) were used as the organic solvent for the electrolytic solution. The compounding ratio of the organic solvent was EC / EMC = 30/70 by volume%. Others are the same as those of Sample 1.

(試料6)
本試料6のリチウムイオン二次電池では、電解液の有機溶媒として、エチレンカーボネート(EC)とエチルメチルカーボネート(EMC)とジメチルカーボネート(DMC)を用いた。有機溶媒の配合比は、体積%でEC/EMC/DMC=30/30/40とした。その他は、試料1と同様である。
(Sample 6)
In the lithium ion secondary battery of Sample 6, ethylene carbonate (EC), ethyl methyl carbonate (EMC), and dimethyl carbonate (DMC) were used as the organic solvent for the electrolytic solution. The compounding ratio of the organic solvent was EC / EMC / DMC = 30/30/40 by volume%. Others are the same as those of Sample 1.

(試料7)
本試料7のリチウムイオン二次電池では、電解液の有機溶媒として、エチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)とジメチルカーボネート(DMC)を用いた。有機溶媒の配合比は、体積%でEC/DEC/DMC=30/30/40とした。その他は、試料1と同様である。
(Sample 7)
In the lithium ion secondary battery of Sample 7, ethylene carbonate (EC), diethyl carbonate (DEC), and dimethyl carbonate (DMC) were used as the organic solvent for the electrolytic solution. The compounding ratio of the organic solvent was EC / DEC / DMC = 30/30/40 in volume%. Others are the same as those of Sample 1.

<電池の充放電サイクル試験(2)>
試料4〜7のリチウムイオン二次電池について、充放電のサイクル試験を行った。サイクル試験は、55℃で行った点を除いて、上記の<電池の充放電サイクル試験(1)>と同様に行った。充放電サイクル試験を500サイクル行い、そのときの放電電流の容量維持率を表2に示した。
<Battery charge / discharge cycle test (2)>
About the lithium ion secondary battery of samples 4-7, the cycle test of charging / discharging was done. The cycle test was performed in the same manner as the above <Battery charge / discharge cycle test (1)> except that the cycle test was performed at 55 ° C. The charge / discharge cycle test was performed 500 times, and the capacity retention rate of the discharge current at that time is shown in Table 2.

Figure 0006011607
Figure 0006011607

表2に示すように、試料4〜7の中で試料6の容量維持率が最も高かった。<電池の充放電サイクル試験(2)>では試料4〜7について55℃で試験を行っているが、<電池の充放電サイクル試験(1)>のように25℃でサイクル試験を行っても、同様のサイクル特性の結果を示すと考えられる。  As shown in Table 2, the capacity retention rate of Sample 6 was the highest among Samples 4-7. In the <Battery charge / discharge cycle test (2)>, the samples 4 to 7 are tested at 55 [deg.] C., but the cycle test is performed at 25 [deg.] C. as shown in <Battery charge / discharge cycle test (1)>. It is thought that the result of the same cycle characteristic is shown.

また、試料3の電解液の溶媒の構成は、FECに代えてECを用いている点を除いて、試料1と同様である。FECは、ECの水素をフッ素で置換した化合物で、その化学構造はECによく似ている。試料1の電解液は、ECに代えてFECを含み、DMCとEMCを含む点では試料6と同様である。試料1は、試料6と同様のサイクル特性を示すと考えられる。  Moreover, the structure of the solvent of the electrolyte solution of the sample 3 is the same as that of the sample 1 except that EC is used instead of FEC. FEC is a compound in which hydrogen of EC is substituted with fluorine, and its chemical structure is very similar to EC. The electrolytic solution of Sample 1 includes FEC instead of EC, and is the same as Sample 6 in that it includes DMC and EMC. Sample 1 is considered to exhibit the same cycle characteristics as Sample 6.

試料4〜7はいずれもFECに構造がよく似たECを含む。更に、試料6はEMCとDMCとを含むが、試料5はEMCを含みDMCを含まない。試料7はDECとDMCを含むが、EMCを含まない。このような溶媒の構成において、試料6が最もサイクル特性がよいのは、ECの他にEMCとDMCを含むからである。ECと構造のよく似たFECを電解液に添加した電池についても、試料4〜7と同様のサイクル特性が得られると考えられる。よって、電解液の溶媒には、FECとEMCとDMCを含むことで、充放電サイクル特性が格段に向上するといえる。FECは環状カーボネートであり、EMCとDMCは鎖状カーボネートである。環状カーボネートは導電性が高い一方、粘性が高い。鎖状カーボネートは導電性は低い一方、粘性は低い。電解液は、環状カーボネートと鎖状カーボネートの双方を含むことで、導電性を高くし且つ粘性を低くすることができる。また、EMCの導電率は、1.1mS・cm−1であり、DMCの導電率は2.0mS・cm−1であり、DECの導電率は0.6mS・cm−1である。鎖状カーボネートは一般に導電性が低いものが多いが、EMCとDMCは鎖状カーボネートのなかでも比較的導電性が高い。このため、鎖状カーボネートの中でも特にEMCとDMCを電解液に含めることにより、電解液の導電性を更に高めることができ、サイクル特性が向上したものと考えられる。Samples 4-7 all contain EC that is very similar in structure to FEC. Furthermore, sample 6 contains EMC and DMC, while sample 5 contains EMC and does not contain DMC. Sample 7 contains DEC and DMC, but does not contain EMC. In such a solvent configuration, the sample 6 has the best cycle characteristics because it contains EMC and DMC in addition to EC. It is considered that the same cycle characteristics as those of Samples 4 to 7 can be obtained for a battery in which FEC having a structure similar to EC is added to the electrolyte. Therefore, it can be said that the charge / discharge cycle characteristics are remarkably improved by including FEC, EMC, and DMC in the solvent of the electrolytic solution. FEC is a cyclic carbonate, and EMC and DMC are chain carbonates. Cyclic carbonates are highly conductive but highly viscous. While chain carbonate has low conductivity, it has low viscosity. By including both cyclic carbonate and chain carbonate, the electrolytic solution can have high conductivity and low viscosity. The electric conductivity of EMC is 1.1 mS · cm -1, the conductivity of the DMC is 2.0 mS · cm -1, the conductivity of the DEC is 0.6 mS · cm -1. Although chain carbonates generally have a low conductivity, EMC and DMC have a relatively high conductivity among chain carbonates. For this reason, it is considered that the conductivity of the electrolytic solution can be further enhanced by including EMC and DMC in the electrolytic solution among the chain carbonates, and the cycle characteristics are improved.

(試料8)
本試料8のリチウムイオン二次電池では、セパレータにアルミナ膜を形成している点を除いて試料1と同様である。セパレータの両面には、アルミナ膜が形成されている。アルミナ膜の膜厚は、25.5μmである。セパレータの空隙率は、53%である。
(Sample 8)
The lithium ion secondary battery of Sample 8 is the same as Sample 1 except that an alumina film is formed on the separator. An alumina film is formed on both sides of the separator. The thickness of the alumina film is 25.5 μm. The porosity of the separator is 53%.

アルミナのコート法は、次のようである。ポリパラフェニレンテレフタルアミド(PPTA)溶液に、イミド化が完結したポリイミドのN−メチル−2−ピロリドン溶液(NMP)を添加し、最終的に、PPTA濃度が1.3重量%の等方相の溶液に調製して60分間攪拌した。上記の溶液にアルミナ微細粒子(日本アエロジル社製品;アルミナC、平均粒子径0.013μm)を混合し、240分間攪拌した。アルミナ微細粒子を十分に分散させたスラリー溶液をろ過後、減圧下で脱泡し塗工用スラリー溶液とした。塗工用スラリー溶液をセパレータの両面に塗工してアルミナ膜を作成し、アルミナ膜上に該耐熱性含窒素芳香族重合体を析出した後、アルミナ膜から極性有機溶媒を除去し、アルミナ膜を乾燥した。  The alumina coating method is as follows. To the polyparaphenylene terephthalamide (PPTA) solution, an N-methyl-2-pyrrolidone solution (NMP) of polyimide that has been imidized is added, and finally an isotropic phase having a PPTA concentration of 1.3% by weight is added. Prepared in solution and stirred for 60 minutes. Alumina fine particles (manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd .; Alumina C, average particle size 0.013 μm) were mixed in the above solution and stirred for 240 minutes. The slurry solution in which the alumina fine particles were sufficiently dispersed was filtered and then defoamed under reduced pressure to obtain a coating slurry solution. The slurry solution for coating is applied on both sides of the separator to form an alumina film, and after depositing the heat-resistant nitrogen-containing aromatic polymer on the alumina film, the polar organic solvent is removed from the alumina film, and the alumina film Dried.

<電池の充放電サイクル試験(3)>
試料1,8のリチウムイオン二次電池について、充放電サイクル試験を行った。サイクル試験は、25℃で行い、<電池の充放電サイクル試験(1)>と同様の条件で行った。試料1,8のリチウムイオン二次電池の充放電サイクル試験の結果を、図2に示した。図2に示すように、セパレータの両面にアルミナ膜を形成した試料8の方が、アルミナ膜を形成していないセパレータを用いた試料1よりも、充放電サイクル特性が良好であった。
<Battery charge / discharge cycle test (3)>
A charge / discharge cycle test was performed on the lithium ion secondary batteries of Samples 1 and 8. The cycle test was performed at 25 ° C., and was performed under the same conditions as <Battery charge / discharge cycle test (1)>. The results of the charge / discharge cycle test of the lithium ion secondary batteries of Samples 1 and 8 are shown in FIG. As shown in FIG. 2, Sample 8 in which an alumina film was formed on both surfaces of the separator had better charge / discharge cycle characteristics than Sample 1 using a separator in which no alumina film was formed.

(試料9)
試料1と同様に、SiO粉末に不均化処理を施して負極活物質を得た。この負極活物質と、導電助剤としての天然黒鉛粉末とケッチェンブラックと、結着剤としてのポリアミドイミドとを混合し、溶媒を加えてスラリー状の混合物を得た。溶媒は、N‐メチル‐2‐ピロリドン(NMP)であった。負極活物質と、天然黒鉛と、ケッチェンブラックと、ポリアミドイミドとの質量比は、百分率で、負極活物質粒子/天然黒鉛粒子/アセチレンブラック/ポリアミドイミド=32/50/8/10であった。
(Sample 9)
Similar to Sample 1, a disproportionation treatment was performed on the SiO powder to obtain a negative electrode active material. This negative electrode active material, natural graphite powder as a conductive additive, ketjen black, and polyamideimide as a binder were mixed, and a solvent was added to obtain a slurry mixture. The solvent was N-methyl-2-pyrrolidone (NMP). The mass ratio of the negative electrode active material, natural graphite, ketjen black, and polyamideimide was, as a percentage, negative electrode active material particles / natural graphite particles / acetylene black / polyamideimide = 32/50/8/10. .

次に、スラリー状の混合物を、ドクターブレードを用いて集電体である銅箔の片面に成膜し、所定の圧力でプレスし、200℃、2時間加熱し、放冷した。これにより、集電体表面に負極活物質層が固定されてなる負極が形成された。  Next, the slurry mixture was formed into a film on one side of a copper foil as a current collector using a doctor blade, pressed at a predetermined pressure, heated at 200 ° C. for 2 hours, and allowed to cool. Thereby, the negative electrode formed by fixing the negative electrode active material layer on the current collector surface was formed.

次に、正極活物質としてのリチウム・ニッケル系複合酸化物LiNi1/3Co1/3Mn1/3と、アセチレンブラックと、バインダーとしてのポリフッ化ビニリデン(PVDF)とを混合してスラリーとなし、このスラリーを集電体としてのアルミニウム箔の片面に塗布し、プレスし、焼成した。リチウム・ニッケル系複合酸化物とアセチレンブラックとポリフッ化ビニリデンとの質量比は、リチウム・ニッケル系複合酸化物/アセチレンブラック/ポリフッ化ビニリデン=88/6/6とした。これにより、集電体の表面に正極活物質層を固定してなる正極を得た。Next, a lithium / nickel composite oxide LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 as a positive electrode active material, acetylene black, and polyvinylidene fluoride (PVDF) as a binder are mixed to form a slurry. This slurry was applied to one side of an aluminum foil as a current collector, pressed and fired. The mass ratio of the lithium / nickel composite oxide, acetylene black and polyvinylidene fluoride was lithium / nickel composite oxide / acetylene black / polyvinylidene fluoride = 88/6/6. This obtained the positive electrode formed by fixing a positive electrode active material layer on the surface of a collector.

正極と負極との間に、セパレータとしてのポリプロピレン多孔質膜を挟み込んだ。この正極、セパレータ及び負極からなる電極体を積層した。試料1と同様に、電極体と電解液を、袋状のアルミニウムフィルムの中に封入し、リチウムイオン二次電池を得た。電解液は、電解質としてのLiPFが、有機溶媒に溶解してなる。有機溶媒は、エチレンカーボネート(EC)とエチルメチルカーボネート(EMC)とジメチルカーボネート(DMC)とを、体積%でEC/EMC/DMC=30/30/40の配合比で混合して調製した。電解液中のLiPFの濃度は、1mol/L(M)であった。リチウムイオン二次電池に、初期充放電を3回繰り返すコンディショニング処理を行った。A polypropylene porous membrane as a separator was sandwiched between the positive electrode and the negative electrode. The electrode body which consists of this positive electrode, a separator, and a negative electrode was laminated | stacked. Similarly to the sample 1, the electrode body and the electrolytic solution were sealed in a bag-shaped aluminum film to obtain a lithium ion secondary battery. The electrolytic solution is obtained by dissolving LiPF 6 as an electrolyte in an organic solvent. The organic solvent was prepared by mixing ethylene carbonate (EC), ethyl methyl carbonate (EMC), and dimethyl carbonate (DMC) at a volume ratio of EC / EMC / DMC = 30/30/40. The concentration of LiPF 6 in the electrolytic solution was 1 mol / L (M). The lithium ion secondary battery was subjected to a conditioning treatment in which initial charge / discharge was repeated three times.

(試料10)
本試料10では、電解液の有機溶媒に、フルオロエチレンカーボネート(FEC)とエチレンカーボネート(EC)とエチルメチルカーボネート(EMC)とジメチルカーボネート(DMC)とを用いた。有機溶媒の配合比は、体積%でFEC/EC/EMC/DMC=4/26/30/40とした。その他は、試料9と同様である。
(Sample 10)
In this sample 10, fluoroethylene carbonate (FEC), ethylene carbonate (EC), ethyl methyl carbonate (EMC), and dimethyl carbonate (DMC) were used as the organic solvent of the electrolytic solution. The compounding ratio of the organic solvent was FEC / EC / EMC / DMC = 4/26/30/40 by volume%. Others are the same as those of the sample 9.

(試料11)
本試料11では、正極活物質としてLiNi0.5Co0.2Mn0.3を用いた点が、試料10と相違する。その他は、試料10と同様である。
(Sample 11)
This sample 11 is different from the sample 10 in that LiNi 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 O 2 is used as the positive electrode active material. Others are the same as those of the sample 10.

(試料12)
本試料12では、電解液の有機溶媒に、フルオロエチレンカーボネート(FEC)とエチルメチルカーボネート(EMC)とジメチルカーボネート(DMC)とを用いた。有機溶媒の配合比は、体積%でFEC/EMC/DMC=30/30/40とした。その他は、試料9と同様である。
(Sample 12)
In this sample 12, fluoroethylene carbonate (FEC), ethyl methyl carbonate (EMC), and dimethyl carbonate (DMC) were used as the organic solvent of the electrolytic solution. The compounding ratio of the organic solvent was FEC / EMC / DMC = 30/30/40 by volume%. Others are the same as those of the sample 9.

<電池の充放電サイクル試験(4)>
試料9〜12のリチウムイオン二次電池について、充放電のサイクル試験を行った。サイクル試験は、25℃で行い、充電条件を1C、4.2VのCC(定電流)充電とし、放電条件を1C、2.5VのCC(定電流)放電とした。コンディショニング処理後の最初の充放電を1サイクル目とし、500サイクル目まで同様の充放電を繰り返し行った。充放電サイクル試験を行う前の各電池の放電電流の容量を100%としたときの、500サイクル時点での各電池の放電電流の容量の比率(%)をもとめた。この比率を、500サイクル時点での容量維持率として、表3に示した。
<Battery charge / discharge cycle test (4)>
About the lithium ion secondary battery of samples 9-12, the cycle test of charging / discharging was done. The cycle test was performed at 25 ° C., the charging condition was 1 C, 4.2 V CC (constant current) charging, and the discharging condition was 1 C, 2.5 V CC (constant current) discharging. The first charge / discharge after the conditioning treatment was regarded as the first cycle, and the same charge / discharge was repeated until the 500th cycle. The ratio (%) of the capacity of the discharge current of each battery at the time of 500 cycles when the capacity of the discharge current of each battery before the charge / discharge cycle test was taken as 100% was determined. This ratio is shown in Table 3 as the capacity retention rate at 500 cycles.

表3に示すように、電解液の溶媒にFECを含まない試料9では、500サイクル時点では容量維持率がゼロであった。これに対して、溶媒にFECを含む試料10〜12では、容量維持率が高かった。溶媒の中に4体積%のFECを含む試料10よりも30体積%のFECを含む試料11の方が少し放電容量が高かった。このことから、電解液の溶媒を100体積%としたときに、FECは1体積%以上40体積%以下含むと、サイクル特性が特に向上することがわかった。また、電解液にFECを添加したときには、試料10,11のように正極活物質の種類を変えた場合でも、ほぼ同様の放電容量維持率であった。  As shown in Table 3, the capacity retention rate of Sample 9 that did not include FEC in the solvent of the electrolytic solution was zero at the time of 500 cycles. In contrast, Samples 10 to 12 containing FEC in the solvent had a high capacity retention rate. The discharge capacity of sample 11 containing 30% by volume of FEC was slightly higher than that of sample 10 containing 4% by volume of FEC in the solvent. From this, it was found that when the solvent of the electrolytic solution was 100% by volume, the cycle characteristics were particularly improved when FEC contained 1% by volume to 40% by volume. Further, when FEC was added to the electrolytic solution, even when the type of the positive electrode active material was changed as in Samples 10 and 11, the discharge capacity retention rate was almost the same.

(試料13)
本試料13では、電解液に、さらに、添加剤としてのシクロヘキシルベンゼン(CHB)とビフェニル(BP)を含んでいる点が、試料10と相違する。電解液全体を100質量%としたとき、CHBの含有量は2質量%とし、BPの含有量は2質量%とした。その他は、試料10と同様である。
(Sample 13)
This sample 13 is different from the sample 10 in that the electrolyte solution further contains cyclohexylbenzene (CHB) and biphenyl (BP) as additives. When the entire electrolytic solution was 100% by mass, the CHB content was 2% by mass, and the BP content was 2% by mass. Others are the same as those of the sample 10.

(試料14)
本試料14では、正極活物質としてLiNi0.5Co0.2Mn0.3を用いた点が、試料13と相違する。その他は、試料13と同様である。
(Sample 14)
This sample 14 is different from the sample 13 in that LiNi 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 O 2 is used as the positive electrode active material. Others are the same as those of the sample 13.

<電池の充放電サイクル試験(5)>
試料10、13、14のリチウムイオン二次電池について、充放電のサイクル試験を行った。本充放電サイクル試験では、試験時の温度を60℃とした点を除いて、<電池の充放電サイクル試験(4)>と同様に500サイクル時の容量維持率を測定した。その結果を表4に示した。
<Battery charge / discharge cycle test (5)>
For the lithium ion secondary batteries of Samples 10, 13, and 14, a charge / discharge cycle test was performed. In this charge / discharge cycle test, the capacity retention rate at 500 cycles was measured in the same manner as in <Battery charge / discharge cycle test (4)> except that the temperature during the test was 60 ° C. The results are shown in Table 4.

表4に示すように、電解液にCHBおよびBPを添加した場合にも、FECを含むことで、高いサイクル特性を実現できた。CHBおよびBPは、過充電時にガスを発生させ得る化合物である。電池特性が悪化しやすい高温状態でも、高いサイクル特性が得られた。このことから、温度によらず、過充電時にガスを発生させ得る物質は、電池に悪影響を与えないと考えられる。過充電時のガス発生を促進させることで、電流遮断手段を早期に作動させ、過充電の更なる進行を防止するといった過充電対策がより確実に実現できる。As shown in Table 4, even when CHB and BP were added to the electrolytic solution, high cycle characteristics could be realized by including FEC. CHB and BP are compounds that can generate gas during overcharge. Even in a high temperature state where the battery characteristics are likely to deteriorate, high cycle characteristics were obtained. For this reason, it is considered that a substance that can generate gas during overcharge regardless of temperature does not adversely affect the battery. By promoting gas generation at the time of overcharging, it is possible to more reliably implement an overcharging countermeasure such as operating the current interrupting means at an early stage and preventing further progress of overcharging.

Figure 0006011607
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Claims (6)

リチウムイオンを吸蔵・放出し得る負極活物質を有する負極と、リチウムイオンを吸蔵・放出し得る正極活物質を有する正極と、電解質を溶媒に溶解させてなる電解液とを有する非水系電解質二次電池であって、
前記電解液の前記溶媒は、フッ素系エチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートとジメチルカーボネートとを含み、
前記フッ素系エチレンカーボネートは、環状カーボネートの環状骨格をなす炭素に直接フッ素が結合しているもの、及びトリフルオロプロピレンカーボネートよりなる群から選ばれる1種以上からなり、
前記電解液の前記溶媒はエチレンカーボネートを含まず、
前記電解液は、芳香族化合物を含み、
前記負極活物質は、非結晶性のSiO相と結晶性のSi相を含む酸化珪素粉末を含み、
前記負極は、更にポリアミドイミドを含み、
前記正極は、リチウムと遷移金属と金属複合酸化物を含む前記正極活物質を有することを特徴とする非水系電解質二次電池(正極にリン酸リチウムを含むものを除く。)。
Non-aqueous electrolyte secondary having a negative electrode having a negative electrode active material capable of occluding and releasing lithium ions, a positive electrode having a positive electrode active material capable of occluding and releasing lithium ions, and an electrolyte obtained by dissolving an electrolyte in a solvent A battery,
The solvent of the electrolytic solution includes fluorine-based ethylene carbonate, ethyl methyl carbonate, and dimethyl carbonate,
The fluorine-based ethylene carbonate is composed of one or more selected from the group consisting of trifluoropropylene carbonate, in which fluorine is directly bonded to carbon forming the cyclic skeleton of the cyclic carbonate,
The solvent of the electrolytic solution does not contain ethylene carbonate,
The electrolytic solution includes an aromatic compound,
The negative active material includes a silicon oxide powder containing crystalline Si phase and non-crystalline SiO 2 phase,
The negative electrode further includes a polyamideimide,
The positive electrode includes the positive electrode active material containing a metal composite oxide of lithium and a transition metal. A non-aqueous electrolyte secondary battery (excluding a positive electrode containing lithium phosphate).
前記電解液の前記溶媒を100体積%としたときの前記フッ素系エチレンカーボネートの体積比率は、1体積%以上40体積%以下である請求項1に記載の非水系電解質二次電池。   2. The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein a volume ratio of the fluorine-based ethylene carbonate when the solvent of the electrolytic solution is 100 volume% is 1 volume% or more and 40 volume% or less. 前記電解液の前記溶媒を100体積%としたときの前記フッ素系エチレンカーボネートの体積比率は、15体積%以上30体積%以下である請求項2記載の非水系電解質二次電池。   The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 2, wherein a volume ratio of the fluorine-based ethylene carbonate when the solvent of the electrolytic solution is 100% by volume is 15% by volume or more and 30% by volume or less. 前記電解液の中の前記エチルメチルカーボネートと前記ジメチルカーボネートとを合わせた体積を100体積%としたときの、前記エチルメチルカーボネートの体積比率は、14体積%以上86体積%以下である請求項1〜3のいずれか1項に記載の非水系電解質二次電池。   2. The volume ratio of the ethyl methyl carbonate when the combined volume of the ethyl methyl carbonate and the dimethyl carbonate in the electrolytic solution is 100% by volume is 14% by volume or more and 86% by volume or less. The nonaqueous electrolyte secondary battery according to any one of to 3. 前記電解液の中の前記エチルメチルカーボネートと前記ジメチルカーボネートとを合わせた体積を100体積%としたときの、前記フッ素系エチレンカーボネートの体積比率は、10体積%以上60体積%以下である請求項1〜4のいずれか1項に記載の非水系電解質二次電池。   The volume ratio of the fluorine-based ethylene carbonate is 10% by volume or more and 60% by volume or less when the combined volume of the ethyl methyl carbonate and the dimethyl carbonate in the electrolytic solution is 100% by volume. The nonaqueous electrolyte secondary battery according to any one of 1 to 4. 前記正極と前記負極との間にセラミックがコートされたセパレータを備える請求項1〜5のいずれか1項に記載の非水系電解質二次電池。   The nonaqueous electrolyte secondary battery according to any one of claims 1 to 5, further comprising a separator coated with ceramic between the positive electrode and the negative electrode.
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