JP6445758B2 - Lithium ion secondary battery and method for manufacturing lithium ion secondary battery - Google Patents

Lithium ion secondary battery and method for manufacturing lithium ion secondary battery Download PDF

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Description

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

従来のノートパソコン(Note PC)向けリチウムイオン二次電池と同様、近年のスマートフォン(Smartphone)及びスマートタブレット(Smarttablet)等の携帯機器向け、電動車両向けのリチウムイオン二次電池も更なるエネルギー(Energy)密度の向上のため、ケイ素(Silicon)系活物質及びスズ(Tin)系活物質等の金属系活物質を負極活物質に用いることが提案されている。   As with conventional lithium-ion rechargeable batteries for notebook PCs, lithium-ion rechargeable batteries for portable devices such as smart phones and smart tablets and for electric vehicles are also becoming more energy-efficient. In order to improve the density, it has been proposed to use a metal-based active material such as a silicon-based active material and a tin-based active material for the negative electrode active material.

上記の金属系活物質は、高い比容量(mAh/g)を有するので、これらをリチウムイオン二次電池の負極活物質として使用することで、リチウムイオン二次電池の高エネルギー密度化が期待される。   Since the above metal-based active materials have a high specific capacity (mAh / g), the use of these as negative electrode active materials for lithium ion secondary batteries is expected to increase the energy density of lithium ion secondary batteries. The

しかし、特にケイ素系活物質は、黒鉛活物質と異なり、充電過程でLiPF及び主溶媒である炭酸エチレン(ethylene)との(分解)反応が起こりやすい。さらに、ケイ素系活物質は、黒鉛活物質以上に充放電時の体積変化が大きいので、充放電のたびにLiPF及び炭酸エチレンとの未反応面(新生面)が生じる。したがって、充放電のたびにケイ素系活物質の新生面とLiPF及び炭酸エチレンとが反応し、LiPF及び炭酸エチレンが分解してしまう。このため、ケイ素系活物質を使用したリチウムイオン二次電池では、充放電効率が大幅に低下し、これによってサイクル(cycle)寿命が著しく悪化する。 However, unlike a graphite active material, in particular, a silicon-based active material easily undergoes (decomposition) reaction with LiPF 6 and ethylene carbonate, which is a main solvent, during a charging process. Furthermore, since the volume change at the time of charging / discharging is larger than that of the graphite active material, the silicon-based active material generates an unreacted surface (new surface) with LiPF 6 and ethylene carbonate every time charging / discharging occurs. Thus, reacting the newly formed surfaces and LiPF 6 and ethylene carbonate silicon-based active material in each of the charging and discharging, LiPF 6 and ethylene carbonate is decomposed. For this reason, in the lithium ion secondary battery using a silicon-type active material, charging / discharging efficiency falls significantly, and thereby, a cycle (cycle) life deteriorates remarkably.

特許文献1〜2には、上記問題を解決することを目的とした技術が開示されている。具体的には、特許文献1に開示された技術では、負極活物質を非晶質又は微結晶のケイ素薄膜で構成し、ケイ素原子と結合し易いフッ素(fluorine)原子で水素原子が置換されたカーボネート(carbonate)化合物を電解液として用いる。特許文献2に開示された技術では、負極活物質をケイ素と遷移金属とで構成し、負極活物質内部に空孔を設ける。   Patent Documents 1 and 2 disclose techniques aimed at solving the above problems. Specifically, in the technique disclosed in Patent Document 1, the negative electrode active material is composed of an amorphous or microcrystalline silicon thin film, and a hydrogen atom is replaced with a fluorine atom that is easily bonded to a silicon atom. A carbonate compound is used as the electrolyte. In the technique disclosed in Patent Document 2, the negative electrode active material is composed of silicon and a transition metal, and pores are provided inside the negative electrode active material.

特開2012−38737公報JP 2012-38737 A 特開2012−178287公報JP 2012-178287 A

しかし、特許文献1、2に開示されたリチウムイオン二次電池は、サイクル寿命や貯蔵容量といった実用的な特性が依然として十分でなかった。そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、ケイ素を含む負極活物質を使用し、かつ、実用的な特性に優れたリチウムイオン二次電池及びその製造方法を提供することにある。   However, the lithium ion secondary batteries disclosed in Patent Documents 1 and 2 still have insufficient practical characteristics such as cycle life and storage capacity. Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to use a lithium-ion secondary battery that uses a negative electrode active material containing silicon and has excellent practical characteristics. And a manufacturing method thereof.

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、ケイ素系活物質と、炭素系活物質とを含む負極活物質と、炭素系活物質のG/D比に応じて異なる構造を有するS=O化合物を含む電解液と、を備えることを特徴とする、リチウムイオン二次電池が提供される。   In order to solve the above-described problems, according to one aspect of the present invention, a negative electrode active material including a silicon-based active material and a carbon-based active material, and a different structure depending on the G / D ratio of the carbon-based active material. And an electrolyte containing an S═O compound. A lithium ion secondary battery is provided.

この観点によれば、負極活物質は、ケイ素系活物質及び炭素系活物質を含み、電解液は、炭素系活物質のG/D比に応じて異なるS=O化合物を含む。したがって、S=O化合物は、例えば充電時に他の溶媒(例えば炭酸エチレン)よりも優先的に分解し、分解生成物が負極活物質を覆う。したがって、負極活物質上での溶媒の分解が抑制される。さらに、S=O化合物の分解生成物は、リチウムイオンの負極活物質への出入りを阻害しない。したがって、リチウムイオン二次電池の電池特性が向上する。   According to this aspect, the negative electrode active material includes a silicon-based active material and a carbon-based active material, and the electrolytic solution includes different S═O compounds depending on the G / D ratio of the carbon-based active material. Therefore, the S═O compound decomposes preferentially over other solvents (for example, ethylene carbonate) during charging, for example, and the decomposition product covers the negative electrode active material. Therefore, decomposition of the solvent on the negative electrode active material is suppressed. Furthermore, the decomposition product of the S═O compound does not inhibit the entry and exit of lithium ions into the negative electrode active material. Therefore, the battery characteristics of the lithium ion secondary battery are improved.

ここで、炭素系活物質のG/D比が2より大きい場合、電解液は、以下の化学式1〜3のいずれか1つで示される第1のS=O化合物、または第1のS=O化合物の混合物を含んでいてもよい。   Here, when the G / D ratio of the carbon-based active material is greater than 2, the electrolytic solution is a first S═O compound represented by any one of the following chemical formulas 1 to 3, or a first S═ It may contain a mixture of O compounds.

Figure 0006445758
・・・(化学式1)
Figure 0006445758
... (Chemical formula 1)

Figure 0006445758
・・・(化学式2)
Figure 0006445758
... (Chemical formula 2)

Figure 0006445758
・・・(化学式3)
Figure 0006445758
... (Chemical formula 3)

ここで、R、R’は、互いに独立して炭素数1または2の炭化水素基であり、R、R’を構成する水素原子の少なくとも一部が置換されていてもよく、
、R’は、互いに独立して炭素数1または2の炭化水素基であり、かつ、互いに連結されていてもよく、R、R’を構成する水素原子の少なくとも一部が置換されていてもよく、
、R’は、互いに独立して炭素数1または2の炭化水素基であり、R、R’を構成する水素原子の少なくとも一部が置換されていてもよい。
Here, R 1 and R 1 ′ are each independently a hydrocarbon group having 1 or 2 carbon atoms, and at least a part of the hydrogen atoms constituting R 1 and R 1 ′ may be substituted,
R 3 and R 3 ′ are each independently a hydrocarbon group having 1 or 2 carbon atoms and may be linked to each other, and at least a part of the hydrogen atoms constituting R 3 and R 3 ′ are May be replaced,
R 4 and R 4 ′ are each independently a hydrocarbon group having 1 or 2 carbon atoms, and at least a part of the hydrogen atoms constituting R 4 and R 4 ′ may be substituted.

この観点によれば、S=O化合物は、より効果的に溶媒の分解を抑制することができ、ひいては、リチウムイオン二次電池の電池特性が向上する。   According to this viewpoint, the S═O compound can more effectively suppress the decomposition of the solvent, and as a result, the battery characteristics of the lithium ion secondary battery are improved.

また、炭素系活物質のG/D比が2以下の場合、電解液は、以下の化学式4または5で示される第2のS=O化合物、または第2のS=O化合物の混合物を含んでいてもよい。   Further, when the G / D ratio of the carbon-based active material is 2 or less, the electrolytic solution contains a second S═O compound represented by the following chemical formula 4 or 5 or a mixture of the second S═O compounds. You may go out.

Figure 0006445758

・・・(化学式4)
Figure 0006445758

... (Chemical formula 4)

Figure 0006445758
・・・(化学式5)
Figure 0006445758
... (Chemical formula 5)

この観点によれば、S=O化合物は、より効果的に溶媒の分解を抑制することができ、ひいては、リチウムイオン二次電池の電池特性が向上する。   According to this viewpoint, the S═O compound can more effectively suppress the decomposition of the solvent, and as a result, the battery characteristics of the lithium ion secondary battery are improved.

ここで、R、R’のうち、いずれか一方は炭素数3以上の炭化水素基であり、他方は炭素数1または2の炭化水素基であり、R、R’を構成する水素原子の少なくとも一部が置換されていてもよく、
は、炭素数1以上の炭化水素基であり、Rを構成する水素原子の少なくとも一部が置換されていてもよい。
Here, one of R 5 and R 5 ′ is a hydrocarbon group having 3 or more carbon atoms, and the other is a hydrocarbon group having 1 or 2 carbon atoms, and constitutes R 5 and R 5 ′. At least some of the hydrogen atoms may be substituted,
R 2 is a hydrocarbon group having 1 or more carbon atoms, and at least a part of the hydrogen atoms constituting R 2 may be substituted.

また、電解液は、ハイドロフルオロエーテル(hydro fluoro ether)を含んでいてもよい。   Further, the electrolytic solution may contain a hydrofluoroether.

この観点によれば、リチウムイオン二次電池の放電容量がさらに向上する。   According to this viewpoint, the discharge capacity of the lithium ion secondary battery is further improved.

また、電解液は、鎖状炭酸エステル及びフルオロ(Fluoro)炭酸エチレンのうち、少なくとも一方を含んでいてもよい。   The electrolytic solution may contain at least one of a chain carbonate ester and a fluoro ethylene carbonate.

本発明の他の観点によれば、ケイ素系活物質と、炭素系活物質とを混合することで、負極活物質を作製するステップ(step)と、炭素系活物質のG/D比に基づいて、S=O化合物を選択するステップと、選択されたS=O化合物を含む電解液を作製するステップと、を含む、リチウムイオン二次電池の製造方法が提供される。   According to another aspect of the present invention, a step of producing a negative electrode active material by mixing a silicon-based active material and a carbon-based active material, and a G / D ratio of the carbon-based active material. Thus, there is provided a method for manufacturing a lithium ion secondary battery, comprising: selecting an S═O compound; and producing an electrolytic solution containing the selected S═O compound.

この観点によれば、負極活物質としてケイ素系活物質を使用し、かつ電池特性が向上したリチウムイオン二次電池が提供される。   According to this aspect, a lithium ion secondary battery using a silicon-based active material as the negative electrode active material and having improved battery characteristics is provided.

以上説明したように本発明によれば、負極活物質としてケイ素系活物質を使用し、かつ電池特性が向上したリチウムイオン二次電池が提供される。   As described above, according to the present invention, a lithium ion secondary battery using a silicon-based active material as a negative electrode active material and having improved battery characteristics is provided.

本発明の実施形態に係るリチウムイオン二次電池を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the lithium ion secondary battery which concerns on embodiment of this invention.

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。   Exemplary embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, in this specification and drawing, about the component which has the substantially same function structure, duplication description is abbreviate | omitted by attaching | subjecting the same code | symbol.

[リチウムイオン二次電池の構成]
まず、図1に基づいて、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池10の構成について説明する。
[Configuration of lithium ion secondary battery]
First, based on FIG. 1, the structure of the lithium ion secondary battery 10 which concerns on this embodiment is demonstrated.

リチウムイオン二次電池10は、正極20と、負極30と、セパレータ層40とを備える。リチウムイオン二次電池10の充電到達電圧(酸化還元電位)は、例えば4.3V(vs.Li/Li)以上5.0V以下、特に4.5V以上5.0V以下となる。リチウムイオン二次電池10の形態は、特に限定されない。即ち、リチウムイオン二次電池10は、円筒形、角形、ラミネート(laminate)形、ボタン(button)形等のいずれであってもよい。 The lithium ion secondary battery 10 includes a positive electrode 20, a negative electrode 30, and a separator layer 40. The charge ultimate voltage (redox potential) of the lithium ion secondary battery 10 is, for example, 4.3 V (vs. Li / Li + ) or more and 5.0 V or less, particularly 4.5 V or more and 5.0 V or less. The form of the lithium ion secondary battery 10 is not particularly limited. That is, the lithium ion secondary battery 10 may be any one of a cylindrical shape, a square shape, a laminate shape, a button shape, and the like.

正極20は、集電体21と、正極活物質層22とを備える。集電体21は、導電体であればどのようなものでも良く、例えば、アルミニウム(aluminium)、ステンレス(stainless)鋼、及びニッケルメッキ(nickel coated)鋼等で構成される。   The positive electrode 20 includes a current collector 21 and a positive electrode active material layer 22. The current collector 21 may be any conductor as long as it is a conductor, and is made of, for example, aluminum, stainless steel, nickel-coated steel, or the like.

正極活物質層22は、少なくとも正極活物質を含み、導電剤と、結着剤とをさらに含んでいてもよい。正極活物質は、例えばリチウムを含む固溶体酸化物であるが、電気化学的にリチウムイオンを吸蔵及び放出することができる物質であれば特に制限されない。固溶体酸化物は、例えば、LiMnCoNi(1.150≦a≦1.430、0.45≦x≦0.6、0.10≦y≦0.15、0.20≦z≦0.28)、LiMnCoNi(0.3≦x≦0.85、0.10≦y≦0.3、0.10≦z≦0.3)、LiMn1.5Ni0.5となる。正極活物質の含有量は、正極合剤(正極活物質、結着剤、及び導電剤)の総質量に対して85質量%以上96以下質量%であること好ましく、88質量%以上94質量%以下であることが更に好ましい。正極活物質の含有量がこのような範囲のときに、電池特性(例えばサイクル寿命及び貯蔵容量)が特に向上する。 The positive electrode active material layer 22 includes at least a positive electrode active material, and may further include a conductive agent and a binder. The positive electrode active material is, for example, a solid solution oxide containing lithium, but is not particularly limited as long as the material can electrochemically occlude and release lithium ions. The solid solution oxide is, for example, Li a Mn x Co y Ni z O 2 (1.150 ≦ a ≦ 1.430, 0.45 ≦ x ≦ 0.6, 0.10 ≦ y ≦ 0.15,. 20 ≦ z ≦ 0.28), LiMn x Co y Ni z O 2 (0.3 ≦ x ≦ 0.85, 0.10 ≦ y ≦ 0.3, 0.10 ≦ z ≦ 0.3), LiMn 1.5 Ni 0.5 O 4 . The content of the positive electrode active material is preferably 85% by mass to 96% by mass with respect to the total mass of the positive electrode mixture (positive electrode active material, binder, and conductive agent), and is preferably 88% by mass to 94% by mass. More preferably, it is as follows. When the content of the positive electrode active material is within such a range, battery characteristics (for example, cycle life and storage capacity) are particularly improved.

導電剤は、例えばケッチェンブラック(Ketjenblack)、アセチレンブラック(acetylene black)等のカーボンブラック、天然黒鉛、人造黒鉛等であるが、正極の導電性を高めるためのものであれば特に制限されない。導電剤の含有量は、正極合剤の総質量に対して3質量%以上10質量%以下が好ましく、4質量%以上6質量%以下が更に好ましい。導電剤の含有量がこのような範囲のときに、電池特性が特に向上する。   The conductive agent is, for example, carbon black such as ketjen black or acetylene black, natural graphite, artificial graphite, or the like, but is not particularly limited as long as it is intended to increase the conductivity of the positive electrode. The content of the conductive agent is preferably 3% by mass or more and 10% by mass or less, and more preferably 4% by mass or more and 6% by mass or less with respect to the total mass of the positive electrode mixture. When the content of the conductive agent is within such a range, the battery characteristics are particularly improved.

結着剤は、例えばポリフッ化ビニリデン(polyvinylidene fluoride)、エチレンプロピレンジエン(ethylene−propylene−diene)三元共重合体、スチレンブタジエンゴム(Styrene−butadiene rubber)、アクリロニトリルブタジエンゴム(acrylonitrile−butadiene rubber)、フッ素ゴム(fluororubber)、ポリ酢酸ビニル(polyvinyl acetate)、ポリメチルメタクリレート(polymethylmethacrylate)、ポリエチレン(polyethylene)、ニトロセルロース(cellulose nitrate)等であるが、正極活物質及び導電剤を集電体21上に結着させることができるものであれば、特に制限されない。結着剤の含有量は、正極合剤の総質量に対して3質量%以上7質量%以下であることが好ましく、4質量%以上6質量%以下であることが更に好ましい。結着剤の含有量がこのような範囲のときに、電池特性が特に向上する。   Examples of the binder include polyvinylidene fluoride, ethylene-propylene-diene terpolymer, styrene-butadiene rubber, acrylonitrile butadiene rubber, and acrylonitrile butadiene rubber. Fluororubber, polyvinyl acetate, polymethylmethacrylate, polyethylene, nitrocellulose, and the like, and a positive electrode active material and a conductive agent on the current collector 21. Bind There is no particular limitation as long as it can be used. The content of the binder is preferably 3% by mass or more and 7% by mass or less, and more preferably 4% by mass or more and 6% by mass or less with respect to the total mass of the positive electrode mixture. When the content of the binder is in such a range, the battery characteristics are particularly improved.

正極活物質層22の密度(g/cm)は、特に制限されないが、例えば、2.0以上3.0以下であることが好ましく、2.5以上3.0以下であることが更に好ましい。正極活物質層22の密度がこのような範囲のときに、電池特性が特に向上する。なお、密度が3.0g/cmを超えると正極活物質の粒子が破壊されてしまい、破壊粒子間の電気的接触が損なわれる。この結果、正極活物質の利用率が低下するので、本来の放電容量が得られず、分極が起こりやすくなる。さらに、正極活物質は、設定電位以上の電位まで充電された状態となり、電解液の分解や活物質遷移金属の溶出を引き起こし、サイクル特性を低下させてしまう。このような観点からも、正極活物質層22の密度は上記範囲内であることが好ましい。なお、正極活物質層22の密度は、正極活物質層22の圧延後の面密度を正極活物質層22の圧延後の厚さで除算することで得られる。 The density (g / cm 3 ) of the positive electrode active material layer 22 is not particularly limited, but is preferably 2.0 or more and 3.0 or less, and more preferably 2.5 or more and 3.0 or less. . When the density of the positive electrode active material layer 22 is in such a range, the battery characteristics are particularly improved. If the density exceeds 3.0 g / cm 3 , the particles of the positive electrode active material are broken, and the electrical contact between the broken particles is impaired. As a result, the utilization factor of the positive electrode active material decreases, so that the original discharge capacity cannot be obtained, and polarization easily occurs. Furthermore, the positive electrode active material is charged to a potential equal to or higher than a set potential, causing decomposition of the electrolytic solution and elution of the active material transition metal, resulting in deterioration of cycle characteristics. Also from such a viewpoint, the density of the positive electrode active material layer 22 is preferably within the above range. The density of the positive electrode active material layer 22 is obtained by dividing the surface density after rolling of the positive electrode active material layer 22 by the thickness after rolling of the positive electrode active material layer 22.

正極活物質層22は、例えば、以下の製法により作製される。すなわち、まず、正極活物質、導電剤、及び結着剤を乾式混合することで正極合剤を作製する。ついで、正極合剤を適当な有機溶媒に分散させることで正極合剤スラリー(slurry)を形成し、この正極合剤スラリーを集電体21上に塗工し、乾燥、圧延することで正極活物質層が形成される。   The positive electrode active material layer 22 is produced, for example, by the following manufacturing method. That is, first, a positive electrode mixture is prepared by dry-mixing a positive electrode active material, a conductive agent, and a binder. Next, the positive electrode mixture is dispersed in a suitable organic solvent to form a positive electrode mixture slurry (slurry). The positive electrode mixture slurry is applied onto the current collector 21, dried, and rolled to produce a positive electrode active slurry. A material layer is formed.

負極30は、集電体31と、負極活物質層32とを含む。集電体31は、導電体であればどのようなものでも良く、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼、及びニッケルメッキ鋼等で構成される。   The negative electrode 30 includes a current collector 31 and a negative electrode active material layer 32. The current collector 31 may be any conductor as long as it is a conductor, for example, aluminum, stainless steel, nickel-plated steel, or the like.

負極活物質層32は、少なくとも負極活物質を含み、結着剤をさらに含んでいてもよい。負極活物質は、ケイ素を含むケイ素系活物質と、炭素系活物質とを含む。すなわち、本発明者は、負極活物質をケイ素系活物質のみで構成した場合、電池特性が十分に大きくならないことを見出した。そして、本発明者は、負極活物質についてさらに検討したところ、ケイ素系活物質に炭素系活物質を混合し、かつ、炭素系活物質のG/D比に応じた構造を有するS=O化合物を電解液に添加することで、電池特性が向上することを見出した。詳細な検討内容については後述する。   The negative electrode active material layer 32 includes at least a negative electrode active material, and may further include a binder. The negative electrode active material includes a silicon-based active material containing silicon and a carbon-based active material. That is, the present inventor has found that when the negative electrode active material is composed only of a silicon-based active material, the battery characteristics are not sufficiently increased. And when this inventor examined further about the negative electrode active material, a carbon type active material was mixed with a silicon type active material, and the S = O compound which has a structure according to G / D ratio of a carbon type active material It has been found that the battery characteristics are improved by adding to the electrolyte. Detailed examination contents will be described later.

ケイ素系活物質は、ケイ素(原子)を含み、かつ、電気化学的にリチウムイオンを吸蔵及び放出することができる物質である。ケイ素活物質としては、例えば、ケイ素単体の微粒子、ケイ素酸化物の微粒子、ケイ素を基本材料とした合金等が挙げられる。ケイ素の酸化物は、SiO(0≦x≦2)で表される。ケイ素を基本材料とする合金は、合金の総質量に対するケイ素の質量%が合金を構成する全金属元素の中でもっとも大きい合金であり、例えばSi−Al−Fe合金等が挙げられる。 The silicon-based active material is a material that contains silicon (atom) and can electrochemically occlude and release lithium ions. Examples of the silicon active material include fine particles of silicon alone, fine particles of silicon oxide, and alloys based on silicon. The oxide of silicon is represented by SiO x (0 ≦ x ≦ 2). An alloy containing silicon as a basic material is an alloy in which the mass% of silicon relative to the total mass of the alloy is the largest among all the metal elements constituting the alloy, and examples thereof include a Si—Al—Fe alloy.

一方、炭素系活物質は、炭素(原子)を含み、かつ電気化学的にリチウムイオンを吸蔵及び放出することができる物質である。炭素系活物質としては、例えば、黒鉛活物質(人造黒鉛、天然黒鉛、人造黒鉛と天然黒鉛との混合物、人造黒鉛を被覆した天然黒鉛等)等が挙げられる。   On the other hand, the carbon-based active material is a material that contains carbon (atom) and can electrochemically occlude and release lithium ions. Examples of the carbon-based active material include graphite active materials (artificial graphite, natural graphite, a mixture of artificial graphite and natural graphite, natural graphite coated with artificial graphite, and the like).

炭素系活物質は、固有のG/D比を有する。すなわち、炭素系活物質のラマンスペクトル(raman spectrum)には、2つのピーク(peak)(Gバンド(band)、Dバンド(band))が見られる。Gバンドは、1580±20cm−1の波数範囲で観測されるピークであり、Dバンドは1355±20cm−1の波数範囲で観測されるピークである。そして、G/D比は、Gバンドの面積をDバンドの面積で除算することで算出される。各ピークの面積は、例えば区分求積法によって算出されればよい。G/D比が高いほど、炭素系活物質の反応性が高い(例えばリチウムイオン二次電池の溶媒を分解しやすい)傾向がある。本発明者は、炭素系活物質のG/D比に着目し、G/D比に応じて異なる構造を有するS=O化合物を電解液に含めることで、リチウムイオン二次電池の電池特性が飛躍的に向上させることを見出した。詳細は後述する。 The carbon-based active material has a specific G / D ratio. That is, two peaks (G band (band) and D band (band)) are observed in the Raman spectrum of the carbon-based active material. The G band is a peak observed in the wave number range of 1580 ± 20 cm −1 , and the D band is a peak observed in the wave number range of 1355 ± 20 cm −1 . The G / D ratio is calculated by dividing the area of the G band by the area of the D band. The area of each peak may be calculated by, for example, a sectional quadrature method. The higher the G / D ratio, the higher the reactivity of the carbon-based active material (for example, the tendency to decompose the solvent of the lithium ion secondary battery). The present inventor pays attention to the G / D ratio of the carbon-based active material, and includes an S═O compound having a different structure depending on the G / D ratio in the electrolytic solution, so that the battery characteristics of the lithium ion secondary battery can be improved. I found out that it would improve dramatically. Details will be described later.

なお、負極活物質中のケイ素系活物質と炭素系活物質との質量比は特に制限されない。すなわち、負極活物質は、ケイ素リッチ(ritch)であっても、炭素リッチであっても、両者が同程度含まれるものであってもよい。また、負極活物質の含有量は、負極合剤(負極活物質、及び結着剤)の総質量に対して90質量%以上98質量%以下であることが好ましい。負極活物質の含有量がこのような範囲のときに、電池特性が特に向上する。   In addition, the mass ratio of the silicon-based active material and the carbon-based active material in the negative electrode active material is not particularly limited. That is, the negative electrode active material may be silicon-rich, carbon-rich, or the same amount of both. Moreover, it is preferable that content of a negative electrode active material is 90 to 98 mass% with respect to the total mass of a negative electrode mixture (a negative electrode active material and a binder). When the content of the negative electrode active material is in such a range, the battery characteristics are particularly improved.

結着剤は、正極活物質層22を構成する結着剤と同様のものでもある。正極活物質層22を集電体21上に塗布する際に、増粘剤としてカルボキシメチルセルロース(以下、CMC)を結着剤の質量の1/10以上同質量以下で併用してもよい。増粘剤を含めた結着剤の含有量は、負極合剤の総質量に対して1質量%以上10質量%以下であることが好ましい。増粘剤を含めた結着剤の含有量がこのような範囲のときに、電池特性が特に向上する。   The binder is also the same as the binder constituting the positive electrode active material layer 22. When the positive electrode active material layer 22 is applied on the current collector 21, carboxymethyl cellulose (hereinafter referred to as CMC) as a thickener may be used in an amount not less than 1/10 and not more than the mass of the binder. The content of the binder including the thickener is preferably 1% by mass or more and 10% by mass or less with respect to the total mass of the negative electrode mixture. When the content of the binder including the thickener is in such a range, the battery characteristics are particularly improved.

負極活物質層32の密度(g/cm)は、特に制限されないが、例えば1.0以上2.0以下であることが好ましい。負極活物質層32の密度がこのような範囲のときに、電池特性が特に向上する。負極活物質層32は、例えば、負極活物質、及び結着剤を適当な溶媒(例えばN−メチル−2−ピロリドン(N−methyl−2− pyrrolidone)や水)に分散させることでスラリーを形成し、このスラリーを集電体31上に塗工し、乾燥させることで形成される。なお、負極活物質層32の密度は、負極活物質層32の圧延後の面密度を負極活物質層32の圧延後の厚さで除算することで得られる。 The density (g / cm 3 ) of the negative electrode active material layer 32 is not particularly limited, but is preferably 1.0 or more and 2.0 or less, for example. When the density of the negative electrode active material layer 32 is in such a range, the battery characteristics are particularly improved. The negative electrode active material layer 32 is formed, for example, by dispersing a negative electrode active material and a binder in a suitable solvent (for example, N-methyl-2-pyrrolidone or water). The slurry is applied on the current collector 31 and dried. The density of the negative electrode active material layer 32 is obtained by dividing the surface density after rolling of the negative electrode active material layer 32 by the thickness after rolling of the negative electrode active material layer 32.

セパレータ層40は、セパレータ(separator)40aと、電解液43とを含む。セパレータ40aは、基材41と、多孔質層42とを含む。基材41は、ポリエチレン(polyethylene)及びポリプロピレン(polypropylene)等から選択される材料で構成され、多数の第1の気孔(細孔)41aを含む。なお、図1では、第1の気孔41aが球形となっているが、第1の気孔41aは様々な形状をとりうる。第1の気孔41aの孔径は、例えば0.1〜0.5μmの範囲内で分布している。第1の気孔41aの孔径は、例えば、第1の気孔41aを球とみなした時の直径、即ち球相当径である。第1の気孔41aは、例えば自動ポロキシメータAutoporeIV、島津製作所株式会社によって測定される。この測定装置は、例えば、第1の気孔41aの孔径分布を測定し、さらに、分布が最も高い孔径を代表値として測定する。なお、基材41の表面層に存在する気孔41aの孔径は、例えば、走査型電子顕微鏡JSM−6060 日本電子株式会社によっても測定可能である。この測定装置は、例えば、表面層における第1の気孔41aの各々について孔径を測定する。   The separator layer 40 includes a separator 40 a and an electrolytic solution 43. The separator 40 a includes a base material 41 and a porous layer 42. The substrate 41 is made of a material selected from polyethylene, polypropylene, and the like, and includes a large number of first pores (pores) 41a. In FIG. 1, the first pores 41a are spherical, but the first pores 41a can take various shapes. The diameter of the first pore 41a is distributed within a range of 0.1 to 0.5 μm, for example. The diameter of the first pore 41a is, for example, a diameter when the first pore 41a is regarded as a sphere, that is, a sphere equivalent diameter. The first pore 41a is measured by, for example, an automatic poloximeter Autopore IV, Shimadzu Corporation. For example, this measuring device measures the pore size distribution of the first pores 41a, and further measures the pore size having the highest distribution as a representative value. In addition, the hole diameter of the pore 41a which exists in the surface layer of the base material 41 is measurable also by the scanning electron microscope JSM-6060 JEOL Ltd., for example. For example, this measuring apparatus measures the hole diameter of each of the first pores 41a in the surface layer.

基材41の気孔率は、例えば38〜44%となる。基材41の気孔率がこのような範囲のときに、サイクル寿命が特に向上する。基材41の気孔率は、第1の気孔41aの総体積を基材41の総体積(基材41の樹脂部分及び第1の気孔41aの総体積)で除算することで得られる。基材41の気孔率は、例えば自動ポロキシメータAutoporeIV、島津製作所株式会社によって測定される。基材41の厚さは、6〜19μmであることが好ましい。基材41の厚さがこのような範囲のときに、サイクル寿命が特に向上する。   The porosity of the base material 41 is, for example, 38 to 44%. When the porosity of the base material 41 is in such a range, the cycle life is particularly improved. The porosity of the base material 41 is obtained by dividing the total volume of the first pores 41a by the total volume of the base material 41 (the total volume of the resin portion of the base material 41 and the first pores 41a). The porosity of the base material 41 is measured by, for example, an automatic poloximeter Autopore IV, Shimadzu Corporation. The thickness of the substrate 41 is preferably 6 to 19 μm. When the thickness of the base material 41 is within such a range, the cycle life is particularly improved.

多孔質層42は、基材41と異なる材料、例えばポリフッ化ビニリデン(Polyvinylidene fluoride)、ポリアミドイミド(Polyamide−imide)、及びアラミド(Aramid)(芳香族ポリアミド)等から選択される材料で構成され、多数の第2の気孔(細孔)42aを含む。なお、図1では、第2の気孔42aが球形となっているが、第2の気孔42aは様々な形状をとりうる。   The porous layer 42 is made of a material different from the base material 41, for example, a material selected from polyvinylidene fluoride, polyamidoimide, and aramid (aromatic polyamide). A large number of second pores (pores) 42a are included. In FIG. 1, the second pores 42a are spherical, but the second pores 42a can take various shapes.

第2の気孔42aは第1の気孔41aと異なる。具体的には、第2の気孔42aの孔径及び気孔率が第1の気孔41aの値よりも大きくなる。即ち、第2の気孔42aの孔径は、例えば1〜2μmの範囲内で分布している。第2の気孔42aの孔径は、例えば、第2の気孔42aを球とみなした時の直径、即ち球相当径であり、例えば、走査型電子顕微鏡JSM−6060 日本電子株式会社によって測定される。この測定装置は、第2の気孔42aの各々について孔径を測定する。   The second pore 42a is different from the first pore 41a. Specifically, the hole diameter and porosity of the second pore 42a are larger than the value of the first pore 41a. That is, the pore diameter of the second pores 42a is distributed within a range of, for example, 1 to 2 μm. The diameter of the second pore 42a is, for example, a diameter when the second pore 42a is regarded as a sphere, that is, a sphere equivalent diameter, and is measured by, for example, a scanning electron microscope JSM-6060 JEOL Ltd. This measuring device measures the hole diameter of each of the second pores 42a.

なお、多孔質層42に適用されるポリフッ化ビニリデンとしては、例えば、株式会社クレハ製KFポリマー #1700、#9200、#9300等が考えられる。ポリフッ化ビニリデンの重量平均分子量は約50万〜100万となる。多孔質層42は、自ら合成しても良いし、既存のものを購入するようにしてもよい。 In addition, as a polyvinylidene fluoride applied to the porous layer 42, KF polymer KF polymer # 1700, # 9200, # 9300 etc. which can be considered are considered, for example. The weight average molecular weight of polyvinylidene fluoride is about 500,000 to 1,000,000. The porous layer 42 may be synthesized by itself, or an existing one may be purchased.

セパレータ40aの気孔率は、例えば39〜58%となる。セパレータ40aの気孔率がこのような範囲のときに、サイクル寿命が特に向上する。ここで、セパレータ40aの気孔率は、第1の気孔41a及び第2の気孔42aの総体積を、セパレータ40aの総体積(基材41の樹脂部分及び第1の気孔41aと、多孔質層42の樹脂部分及び第2の気孔42aとの総体積)で除算することで得られる。セパレータ40aの気孔率は、例えば、自動ポロキシメータAutoporeIV、島津製作所株式会社によって測定される。セパレータ40aの気孔率が基材41の気孔率よりも大きいので、多孔質層42の気孔率、即ち第2の気孔42aの気孔率は、基材41の気孔率、即ち第1の気孔41aの気孔率よりも高いと言える。   The porosity of the separator 40a is, for example, 39 to 58%. When the porosity of the separator 40a is in such a range, the cycle life is particularly improved. Here, the porosity of the separator 40a is the total volume of the first pore 41a and the second pore 42a, the total volume of the separator 40a (the resin portion of the base material 41 and the first pore 41a, and the porous layer 42). Divided by the total volume of the resin portion and the second pore 42a). The porosity of the separator 40a is measured by, for example, an automatic poloximeter Autopore IV, Shimadzu Corporation. Since the porosity of the separator 40a is larger than the porosity of the base material 41, the porosity of the porous layer 42, ie, the porosity of the second pore 42a, is the porosity of the base material 41, ie, the first pore 41a. It can be said that it is higher than the porosity.

多孔質層42の厚さは、1〜5μmであることが好ましい。セパレータ40aの総厚さ、即ち基材41の厚さと多孔質層42の厚さとの総和は、10〜25μmとなることが好ましい。多孔質層42やセパレータ40aの厚さがこれらの範囲となる場合に、サイクル寿命が特に向上する。また、図1では、多孔質層42は基材41の表裏両面、即ち正極20側の面と負極30側の面との両方に設けられるが、少なくとも負極30側の面に設けられればよい。リチウムイオン二次電池のサイクル寿命を向上させるという観点からは、多孔質層42は、基材41の表裏両面に設けられることが好ましい。   The thickness of the porous layer 42 is preferably 1 to 5 μm. The total thickness of the separator 40a, that is, the sum of the thickness of the base material 41 and the thickness of the porous layer 42 is preferably 10 to 25 μm. The cycle life is particularly improved when the thickness of the porous layer 42 and the separator 40a falls within these ranges. In FIG. 1, the porous layer 42 is provided on both the front and back surfaces of the base material 41, that is, on both the surface on the positive electrode 20 side and the surface on the negative electrode 30 side. From the viewpoint of improving the cycle life of the lithium ion secondary battery, the porous layer 42 is preferably provided on both the front and back surfaces of the base material 41.

なお、基材41の透気度(JIS P8117で定義される透気度)は、特に制限されないが、例えば250〜300sec/100ccであることが好ましい。セパレータ40aの透気度は、特に制限されないが、例えば220〜340sec/100ccであることが好ましい。基材41及びセパレータ40aの透気度がこれらの範囲となる場合に、サイクル寿命が特に向上する。基材41及びセパレータ40aの透気度は、例えば、ガーレー式透気度計G−B2 東洋精器株式会社によって測定される。   The air permeability of the base material 41 (the air permeability defined by JIS P8117) is not particularly limited, but is preferably, for example, 250 to 300 sec / 100 cc. The air permeability of the separator 40a is not particularly limited, but is preferably 220 to 340 sec / 100 cc, for example. The cycle life is particularly improved when the air permeability of the base material 41 and the separator 40a falls within these ranges. The air permeability of the base material 41 and the separator 40a is measured by, for example, Gurley type air permeability meter G-B2 Toyo Seiki Co., Ltd.

セパレータ40aは、例えば、多孔質層42を構成する樹脂及び水溶性有機溶媒を含む塗工液を基材41に塗工し、その後、樹脂の凝固及び水溶性有機溶媒の除去等を行なうことで形成される。このように、セパレータ40aは、基材41及び多孔質層42を有する多層構造となるが、単層構造(例えば基材41のみの構造)であってもよい。   The separator 40a is formed by, for example, applying a coating liquid containing a resin that constitutes the porous layer 42 and a water-soluble organic solvent to the substrate 41, and then coagulating the resin and removing the water-soluble organic solvent. It is formed. Thus, although the separator 40a becomes a multilayer structure which has the base material 41 and the porous layer 42, a single layer structure (for example, structure of only the base material 41) may be sufficient.

電解液43は、リチウム塩と、溶媒と、添加剤となるS=O化合物と、を含む。リチウム塩は、電解液43の電解質となるものである。このようなリチウム塩としては、ヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF)の他、LiClO、LiBF、LiAsF、LiSbF、LiSOCF、LiN(SOCF)、LiN(SOCFCF)、LiC(SOCFCF、LiC(SOCF、LiI、LiCl、LiF、LiPF(SOCF)、LiPF(SOCF等が挙げられる。これらのリチウム塩のうち、LiPF、LiClO、LiBF、LiAsF、LiSbFが特に好ましい。これらのリチウム塩が電解液43に溶解される場合、電池特性が特に向上する。電解液43は、これらのリチウム塩のうちいずれか1種類が溶解していてもよく、複数種類のリチウム塩が溶解していてもよい。 The electrolytic solution 43 includes a lithium salt, a solvent, and an S═O compound serving as an additive. The lithium salt serves as an electrolyte for the electrolytic solution 43. Such lithium salts, other lithium hexafluorophosphate (LiPF 6), LiClO 4, LiBF 4, LiAsF 6, LiSbF 6, LiSO 3 CF 3, LiN (SO 2 CF 3), LiN (SO 2 CF 2 CF 3), LiC (SO 2 CF 2 CF 3) 3, LiC (SO 2 CF 3) 3, LiI, LiCl, LiF, LiPF 5 (SO 2 CF 3), LiPF 4 (SO 2 CF 3) 2 , etc. Is mentioned. Of these lithium salts, LiPF 6, LiClO 4, LiBF 4, LiAsF 6, LiSbF 6 is particularly preferred. When these lithium salts are dissolved in the electrolytic solution 43, the battery characteristics are particularly improved. In the electrolytic solution 43, any one of these lithium salts may be dissolved, and a plurality of types of lithium salts may be dissolved.

リチウム塩の濃度(電解液43に複数種類のリチウム塩が溶解している場合には、リチウム塩の濃度の総和)は、1.15〜1.5mol/Lであることが好ましく、1.3〜1.45mol/Lであることがより好ましい。リチウム塩の濃度がこのような範囲のときに、電池特性が特に向上する。   The concentration of the lithium salt (when a plurality of types of lithium salts are dissolved in the electrolytic solution 43, the total concentration of the lithium salts) is preferably 1.15 to 1.5 mol / L, and 1.3 More preferably, it is ˜1.45 mol / L. When the concentration of the lithium salt is in such a range, the battery characteristics are particularly improved.

溶媒は、リチウムイオン二次電池に使用される各種の非水溶媒を含む。溶媒には、ハイドロフルオロエーテル(HFE)、鎖状炭酸エステル及びフルオロ炭酸エチレンの少なくとも一種類以上が含まれることがさらに好ましい。   The solvent includes various non-aqueous solvents used for lithium ion secondary batteries. More preferably, the solvent contains at least one of hydrofluoroether (HFE), a chain carbonate, and ethylene fluorocarbonate.

ハイドロフルオロエーテルは、エーテルの水素の一部をフッ素に置換することで、耐酸化性が向上したものである。このようなハイドロフルオロエーテルとしては、正極材料の充電電圧及び電流密度に対する耐性等を鑑みると、2,2,2−トリフルオロエチルメチルエーテル(CFCHOCH)、2,2,2−トリフルオロエチルジフルオロメチルエーテル(CFCHOCHF)、2,2,3,3,3−ペンタフルオロプロピルメチルエーテル(CFCFCHOCH)、2,2,3,3,3−ペンタフルオロプロピルジフルオロメチルエーテル(CFCFCHOCHF)、2,2,3,3,3−ペンタフルオロプロピル−1,1,2,2−テトラフルオロエチルエーテル(CFCFCHOCFCFH)、1,1,2,2−テトラフルオロエチルメチルエーテル(HCFCFOCH)、1,1,2,2−テトラフルオロエチルエチルエーテル(HCFCFOCHCH)、1,1,2,2−テトラフルオロエチルプロピルエーテル(HCFCFOC)、 1,1,2,2−テトラフルオロエチルブチルエーテル(HCFCFOC)、1,1,2,2−テトラフルオロエチルイソブチルエーテル(HCFCFOCHCH(CH)、1,1,2,2−テトラフルオロエチルイソペンチルエーテル(HCFCFOCHC(CH)、1,1,2,2−テトラフルオロエチル−2,2,2−トリフルオロエチルエーテル(HCFCFOCHCF)、1,1,2,2−テトラフルオロエチル−2,2,3,3−テトラフルオロプロピルエーテル(HCFCFOCHCFCFH)、ヘキサフルオロイソプロピルメチルエーテル((CFCHOCH)、1,1,3,3,3−ペンタフルオロ−2−トリフルオロメチルプロピルメチルエーテル((CFCHCFOCH)、1,1,2,3,3,3−ヘキサフルオロプロピルメチルエーテル(CFCHFCFOCH)、1,1,2,3,3,3−ヘキサフルオロプロピルエチルエーテル(CFCHFCFOCHCH)及び2,2,3,4,4,4−ヘキサフルオロブチルジフルオロメチルエーテル(CFCHFCFCHOCHF)等が挙げられる。ハイドロフルオロエーテルは、これらの物質のいずれか1つから構成されていてもよいが、これらの物質の混合物であってもよい。ハイドロフルオロエーテルの体積比は、電解液43の溶媒の総体積に対して10〜60体積%が好ましく、30〜50体積%がより好ましい。ハイドロフルオロエーテルの体積比がこのような範囲のときに、電池特性が特に向上する。 Hydrofluoroethers have improved oxidation resistance by substituting some of the ether hydrogens with fluorine. Examples of such hydrofluoroethers include 2,2,2-trifluoroethyl methyl ether (CF 3 CH 2 OCH 3 ), 2,2,2- Trifluoroethyl difluoromethyl ether (CF 3 CH 2 OCHF 2 ), 2,2,3,3,3-pentafluoropropyl methyl ether (CF 3 CF 2 CH 2 OCH 3 ), 2, 2, 3 , 3 , 3 - pentafluoropropyl difluoromethyl ether (CF 3 CF 2 CH 2 OCHF 2), 2,2,3,3,3- pentafluoro-propyl-1,1,2,2-tetrafluoroethyl ether (CF 3 CF 2 CH 2 OCF 2 CF 2 H), 1,1,2,2- tetrafluoroethyl methyl ether (HCF 2 CF 2 OC 3), 1,1,2,2-tetrafluoroethyl ethyl ether (HCF 2 CF 2 OCH 2 CH 3), 1,1,2,2- tetrafluoroethyl propyl ether (HCF 2 CF 2 OC 3 H 7) 1,1,2,2-tetrafluoroethyl butyl ether (HCF 2 CF 2 OC 4 H 9 ), 1,1,2,2-tetrafluoroethyl isobutyl ether (HCF 2 CF 2 OCH 2 CH (CH 3 ) 2 ), 1,1,2,2-tetrafluoroethyl isopentyl ether (HCF 2 CF 2 OCH 2 C (CH 3 ) 3 ), 1,1,2,2-tetrafluoroethyl-2,2,2-tri trifluoroethyl ether (HCF 2 CF 2 OCH 2 CF 3), 1,1,2,2- tetrafluoroethyl-2,2,3,3-tetrafluoro-flop Pill ether (HCF 2 CF 2 OCH 2 CF 2 CF 2 H), hexafluoroisopropyl ether ((CF 3) 2 CHOCH 3 ), 1,1,3,3,3- pentafluoro-2-trifluoromethyl-propyl Methyl ether ((CF 3 ) 2 CHCF 2 OCH 3 ), 1,1,2,3,3,3-hexafluoropropyl methyl ether (CF 3 CHFCF 2 OCH 3 ), 1,1,2,3,3 Examples include 3-hexafluoropropyl ethyl ether (CF 3 CHFCF 2 OCH 2 CH 3 ) and 2,2,3,4,4,4-hexafluorobutyl difluoromethyl ether (CF 3 CHFCF 2 CH 2 OCHF 2 ). . The hydrofluoroether may be composed of any one of these substances, but may be a mixture of these substances. 10-60 volume% is preferable with respect to the total volume of the solvent of the electrolyte solution 43, and, as for the volume ratio of hydrofluoroether, 30-50 volume% is more preferable. When the volume ratio of the hydrofluoroether is in such a range, the battery characteristics are particularly improved.

鎖状炭酸エステルは、鎖状構造を有する炭酸エステルである。鎖状炭酸エステルとしては、例えば炭酸ジメチル、炭酸エチルメチル、及び炭酸ジエチル等が挙げられる。電解液43には、これらの鎖状炭酸エステルのうちいずれか1種以上が含まれていることが好ましい。鎖状炭酸エステルの体積比は、電解液43の溶媒の総体積に対して5〜60体積%が好ましく、20〜50体積%がより好ましい。鎖状炭酸エステルの体積比がこのような範囲のときに、電池特性が特に向上する。   The chain carbonate is a carbonate having a chain structure. Examples of the chain carbonate include dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, and diethyl carbonate. The electrolytic solution 43 preferably contains one or more of these chain carbonates. 5-60 volume% is preferable with respect to the total volume of the solvent of the electrolyte solution 43, and, as for the volume ratio of chain | strand-shaped carbonate ester, 20-50 volume% is more preferable. The battery characteristics are particularly improved when the volume ratio of the chain carbonate is in such a range.

フルオロ炭酸エチレンの体積比は、電解液43の溶媒の総体積に対して10〜30体積%が好ましく、15〜20体積%がより好ましい。モノフルオロ炭酸エチレンの体積比がこのような範囲のときに、サイクル寿命が特に向上する。また、電解液43は、リチウムイオン二次電池に使用される各種の非水溶媒をさらに含んでいてもよい。   10-30 volume% is preferable with respect to the total volume of the solvent of the electrolyte solution 43, and, as for the volume ratio of fluoroethylene carbonate, 15-20 volume% is more preferable. When the volume ratio of monofluoroethylene carbonate is in such a range, the cycle life is particularly improved. Moreover, the electrolyte solution 43 may further contain various nonaqueous solvents used for the lithium ion secondary battery.

S=O化合物は、S=O構造を有する化合物である。S=O化合物は、炭素系活物質のG/D比に応じて異なる構造を有する。すなわち、本発明者は、負極活物質としてケイ素系活物質だけを使用しても、電池特性が十分でないことを見出した。そこで、本発明者は、ケイ素系活物質に炭素系活物質を混合することに着目した。この結果、電池特性は若干向上したが、依然として電池特性は十分でなかった。   An S═O compound is a compound having an S═O structure. S = O compounds have different structures depending on the G / D ratio of the carbon-based active material. That is, the present inventor has found that even if only the silicon-based active material is used as the negative electrode active material, the battery characteristics are not sufficient. Therefore, the present inventor has focused on mixing a carbon-based active material with a silicon-based active material. As a result, the battery characteristics were slightly improved, but the battery characteristics were still insufficient.

そこで、本発明者は、その理由を探るべく、以下の実験を行った。すなわち、本発明者は、リチウム箔を正極活物質とし、ケイ素系活物質及び炭素系活物質の混合物を負極活物質とし、炭酸エチレンを溶媒としたリチウムイオン二次電池を作製した。そして、本発明者は、リチウムイオン二次電池を複数回充放電させ、その時のリチウムイオン二次電池の挙動、具体的には負極活物質の電位(Li/Li基準)とdQ/dV値との相関を確認した。この結果、リチウムイオン二次電池の充電過程において、負極活物質の電位が0.4V前後となった際に、dQ/dV値に乱れが生じた。また、2回目以降の充放電時には、負極活物質の電位は、0.5V〜10mV程度の間で遷移した。 Therefore, the present inventor conducted the following experiment in order to find out the reason. That is, the present inventor produced a lithium ion secondary battery using lithium foil as a positive electrode active material, a mixture of a silicon-based active material and a carbon-based active material as a negative electrode active material, and ethylene carbonate as a solvent. The inventor then charged and discharged the lithium ion secondary battery a plurality of times, and the behavior of the lithium ion secondary battery at that time, specifically, the potential of the negative electrode active material (Li / Li + reference) and the dQ / dV value The correlation with was confirmed. As a result, in the charging process of the lithium ion secondary battery, the dQ / dV value was disturbed when the potential of the negative electrode active material was around 0.4V. In addition, during the second and subsequent charging / discharging, the potential of the negative electrode active material transitioned between about 0.5 V to 10 mV.

この結果、本発明者は、少なくとも充電過程において負極活物質上で溶媒(炭酸エチレン)が分解すること、溶媒の分解は充電のたびに生じることを突き止めた。そして、本発明者は、電池特性が十分でない理由として、溶媒の分解生成物が負極活物質上に堆積し、リチウムイオンの負極活物質への出入りを阻害していることを考えた。   As a result, the present inventor has found that the solvent (ethylene carbonate) is decomposed on the negative electrode active material at least during the charging process, and that the solvent is decomposed every time the battery is charged. Then, the inventor considered that the battery characteristics were not sufficient because the decomposition product of the solvent was deposited on the negative electrode active material, thereby preventing the lithium ions from entering and leaving the negative electrode active material.

そこで、本発明者は、以下の3つの条件を満たす添加剤を電解液に添加することを考えた。
(1)充電時に溶媒よりも優先的に(すなわち、溶媒よりも高い電位で)分解する。
(2)分解生成物が溶媒の分解を抑制する。例えば分解生成物が負極活物質を覆うことで、溶媒と負極活物質との接触を抑制する。
(3)分解生成物がリチウムイオンの負極活物質への出入りをほとんど阻害しない。
Therefore, the present inventor considered adding an additive that satisfies the following three conditions to the electrolyte.
(1) Decomposes preferentially over the solvent during charging (ie, at a higher potential than the solvent).
(2) The decomposition product suppresses decomposition of the solvent. For example, the decomposition product covers the negative electrode active material, thereby suppressing contact between the solvent and the negative electrode active material.
(3) The decomposition product hardly inhibits lithium ions from entering and exiting the negative electrode active material.

本発明者は、上記の条件を満たす添加剤を鋭意検討した。この結果、本発明者は、S=O化合物(S=O結合を有する化合物)に着目し、以下の実験を行った。具体的には、本発明者は、リチウム箔を正極活物質とし、ケイ素系活物質及び炭素系活物質の混合物を負極活物質とし、炭酸エチレンを溶媒としたリチウムイオン二次電池を作製した。また、本発明者は、S=O化合物を電解液に添加した。そして、本発明者は、リチウムイオン二次電池を複数回充放電させ、その時のリチウムイオン二次電池の挙動、具体的には負極活物質の電位(Li/Li基準)とdQ/dV値との相関を確認した。この結果、リチウムイオン二次電池の充電過程において、0.4Vよりも高い電位でdQ/dV値に乱れが生じるとともに、0.4V前後の電位ではdQ/dV値にほとんど乱れが生じなかった。さらに、電池特性が明確に向上していた(後述する実施例参照)。したがって、S=O化合物が溶媒よりも優先的に分解し、分解生成物が溶媒の分解を抑制し、かつ、分解生成物がリチウムイオンの負極活物質への出入りをほとんど阻害しないと推定される。すなわち、S=O化合物は、上記の3つの条件を全て満たす。 The inventor diligently studied additives that satisfy the above conditions. As a result, the present inventor paid attention to S═O compounds (compounds having S═O bonds) and conducted the following experiments. Specifically, the present inventors produced a lithium ion secondary battery using lithium foil as a positive electrode active material, a mixture of a silicon-based active material and a carbon-based active material as a negative electrode active material, and ethylene carbonate as a solvent. In addition, the present inventor added an S═O compound to the electrolytic solution. The inventor then charged and discharged the lithium ion secondary battery a plurality of times, and the behavior of the lithium ion secondary battery at that time, specifically, the potential of the negative electrode active material (Li / Li + reference) and the dQ / dV value The correlation with was confirmed. As a result, in the charging process of the lithium ion secondary battery, the dQ / dV value was disturbed at a potential higher than 0.4V, and the dQ / dV value was hardly disturbed at a potential around 0.4V. Furthermore, the battery characteristics were clearly improved (see Examples described later). Therefore, it is estimated that the S = O compound decomposes preferentially over the solvent, the decomposition product suppresses the decomposition of the solvent, and the decomposition product hardly inhibits the entry and exit of the lithium ion into the negative electrode active material. . That is, the S═O compound satisfies all the above three conditions.

なお、炭素系活物質の種類は上述したように様々である。これらの炭素系活物質は、例えばリチウムイオン二次電池に要求されるエネルギー密度又はリチウムイオン二次電池の用途によって使い分けられている。したがって、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池10が実用的なものとなるためには、リチウムイオン二次電池10が様々な炭素系活物質に対応できることが必要である。   Note that there are various types of carbon-based active materials as described above. These carbon-based active materials are selectively used depending on, for example, the energy density required for the lithium ion secondary battery or the use of the lithium ion secondary battery. Therefore, in order for the lithium ion secondary battery 10 according to the present embodiment to be practical, it is necessary that the lithium ion secondary battery 10 can cope with various carbon-based active materials.

一方、炭素系活物質はケイ素系活物質よりも比表面積が大きいので、ケイ素系活物質よりも溶媒(あるいはS=O化合物)を大量に分解する可能性がある。したがって、S=O化合物には、炭素系活物質上での消費(分解)に耐えつつ、溶媒の分解を抑えることが要求される。   On the other hand, since the carbon-based active material has a specific surface area larger than that of the silicon-based active material, there is a possibility that the solvent (or S═O compound) is decomposed in a larger amount than the silicon-based active material. Therefore, the S═O compound is required to suppress decomposition of the solvent while withstanding consumption (decomposition) on the carbon-based active material.

そこで、本発明者は、いずれの炭素系活物質が負極活物質として使用された場合であっても電池特性が向上するように、S=O化合物についてさらに検討を行った。具体的には、炭素系活物質は溶媒(あるいはS=O化合物)を大量に分解する可能性があることから、本発明者は、炭素系活物質の反応性を指標するパラメータ(Parameter)であるG/D比に着目し、G/D比とS=O化合物との相関について検討した。   Therefore, the present inventor further examined the S═O compound so that the battery characteristics are improved regardless of which carbon-based active material is used as the negative electrode active material. Specifically, since the carbon-based active material may decompose a solvent (or S═O compound) in large quantities, the present inventor uses a parameter (Parameter) that indicates the reactivity of the carbon-based active material. Focusing on a certain G / D ratio, the correlation between the G / D ratio and the S═O compound was examined.

この結果、本発明者は、炭素系活物質のG/D比によって好適なS=O化合物が異なることを突き止めた。より具体的には、本発明者は、S=O化合物を、炭素系活物質のG/D比によって以下の表1に示す4象限(区分)に区分することに成功した。   As a result, the present inventor has found that suitable S═O compounds differ depending on the G / D ratio of the carbon-based active material. More specifically, the present inventor succeeded in classifying the S═O compound into the four quadrants (categories) shown in Table 1 below according to the G / D ratio of the carbon-based active material.

Figure 0006445758
Figure 0006445758

ここで、表1中、「Gr」は炭素系活物質を意味する。また、「効果あり」は、電解液にS=Oを含まないリチウムイオン二次電池よりも電池特性が向上したことを意味し、「効果なし」は、電解液にS=Oを含まないリチウムイオン二次電池と電池特性が同程度または低いことを意味する。カッコ内の構造式は、S=O結合の構造を示す。   Here, in Table 1, “Gr” means a carbon-based active material. “Effective” means that the battery characteristics are improved as compared with a lithium ion secondary battery in which the electrolyte does not contain S═O, and “no effect” means that the electrolyte does not contain S═O. It means that the battery characteristics are the same or lower than those of the ion secondary battery. The structural formula in parentheses indicates the structure of S═O bond.

また、第1象限は、G/D比>2かつ「効果あり」に対応する象限であり、第2象限は、G/D比2以下かつ「効果あり」に対応する象限である。第3象限は、G/D比>2かつ「効果なし」に対応する象限であり、第4象限は、G/D比2以下かつ「効果なし」に対応する象限である。   The first quadrant is a quadrant corresponding to G / D ratio> 2 and “effective”, and the second quadrant is a quadrant corresponding to “effective” or less G / D ratio 2. The third quadrant is a quadrant corresponding to a G / D ratio> 2 and “no effect”, and the fourth quadrant is a quadrant corresponding to a G / D ratio of 2 or less and “no effect”.

第1象限に属するS=O化合物は、以下の化学式1〜3のいずれか1つで示される。   The S═O compound belonging to the first quadrant is represented by any one of the following chemical formulas 1 to 3.

Figure 0006445758
・・・(化学式1)
Figure 0006445758
... (Chemical formula 1)

Figure 0006445758

・・・(化学式2)
Figure 0006445758

... (Chemical formula 2)

Figure 0006445758
・・・(化学式3)
Figure 0006445758
... (Chemical formula 3)

ここで、R、R’は、互いに独立して炭素数1または2の炭化水素基であり、R、R’を構成する水素原子の少なくとも一部が置換されていてもよい。R、R’は、互いに独立して炭素数1または2の炭化水素基であり、かつ、互いに連結されていてもよく、R、R’を構成する水素原子の少なくとも一部が置換されていてもよい。R、R’は、互いに独立して炭素数1または2の炭化水素基であり、R、R’を構成する水素原子の少なくとも一部が置換されていてもよい。 Here, R 1 and R 1 ′ are each independently a hydrocarbon group having 1 or 2 carbon atoms, and at least a part of the hydrogen atoms constituting R 1 and R 1 ′ may be substituted. R 3 and R 3 ′ are each independently a hydrocarbon group having 1 or 2 carbon atoms and may be linked to each other, and at least a part of the hydrogen atoms constituting R 3 and R 3 ′ are May be substituted. R 4 and R 4 ′ are each independently a hydrocarbon group having 1 or 2 carbon atoms, and at least a part of the hydrogen atoms constituting R 4 and R 4 ′ may be substituted.

化学式1で示されるS=O化合物としては、例えばエチルメチルスルホン(EMS)、ジエチルスルホン(DES)等が挙げられる。化学式2で示されるS=O化合物としては、亜硫酸ジメチル(DMSi)、亜硫酸ジエチル(DESi)、亜硫酸エチレン(ES)等が挙げられる。化学式3で示されるS=O化合物としては、硫酸ジメチル(DMSa)、硫酸ジエチル(DESa)等が挙げられる。   Examples of the S═O compound represented by Chemical Formula 1 include ethyl methyl sulfone (EMS) and diethyl sulfone (DES). Examples of the S═O compound represented by Chemical Formula 2 include dimethyl sulfite (DMSi), diethyl sulfite (DESi), and ethylene sulfite (ES). Examples of the S═O compound represented by Chemical Formula 3 include dimethyl sulfate (DMSa) and diethyl sulfate (DESa).

第2象限に属するS=O化合物は、以下の化学式4〜5のいずれか1つで示される。   The S═O compound belonging to the second quadrant is represented by any one of the following chemical formulas 4 to 5.

Figure 0006445758

・・・(化学式4)
Figure 0006445758

... (Chemical formula 4)

Figure 0006445758
・・・(化学式5)
Figure 0006445758
... (Chemical formula 5)

ここで、R、R’のうち、いずれか一方は炭素数3以上の炭化水素基であり、他方は炭素数1または2の炭化水素基であり、R、R’を構成する水素原子の少なくとも一部が置換されていてもよい。Rは、炭素数1以上の炭化水素基であり、Rを構成する水素原子の少なくとも一部が置換されていてもよい。 Here, one of R 5 and R 5 ′ is a hydrocarbon group having 3 or more carbon atoms, and the other is a hydrocarbon group having 1 or 2 carbon atoms, and constitutes R 5 and R 5 ′. At least a part of the hydrogen atoms may be substituted. R 2 is a hydrocarbon group having 1 or more carbon atoms, and at least a part of the hydrogen atoms constituting R 2 may be substituted.

化学式4で示されるS=O化合物としては、例えば、エチルイソプロピルスルホン(EiPS)、エチルブチルスルホン(EBS)、及びブチルイソプロピルスルホン(BiPS)等が挙げられる。化学式5で示される化合物としては、例えばブタンスルトン(BS)等が挙げられる。   Examples of the S═O compound represented by Chemical Formula 4 include ethyl isopropyl sulfone (EiPS), ethyl butyl sulfone (EBS), and butyl isopropyl sulfone (BiPS). Examples of the compound represented by Chemical Formula 5 include butane sultone (BS).

第3象限に属するS=O化合物は、例えばスルホラン(SL)であり、第4象限に属するS=O化合物は、例えばプロパンスルトン(PS)である。   The S═O compound belonging to the third quadrant is, for example, sulfolane (SL), and the S═O compound belonging to the fourth quadrant is, for example, propane sultone (PS).

したがって、本実施形態では、炭素系活物質のG/D比が2より大きい場合、電解液43は、第1象限に属するS=O化合物を少なくとも1種類含む。また、炭素系活物質のG/D比が2以下となる場合、電解液43は、第2象限に含まれるS=O化合物を少なくとも1種類含む。   Therefore, in this embodiment, when the G / D ratio of the carbon-based active material is larger than 2, the electrolytic solution 43 includes at least one S═O compound belonging to the first quadrant. Further, when the G / D ratio of the carbon-based active material is 2 or less, the electrolytic solution 43 includes at least one S═O compound included in the second quadrant.

S=O化合物の添加量は、溶媒の総体積に対して0.5〜5.0体積%であることが好ましく、3.0〜5.0体積%であることがさらに好ましく、3.0体積%であることがさらに好ましい。S=O化合物の添加量が0.5体積%未満の場合には、S=O化合物の効果が十分に発揮されず、S=O化合物の添加量が5体積%を超える場合には、電解液の粘度が非常に高くなるからである。この場合、電解液のイオン伝導度が下がる他、電解液が各活物質に染み込みにくくなるので、放電容量が低下する。   The addition amount of the S═O compound is preferably 0.5 to 5.0% by volume, more preferably 3.0 to 5.0% by volume, based on the total volume of the solvent, 3.0 More preferably, it is volume%. When the addition amount of the S═O compound is less than 0.5% by volume, the effect of the S═O compound is not sufficiently exhibited, and when the addition amount of the S═O compound exceeds 5% by volume, electrolysis is performed. This is because the viscosity of the liquid becomes very high. In this case, the ionic conductivity of the electrolytic solution is lowered, and the electrolytic solution is less likely to permeate each active material, so that the discharge capacity is reduced.

なお、電解液43には、各種の添加剤を添加してもよい。このような添加剤としては、負極作用添加剤、正極作用添加剤、エステル系の添加剤、炭酸エステル系の添加剤、硫酸エステル系の添加剤、リン酸エステル系の添加剤、ホウ酸エステル系の添加剤、酸無水物系の添加剤、及び電解質系の添加剤等が挙げられる。これらのうちいずれか1種を電解液43に添加しても良いし、複数種類の添加剤を電解液43に添加してもよい。添加剤の添加量は、電解液43の電解質及び溶媒(S=O化合物含む)の総質量に対して、0.01〜5.0質量%(外数)であることが好ましい。添加剤の添加量がこのような範囲のときに、電池特性が特に向上する。   Various additives may be added to the electrolytic solution 43. Examples of such additives include a negative electrode action additive, a positive electrode action additive, an ester additive, a carbonate ester additive, a sulfate ester additive, a phosphate ester additive, and a borate ester additive. Additive, acid anhydride additive, electrolyte additive and the like. Any one of these may be added to the electrolytic solution 43, or a plurality of types of additives may be added to the electrolytic solution 43. It is preferable that the addition amount of an additive is 0.01-5.0 mass% (outside number) with respect to the total mass of the electrolyte of the electrolyte solution 43, and a solvent (S = O compound is included). When the additive amount is in such a range, the battery characteristics are particularly improved.

[リチウムイオン二次電池の製造方法]
次に、リチウムイオン二次電池10の製造方法について説明する。正極20は、以下のように作製される。まず、正極活物質、導電剤、及び結着剤を上記の割合で混合したものを、有機溶媒(例えばN−メチル−2−ピロリドン)に分散させることでスラリーを形成する。次いで、スラリーを集電体21上に形成(例えば塗工)し、乾燥させることで、正極活物質層22を形成する。なお、塗工の方法は、特に限定されない。塗工の方法としては、例えば、ナイフコーター(knife coater)法、グラビアコーター(gravure coater)法等が考えられる。以下の各塗工工程も同様の方法により行われる。次いで、プレス(press)機により正極活物質層22を上記の範囲内の密度となるようにプレスする。これにより、正極20が作製される。
[Method for producing lithium ion secondary battery]
Next, a method for manufacturing the lithium ion secondary battery 10 will be described. The positive electrode 20 is produced as follows. First, a slurry is formed by dispersing a mixture of a positive electrode active material, a conductive agent, and a binder in the above ratio in an organic solvent (for example, N-methyl-2-pyrrolidone). Next, the positive electrode active material layer 22 is formed by forming (for example, coating) the slurry on the current collector 21 and drying the slurry. The coating method is not particularly limited. Examples of the coating method include a knife coater method and a gravure coater method. The following coating steps are also performed by the same method. Next, the positive electrode active material layer 22 is pressed by a press machine so as to have a density within the above range. Thereby, the positive electrode 20 is produced.

負極30も、正極20と同様に作製される。まず、負極活物質及び結着剤を上記の割合で混合したものを、有機溶媒(例えばN−メチル−2−ピロリドン)に分散させることでスラリーを形成する。次いで、スラリーを集電体31上に形成(例えば塗工)し、乾燥させることで、負極活物質層32を形成する。次いで、プレス機により負極活物質層32を上記の範囲内の密度となるようにプレスする。これにより、負極30が作製される。   The negative electrode 30 is also produced in the same manner as the positive electrode 20. First, a slurry is formed by dispersing a mixture of a negative electrode active material and a binder in the above ratio in an organic solvent (for example, N-methyl-2-pyrrolidone). Next, the negative electrode active material layer 32 is formed by forming (for example, coating) the slurry on the current collector 31 and drying the slurry. Next, the negative electrode active material layer 32 is pressed by a press machine so as to have a density within the above range. Thereby, the negative electrode 30 is produced.

セパレータ40aは、以下のように作製される。まず、多孔質層42を構成する樹脂と、水溶性有機溶媒とを5〜10:90〜95の質量比で混合することで、塗工液を作製する。ここで、水溶性有機溶媒としては、例えば、N−メチル−2−ピロリドン、ジメチルアセトアミド(DMAc)、トリプロピレングリコール(TPG)等が考えられる。ついで、この塗工液を基材41の両面または片面に1〜5μmの厚さで形成(例えば塗工)する。次いで、塗工液が塗工された基材41を凝固液で処理することで、塗工液中の樹脂を凝固させる。ここで、塗工液が塗工された基材41を凝固液で処理する方法としては、例えば、塗工液が塗工された基材41を凝固液に含浸させる方法、塗工液が塗工された基材41に凝固液を吹きつける方法等が考えられる。これにより、セパレータ40aが作製される。ここで、凝固液は、例えば、上記の水溶性有機溶媒に水を混合させたものである。水の混合量は、凝固液の総体積に対して40〜80体積%が好適である。次いで、セパレータ40aを水洗、乾燥することで、セパレータ40aから水及び水溶性有機溶媒を除去する。   The separator 40a is produced as follows. First, the coating liquid is prepared by mixing the resin constituting the porous layer 42 and the water-soluble organic solvent at a mass ratio of 5 to 10:90 to 95. Here, examples of the water-soluble organic solvent include N-methyl-2-pyrrolidone, dimethylacetamide (DMAc), and tripropylene glycol (TPG). Next, this coating solution is formed (for example, coated) with a thickness of 1 to 5 μm on both surfaces or one surface of the substrate 41. Next, the resin in the coating liquid is solidified by treating the base material 41 coated with the coating liquid with a coagulating liquid. Here, as a method for treating the base material 41 coated with the coating liquid with the coagulating liquid, for example, a method of impregnating the base material 41 coated with the coating liquid with the coagulating liquid, A method of spraying a coagulating liquid on the processed base material 41 is conceivable. Thereby, the separator 40a is produced. Here, the coagulating liquid is, for example, a mixture of water in the above water-soluble organic solvent. The mixing amount of water is preferably 40 to 80% by volume with respect to the total volume of the coagulating liquid. Next, the separator 40a is washed with water and dried to remove water and the water-soluble organic solvent from the separator 40a.

次いで、セパレータ40aを正極20及び負極30で挟むことで、電極構造体を作製する。多孔質層42が基材41の一方の面にのみ形成されている場合、負極30を多孔質層42に対向させる。次いで、電極構造体を所望の形態(例えば、円筒形、角形、ラミネート形、ボタン形等)に加工し、当該形態の容器に挿入する。次いで、当該容器内に上記組成の電解液を注入することで、セパレータ40a内の各気孔に電解液を含浸させる。ここで、電解液に添加されるS=O化合物は、炭素系活物質のG/D比が2より大きい場合、第1象限に属するS=O化合物から選択され、炭素系活物質のG/D比が2以下の場合、第2象限に属するS=O化合物から選択される。これにより、リチウムイオン二次電池が作製される。   Subsequently, the electrode structure is produced by sandwiching the separator 40a between the positive electrode 20 and the negative electrode 30. When the porous layer 42 is formed only on one surface of the base material 41, the negative electrode 30 is opposed to the porous layer 42. Next, the electrode structure is processed into a desired shape (for example, a cylindrical shape, a square shape, a laminate shape, a button shape, etc.) and inserted into a container of the shape. Next, by injecting the electrolytic solution having the above composition into the container, each pore in the separator 40a is impregnated with the electrolytic solution. Here, when the G / D ratio of the carbon-based active material is larger than 2, the S═O compound added to the electrolytic solution is selected from the S═O compounds belonging to the first quadrant, and the G / D of the carbon-based active material. When the D ratio is 2 or less, the compound is selected from S═O compounds belonging to the second quadrant. Thereby, a lithium ion secondary battery is produced.

次に、実施例を説明する。なお、以下の各実施例における各パラメータ(例えば孔径)は、上述した装置により測定された。   Next, examples will be described. In addition, each parameter (for example, hole diameter) in each of the following examples was measured by the apparatus described above.

[実施例1]
[リチウムイオン二次電池の作製]
本発明者は、S=O化合物によるサイクル寿命の改善効果を確認するために、以下に説明する実施例1を行った。まず、本発明者は、リチウムイオン二次電池10を以下のように作製した。正極20については、まず、LiCoO90質量%、ケッチェンブラック6質量%、ポリフッ化ビニリデン4質量%をN−メチル−2−ピロリドンに分散させることで、スラリーを形成した。次いで、スラリーを集電体21であるアルミニウム集電箔上に塗工し、乾燥させることで、正極活物質層22を形成した。次いで、プレス機により正極活物質層22をプレスすることで、正極活物質層22の密度を2.3g/cmとした。これにより、正極20を作製した。
[Example 1]
[Production of lithium ion secondary battery]
This inventor performed Example 1 demonstrated below in order to confirm the improvement effect of the cycle life by a S = O compound. First, this inventor produced the lithium ion secondary battery 10 as follows. Regarding the positive electrode 20, first, 90% by mass of Li 2 CoO 2 , 6% by mass of ketjen black, and 4% by mass of polyvinylidene fluoride were dispersed in N-methyl-2-pyrrolidone to form a slurry. Next, the positive electrode active material layer 22 was formed by coating the slurry on the aluminum current collector foil as the current collector 21 and drying the slurry. Next, the positive electrode active material layer 22 was pressed by a press machine, so that the density of the positive electrode active material layer 22 was 2.3 g / cm 3 . Thereby, the positive electrode 20 was produced.

負極30については、ケイ素合金(Si:Al:Fe=55:29:16(質量比))10.2質量%、炭素系活物質81.8質量%、ポリアクリル酸系バインダ8.0質量%をN−メチル−2−ピロリドンに分散させることで、スラリーを形成した。次いで、スラリーを集電体31であるアルミニウム集電箔上に塗工し、乾燥させることで、負極活物質層32を形成した。次いで、プレス機により負極活物質層32をプレスすることで、負極活物質層32の密度を1.45g/cmとした。これにより、負極30を作製した。負極30におけるケイ素系活物質と炭素系活物質との質量比は約10/80となる。 For the negative electrode 30, a silicon alloy (Si: Al: Fe = 55: 29: 16 (mass ratio)) of 10.2% by mass, a carbon-based active material of 81.8% by mass, and a polyacrylic acid-based binder of 8.0% by mass. Was dispersed in N-methyl-2-pyrrolidone to form a slurry. Next, the negative electrode active material layer 32 was formed by coating the slurry on the aluminum current collector foil as the current collector 31 and drying the slurry. Next, the negative electrode active material layer 32 was pressed by a press machine, so that the density of the negative electrode active material layer 32 was 1.45 g / cm 3 . Thereby, the negative electrode 30 was produced. The mass ratio of the silicon-based active material and the carbon-based active material in the negative electrode 30 is about 10/80.

セパレータ40aについては、アラミド(シグマルドリッチジャパン株式会社商品 Poly[N,N‘−(1,3−phenylene)isophthalamide])と水溶性有機溶媒とを(5.5:94.5質量%)の割合で混合することで、塗工液を作製した。ここで、DMAcとTPGとを50:50の質量比で混合したものを水溶性有機溶媒とした。   About separator 40a, aramid (Sigmadrich Japan Co., Ltd. product Poly [N, N ′-(1,3-phenylene) isophthalamide]) and a water-soluble organic solvent (5.5: 94.5% by mass) The coating liquid was produced by mixing in a ratio. Here, what mixed DMAc and TPG by the mass ratio of 50:50 was made into the water-soluble organic solvent.

一方、基材41に多孔質ポリエチレンフィルム(厚さ13μm、気孔率42%)を用いた。ついで、塗工液を基材41の両面に2μmの厚さで塗工した。次いで、塗工液が塗工された基材41を凝固液に含浸させることで、塗工液中の樹脂を凝固させた。これにより、セパレータ40aを作製した。ここで、水とDMAcとTPGとを50:25:25の割合で混合したものを凝固液とした。次いで、セパレータ40aを水洗、乾燥することで、セパレータ40aから水及び水溶性有機溶媒を除去した。   On the other hand, a porous polyethylene film (thickness 13 μm, porosity 42%) was used for the substrate 41. Next, the coating solution was applied to both sides of the substrate 41 with a thickness of 2 μm. Next, the resin in the coating liquid was solidified by impregnating the base material 41 coated with the coating liquid with the coagulating liquid. This produced the separator 40a. Here, a mixture of water, DMAc, and TPG in a ratio of 50:25:25 was used as a coagulation liquid. Subsequently, water and the water-soluble organic solvent were removed from the separator 40a by washing and drying the separator 40a.

次いで、セパレータ40aを正極20及び負極30で挟むことで、電極構造体を作製した。次いで、電極構造体を試験容器に挿入した。一方、炭酸エチレン(EC)、S=O化合物、炭酸エチルメチル(EMC)、及び炭酸ジエチル(DEC)を27:3:50:20の体積比で混合した溶媒に、ヘキサフルオロリン酸リチウムを1.3mol/Lの濃度となるように溶解することで、電解液を作製した。次いで、試験容器内に電解液を注入することで、セパレータ40a内の各気孔に電解液を含浸させた。これにより、評価用のリチウムイオン二次電池10を作製した。ここで、本発明者は、炭素系活物質とS=O化合物との組み合わせを表2に示すように変更することで、複数種類のリチウムイオン二次電池10を作製した。   Next, the separator 40a was sandwiched between the positive electrode 20 and the negative electrode 30 to produce an electrode structure. The electrode structure was then inserted into the test container. On the other hand, lithium hexafluorophosphate is added to a solvent in which ethylene carbonate (EC), S═O compound, ethyl methyl carbonate (EMC), and diethyl carbonate (DEC) are mixed at a volume ratio of 27: 3: 50: 20. An electrolytic solution was prepared by dissolving to a concentration of 3 mol / L. Next, the electrolyte solution was injected into the test container, so that the pores in the separator 40a were impregnated with the electrolyte solution. Thereby, the lithium ion secondary battery 10 for evaluation was produced. Here, this inventor produced the multiple types of lithium ion secondary battery 10 by changing the combination of a carbon-type active material and a S = O compound as shown in Table 2.

[サイクル試験]
つぎに、各リチウムイオン二次電池10について、サイクル試験を行った。具体的には、電池電圧が4.40Vとなるまで3mA/cmで定電流定電圧充電を行い、電池電圧が2.75Vとなるまで定電流放電を行う充放電サイクルを100サイクル行った。そして、1サイクル目の放電容量と、100サイクル目の放電容量とを測定した。1サイクル目の放電容量を初期容量はいずれのリチウムイオン二次電池10においても200mAhであった。100サイクル目の放電容量は以下の表2に示されるとおりとなった。なお、上記の試験はすべて25℃の温度環境下で行われた。放電容量の測定は、TOSCAT3000 東洋システム株式会社により行われた。炭素系活物質及びS=O化合物の組み合わせと100サイクル目の放電容量との対応関係を表2に示す。
[Cycle test]
Next, a cycle test was performed on each lithium ion secondary battery 10. Specifically, constant current / constant voltage charging was performed at 3 mA / cm 2 until the battery voltage reached 4.40V, and 100 charge / discharge cycles were performed for constant current discharge until the battery voltage reached 2.75V. Then, the discharge capacity at the first cycle and the discharge capacity at the 100th cycle were measured. The initial discharge capacity of the first cycle was 200 mAh in any lithium ion secondary battery 10. The discharge capacity at the 100th cycle was as shown in Table 2 below. All the tests described above were performed in a temperature environment of 25 ° C. The measurement of the discharge capacity was performed by TOSCAT3000 Toyo System Corporation. Table 2 shows the correspondence between the combination of the carbon-based active material and the S = O compound and the discharge capacity at the 100th cycle.

Figure 0006445758
Figure 0006445758

表1において、G/D比は、以下のように測定された値である。すなわち、まず、炭素系活物質1〜6のラマンスペクトルをラマン分光法により取得した。そして、ラマンスペクトルのGバンド及びDバンドの面積を区分求積法により算出した。そして、Gバンドの面積をDバンドの面積で除算することで、炭素系活物質1〜6のG/D比を算出した。「Ref」は、上述した製造方法においてS=O化合物をECに置き換えることで作製されたリチウムイオン二次電池を示す。また、炭素系活物質とS=O化合物との組み合わせに対応する数値は、100サイクル目の放電容量を示す。太字で示される放電容量は、「Ref」の放電容量よりも大きい。   In Table 1, the G / D ratio is a value measured as follows. That is, first, Raman spectra of the carbon-based active materials 1 to 6 were obtained by Raman spectroscopy. And the area of G band and D band of a Raman spectrum was computed by the division | segmentation quadrature method. Then, the G / D ratio of the carbon-based active materials 1 to 6 was calculated by dividing the area of the G band by the area of the D band. “Ref” indicates a lithium ion secondary battery manufactured by replacing the S═O compound with EC in the above-described manufacturing method. The numerical value corresponding to the combination of the carbon-based active material and the S═O compound indicates the discharge capacity at the 100th cycle. The discharge capacity shown in bold is larger than the discharge capacity of “Ref”.

表1によれば、DMSi、DMSa、ES、EMSはいずれもG/D比が2より大きな炭素系活物質3〜6と組み合わされた場合にサイクル寿命を向上させることがわかる。したがって、これらのS=O化合物は表1の第1象限に属することがわかる。   According to Table 1, it can be seen that DMSi, DMSa, ES, and EMS all improve the cycle life when combined with carbon-based active materials 3 to 6 having a G / D ratio larger than 2. Therefore, it can be seen that these S═O compounds belong to the first quadrant of Table 1.

また、EiPS、EBS、BSは、G/D比が2以下の炭素系活物質1〜2と組み合わされた場合にサイクル寿命を向上させることがわかる。したがって、これらのS=O化合物は、第2象限に属することがわかる。   It can also be seen that EiPS, EBS, and BS improve cycle life when combined with carbon-based active materials 1 and 2 having a G / D ratio of 2 or less. Therefore, it can be seen that these S═O compounds belong to the second quadrant.

[実施例2]
[リチウムイオン二次電池の作製]
本発明者は、ケイ素系活物質と炭素系活物質との混合比によらずサイクル寿命が改善することを確認するために、以下に説明する実施例2を行った。実施例2では、以下の点を除き、実施例1と同様の方法によりリチウムイオン二次電池10を作製した。
[Example 2]
[Production of lithium ion secondary battery]
In order to confirm that the cycle life is improved irrespective of the mixing ratio of the silicon-based active material and the carbon-based active material, the inventor performed Example 2 described below. In Example 2, a lithium ion secondary battery 10 was produced by the same method as in Example 1 except for the following points.

(1)正極活物質として、LiMnCoNiOとLiMnOとの固溶体を使用した。具体的な組成はLi1.20Mn0.55Co0.10Ni0.15である。
(2)負極30を構成する材料の質量比を、ケイ素合金47.0質量%、炭素系活物質47.0質量%、ポリアクリル酸系バインダ6.0質量%とした。したがって、負極30におけるケイ素系活物質と炭素系活物質との質量比は50/50となる。
(3)溶媒の組成(材料及び体積比)を、フルオロ炭酸エチレン(FEC):S=O化合物:炭酸ジメチル(DMC):H(CFCHO(CF)H=10:5:45:40とした。
(1) A solid solution of LiMnCoNiO 2 and Li 2 MnO 3 was used as the positive electrode active material. A specific composition is Li 1.20 Mn 0.55 Co 0.10 Ni 0.15 O 2 .
(2) The mass ratio of the material constituting the negative electrode 30 was 47.0% by mass of the silicon alloy, 47.0% by mass of the carbon-based active material, and 6.0% by mass of the polyacrylic acid binder. Therefore, the mass ratio of the silicon-based active material and the carbon-based active material in the negative electrode 30 is 50/50.
(3) The composition (material and volume ratio) of the solvent was changed to fluoroethylene carbonate (FEC): S═O compound: dimethyl carbonate (DMC): H (CF 2 ) 2 CH 2 O (CF 2 ) H = 10: 5 : 45:40.

[サイクル試験]
つぎに、各リチウムイオン二次電池10について、サイクル試験を行った。具体的には、電池電圧が4.55Vとなるまで3mA/cmで定電流定電圧充電を行い、電池電圧が2.50Vとなるまで定電流放電を行う充放電サイクルを100サイクル行った。そして、1サイクル目の放電容量と、100サイクル目の放電容量とを測定した。1サイクル目の放電容量を初期容量はいずれのリチウムイオン二次電池10においても200mAhであった。100サイクル目の放電容量は以下の表3に示されるとおりとなった。なお、上記の試験はすべて25℃の温度環境下で行われた。放電容量の測定は、TOSCAT3000 東洋システム株式会社により行われた。炭素系活物質及びS=O化合物の組み合わせと100サイクル目の放電容量との対応関係を表3に示す。
[Cycle test]
Next, a cycle test was performed on each lithium ion secondary battery 10. Specifically, constant current / constant voltage charging was performed at 3 mA / cm 2 until the battery voltage reached 4.55 V, and 100 charge / discharge cycles were performed for constant current discharge until the battery voltage reached 2.50 V. Then, the discharge capacity at the first cycle and the discharge capacity at the 100th cycle were measured. The initial discharge capacity of the first cycle was 200 mAh in any lithium ion secondary battery 10. The discharge capacity at the 100th cycle was as shown in Table 3 below. All the tests described above were performed in a temperature environment of 25 ° C. The measurement of the discharge capacity was performed by TOSCAT3000 Toyo System Corporation. Table 3 shows the correspondence between the combination of the carbon-based active material and the S = O compound and the discharge capacity at the 100th cycle.

Figure 0006445758
Figure 0006445758

表3の各パラメータの意味は表2と同様である。ただし、「Ref」は、上述した製造方法においてS=O化合物をFECに置き換えることで作製されたリチウムイオン二次電池を示す。「−」は測定を行わなかったことを示す。表3によれば、炭素系活物質とS=O化合物との組み合わせが適切であれば、ケイ素系活物質と炭素系活物質との混合比によらず、サイクル寿命が向上することがわかる。   The meaning of each parameter in Table 3 is the same as in Table 2. However, “Ref” indicates a lithium ion secondary battery manufactured by replacing the S═O compound with FEC in the above-described manufacturing method. “-” Indicates that measurement was not performed. According to Table 3, it can be seen that if the combination of the carbon-based active material and the S═O compound is appropriate, the cycle life is improved regardless of the mixing ratio of the silicon-based active material and the carbon-based active material.

[実施例3]
[リチウムイオン二次電池の作製]
本発明者は、ケイ素系活物質と炭素系活物質との混合比によらずサイクル寿命が改善することを確認するために、以下に説明する実施例3を行った。実施例3では、以下の点を除き、実施例1と同様の方法によりリチウムイオン二次電池10を作製した。
[Example 3]
[Production of lithium ion secondary battery]
In order to confirm that the cycle life is improved irrespective of the mixing ratio of the silicon-based active material and the carbon-based active material, the inventor performed Example 3 described below. In Example 3, a lithium ion secondary battery 10 was produced in the same manner as in Example 1 except for the following points.

(1)正極活物質として、LiMnCoNiOとLiMnOとの固溶体を使用した。具体的な組成はLi1.20Mn0.55Co0.10Ni0.15である。
(2)負極30を構成する材料の質量比を、ケイ素合金81.8質量%、炭素系活物質10.2質量%、ポリアクリル酸系バインダ6.0質量%とした。したがって、負極30におけるケイ素系活物質と炭素系活物質との質量比は約80/10となる。
(3)溶媒の組成(材料及び体積比)を、FEC:S=O化合物:DMC:H(CFCHO(CF)H=10:5:45:40とした。
(1) A solid solution of LiMnCoNiO 2 and Li 2 MnO 3 was used as the positive electrode active material. A specific composition is Li 1.20 Mn 0.55 Co 0.10 Ni 0.15 O 2 .
(2) The mass ratio of the material constituting the negative electrode 30 was 81.8% by mass of the silicon alloy, 10.2% by mass of the carbon-based active material, and 6.0% by mass of the polyacrylic acid binder. Therefore, the mass ratio of the silicon-based active material and the carbon-based active material in the negative electrode 30 is about 80/10.
(3) The composition (material and volume ratio) of the solvent was FEC: S═O compound: DMC: H (CF 2 ) 2 CH 2 O (CF 2 ) H = 10: 5: 45: 40.

[サイクル試験]
つぎに、各リチウムイオン二次電池10について、実施例2と同様の方法によりサイクル試験を行った。炭素系活物質及びS=O化合物の組み合わせと100サイクル目の放電容量との対応関係を表4に示す。
[Cycle test]
Next, a cycle test was performed on each lithium ion secondary battery 10 by the same method as in Example 2. Table 4 shows the correspondence between the combination of the carbon-based active material and the S = O compound and the discharge capacity at the 100th cycle.

Figure 0006445758
Figure 0006445758

表4の各パラメータの意味は表2と同様である。「Ref」は、上述した製造方法においてS=O化合物をFECに置き換えることで作製されたリチウムイオン二次電池を示す。表4によれば、炭素系活物質とS=O化合物との組み合わせが適切であれば、ケイ素系活物質と炭素系活物質との混合比によらず、サイクル寿命が向上することがわかる。   The meaning of each parameter in Table 4 is the same as in Table 2. “Ref” indicates a lithium ion secondary battery manufactured by replacing the S═O compound with FEC in the above-described manufacturing method. According to Table 4, it can be seen that if the combination of the carbon-based active material and the S═O compound is appropriate, the cycle life is improved regardless of the mixing ratio of the silicon-based active material and the carbon-based active material.

[実施例4]
[リチウムイオン二次電池の作製]
次に、本発明者は、S=O化合物による貯蔵容量の改善効果を確認するために、以下に説明する実施例4を行った。まず、本発明者は、実施例1と同様の方法によりリチウムイオン二次電池10を作製した。
[Example 4]
[Production of lithium ion secondary battery]
Next, in order to confirm the improvement effect of the storage capacity by the S═O compound, the present inventor performed Example 4 described below. First, the present inventor produced a lithium ion secondary battery 10 by the same method as in Example 1.

[貯蔵容量評価試験]
次に、本発明者は、各リチウムイオン二次電池10について、貯蔵容量評価試験を行った。具体的には、電池電圧が4.40Vとなるまで0.3mA/cmで定電流定電圧充電を行い、電池電圧が2.75Vとなるまで定電流放電を行う充放電サイクルを2サイクル行った。そして、2サイクル目の放電容量を測定し、これを初期値とした。初期値は200mAhであった。次に、電池電圧が4.40Vとなるまで0.3mA/cmで定電流定電圧充電を行い、充電後のリチウムイオン二次電池10を槽内60℃の恒温槽に移し、30日間放置した。ついで、リチウムイオン二次電池10を槽内25℃の恒温槽に移し、12時間放置した。ついで、電池電圧が2.75Vとなるまで0.3mA/cmで定電流放電を行うことで、放電容量を測定した。これを残存容量とした。なお、残存容量は、充電後のリチウムイオン二次電池10を長期間保存した場合に、S=O化合物の分解生成物による被膜がどの程度残存しているかを評価するための指標である。その後、電池電圧が4.40Vとなるまで0.3mA/cmで定電流定電圧充電を行い、電池電圧が2.75Vとなるまで定電流放電を行う充放電サイクルを1回行い、この時の放電容量を回復容量とした。
[Storage capacity evaluation test]
Next, the present inventor conducted a storage capacity evaluation test for each lithium ion secondary battery 10. Specifically, constant charge and constant voltage charge is performed at 0.3 mA / cm 2 until the battery voltage reaches 4.40 V, and two charge / discharge cycles are performed to perform constant current discharge until the battery voltage reaches 2.75 V. It was. And the discharge capacity of the 2nd cycle was measured, and this was made into the initial value. The initial value was 200 mAh. Next, constant current and constant voltage charging is performed at 0.3 mA / cm 2 until the battery voltage reaches 4.40 V, and the charged lithium ion secondary battery 10 is transferred to a constant temperature bath at 60 ° C. and left for 30 days. did. Next, the lithium ion secondary battery 10 was moved to a constant temperature bath at 25 ° C. and left for 12 hours. Next, the discharge capacity was measured by performing constant current discharge at 0.3 mA / cm 2 until the battery voltage reached 2.75V. This was defined as the remaining capacity. The remaining capacity is an index for evaluating how much the coating film of the decomposition product of the S═O compound remains when the lithium ion secondary battery 10 after charging is stored for a long period of time. Thereafter, a constant current / constant voltage charge is performed at 0.3 mA / cm 2 until the battery voltage reaches 4.40 V, and a charge / discharge cycle in which constant current discharge is performed until the battery voltage reaches 2.75 V is performed. The discharge capacity was taken as the recovery capacity.

なお、上記の試験はすべて25℃の温度環境下で行われた。放電容量の測定は、TOSCAT3000 東洋システム株式会社により行われた。炭素系活物質及びS=O化合物の組み合わせと残存容量との対応関係を表5に、炭素系活物質及びS=O化合物の組み合わせと回復容量との対応関係を表6にそれぞれ示す。   All the tests described above were performed in a temperature environment of 25 ° C. The measurement of the discharge capacity was performed by TOSCAT3000 Toyo System Corporation. Table 5 shows the correspondence between the combination of the carbon-based active material and S = O compound and the remaining capacity, and Table 6 shows the correspondence between the combination of the carbon-based active material and S = O compound and the recovery capacity.

Figure 0006445758
Figure 0006445758

Figure 0006445758
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表5、6の各パラメータの意味は表2と同様である。「−」は測定を行わなかったことを示す。表5、6によれば、炭素系活物質とS=O化合物との組み合わせが適切であれば、貯蔵容量(すなわち残存容量及び回復容量)が向上することがわかる。   The meaning of each parameter in Tables 5 and 6 is the same as in Table 2. “-” Indicates that measurement was not performed. According to Tables 5 and 6, it can be seen that if the combination of the carbon-based active material and the S═O compound is appropriate, the storage capacity (that is, the remaining capacity and the recovery capacity) is improved.

[実施例5]
[リチウムイオン二次電池の作製]
本発明者は、ケイ素系活物質と炭素系活物質との混合比によらず貯蔵容量が改善することを確認するために、以下に説明する実施例5を行った。実施例5では、実施例3と同様の方法によりリチウムイオン二次電池10を作製した。
[Example 5]
[Production of lithium ion secondary battery]
In order to confirm that the storage capacity is improved irrespective of the mixing ratio of the silicon-based active material and the carbon-based active material, the inventor performed Example 5 described below. In Example 5, a lithium ion secondary battery 10 was produced by the same method as in Example 3.

[貯蔵容量評価試験]
次に、本発明者は、各リチウムイオン二次電池10について、貯蔵容量評価試験を行った。具体的には、電池電圧が4.55Vとなるまで0.3mA/cmで定電流定電圧充電を行い、電池電圧が2.50Vとなるまで定電流放電を行う充放電サイクルを2サイクル行った。そして、2サイクル目の放電容量を測定し、これを初期値とした。初期値は200mAhであった。次に、電池電圧が4.55Vとなるまで0.3mA/cmで定電流定電圧充電を行い、充電後のリチウムイオン二次電池10を槽内60℃の恒温槽に移し、30日間放置した。ついで、リチウムイオン二次電池10を槽内25℃の恒温槽に移し、12時間放置した。ついで、電池電圧が2.50Vとなるまで0.3mA/cmで定電流放電を行うことで、放電容量を測定した。これを残存容量とした。その後、電池電圧が4.55Vとなるまで0.3mA/cmで定電流定電圧充電を行い、電池電圧が2.50Vとなるまで定電流放電を行う充放電サイクルを1回行い、この時の放電容量を回復容量とした。
[Storage capacity evaluation test]
Next, the present inventor conducted a storage capacity evaluation test for each lithium ion secondary battery 10. Specifically, two charge / discharge cycles are performed in which constant current / constant voltage charging is performed at 0.3 mA / cm 2 until the battery voltage reaches 4.55 V, and constant current discharge is performed until the battery voltage reaches 2.50 V. It was. And the discharge capacity of the 2nd cycle was measured, and this was made into the initial value. The initial value was 200 mAh. Next, constant current and constant voltage charging is performed at 0.3 mA / cm 2 until the battery voltage reaches 4.55 V, and the charged lithium ion secondary battery 10 is transferred to a constant temperature bath at 60 ° C. and left for 30 days. did. Next, the lithium ion secondary battery 10 was moved to a constant temperature bath at 25 ° C. and left for 12 hours. Next, the discharge capacity was measured by performing constant current discharge at 0.3 mA / cm 2 until the battery voltage reached 2.50V. This was defined as the remaining capacity. Thereafter, a constant current / constant voltage charge is performed at 0.3 mA / cm 2 until the battery voltage reaches 4.55 V, and a charge / discharge cycle in which constant current discharge is performed until the battery voltage reaches 2.50 V is performed. The discharge capacity was taken as the recovery capacity.

なお、上記の試験はすべて25℃の温度環境下で行われた。放電容量の測定は、TOSCAT3000 東洋システム株式会社により行われた。炭素系活物質及びS=O化合物の組み合わせと残存容量との対応関係を表7に、炭素系活物質及びS=O化合物の組み合わせと回復容量との対応関係を表8にそれぞれ示す。   All the tests described above were performed in a temperature environment of 25 ° C. The measurement of the discharge capacity was performed by TOSCAT3000 Toyo System Corporation. Table 7 shows the correspondence between the combination of the carbon-based active material and S═O compound and the remaining capacity, and Table 8 shows the correspondence between the combination of the carbon-based active material and S═O compound and the recovery capacity.

Figure 0006445758
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Figure 0006445758
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表7、8の各パラメータの意味は表2と同様である。ただし、「Ref」は、上述した製造方法においてS=O化合物をFECに置き換えることで作製されたリチウムイオン二次電池を示す。「−」は測定を行わなかったことを示す。また、「EiPS_10%」は、EiPSの体積%を10体積%としたことを示す。表7、8によれば、炭素系活物質とS=O化合物との組み合わせが適切であれば、ケイ素系活物質と炭素系活物質との混合比によらず、貯蔵容量(すなわち残存容量及び回復容量)が向上することがわかる。   The meaning of each parameter in Tables 7 and 8 is the same as that in Table 2. However, “Ref” indicates a lithium ion secondary battery manufactured by replacing the S═O compound with FEC in the above-described manufacturing method. “-” Indicates that measurement was not performed. “EiPS — 10%” indicates that the volume percentage of EiPS is 10 volume%. According to Tables 7 and 8, if the combination of the carbon-based active material and the S═O compound is appropriate, the storage capacity (ie, the remaining capacity and It can be seen that the recovery capacity is improved.

以上により、本実施形態によるリチウムイオン二次電池10では、電解液43は、炭素系活物質のG/D比に応じて異なる構造を有するS=O化合物を含むので、電池特性が向上する。   As described above, in the lithium ion secondary battery 10 according to the present embodiment, since the electrolytic solution 43 includes the S═O compound having a different structure depending on the G / D ratio of the carbon-based active material, the battery characteristics are improved.

具体的には、リチウムイオン二次電池10では、炭素系活物質のG/D比が2より大きい場合には第1象限に属するS=O化合物が使用され、炭素系活物質のG/D比が2以下の場合には、第2象限に属するS=O化合物が使用される。したがって、電池特性が向上する。   Specifically, in the lithium ion secondary battery 10, when the G / D ratio of the carbon-based active material is larger than 2, an S═O compound belonging to the first quadrant is used, and the G / D of the carbon-based active material is used. When the ratio is 2 or less, an S═O compound belonging to the second quadrant is used. Therefore, battery characteristics are improved.

さらに、多孔質層42に形成された第2の気孔42aの特性が基材41に形成された第1の気孔41aと異なっている。さらに、電解液43は、ハイドロフルオロエーテルを含む。したがって、リチウムイオン二次電池10は、サイクル寿命を大幅に向上させることができる。即ち、多孔質層42により、電極近傍の電解液が強固に保持される。多孔質層42により、セパレータ40aが電気化学的に分解されることが防止される。ハイドロフルオロエーテルにより、電解液43が電気化学的に酸化分解されることが防止される。これらの要因により、サイクル寿命が大幅に向上するものと推定される。   Further, the characteristics of the second pores 42 a formed in the porous layer 42 are different from those of the first pores 41 a formed in the base material 41. Furthermore, the electrolytic solution 43 contains hydrofluoroether. Therefore, the lithium ion secondary battery 10 can greatly improve the cycle life. That is, the porous layer 42 firmly holds the electrolyte solution in the vicinity of the electrode. The porous layer 42 prevents the separator 40a from being decomposed electrochemically. The hydrofluoroether prevents the electrolytic solution 43 from being oxidized and decomposed electrochemically. Due to these factors, it is estimated that the cycle life is greatly improved.

さらに、多孔質層42は、基材41の表裏両面に形成されることもできる。この場合、サイクル寿命が更に向上する。   Furthermore, the porous layer 42 can also be formed on both the front and back surfaces of the substrate 41. In this case, the cycle life is further improved.

さらに、第2の気孔42aの孔径は、第1の気孔41aの孔径よりも大きいので、堆積物によるセパレータ40aの目詰まりを防止することができる。これにより、サイクル寿命が向上する。   Furthermore, since the hole diameter of the second pore 42a is larger than the hole diameter of the first hole 41a, the separator 40a can be prevented from being clogged with deposits. This improves the cycle life.

さらに、多孔質層42の気孔率、即ち第2の気孔42aの気孔率は、第1の気孔41aの気孔率、即ち基材41の気孔率よりも大きいので、この点においても、堆積物によるセパレータ40aの目詰まりを防止することができる。これにより、サイクル寿命が向上する。   Further, the porosity of the porous layer 42, that is, the porosity of the second pore 42a is larger than the porosity of the first pore 41a, that is, the porosity of the base material 41. The clogging of the separator 40a can be prevented. This improves the cycle life.

さらに、ハイドロフルオロエーテルは、2,2,2−トリフルオロエチルメチルエーテル、2,2,2−トリフルオロエチルジフルオロメチルエーテル、2,2,3,3,3−ペンタフルオロプロピルメチルエーテル、2,2,3,3,3−ペンタフルオロプロピルジフルオロメチルエーテル、2,2,3,3,3−ペンタフルオロプロピル−1,1,2,2−テトラフルオロエチルエーテル、1,1,2,2−テトラフルオロエチルメチルエーテル、1,1,2,2−テトラフルオロエチルエチルエーテル、1,1,2,2−テトラフルオロエチルプロピルエーテル、1,1,2,2−テトラフルオロエチルブチルエーテル、1,1,2,2−テトラフルオロエチルイソブチルエーテル、1,1,2,2−テトラフルオロエチルイソペンチルエーテル、1,1,2,2−テトラフルオロエチル−2,2,2−トリフルオロエチルエーテル、1,1,2,2−テトラフルオロエチル−2,2,3,3−テトラフルオロプロピルエーテル、ヘキサフルオロイソプロピルメチルエーテル、1,1,3,3,3−ペンタフルオロ−2−トリフルオロメチルプロピルメチルエーテル、1,1,2,3,3,3−ヘキサフルオロプロピルメチルエーテル、1,1,2,3,3,3−ヘキサフルオロプロピルエチルエーテル、及び2,2,3,4,4,4−ヘキサフルオロブチルジフルオロメチルエーテルからなる群から選択される。実施例に示されるように、ハイドロフルオロエーテルがこれらの物質である場合、サイクル寿命が大幅に向上する。   Further, hydrofluoroethers are 2,2,2-trifluoroethyl methyl ether, 2,2,2-trifluoroethyl difluoromethyl ether, 2,2,3,3,3-pentafluoropropyl methyl ether, 2, 2,3,3,3-pentafluoropropyldifluoromethyl ether, 2,2,3,3,3-pentafluoropropyl-1,1,2,2-tetrafluoroethyl ether, 1,1,2,2- Tetrafluoroethyl methyl ether, 1,1,2,2-tetrafluoroethyl ethyl ether, 1,1,2,2-tetrafluoroethyl propyl ether, 1,1,2,2-tetrafluoroethyl butyl ether, 1,1 , 2,2-Tetrafluoroethyl isobutyl ether, 1,1,2,2-tetrafluoroethyl isopenti Ether, 1,1,2,2-tetrafluoroethyl-2,2,2-trifluoroethyl ether, 1,1,2,2-tetrafluoroethyl-2,2,3,3-tetrafluoropropyl ether, Hexafluoroisopropyl methyl ether, 1,1,3,3,3-pentafluoro-2-trifluoromethylpropyl methyl ether, 1,1,2,3,3,3-hexafluoropropyl methyl ether, 1,1, It is selected from the group consisting of 2,3,3,3-hexafluoropropyl ethyl ether and 2,2,3,4,4,4-hexafluorobutyl difluoromethyl ether. As shown in the examples, when the hydrofluoroether is these materials, the cycle life is greatly improved.

さらに、電解液43は、ハイドロフルオロエーテルを、電解液43の総体積に対して10〜60体積%含むので、この点においてもサイクル寿命が大幅に向上する。   Furthermore, since the electrolytic solution 43 contains 10 to 60% by volume of hydrofluoroether with respect to the total volume of the electrolytic solution 43, the cycle life is also greatly improved in this respect.

さらに、電解液は、鎖状炭酸エステル及びフルオロ炭酸エチレンのうち、少なくとも一方を含むので、電池特性がさらに向上する。   Furthermore, since the electrolytic solution contains at least one of a chain carbonate ester and a fluoroethylene carbonate, the battery characteristics are further improved.

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。   The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited to such examples. It is obvious that a person having ordinary knowledge in the technical field to which the present invention pertains can come up with various changes or modifications within the scope of the technical idea described in the claims. Of course, it is understood that these also belong to the technical scope of the present invention.

10 リチウムイオン二次電池
20 正極
30 負極
40 セパレータ
41 基材
41a 第1の気孔
42 多孔質層
42a 第2の気孔
43 電解液
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Lithium ion secondary battery 20 Positive electrode 30 Negative electrode 40 Separator 41 Base material 41a 1st pore 42 Porous layer 42a 2nd pore 43 Electrolyte

Claims (5)

ケイ素系活物質と、炭素系活物質とを含む負極活物質と、
前記炭素系活物質のG/D比に応じて異なる構造を有するS=O化合物を添加剤として含む電解液と、を備え、
前記炭素系活物質のG/D比が2より大きい場合、前記電解液は、以下の化学式1〜3のいずれか1つで示される第1のS=O化合物、または前記第1のS=O化合物の混合物を含み、
前記炭素系活物質のG/D比が2以下の場合、前記電解液は、以下の化学式4または5で示される第2のS=O化合物、または前記第2のS=O化合物の混合物を含み、
前記炭素系活物質は、黒鉛活物質である、リチウムイオン二次電池。
Figure 0006445758
・・・(化学式1)
Figure 0006445758
・・・(化学式2)
Figure 0006445758
・・・(化学式3)
ここで、R、R’は、互いに独立して炭素数1または2の炭化水素基であり、R、R’を構成する水素原子の少なくとも一部が置換されていてもよく、
、R’は、互いに独立して炭素数1または2の炭化水素基であり、かつ、互いに連結されていてもよく、R、R’を構成する水素原子の少なくとも一部が置換されていてもよく、
、R’は、互いに独立して炭素数1または2の炭化水素基であり、R、R’を構成する水素原子の少なくとも一部が置換されていてもよい。
Figure 0006445758
・・・(化学式4)
Figure 0006445758
・・・(化学式5)
ここで、R、R’のうち、いずれか一方は炭素数3以上の炭化水素基であり、他方は炭素数1または2の炭化水素基であり、R、R’を構成する水素原子の少なくとも一部が置換されていてもよく、
は、炭素数1以上の炭化水素基であり、Rを構成する水素原子の少なくとも一部が置換されていてもよい。
A negative electrode active material comprising a silicon-based active material and a carbon-based active material;
An electrolyte solution containing, as an additive, an S═O compound having a different structure depending on the G / D ratio of the carbon-based active material,
When the G / D ratio of the carbon-based active material is greater than 2, the electrolyte solution includes a first S═O compound represented by any one of the following chemical formulas 1 to 3, or the first S═ A mixture of O compounds,
When the G / D ratio of the carbon-based active material is 2 or less, the electrolytic solution is a second S═O compound represented by the following chemical formula 4 or 5, or a mixture of the second S═O compounds. seen including,
The lithium ion secondary battery , wherein the carbon-based active material is a graphite active material .
Figure 0006445758
... (Chemical formula 1)
Figure 0006445758
... (Chemical formula 2)
Figure 0006445758
... (Chemical formula 3)
Here, R 1 and R 1 ′ are each independently a hydrocarbon group having 1 or 2 carbon atoms, and at least a part of the hydrogen atoms constituting R 1 and R 1 ′ may be substituted,
R 3 and R 3 ′ are each independently a hydrocarbon group having 1 or 2 carbon atoms and may be linked to each other, and at least a part of the hydrogen atoms constituting R 3 and R 3 ′ are May be replaced,
R 4 and R 4 ′ are each independently a hydrocarbon group having 1 or 2 carbon atoms, and at least a part of the hydrogen atoms constituting R 4 and R 4 ′ may be substituted.
Figure 0006445758
... (Chemical formula 4)
Figure 0006445758
... (Chemical formula 5)
Here, one of R 5 and R 5 ′ is a hydrocarbon group having 3 or more carbon atoms, and the other is a hydrocarbon group having 1 or 2 carbon atoms, and constitutes R 5 and R 5 ′. At least some of the hydrogen atoms may be substituted,
R 2 is a hydrocarbon group having 1 or more carbon atoms, and at least a part of the hydrogen atoms constituting R 2 may be substituted.
前記電解液は、ハイドロフルオロエーテルを含む、請求項1に記載のリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the electrolytic solution contains hydrofluoroether. 前記電解液は、鎖状炭酸エステル及びフルオロ炭酸エチレンのうち、少なくとも一方を含む、請求項1または2に記載のリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary battery according to claim 1 or 2, wherein the electrolytic solution contains at least one of a chain carbonate ester and a fluoroethylene carbonate. ケイ素系活物質と、炭素系活物質とを混合することで、負極活物質を作製するステップと、
前記炭素系活物質のG/D比に基づいて、S=O化合物を選択するステップと、
選択されたS=O化合物を添加剤として含む電解液を作製するステップと、を含み、
前記S=O化合物を選択するステップでは、
前記炭素系活物質のG/D比が2より大きい場合、以下の化学式1〜3のいずれか1つで示される第1のS=O化合物、または前記第1のS=O化合物の混合物を選択し、
前記炭素系活物質のG/D比が2以下の場合、以下の化学式4または5で示される第2のS=O化合物、または前記第2のS=O化合物の混合物を選択する、リチウムイオン二次電池の製造方法。

Figure 0006445758
・・・(化学式1)
Figure 0006445758
・・・(化学式2)
Figure 0006445758
・・・(化学式3)
ここで、R、R’は、互いに独立して炭素数1または2の炭化水素基であり、R、R’を構成する水素原子の少なくとも一部が置換されていてもよく、
、R’は、互いに独立して炭素数1または2の炭化水素基であり、かつ、互いに連結されていてもよく、R、R’を構成する水素原子の少なくとも一部が置換されていてもよく、
、R’は、互いに独立して炭素数1または2の炭化水素基であり、R、R’を構成する水素原子の少なくとも一部が置換されていてもよい。
Figure 0006445758
・・・(化学式4)
Figure 0006445758
・・・(化学式5)
ここで、R、R’のうち、いずれか一方は炭素数3以上の炭化水素基であり、他方は炭素数1または2の炭化水素基であり、R、R’を構成する水素原子の少なくとも一部が置換されていてもよく、
は、炭素数1以上の炭化水素基であり、Rを構成する水素原子の少なくとも一部が置換されていてもよい。
A step of producing a negative electrode active material by mixing a silicon-based active material and a carbon-based active material;
Selecting an S═O compound based on the G / D ratio of the carbon-based active material;
Producing an electrolyte containing a selected S═O compound as an additive,
In the step of selecting the S═O compound,
When the G / D ratio of the carbon-based active material is larger than 2, the first S═O compound represented by any one of the following chemical formulas 1 to 3 or the mixture of the first S═O compounds Selected,
When the G / D ratio of the carbon-based active material is 2 or less, a lithium ion that selects a second S═O compound represented by the following chemical formula 4 or 5 or a mixture of the second S═O compounds A method for manufacturing a secondary battery.

Figure 0006445758
... (Chemical formula 1)
Figure 0006445758
... (Chemical formula 2)
Figure 0006445758
... (Chemical formula 3)
Here, R 1 and R 1 ′ are each independently a hydrocarbon group having 1 or 2 carbon atoms, and at least a part of the hydrogen atoms constituting R 1 and R 1 ′ may be substituted,
R 3 and R 3 ′ are each independently a hydrocarbon group having 1 or 2 carbon atoms and may be linked to each other, and at least a part of the hydrogen atoms constituting R 3 and R 3 ′ are May be replaced,
R 4 and R 4 ′ are each independently a hydrocarbon group having 1 or 2 carbon atoms, and at least a part of the hydrogen atoms constituting R 4 and R 4 ′ may be substituted.
Figure 0006445758
... (Chemical formula 4)
Figure 0006445758
... (Chemical formula 5)
Here, one of R 5 and R 5 ′ is a hydrocarbon group having 3 or more carbon atoms, and the other is a hydrocarbon group having 1 or 2 carbon atoms, and constitutes R 5 and R 5 ′. At least some of the hydrogen atoms may be substituted,
R 2 is a hydrocarbon group having 1 or more carbon atoms, and at least a part of the hydrogen atoms constituting R 2 may be substituted.
前記炭素系活物質は、黒鉛活物質である、請求項記載のリチウムイオン二次電池の製造方法。

The method for producing a lithium ion secondary battery according to claim 4 , wherein the carbon-based active material is a graphite active material.

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