JP6561649B2 - Non-aqueous electrolyte and non-aqueous electrolyte battery using the same - Google Patents
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Description
本発明は、非水系電解液及びそれを用いた非水系電解液電池に関するものである。 The present invention relates to a non-aqueous electrolyte and a non-aqueous electrolyte battery using the same.
携帯電話機、ノート型パーソナルコンピュータ等の携帯用電子機器の急速な進歩に伴い、その主電源やバックアップ電源に用いられる二次電池に対する高性能化への要求が高くなっており、ニッケル・カドミウム電池やニッケル・水素電池に比べてエネルギー密度の高いリチウムイオン二次電池等の非水系電解液電池が注目されている。
非水系電解液リチウム二次電池に用いる電解液は、通常、主として電解質と非水系溶媒とから構成されている。非水系溶媒の主成分としては、エチレンカーボネートやプロピレンカーボネート等の環状カーボネート;ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート等の鎖状カーボネート;γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン等の環状カルボン酸エステルなどが用いられている。
With the rapid progress of portable electronic devices such as mobile phones and notebook personal computers, there is a growing demand for higher performance of secondary batteries used for main power supplies and backup power supplies. Non-aqueous electrolyte batteries such as lithium ion secondary batteries, which have a higher energy density than nickel-hydrogen batteries, are drawing attention.
Nonaqueous Electrolytic Solution The electrolytic solution used for the lithium secondary battery is usually composed mainly of an electrolyte and a nonaqueous solvent. The main components of the non-aqueous solvent include cyclic carbonates such as ethylene carbonate and propylene carbonate; chain carbonates such as dimethyl carbonate, diethyl carbonate and ethyl methyl carbonate; cyclic carboxylic acid esters such as γ-butyrolactone and γ-valerolactone. It is used.
また、これらの非水系電解液を用いた電池の負荷特性、サイクル特性、保存特性、低温特性等の電池特性を改良するために、種々の非水系溶媒や電解質、助剤等も提案されている。例えば、d002 面の間隔が0.337nm未満の黒鉛を主成分とする負極を用い
て、電解質にアクリレートモノマーを添加することにより、室温におけるサイクル特性が向上することが特許文献1に開示されている。また、特許文献2にはアクリル系モノマーまたはアクリル系オリゴマーを使用することにより、放電負荷特性と電池の膨れが改善することが開示されている。
In addition, various non-aqueous solvents, electrolytes, auxiliaries, and the like have been proposed in order to improve battery characteristics such as load characteristics, cycle characteristics, storage characteristics, and low-temperature characteristics of batteries using these non-aqueous electrolytes. . For example, Patent Document 1 discloses that cycle characteristics at room temperature are improved by adding an acrylate monomer to an electrolyte using a negative electrode mainly composed of graphite having a d 002 plane spacing of less than 0.337 nm. Yes. Patent Document 2 discloses that discharge load characteristics and battery swelling are improved by using an acrylic monomer or an acrylic oligomer.
また、3以上のアクリル基を有するポリアクリレート化合物を使用することにより、サイクル特性と放電負荷特性を向上させることが特許文献3に開示されている。 Further, Patent Document 3 discloses that cycle characteristics and discharge load characteristics are improved by using a polyacrylate compound having three or more acrylic groups.
上記のように近年の二次電池の高性能化への要求が高まる中ではリチウム二次電池の特性の向上、すなわち、高容量化、電池の膨れ等の向上が求められている。このような背景の下、特許文献1乃至3に記載されている電解液を用いた非水系電解液二次電池では、初期の不可逆容量が増大するという点で、未だ満足しうるものではなかった。
そこで、本発明は、近年の二次電池に要求性能に対して発現する上記の種々の問題を解消すること、特に、電池の初期の不可逆容量が改善された非水系電解液電池を提供すること、および、この非水系電解液電池に好適な非水系電解液を提供することを課題とする。
As described above, in recent years, the demand for higher performance of secondary batteries is increasing, so that improvement of characteristics of lithium secondary batteries, that is, higher capacity, improvement of battery swelling, and the like are required. Under such circumstances, the non-aqueous electrolyte secondary battery using the electrolyte described in Patent Documents 1 to 3 has not yet been satisfactory in that the initial irreversible capacity increases. .
Accordingly, the present invention provides a non-aqueous electrolyte battery that solves the above-mentioned various problems that occur with respect to required performance in secondary batteries in recent years, and in particular, has improved the initial irreversible capacity of the battery. An object of the present invention is to provide a non-aqueous electrolyte suitable for the non-aqueous electrolyte battery.
発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、非水系電解液電池に使用する非水系電解液中に、下記一般式(1)で表される化合物を含有し、更にフッ素置換オキソ酸塩、芳香族含有炭酸エステル、及び一般式(2)で表される化合物からなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物を含有することにより、初期の不可逆容量が改善された非水系電解液電池が実現できることを見出し、本発明を完成させるに至った。 As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the inventors contain a compound represented by the following general formula (1) in the non-aqueous electrolyte used in the non-aqueous electrolyte battery, Non-aqueous system in which initial irreversible capacity is improved by containing at least one compound selected from the group consisting of a fluorine-substituted oxo acid salt, an aromatic-containing carbonate, and a compound represented by formula (2) The inventors have found that an electrolyte battery can be realized and have completed the present invention.
即ち、本発明の要旨は以下の通りである。
(a)金属イオンを吸蔵及び放出可能な正極と、金属イオンを吸蔵及び放出可能な負極と、電解質とこれを溶解する非水系溶媒を含有してなる非水系電解液とを備えた非水系電解液二次電池に用いられる非水系電解液であって、該非水系電解液が、下記一般式(1)で表される化合物を含有し、更にフッ素置換オキソ酸塩、芳香族含有炭酸エステル、及び一般式(2)で表される化合物からなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物を含有することを特徴とする非水系電解液。
That is, the gist of the present invention is as follows.
(A) Nonaqueous electrolysis comprising a positive electrode capable of occluding and releasing metal ions, a negative electrode capable of occluding and releasing metal ions, and a nonaqueous electrolytic solution containing an electrolyte and a nonaqueous solvent for dissolving the electrolyte. A non-aqueous electrolyte used in a liquid secondary battery, wherein the non-aqueous electrolyte contains a compound represented by the following general formula (1), and further includes a fluorine-substituted oxoacid salt, an aromatic-containing carbonate, and A non-aqueous electrolyte containing at least one compound selected from the group consisting of compounds represented by formula (2).
(R1〜R3はそれぞれ独立に、同一であっても異なっていてもよい水素、または、炭素
数1〜6の炭化水素基を表す。nは4〜8の整数を表す。Aは炭素数1〜12のヘテロ元素を有しても良い有機基を表す。)
(R 1 to R 3 each independently represent hydrogen that may be the same or different, or a hydrocarbon group having 1 to 6 carbon atoms. N represents an integer of 4 to 8. A represents carbon. (It represents an organic group that may have a heteroelement of 1 to 12)
(R6は炭素数1〜12のヘテロ元素を有していても良い有機基を表し、同一であっても異なっていても良い。mは1〜6の整数を表し、n1とn2はそれぞれ0または1を表し、n1が0のとき、n2は1であり、n1が1のとき、n2は0である。R6同士が結合して、環を形成していてもよい。)
(b) 前記フッ素置換オキソ酸塩がジフルオロ燐酸塩、フルオロ硫酸塩からなる群より選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする(a)に記載の非水系電解液。
(c) 前記非水系電解液が、更に炭素−炭素不飽和結合を有する環状カーボネート及びフッ素原子を有する環状カーボネートからなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物を含有することを特徴とする(a)または(b)の何れかに記載の非水系電解液。
(R 6 represents an organic group that may have a heteroelement having 1 to 12 carbon atoms, and may be the same or different. M represents an integer of 1 to 6, and n1 and n2 each represent Represents 0 or 1, and when n1 is 0, n2 is 1, and when n1 is 1, n2 is 0. R 6 may be bonded to form a ring.
(B) The non-aqueous electrolyte solution according to (a), wherein the fluorine-substituted oxoacid salt is at least one selected from the group consisting of difluorophosphate and fluorosulfate.
(C) The non-aqueous electrolyte further contains at least one compound selected from the group consisting of a cyclic carbonate having a carbon-carbon unsaturated bond and a cyclic carbonate having a fluorine atom (a) Or the non-aqueous electrolyte solution in any one of (b).
(d) リチウムイオンを吸蔵・放出可能な負極及び正極、並びに非水系電解液を含む非水系電解液電池であって、該非水系電解液が(a)乃至(c)の何れかに記載の非水系電解液であることを特徴とする非水系電解液二次電池。 (D) A non-aqueous electrolyte battery including a negative electrode and a positive electrode capable of occluding and releasing lithium ions, and a non-aqueous electrolyte, wherein the non-aqueous electrolyte is a non-aqueous electrolyte according to any one of (a) to (c) A non-aqueous electrolyte secondary battery, which is an aqueous electrolyte solution.
本発明は、一般式(1)で表される化合物を非水系電解液電池に使用することを特徴の一つとしている。一般式(1)で表される化合物は、炭素-炭素二重結合を有しているた
め、溶媒の還元分解が起こる電位よりも非な電位で先に還元され、負極に負極SEIを形成する。その時にフッ素置換オキソ酸塩、芳香族含有炭酸エステル、及び一般式(2)で表される化合物からなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物が存在すると、それらと一般式(1)で表される化合物の還元分解物が反応し、複合的な負極SEIが形成される。このとき、炭素-炭素二重結合が4つ以上分子内に存在することで、高度に複合化され
、より強固な負極SEIとなる。その結果、負極における副反応が抑制され、初期の不可
逆容量が抑えられる。
The present invention is characterized in that the compound represented by the general formula (1) is used in a non-aqueous electrolyte battery. Since the compound represented by the general formula (1) has a carbon-carbon double bond, it is first reduced at a potential that is not higher than the potential at which reductive decomposition of the solvent occurs to form a negative electrode SEI on the negative electrode. . At that time, if there is at least one compound selected from the group consisting of a fluorine-substituted oxoacid salt, an aromatic-containing carbonate, and a compound represented by the general formula (2), it is represented by them and the general formula (1). Reductive decomposition products of the compounds react to form a composite negative electrode SEI. At this time, the presence of four or more carbon-carbon double bonds in the molecule results in highly complex and a stronger negative electrode SEI. As a result, side reactions at the negative electrode are suppressed, and the initial irreversible capacity is suppressed.
すなわち、本発明を用いることで、非水系電解液電池、特に高電圧化や高容量化されたリチウム二次電池おいて、初期の不可逆容量を改善することができる。 That is, by using the present invention, the initial irreversible capacity can be improved in a non-aqueous electrolyte battery, particularly a lithium secondary battery with a high voltage or high capacity.
以下、本発明の実施の形態について説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、任意に変形して実施することができる。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described, but the present invention is not limited to the following embodiments, and can be arbitrarily modified and implemented without departing from the gist of the present invention.
1.非水系電解液
本発明は、リチウム塩とこれを溶解する非水系溶媒を含有してなる非水系電解液であって、下記一般式(1)で表される化合物を含有し、更にフッ素置換オキソ酸塩、芳香族含有炭酸エステル、及び一般式(2)からなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物を含有することを特徴とする非水系電解液、に関するものである。
1. TECHNICAL FIELD The present invention relates to a non-aqueous electrolyte solution comprising a lithium salt and a non-aqueous solvent for dissolving the lithium salt, comprising a compound represented by the following general formula (1), and further containing a fluorine-substituted oxo The present invention relates to a nonaqueous electrolytic solution containing at least one compound selected from the group consisting of acid salts, aromatic carbonates, and general formula (2).
1−1.電解質
電解質としては、非水系電解液の用途に用いることが知られているものであれば特に制限がなく、任意のものを用いることができ、リチウム塩やナトリウム塩等を用いることができる。ここで、リチウム塩としては、具体的には以下のものが挙げられる。
例えば、LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiAlF4、LiSbF6、LiTaF6、LiWF7等の無機リチウム塩;LiN(FCO)2、LiN(FCO)(FSO2)、LiN(FSO2)2、LiN(FSO2)(CF3SO2)、LiN(CF3SO2)2、LiN(C2F5SO2)2、リチウム環状1,2−パーフルオロエタンジスルホニルイミド、リチウム環状1,3−パーフルオロプロパンジスルホニルイミド、LiN(CF3SO2)(C4F9SO2)等のリチウムイミド塩類;LiC(FSO2)3、LiC(CF3SO2)3、LiC(C2F5SO2)3等のリチウムメチド塩類;リチウムジフルオロオキサラトボレート、リチウムビス(オキサラト)ボレート等のリチウムオキサラトボレート塩類;リチウムテトラフルオロオキサラトホスフェート、リチウムジフルオロビス(オキサラト)ホスフェート、リチウムトリス(オキサラト)ホスフェート等のリチウムオキサラトホスフェート塩類;その他、LiPF4(CF3)2、LiPF4(C2F5)2、LiPF4(CF3SO2)2、LiPF4(C2F5SO2)2、LiBF3CF3、LiBF3C2F5、LiBF3C3F7、LiBF2(CF3)2、LiBF2(C2F5)2、LiBF2(CF3SO2)2、LiBF2(C2F5SO2)2等の含フッ素有機リチウム塩類;等が挙げられる。
1-1. Electrolyte The electrolyte is not particularly limited as long as it is known to be used for non-aqueous electrolytes, and any lithium salt, sodium salt, or the like can be used. Here, specific examples of the lithium salt include the following.
For example, inorganic lithium salts such as LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAlF 4 , LiSbF 6 , LiTaF 6 , LiWF 7 ; LiN (FCO) 2 , LiN (FCO) (FSO 2 ) 2 , LiN (FSO 2 ) 2 , LiN (FSO 2 ) (CF 3 SO 2 ), LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , lithium cyclic 1,2-perfluoroethanedisulfonylimide, lithium cyclic 1,3 - perfluoropropane disulfonylimide, LiN (CF 3 SO 2) (C 4 F 9 SO 2) lithium imide salts such as; LiC (FSO 2) 3, LiC (CF 3 SO 2) 3, LiC (C 2 F 5 SO 2) 3, etc. Richiumumechido salts; lithium difluoro oxalatoborate, lithium bis (Okisara ) Lithium oxalatoborate salts borate; lithium tetrafluoro-oxa Lato phosphate, lithium difluoro (oxalato) phosphate, lithium-oxa Lato phosphate salts such as lithium tris (oxalato) phosphate; other, LiPF 4 (CF 3) 2 , LiPF 4 (C 2 F 5 ) 2 , LiPF 4 (CF 3 SO 2 ) 2 , LiPF 4 (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , LiBF 3 CF 3 , LiBF 3 C 2 F 5 , LiBF 3 C 3 F 7 , Fluorine-containing organic lithium salts such as LiBF 2 (CF 3 ) 2 , LiBF 2 (C 2 F 5 ) 2 , LiBF 2 (CF 3 SO 2 ) 2 , LiBF 2 (C 2 F 5 SO 2 ) 2 ; It is done.
中でも、LiPF6、LiBF4、LiSbF6、LiTaF6、LiN(FSO2)2、LiN(FSO2)(CF3SO2)、LiN(CF3SO2)2、LiN(C2F5SO2)2、リチウム環状1,2−パーフルオロエタンジスルホニルイミド、リチウム環状1,3−パーフルオロプロパンジスルホニルイミド、LiC(FSO2)3、LiC(CF3SO2)3、LiC(C2F5SO2)3、リチウムビスオキサラトボレート、リチウムジフルオロオキサラトボレート、リチウムテトラフルオロオキサラトホスフェート、リチウムジフルオロビスオキサラトホスフェート、LiBF3CF3、等が出力特性やハイレート充放電特性、高温保存特性、サイクル特性等を向上させる効果がある点から特に好ましい。 Among them, LiPF 6 , LiBF 4 , LiSbF 6 , LiTaF 6 , LiN (FSO 2 ) 2 , LiN (FSO 2 ) (CF 3 SO 2 ), LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , lithium cyclic 1,2-perfluoroethanedisulfonylimide, lithium cyclic 1,3-perfluoropropane disulfonylimide, LiC (FSO 2 ) 3 , LiC (CF 3 SO 2 ) 3 , LiC (C 2 F 5 SO 2 ) 3 , lithium bisoxalatoborate, lithium difluorooxalatoborate, lithium tetrafluorooxalatophosphate, lithium difluorobisoxalatophosphate, LiBF 3 CF 3 , etc., output characteristics, high rate charge / discharge characteristics, high temperature storage characteristics Has the effect of improving cycle characteristics, etc. Particularly preferred from the point.
これらのリチウム塩は単独で用いても、2種以上を併用してもよい。2種以上を併用する場合の好ましい一例は、LiPF6とLiBF4等の併用であり、負荷特性やサイクル特性を向上させる効果がある。この場合、非水系電解液全体100質量%に対するLiBF4の濃度は配合量に制限は無く、本発明の効果を著しく損なわない限り任意であるが、
本発明の非水系電解液に対して、通常、0.01質量%以上、好ましくは0.1質量%以上であり、一方その上限は通常30質量%以下、好ましくは20質量%以下である。
These lithium salts may be used alone or in combination of two or more. A preferable example in the case of using two or more kinds in combination is a combination of LiPF 6 and LiBF 4 and the like, which has an effect of improving load characteristics and cycle characteristics. In this case, the concentration of LiBF 4 with respect to 100% by mass of the entire non-aqueous electrolyte solution is not limited in the blending amount, and is arbitrary as long as the effect of the present invention is not significantly impaired.
With respect to the non-aqueous electrolyte solution of the present invention, it is usually 0.01% by mass or more, preferably 0.1% by mass or more, while its upper limit is usually 30% by mass or less, preferably 20% by mass or less.
非水系電解液中のこれらのリチウム塩の濃度は、本発明の効果を損なわない限り、その含有量は特に制限されないが、電解液の電気伝導率を良好な範囲とし、良好な電池性能を確保する点から、非水系電解液中のリチウムの総モル濃度は、好ましくは0.3mol/L以上、より好ましくは0.4mol/L以上、さらに好ましくは0.5mol/L以上であり、また、好ましくは3mol/L以下、より好ましくは2.5mol/L以下、さらに好ましくは2.0mol/L以下である。この範囲であれば、荷電粒子であるリチウムが少なすぎず、また粘度を適切な範囲とすることができるため、良好な電気伝導度を確保しやすくなる。 The concentration of these lithium salts in the non-aqueous electrolyte solution is not particularly limited as long as the effects of the present invention are not impaired, but the electric conductivity of the electrolyte solution is in a good range, and good battery performance is ensured. Therefore, the total molar concentration of lithium in the non-aqueous electrolyte is preferably 0.3 mol / L or more, more preferably 0.4 mol / L or more, and further preferably 0.5 mol / L or more. Preferably it is 3 mol / L or less, More preferably, it is 2.5 mol / L or less, More preferably, it is 2.0 mol / L or less. If it is this range, since there is too little lithium which is a charged particle and a viscosity can be made into an appropriate range, it will become easy to ensure favorable electrical conductivity.
1−2.非水系溶媒
非水系溶媒としては、環状カーボネート、鎖状カーボネート、環状及び鎖状カルボン酸エステル、エーテル系化合物、スルホン系化合物等を使用することが可能である。
1-2. Non-aqueous solvent As the non-aqueous solvent, it is possible to use cyclic carbonates, chain carbonates, cyclic and chain carboxylic acid esters, ether compounds, sulfone compounds, and the like.
<環状カーボネート>
環状カーボネートとしては、炭素数2〜4のアルキレン基を有するものが挙げられる。
炭素数2〜4の環状カーボネートの具体的な例としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート等の炭素数2〜4のアルキレン基を有するアルキレンカーボネート類が挙げられる。中でも、エチレンカーボネートとプロピレンカーボネートがリチウムイオン解離度の向上に由来する電池特性向上の点から特に好ましい。
環状カーボネートは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併有してもよい。
<Cyclic carbonate>
Examples of the cyclic carbonate include those having an alkylene group having 2 to 4 carbon atoms.
Specific examples of the cyclic carbonate having 2 to 4 carbon atoms include alkylene carbonates having an alkylene group having 2 to 4 carbon atoms such as ethylene carbonate, propylene carbonate, and butylene carbonate. Among these, ethylene carbonate and propylene carbonate are particularly preferable from the viewpoint of improving battery characteristics resulting from an improvement in the degree of lithium ion dissociation.
A cyclic carbonate may be used individually by 1 type, and may have 2 or more types by arbitrary combinations and ratios.
環状カーボネートの配合量は、特に制限されず、本発明の効果を著しく損なわない限り任意であるが、1種を単独で用いる場合の配合量の下限は、非水系溶媒100体積%中、通常5体積%以上、好ましくは10体積%以上である。この範囲とすることで、非水系電解液の誘電率の低下に由来する電気伝導率の低下を回避し、非水系電解液電池の大電流放電特性、負極に対する安定性、サイクル特性を良好な範囲としやすくなる。また上限は、通常60体積%以下、より好ましくは50体積%以下、さらに好ましくは40体積%以下である。この範囲とすることで、非水系電解液の粘度を適切な範囲とし、イオン伝導度の低下を抑制し、ひいては非水系電解液電池の負荷特性を良好な範囲としやすくなる。 The blending amount of the cyclic carbonate is not particularly limited and is arbitrary as long as the effects of the present invention are not significantly impaired. The lower limit of the blending amount when one kind is used alone is usually 5% in 100% by volume of the non-aqueous solvent. Volume% or more, preferably 10 volume% or more. By setting this range, the decrease in electrical conductivity due to the decrease in the dielectric constant of the non-aqueous electrolyte is avoided, and the high current discharge characteristics, stability against the negative electrode, and cycle characteristics of the non-aqueous electrolyte battery are in a good range. And it will be easier. Moreover, an upper limit is 60 volume% or less normally, More preferably, it is 50 volume% or less, More preferably, it is 40 volume% or less. By setting it as this range, the viscosity of the non-aqueous electrolyte solution is set to an appropriate range, the decrease in ionic conductivity is suppressed, and the load characteristics of the non-aqueous electrolyte battery are easily set in a favorable range.
また、環状カーボネートの2種以上を任意の組み合わせで用いる場合の好ましい組合せの一つは、エチレンカーボネートとプロピレンカーボネートの組み合わせである。この場合のエチレンカーボネートとプロピレンカーボネートの体積比は、99:1〜40:60が好ましく、特に好ましくは95:5〜50:50である。更に、非水系溶媒全体に占めるプロピレンカーボネートの量を、0.1体積%以上、好ましくは1体積%以上、より好ましくは2体積%以上、また上限は、通常20体積%以下、好ましくは8体積%以下、より好ましくは5体積%以下である。この範囲でプロピレンカーボネートを含有すると、更に低温特性が優れるので好ましい。 Moreover, one of the preferable combinations when using 2 or more types of cyclic carbonates by arbitrary combinations is the combination of ethylene carbonate and propylene carbonate. In this case, the volume ratio of ethylene carbonate to propylene carbonate is preferably 99: 1 to 40:60, and particularly preferably 95: 5 to 50:50. Furthermore, the amount of propylene carbonate in the whole non-aqueous solvent is 0.1% by volume or more, preferably 1% by volume or more, more preferably 2% by volume or more, and the upper limit is usually 20% by volume or less, preferably 8% by volume. % Or less, more preferably 5% by volume or less. When propylene carbonate is contained within this range, the low temperature characteristics are further excellent, which is preferable.
また、フッ素原子を有する環状カーボネート(以下、「フッ素化環状カーボネート」と略記する場合がある)も用いることが出来、フッ素原子を有する環状カーボネート化合物を含有することで電池特性がさらに向上する。
フッ素原子を有する環状カーボネート化合物は、負極の表面に安定な保護被膜を形成し、負極と電解液成分との副反応を抑制し、高温保存特性ならびにサイクル特性を向上することができる。
また、一般的にフッ素原子を有する環状カーボネート化合物を含有させた場合、高温保
存時にガス発生量が増大する傾向があるが、一般式(1)で表される化合物を併用することにより、高温保存時における容量劣化とガス発生量を抑制できるので好ましい。
Further, a cyclic carbonate having a fluorine atom (hereinafter sometimes abbreviated as “fluorinated cyclic carbonate”) can also be used, and the battery characteristics are further improved by containing a cyclic carbonate compound having a fluorine atom.
The cyclic carbonate compound having a fluorine atom can form a stable protective film on the surface of the negative electrode, suppress side reactions between the negative electrode and the electrolyte component, and improve high-temperature storage characteristics and cycle characteristics.
In general, when a cyclic carbonate compound having a fluorine atom is contained, the gas generation amount tends to increase during high-temperature storage. It is preferable because capacity deterioration and gas generation amount at the time can be suppressed.
<フッ素原子を有する環状カーボネート>
フッ素原子を有する環状カーボネート(以下、「フッ素化環状カーボネート」と略記する場合がある)としては、フッ素原子を有する環状カーボネートであれば、特に制限はない。
フッ素化環状カーボネートとしては、炭素原子数2〜6のアルキレン基を有する環状カーボネートの誘導体が挙げられ、例えばエチレンカーボネート誘導体である。エチレンカーボネート誘導体としては、例えば、エチレンカーボネート又はアルキル基(例えば、炭素原子数1〜4個のアルキル基)で置換されたエチレンカーボネートのフッ素化物が挙げられ、中でもフッ素原子が1〜8個のものが好ましい。
<Cyclic carbonate having a fluorine atom>
The cyclic carbonate having a fluorine atom (hereinafter sometimes abbreviated as “fluorinated cyclic carbonate”) is not particularly limited as long as it is a cyclic carbonate having a fluorine atom.
Examples of the fluorinated cyclic carbonate include derivatives of cyclic carbonates having an alkylene group having 2 to 6 carbon atoms, such as ethylene carbonate derivatives. Examples of the ethylene carbonate derivative include fluorinated products of ethylene carbonate or ethylene carbonate substituted with an alkyl group (for example, an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms), and particularly those having 1 to 8 fluorine atoms. Is preferred.
具体的には、モノフルオロエチレンカーボネート、4,4−ジフルオロエチレンカーボネート、4,5−ジフルオロエチレンカーボネート、4−フルオロ−4−メチルエチレンカーボネート、4,5−ジフルオロ−4−メチルエチレンカーボネート、4−フルオロ−5−メチルエチレンカーボネート、4,4−ジフルオロ−5−メチルエチレンカーボネート、4−(フルオロメチル)−エチレンカーボネート、4−(ジフルオロメチル)−エチレンカーボネート、4−(トリフルオロメチル)−エチレンカーボネート、4−(フルオロメチル)−4−フルオロエチレンカーボネート、4−(フルオロメチル)−5−フルオロエチレンカーボネート、4−フルオロ−4,5−ジメチルエチレンカーボネート、4,5−ジフルオロ−4,5−ジメチルエチレンカーボネート、4,4−ジフルオロ−5,5−ジメチルエチレンカーボネート等が挙げられる。 Specifically, monofluoroethylene carbonate, 4,4-difluoroethylene carbonate, 4,5-difluoroethylene carbonate, 4-fluoro-4-methylethylene carbonate, 4,5-difluoro-4-methylethylene carbonate, 4- Fluoro-5-methylethylene carbonate, 4,4-difluoro-5-methylethylene carbonate, 4- (fluoromethyl) -ethylene carbonate, 4- (difluoromethyl) -ethylene carbonate, 4- (trifluoromethyl) -ethylene carbonate 4- (fluoromethyl) -4-fluoroethylene carbonate, 4- (fluoromethyl) -5-fluoroethylene carbonate, 4-fluoro-4,5-dimethylethylene carbonate, 4,5-difluoro-4,5-dimethyl Le ethylene carbonate, 4,4-difluoro-5,5-dimethylethylene carbonate.
中でも、モノフルオロエチレンカーボネート、4,4−ジフルオロエチレンカーボネート、4,5-ジフルオロエチレンカーボネートよりなる群から選ばれる少なくとも1種が
、高イオン伝導性を与え、かつ好適に界面保護被膜を形成する点でより好ましい。
Among them, at least one selected from the group consisting of monofluoroethylene carbonate, 4,4-difluoroethylene carbonate, and 4,5-difluoroethylene carbonate gives high ionic conductivity and suitably forms an interface protective film. And more preferable.
フッ素化環状カーボネートは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併有してもよい。フッ素化環状カーボネートの配合量は、特に制限されず、本発明の効果を著しく損なわない限り任意であるが、非水系溶媒100体積%中、好ましくは5体積%以上、より好ましくは10体積%以上、さらに好ましくは15体積%以上であり、また、好ましくは40体積%以下、より好ましくは30体積%以下、さらに好ましくは25体積%以下である。この範囲内であれば、非水系電解液二次電池が十分なサイクル特性向上効果を発現しやすく、高温保存特性の低下や、ガス発生量の増加により、放電容量維持率が低下することを回避しやすい。 A fluorinated cyclic carbonate may be used individually by 1 type, and may have 2 or more types together by arbitrary combinations and ratios. The blending amount of the fluorinated cyclic carbonate is not particularly limited and is arbitrary as long as the effects of the present invention are not significantly impaired. However, in 100% by volume of the non-aqueous solvent, preferably 5% by volume or more, more preferably 10% by volume or more. Further, it is preferably 15% by volume or more, preferably 40% by volume or less, more preferably 30% by volume or less, and still more preferably 25% by volume or less. Within this range, the non-aqueous electrolyte secondary battery is likely to exhibit a sufficient cycle characteristics improvement effect, avoiding a decrease in discharge capacity maintenance rate due to a decrease in high-temperature storage characteristics and an increase in gas generation amount. It's easy to do.
尚、フッ素原子を有する環状カーボネートは、溶媒のみならず助剤としても有効な機能を発現する。フッ素原子を有する環状カーボネートを助剤として用いる場合の配合量は、非水系電解液100質量%中、好ましくは、0.01質量%以上、より好ましくは0.1質量%以上、さらに好ましくは1質量%以上であり、また、好ましくは5質量%以下、より好ましくは4質量%以下、さらに好ましくは3質量%以下である。この範囲であれば、非水系電解液二次電池が十分なサイクル特性向上効果を発現しやすく、また、高温保存特性が低下し、ガス発生量が多くなり、放電容量維持率が低下するといった事態を回避しやすい。 In addition, the cyclic carbonate which has a fluorine atom expresses an effective function not only as a solvent but also as an auxiliary agent. In the case of using a cyclic carbonate having a fluorine atom as an auxiliary agent, the blending amount is preferably 0.01% by mass or more, more preferably 0.1% by mass or more, and further preferably 1% in 100% by mass of the nonaqueous electrolytic solution. It is at least 5% by mass, preferably at most 5% by mass, more preferably at most 4% by mass, even more preferably at most 3% by mass. Within this range, the non-aqueous electrolyte secondary battery is likely to exhibit a sufficient cycle characteristics improvement effect, and the high-temperature storage characteristics are reduced, the amount of gas generated is increased, and the discharge capacity maintenance rate is reduced. Easy to avoid.
<鎖状カーボネート>
鎖状カーボネートとしては、炭素数3〜7のものが好ましい。
具体的には、炭素数3〜7の鎖状カーボネートとしては、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、ジ−n−プロピルカーボネート、ジイソプロピルカーボネート、n−
プロピルイソプロピルカーボネート、エチルメチルカーボネート、メチル−n−プロピルカーボネート、n−ブチルメチルカーボネート、イソブチルメチルカーボネート、t−ブチルメチルカーボネート、エチル−n−プロピルカーボネート、n−ブチルエチルカーボネート、イソブチルエチルカーボネート、t−ブチルエチルカーボネート等が挙げられる。
<Chain carbonate>
As a chain carbonate, a C3-C7 thing is preferable.
Specifically, as the chain carbonate having 3 to 7 carbon atoms, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, di-n-propyl carbonate, diisopropyl carbonate, n-
Propyl isopropyl carbonate, ethyl methyl carbonate, methyl-n-propyl carbonate, n-butyl methyl carbonate, isobutyl methyl carbonate, t-butyl methyl carbonate, ethyl-n-propyl carbonate, n-butyl ethyl carbonate, isobutyl ethyl carbonate, t- Examples include butyl ethyl carbonate.
中でも、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、ジ−n−プロピルカーボネート、ジイソプロピルカーボネート、n−プロピルイソプロピルカーボネート、エチルメチルカーボネート、メチル−n−プロピルカーボネートが好ましく、特に好ましくはジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネートである。
また、フッ素原子を有する鎖状カーボネート類(以下、「フッ素化鎖状カーボネート」と略記する場合がある)も好適に用いることができる。フッ素化鎖状カーボネートが有するフッ素原子の数は、1以上であれば特に制限されないが、通常6以下であり、好ましくは4以下である。フッ素化鎖状カーボネートが複数のフッ素原子を有する場合、それらは互いに同一の炭素に結合していてもよく、異なる炭素に結合していてもよい。フッ素化鎖状カーボネートとしては、フッ素化ジメチルカーボネート誘導体、フッ素化エチルメチルカーボネート誘導体、フッ素化ジエチルカーボネート誘導体等が挙げられる。
Among them, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, di-n-propyl carbonate, diisopropyl carbonate, n-propyl isopropyl carbonate, ethyl methyl carbonate, and methyl n-propyl carbonate are preferable, and dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and ethyl methyl carbonate are particularly preferable. is there.
Further, chain carbonates having a fluorine atom (hereinafter sometimes abbreviated as “fluorinated chain carbonate”) can also be suitably used. The number of fluorine atoms contained in the fluorinated chain carbonate is not particularly limited as long as it is 1 or more, but is usually 6 or less, preferably 4 or less. When the fluorinated chain carbonate has a plurality of fluorine atoms, they may be bonded to the same carbon or may be bonded to different carbons. Examples of the fluorinated chain carbonate include a fluorinated dimethyl carbonate derivative, a fluorinated ethyl methyl carbonate derivative, and a fluorinated diethyl carbonate derivative.
フッ素化ジメチルカーボネート誘導体としては、フルオロメチルメチルカーボネート、ジフルオロメチルメチルカーボネート、トリフルオロメチルメチルカーボネート、ビス(フルオロメチル)カーボネート、ビス(ジフルオロ)メチルカーボネート、ビス(トリフルオロメチル)カーボネート等が挙げられる。
フッ素化エチルメチルカーボネート誘導体としては、2−フルオロエチルメチルカーボネート、エチルフルオロメチルカーボネート、2,2−ジフルオロエチルメチルカーボネート、2−フルオロエチルフルオロメチルカーボネート、エチルジフルオロメチルカーボネート、2,2,2−トリフルオロエチルメチルカーボネート、2,2−ジフルオロエチルフルオロメチルカーボネート、2−フルオロエチルジフルオロメチルカーボネート、エチルトリフルオロメチルカーボネート等が挙げられる。
Examples of the fluorinated dimethyl carbonate derivative include fluoromethyl methyl carbonate, difluoromethyl methyl carbonate, trifluoromethyl methyl carbonate, bis (fluoromethyl) carbonate, bis (difluoro) methyl carbonate, bis (trifluoromethyl) carbonate, and the like.
Fluorinated ethyl methyl carbonate derivatives include 2-fluoroethyl methyl carbonate, ethyl fluoromethyl carbonate, 2,2-difluoroethyl methyl carbonate, 2-fluoroethyl fluoromethyl carbonate, ethyl difluoromethyl carbonate, 2,2,2-trimethyl Examples include fluoroethyl methyl carbonate, 2,2-difluoroethyl fluoromethyl carbonate, 2-fluoroethyl difluoromethyl carbonate, and ethyl trifluoromethyl carbonate.
フッ素化ジエチルカーボネート誘導体としては、エチル−(2−フルオロエチル)カーボネート、エチル−(2,2−ジフルオロエチル)カーボネート、ビス(2−フルオロエチル)カーボネート、エチル−(2,2,2−トリフルオロエチル)カーボネート、2,2−ジフルオロエチル−2’−フルオロエチルカーボネート、ビス(2,2−ジフルオロエチル)カーボネート、2,2,2−トリフルオロエチル−2’−フルオロエチルカーボネート、2,2,2−トリフルオロエチル−2’,2’−ジフルオロエチルカーボネート、ビス(2,2,2−トリフルオロエチル)カーボネート等が挙げられる。 Fluorinated diethyl carbonate derivatives include ethyl- (2-fluoroethyl) carbonate, ethyl- (2,2-difluoroethyl) carbonate, bis (2-fluoroethyl) carbonate, ethyl- (2,2,2-trifluoro). Ethyl) carbonate, 2,2-difluoroethyl-2′-fluoroethyl carbonate, bis (2,2-difluoroethyl) carbonate, 2,2,2-trifluoroethyl-2′-fluoroethyl carbonate, 2,2, Examples include 2-trifluoroethyl-2 ′, 2′-difluoroethyl carbonate, bis (2,2,2-trifluoroethyl) carbonate, and the like.
鎖状カーボネートは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
鎖状カーボネートの配合量は、非水系溶媒100体積%中、通常40体積%以上、好ましくは50体積%以上、より好ましくは60体積%以上である。このように下限を設定することにより、非水系電解液の粘度を適切な範囲とし、イオン伝導度の低下を抑制し、ひいては非水系電解液電池の大電流放電特性を良好な範囲としやすくなる。また、鎖状カーボネートは、非水系溶媒100体積%中、通常90体積%以下、好ましくは85体積%以下であることが好ましい。このように上限を設定することにより、非水系電解液の誘電率の低下に由来する電気伝導率の低下を回避し、非水系電解液電池の大電流放電特性を良好な範囲としやすくなる。
A chain carbonate may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio.
The blending amount of the chain carbonate is usually 40% by volume or more, preferably 50% by volume or more, more preferably 60% by volume or more in 100% by volume of the non-aqueous solvent. By setting the lower limit in this way, the viscosity of the non-aqueous electrolyte solution is set in an appropriate range, the decrease in ionic conductivity is suppressed, and the large current discharge characteristics of the non-aqueous electrolyte battery are easily set in a favorable range. Further, the chain carbonate is usually 90% by volume or less, preferably 85% by volume or less, in 100% by volume of the non-aqueous solvent. By setting the upper limit in this way, it is easy to avoid a decrease in electrical conductivity resulting from a decrease in dielectric constant of the nonaqueous electrolyte solution, and to make the large current discharge characteristics of the nonaqueous electrolyte solution battery in a favorable range.
<環状カルボン酸エステル>
環状カルボン酸エステルとしては、その構造式中の全炭素原子数が3〜12のものが挙
げられる。
具体的には、ガンマブチロラクトン、ガンマバレロラクトン、ガンマカプロラクトン、イプシロンカプロラクトン等が挙げられる。中でも、ガンマブチロラクトンがリチウムイオン解離度の向上に由来する電池特性向上の点から特に好ましい。
<Cyclic carboxylic acid ester>
Examples of the cyclic carboxylic acid ester include those having 3 to 12 total carbon atoms in the structural formula.
Specific examples include gamma butyrolactone, gamma valerolactone, gamma caprolactone, epsilon caprolactone, and the like. Among these, gamma butyrolactone is particularly preferable from the viewpoint of improving battery characteristics resulting from an improvement in the degree of lithium ion dissociation.
環状カルボン酸エステルの配合量は、通常、非水系溶媒100体積%中、好ましくは5体積%以上、より好ましくは10体積%以上である。この範囲であれば、非水系電解液の電気伝導率を改善し、非水系電解液電池の大電流放電特性を向上させやすくなる。また、環状カルボン酸エステルの配合量は、好ましくは50体積%以下、より好ましくは40体積%以下である。このように上限を設定することにより、非水系電解液の粘度を適切な範囲とし、電気伝導率の低下を回避し、負極抵抗の増大を抑制し、非水系電解液二次電池の大電流放電特性を良好な範囲としやすくなる。 The compounding amount of the cyclic carboxylic acid ester is usually 5% by volume or more, more preferably 10% by volume or more, in 100% by volume of the non-aqueous solvent. If it is this range, it will become easy to improve the electrical conductivity of a non-aqueous electrolyte solution, and to improve the large current discharge characteristic of a non-aqueous electrolyte battery. Moreover, the compounding quantity of cyclic carboxylic acid ester becomes like this. Preferably it is 50 volume% or less, More preferably, it is 40 volume% or less. By setting the upper limit in this way, the viscosity of the non-aqueous electrolyte solution is set to an appropriate range, a decrease in electrical conductivity is avoided, an increase in negative electrode resistance is suppressed, and a large current discharge of the non-aqueous electrolyte secondary battery is performed. It becomes easy to make a characteristic into a favorable range.
<鎖状カルボン酸エステル>
鎖状カルボン酸エステルとしては、その構造式中の全炭素数が3〜7のものが挙げられる。
具体的には、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸−n−プロピル、酢酸イソプロピル、酢酸−n−ブチル、酢酸イソブチル、酢酸−t−ブチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸−n−プロピル、プロピオン酸イソプロピル、プロピオン酸−n−ブチル、プロピオン酸イソブチル、プロピオン酸−t−ブチル、酪酸メチル、酪酸エチル、酪酸−n−プロピル、酪酸イソプロピル、イソ酪酸メチル、イソ酪酸エチル、イソ酪酸−n−プロピル、イソ酪酸イソプロピル等が挙げられる。
<Chain carboxylic acid ester>
Examples of the chain carboxylic acid ester include those having 3 to 7 carbon atoms in the structural formula.
Specifically, methyl acetate, ethyl acetate, acetic acid-n-propyl, isopropyl acetate, acetic acid-n-butyl, isobutyl acetate, acetic acid-t-butyl, methyl propionate, ethyl propionate, propionate-n-propyl, Isopropyl propionate, n-butyl propionate, isobutyl propionate, t-butyl propionate, methyl butyrate, ethyl butyrate, n-propyl butyrate, isopropyl butyrate, methyl isobutyrate, ethyl isobutyrate, isobutyric acid-n- Examples include propyl and isopropyl isobutyrate.
中でも、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸−n−プロピル、酢酸−n−ブチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸−n−プロピル、プロピオン酸イソプロピル、酪酸メチル、酪酸エチル等が、粘度低下によるイオン伝導度の向上の点から好ましい。
鎖状カルボン酸エステルの配合量は、通常、非水系溶媒100体積%中、好ましくは10体積%以上、より好ましくは15体積%以上である。このように下限を設定することで、非水系電解液の電気伝導率を改善し、非水系電解液電池の大電流放電特性を向上させやすくなる。また、鎖状カルボン酸エステルの配合量は、非水系溶媒100体積%中、好ましくは60体積%以下、より好ましくは50体積%以下である。このように上限を設定することで、負極抵抗の増大を抑制し、非水系電解液電池の大電流放電特性、サイクル特性を良好な範囲としやすくなる。
Among them, methyl acetate, ethyl acetate, acetate-n-propyl, acetate-n-butyl, methyl propionate, ethyl propionate, propionate-n-propyl, isopropyl propionate, methyl butyrate, ethyl butyrate, etc. It is preferable from the viewpoint of improvement of ionic conductivity.
The compounding amount of the chain carboxylic acid ester is usually 10% by volume or more, more preferably 15% by volume or more in 100% by volume of the non-aqueous solvent. By setting the lower limit in this way, the electrical conductivity of the non-aqueous electrolyte solution is improved, and the large current discharge characteristics of the non-aqueous electrolyte battery are easily improved. The amount of the chain carboxylic acid ester is preferably 60% by volume or less, more preferably 50% by volume or less in 100% by volume of the non-aqueous solvent. By setting the upper limit in this way, an increase in negative electrode resistance is suppressed, and the large current discharge characteristics and cycle characteristics of the non-aqueous electrolyte battery are easily set in a favorable range.
<エーテル系化合物>
エーテル系化合物としては、一部の水素がフッ素にて置換されていてもよい炭素数3〜10の鎖状エーテル、及び炭素数3〜6の環状エーテルが好ましい。
炭素数3〜10の鎖状エーテルとしては、ジエチルエーテル、ジ(2−フルオロエチル)エーテル、ジ(2,2−ジフルオロエチル)エーテル、ジ(2,2,2−トリフルオロエチル)エーテル、エチル(2−フルオロエチル)エーテル、エチル(2,2,2−トリフルオロエチル)エーテル、エチル(1,1,2,2−テトラフルオロエチル)エーテル、(2−フルオロエチル)(2,2,2−トリフルオロエチル)エーテル、(2−フルオロエチル)(1,1,2,2−テトラフルオロエチル)エーテル、(2,2,2−トリフルオロエチル)(1,1,2,2−テトラフルオロエチル)エーテル、エチル−n−プロピルエーテル、エチル(3−フルオロ−n−プロピル)エーテル、エチル(3,3,3−トリフルオロ−n−プロピル)エーテル、エチル(2,2,3,3−テトラフルオロ−n−プロピル)エーテル、エチル(2,2,3,3,3−ペンタフルオロ−n−プロピル)エーテル、2−フルオロエチル−n−プロピルエーテル、(2−フルオロエチル)(3−フルオロ−n−プロピル)エーテル、(2−フルオロエチル)(3,3,3−トリフルオ
ロ−n−プロピル)エーテル、(2−フルオロエチル)(2,2,3,3−テトラフルオロ−n−プロピル)エーテル、(2−フルオロエチル)(2,2,3,3,3−ペンタフルオロ−n−プロピル)エーテル、2,2,2−トリフルオロエチル−n−プロピルエーテル、(2,2,2−トリフルオロエチル)(3−フルオロ−n−プロピル)エーテル、(2,2,2−トリフルオロエチル)(3,3,3−トリフルオロ−n−プロピル)エーテル、(2,2,2−トリフルオロエチル)(2,2,3,3−テトラフルオロ−n−プロピル)エーテル、(2,2,2−トリフルオロエチル)(2,2,3,3,3−ペンタフルオロ−n−プロピル)エーテル、1,1,2,2−テトラフルオロエチル−n−プロピルエーテル、(1,1,2,2−テトラフルオロエチル)(3−フルオロ−n−プロピル)エーテル、(1,1,2,2−テトラフルオロエチル)(3,3,3−トリフルオロ−n−プロピル)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−n−プロピル)エーテル、(1,1,2,2−テトラフルオロエチル)(2,2,3,3,3−ペンタフルオロ−n−プロピル)エーテル、ジ−n−プロピルエーテル、(n−プロピル)(3−フルオロ−n−プロピル)エーテル、(n−プロピル)(3,3,3−トリフルオロ−n−プロピル)エーテル、(n−プロピル)(2,2,3,3−テトラフルオロ−n−プロピル)エーテル、(n−プロピル)(2,2,3,3,3−ペンタフルオロ−n−プロピル)エーテル、ジ(3−フルオロ−n−プロピル)エーテル、(3−フルオロ−n−プロピル)(3,3,3−トリフルオロ−n−プロピル)エーテル、(3−フルオロ−n−プロピル)(2,2,3,3−テトラフルオロ−n−プロピル)エーテル、(3−フルオロ−n−プロピル)(2,2,3,3,3−ペンタフルオロ−n−プロピル)エーテル、ジ(3,3,3−トリフルオロ−n−プロピル)エーテル、(3,3,3−トリフルオロ−n−プロピル)(2,2,3,3−テトラフルオロ−n−プロピル)エーテル、(3,3,3−トリフルオロ−n−プロピル)(2,2,3,3,3−ペンタフルオロ−n−プロピル)エーテル、ジ(2,2,3,3−テトラフルオロ−n−プロピル)エーテル、(2,2,3,3−テトラフルオロ−n−プロピル)(2,2,3,3,3−ペンタフルオロ−n−プロピル)エーテル、ジ(2,2,3,3,3−ペンタフルオロ−n−プロピル)エーテル、ジ−n−ブチルエーテル、ジメトキシメタン、メトキシエトキシメタン、メトキシ(2−フルオロエトキシ)メタン、メトキシ(2,2,2−トリフルオロエトキシ)メタンメトキシ(1,1,2,2−テトラフルオロエトキシ)メタン、ジエトキシメタン、エトキシ(2−フルオロエトキシ)メタン、エトキシ(2,2,2−トリフルオロエトキシ)メタン、エトキシ(1,1,2,2−テトラフルオロエトキシ)メタン、ジ(2−フルオロエトキシ)メタン、(2−フルオロエトキシ)(2,2,2−トリフルオロエトキシ)メタン、(2−フルオロエトキシ)(1,1,2,2−テトラフルオロエトキシ)メタンジ(2,2,2−トリフルオロエトキシ)メタン、(2,2,2−トリフルオロエトキシ)(1,1,2,2−テトラフルオロエトキシ)メタン、ジ(1,1,2,2−テトラフルオロエトキシ)メタン、ジメトキシエタン、メトキシエトキシエタン、メトキシ(2−フルオロエトキシ)エタン、メトキシ(2,2,2−トリフルオロエトキシ)エタン、メトキシ(1,1,2,2−テトラフルオロエトキシ)エタン、ジエトキシエタン、エトキシ(2−フルオロエトキシ)エタン、エトキシ(2,2,2−トリフルオロエトキシ)エタン、エトキシ(1,1,2,2−テトラフルオロエトキシ)エタン、ジ(2−フルオロエトキシ)エタン、(2−フルオロエトキシ)(2,2,2−トリフルオロエトキシ)エタン、(2−フルオロエトキシ)(1,1,2,2−テトラフルオロエトキシ)エタン、ジ(2,2,2−トリフルオロエトキシ)エタン、(2,2,2−トリフルオロエトキシ)(1,1,2,2−テトラフルオロエトキシ)エタン、ジ(1,1,2,2−テトラフルオロエトキシ)エタン、エチレングリコールジ−n−プロピルエーテル、エチレングリコールジ−n−ブチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル等が挙げられる。
<Ether compound>
As the ether compound, a chain ether having 3 to 10 carbon atoms in which part of hydrogen may be substituted with fluorine, and a cyclic ether having 3 to 6 carbon atoms are preferable.
Examples of the chain ether having 3 to 10 carbon atoms include diethyl ether, di (2-fluoroethyl) ether, di (2,2-difluoroethyl) ether, di (2,2,2-trifluoroethyl) ether, ethyl (2-fluoroethyl) ether, ethyl (2,2,2-trifluoroethyl) ether, ethyl (1,1,2,2-tetrafluoroethyl) ether, (2-fluoroethyl) (2,2,2 -Trifluoroethyl) ether, (2-fluoroethyl) (1,1,2,2-tetrafluoroethyl) ether, (2,2,2-trifluoroethyl) (1,1,2,2-tetrafluoro) Ethyl) ether, ethyl-n-propyl ether, ethyl (3-fluoro-n-propyl) ether, ethyl (3,3,3-trifluoro-n-propyl) Ether, ethyl (2,2,3,3-tetrafluoro-n-propyl) ether, ethyl (2,2,3,3,3-pentafluoro-n-propyl) ether, 2-fluoroethyl-n-propyl Ether, (2-fluoroethyl) (3-fluoro-n-propyl) ether, (2-fluoroethyl) (3,3,3-trifluoro-n-propyl) ether, (2-fluoroethyl) (2, 2,3,3-tetrafluoro-n-propyl) ether, (2-fluoroethyl) (2,2,3,3,3-pentafluoro-n-propyl) ether, 2,2,2-trifluoroethyl -N-propyl ether, (2,2,2-trifluoroethyl) (3-fluoro-n-propyl) ether, (2,2,2-trifluoroethyl) (3,3,3-trifluoro Olo-n-propyl) ether, (2,2,2-trifluoroethyl) (2,2,3,3-tetrafluoro-n-propyl) ether, (2,2,2-trifluoroethyl) (2 , 2,3,3,3-pentafluoro-n-propyl) ether, 1,1,2,2-tetrafluoroethyl-n-propyl ether, (1,1,2,2-tetrafluoroethyl) (3 -Fluoro-n-propyl) ether, (1,1,2,2-tetrafluoroethyl) (3,3,3-trifluoro-n-propyl) ether, (1,1,2,2-tetrafluoroethyl) ) (2,2,3,3-tetrafluoro-n-propyl) ether, (1,1,2,2-tetrafluoroethyl) (2,2,3,3,3-pentafluoro-n-propyl) Ether, di-n-propyl Ether, (n-propyl) (3-fluoro-n-propyl) ether, (n-propyl) (3,3,3-trifluoro-n-propyl) ether, (n-propyl) (2,2,3 , 3-tetrafluoro-n-propyl) ether, (n-propyl) (2,2,3,3,3-pentafluoro-n-propyl) ether, di (3-fluoro-n-propyl) ether, ( 3-Fluoro-n-propyl) (3,3,3-trifluoro-n-propyl) ether, (3-fluoro-n-propyl) (2,2,3,3-tetrafluoro-n-propyl) ether , (3-fluoro-n-propyl) (2,2,3,3,3-pentafluoro-n-propyl) ether, di (3,3,3-trifluoro-n-propyl) ether, (3 3,3-triflu (Ro-n-propyl) (2,2,3,3-tetrafluoro-n-propyl) ether, (3,3,3-trifluoro-n-propyl) (2,2,3,3,3-penta Fluoro-n-propyl) ether, di (2,2,3,3-tetrafluoro-n-propyl) ether, (2,2,3,3-tetrafluoro-n-propyl) (2,2,3 3,3-pentafluoro-n-propyl) ether, di (2,2,3,3,3-pentafluoro-n-propyl) ether, di-n-butyl ether, dimethoxymethane, methoxyethoxymethane, methoxy (2 -Fluoroethoxy) methane, methoxy (2,2,2-trifluoroethoxy) methanemethoxy (1,1,2,2-tetrafluoroethoxy) methane, diethoxymethane, ethoxy (2-fur Roethoxy) methane, ethoxy (2,2,2-trifluoroethoxy) methane, ethoxy (1,1,2,2-tetrafluoroethoxy) methane, di (2-fluoroethoxy) methane, (2-fluoroethoxy) ( 2,2,2-trifluoroethoxy) methane, (2-fluoroethoxy) (1,1,2,2-tetrafluoroethoxy) methanedi (2,2,2-trifluoroethoxy) methane, (2,2, 2-trifluoroethoxy) (1,1,2,2-tetrafluoroethoxy) methane, di (1,1,2,2-tetrafluoroethoxy) methane, dimethoxyethane, methoxyethoxyethane, methoxy (2-fluoroethoxy) ) Ethane, methoxy (2,2,2-trifluoroethoxy) ethane, methoxy (1,1,2,2-tetrafluoroeth) Xyl) ethane, diethoxyethane, ethoxy (2-fluoroethoxy) ethane, ethoxy (2,2,2-trifluoroethoxy) ethane, ethoxy (1,1,2,2-tetrafluoroethoxy) ethane, di (2 -Fluoroethoxy) ethane, (2-fluoroethoxy) (2,2,2-trifluoroethoxy) ethane, (2-fluoroethoxy) (1,1,2,2-tetrafluoroethoxy) ethane, di (2, 2,2-trifluoroethoxy) ethane, (2,2,2-trifluoroethoxy) (1,1,2,2-tetrafluoroethoxy) ethane, di (1,1,2,2-tetrafluoroethoxy) Ethane, ethylene glycol di-n-propyl ether, ethylene glycol di-n-butyl ether, diethylene glycol dimethyl ether, etc. And the like.
炭素数3〜6の環状エーテルとしては、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、3−メチルテトラヒドロフラン、1,3−ジオキサン、2−メチル−1,3−ジ
オキサン、4−メチル−1,3−ジオキサン、1,4−ジオキサン等、及びこれらのフッ素化化合物が挙げられる。
中でも、ジメトキシメタン、ジエトキシメタン、エトキシメトキシメタン、エチレングリコールジ−n−プロピルエーテル、エチレングリコールジ−n−ブチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテルが、リチウムイオンへの溶媒和能力が高く、イオン解離性を向上させる点で好ましく、特に好ましくは、粘性が低く、高いイオン伝導度を与えることから、ジメトキシメタン、ジエトキシメタン、エトキシメトキシメタンである。
Examples of the cyclic ether having 3 to 6 carbon atoms include tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 3-methyltetrahydrofuran, 1,3-dioxane, 2-methyl-1,3-dioxane, 4-methyl-1,3-dioxane, 1 , 4-dioxane and the like, and fluorinated compounds thereof.
Among them, dimethoxymethane, diethoxymethane, ethoxymethoxymethane, ethylene glycol di-n-propyl ether, ethylene glycol di-n-butyl ether, and diethylene glycol dimethyl ether have high solvating ability to lithium ions and improve ion dissociation. Of these, dimethoxymethane, diethoxymethane, and ethoxymethoxymethane are preferable because they have low viscosity and give high ionic conductivity.
エーテル系化合物の配合量は、通常、非水系溶媒100体積%中、好ましくは5体積%以上、より好ましくは10体積%以上、さらに好ましくは15体積%以上、また、好ましくは70体積%以下、より好ましくは60体積%以下、さらに好ましくは50体積%以下である。この範囲であれば、鎖状エーテルのリチウムイオン解離度の向上と粘度低下に由来するイオン伝導度の向上効果を確保しやすく、負極活物質が炭素質材料の場合、鎖状エーテルがリチウムイオンと共に共挿入されて容量が低下するといった事態を回避しやすい。 The compounding amount of the ether compound is usually 5% by volume or more, preferably 10% by volume or more, more preferably 15% by volume or more, and preferably 70% by volume or less, in 100% by volume of the non-aqueous solvent. More preferably, it is 60 volume% or less, More preferably, it is 50 volume% or less. If it is this range, it is easy to ensure the improvement effect of the lithium ion dissociation degree of chain ether, and the improvement of the ionic conductivity derived from a viscosity fall, and when a negative electrode active material is a carbonaceous material, a chain ether with lithium ion It is easy to avoid a situation where the capacity is reduced due to co-insertion.
<スルホン系化合物>
スルホン系化合物としては、炭素数3〜6の環状スルホン、及び炭素数2〜6の鎖状スルホンが好ましい。1分子中のスルホニル基の数は、1又は2であることが好ましい。
炭素数3〜6の環状スルホンとしては、モノスルホン化合物であるトリメチレンスルホン類、テトラメチレンスルホン類、ヘキサメチレンスルホン類;ジスルホン化合物であるトリメチレンジスルホン類、テトラメチレンジスルホン類、ヘキサメチレンジスルホン類等が挙げられる。中でも誘電率と粘性の観点から、テトラメチレンスルホン類、テトラメチレンジスルホン類、ヘキサメチレンスルホン類、ヘキサメチレンジスルホン類がより好ましく、テトラメチレンスルホン類(スルホラン類)が特に好ましい。
<Sulfone compound>
As the sulfone compound, a cyclic sulfone having 3 to 6 carbon atoms and a chain sulfone having 2 to 6 carbon atoms are preferable. The number of sulfonyl groups in one molecule is preferably 1 or 2.
Examples of the cyclic sulfone having 3 to 6 carbon atoms include trimethylene sulfones, tetramethylene sulfones, hexamethylene sulfones as monosulfone compounds; trimethylene disulfones, tetramethylene disulfones, hexamethylene disulfones as disulfone compounds, and the like. Is mentioned. Among these, from the viewpoint of dielectric constant and viscosity, tetramethylene sulfones, tetramethylene disulfones, hexamethylene sulfones, and hexamethylene disulfones are more preferable, and tetramethylene sulfones (sulfolanes) are particularly preferable.
スルホラン類としては、スルホラン及び/又はスルホラン誘導体(以下、スルホランも含めて「スルホラン類」と略記する場合がある)が好ましい。スルホラン誘導体としては、スルホラン環を構成する炭素原子上に結合した水素原子の1以上がフッ素原子やアルキル基で置換されたものが好ましい。
中でも、2−メチルスルホラン、3−メチルスルホラン、2−フルオロスルホラン、3−フルオロスルホラン、2,2−ジフルオロスルホラン、2,3−ジフルオロスルホラン、2,4−ジフルオロスルホラン、2,5−ジフルオロスルホラン、3,4−ジフルオロスルホラン、2−フルオロ−3−メチルスルホラン、2−フルオロ−2−メチルスルホラン、3−フルオロ−3−メチルスルホラン、3−フルオロ−2−メチルスルホラン、4−フルオロ−3−メチルスルホラン、4−フルオロ−2−メチルスルホラン、5−フルオロ−3−メチルスルホラン、5−フルオロ−2−メチルスルホラン、2−フルオロメチルスルホラン、3−フルオロメチルスルホラン、2−ジフルオロメチルスルホラン、3−ジフルオロメチルスルホラン、2−トリフルオロメチルスルホラン、3−トリフルオロメチルスルホラン、2−フルオロ−3−(トリフルオロメチル)スルホラン、3−フルオロ−3−(トリフルオロメチル)スルホラン、4−フルオロ−3−(トリフルオロメチル)スルホラン、5−フルオロ−3−(トリフルオロメチル)スルホラン等はイオン伝導度が高く入出力が高い点で好ましい。
The sulfolane is preferably sulfolane and / or a sulfolane derivative (hereinafter sometimes abbreviated as “sulfolane” including sulfolane). As the sulfolane derivative, one in which one or more hydrogen atoms bonded to the carbon atom constituting the sulfolane ring are substituted with a fluorine atom or an alkyl group is preferable.
Among them, 2-methylsulfolane, 3-methylsulfolane, 2-fluorosulfolane, 3-fluorosulfolane, 2,2-difluorosulfolane, 2,3-difluorosulfolane, 2,4-difluorosulfolane, 2,5-difluorosulfolane, 3,4-difluorosulfolane, 2-fluoro-3-methylsulfolane, 2-fluoro-2-methylsulfolane, 3-fluoro-3-methylsulfolane, 3-fluoro-2-methylsulfolane, 4-fluoro-3-methyl Sulfolane, 4-fluoro-2-methylsulfolane, 5-fluoro-3-methylsulfolane, 5-fluoro-2-methylsulfolane, 2-fluoromethylsulfolane, 3-fluoromethylsulfolane, 2-difluoromethylsulfolane, 3-difluoro Methyl sulfolane, 2- Trifluoromethylsulfolane, 3-trifluoromethylsulfolane, 2-fluoro-3- (trifluoromethyl) sulfolane, 3-fluoro-3- (trifluoromethyl) sulfolane, 4-fluoro-3- (trifluoromethyl) sulfolane , 5-fluoro-3- (trifluoromethyl) sulfolane and the like are preferable because of high ion conductivity and high input / output.
また、炭素数2〜6の鎖状スルホンとしては、ジメチルスルホン、エチルメチルスルホン、ジエチルスルホン、n−プロピルメチルスルホン、n−プロピルエチルスルホン、ジ−n−プロピルスルホン、イソプロピルメチルスルホン、イソプロピルエチルスルホン、ジイソプロピルスルホン、n−ブチルメチルスルホン、n−ブチルエチルスルホン、t−ブチルメチルスルホン、t−ブチルエチルスルホン、モノフルオロメチルメチルスルホン、ジフルオロメチルメチルスルホン、トリフルオロメチルメチルスルホン、モノフルオロ
エチルメチルスルホン、ジフルオロエチルメチルスルホン、トリフルオロエチルメチルスルホン、ペンタフルオロエチルメチルスルホン、エチルモノフルオロメチルスルホン、エチルジフルオロメチルスルホン、エチルトリフルオロメチルスルホン、パーフルオロエチルメチルスルホン、エチルトリフルオロエチルスルホン、エチルペンタフルオロエチルスルホン、ジ(トリフルオロエチル)スルホン、パーフルオロジエチルスルホン、フルオロメチル−n−プロピルスルホン、ジフルオロメチル−n−プロピルスルホン、トリフルオロメチル−n−プロピルスルホン、フルオロメチルイソプロピルスルホン、ジフルオロメチルイソプロピルスルホン、トリフルオロメチルイソプロピルスルホン、トリフルオロエチル−n−プロピルスルホン、トリフルオロエチルイソプロピルスルホン、ペンタフルオロエチル−n−プロピルスルホン、ペンタフルオロエチルイソプロピルスルホン、トリフルオロエチル−n−ブチルスルホン、トリフルオロエチル−t−ブチルスルホン、ペンタフルオロエチル−n−ブチルスルホン、ペンタフルオロエチル−t−ブチルスルホン等が挙げられる。
Examples of the chain sulfone having 2 to 6 carbon atoms include dimethyl sulfone, ethyl methyl sulfone, diethyl sulfone, n-propyl methyl sulfone, n-propyl ethyl sulfone, di-n-propyl sulfone, isopropyl methyl sulfone, isopropyl ethyl sulfone. , Diisopropylsulfone, n-butylmethylsulfone, n-butylethylsulfone, t-butylmethylsulfone, t-butylethylsulfone, monofluoromethylmethylsulfone, difluoromethylmethylsulfone, trifluoromethylmethylsulfone, monofluoroethylmethylsulfone , Difluoroethyl methyl sulfone, trifluoroethyl methyl sulfone, pentafluoroethyl methyl sulfone, ethyl monofluoromethyl sulfone, ethyl difluoromethyl sulfone Ethyl trifluoromethyl sulfone, perfluoroethyl methyl sulfone, ethyl trifluoroethyl sulfone, ethyl pentafluoroethyl sulfone, di (trifluoroethyl) sulfone, perfluorodiethyl sulfone, fluoromethyl-n-propyl sulfone, difluoromethyl-n- Propylsulfone, trifluoromethyl-n-propylsulfone, fluoromethylisopropylsulfone, difluoromethylisopropylsulfone, trifluoromethylisopropylsulfone, trifluoroethyl-n-propylsulfone, trifluoroethylisopropylsulfone, pentafluoroethyl-n-propyl Sulfone, pentafluoroethyl isopropyl sulfone, trifluoroethyl-n-butyl sulfone, trifluoroethyl- - butyl sulfone, pentafluoroethyl -n- butyl sulfone, pentafluoroethyl -t- butyl sulfone, and the like.
中でも、ジメチルスルホン、エチルメチルスルホン、ジエチルスルホン、n−プロピルメチルスルホン、イソプロピルメチルスルホン、n−ブチルメチルスルホン、t−ブチルメチルスルホン、モノフルオロメチルメチルスルホン、ジフルオロメチルメチルスルホン、トリフルオロメチルメチルスルホン、モノフルオロエチルメチルスルホン、ジフルオロエチルメチルスルホン、トリフルオロエチルメチルスルホン、ペンタフルオロエチルメチルスルホン、エチルモノフルオロメチルスルホン、エチルジフルオロメチルスルホン、エチルトリフルオロメチルスルホン、エチルトリフルオロエチルスルホン、エチルペンタフルオロエチルスルホン、トリフルオロメチル−n−プロピルスルホン、トリフルオロメチルイソプロピルスルホン、トリフルオロエチル−n−ブチルスルホン、トリフルオロエチル−t−ブチルスルホン、トリフルオロメチル−n−ブチルスルホン、トリフルオロメチル−t−ブチルスルホン等はイオン伝導度が高く入出力が高い点で好ましい。 Among them, dimethyl sulfone, ethyl methyl sulfone, diethyl sulfone, n-propyl methyl sulfone, isopropyl methyl sulfone, n-butyl methyl sulfone, t-butyl methyl sulfone, monofluoromethyl methyl sulfone, difluoromethyl methyl sulfone, trifluoromethyl methyl sulfone , Monofluoroethyl methyl sulfone, difluoroethyl methyl sulfone, trifluoroethyl methyl sulfone, pentafluoroethyl methyl sulfone, ethyl monofluoromethyl sulfone, ethyl difluoromethyl sulfone, ethyl trifluoromethyl sulfone, ethyl trifluoroethyl sulfone, ethyl pentafluoro Ethyl sulfone, trifluoromethyl-n-propyl sulfone, trifluoromethyl isopropyl sulfone, tri Ruoroechiru -n- butyl sulfone, trifluoroethyl -t- butyl sulfone, trifluoromethyl -n- butyl sulfone, trifluoromethyl -t- butyl sulfone is preferred because high high output ionic conductivity.
スルホン系化合物の配合量は、通常、非水系溶媒100体積%中、好ましくは0.3体積%以上、より好ましくは1体積%以上、さらに好ましくは5体積%以上であり、また、好ましくは40体積%以下、より好ましくは35体積%以下、さらに好ましくは30体積%以下である。この範囲であれば、サイクル特性や保存特性等の耐久性の向上効果が得られやすく、また、非水系電解液の粘度を適切な範囲とし、電気伝導率の低下を回避することができ、非水系電解液電池の充放電を高電流密度で行う場合に、充放電容量維持率が低下するといった事態を回避しやすい。 The compounding amount of the sulfone compound is usually 0.3% by volume or more, more preferably 1% by volume or more, further preferably 5% by volume or more in 100% by volume of the non-aqueous solvent, and preferably 40%. Volume% or less, More preferably, it is 35 volume% or less, More preferably, it is 30 volume% or less. Within this range, durability improvement effects such as cycle characteristics and storage characteristics can be easily obtained, and the viscosity of the non-aqueous electrolyte can be set to an appropriate range to avoid a decrease in electrical conductivity. When charging / discharging an aqueous electrolyte battery at a high current density, it is easy to avoid a situation in which the charge / discharge capacity retention rate decreases.
これらは単独で用いても、2種以上を併用してもよいが、2種以上の化合物を併用するのが好ましい。例えば、環状カーボネートやフッ素原子を有する環状カーボネート、環状カルボン酸エステル等の高誘電率溶媒と、鎖状カーボネートや鎖状カルボン酸エステル等の低粘度溶媒を特定の配合量で組み合わせることにより、電池性能を著しく向上させることができるので好ましい。 These may be used alone or in combination of two or more, but it is preferable to use in combination of two or more. For example, by combining a high dielectric constant solvent such as a cyclic carbonate, a cyclic carbonate having a fluorine atom, or a cyclic carboxylate with a low viscosity solvent such as a chain carbonate or a chain carboxylate at a specific blending amount, battery performance Can be remarkably improved.
非水系溶媒の好ましい組合せの一つは、環状カーボネートと鎖状カーボネートを主体とする組合せである。中でも、非水系溶媒に占める環状カーボネートと鎖状カーボネートとの合計が、好ましくは70体積%以上、より好ましくは80体積%以上、更に好ましくは90体積%以上であり、かつ環状カーボネートと鎖状カーボネートとの合計に対する環状カーボネートの割合が好ましくは5体積%以上、より好ましくは10体積%以上、更に好ましくは15体積%以上であり、好ましくは50体積%以下、より好ましくは35体積%以下、更に好ましくは30体積%以下、特に好ましくは25体積%以下のものである。これらの非水系溶媒の組み合わせを用いると、これを用いて作製された電池のサイクル特性と高温保存特性(特に、高温保存後の残存容量及び高負荷放電容量)のバランスが良くなることがある。 One preferable combination of the non-aqueous solvents is a combination mainly composed of a cyclic carbonate and a chain carbonate. Among them, the total of the cyclic carbonate and the chain carbonate in the non-aqueous solvent is preferably 70% by volume or more, more preferably 80% by volume or more, still more preferably 90% by volume or more, and the cyclic carbonate and the chain carbonate. The ratio of the cyclic carbonate with respect to the total is preferably 5% by volume or more, more preferably 10% by volume or more, still more preferably 15% by volume or more, preferably 50% by volume or less, more preferably 35% by volume or less, It is preferably 30% by volume or less, particularly preferably 25% by volume or less. When a combination of these non-aqueous solvents is used, the balance between the cycle characteristics and high-temperature storage characteristics (particularly, the remaining capacity and high-load discharge capacity after high-temperature storage) of a battery produced using the non-aqueous solvent may be improved.
環状カーボネートとしては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、モノフルオロエチレンカーボネート、4,4−ジフルオロエチレンカーボネート、4,5- ジフルオロエチレンカーボネート及び4,5−ジフルオロ−4,5−ジメチルエチレンカーボネートが電池のサイクル特性と高温保存特性向上の点から好ましい。エチレンカーボネートと鎖状カーボネートの好ましい組み合わせの具体例としては、エチレンカーボネートとジメチルカーボネート、エチレンカーボネートとジエチルカーボネート、エチレンカーボネートとエチルメチルカーボネート、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとジエチルカーボネート、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとエチルメチルカーボネート、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートとエチルメチルカーボネート、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとジエチルカーボネートとエチルメチルカーボネート等が挙げられる。 Cyclic carbonates include ethylene carbonate, propylene carbonate, monofluoroethylene carbonate, 4,4-difluoroethylene carbonate, 4,5-difluoroethylene carbonate, and 4,5-difluoro-4,5-dimethylethylene carbonate. From the viewpoint of improving high-temperature storage characteristics. Specific examples of preferred combinations of ethylene carbonate and chain carbonate include ethylene carbonate and dimethyl carbonate, ethylene carbonate and diethyl carbonate, ethylene carbonate and ethyl methyl carbonate, ethylene carbonate and dimethyl carbonate and diethyl carbonate, ethylene carbonate and dimethyl carbonate and ethyl Examples thereof include methyl carbonate, ethylene carbonate, diethyl carbonate, and ethyl methyl carbonate, ethylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and ethyl methyl carbonate.
これらのエチレンカーボネートと鎖状カーボネート類との組み合わせに、更にプロピレンカーボネートを加えた組み合わせも、好ましい組み合わせとして挙げられる。プロピレンカーボネートを含有する場合には、エチレンカーボネートとプロピレンカーボネートの体積比は、99:1〜40:60が好ましく、特に好ましくは95:5〜50:50である。更に、非水系溶媒全体に占めるプロピレンカーボネートの割合は、好ましくは0.1体積%以上、より好ましくは1体積%以上、更に好ましくは2体積%以上、また、好ましくは20体積%以下、より好ましくは8体積%以下、更に好ましくは5体積%以下である。この濃度範囲でプロピレンカーボネートを含有すると、エチレンカーボネートとジアルキルカーボネートとの組み合わせの特性を維持したまま、更に低温特性が優れることがあるので好ましい。 A combination in which propylene carbonate is further added to the combination of these ethylene carbonates and chain carbonates is also a preferable combination. In the case of containing propylene carbonate, the volume ratio of ethylene carbonate to propylene carbonate is preferably 99: 1 to 40:60, particularly preferably 95: 5 to 50:50. Furthermore, the proportion of propylene carbonate in the entire non-aqueous solvent is preferably 0.1% by volume or more, more preferably 1% by volume or more, still more preferably 2% by volume or more, and preferably 20% by volume or less, more preferably Is 8% by volume or less, more preferably 5% by volume or less. It is preferable to contain propylene carbonate in this concentration range because the low temperature characteristics may be further improved while maintaining the combination characteristics of ethylene carbonate and dialkyl carbonate.
エチレンカーボネートと鎖状カーボネートとの組み合わせの中で、鎖状カーボネートとして非対称鎖状アルキルカーボネート類を含有するものが更に好ましく、特に、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとエチルメチルカーボネート、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートとエチルメチルカーボネート、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとジエチルカーボネートとエチルメチルカーボネートといったエチレンカーボネートと対称鎖状カーボネート類と非対称鎖状カーボネート類を含有するものが、サイクル特性と大電流放電特性のバランスがよいので好ましい。中でも、非対称鎖状カーボネート類がエチルメチルカーボネートであるのが好ましく、又、鎖状カーボネートのアルキル基は炭素数1〜2が好ましい。 Among the combinations of ethylene carbonate and chain carbonate, those containing asymmetric chain alkyl carbonates as chain carbonates are more preferable, especially ethylene carbonate, dimethyl carbonate and ethyl methyl carbonate, ethylene carbonate, diethyl carbonate and ethyl. Those containing ethylene carbonate, symmetric chain carbonates, and asymmetric chain carbonates such as methyl carbonate, ethylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and ethyl methyl carbonate are preferred because of a good balance between cycle characteristics and large current discharge characteristics. Among them, the asymmetric chain carbonate is preferably ethyl methyl carbonate, and the alkyl group of the chain carbonate preferably has 1 to 2 carbon atoms.
モノフルオロエチレンカーボネートと鎖状カーボネートの好ましい組み合わせの具体例としては、モノフルオロエチレンカーボネートとジメチルカーボネート、モノフルオロエチレンカーボネートとジエチルカーボネート、モノフルオロエチレンカーボネートとエチルメチルカーボネート、モノフルオロエチレンカーボネートとジメチルカーボネートとジエチルカーボネート、モノフルオロエチレンカーボネートとジメチルカーボネートとエチルメチルカーボネート、モノフルオロエチレンカーボネートとジエチルカーボネートとエチルメチルカーボネート、モノフルオロエチレンカーボネートとジメチルカーボネートとジエチルカーボネートとエチルメチルカーボネート等が挙げられる。 Specific examples of preferable combinations of monofluoroethylene carbonate and chain carbonate include monofluoroethylene carbonate and dimethyl carbonate, monofluoroethylene carbonate and diethyl carbonate, monofluoroethylene carbonate and ethyl methyl carbonate, monofluoroethylene carbonate and dimethyl carbonate, Examples include diethyl carbonate, monofluoroethylene carbonate, dimethyl carbonate and ethyl methyl carbonate, monofluoroethylene carbonate, diethyl carbonate and ethyl methyl carbonate, monofluoroethylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate and ethyl methyl carbonate.
これらのモノフルオロエチレンカーボネートと鎖状カーボネート類との組み合わせに、更にエチレンカーボネートおよび/またはプロピレンカーボネートを加えた組み合わせも、好ましい組み合わせとして挙げられる。エチレンカーボネートおよび/またはプロピレンカーボネートを加えた場合のモノフルオロエチレンカーボネートとエチレンカーボネートおよび/またはプロピレンカーボネートの体積比は1:3〜3:1が好ましく、特に好ましくは1:2〜2:1である。この濃度範囲でエチレンカーボネートおよび/またはプロピレンカーボネートを含有すると、負極に安定な保護皮膜を形成しつつ、電解液の電気
伝導度を確保することができる。
A combination in which ethylene carbonate and / or propylene carbonate is further added to the combination of these monofluoroethylene carbonate and chain carbonate is also a preferable combination. The volume ratio of monofluoroethylene carbonate to ethylene carbonate and / or propylene carbonate when ethylene carbonate and / or propylene carbonate is added is preferably 1: 3 to 3: 1, particularly preferably 1: 2 to 2: 1. . When ethylene carbonate and / or propylene carbonate is contained in this concentration range, the electrical conductivity of the electrolytic solution can be ensured while forming a stable protective film on the negative electrode.
また、非水系溶媒中にジエチルカーボネートを含有する場合は、全非水系溶媒中に占めるジエチルカーボネートの割合が、好ましくは10体積%以上、より好ましくは20体積%以上、更に好ましくは25体積%以上、特に好ましくは30体積%以上であり、また、好ましくは90体積%以下、より好ましくは80体積%以下、更に好ましくは75体積%以下、特に好ましくは、70体積%以下となる範囲で含有させると、高温保存時におけるガス発生が抑制されることがある。 When diethyl carbonate is contained in the non-aqueous solvent, the proportion of diethyl carbonate in the total non-aqueous solvent is preferably 10% by volume or more, more preferably 20% by volume or more, and further preferably 25% by volume or more. In particular, it is 30% by volume or more, preferably 90% by volume or less, more preferably 80% by volume or less, still more preferably 75% by volume or less, and particularly preferably 70% by volume or less. And gas generation during high temperature storage may be suppressed.
また、非水系溶媒中にジメチルカーボネートを含有する場合は、全非水系溶媒中に占めるジメチルカーボネートの割合が、好ましくは10体積%以上、より好ましくは20体積%以上、更に好ましくは25体積%以上、特に好ましくは30体積%以上であり、また、好ましくは90体積%以下、より好ましくは80体積%以下、更に好ましくは75体積%以下、特に好ましくは、70体積%以下となる範囲で含有させると、電池の負荷特性が向上することがある。 Further, when dimethyl carbonate is contained in the non-aqueous solvent, the proportion of dimethyl carbonate in the total non-aqueous solvent is preferably 10% by volume or more, more preferably 20% by volume or more, and further preferably 25% by volume or more. In particular, it is 30% by volume or more, preferably 90% by volume or less, more preferably 80% by volume or less, still more preferably 75% by volume or less, and particularly preferably 70% by volume or less. As a result, the load characteristics of the battery may be improved.
中でも、ジメチルカーボネートとエチルメチルカーボネートを含有し、ジメチルカーボネートの含有割合をエチルメチルカーボネートの含有割合よりも多くすることにより、電解液の電気伝導度を確保しながら、高温保存後の電池特性が向上することがあり好ましい。
全非水系溶媒中に占めるジメチルカーボネートのエチルメチルカーボネートに対する体積比(ジメチルカーボネート/エチルメチルカーボネート)は、電解液の電気伝導度の向上と保存後の電池特性を向上の点で、1.1以上が好ましく、1.5以上がより好ましく、2.5以上が更に好ましい。上記体積比(ジメチルカーボネート/エチルメチルカーボネート)は、低温での電池特性を向上の点で、40以下が好ましく、20以下がより好ましく、10以下が更に好ましく、8以下が特に好ましい。
Above all, it contains dimethyl carbonate and ethyl methyl carbonate, and by increasing the content ratio of dimethyl carbonate over the content ratio of ethyl methyl carbonate, the battery characteristics after high-temperature storage are improved while ensuring the electrical conductivity of the electrolyte. This is preferable.
The volume ratio of dimethyl carbonate to ethyl methyl carbonate in all non-aqueous solvents (dimethyl carbonate / ethyl methyl carbonate) is 1.1 or more in terms of improving the electric conductivity of the electrolyte and improving the battery characteristics after storage. Is preferably 1.5 or more, more preferably 2.5 or more. The volume ratio (dimethyl carbonate / ethyl methyl carbonate) is preferably 40 or less, more preferably 20 or less, still more preferably 10 or less, and particularly preferably 8 or less, from the viewpoint of improving battery characteristics at low temperatures.
また、上記環状カーボネート類と鎖状カーボネート類を主体とする組合せにおいては、上記環状カーボネート類および鎖状カーボネート類以外の環状カーボネート類、鎖状カーボネート類、環状カルボン酸エステル類、鎖状カルボン酸エステル類、環状エーテル類、鎖状エーテル類、含硫黄有機溶媒、含燐有機溶媒、芳香族含フッ素溶媒等、他の溶媒を混合してもよい。 In addition, in the combination mainly composed of the cyclic carbonates and the chain carbonates, the cyclic carbonates other than the cyclic carbonates and the chain carbonates, the chain carbonates, the cyclic carboxylic acid esters, and the chain carboxylic acid esters. , Cyclic ethers, chain ethers, sulfur-containing organic solvents, phosphorus-containing organic solvents, aromatic fluorine-containing solvents and the like may be mixed.
好ましい非水系溶媒の他の例は、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネートよりなる群から選ばれた1種の有機溶媒、又は該群から選ばれた2以上の有機溶媒からなる混合溶媒を全体の60体積%以上を占めるものである。この混合溶媒を用いた非水系電解液は、高温で使用しても溶媒の蒸発や液漏れが少なくなることがある。中でも、非水系溶媒に占めるエチレンカーボネートとプロピレンカーボネートとの合計が、好ましくは70体積%以上、より好ましくは80体積%以上、更に好ましくは90体積%以上であり、かつエチレンカーボネートとプロピレンカーボネートの体積比が好ましくは30:70〜60:40であるものを用いると、サイクル特性と高温保存特性等のバランスがよくなることがある。
なお、本明細書において、非水系溶媒の体積は25℃での測定値であるが、エチレンカーボネートのように25℃で固体のものは融点での測定値を用いる。
Another example of a preferable non-aqueous solvent is that one organic solvent selected from the group consisting of ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, or a mixed solvent consisting of two or more organic solvents selected from the group is used as the whole. It occupies 60% by volume or more. A non-aqueous electrolyte using this mixed solvent may reduce solvent evaporation and liquid leakage even when used at high temperatures. Among them, the total of ethylene carbonate and propylene carbonate in the non-aqueous solvent is preferably 70% by volume or more, more preferably 80% by volume or more, still more preferably 90% by volume or more, and the volume of ethylene carbonate and propylene carbonate. When the ratio is preferably 30:70 to 60:40, the balance between cycle characteristics and high-temperature storage characteristics may be improved.
In the present specification, the volume of the non-aqueous solvent is a measured value at 25 ° C., but the measured value at the melting point is used for a solid at 25 ° C. such as ethylene carbonate.
1−3.一般式(1)で表される化合物
本発明の非水系電解液は、一般的な非水系電解液と同様に、電解質及びこれを溶解する非水系溶媒を含有するものであるが、さらに一般式(1)で表される化合物を含有することを特徴とする。
1-3. The compound represented by the general formula (1) The non-aqueous electrolyte solution of the present invention contains an electrolyte and a non-aqueous solvent that dissolves the electrolyte in the same manner as a general non-aqueous electrolyte solution. It contains the compound represented by (1).
<一般式(1)で表される化合物>
本発明に係る化合物は、下記一般式(1)で表される。
<Compound represented by the general formula (1)>
The compound according to the present invention is represented by the following general formula (1).
(R1〜R3はそれぞれ独立に、同一であっても異なっていてもよい水素、または、炭素
数1〜6の炭化水素基を表す。nは4〜8の整数を表す。Aは炭素数1〜12のヘテロ元素を有しても良い有機基を表す。)
(R 1 to R 3 each independently represent hydrogen that may be the same or different, or a hydrocarbon group having 1 to 6 carbon atoms. N represents an integer of 4 to 8. A represents carbon. (It represents an organic group that may have a heteroelement of 1 to 12)
一般式(1)で表される化合物は、炭素-炭素二重結合を有しているため、溶媒の還元
分解する電位よりも非な電位で還元され、負極に安定な負極SEIを形成する。その時にフッ素置換オキソ酸塩、芳香族含有炭酸エステル、及びイソシアナト基を有する化合物からなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物が存在すれば、それらと一般式(1)で表される化合物の還元分解物が反応し、複合的な負極SEIを形成すると推定される。このようにして形成される複合的な負極SEIは強固であるため、初期の不可逆容量を抑えられると考えられる。
Since the compound represented by the general formula (1) has a carbon-carbon double bond, it is reduced at a potential less than the potential for reductive decomposition of the solvent to form a stable negative electrode SEI on the negative electrode. If at least one compound selected from the group consisting of a fluorine-substituted oxoacid salt, an aromatic-containing carbonate, and a compound having an isocyanato group is present, reduction of the compound represented by general formula (1) with them It is presumed that the decomposition product reacts to form a composite negative electrode SEI. Since the composite negative electrode SEI formed in this way is strong, it is considered that the initial irreversible capacity can be suppressed.
R1〜R3はそれぞれ独立に、同一であっても異なっていてもよい水素、または、炭素数1〜6の炭化水素基を表す。炭化水素基は炭素原子、または水素原子からなる群から選ばれる原子で構成された官能基のことを表す。R1〜R3は、水素、または、炭素数1以上通常6以下の炭化水素基であり、好ましくは炭素数4以下の炭化水素基、より好ましくは炭素数2以下の炭化水素基である。その範囲であれば、立体障害が少なく、皮膜を安定化できる。 R 1 to R 3 each independently represent hydrogen which may be the same or different, or a hydrocarbon group having 1 to 6 carbon atoms. The hydrocarbon group represents a functional group composed of atoms selected from the group consisting of carbon atoms or hydrogen atoms. R 1 to R 3 are hydrogen or a hydrocarbon group having 1 to 6 carbon atoms, preferably a hydrocarbon group having 4 or less carbon atoms, more preferably a hydrocarbon group having 2 or less carbon atoms. If it is the range, there is little steric hindrance and the film can be stabilized.
好ましい炭化水素基としては、水素基、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、t−ブチル基が挙げられる。有機基とは炭素原子、または水素原子からなる群から選ばれる原子で構成された官能基のことを表し、ヘテロ元素を有していてもよい有機基とは、炭素原子、水素原子、窒素原子、リン原子、ホウ素原子、硫黄原子、珪素原子および酸素原子からなる群から選ばれる一種以上の原子で構成された官能基のことを表す。 Preferred hydrocarbon groups include a hydrogen group, methyl group, ethyl group, n-propyl group, i-propyl group, n-butyl group, and t-butyl group. The organic group represents a functional group composed of atoms selected from the group consisting of carbon atoms or hydrogen atoms, and the organic group which may have a hetero element refers to carbon atoms, hydrogen atoms, nitrogen atoms Represents a functional group composed of one or more atoms selected from the group consisting of phosphorus atom, boron atom, sulfur atom, silicon atom and oxygen atom.
Aで表される炭素数1〜12のヘテロ元素を有しても良い有機基の具体例として、アルキレン基またはその誘導体、アルケニレン基またはその誘導体、シクロアルキレン基またはその誘導体、アルキニレン基またはその誘導体、シクロアルケニレン基またはその誘導体、アリーレン基またはその誘導体、カルボニル基またはその誘導体、スルホニル基またはその誘導体、スルフィニル基またはその誘導体、ホスホニル基またはその誘導体、ホスフィニル基またはその誘導体、アミノ基またはその誘導体、アミド基またはその誘導体、イミド基またはその誘導体、エーテル基またはその誘導体、チオエーテル基またはその誘導体、ボリン酸基またはその誘導体、ボラン基またはその誘導体等が挙げられる。誘導体とはハロゲン原子、アルキル基、アリール基、アルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基で置換された官能基を表す。 Specific examples of the organic group which may have a heteroelement having 1 to 12 carbon atoms represented by A include an alkylene group or a derivative thereof, an alkenylene group or a derivative thereof, a cycloalkylene group or a derivative thereof, an alkynylene group or a derivative thereof , Cycloalkenylene group or derivative thereof, arylene group or derivative thereof, carbonyl group or derivative thereof, sulfonyl group or derivative thereof, sulfinyl group or derivative thereof, phosphonyl group or derivative thereof, phosphinyl group or derivative thereof, amino group or derivative thereof, Examples thereof include an amide group or a derivative thereof, an imide group or a derivative thereof, an ether group or a derivative thereof, a thioether group or a derivative thereof, a borinic acid group or a derivative thereof, a borane group or a derivative thereof. A derivative represents a functional group substituted with a halogen atom, an alkyl group, an aryl group, an alkenyl group, an alkynyl group, or an alkoxy group.
これらのなかでも、電池特性向上の点から、アルキレン基またはその誘導体、アルケニレン基またはその誘導体、アリーレン基またはその誘導体、エーテル基またはその誘導体が好ましい。Aの炭素数は1以上であり、4以上が好ましく、5以上がより好ましい。ま
た12以下であり、11以下が好ましく、10以下がより好ましい。この範囲であれば耐酸化性も保ちつつ、抵抗の上昇を抑えることができる。nの下限は4以上であり、一方上限は8以下、好ましくは7以下、より好ましくは6以下である。この範囲であれば、安定な負極SEIを形成でき、界面抵抗も上がりすぎない。
一般式(1)で表される化合物の好ましい具体例としては、以下に示す化合物が挙げられる。
Among these, an alkylene group or a derivative thereof, an alkenylene group or a derivative thereof, an arylene group or a derivative thereof, an ether group or a derivative thereof is preferable from the viewpoint of improving battery characteristics. The carbon number of A is 1 or more, preferably 4 or more, and more preferably 5 or more. Moreover, it is 12 or less, 11 or less are preferable and 10 or less are more preferable. Within this range, an increase in resistance can be suppressed while maintaining oxidation resistance. The lower limit of n is 4 or more, while the upper limit is 8 or less, preferably 7 or less, more preferably 6 or less. If it is this range, stable negative electrode SEI can be formed and interface resistance does not rise too much.
Preferable specific examples of the compound represented by the general formula (1) include the following compounds.
分子の自由度を上げて、生成する負極SEIの抵抗を抑えるためにも以下にあげる構造がより好ましい。 In order to increase the degree of molecular freedom and suppress the resistance of the produced negative electrode SEI, the following structures are more preferable.
一般式(1)で表される化合物は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併有してもよい。本発明の非水系電解液全体に対する一般式(1)で表される化合物の配合量に制限は無く、本発明の効果を著しく損なわない限り任意であるが、本発明の非水系電解液に対して、通常0.001質量%以上、好ましくは0.01質量%以上、より好ましくは0.02質量%以上、また、通常5質量%以下、好ましくは4質量%以下、より好ましくは2質量%以下の濃度で含有させる。上記範囲を満たした場合は、出力特性、負荷特性、低温特性、サイクル特性、高温保存特性等の効果がより向上する。 The compound represented by General formula (1) may be used individually by 1 type, and may have 2 or more types by arbitrary combinations and ratios. There is no restriction | limiting in the compounding quantity of the compound represented by General formula (1) with respect to the whole nonaqueous electrolyte solution of this invention, and it is arbitrary unless the effect of this invention is impaired remarkably, With respect to the nonaqueous electrolyte solution of this invention Usually, 0.001% by mass or more, preferably 0.01% by mass or more, more preferably 0.02% by mass or more, and usually 5% by mass or less, preferably 4% by mass or less, more preferably 2% by mass. It is contained at the following concentrations. When the above range is satisfied, effects such as output characteristics, load characteristics, low temperature characteristics, cycle characteristics, and high temperature storage characteristics are further improved.
この際、一般式(1)で表される化合物は、生産性を著しく低下させない範囲内で、予め精製して、不純物が極力少ないものを用いることが好ましい。
1−4.一般式(1)で表される化合物以外の添加化合物
本発明の非水系電解液電池において、一般式(1)で表される化合物と併せて、フッ素置換オキソ酸塩、芳香族含有炭酸エステル、及び一般式(2)で表される化合物からなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物を含有する。
At this time, it is preferable that the compound represented by the general formula (1) is purified in advance within a range that does not significantly reduce the productivity and uses a compound having as few impurities as possible.
1-4. Additive compounds other than the compound represented by the general formula (1) In the non-aqueous electrolyte battery of the present invention, together with the compound represented by the general formula (1), a fluorine-substituted oxoacid salt, an aromatic-containing carbonate ester, And at least one compound selected from the group consisting of compounds represented by formula (2).
<フッ素置換オキソ酸塩>
本発明の非水系電解液において、非水系電解液電池の負極表面に皮膜を形成し、電池の長寿命化を達成するために、一般式(1)で表される化合物に加えて、フッ素置換オキソ酸塩を用いるとより効果的である。
<Fluorine-substituted oxo acid salt>
In the non-aqueous electrolyte solution of the present invention, in order to form a film on the negative electrode surface of the non-aqueous electrolyte battery and to extend the life of the battery, in addition to the compound represented by the general formula (1), fluorine substitution It is more effective to use an oxo acid salt.
フッ素置換オキソ酸塩としては、フッ素原子を有するオキソ酸塩であれば特に制限はなく、任意のフッ素置換オキソ酸塩を用いることができる。
フッ素置換オキソ酸塩としては、フッ素置換カルボン酸塩類、フッ素置換スルホン酸塩類、フッ素置換硫酸塩類、フッ素置換リン酸塩類等が挙げられる。
フッ素置換オキソ酸塩のカウンターカチオンとしては特に限定はないが、リチウム、ナトリウム、カリウム、マグネシウム、カルシウム、及び、NR7R8R9R10(式中、R7〜R10は、各々独立に、水素原子又は炭素数1〜12の有機基を表す。)で表されるアンモニウム等が例示として挙げられる。
The fluorine-substituted oxo acid salt is not particularly limited as long as it is an oxo acid salt having a fluorine atom, and any fluorine-substituted oxo acid salt can be used.
Examples of the fluorine-substituted oxo acid salts include fluorine-substituted carboxylates, fluorine-substituted sulfonates, fluorine-substituted sulfates, and fluorine-substituted phosphates.
The counter cation of the fluorine-substituted oxo acid salt is not particularly limited, but lithium, sodium, potassium, magnesium, calcium, and NR 7 R 8 R 9 R 10 (wherein R 7 to R 10 are each independently , Represents a hydrogen atom or an organic group having 1 to 12 carbon atoms).
上記アンモニウムのR7〜R10で表わされる炭素数1〜12の有機基としては特に限定はないが、例えば、ハロゲン原子で置換されていてもよいアルキル基、ハロゲン原子又はアルキル基で置換されていてもよいシクロアルキル基、ハロゲン原子又はアルキル基で置換されていてもよいアリール基、置換基を有していてもよい窒素原子含有複素環基等が挙げられる。中でもR7〜R10として、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、又は窒素原子含有複素環基等が好ましい。
耐リチウム電析性や耐酸化性の点から、上記カウンターカチオンの中でもリチウムが最も好ましい。
Although it does not specifically limit as a C1-C12 organic group represented by R < 7 > -R < 10 > of the said ammonium, For example, it is substituted by the alkyl group, the halogen atom, or the alkyl group which may be substituted by the halogen atom. Examples thereof include an cycloalkyl group which may be substituted, an aryl group which may be substituted with a halogen atom or an alkyl group, and a nitrogen atom-containing heterocyclic group which may have a substituent. Among these, as R 7 to R 10 , a hydrogen atom, an alkyl group, a cycloalkyl group, or a nitrogen atom-containing heterocyclic group is preferable.
Among the counter cations, lithium is most preferable from the viewpoint of resistance to lithium electrodeposition and oxidation.
フッ素置換カルボン酸塩類としては、フルオロギ酸塩、モノフルオロ酢酸塩、ジフルオロ酢酸塩、トリフルオロ酢酸塩が挙げられる。具体的にはフルオロギ酸リチウム、モノフルオロ酢酸リチウム、ジフルオロ酢酸リチウム、トリフルオロ酢酸リチウムが挙げられる。 Fluoro-substituted carboxylates include fluoroformate, monofluoroacetate, difluoroacetate and trifluoroacetate. Specific examples include lithium fluoroformate, lithium monofluoroacetate, lithium difluoroacetate, and lithium trifluoroacetate.
フッ素置換スルホン酸塩類としては、トリフルオロメタンスルホン酸塩、ペンタフルオロエタンスルホン酸塩が挙げられる。具体的にはフルオロスルホン酸リチウム、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム、ペンタフルオロエタンスルホン酸リチウムが挙げられる。フッ素置換硫酸塩類としては、トリフルオロメチル硫酸塩、ペンタフルオロエチル硫酸塩が挙げられる。具体的にはフルオロ硫酸塩、トリフルオロメチル硫酸リチウム、ペンタフルオロエチル硫酸リチウムが挙げられる。フッ素置換リン酸塩類としてはモノフルオロリン酸塩、ジフルオロリン酸塩が挙げられる。具体的にはモノフルオロリン酸リチウム、ジフルオロリン酸リチウムが挙げられる。 Examples of the fluorine-substituted sulfonates include trifluoromethane sulfonate and pentafluoroethane sulfonate. Specific examples include lithium fluorosulfonate, lithium trifluoromethanesulfonate, and lithium pentafluoroethanesulfonate. Examples of the fluorine-substituted sulfates include trifluoromethyl sulfate and pentafluoroethyl sulfate. Specific examples include fluorosulfate, lithium trifluoromethyl sulfate, and lithium pentafluoroethyl sulfate. Examples of the fluorine-substituted phosphates include monofluorophosphate and difluorophosphate. Specific examples include lithium monofluorophosphate and lithium difluorophosphate.
中でも、特に一般式(1)で表される化合物と併用するのに好ましいフッ素置換オキソ酸塩としては、フルオロ硫酸リチウム、ジフルオロリン酸リチウムが、安定な界面保護被膜を形成するので、より好適に用いられる。 Among them, particularly preferred fluorine-substituted oxoacid salts for use in combination with the compound represented by the general formula (1) are lithium fluorosulfate and lithium difluorophosphate, which form a stable interfacial protective film, and thus more preferably. Used.
フッ素置換オキソ酸塩は、1種を単独で用いても、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併有してもよい。フッ素置換オキソ酸塩の配合量は、特に制限されず、本発明の効果を著しく損なわない限り任意であるが、非水系電解液100質量%中、好ましくは、0.001質量%以上、より好ましくは0.01質量%以上、さらに好ましくは0.1質量%以上であり、また、好ましくは5質量%以下、より好ましくは4質量%以下、さらに好ましくは3質量%以下である。この範囲内であれば、非水系電解液電池が十分なサイクル特性向上効果を発現しやすく、また、高温保存特性が低下し、ガス発生量が多くなり、放電容量維持率が低下するといった事態を回避しやすい。 Fluorine-substituted oxo acid salts may be used alone or in combination of two or more in any combination and ratio. The blending amount of the fluorine-substituted oxo acid salt is not particularly limited, and is arbitrary as long as the effects of the present invention are not significantly impaired. In 100% by mass of the non-aqueous electrolyte, preferably 0.001% by mass or more, more preferably Is 0.01% by mass or more, more preferably 0.1% by mass or more, preferably 5% by mass or less, more preferably 4% by mass or less, and further preferably 3% by mass or less. Within this range, the non-aqueous electrolyte battery tends to exhibit a sufficient cycle characteristics improvement effect, and the high temperature storage characteristics deteriorate, the amount of gas generated increases, and the discharge capacity maintenance ratio decreases. Easy to avoid.
<芳香族含有炭酸エステル>
本発明の非水系電解液において、非水系電解液電池の負極表面に皮膜を形成し、電池の長寿命化を達成するために、一般式(1)で表される化合物に加えて、芳香族含有炭酸エステルを用いるとより効果的である。
芳香族含有炭酸エステルとしては、下記一般式(3)で表される化合物が挙げられる。
<Aromatic-containing carbonate>
In the non-aqueous electrolyte solution of the present invention, in order to form a film on the negative electrode surface of the non-aqueous electrolyte battery and to extend the life of the battery, in addition to the compound represented by the general formula (1), aromatic It is more effective to use the carbonate ester.
Examples of the aromatic-containing carbonate include compounds represented by the following general formula (3).
(一般式(3)中、Raはハロゲン原子を有していてもよい炭素数1以上12以下のアルキル基またはアリール基を表す。また、Rb〜Rfはそれぞれ独立して水素原子、またはハロゲン原子を表す。) (In General Formula (3), Ra represents an alkyl group or aryl group having 1 to 12 carbon atoms which may have a halogen atom. Rb to Rf each independently represent a hydrogen atom or a halogen atom. Represents.)
Raで表わされるアルキル基またはアリール基の炭素数は、特に制限されず、本発明の効果を著しく損なわない限り任意であるが、過充電時の安全性の向上および電池特性の点から、下限は通常1以上である。一方、上限は、過充電時の安全性の向上、電池特性および電解液への溶解性の点から通常12以下、好ましくは8以下、より好ましくは6以下である。Raで表わされるアルキル基またはアリール基に置換されうるハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子等が挙げられるが、これらの中でも、電池特性の点からフッ素原子が好ましい。 The number of carbon atoms of the alkyl group or aryl group represented by Ra is not particularly limited, and is arbitrary as long as the effects of the present invention are not significantly impaired. From the viewpoint of improving safety during overcharge and battery characteristics, the lower limit is Usually one or more. On the other hand, the upper limit is usually 12 or less, preferably 8 or less, more preferably 6 or less, from the viewpoints of improvement in safety during overcharge, battery characteristics, and solubility in the electrolyte. Examples of the halogen atom that can be substituted with the alkyl group or aryl group represented by Ra include a fluorine atom, a chlorine atom, and a bromine atom. Among these, a fluorine atom is preferable from the viewpoint of battery characteristics.
Raで表わされる炭素数1以上12以下のアルキル基またはアリール基としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、i−ブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基、n−ペンチル基、t−アミル基、1,1−ジメチルブチル基、シクロヘキシル基、1−メチルシクロヘキシル基、1−エチルシクロヘキシル基、フェニル基、2−メチルフェニル基、3−メチルフェニル基、4−メチルフェニル基、2−エチルフェニル基、3−エチルフェニル基、4−エチルフェニル基、2−t−ブチルフェニル基、3−t−ブチルフェニル基、4−t−ブチルフェニル基、2−シクロヘキシルフェニル基、3−シクロヘキシルフェニル基、4−シクロヘキシルフェニル基などが挙げられる。これらのアルキル基またはアリール基は、水素原子の一部または全てがフッ素原子で置換されていてもよい。 Examples of the alkyl group or aryl group having 1 to 12 carbon atoms represented by Ra include methyl group, ethyl group, n-propyl group, i-propyl group, n-butyl group, i-butyl group, sec-butyl group, t-butyl group, n-pentyl group, t-amyl group, 1,1-dimethylbutyl group, cyclohexyl group, 1-methylcyclohexyl group, 1-ethylcyclohexyl group, phenyl group, 2-methylphenyl group, 3-methyl Phenyl group, 4-methylphenyl group, 2-ethylphenyl group, 3-ethylphenyl group, 4-ethylphenyl group, 2-t-butylphenyl group, 3-t-butylphenyl group, 4-t-butylphenyl group , 2-cyclohexylphenyl group, 3-cyclohexylphenyl group, 4-cyclohexylphenyl group, and the like. In these alkyl groups or aryl groups, some or all of the hydrogen atoms may be substituted with fluorine atoms.
Rb〜Rfは、水素原子、またはハロゲン原子を表す。これらの中でも、過充電時の安全性の向上および電池特性の点から、Rb〜Rfが、水素原子であることが好ましい。
Rb〜Rfとして表わされるハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子等が挙げられるが、これらの中でも、電池特性の点からフッ素原子が好ましい。
Rb to Rf represent a hydrogen atom or a halogen atom. Among these, Rb to Rf are preferably hydrogen atoms from the viewpoint of improving safety during overcharge and battery characteristics.
Examples of the halogen atom represented by Rb to Rf include a fluorine atom, a chlorine atom, and a bromine atom. Among these, a fluorine atom is preferable from the viewpoint of battery characteristics.
一般式(3)で表わされる化合物の具体例としては、次のようなものが挙げられる。
メチルフェニルカーボネート、メチル−2−メチルフェニルカーボネート、メチル−3−メチルフェニルカーボネート、メチル−4−メチルフェニルカーボネート、2−エチルフェニルメチルカーボネート、3−エチルフェニルメチルカーボネート、4−エチルフェニルメチルカーボネート、2−t−ブチルフェニルメチルカーボネート、3−t−ブチルフェニルメチルカーボネート、4−t−ブチルフェニルメチルカーボネート、2−シクロヘキシルフェニルメチルカーボネート、3−シクロヘキシルフェニルメチルカーボネート、
4−シクロヘキシルフェニルメチルカーボネート、エチルフェニルカーボネート、エチル−2−メチルフェニルカーボネート、エチル−3−メチルフェニルカーボネート、エチル−4−メチルフェニルカーボネート、エチル−2−エチルフェニルカーボネート、エチル−3−エチルフェニルカーボネート、エチル−4−エチルフェニルカーボネート、2−t−ブチルフェニルエチルカーボネート、
Specific examples of the compound represented by the general formula (3) include the following.
Methylphenyl carbonate, methyl-2-methylphenyl carbonate, methyl-3-methylphenyl carbonate, methyl-4-methylphenyl carbonate, 2-ethylphenylmethyl carbonate, 3-ethylphenylmethyl carbonate, 4-ethylphenylmethyl carbonate, 2 -T-butylphenyl methyl carbonate, 3-t-butylphenyl methyl carbonate, 4-t-butylphenyl methyl carbonate, 2-cyclohexylphenyl methyl carbonate, 3-cyclohexylphenyl methyl carbonate,
4-cyclohexylphenylmethyl carbonate, ethylphenyl carbonate, ethyl-2-methylphenyl carbonate, ethyl-3-methylphenyl carbonate, ethyl-4-methylphenyl carbonate, ethyl-2-ethylphenyl carbonate, ethyl-3-ethylphenyl carbonate , Ethyl-4-ethylphenyl carbonate, 2-t-butylphenyl ethyl carbonate,
3−t−ブチルフェニルエチルカーボネート、4−t−ブチルフェニルエチルカーボネート、2−シクロヘキシルフェニルエチルカーボネート、3−シクロヘキシルフェニルエチルカーボネート、4−シクロヘキシルフェニルエチルカーボネート、フェニル−n−プロピルカーボネート、2−メチルフェニル−n−プロピルカーボネート、3−メチルフェニル−n−プロピルカーボネート、4−メチルフェニル−n−プロピルカーボネート、2−エチルフェニル−n−プロピルカーボネート、3−エチルフェニル−n−プロピルカーボネート、4−エチルフェニル−n−プロピルカーボネート、2−t−ブチルフェニル−n−プロピルカーボネート、3−t−ブチルフェニル−n−プロピルカーボネート、4−t−ブチルフェニル−n−プロピルカーボネート、2−シクロヘキシルフェニル−n−プロピルカーボネート、3−シクロヘキシルフェニル−n−プロピルカーボネート、4−シクロヘキシルフェニル−n−プロピルカーボネート、 3-t-butylphenyl ethyl carbonate, 4-t-butylphenyl ethyl carbonate, 2-cyclohexyl phenyl ethyl carbonate, 3-cyclohexyl phenyl ethyl carbonate, 4-cyclohexyl phenyl ethyl carbonate, phenyl-n-propyl carbonate, 2-methylphenyl -N-propyl carbonate, 3-methylphenyl-n-propyl carbonate, 4-methylphenyl-n-propyl carbonate, 2-ethylphenyl-n-propyl carbonate, 3-ethylphenyl-n-propyl carbonate, 4-ethylphenyl -N-propyl carbonate, 2-t-butylphenyl-n-propyl carbonate, 3-t-butylphenyl-n-propyl carbonate, 4-t-butylphenyl-n-pro Le carbonate, 2-phenyl -n- propyl carbonate, 3-phenyl -n- propyl carbonate, 4-phenyl -n- propyl carbonate,
フェニル−i−プロピルカーボネート、2−メチルフェニル−i−プロピルカーボネート、3−メチルフェニル−i−プロピルカーボネート、4−メチルフェニル−i−プロピルカーボネート、2−エチルフェニル−i−プロピルカーボネート、3−エチルフェニル−i−プロピルカーボネート、4−エチルフェニル−i−プロピルカーボネート、2−t−ブチルフェニル−i−プロピルカーボネート、3−t−ブチルフェニル−i−プロピルカーボネート、4−t−ブチルフェニル−i−プロピルカーボネート、2−シクロヘキシルフェニル−i−プロピルカーボネート、3−シクロヘキシルフェニル−i−プロピルカーボネート、4−シクロヘキシルフェニル−i−プロピルカーボネート、n−ブチルフェニルカーボネート、n−ブチル−2−メチルフェニルカーボネート、n−ブチル−3−メチルフェニルカーボネート、n−ブチル−4−メチルフェニルカーボネート、n−ブチル−2−エチルフェニルカーボネート、 Phenyl-i-propyl carbonate, 2-methylphenyl-i-propyl carbonate, 3-methylphenyl-i-propyl carbonate, 4-methylphenyl-i-propyl carbonate, 2-ethylphenyl-i-propyl carbonate, 3-ethyl Phenyl-i-propyl carbonate, 4-ethylphenyl-i-propyl carbonate, 2-t-butylphenyl-i-propyl carbonate, 3-t-butylphenyl-i-propyl carbonate, 4-t-butylphenyl-i- Propyl carbonate, 2-cyclohexylphenyl-i-propyl carbonate, 3-cyclohexylphenyl-i-propyl carbonate, 4-cyclohexylphenyl-i-propyl carbonate, n-butylphenyl carbonate, n-butyl 2-methylphenyl carbonate, n- butyl-3-methyl phenyl carbonate, n- butyl-4-methylphenyl carbonate, n- butyl-2-ethyl-phenyl carbonate,
n−ブチル−3−エチルフェニルカーボネート、n−ブチル−4−エチルフェニルカーボネート、n−ブチル−2−t−ブチルフェニルカーボネート、n−ブチル−3−t−ブチルフェニルカーボネート、n−ブチル−4−t−ブチルフェニルカーボネート、n−ブチル−2−シクロヘキシルフェニルカーボネート、n−ブチル−3−シクロヘキシルフェニルカーボネート、n−ブチル−4−シクロヘキシルフェニルカーボネート、i−ブチルフェニルカーボネート、i−ブチル−2−メチルフェニルカーボネート、i−ブチル−3−メチルフェニルカーボネート、i−ブチル−4−メチルフェニルカーボネート、i−ブチル−2−エチルフェニルカーボネート、i−ブチル−3−エチルフェニルカーボネート、i−ブチル−4−エチルフェニルカーボネート、i−ブチル−2−t−ブチルフェニルカーボネート、i−ブチル−3−t−ブチルフェニルカーボネート、i−ブチル−4−t−ブチルフェニルカーボネート、 n-butyl-3-ethylphenyl carbonate, n-butyl-4-ethylphenyl carbonate, n-butyl-2-t-butylphenyl carbonate, n-butyl-3-t-butylphenyl carbonate, n-butyl-4- t-butylphenyl carbonate, n-butyl-2-cyclohexylphenyl carbonate, n-butyl-3-cyclohexylphenyl carbonate, n-butyl-4-cyclohexylphenyl carbonate, i-butylphenyl carbonate, i-butyl-2-methylphenyl Carbonate, i-butyl-3-methylphenyl carbonate, i-butyl-4-methylphenyl carbonate, i-butyl-2-ethylphenyl carbonate, i-butyl-3-ethylphenyl carbonate, i-butyl-4-ethylphenol Le carbonate, i- butyl -2-t-butyl phenyl carbonate, i- butyl -3-t-butyl phenyl carbonate, i- butyl -4-t-butyl phenyl carbonate,
i−ブチル−2−シクロヘキシルフェニルカーボネート、i−ブチル−3−シクロヘキシルフェニルカーボネート、i−ブチル−4−シクロヘキシルフェニルカーボネート、sec−ブチルフェニルカーボネート、sec−ブチル−2−メチルフェニルカーボネート、sec−ブチル−3−メチルフェニルカーボネート、sec−ブチル−4−メチルフェニルカーボネート、sec−ブチル−2−エチルフェニルカーボネート、sec−ブチル−3−エチルフェニルカーボネート、sec−ブチル−4−エチルフェニルカーボネート、sec−ブチル−2−t−ブチルフェニルカーボネート、sec−ブチル−3−t−ブチルフェニルカーボネート、sec−ブチル−4−t−ブチルフェニルカーボネート、se
c−ブチル−2−シクロヘキシルフェニルカーボネート、sec−ブチル−3−シクロヘキシルフェニルカーボネート、sec−ブチル−4−シクロヘキシルフェニルカーボネート、t−ブチルフェニルカーボネート、
i-butyl-2-cyclohexylphenyl carbonate, i-butyl-3-cyclohexylphenyl carbonate, i-butyl-4-cyclohexylphenyl carbonate, sec-butylphenyl carbonate, sec-butyl-2-methylphenyl carbonate, sec-butyl- 3-methylphenyl carbonate, sec-butyl-4-methylphenyl carbonate, sec-butyl-2-ethylphenyl carbonate, sec-butyl-3-ethylphenyl carbonate, sec-butyl-4-ethylphenyl carbonate, sec-butyl- 2-t-butylphenyl carbonate, sec-butyl-3-t-butylphenyl carbonate, sec-butyl-4-t-butylphenyl carbonate, se
c-butyl-2-cyclohexyl phenyl carbonate, sec-butyl-3-cyclohexyl phenyl carbonate, sec-butyl-4-cyclohexyl phenyl carbonate, t-butylphenyl carbonate,
t−ブチル−2−メチルフェニルカーボネート、t−ブチル3−メチルフェニルカーボネート、t−ブチル−4−メチルフェニルカーボネート、t−ブチル−2−エチルフェニルカーボネート、t−ブチル−3−エチルフェニルカーボネート、t−ブチル−4−エチルフェニルカーボネート、t−ブチル−2−t−ブチルフェニルカーボネート、t−ブチル−3−t−ブチルフェニルカーボネート、t−ブチル−4−t−ブチルフェニルカーボネート、t−ブチル−2−シクロヘキシルフェニルカーボネート、t−ブチル−3−シクロヘキシルフェニルカーボネート、t−ブチル−4−シクロヘキシルフェニルカーボネート、n−ペンチル−n−ペンチルカーボネート、2−メチルフェニル−n−ペンチルカーボネート、3−メチルフェニル−n−ペンチルカーボネート、4−メチルフェニル−n−ペンチルカーボネート、2−エチルフェニル−n−ペンチルカーボネート、3−エチルフェニル−n−ペンチルカーボネート、 t-butyl-2-methylphenyl carbonate, t-butyl 3-methylphenyl carbonate, t-butyl-4-methylphenyl carbonate, t-butyl-2-ethylphenyl carbonate, t-butyl-3-ethylphenyl carbonate, t -Butyl-4-ethylphenyl carbonate, t-butyl-2-t-butylphenyl carbonate, t-butyl-3-t-butylphenyl carbonate, t-butyl-4-t-butylphenyl carbonate, t-butyl-2 -Cyclohexyl phenyl carbonate, t-butyl-3-cyclohexyl phenyl carbonate, t-butyl-4-cyclohexyl phenyl carbonate, n-pentyl-n-pentyl carbonate, 2-methylphenyl-n-pentyl carbonate, 3-methylphenyl n- pentyl carbonate, 4-methylphenyl -n- pentyl carbonate, 2-ethylphenyl -n- pentyl carbonate, 3-ethylphenyl -n- pentyl carbonate,
4−エチルフェニル−n−ペンチルカーボネート、2−t−ブチルフェニル−n−ペンチルカーボネート、3−t−ブチルフェニル−n−ペンチルカーボネート、4−t−ブチルフェニル−n−ペンチルカーボネート、2−シクロヘキシルフェニル−n−ペンチルカーボネート、3−シクロヘキシルフェニル−n−ペンチルカーボネート、4−シクロヘキシルフェニル−n−ペンチルカーボネート、t−アミルフェニルカーボネート、t−アミル−2−メチルフェニルカーボネート、t−アミル−3−メチルフェニルカーボネート、t−アミル−4−メチルフェニルカーボネート、t−アミル−2−エチルフェニルカーボネート、t−アミル−3−エチルフェニルカーボネート、t−アミル−4−エチルフェニルカーボネート、t−アミル−2−t−ブチルフェニルカーボネート、t−アミル−3−t−ブチルフェニルカーボネート、t−アミル−4−t−ブチルフェニルカーボネート、t−アミル−2−シクロヘキシルフェニルカーボネート、t−アミル−3−シクロヘキシルフェニルカーボネート、 4-ethylphenyl-n-pentyl carbonate, 2-t-butylphenyl-n-pentyl carbonate, 3-t-butylphenyl-n-pentyl carbonate, 4-t-butylphenyl-n-pentyl carbonate, 2-cyclohexylphenyl -N-pentyl carbonate, 3-cyclohexylphenyl-n-pentyl carbonate, 4-cyclohexylphenyl-n-pentyl carbonate, t-amylphenyl carbonate, t-amyl-2-methylphenyl carbonate, t-amyl-3-methylphenyl Carbonate, t-amyl-4-methylphenyl carbonate, t-amyl-2-ethylphenyl carbonate, t-amyl-3-ethylphenyl carbonate, t-amyl-4-ethylphenyl carbonate, t-amyl- -T-butylphenyl carbonate, t-amyl-3-t-butylphenyl carbonate, t-amyl-4-t-butylphenyl carbonate, t-amyl-2-cyclohexylphenyl carbonate, t-amyl-3-cyclohexylphenyl carbonate ,
t−アミル−4−シクロヘキシルフェニルカーボネート、1,1−ジメチルブチルフェニルカーボネート、1,1−ジメチルブチル−2−メチルフェニルカーボネート、1,1−ジメチルブチル−3−メチルフェニルカーボネート、1,1−ジメチルブチル−4−メチルフェニルカーボネート、1,1−ジメチルブチル−2−エチルフェニルカーボネート、1,1−ジメチルブチル−3−エチルフェニルカーボネート、1,1−ジメチルブチル−4−エチルフェニルカーボネート、2−t−ブチルフェニル−1,1−ジメチルブチルカーボネート、3−t−ブチルフェニル−1,1−ジメチルブチルカーボネート、4−t−ブチルフェニル−1,1−ジメチルブチルカーボネート、2−シクロヘキシルフェニル−1,1−ジメチルブチルカーボネート、3−シクロヘキシルフェニル−1,1−ジメチルブチルカーボネート、4−シクロヘキシルフェニル−1,1−ジメチルブチルカーボネート、シクロヘキシルフェニルカーボネート、 t-amyl-4-cyclohexylphenyl carbonate, 1,1-dimethylbutylphenyl carbonate, 1,1-dimethylbutyl-2-methylphenyl carbonate, 1,1-dimethylbutyl-3-methylphenyl carbonate, 1,1-dimethyl Butyl-4-methylphenyl carbonate, 1,1-dimethylbutyl-2-ethylphenyl carbonate, 1,1-dimethylbutyl-3-ethylphenyl carbonate, 1,1-dimethylbutyl-4-ethylphenyl carbonate, 2-t -Butylphenyl-1,1-dimethylbutyl carbonate, 3-t-butylphenyl-1,1-dimethylbutyl carbonate, 4-t-butylphenyl-1,1-dimethylbutyl carbonate, 2-cyclohexylphenyl-1,1 -Dimethylbutylcar Sulfonate, 3-phenyl-1,1-dimethyl-butyl carbonate, 4-phenyl-1,1-dimethyl-butyl carbonate, cyclohexyl phenyl carbonate,
シクロヘキシル−2−メチルフェニルカーボネート、シクロヘキシル−3−メチルフェニルカーボネート、シクロヘキシル−4−メチルフェニルカーボネート、シクロヘキシル−2−エチルフェニルカーボネート、シクロヘキシル−3−エチルフェニルカーボネート、シクロヘキシル−4−エチルフェニルカーボネート、2−t−ブチルフェニルシクロヘキシルカーボネート、3−t−ブチルフェニルシクロヘキシルカーボネート、4−t−ブチルフェニルシクロヘキシルカーボネート、シクロヘキシル−2−シクロヘキシルフェニルカーボネート、シクロヘキシル−3−シクロヘキシルフェニルカーボネート、シクロヘキシル−4−シクロヘキシルフェニルカーボネート、1−メチルシクロヘキシルフェニルカーボネート、1−メチルシクロヘキシル−2−メチルフェニルカーボネート、1−メチル
シクロヘキシル−3−メチルフェニルカーボネート、1−メチルシクロヘキシル−4−メチルフェニルカーボネート、
Cyclohexyl-2-methylphenyl carbonate, cyclohexyl-3-methylphenyl carbonate, cyclohexyl-4-methylphenyl carbonate, cyclohexyl-2-ethylphenyl carbonate, cyclohexyl-3-ethylphenyl carbonate, cyclohexyl-4-ethylphenyl carbonate, 2- t-butylphenylcyclohexyl carbonate, 3-t-butylphenylcyclohexyl carbonate, 4-t-butylphenylcyclohexyl carbonate, cyclohexyl-2-cyclohexylphenyl carbonate, cyclohexyl-3-cyclohexylphenyl carbonate, cyclohexyl-4-cyclohexylphenyl carbonate, 1 -Methylcyclohexyl phenyl carbonate, 1-methyl Hexyl-2-methyl phenyl carbonate, 1-methyl-cyclohexyl-3-methyl phenyl carbonate, 1-methyl-cyclohexyl-4-methyl phenyl carbonate,
2−エチルフェニル−1−メチルシクロヘキシルカーボネート、3−エチルフェニル−1−メチルシクロヘキシルカーボネート、4−エチルフェニル−1−メチルシクロヘキシルカーボネート、2−t−ブチルフェニル−1−メチルシクロヘキシルカーボネート、3−t−ブチルフェニル−1−メチルシクロヘキシルカーボネート、4−t−ブチルフェニル−1−メチルシクロヘキシルカーボネート、2−シクロヘキシルフェニル−1−メチルシクロヘキシルカーボネート、3−シクロヘキシルフェニル−1−メチルシクロヘキシルカーボネート、4−シクロヘキシルフェニル−1−メチルシクロヘキシルカーボネート、1−エチルシクロヘキシルフェニルカーボネート、1−エチルシクロヘキシル−2−メチルフェニルカーボネート、1−エチルシクロヘキシル3−メチルフェニルカーボネート、1−エチルシクロヘキシル−4−メチルフェニルカーボネート、1−エチルシクロヘキシル−2−エチルフェニルカーボネート、1−エチルシクロヘキシル−3−エチルフェニルカーボネート、1−エチルシクロヘキシル−4−エチルフェニルカーボネート、 2-ethylphenyl-1-methylcyclohexyl carbonate, 3-ethylphenyl-1-methylcyclohexyl carbonate, 4-ethylphenyl-1-methylcyclohexyl carbonate, 2-t-butylphenyl-1-methylcyclohexyl carbonate, 3-t- Butylphenyl-1-methylcyclohexyl carbonate, 4-t-butylphenyl-1-methylcyclohexyl carbonate, 2-cyclohexylphenyl-1-methylcyclohexyl carbonate, 3-cyclohexylphenyl-1-methylcyclohexyl carbonate, 4-cyclohexylphenyl-1 -Methylcyclohexyl carbonate, 1-ethylcyclohexylphenyl carbonate, 1-ethylcyclohexyl-2-methylphenyl carbonate, 1- Tylcyclohexyl 3-methylphenyl carbonate, 1-ethylcyclohexyl-4-methylphenyl carbonate, 1-ethylcyclohexyl-2-ethylphenyl carbonate, 1-ethylcyclohexyl-3-ethylphenyl carbonate, 1-ethylcyclohexyl-4-ethylphenyl Carbonate,
2−t−ブチルフェニル1−エチルシクロヘキシルカーボネート、3−t−ブチルフェニル−1−エチルシクロヘキシルカーボネート、4−t−ブチルフェニル−1−エチルシクロヘキシルカーボネート、2−シクロヘキシルフェニル−1−エチルシクロヘキシルカーボネート、3−シクロヘキシルフェニル−1−エチルシクロヘキシルカーボネート、4−シクロヘキシルフェニル−1−エチルシクロヘキシルカーボネート、ジフェニルカーボネート、2−メチルフェニルフェニルカーボネート、3−メチルフェニルフェニルカーボネート、4−メチルフェニルフェニルカーボネート、2−エチルフェニルフェニルカーボネート、3−エチルフェニルフェニルカーボネート、4−エチルフェニルフェニルカーボネート、2−t−ブチルフェニルフェニルカーボネート、3−t−ブチルフェニルフェニルカーボネート、4−t−ブチルフェニルフェニルカーボネート、2−シクロヘキシルフェニルフェニルカーボネート、 2-t-butylphenyl 1-ethylcyclohexyl carbonate, 3-t-butylphenyl-1-ethylcyclohexyl carbonate, 4-t-butylphenyl-1-ethylcyclohexyl carbonate, 2-cyclohexylphenyl-1-ethylcyclohexyl carbonate, 3 -Cyclohexylphenyl-1-ethylcyclohexyl carbonate, 4-cyclohexylphenyl-1-ethylcyclohexyl carbonate, diphenyl carbonate, 2-methylphenylphenyl carbonate, 3-methylphenylphenyl carbonate, 4-methylphenylphenyl carbonate, 2-ethylphenylphenyl Carbonate, 3-ethylphenylphenyl carbonate, 4-ethylphenylphenyl carbonate, 2-t-butylpheny Phenyl carbonate, 3-t-butylphenyl phenyl carbonate, 4-t-butylphenyl phenyl carbonate, 2-cyclohexyl phenyl carbonate,
3−シクロヘキシルフェニルフェニルカーボネート、4−シクロヘキシルフェニルフェニルカーボネート、ビス−2−メチルフェニルカーボネート、2−メチルフェニル−3−メチルフェニルカーボネート、2−メチルフェニル−4−メチルフェニルカーボネート、2−エチルフェニル−2−メチルフェニルカーボネート、3−エチルフェニル−2−メチルフェニルカーボネート、4−エチルフェニル−2−メチルフェニルカーボネート、2−t−ブチルフェニル−2−メチルフェニルカーボネート、3−t−ブチルフェニル−2−メチルフェニルカーボネート、4−t−ブチルフェニル−2−メチルフェニルカーボネート、2−シクロヘキシルフェニル−2−メチルフェニルカーボネート、3−シクロヘキシルフェニル−2−メチルフェニルカーボネート、4−シクロヘキシルフェニル−2−メチルフェニルカーボネート、ビス−3−メチルフェニルカーボネート、3−メチルフェニル−4−メチルフェニルカーボネート、 3-cyclohexylphenylphenyl carbonate, 4-cyclohexylphenylphenyl carbonate, bis-2-methylphenyl carbonate, 2-methylphenyl-3-methylphenyl carbonate, 2-methylphenyl-4-methylphenyl carbonate, 2-ethylphenyl-2 -Methylphenyl carbonate, 3-ethylphenyl-2-methylphenyl carbonate, 4-ethylphenyl-2-methylphenyl carbonate, 2-t-butylphenyl-2-methylphenyl carbonate, 3-t-butylphenyl-2-methyl Phenyl carbonate, 4-t-butylphenyl-2-methylphenyl carbonate, 2-cyclohexylphenyl-2-methylphenyl carbonate, 3-cyclohexylphenyl-2-methylpheny Carbonate, 4-phenyl-2-methyl phenyl carbonate, bis-3-methyl phenyl carbonate, 3-methylphenyl-4-methyl phenyl carbonate,
2−エチルフェニル−3−メチルフェニルカーボネート、3−エチルフェニル−3−メチルフェニルカーボネート、4−エチルフェニル−3−メチルフェニルカーボネート、2−t−ブチルフェニル−3−メチルフェニルカーボネート、3−t−ブチルフェニル−3−メチルフェニルカーボネート、4−t−ブチルフェニル−3−メチルフェニルカーボネート、2−シクロヘキシルフェニル−3−メチルフェニルカーボネート、3−シクロヘキシルフェニル−3−メチルフェニルカーボネート、4−シクロヘキシルフェニル−3−メチルフェニルカーボネート、ビス−4−メチルフェニルカーボネート、2−エチルフェニル−4−メチルフェニルカーボネート、3−エチルフェニル−4−メチルフェニルカーボネート、4−エチルフェニル−4−メチルフェニルカーボネート、2−t−ブチルフェニル−4−メチルフェニルカーボネート、3−t−ブチルフェニル−4−メチルフェニルカー
ボネート、4−t−ブチルフェニル−4−メチルフェニルカーボネート、
2-ethylphenyl-3-methylphenyl carbonate, 3-ethylphenyl-3-methylphenyl carbonate, 4-ethylphenyl-3-methylphenyl carbonate, 2-t-butylphenyl-3-methylphenyl carbonate, 3-t- Butylphenyl-3-methylphenyl carbonate, 4-t-butylphenyl-3-methylphenyl carbonate, 2-cyclohexylphenyl-3-methylphenyl carbonate, 3-cyclohexylphenyl-3-methylphenyl carbonate, 4-cyclohexylphenyl-3 -Methylphenyl carbonate, bis-4-methylphenyl carbonate, 2-ethylphenyl-4-methylphenyl carbonate, 3-ethylphenyl-4-methylphenyl carbonate, 4-ethylphenyl- - methyl phenyl carbonate, 2-t-butylphenyl-4-methyl phenyl carbonate, 3-t-butylphenyl-4-methyl phenyl carbonate, 4-t-butylphenyl-4-methyl phenyl carbonate,
2−シクロヘキシルフェニル−4−メチルフェニルカーボネート、3−シクロヘキシルフェニル−4−メチルフェニルカーボネート、4−シクロヘキシルフェニル−4−メチルフェニルカーボネート、ビス−2−エチルフェニルカーボネート、2−エチルフェニル−3−エチルフェニルカーボネート、2−エチルフェニル−4−エチルフェニルカーボネート、2−t−ブチルフェニル−2−エチルフェニルカーボネート、3−t−ブチルフェニル−2−エチルフェニルカーボネート、4−t−ブチルフェニル−2−エチルフェニルカーボネート、2−シクロヘキシルフェニル−2−エチルフェニルカーボネート、3−シクロヘキシルフェニル−2−エチルフェニルカーボネート、4−シクロヘキシルフェニル−2−エチルフェニルカーボネート、ビス−3−エチルフェニルカーボネート、3−エチルフェニル−4−エチルフェニルカーボネート、2−t−ブチルフェニル−3−エチルフェニルカーボネート、 2-cyclohexylphenyl-4-methylphenyl carbonate, 3-cyclohexylphenyl-4-methylphenyl carbonate, 4-cyclohexylphenyl-4-methylphenyl carbonate, bis-2-ethylphenyl carbonate, 2-ethylphenyl-3-ethylphenyl Carbonate, 2-ethylphenyl-4-ethylphenyl carbonate, 2-t-butylphenyl-2-ethylphenyl carbonate, 3-t-butylphenyl-2-ethylphenyl carbonate, 4-t-butylphenyl-2-ethylphenyl Carbonate, 2-cyclohexylphenyl-2-ethylphenyl carbonate, 3-cyclohexylphenyl-2-ethylphenyl carbonate, 4-cyclohexylphenyl-2-ethylphenyl carbonate , Bis-3-ethyl phenyl carbonate, 3-ethyl-phenyl-4-ethyl-phenyl carbonate, 2-t-butylphenyl-3-ethyl-phenyl carbonate,
3−t−ブチルフェニル−3−エチルフェニルカーボネート、4−t−ブチルフェニル−3−エチルフェニルカーボネート、2−シクロヘキシルフェニル−3−エチルフェニルカーボネート、3−シクロヘキシルフェニル−3−エチルフェニルカーボネート、4−シクロヘキシルフェニル−3−エチルフェニルカーボネート、ビス−4−エチルフェニルカーボネート、2−t−ブチルフェニル−4−エチルフェニルカーボネート、3−t−ブチルフェニル−4−エチルフェニルカーボネート、4−t−ブチルフェニル−4−エチルフェニルカーボネート、2−シクロヘキシルフェニル−4−エチルフェニルカーボネート、3−シクロヘキシルフェニル−4−エチルフェニルカーボネート、4−シクロヘキシルフェニル−4−エチルフェニルカーボネート、ビス−2−t−ブチルフェニルカーボネート、2−t−ブチルフェニル−3−t−ブチルフェニルカーボネート、2−t−ブチルフェニル−4−t−ブチルフェニルカーボネート、 3-t-butylphenyl-3-ethylphenyl carbonate, 4-t-butylphenyl-3-ethylphenyl carbonate, 2-cyclohexylphenyl-3-ethylphenyl carbonate, 3-cyclohexylphenyl-3-ethylphenyl carbonate, 4- Cyclohexylphenyl-3-ethylphenyl carbonate, bis-4-ethylphenyl carbonate, 2-t-butylphenyl-4-ethylphenyl carbonate, 3-t-butylphenyl-4-ethylphenyl carbonate, 4-t-butylphenyl- 4-ethylphenyl carbonate, 2-cyclohexylphenyl-4-ethylphenyl carbonate, 3-cyclohexylphenyl-4-ethylphenyl carbonate, 4-cyclohexylphenyl-4-ethylphenyl carbonate Boneto, bis -2-t-butyl phenyl carbonate, 2-t-butylphenyl -3-t-butyl phenyl carbonate, 2-t-butylphenyl -4-t-butyl phenyl carbonate,
2−t−ブチルフェニル−2−シクロヘキシルフェニルカーボネート、2−t−ブチルフェニル−3−シクロヘキシルフェニルカーボネート、2−t−ブチルフェニル−4−シクロヘキシルフェニルカーボネート、ビス−3−t−ブチルフェニルカーボネート、3−t−ブチルフェニル−4−t−ブチルフェニルカーボネート、3−t−ブチルフェニル−2−シクロヘキシルフェニルカーボネート、3−t−ブチルフェニル−3−シクロヘキシルフェニルカーボネート、3−t−ブチルフェニル−4−シクロヘキシルフェニルカーボネート、ビス−4−t−ブチルフェニルカーボネート、4−t−ブチルフェニル−2−シクロヘキシルフェニルカーボネート、4−t−ブチルフェニル−3−シクロヘキシルフェニルカーボネート、4−t−ブチルフェニル−4−シクロヘキシルフェニルカーボネート、ビス−2−シクロヘキシルフェニルカーボネート、2−シクロヘキシルフェニル−3−シクロヘキシルフェニルカーボネート、2−シクロヘキシルフェニル−4−シクロヘキシルフェニルカーボネート、ビス−3−シクロヘキシルフェニルカーボネート、3−シクロヘキシルフェニル−4−シクロヘキシルフェニルカーボネート、ビス−4−シクロヘキシルフェニルカーボネート、がより好ましい。これらの化合物であれば耐酸化性が高く、通常使用する電圧の範囲において酸化分解されにくいため、良好な電池特性が得られる。 2-t-butylphenyl-2-cyclohexylphenyl carbonate, 2-t-butylphenyl-3-cyclohexylphenyl carbonate, 2-t-butylphenyl-4-cyclohexylphenyl carbonate, bis-3-t-butylphenyl carbonate, 3 -T-butylphenyl-4-t-butylphenyl carbonate, 3-t-butylphenyl-2-cyclohexylphenyl carbonate, 3-t-butylphenyl-3-cyclohexylphenyl carbonate, 3-t-butylphenyl-4-cyclohexyl Phenyl carbonate, bis-4-t-butylphenyl carbonate, 4-t-butylphenyl-2-cyclohexylphenyl carbonate, 4-t-butylphenyl-3-cyclohexylphenyl carbonate, 4-t-butyl Ruphenyl-4-cyclohexylphenyl carbonate, bis-2-cyclohexylphenyl carbonate, 2-cyclohexylphenyl-3-cyclohexylphenyl carbonate, 2-cyclohexylphenyl-4-cyclohexylphenyl carbonate, bis-3-cyclohexylphenyl carbonate, 3-cyclohexylphenyl -4-Cyclohexylphenyl carbonate and bis-4-cyclohexylphenyl carbonate are more preferable. Since these compounds have high oxidation resistance and are not easily oxidized and decomposed in the range of voltages normally used, good battery characteristics can be obtained.
メチルフェニルカーボネート、エチルフェニルカーボネート、n−プロピルフェニルカーボネート、i−プロピルフェニルカーボネート、n−ブチルフェニルカーボネート、i−ブチルフェニルカーボネート、sec−ブチルフェニルカーボネート、t−ブチルフェニ
ルカーボネート、n−ペンチルフェニルカーボネート、t−アミルフェニルカーボネート、(1,1−ジメチルブチル)フェニルカーボネート、ジフェニルカーボネートがさらに好ましい。これらの化合物であればさらに耐酸化性が高く、通常使用する電圧の範囲においてさらに酸化分解されにくいため、より良好な電池特性が得られる。
メチルフェニルカーボネート、エチルフェニルカーボネート、n−プロピルフェニルカ
ーボネート、n−ブチルフェニルカーボネート、ジフェニルカーボネートが特に好ましい。これらの化合物であれば特に耐酸化性が高く、通常使用する電圧の範囲において特に酸化されにくいため、さらに良好な電池特性が得られる。
Methyl phenyl carbonate, ethyl phenyl carbonate, n-propyl phenyl carbonate, i-propyl phenyl carbonate, n-butyl phenyl carbonate, i-butyl phenyl carbonate, sec-butyl phenyl carbonate, t-butyl phenyl carbonate, n-pentyl phenyl carbonate, t-Amylphenyl carbonate, (1,1-dimethylbutyl) phenyl carbonate, and diphenyl carbonate are more preferable. These compounds have higher oxidation resistance and are less susceptible to oxidative decomposition within the range of voltages normally used, so that better battery characteristics can be obtained.
Methyl phenyl carbonate, ethyl phenyl carbonate, n-propyl phenyl carbonate, n-butyl phenyl carbonate and diphenyl carbonate are particularly preferred. These compounds have particularly high oxidation resistance, and are particularly difficult to oxidize in the range of voltages normally used, so that even better battery characteristics are obtained.
非水系電解液中における一般式(3)で表される化合物の割合は、特に制限されず、本発明の効果を著しく損なわない限り任意であるが、通常0.001質量%以上、好ましくは0.01質量%以上、更に好ましくは0.05質量%以上、特に好ましくは0.1質量%以上である。上限は、通常10質量%以下、好ましくは5質量%以下、更に好ましくは3質量%、特に好ましくは2質量%以下、最も好ましくは、1.5質量%以下である。この範囲であれば酸化分解による悪影響を抑制でき、電解液の粘度上昇を抑制できるため、通常使用する電圧の範囲において良好な電池特性が得られる。 The ratio of the compound represented by the general formula (3) in the nonaqueous electrolytic solution is not particularly limited, and is arbitrary as long as the effect of the present invention is not significantly impaired, but is usually 0.001% by mass or more, preferably 0. 0.01 mass% or more, more preferably 0.05 mass% or more, and particularly preferably 0.1 mass% or more. The upper limit is usually 10% by mass or less, preferably 5% by mass or less, more preferably 3% by mass, particularly preferably 2% by mass or less, and most preferably 1.5% by mass or less. Within this range, adverse effects due to oxidative decomposition can be suppressed, and an increase in the viscosity of the electrolytic solution can be suppressed. Therefore, good battery characteristics can be obtained in the range of normally used voltages.
<一般式(2)で表される化合物>
本発明の非水系電解液において、非水系電解液電池の負極表面に皮膜を形成し、電池の長寿命化を達成するために、一般式(1)で表される化合物に加えて、一般式(2)で表される化合物を用いるとより効果的である。
<Compound represented by formula (2)>
In the non-aqueous electrolyte solution of the present invention, in order to form a film on the negative electrode surface of the non-aqueous electrolyte battery and to extend the life of the battery, in addition to the compound represented by the general formula (1), the general formula Use of the compound represented by (2) is more effective.
(R6は炭素数1〜12のヘテロ元素を有していても良い有機基を表し、同一であっても異なっていても良い。mは1〜6の整数を表し、n1とn2は0または1を表し、n1が1のとき、n2は0であり、n2が1のとき、n1は0である。R6同士が結合して、環を形成していてもよい。)
R6は炭素数1以上12以下であり、好ましくは2以上11以下であり、さらに好ましくは3以上10以下である。その範囲内であれば、酸化分解が起こりにくく、負極で反応するときに安定な負極SEIを形成できる。
R6で表される炭素数1〜12のヘテロ元素を有していても良い有機基としては、メチル基、エチル基、ビニル基、エチニル基、n−プロピル基、i−プロピル基、アリル基、2−プロピニル基、n−ブチル基、i−ブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基、1−ブチニル基、n−ペンチル基、t−アミル基、1,1−ジメチルブチル基、シクロヘキシル基、フェニル基、または、以下の構造が挙げられる。
(R 6 represents an organic group which may have a heteroelement having 1 to 12 carbon atoms, and may be the same or different. M represents an integer of 1 to 6, and n1 and n2 are 0. Or, when n1 is 1, n2 is 0, and when n2 is 1, n1 is 0. R 6 may be bonded to form a ring.
R 6 has 1 or more and 12 or less carbon atoms, preferably 2 or more and 11 or less, and more preferably 3 or more and 10 or less. Within this range, oxidative decomposition hardly occurs, and a stable negative electrode SEI can be formed when reacting with the negative electrode.
Examples of the organic group which may have a heteroelement having 1 to 12 carbon atoms represented by R 6 include a methyl group, an ethyl group, a vinyl group, an ethynyl group, an n-propyl group, an i-propyl group, and an allyl group. 2-propynyl group, n-butyl group, i-butyl group, sec-butyl group, t-butyl group, 1-butynyl group, n-pentyl group, t-amyl group, 1,1-dimethylbutyl group, cyclohexyl Group, phenyl group, or the following structure.
これらの置換基の中でも、アリル基、2−プロピニル基、または、以下の構造で表される置換基であれば、より安定な負極SEIを形成できるので好ましい。 Among these substituents, an allyl group, a 2-propynyl group, or a substituent represented by the following structure is preferable because a more stable negative electrode SEI can be formed.
R6同士が結合し、環を形成する場合、その炭素数は通常1以上、好ましくは2以上、より好ましくは3以上、一方、通常6以下、好ましくは5以下、より好ましくは4以下である。その範囲内であれば、負極で反応する際に、安定な負極SEIを形成できる。
R6同士が結合し、環を形成する場合の構造としては、メチレン、エチレン、トリメチレン、テトラメチレンが挙げられる。これら置換基の中でも、負極における反応活性が高いため、メチレン、エチレンが好ましい。
一般式(2)で表される化合物の具体例としては以下のようなものが挙げられる。
When R 6 is bonded to form a ring, the number of carbon atoms is usually 1 or more, preferably 2 or more, more preferably 3 or more, and usually 6 or less, preferably 5 or less, more preferably 4 or less. . Within this range, a stable negative electrode SEI can be formed when reacting with the negative electrode.
Examples of the structure in which R 6 are bonded to form a ring include methylene, ethylene, trimethylene and tetramethylene. Among these substituents, methylene and ethylene are preferable because of high reaction activity in the negative electrode.
Specific examples of the compound represented by the general formula (2) include the following.
耐酸化性と負極SEIの安定性の点から、以下に挙げる構造がより好ましい。 From the viewpoint of oxidation resistance and stability of the negative electrode SEI, the following structures are more preferable.
一般式(2)で表される化合物は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併有してもよい。本発明の非水系電解液全体に対する一般式(2)で表される化合物の配合量に制限は無く、本発明の効果を著しく損なわない限り任意であるが、本発明の非水系電解液に対して、通常0.01質量%以上、好ましくは0.1質量%以上、より好ましくは0.2質量%以上、また、通常5質量%以下、好ましくは4質量%以下、より好ましくは2質量%以下の濃度で含有させる。上記範囲を満たした場合は、出力特性、負荷特性、低温特性、サイクル特性、高温保存特性等の効果がより向上する。 The compound represented by General formula (2) may be used individually by 1 type, and may have 2 or more types by arbitrary combinations and ratios. The compounding amount of the compound represented by the general formula (2) with respect to the entire non-aqueous electrolyte solution of the present invention is not limited, and is arbitrary as long as the effects of the present invention are not significantly impaired, but with respect to the non-aqueous electrolyte solution of the present invention. In general, it is 0.01% by mass or more, preferably 0.1% by mass or more, more preferably 0.2% by mass or more, and usually 5% by mass or less, preferably 4% by mass or less, more preferably 2% by mass. It is contained at the following concentrations. When the above range is satisfied, effects such as output characteristics, load characteristics, low temperature characteristics, cycle characteristics, and high temperature storage characteristics are further improved.
1−5.助剤
本発明の非水系電解液電池において、一般式(1)で表される化合物と上記化合物以外に、目的に応じて適宜助剤を用いてもよい。助剤としては、以下に示される炭素−炭素不飽和結合を有する環状カーボネート、フッ素原子を有する不飽和環状カーボネート、過充電防止剤、並びにその他の助剤が挙げられる。これらの中で、電極活物質と電解液との副反応の抑制効果と電池抵抗の上昇とのバランスに優れることから、炭素−炭素不飽和結合を有する環状カーボネート、フッ素原子を有する不飽和環状カーボネートが好ましい。
1-5. Auxiliary Agent In the non-aqueous electrolyte battery of the present invention, an auxiliary agent may be appropriately used depending on the purpose in addition to the compound represented by the general formula (1) and the above compound. As an auxiliary agent, the cyclic carbonate which has the carbon-carbon unsaturated bond shown below, the unsaturated cyclic carbonate which has a fluorine atom, an overcharge inhibitor, and another auxiliary agent are mentioned. Among these, since it is excellent in the balance between the suppression effect of side reaction between the electrode active material and the electrolyte and the increase in battery resistance, the cyclic carbonate having a carbon-carbon unsaturated bond, the unsaturated cyclic carbonate having a fluorine atom Is preferred.
<炭素−炭素不飽和結合を有する環状カーボネート>
本発明の非水系電解液において、非水系電解液電池の負極表面に皮膜を形成し、電池の長寿命化を達成するために、一般式(1)で表される化合物に加えて、炭素−炭素不飽和
結合を有する環状カーボネート(以下、「不飽和環状カーボネート」と略記する場合がある)を用いるとより効果的である。
<Cyclic carbonate having a carbon-carbon unsaturated bond>
In the non-aqueous electrolyte of the present invention, in order to form a film on the negative electrode surface of the non-aqueous electrolyte battery and to extend the life of the battery, in addition to the compound represented by the general formula (1), carbon- It is more effective to use a cyclic carbonate having a carbon unsaturated bond (hereinafter sometimes abbreviated as “unsaturated cyclic carbonate”).
不飽和環状カーボネートとしては、炭素−炭素二重結合を有する環状カーボネートであれば特に制限はなく、任意の不飽和カーボネートを用いることができる。なお、芳香環を有する置換基を有する環状カーボネートも、不飽和環状カーボネートに包含されることとする。
不飽和環状カーボネートとしては、ビニレンカーボネート類、芳香環または炭素−炭素二重結合を有する置換基で置換されたエチレンカーボネート類、フェニルカーボネート類、ビニルカーボネート類、アリルカーボネート類等が挙げられる。
The unsaturated cyclic carbonate is not particularly limited as long as it is a cyclic carbonate having a carbon-carbon double bond, and any unsaturated carbonate can be used. Note that the cyclic carbonate having a substituent having an aromatic ring is also included in the unsaturated cyclic carbonate.
Examples of the unsaturated cyclic carbonate include vinylene carbonates, ethylene carbonates substituted with a substituent having an aromatic ring or a carbon-carbon double bond, phenyl carbonates, vinyl carbonates, and allyl carbonates.
ビニレンカーボネート類としては、ビニレンカーボネート(以下VCとして省略する場
合がある。)、メチルビニレンカーボネート、4,5−ジメチルビニレンカーボネート、
フェニルビニレンカーボネート、4,5−ジフェニルビニレンカーボネート、ビニルビニレンカーボネート、4,5−ビニルビニレンカーボネート、アリルビニレンカーボネート、4,5−ジアリルビニレンカーボネート等が挙げられる。
Examples of vinylene carbonates include vinylene carbonate (hereinafter sometimes abbreviated as VC), methyl vinylene carbonate, 4,5-dimethyl vinylene carbonate,
Examples include phenyl vinylene carbonate, 4,5-diphenyl vinylene carbonate, vinyl vinylene carbonate, 4,5-vinyl vinylene carbonate, allyl vinylene carbonate, 4,5-diallyl vinylene carbonate.
芳香環または炭素−炭素二重結合を有する置換基で置換されたエチレンカーボネート類の具体例としては、ビニルエチレンカーボネート、4,5−ジビニルエチレンカーボネート、4−メチル−5−ビニルエチレンカーボネート、4−アリル−5−ビニルエチレンカーボネート、フェニルエチレンカーボネート、4,5−ジフェニルエチレンカーボネート、4−フェニル−5−ビニルエチレンカーボネート、4−アリル−5−フェニルエチレンカーボネート、アリルエチレンカーボネート、4,5−ジアリルエチレンカーボネート、4−メチル−5−アリルエチレンカーボネート等が挙げられる。 Specific examples of ethylene carbonates substituted with an aromatic ring or a substituent having a carbon-carbon double bond include vinyl ethylene carbonate, 4,5-divinyl ethylene carbonate, 4-methyl-5-vinyl ethylene carbonate, 4- Allyl-5-vinylethylene carbonate, phenylethylene carbonate, 4,5-diphenylethylene carbonate, 4-phenyl-5-vinylethylene carbonate, 4-allyl-5-phenylethylene carbonate, allylethylene carbonate, 4,5-diallylethylene Examples thereof include carbonate and 4-methyl-5-allylethylene carbonate.
中でも、特に一般式(1)で表される化合物と併用するのに好ましい不飽和環状カーボネートとしては、ビニレンカーボネート、メチルビニレンカーボネート、4,5−ジメチルビニレンカーボネート、ビニルビニレンカーボネート、4,5-ビニルビニレンカーボネート、アリルビニレンカーボネート、4,5−ジアリルビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネート、4,5−ジビニルエチレンカーボネート、4−メチル−5−ビニルエチレンカーボネート、アリルエチレンカーボネート、4,5−ジアリルエチレンカーボネート、4−メチル−5−アリルエチレンカーボネート、4−アリル−5−ビニルエチレンカーボネートが、安定な界面保護被膜を形成するので、より好適に用いられる。 Among these, preferable unsaturated cyclic carbonates for use in combination with the compound represented by the general formula (1) include vinylene carbonate, methyl vinylene carbonate, 4,5-dimethyl vinylene carbonate, vinyl vinylene carbonate, and 4,5-vinyl. Vinylene carbonate, allyl vinylene carbonate, 4,5-diallyl vinylene carbonate, vinyl ethylene carbonate, 4,5-divinyl ethylene carbonate, 4-methyl-5-vinyl ethylene carbonate, allyl ethylene carbonate, 4,5-diallyl ethylene carbonate, 4 -Methyl-5-allylethylene carbonate and 4-allyl-5-vinylethylene carbonate are more preferably used because they form a stable interface protective film.
不飽和環状カーボネートの分子量は、特に制限されず、本発明の効果を著しく損なわない限り任意である。分子量は、好ましくは、86以上、250以下である。この範囲であれば、非水系電解液に対する不飽和環状カーボネートの溶解性を確保しやすく、本発明の効果が十分に発現されやすい。不飽和環状カーボネートの分子量は、より好ましくは150以下である。不飽和環状カーボネートの製造方法は、特に制限されず、公知の方法を任意に選択して製造することが可能である。 The molecular weight of the unsaturated cyclic carbonate is not particularly limited and is arbitrary as long as the effects of the present invention are not significantly impaired. The molecular weight is preferably 86 or more and 250 or less. If it is this range, it will be easy to ensure the solubility of the unsaturated cyclic carbonate with respect to a non-aqueous electrolyte solution, and the effect of this invention will fully be expressed easily. The molecular weight of the unsaturated cyclic carbonate is more preferably 150 or less. The production method of the unsaturated cyclic carbonate is not particularly limited, and can be produced by arbitrarily selecting a known method.
不飽和環状カーボネートは、1種を単独で用いても、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併有してもよい。また、不飽和環状カーボネートの配合量は、特に制限されず、本発明の効果を著しく損なわない限り任意である。不飽和環状カーボネートの配合量は、非水系電解液100質量%中、好ましくは、0.01質量%以上、より好ましくは0.1質量%以上、さらに好ましくは0.2質量%以上であり、また、好ましくは10質量%以下、より好ましくは7質量%以下、さらに好ましくは5質量%以下である。 An unsaturated cyclic carbonate may be used individually by 1 type, or may have 2 or more types by arbitrary combinations and ratios. Moreover, the compounding quantity of unsaturated cyclic carbonate is not restrict | limited in particular, As long as the effect of this invention is not impaired remarkably, it is arbitrary. The amount of the unsaturated cyclic carbonate is 100% by mass in the non-aqueous electrolyte solution, preferably 0.01% by mass or more, more preferably 0.1% by mass or more, and further preferably 0.2% by mass or more. Further, it is preferably 10% by mass or less, more preferably 7% by mass or less, and further preferably 5% by mass or less.
この範囲であれば、非水系電解液二次電池が十分なサイクル特性向上効果を発現しやすく、また、高温保存特性が低下し、ガス発生量が多くなり、放電容量維持率が低下すると
いった事態を回避しやすい。一方で少なすぎると、本発明における効果が十分に発揮しにくい場合があり、また多すぎると、抵抗が増加して出力や負荷特性が低下する場合がある。
Within this range, the non-aqueous electrolyte secondary battery is likely to exhibit a sufficient cycle characteristics improvement effect, and the high-temperature storage characteristics are reduced, the amount of gas generated is increased, and the discharge capacity maintenance rate is reduced. Easy to avoid. On the other hand, if the amount is too small, the effects of the present invention may not be sufficiently exerted. If the amount is too large, the resistance may increase and the output and load characteristics may decrease.
<フッ素原子を有する不飽和環状カーボネート>
フッ素原子を有する不飽和環状カーボネートとして、不飽和結合とフッ素原子とを有する環状カーボネート(以下、「フッ素化不飽和環状カーボネート」と略記する場合がある)を用いることも好ましい。フッ素化不飽和環状カーボネートが有するフッ素原子の数は1以上であれば、特に制限されない。中でもフッ素原子が通常6以下、好ましくは4以下であり、1個又は2個のものが最も好ましい。
<Unsaturated cyclic carbonate having a fluorine atom>
As the unsaturated cyclic carbonate having a fluorine atom, a cyclic carbonate having an unsaturated bond and a fluorine atom (hereinafter sometimes abbreviated as “fluorinated unsaturated cyclic carbonate”) is also preferably used. The number of fluorine atoms contained in the fluorinated unsaturated cyclic carbonate is not particularly limited as long as it is 1 or more. Among them, the number of fluorine atoms is usually 6 or less, preferably 4 or less, and most preferably 1 or 2 fluorine atoms.
フッ素化不飽和環状カーボネートとしては、フッ素化ビニレンカーボネート誘導体、芳香環又は炭素−炭素二重結合を有する置換基で置換されたフッ素化エチレンカーボネート誘導体等が挙げられる。
フッ素化ビニレンカーボネート誘導体としては、4−フルオロビニレンカーボネート、4−フルオロ−5−メチルビニレンカーボネート、4−フルオロ−5−フェニルビニレンカーボネート、4−アリル−5−フルオロビニレンカーボネート、4−フルオロ−5−ビニルビニレンカーボネート等が挙げられる。
Examples of the fluorinated unsaturated cyclic carbonate include fluorinated vinylene carbonate derivatives, fluorinated ethylene carbonate derivatives substituted with an aromatic ring or a substituent having a carbon-carbon double bond.
Fluorinated vinylene carbonate derivatives include 4-fluoro vinylene carbonate, 4-fluoro-5-methyl vinylene carbonate, 4-fluoro-5-phenyl vinylene carbonate, 4-allyl-5-fluoro vinylene carbonate, 4-fluoro-5- And vinyl vinylene carbonate.
芳香環又は炭素−炭素二重結合を有する置換基で置換されたフッ素化エチレンカーボネート誘導体としては、4−フルオロ−4−ビニルエチレンカーボネート、4−フルオロ−4−アリルエチレンカーボネート、4−フルオロ−5−ビニルエチレンカーボネート、4−フルオロ−5−アリルエチレンカーボネート、4,4−ジフルオロ−4−ビニルエチレンカーボネート、4,4−ジフルオロ−4−アリルエチレンカーボネート、4,5−ジフルオロ−4−ビニルエチレンカーボネート、4,5−ジフルオロ−4−アリルエチレンカーボネート、4−フルオロ−4,5−ジビニルエチレンカーボネート、4−フルオロ−4,5−ジアリルエチレンカーボネート、4,5−ジフルオロ−4,5−ジビニルエチレンカーボネート、4,5−ジフルオロ−4,5−ジアリルエチレンカーボネート、4−フルオロ−4−フェニルエチレンカーボネート、4−フルオロ−5−フェニルエチレンカーボネート、4,4−ジフルオロ−5−フェニルエチレンカーボネート、4,5−ジフルオロ−4−フェニルエチレンカーボネート等が挙げられる。 Examples of the fluorinated ethylene carbonate derivative substituted with an aromatic ring or a substituent having a carbon-carbon double bond include 4-fluoro-4-vinylethylene carbonate, 4-fluoro-4-allylethylene carbonate, 4-fluoro-5. -Vinylethylene carbonate, 4-fluoro-5-allylethylene carbonate, 4,4-difluoro-4-vinylethylene carbonate, 4,4-difluoro-4-allylethylene carbonate, 4,5-difluoro-4-vinylethylene carbonate 4,5-difluoro-4-allylethylene carbonate, 4-fluoro-4,5-divinylethylene carbonate, 4-fluoro-4,5-diallylethylene carbonate, 4,5-difluoro-4,5-divinylethylene carbonate 4,5-diflu B-4,5-diallylethylene carbonate, 4-fluoro-4-phenylethylene carbonate, 4-fluoro-5-phenylethylene carbonate, 4,4-difluoro-5-phenylethylene carbonate, 4,5-difluoro-4- Examples thereof include phenylethylene carbonate.
中でも、特に一般式(1)で表される化合物と併用するのに好ましいフッ素化不飽和環状カーボネートとしては、4−フルオロビニレンカーボネート、4−フルオロ−5−メチルビニレンカーボネート、4−フルオロ−5−ビニルビニレンカーボネート、4−アリル−5−フルオロビニレンカーボネート、4−フルオロ−4−ビニルエチレンカーボネート、4−フルオロ−4−アリルエチレンカーボネート、4−フルオロ−5−ビニルエチレンカーボネート、4−フルオロ−5−アリルエチレンカーボネート、4,4−ジフルオロ−4−ビニルエチレンカーボネート、4,4−ジフルオロ−4−アリルエチレンカーボネート、4,5−ジフルオロ−4−ビニルエチレンカーボネート、4,5−ジフルオロ−4−アリルエチレンカーボネート、4−フルオロ−4,5−ジビニルエチレンカーボネート、4−フルオロ−4,5−ジアリルエチレンカーボネート、4,5−ジフルオロ−4,5−ジビニルエチレンカーボネート、4,5−ジフルオロ−4,5−ジアリルエチレンカーボネートが、安定な界面保護被膜を形成するので、より好適に用いられる。 Among them, particularly preferred fluorinated unsaturated cyclic carbonates for use in combination with the compound represented by the general formula (1) include 4-fluorovinylene carbonate, 4-fluoro-5-methylvinylene carbonate, 4-fluoro-5- Vinyl vinylene carbonate, 4-allyl-5-fluoro vinylene carbonate, 4-fluoro-4-vinyl ethylene carbonate, 4-fluoro-4-allyl ethylene carbonate, 4-fluoro-5-vinyl ethylene carbonate, 4-fluoro-5- Allylethylene carbonate, 4,4-difluoro-4-vinylethylene carbonate, 4,4-difluoro-4-allylethylene carbonate, 4,5-difluoro-4-vinylethylene carbonate, 4,5-difluoro-4-allylethylene Carbonate, -Fluoro-4,5-divinylethylene carbonate, 4-fluoro-4,5-diallylethylene carbonate, 4,5-difluoro-4,5-divinylethylene carbonate, 4,5-difluoro-4,5-diallylethylene carbonate However, since it forms a stable interface protective film, it is more preferably used.
フッ素化不飽和環状カーボネートの分子量は、特に制限されず、本発明の効果を著しく損なわない限り任意である。分子量は、好ましくは、86以上であり、また、250以下である。この範囲であれば、非水系電解液に対するフッ素化環状カーボネートの溶解性を確保しやすく、本発明の効果が発現されやすい。フッ素化不飽和環状カーボネートの製造方法は、特に制限されず、公知の方法を任意に選択して製造することが可能である。分子
量は、より好ましくは150以下である。
The molecular weight of the fluorinated unsaturated cyclic carbonate is not particularly limited and is arbitrary as long as the effects of the present invention are not significantly impaired. The molecular weight is preferably 86 or more and 250 or less. If it is this range, it will be easy to ensure the solubility of the fluorinated cyclic carbonate with respect to non-aqueous electrolyte solution, and the effect of this invention will be easy to be expressed. The production method of the fluorinated unsaturated cyclic carbonate is not particularly limited, and can be produced by arbitrarily selecting a known method. The molecular weight is more preferably 150 or less.
フッ素化不飽和環状カーボネートは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併有してもよい。また、フッ素化不飽和環状カーボネートの配合量は、特に制限されず、本発明の効果を著しく損なわない限り任意である。フッ素化不飽和環状カーボネートの配合量は、通常、非水系電解液100質量%中、好ましくは、0.01質量%以上、より好ましくは0.1質量%以上、さらに好ましくは0.2質量%以上であり、また、好ましくは5質量%以下、より好ましくは4質量%以下、さらに好ましくは3質量%以下である。この範囲であれば、非水系電解液二次電池が十分なサイクル特性向上効果を発現しやすく、また、高温保存特性が低下し、ガス発生量が多くなり、放電容量維持率が低下するといった事態を回避しやすい。一方で少なすぎると、本発明における効果が十分に発揮しにくい場合があり、また多すぎると、抵抗が増加して出力や負荷特性が低下する場合がある。 A fluorinated unsaturated cyclic carbonate may be used individually by 1 type, and may have 2 or more types by arbitrary combinations and ratios. Moreover, the compounding quantity of a fluorinated unsaturated cyclic carbonate is not restrict | limited in particular, As long as the effect of this invention is not impaired remarkably, it is arbitrary. The blending amount of the fluorinated unsaturated cyclic carbonate is usually in 100% by mass of the non-aqueous electrolyte solution, preferably 0.01% by mass or more, more preferably 0.1% by mass or more, and further preferably 0.2% by mass. Further, it is preferably 5% by mass or less, more preferably 4% by mass or less, and further preferably 3% by mass or less. Within this range, the non-aqueous electrolyte secondary battery is likely to exhibit a sufficient cycle characteristics improvement effect, and the high-temperature storage characteristics are reduced, the amount of gas generated is increased, and the discharge capacity maintenance rate is reduced. Easy to avoid. On the other hand, if the amount is too small, the effects of the present invention may not be sufficiently exerted. If the amount is too large, the resistance may increase and the output and load characteristics may decrease.
<過充電防止剤>
本発明の非水系電解液において、非水系電解液電池が過充電等の状態になった際に電池の破裂・発火を効果的に抑制するために、過充電防止剤を用いることができる。
過充電防止剤としては、ビフェニル、アルキルビフェニル、ターフェニル、ターフェニルの部分水素化体、シクロヘキシルベンゼン、t−ブチルベンゼン、t−アミルベンゼン、ジフェニルエーテル、ジベンゾフラン等の芳香族化合物;2−フルオロビフェニル、o−シクロヘキシルフルオロベンゼン、p−シクロヘキシルフルオロベンゼン等の上記芳香族化合物の部分フッ素化物;2,4−ジフルオロアニソール、2,5−ジフルオロアニソール、2,6−ジフルオロアニソール、3,5−ジフルオロアニソール等の含フッ素アニソール化合物等が挙げられる。中でも、ビフェニル、アルキルビフェニル、ターフェニル、ターフェニルの部分水素化体、シクロヘキシルベンゼン、t−ブチルベンゼン、t−アミルベンゼン、ジフェニルエーテル、ジベンゾフラン等の芳香族化合物が好ましい。これらは1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。2種以上併用する場合は、特に、シクロヘキシルベンゼンとt−ブチルベンゼン又はt−アミルベンゼンとの組み合わせ、ビフェニル、アルキルビフェニル、ターフェニル、ターフェニルの部分水素化体、シクロヘキシルベンゼン、t−ブチルベンゼン、t−アミルベンゼン等の酸素を含有しない芳香族化合物から選ばれる少なくとも1種と、ジフェニルエーテル、ジベンゾフラン等の含酸素芳香族化合物から選ばれる少なくとも1種を併用するのが過充電防止特性と高温保存特性のバランスの点から好ましい。
<Overcharge prevention agent>
In the non-aqueous electrolyte solution of the present invention, an overcharge inhibitor can be used in order to effectively prevent the battery from bursting or igniting when the non-aqueous electrolyte battery is overcharged.
As an overcharge inhibitor, aromatic compounds such as biphenyl, alkylbiphenyl, terphenyl, partially hydrogenated terphenyl, cyclohexylbenzene, t-butylbenzene, t-amylbenzene, diphenyl ether, dibenzofuran; 2-fluorobiphenyl, Partially fluorinated products of the above aromatic compounds such as o-cyclohexylfluorobenzene and p-cyclohexylfluorobenzene; 2,4-difluoroanisole, 2,5-difluoroanisole, 2,6-difluoroanisole, 3,5-difluoroanisole and the like And a fluorine-containing anisole compound. Among them, aromatic compounds such as biphenyl, alkylbiphenyl, terphenyl, terphenyl partially hydrogenated, cyclohexylbenzene, t-butylbenzene, t-amylbenzene, diphenyl ether, and dibenzofuran are preferable. These may be used alone or in combination of two or more. When two or more kinds are used in combination, in particular, a combination of cyclohexylbenzene and t-butylbenzene or t-amylbenzene, biphenyl, alkylbiphenyl, terphenyl, partially hydrogenated terphenyl, cyclohexylbenzene, t-butylbenzene, Using at least one selected from aromatic compounds not containing oxygen, such as t-amylbenzene, and at least one selected from oxygen-containing aromatic compounds such as diphenyl ether, dibenzofuran, and the like is an overcharge prevention property and a high temperature storage property. From the standpoint of balance.
過充電防止剤の配合量は、特に制限されず、本発明の効果を著しく損なわない限り任意である。過充電防止剤は、非水系電解液100質量%中、好ましくは、0.1質量%以上であり、また、5質量%以下である。この範囲でれば、過充電防止剤の効果を十分に発現させやすく、また、高温保存特性等の電池の特性が低下するといった事態も回避しやすい。過充電防止剤は、より好ましくは0.2質量%以上、さらに好ましくは0.3質量%以上、特に好ましくは0.5質量%以上であり、また、より好ましくは3質量%以下、さらに好ましくは2質量%以下である。 The amount of the overcharge inhibitor is not particularly limited, and is arbitrary as long as the effects of the present invention are not significantly impaired. The overcharge inhibitor is preferably 0.1% by mass or more and 5% by mass or less in 100% by mass of the non-aqueous electrolyte solution. If it is this range, it will be easy to fully express the effect of an overcharge inhibiting agent, and it will be easy to avoid the situation where the battery characteristics, such as a high temperature storage characteristic, fall. The overcharge inhibitor is more preferably 0.2% by mass or more, further preferably 0.3% by mass or more, particularly preferably 0.5% by mass or more, and more preferably 3% by mass or less, still more preferably. Is 2% by mass or less.
<その他の助剤>
本発明の非水系電解液には、公知のその他の助剤を用いることができる。その他の助剤としては、エリスリタンカーボネート、スピロ−ビス−ジメチレンカーボネート、メトキシエチル−メチルカーボネート等のカーボネート化合物;無水コハク酸、無水グルタル酸、無水マレイン酸、無水シトラコン酸、無水グルタコン酸、無水イタコン酸、無水ジグリコール酸、シクロヘキサンジカルボン酸無水物、及びフェニルコハク酸無水物等のカルボン酸無水物;2,4,8,10−テトラオキサスピロ[5.5]ウンデカン、3,9−ジビニル−2,4,8,10−テトラオキサスピロ[5.5]ウンデカン等のスピロ化合物
;1−メチル−2−ピロリジノン、1−メチル−2−ピペリドン、3−メチル−2−オキサゾリジノン、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン及びN−メチルスクシンイミド等の含窒素化合物;ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、シクロヘプタン等の炭化水素化合物、フルオロベンゼン、ジフルオロベンゼン、ヘキサフルオロベンゼン、ベンゾトリフルオライド等の含フッ素芳香族化合物等が挙げられる。これらは1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。これらの助剤を添加することにより、高温保存後の容量維持特性やサイクル特性を向上させることができる。
<Other auxiliaries>
Other known auxiliary agents can be used in the non-aqueous electrolyte solution of the present invention. Other auxiliaries include carbonate compounds such as erythritan carbonate, spiro-bis-dimethylene carbonate, methoxyethyl-methyl carbonate; succinic anhydride, glutaric anhydride, maleic anhydride, citraconic anhydride, glutaconic anhydride, anhydrous Carboxylic anhydrides such as itaconic acid, diglycolic anhydride, cyclohexanedicarboxylic anhydride, and phenylsuccinic anhydride; 2,4,8,10-tetraoxaspiro [5.5] undecane, 3,9-divinyl Spiro compounds such as -2,4,8,10-tetraoxaspiro [5.5] undecane; 1-methyl-2-pyrrolidinone, 1-methyl-2-piperidone, 3-methyl-2-oxazolidinone, 1,3 -Nitrogen-containing compounds such as dimethyl-2-imidazolidinone and N-methylsuccinimide ; Heptane, octane, nonane, decane, hydrocarbon compounds cycloheptane, etc., fluorobenzene, difluorobenzene, hexafluorobenzene, fluorinated aromatic compounds such as benzotrifluoride, and the like. These may be used alone or in combination of two or more. By adding these auxiliaries, capacity maintenance characteristics and cycle characteristics after high temperature storage can be improved.
その他の助剤の配合量は、特に制限されず、本発明の効果を著しく損なわない限り任意である。その他の助剤は、非水系電解液100質量%中、好ましくは、0.01質量%以上であり、また、5質量%以下である。この範囲であれば、その他助剤の効果が十分に発現させやすく、高負荷放電特性等の電池の特性が低下するといった事態も回避しやすい。その他の助剤の配合量は、より好ましくは0.1質量%以上、さらに好ましくは0.2質量%以上であり、また、より好ましくは3質量%以下、さらに好ましくは1質量%以下である。 The blending amount of other auxiliary agents is not particularly limited, and is arbitrary as long as the effects of the present invention are not significantly impaired. The other auxiliary agent is preferably 0.01% by mass or more and 5% by mass or less in 100% by mass of the non-aqueous electrolyte solution. Within this range, the effects of other auxiliaries can be sufficiently exhibited, and it is easy to avoid a situation in which battery characteristics such as high-load discharge characteristics deteriorate. The blending amount of other auxiliaries is more preferably 0.1% by mass or more, further preferably 0.2% by mass or more, more preferably 3% by mass or less, and further preferably 1% by mass or less. .
1−6.ゲル化剤
非水系電解液は、本発明のリチウム二次電池に用いる際、液体状態で存在してもよく、これを高分子によってゲル化して、半固体状電解質にしてもよいが、電池のレート特性を向上させる点から好ましくは液体状態である。
ゲル化に用いる高分子は任意であるが、例えばポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとの共重合体、ポリエチレンオキサイド、ポリアクリレート、ポリメタクリレートなどが挙げられる。なお、ゲル化に用いる高分子は1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用しても良い。
1-6. Gelling agent When used in the lithium secondary battery of the present invention, the gelling agent may exist in a liquid state, which may be gelled with a polymer to form a semi-solid electrolyte. From the viewpoint of improving rate characteristics, a liquid state is preferable.
The polymer used for the gelation is arbitrary, and examples thereof include polyvinylidene fluoride, a copolymer of polyvinylidene fluoride and hexafluoropropylene, polyethylene oxide, polyacrylate, and polymethacrylate. In addition, the polymer | macromolecule used for gelatinization may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio.
また、非水系電解液を半固体状電解質として用いる場合、半固体状電解質に占める非水系電解液の比率は、本発明の効果を著しく損なわない限り任意である。好適な範囲としては、半固体状電解質の総量に対する非水系電解液の比率が、通常30質量%以上、好ましくは50質量%以上、より好ましくは75質量%以上、また、通常99.95質量%以下、好ましくは99質量%以下、より好ましくは98質量%以下である。非水系電解液の比率が30質量%以上であることで、充放電効率や容量の点で十分となり、99.95質量%以下であることで、電解液の保持が困難となり液漏れが生じることが抑制される。 Moreover, when using a non-aqueous electrolyte as a semi-solid electrolyte, the ratio of the non-aqueous electrolyte in the semi-solid electrolyte is arbitrary as long as the effects of the present invention are not significantly impaired. As a suitable range, the ratio of the non-aqueous electrolyte to the total amount of the semisolid electrolyte is usually 30% by mass or more, preferably 50% by mass or more, more preferably 75% by mass or more, and usually 99.95% by mass. Hereinafter, it is preferably 99% by mass or less, more preferably 98% by mass or less. When the ratio of the non-aqueous electrolyte is 30% by mass or more, charge and discharge efficiency and capacity are sufficient, and when it is 99.95% by mass or less, it is difficult to hold the electrolyte and liquid leakage occurs. Is suppressed.
以上に記載してきた非水系電解液は、本発明に記載の非水系電解液電池の内部に存在するものも含まれる。具体的には、リチウム塩や溶媒、助剤等の非水系電解液の構成要素を別途合成し、実質的に単離されたものから非水系電解液を調製し、下記に記載する方法にて別途組み立てた電池内に注液して得た非水系電解液電池内の非水系電解液である場合や、本発明の非水系電解液の構成要素を個別に電池内に入れておき、電池内にて混合させることにより本発明の非水系電解液と同じ組成を得る場合、更には、本発明の非水系電解液を構成する化合物を該非水系電解液電池内で発生させて、本発明の非水系電解液と同じ組成を得る場合も含まれるものとする。 The non-aqueous electrolyte solution described above includes those existing inside the non-aqueous electrolyte battery according to the present invention. Specifically, the components of the non-aqueous electrolyte such as lithium salt, solvent, and auxiliary agent are separately synthesized, and the non-aqueous electrolyte is prepared from the substantially isolated one by the method described below. In the case of a nonaqueous electrolyte solution in a nonaqueous electrolyte battery obtained by pouring into a separately assembled battery, the components of the nonaqueous electrolyte solution of the present invention are individually placed in the battery, In order to obtain the same composition as the non-aqueous electrolyte solution of the present invention by mixing in a non-aqueous electrolyte battery, the compound constituting the non-aqueous electrolyte solution of the present invention is further generated in the non-aqueous electrolyte battery. The case where the same composition as the aqueous electrolyte is obtained is also included.
2.電池構成
本発明の非水系電解液電池は、非水系電解液電池の中でも二次電池用、例えばリチウム二次電池用の電解液として用いるのに好適である。以下、本発明の非水系電解液を用いた非水系電解液電池について説明する。
本発明の非水系電解液電池は、公知の構造を採ることができ、典型的には、イオン(例えば、リチウムイオン)を吸蔵・放出可能な負極及び正極と、上記の本発明の非水系電解液とを備える。
2. Battery Configuration The non-aqueous electrolyte battery of the present invention is suitable for use as an electrolyte for a secondary battery, for example, a lithium secondary battery, among non-aqueous electrolyte batteries. Hereinafter, a non-aqueous electrolyte battery using the non-aqueous electrolyte of the present invention will be described.
The non-aqueous electrolyte battery of the present invention can adopt a known structure. Typically, the negative electrode and the positive electrode capable of occluding and releasing ions (for example, lithium ions), and the non-aqueous electrolysis of the present invention described above. Liquid.
2−1.負極
以下に負極に使用される負極活物質について述べる。負極活物質としては、電気化学的にリチウムイオンを吸蔵・放出可能なものであれば、特に制限はない。具体例としては、炭素質材料、合金系材料、リチウム含有金属複合酸化物材料等が挙げられる。これらは1種を単独で用いてもよく、また2種以上を任意に組み合わせて併用してもよい。
2-1. Negative electrode The negative electrode active material used for the negative electrode is described below. The negative electrode active material is not particularly limited as long as it can electrochemically occlude and release lithium ions. Specific examples include carbonaceous materials, alloy materials, lithium-containing metal composite oxide materials, and the like. These may be used individually by 1 type, and may be used together combining 2 or more types arbitrarily.
<負極活物質>
負極活物質としては、炭素質材料、合金系材料、リチウム含有金属複合酸化物材料等が挙げられる。
負極活物質として用いられる炭素質材料としては、(1)天然黒鉛、(2)人造炭素質物質並びに人造黒鉛質物質を400〜3200℃の範囲で1回以上熱処理した炭素質材料、(3)負極活物質層が少なくとも2種以上の異なる結晶性を有する炭素質からなり、かつ/又はその異なる結晶性の炭素質が接する界面を有している炭素質材料、(4)負極活物質層が少なくとも2種以上の異なる配向性を有する炭素質からなり、かつ/又はその異なる配向性の炭素質が接する界面を有している炭素質材料、から選ばれるものが、初期不可逆容量、高電流密度充放電特性のバランスがよく好ましい。また、(1)〜(4)の炭素質材料は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
<Negative electrode active material>
Examples of the negative electrode active material include carbonaceous materials, alloy materials, lithium-containing metal composite oxide materials, and the like.
Examples of the carbonaceous material used as the negative electrode active material include (1) natural graphite, (2) a carbonaceous material obtained by heat-treating the artificial carbonaceous material and the artificial graphite material at least once in the range of 400 to 3200 ° C., (3) A carbonaceous material in which the negative electrode active material layer is made of at least two kinds of carbonaceous materials having different crystallinity and / or has an interface in contact with the different crystalline carbonaceous materials, (4) a negative electrode active material layer An initial irreversible capacity and a high current density are selected from carbonaceous materials comprising at least two kinds of carbonaceous materials having different orientations and / or having an interface in contact with the carbonaceous materials having different orientations. Good balance of charge / discharge characteristics is preferable. Moreover, the carbonaceous materials (1) to (4) may be used alone or in combination of two or more in any combination and ratio.
上記(2)の人造炭素質物質並びに人造黒鉛質物質としては、天然黒鉛、石炭系コークス、石油系コークス、石炭系ピッチ、石油系ピッチ及びこれらピッチを酸化処理したもの、ニードルコークス、ピッチコークス及びこれらを一部黒鉛化した炭素材、ファーネスブラック、アセチレンブラック、ピッチ系炭素繊維等の有機物の熱分解物、炭化可能な有機物及びこれらの炭化物、又は炭化可能な有機物をベンゼン、トルエン、キシレン、キノリン、n−へキサン等の低分子有機溶媒に溶解させた溶液及びこれらの炭化物等が挙げられる。 Examples of the artificial carbonaceous material and artificial graphite material of (2) above include natural graphite, coal-based coke, petroleum-based coke, coal-based pitch, petroleum-based pitch, those obtained by oxidizing these pitches, needle coke, pitch coke and Carbon materials that are partially graphitized, furnace black, acetylene black, organic pyrolysis products such as pitch-based carbon fibers, carbonizable organic materials and their carbides, or carbonizable organic materials are benzene, toluene, xylene, quinoline And a solution dissolved in a low-molecular organic solvent such as n-hexane, and carbides thereof.
負極活物質として用いられる合金系材料としては、リチウムを吸蔵・放出可能であれば、リチウム単体、リチウム合金を形成する単体金属及び合金、又はそれらの酸化物、炭化物、窒化物、ケイ化物、硫化物若しくはリン化物等の化合物のいずれであってもよく、特に制限されない。リチウム合金を形成する単体金属及び合金としては、13族及び14族の金属・半金属元素(即ち炭素を除く)を含む材料であることが好ましく、より好ましくはアルミニウム、ケイ素及びスズ(以下、「特定金属元素」と略記する場合がある)の単体金属及びこれら原子を含む合金又は化合物である。これらは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。 As an alloy material used as the negative electrode active material, as long as lithium can be occluded / released, lithium alone, simple metals and alloys forming lithium alloys, or oxides, carbides, nitrides, silicides, sulfides thereof Any of compounds such as products or phosphides may be used and is not particularly limited. The single metal and alloy forming the lithium alloy are preferably materials containing group 13 and group 14 metal / metalloid elements (that is, excluding carbon), more preferably aluminum, silicon and tin (hereinafter referred to as “ Simple metals) and alloys or compounds containing these atoms (sometimes abbreviated as “specific metal elements”). These may be used individually by 1 type and may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio.
特定金属元素から選ばれる少なくとも1種の原子を有する負極活物質としては、いずれか1種の特定金属元素の金属単体、2種以上の特定金属元素からなる合金、1種又は2種以上の特定金属元素とその他の1種又は2種以上の金属元素とからなる合金、並びに、1種又は2種以上の特定金属元素を含有する化合物、及びその化合物の酸化物、炭化物、窒化物、ケイ化物、硫化物若しくはリン化物等の複合化合物が挙げられる。負極活物質としてこれらの金属単体、合金又は金属化合物を用いることで、電池の高容量化が可能である。 As a negative electrode active material having at least one kind of atom selected from a specific metal element, a metal simple substance of any one specific metal element, an alloy composed of two or more specific metal elements, one type or two or more specific types Alloys comprising metal elements and one or more other metal elements, as well as compounds containing one or more specific metal elements, and oxides, carbides, nitrides and silicides of the compounds And composite compounds such as sulfides or phosphides. By using these simple metals, alloys or metal compounds as the negative electrode active material, the capacity of the battery can be increased.
また、これらの複合化合物が、金属単体、合金又は非金属元素等の数種の元素と複雑に結合した化合物も挙げられる。具体的には、例えばケイ素やスズでは、これらの元素と負極として動作しない金属との合金を用いることができる。例えば、スズの場合、スズとケイ素以外で負極として作用する金属と、さらに負極として動作しない金属と、非金属元素との組み合わせで5〜6種の元素を含むような複雑な化合物も用いることができる。 In addition, a compound in which these complex compounds are complexly bonded to several kinds of elements such as a simple metal, an alloy, or a nonmetallic element is also included. Specifically, for example, in silicon and tin, an alloy of these elements and a metal that does not operate as a negative electrode can be used. For example, in the case of tin, a complex compound containing 5 to 6 kinds of elements in combination with a metal that acts as a negative electrode other than tin and silicon, a metal that does not operate as a negative electrode, and a nonmetallic element may be used. it can.
これらの負極活物質の中でも、電池にしたときに単位質量当りの容量が大きいことから、いずれか1種の特定金属元素の金属単体、2種以上の特定金属元素の合金、特定金属元素の酸化物、炭化物、窒化物等が好ましく、特に、ケイ素及び/又はスズの金属単体、合金、酸化物や炭化物、窒化物等が、単位質量当りの容量及び環境負荷の観点から好ましい。 Among these negative electrode active materials, since the capacity per unit mass is large when a battery is formed, any one simple metal of a specific metal element, an alloy of two or more specific metal elements, oxidation of a specific metal element In particular, silicon and / or tin metal simple substance, alloy, oxide, carbide, nitride and the like are preferable from the viewpoint of capacity per unit mass and environmental load.
負極活物質として用いられるリチウム含有金属複合酸化物材料としては、リチウムを吸蔵・放出可能であれば、特に制限されないが、高電流密度充放電特性の点からチタン及びリチウムを含有する材料が好ましく、より好ましくはチタンを含むリチウム含有複合金属酸化物材料が好ましく、さらにリチウムとチタンの複合酸化物(以下、「リチウムチタン複合酸化物」と略記する場合がある)である。即ちスピネル構造を有するリチウムチタン複合酸化物を、非水系電解液電池用負極活物質に含有させて用いると、出力抵抗が大きく低減するので特に好ましい。 The lithium-containing metal composite oxide material used as the negative electrode active material is not particularly limited as long as it can occlude and release lithium, but a material containing titanium and lithium is preferable from the viewpoint of high current density charge / discharge characteristics, A lithium-containing composite metal oxide material containing titanium is more preferable, and a composite oxide of lithium and titanium (hereinafter sometimes abbreviated as “lithium titanium composite oxide”). That is, it is particularly preferable to use a lithium titanium composite oxide having a spinel structure in a negative electrode active material for a non-aqueous electrolyte battery because the output resistance is greatly reduced.
また、リチウムチタン複合酸化物のリチウムやチタンが、他の金属元素、例えば、Na、K、Co、Al、Fe、Ti、Mg、Cr、Ga、Cu、Zn及びNbからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素で置換されているものも好ましい。
上記金属酸化物が、一般式(A)で表されるリチウムチタン複合酸化物であり、一般式(A)中、0.7≦x≦1.5、1.5≦y≦2.3、0≦z≦1.6であることが、リチウムイオンのドープ・脱ドープの際の構造が安定であることから好ましい。
In addition, lithium or titanium of the lithium titanium composite oxide is at least selected from the group consisting of other metal elements such as Na, K, Co, Al, Fe, Ti, Mg, Cr, Ga, Cu, Zn, and Nb. Those substituted with one element are also preferred.
The metal oxide is a lithium titanium composite oxide represented by the general formula (A). In the general formula (A), 0.7 ≦ x ≦ 1.5, 1.5 ≦ y ≦ 2.3, It is preferable that 0 ≦ z ≦ 1.6 because the structure upon doping and dedoping of lithium ions is stable.
LixTiyMzO4 (A)
[一般式(A)中、Mは、Na、K、Co、Al、Fe、Ti、Mg、Cr、Ga、Cu、Zn及びNbからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を表す。]
上記の一般式(A)で表される組成の中でも、(a)1.2≦x≦1.4、1.5≦y≦1.7、z=0(b)0.9≦x≦1.1、1.9≦y≦2.1、z=0(c)0.7≦x≦0.9、2.1≦y≦2.3、z=0の構造が、電池性能のバランスが良好なため特に好ましい。
Li x Ti y M z O 4 (A)
[In General Formula (A), M represents at least one element selected from the group consisting of Na, K, Co, Al, Fe, Ti, Mg, Cr, Ga, Cu, Zn, and Nb. ]
Among the compositions represented by the general formula (A), (a) 1.2 ≦ x ≦ 1.4, 1.5 ≦ y ≦ 1.7, z = 0 (b) 0.9 ≦ x ≦ 1.1, 1.9 ≦ y ≦ 2.1, z = 0 (c) 0.7 ≦ x ≦ 0.9, 2.1 ≦ y ≦ 2.3, z = 0, This is particularly preferable because of a good balance.
上記化合物の特に好ましい代表的な組成は、(a)ではLi4/3Ti5/3O4、(b)ではLi1Ti2O4、(c)ではLi4/5Ti11/5O4である。また、Z≠0の構造については、例えば、Li4/3Ti4/3Al1/3O4が好ましいものとして挙げられる。 Particularly preferred representative compositions of the above compounds are Li 4/3 Ti 5/3 O 4 in (a), Li 1 Ti 2 O 4 in (b), and Li 4/5 Ti 11/5 O in (c). 4 . As for the structure of Z ≠ 0, for example, Li 4/3 Ti 4/3 Al 1/3 O 4 is preferable.
<炭素質材料の物性>
負極活物質として炭素質材料を用いる場合、以下の物性を有するものであることが望ましい。
<Physical properties of carbonaceous materials>
When using a carbonaceous material as a negative electrode active material, it is desirable to have the following physical properties.
(X線パラメータ)
炭素質材料の学振法によるX線回折で求めた格子面(002面)のd値(層間距離)が、0.335nm以上であることが好ましく、また、通常0.360nm以下であり、0.350nm以下が好ましく、0.345nm以下がさらに好ましい。また、学振法によるX線回折で求めた炭素質材料の結晶子サイズ(Lc)は、1.0nm以上であることが好ましく、中でも1.5nm以上であることがさらに好ましい。
(X-ray parameters)
The d value (interlayer distance) of the lattice plane (002 plane) determined by X-ray diffraction by the Gakushin method of carbonaceous materials is preferably 0.335 nm or more, and is usually 0.360 nm or less. 350 nm or less is preferable, and 0.345 nm or less is more preferable. Further, the crystallite size (Lc) of the carbonaceous material obtained by X-ray diffraction by the Gakushin method is preferably 1.0 nm or more, and more preferably 1.5 nm or more.
(体積基準平均粒径)
炭素質材料の体積基準平均粒径は、レーザー回折・散乱法により求めた体積基準の平均粒径(メジアン径)であり、通常1μm以上であり、3μm以上が好ましく、5μm以上がさらに好ましく、7μm以上が特に好ましく、また、通常100μm以下であり、50μm以下が好ましく、40μm以下がより好ましく、30μm以下がさらに好ましく、2
5μm以下が特に好ましい。
(Volume-based average particle size)
The volume-based average particle diameter of the carbonaceous material is a volume-based average particle diameter (median diameter) obtained by a laser diffraction / scattering method, and is usually 1 μm or more, preferably 3 μm or more, more preferably 5 μm or more, and 7 μm. The above is particularly preferable, and is usually 100 μm or less, preferably 50 μm or less, more preferably 40 μm or less, and further preferably 30 μm or less.
5 μm or less is particularly preferable.
体積基準平均粒径が上記範囲を下回ると、不可逆容量が増大して、初期の電池容量の損失を招くことになる場合がある。また、上記範囲を上回ると、塗布により電極を作製する際に、不均一な塗面になりやすく、電池製作工程上望ましくない場合がある。
体積基準平均粒径の測定は、界面活性剤であるポリオキシエチレン(20)ソルビタンモノラウレートの0.2質量%水溶液(約10mL)に炭素粉末を分散させて、レーザー回折・散乱式粒度分布計(堀場製作所社製LA−700)を用いて行なう。該測定で求められるメジアン径を、本発明の炭素質材料の体積基準平均粒径と定義する。
If the volume-based average particle size is below the above range, the irreversible capacity may increase, leading to loss of initial battery capacity. On the other hand, when the above range is exceeded, when an electrode is produced by coating, an uneven coating surface tends to be formed, which may be undesirable in the battery production process.
The volume-based average particle size is measured by dispersing carbon powder in a 0.2% by weight aqueous solution (about 10 mL) of polyoxyethylene (20) sorbitan monolaurate, which is a surfactant, and laser diffraction / scattering particle size distribution. This is carried out using a meter (LA-700 manufactured by Horiba, Ltd.). The median diameter determined by the measurement is defined as the volume-based average particle diameter of the carbonaceous material of the present invention.
(ラマンR値、ラマン半値幅)
炭素質材料のラマンR値は、アルゴンイオンレーザーラマンスペクトル法を用いて測定した値であり、通常0.01以上であり、0.03以上が好ましく、0.1以上がさらに好ましく、また、通常1.5以下であり、1.2以下が好ましく、1以下がさらに好ましく、0.5以下が特に好ましい。
(Raman R value, Raman half width)
The Raman R value of the carbonaceous material is a value measured using an argon ion laser Raman spectrum method, and is usually 0.01 or more, preferably 0.03 or more, more preferably 0.1 or more, and usually 1.5 or less, preferably 1.2 or less, more preferably 1 or less, and particularly preferably 0.5 or less.
また、炭素質材料の1580cm−1付近のラマン半値幅は特に制限されないが、通常10cm−1以上であり、15cm−1以上が好ましく、また、通常100cm−1以下であり、80cm−1以下が好ましく、60cm−1以下がさらに好ましく、40cm−1以下が特に好ましい。
ラマンR値及びラマン半値幅は、炭素質材料表面の結晶性を示す指標であるが、炭素質材料は、化学的安定性の観点から適度な結晶性が有し、かつ充放電によってLiが入り込む層間のサイトを消失しない、即ち充電受入性が低下しない程度の結晶性であることが好ましい。なお、集電体に塗布した後のプレスによって負極を高密度化する場合には、電極板と平行方向に結晶が配向しやすくなるため、それを考慮することが好ましい。ラマンR値又はラマン半値幅が上記範囲であると、負極表面に好適な被膜を形成して保存特性やサイクル特性、負荷特性を向上させることができるとともに、非水系電解液との反応に伴う効率の低下やガス発生を抑制することができる。
Further, the Raman half-width in the vicinity of 1580 cm −1 of the carbonaceous material is not particularly limited, but is usually 10 cm −1 or more, preferably 15 cm −1 or more, and usually 100 cm −1 or less, and 80 cm −1 or less. Preferably, 60 cm −1 or less is more preferable, and 40 cm −1 or less is particularly preferable.
The Raman R value and the Raman half width are indices indicating the crystallinity of the surface of the carbonaceous material, but the carbonaceous material has appropriate crystallinity from the viewpoint of chemical stability, and Li enters through charge and discharge. It is preferable that the crystallinity is such that the sites between the layers are not lost, that is, the charge acceptability is not lowered. In the case where the density of the negative electrode is increased by press after applying to the current collector, it is preferable to take account of this because crystals tend to be oriented in a direction parallel to the electrode plate. When the Raman R value or the Raman half width is in the above range, a suitable film can be formed on the negative electrode surface to improve the storage characteristics, cycle characteristics, and load characteristics, and the efficiency associated with the reaction with the nonaqueous electrolyte solution Reduction and gas generation can be suppressed.
ラマンスペクトルの測定は、ラマン分光器(日本分光社製ラマン分光器)を用いて、試料を測定セル内へ自然落下させて充填し、セル内のサンプル表面にアルゴンイオンレーザー光を照射しながら、セルをレーザー光と垂直な面内で回転させることにより行なう。得られるラマンスペクトルについて、1580cm−1付近のピークPAの強度IAと、1360cm−1付近のピークPBの強度IBとを測定し、その強度比R(R=IB/IA)を算出する。該測定で算出されるラマンR値を、本発明の炭素質材料のラマンR値と定義する。また、得られるラマンスペクトルの1580cm−1付近のピークPAの半値幅を測定し、これを本発明の炭素質材料のラマン半値幅と定義する。 The measurement of the Raman spectrum, using a Raman spectrometer (manufactured by JASCO Corporation Raman spectrometer), the sample is naturally dropped into the measurement cell and filled, and while irradiating the sample surface in the cell with argon ion laser light, This is done by rotating the cell in a plane perpendicular to the laser beam. The resulting Raman spectrum, the intensity IA of a peak PA around 1580 cm -1, and measuring the intensity IB of the peak PB around 1360 cm -1, and calculates the intensity ratio R (R = IB / IA) . The Raman R value calculated by the measurement is defined as the Raman R value of the carbonaceous material of the present invention. Further, the half width of the peak PA near 1580 cm −1 of the obtained Raman spectrum is measured, and this is defined as the Raman half width of the carbonaceous material of the present invention.
また、上記のラマン測定条件は、次の通りである。
・アルゴンイオンレーザー波長 :514.5nm
・試料上のレーザーパワー :15〜25mW
・分解能 :10〜20cm−1
・測定範囲 :1100cm−1〜1730cm−1
・ラマンR値、ラマン半値幅解析:バックグラウンド処理
・スムージング処理 :単純平均、コンボリューション5ポイント
Moreover, said Raman measurement conditions are as follows.
Argon ion laser wavelength: 514.5nm
・ Laser power on the sample: 15-25mW
・ Resolution: 10-20cm -1
Measurement range: 1100 cm −1 to 1730 cm −1
・ Raman R value, Raman half width analysis: Background processing ・ Smoothing processing: Simple average, 5 points of convolution
(BET比表面積)
炭素質材料のBET比表面積は、BET法を用いて測定した比表面積の値であり、通常0.1m2・g−1以上であり、0.7m2・g−1以上が好ましく、1.0m2・g−1以上がさらに好ましく、1.5m2・g−1以上が特に好ましく、また、通常100m
2・g−1以下であり、25m2・g−1以下が好ましく、15m2・g−1以下がさらに好ましく、10m2・g−1以下が特に好ましい。
(BET specific surface area)
BET specific surface area of the carbonaceous material is a value of the measured specific surface area using the BET method is usually 0.1 m 2 · g -1 or more, 0.7 m 2 · g -1 or more, 1. 0 m 2 · g −1 or more is more preferable, 1.5 m 2 · g −1 or more is particularly preferable, and usually 100 m.
And a 2 · g -1 or less, preferably 25 m 2 · g -1 or less, 15 m 2 · g -1 and more preferably less, 10 m 2 · g -1 or less are especially preferred.
BET比表面積の値が上記範囲であると、電極表面へのリチウムの析出を抑制することができる一方、非水系電解液との反応によるガス発生を抑制することができる。
BET法による比表面積の測定は、表面積計(大倉理研製全自動表面積測定装置)を用いて、試料に対して窒素流通下350℃で15分間、予備乾燥を行なった後、大気圧に対する窒素の相対圧の値が0.3となるように正確に調製した窒素ヘリウム混合ガスを用いて、ガス流動法による窒素吸着BET1点法によって行なう。該測定で求められる比表面積を、本発明の炭素質材料のBET比表面積と定義する。
When the value of the BET specific surface area is in the above range, precipitation of lithium on the electrode surface can be suppressed, while gas generation due to reaction with the non-aqueous electrolyte can be suppressed.
The specific surface area was measured by the BET method using a surface area meter (a fully automated surface area measuring device manufactured by Okura Riken), preliminarily drying the sample at 350 ° C. for 15 minutes under nitrogen flow, Using a nitrogen helium mixed gas accurately prepared so that the value of the relative pressure is 0.3, the nitrogen adsorption BET one-point method by the gas flow method is used. The specific surface area determined by the measurement is defined as the BET specific surface area of the carbonaceous material of the present invention.
(円形度)
炭素質材料の球形の程度として円形度を測定した場合、以下の範囲に収まることが好ましい。なお、円形度は、「円形度=(粒子投影形状と同じ面積を持つ相当円の周囲長)/(粒子投影形状の実際の周囲長)」で定義され、円形度が1のときに理論的真球となる。炭素質材料の粒径が3〜40μmの範囲にある粒子の円形度は1に近いほど望ましく、また、0.1以上が好ましく、中でも0.5以上が好ましく、0.8以上がより好ましく、0.85以上がさらに好ましく、0.9以上が特に好ましい。高電流密度充放電特性は、円形度が大きいほど、充填性が向上し、粒子間の抵抗を抑えることができるため、高電流密度充放電特性は向上する。従って、円形度が上記範囲のように高いほど好ましい。
(Roundness)
When the circularity is measured as the degree of the sphere of the carbonaceous material, it is preferably within the following range. The circularity is defined as “circularity = (peripheral length of an equivalent circle having the same area as the particle projection shape) / (actual perimeter of the particle projection shape)”, and is theoretical when the circularity is 1. Become a true sphere. The circularity of the particles having a particle size of 3 to 40 μm in the range of the carbonaceous material is desirably closer to 1, and is preferably 0.1 or more, more preferably 0.5 or more, and more preferably 0.8 or more, 0.85 or more is more preferable, and 0.9 or more is particularly preferable. As the high current density charge / discharge characteristics are larger, the filling property is improved and the resistance between the particles can be suppressed as the circularity is larger, so that the high current density charge / discharge characteristics are improved. Therefore, it is preferable that the circularity is as high as the above range.
円形度の測定は、フロー式粒子像分析装置(シスメックス社製FPIA)を用いて行う。試料約0.2gを、界面活性剤であるポリオキシエチレン(20)ソルビタンモノラウレートの0.2質量%水溶液(約50mL)に分散させ、28kHzの超音波を出力60Wで1分間照射した後、検出範囲を0.6〜400μmに指定し、粒径が3〜40μmの範囲の粒子について測定する。該測定で求められる円形度を、本発明の炭素質材料の円形度と定義する。 The circularity is measured using a flow type particle image analyzer (FPIA manufactured by Sysmex Corporation). About 0.2 g of a sample was dispersed in a 0.2% by mass aqueous solution (about 50 mL) of polyoxyethylene (20) sorbitan monolaurate as a surfactant, and irradiated with 28 kHz ultrasonic waves at an output of 60 W for 1 minute. The detection range is specified as 0.6 to 400 μm, and the particle size is measured in the range of 3 to 40 μm. The circularity determined by the measurement is defined as the circularity of the carbonaceous material of the present invention.
円形度を向上させる方法は、特に制限されないが、球形化処理を施して球形にしたものが、電極体にしたときの粒子間空隙の形状が整うので好ましい。球形化処理の例としては、せん断力、圧縮力を与えることによって機械的に球形に近づける方法、複数の微粒子をバインダーもしくは、粒子自身の有する付着力によって造粒する機械的・物理的処理方法等が挙げられる。 The method for improving the circularity is not particularly limited, but a sphere-shaped sphere is preferable because the shape of the interparticle void when the electrode body is formed is preferable. Examples of spheroidizing treatment include a method of mechanically approaching a sphere by applying a shearing force and a compressive force, a mechanical / physical processing method of granulating a plurality of fine particles by the binder or the adhesive force of the particles themselves, etc. Is mentioned.
(タップ密度)
炭素質材料のタップ密度は、通常0.1g・cm−3以上であり、0.5g・cm−3以上が好ましく、0.7g・cm−3以上がさらに好ましく、1g・cm−3以上が特に好ましく、また、2g・cm−3以下が好ましく、1.8g・cm−3以下がさらに好ましく、1.6g・cm−3以下が特に好ましい。タップ密度が上記範囲であると、電池容量を確保することができるとともに、粒子間の抵抗の増大を抑制することができる。
(Tap density)
The tap density of the carbonaceous material is usually 0.1 g · cm −3 or more, preferably 0.5 g · cm −3 or more, more preferably 0.7 g · cm −3 or more, and 1 g · cm −3 or more. Particularly preferable, 2 g · cm −3 or less is preferable, 1.8 g · cm −3 or less is more preferable, and 1.6 g · cm −3 or less is particularly preferable. When the tap density is in the above range, battery capacity can be ensured and increase in resistance between particles can be suppressed.
タップ密度の測定は、目開き300μmの篩を通過させて、20cm3のタッピングセルに試料を落下させてセルの上端面まで試料を満たした後、粉体密度測定器(例えば、セイシン企業社製タップデンサー)を用いて、ストローク長10mmのタッピングを1000回行なって、その時の体積と試料の質量からタップ密度を算出する。該測定で算出されるタップ密度を、本発明の炭素質材料のタップ密度として定義する。 The tap density is measured by passing through a sieve having an opening of 300 μm, dropping the sample onto a 20 cm 3 tapping cell and filling the sample to the upper end surface of the cell, and then measuring a powder density measuring device (for example, manufactured by Seishin Enterprise Co., Ltd.). Using a tap denser, tapping with a stroke length of 10 mm is performed 1000 times, and the tap density is calculated from the volume at that time and the mass of the sample. The tap density calculated by the measurement is defined as the tap density of the carbonaceous material of the present invention.
(配向比)
炭素質材料の配向比は、通常0.005以上であり、0.01以上が好ましく、0.015以上がさらに好ましく、また、通常0.67以下である。配向比が、上記範囲である
と、優れた高密度充放電特性を確保することができる。なお、上記範囲の上限は、炭素質材料の配向比の理論上限値である。
(Orientation ratio)
The orientation ratio of the carbonaceous material is usually 0.005 or more, preferably 0.01 or more, more preferably 0.015 or more, and usually 0.67 or less. When the orientation ratio is in the above range, excellent high-density charge / discharge characteristics can be ensured. The upper limit of the above range is the theoretical upper limit value of the orientation ratio of the carbonaceous material.
配向比は、試料を加圧成型してからX線回折により測定する。試料0.47gを直径17mmの成型機に充填し58.8MN・m−2で圧縮して得た成型体を、粘土を用いて測定用試料ホルダーの面と同一面になるようにセットしてX線回折を測定する。得られた炭素の(110)回折と(004)回折のピーク強度から、(110)回折ピーク強度/(004)回折ピーク強度で表わされる比を算出する。該測定で算出される配向比を、本発明の炭素質材料の配向比と定義する。 The orientation ratio is measured by X-ray diffraction after pressure-molding the sample. Set the molding obtained by filling 0.47 g of the sample into a molding machine with a diameter of 17 mm and compressing it with 58.8 MN · m -2 so that it is flush with the surface of the sample holder for measurement. X-ray diffraction is measured. From the (110) diffraction and (004) diffraction peak intensities of the obtained carbon, a ratio represented by (110) diffraction peak intensity / (004) diffraction peak intensity is calculated. The orientation ratio calculated by the measurement is defined as the orientation ratio of the carbonaceous material of the present invention.
X線回折測定条件は次の通りである。なお、「2θ」は回折角を示す。
・ターゲット:Cu(Kα線)グラファイトモノクロメーター
・スリット :
発散スリット=0.5度
受光スリット=0.15mm
散乱スリット=0.5度
・測定範囲及びステップ角度/計測時間:
(110)面:75度≦2θ≦80度 1度/60秒
(004)面:52度≦2θ≦57度 1度/60秒
The X-ray diffraction measurement conditions are as follows. “2θ” indicates a diffraction angle.
・ Target: Cu (Kα ray) graphite monochromator ・ Slit:
Divergence slit = 0.5 degree Light receiving slit = 0.15 mm
Scattering slit = 0.5 degree / measurement range and step angle / measurement time:
(110) plane: 75 degrees ≦ 2θ ≦ 80 degrees 1 degree / 60 seconds (004) plane: 52 degrees ≦ 2θ ≦ 57 degrees 1 degree / 60 seconds
(アスペクト比(粉))
炭素質材料のアスペクト比は、通常1以上、また、通常10以下であり、8以下が好ましく、5以下がさらに好ましい。上記範囲であると、極板化時のスジ引きを抑制し、さらに均一な塗布が可能となるため、優れた高電流密度充放電特性を確保することができる。なお、上記範囲の下限は、炭素質材料のアスペクト比の理論下限値である。
(Aspect ratio (powder))
The aspect ratio of the carbonaceous material is usually 1 or more and usually 10 or less, preferably 8 or less, and more preferably 5 or less. Within the above range, streaking during electrode plate formation is suppressed and more uniform coating is possible, so that excellent high current density charge / discharge characteristics can be ensured. The lower limit of the above range is the theoretical lower limit value of the aspect ratio of the carbonaceous material.
アスペクト比の測定は、炭素質材料の粒子を走査型電子顕微鏡で拡大観察して行う。厚さ50μm以下の金属の端面に固定した任意の50個の黒鉛粒子を選択し、それぞれについて試料が固定されているステージを回転、傾斜させて、3次元的に観察した時の炭素質材料粒子の最長となる径Aと、それと直交する最短となる径Bを測定し、A/Bの平均値を求める。該測定で求められるアスペクト比(A/B)を、本発明の炭素質材料のアスペクト比と定義する。 The aspect ratio is measured by magnifying and observing the carbonaceous material particles with a scanning electron microscope. Carbonaceous material particles when three-dimensional observation is performed by selecting arbitrary 50 graphite particles fixed to the end face of a metal having a thickness of 50 μm or less and rotating and tilting the stage on which the sample is fixed. The longest diameter A and the shortest diameter B orthogonal thereto are measured, and the average value of A / B is obtained. The aspect ratio (A / B) obtained by the measurement is defined as the aspect ratio of the carbonaceous material of the present invention.
<負極の構成と作製法>
電極の製造は、本発明の効果を著しく損なわない限り、公知のいずれの方法を用いることができる。例えば、負極活物質に、バインダー、溶媒、必要に応じて、増粘剤、導電材、充填材等を加えてスラリーとし、これを集電体に塗布、乾燥した後にプレスすることによって形成することができる。
また、合金系材料を用いる場合には、蒸着法、スパッタ法、メッキ法等の手法により、上述の負極活物質を含有する薄膜層(負極活物質層)を形成する方法も用いられる。
<Configuration and production method of negative electrode>
Any known method can be used for producing the electrode as long as the effects of the present invention are not significantly impaired. For example, it is formed by adding a binder, a solvent, and, if necessary, a thickener, a conductive material, a filler, etc. to a negative electrode active material to form a slurry, which is applied to a current collector, dried and then pressed. Can do.
In the case of using an alloy-based material, a method of forming a thin film layer (negative electrode active material layer) containing the above-described negative electrode active material by a technique such as vapor deposition, sputtering, or plating is also used.
(集電体)
負極活物質を保持させる集電体としては、公知のものを任意に用いることができる。負極の集電体としては、例えば、アルミニウム、銅、ニッケル、ステンレス鋼、ニッケルメッキ鋼等の金属材料が挙げられるが、加工し易さとコストの点から特に銅が好ましい。
また、集電体の形状は、集電体が金属材料の場合は、例えば、金属箔、金属円柱、金属コイル、金属板、金属薄膜、エキスパンドメタル、パンチメタル、発泡メタル等が挙げられる。中でも、好ましくは金属薄膜、より好ましくは銅箔であり、さらに好ましくは圧延法による圧延銅箔と、電解法による電解銅箔があり、どちらも集電体として用いることができる。
集電体の厚さは、電池容量の確保、取扱い性の観点から、通常1μm以上、好ましくは5μm以上であり、通常100μm以下、好ましくは50μm以下である。
(Current collector)
As the current collector for holding the negative electrode active material, a known material can be arbitrarily used. Examples of the current collector for the negative electrode include metal materials such as aluminum, copper, nickel, stainless steel, and nickel-plated steel. Copper is particularly preferable from the viewpoint of ease of processing and cost.
In addition, the shape of the current collector includes, for example, a metal foil, a metal cylinder, a metal coil, a metal plate, a metal thin film, an expanded metal, a punch metal, a foam metal, etc. Among them, a metal thin film is preferable, a copper foil is more preferable, and a rolled copper foil by a rolling method and an electrolytic copper foil by an electrolytic method are more preferable, and both can be used as a current collector.
The thickness of the current collector is usually 1 μm or more, preferably 5 μm or more, and usually 100 μm or less, preferably 50 μm or less, from the viewpoint of securing battery capacity and handling properties.
(集電体と負極活物質層との厚さの比)
集電体と負極活物質層の厚さの比は特に制限されないが、「(非水系電解液注液直前の片面の負極活物質層厚さ)/(集電体の厚さ)」の値が、150以下が好ましく、20以下がさらに好ましく、10以下が特に好ましく、また、0.1以上が好ましく、0.4以上がさらに好ましく、1以上が特に好ましい。集電体と負極活物質層の厚さの比が、上記範囲であると、電池容量を確保することができるとともに、高電流密度充放電時における集電体の発熱を抑制することができる。
(Thickness ratio between current collector and negative electrode active material layer)
The ratio of the thickness of the current collector to the negative electrode active material layer is not particularly limited, but the value of “(the thickness of the negative electrode active material layer on one side immediately before the nonaqueous electrolyte injection) / (thickness of the current collector)” However, 150 or less is preferable, 20 or less is more preferable, 10 or less is particularly preferable, 0.1 or more is preferable, 0.4 or more is more preferable, and 1 or more is particularly preferable. When the ratio of the thickness of the current collector to the negative electrode active material layer is in the above range, battery capacity can be secured and heat generation of the current collector during high current density charge / discharge can be suppressed.
(結着剤)
負極活物質を結着するバインダーとしては、非水系電解液や電極製造時に用いる溶媒に対して安定な材料であれば、特に制限されない。
具体例としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリメチルメタクリレート、芳香族ポリアミド、ポリイミド、セルロース、ニトロセルロース等の樹脂系高分子;SBR(スチレン・ブタジエンゴム)、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、フッ素ゴム、NBR(アクリロニトリル・ブタジエンゴム)、エチレン・プロピレンゴム等のゴム状高分子;スチレン・ブタジエン・スチレンブロック共重合体又はその水素添加物;EPDM(エチレン・プロピレン・ジエン三元共重合体)、スチレン・エチレン・ブタジエン・スチレン共重合体、スチレン・イソプレン・スチレンブロック共重合体又はその水素添加物等の熱可塑性エラストマー状高分子;シンジオタクチック−1,2−ポリブタジエン、ポリ酢酸ビニル、エチレン・酢酸ビニル共重合体、プロピレン・α−オレフィン共重合体等の軟質樹脂状高分子;ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、フッ素化ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン・エチレン共重合体等のフッ素系高分子;アルカリ金属イオン(特にリチウムイオン)のイオン伝導性を有する高分子組成物等が挙げられる。これらは、1種を単独で用いても、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
(Binder)
The binder for binding the negative electrode active material is not particularly limited as long as it is a material that is stable with respect to the non-aqueous electrolyte solution and the solvent used in manufacturing the electrode.
Specific examples include resin polymers such as polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate, polymethyl methacrylate, aromatic polyamide, polyimide, cellulose, nitrocellulose; SBR (styrene-butadiene rubber), isoprene rubber, butadiene rubber, fluororubber, Rubber polymers such as NBR (acrylonitrile / butadiene rubber) and ethylene / propylene rubber; styrene / butadiene / styrene block copolymer or hydrogenated product thereof; EPDM (ethylene / propylene / diene terpolymer), styrene / Thermoplastic elastomeric polymers such as ethylene / butadiene / styrene copolymers, styrene / isoprene / styrene block copolymers or hydrogenated products thereof; syndiotactic-1,2-polybutadiene, polyvinyl acetate , Soft resinous polymers such as ethylene / vinyl acetate copolymer, propylene / α-olefin copolymer; polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, fluorinated polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene / ethylene copolymer, etc. And a polymer composition having ion conductivity of alkali metal ions (particularly lithium ions). These may be used individually by 1 type, or may use 2 or more types together by arbitrary combinations and ratios.
負極活物質に対するバインダーの割合は、0.1質量%以上が好ましく、0.5質量%以上がさらに好ましく、0.6質量%以上が特に好ましく、また、20質量%以下が好ましく、15質量%以下がより好ましく、10質量%以下がさらに好ましく、8質量%以下が特に好ましい。負極活物質に対するバインダーの割合が、上記範囲であると、電池容量と負極電極の強度を十分に確保することができる。 The ratio of the binder to the negative electrode active material is preferably 0.1% by mass or more, more preferably 0.5% by mass or more, particularly preferably 0.6% by mass or more, and preferably 20% by mass or less, 15% by mass. The following is more preferable, 10% by mass or less is further preferable, and 8% by mass or less is particularly preferable. When the ratio of the binder to the negative electrode active material is within the above range, the battery capacity and the strength of the negative electrode can be sufficiently secured.
特に、SBRに代表されるゴム状高分子を主要成分に含有する場合には、負極活物質に対するバインダーの割合は、通常0.1質量%以上であり、0.5質量%以上が好ましく、0.6質量%以上がさらに好ましく、また、通常5質量%以下であり、3質量%以下が好ましく、2質量%以下がさらに好ましい。また、ポリフッ化ビニリデンに代表されるフッ素系高分子を主要成分に含有する場合には負極活物質に対する割合は、通常1質量%以上であり、2質量%以上が好ましく、3質量%以上がさらに好ましく、また、通常15質量%以下であり、10質量%以下が好ましく、8質量%以下がさらに好ましい。 In particular, when a rubbery polymer typified by SBR is contained as a main component, the ratio of the binder to the negative electrode active material is usually 0.1% by mass or more, preferably 0.5% by mass or more, and 0 .6% by mass or more is more preferable, and is usually 5% by mass or less, preferably 3% by mass or less, and more preferably 2% by mass or less. When the main component contains a fluorine-based polymer typified by polyvinylidene fluoride, the ratio to the negative electrode active material is usually 1% by mass or more, preferably 2% by mass or more, and more preferably 3% by mass or more. It is preferably 15% by mass or less, preferably 10% by mass or less, and more preferably 8% by mass or less.
(スラリー形成溶媒)
スラリーを形成するための溶媒としては、負極活物質、バインダー、並びに必要に応じて使用される増粘剤及び導電材を溶解又は分散することが可能な溶媒であれば、その種類に特に制限はなく、水系溶媒と有機系溶媒のどちらを用いてもよい。
水系溶媒としては、水、アルコール等が挙げられ、有機系溶媒としてはN−メチルピロリドン(NMP)、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、酢酸メチル、アクリル酸メチル、ジエチルトリアミン、N,N−ジ
メチルアミノプロピルアミン、テトラヒドロフラン(THF)、トルエン、アセトン、ジエチルエーテル、ジメチルアセトアミド、ヘキサメチルホスファルアミド、ジメチルスルホキシド、ベンゼン、キシレン、キノリン、ピリジン、メチルナフタレン、ヘキサン等が挙げられる。
特に水系溶媒を用いる場合、増粘剤に併せて分散剤等を含有させ、SBR等のラテックスを用いてスラリー化することが好ましい。なお、これらの溶媒は、1種を単独で用いても、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
(Slurry forming solvent)
The solvent for forming the slurry is not particularly limited as long as it is a solvent capable of dissolving or dispersing the negative electrode active material, the binder, and the thickener and conductive material used as necessary. Alternatively, either an aqueous solvent or an organic solvent may be used.
Examples of the aqueous solvent include water and alcohol. Examples of the organic solvent include N-methylpyrrolidone (NMP), dimethylformamide, dimethylacetamide, methyl ethyl ketone, cyclohexanone, methyl acetate, methyl acrylate, diethyltriamine, N, N- Examples include dimethylaminopropylamine, tetrahydrofuran (THF), toluene, acetone, diethyl ether, dimethylacetamide, hexamethylphosphalamide, dimethyl sulfoxide, benzene, xylene, quinoline, pyridine, methylnaphthalene, hexane, and the like.
In particular, when an aqueous solvent is used, it is preferable to add a dispersant or the like in addition to the thickener and slurry it using a latex such as SBR. In addition, these solvents may be used individually by 1 type, or may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio.
(増粘剤)
増粘剤は、通常、スラリーの粘度を調製するために使用される。増粘剤としては、特に制限されないが、具体的には、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、エチルセルロース、ポリビニルアルコール、酸化スターチ、リン酸化スターチ、カゼイン及びこれらの塩等が挙げられる。これらは、1種を単独で用いても、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
(Thickener)
A thickener is usually used to adjust the viscosity of the slurry. The thickener is not particularly limited, and specific examples include carboxymethyl cellulose, methyl cellulose, hydroxymethyl cellulose, ethyl cellulose, polyvinyl alcohol, oxidized starch, phosphorylated starch, casein, and salts thereof. These may be used individually by 1 type, or may use 2 or more types together by arbitrary combinations and ratios.
さらに増粘剤を用いる場合には、負極活物質に対する増粘剤の割合は、通常0.1質量%以上であり、0.5質量%以上が好ましく、0.6質量%以上がさらに好ましく、また、通常5質量%以下であり、3質量%以下が好ましく、2質量%以下がさらに好ましい。負極活物質に対する増粘剤の割合が、上記範囲であると、電池容量の低下や抵抗の増大を抑制できるとともに、良好な塗布性を確保することができる。 Further, when using a thickener, the ratio of the thickener to the negative electrode active material is usually 0.1% by mass or more, preferably 0.5% by mass or more, more preferably 0.6% by mass or more, Moreover, it is 5 mass% or less normally, 3 mass% or less is preferable, and 2 mass% or less is more preferable. When the ratio of the thickener to the negative electrode active material is in the above range, it is possible to suppress a decrease in battery capacity and an increase in resistance, and it is possible to ensure good coatability.
(電極密度)
負極活物質を電極化した際の電極構造は特に制限されないが、集電体上に存在している負極活物質の密度は、1g・cm−3以上が好ましく、1.2g・cm−3以上がさらに好ましく、1.3g・cm−3以上が特に好ましく、また、2.2g・cm−3以下が好ましく、2.1g・cm−3以下がより好ましく、2.0g・cm−3以下がさらに好ましく、1.9g・cm−3以下が特に好ましい。集電体上に存在している負極活物質の密度が、上記範囲であると、負極活物質粒子の破壊を防止して、初期不可逆容量の増加や、集電体/負極活物質界面付近への非水系電解液の浸透性低下による高電流密度充放電特性悪化を抑制することができる一方、電池容量の低下や抵抗の増大を抑制することができる。
(Electrode density)
The electrode structure when the negative electrode active material is made into an electrode is not particularly limited, but the density of the negative electrode active material present on the current collector is preferably 1 g · cm −3 or more, and 1.2 g · cm −3 or more. but more preferably, particularly preferably 1.3 g · cm -3 or more, preferably 2.2 g · cm -3 or less, more preferably 2.1 g · cm -3 or less, 2.0 g · cm -3 or less Further preferred is 1.9 g · cm −3 or less. When the density of the negative electrode active material existing on the current collector is in the above range, the negative electrode active material particles are prevented from being destroyed, and an increase in initial irreversible capacity or to the vicinity of the current collector / negative electrode active material interface. While the deterioration of the high current density charge / discharge characteristics due to the reduced permeability of the non-aqueous electrolyte solution can be suppressed, the decrease in battery capacity and the increase in resistance can be suppressed.
(負極板の厚さ)
負極板の厚さは用いられる正極板に合わせて設計されるものであり、特に制限されないが、芯材の金属箔厚さを差し引いた合材層の厚さは通常15μm以上、好ましくは20μm以上、より好ましくは30μm以上、また、通常300μm以下、好ましくは280μm以下、より好ましくは250μm以下が望ましい。
(Thickness of negative electrode plate)
The thickness of the negative electrode plate is designed according to the positive electrode plate to be used, and is not particularly limited. However, the thickness of the composite layer obtained by subtracting the thickness of the metal foil of the core is usually 15 μm or more, preferably 20 μm or more. More preferably, it is 30 μm or more, and usually 300 μm or less, preferably 280 μm or less, more preferably 250 μm or less.
(負極板の表面被覆)
また、上記負極板の表面に、これとは異なる組成の物質が付着したものを用いてもよい。表面付着物質としては酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化ホウ素、酸化アンチモン、酸化ビスマス等の酸化物、硫酸リチウム、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、硫酸マグネシウム、硫酸カルシウム、硫酸アルミニウム等の硫酸塩、炭酸リチウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム等の炭酸塩等が挙げられる。
(Surface coating of negative electrode plate)
Moreover, you may use what adhered the substance of the composition different from this to the surface of the said negative electrode plate. Surface adhering substances include aluminum oxide, silicon oxide, titanium oxide, zirconium oxide, magnesium oxide, calcium oxide, boron oxide, antimony oxide, bismuth oxide, lithium sulfate, sodium sulfate, potassium sulfate, magnesium sulfate, calcium sulfate And sulfates such as aluminum sulfate and carbonates such as lithium carbonate, calcium carbonate and magnesium carbonate.
2−2.正極
<正極活物質>
以下に正極に使用される正極活物質について述べる。
(組成)
正極活物質としては、電気化学的にリチウムイオンを吸蔵・放出可能なものであれば特に制限されないが、例えば、リチウムと少なくとも1種の遷移金属を含有する物質が好ましい。具体例としては、リチウム遷移金属複合酸化物、リチウム含有遷移金属リン酸化合物が挙げられる。
2-2. Positive electrode <Positive electrode active material>
The positive electrode active material used for the positive electrode is described below.
(composition)
The positive electrode active material is not particularly limited as long as it can electrochemically occlude and release lithium ions. For example, a material containing lithium and at least one transition metal is preferable. Specific examples include lithium transition metal composite oxides and lithium-containing transition metal phosphate compounds.
リチウム遷移金属複合酸化物の遷移金属としてはV、Ti、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu等が好ましく、具体例としては、LiCoO2等のリチウム・コバルト複合酸化物、LiNiO2等のリチウム・ニッケル複合酸化物、LiMnO2、LiMn2O4、Li2MnO4等のリチウム・マンガン複合酸化物、これらのリチウム遷移金属複合酸化物の主体となる遷移金属原子の一部をNa、K、B、F、Al、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Li、Ni、Cu、Zn、Mg、Ga、Zr、Si、Nb、Mo、Sn、W等の他の元素で置換したもの等が挙げられる。置換されたものの具体例としては、例えば、LiNi0.5Mn0.5O2、LiNi0.85Co0.10Al0.05O2、LiNi0.33Co0.33Mn0.33O2、LiNi0.45Co0.10Al0.45O2、LiMn1.8Al0.2O4、LiMn1.5Ni0.5O4等が挙げられる。 V, Ti, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, etc. are preferable as the transition metal of the lithium transition metal composite oxide. Specific examples include lithium-cobalt composite oxides such as LiCoO 2 and LiNiO 2 . Lithium / nickel composite oxide, LiMnO 2 , LiMn 2 O 4 , Li 2 MnO 4 and other lithium / manganese composite oxides, part of transition metal atoms that are the main components of these lithium transition metal composite oxides are Na, K , B, F, Al, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Li, Ni, Cu, Zn, Mg, Ga, Zr, Si, Nb, Mo, Sn, W, etc. And the like. As specific examples of the substituted ones, for example, LiNi 0.5 Mn 0.5 O 2 , LiNi 0.85 Co 0.10 Al 0.05 O 2 , LiNi 0.33 Co 0.33 Mn 0.33 O 2 , LiNi 0.45 Co 0.10 Al 0.45 O 2 , LiMn 1.8 Al 0.2 O 4 , LiMn 1.5 Ni 0.5 O 4 and the like.
リチウム含有遷移金属リン酸化合物の遷移金属としては、V、Ti、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu等が好ましく、具体例としては、例えば、LiFePO4、Li3Fe2(PO4)3、LiFeP2O7等のリン酸鉄類、LiCoPO4等のリン酸コバルト類、これらのリチウム遷移金属リン酸化合物の主体となる遷移金属原子の一部をAl、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Li、Ni、Cu、Zn、Mg、Ga、Zr、Nb、Si等の他の元素で置換したもの等が挙げられる。 As the transition metal of the lithium-containing transition metal phosphate compound, V, Ti, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu and the like are preferable, and specific examples include, for example, LiFePO 4 , Li 3 Fe 2 (PO 4 ). 3 , iron phosphates such as LiFeP 2 O 7 , cobalt phosphates such as LiCoPO 4 , and some of the transition metal atoms that are the main components of these lithium transition metal phosphate compounds are Al, Ti, V, Cr, Mn , Fe, Co, Li, Ni, Cu, Zn, Mg, Ga, Zr, Nb, Si and the like substituted with other elements.
また、正極活物質にリン酸リチウムを含ませると、連続充電特性が向上するので好ましい。リン酸リチウムの使用に制限はないが、前記の正極活物質とリン酸リチウムを混合して用いることが好ましい。使用するリン酸リチウムの量は前記正極活物質とリン酸リチウムの合計に対し、下限が、好ましくは0.1質量%以上、より好ましくは0.3質量%以上、さらに好ましくは0.5質量%以上であり、上限が、好ましくは10質量%以下、より好ましくは8質量%以下、さらに好ましくは5質量%以下である。 In addition, it is preferable to include lithium phosphate in the positive electrode active material because continuous charge characteristics are improved. Although there is no restriction | limiting in the use of lithium phosphate, It is preferable to mix and use the said positive electrode active material and lithium phosphate. The lower limit of the amount of lithium phosphate used is preferably 0.1% by mass or more, more preferably 0.3% by mass or more, and still more preferably 0.5% by mass with respect to the total of the positive electrode active material and lithium phosphate. %, And the upper limit is preferably 10% by mass or less, more preferably 8% by mass or less, and further preferably 5% by mass or less.
(表面被覆)
また、上記正極活物質の表面に、これとは異なる組成の物質が付着したものを用いてもよい。表面付着物質としては酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化ホウ素、酸化アンチモン、酸化ビスマス等の酸化物、硫酸リチウム、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、硫酸マグネシウム、硫酸カルシウム、硫酸アルミニウム等の硫酸塩、炭酸リチウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム等の炭酸塩、炭素等が挙げられる。
(Surface coating)
Moreover, you may use what the substance of the composition different from this adhered to the surface of the said positive electrode active material. Surface adhering substances include aluminum oxide, silicon oxide, titanium oxide, zirconium oxide, magnesium oxide, calcium oxide, boron oxide, antimony oxide, bismuth oxide, lithium sulfate, sodium sulfate, potassium sulfate, magnesium sulfate, calcium sulfate And sulfates such as aluminum sulfate, carbonates such as lithium carbonate, calcium carbonate, and magnesium carbonate, and carbon.
これら表面付着物質は、例えば、溶媒に溶解又は懸濁させて該正極活物質に含浸添加、乾燥する方法、表面付着物質前駆体を溶媒に溶解又は懸濁させて該正極活物質に含浸添加後、加熱等により反応させる方法、正極活物質前駆体に添加して同時に焼成する方法等により該正極活物質表面に付着させることができる。なお、炭素を付着させる場合には、炭素質を、例えば、活性炭等の形で後から機械的に付着させる方法も用いることもできる。 For example, these surface adhering substances are dissolved or suspended in a solvent, impregnated and added to the positive electrode active material, and dried. After the surface adhering substance precursor is dissolved or suspended in a solvent and impregnated and added to the positive electrode active material, It can be made to adhere to the surface of the positive electrode active material by a method of reacting by heating or the like, a method of adding to the positive electrode active material precursor and firing simultaneously. In addition, when making carbon adhere, the method of making carbonaceous adhere mechanically later in the form of activated carbon etc. can also be used, for example.
表面付着物質の量としては、該正極活物質に対して質量で、下限として好ましくは0.1ppm以上、より好ましくは1ppm以上、さらに好ましくは10ppm以上、上限として、好ましくは20%以下、より好ましくは10%以下、さらに好ましくは5%以下で用いられる。表面付着物質により、正極活物質表面での電解液の酸化反応を抑制することができ、電池寿命を向上させることができるが、その付着量が少なすぎる場合その効果は
十分に発現せず、多すぎる場合には、リチウムイオンの出入りを阻害するため抵抗が増加する場合がある。
本発明においては、正極活物質の表面に、これとは異なる組成の物質が付着したものも「正極活物質」という。
The amount of the surface adhering substance is by mass with respect to the positive electrode active material, preferably 0.1 ppm or more, more preferably 1 ppm or more, still more preferably 10 ppm or more, and the upper limit, preferably 20% or less, more preferably, as the lower limit. Is used at 10% or less, more preferably 5% or less. The surface adhering substance can suppress the oxidation reaction of the electrolyte solution on the surface of the positive electrode active material, and can improve the battery life. If it is too high, the resistance may increase in order to inhibit the entry and exit of lithium ions.
In the present invention, a material in which a material having a composition different from that of the positive electrode active material is attached to the surface of the positive electrode active material is also referred to as a “positive electrode active material”.
(形状)
正極活物質の粒子の形状は、従来用いられるような、塊状、多面体状、球状、楕円球状、板状、針状、柱状等が挙げられる。また、一次粒子が凝集して、二次粒子を形成していてもよい。
(shape)
Examples of the shape of the particles of the positive electrode active material include a lump shape, a polyhedron shape, a sphere shape, an oval sphere shape, a plate shape, a needle shape, and a column shape as conventionally used. Moreover, primary particles may aggregate to form secondary particles.
(タップ密度)
正極活物質のタップ密度は、好ましくは0.5g/cm3以上、より好ましくは0.8
g/cm3以上、さらに好ましくは1.0g/cm3以上である。該正極活物質のタップ密度が上記範囲であると、正極活物質層形成時に必要な分散媒量及び導電材や結着剤の必要量を抑えることができ、結果正極活物質の充填率及び電池容量を確保することができる。タップ密度の高い複合酸化物粉体を用いることにより、高密度の正極活物質層を形成することができる。タップ密度は一般に大きいほど好ましく、特に上限はないが、好ましくは4.0g/cm3以下、より好ましくは3.7g/cm3以下、さらに好ましくは3.5g/cm3以下である。上記範囲であると負荷特性の低下を抑制することができる。
なお、本発明では、タップ密度は、正極活物質粉体5〜10gを10mlのガラス製メスシリンダーに入れ、ストローク約20mmで200回タップした時の粉体充填密度(タップ密度)g/ccとして求める。
(Tap density)
The tap density of the positive electrode active material is preferably 0.5 g / cm 3 or more, more preferably 0.8
g / cm 3 or more, more preferably 1.0 g / cm 3 or more. When the tap density of the positive electrode active material is within the above range, the amount of the dispersion medium and the necessary amount of the conductive material and the binder necessary for forming the positive electrode active material layer can be suppressed. As a result, the filling rate of the positive electrode active material and the battery Capacity can be secured. By using a complex oxide powder having a high tap density, a high-density positive electrode active material layer can be formed. In general, the tap density is preferably as large as possible, and there is no particular upper limit. However, the tap density is preferably 4.0 g / cm 3 or less, more preferably 3.7 g / cm 3 or less, and further preferably 3.5 g / cm 3 or less. When it is within the above range, it is possible to suppress a decrease in load characteristics.
In the present invention, the tap density is defined as the powder packing density (tap density) g / cc when 5 to 10 g of the positive electrode active material powder is put in a 10 ml glass measuring cylinder and tapped 200 times with a stroke of about 20 mm. Ask.
(メジアン径d50)
正極活物質の粒子のメジアン径d50(一次粒子が凝集して二次粒子を形成している場合には二次粒子径)は好ましくは0.3μm以上、より好ましくは0.5μm以上、さらに好ましくは0.8μm以上、最も好ましくは1.0μm以上であり、上限は、好ましくは30μm以下、より好ましくは27μm以下、さらに好ましくは25μm以下、最も好ましくは22μm以下である。上記範囲であると、高タップ密度品が得られ、電池性能の低下を抑制できる一方、電池の正極作成、即ち活物質と導電材やバインダー等を溶媒でスラリー化して薄膜状に塗布する際に、スジ引き等の問題を防止することができる。ここで、異なるメジアン径d50をもつ該正極活物質を2種類以上混合することで、正極作成時の充填性をさらに向上させることができる。
(Median diameter d50)
The median diameter d50 of the positive electrode active material particles (secondary particle diameter when primary particles aggregate to form secondary particles) is preferably 0.3 μm or more, more preferably 0.5 μm or more, and even more preferably. Is 0.8 μm or more, most preferably 1.0 μm or more, and the upper limit is preferably 30 μm or less, more preferably 27 μm or less, still more preferably 25 μm or less, and most preferably 22 μm or less. While being in the above range, a high tap density product can be obtained and the battery performance can be prevented from deteriorating. On the other hand, when forming the positive electrode of the battery, that is, when slurrying the active material, conductive material, binder, etc. with a solvent, Problems such as streaking can be prevented. Here, by mixing two or more kinds of the positive electrode active materials having different median diameters d50, it is possible to further improve the filling property when forming the positive electrode.
なお、本発明では、メジアン径d50は、公知のレーザー回折/散乱式粒度分布測定装置によって測定される。粒度分布計としてHORIBA社製LA−920を用いる場合、測定の際に用いる分散媒として、0.1質量%ヘキサメタリン酸ナトリウム水溶液を用い、5分間の超音波分散後に測定屈折率1.24を設定して測定される。 In the present invention, the median diameter d50 is measured by a known laser diffraction / scattering particle size distribution measuring device. When LA-920 manufactured by HORIBA is used as a particle size distribution meter, a 0.1% by mass sodium hexametaphosphate aqueous solution is used as a dispersion medium for measurement, and a measurement refractive index of 1.24 is set after ultrasonic dispersion for 5 minutes. Measured.
(平均一次粒子径)
一次粒子が凝集して二次粒子を形成している場合には、該正極活物質の平均一次粒子径としては、好ましくは0.05μm以上、より好ましくは0.1μm以上、さらに好ましくは0.2μm以上であり、上限は、好ましくは5μm以下、より好ましくは4μm以下、さらに好ましくは3μm以下、最も好ましくは2μm以下である。上記範囲であると、粉体充填性及び比表面積を確保し、電池性能の低下を抑制することができる一方、適度な結晶性が得られることによって、充放電の可逆性を確保することができる。
(Average primary particle size)
When primary particles are aggregated to form secondary particles, the average primary particle diameter of the positive electrode active material is preferably 0.05 μm or more, more preferably 0.1 μm or more, and still more preferably 0.8 μm. The upper limit is preferably 5 μm or less, more preferably 4 μm or less, still more preferably 3 μm or less, and most preferably 2 μm or less. When it is in the above range, powder filling property and specific surface area can be secured and deterioration of battery performance can be suppressed, while reversibility of charge and discharge can be secured by obtaining appropriate crystallinity. .
なお、本発明では、一次粒子径は、走査電子顕微鏡(SEM)を用いた観察により測定される。具体的には、10000倍の倍率の写真で、水平方向の直線に対する一次粒子の左右の境界線による切片の最長の値を、任意の50個の一次粒子について求め、平均値を
とることにより求められる。
In the present invention, the primary particle diameter is measured by observation using a scanning electron microscope (SEM). Specifically, in a photograph at a magnification of 10000 times, the longest value of the intercept by the left and right boundary lines of the primary particles with respect to the horizontal straight line is obtained for any 50 primary particles and obtained by taking the average value. It is done.
(BET比表面積)
正極活物質のBET比表面積は、好ましくは0.1m2/g以上、より好ましくは0.2m2/g以上、さらに好ましくは0.3m2/g以上であり、上限は50m2/g以下、好ましくは40m2/g以下、さらに好ましくは30m2/g以下である。BET比表面積が上記範囲であると、電池性能を確保できるとともに、正極活性物質の塗布性を良好に保つことができる。
(BET specific surface area)
The BET specific surface area of the positive electrode active material is preferably 0.1 m 2 / g or more, more preferably 0.2 m 2 / g or more, still more preferably 0.3 m 2 / g or more, and the upper limit is 50 m 2 / g or less. , Preferably 40 m 2 / g or less, more preferably 30 m 2 / g or less. When the BET specific surface area is in the above range, the battery performance can be secured and the applicability of the positive electrode active material can be kept good.
なお、本発明では、BET比表面積は、表面積計(例えば、大倉理研製全自動表面積測定装置)を用い、試料に対して窒素流通下150℃で30分間、予備乾燥を行なった後、大気圧に対する窒素の相対圧の値が0.3となるように正確に調製した窒素ヘリウム混合ガスを用い、ガス流動法による窒素吸着BET1点法によって測定した値で定義される。 In the present invention, the BET specific surface area is determined by using a surface area meter (for example, a fully automatic surface area measuring device manufactured by Okura Riken), preliminarily drying the sample at 150 ° C. for 30 minutes under nitrogen flow, and then atmospheric pressure. It is defined by a value measured by a nitrogen adsorption BET one-point method using a gas flow method using a nitrogen-helium mixed gas accurately prepared so that the value of the relative pressure of nitrogen to 0.3 is 0.3.
(正極活物質の製造法)
正極活物質の製造法としては、無機化合物の製造法として一般的な方法が用いられる。特に球状ないし楕円球状の活物質を作成するには種々の方法が考えられるが、例えば、遷移金属の原料物質を水等の溶媒中に溶解ないし粉砕分散して、攪拌をしながらpHを調節して球状の前駆体を作成回収し、これを必要に応じて乾燥した後、LiOH、Li2CO3、LiNO3等のLi源を加えて高温で焼成して活物質を得る方法等が挙げられる。
(Method for producing positive electrode active material)
As a manufacturing method of the positive electrode active material, a general method is used as a manufacturing method of the inorganic compound. In particular, various methods are conceivable for preparing a spherical or elliptical active material. For example, a transition metal source material is dissolved or pulverized and dispersed in a solvent such as water, and the pH is adjusted while stirring. And a spherical precursor is prepared and recovered, and dried as necessary. Then, a Li source such as LiOH, Li 2 CO 3 , LiNO 3 is added, and the active material is obtained by baking at a high temperature. .
正極の製造のために、前記の正極活物質を単独で用いてもよく、異なる組成の1種以上とを、任意の組み合わせ又は比率で併用してもよい。この場合の好ましい組み合わせとしては、LiCoO2とLiNi0.33Co0.33Mn0.33O2などのLiMn2O4若しくはこのMnの一部を他の遷移金属等で置換したものとの組み合わせ、あるいは、LiCoO2若しくはこのCoの一部を他の遷移金属等で置換したものとの組み合わせが挙げられる。 For the production of the positive electrode, the positive electrode active material may be used alone, or one or more of the different compositions may be used in any combination or ratio. A preferable combination in this case is a combination of LiCoO 2 and LiMn 2 O 4 such as LiNi 0.33 Co 0.33 Mn 0.33 O 2 or a part of this Mn substituted with another transition metal or the like. Or a combination with LiCoO 2 or a part of this Co substituted with another transition metal or the like.
<正極の構成と作製法>
以下に、正極の構成について述べる。本発明において、正極は、正極活物質と結着剤とを含有する正極活物質層を、集電体上に形成して作製することができる。正極活物質を用いる正極の製造は、常法により行うことができる。即ち、正極活物質と結着剤、並びに必要に応じて導電材及び増粘剤等を乾式で混合してシート状にしたものを正極集電体に圧着するか、又はこれらの材料を液体媒体に溶解又は分散させてスラリーとして、これを正極集電体に塗布し、乾燥することにより、正極活物質層を集電体上に形成されることにより正極を得ることができる。
<Configuration and manufacturing method of positive electrode>
The structure of the positive electrode will be described below. In the present invention, the positive electrode can be produced by forming a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material and a binder on a current collector. Manufacture of the positive electrode using a positive electrode active material can be performed by a conventional method. That is, a positive electrode active material and a binder, and if necessary, a conductive material and a thickener mixed in a dry form into a sheet form are pressure-bonded to the positive electrode current collector, or these materials are liquid media A positive electrode can be obtained by forming a positive electrode active material layer on the current collector by applying it to a positive electrode current collector and drying it as a slurry by dissolving or dispersing in a slurry.
正極活物質の、正極活物質層中の含有量は、好ましくは80質量%以上、より好ましくは82質量%以上、特に好ましくは84質量%以上である。また上限は、好ましくは99質量%以下、より好ましくは98質量%以下である。上記範囲であると、正極活物質層中の正極活物質の電気容量を確保できるとともに、正極の強度を保つことができる。
塗布、乾燥によって得られた正極活物質層は、正極活物質の充填密度を上げるために、ハンドプレス、ローラープレス等により圧密化することが好ましい。正極活物質層の密度は、下限として好ましくは1.5g/cm3以上、より好ましくは2g/cm3、さらに好ましくは2.2g/cm3以上であり、上限としては、好ましくは5g/cm3以下、より好ましくは4.5g/cm3以下、さらに好ましくは4g/cm3以下の範囲である。上記範囲であると、良好な充放電特性が得られるとともに、電気抵抗の増大を抑制することができる。
The content of the positive electrode active material in the positive electrode active material layer is preferably 80% by mass or more, more preferably 82% by mass or more, and particularly preferably 84% by mass or more. Moreover, an upper limit becomes like this. Preferably it is 99 mass% or less, More preferably, it is 98 mass% or less. Within the above range, the electric capacity of the positive electrode active material in the positive electrode active material layer can be secured, and the strength of the positive electrode can be maintained.
The positive electrode active material layer obtained by coating and drying is preferably consolidated by a hand press, a roller press or the like in order to increase the packing density of the positive electrode active material. The density of the positive electrode active material layer is preferably 1.5 g / cm 3 or more as a lower limit, more preferably 2 g / cm 3 , still more preferably 2.2 g / cm 3 or more, and the upper limit is preferably 5 g / cm 3. It is 3 or less, more preferably 4.5 g / cm 3 or less, and further preferably 4 g / cm 3 or less. Within the above range, good charge / discharge characteristics can be obtained, and an increase in electrical resistance can be suppressed.
(導電材)
導電材としては、公知の導電材を任意に用いることができる。具体例としては、銅、ニッケル等の金属材料;天然黒鉛、人造黒鉛等の黒鉛(グラファイト);アセチレンブラック等のカーボンブラック;ニードルコークス等の無定形炭素等の炭素材料等が挙げられる。なお、これらは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。導電材は、正極活物質層中に、通常0.01質量%以上、好ましくは0.1質量%以上、より好ましくは1質量%以上であり、また上限は、通常50質量%以下、好ましくは30質量%以下、より好ましくは15質量%以下含有するように用いられる。上記範囲であると、十分な導電性と電池容量を確保することができる。
(Conductive material)
A known conductive material can be arbitrarily used as the conductive material. Specific examples include metal materials such as copper and nickel; graphite such as natural graphite and artificial graphite (graphite); carbon black such as acetylene black; and carbon materials such as amorphous carbon such as needle coke. In addition, these may be used individually by 1 type and may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio. The conductive material is usually 0.01% by mass or more, preferably 0.1% by mass or more, more preferably 1% by mass or more in the positive electrode active material layer, and the upper limit is usually 50% by mass or less, preferably It is used so as to contain 30% by mass or less, more preferably 15% by mass or less. Sufficient electrical conductivity and battery capacity can be ensured within the above range.
(結着剤)
正極活物質層の製造に用いる結着剤としては、特に限定されず、塗布法の場合は、電極製造時に用いる液体媒体に対して溶解又は分散される材料であればよいが、具体例としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリメチルメタクリレート、ポリイミド、芳香族ポリアミド、セルロース、ニトロセルロース等の樹脂系高分子;SBR(スチレン−ブタジエンゴム)、NBR(アクリロニトリル−ブタジエンゴム)、フッ素ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、エチレン−プロピレンゴム等のゴム状高分子;スチレン・ブタジエン・スチレンブロック共重合体又はその水素添加物、EPDM(エチレン・プロピレン・ジエン三元共重合体)、スチレン・エチレン・ブタジエン・エチレン共重合体、スチレン・イソプレン・スチレンブロック共重合体又はその水素添加物等の熱可塑性エラストマー状高分子;シンジオタクチック−1,2−ポリブタジエン、ポリ酢酸ビニル、エチレン・酢酸ビニル共重合体、プロピレン・α−オレフィン共重合体等の軟質樹脂状高分子;ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリテトラフルオロエチレン、フッ素化ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン・エチレン共重合体等のフッ素系高分子;アルカリ金属イオン(特にリチウムイオン)のイオン伝導性を有する高分子組成物等が挙げられる。なお、これらの物質は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
(Binder)
The binder used in the production of the positive electrode active material layer is not particularly limited, and in the case of the coating method, any material that can be dissolved or dispersed in the liquid medium used during electrode production may be used. Resin polymers such as polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate, polymethyl methacrylate, polyimide, aromatic polyamide, cellulose, nitrocellulose; SBR (styrene-butadiene rubber), NBR (acrylonitrile-butadiene rubber), fluorine rubber, isoprene rubber , Rubber polymers such as butadiene rubber and ethylene-propylene rubber; styrene / butadiene / styrene block copolymer or hydrogenated product thereof, EPDM (ethylene / propylene / diene terpolymer), styrene / ethylene / butadiene / Ethylene copolymer, styrene Thermoplastic elastomeric polymer such as isoprene / styrene block copolymer or hydrogenated product thereof; syndiotactic-1,2-polybutadiene, polyvinyl acetate, ethylene / vinyl acetate copolymer, propylene / α-olefin copolymer Soft resinous polymers such as polymers; Fluoropolymers such as polyvinylidene fluoride (PVdF), polytetrafluoroethylene, fluorinated polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene / ethylene copolymers; alkali metal ions (especially lithium ions) And a polymer composition having ion conductivity. In addition, these substances may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio.
正極活物質層中の結着剤の割合は、通常0.1質量%以上、好ましくは1質量%以上、さらに好ましくは1.5質量%以上であり、上限は、通常80質量%以下、好ましくは60質量%以下、さらに好ましくは40質量%以下、最も好ましくは10質量%以下である。結着剤の割合が低すぎると、正極活物質を十分保持できずに正極の機械的強度が不足し、サイクル特性等の電池性能を悪化させてしまう場合がある。一方で、高すぎると、電池容量や導電性の低下につながる場合がある。 The ratio of the binder in the positive electrode active material layer is usually 0.1% by mass or more, preferably 1% by mass or more, more preferably 1.5% by mass or more, and the upper limit is usually 80% by mass or less, preferably Is 60% by mass or less, more preferably 40% by mass or less, and most preferably 10% by mass or less. When the ratio of the binder is too low, the positive electrode active material cannot be sufficiently retained and the positive electrode has insufficient mechanical strength, which may deteriorate battery performance such as cycle characteristics. On the other hand, if it is too high, battery capacity and conductivity may be reduced.
(スラリー形成溶媒)
スラリーを形成するための溶媒としては、正極活物質、導電材、結着剤、並びに必要に応じて使用される増粘剤を溶解又は分散することが可能な溶媒であれば、その種類に特に制限はなく、水系溶媒と有機系溶媒のどちらを用いてもよい。水系媒体としては、例えば、水、アルコールと水との混合媒等が挙げられる。有機系媒体としては、例えば、ヘキサン等の脂肪族炭化水素類;ベンゼン、トルエン、キシレン、メチルナフタレン等の芳香族炭化水素類;キノリン、ピリジン等の複素環化合物;アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類;酢酸メチル、アクリル酸メチル等のエステル類;ジエチレントリアミン、N,N−ジメチルアミノプロピルアミン等のアミン類;ジエチルエーテル、プロピレンオキシド、テトラヒドロフラン(THF)等のエーテル類;N−メチルピロリドン(NMP)、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド等のアミド類;ヘキサメチルホスファルアミド、ジメチルスルホキシド等の非プロトン性極性溶媒等が挙げられる。
(Slurry forming solvent)
As the solvent for forming the slurry, the positive electrode active material, the conductive material, the binder, and a solvent capable of dissolving or dispersing the thickener used as necessary may be used. There is no restriction, and either an aqueous solvent or an organic solvent may be used. Examples of the aqueous medium include water, a mixed medium of alcohol and water, and the like. Examples of the organic medium include aliphatic hydrocarbons such as hexane; aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene, xylene, and methylnaphthalene; heterocyclic compounds such as quinoline and pyridine; ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, and cyclohexanone. Esters such as methyl acetate and methyl acrylate; amines such as diethylenetriamine and N, N-dimethylaminopropylamine; ethers such as diethyl ether, propylene oxide and tetrahydrofuran (THF); N-methylpyrrolidone (NMP) Amides such as dimethylformamide and dimethylacetamide; and aprotic polar solvents such as hexamethylphosphalamide and dimethylsulfoxide.
特に水系媒体を用いる場合、増粘剤と、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)等のラテックスを用いてスラリー化するのが好ましい。増粘剤は、通常、スラリーの粘度を調製す
るために使用される。増粘剤としては、特に制限はないが、具体的には、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、エチルセルロース、ポリビニルアルコール、酸化スターチ、リン酸化スターチ、カゼイン及びこれらの塩等が挙げられる。これらは、1種を単独で用いても、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。さらに増粘剤を添加する場合には、活物質に対する増粘剤の割合は、0.1質量%以上、好ましくは0.2質量%以上、より好ましくは0.3質量%以上であり、また、上限としては5質量%以下、好ましくは3質量%以下、より好ましくは2質量%以下の範囲である。上記範囲であると、良好な塗布性が得られるとともに、電池容量の低下や抵抗の増大を抑制することができる。
In particular, when an aqueous medium is used, it is preferable to make a slurry using a thickener and a latex such as styrene-butadiene rubber (SBR). A thickener is usually used to adjust the viscosity of the slurry. The thickener is not particularly limited, and specific examples include carboxymethyl cellulose, methyl cellulose, hydroxymethyl cellulose, ethyl cellulose, polyvinyl alcohol, oxidized starch, phosphorylated starch, casein, and salts thereof. These may be used individually by 1 type, or may use 2 or more types together by arbitrary combinations and ratios. When a thickener is further added, the ratio of the thickener to the active material is 0.1% by mass or more, preferably 0.2% by mass or more, more preferably 0.3% by mass or more. The upper limit is 5% by mass or less, preferably 3% by mass or less, more preferably 2% by mass or less. When it is in the above range, good coatability can be obtained, and a decrease in battery capacity and an increase in resistance can be suppressed.
(集電体)
正極集電体の材質としては特に制限されず、公知のものを任意に用いることができる。具体例としては、アルミニウム、ステンレス鋼、ニッケルメッキ、チタン、タンタル等の金属材料;カーボンクロス、カーボンペーパー等の炭素材料が挙げられる。中でも金属材料、特にアルミニウムが好ましい。
(Current collector)
The material of the positive electrode current collector is not particularly limited, and a known material can be arbitrarily used. Specific examples include metal materials such as aluminum, stainless steel, nickel plating, titanium, and tantalum; and carbon materials such as carbon cloth and carbon paper. Of these, metal materials, particularly aluminum, are preferred.
集電体の形状としては、金属材料の場合、金属箔、金属円柱、金属コイル、金属板、金属薄膜、エキスパンドメタル、パンチメタル、発泡メタル等が挙げられ、炭素材料の場合、炭素板、炭素薄膜、炭素円柱等が挙げられる。これらのうち、金属薄膜が好ましい。なお、薄膜は適宜メッシュ状に形成してもよい。薄膜の厚さは任意であるが、集電体としての強度及び取扱い性の観点から、通常1μm以上、好ましくは3μm以上、より好ましくは5μm以上、また上限は、通常1mm以下、好ましくは100μm以下、より好ましくは50μm以下である。 Examples of the shape of the current collector include metal foil, metal cylinder, metal coil, metal plate, metal thin film, expanded metal, punch metal, and foam metal in the case of a metal material. A thin film, a carbon cylinder, etc. are mentioned. Of these, metal thin films are preferred. In addition, you may form a thin film suitably in mesh shape. Although the thickness of the thin film is arbitrary, from the viewpoint of strength and handleability as a current collector, it is usually 1 μm or more, preferably 3 μm or more, more preferably 5 μm or more, and the upper limit is usually 1 mm or less, preferably 100 μm or less. More preferably, it is 50 μm or less.
また、集電体の表面に導電助剤が塗布されていることも、集電体と正極活物質層の電子接触抵抗を低下させる観点で好ましい。導電助剤としては、炭素や、金、白金、銀等の貴金属類が挙げられる。
集電体と正極活物質層の厚さの比は特には限定されないが、(電解液注液直前の片面の正極活物質層の厚さ)/(集電体の厚さ)の値が20以下であることが好ましく、より好ましくは15以下、最も好ましくは10以下であり、下限は、0.5以上が好ましく、より好ましくは0.8以上、最も好ましくは1以上の範囲である。この範囲を上回ると、高電流密度充放電時に集電体がジュール熱による発熱を生じる場合がある。上記範囲であると、高電流密度充放電時の集電体の発熱を抑制し、電池容量を確保することができる。
Moreover, it is also preferable from the viewpoint of reducing the electronic contact resistance between the current collector and the positive electrode active material layer that a conductive additive is applied to the surface of the current collector. Examples of the conductive assistant include noble metals such as carbon, gold, platinum, and silver.
The ratio of the thickness of the current collector to the positive electrode active material layer is not particularly limited, but the value of (thickness of the positive electrode active material layer on one side immediately before electrolyte injection) / (thickness of the current collector) is 20 The lower limit is preferably 15 or less, most preferably 10 or less, and the lower limit is preferably 0.5 or more, more preferably 0.8 or more, and most preferably 1 or more. Above this range, the current collector may generate heat due to Joule heat during high current density charge / discharge. Within the above range, heat generation of the current collector during high current density charge / discharge can be suppressed, and battery capacity can be secured.
(電極面積)
本発明の非水系電解液を用いる場合、高出力かつ高温時の安定性を高める観点から、正極活物質層の面積は、電池外装ケースの外表面積に対して大きくすることが好ましい。具体的には、二次電池の外装の表面積に対する正極の電極面積の総和が面積比で15倍以上とすることが好ましく、さらに40倍以上とすることがより好ましい。外装ケースの外表面積とは、有底角型形状の場合には、端子の突起部分を除いた発電要素が充填されたケース部分の縦と横と厚さの寸法から計算で求める総面積をいう。有底円筒形状の場合には、端子の突起部分を除いた発電要素が充填されたケース部分を円筒として近似する幾何表面積である。正極の電極面積の総和とは、負極活物質を含む合材層に対向する正極合材層の幾何表面積であり、集電体箔を介して両面に正極合材層を形成してなる構造では、それぞれの面を別々に算出する面積の総和をいう。
(Electrode area)
When using the non-aqueous electrolyte of the present invention, it is preferable that the area of the positive electrode active material layer is larger than the outer surface area of the battery outer case from the viewpoint of increasing the stability at high output and high temperature. Specifically, the sum of the electrode areas of the positive electrode with respect to the surface area of the exterior of the secondary battery is preferably 15 times or more, and more preferably 40 times or more. The outer surface area of the outer case is the total area obtained by calculation from the vertical, horizontal, and thickness dimensions of the case part filled with the power generation element excluding the protruding part of the terminal in the case of a bottomed square shape. . In the case of a bottomed cylindrical shape, the geometric surface area approximates the case portion filled with the power generation element excluding the protruding portion of the terminal as a cylinder. The total electrode area of the positive electrode is the geometric surface area of the positive electrode mixture layer facing the mixture layer containing the negative electrode active material, and in the structure in which the positive electrode mixture layer is formed on both sides via the current collector foil. , The sum of the areas where each surface is calculated separately.
(正極板の厚さ)
正極板の厚さは特に限定されないが、高容量かつ高出力の観点から、芯材の金属箔厚さを差し引いた合材層の厚さは、集電体の片面に対して下限として、好ましくは10μm以上、より好ましくは20μm以上で、上限としては、好ましくは500μm以下、より好
ましくは450μm以下である。
(Thickness of positive plate)
The thickness of the positive electrode plate is not particularly limited, but from the viewpoint of high capacity and high output, the thickness of the composite layer obtained by subtracting the metal foil thickness of the core material is preferably as a lower limit with respect to one side of the current collector. Is 10 μm or more, more preferably 20 μm or more, and the upper limit is preferably 500 μm or less, more preferably 450 μm or less.
(正極板の表面被覆)
また、上記正極板の表面に、これとは異なる組成の物質が付着したものを用いてもよい。表面付着物質としては酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化ホウ素、酸化アンチモン、酸化ビスマス等の酸化物、硫酸リチウム、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、硫酸マグネシウム、硫酸カルシウム、硫酸アルミニウム等の硫酸塩、炭酸リチウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム等の炭酸塩、炭素等が挙げられる。
(Positive electrode surface coating)
Moreover, you may use what adhered the substance of the composition different from this to the surface of the said positive electrode plate. Surface adhering substances include aluminum oxide, silicon oxide, titanium oxide, zirconium oxide, magnesium oxide, calcium oxide, boron oxide, antimony oxide, bismuth oxide, lithium sulfate, sodium sulfate, potassium sulfate, magnesium sulfate, calcium sulfate And sulfates such as aluminum sulfate, carbonates such as lithium carbonate, calcium carbonate, and magnesium carbonate, and carbon.
2−3.セパレータ
正極と負極との間には、短絡を防止するために、通常はセパレータを介在させる。この場合、本発明の非水系電解液は、通常はこのセパレータに含浸させて用いる。
セパレータの材料や形状については特に制限されず、本発明の効果を著しく損なわない限り、公知のものを任意に採用することができる。中でも、本発明の非水系電解液に対し安定な材料で形成された、樹脂、ガラス繊維、無機物等が用いられ、保液性に優れた多孔性シート又は不織布状の形態の物等を用いるのが好ましい。
2-3. Separator Normally, a separator is interposed between the positive electrode and the negative electrode in order to prevent a short circuit. In this case, the nonaqueous electrolytic solution of the present invention is usually used by impregnating the separator.
The material and shape of the separator are not particularly limited, and known ones can be arbitrarily adopted as long as the effects of the present invention are not significantly impaired. Among them, a resin, glass fiber, inorganic material, etc. formed of a material that is stable with respect to the non-aqueous electrolyte solution of the present invention is used, and a porous sheet or a nonwoven fabric-like material having excellent liquid retention properties is used. Is preferred.
樹脂、ガラス繊維セパレータの材料としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン、芳香族ポリアミド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエーテルスルホン、ガラスフィルター等を用いることができる。中でも好ましくはガラスフィルター、ポリオレフィンであり、さらに好ましくはポリオレフィンである。これらの材料は1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。 As materials for the resin and glass fiber separator, for example, polyolefins such as polyethylene and polypropylene, aromatic polyamides, polytetrafluoroethylene, polyethersulfone, glass filters and the like can be used. Of these, glass filters and polyolefins are preferred, and polyolefins are more preferred. These materials may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio.
セパレータの厚さは任意であるが、通常1μm以上であり、5μm以上が好ましく、8μm以上がさらに好ましく、また、通常50μm以下であり、40μm以下が好ましく、30μm以下がさらに好ましい。上記範囲であると、絶縁性及び機械的強度を確保できる一方、レート特性等の電池性能及びエネルギー密度を確保することができる。
さらに、セパレータとして多孔性シートや不織布等の多孔質のものを用いる場合、セパレータの空孔率は任意であるが、通常20%以上であり、35%以上が好ましく、45%以上がさらに好ましく、また、通常90%以下であり、85%以下が好ましく、75%以下がさらに好ましい。空孔率が、上記範囲であると、絶縁性及び機械的強度を確保できる一方、膜抵抗を抑え良好なレート特性を得ることができる。
The thickness of the separator is arbitrary, but is usually 1 μm or more, preferably 5 μm or more, more preferably 8 μm or more, and usually 50 μm or less, preferably 40 μm or less, more preferably 30 μm or less. Within the above range, insulation and mechanical strength can be secured, while battery performance such as rate characteristics and energy density can be secured.
Furthermore, when using a porous material such as a porous sheet or nonwoven fabric as the separator, the porosity of the separator is arbitrary, but is usually 20% or more, preferably 35% or more, more preferably 45% or more, Further, it is usually 90% or less, preferably 85% or less, and more preferably 75% or less. When the porosity is in the above range, insulation and mechanical strength can be secured, while film resistance can be suppressed and good rate characteristics can be obtained.
また、セパレータの平均孔径も任意であるが、通常0.5μm以下であり、0.2μm以下が好ましく、また、通常0.05μm以上である。平均孔径が、上記範囲を上回ると、短絡が生じ易くなる。平均孔径が、上記範囲であると、短絡を防止ししつつ、膜抵抗を抑え良好なレート特性を得ることができる。一方、無機物の材料としては、例えば、アルミナや二酸化ケイ素等の酸化物、窒化アルミや窒化ケイ素等の窒化物、硫酸バリウムや硫酸カルシウム等の硫酸塩が用いられ、粒子形状もしくは繊維形状のものが用いられる。 Moreover, although the average pore diameter of a separator is also arbitrary, it is 0.5 micrometer or less normally, 0.2 micrometer or less is preferable, and it is 0.05 micrometer or more normally. If the average pore diameter exceeds the above range, a short circuit tends to occur. When the average pore diameter is in the above range, the film resistance can be suppressed and good rate characteristics can be obtained while preventing a short circuit. On the other hand, as inorganic materials, for example, oxides such as alumina and silicon dioxide, nitrides such as aluminum nitride and silicon nitride, and sulfates such as barium sulfate and calcium sulfate are used. Used.
形態としては、不織布、織布、微多孔性フィルム等の薄膜形状のものが用いられる。薄膜形状では、孔径が0.01〜1μm、厚さが5〜50μmのものが好適に用いられる。上記の独立した薄膜形状以外に、樹脂製の結着剤を用いて上記無機物の粒子を含有する複合多孔層を正極及び/又は負極の表層に形成させてなるセパレータを用いることができる。例えば、正極の両面に90%粒径が1μm未満のアルミナ粒子を、フッ素樹脂を結着剤として多孔層を形成させることが挙げられる。 As the form, a thin film shape such as a non-woven fabric, a woven fabric, or a microporous film is used. In the thin film shape, those having a pore diameter of 0.01 to 1 μm and a thickness of 5 to 50 μm are preferably used. In addition to the above-mentioned independent thin film shape, a separator formed by forming a composite porous layer containing the inorganic particles on the surface layer of the positive electrode and / or the negative electrode using a resin binder can be used. For example, a porous layer may be formed by using alumina particles having a 90% particle size of less than 1 μm on both surfaces of the positive electrode and using a fluororesin as a binder.
2−4.電池設計
<電極群>
電極群は、上記の正極板と負極板とを上記のセパレータを介してなる積層構造のもの、及び上記の正極板と負極板とを上記のセパレータを介して渦巻き状に捲回した構造のもののいずれでもよい。電極群の体積が電池内容積に占める割合(以下、電極群占有率と称する)は、通常40%以上であり、50%以上が好ましく、また、通常90%以下であり、80%以下が好ましい。電極群占有率が、上記範囲であると、電池容量を確保できるとともに内部圧力の上昇に伴う充放電繰り返し性能や高温保存等の特性低下を抑制し、さらにはガス放出弁の作動を防止することができる。
2-4. Battery design <electrode group>
The electrode group has a laminated structure in which the positive electrode plate and the negative electrode plate are interposed through the separator, and a structure in which the positive electrode plate and the negative electrode plate are wound in a spiral shape through the separator. Either is acceptable. The ratio of the volume of the electrode group to the internal volume of the battery (hereinafter referred to as the electrode group occupation ratio) is usually 40% or more, preferably 50% or more, and usually 90% or less, preferably 80% or less. . When the electrode group occupancy is in the above range, the battery capacity can be secured and the deterioration of characteristics such as charge / discharge repetition performance and high temperature storage accompanying the increase in internal pressure can be suppressed, and further the operation of the gas release valve can be prevented. Can do.
<集電構造>
集電構造は、特に制限されないが、本発明の非水系電解液による高電流密度の充放電特性の向上をより効果的に実現するには、配線部分や接合部分の抵抗を低減する構造にすることが好ましい。この様に内部抵抗を低減させた場合、本発明の非水系電解液を使用した効果は特に良好に発揮される。
<Current collection structure>
The current collecting structure is not particularly limited, but in order to more effectively realize the high current density charge / discharge characteristics by the non-aqueous electrolyte solution of the present invention, a structure that reduces the resistance of the wiring part and the joint part is used. It is preferable. Thus, when internal resistance is reduced, the effect of using the non-aqueous electrolyte solution of this invention is exhibited especially favorable.
電極群が上記の積層構造のものでは、各電極層の金属芯部分を束ねて端子に溶接して形成される構造が好適に用いられる。一枚の電極面積が大きくなる場合には、内部抵抗が大きくなるので、電極内に複数の端子を設けて抵抗を低減することも好適に用いられる。電極群が上記の捲回構造のものでは、正極及び負極にそれぞれ複数のリード構造を設け、端子に束ねることにより、内部抵抗を低くすることができる。 When the electrode group has the above-described laminated structure, a structure formed by bundling the metal core portions of the electrode layers and welding them to the terminals is preferably used. When the area of one electrode increases, the internal resistance increases. Therefore, it is also preferable to provide a plurality of terminals in the electrode to reduce the resistance. When the electrode group has the winding structure described above, the internal resistance can be lowered by providing a plurality of lead structures for the positive electrode and the negative electrode, respectively, and bundling the terminals.
<外装ケース>
外装ケースの材質は用いられる非水系電解液に対して安定な物質であれば特に制限されない。具体的には、ニッケルめっき鋼板、ステンレス、アルミニウム又はアルミニウム合金、マグネシウム合金等の金属類、又は、樹脂とアルミ箔との積層フィルム(ラミネートフィルム)が用いられる。軽量化の観点から、アルミニウム又はアルミニウム合金の金属、ラミネートフィルムが好適に用いられる。
<Exterior case>
The material of the outer case is not particularly limited as long as it is a substance that is stable with respect to the non-aqueous electrolyte used. Specifically, a nickel-plated steel plate, stainless steel, aluminum, an aluminum alloy, a metal such as a magnesium alloy, or a laminated film (laminate film) of a resin and an aluminum foil is used. From the viewpoint of weight reduction, an aluminum or aluminum alloy metal or a laminate film is preferably used.
金属類を用いる外装ケースでは、レーザー溶接、抵抗溶接、超音波溶接により金属同士を溶着して封止密閉構造とするもの、若しくは、樹脂製ガスケットを介して上記金属類を用いてかしめ構造とするものが挙げられる。上記ラミネートフィルムを用いる外装ケースでは、樹脂層同士を熱融着することにより封止密閉構造とするもの等が挙げられる。シール性を上げるために、上記樹脂層の間にラミネートフィルムに用いられる樹脂と異なる樹脂を介在させてもよい。特に、集電端子を介して樹脂層を熱融着して密閉構造とする場合には、金属と樹脂との接合になるので、介在する樹脂として極性基を有する樹脂や極性基を導入した変成樹脂が好適に用いられる。また、外装体の形状も任意であり、例えば円筒型、角形、ラミネート型、コイン型、大型等のいずれであってもよい。 In an exterior case using metals, the metal is welded together by laser welding, resistance welding, or ultrasonic welding to form a sealed sealed structure, or a caulking structure using the above metals via a resin gasket. Things. Examples of the outer case using the laminate film include a case where a resin-sealed structure is formed by heat-sealing resin layers. In order to improve sealing performance, a resin different from the resin used for the laminate film may be interposed between the resin layers. In particular, when a resin layer is heat-sealed through a current collecting terminal to form a sealed structure, a metal and a resin are joined, so that a resin having a polar group or a modified group having a polar group introduced as an intervening resin is used. Resins are preferably used. The shape of the exterior body is also arbitrary, and may be any of a cylindrical shape, a square shape, a laminate shape, a coin shape, a large size, and the like.
<保護素子>
保護素子として、異常発熱や過大電流が流れた時に抵抗が増大するPTC(PositiveTempeRature Coefficient)、温度ヒューズ、サーミスター、異常発熱時に電池内部圧力や内部温度の急激な上昇により回路に流れる電流を遮断する弁(電流遮断弁)等を使用することができる。上記保護素子は高電流の通常使用で作動しない条件のものを選択することが好ましく、保護素子がなくても異常発熱や熱暴走に至らない設計にすることがより好ましい。
<Protective element>
As a protective element, PTC (Positive Temperature Coefficient), thermal fuse, thermistor whose resistance increases when abnormal heat generation or excessive current flows, thermal fuse, thermistor, shuts off the current flowing through the circuit due to sudden increase in battery internal pressure or internal temperature at abnormal heat generation A valve (current cutoff valve) or the like can be used. It is preferable to select a protective element that does not operate under normal use at a high current, and it is more preferable that the protective element is designed so as not to cause abnormal heat generation or thermal runaway even without the protective element.
以下に、実施例及び比較例を挙げて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
[実施例1〜4、比較例1〜7]
[負極の作製] 負極活物質として天然黒鉛を含有する炭素質材料98質量部に、増粘
剤及びバインダーとして、それぞれ、カルボキシメチルセルロースナトリウムの水性ディスパージョン(カルボキシメチルセルロースナトリウムの濃度1質量%)100質量部及びスチレン−ブタジエンゴムの水性ディスパージョン(スチレン−ブタジエンゴムの濃度50質量%)2質量部を加え、ディスパーザーで混合してスラリー化した。得られたスラリーを厚さ10μmの銅箔に塗布して乾燥し、プレス機で圧延したものを、活物質層のサイズとして幅25mm、長さ40mm、及び幅5mm、長さ9mmの未塗工部を有する形状に切り出し、それぞれ実施例1〜4、比較例1〜7に用いる負極とした。
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples and comparative examples, but the present invention is not limited to these examples.
[Examples 1 to 4, Comparative Examples 1 to 7]
[Preparation of Negative Electrode] 100 parts by mass of an aqueous dispersion of sodium carboxymethyl cellulose (concentration of 1% by mass of carboxymethyl cellulose sodium) as a thickener and binder, respectively, in 98 parts by mass of a carbonaceous material containing natural graphite as a negative electrode active material And 2 parts by mass of an aqueous dispersion of styrene-butadiene rubber (styrene-butadiene rubber concentration of 50% by mass) were added and mixed with a disperser to form a slurry. The obtained slurry was applied to a copper foil having a thickness of 10 μm, dried, and rolled with a press. The active material layer was 25 mm wide, 40 mm long, 5 mm wide, and 9 mm long uncoated. It cut out into the shape which has a part, and it was set as the negative electrode used for Examples 1-4 and Comparative Examples 1-7, respectively.
[正極の作製]
正極活物質としてニッケル含有金属酸化物 を90質量%と、導電材としてのアセチレ
ンブラック5質量%と、結着剤としてのポリフッ化ビニリデン(PVdF)5質量%とを、N−メチルピロリドン溶媒中で混合して、スラリー化した。得られたスラリーを、厚さ15μmのアルミ箔に塗布して乾燥し、プレス機で圧延したものを、活物質層のサイズとして幅25mm、長さ40mm、及び幅5mm、長さ9mmの未塗工部を有する形状に切り出し、それぞれ実施例1〜4、比較例1〜7で用いる正極とした。
[Production of positive electrode]
90% by mass of nickel-containing metal oxide as a positive electrode active material, 5% by mass of acetylene black as a conductive material, and 5% by mass of polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder in an N-methylpyrrolidone solvent Mixed and slurried. The obtained slurry was applied to an aluminum foil having a thickness of 15 μm, dried, and rolled with a press. The active material layer was 25 mm wide, 40 mm long, 5 mm wide, and 9 mm long uncoated. It cut out into the shape which has a process part, and it was set as the positive electrode used by Examples 1-4 and Comparative Examples 1-7, respectively.
[電解液の製造]
乾燥アルゴン雰囲気下、エチレンカーボネート(EC)、エチルメチルカーボネート(EMC)とジメチルカーボネート(DMC)の混合物(体積比15:5:80)に乾燥したLiPF6 を1.4mol/Lの割合となるように溶解した後、ビニレンカーボネー
トを0.75質量%となるように混合し、基本電解液とした。この基本電解液に、表1に記載の含有量で化合物を混合し、それぞれ実施例1〜4、比較例1〜7に用いる電解液とした。ここでいう含有量とは、非水系電解液全量に対する質量%のことである。
[Manufacture of electrolyte]
Under a dry argon atmosphere, LiPF6 dried to a mixture of ethylene carbonate (EC), ethyl methyl carbonate (EMC) and dimethyl carbonate (DMC) (volume ratio 15: 5: 80) to a ratio of 1.4 mol / L. After dissolution, vinylene carbonate was mixed so as to be 0.75% by mass to obtain a basic electrolytic solution. The basic electrolyte solution was mixed with the compounds shown in Table 1 to obtain electrolyte solutions used in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 7, respectively. The content here means mass% relative to the total amount of the non-aqueous electrolyte solution.
[リチウム二次電池の製造]
上記の正極、負極、及びポリエチレン製のセパレータを、負極、セパレータ、正極の順に積層して電池要素を作製した。
この電池要素をアルミニウム(厚さ40μm)の両面を樹脂層で被覆したラミネートフィルムからなる袋内に正極と負極の端子を突設させながら挿入した後、表1に記載の電解液をそれぞれ袋内に注入し、真空封止を行い、シート状電池を作製し、それぞれ実施例1〜4、比較例1〜7に用いる電池とした。
[Manufacture of lithium secondary batteries]
The positive electrode, the negative electrode, and the polyethylene separator were laminated in the order of the negative electrode, the separator, and the positive electrode to prepare a battery element.
The battery element was inserted into a bag made of a laminate film in which both surfaces of aluminum (thickness: 40 μm) were coated with a resin layer while projecting positive and negative terminals, and each of the electrolyte solutions shown in Table 1 was placed in the bag. And then sealed in a vacuum to produce sheet batteries, which were used for Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 7, respectively.
[初期の不可逆容量]
リチウム二次電池を、電極間の密着性を高めるためにガラス板で挟んだ状態で、25℃において、0.1Cに相当する定電流で1時間半充電を行い、0.2Cの定電流で2.5Vまで放電し、更に0.2Cで4.1Vまで定電流−定電圧充電(0.05Cカット)した後、0.2Cの定電流で2.5Vまで放電することを2回繰り返した。ここで、1Cとは電池の基準容量を1時間で放電する電流値を表し、0.2Cとはその1/5の電流値を表す。この全3回の充放電において、3回の充電容量の和と3回の放電容量の和の差を初期の不可逆容量とする。比較例7の初期の不可逆容量を100とした場合の相対値で表す。評価結果を表1に示す。
[サイクル容量維持率]
初期の不可逆容量の測定が終了した後、リチウム二次電池をガラス板で挟んだ状態で、60℃において、0.8Cで4.2Vまで定電流−定電圧充電(0.05Cカット)し、1Cの定電流にて2.5Vまで放電することを250回繰り返した。このとき(250回目の放電容量/1回目の放電容量)×100の値をサイクル容量維持率とする。
[Initial irreversible capacity]
The lithium secondary battery is charged with a constant current corresponding to 0.1 C at 25 ° C. with a constant current of 0.2 C at 25 ° C. with a glass plate sandwiched between the electrodes in order to enhance adhesion between the electrodes. After discharging to 2.5V, and further charging at constant current-constant voltage (0.05C cut) to 4.1V at 0.2C, discharging to 2.5V at a constant current of 0.2C was repeated twice. . Here, 1C represents a current value for discharging the reference capacity of the battery in one hour, and 0.2C represents a current value of 1/5 thereof. In all three charge / discharge cycles, the difference between the sum of the three charge capacities and the sum of the three discharge capacities is defined as the initial irreversible capacity. This is expressed as a relative value when the initial irreversible capacity of Comparative Example 7 is set to 100. The evaluation results are shown in Table 1.
[Cycle capacity maintenance rate]
After the measurement of the initial irreversible capacity was completed, with a lithium secondary battery sandwiched between glass plates, constant current-constant voltage charging (0.05 C cut) to 4.2 V at 0.8 C at 60 ° C., Discharging to 2.5 V at a constant current of 1 C was repeated 250 times. At this time, a value of (250th discharge capacity / first discharge capacity) × 100 is defined as a cycle capacity maintenance rate.
表1から明らかなように、本発明に係る非水系電解液を用いた電池(実施例1〜4)は、含有しない電池(比較例1〜7)に比べ、初期の不可逆容量が抑制され、かつサイクル容量維持率が向上していることがわかる。例えば、テトラメチロールメタンテトラアクリレート(比較例1)、ジフルオロ燐酸リチウム(比較例3)、メチルフェニルカーボネート(比較例5)、シクロジソン(比較例6)をそれぞれ単独添加している場合は、比較例7よりも不可逆容量が大きくなり、電池性能が悪化している。しかしながら、実施例1、実施例3、実施例4では、比較例1、3〜7よりも、不可逆容量が小さくなり、電池性能
が向上している。
As is clear from Table 1, the batteries using the non-aqueous electrolyte solution according to the present invention (Examples 1 to 4) are suppressed in the initial irreversible capacity compared to the batteries not containing (Comparative Examples 1 to 7). In addition, it can be seen that the cycle capacity retention rate is improved. For example, when tetramethylolmethane tetraacrylate (Comparative Example 1), lithium difluorophosphate (Comparative Example 3), methylphenyl carbonate (Comparative Example 5), and cyclodison (Comparative Example 6) are added individually, Comparative Example 7 The irreversible capacity is larger than that, and the battery performance is deteriorated. However, in Example 1, Example 3, and Example 4, the irreversible capacity is smaller than in Comparative Examples 1 and 3 to 7, and the battery performance is improved.
本発明の非水系電解液によれば、非水系電解液二次電池の初期の不可逆容量が改善する効果が期待できる。
そのため、本発明の非水系電解液及びこれを用いた非水系電解液二次電池は、公知の各種の用途に用いることが可能である。具体例としては、例えば、ノートパソコン、ペン入力パソコン、モバイルパソコン、電子ブックプレーヤー、携帯電話、携帯ファックス、携帯コピー、携帯プリンター、ヘッドフォンステレオ、ビデオムービー、液晶テレビ、ハンディークリーナー、ポータブルCD、ミニディスク、トランシーバー、電子手帳、電卓、メモリーカード、携帯テープレコーダー、ラジオ、バックアップ電源、モーター、自動車、バイク、原動機付自転車、自転車、照明器具、玩具、ゲーム機器、時計、電動工具、ストロボ、カメラ、負荷平準化用電源、自然エネルギー貯蔵電源等が挙げられる。また、非水系電解液を用いるリチウムイオンキャパシタにおいても好適に利用できる。
According to the non-aqueous electrolyte solution of the present invention, an effect of improving the initial irreversible capacity of the non-aqueous electrolyte secondary battery can be expected.
Therefore, the non-aqueous electrolyte solution of the present invention and the non-aqueous electrolyte secondary battery using the same can be used for various known applications. Specific examples include notebook computers, pen input computers, mobile computers, electronic book players, mobile phones, mobile faxes, mobile copy, mobile printers, headphone stereos, video movies, LCD TVs, handy cleaners, portable CDs, minidiscs, etc. , Walkie Talkie, Electronic Notebook, Calculator, Memory Card, Portable Tape Recorder, Radio, Backup Power Supply, Motor, Automobile, Motorcycle, Motorbike, Bicycle, Lighting Equipment, Toy, Game Equipment, Clock, Electric Tool, Strobe, Camera, Load Examples include leveling power sources and natural energy storage power sources. Moreover, it can utilize suitably also in the lithium ion capacitor using a non-aqueous electrolyte solution.
Claims (3)
解質とこれを溶解する非水系溶媒を含有してなる非水系電解液とを備えた非水系電解液二
次電池に用いられる非水系電解液であって、該非水系電解液が、下記一般式(1)で表さ
れる化合物を含有し、更にジフルオロ燐酸塩及びフルオロ硫酸塩からなる群より選ばれる
少なくとも1種の化合物を含有することを特徴とする非水系電解液。
数1〜6の炭化水素基を表す。nは4〜8の整数を表す。Aは炭素数1〜12のヘテロ元
素を有しても良い有機基を表す。) A non-aqueous electrolyte secondary comprising a positive electrode capable of inserting and extracting metal ions, a negative electrode capable of storing and releasing metal ions, and a non-aqueous electrolyte solution containing an electrolyte and a non-aqueous solvent for dissolving the electrolyte A non-aqueous electrolyte used in a battery, wherein the non-aqueous electrolyte contains a compound represented by the following general formula (1), and is further selected from the group consisting of difluorophosphate and fluorosulfate. A non-aqueous electrolyte containing the following compound.
原子を有する環状カーボネートからなる群より選ばれる少なくとも1種の化合物を含有す
ることを特徴とする請求項1に記載の非水系電解液。 The non-aqueous electrolyte solution further carbon - according to claim 1, characterized in that it contains at least one compound selected from the group consisting of cyclic carbonates having a cyclic carbonate and a fluorine atom having a carbon unsaturated bond Non-aqueous electrolyte.
解液電池であって、該非水系電解液が請求項1又は2に記載の非水系電解液であることを
特徴とする非水系電解液二次電池。 A non-aqueous electrolyte battery comprising a negative electrode and a positive electrode capable of inserting and extracting lithium ions, and a non-aqueous electrolyte solution, wherein the non-aqueous electrolyte solution is the non-aqueous electrolyte solution according to claim 1 or 2. A non-aqueous electrolyte secondary battery.
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