JP6565323B2 - Non-aqueous secondary battery - Google Patents

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Description

本発明は、非水系二次電池に関する。   The present invention relates to a non-aqueous secondary battery.

これまでに、本発明者らは、芳香族環構造を有するジカルボン酸アニオンである芳香族化合物を含む有機骨格層と、このカルボン酸アニオンに含まれる酸素にアルカリ金属元素が配位して骨格を形成するアルカリ金属元素層と、を備えた電極活物質や、こうした電極活物質を備えた非水系二次電池を提案している(特許文献1,2等参照)。   So far, the present inventors have formed an organic skeleton layer containing an aromatic compound that is a dicarboxylic acid anion having an aromatic ring structure and an alkali metal element coordinated with oxygen contained in the carboxylic acid anion to form a skeleton. An electrode active material provided with an alkali metal element layer to be formed, and a non-aqueous secondary battery provided with such an electrode active material have been proposed (see Patent Documents 1 and 2, etc.).

特開2012−221754号公報JP 2012-221754 A 特開2013−225413号公報JP 2013-225413 A

しかしながら、特許文献1,2の電極活物質を備えた非水系二次電池では、充放電特性を高めることができるが、内部抵抗が大きいことがあった。このため、内部抵抗をより低減することが望まれていた。   However, in the non-aqueous secondary battery provided with the electrode active material of Patent Documents 1 and 2, the charge / discharge characteristics can be improved, but the internal resistance may be large. For this reason, it has been desired to further reduce the internal resistance.

本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、内部抵抗をより低減することができる非水系二次電池を提供することを主目的とする。   The present invention has been made to solve such problems, and a main object of the present invention is to provide a non-aqueous secondary battery capable of further reducing internal resistance.

上述した目的を達成するために、本発明者らは、所定の化合物を所定量以上含む非水電解液を用いて非水系二次電池を作製したところ、内部抵抗をより低減できることを見いだし、本発明を完成するに至った。   In order to achieve the above-mentioned object, the present inventors have found that when a non-aqueous secondary battery is produced using a non-aqueous electrolyte containing a predetermined amount of a predetermined compound, the internal resistance can be further reduced. The invention has been completed.

即ち、本発明の非水系二次電池は、
芳香族環構造を有するジカルボン酸アニオンである芳香族化合物を含む有機骨格層と、前記カルボン酸アニオンに含まれる酸素にアルカリ金属元素が配位して骨格を形成するアルカリ金属元素層と、を有する層状構造体を備えた層状構造体含有電極と、
一般式(1)で表されるアニオン化合物を、支持塩を溶解した非水系溶媒に対して0.5質量%より多く含む非水電解液と、
を備えたものである。
That is, the non-aqueous secondary battery of the present invention is
An organic skeleton layer containing an aromatic compound that is a dicarboxylic acid anion having an aromatic ring structure; and an alkali metal element layer in which an alkali metal element coordinates to oxygen contained in the carboxylic acid anion to form a skeleton. A layered structure-containing electrode comprising a layered structure;
A non-aqueous electrolyte solution containing the anionic compound represented by the general formula (1) in an amount of more than 0.5% by mass based on the non-aqueous solvent in which the supporting salt is dissolved;
It is equipped with.

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

この非水系二次電池では、内部抵抗を低減することができる。こうした効果が得られる理由は、例えば、一般式(1)で表されるアニオン化合物を所定量以上含む非水電解液を用いることによって、層状構造体表面に安定な被膜が形成され、層状構造体表面における充放電反応が円滑に行われるためと推察される。   In this non-aqueous secondary battery, the internal resistance can be reduced. The reason why such an effect is obtained is that, for example, by using a non-aqueous electrolyte solution containing a predetermined amount or more of the anion compound represented by the general formula (1), a stable film is formed on the surface of the layer structure, and the layer structure It is inferred that the charge / discharge reaction on the surface is performed smoothly.

層状構造体の構造の一例を示す説明図。Explanatory drawing which shows an example of the structure of a layered structure. 非水系二次電池10の一例を示す説明図。An explanatory view showing an example of nonaqueous system rechargeable battery. 実験例1〜6のIV抵抗を示すグラフ。The graph which shows IV resistance of Experimental Examples 1-6. 実験例1〜6のサイクル特性を示すグラフ。The graph which shows the cycling characteristics of Experimental Examples 1-6. CMCの割合と最大容量との関係を表すグラフ。The graph showing the relationship between the ratio of CMC and the maximum capacity. CMCの割合と初期効率との関係を表すグラフ。The graph showing the relationship between the ratio of CMC and initial efficiency. CMCの割合と容量維持率との関係を表すグラフ。The graph showing the relationship between the ratio of CMC and a capacity maintenance rate.

本発明の非水系二次電池は、一般式(1)で表される化合物を含む非水電解液と、層状構造体含有電極とを備えている。以下には、本発明の非水系二次電池の好適な一実施形態について説明する。本実施形態の非水系二次電池は、層状構造体含有電極を負極として備え、リチウムを電荷担体とするリチウム二次電池である。本実施形態の非水系二次電池は、より詳しくは、リチウムを吸蔵・放出可能な正極と、リチウムを吸蔵・放出可能な負極としての層状構造体含有電極と、正極と負極との間に介在し、リチウムを伝導する、上述した非水電解液と、を備えている。   The non-aqueous secondary battery of this invention is equipped with the non-aqueous electrolyte containing the compound represented by General formula (1), and a layered structure containing electrode. Hereinafter, a preferred embodiment of the non-aqueous secondary battery of the present invention will be described. The non-aqueous secondary battery of this embodiment is a lithium secondary battery that includes a layered structure-containing electrode as a negative electrode and uses lithium as a charge carrier. More specifically, the non-aqueous secondary battery according to the present embodiment includes a positive electrode capable of inserting and extracting lithium, a layered structure-containing electrode as a negative electrode capable of inserting and extracting lithium, and a positive electrode and a negative electrode. And the above-described non-aqueous electrolyte that conducts lithium.

非水電解液は、一般式(1)で表される化合物を含む。一般式(1)において、Mは、遷移元素、周期表の13族、14族又は15族元素であり、このうちAl、B、V、Ti、Si、Zr、Ge、Sn、Cu、Y、Zn、Ga、Nb、Ta、Bi、P、As、Sc、Hf又はSbであることが好ましく、Al、B又はPであることがより好ましい。MがAl、B又はPの場合には、化合物に含まれるアニオンの合成が比較的容易になり、製造コストを抑えることができる。アニオンの価数bは1〜3であり、このうち1であることが好ましい。価数bが3より大きい場合には、化合物の塩が混合有機溶媒に溶解しにくくなる傾向があるので好ましくない。また、定数m,nは、配位子の数に関係する値であり、Mの種類によって決まってくるものであるが、mは1〜4の整数、nは0〜8の整数である。定数qは、0又は1である。qが0の場合には、キレートリングが五員環となる。   The nonaqueous electrolytic solution contains a compound represented by the general formula (1). In the general formula (1), M is a transition element, a group 13, 14 or 15 element of the periodic table, among which Al, B, V, Ti, Si, Zr, Ge, Sn, Cu, Y, Zn, Ga, Nb, Ta, Bi, P, As, Sc, Hf or Sb are preferable, and Al, B or P is more preferable. When M is Al, B or P, the synthesis of anions contained in the compound becomes relatively easy, and the production cost can be suppressed. The valence b of the anion is 1 to 3, of which 1 is preferable. When the valence b is larger than 3, it is not preferable because the salt of the compound tends to be hardly dissolved in the mixed organic solvent. The constants m and n are values related to the number of ligands and are determined by the type of M. m is an integer of 1 to 4, and n is an integer of 0 to 8. The constant q is 0 or 1. When q is 0, the chelate ring is a five-membered ring.

ここで、R1は、炭素数1〜10のアルキレン、炭素数1〜10のハロゲン化アルキレン、炭素数6〜20のアリーレン又は炭素数6〜20のハロゲン化アリーレンを表す。これらのアルキレン及びアリーレンはその構造中に置換基、ヘテロ原子を持っていてもよい。具体的には、アルキレン及びアリーレン上の水素の代わりに、ハロゲン、鎖状又は環状のアルキル基、アリール基、アルケニル基、アルコキシ基、アリーロキシ基、スルホニル基、アミノ基、シアノ基、カルボニル基、アシル基、アミド基、水酸基を置換基として持っていてもよいし、アルキレン及びアリーレン上の炭素の代わりに、窒素、硫黄、酸素が導入された構造であってもよい。またqが1でmが2〜4のときには、m個のR1はそれぞれが結合していてもよい。そのような例としては、エチレンジアミン四酢酸のような配位子を挙げることができる。 Wherein, R 1 represents an alkylene having 1 to 10 carbon atoms, a halogenated alkylene of 1 to 10 carbon atoms, a halogenated arylene having 6-20 arylene carbon atoms or 6 to 20 carbon atoms. These alkylene and arylene may have a substituent or a hetero atom in the structure. Specifically, instead of hydrogen on alkylene and arylene, halogen, chain or cyclic alkyl group, aryl group, alkenyl group, alkoxy group, aryloxy group, sulfonyl group, amino group, cyano group, carbonyl group, acyl It may have a group, an amide group or a hydroxyl group as a substituent, or may have a structure in which nitrogen, sulfur or oxygen is introduced instead of carbon on alkylene and arylene. When q is 1 and m is 2 to 4, m R 1 s may be bonded to each other. Examples thereof include a ligand such as ethylenediaminetetraacetic acid.

2は、ハロゲン、炭素数1〜10のアルキル、炭素数1〜10のハロゲン化アルキル、炭素数6〜20のアリール、炭素数6〜20のハロゲン化アリール又は−X33(X3,R3については後述)を表す。ここでのアルキル及びアリールも、R1と同様に、その構造中に置換基、ヘテロ原子を持っていてもよく、またnが2〜8のときにはn個のR2はそれぞれが結合して環を形成していてもよい。R2としては、電子吸引性の基が好ましく、特にフッ素原子が好ましい。フッ素原子の場合には、アニオン化合物の塩の溶解度や解離度が向上し、これに伴ってイオン伝導度が向上するからである。また、耐酸化性が向上し、これにより副反応の発生を抑制することができるからである。 R 2 is halogen, alkyl having 1 to 10 carbon atoms, alkyl halide having 1 to 10 carbon atoms, aryl having 6 to 20 carbon atoms, aryl halide having 6 to 20 carbon atoms, or —X 3 R 3 (X 3 , R 3 will be described later. Alkyl and aryl here may also have a substituent or a hetero atom in the structure in the same manner as R 1, and when n is 2 to 8, n R 2 are bonded to each other to form a ring. May be formed. R 2 is preferably an electron-withdrawing group, particularly preferably a fluorine atom. This is because in the case of a fluorine atom, the solubility and dissociation degree of the salt of the anion compound are improved, and the ionic conductivity is improved accordingly. Moreover, it is because oxidation resistance improves and generation | occurrence | production of a side reaction can be suppressed by this.

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

3及びR4は、それぞれが独立で水素、炭素数1〜10のアルキル、炭素数1〜10のハロゲン化アルキル、炭素数6〜20のアリール、炭素数6〜20のハロゲン化アリールを表す。これらのアルキル及びアリールも、R1と同様に、その構造中に置換基、ヘテロ原子を持っていてもよい。また、R3又はR4は複数個存在する場合にはそれぞれが結合して環を形成してもよい。 R 3 and R 4 each independently represent hydrogen, an alkyl having 1 to 10 carbon atoms, an alkyl halide having 1 to 10 carbon atoms, an aryl having 6 to 20 carbon atoms, or an aryl halide having 6 to 20 carbon atoms. . Similarly to R 1 , these alkyls and aryls may have a substituent or a hetero atom in the structure. Further, when a plurality of R 3 or R 4 are present, they may be bonded to each other to form a ring.

一般式(1)で表される化合物のカチオン(Aa+)において、aは、1〜3であり、pはb/aである。このカチオンとしては、例えばリチウム、ナトリウム、カリウム、マグネシウム、カルシウム、バリウム、セシウム、ルビジウム、銀、亜鉛、銅、コバルト、鉄、ニッケル、マンガン、チタン、鉛、クロム、バナジウム、ルテニウム、イットリウム、ランタノイド、アクチノイドなどのカチオンが挙げられるほか、テトラアルキルアンモニウム(アルキルはメチル、エチル、ブチルなど)、トリエチルアンモニウム、ピリジニウム、イミダゾリウムなどのアンモニウムカチオン、プロトン等が挙げられる。このうち、リチウムカチオン、ナトリウムカチオン又はカリウムカチオンが好ましい。特に、リチウムやカリウムを含む化合物は、非水系溶媒へ溶解しやすく、好ましい。 In the cation (A a + ) of the compound represented by the general formula (1), a is 1 to 3, and p is b / a. Examples of the cation include lithium, sodium, potassium, magnesium, calcium, barium, cesium, rubidium, silver, zinc, copper, cobalt, iron, nickel, manganese, titanium, lead, chromium, vanadium, ruthenium, yttrium, lanthanoid, In addition to cations such as actinides, tetraalkylammonium (wherein alkyl is methyl, ethyl, butyl, etc.), ammonium cations such as triethylammonium, pyridinium, imidazolium, protons, and the like. Among these, a lithium cation, a sodium cation, or a potassium cation is preferable. In particular, a compound containing lithium or potassium is preferable because it is easily dissolved in a non-aqueous solvent.

一般式(1)で表される化合物は、式(2)〜(6)に示す、PTFO,PFO,PO,BFO及びBOBの1種以上のアニオンを含むことが好ましい。その理由は、負極活物質の表面に安定な被膜を形成しやすいためである。一般式(1)で表される化合物は、カチオンとしてリチウムやカリウムを含み、アニオンとしてPFOやBOBを含む化合物がより好ましい。このうち、カチオンとしてリチウムを含みアニオンとしてPFOを含む化合物がさらに好ましい。こうしたものでは、内部抵抗をより低減でき、さらにサイクル特性をより向上できる。   The compound represented by the general formula (1) preferably contains one or more anions of PTFO, PFO, PO, BFO and BOB represented by the formulas (2) to (6). The reason is that it is easy to form a stable film on the surface of the negative electrode active material. The compound represented by the general formula (1) is more preferably a compound containing lithium or potassium as a cation and PFO or BOB as an anion. Among these, a compound containing lithium as a cation and PFO as an anion is more preferable. In such a case, the internal resistance can be further reduced, and the cycle characteristics can be further improved.

こうした化合物の合成方法としては、例えばPFOの場合には、非水系溶媒中でLiPF6と4倍モルのリチウムアルコキシドとを反応させた後、シュウ酸を添加して、リンに結合しているアルコキシドをシュウ酸で置換する方法等がある。また、BFOの場合には、非水系溶媒中でLiBF4と2倍モルのリチウムアルコキシドとを反応させた後、シュウ酸を添加して、ホウ素に結合しているアルコキシドをシュウ酸で置換する方法等がある。これらの場合には、一般式(1)で表される化合物は、アニオンのリチウム塩として得ることができる。 As a method for synthesizing such a compound, for example, in the case of PFO, after reacting LiPF 6 with 4 times moles of lithium alkoxide in a non-aqueous solvent, oxalic acid is added and alkoxide bonded to phosphorus. There is a method of substituting with oxalic acid. In the case of BFO, a method of reacting LiBF 4 with 2 moles of lithium alkoxide in a non-aqueous solvent and then adding oxalic acid to replace the alkoxide bonded to boron with oxalic acid. Etc. In these cases, the compound represented by the general formula (1) can be obtained as an anion lithium salt.

この化合物は、非水系二次電池を少なくとも1回充電することにより、化合物のすべて又は一部(例えばアニオン)が分解して、負極活物質の表面に被覆して被膜を形成すると考えられる。この被覆物は、例えばX線光電子分光分析(XPS)やIR分析等により検出することができる。   It is considered that when this compound is charged at least once in a non-aqueous secondary battery, all or part of the compound (for example, anion) is decomposed and coated on the surface of the negative electrode active material to form a film. This coating can be detected by, for example, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) or IR analysis.

非水電解液は、一般式(1)で表される化合物を、支持塩を溶解した非水系溶媒に対して、すなわち、支持塩及び非水系溶媒の総量に対して、0.5質量%より多く含む。この化合物を0.5質量%より多く含むものとすると、内部抵抗を低減できる。この化合物の含有量は、0.6質量%以上が好ましく、0.8以上がより好ましく、1.0以上が更に好ましい。この化合物の含有量の上限は特に限定されないが、例えば、飽和量以下としてもよいし、5.0質量%以下としてもよいし、4.0質量%以下としてもよいし、3.0質量%以下としてもよい。   The non-aqueous electrolyte comprises a compound represented by the general formula (1) from 0.5% by mass with respect to the non-aqueous solvent in which the supporting salt is dissolved, that is, the total amount of the supporting salt and the non-aqueous solvent. Including many. If this compound is contained in an amount of more than 0.5% by mass, the internal resistance can be reduced. The content of this compound is preferably 0.6% by mass or more, more preferably 0.8 or more, and still more preferably 1.0 or more. The upper limit of the content of this compound is not particularly limited, but may be, for example, a saturation amount or less, 5.0 mass% or less, 4.0 mass% or less, or 3.0 mass%. It is good also as follows.

非水系溶媒としては、カーボネート類、エステル類、エーテル類、ニトリル類、フラン類、スルホラン類及びジオキソラン類などが挙げられ、これらを単独又は混合して用いることができる。具体的には、カーボネート類として、エチレンカーボネートやプロピレンカーボネート、ビニレンカーボネートなどの環状カーボネート類や、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチル−n−ブチルカーボネート、メチル−t−ブチルカーボネート、ジ−i−プロピルカーボネート、t−ブチル−i−プロピルカーボネートなどの鎖状カーボネート類、γ−ブチルラクトン、γ−バレロラクトンなどの環状エステル類、ギ酸メチル、酢酸エチルなどの鎖状エステル類、ジメトキシエタン、エトキシメトキシエタンなどのエーテル類、アセトニトリル、ベンゾニトリルなどのニトリル類、テトラヒドロフラン、メチルテトラヒドロフランなどのフラン類、スルホラン、テトラメチルスルホランなどのスルホラン類、1,3−ジオキソラン、メチルジオキソランなどのジオキソラン類などが挙げられる。このうち、環状カーボネート類と鎖状カーボネート類との組み合わせが好ましい。この組み合わせによると、充放電の繰り返しでの電池特性を表すサイクル特性が優れているばかりでなく、非水電解液の粘度、得られる電池の電気容量、電池出力などをバランスの取れたものとすることができる。なお、環状カーボネート類は、比誘電率が比較的高く、非水電解液の誘電率を高めていると考えられ、鎖状カーボネート類は、非水電解液の粘度を抑えていると考えられる。   Examples of the non-aqueous solvent include carbonates, esters, ethers, nitriles, furans, sulfolanes and dioxolanes, and these can be used alone or in combination. Specifically, as carbonates, cyclic carbonates such as ethylene carbonate, propylene carbonate, vinylene carbonate, dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl-n-butyl carbonate, methyl-t-butyl carbonate, di- chain carbonates such as i-propyl carbonate and t-butyl-i-propyl carbonate, cyclic esters such as γ-butyllactone and γ-valerolactone, chain esters such as methyl formate and ethyl acetate, dimethoxyethane, Ethers such as ethoxymethoxyethane, nitriles such as acetonitrile and benzonitrile, furans such as tetrahydrofuran and methyltetrahydrofuran, sulfolanes such as sulfolane and tetramethylsulfolane Examples include holanes, dioxolanes such as 1,3-dioxolane and methyldioxolane. Among these, the combination of cyclic carbonates and chain carbonates is preferable. According to this combination, not only the cycle characteristics representing the battery characteristics in repeated charge and discharge are excellent, but also the viscosity of the non-aqueous electrolyte, the electric capacity of the obtained battery, the battery output, etc. are balanced. be able to. The cyclic carbonates are considered to have a relatively high relative dielectric constant and increase the dielectric constant of the non-aqueous electrolyte, and the chain carbonates are considered to suppress the viscosity of the non-aqueous electrolyte.

支持塩としては、例えば、LiPF6、LiBF4、LiAsF6、LiCF3SO3、LiN(CF3SO22、LiC(CF3SO23、LiSbF6、LiSiF6、LiAlF4、LiSCN、LiClO4、LiCl、LiF、LiBr、LiI、LiAlCl4などが挙げられる。このうち、LiPF6、LiBF4、LiAsF6、LiSbF6などの無機塩、及びLiCF3SO3、LiN(CF3SO22、LiC(CF3SO2)3などの有機塩からなる群より選ばれる1種又は2種以上の塩を組み合わせて用いることが電気特性の点から見て好ましい。なかでもLiPF6が好ましい。支持塩には、一般式(1)で表される化合物は含まれない。支持塩を溶解した非水系溶媒における支持塩の濃度は0.1mol/L以上5mol/L以下であることが好ましく、0.5mol/L以上2mol/L以下であることがより好ましい。0.1mol/L以上では、十分な電流密度を得ることができ、5mol/L以下では、非水電解液をより安定させることができる。また、この非水系非水電解液には、リン系、ハロゲン系などの難燃剤を添加してもよい。 Examples of the supporting salt include LiPF 6 , LiBF 4 , LiAsF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiC (CF 3 SO 2 ) 3 , LiSbF 6 , LiSiF 6 , LiAlF 4 , LiSCN, Examples include LiClO 4 , LiCl, LiF, LiBr, LiI, and LiAlCl 4 . Among these, from the group consisting of inorganic salts such as LiPF 6 , LiBF 4 , LiAsF 6 , LiSbF 6 and organic salts such as LiCF 3 SO 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiC (CF 3 SO 2 ) 3. It is preferable from the viewpoint of electrical characteristics to use a combination of one or two or more selected salts. Of these, LiPF 6 is preferred. The supporting salt does not include the compound represented by the general formula (1). The concentration of the supporting salt in the non-aqueous solvent in which the supporting salt is dissolved is preferably 0.1 mol / L or more and 5 mol / L or less, and more preferably 0.5 mol / L or more and 2 mol / L or less. If it is 0.1 mol / L or more, a sufficient current density can be obtained, and if it is 5 mol / L or less, the non-aqueous electrolyte can be made more stable. Moreover, you may add flame retardants, such as a phosphorus type and a halogen type, to this non-aqueous non-aqueous electrolyte.

負極としての層状構造体含有電極は、芳香族環構造を有するジカルボン酸アニオンである芳香族化合物を含む有機骨格層と、前記カルボン酸アニオンに含まれる酸素にアルカリ金属元素が配位して骨格を形成するアルカリ金属元素層と、を有する層状構造体(以下本発明の層状構造体とも称する)を、活物質として備えている。図1は、本発明の層状構造体の構造の一例を示す説明図である。この層状構造体は、芳香族化合物のπ電子相互作用により層状に形成され、空間群P21/cに帰属される単斜晶型の結晶構造を有するものとすることが、構造的に安定であり、好ましい。また、層状構造体は、異なるジカルボン酸アニオンの酸素4つとアルカリ金属元素とが4配位を形成する次式(7)の構造を備えているものとすることが、構造的に安定であり、好ましい。但し、この式(7)において、Rは1以上の芳香族環構造を有し、複数あるRのうち2以上が同じであってもよいし、1以上が異なっていてもよい。また、Aはアルカリ金属元素である。このように、アルカリ金属元素によって有機骨格層が結合した構造を有することが好ましい。 A layered structure-containing electrode as a negative electrode includes an organic skeleton layer containing an aromatic compound that is a dicarboxylic acid anion having an aromatic ring structure, and an alkali metal element coordinated to oxygen contained in the carboxylic acid anion. A layered structure having an alkali metal element layer to be formed (hereinafter also referred to as a layered structure of the present invention) is provided as an active material. FIG. 1 is an explanatory view showing an example of the structure of the layered structure of the present invention. It is structurally stable that this layered structure has a monoclinic crystal structure that is formed in layers by π-electron interaction of an aromatic compound and is assigned to the space group P2 1 / c. Yes, it is preferable. Moreover, it is structurally stable that the layered structure has a structure of the following formula (7) in which four oxygen atoms of different dicarboxylic acid anions and an alkali metal element form a four-coordination. preferable. However, in this formula (7), R has one or more aromatic ring structures, and two or more of a plurality of Rs may be the same or one or more may be different. A is an alkali metal element. Thus, it is preferable to have a structure in which the organic skeleton layer is bonded by an alkali metal element.

有機骨格層は、1以上の芳香族環構造を有するジカルボン酸アニオンである芳香族化合物を含んでいる。芳香族化合物は、1の芳香族環構造を有するものとしてもよいが、2以上の芳香族環構造を有するものが好ましい。すなわち、式(7)のRは、2以上の芳香族環構造を有することが好ましい。芳香族環構造が2以上では層状構造を形成しやすいからである。2以上の芳香族環構造は、例えば、ビフェニルなど2以上の芳香族環が結合した芳香族多環化合物としてもよいし、ナフタレンやアントラセン、ピレンなど2以上の芳香族環が縮合した縮合多環化合物としてもよい。また、芳香族化合物は、5以下の芳香族環構造を有するものが好ましい。芳香族環構造が5以下ではエネルギー密度をより高めることができるからである。この芳香族環は、五員環や六員環、八員環としてもよく、六員環が好ましい。この有機骨格層は、ジカルボン酸アニオンのうちカルボン酸アニオンの一方と他方とが芳香族環構造の対角位置に結合されている芳香族化合物を含むものとするのが好ましい。こうすれば、有機骨格層とアルカリ金属元素層とによる層状構造を形成しやすい。カルボン酸が結合されている対角位置とは、一方のカルボン酸の結合位置から他方のカルボン酸の結合位置までが最も遠い位置としてもよく、例えば芳香族環構造がベンゼンであれば1,4位(パラ位)が挙げられ、ナフタレンであれば2,6位が挙げられ、ピレンであれば2,7位が挙げられる。この有機骨格層は、式(8)で示される構造を含む芳香族化合物により構成されているものとしてもよい。但し、Rは1以上の芳香族環構造を有する上記芳香族環構造であるものとしてもよい。具体的には、この有機骨格層は、次式(9)〜(11)のうちいずれか1以上の芳香族化合物を備えているものとしてもよい。但し、式(9)〜(11)において、nは1以上5以下の整数、mは0以上3以下の整数であることが好ましい。nが1以上5以下では、有機骨格層の大きさが好適であり、充放電容量をより高めることができる。また、mが0以上3以下では、有機骨格層の大きさが好適であり、充放電容量をより高めることができる。この式(9)〜(11)において、これらの芳香族化合物は、その構造中に置換基、ヘテロ原子を有してもよい。具体的には、芳香族化合物の水素の代わりに、ハロゲン、鎖状又は環状のアルキル基、アリール基、アルケニル基、アルコキシ基、アリーロキシ基、スルホニル基、アミノ基、シアノ基、カルボニル基、アシル基、アミド基、水酸基を置換基として持っていてもよいし、芳香族化合物の炭素の代わりに、窒素、硫黄、酸素が導入された構造であってもよい。なお、式(8)〜(11)におけるLiは、アルカリ金属元素層を構成するLiを示している。   The organic skeleton layer contains an aromatic compound that is a dicarboxylic acid anion having one or more aromatic ring structures. The aromatic compound may have one aromatic ring structure, but preferably has two or more aromatic ring structures. That is, R in the formula (7) preferably has two or more aromatic ring structures. This is because a layered structure is easily formed when the aromatic ring structure is 2 or more. The two or more aromatic ring structures may be, for example, an aromatic polycyclic compound in which two or more aromatic rings such as biphenyl are bonded, or a condensed polycycle in which two or more aromatic rings such as naphthalene, anthracene, and pyrene are condensed. It may be a compound. The aromatic compound preferably has an aromatic ring structure of 5 or less. This is because if the aromatic ring structure is 5 or less, the energy density can be further increased. This aromatic ring may be a 5-membered ring, a 6-membered ring or an 8-membered ring, and a 6-membered ring is preferred. This organic skeleton layer preferably contains an aromatic compound in which one of the dicarboxylic acid anions and the other of the carboxylic acid anions are bonded to diagonal positions of the aromatic ring structure. By doing so, it is easy to form a layered structure of the organic skeleton layer and the alkali metal element layer. The diagonal position to which the carboxylic acid is bonded may be the farthest position from the bonding position of one carboxylic acid to the bonding position of the other carboxylic acid. For example, if the aromatic ring structure is benzene, 1, 4 The position (para position) can be mentioned, and naphthalene includes the 2nd and 6th positions, and pyrene includes the 2nd and 7th positions. This organic skeleton layer may be composed of an aromatic compound including a structure represented by the formula (8). However, R may be the above aromatic ring structure having one or more aromatic ring structures. Specifically, the organic skeleton layer may include any one or more aromatic compounds of the following formulas (9) to (11). However, in the formulas (9) to (11), n is preferably an integer of 1 to 5, and m is an integer of 0 to 3. When n is 1 or more and 5 or less, the size of the organic skeleton layer is suitable, and the charge / discharge capacity can be further increased. Moreover, when m is 0 or more and 3 or less, the size of the organic skeleton layer is suitable, and the charge / discharge capacity can be further increased. In the formulas (9) to (11), these aromatic compounds may have a substituent or a hetero atom in the structure. Specifically, instead of hydrogen of an aromatic compound, a halogen, a chain or cyclic alkyl group, an aryl group, an alkenyl group, an alkoxy group, an aryloxy group, a sulfonyl group, an amino group, a cyano group, a carbonyl group, an acyl group Further, it may have an amide group or a hydroxyl group as a substituent, or may have a structure in which nitrogen, sulfur or oxygen is introduced instead of carbon of the aromatic compound. Note that Li in the formulas (8) to (11) indicates Li constituting the alkali metal element layer.

アルカリ金属元素層は、例えば図1に示すように、カルボン酸アニオンに含まれる酸素にアルカリ金属元素が配位して骨格を形成している。このアルカリ金属元素は、Li,Na及びKのうちいずれか1以上としてもよいが、このうちLiが好ましい。アルカリ金属元素層に含まれるアルカリ金属元素は、層状構造体の骨格を形成することから、充放電に伴うイオン移動には関与しないもの、すなわち、充放電時に吸蔵放出されないものと推察される。このように構成された層状構造体は、図1に示すように、構造においては、有機骨格層とこの有機骨格層の間に存在するLi層(アルカリ金属元素層)とにより形成されている。また、エネルギー貯蔵メカニズムにおいては、層状構造体の有機骨格層はレドックス(e-)サイトとして機能する一方、Li層はLi+吸蔵サイトとして機能するものと考えられる。即ち、この層状構造体は、次式(12)に示すようにエネルギーを貯蔵・放出すると考えられる。更に、この層状構造体において、有機骨格層にはLiが入り込み可能な空間が形成されていることがあり、式(12)におけるアルカリ金属層以外の部分にもLiを吸蔵放出可能であり、充放電容量をより高めることができると推察される。 For example, as shown in FIG. 1, the alkali metal element layer has a skeleton formed by coordination of an alkali metal element with oxygen contained in a carboxylate anion. The alkali metal element may be any one or more of Li, Na, and K, and among these, Li is preferable. Since the alkali metal element contained in the alkali metal element layer forms the skeleton of the layered structure, it is presumed that the alkali metal element does not participate in ion migration accompanying charge / discharge, that is, is not occluded / released during charge / discharge. As shown in FIG. 1, the layered structure thus configured is formed by an organic skeleton layer and a Li layer (alkali metal element layer) existing between the organic skeleton layers. In the energy storage mechanism, the organic skeleton layer of the layered structure is considered to function as a redox (e ) site, while the Li layer functions as a Li + storage site. That is, this layered structure is considered to store and release energy as shown in the following formula (12). Further, in this layered structure, a space where Li can enter may be formed in the organic skeleton layer, and Li can be occluded and released also in portions other than the alkali metal layer in Formula (12). It is assumed that the discharge capacity can be further increased.

層状構造体含有電極は、例えば活物質(上述した層状構造体)とその他の材料とを混合し、適当な溶剤を加えてペースト状の電極合材としたものを、集電体の表面に塗布乾燥し、必要に応じて電極密度を高めるべく圧縮して形成してもよい。   A layered structure-containing electrode is prepared by mixing an active material (the layered structure described above) and other materials and adding a suitable solvent to form a paste-like electrode mixture on the surface of the current collector. It may be dried and compressed to increase the electrode density as necessary.

電極合材は、水溶性ポリマーを含むものであることが好ましい。水溶性ポリマーは、カルボキシメチルセルロース及びポリビニルアルコールのうちの少なくとも一方としてもよい。この水溶性ポリマーは、活物質粒子及び導電材粒子を繋ぎ止める結着材としての役割を果たすものとしてもよい。カルボキシメチルセルロースは、例えば、カルボキシメチル基の末端がナトリウムやカルシウムなどである無機塩としてもよいし、カルボキシメチル基の末端がアンモニウムであるアンモニウム塩としてもよい。電極合材は、水溶性ポリマーを含む場合、2質量%以上8質量%以下の範囲で含むものであることが好ましい。水溶性ポリマーを2質量%以上の範囲で含むものでは、容量維持率をより高めることができる。また、水溶性ポリマーを8質量%以下の範囲で含むものでは、電極材料同士や電極材料と集電体との密着性が高い。このうち、水溶性ポリマーを7質量%以下の範囲で含むものが好ましく、6質量%以下の範囲で含むものがより好ましい。   The electrode mixture preferably contains a water-soluble polymer. The water-soluble polymer may be at least one of carboxymethyl cellulose and polyvinyl alcohol. This water-soluble polymer may serve as a binder that binds the active material particles and the conductive material particles. Carboxymethyl cellulose may be, for example, an inorganic salt having a carboxymethyl group terminated with sodium or calcium, or an ammonium salt having a carboxymethyl group terminated with ammonium. When the electrode mixture includes a water-soluble polymer, the electrode mixture is preferably included in the range of 2% by mass to 8% by mass. When the water-soluble polymer is contained in the range of 2% by mass or more, the capacity retention rate can be further increased. Moreover, in the thing containing a water-soluble polymer in 8 mass% or less, the adhesiveness of electrode materials or an electrode material and a collector is high. Among these, what contains a water-soluble polymer in 7 mass% or less is preferable, and what contains in 6 mass% or less is more preferable.

電極合材は、水溶性ポリマーに加えて、スチレンブタジエン共重合体を含むものとしてもよい。スチレンブタジエン共重合体は、活物質粒子及び導電材粒子を繋ぎ止める結着材としての役割を果たすものとしてもよい。スチレンブタジエン共重合体を含むものでは、活物質粒子間をより強く結着できる点で好ましい。電極合材は、スチレンブタジエン共重合体を含む場合、スチレンブタジエン共重合体を8質量%以下の範囲で含むことが好ましい。8質量%以下であれば、活物質、導電材、水溶性ポリマーの量が少なくなり過ぎないため、活物質や導電材、水溶性ポリマーの機能を十分に発揮できる。   The electrode mixture may contain a styrene-butadiene copolymer in addition to the water-soluble polymer. The styrene-butadiene copolymer may serve as a binding material that binds the active material particles and the conductive material particles. A material containing a styrene-butadiene copolymer is preferable in that the active material particles can be bound more strongly. When the electrode mixture includes a styrene-butadiene copolymer, the electrode mixture preferably includes the styrene-butadiene copolymer in a range of 8% by mass or less. If the amount is 8% by mass or less, the amount of the active material, the conductive material, and the water-soluble polymer does not decrease too much, so that the functions of the active material, the conductive material, and the water-soluble polymer can be sufficiently exhibited.

電極合材は、導電材を含むことが好ましい。導電材は、電池性能に悪影響を及ぼさない電子伝導性材料であれば特に限定されず、例えば、天然黒鉛(鱗状黒鉛、鱗片状黒鉛)や人造黒鉛などの黒鉛、アセチレンブラック、カーボンブラック、ケッチェンブラック、カーボンウィスカ、ニードルコークス、炭素繊維などの炭素材料、金属(銅、ニッケル、アルミニウム、銀、金など)などの1種又は2種以上を混合したものを用いることができる。これらの中で、導電材としては、電子伝導性及び塗工性の観点より、カーボンブラック及びアセチレンブラックが好ましい。電極合材は、導電材を含む場合、導電材を5質量%以上15質量%以下の範囲で含むことが好ましい。5質量%以上であれば、電極に十分な導電性を持たせることができ、充放電特性の劣化を抑制できる。また、15質量%以下であれば、活物質や水溶性ポリマーが少なくなり過ぎないため、活物質や水溶性ポリマーの機能を十分に発揮できる。   The electrode mixture preferably includes a conductive material. The conductive material is not particularly limited as long as it is an electron conductive material that does not adversely affect battery performance. For example, graphite such as natural graphite (scale-like graphite, scale-like graphite) or artificial graphite, acetylene black, carbon black, ketjen A mixture of one or more of carbon materials such as black, carbon whisker, needle coke and carbon fiber, and metals (copper, nickel, aluminum, silver, gold, etc.) can be used. Among these, as the conductive material, carbon black and acetylene black are preferable from the viewpoints of electron conductivity and coatability. When the electrode mixture includes a conductive material, the electrode material preferably includes the conductive material in a range of 5% by mass to 15% by mass. If it is 5 mass% or more, sufficient electroconductivity can be given to an electrode and deterioration of a charge / discharge characteristic can be suppressed. Moreover, if it is 15 mass% or less, since an active material and a water-soluble polymer do not decrease too much, the function of an active material and a water-soluble polymer can fully be exhibited.

電極合材は、活物質を70質量%以上90質量%以下の範囲で含むことが好ましい。有機系の活物質を用いた電極では一般に導電性が低く導電材を多量に加えて導電性を向上させる必要があるため、活物質の量は70質量%未満となってしまうが、本発明では、活物質を70質量%以上にまで増加させることができる点で好ましい。活物質を90質量%以下の範囲で含むものでは、導電材や水溶性ポリマーの量が少なくなり過ぎないため、導電材や水溶性ポリマーの機能を十分に発揮できる。   The electrode mixture preferably contains the active material in the range of 70% by mass to 90% by mass. In an electrode using an organic active material, since the conductivity is generally low and it is necessary to improve the conductivity by adding a large amount of a conductive material, the amount of the active material is less than 70% by mass. , Which is preferable in that the active material can be increased to 70% by mass or more. In the case where the active material is contained in the range of 90% by mass or less, the amount of the conductive material and the water-soluble polymer is not decreased too much, so that the functions of the conductive material and the water-soluble polymer can be sufficiently exhibited.

電極合材は、上述した水溶性ポリマーやスチレンブタジエン共重合体に代えて又は加えて、結着材を含むものとしてもよい。結着材は、活物質粒子及び導電材粒子を繋ぎ止める役割を果たすものであり、例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、フッ素ゴム等の含フッ素樹脂、或いはポリプロピレン、ポリエチレン等の熱可塑性樹脂、エチレン−プロピレン−ジエン−モノマー(EPDM)ゴム、スルホン化EPDMゴム、天然ブチルゴム(NBR)等としてもよい。これらは、単独で、あるいは2種以上の混合物として用いることができる。   The electrode mixture may include a binder instead of or in addition to the above-described water-soluble polymer or styrene-butadiene copolymer. The binder serves to bind the active material particles and the conductive material particles. For example, polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVdF), a fluorine-containing resin such as fluororubber, polypropylene, A thermoplastic resin such as polyethylene, ethylene-propylene-diene-monomer (EPDM) rubber, sulfonated EPDM rubber, natural butyl rubber (NBR), or the like may be used. These can be used alone or as a mixture of two or more.

活物質やその他の材料を分散させる溶剤としては、水を用いてもよいし、例えば、N−メチルピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、酢酸メチル、アクリル酸メチル、ジエチレントリアミン、N,N−ジメチルアミノプロピルアミン、エチレンオキシド、テトラヒドロフランなどの有機溶剤を用いてもよい。なお、上述した水溶性ポリマーやスチレンブタジエン共重合体を結着材とする場合には、水が好適である。塗布方法としては、例えば、アプリケータロールなどのローラコーティング、スクリーンコーティング、ドクターブレイド方式、スピンコーティング、バーコータなどが挙げられ、これらのいずれかを用いて任意の厚さ・形状とすることができる。   As a solvent for dispersing the active material and other materials, water may be used. For example, N-methylpyrrolidone, dimethylformamide, dimethylacetamide, methyl ethyl ketone, cyclohexanone, methyl acetate, methyl acrylate, diethylenetriamine, N, N -You may use organic solvents, such as a dimethylamino propylamine, ethylene oxide, and tetrahydrofuran. In addition, water is suitable when the water-soluble polymer or styrene butadiene copolymer described above is used as the binder. Examples of the application method include roller coating such as applicator roll, screen coating, doctor blade method, spin coating, bar coater, and the like, and any of these can be used to obtain an arbitrary thickness and shape.

集電体としては、銅、ニッケル、ステンレス鋼、チタン、アルミニウム、焼成炭素、導電性高分子、導電性ガラス、Al−Cd合金などのほか、接着性、導電性及び耐還元性向上の目的で、例えば銅などの表面をカーボン、ニッケル、チタンや銀などで処理したものも用いることができる。このうち、負極の集電体は、アルミニウム金属とすることがより好ましい。即ち、層状構造体は、アルミニウム金属の集電体に形成されていることが好ましい。アルミニウムは、豊富に存在し、耐食性に優れるからである。これらについては、表面を酸化処理することも可能である。集電体の形状については、箔状、フィルム状、シート状、ネット状、パンチ又はエキスパンドされたもの、ラス体、多孔質体、発泡体、繊維群の形成体などが挙げられる。集電体の厚さは、例えば1〜500μmのものが用いられる。   Current collectors include copper, nickel, stainless steel, titanium, aluminum, calcined carbon, conductive polymer, conductive glass, Al-Cd alloy, etc., for the purpose of improving adhesion, conductivity and reduction resistance. For example, the surface of copper or the like treated with carbon, nickel, titanium, silver, or the like can also be used. Of these, the current collector of the negative electrode is more preferably aluminum metal. That is, the layered structure is preferably formed on an aluminum metal current collector. This is because aluminum is abundant and has excellent corrosion resistance. For these, the surface can be oxidized. Examples of the shape of the current collector include foil, film, sheet, net, punched or expanded, lath, porous, foam, and formed fiber group. The thickness of the current collector is, for example, 1 to 500 μm.

層状構造体含有電極は、芳香族環構造(好ましくはナフタレン骨格又はベンゼン骨格)を有するジカルボン酸アニオンである芳香族化合物を含む有機骨格層とカルボン酸アニオンに含まれる酸素にアルカリ金属元素が配位して骨格を形成するアルカリ金属元素層とを備えた層状構造体と、導電材と、を含む電極合材を、集電体上に形成した後、不活性雰囲気中で250℃以上450℃以下の温度範囲で焼成処理されているものとしてもよい。こうすれば、結晶構造をより好適なものとすることができ、芳香族化合物のπ電子相互作用が高まり、電子の授受が容易となるなどして、充放電特性をより高めることができる。この焼成処理において、焼成温度が250℃以上では、充放電特性を向上することができ好ましく、450℃以下では、層状構造体の構造破壊をより抑制することができ好ましい。この焼成温度は、275℃以上であることが好ましく、350℃以下であることがより好ましく、300℃程度が更に好ましい。また、焼成時間は、焼成温度に応じて適宜選択するが、例えば、2時間以上24時間以下の範囲が好ましい。また、不活性雰囲気は、例えば、窒素ガス、He,Arなどの希ガスとしてもよく、このうちArが好ましい。   The layered structure-containing electrode has an organic skeleton layer containing an aromatic compound that is a dicarboxylic acid anion having an aromatic ring structure (preferably a naphthalene skeleton or a benzene skeleton) and an alkali metal element coordinated to oxygen contained in the carboxylic acid anion. After forming an electrode mixture containing a layered structure including an alkali metal element layer that forms a skeleton and a conductive material on a current collector, 250 ° C to 450 ° C in an inert atmosphere It is good also as what is baked in the temperature range. In this way, the crystal structure can be made more suitable, the π-electron interaction of the aromatic compound can be increased, and the exchange of electrons can be facilitated, so that the charge / discharge characteristics can be further improved. In this firing treatment, when the firing temperature is 250 ° C. or higher, charge / discharge characteristics can be improved, and when the firing temperature is 450 ° C. or lower, structural breakdown of the layered structure can be further suppressed. The firing temperature is preferably 275 ° C. or higher, more preferably 350 ° C. or lower, and further preferably about 300 ° C. Moreover, although baking time is suitably selected according to baking temperature, the range of 2 hours or more and 24 hours or less is preferable, for example. The inert atmosphere may be, for example, a rare gas such as nitrogen gas, He, or Ar, and among these, Ar is preferable.

正極は、例えば正極活物質と導電材と結着材とを混合し、適当な溶剤を加えてペースト状の正極合材としたものを、集電体の表面に塗布乾燥し、必要に応じて電極密度を高めるべく圧縮して形成してもよい。正極活物質としては、遷移金属元素を含む硫化物や、リチウムと遷移金属元素とを含む酸化物などを用いることができる。具体的には、TiS2、TiS3、MoS3、FeS2などの遷移金属硫化物、Li(1-a)MnO2(0<a<1など、以下同じ)、Li(1-a)Mn24などのリチウムマンガン複合酸化物、Li(1-a)CoO2などのリチウムコバルト複合酸化物、Li(1-a)NiO2などのリチウムニッケル複合酸化物、LiV23などのリチウムバナジウム複合酸化物、V25などの遷移金属酸化物などを用いることができる。これらのうち、リチウムの遷移金属複合酸化物、例えば、LiCoO2、LiNiO2、LiMnO2、LiV23などが好ましい。また、正極に用いられる導電材、結着材、溶剤などは、それぞれ層状構造体含有電極で例示したものを用いることができる。正極の集電体には、アルミニウム、チタン、ステンレス鋼、ニッケル、鉄、焼成炭素、導電性高分子、導電性ガラスなどのほか、接着性、導電性及び耐酸化性向上の目的で、アルミニウムや銅などの表面をカーボン、ニッケル、チタンや銀などで処理したものを用いることができる。これらについては、表面を酸化処理することも可能である。集電体の形状は、層状構造体含有電極と同様のものを用いることができる。なお、正極の集電体は、負極の集電体と同じものとしてもよい。 For example, the positive electrode is prepared by mixing a positive electrode active material, a conductive material, and a binder, adding a suitable solvent to form a paste-like positive electrode mixture, applying and drying on the surface of the current collector, and if necessary You may compress and form in order to raise an electrode density. As the positive electrode active material, a sulfide containing a transition metal element, an oxide containing lithium and a transition metal element, or the like can be used. Specifically, transition metal sulfides such as TiS 2 , TiS 3 , MoS 3 , FeS 2 , Li (1-a) MnO 2 (0 <a <1, etc., the same shall apply hereinafter), Li (1-a) Mn Lithium manganese composite oxide such as 2 O 4 , lithium cobalt composite oxide such as Li (1-a) CoO 2 , lithium nickel composite oxide such as Li (1-a) NiO 2 , lithium such as LiV 2 O 3 Vanadium composite oxides, transition metal oxides such as V 2 O 5, and the like can be used. Of these, lithium transition metal composite oxides such as LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMnO 2 , and LiV 2 O 3 are preferable. Moreover, what was illustrated by the layered structure containing electrode can respectively be used for the electrically conductive material, binder, solvent, etc. which are used for a positive electrode. In addition to aluminum, titanium, stainless steel, nickel, iron, calcined carbon, conductive polymer, conductive glass, etc., the positive electrode current collector includes aluminum and titanium for the purpose of improving adhesion, conductivity, and oxidation resistance. What processed the surface of copper etc. with carbon, nickel, titanium, silver, etc. can be used. For these, the surface can be oxidized. The shape of the current collector can be the same as that of the layered structure-containing electrode. The positive electrode current collector may be the same as the negative electrode current collector.

本発明の非水系二次電池は、正極と負極との間にセパレータを備えていてもよい。セパレータとしては、非水系二次電池の使用範囲に耐えうる組成であれば特に限定されないが、例えば、ポリプロピレン製不織布やポリフェニレンスルフィド製不織布などの高分子不織布、ポリエチレンやポリプロピレンなどのオレフィン系樹脂の薄い微多孔膜が挙げられる。これらは単独で用いてもよいし、複数を混合して用いてもよい。   The nonaqueous secondary battery of the present invention may include a separator between the positive electrode and the negative electrode. The separator is not particularly limited as long as it is a composition that can withstand the range of use of the non-aqueous secondary battery. For example, a polymer nonwoven fabric such as a polypropylene nonwoven fabric or a polyphenylene sulfide nonwoven fabric, or a thin olefin resin such as polyethylene or polypropylene is thin. A microporous membrane is mentioned. These may be used alone or in combination.

本発明の非水系二次電池の形状は、特に限定されないが、例えばコイン型、ボタン型、シート型、積層型、円筒型、偏平型、角型などが挙げられる。また、電気自動車等に用いる大型のものなどに適用してもよい。図2は、上述した実施形態の非水系二次電池10の一例を示す模式図である。この非水系二次電池10は、集電体11に正極合材12を形成した正極シート13と、集電体14の表面に負極合材17を形成した負極シート18と、正極シート13と負極シート18との間に設けられたセパレータ19と、正極シート13と負極シート18の間を満たす非水電解液20と、を備えたものである。この非水系二次電池10では、正極シート13と負極シート18との間にセパレータ19を挟み、これらを捲回して円筒ケース22に挿入し、正極シート13に接続された正極端子24と負極シートに接続された負極端子26とを配設して形成されている。負極合材は、芳香族環構造を有するジカルボン酸アニオンである芳香族化合物を含む有機骨格層と、前記カルボン酸アニオンに含まれる酸素にアルカリ金属元素が配位して骨格を形成するアルカリ金属元素層と、を有する層状構造体を備えている。また、非水電解液は、一般式(1)で表される化合物を、支持塩を溶解した非水系溶媒に対して1.0質量%以上含む非水電解液である。   The shape of the nonaqueous secondary battery of the present invention is not particularly limited, and examples thereof include a coin type, a button type, a sheet type, a laminated type, a cylindrical type, a flat type, and a square type. Moreover, you may apply to the large sized thing etc. which are used for an electric vehicle etc. FIG. 2 is a schematic diagram illustrating an example of the non-aqueous secondary battery 10 according to the above-described embodiment. The non-aqueous secondary battery 10 includes a positive electrode sheet 13 in which a positive electrode mixture 12 is formed on a current collector 11, a negative electrode sheet 18 in which a negative electrode mixture 17 is formed on the surface of a current collector 14, a positive electrode sheet 13 and a negative electrode A separator 19 provided between the sheet 18 and a nonaqueous electrolytic solution 20 that fills between the positive electrode sheet 13 and the negative electrode sheet 18 are provided. In this nonaqueous secondary battery 10, a separator 19 is sandwiched between a positive electrode sheet 13 and a negative electrode sheet 18, and these are wound and inserted into a cylindrical case 22, and a positive electrode terminal 24 and a negative electrode sheet connected to the positive electrode sheet 13. And a negative electrode terminal 26 connected to each other. The negative electrode composite material includes an organic skeleton layer containing an aromatic compound that is a dicarboxylic acid anion having an aromatic ring structure, and an alkali metal element that forms a skeleton by coordination of an alkali metal element with oxygen contained in the carboxylic acid anion. And a layered structure having a layer. The nonaqueous electrolytic solution is a nonaqueous electrolytic solution containing 1.0% by mass or more of the compound represented by the general formula (1) with respect to the nonaqueous solvent in which the supporting salt is dissolved.

本実施形態の非水系二次電池では、内部抵抗をより低減できる。こうした効果が得られる理由は、以下のように推察される。例えば、一般式(1)で表されるアニオン化合物を所定量以上含む非水電解液を用いることによって、負極活物質(層状構造体)表面に安定な被膜が形成され、負極活物質表面における充放電反応(例えばリチウム吸蔵放出反応など)が円滑に行われるためと推察される。   In the non-aqueous secondary battery of this embodiment, the internal resistance can be further reduced. The reason why such an effect can be obtained is assumed as follows. For example, by using a non-aqueous electrolyte solution containing a predetermined amount or more of the anion compound represented by the general formula (1), a stable film is formed on the surface of the negative electrode active material (layered structure), and the surface of the negative electrode active material is filled. It is assumed that the discharge reaction (for example, lithium occlusion / release reaction) is performed smoothly.

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

例えば、上述した実施形態では、層状構造体含有電極を負極としたが、層状構造体含有電極を正極としてもよい。この場合、負極としては、例えば、金属リチウムや、リチウム合金、黒鉛負極などを活物質として備えたものとすることができる。   For example, in the embodiment described above, the layered structure-containing electrode is a negative electrode, but the layered structure-containing electrode may be a positive electrode. In this case, as the negative electrode, for example, metal lithium, a lithium alloy, a graphite negative electrode, or the like can be provided as an active material.

上述した実施形態では、リチウムを電荷担体とするリチウム二次電池としたが、リチウム以外を電荷担体とするものとしてもよい。例えば、ナトリウムや、カリウムなど、リチウム以外のアルカリ金属を電荷担体とするものとしてもよい。この場合、非水電解液に含まれる支持塩及び一般式(1)で表される化合物の少なくとも一方において、カチオンとして、リチウムイオン以外のアルカリ金属イオンを含むものとすればよい。なお、層状構造体の骨格を形成するアルカリ金属元素は、充放電により挿入脱離されるものではないため、その種類は特に限定されない。   In the above-described embodiment, the lithium secondary battery using lithium as a charge carrier is used. However, a battery other than lithium may be used as a charge carrier. For example, an alkali metal other than lithium, such as sodium or potassium, may be used as the charge carrier. In this case, at least one of the support salt contained in the non-aqueous electrolyte and the compound represented by the general formula (1) may contain an alkali metal ion other than lithium ion as a cation. Note that the type of alkali metal element forming the skeleton of the layered structure is not particularly limited because it is not inserted / desorbed by charge / discharge.

以下には、本発明の非水系二次電池を具体的に作製した例について説明する。なお、実験例1,2,6が本発明の実施例に相当し、実験例3〜5が比較例に相当する。本発明は、下記の実施例に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。   Below, the example which produced the non-aqueous secondary battery of this invention concretely is demonstrated. Experimental examples 1, 2, and 6 correspond to examples of the present invention, and experimental examples 3 to 5 correspond to comparative examples. The present invention is not limited to the following examples, and it goes without saying that the present invention can be carried out in various modes as long as they belong to the technical scope of the present invention.

[実験例1]
(2,6−ナフタレンジカルボン酸ジリチウムの合成)
2,6−ナフタレンジカルボン酸リチウムの合成には、出発原料として2,6−ナフタレンジカルボン酸および水酸化リチウム1水和物(LiOH・H2O)を用いた。水酸化リチウム1水和物(0.556g)にメタノール(100mL)を加え撹拌した。水酸化リチウム1水和物がとけた後に2,6−ナフタレンジカルボン酸(1.0g)を加え1時間撹拌した。撹拌後溶媒を除去し、真空下150℃で16時間乾燥することにより白色の粉末試料の2,6−ナフタレンジカルボン酸リチウム(式(13))を合成した。
[Experimental Example 1]
(Synthesis of dilithium 2,6-naphthalenedicarboxylate)
For the synthesis of lithium 2,6-naphthalenedicarboxylate, 2,6-naphthalenedicarboxylic acid and lithium hydroxide monohydrate (LiOH.H 2 O) were used as starting materials. Methanol (100 mL) was added to lithium hydroxide monohydrate (0.556 g) and stirred. After the lithium hydroxide monohydrate was dissolved, 2,6-naphthalenedicarboxylic acid (1.0 g) was added and stirred for 1 hour. After stirring, the solvent was removed, and the mixture was dried at 150 ° C. for 16 hours under vacuum to synthesize white 2,6-naphthalenedicarboxylate (formula (13)) as a white powder sample.

(2,6−ナフタレンジカルボン酸リチウム負極の作製)
上記手法で作製した2,6−ナフタレンジカルボン酸リチウムを73.9質量%、粒子状炭素導電材としてカーボンブラック(東海カーボン、TB5500(直径約50nm))を13.0質量%、水溶性ポリマーであるカルボキシメチルセルロース(CMC)(ダイセルファインケム、CMCダイセル1120)を5.2質量%、スチレンブタジエン共重合体(SBR)(日本ゼオン、BM−400B)を7.8質量%を混合し、分散剤として水を適量添加、分散してスラリー状合材とした。このスラリー状合材を10μm厚の銅箔集電体に均一に塗布し、加熱乾燥させて塗布シートを作製した。その後、塗布シートを加圧プレス処理し、2.05cm2の面積に打ち抜いて円盤状の電極を準備した。
(Production of lithium 2,6-naphthalenedicarboxylate negative electrode)
73.9% by mass of lithium 2,6-naphthalenedicarboxylate prepared by the above method, 13.0% by mass of carbon black (Tokai Carbon, TB5500 (diameter of about 50 nm)) as a particulate carbon conductive material, a water-soluble polymer Mixing 5.2% by mass of a certain carboxymethyl cellulose (CMC) (Daicel Finechem, CMC Daicel 1120) and 7.8% by mass of styrene butadiene copolymer (SBR) (Nippon Zeon, BM-400B) as a dispersant An appropriate amount of water was added and dispersed to form a slurry composite. This slurry-like mixture was uniformly applied to a 10 μm thick copper foil current collector and dried by heating to prepare a coated sheet. Thereafter, the coated sheet was pressure-pressed and punched out to an area of 2.05 cm 2 to prepare a disk-shaped electrode.

(二極式評価セルの作製)
エチレンカーボネートとジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネートを体積比で30:40:30の割合で混合した非水系溶媒に六フッ化リン酸リチウムを1mol/Lになるように添加した。さらに、式(3)で表されるアニオンを含むリチウム塩(LPFO)を、六フッ化リン酸リチウムを溶解した非水系溶媒に対して1.0質量%添加して非水電解液を作製した。上記の2,6−ナフタレンジカルボン酸リチウム電極を作用極とし、リチウム金属箔(厚み300μm)を対極として、両電極の間に上記非水電解液を含浸させたセパレータ(東レ東燃製)を挟んで二極式評価セルを作製した。
(Preparation of bipolar evaluation cell)
Lithium hexafluorophosphate was added to a non-aqueous solvent in which ethylene carbonate, dimethyl carbonate, and ethyl methyl carbonate were mixed at a volume ratio of 30:40:30 so as to be 1 mol / L. Furthermore, 1.0% by mass of a lithium salt (LPFO) containing an anion represented by the formula (3) was added to a non-aqueous solvent in which lithium hexafluorophosphate was dissolved to prepare a non-aqueous electrolyte. . Using the above 2,6-naphthalenedicarboxylate electrode as a working electrode, a lithium metal foil (thickness 300 μm) as a counter electrode, and sandwiching a separator (manufactured by Toray Tonen) impregnated with the above non-aqueous electrolyte between both electrodes A bipolar evaluation cell was prepared.

(充放電試験)
上記二極式評価セルを用い、20℃の温度環境下、0.3mAで0.5Vまで放電した後、0.3mAで1.5Vまで充電させた。この充放電を10サイクル行った。その際の充電電圧と平均電圧の差から分極を求め、その分極差と電流値からIV抵抗を算出した。その後、同様の充放電電圧で充放電電流を0.6mAにして、充放電試験を50サイクル行い、サイクル特性を確認した。
(Charge / discharge test)
Using the above bipolar evaluation cell, the battery was discharged at 0.3 mA to 0.5 V in a temperature environment of 20 ° C., and then charged to 1.5 V at 0.3 mA. This charging / discharging was performed 10 cycles. Polarization was calculated | required from the difference of the charging voltage and average voltage in that case, and IV resistance was computed from the polarization difference and electric current value. Thereafter, the charge / discharge current was set to 0.6 mA at the same charge / discharge voltage, 50 cycles of charge / discharge tests were performed, and the cycle characteristics were confirmed.

[実験例2〜5]
LPFOの添加量を3.0質量%とした以外は、実験例1と同様に実験例2のセルを作製し、充放電試験を行った。LPFOを添加しなかった以外は、実験例1と同様に実験例3のセルを作製し、充放電試験を行った。LPFOの添加量を0.3質量%とした以外は、実験例1と同様に実験例4のセルを作製し、充放電試験を行った。LPFOの添加量を0.5質量%とした以外は、実験例1と同様に実験例5のセルを作製し、充放電試験を行った。
[Experimental Examples 2 to 5]
A cell of Experimental Example 2 was prepared in the same manner as Experimental Example 1 except that the amount of LPFO added was 3.0% by mass, and a charge / discharge test was performed. A cell of Experimental Example 3 was prepared in the same manner as Experimental Example 1 except that LPFO was not added, and a charge / discharge test was performed. A cell of Experimental Example 4 was prepared in the same manner as Experimental Example 1 except that the amount of LPFO added was 0.3 mass%, and a charge / discharge test was performed. A cell of Experimental Example 5 was produced in the same manner as Experimental Example 1 except that the amount of LPFO added was 0.5 mass%, and a charge / discharge test was performed.

[実験例6]
LPFOに代えて、式(6)で表されるアニオンを含むリチウム塩(LBOB)を1.0質量%添加した以外は、実験例1と同様に実験例6のセルを作製し、充放電試験を行った。
[Experimental Example 6]
A cell of Experimental Example 6 was prepared in the same manner as in Experimental Example 1 except that 1.0% by mass of a lithium salt (LBOB) containing an anion represented by Formula (6) was added instead of LPFO, and a charge / discharge test was performed. Went.

表1に、実験例1〜6の添加剤の種類と添加割合とIV抵抗、サイクル後の容量維持率の結果を示した。また、図3にIV抵抗の測定結果を、図4にサイクル特性の測定結果を示した。式(3)や式(6)のアニオンを含むリチウム塩を、0.5質量%より多く含む非水電解液を用いた実験例1,2,6において、IV抵抗の低減が確認された。   Table 1 shows the results of the types and addition ratios of additives in Examples 1 to 6, IV resistance, and capacity retention ratio after cycling. FIG. 3 shows the measurement results of IV resistance, and FIG. 4 shows the measurement results of cycle characteristics. In Experimental Examples 1, 2, and 6 using a nonaqueous electrolytic solution containing more than 0.5% by mass of a lithium salt containing an anion of formula (3) or formula (6), a reduction in IV resistance was confirmed.

以上より、一般式(1)で表される化合物が含まれる非水電解液を用いることで、内部抵抗をより低減できることがわかった(図3)。こうした効果が得られた理由としては、層状構造体に含まれるジカルボン酸基と一般式(1)で表される化合物に含まれるシュウ酸ジアニオン骨格との相互作用により、充放電反応に適したな界面が形成されたためと推察された。   From the above, it was found that the internal resistance can be further reduced by using the nonaqueous electrolytic solution containing the compound represented by the general formula (1) (FIG. 3). The reason why such an effect is obtained is that it is suitable for the charge / discharge reaction due to the interaction between the dicarboxylic acid group contained in the layered structure and the oxalate dianion skeleton contained in the compound represented by the general formula (1). This is probably because an interface was formed.

更に、式(3)のアニオンを含むリチウム塩を0.5質量%より多く含む実験例1,2では、サイクル特性の向上が確認された(図4)。このことから、実験例1,2では、負極活物質表面にて式(3)のアニオンを含むリチウム塩が還元分解を起こし、その還元生成物により安定な被膜を形成することにより、その後の更なる還元反応を抑制しながらリチウムイオンの挿入・脱挿入反応に必要なイオンの伝導性を有するものとすることができると推察された。なお、図示はしないが、実験例1,2,4〜6の充放電曲線を確認したところ、1サイクル目の放電時には0.7V付近に平坦部が確認されたほか、2V付近で添加剤の分解によるものと推察される平坦部が確認され、それ以降のサイクルでは0.7V付近の平坦部のみが確認された。こうしたことから、被膜は、1サイクル目の放電時に形成されたものと推察された。   Furthermore, in Experimental Examples 1 and 2 containing more than 0.5% by mass of a lithium salt containing an anion of formula (3), improvement in cycle characteristics was confirmed (FIG. 4). From this, in Experimental Examples 1 and 2, the lithium salt containing the anion of formula (3) undergoes reductive decomposition on the surface of the negative electrode active material, and a stable film is formed by the reduction product. It was inferred that the ion conductivity necessary for lithium ion insertion / deinsertion reaction can be obtained while suppressing the reduction reaction. Although not shown, when the charge / discharge curves of Experimental Examples 1, 2, 4 to 6 were confirmed, a flat portion was confirmed near 0.7 V during the discharge of the first cycle, and the additive was added near 2 V. A flat portion presumed to be due to decomposition was confirmed, and only a flat portion near 0.7 V was confirmed in the subsequent cycles. From these facts, it was inferred that the coating was formed during the first cycle discharge.

以下では、上述した層状構造体を用いた非水系二次電池における電極合材の配合比について、参考例として検討した。   Below, it examined as a reference example about the compounding ratio of the electrode compound material in the non-aqueous secondary battery using the layered structure mentioned above.

[参考例1]
(充放電試験)
非水電解液にLPFOを添加しなかった以外は実験例1と同様に作製した二極式評価セルを用い、20℃の温度環境下、0.14mAで0.5Vまで還元(放電)したのち、0.14mAで2.0Vまで酸化(充電)させた。この充放電操作において、1回目の還元容量をQ(1st)red、酸化容量をQ(1st)oxiとし、10回目の還元容量をQ(10th)red、酸化容量をQ(10th)oxiとした。そして、(Q(1st)oxi/Q(1st)red)×100の式より初期効率を算出した。また、(Q(10th)oxi/Q(1st)oxi)×100の式より10サイクル後の容量維持率を算出した。また、最大容量は、1回目から10回目の酸化容量のうち最大のものとした。
[Reference Example 1]
(Charge / discharge test)
After reducing (discharging) to 0.5 V at 0.14 mA in a temperature environment of 20 ° C. using a bipolar evaluation cell prepared in the same manner as in Experimental Example 1 except that LPFO was not added to the non-aqueous electrolyte. And oxidized (charged) to 2.0 V at 0.14 mA. In this charge / discharge operation, the first reduction capacity is Q (1st) red, the oxidation capacity is Q (1st) oxi, the 10th reduction capacity is Q (10th) red, and the oxidation capacity is Q (10th) oxi. . Then, the initial efficiency was calculated from the equation of (Q (1st) oxi / Q (1st) red) × 100. Further, the capacity retention rate after 10 cycles was calculated from the formula of (Q (10th) oxi / Q (1st) oxi) × 100. The maximum capacity was the maximum of the first to tenth oxidation capacities.

[参考例2〜12]
塗工電極の作成において、負極の構成を表2に示すものに変更した以外は、参考例1と同様にセルを作製し、充放電試験を行った。なお、参考例12では、繊維状導電材として、繊維状炭素(気相成長炭素繊維、昭和電工製、VGCF(直径約150nm、長さ約10〜20μm))を用い、結着材としてポリフッ化ビニリデンを用い、分散剤としてN−メチル−2−ピロリドンを用いた。
[Reference Examples 2 to 12]
A cell was prepared in the same manner as in Reference Example 1 except that the configuration of the negative electrode was changed to that shown in Table 2 in the preparation of the coated electrode, and a charge / discharge test was performed. In Reference Example 12, fibrous carbon (vapor-grown carbon fiber, manufactured by Showa Denko, VGCF (diameter: about 150 nm, length: about 10 to 20 μm)) is used as the fibrous conductive material, and polyfluoride is used as the binder. Vinylidene was used and N-methyl-2-pyrrolidone was used as a dispersant.

[結果と考察]
表2に、参考例1〜12の、最大容量、初期効率及び容量維持率の結果を示す。また、図5〜7にCMCの割合と最大容量、初期効率、容量維持率との関係を表すグラフを示す。表2より、CMC系結着材を用いなかった参考例10や、CMC系結着材を過剰に用いた参考例11、PVdF系結着材を用いた参考例12に比べて、CMC系結着材を2質量%以上8質量%以下の割合で用いた参考例1〜8では、最大容量、初期効率及び容量維持率の全てにおいて優れていることが分かった。この点について、電極の断面を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察したところ、参考例1〜8では電極合材全体が黒っぽく、活物質、導電材及び水溶性ポリマーが均一に混合しており集電体に密着していた。これに対し、参考例10では、電極合材に白い部分と黒い部分とが混在しており、相分離していた。また、参考例11や12では、電極合材が集電体に密着していない部分が多く観察された。このことから、CMC系結着材を適量用いた参考例1〜8では、CMC系結着材を用いない参考例10、CMC系結着材を過剰に用いた参考例11、PVdF系の結着材を用いた参考例12よりも、活物質や導電材を均一に混合させて集電体に密着させる効果が高いため、電極内での不均一反応の発生を抑制することができ、充放電特性をより高めることができるものと推察された。また、図5,6より、電極中のCMCが8.0質量%以下であれば、最大容量や初期効率をより高めることができることがわかった。また、図7より、電極中のCMCが2.0質量%以上8.0質量%以下であれば、容量維持率をより高めることができることがわかった。なお、電極中のCMCが1.9質量%である参考例9では、最大容量や初期効率は参考例1〜8と同等であるものの、容量維持率は参考例1〜8よりも1割以上低い値となった。よって、電極は、水溶性ポリマーを2質量%以上8質量%以下の範囲で含むものとすることで、より良好な発現容量、初期効率、容量維持率を示すことがわかった。なお、上述した参考例1〜12は、一般式(1)で表される化合物を含まない非水電解液を用いたため、参考例とした。しかし、本発明においても、電極合材の配合を参考例1〜8のような配合とすることで、参考例9〜12のような配合とした場合よりも充放電特性をより高めることができると推察された。
[Results and discussion]
Table 2 shows the results of the maximum capacity, initial efficiency, and capacity retention rate of Reference Examples 1 to 12. Moreover, the graph showing the relationship between the ratio of CMC, maximum capacity | capacitance, initial efficiency, and a capacity | capacitance maintenance factor in FIGS. From Table 2, the CMC-based binder was compared with Reference Example 10 in which the CMC-based binder was not used, Reference Example 11 in which the CMC-based binder was excessive, and Reference Example 12 in which the PVdF-based binder was used. In Reference Examples 1 to 8 in which the dressing material was used at a ratio of 2% by mass or more and 8% by mass or less, it was found that all of the maximum capacity, the initial efficiency, and the capacity maintenance rate were excellent. In this regard, when the cross section of the electrode was observed with a scanning electron microscope (SEM), in Reference Examples 1 to 8, the entire electrode mixture was blackish, and the active material, conductive material, and water-soluble polymer were uniformly mixed and collected. It was in close contact with the electrical body. On the other hand, in Reference Example 10, a white portion and a black portion were mixed in the electrode mixture, and phase separation occurred. In Reference Examples 11 and 12, many portions where the electrode mixture was not in close contact with the current collector were observed. Therefore, in Reference Examples 1 to 8 using an appropriate amount of the CMC binder, Reference Example 10 without using the CMC binder, Reference Example 11 using excessive CMC binder, and PVdF binder. Compared to Reference Example 12 using a dressing material, the active material and the conductive material are more uniformly mixed and closely adhered to the current collector, so that the occurrence of a heterogeneous reaction in the electrode can be suppressed. It was inferred that the discharge characteristics could be further improved. 5 and 6 show that the maximum capacity and the initial efficiency can be further increased if the CMC in the electrode is 8.0 mass% or less. Further, FIG. 7 shows that the capacity retention ratio can be further increased when the CMC in the electrode is 2.0 mass% or more and 8.0 mass% or less. In Reference Example 9 in which the CMC in the electrode is 1.9% by mass, the maximum capacity and initial efficiency are equivalent to those of Reference Examples 1 to 8, but the capacity retention rate is 10% or more than that of Reference Examples 1 to 8. The value was low. Therefore, it has been found that the electrode exhibits a better expression capacity, initial efficiency, and capacity retention rate by containing the water-soluble polymer in the range of 2 mass% to 8 mass%. In addition, since the reference examples 1-12 mentioned above used the non-aqueous electrolyte solution which does not contain the compound represented by General formula (1), it was set as the reference example. However, also in the present invention, the charging / discharging characteristics can be further enhanced by setting the mixture of the electrode mixture as in Reference Examples 1 to 8 as compared with the case of Reference Examples 9 to 12. It was guessed.

本発明は、電池産業の分野に利用可能である。   The present invention can be used in the field of the battery industry.

10 非水系二次電池、11 集電体、12 正極合材、13 正極シート、14 集電体、17 負極合材、18 負極シート、19 セパレータ、20 非水電解液、22 円筒ケース、24 正極端子、26 負極端子。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Nonaqueous secondary battery, 11 Current collector, 12 Positive electrode mixture, 13 Positive electrode sheet, 14 Current collector, 17 Negative electrode mixture, 18 Negative electrode sheet, 19 Separator, 20 Nonaqueous electrolyte, 22 Cylindrical case, 24 Positive electrode Terminal, 26 Negative terminal.

Claims (11)

芳香族環構造を有するジカルボン酸アニオンである芳香族化合物を含む有機骨格層と、前記カルボン酸アニオンに含まれる酸素にアルカリ金属元素が配位して骨格を形成するアルカリ金属元素層と、を有する層状構造体を備えた層状構造体含有電極と、
一般式(1)で表される化合物と、LiPF 6 、LiBF 4 、LiAsF 6 、LiSbF 6 のうちの1以上である支持塩と、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジエチルカーボネートのうちの1以上である非水系溶媒と、からなり、前記一般式(1)で表される化合物を、前記支持塩を溶解した前記非水系溶媒に対して0.5質量%より多く含む非水電解液と、
を備えた非水系二次電池。
(但し、Mは、遷移元素、周期表の13族、14族又は15族元素を表す;Aa+は金属イオンプロトン又はオニウムイオン、aは1〜3の整数、pはb/a;bは1〜3の整数、mは1〜4の整数、nは0〜8の整数、qは0又は1を表す;R1は、炭素数1〜10のアルキレン、炭素数1〜10のハロゲン化アルキレン、炭素数6〜20のアリーレン又は炭素数6〜20のハロゲン化アリーレン(これらのアルキレン及びアリーレンはその構造中に置換基、ヘテロ原子を持っていてもよく、またqが1でmが2〜4のときにはm個のR1はそれぞれが結合していてもよい)を表す;R2は、ハロゲン、炭素数1〜10のアルキル、炭素数1〜10のハロゲン化アルキル、炭素数6〜20のアリール、炭素数6〜20のハロゲン化アリール(これらのアルキル及びアリールはその構造中に置換基、ヘテロ原子を持っていてもよく、またnが2〜8のときにはn個のR2はそれぞれが結合して環を形成してもよい)又は−X33を表す;X1,X2及びX3は、それぞれが独立でO,S又はNR4を表す;R3及びR4は、それぞれが独立で水素、炭素数1〜10のアルキル、炭素数1〜10のハロゲン化アルキル、炭素数6〜20のアリール、炭素数6〜20のハロゲン化アリール(これらのアルキル及びアリールはその構造中に置換基、ヘテロ原子を持っていてもよく、R3又はR4は複数個存在する場合にはそれぞれが結合して環を形成してもよい)を表す)
An organic skeleton layer containing an aromatic compound that is a dicarboxylic acid anion having an aromatic ring structure; and an alkali metal element layer in which an alkali metal element coordinates to oxygen contained in the carboxylic acid anion to form a skeleton. A layered structure-containing electrode comprising a layered structure;
A compound represented by the general formula (1), and one or more in a supporting salt of LiPF 6, LiBF 4, LiAsF 6 , LiSbF 6, ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, diethyl carbonate a non-aqueous solvent is one or more of which consists, the above formula (1) compound, a non-water containing more than 0.5% by weight relative to the nonaqueous solvent dissolving the support salt An electrolyte,
A non-aqueous secondary battery comprising:
(However, M represents a transition element, a group 13, 14 or 15 element of the periodic table; A a + is a metal ion , proton or onium ion, a is an integer of 1 to 3, p is b / a; b Is an integer of 1 to 3, m is an integer of 1 to 4, n is an integer of 0 to 8, q is 0 or 1, R 1 is alkylene having 1 to 10 carbons, and halogen having 1 to 10 carbons Alkylene, aryl having 6 to 20 carbon atoms or halogenated arylene having 6 to 20 carbon atoms (these alkylene and arylene may have a substituent or a hetero atom in the structure, and q is 1 and m is each the m R 1 represents may be bound) is when 2 to 4; R 2 is halogen, alkyl having 1 to 10 carbon atoms, a halogenated alkyl having 1 to 10 carbon atoms, 6 carbon atoms -20 aryl, C6-20 aryl halide ( These alkyl and aryl substituents in their structures, may have a hetero atom, and n may form a ring of n R 2 are each bonded to at the time of 2 to 8) Or -X 3 R 3 ; X 1 , X 2 and X 3 each independently represent O, S or NR 4 ; R 3 and R 4 each independently represent hydrogen, 1 to 10 carbon atoms Alkyls, halogenated alkyls having 1 to 10 carbon atoms, aryls having 6 to 20 carbon atoms, aryl halides having 6 to 20 carbon atoms (these alkyls and aryls have substituents and heteroatoms in their structures) Or a plurality of R 3 or R 4 may be bonded to each other to form a ring).
前記非水電解液は、前記一般式(1)で表される化合物を0.6質量%以上5.0質量%以下の範囲で含む、請求項1に記載の非水系二次電池。   The non-aqueous secondary battery according to claim 1, wherein the non-aqueous electrolyte includes the compound represented by the general formula (1) in a range of 0.6 mass% to 5.0 mass%. 前記非水電解液において、前記一般式(1)で表される化合物は、前記AがLi及びKの少なくとも一方であり、前記MがAl、B、V、Ti、Si、Zr、Ge、Sn、Cu、Y、Zn、Ga、Nb、Ta、Bi、P、As、Sc、Hf及びSbからなる群より選ばれる1以上である、請求項1又は2に記載の非水系二次電池。   In the non-aqueous electrolyte, in the compound represented by the general formula (1), the A is at least one of Li and K, and the M is Al, B, V, Ti, Si, Zr, Ge, Sn. The non-aqueous secondary battery according to claim 1, which is at least one selected from the group consisting of Cu, Y, Zn, Ga, Nb, Ta, Bi, P, As, Sc, Hf, and Sb. 前記非水電解液において、前記一般式(1)で表される化合物は、式(2)〜(6)に示すPTFO、PFO、PO、BFO及びBOBから選ばれる1種以上をアニオンとして含む、請求項1〜3のいずれか1項に記載の非水系二次電池。
In the non-aqueous electrolyte, the compound represented by the general formula (1) includes one or more selected from PTFO, PFO, PO, BFO and BOB represented by the formulas (2) to (6) as anions. The non-aqueous secondary battery according to any one of claims 1 to 3.
前記層状構造体は、前記芳香族化合物のπ電子相互作用により層状に形成され、空間群P21/cに帰属される単斜晶の結晶構造を有する、請求項1〜4のいずれか1項に記載の非水系二次電池。 The layered structure is formed in a layer shape by π-electron interaction of the aromatic compound and has a monoclinic crystal structure belonging to the space group P 2 1 / c. The non-aqueous secondary battery according to item. 前記層状構造体は、異なる前記ジカルボン酸アニオンの酸素4つと前記アルカリ金属元素とが4配位を形成する式(7)の構造を備えている、請求項1〜5のいずれか1項に記載の非水系二次電池。
The said layered structure is equipped with the structure of Formula (7) in which four oxygen of the said different dicarboxylate anion and the said alkali metal element form a 4-coordination. Non-aqueous secondary battery.
前記有機骨格層は、式(8)で示される構造を含む芳香族化合物により構成されている、請求項1〜6のいずれか1項に記載の非水系二次電池。
The non-aqueous secondary battery according to any one of claims 1 to 6, wherein the organic skeleton layer is composed of an aromatic compound including a structure represented by the formula (8).
前記有機骨格層は、式(9)〜(11)からなる群より選ばれる1種以上の構造を含む芳香族化合物を備えている、請求項1〜7のいずれか1項に記載の非水系二次電池。
The non-aqueous system according to any one of claims 1 to 7, wherein the organic skeleton layer is provided with an aromatic compound including one or more structures selected from the group consisting of formulas (9) to (11). Secondary battery.
前記層状構造体含有電極は、カルボキシメチルセルロース及びポリビニルアルコールのうち少なくとも一方である水溶性ポリマーを、2質量%以上8質量%以下の範囲で含む電極合材を備えている、請求項1〜8のいずれか1項に記載の非水系二次電池。   The said layered structure containing electrode is equipped with the electrode compound material which contains the water-soluble polymer which is at least one among carboxymethylcellulose and polyvinyl alcohol in the range of 2 mass% or more and 8 mass% or less. The non-aqueous secondary battery according to any one of claims. 前記層状構造体含有電極は、導電材を5質量%以上15質量%以下の範囲で含む電極合材を備えている、請求項1〜9のいずれか1項に記載の非水系二次電池。   The non-aqueous secondary battery according to any one of claims 1 to 9, wherein the layered structure-containing electrode includes an electrode mixture containing a conductive material in a range of 5 mass% to 15 mass%. 前記層状構造体含有電極は、スチレンブタジエン共重合体を8質量%以下の範囲で含む電極合材を備えている、請求項1〜10のいずれか1項に記載の非水系二次電池。   The said layered structure containing electrode is a non-aqueous secondary battery of any one of Claims 1-10 provided with the electrode compound material which contains a styrene butadiene copolymer in 8 mass% or less.
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