JP6669506B2 - Non-aqueous electrolyte and lithium ion secondary battery including the same - Google Patents

Non-aqueous electrolyte and lithium ion secondary battery including the same Download PDF

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Description

本発明は非水電解液及びこれを備えたリチウムイオン二次電池に関する。   The present invention relates to a non-aqueous electrolyte and a lithium ion secondary battery including the same.

リチウムイオン二次電池は、スマートフォンやパーソナルコンピューター用の電源、さらには自動車用電源として用いられている。これらの用途に使用される電池では、高出力化、高エネルギー密度化、サイクル特性やレート特性の改善といった各種特性の向上を目的とした研究が重ねられている。   Lithium ion secondary batteries are used as power supplies for smartphones and personal computers, and also as power supplies for automobiles. For batteries used in these applications, researches aimed at improving various characteristics such as higher output, higher energy density, and improved cycle characteristics and rate characteristics have been repeated.

例えば、リチウムイオン二次電池の特性改善を試みる技術として、各種の化合物を電解液に添加する技術が提案されている。例えば、特許文献1には、リチウムビスオキサラートボレート(LiBOB)を非水電解液に添加して、充放電サイクル寿命特性の低下や高温放置時の電池膨れを抑制する技術が示されている。特許文献2にも、LiBOBを非水電解液に添加してサイクル特性及び耐久性を向上させる技術が記載されている。特許文献3には、ホウ酸とLiBOBを添加して充放電サイクル性能を高める技術が記載されている。   For example, as a technique for attempting to improve characteristics of a lithium ion secondary battery, a technique of adding various compounds to an electrolyte has been proposed. For example, Patent Literature 1 discloses a technique in which lithium bisoxalate borate (LiBOB) is added to a non-aqueous electrolyte to suppress deterioration in charge / discharge cycle life characteristics and battery swelling when left at high temperatures. Patent Literature 2 also describes a technique for improving cycle characteristics and durability by adding LiBOB to a non-aqueous electrolyte. Patent Literature 3 discloses a technique of adding boric acid and LiBOB to improve charge / discharge cycle performance.

特開2006−216378号公報JP 2006-216378 A 特開2013−89445号公報JP 2013-89445 A 特開2014−216127号公報JP 2014-216127 A

上述のように、電池特性の向上についての検討は種々行われているが、用途の拡がりに伴い、電池には一層の高エネルギー密度化が求められている。電池を高エネルギー密度化させるためには、高電圧下で電池を駆動させる必要がある。本願出願人は、スルホニルイミドアニオン化合物を有する電解液を備えた電池について一貫して検討を進めているが、電池を高電圧下で駆動させると正極で電解液が分解したり、正極活物質中の遷移金属が溶出し、電池の容量やレート特性を低下させてしまうといった問題があった。上記の従来技術には、これらの問題についての解決手段は記載されていない。またこれらの問題は、リチウムイオン二次電池を高温下で保管した場合に特に顕著となる。   As described above, various studies have been made on the improvement of the battery characteristics. However, with the expansion of applications, batteries are required to have higher energy density. In order to increase the energy density of a battery, it is necessary to drive the battery under a high voltage. The present applicant has been consistently studying a battery provided with an electrolytic solution having a sulfonylimide anion compound.However, when the battery is driven under a high voltage, the electrolytic solution is decomposed at the positive electrode or the positive electrode active material is decomposed. There is a problem that the transition metal is eluted and the capacity and rate characteristics of the battery are reduced. The above prior art does not describe a solution to these problems. Further, these problems become particularly remarkable when the lithium ion secondary battery is stored at a high temperature.

本発明は上記の様な事情に着目してなされたものであって、その目的は、高温下で保管した場合や、高電圧下で使用しても、スルホニルイミド化合物の分解を抑制し、電池としての容量及びレート特性の低下を抑制することのできる非水電解液及びこれを用いたリチウムイオン二次電池を提供することにある。   The present invention has been made in view of the circumstances as described above, and its purpose is to prevent decomposition of a sulfonylimide compound even when stored at high temperatures or when used under high voltage, It is an object of the present invention to provide a non-aqueous electrolyte capable of suppressing a decrease in capacity and rate characteristics as a battery, and a lithium ion secondary battery using the same.

上記目的を達成し得た本発明の非水電解液とは、一般式(1)[N(XSO2)(FSO2)]-(一般式(1)中、Xは、フッ素原子、炭素数1〜6のアルキル基又は炭素数1〜6のフルオロアルキル基を表す。)で表されるアニオンと、
リチウムカチオンと、
下記一般式(2)で表される化合物と、
The non-aqueous electrolyte of the present invention that can achieve the above object is represented by the general formula (1) [N (XSO 2 ) (FSO 2 )] - (wherein X is a fluorine atom and carbon number An alkyl group having 1 to 6 carbon atoms or a fluoroalkyl group having 1 to 6 carbon atoms);
A lithium cation,
A compound represented by the following general formula (2):

(一般式(2)中、MはB又はP、Aa+は金属イオン、水素イオン、又はオニウムイオン、aは1〜3、bは1〜3、pはb/a、mは1〜3、nは0〜4、qは0又は1をそれぞれ表し、R1はC1〜C10のアルキレン基又はC1〜C10のハロゲン化アルキレン基、R2はフッ素又はC1〜C10のフッ素化アルキル基、X1、X2はそれぞれ独立でO又はSを表す。)
媒体とを含むところに特徴を有する。
(In the general formula (2), M is B or P, A a + is a metal ion, hydrogen ion, or onium ion, a is 1 to 3, b is 1 to 3, p is b / a, and m is 1 to 3. , N represents 0 to 4, q represents 0 or 1, R 1 represents a C 1 -C 10 alkylene group or a C 1 -C 10 halogenated alkylene group, R 2 represents fluorine or a C 1 -C 10 The fluorinated alkyl group, X 1 and X 2 each independently represent O or S.)
It is characterized by including the medium.

上記非水電解液は、上記一般式(2)で表される化合物を0.01〜5質量%含むことが好ましく、上記一般式(2)で表される化合物がビスオキサリルボレート塩であることも好ましい。   The non-aqueous electrolyte preferably contains 0.01 to 5% by mass of the compound represented by the general formula (2), and the compound represented by the general formula (2) is a bisoxalyl borate salt. Is also preferred.

さらに上記非水電解液は、下記一般式(7)、一般式(8)で表されるアニオン及びヘキサフルオロ砒酸イオン(AsF6 -)よりなる群から選択される少なくとも1種のアニオンを含んでいてもよい。
[PFl(Cm2m+16-l]- (0≦l≦6、1≦m≦4) (7)
[BFn(Co2o+14-n]- (0≦n≦4、1≦o≦4) (8)
Further, the non-aqueous electrolyte contains at least one anion selected from the group consisting of an anion represented by the following general formulas (7) and (8) and a hexafluoroarsenate ion (AsF 6 ). May be.
[PF l (C m F 2m + 1 ) 6-l ] - (0 ≦ l ≦ 6, 1 ≦ m ≦ 4) (7)
[BF n (C o F 2o + 1) 4-n] - (0 ≦ n ≦ 4,1 ≦ o ≦ 4) (8)

本発明の非水電解液は、定格充電電圧が4.2V以上であるリチウムイオン二次電池に用いられるものであることが好ましい。本発明には、本発明の非水電解液を備えたリチウムイオン二次電池も包含される。   The non-aqueous electrolyte of the present invention is preferably used for a lithium ion secondary battery having a rated charging voltage of 4.2 V or more. The present invention also includes a lithium ion secondary battery provided with the non-aqueous electrolyte of the present invention.

本発明の非水電解液は、スルホニルイミドアニオンを有する化合物の高圧下での分解を抑制することができる。また、正極から遷移金属が溶出するのを抑制することができる。このため、本発明の非水電解液を有するリチウムイオン二次電池の高電圧下、高温保存後の容量およびレート特性の低下抑制に効果を発揮する。したがって、本発明の非水電解液によれば、容量及びレート特性の低下が抑制されたリチウムイオン二次電池を提供できる。   The nonaqueous electrolytic solution of the present invention can suppress the decomposition of a compound having a sulfonylimide anion under high pressure. Further, elution of the transition metal from the positive electrode can be suppressed. For this reason, the lithium ion secondary battery having the nonaqueous electrolyte of the present invention is effective at suppressing a decrease in capacity and rate characteristics after high-temperature storage at high voltage. Therefore, according to the non-aqueous electrolyte of the present invention, it is possible to provide a lithium ion secondary battery in which a decrease in capacity and rate characteristics is suppressed.

1.非水電解液
本発明の非水電解液とは、一般式(1):[N(XSO2)(FSO2)]-(一般式(1)中、Xは、フッ素原子、炭素数1〜6のアルキル基又は炭素数1〜6のフルオロアルキル基を表す。)で表されるアニオンと(以下、スルホニルイミドアニオン(1)と称する。)、リチウムカチオンと、上記一般式(2)で表される化合物を含むところに特徴を有している。
1. Non-Aqueous Electrolyte The non-aqueous electrolyte of the present invention is represented by the general formula (1): [N (XSO 2 ) (FSO 2 )] (In the general formula (1), X represents a fluorine atom and a carbon number of 1 to 1.) An alkyl group of 6 or a fluoroalkyl group of 1 to 6 carbon atoms) (hereinafter referred to as sulfonylimide anion (1)), a lithium cation, and a compound represented by the above general formula (2). It is characterized in that it contains the compound to be prepared.

1−1.スルホニルイミドアニオン(1)
本発明に係るスルホニルイミドアニオン(1)は、一般式(1):[N(XSO2)(FSO2)]-で表される。一般式(1)中、Xはフッ素原子、炭素数1〜6のアルキル基、又は炭素数1〜6のフルオロアルキル基を表す。炭素数1〜6のアルキル基は、直鎖状又は分枝鎖状のアルキル基であるのが好ましく、直鎖状のアルキル基がより好ましい。炭素数1〜6のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基が挙げられる。炭素数1〜6のフルオロアルキル基としては、炭素数1〜6のアルキル基が有する水素原子の一部又は全部がフッ素原子で置換されたものが挙げられる。具体的には、フルオロメチル基、ジフルオロメチル基、トリフルオロメチル基、フルオロエチル基、ジフルオロエチル基、トリフルオロエチル基、ペンタフルオロエチル基等が挙げられる。これらの中でも、フッ素原子、トリフルオロメチル基及びペンタフルオロエチル基がXとして好ましい。
1-1. Sulfonylimide anion (1)
The sulfonylimide anion (1) according to the present invention is represented by the general formula (1): [N (XSO 2 ) (FSO 2 )] . In the general formula (1), X represents a fluorine atom, an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, or a fluoroalkyl group having 1 to 6 carbon atoms. The alkyl group having 1 to 6 carbon atoms is preferably a linear or branched alkyl group, and more preferably a linear alkyl group. Examples of the alkyl group having 1 to 6 carbon atoms include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an isopropyl group, a butyl group, a pentyl group, and a hexyl group. As a C1-C6 fluoroalkyl group, the thing in which some or all of the hydrogen atom which a C1-C6 alkyl group has is substituted by the fluorine atom is mentioned. Specific examples include a fluoromethyl group, a difluoromethyl group, a trifluoromethyl group, a fluoroethyl group, a difluoroethyl group, a trifluoroethyl group, and a pentafluoroethyl group. Among them, a fluorine atom, a trifluoromethyl group and a pentafluoroethyl group are preferable as X.

具体的なスルホニルイミドアニオン(1)としては、例えば、ビス(フルオロスルホニル)イミドアニオン、(フルオロスルホニル)(メチルスルホニル)イミドアニオン、(フルオロスルホニル)(エチルスルホニル)イミドアニオン、(フルオロスルホニル)(トリフルオロメチルスルホニル)イミドアニオン、(フルオロスルホニル)(ペンタフルオロエチルスルホニル)イミドアニオン等が挙げられる。好ましくはビス(フルオロスルホニル)イミドアニオン、(フルオロスルホニル)(トリフルオロメチルスルホニル)イミドアニオン、(フルオロスルホニル)(ペンタフルオロエチルスルホニル)イミドアニオンであり、より好ましくはビス(フルオロスルホニル)イミドアニオン、(フルオロスルホニル)(トリフルオロメチルスルホニル)イミドアニオンである。   Specific examples of the sulfonylimide anion (1) include bis (fluorosulfonyl) imide anion, (fluorosulfonyl) (methylsulfonyl) imide anion, (fluorosulfonyl) (ethylsulfonyl) imide anion, and (fluorosulfonyl) (tri (Fluoromethylsulfonyl) imide anion, (fluorosulfonyl) (pentafluoroethylsulfonyl) imide anion, and the like. Preferred are a bis (fluorosulfonyl) imide anion, a (fluorosulfonyl) (trifluoromethylsulfonyl) imide anion and a (fluorosulfonyl) (pentafluoroethylsulfonyl) imide anion, more preferably a bis (fluorosulfonyl) imide anion, Fluorosulfonyl) (trifluoromethylsulfonyl) imide anion.

本発明の非水電解液には1種のスルホニルイミドアニオン(1)が単独で含まれていてもよく、また、2種以上のスルホニルイミドアニオン(1)が含まれていてもよい。   The non-aqueous electrolyte of the present invention may contain one kind of sulfonylimide anion (1) alone, or may contain two or more kinds of sulfonylimide anions (1).

本発明の非水電解液中において、スルホニルイミドアニオン(1)はカチオンと解離して存在しているが、非水電解液中に分散、溶解させられる前は、カチオンとイオン結合した塩の状態で存在している。本発明の電解液には、リチウムカチオンが必須的に含まれていれば、他のカチオンが含まれていてもよく、リチウム以外の無機カチオン、有機カチオンのいずれであってもよい。   In the non-aqueous electrolyte of the present invention, the sulfonylimide anion (1) is dissociated from the cation, but before being dispersed and dissolved in the non-aqueous electrolyte, the state of the salt ion-bonded to the cation is present. Exists in. The electrolyte solution of the present invention may contain other cations as long as the lithium cation is essential, and may be any of inorganic cations and organic cations other than lithium.

スルホニルイミドアニオン(1)を含有するスルホニルイミド化合物は、本発明の非水電解液においては、電解質塩として機能することも可能であるし、電池の性能向上のための添加剤として機能することも可能である。すなわち、スルホニルイミドアニオン(1)を含有するスルホニルイミド化合物が、例えばリチウム塩の場合は、リチウム電池用電解液の電解質塩として機能することが可能である。   The sulfonylimide compound containing the sulfonylimide anion (1) can function as an electrolyte salt in the nonaqueous electrolytic solution of the present invention, or can function as an additive for improving the performance of a battery. It is possible. That is, when the sulfonylimide compound containing the sulfonylimide anion (1) is, for example, a lithium salt, it can function as an electrolyte salt of a lithium battery electrolyte.

無機カチオンとしては、Li+、Na+、K+、Cs+、Pb+等の1価の無機カチオン;Mg2+、Ca2+、Zn2+、Pd2+、Sn2+、Hg2+、Rh2+、Cu2+、Be2+、Sr2+、Ba2+等の2価の無機カチオン;及びGa3+等の3価の無機カチオンが挙げられる。これらの中でもアルカリ金属カチオン及びアルカリ土類金属カチオンが好ましく、Li+、Na+、Mg2+及びCa2+はイオン半径が小さく電池等に利用し易いためより好ましく、特にLi+が好ましい。 Examples of the inorganic cation include monovalent inorganic cations such as Li + , Na + , K + , Cs + , and Pb + ; Mg 2+ , Ca 2+ , Zn 2+ , Pd 2+ , Sn 2+ , and Hg 2+ , Rh 2+ , Cu 2+ , Be 2+ , Sr 2+ , Ba 2+ and the like; and trivalent inorganic cations such as Ga 3+ . Among these, alkali metal cations and alkaline earth metal cations are preferable, and Li + , Na + , Mg 2+, and Ca 2+ are more preferable because they have a small ionic radius and are easily used in batteries and the like, and Li + is particularly preferable.

有機カチオンとしては、一般式(3):L+−Rs(式中、Lは、C、Si、N、P、S又はOを表し、Rは、同一若しくは異なる有機基であり、互いに結合していてもよい。sはLに結合するRの数を表し、3又は4である。なお、sは、元素Lの価数及びLに直接結合する二重結合の数によって決まる値である)で表されるオニウムカチオンが好適である。 As the organic cation, general formula (3): L + -R s (where L represents C, Si, N, P, S or O, R is the same or different organic group, and is bonded to each other. S represents the number of R bonded to L and is 3 or 4. In addition, s is a value determined by the valence of the element L and the number of double bonds directly bonded to L. The onium cation represented by) is preferred.

上記Rで示される「有機基」としては、水素原子、フッ素原子、又は炭素原子を少なくとも1個有する基を意味する。上記「炭素原子を少なくとも1個有する基」は、炭素原子を少なくとも1個有してさえいればよく、また、ハロゲン原子やヘテロ原子等の他の原子や、置換基等を有していてもよい。置換基としては、例えば、アミノ基、イミノ基、アミド基、エーテル結合を有する基、チオエーテル結合を有する基、エステル基、ヒドロキシル基、アルコキシ基、カルボキシル基、カルバモイル基、シアノ基、ジスルフィド基、ニトロ基、ニトロソ基、スルホニル基等が挙げられる。   The “organic group” represented by the above R means a group having at least one hydrogen atom, fluorine atom, or carbon atom. The “group having at least one carbon atom” may be any group as long as it has at least one carbon atom, and may have another atom such as a halogen atom or a hetero atom, or a substituent. Good. Examples of the substituent include an amino group, an imino group, an amide group, a group having an ether bond, a group having a thioether bond, an ester group, a hydroxyl group, an alkoxy group, a carboxyl group, a carbamoyl group, a cyano group, a disulfide group, and a nitro group. Group, nitroso group, sulfonyl group and the like.

オニウムカチオンの中でも、テトラエチルアンモニウム、テトラブチルアンモニウム及びトリエチルメチルアンモニウム等の鎖状第4級アンモニウム;トリエチルアンモニウム、トリブチルアンモニウム、ジブチルメチルアンモニウム及びジメチルエチルアンモニウム等の鎖状第3級アンモニウム;1−エチル−3−メチルイミダゾリウム及び1,2,3−トリメチルイミダゾリウム等のイミダゾリウム;N,N−ジメチルピロリジニウム及びN−エチル−N−メチルピロリジニウム等のピロリジニウムは入手容易であるためより好ましい。さらに好ましいものとしては、第4級アンモニウム、イミダゾリウムが挙げられる。なお、耐還元性の観点からは、上記鎖状オニウムカチオンに分類されるテトラエチルアンモニウム、テトラブチルアンモニウム及びトリエチルメチルアンモニウム等の第4級アンモニウムがさらに好ましい。   Among the onium cations, chain quaternary ammonium such as tetraethylammonium, tetrabutylammonium and triethylmethylammonium; chain tertiary ammonium such as triethylammonium, tributylammonium, dibutylmethylammonium and dimethylethylammonium; 1-ethyl- Imidazolium such as 3-methylimidazolium and 1,2,3-trimethylimidazolium; and pyrrolidinium such as N, N-dimethylpyrrolidinium and N-ethyl-N-methylpyrrolidinium are more preferred because they are easily available. . More preferred are quaternary ammonium and imidazolium. From the viewpoint of reduction resistance, quaternary ammoniums such as tetraethylammonium, tetrabutylammonium, and triethylmethylammonium, which are classified as the chain onium cations, are more preferable.

非水電解液中で解離してスルホニルイミドアニオン(1)を生成するスルホニルイミド化合物(スルホニルイミドアニオン(1)を有する化合物)としては、上述したスルホニルイミドアニオン(1)とリチウム、必要により他のカチオンとの組み合わせであればよいが、例えば、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(LiFSI)、リチウム(フルオロスルホニル)(メチルスルホニル)イミド、リチウム(フルオロスルホニル)(エチルスルホニル)イミド、リチウム(フルオロスルホニル)(トリフルオロメチルスルホニル)イミド、リチウム(フルオロスルホニル)(ペンタフルオロエチルスルホニル)イミド、トリエチルメチルアンモニウムビス(フルオロスルホニル)イミド、テトラエチルアンモニウムビス(フルオロスルホニル)イミド、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムビス(フルオロスルホニル)イミド、テトラエチルアンモニウム(フルオロスルホニル)(トリフルオロメチルスルホニル)イミド、1−エチル−3−メチルイミダゾリウム(フルオロスルホニル)(トリフルオロメチルスルホニル)イミド等が挙げられる。   Examples of the sulfonylimide compound (compound having the sulfonylimide anion (1)) that dissociates in the nonaqueous electrolyte to generate the sulfonylimide anion (1) include the above-described sulfonylimide anion (1) and lithium, and if necessary, other compounds. Any combination with a cation may be used. For example, lithium bis (fluorosulfonyl) imide (LiFSI), lithium (fluorosulfonyl) (methylsulfonyl) imide, lithium (fluorosulfonyl) (ethylsulfonyl) imide, lithium (fluorosulfonyl) (Trifluoromethylsulfonyl) imide, lithium (fluorosulfonyl) (pentafluoroethylsulfonyl) imide, triethylmethylammonium bis (fluorosulfonyl) imide, tetraethylammonium bis (fluorosulfonyl) Imide, 1-ethyl-3-methylimidazolium bis (fluorosulfonyl) imide, tetraethylammonium (fluorosulfonyl) (trifluoromethylsulfonyl) imide, 1-ethyl-3-methylimidazolium (fluorosulfonyl) (trifluoromethylsulfonyl) ) Imide and the like.

スルホニルイミド化合物は、1種を単独で使用してもよく、2種以上を組み合わせて使用してもよい。また、スルホニルイミド化合物は、市販品を使用してもよいし、従来公知の方法により合成した物を用いてもよい。   As the sulfonylimide compound, one type may be used alone, or two or more types may be used in combination. As the sulfonylimide compound, a commercially available product may be used, or a compound synthesized by a conventionally known method may be used.

1−2.他のアニオン
本発明の非水電解液は、さらに、下記一般式(7)、一般式(8)で表されるアニオン及びヘキサフルオロ砒酸イオン(AsF6 -)よりなる群から選択される少なくとも1種のアニオンを含んでいてもよい。
[PFl(Cm2m+16-l]- (0≦l≦6、1≦m≦4) (7)
[BFn(Co2o+14-n]- (0≦n≦4、1≦o≦4) (8)
1-2. Other anions The non-aqueous electrolyte of the present invention further comprises at least one anion represented by the following general formulas (7) and (8) and at least one selected from the group consisting of hexafluoroarsenate ions (AsF 6 ). Species anions may be included.
[PF l (C m F 2m + 1 ) 6-l ] - (0 ≦ l ≦ 6, 1 ≦ m ≦ 4) (7)
[BF n (C o F 2o + 1) 4-n] - (0 ≦ n ≦ 4,1 ≦ o ≦ 4) (8)

一般式(7)で表されるアニオン(以下、アニオン(7)と称する場合がある)としては、PF6 -、PF3(CF33 -、PF3(C253 -、PF3(C373 -、PF3(C493 -等が好ましいものとして挙げられる。より好ましくはPF6 -、PF3(C253 -であり、さらに好ましくはPF6 -である。 Examples of the anion represented by the general formula (7) (hereinafter sometimes referred to as anion (7)) include PF 6 , PF 3 (CF 3 ) 3 , PF 3 (C 2 F 5 ) 3 , Preferred are PF 3 (C 3 F 7 ) 3 and PF 3 (C 4 F 9 ) 3 . More preferably PF 6 -, PF 3 (C 2 F 5) 3 - and, even more preferably PF 6 - is.

一般式(8)で表されるアニオン(以下、アニオン(8)と称する場合がある)としては、BF4 -、BF(CF33 -、BF(C253 -、BF(C373 -等が好ましいものとして挙げられ、BF4 -、BF(CF33 -がより好ましく、BF4 -がさらに好ましい。 Examples of the anion represented by the general formula (8) (hereinafter sometimes referred to as anion (8)) include BF 4 , BF (CF 3 ) 3 , BF (C 2 F 5 ) 3 , and BF ( C 3 F 7 ) 3- and the like are preferred, BF 4 - and BF (CF 3 ) 3 - are more preferred, and BF 4 - is more preferred.

上記非水電解液では、スルホニルイミドアニオン(1)の含有量が、スルホニルイミドアニオン(1)と、上記一般式(7)、一般式(8)で表されるアニオン及びヘキサフルオロ砒酸イオン(AsF6 -)の合計100mol%中、20mol%以上であることが好ましい。本発明は、スルホニルイミドアニオンを有する化合物の分解を抑制するものであるので、スルホニルイミドアニオンの含有量が全体のアニオン量の20mol%より少ないと、一般式(2)で表される化合物を添加する効果が発現しにくくなるからである。スルホニルイミドアニオンの含有量は、全体のアニオン量の30mol%以上がより好ましく、50mol%以上がさらに好ましい。 In the nonaqueous electrolyte, the content of the sulfonylimide anion (1) is the same as that of the sulfonylimide anion (1), the anion represented by the general formulas (7) and (8), and the hexafluoroarsenate ion (AsF). 6 - in total 100 mol% of), is preferably at least 20 mol%. Since the present invention suppresses the decomposition of the compound having a sulfonylimide anion, when the content of the sulfonylimide anion is less than 20 mol% of the total anion amount, the compound represented by the general formula (2) is added. This is because it is difficult to achieve the effect. The content of the sulfonylimide anion is more preferably 30 mol% or more, more preferably 50 mol% or more of the total anion amount.

本発明の非水電解液は、さらに他のアニオンを含んでいてもよい。他のアニオンとしては、トリフルオロメタンスルホン酸イオン(CF3SO3 -)、過塩素酸イオン(ClO4 -)、テトラシアノホウ酸イオン([B(CN)4-)、テトラクロロアルミニウムイオン(AlCl4 -)、トリシアノメチドイオン(C[(CN)3-)、ジシアナミドイオン(N[(CN)2-)、トリス(トリフルオロメタンスルホニル)メチドイオン(C[(CF3SO23-)、ヘキサフルオロアンチモン酸イオン(SbF6 -)およびジシアノトリアゾレートイオン(DCTA)等が挙げられる。 The non-aqueous electrolyte of the present invention may further contain other anions. Other anions include trifluoromethanesulfonic acid ion (CF 3 SO 3 ), perchlorate ion (ClO 4 ), tetracyanoborate ion ([B (CN) 4 ] ), tetrachloroaluminum ion ( AlCl 4 ), tricyanomethide ion (C [(CN) 3 ] ), dicyanamide ion (N [(CN) 2 ] ), tris (trifluoromethanesulfonyl) methide ion (C [(CF 3 SO 2 ) 3 ] ), hexafluoroantimonate ion (SbF 6 ), and dicyanotriazolate ion (DCTA).

これらのアニオンは、スルホニルイミドアニオンの対カチオンとして例示したカチオンと組み合わせて、電解質塩として非水電解液に含めることで利用できる。   These anions can be used by being included in the non-aqueous electrolyte as an electrolyte salt in combination with the cation exemplified as the counter cation of the sulfonylimide anion.

本発明の非水電解液中の電解質塩(スルホニルイミドアニオンを有する化合物、アニオン(7)を有する化合物、アニオン(8)を有する化合物、AsF6 -を有する化合物及び他の電解質塩)の総和量は、特に限定はされないが、0.6mol/L以上であるのが好ましく、より好ましくは0.8mol/L以上であり、さらに好ましくは1.0mol/L以上であり、5.0mol/L以下であるのが好ましく、より好ましくは3.0mol/L以下であり、さらに好ましくは2.0mol/L以下である。電解質塩の非水電解液中の濃度が高すぎると非水電解液の粘度が上昇してイオン伝導度が低下する虞がある。一方、濃度が低すぎると電池性能が劣る場合がある。 The electrolyte salt of the non-aqueous electrolyte solution of the present invention (a compound having an imide anion, a compound having the anion (7), a compound having an anionic (8), AsF 6 - compounds with and other electrolyte salt) total amount of Is not particularly limited, but is preferably 0.6 mol / L or more, more preferably 0.8 mol / L or more, still more preferably 1.0 mol / L or more, and 5.0 mol / L or less. It is preferably 3.0 mol / L or less, more preferably 2.0 mol / L or less. If the concentration of the electrolyte salt in the non-aqueous electrolyte is too high, the viscosity of the non-aqueous electrolyte may increase and the ionic conductivity may decrease. On the other hand, if the concentration is too low, the battery performance may be poor.

1−3.リチウムカチオン
本発明の非水電解液はリチウムカチオンを含む。リチウムカチオンは、スルホニルイミド化合物に由来するものであってもよく、また上述の電解質塩に由来するものであってもよい。本発明の非水電解液に含まれるリチウムカチオンの濃度は0.6mol/L以上であるのが好ましく、より好ましくは0.8mol/L以上であり、さらに好ましくは1.0mol/L以上である。リチウムカチオン濃度が高すぎると電解液の粘度が上昇し、イオン伝導度が低下する虞があるので、好ましくは飽和濃度以下で使用するのが好ましい。より好ましくは5.0mol/L以下であり、さらに好ましくは2.0mol/L以下である。
1-3. Lithium cation The non-aqueous electrolyte of the present invention contains a lithium cation. The lithium cation may be derived from a sulfonylimide compound, or may be derived from the above-mentioned electrolyte salt. The concentration of lithium cation contained in the non-aqueous electrolyte of the present invention is preferably 0.6 mol / L or more, more preferably 0.8 mol / L or more, and further preferably 1.0 mol / L or more. . If the lithium cation concentration is too high, the viscosity of the electrolytic solution may increase and the ionic conductivity may decrease. Therefore, it is preferable to use the lithium cation at a saturation concentration or lower. It is more preferably at most 5.0 mol / L, even more preferably at most 2.0 mol / L.

ここで「非水電解液中のリチウムカチオンの濃度」とは、本発明の非水電解液に含まれる全リチウムカチオン量に基づく値であり、例えば、2種以上のリチウムカチオンを有する電解質塩を使用する場合は、使用した電解質塩から生成するリチウムカチオンの合計量に、また、スルホニルイミド化合物にリチウムカチオンが含まれる場合は、スルホニルイミド化合物に含まれるリチウムカチオンと、併用する電解質塩に含まれるリチウムカチオンとの合計量に基づいて求められる値を非水電解液中のリチウムカチオンの濃度とする。スルホニルイミド化合物にリチウムカチオンが含まれない場合は、併用する電解質塩(リチウムカチオン含有)の濃度の総和を上記リチウムカチオン濃度と考えればよい。   Here, the “concentration of lithium cation in the non-aqueous electrolyte” is a value based on the total amount of lithium cations contained in the non-aqueous electrolyte of the present invention. For example, an electrolyte salt having two or more lithium cations may be used. When used, the total amount of lithium cations generated from the used electrolyte salt, and when the sulfonylimide compound contains a lithium cation, the lithium cation contained in the sulfonylimide compound and the electrolyte salt used in combination The value obtained based on the total amount of lithium cation and lithium cation is defined as the concentration of lithium cation in the non-aqueous electrolyte. When a lithium cation is not contained in the sulfonylimide compound, the total of the concentrations of the electrolyte salt (containing lithium cation) used in combination may be considered as the lithium cation concentration.

1−4.一般式(2)で表される化合物
本発明の非水電解液は、下記一般式(2)で示される化合物を含む。
1-4. Compound represented by general formula (2) The non-aqueous electrolyte solution of the present invention includes a compound represented by the following general formula (2).

(一般式(2)中、MはB又はP、Aa+は金属イオン、水素イオン、又はオニウムイオン、aは1〜3、bは1〜3、pはb/a、mは1〜3、nは0〜4、qは0又は1をそれぞれ表し、R1はC1〜C10のアルキレン基又はC1〜C10のハロゲン化アルキレン基、R2はフッ素又はC1〜C10のフッ素化アルキル基、X1、X2はそれぞれ独立でO又はSを表す。) (In the general formula (2), M is B or P, A a + is a metal ion, hydrogen ion, or onium ion, a is 1 to 3, b is 1 to 3, p is b / a, and m is 1 to 3. , N represents 0 to 4, q represents 0 or 1, R 1 represents a C 1 -C 10 alkylene group or a C 1 -C 10 halogenated alkylene group, R 2 represents fluorine or a C 1 -C 10 The fluorinated alkyl group, X 1 and X 2 each independently represent O or S.)

LiFSIに代表されるスルホニルイミド化合物を含む電解液を用いたリチウムイオン二次電池は、4.2Vを超える高電圧で、かつ高温保存試験を行うと、保存後のレート特性が低下することがわかった。本発明者らが検討を加えたところ、LiFSIが正極の活性を向上させるためか、正極近傍で電解液が分解し、分解生成物が負極上に堆積し、対向するセパレーターを目詰まりさせることが、レート特性低下の原因であることを突き止めた。さらに、検討を続けたところ、上記一般式(2)で表される化合物を電解液に添加することで、分解生成物が負極上に堆積することが抑制されることも突き止めた。これは、上記一般式(2)で表される化合物が初回充電時に負極で還元分解を起こし、負極上に被膜を形成するため、正極近傍で分解した電解液材料の分解生成物が負極上に堆積することを抑制するものと推測される。また、スルホニルイミド化合物は、正極から遷移金属がイオンとして溶出するのを抑制する効果も発揮する。これらの効果が相まって、本発明の非水電解液を用いたリチウムイオン二次電池のレート特性は、高電圧下、高温保存後であっても優れたものとなった。   Lithium-ion secondary batteries using an electrolyte solution containing a sulfonylimide compound represented by LiFSI have been found to exhibit reduced rate characteristics after storage when subjected to a high-voltage storage test at a high voltage exceeding 4.2 V and a high temperature. Was. The present inventors have studied and found that, because LiFSI improves the activity of the positive electrode, the electrolyte solution decomposes near the positive electrode, decomposition products are deposited on the negative electrode, and the opposing separator may be clogged. It was found that this was the cause of the decrease in rate characteristics. Furthermore, as a result of continued study, it was found that the addition of the compound represented by the general formula (2) to the electrolytic solution suppressed the deposition of decomposition products on the negative electrode. This is because the compound represented by the general formula (2) undergoes reductive decomposition at the negative electrode at the time of the first charge and forms a film on the negative electrode, so that the decomposition product of the electrolytic solution material decomposed near the positive electrode is deposited on the negative electrode. It is presumed that the deposition is suppressed. Further, the sulfonylimide compound also has an effect of suppressing the transition metal from being eluted as ions from the positive electrode. Together with these effects, the rate characteristics of the lithium ion secondary battery using the non-aqueous electrolyte of the present invention have become excellent even after storage at high voltage and high temperature.

上記一般式(2)中の金属イオンとしては、前記した無機カチオンと同じものが例示でき、Li+、Na+、Mg2+及びCa2+がより好ましく、特にLi+が好ましい。オニウムイオンも前記したオニウムカチオンと同じものが例示できる。したがって、a、b、pは1であることが好ましい。 As the metal ion in the general formula (2), the same as the above-mentioned inorganic cation can be exemplified, and Li + , Na + , Mg 2+ and Ca 2+ are more preferable, and Li + is particularly preferable. The same onium ion as the above-mentioned onium cation can be exemplified. Therefore, a, b, and p are preferably 1.

一般式(2)中のR1のC1〜C10のアルキレン基としては、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基、ペンチレン基、ヘキシレン基、ヘプチレン基、オクチレン基、ノニレン基、デカレン基が挙げられ、これらは分岐状であってもよい。C1〜C10のハロゲン化アルキレン基としては、C1〜C10のアルキレン基の水素の一部又は全部が、F、Cl、Br又はIに置き換わった基(中でも、Fが好ましく、例えば、フルオロメチレン基やフルオロエチレン基)が挙げられる。R1としては、炭素数1〜4のアルキレン基又はアルキレン基の水素の一部がフッ素で置換された炭素数1〜4のフッ素化アルキレン基が好ましい。より好ましくは炭素数1〜2のアルキレン基又はフッ素化アルキレン基である。qは0又は1であり、qが0の場合はカルボニル基の直接結合を表し、一般式(2)の化合物はオキサラートボレート又はオキサラートホスホニウムとなる。qは0であることが好ましい。 The C 1 -C 10 alkylene group of R 1 in the general formula (2) includes a methylene group, an ethylene group, a propylene group, a butylene group, a pentylene group, a hexylene group, a heptylene group, an octylene group, a nonylene group, and a decalene group. And these may be branched. As the C 1 -C 10 halogenated alkylene group, a group in which part or all of the hydrogen atoms of the C 1 -C 10 alkylene group is replaced with F, Cl, Br or I (in particular, F is preferable, and for example, Fluoromethylene group and fluoroethylene group). As R 1 , an alkylene group having 1 to 4 carbon atoms or a fluorinated alkylene group having 1 to 4 carbon atoms in which a part of hydrogen of the alkylene group is substituted by fluorine is preferable. More preferably, it is an alkylene group having 1 to 2 carbon atoms or a fluorinated alkylene group. q is 0 or 1, and when q is 0, it represents a direct bond of a carbonyl group, and the compound of the general formula (2) is oxalate borate or oxalate phosphonium. q is preferably 0.

2はフッ素原子又はC1〜C10のフッ素化アルキル基であり、C1〜C10のフッ素化アルキル基としては、フルオロメチル基、ジフルオロメチル基、トリフルオロメチル基、フルオロエチル基、ジフルオロエチル基、トリフルオロエチル基、テトラフルオロエチル基、パーフルオロエチル基、フルオロプロピル基、パーフルオロプロピル基、パーフルオロブチル基、パーフルオロオクチル基等が挙げられる。R2としては、炭素数1〜2のフッ素化アルキル基又はフッ素原子であることが好ましく、より好ましくはフッ素原子である。 R 2 is a fluorine atom or a C 1 -C 10 fluorinated alkyl group, and examples of the C 1 -C 10 fluorinated alkyl group include a fluoromethyl group, a difluoromethyl group, a trifluoromethyl group, a fluoroethyl group, a difluoro group; Examples include an ethyl group, a trifluoroethyl group, a tetrafluoroethyl group, a perfluoroethyl group, a fluoropropyl group, a perfluoropropyl group, a perfluorobutyl group, and a perfluorooctyl group. R 2 is preferably a fluorinated alkyl group having 1 to 2 carbon atoms or a fluorine atom, and more preferably a fluorine atom.

1、X2はそれぞれ独立して、O又はSを表すが、入手のしやすさからはいずれもがOであることが好ましい。 X 1 and X 2 each independently represent O or S, but both are preferably O from the viewpoint of availability.

上記一般式(2)中、MがBのときは、mは1又は2であることがより好ましく、mが1のときはnは2であり、このときのR2はFであることが好ましい。また、mが2のときはnは0である。また、MがPのときは、mは1〜3であり、mが1のときはnが4、mが2のときはnが2、mが3のときはnは0である。 In the general formula (2), when M is B, m is more preferably 1 or 2, and when m is 1, n is 2 and R 2 is F at this time. preferable. When m is 2, n is 0. When M is P, m is 1-3, when m is 1, n is 4, when m is 2, n is 2, and when m is 3, n is 0.

一般式(2)で示される化合物の具体例としては、ジフルオロオキサレートボレート塩、ビスオキサラートボレート塩、テトラフルオロホスホニウム塩、ジフルオロビスオキサラートホスホニウム塩、トリスオキサラートホスホニウム塩が挙げられ、これらの1種又は2種以上を用いることができる。   Specific examples of the compound represented by the general formula (2) include difluorooxalate borate, bisoxalate borate, tetrafluorophosphonium, difluorobisoxalate phosphonium, and trisoxalate phosphonium. One or more kinds can be used.

上記一般式(2)で表される化合物は、非水電解液100質量%中、0.01〜5質量%の範囲で用いることが好ましい。0.01質量%よりも少ないと、高電圧下、高温保存時の電解液の分解を抑制する効果が不充分となることがあり、5質量%を超えて添加すると、被膜形成による抵抗上昇が大きくなって電池性能そのものが低下するおそれがあり好ましくない。より好ましくは、0.1〜2質量%である。   The compound represented by the general formula (2) is preferably used in a range of 0.01 to 5% by mass in 100% by mass of the nonaqueous electrolyte. If the amount is less than 0.01% by mass, the effect of suppressing the decomposition of the electrolytic solution during high-temperature storage under high voltage may be insufficient. It is not preferable because battery performance itself may decrease due to the increase. More preferably, it is 0.1 to 2% by mass.

1−5.媒体
本発明の非水電解液は媒体を含む。媒体としては、従来公知のカーボネート系溶媒及びカーボネート系溶媒以外の非水系溶媒や、ポリマー及びポリマーゲル等の媒体等、電池に用いられる従来公知の溶媒も使用してもよい。媒体としては、カーボネート系溶媒を含むことが電池性能の面では好ましい。
1-5. Medium The non-aqueous electrolyte of the present invention contains a medium. As the medium, a conventionally known carbonate-based solvent and a non-aqueous solvent other than the carbonate-based solvent, and a conventionally known solvent used in batteries such as a medium such as a polymer and a polymer gel may be used. The medium preferably contains a carbonate-based solvent from the viewpoint of battery performance.

カーボネート系溶媒としては、炭酸ジメチル、炭酸エチルメチル(エチルメチルカーボネート)、炭酸ジエチル(ジエチルカーボネート)、炭酸ジフェニル、炭酸メチルフェニル等の鎖状炭酸エステル類;炭酸エチレン(エチレンカーボネート)、炭酸プロピレン(プロピレンカーボネート)、2,3−ジメチル炭酸エチレン(炭酸2,3−ブタンジイル)、炭酸1,2−ブチレン及びエリスリタンカーボネート等の飽和環状炭酸エステル類;炭酸ビニレン、メチルビニレンカーボネート(MVC;4−メチル−1,3−ジオキソール−2−オン)、エチルビニレンカーボネート(EVC;4−エチル−1,3−ジオキソール−2−オン)、2−ビニル炭酸エチレン(4−ビニル−1,3−ジオキソラン−2−オン)及びフェニルエチレンカーボネート(4−フェニル−1,3−ジオキソラン−2−オン)等の不飽和結合を有する環状炭酸エステル類;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トリフルオロプロピレンカーボネート等のフッ素含有環状炭酸エステル類が挙げられ、これらのうち、炭酸ジメチル、炭酸エチルメチル、炭酸ジエチル、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネートが好ましいものとして挙げられる。これらは一種又は2種以上を使用することができる。   Examples of the carbonate solvents include chain carbonates such as dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate (ethyl methyl carbonate), diethyl carbonate (diethyl carbonate), diphenyl carbonate, and methylphenyl carbonate; ethylene carbonate (ethylene carbonate), propylene carbonate (propylene carbonate). Carbonates), saturated cyclic carbonates such as 2,3-dimethylethylene carbonate (2,3-butanediyl carbonate), 1,2-butylene carbonate and erythritan carbonate; vinylene carbonate, methylvinylene carbonate (MVC; 4-methyl- 1,3-dioxol-2-one), ethylvinylene carbonate (EVC; 4-ethyl-1,3-dioxol-2-one), ethylene 2-vinyl carbonate (4-vinyl-1,3-dioxolan-2-) ON) and phenylethylene Cyclic carbonates having an unsaturated bond such as carbonate (4-phenyl-1,3-dioxolan-2-one); fluorine-containing cyclic carbonates such as fluoroethylene carbonate, 4,5-difluoroethylene carbonate and trifluoropropylene carbonate Esters are exemplified, and among these, dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, diethyl carbonate, ethylene carbonate and propylene carbonate are preferred. These can be used alone or in combination of two or more.

また、その他の溶媒としては、誘電率が大きく、電解質塩の溶解性が高く、沸点が60℃以上であり、且つ、電気化学的安定範囲が広い溶媒が好適である。より好ましくは、含有水分量が低い有機溶媒(非水系溶媒)である。このような有機溶媒としては、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、2,6−ジメチルテトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン、クラウンエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、テトラエチレングリコールジメチルエ−テル、1,4−ジオキサン、1,3−ジオキソラン等のエーテル類;安息香酸メチル、安息香酸エチル等の芳香族カルボン酸エステル類;γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、δ−バレロラクトン等のラクトン類;リン酸トリメチル、リン酸エチルジメチル、リン酸ジエチルメチル、リン酸トリエチル等のリン酸エステル類;アセトニトリル、プロピオニトリル、メトキシプロピオニトリル、グルタロニトリル、アジポニトリル、2−メチルグルタロニトリル、バレロニトリル、ブチロニトリル、イソブチロニトリル等のニトリル類;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、スルホラン、3−メチルスルホラン、2,4−ジメチルスルホラン等の硫黄化合物類;ベンゾニトリル、トルニトリル等の芳香族ニトリル類;ニトロメタン、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン、1,3−ジメチル−3,4,5,6−テトラヒドロ−2(1H)−ピリミジノン、3−メチル−2−オキサゾリジノン等を挙げることができる。これらの中でも、カーボネート系溶媒と併用するものとして好ましいのは、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン等である。これらも、併用する際には、1種を単独で用いてもよく、また、2種以上を組み合わせて用いてもよい。   As the other solvent, a solvent having a large dielectric constant, a high solubility of the electrolyte salt, a boiling point of 60 ° C. or more, and a wide electrochemical stability range is preferable. More preferably, it is an organic solvent (non-aqueous solvent) having a low water content. Examples of such an organic solvent include ethylene glycol dimethyl ether, ethylene glycol diethyl ether, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 2,6-dimethyltetrahydrofuran, tetrahydropyran, crown ether, triethylene glycol dimethyl ether, tetraethylene glycol dimethyl ether, Ethers such as 1,4-dioxane and 1,3-dioxolane; aromatic carboxylic esters such as methyl benzoate and ethyl benzoate; lactones such as γ-butyrolactone, γ-valerolactone, δ-valerolactone; Phosphate esters such as trimethyl phosphate, ethyl dimethyl phosphate, diethyl methyl phosphate, and triethyl phosphate; acetonitrile, propionitrile, methoxypropionitrile, glutaroni Nitriles such as ril, adiponitrile, 2-methylglutaronitrile, valeronitrile, butyronitrile, isobutyronitrile; dimethylsulfone, ethylmethylsulfone, diethylsulfone, sulfolane, 3-methylsulfolane, 2,4-dimethylsulfolane Sulfur compounds; aromatic nitriles such as benzonitrile and tolunitrile; nitromethane, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, 1,3-dimethyl-3,4,5,6-tetrahydro-2 (1H)- Examples include pyrimidinone and 3-methyl-2-oxazolidinone. Among these, γ-butyrolactone, γ-valerolactone, and the like are preferable as those used in combination with the carbonate-based solvent. When these are used in combination, one kind may be used alone, or two or more kinds may be used in combination.

上記ポリマーやポリマーゲルを用いる場合は次の方法を採用すればよい。すなわち、従来公知の方法で成膜したポリマーに、上述のカーボネート系溶媒又は他の非水系溶媒(以下、これらを併せて単に非水系溶媒という)に電解質塩を溶解させた溶液を滴下して、電解質塩並びに非水系溶媒を含浸、担持させる方法;ポリマーの融点以上の温度でポリマーと電解質塩とを溶融、混合した後、成膜し、ここに非水系溶媒を含浸させる方法(以上、ゲル電解質);予め電解質塩を非水系溶媒に溶解させた非水電解液とポリマーとを混合した後、これをキャスト法やコーティング法により成膜し、有機溶媒を揮発させる方法;ポリマーの融点以上の温度でポリマーと電解質塩とを溶融し、混合して成形する方法(真性ポリマー電解質);等が挙げられる。   When the above-mentioned polymer or polymer gel is used, the following method may be adopted. That is, a solution prepared by dissolving an electrolyte salt in the above-mentioned carbonate-based solvent or another non-aqueous solvent (hereinafter, simply referred to as a non-aqueous solvent) is dropped onto a polymer formed by a conventionally known method, A method of impregnating and supporting an electrolyte salt and a non-aqueous solvent; a method of melting and mixing the polymer and the electrolyte salt at a temperature equal to or higher than the melting point of the polymer, forming a film, and impregnating the non-aqueous solvent with the method (above, gel A method of mixing a polymer with a non-aqueous electrolyte solution in which an electrolyte salt is dissolved in a non-aqueous solvent in advance and forming a film by a casting method or a coating method and volatilizing the organic solvent; a temperature higher than the melting point of the polymer. A method in which a polymer and an electrolyte salt are melted, mixed, and molded (intrinsic polymer electrolyte).

上記方法に用いられるポリマーとしては、エポキシ化合物(エチレンオキシド、プロピレンオキシド、ブチレンオキシド、アリルグリシジルエーテル等)の単独重合体又は共重合体であるポリエチレンオキシド(PEO)、ポリプロピレンオキシド等のポリエーテル系ポリマー、ポリメチルメタクリレート(PMMA)等のメタクリル系ポリマー、ポリアクリロニトリル(PAN)等のニトリル系ポリマー、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン等のフッ素系ポリマー、及びこれらの共重合体等が挙げられる。   Examples of the polymer used in the above method include polyether polymers such as polyethylene oxide (PEO), which is a homopolymer or copolymer of epoxy compounds (ethylene oxide, propylene oxide, butylene oxide, allyl glycidyl ether, etc.), polypropylene oxide, and the like. Methacrylic polymers such as polymethyl methacrylate (PMMA), nitrile polymers such as polyacrylonitrile (PAN), fluoropolymers such as polyvinylidene fluoride (PVdF), polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene, and copolymers thereof. Is mentioned.

なお、溶媒の分解を防ぎ、本発明の非水電解液をリチウムイオン二次電池に使用した場合のサイクル特性(寿命)の劣化を抑制する観点からは、溶媒として環状カーボネートを使用することが推奨される。環状カーボネートとしては、上述した飽和環状カーボネート、不飽和結合を有する環状カーボネート、フッ素含有環状カーボネート等が挙げられる。これらの中でも、コスト面からは飽和環状カーボネートが好ましく、特に炭酸エチレン、炭酸プロピレンが好ましい。環状カーボネートは1種を単独で用いてもよく、又は2種以上を組み合わせて用いてもよい。   From the viewpoint of preventing decomposition of the solvent and suppressing deterioration of cycle characteristics (life) when the nonaqueous electrolyte of the present invention is used for a lithium ion secondary battery, it is recommended to use a cyclic carbonate as a solvent. Is done. Examples of the cyclic carbonate include the above-described saturated cyclic carbonate, a cyclic carbonate having an unsaturated bond, a fluorine-containing cyclic carbonate, and the like. Among these, saturated cyclic carbonate is preferred from the viewpoint of cost, and ethylene carbonate and propylene carbonate are particularly preferred. One kind of the cyclic carbonate may be used alone, or two or more kinds may be used in combination.

環状カーボネートは、非水電解液に含まれる全リチウムカチオンに対するモル比(環状カーボネート/Li+)が1以上、5以下となる範囲で用いるのが好ましい。上記範囲内で環状カーボネートを使用する場合には、リチウムイオン二次電池のサイクル特性(寿命)の劣化が一層抑制される。 The cyclic carbonate is preferably used in a range where the molar ratio (cyclic carbonate / Li + ) to all lithium cations contained in the nonaqueous electrolyte is 1 or more and 5 or less. When the cyclic carbonate is used within the above range, the deterioration of the cycle characteristics (life) of the lithium ion secondary battery is further suppressed.

サイクル特性劣化の一因は、非水電解液を構成する溶媒の分解にあることが知られている。しかしながら、環状カーボネートの使用量をリチウムイオンに対して上記範囲とすることで、サイクル特性の劣化を一層抑制することができる。環状カーボネートの使用量をリチウムイオン量に応じて決定することで、非水電解液中に存在するリチウムイオンと溶媒和していない環状カーボネート(フリーな環状カーボネート)の量を低減できる。すなわち、分解反応に関与できるフリーな環状カーボネートの量が減少するので、溶媒の分解反応が生じ難くなり、サイクル特性の劣化が抑制されるものと考えられる。   It is known that one of the causes of the deterioration of the cycle characteristics is the decomposition of the solvent constituting the non-aqueous electrolyte. However, by setting the amount of the cyclic carbonate to be in the above range with respect to lithium ions, deterioration of cycle characteristics can be further suppressed. By determining the amount of the cyclic carbonate to be used in accordance with the amount of lithium ions, the amount of the cyclic carbonate (free cyclic carbonate) that is not solvated with the lithium ions present in the non-aqueous electrolyte can be reduced. That is, it is considered that the amount of free cyclic carbonate that can participate in the decomposition reaction is reduced, so that the decomposition reaction of the solvent is less likely to occur, and the deterioration of the cycle characteristics is suppressed.

上記モル比(環状カーボネート/Li+)が大きすぎる場合は、非水電解液中に過剰に存在するフリーな環状カーボネートが酸化及び/又は還元分解され、その結果、サイクル特性が劣化してしまう。一方、上記モル比が小さすぎる場合は、環状カーボネート量が少なすぎて、環状カーボネートに由来する効果(例えば、負極上に被膜を形成し、非水電解液の分解を抑制する効果等)が得られ難くなったり、また、充放電の繰り返しによる溶媒の消費(被膜形成、分解等)により非水電解液の液枯れ状態となる虞がある。したがって、環状カーボネートは、リチウムイオンに対するモル比(環状カーボネート/Li+)が1以上、4以下の範囲で使用することがより好ましく、より好ましくは3以下であり、さらに好ましくは2.0以下であり、1.8以下であるのが特に好ましい。 When the molar ratio (cyclic carbonate / Li + ) is too large, free cyclic carbonate excessively present in the non-aqueous electrolyte is oxidized and / or reductively decomposed, resulting in deterioration of cycle characteristics. On the other hand, if the molar ratio is too small, the amount of cyclic carbonate is too small, and an effect derived from the cyclic carbonate (for example, an effect of forming a film on the negative electrode and suppressing the decomposition of the non-aqueous electrolyte, etc.) is obtained. There is a possibility that the non-aqueous electrolyte may be in a dry state due to the consumption of the solvent due to the repetition of charge / discharge (formation of a film, decomposition, etc.). Therefore, the cyclic carbonate is more preferably used in a molar ratio to lithium ions (cyclic carbonate / Li + ) of 1 or more and 4 or less, more preferably 3 or less, and even more preferably 2.0 or less. And particularly preferably 1.8 or less.

なお、環状カーボネートのリチウムカチオンに対するモル比(環状カーボネート/Li+)は、環状カーボネートの比重、モル質量に基づいて算出すればよい。例えば、エチレンカーボネートの場合は、比重を1.321、モル質量を88.06として、算出すればよい。 The molar ratio of the cyclic carbonate to the lithium cation (cyclic carbonate / Li + ) may be calculated based on the specific gravity and the molar mass of the cyclic carbonate. For example, in the case of ethylene carbonate, the specific gravity may be calculated as 1.321 and the molar mass as 88.06.

この場合、他の溶媒の使用量は、環状カーボネートと他の溶媒の合計100体積%に対して50体積%以上であるのが好ましく、より好ましくは55体積%以上であり、さらに好ましくは60体積%以上であり、好ましくは99体積%以下であり、より好ましくは95体積%以下であり、さらに好ましくは90体積%以下である。   In this case, the amount of the other solvent used is preferably 50% by volume or more, more preferably 55% by volume or more, even more preferably 60% by volume, based on 100% by volume of the total of the cyclic carbonate and the other solvent. % Or more, preferably 99% by volume or less, more preferably 95% by volume or less, and still more preferably 90% by volume or less.

1−6.その他の成分
本発明に係る非水電解液は、リチウムイオン二次電池の各種特性の向上を目的とする添加剤を含んでいてもよい。
添加剤としては、無水酢酸、無水プロピオン酸、無水酪酸、無水クロトン酸、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、シクロペンタンテトラカルボン酸二無水物等のカルボン酸無水物;エチレンサルファイト、1,3−プロパンスルトン、1,4−ブタンスルトン、メタンスルホン酸メチル、ブサルファン、スルホラン、スルホレン、ジメチルスルホン、テトラメチルチウラムモノスルフィド、トリメチレングリコール硫酸エステル等の含硫黄化合物;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、N−メチルスクシンイミド等の含窒素化合物;モノフルオロリン酸塩、ジフルオロリン酸塩等のリン酸塩;ヘプタン、オクタン、シクロヘプタン等の飽和炭化水素化合物;等が挙げられる。
1-6. Other components The non-aqueous electrolyte according to the present invention may contain an additive for improving various characteristics of the lithium ion secondary battery.
Additives include acetic anhydride, propionic anhydride, butyric anhydride, crotonic anhydride, succinic anhydride, glutaric anhydride, maleic anhydride, citraconic anhydride, glutaconic anhydride, itaconic anhydride, diglycolic anhydride, and cyclohexanedicarboxylic acid. Carboxylic acid anhydrides such as acid anhydride and cyclopentanetetracarboxylic dianhydride; ethylene sulfite, 1,3-propane sultone, 1,4-butane sultone, methyl methanesulfonate, busulfan, sulfolane, sulfolane, dimethyl sulfone, Sulfur-containing compounds such as tetramethylthiuram monosulfide and trimethylene glycol sulfate; 1-methyl-2-pyrrolidinone, 1-methyl-2-piperidone, 3-methyl-2-oxazolidinone, 1,3-dimethyl-2-imidazo Ridinone, N-methyls Nitrogen-containing compounds such as Shin'imido; monofluorophosphate, phosphates such as difluoro phosphate; heptane, octane, saturated hydrocarbon compounds cycloheptane and the like; and the like.

上記添加剤は、本発明の非水電解液100質量%中0.1質量%以上、10質量%以下の範囲で用いるのが好ましい(より好ましくは0.2質量%以上、8質量%以下、さらに好ましくは0.3質量%以上、5質量%以下)。添加剤の使用量が少なすぎるときには、添加剤に由来する効果が得られ難い場合があり、一方、多量に他の添加剤を使用しても、添加量に見合う効果は得られ難く、また、非水電解液の粘度が高くなり伝導率が低下する虞がある。
なお、非水電解液100質量%とは、上述したスルホニルイミド化合物、電解質塩、溶媒及び適宜用いられる添加剤等、非水電解液に含まれる全ての成分の合計を意味する。
The additive is preferably used in a range of 0.1% by mass or more and 10% by mass or less in 100% by mass of the nonaqueous electrolyte of the present invention (more preferably, 0.2% by mass or more, 8% by mass or less, More preferably, it is 0.3% by mass or more and 5% by mass or less. When the amount of the additive is too small, the effect derived from the additive may not be easily obtained.On the other hand, even when other additives are used in a large amount, the effect corresponding to the added amount is hardly obtained, and There is a possibility that the viscosity of the non-aqueous electrolyte increases and the conductivity decreases.
Here, 100% by mass of the non-aqueous electrolyte means the sum of all components contained in the non-aqueous electrolyte, such as the above-mentioned sulfonylimide compound, electrolyte salt, solvent, and appropriately used additives.

2.リチウムイオン二次電池
本発明のリチウムイオン二次電池とは、リチウムイオンの吸蔵及び放出が可能な正極活物質を含有する正極、リチウムイオンの吸蔵及び放出が可能な負極活物質を含有する負極、及び非水電解液を有する。より詳細には、正極と負極との間にはセパレーターが設けられており、非水電解液は上記セパレーターに含浸された状態で、正極、負極等と共に外装ケースに収容されている。本発明のリチウムイオン二次電池は、上述した本発明の非水電解液を備えている。
2. Lithium ion secondary battery The lithium ion secondary battery of the present invention is a positive electrode containing a positive electrode active material capable of inserting and extracting lithium ions, a negative electrode containing a negative electrode active material capable of inserting and extracting lithium ions, And a non-aqueous electrolyte. More specifically, a separator is provided between the positive electrode and the negative electrode, and the non-aqueous electrolyte is accommodated in the outer case together with the positive electrode, the negative electrode, and the like in a state of being impregnated in the separator. The lithium ion secondary battery of the present invention includes the above-described non-aqueous electrolyte of the present invention.

2−1.正極
正極は、正極活物質、導電助剤及び結着剤等を含む正極合剤が正極集電体に担持されてなるものであり、通常、シート状に成形されている。
2-1. Positive Electrode The positive electrode is formed by supporting a positive electrode mixture containing a positive electrode active material, a conductive auxiliary agent, a binder, and the like on a positive electrode current collector, and is usually formed in a sheet shape.

正極の製造方法は特に限定されないが、例えば、(i)分散用溶媒に正極合剤を溶解又は分散させた正極活物質組成物を正極集電体にドクターブレード法等で塗工したり、正極集電体を正極活物質組成物に浸漬した後、乾燥する方法;(ii)正極活物質組成物を混練成形し乾燥して得たシートを正極集電体に導電性接着剤を介して接合し、プレス、乾燥する方法;(iii)液状潤滑剤を添加した正極活物質組成物を正極集電体上に塗布又は流延して、所望の形状に成形した後、液状潤滑剤を除去し、次いで、一軸又は多軸方向に延伸する方法;等が挙げられる。また、必要に応じて乾燥後の正極合剤層を加圧してもよい。これにより正極集電体との接着強度が増し、電極密度も高められる。   The method for producing the positive electrode is not particularly limited. For example, (i) a positive electrode active material composition obtained by dissolving or dispersing a positive electrode mixture in a dispersion solvent is applied to a positive electrode current collector by a doctor blade method or the like; A method in which the current collector is immersed in the positive electrode active material composition and then dried; (ii) a sheet obtained by kneading and forming the positive electrode active material composition and drying is joined to the positive electrode current collector via a conductive adhesive. (Iii) coating or casting the positive electrode active material composition to which the liquid lubricant has been added on the positive electrode current collector to form a desired shape, and then removing the liquid lubricant. And then stretching in a uniaxial or multiaxial direction; and the like. Further, if necessary, the dried positive electrode mixture layer may be pressurized. Thereby, the adhesive strength with the positive electrode current collector is increased, and the electrode density is also increased.

正極集電体の材料、正極活物質、導電助剤、結着剤、正極活物質組成物に用いられる溶媒(正極合剤を分散または溶解する溶媒)としては特に限定されず、従来公知の各材料を用いることができ、例えば、特開2014−13704号公報に記載の各材料を用いることができる。   The material of the positive electrode current collector, the positive electrode active material, the conductive auxiliary agent, the binder, and the solvent (solvent for dispersing or dissolving the positive electrode mixture) used in the positive electrode active material composition are not particularly limited, and may be any of conventionally known materials. Materials can be used, and for example, each material described in JP-A-2014-13704 can be used.

正極活物質の使用量は、正極合剤100質量部に対して75質量部以上、99質量部以下とするのが好ましく、より好ましくは85質量部以上であり、さらに好ましくは90質量部以上であり、より好ましくは98質量部以下であり、さらに好ましくは97質量部以下である。   The amount of the positive electrode active material used is preferably 75 parts by mass or more and 99 parts by mass or less, more preferably 85 parts by mass or more, and still more preferably 90 parts by mass or more, based on 100 parts by mass of the positive electrode mixture. Yes, more preferably 98 parts by mass or less, even more preferably 97 parts by mass or less.

導電助剤を用いる場合の、正極合剤中の導電助剤の含有量としては、正極合剤100質量%に対して、0.1質量%〜10質量%の範囲で用いるのが好ましい(より好ましくは0.5質量%〜10質量%、さらに好ましくは1質量%〜10質量%)。導電助剤が少なすぎると、導電性が極端に悪くなり、負荷特性及び放電容量が劣化する虞がある。一方、多すぎると正極合剤層のかさ密度が高くなり、結着剤の含有量をさらに増やす必要があるため好ましくない。   When the conductive auxiliary is used, the content of the conductive auxiliary in the positive electrode mixture is preferably in the range of 0.1% by mass to 10% by mass with respect to 100% by mass of the positive electrode mixture. Preferably, it is 0.5% by mass to 10% by mass, more preferably 1% by mass to 10% by mass). If the amount of the conductive assistant is too small, the conductivity becomes extremely poor, and the load characteristics and the discharge capacity may be deteriorated. On the other hand, if it is too large, the bulk density of the positive electrode mixture layer becomes high, and it is necessary to further increase the content of the binder, which is not preferable.

結着剤を用いる場合の、正極合剤中の結着剤の含有量としては、正極合剤100質量%に対して0.1質量%〜10質量%が好ましい(より好ましくは0.5質量%〜9質量%、さらに好ましくは1質量%〜8質量%)。結着剤が少なすぎると良好な密着性が得られず、正極活物質や導電助剤が集電体から脱離してしまう虞がある。一方、多すぎると内部抵抗の増加を招き電池特性に悪影響を及ぼしてしまう虞がある。
導電助剤及び結着剤の配合量は、電池の使用目的(出力重視、エネルギー重視等)、イオン伝導性等を考慮して適宜調整することができる。
When a binder is used, the content of the binder in the positive electrode mixture is preferably 0.1% by mass to 10% by mass relative to 100% by mass of the positive electrode mixture (more preferably 0.5% by mass). % To 9% by mass, more preferably 1% to 8% by mass). If the amount of the binder is too small, good adhesion cannot be obtained, and the positive electrode active material and the conductive assistant may be detached from the current collector. On the other hand, if the amount is too large, the internal resistance may increase, which may adversely affect battery characteristics.
The amounts of the conductive auxiliary agent and the binder can be appropriately adjusted in consideration of the intended use of the battery (emphasis on output, energy, etc.), ionic conductivity, and the like.

2−2.負極
負極は、負極活物質、結着剤及び必要に応じて導電助剤等を含む負極合剤が負極集電体に担持されてなるものであり、通常、シート状に成形されている。
負極の製造方法としては、正極の製造方法と同様の方法を採用することができる。また、負極の製造時に使用する導電助剤、結着剤、材料分散用の溶媒も、正極で用いられるものと同様のものが用いられる。
2-2. Negative Electrode The negative electrode is one in which a negative electrode mixture containing a negative electrode active material, a binder, and, if necessary, a conductive auxiliary is supported on a negative electrode current collector, and is usually formed in a sheet shape.
As a method for manufacturing the negative electrode, a method similar to the method for manufacturing the positive electrode can be employed. In addition, the same conductive assistant, binder, and solvent for dispersing the materials used in the production of the negative electrode as those used in the positive electrode are used.

負極集電体の材料、負極活物質としては、従来公知の負極活物質を用いることができ、例えば、特開2014−13704号公報に記載の各材料を用いることができる。   As the material of the negative electrode current collector and the negative electrode active material, a conventionally known negative electrode active material can be used. For example, each material described in JP-A-2014-13704 can be used.

2−3.セパレーター
セパレーターは正極と負極とを隔てるように配置されるものである。セパレーターには特に制限がなく、本発明では、従来公知のセパレーターはいずれも使用でき、例えば、特開2014−13704号公報に記載の各材料を用いることができる。
2-3. Separator The separator is arranged so as to separate the positive electrode and the negative electrode. The separator is not particularly limited, and any conventionally known separator can be used in the present invention. For example, each material described in JP-A-2014-13704 can be used.

2−4.電池外装材
正極、負極、セパレーター及び非水電解液等を備えた電池素子は、リチウムイオン二次電池使用時の外部からの衝撃、環境劣化等から電池素子を保護するため電池外装材に収容される。本発明では、電池外装材の素材は特に限定されず従来公知の外装材はいずれも使用することができる。
2-4. Battery exterior material A battery element equipped with a positive electrode, a negative electrode, a separator, a non-aqueous electrolyte, etc. is housed in a battery exterior material to protect the battery element from external impact and environmental degradation when using a lithium ion secondary battery. You. In the present invention, the material of the battery exterior material is not particularly limited, and any conventionally known exterior materials can be used.

本発明に係るリチウムイオン二次電池の形状は特に限定されず、円筒型、角型、ラミネート型、コイン型、大型等、リチウムイオン二次電池の形状として従来公知の形状はいずれも使用することができる。また、電気自動車、ハイブリッド電気自動車等に搭載するための高電圧電源(数10V〜数100V)として使用する場合には、個々の電池を直列に接続して構成される電池モジュールとすることもできる。   The shape of the lithium ion secondary battery according to the present invention is not particularly limited, and any conventionally known shape of the lithium ion secondary battery may be used, such as a cylindrical shape, a square shape, a laminate type, a coin shape, and a large size. Can be. When used as a high-voltage power supply (several tens of volts to several hundreds of volts) to be mounted on an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, or the like, a battery module configured by connecting individual batteries in series can be used. .

本発明のリチウムイオン二次電池の定格充電電圧は特に限定されないが、4.2V以上であるのが好ましい。本発明による効果は特に4.2Vを超える電圧で使用する場合に顕著となる。より好ましくは4.3V以上であり、さらに好ましくは4.35V以上である。定格充電電圧が高いほど、エネルギー密度を高めることはできるが、高すぎると安全性を確保し難い場合がある。したがって、定格充電電圧は4.6V以下であるのが好ましい。より好ましくは4.5V以下である。   The rated charging voltage of the lithium ion secondary battery of the present invention is not particularly limited, but is preferably 4.2 V or more. The effect of the present invention is particularly remarkable when used at a voltage exceeding 4.2V. More preferably, it is 4.3 V or more, and further preferably, it is 4.35 V or more. The energy density can be increased as the rated charging voltage is higher, but if it is too high, it may be difficult to ensure safety. Therefore, the rated charging voltage is preferably 4.6 V or less. More preferably, it is 4.5 V or less.

以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。   Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to Examples. However, the present invention is not limited to the following Examples, and may be appropriately modified within a range that can conform to the purpose of the preceding and the following. It is, of course, possible to implement them, and all of them are included in the technical scope of the present invention.

1.非水電解液の調製
エチレンカーボネート(EC)とエチルメチルカーボネート(EMC)とを、3:7(体積比)で混合した非水溶媒に六フッ化リン酸リチウム(LiPF6、キシダ化学株式会社製、電解質塩)を溶解させて、LiPF6濃度1.2mol/Lの非水電解液No.1を調製した。
1. Preparation of Non-Aqueous Electrolyte Lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 , manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.) in a non-aqueous solvent in which ethylene carbonate (EC) and ethyl methyl carbonate (EMC) are mixed at a ratio of 3: 7 (volume ratio). , An electrolyte salt) and a non-aqueous electrolyte solution having a LiPF 6 concentration of 1.2 mol / L. 1 was prepared.

上記非水電解液No.1中に、一般式(2)で表される化合物として、リチウムビスオキサラートボレート(LiBOB)を1質量%となるように溶解させて、非水電解液No.2を調製した。   The above non-aqueous electrolyte solution No. In Example 1, lithium bisoxalate borate (LiBOB) was dissolved in a concentration of 1% by mass as a compound represented by the general formula (2). 2 was prepared.

上記非水溶媒中のLiPF6の濃度を1mol/Lとし、スルホニルイミドアニオン(1)を有し、非水電解液中でスルホニルイミドアニオン(1)を生成する化合物として、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(以下、LiFSIと称する場合がある)を0.2mol/Lとなるように溶解させ、かつ、LiBOBが1質量%となるように溶解させて、非水電解液No.3を調製した。 Lithium bis (fluorosulfonyl) was used as a compound having a sulfonylimide anion (1) and producing a sulfonylimide anion (1) in a nonaqueous electrolyte, with the concentration of LiPF 6 in the nonaqueous solvent being 1 mol / L. An imide (hereinafter sometimes referred to as LiFSI) was dissolved at a concentration of 0.2 mol / L, and LiBOB was dissolved at a concentration of 1% by mass. 3 was prepared.

上記非水溶媒中のLiPF6の濃度を0.6mol/L、LiFSIの濃度を0.6mol/Lとした以外は非水電解液No.1と同様にして、非水電解液No.4を調製した。この非水電解液No.4に、LiBOBが1質量%となるように溶解させ、非水電解液No.5を調製した。 Except that the concentration of LiPF 6 and the concentration of LiFSI in the non-aqueous solvent were set to 0.6 mol / L and 0.6 mol / L, respectively, In the same manner as in Non-aqueous electrolyte solution No. 1, 4 was prepared. This non-aqueous electrolyte solution No. 4 was dissolved in LiBOB so as to be 1% by mass. 5 was prepared.

2.コイン型リチウムイオン二次電池の作製
正極活物質(LiCoO2)、導電助剤1(アセチレンブラック、AB)、導電助剤2(グラファイト)及び結着剤(ポリフッ化ビニリデン、PVdF)を93:2:2:3の質量比で有する正極と、負極活物質として人造黒鉛、導電助剤(気相法炭素繊維、「VGCF(登録商標)」、昭和電工社製)、及び結着剤(ポリフッ化ビニリデン、PVdF)を95.7:0.5:3.8の質量比で有する負極を用いた。セパレーター(ポリエチレン製、16μm)に非水電解液を含浸させ、コインセルを作製した。
2. Manufacture of coin type lithium ion secondary battery Positive electrode active material (LiCoO 2 ), conductive agent 1 (acetylene black, AB), conductive agent 2 (graphite), and binder (polyvinylidene fluoride, PVdF) were 93: 2. : A positive electrode having a mass ratio of 2: 3, artificial graphite as a negative electrode active material, a conductive additive (vapor-grown carbon fiber, “VGCF (registered trademark)”, manufactured by Showa Denko KK), and a binder (polyfluorinated A negative electrode having a mass ratio of vinylidene (PVdF) of 95.7: 0.5: 3.8 was used. A separator (made of polyethylene, 16 μm) was impregnated with a non-aqueous electrolyte to prepare a coin cell.

3.電池評価
3−1.4.4Vにおける0.2C回復容量及び放置後レート特性(1C/0.2C)の測定
コインセルを用いて定格充電電圧を4.4Vとするリチウムイオン二次電池を作製し、充放電試験装置(ACD−01、アスカ電子株式会社製)を使用して、温度25℃の環境下、4.4Vまで1Cで0.02Cカットの定電流定電圧充電を行った後、0.2Cで2.75Vまで放電したときの容量を測定した。この容量を初期0.2C容量とした。その後、同様の充電を行った後、1Cで2.75Vまで放電し、初期1C容量を測定した。その後4.4Vまで1Cで3時間の定電流定電圧(CCCV)充電を行い、80℃で3日間放置した。
3. Battery evaluation 3-1. Measurement of 0.2 C recovery capacity and rate characteristics after standing (1 C / 0.2 C) at 4.4 V. Using a coin cell, a lithium ion secondary battery with a rated charging voltage of 4.4 V was manufactured. Using a charge / discharge tester (ACD-01, manufactured by Asuka Electronics Co., Ltd.), a constant current and constant voltage charge of 0.02C cut at 1C to 4.4V under an environment of 25 ° C. The capacity when the battery was discharged at 2.C to 2.75 V was measured. This capacity was used as the initial 0.2 C capacity. Then, after performing the same charge, it discharged to 2.75V at 1C, and measured the initial 1C capacity. Thereafter, the battery was charged at a constant current and a constant voltage (CCCV) for 3 hours at 1 C to 4.4 V, and left at 80 ° C. for 3 days.

放置後の電池を温度25℃の環境下に置き24時間経過した後、温度25℃、放電速度1Cで2.75Vまで放電し、放電容量を測定した。その後、4.4Vまで1Cで0.02Cカットの定電流定電圧充電を行い、0.2Cで2.75Vまで定電流放電を行った。このときの放電容量を放置後0.2C回復容量とした。初期0.2C容量と放置後0.2C回復容量の値から、下記式により0.2C回復容量(%)を求めた。結果を表1に示した。
0.2C回復容量(%)=(放置後0.2C容量/初期0.2C容量)×100
さらに、4.4Vまで1Cで0.02Cカットの定電流定電圧充電を行った後、1Cで2.75Vまで定電流放電を行った。このときの容量を放置後1C容量とした。放置後0.2C容量に対する放置後1C容量の割合(下式)を放置後レートとして表1に併記した。
放置後レート(%)=(1C/0.2C)×100
After leaving the battery for 24 hours in an environment of a temperature of 25 ° C., the battery was discharged to 2.75 V at a temperature of 25 ° C. and a discharge rate of 1 C, and the discharge capacity was measured. Thereafter, constant-current constant-voltage charging was performed at 1 C at 0.02 C cut to 4.4 V, and constant-current discharging was performed at 0.2 C to 2.75 V. The discharge capacity at this time was 0.2 C recovery capacity after standing. From the values of the initial 0.2 C capacity and the 0.2 C recovery capacity after standing, a 0.2 C recovery capacity (%) was determined by the following equation. The results are shown in Table 1.
0.2C recovery capacity (%) = (0.2C capacity after standing / initial 0.2C capacity) × 100
Furthermore, constant-current constant-voltage charging was performed at 4.4 C with a cut of 0.02 C at 1 C, and then constant-current discharge was performed at 2.75 V with 1 C. The capacity at this time was 1 C capacity after standing. The ratio of the 1C capacity after standing to the 0.2C capacity after standing (the following formula) is also shown in Table 1 as the rate after standing.
Rate after standing (%) = (1C / 0.2C) × 100

No.1とNo.2を比較すると、0.2C回復容量と放置後レートはいずれも若干向上しているが、No.3はNo.2よりも、さらに0.2C回復容量と放置後レートが優れており、LiFSIとLiBOBの併用効果が確認できた。また、No.1とNo.4とNo.5を比較すると、No.4では、LiFSIを多くしたことで特に高温放置後のレートの低下が見られたが、LiBOBを添加したNo.5では5つの非水電解液の中で最も優れた値となった。これは、LiBOBの分解により負極上に被膜が形成され、正極近傍での電解液の分解生成物が負極上に堆積するのを抑制され、また、正極からの遷移金属の溶出がLiFSIにより抑制されたためであると考えられる。   No. 1 and No. Comparing No. 2, although both the 0.2 C recovery capacity and the rate after standing were slightly improved, No. 3 is No. Compared with No. 2, the 0.2C recovery capacity and the rate after standing were more excellent, and the combined effect of LiFSI and LiBOB could be confirmed. In addition, No. 1 and No. 4 and No. When No. 5 is compared, In No. 4, although the rate after the high-temperature storage was particularly decreased due to the increase in LiFSI, No. 4 in which LiBOB was added was used. 5 was the most excellent value among the five non-aqueous electrolytes. This is because a film is formed on the negative electrode due to decomposition of LiBOB, decomposition products of the electrolytic solution near the positive electrode are prevented from depositing on the negative electrode, and the elution of transition metal from the positive electrode is suppressed by LiFSI. It is considered that it is.

3−2.負極のICP発光分光分析(Co検出量)
ICP発光分光分析装置(島津製作所社製)を使用して高温保存試験後の負極を分析した。高温保存試験後の負極をエチルメチルカーボネート50mlで洗浄した後、負極活物質を剥離し、1gの硝酸に溶解させ、これを純水で15倍に希釈して測定用試料を調製し、ICP発光分光分析を行った。非水電解液1を用いた定格充電電圧4.2Vの場合の電池の負極のCo検出量を100(%)として指数化した値を表2に示す。
3-2. ICP emission spectroscopy of negative electrode (Co detection amount)
The negative electrode after the high-temperature storage test was analyzed using an ICP emission spectrometer (manufactured by Shimadzu Corporation). After washing the negative electrode after the high-temperature storage test with 50 ml of ethyl methyl carbonate, the negative electrode active material was peeled off, dissolved in 1 g of nitric acid, and diluted 15 times with pure water to prepare a sample for measurement. Spectroscopic analysis was performed. Table 2 shows an indexed value where the amount of detected Co of the negative electrode of the battery in the case of the rated charging voltage of 4.2 V using the non-aqueous electrolyte 1 is defined as 100 (%).

LiFSIを含む非水電解液No.3〜5は、いずれもLiFSIを含まない場合に比べてCo検出量が少ないことが確認された。   Non-aqueous electrolyte containing LiFSI It was confirmed that all of the samples Nos. 3 to 5 had a smaller amount of Co detection than the case where no LiFSI was contained.

3−3.4.2Vにおける0.2C回復容量及び放置後レート特性(1C/0.2C)の測定
本発明のリチウムイオン二次電池における一般式(2)で示される化合物の添加効果は、特に4.2Vを超える電圧で使用される場合に顕著になる。4.2Vではどの程度の効果があるか確認する実験を行った。4.4Vを4.2Vに変える以外は、3−1と同様にして0.2C回復容量と放置後レート特性を測定した。また、3−2と同様にしてCo検出量も測定した。結果を表3に示す。
Measurement of 0.2 C recovery capacity and rate characteristic after standing (1 C / 0.2 C) at 3-3.4.2 V The addition effect of the compound represented by the general formula (2) in the lithium ion secondary battery of the present invention is as follows. In particular, it becomes remarkable when used at a voltage exceeding 4.2V. An experiment was conducted to confirm the effect at 4.2 V. Except changing 4.4V to 4.2V, it carried out similarly to 3-1 and measured the 0.2C recovery capacity and the rate characteristic after standing. The amount of Co detection was also measured in the same manner as in 3-2. Table 3 shows the results.

表3から明らかなように、4.2Vの充電状態では、LiBOBを添加しても、回復容量や放置後レート特性が低下し、LiBOBの添加効果は認められなかった。4.4Vの高電圧では、LiBOB由来の被膜が負極上に形成され、正極近傍で電解液が分解して生じた生成物の負極上への堆積を抑制するのに対し、4.2Vでは、そのようなLiBOB由来の被膜が逆に抵抗膜となり、高温保存後の電池性能を悪化させてしまうためであると考えられる。   As is clear from Table 3, in the charged state of 4.2 V, even if LiBOB was added, the recovery capacity and the rate characteristics after standing were reduced, and the effect of adding LiBOB was not recognized. At a high voltage of 4.4 V, a film derived from LiBOB is formed on the negative electrode, and the decomposition of the electrolytic solution near the positive electrode suppresses deposition on the negative electrode, whereas at 4.2 V, It is considered that such a film derived from LiBOB becomes a resistive film, which deteriorates the battery performance after high-temperature storage.

以上のとおり、LiBOBの添加は4.2Vを超える高電圧では極めて有効であるが、4.2V以下では効果のないことが明らかとなった。   As described above, it was found that the addition of LiBOB was extremely effective at a high voltage exceeding 4.2 V, but had no effect at a voltage of 4.2 V or less.

Claims (4)

定格充電電圧が4.2Vを超えるリチウムイオン二次電池に用いられる非水電解液であって、
上記非水電解液は、
一般式(1)[N(XSO2)(FSO2)]-(一般式(1)中、Xは、フッ素原子、炭素数1〜6のアルキル基又は炭素数1〜6のフルオロアルキル基を表す。)で表されるアニオンと、
下記一般式(7)、一般式(8)で表されるアニオン及びヘキサフルオロ砒酸イオン(AsF 6 - )よりなる群から選択される少なくとも1種のアニオンと、
[PF l (C m 2m+1 6-l ] - (0≦l≦6、1≦m≦4) (7)
[BF n (C o 2o+1 4-n ] - (0≦n≦4、1≦o≦4) (8)
リチウムカチオンと、
下記一般式(2)で表される化合物と、
(一般式(2)中、MはB又はP、Aa+は金属イオン、水素イオン、又はオニウムイオン、aは1〜3、bは1〜3、pはb/a、mは1〜3、nは0〜4、qは0又は1をそれぞれ表し、R1はC1〜C10のアルキレン基又はC1〜C10のハロゲン化アルキレン基、R2はフッ素又はC1〜C10のフッ素化アルキル基、X1、X2はそれぞれ独立でO又はSを表す。)
媒体とを含み、
上記一般式(1)で表されるアニオンの含有量が、該一般式(1)で表されるアニオンと、上記一般式(7)、一般式(8)で表されるアニオン及びヘキサフルオロ砒酸イオン(AsF 6 - )との合計100mol%中、30mol%以上であり、
上記媒体が、炭酸エチレン、炭酸プロピレン、2,3−ジメチル炭酸エチレン、炭酸1,2−ブチレン及びエリスリタンカーボネートよりなる群から選択される少なくとも1種の飽和環状カーボネート系溶媒を含むことを特徴とする非水電解液。
A non-aqueous electrolyte used for a lithium ion secondary battery having a rated charging voltage exceeding 4.2 V,
The non-aqueous electrolyte,
General formula (1) [N (XSO 2 ) (FSO 2 )] - (In general formula (1), X represents a fluorine atom, an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, or a fluoroalkyl group having 1 to 6 carbon atoms. And an anion represented by
At least one anion selected from the group consisting of an anion represented by the following general formulas (7) and (8) and a hexafluoroarsenate ion (AsF 6 );
[PF l (C m F 2m + 1 ) 6-l ] - (0 ≦ l ≦ 6, 1 ≦ m ≦ 4) (7)
[BF n (C o F 2o + 1) 4-n] - (0 ≦ n ≦ 4,1 ≦ o ≦ 4) (8)
A lithium cation,
A compound represented by the following general formula (2):
(In the general formula (2), M is B or P, A a + is a metal ion, hydrogen ion, or onium ion, a is 1 to 3, b is 1 to 3, p is b / a, and m is 1 to 3. , N represents 0 to 4, q represents 0 or 1, R 1 represents a C 1 -C 10 alkylene group or a C 1 -C 10 halogenated alkylene group, and R 2 represents fluorine or a C 1 -C 10 The fluorinated alkyl group, X 1 and X 2 each independently represent O or S.)
And the media only contains,
The content of the anion represented by the general formula (1) is the same as the content of the anion represented by the general formula (1), the anion represented by the general formulas (7) and (8), and hexafluoroarsenate. 30 mol% or more of the total 100 mol% with the ion (AsF 6 );
Wherein said medium is, ethylene carbonate, propylene carbonate, 2,3-dimethyl ethylene carbonate, and contains Mukoto at least one saturated cyclic carbonate-based solvent is selected from carbonic acid 1,2-butylene and the group consisting of erythritan carbonate Non-aqueous electrolyte.
上記一般式(2)で表される化合物を0.01〜5質量%含む請求項1に記載の非水電解液。   The non-aqueous electrolyte according to claim 1, comprising 0.01 to 5% by mass of the compound represented by the general formula (2). 上記一般式(2)で表される化合物がビスオキサリルボレート塩である請求項1又は2に記載の非水電解液。   3. The non-aqueous electrolyte according to claim 1, wherein the compound represented by the general formula (2) is a bisoxalyl borate salt. 請求項1〜のいずれかに記載の非水電解液を備えたことを特徴とするリチウムイオン
二次電池。
Lithium ion secondary battery comprising the nonaqueous electrolytic solution according to any one of claims 1-3.
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