JP6760445B2 - Non-aqueous electrolyte solution and non-aqueous electrolyte secondary battery using it - Google Patents
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Description
本発明は、非水系電解液、及びそれを用いた非水系電解液二次電池に関するものである。 The present invention relates to a non-aqueous electrolyte solution and a non-aqueous electrolyte solution secondary battery using the same.
電子機器の急速な進歩に伴い、二次電池に対する高容量化への要求が高くなっており、エネルギー密度の高いリチウムイオン二次電池等の非水系電解液電池が広く使用され、また活発に研究されている。
非水系電解液電池に用いる電解液は、一般に、主として電解質と非水溶媒とから構成されている。リチウムイオン二次電池の電解液としては、LiPF6等の電解質を、環状カーボネート等の高誘電率溶媒と、鎖状カーボネート等の低粘度溶媒との混合溶媒に溶解させた非水系電解液が用いられている。
With the rapid progress of electronic devices, the demand for higher capacity for secondary batteries is increasing, and non-aqueous electrolyte batteries such as lithium-ion secondary batteries with high energy density are widely used and actively researched. Has been done.
The electrolyte used in a non-aqueous electrolyte battery is generally mainly composed of an electrolyte and a non-aqueous solvent. As the electrolytic solution of the lithium ion secondary battery, a non-aqueous electrolytic solution obtained by dissolving an electrolyte such as LiPF 6 in a mixed solvent of a high dielectric constant solvent such as cyclic carbonate and a low viscosity solvent such as chain carbonate is used. Has been done.
リチウムイオン二次電池は、充放電を繰り返すと、電解質が電極上で分解したり、電池を構成する材料の劣化などが起き、電池の容量が低下する。また、場合によっては電池の膨れや発火、爆発などに対する安全性が低下する可能性もある。
これまでに、特定の非水電解液を使用することで、リチウムイオン二次電池の電池特性を改善する方法が提案されている。例えば、特許文献1では、マレイミドまたはその誘導体が含有されている電解液を用いることで、リチウム金属と電解液の反応を抑制し、リチウム電池を60℃で2か月保存した時の自己放電率が向上することが報告されている。特許文献2ではマレイミドなどの化合物およびビニレンカーボネートを含有する電解液を用いることで、シリコン負極の充放電効率が改善することが報告されている。特許文献3ではマレイミド系化合物と、分子量が1000未満のヒドロキシル基を含む化学種を0.05重量%〜5重量%含有する電解液を用いることで、電池の充放電効率が改善することが報告されている。
When a lithium ion secondary battery is repeatedly charged and discharged, the electrolyte decomposes on the electrodes and the materials constituting the battery deteriorate, resulting in a decrease in the capacity of the battery. In some cases, the safety against swelling, ignition, explosion, etc. of the battery may be reduced.
So far, a method of improving the battery characteristics of a lithium ion secondary battery by using a specific non-aqueous electrolytic solution has been proposed. For example, in Patent Document 1, the reaction between the lithium metal and the electrolytic solution is suppressed by using an electrolytic solution containing maleimide or a derivative thereof, and the self-discharge rate when the lithium battery is stored at 60 ° C. for 2 months. Has been reported to improve. Patent Document 2 reports that the charge / discharge efficiency of a silicon negative electrode is improved by using an electrolytic solution containing a compound such as maleimide and vinylene carbonate. Patent Document 3 reports that the charge / discharge efficiency of a battery is improved by using a maleimide compound and an electrolytic solution containing 0.05% by weight to 5% by weight of a chemical species containing a hydroxyl group having a molecular weight of less than 1000. Has been done.
本発明は、非水系電解液二次電池において、電池を高温環境下で使用した電池電圧の低下を抑制すると共に回復容量率を向上させ、連続充電時における残存・回復容量率を向上させた、優れた電池を製造できる非水系電解液と、それ用いた非水系電解液二次電池を提供することを課題とする。 In the non-aqueous electrolyte secondary battery, the present invention suppresses a decrease in the battery voltage when the battery is used in a high temperature environment, improves the recovery capacity rate, and improves the remaining / recovery capacity rate during continuous charging. An object of the present invention is to provide a non-aqueous electrolyte solution capable of producing an excellent battery and a non-aqueous electrolyte secondary battery using the non-aqueous electrolyte solution.
特許文献1〜3に記載されている発明は、確かに電池の一部の特性の向上に寄与するが、その効果は満足できるものでなく、更なる改善が求められていた。
本発明者は上記課題を解決するために種々の検討を重ねた結果、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させるに至った。
The inventions described in Patent Documents 1 to 3 certainly contribute to the improvement of the characteristics of a part of the battery, but the effect is not satisfactory, and further improvement is required.
As a result of repeating various studies in order to solve the above-mentioned problems, the present inventor has found that the above-mentioned problems can be solved, and has completed the present invention.
即ち、本発明の要旨は、
[1]
金属イオンを吸蔵・放出しうる正極活物質を有する正極と、金属イオンを吸蔵・放出しうる負極活物質を有する負極とを備える非水系電解液二次電池に用いられる非水系電解液であって、
上記非水系電解液はビスマレイミド化合物を含有し、
かつ、ハロゲン原子を有するカーボネート、ニトリル化合物、S=O結合を有する化合物、イソシアナト基を有する化合物、式(X)で表される化合物、ジフルオロリン酸塩、ジ
カルボン酸エステルより選ばれる少なくとも一種の化合物を含有することを特徴とする非水系電解液。
That is, the gist of the present invention is
[1]
A non-aqueous electrolyte solution having a positive electrode having a positive electrode active material capable of occluding / releasing metal ions and a negative electrode having a negative electrode active material capable of occluding / releasing metal ions A non-aqueous electrolyte solution used in a secondary battery. ,
The non-aqueous electrolyte solution contains a bismaleimide compound and contains
At least one compound selected from carbonate having a halogen atom, a nitrile compound, a compound having an S = O bond, a compound having an isocyanato group, a compound represented by the formula (X), a difluorophosphate, and a dicarboxylic acid ester. A non-aqueous electrolyte solution characterized by containing.
(R43、R44、R45は、それぞれ独立にハロゲン原子、シアノ基、エステル基、エーテル基を有しても良い有機基を表す。)
[2]
上記ビスマレイミド化合物が、以下の式(1)〜式(6)のいずれかで表される化合物であることを特徴とする[1]に記載の非水系電解液。
(R 43 , R 44 , and R 45 represent organic groups that may independently have a halogen atom, a cyano group, an ester group, and an ether group, respectively.)
[2]
The non-aqueous electrolyte solution according to [1], wherein the bismaleimide compound is a compound represented by any of the following formulas (1) to (6).
(式中、R1〜R4は、それぞれ独立に水素原子、ハロゲン原子、炭化水素基、アルコキシ基を表す。) (In the formula, R 1 to R 4 independently represent a hydrogen atom, a halogen atom, a hydrocarbon group, and an alkoxy group.)
(式中、R5〜R8は、それぞれ独立に水素原子、ハロゲン原子、炭化水素基、アルコキシ基を表す。) (In the formula, R 5 to R 8 independently represent a hydrogen atom, a halogen atom, a hydrocarbon group, and an alkoxy group.)
(式中、R9〜R12は、それぞれ独立に水素原子、ハロゲン原子、炭化水素基、アルコキシ
基を表す。)
(In the formula, R 9 to R 12 independently represent a hydrogen atom, a halogen atom, a hydrocarbon group, and an alkoxy group.)
(式中、R13〜R22は、それぞれ独立に水素原子、ハロゲン原子、炭化水素基、アルコキシ基を表す。) (In the formula, R 13 to R 22 independently represent a hydrogen atom, a halogen atom, a hydrocarbon group, and an alkoxy group.)
(式中、R23〜R40は、それぞれ独立に水素原子、ハロゲン原子、炭化水素基、アルコキシ基を表す。) (In the formula, R 23 to R 40 independently represent a hydrogen atom, a halogen atom, a hydrocarbon group, and an alkoxy group.)
(R41,R42はそれぞれ独立に水素原子、ハロゲン原子、炭化水素基、アルコキシ基を表し、nは1以上の整数を表す。)
[3]
前記式(1)〜式(6)のいずれかで表される構造を有するビスマレイミド化合物の含有量が、非水系電解液において、0.01質量%以上5質量%以下であることを特徴とする[1]または[2]に記載の非水系電解液。
[4]
非水系電解液中の水分量が40ppm以下であることを特徴とする[1]乃至[3]のいずれか
一項に記載の非水系電解液。
[5]
前記ハロゲン原子を有するカーボネートが、フルオロエチレンカーボネート、ジフルオロエチレンカーボネートの少なくとも1種であることを特徴とする[1]乃至[4]のいずれか一項に記載の非水系電解液。
[6]
前記ニトリル化合物が、スクシノニトリル、グルタロニトリル、アジポニトリル、ピメロニトリル、セバコニトリル、バレロニトリル、オクタンニトリル、デカンニトリル、ラウロニトリル、クロトノニトリルの少なくとも1種であることを特徴とする[1]乃至[5]の何れか一項に記載の非水系電解液。
[7]
前記S=O結合を有する化合物が、プロパンスルトン、プロペンスルトン、硫酸エチレン、フルオロスルホン酸リチウム、リチウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)アミド、リチウムビス(フルオロスルホニル)アミドの少なくとも1種であることを特徴とする[1]乃至[6]の何れか一項に記載の非水系電解液。
[8]
前記イソシアナト基を有する化合物が、ヘキサメチレンジイソシアネート、1,3−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサンの少なくとも1種であることを特徴とする[1]乃至[7]の何れか一項に記載の非水系電解液。
[9]
前記式(X)で表される化合物が、以下の化合物の少なくとも1種であることを特徴と
する[1]乃至[8]の何れか一項に記載の非水系電解液。
(R 41 and R 42 independently represent a hydrogen atom, a halogen atom, a hydrocarbon group, and an alkoxy group, and n represents an integer of 1 or more.)
[3]
The content of the bismaleimide compound having the structure represented by any of the formulas (1) to (6) is 0.01% by mass or more and 5% by mass or less in the non-aqueous electrolytic solution []. The non-aqueous electrolyte solution according to 1] or [2].
[4]
The non-aqueous electrolyte solution according to any one of [1] to [3], wherein the water content in the non-aqueous electrolyte solution is 40 ppm or less.
[5]
The non-aqueous electrolyte solution according to any one of [1] to [4], wherein the carbonate having a halogen atom is at least one of fluoroethylene carbonate and difluoroethylene carbonate.
[6]
The nitrile compound is at least one of succinonitrile, glutaronitrile, adiponitrile, pimeronitrile, sevaconitrile, valeronitrile, octanenitrile, decanenitrile, lauronitrile, and crotononitrile [1] to [1] to [ The non-aqueous electrolyte solution according to any one of 5].
[7]
The compound having an S = O bond is characterized by being at least one of propane sultone, propensultone, ethylene sulfate, lithium fluorosulfonate, lithium bis (trifluoromethylsulfonyl) amide, and lithium bis (fluorosulfonyl) amide. The non-aqueous electrolyte solution according to any one of [1] to [6].
[8]
The non-item according to any one of [1] to [7], wherein the compound having an isocyanato group is at least one of hexamethylene diisocyanate and 1,3-bis (isocyanatomethyl) cyclohexane. Aqueous electrolyte.
[9]
The non-aqueous electrolyte solution according to any one of [1] to [8], wherein the compound represented by the formula (X) is at least one of the following compounds.
[10]
前記ジフルオロリン酸塩が、ジフルオロリン酸リチウム、ジフルオロリン酸ナトリウム、ジフルオロリン酸カリウムの少なくとも1種であることを特徴とする[1]乃至[9]の何れか一項に記載の非水系電解液。
[11]
前記ジカルボン酸エステルが、マロン酸エステル、メチルマロン酸エステル、エチルマロン酸エステル、プロピルマロン酸エステル、ブチルマロン酸エステル、コハク酸エステル、アジピン酸エステル、フマル酸エステル、マレイン酸エステルの少なくとも1種であることを特徴とする[1]乃至[10]の何れか一項に記載の非水系電解液。
[12]
金属イオンを吸蔵・放出しうる正極活物質を有する正極と、金属イオンを吸蔵・放出しうる負極活物質を有する負極と、非水系電解液を備える非水系電解液二次電池であって、前記[1]乃至[11]の何れか一項に記載された非水系電解液を使用することを特徴とする非水系電解液二次電池。
[10]
The non-aqueous electrolysis according to any one of [1] to [9], wherein the difluorophosphate is at least one of lithium difluorophosphate, sodium difluorophosphate, and potassium difluorophosphate. liquid.
[11]
The dicarboxylic acid ester is at least one of malonic acid ester, methyl malonic acid ester, ethyl malonic acid ester, propyl malonic acid ester, butyl malonic acid ester, succinic acid ester, adipic acid ester, fumaric acid ester, and maleic acid ester. The non-aqueous electrolyte solution according to any one of [1] to [10], which is characterized by being present.
[12]
A non-aqueous electrolyte secondary battery including a positive electrode having a positive electrode active material capable of storing and releasing metal ions, a negative electrode having a negative electrode active material capable of storing and releasing metal ions, and a non-aqueous electrolyte solution. A non-aqueous electrolyte secondary battery according to any one of [1] to [11], wherein the non-aqueous electrolyte solution is used.
本発明によれば、電池を高温環境下で使用した電池電圧の低下抑制をすると共に回復容量率を向上させ、連続充電時における残存・回復容量率を向上させた、優れた非水系電解液二次電池を得ることができる。 According to the present invention, an excellent non-aqueous electrolyte solution that suppresses a decrease in battery voltage when a battery is used in a high temperature environment, improves the recovery capacity rate, and improves the residual / recovery capacity rate during continuous charging. The next battery can be obtained.
以下に、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。ただし、以下に記載する説明は本発明の実施形態の一例(代表例)であり、本発明は請求項に記載の要旨を超えない限り、これらの内容に限定されるものではない。
〔1.非水系電解液〕
本発明の非水系電解液は、一般的な非水系電解液と同様に、電解質及びこれを溶解する非水溶媒を含有し、
ビスマレイミド化合物と特定の化合物を共に含有することを主たる特徴とする。
Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail. However, the description described below is an example (representative example) of the embodiment of the present invention, and the present invention is not limited to these contents as long as the gist described in the claims is not exceeded.
[1. Non-aqueous electrolyte solution]
The non-aqueous electrolyte solution of the present invention contains an electrolyte and a non-aqueous solvent that dissolves the electrolyte, like a general non-aqueous electrolyte solution.
Its main feature is that it contains both a bismaleimide compound and a specific compound.
〔1−1.ビスマレイミド化合物〕
請求項に記載されているビスマレイミド化合物としては、特に制限はないが、例として以下のものが挙げられる。
1−1−1.式(1)の化合物
[1-1. Bismaleimide compound]
The bismaleimide compound described in the claims is not particularly limited, and examples thereof include the following.
1-1-1. Compound of formula (1)
(式中、R1〜R4は、それぞれ独立に水素原子、ハロゲン原子、炭化水素基、アルコキシ基を表す。)
上記、ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子が挙げられ、これらの内では電池特性に対する向上効果が大きいため、フッ素原子が最も好ましい。
(In the formula, R 1 to R 4 independently represent a hydrogen atom, a halogen atom, a hydrocarbon group, and an alkoxy group.)
Examples of the halogen atom include a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, and an iodine atom. Among these, a fluorine atom is most preferable because it has a large effect of improving battery characteristics.
上記、炭化水素基としては、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基が挙げられ、これらの内では、反応性が適度で抵抗が低いことからアルキル基が最も好ましい。
炭化水素基及びアルコキシ基の炭素数はそれぞれ、本願発明の効果が損なわれない限り特に制限はないが、通常、1以上、好ましくは2以上であり、また通常10以下、好ましくは5以下、更に好ましくは3以下である。炭素数が多すぎると分子内の立体障害が大きくなり、電極表面での反応が起きにくくあるためである。
Examples of the hydrocarbon group include an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, and an aryl group. Among these, an alkyl group is most preferable because of its moderate reactivity and low resistance.
The carbon number of each of the hydrocarbon group and the alkoxy group is not particularly limited as long as the effect of the present invention is not impaired, but is usually 1 or more, preferably 2 or more, and usually 10 or less, preferably 5 or less, and further. It is preferably 3 or less. This is because if the number of carbon atoms is too large, intramolecular steric hindrance becomes large and the reaction on the electrode surface is unlikely to occur.
アルキル基の具体例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、t−ブチル基、t−アミル基などが挙げられる。アルケニル基の例としては、ビニル基、アリル基、1−プロペニル基、1−ブテニル基などが挙げられる。アルキニル基の例としては、エチニル基、プロピニル基などが挙げられる。アリール基の例としては、フェニル基、2−トリル基、3−トリル基、4−トリル基、ベンジル基、4−t−ブチルフェニル基、4−t−アミルフェニル基などが挙げられる。これらの内で
は、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、t−ブチル基、t−アミル基が好ましく、特にメチル基、エチル基、プロピル基が反応性が適度で抵抗が低いことから好ましい。式(1)の具体的な化合物としては、以下のものなどが挙げられる。これらの中でも、化合物1−0、化合物1−1、化合物1−2、化合物1−5が好ましい。
Specific examples of the alkyl group include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an isopropyl group, a butyl group, an isobutyl group, a t-butyl group, a t-amyl group and the like. Examples of the alkenyl group include a vinyl group, an allyl group, a 1-propenyl group, a 1-butenyl group and the like. Examples of the alkynyl group include an ethynyl group and a propynyl group. Examples of the aryl group include a phenyl group, a 2-tolyl group, a 3-tolyl group, a 4-tolyl group, a benzyl group, a 4-t-butylphenyl group, a 4-t-amylphenyl group and the like. Of these, a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an isopropyl group, a t-butyl group, and a t-amyl group are preferable, and a methyl group, an ethyl group, and a propyl group are particularly preferable because they have moderate reactivity and low resistance. .. Specific examples of the compound of the formula (1) include the following. Among these, compound 1-0, compound 1-1, compound 1-2, and compound 1-5 are preferable.
1−1−2.式(2)の化合物 1-1-2. Compound of formula (2)
(式中、R5〜R8は、それぞれ独立に水素原子、ハロゲン原子、炭化水素基、アルコキシ基を表す。)
上記、R5〜R8の内容は、式(1)で記載したR1〜R4の内容と同じである。
式(2)の具体的な化合物としては、以下のものなどが挙げられる。これらの中でも、化合物2−0、化合物2−1、化合物2−2、化合物2−4が正極表面での反応性が適度であるため、本発明の効果を適切に発現できるため好ましい。
(In the formula, R 5 to R 8 independently represent a hydrogen atom, a halogen atom, a hydrocarbon group, and an alkoxy group.)
The contents of R 5 to R 8 described above are the same as the contents of R 1 to R 4 described in the equation (1).
Specific examples of the compound of the formula (2) include the following. Among these, Compound 2-0, Compound 2-1 and Compound 2-2, and Compound 2-4 are preferable because they have appropriate reactivity on the positive electrode surface and can appropriately exhibit the effects of the present invention.
1−1−3.式(3)の化合物 1-1-3. Compound of formula (3)
(式中、R9〜R12は、それぞれ独立に水素原子、ハロゲン原子、炭化水素基、アルコキシ
基を表す。)
上記、R9〜R12の内容は、式(1)で記載したR1〜R4の内容と同じである。
式(3)の具体的な化合物としては、以下のものなどが挙げられる。これらの中でも、化合物3−0、化合物3−1、化合物3−2が正極表面での反応性が適度であるため、本発明の効果を適切に発現できるため好ましい。
(In the formula, R 9 to R 12 independently represent a hydrogen atom, a halogen atom, a hydrocarbon group, and an alkoxy group.)
The contents of R 9 to R 12 described above are the same as the contents of R 1 to R 4 described in the equation (1).
Specific examples of the compound of the formula (3) include the following. Among these, compound 3-0, compound 3-1 and compound 3-2 are preferable because they have appropriate reactivity on the positive electrode surface and can appropriately exhibit the effects of the present invention.
1−1−4.式(4)の化合物 1-1-4. Compound of formula (4)
(式中、R13〜R22は、それぞれ独立に水素原子、ハロゲン原子、炭化水素基、アルコキシ基を表す。)
上記、R13〜R22の内容は、式(1)で記載したR1〜R4の内容と同じである。
式(4)の具体的な化合物としては、以下のものなどが挙げられる。なお、Meはメチル基を示す。これらの中でも、化合物4−0、化合物4−1、化合物4−2、化合物4−8、化合物4−10、化合物4−11が好ましい。
(In the formula, R 13 to R 22 independently represent a hydrogen atom, a halogen atom, a hydrocarbon group, and an alkoxy group.)
The contents of R 13 to R 22 described above are the same as the contents of R 1 to R 4 described in the equation (1).
Specific examples of the compound of the formula (4) include the following. In addition, Me represents a methyl group. Among these, compound 4-0, compound 4-1 and compound 4-2, compound 4-8, compound 4-10 and compound 4-11 are preferable.
1−1−5.式(5)の化合物 1-1-5. Compound of formula (5)
(式中、R23〜R40は、それぞれ独立に水素原子、ハロゲン原子、炭化水素基、アルコキシ基を表す。)
上記、R23〜R40の内容は、式(1)で記載したR1〜R4の内容と同じである。
式(5)の具体的な化合物としては、以下のものなどが挙げられる。これらの中でも、化合物5−2が正極表面での反応性が適度であるため、本発明の効果を適切に発現できるため好ましい。
(In the formula, R 23 to R 40 independently represent a hydrogen atom, a halogen atom, a hydrocarbon group, and an alkoxy group.)
The contents of R 23 to R 40 described above are the same as the contents of R 1 to R 4 described in the equation (1).
Specific examples of the compound of the formula (5) include the following. Among these, compound 5-2 is preferable because it has an appropriate reactivity on the surface of the positive electrode and can appropriately exhibit the effects of the present invention.
1−1−6.式(6)の化合物 1-1-6. Compound of formula (6)
(R41,R42はそれぞれ独立に水素原子、ハロゲン原子、炭化水素基、アルコキシ基を表し、nは1以上の整数を表す。)
R41,R42のハロゲン原子としてはフッ素、塩素、臭素、ヨウ素が挙げられる。中でもフッ素であると電池中の反応に対して安定であることから好ましい。炭化水素基としては、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基が挙げられる。アルキル基としては、炭素数1〜10のアルキル基が挙げられ、特に炭素数1〜5のアルキル基が好ましい。アルキル基の具体例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、t−ブチル基、t−アミル基などが挙げられる。アルケニル基の例としては、ビニル基、アリル基、1−プロペニル基、1−ブテニル基などが挙げられる。アルキニル基の例としては、エチニル基、プロピニル基などが挙げられる。アリール基の例としては、フェニル基、2−トリル基、3−トリル基、4−トリル基、ベンジル基、4−t−ブチルフェニル基、4−t−アミルフェニル基などが挙げられる。これらの内
では、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、t−ブチル基、t−アミル基が好ましく、特にメチル基、エチル基、プロピル基であると、化合物の反応性が適度で抵抗が低いことから好ましい。アルコキシ基としては、炭素数1〜10のアルコキシ基が挙げられ、特に炭素数1〜5のアルコキシ基が好ましい。アルコキシ基の具体例としては、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基、t−ブトキシ基、メトキシメチル基、エトキシエチル基などが挙げられ、メトキシ基、エトキシ基であると、化合物の反応性が適度で抵抗が低いことから好ましい。
(R 41 and R 42 independently represent a hydrogen atom, a halogen atom, a hydrocarbon group, and an alkoxy group, and n represents an integer of 1 or more.)
Examples of the halogen atoms of R 41 and R 42 include fluorine, chlorine, bromine and iodine. Of these, fluorine is preferable because it is stable against reactions in the battery. Examples of the hydrocarbon group include an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, and an aryl group. Examples of the alkyl group include an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, and an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms is particularly preferable. Specific examples of the alkyl group include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an isopropyl group, a butyl group, an isobutyl group, a t-butyl group, a t-amyl group and the like. Examples of the alkenyl group include a vinyl group, an allyl group, a 1-propenyl group, a 1-butenyl group and the like. Examples of the alkynyl group include an ethynyl group and a propynyl group. Examples of the aryl group include a phenyl group, a 2-tolyl group, a 3-tolyl group, a 4-tolyl group, a benzyl group, a 4-t-butylphenyl group, a 4-t-amylphenyl group and the like. Of these, a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an isopropyl group, a t-butyl group, and a t-amyl group are preferable, and in particular, a methyl group, an ethyl group, and a propyl group have moderate reactivity of the compound and resistance. Is preferable because it is low. Examples of the alkoxy group include an alkoxy group having 1 to 10 carbon atoms, and an alkoxy group having 1 to 5 carbon atoms is particularly preferable. Specific examples of the alkoxy group include a methoxy group, an ethoxy group, a propoxy group, a butoxy group, a t-butoxy group, a methoxymethyl group, an ethoxyethyl group and the like. If the alkoxy group is a methoxy group or an ethoxy group, the reactivity of the compound Is preferable because it is moderate and has low resistance.
R41,R42としては、水素原子、フッ素原子、メチル基、エチル基であると特に化合物の反応性が適度で抵抗が低いことから好ましい。
nは1以上の整数であり、好ましくは2以上、より好ましくは3以上、更に好ましくは
4以上であり、一方通常20以下、好ましくは15以下、より好ましくは12以下である。上記の範囲内であると2つのマレイミド間の距離が適度であるため化合物の安定性が高いと共に、正極表面での反応性が適度であるため、本発明の効果を適切に発現できるため好ましい。
As R 41 and R 42 , a hydrogen atom, a fluorine atom, a methyl group, and an ethyl group are particularly preferable because the reactivity of the compound is appropriate and the resistance is low.
n is an integer of 1 or more, preferably 2 or more, more preferably 3 or more, still more preferably 4 or more, while usually 20 or less, preferably 15 or less, more preferably 12 or less. Within the above range, the distance between the two maleimides is appropriate, so that the stability of the compound is high, and the reactivity on the positive electrode surface is appropriate, so that the effects of the present invention can be appropriately exhibited, which is preferable.
式(2)の具体的化合物としては、 Specific compounds of formula (2) include
などが挙げられる。
上記の中でも化合物6−1〜化合物6−6が好ましく、特に化合物6−1、化合物6−3、化合物6−4はそれが形成する被膜が安定であるため好ましい。
上記の化合物の中でも電極上を広く保護できる被膜を形成するため、式(4)の化合物及び式(5)の化合物がより好ましく、式(4)の化合物が更に好ましい。
上記の化合物を用いると、負極の表面に均一な被膜を形成することにより、高温時の容量低下を抑制し、連続充電時の容量低下を抑制する効果が大きい。これらは単独で用いても、2種類以上を併用してもよい。
And so on.
Among the above, compounds 6-1 to 6-6 are preferable, and compounds 6-1 and 6-3 and 6-4 are particularly preferable because the film formed by them is stable.
Among the above compounds, the compound of the formula (4) and the compound of the formula (5) are more preferable, and the compound of the formula (4) is further preferable, in order to form a film capable of widely protecting the electrode.
When the above compound is used, by forming a uniform film on the surface of the negative electrode, the effect of suppressing the capacity decrease at high temperature and suppressing the capacity decrease at the time of continuous charging is great. These may be used alone or in combination of two or more.
上記の化合物を用いるときは非水電解液中に、0.01質量%以上含有することが好ましく、0.03質量%以上含有することが更に好ましく、0.05質量%以上含有することが最も好ましい。また、5質量%以下の含有量で用いることが好ましく、3質量%以下の含有量で用いることがさらに好ましく、1質量%以下の含有量で用いることが特に好ましく、0.5質量%以下の含有量で用いることが最も好ましい。上記の含有量で用いることで、高温保存特性、連続充電特性の向上効果を十分に得ることができると共に、不要な抵抗上昇を抑制することができる。 When the above compound is used, it is preferably contained in a non-aqueous electrolytic solution in an amount of 0.01% by mass or more, more preferably 0.03% by mass or more, and most preferably 0.05% by mass or more. Further, it is preferably used in a content of 5% by mass or less, more preferably in a content of 3% by mass or less, particularly preferably in a content of 1% by mass or less, and a content of 0.5% by mass or less. Most preferably used in. By using the above content, it is possible to sufficiently obtain the effect of improving the high temperature storage characteristic and the continuous charging characteristic, and to suppress an unnecessary increase in resistance.
非水系電解液中の水分量に、特に制限はないが40ppm以下であることが好ましく、30ppm以下であることが更に好ましく、20ppm以下であることが特に好ましい。また、1ppm以上
であることが好ましく、2ppm以上であることが更に好ましく、3ppm以上であることが特に好ましい。上記の範囲内であれば、電解液中における酸の発生が抑制されると共に、電解液の生産における工程を比較的簡便にできる。
The amount of water in the non-aqueous electrolyte solution is not particularly limited, but is preferably 40 ppm or less, more preferably 30 ppm or less, and particularly preferably 20 ppm or less. Further, it is preferably 1 ppm or more, more preferably 2 ppm or more, and particularly preferably 3 ppm or more. Within the above range, the generation of acid in the electrolytic solution can be suppressed, and the process in the production of the electrolytic solution can be relatively simplified.
本発明においては、上記ビスマレイミド化合物に加えて、ハロゲン原子を有するカーボネート、ニトリル化合物、S=O結合を有する化合物、イソシアナト基を有する化合物、式(X)で表される化合物、ジフルオロリン酸塩、ジカルボン酸エステルより選ばれる少
なくとも一種の化合物を含有することを特徴とする。
In the present invention, in addition to the above bismaleimide compound, a carbonate having a halogen atom, a nitrile compound, a compound having an S = O bond, a compound having an isocyanato group, a compound represented by the formula (X), and a difluorophosphate. , It is characterized by containing at least one compound selected from dicarboxylic acid esters.
(R43、R44、R45は、それぞれ独立にハロゲン原子、シアノ基、エステル基、エーテル基を有しても良い有機基を表す。)
本発明では、ハロゲン原子を有するカーボネート、ニトリル化合物、S=O結合を有する化合物、イソシアナト基を有する化合物、式(X)で表される化合物、ジフルオロリン
酸塩、ジカルボン酸エステルより選ばれる少なくとも一種の化合物を「その他の化合物」と称することがある。
(R 43 , R 44 , and R 45 represent organic groups that may independently have a halogen atom, a cyano group, an ester group, and an ether group, respectively.)
In the present invention, at least one selected from a carbonate having a halogen atom, a nitrile compound, a compound having an S = O bond, a compound having an isocyanato group, a compound represented by the formula (X), a difluorophosphate, and a dicarboxylic acid ester. Compounds may be referred to as "other compounds".
〔1−2.ハロゲン原子を有するカーボネート〕
ハロゲン原子を有するカーボネートとしては、特に制限はないが、例として以下のものが挙げられる。
ハロゲン原子を有するカーボネートのハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子が挙げられ、これらの中でも、フッ素原子、塩素原子が好ましく、特にフッ素原子が好ましい。
[1-2. Carbonate with halogen atom]
The carbonate having a halogen atom is not particularly limited, and examples thereof include the following.
Examples of the halogen atom of the carbonate having a halogen atom include a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom and an iodine atom. Among these, a fluorine atom and a chlorine atom are preferable, and a fluorine atom is particularly preferable.
フッ素原子を有するカーボネートとしては、フッ素原子を有する鎖状カーボネート、フ
ッ素原子を有する環状カーボネートが好ましく、フッ素原子を有する鎖状カーボネートとしては例えば、フルオロメチルメチルカーボネート、ジフルオロメチルメチルカーボネート、トリフルオロメチルメチルカーボネート、トリフルオロエチルメチルカーボネート、ビス(トリフルオロエチル)カーボネートなどが挙げられる。中でも、トリフルオロエチルメチルカーボネート、ビス(トリフルオロエチル)カーボネートは安定な被膜を形成しやすいうえに、化合物の安定性も高いので好ましい。
As the carbonate having a fluorine atom, a chain carbonate having a fluorine atom and a cyclic carbonate having a fluorine atom are preferable, and as the chain carbonate having a fluorine atom, for example, fluoromethylmethyl carbonate, difluoromethylmethylcarbonate, trifluoromethylmethyl Examples thereof include carbonate, trifluoroethyl methyl carbonate, and bis (trifluoroethyl) carbonate. Of these, trifluoroethyl methyl carbonate and bis (trifluoroethyl) carbonate are preferable because they easily form a stable film and have high compound stability.
フッ素原子を有する環状カーボネートとしては例えば、炭素数2以上6以下のアルキレン基を有する環状カーボネートのフッ素化物、及びその誘導体が挙げられ、例えばエチレンカーボネートのフッ素化物(以下、「フッ素化エチレンカーボネート」と記載する場合がある)、及びその誘導体が挙げられる。エチレンカーボネートのフッ素化物の誘導体としては、アルキル基(例えば、炭素数1以上4以下のアルキル基)で置換されたエチレンカーボネートのフッ素化物が挙げられる。中でもフッ素数1以上8以下のフッ素化エチレンカーボネート、及びその誘導体が好ましい。 Examples of the cyclic carbonate having a fluorine atom include a fluorinated product of a cyclic carbonate having an alkylene group having 2 or more and 6 or less carbon atoms, and a derivative thereof. For example, a fluorinated product of ethylene carbonate (hereinafter referred to as “fluorinated ethylene carbonate”). (May be described), and derivatives thereof. Examples of the derivative of the fluorinated product of ethylene carbonate include a fluorinated product of ethylene carbonate substituted with an alkyl group (for example, an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms). Of these, fluorinated ethylene carbonate having a fluorine content of 1 or more and 8 or less, and a derivative thereof are preferable.
フッ素数1〜8個のフッ素化エチレンカーボネート及びその誘導体としては、モノフルオロエチレンカーボネート、4,4−ジフルオロエチレンカーボネート、4,5−ジフルオロエチレンカーボネート、4−フルオロ−4−メチルエチレンカーボネート、4,5−ジフルオロ−4−メチルエチレンカーボネート、4−フルオロ−5−メチルエチレンカーボネート、4,4−ジフルオロ−5−メチルエチレンカーボネート、4−(フルオロメチル)−エチレンカーボネート、4−(ジフルオロメチル)−エチレンカーボネート、4−(トリフルオロメチル)−エチレンカーボネート、4−(フルオロメチル)−4−フルオロエチレンカーボネート、4−(フルオロメチル)−5−フルオロエチレンカーボネート、4−フルオロ−4,5−ジメチルエチレンカーボネート、4,5−ジフルオロ−4,5−ジメチルエチレンカーボネート、4,4−ジフルオロ−5,5−ジメチルエチレンカーボネート等が挙げられる。 Examples of the fluorinated ethylene carbonate having 1 to 8 fluorines and its derivative include monofluoroethylene carbonate, 4,4-difluoroethylene carbonate, 4,5-difluoroethylene carbonate, 4-fluoro-4-methylethylene carbonate, 4, 5-Difluoro-4-methylethylene carbonate, 4-fluoro-5-methylethylene carbonate, 4,4-difluoro-5-methylethylene carbonate, 4- (fluoromethyl) -ethylene carbonate, 4- (difluoromethyl) -ethylene Carbonate, 4- (trifluoromethyl) -ethylene carbonate, 4- (fluoromethyl) -4-fluoroethylene carbonate, 4- (fluoromethyl) -5-fluoroethylene carbonate, 4-fluoro-4,5-dimethylethylene carbonate , 4,5-Difluoro-4,5-dimethylethylene carbonate, 4,4-difluoro-5,5-dimethylethylene carbonate and the like.
中でも、モノフルオロエチレンカーボネート、4,4−ジフルオロエチレンカーボネート、4,5−ジフルオロエチレンカーボネートが、電解液に高イオン伝導性を与え、かつ安定な界面保護被膜を容易に形成しやすい点で好ましい。これらは単独で用いても、2種類以上を併用してもよい。
ハロゲン原子を有するカーボネートの含有量は、0.01質量%以上含有することが好ましく、0.1質量%以上含有することが更に好ましく、0.5質量%以上含有することが最も好ましい。また、15質量%以下の含有量で用いることが好ましく、10質量%以下の含有量で用いることがさらに 好ましく、7質量%以下で用いることが最も好ましい。上記の含有量
で用いることで、高温保存特性、連続充電特性の向上効果を十分に得ることができる。
Of these, monofluoroethylene carbonate, 4,4-difluoroethylene carbonate, and 4,5-difluoroethylene carbonate are preferable because they give high ionic conductivity to the electrolytic solution and easily form a stable interface protection film. These may be used alone or in combination of two or more.
The content of the carbonate having a halogen atom is preferably 0.01% by mass or more, more preferably 0.1% by mass or more, and most preferably 0.5% by mass or more. Further, it is preferably used in a content of 15% by mass or less, more preferably used in a content of 10% by mass or less, and most preferably used in a content of 7% by mass or less. By using the above content, the effect of improving high temperature storage characteristics and continuous charging characteristics can be sufficiently obtained.
〔1−3.ニトリル化合物〕
ニトリル化合物としては、特に制限はないが、例として以下のものが挙げられる。
ニトリル化合物としては、例えば、
アセトニトリル、プロピオニトリル、ブチロニトリル、バレロニトリル、ヘキサンニトリル、ヘプタンニトリル、オクタンニトリル、ノナンニトリル、デカンニトリル、ラウロニトリル、トリデカンニトリル、テトラデカンニトリル、ヘキサデカンニトリル、ペンタデカンニトリル、ヘプタデカンニトリル、オクタデカンニトリル、ノナデカンニトリル、イコサンニトリル、クロトノニトリル、メタクリロニトリル、アクリロニトリル、メトキシアクリロニトリル、マロノニトリル、スクシノニトリル、グルタロニトリル、アジポニトリル、ピメロニトリル、スベロニトリル、アゼラニトリル、セバコニトリル、ウンデカンジニトリル、ドデカンジニトリル、メチルマロノニトリル、エチルマロノニトリル、イソプロピルマロノニトリル、tert−ブチルマロノニトリル、メチルスクシノニトリル、2,2−ジメチルスクシノニトリル、2,3−ジメチルスクシノニトリル、2,3,3
−トリメチルスクシノニトリル、2,2,3,3−テトラメチルスクシノニトリル、2,3−ジエチル−2,3−ジメチルスクシノニトリル、2,2−ジエチル−3,3−ジメチルスクシノニトリル、ビシクロヘキシル−1,1−ジカルボニトリル、ビシクロヘキシル−2,2−ジカルボニトリル、ビシクロヘキシル−3,3−ジカルボニトリル、2,5−ジメチル−2,5−ヘキサンジカルボニトリル、2,3−ジイソブチル−2,3−ジメチルスクシノニトリル、2,2−ジイソブチル−3,3−ジメチルスクシノニトリル、2−メチルグルタロニトリル、2,3−ジメチルグルタロニトリル、2,4−ジメチルグルタロニトリル、2,2,3,3−テトラメチルグルタロニトリル、2,2,4,4−テトラメチルグルタロニトリル、2,2,3,4−テトラメチルグルタロニトリル、2,3,3,4−テトラメチルグルタロニトリル、マレオニトリル、フマロニトリル、1,4−ジシアノペンタン、2,6−ジシアノヘプタン、2,7−ジシアノオクタン、2,8−ジシアノノナン、1,6−ジシアノデカン、1,2−ジジアノベンゼン、1,3−ジシアノベンゼン、1,4−ジシアノベンゼン、3,3’−(エチレンジオキシ)ジプロピオニトリル、3,3’−(エチレンジチオ)ジプロピオニトリル及び3,9−ビス(2−シアノエチル)−2,4,8,10−テトラオキサスピロ[5,5]ウンデカン等が挙げられる。
[1-3. Nitrile compound]
The nitrile compound is not particularly limited, and examples thereof include the following.
Examples of the nitrile compound include
Acetonitrile, propionitrile, butyronitrile, valeronitrile, hexanenitrile, heptanenitrile, octanenitrile, nonanenitrile, decanenitrile, lauronitrile, tridecanenitrile, tetradecanenitrile, hexadecanenitrile, pentadecanenitrile, heptadecanenitrile, octadecanenitrile, nona Decanenitrile, Icosannitrile, Crotononitrile, Methacronitrile, Acrylonitrile, methoxyacrylonitrile, Marononitrile, Scusinonitrile, Glutaronitrile, Adiponitrile, Pimeronitrile, Suberonitrile, Azelanitrile, Sevaconitrile, Undecandinitrile, Dodecandinitrile, Methylmalono Nitrile, ethylmalononitrile, isopropylmalononitrile, tert-butylmalononitrile, methylsuccinonitrile, 2,2-dimethylsuccinonitrile, 2,3-dimethylsuccinonitrile, 2,3,3
-Trimethylsuccinonitrile, 2,2,3,3-tetramethylsuccinonitrile, 2,3-diethyl-2,3-dimethylsuccinonitrile, 2,2-diethyl-3,3-dimethylsuccinonitrile, Bicyclohexyl-1,1-dicarbonitrile, bicyclohexyl-2,2-dicarbonitrile, bicyclohexyl-3,3-dicarbonitrile, 2,5-dimethyl-2,5-hexanedicarbonitrile, 2, 3-Diisobutyl-2,3-dimethylsuccinonitrile, 2,2-diisobutyl-3,3-dimethylsuccinonitrile, 2-methylglutaronitrile, 2,3-dimethylglutaronitrile, 2,4-dimethylglue Taronitrile, 2,2,3,3-tetramethylglutaronitrile, 2,2,4,4-tetramethylglutaronitrile, 2,2,3,4-tetramethylglutaronitrile, 2,3,3 , 4-Tetramethylglutaronitrile, maleonitrile, fumaronitrile, 1,4-dicyanopentane, 2,6-dicyanoheptane, 2,7-dicyanooctane, 2,8-dicyanononane, 1,6-dicyanodecane, 1,2 -Dizianobenzene, 1,3-dicyanobenzene, 1,4-dicyanobenzene, 3,3'-(ethylenedioxy) dipropionitrile, 3,3'-(ethylenedithio) dipropionitrile and 3,9- Examples thereof include bis (2-cyanoethyl) -2,4,8,10-tetraoxaspiro [5,5] undecane.
これらのうち、モノニトリル、ジニトリル、トリニトリル、テトラニトリルが好ましい。ニトリル数が多すぎると、化合物の毒性が大きくなるためである。モノニトリルの炭素数は、通常2以上、好ましくは3以上、より好ましくは4以上であり、一方、通常20以下、好ましくは18以下、より好ましくは11以下である。ジニトリルの炭素数は、通常3以上、好ましくは4以上、より好ましくは5以上であり、一方、通常20以下、好ましくは10以下、より好ましくは8以下である。トリニトリルの炭素数は、通常4以上、好ましくは5以上、より好ましくは6以上であり、一方、通常20以下、好ましくは18以下、より好ましくは11以下である。テトラニトリルの炭素数は、通常5以上、好ましくは6以上、より好ましくは7以上、一方、通常20以下、好ましくは18以下、より好ましくは11以下である。この範囲であると、電極の保護効果が大きいと共に、粘度上昇を抑制することが可能となる。 Of these, mononitrile, dinitrile, trinitrile, and tetranitrile are preferable. This is because if the number of nitriles is too large, the toxicity of the compound increases. The carbon number of the mononitrile is usually 2 or more, preferably 3 or more, more preferably 4 or more, while usually 20 or less, preferably 18 or less, more preferably 11 or less. The carbon number of the dinitrile is usually 3 or more, preferably 4 or more, more preferably 5 or more, while usually 20 or less, preferably 10 or less, more preferably 8 or less. The carbon number of trinitrile is usually 4 or more, preferably 5 or more, more preferably 6 or more, while usually 20 or less, preferably 18 or less, more preferably 11 or less. The number of carbon atoms of tetranitrile is usually 5 or more, preferably 6 or more, more preferably 7 or more, while usually 20 or less, preferably 18 or less, more preferably 11 or less. Within this range, the protective effect of the electrode is large and the increase in viscosity can be suppressed.
これらのうち、バレロニトリル、オクタンニトリル、ラウロニトリル、トリデカンニトリル、テトラデカンニトリル、ヘキサデカンニトリル、ペンタデカンニトリル、ヘプタデカンニトリル、オクタデカンニトリル、ノナデカンニトリル、クロトノニトリル、アクリロニトリル、メトキシアクリロニトリル、マロノニトリル、スクシノニトリル、グルタロニトリル、アジポニトリル、ピメロニトリル、スベロニトリル、アゼラニトリル、セバコニトリル、ウンデカンジニトリル、ドデカンジニトリル及び3,9−ビス(2−シアノエチル)−2,4,8,10−テトラオキサスピロ[5,5]ウンデカン、フマロニトリルが保存特性向上の点から好ましい。更に、バレロニトリル、オクタンニトリル、ラウロニトリル、スクシノニトリル、グルタロニトリル、アジポニトリル、ピメロニトリル、スベロニトリル、及び3,9−ビス(2−シアノエチル)−2,4,8,10−テトラオキサスピロ[5,5]ウンデカンは、保存特性向上効果が特に優れ、また電極での副反応による劣化が少ないためにより好ましい。通常、ニトリル化合物は、分子量が小さいほど一分子におけるシアノ基の量割合が大きくなり、分子の粘度が上昇する一方、分子量が大きくなるほど、化合物の沸点が上昇する。よって、作業効率の向上の点から、バレロニトリル、オクタンニトリル、ラウロニトリル、スクシノニトリル、アジポニトリル及びピメロニトリルが更に好ましい。これらは単独で用いても、2種類以上を併用してもよい。 Of these, valeronitrile, octanenitrile, lauronitrile, tridecanenitrile, tetradecanenitrile, hexadecanenitrile, pentadecanenitrile, heptadecanenitrile, octadecanenitrile, nonadecannitrile, crotononitrile, acrylonitrile, methoxyacrylonitrile, malononitrile, succino Nitrile, Glutaronitrile, Adiponitrile, Pimeronitrile, Suberonitrile, Azelanitrile, Sevaconitrile, Undecandinitrile, Dodecandinitrile and 3,9-bis (2-cyanoethyl) -2,4,8,10-Tetraoxaspiro [5,5 ] Undecane and fumaronitrile are preferable from the viewpoint of improving storage characteristics. In addition, Valeronitrile, Octanenitrile, Lauronitrile, Succinonitrile, Glutaronitrile, Adiponitrile, Pimeronitrile, Suberonitrile, and 3,9-bis (2-cyanoethyl) -2,4,8,10-Tetraoxaspiro [5] , 5] Undecane is more preferable because it has a particularly excellent effect of improving storage characteristics and is less deteriorated by a side reaction at the electrode. Generally, the smaller the molecular weight of a nitrile compound, the larger the proportion of cyano groups in one molecule, and the higher the viscosity of the molecule, while the larger the molecular weight, the higher the boiling point of the compound. Therefore, from the viewpoint of improving work efficiency, Valeronitrile, Octanenitrile, Lauronitrile, Succinonitrile, Adiponitrile and Pimeronitrile are more preferable. These may be used alone or in combination of two or more.
ニトリル化合物の含有量は、0.01質量%以上含有することが好ましく、0.1質量%以上
含有することが更に好ましく、0.5質量%以上含有することが最も好ましい。また、6質量%以下の含有量で用いることが好ましく、5質量%以下の含有量で用いることがさらに好
ましく、4質量%以下で用いることが最も好ましい。上記の含有量で用いることで、高温
保存特性、連続充電特性の向上効果を十分に得ることができると共に、不要な抵抗上昇を
抑制することができる
The content of the nitrile compound is preferably 0.01% by mass or more, more preferably 0.1% by mass or more, and most preferably 0.5% by mass or more. Further, it is preferably used in a content of 6% by mass or less, more preferably used in a content of 5% by mass or less, and most preferably used in a content of 4% by mass or less. By using the above content, it is possible to sufficiently obtain the effect of improving the high temperature storage characteristic and the continuous charging characteristic, and it is possible to suppress an unnecessary increase in resistance.
〔1−4.S=O結合を有する化合物〕
S=O結合を有する化合物としては、特に制限はないが、例として以下のものが挙げられる。
S=O結合を有する化合物としては、例えば、鎖状スルホン酸エステル、環状スルホン酸エステル、鎖状硫酸エステル、環状硫酸エステル、鎖状亜硫酸エステル、環状亜硫酸エステル、鎖状スルホン、環状スルホンなどが挙げられる。中でも、鎖状スルホン酸エステル、環状スルホン酸エステル、鎖状硫酸エステル、環状硫酸エステルが高温保存時の電圧低下を抑制する効果が大きいので好ましい。
[1-4. Compound with S = O bond]
The compound having an S = O bond is not particularly limited, and examples thereof include the following.
Examples of the compound having an S = O bond include a chain sulfonic acid ester, a cyclic sulfonic acid ester, a chain sulfate ester, a cyclic sulfate ester, a chain sulfite ester, a cyclic sulfite ester, a chain sulfone, and a cyclic sulfone. Be done. Of these, chain sulfonic acid esters, cyclic sulfonic acid esters, chain sulfate esters, and cyclic sulfate esters are preferable because they have a large effect of suppressing a voltage drop during high-temperature storage.
鎖状スルホン酸エステルとしては、例えば以下のものが挙げられる。
フルオロスルホン酸メチル及びフルオロスルホン酸エチル等のフルオロスルホン酸エステル;
メタンスルホン酸メチル、メタンスルホン酸エチル、メタンスルホン酸2−プロピニル、メタンスルホン酸3−ブチニル、ブスルファン、2−(メタンスルホニルオキシ)プロピオン酸メチル、2−(メタンスルホニルオキシ)プロピオン酸エチル、2−(メタンスルホニルオキシ)プロピオン酸2−プロピニル、2−(メタンスルホニルオキシ)プロピオン酸3−ブチニル、メタンスルホニルオキシ酢酸メチル、メタンスルホニルオキシ酢酸エチル、メタンスルホニルオキシ酢酸2−プロピニル及びメタンスルホニルオキシ酢酸3−ブチニル等のメタンスルホン酸エステル;
ビニルスルホン酸メチル、ビニルスルホン酸エチル、ビニルスルホン酸アリル、ビニルスルホン酸プロパルギル、アリルスルホン酸メチル、アリルスルホン酸エチル、アリルスルホン酸アリル、アリルスルホン酸プロパルギル及び1,2−ビス(ビニルスルホニロキシ)エタン等のアルケニルスルホン酸エステル;
メタンジスルホン酸メトキシカルボニルメチル、メタンジスルホン酸エトキシカルボニルメチル、メタンジスルホン酸1−メトキシカルボニルエチル、メタンジスルホン酸1−エトキシカルボニルエチル、1,2−エタンジスルホン酸メトキシカルボニルメチル、1,2−エタンジスルホン酸エトキシカルボニルメチル、1,2−エタンジスルホン酸1−メトキシカルボニルエチル、1,2−エタンジスルホン酸1−エトキシカルボニルエチル、1,3−プロパンジスルホン酸メトキシカルボニルメチル、1,3−プロパンジスルホン酸エトキシカルボニルメチル、1,3−プロパンジスルホン酸1−メトキシカルボニルエチル、1,3−プロパンジスルホン酸1−エトキシカルボニルエチル、1,3−ブタンジスルホン酸メトキシカルボニルメチル、1,3−ブタンジスルホン酸エトキシカルボニルメチル、1,3−ブタンジスルホン酸1−メトキシカルボニルエチル、1,3−ブタンジスルホン酸1−エトキシカルボニルエチル等のアルキルジスルホン酸エステル;
環状スルホン酸エステルとしては、例えば以下のものが挙げられる。
Examples of the chain sulfonic acid ester include the following.
Fluorosulfuric acid esters such as methyl fluorosulfonate and ethyl fluorosulfonate;
Methyl methanesulfonate, ethyl methanesulfonate, 2-propinyl methanesulfonate, 3-butynyl methanesulfonate, busulfan, methyl 2- (methanesulfonyloxy) propionate, ethyl 2- (methanesulfonyloxy) propionate, 2- 2-Propinyl (methanesulfonyloxy) propionate, 3-butynyl 2- (methanesulfonyloxy) propionate, methyl methanesulfonyloxyacetate, ethyl methanesulfonyloxyacetate, 2-propinyl methanesulfonyloxyacetic acid and 3-butynyl methanesulfonyloxyacetic acid Methansulfonic acid esters such as butynyl;
Methyl vinyl sulfonate, ethyl vinyl sulfonate, allyl vinyl sulfonate, propargyl vinyl sulfonate, methyl allyl sulfonate, ethyl allyl sulfonate, allyl allyl sulfonate, propargyl allyl sulfonate and 1,2-bis (vinyl sulfonate) ) Alkenyl sulfonic acid ester such as ethane;
Methoxycarbonylmethyl methanedisulfonic acid, ethoxycarbonylmethyl methanedisulfonic acid, 1-methoxycarbonylethyl methanedisulfonic acid, 1-ethoxycarbonylethyl methanedisulfonic acid, methoxycarbonylmethyl 1,2-ethanedisulfonic acid, 1,2-ethanedisulfonic acid Ethoxycarbonylmethyl, 1,2-ethanedisulfonic acid 1-methoxycarbonylethyl, 1,2-ethanedisulfonic acid 1-ethoxycarbonylethyl, 1,3-propanedisulfonic acid methoxycarbonylmethyl, 1,3-propanedisulfonic acid ethoxycarbonyl Methyl, 1-methoxycarbonylethyl 1,3-propanedisulfonic acid, 1-ethoxycarbonylethyl 1,3-propanedisulfonic acid, methoxycarbonylmethyl 1,3-butanedisulfonic acid, ethoxycarbonylmethyl 1,3-butanedisulfonic acid, Alkyl disulfonic acid esters such as 1,3-butanedisulfonic acid 1-methoxycarbonylethyl and 1,3-butanedisulfonic acid 1-ethoxycarbonylethyl;
Examples of the cyclic sulfonic acid ester include the following.
1,3−プロパンスルトン、1−フルオロ−1,3−プロパンスルトン、2−フルオロ−1,3−プロパンスルトン、3−フルオロ−1,3−プロパンスルトン、1−メチル−1,3−プロパンスルトン、2−メチル−1,3−プロパンスルトン、3−メチル−1,3−プロパンスルトン、1−プロペン−1,3−スルトン、2−プロペン−1,3−スルトン、1−フルオロ−1−プロペン−1,3−スルトン、2−フルオロ−1−プロペン−1,3−スルトン、3−フルオロ−1−プロペン−1,3−スルトン、1−フルオロ−2−プロペン−1,3−スルトン、2−フルオロ−2−プロペン−1,3−スルトン、3−フルオロ−2−プロペン−1,3−スルトン、1−メチル−1−プロペン−1,3−スルトン、2−メチル−1−プロペン−1,3−スルトン、3−メチル−1−プロペン−1,3−スルトン、1−メチル−2−プロペン−1,3−スルトン、2−メチル−2−プロペン−1,3−スルトン、3−メチル−2−プロペン−1,3−スルトン、1,4−ブタンスルトン及び1,5−ペンタンスルトン等のスルトン化合物;
メチレンメタンジスルホネート、エチレンメタンジスルホネート等のジスルホネート化合物;
鎖状硫酸エステルとしては、例えば以下のものが挙げられる。
1,3-Propane sultone, 1-fluoro-1,3-propane sultone, 2-fluoro-1,3-propane sultone, 3-fluoro-1,3-propane sultone, 1-methyl-1,3-propane sultone , 2-Methyl-1,3-Propane Sultone, 3-Methyl-1,3-Propane Sultone, 1-Propen-1,3-Sultone, 2-Propen-1,3-Sultone, 1-Fluoro-1-Propen -1,3-sultone, 2-fluoro-1-propen-1,3-sultone, 3-fluoro-1-propen-1,3-sultone, 1-fluoro-2-propen-1,3-sultone, 2 -Fluoro-2-propen-1,3-sultone, 3-fluoro-2-propen-1,3-sultone, 1-methyl-1-propen-1,3-sultone, 2-methyl-1-propen-1 , 3-Sultone, 3-Methyl-1-propen-1,3-Sultone, 1-Methyl-2-Propen-1,3-Sultone, 2-Methyl-2-Propen-1,3-Sultone, 3-Methyl Sultone compounds such as -2-propen-1,3-sultone, 1,4-butane sultone and 1,5-pentane sultone;
Disulfonate compounds such as methylene methane disulfonate and ethylene methane disulfonate;
Examples of the chain sulfate ester include the following.
ジメチルスルフェート、エチルメチルスルフェート及びジエチルスルフェート等のジアルキルスルフェート化合物。
環状硫酸エステルとしては、例えば以下のものが挙げられる。
1,2−エチレンスルフェート、1,2−プロピレンスルフェート、1,3−プロピレンスルフェート、1,2−ブチレンスルフェート、1,3−ブチレンスルフェート、1,4−ブチレンスルフェート、1,2−ペンチレンスルフェート、1,3−ペンチレンスルフェート、1,4−ペンチレンスルフェート及び1,5−ペンチレンスルフェート等のアルキレンスルフェート化合物。
Dialkyl sulphate compounds such as dimethyl sulphate, ethyl methyl sulphate and diethyl sulphate.
Examples of the cyclic sulfate ester include the following.
1,2-Ethylene sulphate, 1,2-propylene sulphate, 1,3-propylene sulphate, 1,2-butylene sulphate, 1,3-butylen sulphate, 1,4-butylen sulphate, 1, An alkylene sulfate compound such as 2-pentylene sulphate, 1,3-pentylene sulphate, 1,4-pentylene sulphate and 1,5-pentylene sulphate.
鎖状亜硫酸エステルとしては、例えば以下のものが挙げられる。
ジメチルスルファイト、エチルメチルスルファイト及びジエチルスルファイト等のジアルキルスルファイト化合物。
環状亜硫酸エステルとしては、例えば以下のものが挙げられる。
1,2−エチレンスルファイト、1,2−プロピレンスルファイト、1,3−プロピレンスルファイト、1,2−ブチレンスルファイト、1,3−ブチレンスルファイト、1,4−ブチレンスルファイト、1,2−ペンチレンスルファイト、1,3−ペンチレンスルファイト、1,4−ペンチレンスルファイト及び1,5−ペンチレンスルファイト等のアルキレンスルファイト化合物。
Examples of the chain sulfite ester include the following.
Dialkylsulfite compounds such as dimethylsulfite, ethylmethylsulfite and diethylsulfite.
Examples of the cyclic sulfite ester include the following.
1,2-Ethylene sulphite, 1,2-propylene sulphite, 1,3-propylene sulphite, 1,2-butylene sulphite, 1,3-butylen sulphite, 1,4-butylensulfite, 1, An alkylene sulfite compound such as 2-pentylene sulphite, 1,3-pentylene sulphite, 1,4-pentylene sulphite and 1,5-pentylene sulphite.
鎖状スルホンとしては、例えば以下のものが挙げられる。
ジメチルスルホン、ジエチルスルホンなどのジアルキルスルホン化合物
環状スルホンとしては、例えば以下のものが挙げられる。
スルホラン、メチルスルホラン、4,5−ジメチルスルホランなどのアルキレンスルホン化合物、スルホレンなどのアルキニレンスルホン化合物。
Examples of the chain sulfone include the following.
Dialkyl sulfone compounds such as dimethyl sulfone and diethyl sulfone Examples of the cyclic sulfone include the following.
An alkylene sulfone compound such as sulfolane, methyl sulfolane, and 4,5-dimethyl sulfolane, and an alkynylene sulfone compound such as sulfolene.
これらのうち、2−(メタンスルホニルオキシ)プロピオン酸メチル、2−(メタンスルホニルオキシ)プロピオン酸エチル、2−(メタンスルホニルオキシ)プロピオン酸2−プロピニル、プロパンジスルホン酸1−メトキシカルボニルエチル、プロパンジスルホン酸1−エトキシカルボニルエチル、ブタンジスルホン酸1−メトキシカルボニルエチル、ブタンジスルホン酸1−エトキシカルボニルエチル、1,3−プロパンスルトン、1−プロペン−1,3−スルトン、1,4−ブタンスルトン、1,2−エチレンスルフェート、1,2−エチレンスルファイト、メタンスルホン酸メチル及びメタンスルホン酸エチルが保存特性向上の点から好ましく、プロパンジスルホン酸1−メトキシカルボニルエチル、プロパンジスルホン酸1−エトキシカルボニルエチル、ブタンジスルホン酸1−メトキシカルボニルエチル、ブタンジスルホン酸1−エトキシカルボニルエチル、1,3−プロパンスルトン、1−プロペン−1,3−スルトン、1,2−エチレンスルフェート、1,2−エチレンスルファイトがより好ましく、1,3−プロパンスルトン、1−プロペン−1,3−スルトンが更に好ましい。これらは単独で用いても、2種類以上を併用してもよい。 Of these, methyl 2- (methanesulfonyloxy) propionate, ethyl 2- (methanesulfonyloxy) propionate, 2-propynyl 2- (methanesulfonyloxy) propionate, 1-methoxycarbonylethyl propandisulfonic acid, propandisulfone 1-ethoxycarbonylethyl acid, 1-methoxycarbonylethyl butanedisulfonic acid, 1-ethoxycarbonylethyl butanedisulfonic acid, 1,3-propanesulton, 1-propen-1,3-sulton, 1,4-butanesulton, 1, 2-Ethylene sulphate, 1,2-ethylene sulphite, methyl methanesulfonate and ethyl methanesulphonate are preferable from the viewpoint of improving storage characteristics, and 1-methoxycarbonylethyl propanodisulfonate, 1-ethoxycarbonylethyl propanedisulfonic acid, 1-methoxycarbonylethyl butanedisulfonic acid, 1-ethoxycarbonylethyl butanedisulfonic acid, 1,3-propanesulton, 1-propen-1,3-sulton, 1,2-ethylenesulfate, 1,2-ethylenesulfite Is more preferable, and 1,3-propane sulton and 1-propen-1,3-sulton are even more preferable. These may be used alone or in combination of two or more.
S=O結合を有する化合物の含有量は、0.01質量%以上含有することが好ましく、0.1
質量%以上含有することが更に好ましく、0.5質量%以上含有することが最も好ましい。
また、5質量%以下の含有量で用いることが好ましく、4質量%以下の含有量で用いることがさらに 好ましく、3質量%以下で用いることが最も好ましい。上記の含有量で用いる
ことで、高温保存特性、連続充電特性の向上効果を十分に得ることができると共に、不要な抵抗上昇を抑制することができる
The content of the compound having an S = O bond is preferably 0.01% by mass or more, preferably 0.1.
It is more preferably contained in an amount of 0.5% by mass or more, and most preferably 0.5% by mass or more.
Further, it is preferably used in a content of 5% by mass or less, more preferably used in a content of 4% by mass or less, and most preferably used in a content of 3% by mass or less. By using the above content, it is possible to sufficiently obtain the effect of improving the high temperature storage characteristic and the continuous charging characteristic, and it is possible to suppress an unnecessary increase in resistance.
〔1−5.イソシアナト基(N=C=O基)を有する化合物〕
イソシアナト基(N=C=O基)を有する化合物としては、特に制限はないが、例として以下のものが挙げられる。
イソシアネート基を有する有機化合物としては、メチルイソシアネート、エチルイソシアネート、プロピルイソシアネート、イソプロピルイソシアネート、ブチルイソシアネート、ターシャルブチルイソシアネート、ペンチルイソシアネートヘキシルイソシアネート、シクロヘキシルイソシアネート、ビニルイソシアネート、アリルイソシアネート、エチニルイソシアネート、プロパルギルイソシアネート、フェニルイソシアネート、フロロフェニルイソシアネート等のイソシアネート基を1個有する有機化合物;
モノメチレンジイソシアネート、ジメチレンジイソシアネート、トリメチレンジイソシアネート、テトラメチレンジイソシアネート、ペンタメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、ヘプタメチレンジイソシアネート、オクタメチレンジイソシアネート、ノナメチレンジイソシアネート、デカメチレンジイソシアネート、ドデカメチレンジイソシアネート、1,3−ジイソシアナトプロパン、1,4−ジイソシアナト−2−ブテン、1,4−ジイソシアナト−2−フルオロブタン、1,4−ジイソシアナト−2,3−ジフルオロブタン、1,5−ジイソシアナト−2−ペンテン、1,5−ジイソシアナト−2−メチルペンタン、1,6−ジイソシアナト−2−ヘキセン、1,6−ジイソシアナト−3−ヘキセン、1,6−ジイソシアナト−3−フルオロヘキサン、1,6−ジイソシアナト−3,4−ジフルオロヘキサン、トルエンジイソシアネート、キシレンジイソシアネート、トリレンジイソシアネート、1,2−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン、1,3−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン、1,4−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン、1,2−ジイソシアナトシクロヘキサン、1,3−ジイソシアナトシクロヘキサン、1,4−ジイソシアナトシクロヘキサン、ジシクロヘキシルメタン−1,1’−ジイソシアネート、ジシクロヘキシルメタン−2,2’−ジイソシアネート、ジシクロヘキシルメタン−3,3’−ジイソシアネート、ジシクロヘキシルメタン−
4,4’−ジイソシアネート、ビシクロ[2.2.1]ヘプタン−2,5−ジイルビス(
メチルイソシアネート)、ビシクロ[2.2.1]ヘプタン−2,6−ジイルビス(メチルイソシアネート)、ジイソシアン酸イソホロン、カルボニルジイソシアネート、1,4−ジイソシアナトブタン−1,4−ジオン、1,5−ジイソシアナトペンタン−1,5−ジオン、2,2,4−トリメチルヘキサメチレンジイソシアナート、2,4,4−トリメチルヘキサメチレンジイソシアナート等のイソシアネート基を2個有する有機化合物;
等が挙げられる。
[1-5. Compound having isocyanato group (N = C = O group)]
The compound having an isocyanato group (N = C = O group) is not particularly limited, and examples thereof include the following.
Examples of the organic compound having an isocyanate group include methyl isocyanate, ethyl isocyanate, propyl isocyanate, isopropyl isocyanate, butyl isocyanate, tertiary butyl isocyanate, pentyl isocyanate hexyl isocyanate, cyclohexyl isocyanate, vinyl isocyanate, allyl isocyanate, ethynyl isocyanate, propargyl isocyanate and phenyl. Organic compounds having one isocyanate group such as isocyanate and fluorophenyl isocyanate;
Monomethylene diisocyanate, dimethylene diisocyanis, trimethylene diisocyanate, tetramethylene diisocyanate, pentamethylene diisocyanate, hexamethylene diisocyanate, heptamethylene diisocyanate, octamethylene diisocyanate, nonamethylene diisocyanis, decamethylene diisocyanate, dodecamethylene diisocyanate, 1,3-diisosia Natopropane, 1,4-diisocyanato-2-butene, 1,4-diisocyanato-2-fluorobutane, 1,4-diisocyanato-2,3-difluorobutane, 1,5-diisocyanato-2-pentene, 1,5 -Diisocyanato-2-methylpentane, 1,6-diisocyanato-2-hexene, 1,6-diisocyanato-3-hexene, 1,6-diisocyanato-3-fluorohexane, 1,6-diisocyanato-3,4-difluoro Hexamethylene diisocyanate, xylene diisocyanate, tolylene diisocyanate, 1,2-bis (isosyanatomethyl) cyclohexane, 1,3-bis (isosianatomethyl) cyclohexane, 1,4-bis (isosianatomethyl) cyclohexane, 1, 2-Diisocyanatocyclohexane, 1,3-diisocyanatocyclohexane, 1,4-diisocyanatocyclohexane, dicyclohexamethylene-1,1'-diisocyanate, dicyclohexamethylene-2,2'-diisocyanate, dicyclohexylmethane-3, 3'-diisocyanis, dicyclohexamethylene-
4,4'-Diisocyanate, bicyclo [2.2.1] heptane-2,5-diylbis (
Methyl isocyanate), bicyclo [2.2.1] heptane-2,6-diylbis (methylisocyanate), isophorone diisocyanate, carbonyl diisocyanate, 1,4-diisocyanatobutane-1,4-dione, 1,5- Organic compounds having two isocyanate groups such as diisocyanatopentane-1,5-dione, 2,2,4-trimethylhexamethylene diisocyanate, 2,4,4-trimethylhexamethylene diisocyanate;
And so on.
これらのうち、モノメチレンジイソシアネート、ジメチレンジイソシアネート、トリメチレンジイソシアネート、テトラメチレンジイソシアネート、ペンタメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、ヘプタメチレンジイソシアネート、オクタメチレンジイソシアネート、ノナメチレンジイソシアネート、デカメチレンジイソシアネート、ドデカメチレンジイソシアネート、1,3−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン、ジシクロヘキシルメタン−4,4’−ジイソシアネート、ビシクロ[2.2.1]
ヘプタン−2,5−ジイルビス(メチルイソシアネート)、ビシクロ[2.2.1]ヘプタン−2,6−ジイルビス(メチルイソシアネート)、ジイソシアン酸イソホロン、2,2,4−トリメチルヘキサメチレンジイソシアナート、2,4,4−トリメチルヘキサメチレンジイソシアナート等のイソシアネート基を2個有する有機化合物が保存特性向上の点から好ましく、ヘキサメチレンジイソシアネート、1,3−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン、ジシクロヘキシルメタン−4,4’−ジイソシアネート、ビシクロ[
2.2.1]ヘプタン−2,5−ジイルビス(メチルイソシアネート)、ビシクロ[2.2.1]ヘプタン−2,6−ジイルビス(メチルイソシアネート)、ジイソシアン酸イソホロン、2,2,4−トリメチルヘキサメチレンジイソシアナート、2,4,4−トリメチルヘキサメチレンジイソシアナートがより好ましく、1,3−ビス(イソシアナトメチ
ル)シクロヘキサン、ジシクロヘキシルメタン−4,4’−ジイソシアネート、ビシクロ
[2.2.1]ヘプタン−2,5−ジイルビス(メチルイソシアネート)、ビシクロ[2.2.1]ヘプタン−2,6−ジイルビス(メチルイソシアネート)が更に好ましい。これらは単独で用いても、2種類以上を併用してもよい。
Of these, monomethylene diisocyanate, dimethylene diisocyanate, trimethylene diisocyanate, tetramethylene diisocyanate, pentamethylene diisocyanate, hexamethylene diisocyanate, heptamethylene diisocyanate, octamethylene diisocyanate, nonamethylene diisocyanate, decamethylene diisocyanate, dodecamethylene diisocyanate, 1, 3-Bis (isocyanatomethyl) cyclohexane, dicyclohexamethylene-4,4'-diisocyanis, bicyclo [2.2.1]
Heptane-2,5-diylbis (methylisocyanate), bicyclo [2.2.1] heptane-2,6-diylbis (methylisocyanate), isophorone diisocyanate, 2,2,4-trimethylhexamethylene diisocyanate, 2 , 4,4-trimethylhexamethylene diisocyanate and other organic compounds having two isocyanate groups are preferable from the viewpoint of improving storage characteristics, such as hexamethylene diisocyanate, 1,3-bis (isocyanatomethyl) cyclohexane, and dicyclohexylmethane-4. , 4'-diisocyanate, bicyclo [
2.2.1] Heptane-2,5-diylbis (methylisocyanate), bicyclo [2.2.1] heptane-2,6-diylbis (methylisocyanate), isophorone diisocyanate, 2,2,4-trimethylhexa Methylene diisocyanate and 2,4,4-trimethylhexamethylene diisocyanate are more preferable, 1,3-bis (isocyanatomethyl) cyclohexane, dicyclohexylmethane-4,4'-diisocyanate, bicyclo [2.2.1]. ] Heptane-2,5-diylbis (methylisocyanate), bicyclo [2.2.1] heptane-2,6-diylbis (methylisocyanate) are more preferred. These may be used alone or in combination of two or more.
イソシアナト基(N=C=O基)を有する化合物の含有量は、0.01質量%以上含有することが好ましく、0.1質量%以上含有することが更に好ましく、0.2質量%以上含有することが最も好ましい。また、5質量%以下の含有量で用いることが好ましく、3質量%以下の含有量で用いることがさらに好ましく、2質量%以下で用いることが最も好ましい。上記
の含有量で用いることで、高温保存特性、連続充電特性の向上効果を十分に得ることができると共に、不要な抵抗上昇を抑制することができる
The content of the compound having an isocyanato group (N = C = O group) is preferably 0.01% by mass or more, more preferably 0.1% by mass or more, and most preferably 0.2% by mass or more. Further, it is preferably used in a content of 5% by mass or less, more preferably used in a content of 3% by mass or less, and most preferably used in a content of 2% by mass or less. By using the above content, it is possible to sufficiently obtain the effect of improving the high temperature storage characteristic and the continuous charging characteristic, and it is possible to suppress an unnecessary increase in resistance.
〔1−6.式(X)で表される化合物〕
(R43、R44、R45は、それぞれ独立にハロゲン原子、シアノ基、エステル基、エーテル基を有しても良い有機基を表す。)
式(X)で表される化合物としては、特に制限はないが、例として以下のものが挙げら
れる。
R43、R44、R45が表すハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子が挙げられ、これらの内では電池特性に対する向上効果が大きいため、フッ素原子が最も好ましい。ハロゲン原子、シアノ基、エステル基、エーテル基を有しても良い有機基としてはメチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、t−ブチル基、t−アミル基、ビニル基、アリル基、1−プロペニル基、1−ブテニル基、エチニル基、プロピニル基、フェニル基、2−トリル基、3−トリル基、4−トリル基、ベンジル基、4−t−ブチルフェニル基、4−t−アミルフェニル基などの炭化水
素基、フルオロメチル基、トリフルオロメチル基、トリフルオロエチル基などのフッ素化炭化水素基、シアノメチル基、シアノエチル基、シアノプロピル基、シアノブチル基、シアノペンチル基、シアノヘキシル基などのシアノ炭化水素基、エトキシカルボニル基、エトキシカルボニルメチル基、1−エトキシカルボニルエチル基、アセトキシ基、アセトキシメチル基、1−アセトキシエチル基、アクリロイル基、アクリロイルメチル基、1−アクリロイルエチル基などのエステル基を有する有機基、メトキシ基、エトキシ基、メトキシメチル基、エトキシメチル基、メトキシエチル基、エトキシエチル基などのエチル基を有する有機基などが挙げられる。
(R 43 , R 44 , and R 45 represent organic groups that may independently have a halogen atom, a cyano group, an ester group, and an ether group, respectively.)
The compound represented by the formula (X) is not particularly limited, and examples thereof include the following.
Examples of the halogen atom represented by R 43 , R 44 , and R 45 include a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, and an iodine atom, and among these, a fluorine atom is most preferable because it has a large effect of improving battery characteristics. Organic groups that may have a halogen atom, a cyano group, an ester group, or an ether group include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an isopropyl group, a butyl group, an isobutyl group, a t-butyl group, a t-amyl group, and a vinyl. Group, allyl group, 1-propenyl group, 1-butenyl group, ethynyl group, propynyl group, phenyl group, 2-tolyl group, 3-tolyl group, 4-tolyl group, benzyl group, 4-t-butylphenyl group, Hydrocarbon group such as 4-t-amylphenyl group, fluorinated hydrocarbon group such as fluoromethyl group, trifluoromethyl group, trifluoroethyl group, cyanomethyl group, cyanoethyl group, cyanopropyl group, cyanobutyl group, cyanopentyl group , Cyan hydrocarbon groups such as cyanohexyl group, ethoxycarbonyl group, ethoxycarbonylmethyl group, 1-ethoxycarbonylethyl group, acetoxy group, acetoxymethyl group, 1-acetoxyethyl group, acryloyl group, acryloylmethyl group, 1-acryloyl Examples thereof include an organic group having an ester group such as an ethyl group, an organic group having an ethyl group such as a methoxy group, an ethoxy group, a methoxymethyl group, an ethoxymethyl group, a methoxyethyl group and an ethoxyethyl group.
式(X)で表される化合物としては例えば以下のものが挙げられる。
トリビニルイソシアヌレート、トリ(1−プロペニル)イソシアヌレート、トリアリルイソシアヌレート、トリメタリルイソシアヌレート、メチルジアリルイソシアヌレート、エチルジアリルイソシアヌレート、ジエチルアリルイソシアヌレート、ジエチルビニルイソシアヌレート、トリ(プロパルギル)イソシアヌレート、トリス(2−アクリロキシメチル)イソシアヌレート、トリス(2−アクリロキシエチル)イソシアヌレート、トリス(2−メタクリロキシメチル)イソシアヌレート、トリス(2−メタクリロキシエチル)イソシアヌレート、ε−カプロラクトン変性トリス−(2−アクリロキシエチル)イソシアヌレートが挙げられ、中でもトリアリルイソシアヌレート、トリメタリルイソシアヌレ
ート、トリス(2−アクリロキシエチル)イソシアヌレート、トリス(2−メタクリロキシエチル)イソシアヌレート、ε−カプロラクトン変性トリス−(2−アクリロキシエチル)イソシアヌレートが好ましく、トリアリルイソシアヌレート、トリス(2−アクリロキシエチル)イソシアヌレートは連続充電特性の向上効果が大きいため特に好ましい。これらは単独で用いても、2種類以上を併用してもよい。
Examples of the compound represented by the formula (X) include the following.
Trivinyl isocyanurate, tri (1-propenyl) isocyanurate, triallyl isocyanurate, trimetalyl isocyanurate, methyldiallyl isocyanurate, ethyldiallyl isocyanurate, diethylallylyl isocyanurate, diethylvinyl isocyanurate, tri (propargyl) isocyanurate , Tris (2-acryloxymethyl) isocyanurate, tris (2-acryloxyethyl) isocyanurate, tris (2-methacryloxymethyl) isocyanurate, tris (2-methacryloxyethyl) isocyanurate, ε-caprolactone-modified tris -(2-Acryloxyethyl) isocyanurate, among which triallyl isocyanurate, trimetalyl isocyanurate, tris (2-acryloxyethyl) isocyanurate, tris (2-methacryloxyethyl) isocyanurate, ε-caprolactone. Modified tris- (2-acryloxyethyl) isocyanurate is preferable, and triallyl isocyanurate and tris (2-acryloxyethyl) isocyanurate are particularly preferable because they have a large effect of improving continuous charging characteristics. These may be used alone or in combination of two or more.
式(1)で表される化合物の含有量は、0.01質量%以上含有することが好ましく、0.1
質量%以上含有することが更に好ましく、0.2質量%以上含有することが最も好ましい。
また、5質量%以下の含有量で用いることが好ましく、3質量%以下の含有量で用いることがさらに好ましく、2質量%以下で用いることが最も好ましい。上記の含有量で用いるこ
とで、高温保存特性、連続充電特性の向上効果を十分に得ることができると共に、不要な抵抗上昇を抑制することができる。
The content of the compound represented by the formula (1) is preferably 0.01% by mass or more, preferably 0.1.
It is more preferably contained in an amount of 0.2% by mass or more, and most preferably 0.2% by mass or more.
Further, it is preferably used in a content of 5% by mass or less, more preferably used in a content of 3% by mass or less, and most preferably used in a content of 2% by mass or less. By using the above content, it is possible to sufficiently obtain the effect of improving the high temperature storage characteristic and the continuous charging characteristic, and to suppress an unnecessary increase in resistance.
〔1−7.モノフルオロリン酸塩、ジフルオロリン酸塩〕
モノフルオロリン酸塩、ジフルオロリン酸塩としては、特に制限はないが、例として以下のものが挙げられる。
例えば、ジフルオロリン酸リチウム、ジフルオロリン酸ナトリウム、ジフルオロリン酸カリウム、ジフルオロリン酸アンモニウムなどが挙げられ、中でもジフルオロリン酸リチウムが、連続充電特性の向上効果が大きいため特に好ましい。これらは単独で用いても、2種類以上を併用してもよい。
[1-7. Monofluorophosphate, difluorophosphate]
The monofluorophosphate and difluorophosphate are not particularly limited, and examples thereof include the following.
For example, lithium difluorophosphate, sodium difluorophosphate, potassium difluorophosphate, ammonium difluorophosphate and the like can be mentioned, and among them, lithium difluorophosphate is particularly preferable because it has a large effect of improving continuous charging characteristics. These may be used alone or in combination of two or more.
ジフルオロリン酸塩の含有量は、0.01質量%以上含有することが好ましく、0.1質量%
以上含有することが更に好ましく、0.2質量%以上含有することが最も好ましい。また、3質量%以下の含有量で用いることが好ましく、2質量%以下の含有量で用いることがさら
に好ましく、1.5質量%以下で用いることが最も好ましい。上記の含有量で用いることで
、高温保存特性、連続充電特性の向上効果を十分に得ることができる。
The content of difluorophosphate is preferably 0.01% by mass or more, preferably 0.1% by mass.
It is more preferably contained in an amount of 0.2% by mass or more, and most preferably 0.2% by mass or more. Further, it is preferably used in a content of 3% by mass or less, more preferably in a content of 2% by mass or less, and most preferably in an amount of 1.5% by mass or less. By using the above content, the effect of improving high temperature storage characteristics and continuous charging characteristics can be sufficiently obtained.
〔1−8.ジカルボン酸エステル〕
ジカルボン酸エステルとしては、特に制限はないが、例として以下のものが挙げられる。
マロン酸エステルおよびその誘導体、コハク酸エステルおよびその誘導体、アジピン酸エステルおよびその誘導体、フマル酸エステルおよびその誘導体、マレイン酸エステルおよびその誘導体、フタル酸エステルおよびその誘導体、テレフタル酸エステルおよびその誘導体。
[1-8. Dicarboxylic acid ester]
The dicarboxylic acid ester is not particularly limited, and examples thereof include the following.
Maronic acid ester and its derivatives, succinic acid ester and its derivatives, adipic acid ester and its derivatives, fumaric acid ester and its derivatives, maleic acid ester and its derivatives, phthalates and its derivatives, terephthalates and its derivatives.
マロン酸エステルおよびその誘導体としては以下のものが挙げられる。
マロン酸ジメチル、マロン酸ジエチル、メチルマロン酸ジエチル、エチルマロン酸ジエチル、ブチルマロン酸ジエチル、マロン酸ジビニル、マロン酸ジアリル、マロン酸ジプロパルギル。
コハク酸エステルおよびその誘導体としては以下のものが挙げられる。
Examples of malonic acid esters and their derivatives include the following.
Dimethyl malonate, diethyl malonate, diethyl methylmalonate, diethyl ethylmalonate, diethyl butyl malonate, divinyl malonate, diallyl malonate, dipropargyl malonate.
Examples of the succinic acid ester and its derivative include the following.
コハク酸ジメチル、コハク酸ジエチル、メチルコハク酸ジエチル、ジメチルコハク酸ジエチル、テトラメチルコハク酸ジエチル、コハク酸ジビニル、コハク酸ジアリル、コハク酸ジプロパルギル。
アジピン酸エステルおよびその誘導体としては以下のものが挙げられる。
アジピン酸ジメチル、アジピン酸ジエチル、メチルアジピン酸ジエチル、ジメチルアジピン酸ジエチル、テトラメチルアジピン酸ジエチル、アジピン酸ジビニル、アジピン酸ジアリル、アジピン酸ジプロパルギル。
Diethyl succinate, diethyl succinate, diethyl methyl succinate, diethyl dimethyl succinate, diethyl tetramethylsuccinate, divinyl succinate, diallyl succinate, dipropargyl succinate.
Examples of the adipate ester and its derivative include the following.
Dimethyl adipate, diethyl adipic acid, diethyl methyl adipate, diethyl dimethyl adipate, diethyl tetramethyl adipate, divinyl adipic acid, diallyl adipate, dipropargyl adipate.
フマル酸エステルおよびその誘導体としては以下のものが挙げられる。
フマル酸ジメチル、フマル酸ジエチル、メチルフマル酸ジエチル。
マレイン酸エステルおよびその誘導体としては以下のものが挙げられる。
マレイン酸ジメチル、マレイン酸ジエチル、メチルマレイン酸ジエチル。
フタル酸エステルおよびその誘導体としては以下のものが挙げられる。
Examples of the fumaric acid ester and its derivative include the following.
Dimethyl fumarate, diethyl fumarate, diethyl methyl fumarate.
Examples of maleic acid esters and their derivatives include the following.
Dimethyl maleate, diethyl maleate, diethyl methyl maleate.
Examples of the phthalate ester and its derivative include the following.
フタル酸ジメチル、フタル酸ジエチル、フタル酸ジ2−エチルヘキシル。
テレフタル酸エステルおよびその誘導体としては以下のものが挙げられる。
テレフタル酸ジメチル、テレフタル酸ジエチル、テレフタル酸ジ2−エチルヘキシル。
これらの中でもメチルマロン酸ジエチル、エチルマロン酸ジエチル、ブチルマロン酸ジエチルが高温保存特性の向上効果が大きいため特に好ましい。これらは単独で用いても、2種類以上を併用してもよい。
Dimethyl phthalate, diethyl phthalate, di2-ethylhexyl phthalate.
Examples of the terephthalic acid ester and its derivative include the following.
Dimethyl terephthalate, diethyl terephthalate, di2-ethylhexyl terephthalate.
Among these, diethyl methylmalonic acid, diethyl ethylmalonate, and diethyl butylmalonate are particularly preferable because they have a large effect of improving high-temperature storage characteristics. These may be used alone or in combination of two or more.
ジカルボン酸エステルの含有量は、0.01質量%以上含有することが好ましく、0.1質量
%以上含有することが更に好ましく、0.5質量%以上含有することが最も好ましい。また
、5質量%以下の含有量で用いることが好ましく、4質量%以下の含有量で用いることがさらに 好ましく、3質量%以下で用いることが最も好ましい。上記の含有量で用いること
で、高温保存特性、連続充電特性の向上効果を十分に得ることができる。
The content of the dicarboxylic acid ester is preferably 0.01% by mass or more, more preferably 0.1% by mass or more, and most preferably 0.5% by mass or more. Further, it is preferably used in a content of 5% by mass or less, more preferably used in a content of 4% by mass or less, and most preferably used in a content of 3% by mass or less. By using the above content, the effect of improving high temperature storage characteristics and continuous charging characteristics can be sufficiently obtained.
本発明の主旨に依れば、ビスマレイミド化合物と、上述の「その他の化合物」を併用することで、目的の効果を発現することができる。その作用機構は明らかではないが、これまでの種々の検討により、初回の充電においてビスマレイミド化合物が負極表面上に被膜形成した後、「その他の化合物」が更に負極上で反応するため、それぞれ単独で使用した時に比べて、負極表面被膜が非常に強固になると考えられる。また、ビスマレイミドは正極表面上でも反応するが、「その他の化合物」の正極表面上での反応もしくは正極中に含まれる金属との相互作用をより強くする、もしくは「その他の化合物」の正極表面上での反応もしくは正極中に含まれる金属との相互作用が及ばない部分をカバーすることにより、高温環境下での電圧低下を抑制し、かつ、回復容量率を向上し、連続充電時の残存・回復容量率が向上すると考えられる。 According to the gist of the present invention, the desired effect can be exhibited by using the bismaleimide compound in combination with the above-mentioned "other compounds". The mechanism of action is not clear, but according to various studies so far, after the bismaleimide compound forms a film on the negative electrode surface in the first charge, "other compounds" further react on the negative electrode, so each is independent. It is considered that the negative electrode surface coating becomes much stronger than when used in. Bismaleimide also reacts on the surface of the positive electrode, but the reaction of "other compounds" on the surface of the positive electrode or the interaction with the metal contained in the positive electrode is strengthened, or the surface of the positive electrode of "other compounds". By covering the part that does not reach the reaction above or the interaction with the metal contained in the positive electrode, the voltage drop in a high temperature environment is suppressed, the recovery capacity rate is improved, and the residue during continuous charging・ It is thought that the recovery capacity rate will improve.
〔1−9.電解質〕
本発明の非水系電解液に用いる電解質に制限は無く、目的とする非水系電解液二次電池に電解質として用いられるものであれば公知のものを任意に採用することができる。本発明の非水系電解液をリチウム二次電池に用いる場合には、通常は、電解質としてリチウム塩を用いる。
[1-9. Electrolytes〕
There is no limitation on the electrolyte used for the non-aqueous electrolyte solution of the present invention, and any known electrolyte can be used as long as it is used as an electrolyte in the target non-aqueous electrolyte secondary battery. When the non-aqueous electrolyte solution of the present invention is used in a lithium secondary battery, a lithium salt is usually used as the electrolyte.
電解質の具体例としては、LiClO4、LiAsF6、LiPF6、LiBF4、LiSbF6、LiSO3F、LiN(FSO2)2等の無機リチウム塩;
LiCF3SO3、LiN(FSO2)(CF3SO2)、LiN(CF3SO2)2、LiN(C2F5SO2)2、リチウム環状1,3−ヘキサフルオロプロパンジスルホニルイミド、リチウム環状1,2−テトラフルオロエタンジスルホニルイミド、LiN(CF3SO2)(C4F9SO2)、LiC(CF3SO2)3、LiPF4(CF3)2、LiPF4(C2F5)2、LiPF4(CF3SO2)2、LiPF4(C2F5SO2)2、LiBF2(CF3)2、LiBF2(C2F5)2、LiBF2(CF3SO2)2、LiBF2(C2F5SO2)2等の含フッ素有機リチウム塩;
リチウムビス(オキサラト)ボレート、リチウムジフルオロオキサラトボレート、リチウムトリス(オキサラト)ホスフェート、リチウムジフルオロビス(オキサラト)ホスフェート、リチウムテトラフルオロ(オキサラト)ホスフェート等の含ジカルボン酸錯体リチウム塩などが挙げられる。
Specific examples of the electrolyte include inorganic lithium salts such as LiClO 4 , LiAsF 6 , LiPF 6 , LiBF 4 , LiSbF 6 , LiSO 3 F, and LiN (FSO 2 ) 2 .
LiCF 3 SO 3 , LiN (FSO 2 ) (CF 3 SO 2 ), LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , Lithium cyclic 1,3-hexafluoropropanedisulfonylimide, Lithium cyclic 1,2-tetrafluoroethanedisulfonylimide, LiN (CF 3 SO 2 ) (C 4 F 9 SO 2 ), LiC (CF 3 SO 2 ) 3 , LiPF 4 (CF 3 ) 2 , LiPF 4 (C) 2 F 5 ) 2 , LiPF 4 (CF 3 SO 2 ) 2 , LiPF 4 (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , LiBF 2 (CF 3 ) 2 , LiBF 2 (C 2 F 5 ) 2 , LiBF 2 (CF) 3 SO 2 ) 2 , LiBF 2 (C 2 F 5 SO 2 ) 2 and other fluorine-containing organic lithium salts;
Examples thereof include dicarboxylic acid complex lithium salts such as lithium bis (oxalate) borate, lithium difluorooxalato borate, lithium tris (oxalat) phosphate, lithium difluorobis (oxalat) phosphate, and lithium tetrafluoro (oxalat) phosphate.
これらのうち、非水溶媒への溶解性・解離度、電気伝導度及び得られる電池特性の点から
、LiPF6、LiBF4、LiSO3F、LiN(FSO2)2、LiN(FSO2)(CF3SO2)、LiN(CF3SO2)2、LiN(C2F5SO2)2、リチウムビス(オキサラト)ボレート、リチウムジフルオロオキサラトボレート、リチウムトリス(オキサラト)ホスフェート、リチウムジフルオロビス(オキサラト)ホスフェート、リチウムテトラフルオロ(オキサラト)ホスフェートが好ましく、特にLiPF6、LiBF4が好ましい。
Of these, LiPF 6 , LiBF 4 , LiSO 3 F, LiN (FSO 2 ) 2 , LiN (FSO 2 ) (from the viewpoint of solubility / dissociation in non-aqueous solvent, electrical conductivity, and obtained battery characteristics). CF 3 SO 2 ), LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , Lithium bis (oxalat) borate, lithium difluorooxalat borate, lithium tris (oxalate) phosphate, lithium difluorobis ( Oxalato) phosphate and lithium tetrafluoro (oxalat) phosphate are preferable, and LiPF 6 and LiBF 4 are particularly preferable.
また、電解質は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。中でも、特定の無機リチウム塩の2種を併用したり、無機リチウム塩と含フッ素有機リチウム塩とを併用したりすると、トリクル充電時のガス発生が抑制されたり、高温保存後の劣化が抑制されるので好ましい。特に、LiPF6とLiBF4との併用や、LiPF6、LiBF4等の無機リチウム塩と、LiCF3SO3、LiN(CF3SO2)2、LiN(C2F5SO2)2等の含フッ素有機リチウム塩とを併用することが好ましい。 In addition, one type of electrolyte may be used alone, or two or more types may be used in any combination and ratio. Above all, when two kinds of specific inorganic lithium salts are used in combination, or when an inorganic lithium salt and a fluorine-containing organic lithium salt are used in combination, gas generation during trickle charging is suppressed and deterioration after high temperature storage is suppressed. Therefore, it is preferable. In particular, the combined use of LiPF 6 and LiBF 4 , the use of inorganic lithium salts such as LiPF 6 and LiBF 4 , and LiCF 3 SO 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2, etc. It is preferable to use it in combination with a fluorine-containing organic lithium salt.
更に、LiPF6とLiBF4とを併用する場合、電解質全体に対してLiBF4が通常0.01質量%以上、50質量%以下の比率で含有されていることが好ましい。上記比率は、好ましくは0.05質量%以上、より好ましくは0.1質量%以上であり、一方、好ましくは20質量%以下、より好ましくは10質量%以下、特に好ましくは5質量%以下、最も好ましくは3質量%以下である。比率が上記範囲にあることにより、所望の効果を得やすくなり、また、LiBF4の低い解離度により、電解液の抵抗を高くすることを抑制する。 Further, when LiPF 6 and LiBF 4 are used in combination, it is preferable that LiBF 4 is usually contained in a ratio of 0.01% by mass or more and 50% by mass or less with respect to the entire electrolyte. The above ratio is preferably 0.05% by mass or more, more preferably 0.1% by mass or more, while preferably 20% by mass or less, more preferably 10% by mass or less, and particularly preferably 5% by mass or less. Most preferably, it is 3% by mass or less. When the ratio is in the above range, the desired effect can be easily obtained, and the low degree of dissociation of LiBF 4 suppresses the increase in the resistance of the electrolytic solution.
一方、LiPF6、LiBF4等の無機リチウム塩と、LiSO3F、LiN(FSO2)2等の無機リチウム塩や、LiCF3SO3、LiN(CF3SO2)2、LiN(C2F5SO2)2、リチウム環状1,3−ヘキサフルオロプロパンジスルホニルイミド、リチウム環状1,2−テトラフルオロエタンジスルホニルイミド、LiN(CF3SO2)(C4F9SO2)、LiC(CF3SO2)3、LiPF4(CF3)2、LiPF4(C2F5)2、LiPF4(CF3SO2)2、LiPF4(C2F5SO2)2、LiBF2(CF3)2、LiBF2(C2F5)2、LiBF2(CF3SO2)2、LiBF2(C2F5SO2)2等の含フッ素有機リチウム塩や、リチウムビス(オキサラト)ボレート、リチウムトリス(オキサラト)ホスフェート、リチウムジフルオロオキサラトボレート、リチウムトリ(オキサラト)ホスフェート、リチウムジフルオロビス(オキサラト)ホスフェート、リチウムテトラフルオロ(オキサラト)ホスフェート等の含ジカルボン酸錯体リチウム塩等とを併用する場合、電解質全体に占める無機リチウム塩の割合は、通常70質量%以上、好ましくは80質量%以上、より好ましくは85質量%以上、また、通常99質量%以下、好ましくは95質量%以下である。 On the other hand, inorganic lithium salts such as LiPF 6 and LiBF 4 , inorganic lithium salts such as LiSO 3 F and LiN (FSO 2 ) 2 , LiCF 3 SO 3 and LiN (CF 3 SO 2 ) 2 and LiN (C 2 F) 5 SO 2 ) 2 , Lithium cyclic 1,3-hexafluoropropanedisulfonylimide, Lithium cyclic 1,2-tetrafluoroethanedisulfonylimide, LiN (CF 3 SO 2 ) (C 4 F 9 SO 2 ), LiC ( CF 3 SO 2 ) 3 , LiPF 4 (CF 3 ) 2 , LiPF 4 (C 2 F 5 ) 2 , LiPF 4 (CF 3 SO 2 ) 2 , LiPF 4 (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , LiBF 2 ( Fluorine-containing organic lithium salts such as CF 3 ) 2 , LiBF 2 (C 2 F 5 ) 2 , LiBF 2 (CF 3 SO 2 ) 2 , LiBF 2 (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , and lithium bis (oxalate) Use in combination with a dicarboxylic acid complex lithium salt such as borate, lithium tris (oxalate) phosphate, lithium difluorooxalat borate, lithium tri (oxalate) phosphate, lithium difluorobis (oxalat) phosphate, lithium tetrafluoro (oxalat) phosphate, etc. In this case, the ratio of the inorganic lithium salt to the total electrolyte is usually 70% by mass or more, preferably 80% by mass or more, more preferably 85% by mass or more, and usually 99% by mass or less, preferably 95% by mass or less. ..
本発明の非水系電解液中におけるリチウム塩の濃度は、本発明の要旨を損なわない限り任意であるが、通常0.5mol/L以上、好ましくは0.6mol/L以上、より好ましくは0.8mol/L以上である。また、通常3mol/L以下、好ましくは2mol/L以下、より好ましくは1.8mol/L以下、更に好ましくは1.6mol/L以下の範囲である。リチウム塩の濃度が上記範囲にあることにより、非水系電解液の電気伝導率が十分となり、また、粘度上昇による電気伝導率が低下、本発明の非水系電解液を用いた非水系電解液二次電池の性能の低下を抑制する。 The concentration of the lithium salt in the non-aqueous electrolyte solution of the present invention is arbitrary as long as the gist of the present invention is not impaired, but is usually 0.5 mol / L or more, preferably 0.6 mol / L or more, more preferably 0. It is 8 mol / L or more. Further, it is usually in the range of 3 mol / L or less, preferably 2 mol / L or less, more preferably 1.8 mol / L or less, and further preferably 1.6 mol / L or less. When the concentration of the lithium salt is within the above range, the electrical conductivity of the non-aqueous electrolyte solution becomes sufficient, and the electrical conductivity decreases due to the increase in viscosity. The non-aqueous electrolyte solution using the non-aqueous electrolyte solution of the present invention (2) Suppress the deterioration of the performance of the next battery.
〔1−10.非水溶媒〕
本発明の非水系電解液が含有する非水溶媒としては、従来から非水系電解液の溶媒として公知のものの中から適宜選択して用いることができる。 通常使用される非水溶媒の例としては、環状カーボネート、鎖状カーボネート、鎖状及び環状カルボン酸エステル、鎖
状及び環状エーテル、含リン有機溶媒、含硫黄有機溶媒、芳香族含フッ素溶媒等が挙げられる。
[1-10. Non-aqueous solvent]
As the non-aqueous solvent contained in the non-aqueous electrolyte solution of the present invention, a solvent of a conventionally known non-aqueous electrolyte solution can be appropriately selected and used. Examples of commonly used non-aqueous solvents include cyclic carbonates, chain carbonates, chain and cyclic carboxylic acid esters, chain and cyclic ethers, phosphorus-containing organic solvents, sulfur-containing organic solvents, aromatic fluorine-containing solvents and the like. Can be mentioned.
環状カーボネートとしては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート等の環状カーボネートが挙げられ、環状カーボネートの炭素数は、通常3以上6以下である。これらの中でも、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネートは、誘電率が高いため電解質が溶解し易く、非水系電解液二次電池にしたときにサイクル特性が良いという点で好ましい。 Examples of the cyclic carbonate include cyclic carbonates such as ethylene carbonate, propylene carbonate, and butylene carbonate, and the cyclic carbonate usually has 3 or more and 6 or less carbon atoms. Among these, ethylene carbonate and propylene carbonate are preferable because they have a high dielectric constant, so that the electrolyte is easily dissolved, and the cycle characteristics are good when a non-aqueous electrolyte secondary battery is used.
鎖状カーボネートとしては、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、メチル−n−プロピルカーボネート、エチル−n−プロピルカーボネート、ジ−n−プロピルカーボネート等の鎖状カーボネートが挙げられ、構成するアルキル基の炭素数は、1以上5以下が好ましく、特に好ましくは1以上4以下である。中でも、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネートが電池特性向上の点から好ましい。また、アルキル基の水素の一部をフッ素で置換した鎖状カーボネート類も挙げられる。フッ素で置換した鎖状カーボネートとしては、ビス(フルオロメチル)カーボネート、ビス(ジフルオロメチル)カーボネート、ビス(トリフルオロメチル)カーボネート、ビス(2−フルオロエチル)カーボネート、ビス(2,2−ジフルオロエチル)カーボネート、ビス(2,2,2−トリフルオロエチル)カーボネート、2−フルオロエチルメチルカーボネート、2,2−ジフルオロエチルメチルカーボネート、2,2,2−トリフルオロエチルメチルカーボネート等が挙げられる。 Examples of the chain carbonate include chain carbonates such as dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, diethyl carbonate, methyl-n-propyl carbonate, ethyl-n-propyl carbonate, and di-n-propyl carbonate, and the alkyl groups constituting the chain carbonate. The number of carbon atoms is preferably 1 or more and 5 or less, and particularly preferably 1 or more and 4 or less. Of these, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and ethyl methyl carbonate are preferable from the viewpoint of improving battery characteristics. In addition, chain carbonates in which a part of hydrogen of the alkyl group is replaced with fluorine can also be mentioned. The chain carbonates substituted with fluorine include bis (fluoromethyl) carbonate, bis (difluoromethyl) carbonate, bis (trifluoromethyl) carbonate, bis (2-fluoroethyl) carbonate, and bis (2,2-difluoroethyl). Examples thereof include carbonate, bis (2,2,2-trifluoroethyl) carbonate, 2-fluoroethylmethyl carbonate, 2,2-difluoroethylmethyl carbonate, 2,2,2-trifluoroethylmethyl carbonate and the like.
鎖状カルボン酸エステルとしては、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸イソプロピル、酢酸ブチル、酢酸sec−ブチル、酢酸イソブチル、酢酸t−ブチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸プロピル、プロピオン酸イソプロピル、酪酸メチル、酪酸エチル、酪酸プロピル、イソ酪酸メチル、イソ酪酸エチル、吉草酸メチル、吉草酸エチル、ピバル酸メチル、ピバル酸エチル等及びこれらの化合物の水素の一部をフッ素で置換した鎖状カルボン酸エステルが挙げられる。フッ素で置換した鎖状カルボン酸エステルとしては、トリフルオロ酢酸メチル、トリフルオロ酢酸エチル、トリフルオロ酢酸プロピル、トリフルオロ酢酸ブチル、トリフルオロ酢酸2,2,2−トリフルオロエチル等が挙げられる。この中でも、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸ブチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸プロピル、酪酸メチル、酪酸エチル、吉草酸メチル、イソ酪酸メチル、イソ酪酸エチル、ピバル酸メチルが電池特性向上の点から好ましい。 Examples of the chain carboxylic acid ester include methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, isopropyl acetate, butyl acetate, sec-butyl acetate, isobutyl acetate, t-butyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, propyl propionate, and propionic acid. Chains in which isopropyl, methyl butyrate, ethyl butyrate, propyl butyrate, methyl isobutyrate, ethyl isobutyrate, methyl valerate, ethyl valerate, methyl pivalate, ethyl pivalate, etc. and some of the hydrogens of these compounds are replaced with fluorine. State carboxylic acid ester can be mentioned. Examples of the chain carboxylic acid ester substituted with fluorine include methyl trifluoroacetate, ethyl trifluoroacetate, propyl trifluoroacetate, butyl trifluoroacetate, and 2,2,2-trifluoroethyl trifluoroacetic acid. Among these, methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, butyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, propyl propionate, methyl butyrate, ethyl butyrate, methyl pentanoate, methyl isobutyrate, ethyl isobutyrate, and methyl pivalate are batteries. It is preferable from the viewpoint of improving the characteristics.
環状カルボン酸エステルとしては、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン等及びこれらの化合物の水素の一部をフッ素で置換した環状カルボン酸エステルが挙げられる。これらの中でも、γ−ブチロラクトンがより好ましい。
鎖状エーテルとしては、ジメトキシメタン、1,1−ジメトキシエタン、1,2−ジメトキシエタン、ジエトキシメタン、1,1−ジエトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、エトキシメトキシメタン、1,1−エトキシメトキシエタン、1,2−エトキシメトキシエタン等及びこれらの化合物の水素の一部をフッ素で置換した鎖状エーテルが挙げられる。フッ素で置換した鎖状エーテルとして、ビス(トリフルオロエトキシ)エタン、エトキシトリフルオロエトキシエタン、メトキシトリフルオロエトキシエタン、1,1,1,2,2,3,4,5,5,5−デカフルオロ−3−メトキシ−4−トリフルオロメチル−ペンタン、1,1,1,2,2,3,4,5,5,5−デカフルオロ−3−エトキシ−4−トリフルオロメチル−ペンタン、1,1,1,2,2,3,4,5,5,5−デカフルオロ−3−プロポキシ−4−トリフルオロメチル−ペンタン、1,1,2,2−テトラフルオロエチル−2,2,3,3−テトラフルオロプロピルエーテル、2,2−ジフルオロエチル−2,2,3,3−テトラフルオロプロピルエーテル等が挙げられる。これらの中
でも、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタンがより好ましい。
Examples of the cyclic carboxylic acid ester include γ-butyrolactone, γ-valerolactone and the like, and cyclic carboxylic acid ester in which a part of hydrogen of these compounds is replaced with fluorine. Of these, γ-butyrolactone is more preferable.
As the chain ether, dimethoxymethane, 1,1-dimethoxyethane, 1,2-dimethoxyethane, diethoxymethane, 1,1-diethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, ethoxymethoxymethane, 1,1 Examples thereof include −ethoxymethoxyethane, 1,2-ethoxymethoxyethane and the like, and chain ethers in which a part of hydrogen of these compounds is replaced with fluorine. As a chain ether substituted with fluorine, bis (trifluoroethoxy) ethane, ethoxytrifluoroethoxyethane, methoxytrifluoroethoxyethane, 1,1,1,2,2,3,4,5,5-deca Fluoro-3-methoxy-4-trifluoromethyl-pentane, 1,1,1,2,2,3,4,5,5,5-decafluoro-3-ethoxy-4-trifluoromethyl-pentane, 1 , 1,1,2,2,3,4,5,5,5-decafluoro-3-propoxy-4-trifluoromethyl-pentane, 1,1,2,2-tetrafluoroethyl-2,2, Examples thereof include 3,3-tetrafluoropropyl ether and 2,2-difluoroethyl-2,2,3,3-tetrafluoropropyl ether. Of these, 1,2-dimethoxyethane and 1,2-diethoxyethane are more preferable.
環状エーテルとしては、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,3−ジオキサン等及びこれらの化合物の水素の一部をフッ素で置換した環状エーテルが挙げられる。
含リン有機溶媒としては、リン酸トリメチル、リン酸トリエチル、リン酸ジメチルエチル、リン酸メチルジエチル、リン酸エチレンメチル、リン酸エチレンエチル、リン酸トリフェニル、亜リン酸トリメチル、亜リン酸トリエチル、亜リン酸トリフェニル、トリメチルホスフィンオキシド、トリエチルホスフィンオキシド、トリフェニルホスフィンオキシド等及びこれらの化合物の水素の一部をフッ素で置換した含リン有機溶媒が挙げられる。フッ素で置換した含リン有機溶媒として、リン酸トリス(2,2,2−トリフルオロエチル)、リン酸トリス(2,2,3,3,3−ペンタフルオロプロピル)などが挙げられる。
Examples of the cyclic ether include tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,3-dioxane and the like, and cyclic ether in which a part of hydrogen of these compounds is replaced with fluorine.
Examples of the phosphorus-containing organic solvent include trimethyl phosphate, triethyl phosphate, dimethyl ethyl phosphate, methyl diethyl phosphate, ethylene methyl phosphate, ethylene ethyl phosphate, triphenyl phosphate, trimethyl phosphite, and triethyl phosphite. Examples thereof include triphenyl phosphite, trimethylphosphine oxide, triethylphosphine oxide, triphenylphosphine oxide and the like, and phosphorus-containing organic solvents in which a part of hydrogen of these compounds is replaced with fluorine. Examples of the phosphorus-containing organic solvent substituted with fluorine include tris phosphate (2,2,2-trifluoroethyl) and tris phosphate (2,2,3,3,3-pentafluoropropyl).
含硫黄有機溶媒としては、スルホラン、2−メチルスルホラン、3−メチルスルホラン、ジメチルスルホン、ジエチルスルホン、エチルメチルスルホン、メチルプロピルスルホン、ジメチルスルホキシド、メタンスルホン酸メチル、メタンスルホン酸エチル、エタンスルホン酸メチル、エタンスルホン酸エチル、硫酸ジメチル、硫酸ジエチル、硫酸ジブチル等及びこれらの化合物の水素の一部をフッ素で置換した含硫黄有機溶媒が挙げられる。 Examples of the sulfur-containing organic solvent include sulfolane, 2-methylsulfolane, 3-methylsulfolane, dimethylsulfone, diethylsulfone, ethylmethylsulfone, methylpropylsulfone, dimethylsulfoxide, methyl methanesulfonate, ethyl methanesulfonate, and methyl ethanesulfonate. , Ethyl ethanesulfonate, dimethyl sulfate, diethyl sulfate, dibutyl sulfate and the like, and sulfur-containing organic solvents in which a part of hydrogen of these compounds is replaced with fluorine.
芳香族含フッ素溶媒としては、フルオロベンゼン、ジフルオロベンゼン、トリフルオロベンゼン、テトラフルオロベンゼン、ペンタフルオロベンゼン、ヘキサフルオロベンゼン、ベンゾトリフルオライド等が挙げられる。
上記の非水溶媒の中でも、環状カーボネートであるエチレンカーボネート及び/又はプロピレンカーボネートを用いることが好ましく、更にこれらと鎖状カーボネートとを併用することが電解液の高い電導度と低い粘度を両立できる点から好ましい。
Examples of the aromatic fluorine-containing solvent include fluorobenzene, difluorobenzene, trifluorobenzene, tetrafluorobenzene, pentafluorobenzene, hexafluorobenzene, benzotrifluoride and the like.
Among the above-mentioned non-aqueous solvents, it is preferable to use ethylene carbonate and / or propylene carbonate which are cyclic carbonates, and further, the combined use of these and chain carbonate can achieve both high conductivity and low viscosity of the electrolytic solution. Is preferable.
非水溶媒は1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。2種以上を併用する場合、例えば環状カーボネートと鎖状カーボネートとを併用する場合、非水溶媒中に占める鎖状カーボネートの好適な含有量は、通常20体積%以上、好ましくは40体積%以上、また、通常95体積%以下、好ましくは90体積%以下である。一方、非水溶媒中に占める環状カーボネートの好適な含有量は、通常5体積%以上、好ましくは10体積%以上、また、通常80体積%以下、好ましくは60体積%以下である。鎖状カーボネートの割合が上記範囲にあることにより、非水系電解液の粘度上昇を抑制し、また、電解質であるリチウム塩の解離度の低下による非水系電解液の電気伝導率低下を抑制する。なお、本明細書において、非水溶媒の体積は25℃での測定値であるが、エチレンカーボネートのように25℃で固体のものは融点での測定値を用いる。 One type of non-aqueous solvent may be used alone, or two or more types may be used in any combination and ratio. When two or more kinds are used in combination, for example, when a cyclic carbonate and a chain carbonate are used in combination, the preferable content of the chain carbonate in the non-aqueous solvent is usually 20% by volume or more, preferably 40% by volume or more. Further, it is usually 95% by volume or less, preferably 90% by volume or less. On the other hand, the preferable content of the cyclic carbonate in the non-aqueous solvent is usually 5% by volume or more, preferably 10% by volume or more, and usually 80% by volume or less, preferably 60% by volume or less. When the ratio of the chain carbonate is in the above range, the increase in the viscosity of the non-aqueous electrolyte solution is suppressed, and the decrease in the electric conductivity of the non-aqueous electrolyte solution due to the decrease in the dissociation degree of the lithium salt which is the electrolyte is suppressed. In the present specification, the volume of the non-aqueous solvent is a measured value at 25 ° C., but for a solid at 25 ° C. such as ethylene carbonate, the measured value at the melting point is used.
〔1−11.その他の添加剤〕
本発明の非水系電解液は、本発明の効果を著しく損なわない範囲において、各種の添加剤を含有していてもよい。添加剤としては、従来公知のものを任意に用いることができる。尚、添加剤は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
[1-11. Other additives]
The non-aqueous electrolyte solution of the present invention may contain various additives as long as the effects of the present invention are not significantly impaired. As the additive, conventionally known additives can be arbitrarily used. As the additive, one type may be used alone, or two or more types may be used in combination in any combination and ratio.
(過充電防止剤)
過充電防止剤の具体例としては、2−メチルビフェニル、2−エチルビフェニル等のアルキルビフェニル、ターフェニル、ターフェニルの部分水素化体、シクロペンチルベンゼン、シス−1−プロピル−4−フェニルシクロヘキサン、トランス−1−プロピル−4−フェニルシクロヘキサン、シス−1−ブチル−4−フェニルシクロヘキサン、トランス−1−ブチル−4−フェニルシクロヘキサン、ジフェニルエーテル、ジベンゾフラン、エチ
ルフェニルカーボネート、トリス(2−t−アミルフェニル)ホスフェート、トリス(3−
t−アミルフェニル)ホスフェート、トリス(4−t−アミルフェニル)ホスフェート、ト
リス(2−シクロヘキシルフェニル)ホスフェート、トリス(3−シクロヘキシルフェニル)ホスフェート、トリス(4−シクロヘキシルフェニル)ホスフェート、トリフェニルホスフェート、トリトリルホスフェート、トリ(t-ブチルフェニル)ホスフェート、メチルフェニルカーボネート、ジフェニルカーボネート等の芳香族化合物;2−フルオロビフェニル、3−フルオロビフェニル、4−フルオロビフェニル、4,4’−ジフルオロビフェニル、2,4−ジフルオロビフェニル、o−シクロヘキシルフルオロベンゼン、p−シクロヘ
キシルフルオロベンゼン等の芳香族化合物の部分フッ素化物;2,4−ジフルオロアニソール、2,5−ジフルオロアニソール、2,6−ジフルオロアニソール、3,5−ジフルオロアニソール等の含フッ素アニソール化合物等が挙げられる。
(Overcharge inhibitor)
Specific examples of the overcharge inhibitor include alkylbiphenyls such as 2-methylbiphenyl and 2-ethylbiphenyl, terphenyl, and partially hydrides of terphenyl, cyclohexylbenzene, cis-1-propyl-4-phenylcyclohexane, and trans. -1-propyl-4-phenylcyclohexane, cis-1-butyl-4-phenylcyclohexane, trans-1-butyl-4-phenylcyclohexane, diphenyl ether, dibenzofuran, ethylphenyl carbonate, tris (2-t-amylphenyl) phosphate , Tris (3-
t-amylphenyl) phosphate, tris (4-t-amylphenyl) phosphate, tris (2-cyclohexylphenyl) phosphate, tris (3-cyclohexylphenyl) phosphate, tris (4-cyclohexylphenyl) phosphate, triphenyl phosphate, tri Aromatic compounds such as triryl phosphate, tri (t-butylphenyl) phosphate, methylphenyl carbonate, diphenyl carbonate; 2-fluorobiphenyl, 3-fluorobiphenyl, 4-fluorobiphenyl, 4,4'-difluorobiphenyl, 2,4 Partially fluorinated of aromatic compounds such as −difluorobiphenyl, o-cyclohexylfluorobenzene, p-cyclohexylfluorobenzene; 2,4-difluoroanisole, 2,5-difluoroanisole, 2,6-difluoroanisole, 3,5- Examples thereof include fluorine-containing anisole compounds such as difluoroanisole.
非水系電解液中におけるこれらの過充電防止剤の含有量は、通常0.1質量%以上、好ましくは0.2質量%以上、より好ましくは0.3質量%以上、更に好ましくは0.5質量%以上、また、通常5質量%以下、好ましくは3質量%以下、より好ましくは2質量%以下である。濃度が上記範囲にあることにより、所望する過充電防止剤の効果が発現しやすくなり、また、高温保存特性等の電池の特性の低下を抑制する。非水系電解液に過充電防止剤を含有させることによって、過充電による非水系電解液二次電池の破裂・発火を抑制することができ、非水系電解液二次電池の安全性が向上するので好ましい。 The content of these overcharge inhibitors in the non-aqueous electrolyte solution is usually 0.1% by mass or more, preferably 0.2% by mass or more, more preferably 0.3% by mass or more, still more preferably 0.5. It is mass% or more, and usually 5 mass% or less, preferably 3 mass% or less, and more preferably 2 mass% or less. When the concentration is in the above range, the desired effect of the overcharge inhibitor is likely to be exhibited, and deterioration of battery characteristics such as high temperature storage characteristics is suppressed. By containing an overcharge inhibitor in the non-aqueous electrolyte solution, it is possible to suppress the explosion and ignition of the non-aqueous electrolyte secondary battery due to overcharging, and the safety of the non-aqueous electrolyte secondary battery is improved. preferable.
他の助剤としては、ビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネート、エチニルエチレンカーボネート、エリスリタンカーボネート、スピロ−ビス−ジメチレンカーボネート、メトキシエチル−メチルカーボネート、メトキシエチル−エチルカーボネート、エトキシエチル−メチルカーボネート、エトキシエチル−エチルカーボネート等のカーボネート化合物;2,4,8,10−テトラオキサスピロ[5.5]ウンデカン、3,9−ジビニル−2,4,8,10−テトラオキサスピロ[5.5]ウンデカン等のスピロ化合物;1−メチル−2−ピロリジノン、1−メチル−2−ピペリドン、3−メチル−2−オキサゾリジノン、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン及びN−メチルスクシイミド等の含窒素化合物;ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、シクロヘプタン、メチルシクロヘキサン、エチルシクロヘキサン、プロピルシクロヘキサン、n−ブチルシクロヘキサン、t−ブチルシクロヘキサン、ジシクロヘキシル等の炭化水素化合物;メチルジメチルホスフィネート、エチルジメチルホスフィネート、エチルジエチルホスフィネート、トリメチルホスホノフォルメート、トリエチルホスホノフォルメート、トリメチルホスホノアセテート、トリエチルホスホノアセテート、トリメチル−3−ホスホノプロピオネート、トリエチル−3−ホスホノプロピオネート等の含リン化合物、無水コハク酸、メチル無水コハク酸、4,4−ジメチル無水コハク酸、4,5−ジメチル無水コハク酸、無水マレイン酸、無水シトラコン酸、ジメチル無水マレイン酸、フェニル無水マレイン酸、ジフェニル無水マレイン酸、無水フタル酸、シクロヘキサン1,2−ジカルボン酸無水物、無水酢酸、無水プロピオン酸、無水アクリル酸、無水メタクリル酸などの酸無水物が挙げられる。これらのうち、ビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネート、無水コハク酸、無水マレイン酸、無水メタクリル酸がサイクル特性向上や高温保存特性向上の点から好ましい。これらは単独で用いても、2種類以上を併用してもよい。 Other auxiliaries include vinylene carbonate, vinylethylene carbonate, ethynylethylene carbonate, erythritan carbonate, spiro-bis-dimethylene carbonate, methoxyethyl-methyl carbonate, methoxyethyl-ethyl carbonate, ethoxyethyl-methyl carbonate, ethoxyethyl. Carbonate compounds such as −ethyl carbonate; 2,4,8,10-tetraoxaspiro [5.5] undecane, 3,9-divinyl-2,4,8,10-tetraoxaspiro [5.5] undecane and the like. Spiro compounds; nitrogen-containing compounds such as 1-methyl-2-pyrrolidinone, 1-methyl-2-piperidone, 3-methyl-2-oxazolidinone, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone and N-methylsucciimide. Compounds; Hydrocarbon compounds such as heptane, octane, nonane, decane, cycloheptane, methylcyclohexane, ethylcyclohexane, propylcyclohexane, n-butylcyclohexane, t-butylcyclohexane, dicyclohexyl; methyldimethylphosphinate, ethyldimethylphosphinate, ethyl Phosphorus-containing compounds such as diethylphosphinate, trimethylphosphonoformate, triethylphosphonoformate, trimethylphosphonoacetate, triethylphosphonoacetate, trimethyl-3-phosphonopropionate, triethyl-3-phosphonopropionate , Succinic anhydride, methyl succinic anhydride, 4,4-dimethyl succinic anhydride, 4,5-dimethyl succinic anhydride, maleic anhydride, citraconic anhydride, maleic anhydride, phenyl maleic anhydride, diphenyl maleic anhydride , Succinic anhydride, cyclohexane 1,2-dicarboxylic acid anhydride, acetic anhydride, propionic anhydride, acrylic anhydride, methacrylic anhydride and other acid anhydrides. Of these, vinylene carbonate, vinylethylene carbonate, succinic anhydride, maleic anhydride, and methacrylic anhydride are preferable from the viewpoint of improving cycle characteristics and high-temperature storage characteristics. These may be used alone or in combination of two or more.
非水系電解液中におけるこれらの助剤の含有量は、特に制限はないが、通常0.01質量%以上、好ましくは0.1質量%以上、より好ましくは0.2質量%以上であり、通常8質量%以下、好ましくは5質量%以下、より好ましくは3質量%以下、更に好ましくは2質量%以下である。これらの助剤を添加することは、高温保存後の容量維持特性やサイクル特性を向上させる点で好ましい。この濃度が上記範囲にあることにより、助剤の効果が発現しやすくなり、また、高率荷放電特性等の電池の特性の低下を抑制する。 The content of these auxiliaries in the non-aqueous electrolyte solution is not particularly limited, but is usually 0.01% by mass or more, preferably 0.1% by mass or more, and more preferably 0.2% by mass or more. It is usually 8% by mass or less, preferably 5% by mass or less, more preferably 3% by mass or less, still more preferably 2% by mass or less. It is preferable to add these auxiliaries from the viewpoint of improving the capacity retention characteristics and cycle characteristics after high temperature storage. When this concentration is in the above range, the effect of the auxiliary agent is likely to be exhibited, and deterioration of battery characteristics such as high rate load discharge characteristics is suppressed.
〔2.負極〕
以下に負極に使用される負極活物質について述べる。負極活物質としては、電気化学的にリチウムイオンを吸蔵・放出可能なものであれば、特に制限はない。具体例としては、炭素質材料、合金系材料、リチウム含有金属複合酸化物材料等が挙げられる。これらは1種を単独で用いてもよく、また2種以上を任意に組み合わせて併用してもよい。
[2. Negative electrode]
The negative electrode active material used for the negative electrode will be described below. The negative electrode active material is not particularly limited as long as it can electrochemically occlude and release lithium ions. Specific examples include carbonaceous materials, alloy-based materials, lithium-containing metal composite oxide materials, and the like. One of these may be used alone, or two or more thereof may be arbitrarily combined and used in combination.
<負極活物質>
負極活物質としては、炭素質材料、合金系材料、リチウム含有金属複合酸化物材料等が挙げられる。
炭素質材料としては、(1)天然黒鉛、(2)人造黒鉛、(3)非晶質炭素、(4)炭素被覆黒鉛、(5)黒鉛被覆黒鉛、(6)樹脂被覆黒鉛等が挙げられる。
<Negative electrode active material>
Examples of the negative electrode active material include carbonaceous materials, alloy-based materials, lithium-containing metal composite oxide materials, and the like.
Examples of the carbonaceous material include (1) natural graphite, (2) artificial graphite, (3) amorphous carbon, (4) carbon-coated graphite, (5) graphite-coated graphite, and (6) resin-coated graphite. ..
(1)天然黒鉛としては、鱗状黒鉛、鱗片状黒鉛、土壌黒鉛及び/又はこれらの黒鉛を原料に球形化や緻密化等の処理を施した黒鉛粒子等が挙げられる。これらの中でも、粒子の充填性や充放電レート特性の観点から、球形化処理を施した球状もしくは楕円体状の黒鉛が特に好ましい。
球形化処理に用いる装置としては、例えば、衝撃力を主体に粒子の相互作用も含めた圧縮、摩擦、せん断力等の機械的作用を繰り返し粒子に与える装置を用いることができる。具体的には、ケーシング内部に多数のブレードを設置したローターを有し、そのローターが高速回転することによって、内部に導入された炭素材に対して衝撃圧縮、摩擦、せん断力等の機械的作用を与え、球形化処理を行なう装置が好ましい。また、炭素材を循環させることによって機械的作用を繰り返して与える機構を有するものであるのが好ましい。
(1) Examples of natural graphite include scaly graphite, scaly graphite, soil graphite, and / or graphite particles obtained by subjecting these graphites to spheroidization, densification, or the like. Among these, spherical or ellipsoidal graphite that has been subjected to a spheroidizing treatment is particularly preferable from the viewpoint of particle packing property and charge / discharge rate characteristics.
As the device used for the spheroidizing process, for example, a device that repeatedly applies mechanical actions such as compression, friction, and shearing force including the interaction of particles mainly with impact force to the particles can be used. Specifically, it has a rotor with a large number of blades installed inside the casing, and by rotating the rotor at high speed, mechanical actions such as impact compression, friction, and shearing force are applied to the carbon material introduced inside. , And a device that performs the spheroidizing process is preferable. Further, it is preferable that the carbon material has a mechanism for repeatedly giving a mechanical action by circulating the carbon material.
例えば前述の装置を用いて球形化処理する場合は、回転するローターの周速度を30〜100m/秒にするのが好ましく、40〜100m/秒にするのがより好ましく、50〜100m/秒にするのが更に好ましい。また、処理は、単に炭素質物を通過させるだけでも可能であるが、30秒以上装置内を循環又は滞留させて処理するのが好ましく、1分以上装置内を循環又は滞留させて処理するのがより好ましい。 For example, in the case of sphericalizing using the above-mentioned device, the peripheral speed of the rotating rotor is preferably 30 to 100 m / sec, more preferably 40 to 100 m / sec, and 50 to 100 m / sec. It is more preferable to do so. Further, although the treatment can be carried out simply by passing a carbonaceous material, it is preferable to circulate or retain in the apparatus for 30 seconds or more, and to circulate or retain in the apparatus for 1 minute or more. More preferred.
(2)人造黒鉛としては、コールタールピッチ、石炭系重質油、常圧残油、石油系重質油、芳香族炭化水素、窒素含有環状化合物、硫黄含有環状化合物、ポリフェニレン、ポリ塩化ビニル、ポリビニルアルコール、ポリアクリロニトリル、ポリビニルブチラール、天然高分子、ポリフェニレンサイルファイド、ポリフェニレンオキシド、フルフリルアルコール樹脂、フェノール−ホルムアルデヒド樹脂、イミド樹脂などの有機化合物を、通常2500℃以上、通常3200℃以下の範囲の温度で黒鉛化し、必要に応じて粉砕及び/又は分級して製造されたものが挙げられる。この際、珪素含有化合物やホウ素含有化合物などを黒鉛化触媒として用いることもできる。また、ピッチの熱処理過程で分離したメソカーボンマイクロビーズを黒鉛化して得た人造黒鉛が挙げられる。更に一次粒子からなる造粒粒子の人造黒鉛も挙げられる。例えば、メソカーボンマイクロビーズや、コークス等の黒鉛化可能な炭素質材料粉体とタール、ピッチ等の黒鉛化可能なバインダーと黒鉛化触媒を混合し、黒鉛化し、必要に応じて粉砕することで得られる、扁平状の粒子を複数、配向面が非平行となるように集合又は結合した黒鉛粒子が挙げられる。 (2) As artificial graphite, coal tar pitch, coal-based heavy oil, atmospheric residual oil, petroleum-based heavy oil, aromatic hydrocarbons, nitrogen-containing cyclic compounds, sulfur-containing cyclic compounds, polyphenylene, polyvinyl chloride, etc. Organic compounds such as polyvinyl alcohol, polyacrylonitrile, polyvinyl butyral, natural polymers, polyphenylene silfide, polyphenylene oxide, furfuryl alcohol resin, phenol-formaldehyde resin, and imide resin are usually used in the range of 2500 ° C or higher and usually 3200 ° C or lower. Examples thereof include those produced by graphitization at temperature, crushing and / or classifying as necessary. At this time, a silicon-containing compound, a boron-containing compound, or the like can also be used as a graphitization catalyst. In addition, artificial graphite obtained by graphitizing mesocarbon microbeads separated in a pitch heat treatment process can be mentioned. Further, artificial graphite of granulated particles composed of primary particles can also be mentioned. For example, by mixing mesocarbon microbeads, graphitizable carbon material powder such as coke with graphitizable binder such as tar and pitch, and graphitizing catalyst, graphitizing and pulverizing if necessary. Examples thereof include graphite particles obtained by assembling or bonding a plurality of flat particles so that the orientation planes are non-parallel.
(3)非晶質炭素としては、タール、ピッチ等の易黒鉛化性炭素前駆体を原料に用い、黒鉛化しない温度領域(400〜2200℃の範囲)で1回以上熱処理した非晶質炭素粒子や、樹脂などの難黒鉛化性炭素前駆体を原料に用いて熱処理した非晶質炭素粒子が挙げられる。
(4)炭素被覆黒鉛としては、天然黒鉛及び/又は人造黒鉛と、タール、ピッチや樹脂等の有機化合物である炭素前駆体を混合し、400〜2300℃の範囲で1回以上熱処理し得られる天然黒鉛及び/又は人造黒鉛を核黒鉛とし、非晶質炭素が核黒鉛を被覆してい
る炭素黒鉛複合体が挙げられる。複合の形態は、表面全体または一部を被覆しても、複数の一次粒子を前記炭素前駆体起源の炭素をバインダーとして複合させたものであってもよい。また、天然黒鉛及び/又は人造黒鉛にベンゼン、トルエン、メタン、プロパン、芳香族系の揮発分等の炭化水素系ガス等を高温で反応させ、黒鉛表面に炭素を堆積(CVD)さ
せることでも炭素黒鉛複合体を得ることもできる。
(3) As the amorphous carbon, an amorphous carbon that uses an easily graphitizable carbon precursor such as tar or pitch as a raw material and is heat-treated at least once in a temperature range (range of 400 to 2200 ° C.) where graphitization does not occur. Examples thereof include amorphous carbon particles that have been heat-treated using particles or a non-graphitizable carbon precursor such as a resin as a raw material.
(4) The carbon-coated graphite can be obtained by mixing natural graphite and / or artificial graphite with a carbon precursor which is an organic compound such as tar, pitch or resin, and heat-treating it once or more in the range of 400 to 2300 ° C. Examples thereof include a carbon graphite composite in which natural graphite and / or artificial graphite is used as nuclear graphite and amorphous carbon is coated on the nuclear graphite. The form of the composite may be a coating of the entire surface or a part thereof, or a composite of a plurality of primary particles using carbon derived from the carbon precursor as a binder. Carbon can also be deposited (CVD) on the graphite surface by reacting natural graphite and / or artificial graphite with hydrocarbon gases such as benzene, toluene, methane, propane, and aromatic volatiles at high temperatures. Graphite composites can also be obtained.
(5)黒鉛被覆黒鉛としては、天然黒鉛及び/又は人造黒鉛と、タール、ピッチや樹脂等の易黒鉛化性の有機化合物の炭素前駆体を混合し、2400〜3200℃程度の範囲で1回以上熱処理し得られる天然黒鉛及び/又は人造黒鉛を核黒鉛とし、黒鉛化物が核黒鉛の表面全体または一部を被覆している黒鉛被覆黒鉛が挙げられる。
(6)樹脂被覆黒鉛としては、天然黒鉛及び/又は人造黒鉛と、樹脂等を混合、400℃未満の温度で乾燥し得られる天然黒鉛及び/又は人造黒鉛を核黒鉛とし、樹脂等が核黒鉛を被覆している樹脂被覆黒鉛が挙げられる。
(5) As the graphite-coated graphite, natural graphite and / or artificial graphite is mixed with a carbon precursor of an easily graphitizable organic compound such as tar, pitch or resin, and once in the range of about 2400 to 3200 ° C. Examples thereof include graphite-coated graphite in which natural graphite and / or artificial graphite obtained by the above heat treatment is used as nuclear graphite, and graphite is coated on the entire or a part of the surface of the nuclear graphite.
(6) As the resin-coated graphite, natural graphite and / or artificial graphite obtained by mixing natural graphite and / or artificial graphite and resin or the like and drying at a temperature of less than 400 ° C. is used as nuclear graphite, and the resin or the like is nuclear graphite. Examples thereof include resin-coated graphite coating the above.
また、(1)〜(6)の炭素質材料は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
上記(2)〜(5)に用いられるタール、ピッチや樹脂等の有機化合物としては、石炭系重質油、直流系重質油、分解系石油重質油、芳香族炭化水素、N環化合物、S環化合物、ポリフェニレン、有機合成高分子、天然高分子、熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂からなる群より選ばれた炭化可能な有機化合物などが挙げられる。また、原料有機化合物は混合時の粘度を調整するため、低分子有機溶媒に溶解させて用いてもよい。
Further, as the carbonaceous materials (1) to (6), one kind may be used alone, or two or more kinds may be used in any combination and ratio.
Examples of the organic compounds such as tar, pitch and resin used in (2) to (5) above include coal-based heavy oil, DC-based heavy oil, decomposition-based petroleum heavy oil, aromatic hydrocarbons, and N-ring compounds. , S-ring compounds, polyphenylenes, synthetic organic polymers, natural polymers, thermoplastic resins, thermosetting resins, and other carbonizable organic compounds selected from the group. Further, the raw material organic compound may be used by being dissolved in a low molecular weight organic solvent in order to adjust the viscosity at the time of mixing.
また、核黒鉛の原料となる天然黒鉛及び/又は人造黒鉛としては、球形化処理を施した天然黒鉛が好ましい。
負極活物質として用いられる合金系材料としては、リチウムを吸蔵・放出可能であれば、リチウム単体、リチウム合金を形成する単体金属及び合金、又はそれらの酸化物、炭化物、窒化物、ケイ化物、硫化物若しくはリン化物等の化合物のいずれであってもよく、特に制限されない。リチウム合金を形成する単体金属及び合金としては、13族及び14族の金属・半金属元素(即ち炭素を除く)を含む材料であることが好ましく、より好ましくはアルミニウム、ケイ素及びスズの単体金属及びこれら原子を含む合金又は化合物である。これらは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
Further, as the natural graphite and / or the artificial graphite which is a raw material of the nuclear graphite, the natural graphite which has been subjected to the spheroidizing treatment is preferable.
As an alloy-based material used as a negative electrode active material, if lithium can be occluded and released, lithium alone, a single metal and alloy forming a lithium alloy, or their oxides, carbides, nitrides, silicides, and sulfides. It may be either a substance or a compound such as a phosphate, and is not particularly limited. The elemental metal and alloy forming the lithium alloy are preferably materials containing group 13 and group 14 metal / semi-metal elements (that is, excluding carbon), and more preferably elemental metals of aluminum, silicon and tin. An alloy or compound containing these atoms. One of these may be used alone, or two or more thereof may be used in any combination and ratio.
<炭素質材料の物性>
負極活物質として炭素質材料を用いる場合、以下の物性を有するものであることが望ましい。
(X線パラメータ)
炭素質材料の学振法によるX線回折で求めた格子面(002面)のd値(層間距離)が、通常0.335nm以上であり、また、通常0.360nm以下であり、0.350nm以下が好ましく、0.345nm以下がさらに好ましい。また、学振法によるX線回折で求めた炭素質材料の結晶子サイズ(Lc)は、1.0nm以上であることが好ましく、中でも1.5nm以上であることがさらに好ましい。
<Physical properties of carbonaceous materials>
When a carbonaceous material is used as the negative electrode active material, it is desirable that it has the following physical properties.
(X-ray parameter)
The d value (interlayer distance) of the lattice planes (002 planes) determined by X-ray diffraction of carbonaceous materials is usually 0.335 nm or more, and usually 0.360 nm or less, 0.350 nm. The following is preferable, and 0.345 nm or less is more preferable. The crystallite size (Lc) of the carbonaceous material determined by X-ray diffraction by the Gakushin method is preferably 1.0 nm or more, and more preferably 1.5 nm or more.
(体積基準平均粒径)
炭素質材料の体積基準平均粒径は、レーザー回折・散乱法により求めた体積基準の平均粒径(メジアン径)であり、通常1μm以上であり、3μm以上が好ましく、5μm以上がさらに好ましく、7μm以上が特に好ましく、また、通常100μm以下であり、50μm以下が好ましく、40μm以下がより好ましく、30μm以下がさらに好ましく、25μm以下が特に好ましい。
(Volume-based average particle size)
The volume-based average particle size of the carbonaceous material is the volume-based average particle size (median diameter) determined by the laser diffraction / scattering method, and is usually 1 μm or more, preferably 3 μm or more, more preferably 5 μm or more, and 7 μm. The above is particularly preferable, and usually 100 μm or less, 50 μm or less is preferable, 40 μm or less is more preferable, 30 μm or less is further preferable, and 25 μm or less is particularly preferable.
体積基準平均粒径が上記範囲を下回ると、不可逆容量が増大して、初期の電池容量の損失を招くことになる場合がある。また、上記範囲を上回ると、塗布により電極を作製する際に、不均一な塗面になりやすく、電池製作工程上望ましくない場合がある。
体積基準平均粒径の測定は、界面活性剤であるポリオキシエチレン(20)ソルビタンモノラウレートの0.2質量%水溶液(約10mL)に炭素粉末を分散させて、レーザー回折・散乱式粒度分布計(例えば、堀場製作所社製LA−700)を用いて行なう。該測定で求められるメジアン径を、本発明の炭素質材料の体積基準平均粒径と定義する。
If the volume-based average particle size falls below the above range, the irreversible capacity may increase, resulting in a loss of initial battery capacity. On the other hand, if it exceeds the above range, a non-uniform coating surface is likely to occur when the electrode is produced by coating, which may not be desirable in the battery manufacturing process.
The volume-based average particle size is measured by dispersing carbon powder in a 0.2 mass% aqueous solution (about 10 mL) of polyoxyethylene (20) sorbitan monolaurate, which is a surfactant, and laser diffraction / scattering particle size distribution. This is performed using a meter (for example, LA-700 manufactured by HORIBA, Ltd.). The median diameter obtained by the measurement is defined as the volume-based average particle diameter of the carbonaceous material of the present invention.
(ラマンR値)
炭素質材料のラマンR値は、レーザーラマンスペクトル法を用いて測定した値であり、通常0.01以上であり、0.03以上が好ましく、0.1以上がさらに好ましく、また、通常1.5以下であり、1.2以下が好ましく、1以下がさらに好ましく、0.5以下が特に好ましい。
(Raman R value)
The Raman R value of the carbonaceous material is a value measured by laser Raman spectroscopy, and is usually 0.01 or more, preferably 0.03 or more, more preferably 0.1 or more, and usually 1. It is 5 or less, preferably 1.2 or less, more preferably 1 or less, and particularly preferably 0.5 or less.
ラマンR値が上記範囲を下回ると、粒子表面の結晶性が高くなり過ぎて、充放電に伴ってLiが層間に入るサイトが少なくなる場合がある。即ち、充電受入性が低下する場合がある。また、集電体に塗布した後、プレスすることによって負極を高密度化した場合に電極板と平行方向に結晶が配向しやすくなり、負荷特性の低下を招く場合がある。
一方、上記範囲を上回ると、粒子表面の結晶性が低下し、非水系電解液との反応性が増し、効率の低下やガス発生の増加を招く場合がある。
If the Raman R value is less than the above range, the crystallinity of the particle surface becomes too high, and the number of sites where Li enters between layers may decrease due to charging and discharging. That is, the charge acceptability may decrease. Further, when the negative electrode is densified by pressing after being applied to the current collector, the crystals tend to be oriented in the direction parallel to the electrode plate, which may lead to deterioration of the load characteristics.
On the other hand, if it exceeds the above range, the crystallinity of the particle surface is lowered, the reactivity with the non-aqueous electrolyte solution is increased, and the efficiency may be lowered and the gas generation may be increased.
ラマンスペクトルの測定は、ラマン分光器(例えば、日本分光社製ラマン分光器)を用いて、試料を測定セル内へ自然落下させて充填し、セル内のサンプル表面にアルゴンイオンレーザー光(若しくは半導体レーザー光)を照射しながら、セルをレーザー光と垂直な面内で回転させることにより行なう。得られるラマンスペクトルについて、1580cm−1付近のピークPAの強度IAと、1360cm−1付近のピークPBの強度IBとを測定し、その強度比R(R=IB/IA)を算出する。該測定で算出されるラマンR値を、本発明の炭素質材料のラマンR値と定義する。 To measure the Raman spectrum, a Raman spectroscope (for example, a Raman spectroscope manufactured by Nippon Spectroscopy Co., Ltd.) is used to naturally drop the sample into the measurement cell and fill it, and then the surface of the sample in the cell is filled with an argon ion laser beam (or semiconductor). This is performed by rotating the cell in a plane perpendicular to the laser beam while irradiating the cell (laser beam). The resulting Raman spectrum, the intensity I A of the peak P A in the vicinity of 1580 cm -1, and measuring the intensity I B of a peak P B in the vicinity of 1360 cm -1, the intensity ratio R (R = I B / I A) Is calculated. The Raman R value calculated by the measurement is defined as the Raman R value of the carbonaceous material of the present invention.
また、上記のラマン測定条件は、次の通りである。
・レーザー波長 :Arイオンレーザー514.5nm(半導体レーザー532nm)
・測定範囲 :1100cm−1〜1730cm−1
・ラマンR値:バックグラウンド処理、
・スムージング処理 :単純平均、コンボリューション5ポイント
The Raman measurement conditions described above are as follows.
-Laser wavelength: Ar ion laser 514.5 nm (semiconductor laser 532 nm)
-Measurement range: 1100 cm -1 to 1730 cm -1
・ Raman R value: Background processing,
・ Smoothing processing: Simple average, convolution 5 points
(BET比表面積)
炭素質材料のBET比表面積は、BET法を用いて測定した比表面積の値であり、通常0.1m2・g−1以上であり、0.7m2・g−1以上が好ましく、1.0m2・g−1以上がさらに好ましく、1.5m2・g−1以上が特に好ましく、また、通常100m2・g−1以下であり、25m2・g−1以下が好ましく、15m2・g−1以下がさらに好ましく、10m2・g−1以下が特に好ましい。
(BET specific surface area)
BET specific surface area of the carbonaceous material is a value of the measured specific surface area using the BET method is usually 0.1 m 2 · g -1 or more, 0.7 m 2 · g -1 or more, 1. 0 m 2 · g -1 or more, and particularly preferably 1.5 m 2 · g -1 or more, generally not more than 100 m 2 · g -1, preferably 25 m 2 · g -1 or less, 15 m 2 · g -1 more preferably less, 10 m 2 · g -1 or less are especially preferred.
BET比表面積の値がこの範囲を下回ると、負極材料として用いた場合の充電時にリチウムの受け入れ性が悪くなりやすく、リチウムが電極表面で析出しやすくなり、安定性が低下する可能性がある。一方、この範囲を上回ると、負極材料として用いた時に非水系電解液との反応性が増加し、ガス発生が多くなりやすく、好ましい電池が得られにくい場合がある。 If the value of the BET specific surface area is less than this range, the acceptability of lithium tends to deteriorate during charging when used as a negative electrode material, and lithium tends to precipitate on the electrode surface, which may reduce stability. On the other hand, if it exceeds this range, the reactivity with the non-aqueous electrolyte solution increases when used as the negative electrode material, gas generation tends to increase, and it may be difficult to obtain a preferable battery.
BET法による比表面積の測定は、表面積計(例えば、大倉理研製全自動表面積測定装置)を用いて、試料に対して窒素流通下350℃で15分間、予備乾燥を行なった後、大
気圧に対する窒素の相対圧の値が0.3となるように正確に調整した窒素ヘリウム混合ガスを用いて、ガス流動法による窒素吸着BET1点法によって行なう。
To measure the specific surface area by the BET method, a surface area meter (for example, a fully automatic surface area measuring device manufactured by Okura Riken) is used to pre-dry the sample at 350 ° C. for 15 minutes under nitrogen flow, and then to atmospheric pressure. This is performed by the nitrogen adsorption BET 1-point method by the gas flow method using a nitrogen helium mixed gas accurately adjusted so that the relative pressure value of nitrogen is 0.3.
(円形度)
炭素質材料の球形の程度として円形度を測定した場合、以下の範囲に収まることが好ましい。なお、円形度は、「円形度=(粒子投影形状と同じ面積を持つ相当円の周囲長)/(粒子投影形状の実際の周囲長)」で定義され、円形度が1のときに理論的真球となる。
炭素質材料の粒径が3〜40μmの範囲にある粒子の円形度は1に近いほど望ましく、また、0.1以上が好ましく、中でも0.5以上が好ましく、0.8以上がより好ましく、0.85以上がさらに好ましく、0.9以上が特に好ましい。高電流密度充放電特性は、円形度が大きいほど向上する。従って、円形度が上記範囲を下回ると、負極活物質の充填性が低下し、粒子間の抵抗が増大して、短時間高電流密度充放電特性が低下する場合がある。
(Circularity)
When the circularity is measured as the degree of sphere of the carbonaceous material, it is preferably within the following range. The circularity is defined by "circularity = (peripheral length of a corresponding circle having the same area as the projected particle shape) / (actual peripheral length of the projected particle shape)", and is theoretical when the circularity is 1. Become a true sphere.
The circularity of the particles in which the particle size of the carbonaceous material is in the range of 3 to 40 μm is preferably closer to 1, and preferably 0.1 or more, particularly 0.5 or more, more preferably 0.8 or more. 0.85 or more is more preferable, and 0.9 or more is particularly preferable. The high current density charge / discharge characteristics improve as the circularity increases. Therefore, when the circularity is less than the above range, the filling property of the negative electrode active material is lowered, the resistance between the particles is increased, and the high current density charge / discharge characteristics for a short time may be lowered.
円形度の測定は、フロー式粒子像分析装置(例えば、シスメックス社製FPIA)を用いて行う。試料約0.2gを、界面活性剤であるポリオキシエチレン(20)ソルビタンモノラウレートの0.2質量%水溶液(約50mL)に分散させ、28kHzの超音波を出力60Wで1分間照射した後、検出範囲を0.6〜400μmに指定し、粒径が3〜40μmの範囲の粒子について測定する。 The circularity is measured using a flow-type particle image analyzer (for example, FPIA manufactured by Sysmex Corporation). About 0.2 g of the sample was dispersed in a 0.2 mass% aqueous solution (about 50 mL) of polyoxyethylene (20) sorbitan monolaurate as a surfactant, and ultrasonic waves of 28 kHz were irradiated at an output of 60 W for 1 minute. , The detection range is specified as 0.6 to 400 μm, and the measurement is performed on particles having a particle size in the range of 3 to 40 μm.
円形度を向上させる方法は、特に制限されないが、球形化処理を施して球形にしたものが、電極体にしたときの粒子間空隙の形状が整うので好ましい。球形化処理の例としては、せん断力、圧縮力を与えることによって機械的に球形に近づける方法、複数の微粒子をバインダーもしくは、粒子自身の有する付着力によって造粒する機械的・物理的処理方法等が挙げられる。 The method for improving the circularity is not particularly limited, but a spherical shape obtained by subjecting it to a spherical shape is preferable because the shape of the interparticle voids when the electrode body is formed is adjusted. Examples of spheroidizing treatment include a method of mechanically approaching a sphere by applying shearing force and compressive force, and a mechanical / physical treatment method of granulating a plurality of fine particles by the adhesive force of the binder or the particles themselves. Can be mentioned.
(タップ密度)
炭素質材料のタップ密度は、通常0.1g・cm−3以上であり、0.5g・cm−3以上が好ましく、0.7g・cm−3以上がさらに好ましく、1g・cm−3以上が特に好ましく、また、2g・cm−3以下が好ましく、1.8g・cm−3以下がさらに好ましく、1.6g・cm−3以下が特に好ましい。タップ密度が、上記範囲を下回ると、負極として用いた場合に充填密度が上がり難く、高容量の電池を得ることができない場合がある。また、上記範囲を上回ると、電極中の粒子間の空隙が少なくなり過ぎ、粒子間の導電性が確保され難くなり、好ましい電池特性が得られにくい場合がある。
(Tap density)
The tap density of the carbonaceous material is usually 0.1 g · cm -3 or more, preferably 0.5 g · cm -3 or more, more preferably 0.7 g · cm -3 or more, and 1 g · cm -3 or more. It is particularly preferable, 2 g · cm -3 or less is preferable, 1.8 g · cm -3 or less is further preferable, and 1.6 g · cm -3 or less is particularly preferable. If the tap density is lower than the above range, the filling density is difficult to increase when used as a negative electrode, and a high-capacity battery may not be obtained. On the other hand, if it exceeds the above range, the voids between the particles in the electrode become too small, it becomes difficult to secure the conductivity between the particles, and it may be difficult to obtain preferable battery characteristics.
タップ密度の測定は、目開き300μmの篩を通過させて、20cm3のタッピングセルに試料を落下させてセルの上端面まで試料を満たした後、粉体密度測定器(例えば、セイシン企業社製タップデンサー)を用いて、ストローク長10mmのタッピングを1000回行なって、その時の体積と試料の質量からタップ密度を算出する。 To measure the tap density, pass through a sieve with a mesh size of 300 μm, drop the sample into a tapping cell of 20 cm 3 to fill the sample up to the upper end surface of the cell, and then use a powder density measuring device (for example, manufactured by Seishin Enterprise Co., Ltd.). Using a tap denser), tapping with a stroke length of 10 mm is performed 1000 times, and the tap density is calculated from the volume at that time and the mass of the sample.
(配向比)
炭素質材料の配向比は、通常0.005以上であり、0.01以上が好ましく、0.015以上がさらに好ましく、また、通常0.67以下である。配向比が、上記範囲を下回ると、高密度充放電特性が低下する場合がある。なお、上記範囲の上限は、炭素質材料の配向比の理論上限値である。
配向比は、試料を加圧成型してからX線回折により測定する。試料0.47gを直径17mmの成型機に充填し58.8MN・m−2で圧縮して得た成型体を、粘土を用いて測定用試料ホルダーの面と同一面になるようにセットしてX線回折を測定する。得られた炭素の(110)回折と(004)回折のピーク強度から、(110)回折ピーク強度/(004)回折ピーク強度で表わされる比を算出する。
X線回折測定条件は次の通りである。なお、「2θ」は回折角を示す。
(Orientation ratio)
The orientation ratio of the carbonaceous material is usually 0.005 or more, preferably 0.01 or more, more preferably 0.015 or more, and usually 0.67 or less. If the orientation ratio is less than the above range, the high-density charge / discharge characteristics may deteriorate. The upper limit of the above range is the theoretical upper limit of the orientation ratio of the carbonaceous material.
The orientation ratio is measured by X-ray diffraction after pressure molding the sample. A molded product obtained by filling 0.47 g of a sample into a molding machine having a diameter of 17 mm and compressing it at 58.8 MN · m- 2 was set using clay so as to be flush with the surface of the sample holder for measurement. Measure X-ray diffraction. From the peak intensities of (110) diffraction and (004) diffraction of the obtained carbon, the ratio expressed by (110) diffraction peak intensity / (004) diffraction peak intensity is calculated.
The X-ray diffraction measurement conditions are as follows. In addition, "2θ" indicates a diffraction angle.
・ターゲット:Cu(Kα線)グラファイトモノクロメーター
・スリット :
発散スリット=0.5度
受光スリット=0.15mm
散乱スリット=0.5度
・測定範囲及びステップ角度/計測時間:
(110)面:75度≦2θ≦80度 1度/60秒
(004)面:52度≦2θ≦57度 1度/60秒
・ Target: Cu (Kα ray) graphite monochromator ・ Slit:
Divergence slit = 0.5 degrees Light receiving slit = 0.15 mm
Scattering slit = 0.5 degrees ・ Measurement range and step angle / measurement time:
(110) Surface: 75 degrees ≤ 2θ ≤ 80 degrees 1 degree / 60 seconds (004) Surface: 52 degrees ≤ 2θ ≤ 57 degrees 1 degree / 60 seconds
(アスペクト比(粉))
炭素質材料のアスペクト比は、通常1以上、また、通常10以下であり、8以下が好ましく、5以下がさらに好ましい。アスペクト比が、上記範囲を上回ると、極板化時にスジ引きや、均一な塗布面が得られず、高電流密度充放電特性が低下する場合がある。なお、上記範囲の下限は、炭素質材料のアスペクト比の理論下限値である。
(Aspect ratio (powder))
The aspect ratio of the carbonaceous material is usually 1 or more, usually 10 or less, preferably 8 or less, and even more preferably 5 or less. If the aspect ratio exceeds the above range, streaks or a uniform coated surface cannot be obtained at the time of electrode plate formation, and the high current density charge / discharge characteristics may deteriorate. The lower limit of the above range is the theoretical lower limit of the aspect ratio of the carbonaceous material.
アスペクト比の測定は、炭素質材料の粒子を走査型電子顕微鏡で拡大観察して行う。厚さ50μm以下の金属の端面に固定した任意の50個の黒鉛粒子を選択し、それぞれについて試料が固定されているステージを回転、傾斜させて、3次元的に観察した時の炭素質材料粒子の最長となる径Aと、それと直交する最短となる径Bを測定し、A/Bの平均値を求める。 The aspect ratio is measured by magnifying and observing the particles of the carbonaceous material with a scanning electron microscope. Arbitrary 50 graphite particles fixed to the end face of a metal having a thickness of 50 μm or less are selected, and the stage on which the sample is fixed is rotated and tilted for each of them, and the carbonaceous material particles are observed three-dimensionally. The longest diameter A and the shortest diameter B orthogonal to the diameter A are measured, and the average value of A / B is obtained.
<負極の構成と作製法>
電極の製造は、本発明の効果を著しく損なわない限り、公知のいずれの方法を用いることができる。例えば、負極活物質に、バインダー、溶媒、必要に応じて、増粘剤、導電材、充填材等を加えてスラリーとし、これを集電体に塗布、乾燥した後にプレスすることによって形成することができる。
また、合金系材料を用いる場合には、蒸着法、スパッタ法、メッキ法等の手法により、上述の負極活物質を含有する薄膜層(負極活物質層)を形成する方法も用いられる。
<Construction and manufacturing method of negative electrode>
Any known method can be used for producing the electrode as long as the effect of the present invention is not significantly impaired. For example, a binder, a solvent, and if necessary, a thickener, a conductive material, a filler, and the like are added to a negative electrode active material to form a slurry, which is applied to a current collector, dried, and then pressed to form a slurry. Can be done.
Further, when an alloy-based material is used, a method of forming a thin film layer (negative electrode active material layer) containing the above-mentioned negative electrode active material by a method such as a vapor deposition method, a sputtering method, or a plating method is also used.
(電極密度)
負極活物質を電極化した際の電極構造は特に制限されないが、集電体上に存在している負極活物質の密度は、1g・cm−3以上が好ましく、1.2g・cm−3以上がさらに好ましく、1.3g・cm−3以上が特に好ましく、また、2.2g・cm−3以下が好ましく、2.1g・cm−3以下がより好ましく、2.0g・cm−3以下がさらに好ましく、1.9g・cm−3以下が特に好ましい。集電体上に存在している負極活物質の密度が、上記範囲を上回ると、負極活物質粒子が破壊され、初期不可逆容量の増加や、集電体/負極活物質界面付近への非水系電解液の浸透性低下による高電流密度充放電特性悪化を招く場合がある。また、上記範囲を下回ると、負極活物質間の導電性が低下し、電池抵抗が増大し、単位容積当たりの容量が低下する場合がある。
(Electrode density)
The electrode structure when the negative electrode active material is converted into an electrode is not particularly limited, but the density of the negative electrode active material existing on the current collector is preferably 1 g · cm -3 or more, and 1.2 g · cm -3 or more. Is more preferable, 1.3 g · cm -3 or more is particularly preferable, 2.2 g · cm -3 or less is preferable, 2.1 g · cm -3 or less is more preferable, and 2.0 g · cm -3 or less is more preferable. More preferably, 1.9 g · cm -3 or less is particularly preferable. If the density of the negative electrode active material existing on the current collector exceeds the above range, the negative electrode active material particles are destroyed, the initial irreversible capacity increases, and the non-aqueous system near the current collector / negative electrode active material interface High current density charge / discharge characteristics may deteriorate due to a decrease in the permeability of the electrolytic solution. Further, if it falls below the above range, the conductivity between the negative electrode active materials may decrease, the battery resistance may increase, and the capacity per unit volume may decrease.
〔3.正極〕
<正極活物質>
以下に正極に使用される正極活物質(リチウム遷移金属系化合物)について述べる。
<リチウム遷移金属系化合物>
リチウム遷移金属系化合物とは、Liイオンを脱離、挿入することが可能な構造を有する化合物であり、例えば、硫化物やリン酸塩化合物、リチウム遷移金属複合酸化物などが挙げられる。硫化物としては、TiS2やMoS2などの二次元層状構造をもつ化合物や、一般式MexMo6S8(MeはPb,Ag,Cuをはじめとする各種遷移金属)で表
される強固な三次元骨格構造を有するシュブレル化合物などが挙げられる。リン酸塩化合物としては、オリビン構造に属するものが挙げられ、一般的にはLiMePO4(Meは少なくとも1種以上の遷移金属)で表され、具体的にはLiFePO4、LiCoPO4、LiNiPO4、LiMnPO4などが挙げられる。リチウム遷移金属複合酸化物としては、三次元的拡散が可能なスピネル構造や、リチウムイオンの二次元的拡散を可能にする層状構造に属するものが挙げられる。スピネル構造を有するものは、一般的にLiMe2O4(Meは少なくとも1種以上の遷移金属)と表され、具体的にはLiMn2O4、LiCoMnO4、LiNi0.5Mn1.5O4、LiCoVO4などが挙げられる。層状構造を有するものは、一般的にLiMeO2(Meは少なくとも1種以上の遷移金属)と表される。具体的にはLiCoO2、LiNiO2、LiNi1−xCoxO2、LiNi1−x−yCoxMnyO2、LiNi0.5Mn0.5O2、Li1.2Cr0.4Mn0.4O2、Li1.2Cr0.4Ti0.4O2、LiMnO2などが挙げられる。
[3. Positive electrode]
<Positive electrode active material>
The positive electrode active material (lithium transition metal compound) used for the positive electrode will be described below.
<Lithium transition metal compound>
The lithium transition metal compound is a compound having a structure capable of desorbing and inserting Li ions, and examples thereof include sulfides, phosphate compounds, and lithium transition metal composite oxides. As the sulfide, a compound having a two-dimensional layered structure such as TiS 2 or MoS 2 or a strong compound represented by the general formula Me x Mo 6 S 8 (Me is various transition metals such as Pb, Ag, and Cu). Examples thereof include a sulphide compound having a three-dimensional skeletal structure. Examples of the phosphate compound include those belonging to the olivine structure, which are generally represented by LiMePO 4 (Me is at least one transition metal), and specifically, LiFePO 4 , LiCoPO 4 , LiNiPO 4 , Examples thereof include LiMnPO 4 . Examples of the lithium transition metal composite oxide include those belonging to a spinel structure capable of three-dimensional diffusion and a layered structure capable of two-dimensional diffusion of lithium ions. Those having a spinel structure are generally represented as LiMe 2 O 4 (Me is at least one transition metal), and specifically LiMn 2 O 4 , LiCo MnO 4 , LiNi 0.5 Mn 1.5 O. 4 , LiCoVO 4 and the like can be mentioned. Those having a layered structure are generally represented as LiMeO 2 (Me is at least one transition metal). Specifically, LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiNi 1-x Co x O 2 , LiNi 1-x-y Co x Mn y O 2 , LiNi 0.5 Mn 0.5 O 2 , Li 1.2 Cr 0. 4 Mn 0.4 O 2, Li 1.2 Cr 0.4 Ti 0.4 O 2, such as LiMnO 2 and the like.
(組成)
また、リチウム含有遷移金属化合物は、例えば、下記組成式(A)または(B)で示されるリチウム遷移金属系化合物であることが挙げられる。
1)下記組成式(A)で示されるリチウム遷移金属系化合物である場合
Li1+xMO2 ・・・(A)
ただし、xは通常0以上、0.5以下である。Mは、Ni及びMn、或いは、Ni、Mn及びCoから構成される元素であり、Mn/Niモル比は通常0.1以上、5以下である。Ni/Mモル比は通常0以上、0.5以下である。Co/Mモル比は通常0以上、0.5以下である。なお、xで表されるLiのリッチ分は、遷移金属サイトMに置換している場合もある。
(composition)
Further, the lithium-containing transition metal compound may be, for example, a lithium transition metal compound represented by the following composition formula (A) or (B).
1) In the case of a lithium transition metal compound represented by the following composition formula (A) Li 1 + x MO 2 ... (A)
However, x is usually 0 or more and 0.5 or less. M is an element composed of Ni and Mn, or Ni, Mn and Co, and the Mn / Ni molar ratio is usually 0.1 or more and 5 or less. The Ni / M molar ratio is usually 0 or more and 0.5 or less. The Co / M molar ratio is usually 0 or more and 0.5 or less. The rich portion of Li represented by x may be replaced with the transition metal site M.
なお、上記組成式(A)においては、酸素量の原子比は便宜上2と記載しているが、多少の不定比性があってもよい。また、上記組成式中のxは、リチウム遷移金属系化合物の製造段階での仕込み組成である。通常、市場に出回る電池は、電池を組み立てた後に、エージングを行っている。そのため、充放電に伴い、正極のLi量は欠損している場合がある。その場合、組成分析上、3Vまで放電した場合のxが−0.65以上、1以下に測定されることがある。 In the above composition formula (A), the atomic ratio of the amount of oxygen is described as 2 for convenience, but there may be some non-stoichiometric ratio. Further, x in the above composition formula is a charged composition at the production stage of the lithium transition metal compound. Batteries on the market are usually aged after the batteries are assembled. Therefore, the amount of Li in the positive electrode may be missing due to charging and discharging. In that case, in composition analysis, x when discharged to 3 V may be measured to be −0.65 or more and 1 or less.
また、リチウム遷移金属系化合物は、正極活物質の結晶性を高めるために酸素含有ガス雰囲気下で高温焼成を行って焼成されたものが電池特性に優れる。
さらに、組成式(A)で示されるリチウム遷移金属系化合物は、以下一般式(A’)のとおり、213層と呼ばれるLi2MO3との固溶体であってもよい。
αLi2MO3・(1−α)LiM’O2・・・(A’)
一般式中、αは、0<α<1を満たす数である。
Further, the lithium transition metal compound is excellent in battery characteristics when it is fired by high-temperature firing in an oxygen-containing gas atmosphere in order to enhance the crystallinity of the positive electrode active material.
Further, the lithium transition metal compound represented by the composition formula (A) may be a solid solution with Li 2 MO 3 called a 213 layer as shown in the general formula (A') below.
αLi 2 MO 3・ (1-α) LiM'O 2 ... (A')
In the general formula, α is a number satisfying 0 <α <1.
Mは、平均酸化数が4+である少なくとも一種の金属元素であり、具体的には、Mn、Zr、Ti、Ru、Re及びPtからなる群より選択される少なくとも一種の金属元素である。
M’は、平均酸化数が3+である少なくとも一種の金属元素であり、好ましくは、V、Mn、Fe、Co及びNiからなる群より選択される少なくとも一種の金属元素であり、より好ましくは、Mn、Co及びNiからなる群より選択される少なくとも一種の金属元素である。
M is at least one metallic element average oxidation number of 4 +, specifically, at least one metal element Mn, Zr, Ti, Ru, selected from the group consisting of Re and Pt.
M 'is at least one metallic element average oxidation number of 3 +, preferably, V, Mn, Fe, at least one metallic element selected from the group consisting of Co and Ni, more preferably , Mn, Co and Ni, at least one metal element selected from the group.
2)下記一般式(B)で表されるリチウム遷移金属系化合物である場合
Li[LiaMbMn2−b−a]O4+δ・・・(B) ただし、Mは、Ni、Cr、Fe、Co、Cu、Zr、Al及びMgから選ばれる遷移金属のうちの少なくとも
1種から構成される元素である。
bの値は通常0.4以上、0.6以下である。
2) In the case of a lithium transition metal-based compound represented by the following general formula (B) Li [Li a M b Mn 2-ba-a ] O 4 + δ ... (B) However, M is Ni, Cr, It is an element composed of at least one of transition metals selected from Fe, Co, Cu, Zr, Al and Mg.
The value of b is usually 0.4 or more and 0.6 or less.
bの値がこの範囲であれば、リチウム遷移金属系化合物における単位重量当たりのエネルギー密度が高い。
また、aの値は通常0以上、0.3以下である。また、上記組成式中のaは、リチウム遷移金属系化合物の製造段階での仕込み組成である。通常、市場に出回る電池は、電池を組み立てた後に、エージングを行っている。そのため、充放電に伴い、正極のLi量は欠損している場合がある。その場合、組成分析上、3Vまで放電した場合のaが−0.65以上、1以下に測定されることがある。
When the value of b is in this range, the energy density per unit weight of the lithium transition metal compound is high.
Further, the value of a is usually 0 or more and 0.3 or less. Further, a in the above composition formula is a charged composition at the production stage of the lithium transition metal compound. Batteries on the market are usually aged after the batteries are assembled. Therefore, the amount of Li in the positive electrode may be missing due to charging and discharging. In that case, in composition analysis, a when discharged to 3 V may be measured to be −0.65 or more and 1 or less.
aの値がこの範囲であれば、リチウム遷移金属系化合物における単位重量当たりのエネルギー密度を大きく損なわず、かつ、良好な負荷特性が得られる。
さらに、δの値は通常±0.5の範囲である。
δの値がこの範囲であれば、結晶構造としての安定性が高く、このリチウム遷移金属系化合物を用いて作製した電極を有する電池のサイクル特性や高温保存が良好である。
When the value of a is in this range, the energy density per unit weight of the lithium transition metal compound is not significantly impaired, and good load characteristics can be obtained.
Further, the value of δ is usually in the range of ± 0.5.
When the value of δ is in this range, the stability as a crystal structure is high, and the cycle characteristics and high-temperature storage of a battery having an electrode manufactured by using this lithium transition metal compound are good.
ここでリチウム遷移金属系化合物の組成であるリチウムニッケルマンガン系複合酸化物におけるリチウム組成の化学的な意味について、以下により詳細に説明する。
上記リチウム遷移金属系化合物の組成式のa,bを求めるには、各遷移金属とリチウムを誘導結合プラズマ発光分光分析装置(ICP−AES)で分析して、Li/Ni/Mnの比を求めることで計算される。
Here, the chemical meaning of the lithium composition in the lithium nickel-manganese-based composite oxide, which is the composition of the lithium transition metal-based compound, will be described in more detail below.
To determine the composition formulas a and b of the lithium transition metal compound, each transition metal and lithium are analyzed by an inductively coupled plasma emission spectrophotometer (ICP-AES) to determine the ratio of Li / Ni / Mn. It is calculated by.
構造的視点では、aに係るリチウムは、同じ遷移金属サイトに置換されて入っていると考えられる。ここで、aに係るリチウムによって、電荷中性の原理によりMとマンガンの平均価数が3.5価より大きくなる。
また、上記リチウム遷移金属系化合物は、フッ素置換されていてもよく、LiMn2O4‐xF2xと表記される。
From a structural point of view, it is considered that lithium related to a is replaced with the same transition metal site. Here, due to the lithium related to a, the average valence of M and manganese becomes larger than 3.5 valence due to the principle of charge neutrality.
Further, the lithium transition metal compound may be fluorine-substituted, and is described as LiMn 2 O 4-x F 2x .
(ブレンド)
上記の組成のリチウム遷移金属系化合物の具体例としては、例えば、Li1+xNi0.5Mn0.5O2、Li1+xNi0.85Co0.10Al0.05O2、Li1+xNi0.33Mn0.33Co0.33O2、Li1+xNi0.45Mn0.45Co0.1O2、Li1+xMn1.8Al0.2O4、Li1+xMn1.5Ni0.5O4等が挙げられる。これらのリチウム遷移金属系化合物は、一種を単独で用いてもよく、二種以上をブレンドして用いてもよい。
(blend)
Specific examples of the lithium transition metal-based compound having the above composition include, for example, Li 1 + x Ni 0.5 Mn 0.5 O 2 , Li 1 + x Ni 0.85 Co 0.10 Al 0.05 O 2 , Li 1 + x Ni. 0.33 Mn 0.33 Co 0.33 O 2 , Li 1 + x Ni 0.45 Mn 0.45 Co 0.1 O 2 , Li 1 + x Mn 1.8 Al 0.2 O 4 , Li 1 + x Mn 1.5 Examples include Ni 0.5 O 4 and the like. One of these lithium transition metal compounds may be used alone, or two or more thereof may be blended and used.
(異元素導入)
また、リチウム遷移金属系化合物は、異元素が導入されてもよい。異元素としては、B,Na,Mg,Al,K,Ca,Ti,V,Cr,Fe,Cu,Zn,Sr,Y,Zr,Nb,Ru,Rh,Pd,Ag,In,Sb,Te,Ba,Ta,Mo,W,Re,Os,Ir,Pt,Au,Pb,La,Ce,Pr,Nd,Sm,Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Lu,Bi,N,F,S,Cl,Br,I,As,Ge,P,Pb,Sb,Si及びSnの何れか1種以上の中から選択される。これらの異元素は、リチウム遷移金属系化合物の結晶構造内に取り込まれていてもよく、あるいは、リチウム遷移金属系化合物の結晶構造内に取り込まれず、その粒子表面や結晶粒界などに単体もしくは化合物として偏在していてもよい。
(Introduction of different elements)
Further, a foreign element may be introduced into the lithium transition metal compound. As different elements, B, Na, Mg, Al, K, Ca, Ti, V, Cr, Fe, Cu, Zn, Sr, Y, Zr, Nb, Ru, Rh, Pd, Ag, In, Sb, Te , Ba, Ta, Mo, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Pb, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Bi , N, F, S, Cl, Br, I, As, Ge, P, Pb, Sb, Si and Sn are selected from any one or more. These different elements may be incorporated into the crystal structure of the lithium transition metal compound, or may not be incorporated into the crystal structure of the lithium transition metal compound, and may be a simple substance or a compound on the particle surface or grain boundaries thereof. It may be unevenly distributed.
<リチウム二次電池用正極の構成と作製法>
リチウム二次電池用正極は、上述のリチウム二次電池正極材料用リチウム遷移金属系化
合物粉体及び結着剤を含有する正極活物質層を集電体上に形成してなるものである。
正極活物質層は、通常、正極材料と結着剤と更に必要に応じて用いられる導電材及び増粘剤等を、乾式で混合してシート状にしたものを正極集電体に圧着するか、或いはこれらの材料を液体媒体中に溶解又は分散させてスラリー状にして、正極集電体に塗布、乾燥することにより作製される。
<Construction and manufacturing method of positive electrode for lithium secondary battery>
The positive electrode for a lithium secondary battery is formed by forming a positive electrode active material layer containing the above-mentioned lithium transition metal compound powder for a positive electrode material for a lithium secondary battery and a binder on a current collector.
For the positive electrode active material layer, is the positive electrode material, the binder, and the conductive material and the thickener used as needed mixed in a dry manner to form a sheet, which is then pressure-bonded to the positive electrode current collector? Alternatively, these materials are dissolved or dispersed in a liquid medium to form a slurry, which is applied to a positive electrode current collector and dried.
正極集電体の材質としては、通常、アルミニウム、ステンレス鋼、ニッケルメッキ、チタン、タンタル等の金属材料や、カーボンクロス、カーボンペーパー等の炭素材料が用いられる。また、形状としては、金属材料の場合、金属箔、金属円柱、金属コイル、金属板、金属薄膜、エキスパンドメタル、パンチメタル、発泡メタル等が、炭素材料の場合、炭素板、炭素薄膜、炭素円柱等が挙げられる。なお、薄膜は適宜メッシュ状に形成してもよい。 As the material of the positive electrode current collector, a metal material such as aluminum, stainless steel, nickel plating, titanium, or tantalum, or a carbon material such as carbon cloth or carbon paper is usually used. As for the shape, in the case of metal material, metal foil, metal cylinder, metal coil, metal plate, metal thin film, expanded metal, punch metal, foam metal, etc., and in the case of carbon material, carbon plate, carbon thin film, carbon column. And so on. The thin film may be formed in a mesh shape as appropriate.
正極集電体として薄膜を使用する場合、その厚さは任意であるが、通常1μm以上、100mm以下の範囲が好適である。上記範囲よりも薄いと、集電体として必要な強度が不足する可能性がある一方で、上記範囲よりも厚いと、取り扱い性が損なわれる可能性がある。
正極活物質層の製造に用いる結着剤としては、特に限定されず、塗布法の場合は、電極製造時に用いる液体媒体に対して安定な材料であればよいが、具体例としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリメチルメタクリレート、芳香族ポリアミド、セルロース、ニトロセルロース等の樹脂系高分子、SBR(スチレン・ブタジエンゴム)、NBR(アクリロニトリル・ブタジエンゴム)、フッ素ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、エチレン・プロピレンゴム等のゴム状高分子、スチレン・ブタジエン・スチレンブロック共重合体及びその水素添加物、EPDM(エチレン・プロピレン・ジエン三元共重合体)、スチレン・エチレン・ブタジエン・エチレン共重合体、スチレン・イソプレンスチレンブロック共重合体及びその水素添加物等の熱可塑性エラストマー状高分子、シンジオタクチック−1,2−ポリブタジエン、ポリ酢酸ビニル、エチレン・酢酸ビニル共重合体、プロピレン・α−オレフィン共重合体等の軟質樹脂状高分子、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、フッ素化ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン・エチレン共重合体等のフッ素系高分子、アルカリ金属イオン(特にリチウムイオン)のイオン伝導性を有する高分子組成物等が挙げられる。なお、これらの物質は、1種を単独で用いても良く、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
When a thin film is used as the positive electrode current collector, its thickness is arbitrary, but it is usually preferably in the range of 1 μm or more and 100 mm or less. If it is thinner than the above range, the strength required for the current collector may be insufficient, while if it is thicker than the above range, the handleability may be impaired.
The binder used in the production of the positive electrode active material layer is not particularly limited, and in the case of the coating method, any material that is stable to the liquid medium used in the production of the electrode may be used. Resin-based polymers such as polypropylene, polyethylene terephthalate, polymethyl methacrylate, aromatic polyamide, cellulose, nitrocellulose, SBR (styrene-butadiene rubber), NBR (acrylonitrile-butadiene rubber), fluororubber, isoprene rubber, butadiene rubber, ethylene -Rubber polymer such as propylene rubber, styrene-butadiene-styrene block copolymer and its hydrogen additive, EPDM (ethylene-propylene-diene ternary copolymer), styrene-ethylene-butadiene-ethylene copolymer, Thermoplastic elastomeric polymers such as styrene / isoprene styrene block copolymer and its hydrogenated additives, syndiotactic-1,2-polybutadiene, polyvinyl acetate, ethylene / vinyl acetate copolymer, propylene / α-olefin Soft resinous polymers such as polymers, fluoropolymers such as polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, fluorinated polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene / ethylene copolymer, and alkali metal ions (particularly lithium ions) Examples thereof include a polymer composition having ionic conductivity. In addition, as these substances, 1 type may be used alone, and 2 or more types may be used together in arbitrary combinations and ratios.
正極活物質層中の結着剤の割合は、通常0.1質量%以上、80質量%以下である。結着剤の割合が低すぎると、正極活物質を十分保持できずに正極の機械的強度が不足し、サイクル特性等の電池性能を悪化させてしまう可能性がある一方で、高すぎると、電池容量や導電性の低下につながる可能性がある。
正極活物質層には、通常、導電性を高めるために導電材を含有させる。その種類に特に制限はないが、具体例としては、銅、ニッケル等の金属材料や、天然黒鉛、人造黒鉛等の黒鉛(グラファイト)、アセチレンブラック等のカーボンブラック、ニードルコークス等の無定形炭素等の炭素材料などを挙げることができる。なお、これらの物質は、1種を単独で用いても良く、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。正極活物質層中の導電材の割合は、通常0.01質量%以上、50質量%以下である。導電材の割合が低すぎると導電性が不十分になることがあり、逆に高すぎると電池容量が低下することがある。
The proportion of the binder in the positive electrode active material layer is usually 0.1% by mass or more and 80% by mass or less. If the proportion of the binder is too low, the positive electrode active material cannot be sufficiently retained and the mechanical strength of the positive electrode may be insufficient, which may deteriorate the battery performance such as cycle characteristics. On the other hand, if it is too high, It may lead to a decrease in battery capacity and conductivity.
The positive electrode active material layer usually contains a conductive material in order to increase conductivity. The type is not particularly limited, but specific examples include metallic materials such as copper and nickel, graphite such as natural graphite and artificial graphite (graphite), carbon black such as acetylene black, and amorphous carbon such as needle coke. Carbon material can be mentioned. In addition, as these substances, 1 type may be used alone, and 2 or more types may be used together in arbitrary combinations and ratios. The ratio of the conductive material in the positive electrode active material layer is usually 0.01% by mass or more and 50% by mass or less. If the proportion of the conductive material is too low, the conductivity may be insufficient, and conversely, if it is too high, the battery capacity may decrease.
スラリーを形成するための液体媒体としては、正極材料であるリチウム遷移金属系化合物粉体、結着剤、並びに必要に応じて使用される導電材及び増粘剤を溶解又は分散することが可能な溶媒であれば、その種類に特に制限はなく、水系溶媒と有機系溶媒のどちらを
用いてもよい。水系溶媒の例としては水、アルコールなどが挙げられ、有機系溶媒の例としてはN−メチルピロリドン(NMP)、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、酢酸メチル、アクリル酸メチル、ジエチルトリアミン、N,N−ジメチルアミノプロピルアミン、エチレンオキシド、テトラヒドロフラン(THF)、トルエン、アセトン、ジメチルエーテル、ジメチルアセタミド、ヘキサメチルホスファルアミド、ジメチルスルホキシド、ベンゼン、キシレン、キノリン、ピリジン、メチルナフタレン、ヘキサン等を挙げることができる。特に水系溶媒を用いる場合、増粘剤に併せて分散剤を加え、SBR等のラテックスを用いてスラリー化する。なお、これらの溶媒は、1種を単独で用いても良く、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
As the liquid medium for forming the slurry, a lithium transition metal compound powder as a positive electrode material, a binder, and a conductive material and a thickener used as needed can be dissolved or dispersed. As long as it is a solvent, the type thereof is not particularly limited, and either an aqueous solvent or an organic solvent may be used. Examples of aqueous solvents include water and alcohol, and examples of organic solvents include N-methylpyrrolidone (NMP), dimethylformamide, dimethylacetamide, methylethylketone, cyclohexanone, methyl acetate, methyl acrylate, diethyltriamine, N. , N-dimethylaminopropylamine, ethylene oxide, tetrahydrofuran (THF), toluene, acetone, dimethyl ether, dimethylacetamide, hexamethylphosphalamide, dimethyl sulfoxide, benzene, xylene, quinoline, pyridine, methylnaphthalene, hexane, etc. be able to. In particular, when an aqueous solvent is used, a dispersant is added together with the thickener, and a latex such as SBR is used to make a slurry. In addition, as these solvents, 1 type may be used alone, and 2 or more types may be used together in arbitrary combinations and ratios.
正極活物質層中の正極材料としてのリチウム遷移金属系化合物粉体の含有割合は、通常10質量%以上、99.9質量%以下である。正極活物質層中のリチウム遷移金属系化合物粉体の割合が多すぎると正極の強度が不足する傾向にあり、少なすぎると容量の面で不十分となることがある。
また、正極活物質層の厚さは、通常10〜200μm程度である。
The content ratio of the lithium transition metal compound powder as the positive electrode material in the positive electrode active material layer is usually 10% by mass or more and 99.9% by mass or less. If the proportion of the lithium transition metal compound powder in the positive electrode active material layer is too large, the strength of the positive electrode tends to be insufficient, and if it is too small, the capacity may be insufficient.
The thickness of the positive electrode active material layer is usually about 10 to 200 μm.
正極のプレス後の電極密度としては、通常、2.2g/cm3以上、4.2g/cm3以下である。
なお、塗布、乾燥によって得られた正極活物質層は、正極活物質の充填密度を上げるために、ローラープレス等により圧密化することが好ましい。
The electrode density of the positive electrode after pressing is usually 2.2 g / cm 3 or more and 4.2 g / cm 3 or less.
The positive electrode active material layer obtained by coating and drying is preferably compacted by a roller press or the like in order to increase the packing density of the positive electrode active material.
〔4.セパレータ〕
正極と負極との間には、短絡を防止するために、通常はセパレータを介在させる。この場合、本発明の非水系電解液は、通常はこのセパレータに含浸させて用いる。
セパレータの材料や形状については特に制限されず、本発明の効果を著しく損なわない限り、公知のものを任意に採用することができる。中でも、本発明の非水系電解液に対し安定な材料で形成された、樹脂、ガラス繊維、無機物等が用いられ、保液性に優れた多孔性シート又は不織布状の形態の物等を用いるのが好ましい。
[4. Separator]
A separator is usually interposed between the positive electrode and the negative electrode to prevent a short circuit. In this case, the non-aqueous electrolyte solution of the present invention is usually used by impregnating this separator.
The material and shape of the separator are not particularly limited, and any known separator can be used as long as the effects of the present invention are not significantly impaired. Among them, resins, glass fibers, inorganic substances and the like formed of a material stable to the non-aqueous electrolytic solution of the present invention are used, and a porous sheet or a non-woven fabric-like material having excellent liquid retention property is used. Is preferable.
樹脂、ガラス繊維セパレータの材料としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン、芳香族ポリアミド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエーテルスルホン、ガラスフィルター等を用いることができる。中でも好ましくはガラスフィルター、ポリオレフィンであり、さらに好ましくはポリオレフィンである。これらの材料は1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。 As the material of the resin and the glass fiber separator, for example, polyolefins such as polyethylene and polypropylene, aromatic polyamides, polytetrafluoroethylene, polyether sulfone, glass filters and the like can be used. Of these, glass filters and polyolefins are preferable, and polyolefins are more preferable. One of these materials may be used alone, or two or more of these materials may be used in any combination and ratio.
セパレータの厚さは任意であるが、通常1μm以上であり、5μm以上が好ましく、10μm以上がさらに好ましく、また、通常50μm以下であり、40μm以下が好ましく、30μm以下がさらに好ましい。セパレータが、上記範囲より薄過ぎると、絶縁性や機械的強度が低下する場合がある。また、上記範囲より厚過ぎると、レート特性等の電池性能が低下する場合があるばかりでなく、非水系電解液二次電池全体としてのエネルギー密度が低下する場合がある。 The thickness of the separator is arbitrary, but is usually 1 μm or more, preferably 5 μm or more, further preferably 10 μm or more, and usually 50 μm or less, preferably 40 μm or less, further preferably 30 μm or less. If the separator is too thin than the above range, the insulating property and mechanical strength may decrease. Further, if it is too thick than the above range, not only the battery performance such as rate characteristics may be deteriorated, but also the energy density of the non-aqueous electrolyte secondary battery as a whole may be lowered.
さらに、セパレータとして多孔性シートや不織布等の多孔質のものを用いる場合、セパレータの空孔率は任意であるが、通常20%以上であり、35%以上が好ましく、45%以上がさらに好ましく、また、通常90%以下であり、85%以下が好ましく、75%以下がさらに好ましい。空孔率が、上記範囲より小さ過ぎると、膜抵抗が大きくなってレート特性が悪化する傾向がある。また、上記範囲より大き過ぎると、セパレータの機械的強度が低下し、絶縁性が低下する傾向にある。 Further, when a porous material such as a porous sheet or a non-woven fabric is used as the separator, the porosity of the separator is arbitrary, but is usually 20% or more, preferably 35% or more, still more preferably 45% or more. Further, it is usually 90% or less, preferably 85% or less, and more preferably 75% or less. If the porosity is too small than the above range, the film resistance tends to increase and the rate characteristics tend to deteriorate. On the other hand, if it is larger than the above range, the mechanical strength of the separator tends to decrease and the insulating property tends to decrease.
また、セパレータの平均孔径も任意であるが、通常0.5μm以下であり、0.2μm以下が好ましく、また、通常0.05μm以上である。平均孔径が、上記範囲を上回ると、短絡が生じ易くなる。また、上記範囲を下回ると、膜抵抗が大きくなりレート特性が低下する場合がある。
一方、無機物の材料としては、例えば、アルミナや二酸化ケイ素等の酸化物、窒化アルミや窒化ケイ素等の窒化物、硫酸バリウムや硫酸カルシウム等の硫酸塩が用いられ、粒子形状もしくは繊維形状のものが用いられる。
The average pore size of the separator is also arbitrary, but is usually 0.5 μm or less, preferably 0.2 μm or less, and usually 0.05 μm or more. If the average pore diameter exceeds the above range, a short circuit is likely to occur. Further, if it falls below the above range, the film resistance may increase and the rate characteristics may deteriorate.
On the other hand, as the inorganic material, for example, oxides such as alumina and silicon dioxide, nitrides such as aluminum nitride and silicon nitride, and sulfates such as barium sulfate and calcium sulfate are used, and those having a particle shape or a fiber shape are used. Used.
形態としては、不織布、織布、微多孔性フィルム等の薄膜形状のものが用いられる。薄膜形状では、孔径が0.01〜1μm、厚さが5〜50μmのものが好適に用いられる。上記の独立した薄膜形状以外に、樹脂製の結着材を用いて上記無機物の粒子を含有する複合多孔層を正極及び/又は負極の表層に形成させてなるセパレータを用いることができる。例えば、正極の両面に90%粒径が1μm未満のアルミナ粒子を、フッ素樹脂を結着材として多孔層を形成させることが挙げられる。 As the form, a thin film such as a non-woven fabric, a woven cloth, or a microporous film is used. As the thin film shape, a thin film having a pore diameter of 0.01 to 1 μm and a thickness of 5 to 50 μm is preferably used. In addition to the above-mentioned independent thin film shape, a separator obtained by forming a composite porous layer containing the above-mentioned inorganic particles on the surface layer of the positive electrode and / or the negative electrode by using a resin binder can be used. For example, alumina particles having a 90% particle size of less than 1 μm are formed on both sides of the positive electrode by using a fluororesin as a binder to form a porous layer.
セパレータの非電解液二次電池における特性を、ガーレ値で把握することができる。ガーレ値とは、フィルム厚さ方向の空気の通り抜け難さを示し、100mlの空気が該フィルムを通過するのに必要な秒数で表されるため、数値が小さい方が通り抜け易く、数値が大きい方が通り抜け難いことを意味する。すなわち、その数値が小さい方がフィルムの厚さ方向の連通性が良いことを意味し、その数値が大きい方がフィルムの厚さ方向の連通性が悪いことを意味する。連通性とは、フィルム厚さ方向の孔のつながり度合いである。本発明のセパレータのガーレ値が低ければ、様々な用途に使用することが出来る。例えば非水系リチウム二次電池のセパレータとして使用した場合、ガーレ値が低いということは、リチウムイオンの移動が容易であることを意味し、電池性能に優れるため好ましい。セパレータのガーレ値は、任意ではあるが、好ましくは10〜1000秒/100mlであり、より好ましくは15〜800秒/100mlであり、更に好ましくは20〜500秒/100mlである。ガーレ値が1000秒/100ml以下であれば、実質的には電気抵抗が低く、セパレータとしては好ましい。 The characteristics of the separator in the non-electrolyte liquid secondary battery can be grasped by the galley value. The gullet value indicates the difficulty of passing air in the film thickness direction, and is represented by the number of seconds required for 100 ml of air to pass through the film. Therefore, the smaller the value, the easier it is to pass through, and the larger the value. It means that it is harder to pass through. That is, the smaller the value, the better the communication in the thickness direction of the film, and the larger the value, the poorer the communication in the thickness direction of the film. The communication property is the degree of connection of holes in the film thickness direction. If the galley value of the separator of the present invention is low, it can be used for various purposes. For example, when used as a separator for a non-aqueous lithium secondary battery, a low galley value means that lithium ions can be easily transferred, which is preferable because the battery performance is excellent. The galley value of the separator is arbitrary, but is preferably 10 to 1000 seconds / 100 ml, more preferably 15 to 800 seconds / 100 ml, and even more preferably 20 to 500 seconds / 100 ml. When the galley value is 1000 seconds / 100 ml or less, the electrical resistance is substantially low, which is preferable as a separator.
〔5.電池設計〕
<電極群>
電極群は、上記の正極板と負極板とを上記のセパレータを介してなる積層構造のもの、及び上記の正極板と負極板とを上記のセパレータを介して渦巻き状に捲回した構造のもののいずれでもよい。電極群の体積が電池内容積に占める割合(以下、電極群占有率と称する)は、通常40%以上であり、50%以上が好ましく、また、通常90%以下であり、80%以下が好ましい。
[5. Battery design]
<Electrode group>
The electrode group has a laminated structure in which the positive electrode plate and the negative electrode plate are formed through the separator, and a structure in which the positive electrode plate and the negative electrode plate are spirally wound through the separator. Either may be used. The ratio of the volume of the electrode group to the internal volume of the battery (hereinafter referred to as the electrode group occupancy rate) is usually 40% or more, preferably 50% or more, and usually 90% or less, preferably 80% or less. ..
電極群占有率が、上記範囲を下回ると、電池容量が小さくなる。また、上記範囲を上回ると空隙スペースが少なく、電池が高温になることによって部材が膨張したり電解質の液成分の蒸気圧が高くなったりして内部圧力が上昇し、電池としての充放電繰り返し性能や高温保存等の諸特性を低下させたり、さらには、内部圧力を外に逃がすガス放出弁が作動する場合がある。 When the electrode group occupancy rate is less than the above range, the battery capacity becomes small. Further, if it exceeds the above range, the void space is small, and the internal pressure rises due to the expansion of the member due to the high temperature of the battery and the increase of the vapor pressure of the liquid component of the electrolyte, and the charge / discharge repetition performance as a battery. In some cases, various characteristics such as high temperature storage may be deteriorated, and a gas discharge valve that releases internal pressure to the outside may operate.
<外装ケース>
外装ケースの材質は用いられる非水系電解液に対して安定な物質であれば特に制限されない。具体的には、ニッケルめっき鋼板、ステンレス、アルミニウム又はアルミニウム合金、マグネシウム合金等の金属類、又は、樹脂とアルミ箔との積層フィルム(ラミネートフィルム)が用いられる。軽量化の観点から、アルミニウム又はアルミニウム合金の金属、ラミネートフィルムが好適に用いられる。
<Exterior case>
The material of the outer case is not particularly limited as long as it is a substance stable to the non-aqueous electrolyte solution used. Specifically, nickel-plated steel plates, stainless steel, aluminum or aluminum alloys, metals such as magnesium alloys, or laminated films (laminated films) of resin and aluminum foil are used. From the viewpoint of weight reduction, aluminum or aluminum alloy metal or laminated film is preferably used.
金属類を用いる外装ケースでは、レーザー溶接、抵抗溶接、超音波溶接により金属同士を溶着して封止密閉構造とするもの、若しくは、樹脂製ガスケットを介して上記金属類を用いてかしめ構造とするものが挙げられる。上記ラミネートフィルムを用いる外装ケースでは、樹脂層同士を熱融着することにより封止密閉構造とするもの等が挙げられる。シール性を上げるために、上記樹脂層の間にラミネートフィルムに用いられる樹脂と異なる樹脂を介在させてもよい。特に、集電端子を介して樹脂層を熱融着して密閉構造とする場合には、金属と樹脂との接合になるので、介在する樹脂として極性基を有する樹脂や極性基を導入した変成樹脂が好適に用いられる。 In the outer case using metals, the metals are welded together by laser welding, resistance welding, or ultrasonic welding to form a sealed and sealed structure, or the above metals are used to form a caulking structure via a resin gasket. Things can be mentioned. Examples of the outer case using the above-mentioned laminated film include a case in which resin layers are heat-sealed to form a sealed and sealed structure. In order to improve the sealing property, a resin different from the resin used for the laminate film may be interposed between the resin layers. In particular, when the resin layer is heat-sealed via the current collector terminal to form a closed structure, the metal and the resin are bonded to each other. Therefore, a resin having a polar group or a modification in which a polar group is introduced as an intervening resin is introduced. Resin is preferably used.
<保護素子>
保護素子として、異常発熱や過大電流が流れた時に抵抗が増大するPTC(Positive Temperature Coefficient)、温度ヒューズ、サーミスター、異常発熱時に電池内部圧力や内部温度の急激な上昇により回路に流れる電流を遮断する弁(電流遮断弁)等を使用することができる。上記保護素子は高電流の通常使用で作動しない条件のものを選択することが好ましく、保護素子がなくても異常発熱や熱暴走に至らない設計にすることがより好ましい。
<Protective element>
As a protective element, PTC (Positive Temperature Coafficient), which increases resistance when abnormal heat generation or excessive current flows, a thermal fuse, thermistor, and cuts off the current flowing in the circuit due to a sudden rise in battery internal pressure or internal temperature during abnormal heat generation. A valve (current cutoff valve) or the like can be used. It is preferable to select the protective element under conditions that do not operate under normal use with a high current, and it is more preferable to design the protective element so as not to cause abnormal heat generation or thermal runaway even without the protective element.
<外装体>
本発明の非水系電解液二次電池は、通常、上記の非水系電解液、負極、正極、セパレータ等を外装体内に収納して構成される。この外装体は、特に制限されず、本発明の効果を著しく損なわない限り、公知のものを任意に採用することができる。具体的に、外装体の材質は任意であるが、通常は、例えばニッケルメッキを施した鉄、ステンレス、アルミウム又はその合金、ニッケル、チタン等が用いられる。
また、外装体の形状も任意であり、例えば円筒型、角形、ラミネート型、コイン型、大型等のいずれであってもよい。
<Exterior body>
The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is usually configured by accommodating the above-mentioned non-aqueous electrolyte, negative electrode, positive electrode, separator and the like inside the exterior. As the exterior body is not particularly limited, known ones can be arbitrarily adopted as long as the effects of the present invention are not significantly impaired. Specifically, the material of the exterior body is arbitrary, but usually, for example, nickel-plated iron, stainless steel, aluminum or an alloy thereof, nickel, titanium, or the like is used.
The shape of the exterior body is also arbitrary, and may be any of, for example, a cylindrical type, a square type, a laminated type, a coin type, and a large size.
<電池電圧>
本発明の非水系電解液二次電池は、通常、4.3V以上の電池電圧で使用される。好ましくは電池電圧が4.3V以上であり、更に好ましくは4.35V以上であり、最も好ましくは4.4V以上である。電池電圧を上昇させれば、電池のエネルギー密度を高めることができるからである。一方で、電池電圧を上昇させると、正極の電位が上昇し、正極表面での副反応が増加するという問題が起きる。本発明の電解液および電池を使用することで、上記問題を解決することができるが、電圧が高すぎると正極表面での副反応量が多くなりすぎて電池特性を悪化させる。よって、電池電圧の上限は好ましくは5V以下であり、より好ましくは4.8V以下であり、最も好ましくは4.6V以下である。
<Battery voltage>
The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is usually used at a battery voltage of 4.3 V or higher. The battery voltage is preferably 4.3 V or higher, more preferably 4.35 V or higher, and most preferably 4.4 V or higher. This is because the energy density of the battery can be increased by increasing the battery voltage. On the other hand, when the battery voltage is increased, the potential of the positive electrode is increased, which causes a problem that side reactions on the surface of the positive electrode are increased. The above problem can be solved by using the electrolytic solution and the battery of the present invention, but if the voltage is too high, the amount of side reaction on the positive electrode surface becomes too large and the battery characteristics are deteriorated. Therefore, the upper limit of the battery voltage is preferably 5 V or less, more preferably 4.8 V or less, and most preferably 4.6 V or less.
以下、実施例及び比較例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、本発明は、その要旨を超えない限り、これらの実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited to these Examples as long as the gist thereof is not exceeded.
<非水系電解液の調製>
乾燥アルゴン雰囲気下、エチレンカーボネート(以下EC)とエチルメチルカーボネート(以下EMC)とジエチルカーボネート(以下DEC)をそれぞれ30体積%、40体積%、30体積%となるように混合した非水溶媒に対し、LiPF6を1.2Mとなるように溶解させた。そこに、ビニレンカーボネートを2質量%加えて非水系電解液を調製した。
<Preparation of non-aqueous electrolyte solution>
In a dry argon atmosphere, with respect to a non-aqueous solvent in which ethylene carbonate (hereinafter EC), ethyl methyl carbonate (hereinafter EMC) and diethyl carbonate (hereinafter DEC) are mixed at 30% by volume, 40% by volume and 30% by volume, respectively. , LiPF 6 was dissolved to 1.2M. To this, 2% by mass of vinylene carbonate was added to prepare a non-aqueous electrolyte solution.
[実施例1−1〜実施例1−2、比較例1−1〜比較例1−4]
乾燥アルゴン雰囲気下、上記非水系電解液に、ビスマレイミドおよび/またはその他の化合物を添加剤として所定の量加えて非水系電解液を調製した。使用した添加剤の種類お
よび量は表1に記載したとおりである。
[Examples 1-1 to 1-2, Comparative Examples 1-1 to 1-4]
A non-aqueous electrolyte solution was prepared by adding a predetermined amount of bismaleimide and / or other compounds as an additive to the non-aqueous electrolyte solution under a dry argon atmosphere. The types and amounts of additives used are as shown in Table 1.
<負極の作製>
負極活物質として黒鉛粉末98質量部に、増粘剤、バインダーとしてそれぞれ、カルボキシメチルセルロースナトリウムの水性ディスパージョン1質量部、及び、スチレン−ブタジエンゴムの水性ディスパージョン1質量部を加え、ディスパーザーで混合してスラリー化した。得られたスラリーを銅箔の片面に塗布して乾燥、プレスして負極を作成した。作製した負極は60℃で12時間減圧乾燥して用いた。
<Manufacturing of negative electrode>
To 98 parts by mass of graphite powder as a negative electrode active material, 1 part by mass of an aqueous dispersion of sodium carboxymethyl cellulose and 1 part by mass of an aqueous dispersion of styrene-butadiene rubber were added as a thickener and a binder, respectively, and mixed with a disperser. And made into a slurry. The obtained slurry was applied to one side of a copper foil, dried and pressed to prepare a negative electrode. The prepared negative electrode was dried under reduced pressure at 60 ° C. for 12 hours before use.
<正極の作製>
正極活物質としてコバルト酸リチウム96.8質量部に、導電助剤1.6質量部、バインダー(pVDF)1.6質量部を加え、ディスパーザーで混合してスラリー化した。得られたスラリーをアルミニウム箔の両面に塗布して乾燥、プレスして正極を作成した。作製した正極は80℃で12時間減圧乾燥して用いた。
<Preparation of positive electrode>
To 96.8 parts by mass of lithium cobalt oxide as a positive electrode active material, 1.6 parts by mass of a conductive additive and 1.6 parts by mass of a binder (pVDF) were added and mixed with a disperser to form a slurry. The obtained slurry was applied to both sides of the aluminum foil, dried and pressed to prepare a positive electrode. The prepared positive electrode was dried under reduced pressure at 80 ° C. for 12 hours before use.
<電池の作製>
上記の正極、負極、及びポリエチレン製のセパレータを、負極、セパレータ、正極、セパレータ、負極の順に積層して電池要素を作製した。この電池要素をアルミニウム(厚さ40μm)の両面を樹脂層で被覆したラミネートフィルムからなる袋内に正・負極の端子を突設させながら挿入した後、非水系電解液を袋内に0.4mL注入し、真空封止を行ない、シート状電池を作製した。更に、電極間の密着性を高めるために、ガラス板でシート状電池を挟んで加圧した。
<Battery production>
The above positive electrode, negative electrode, and polyethylene separator were laminated in this order of negative electrode, separator, positive electrode, separator, and negative electrode to prepare a battery element. After inserting this battery element into a bag made of a laminated film in which both sides of aluminum (thickness 40 μm) are coated with a resin layer while projecting positive and negative electrode terminals, 0.4 mL of non-aqueous electrolyte solution is placed in the bag. It was injected and vacuum-sealed to prepare a sheet-shaped battery. Further, in order to improve the adhesion between the electrodes, a sheet-shaped battery was sandwiched between glass plates and pressurized.
<特性評価試験1>
試験1.60℃高温保存試験
上記のように作製した電池を、25℃において、4.4Vまで充電し、3Vまで放電し
、容量が安定するまでコンディショニングを行った。その後、4.4Vまで充電した電池
を60℃の環境下で10日間放置した。この時の回復容量率(%)および電圧低下率(%)を測定した。なお、試験後に25℃において0.2Cで3Vまで放電し、その後、4.4Vまで再度充電してから再び0.2Cで3Vまで放電したときの容量を回復容量としたとき、試験前の容量に対する回復容量の割合を回復容量率とする。また、試験前の電圧と試験後の電圧の差を電圧低下とし、比較例1−1の電圧低下に対する割合を電圧低下率とする(数値が小さいほど良い)。
<Characteristic evaluation test 1>
Test 1.60 ° C. High temperature storage test The battery prepared as described above was charged to 4.4 V at 25 ° C., discharged to 3 V, and conditioned until the capacity became stable. Then, the battery charged to 4.4 V was left for 10 days in an environment of 60 ° C. At this time, the recovery capacity rate (%) and the voltage drop rate (%) were measured. The capacity before the test is defined as the capacity when the battery is discharged to 3 V at 0.2 C at 25 ° C. after the test, then recharged to 4.4 V and then discharged to 3 V at 0.2 C again. The ratio of the recovery capacity to the recovery capacity is defined as the recovery capacity ratio. Further, the difference between the voltage before the test and the voltage after the test is defined as the voltage drop, and the ratio to the voltage drop in Comparative Example 1-1 is defined as the voltage drop rate (the smaller the value, the better).
表1の結果より、以下のことがわかる。ビスマレイミドおよび本発明で指定される「その他の化合物」を含まない比較例1−1に対し、「その他の化合物」のみを含む比較例1−2では電圧低下率が増加してしまった。また、ビスマレイミドのみを含む比較例1−3
および1−4では電圧低下率および回復容量率がある程度改善されたが、その効果は限定的であった。一方、本発明の電解液を用いた実施例1−1および1−2を用いた時は、電圧低下率および回復容量率のいずれも改善効果が大きかった。
From the results in Table 1, the following can be seen. The voltage drop rate increased in Comparative Example 1-2 containing only "other compounds" as opposed to Comparative Example 1-1 which did not contain bismaleimide and "other compounds" specified in the present invention. Further, Comparative Example 1-3 containing only bismaleimide.
In 1 and 1-4, the voltage drop rate and the recovery capacity rate were improved to some extent, but the effect was limited. On the other hand, when Examples 1-1 and 1-2 using the electrolytic solution of the present invention were used, both the voltage drop rate and the recovery capacity rate had a large improvement effect.
<非水系電解液の調製>
乾燥アルゴン雰囲気下、エチレンカーボネート(以下EC)とエチルメチルカーボネート(以下EMC)とジエチルカーボネート(以下DEC)をそれぞれ30体積%、40体積%、30体積%となるように混合した非水溶媒に対し、LiPF6を1.2Mとなるように溶解させた。そこに、ビニレンカーボネートを2質量%加えて非水系電解液を調整した。
<Preparation of non-aqueous electrolyte solution>
In a dry argon atmosphere, with respect to a non-aqueous solvent in which ethylene carbonate (hereinafter EC), ethyl methyl carbonate (hereinafter EMC) and diethyl carbonate (hereinafter DEC) are mixed at 30% by volume, 40% by volume and 30% by volume, respectively. , LiPF 6 was dissolved to 1.2M. To this, 2% by mass of vinylene carbonate was added to prepare a non-aqueous electrolyte solution.
[実施例2−1〜実施例2−3、比較例2−1〜比較例2−4]
乾燥アルゴン雰囲気下、上記非水系電解液に、ビスマレイミドおよび/またはその他の化合物を添加剤として所定の量加えて非水系電解液を調製した。使用した添加剤の種類および量は表2に記載したとおりである。
<負極、正極、電池の作製>
実施例1−1で用いた電極と同じものを用いた。
[Example 2-1 to Example 2-3, Comparative Example 2-1 to Comparative Example 2-4]
A non-aqueous electrolyte solution was prepared by adding a predetermined amount of bismaleimide and / or other compounds as an additive to the non-aqueous electrolyte solution under a dry argon atmosphere. The types and amounts of additives used are as shown in Table 2.
<Manufacturing of negative electrode, positive electrode, battery>
The same electrodes as those used in Example 1-1 were used.
<特性評価試験2>
試験2.連続充電試験
上記のように作製した電池を、25℃において、4.4Vまで充電し、3Vまで放電し
、容量が安定するまでコンディショニングを行った。その後、4.4Vまで充電した電池
を60℃の環境下で、4.4Vに保つように14日間充電した(連続充電)。この時の回
復容量率(%)を測定した。なお、試験後に25℃において0.2Cで3Vまで放電し、その後、4.4Vまで再度充電してから再び0.2Cで3Vまで放電したときの容量を回復容量としたとき、試験前の容量に対する回復容量の割合を回復容量率とする。
<Characteristic evaluation test 2>
Test 2. Continuous Charge Test The battery prepared as described above was charged to 4.4 V at 25 ° C., discharged to 3 V, and conditioned until the capacity became stable. Then, the battery charged to 4.4 V was charged in an environment of 60 ° C. for 14 days so as to keep it at 4.4 V (continuous charging). The recovery capacity rate (%) at this time was measured. The capacity before the test is defined as the capacity when the battery is discharged to 3 V at 0.2 C at 25 ° C. after the test, then recharged to 4.4 V and then discharged to 3 V at 0.2 C again. The ratio of the recovery capacity to the recovery capacity is defined as the recovery capacity ratio.
表2の結果より、以下のことがわかる。ビスマレイミドおよび本発明で指定される「そ
の他の化合物」を含まない比較例2−1に対し、「その他の化合物」のみを含む比較例2−2では残存・回復容量率が改善されたが、その効果は小さかった。一方、本発明の電解液を用いた実施例2−1ないし2−3を用いた時は、残存・回復容量率の改善効果が大きかった。ここで、ビスマレイミドのみを含む比較例2−3および2−4では残存・回復容量率が改善していないことから、本発明の電解液に特異的な効果があることが分かった。
From the results in Table 2, the following can be seen. Compared with Comparative Example 2-1 which does not contain bismaleimide and "other compounds" specified in the present invention, Comparative Example 2-2 containing only "other compounds" improved the residual / recovery volume ratio. The effect was small. On the other hand, when Examples 2-1 to 2-3 using the electrolytic solution of the present invention were used, the effect of improving the residual / recovery volume ratio was large. Here, since the residual / recovery volume ratio was not improved in Comparative Examples 2-3 and 2-4 containing only bismaleimide, it was found that the electrolytic solution of the present invention had a specific effect.
<非水系電解液の調製>
乾燥アルゴン雰囲気下、エチレンカーボネート(以下EC)とエチルメチルカーボネート(以下EMC)とジエチルカーボネート(以下DEC)をそれぞれ30体積%、40体積%、30体積%となるように混合した非水溶媒に対し、LiPF6を1.2Mとなるように溶解させた。そこに、ビニレンカーボネートを2質量%加えて非水系電解液を調製した。
<Preparation of non-aqueous electrolyte solution>
In a dry argon atmosphere, with respect to a non-aqueous solvent in which ethylene carbonate (hereinafter EC), ethyl methyl carbonate (hereinafter EMC) and diethyl carbonate (hereinafter DEC) are mixed at 30% by volume, 40% by volume and 30% by volume, respectively. , LiPF 6 was dissolved to 1.2M. To this, 2% by mass of vinylene carbonate was added to prepare a non-aqueous electrolyte solution.
[実施例3−1〜実施例3−3、比較例3−1〜比較例3−5]
乾燥アルゴン雰囲気下、上記非水系電解液に、ビスマレイミドおよび/またはその他の化合物を添加剤として所定の量加えて非水系電解液を調製した。使用した添加剤の種類および量は表3に記載したとおりである。
<負極、正極、電池の作製>
実施例1−1で用いた電極と同じものを用いた。
[Examples 3-1 to 3-3, Comparative Examples 3-1 to 3-5]
A non-aqueous electrolyte solution was prepared by adding a predetermined amount of bismaleimide and / or other compounds as an additive to the non-aqueous electrolyte solution under a dry argon atmosphere. The types and amounts of additives used are as shown in Table 3.
<Manufacturing of negative electrode, positive electrode, battery>
The same electrodes as those used in Example 1-1 were used.
<特性評価試験2>
試験3.80℃高温充電試験
上記のように作製した電池を、25℃において、4.4Vまで充電し、3Vまで放電し
、容量が安定するまでコンディショニングを行った。その後、4.4Vまで充電した電池
を80℃の環境下で3日間放置した。この時の電圧低下率(%)を測定した。なお、試験前の電圧と試験後の電圧の差を電圧低下とし、比較例3−1の電圧低下に対する割合を電圧低下率とする(数値が小さいほど良い)。
<Characteristic evaluation test 2>
Test 3.80 ° C. High temperature charging test The battery prepared as described above was charged to 4.4V at 25 ° C., discharged to 3V, and conditioned until the capacity became stable. Then, the battery charged to 4.4 V was left in an environment of 80 ° C. for 3 days. The voltage drop rate (%) at this time was measured. The difference between the voltage before the test and the voltage after the test is defined as the voltage drop, and the ratio to the voltage drop in Comparative Example 3-1 is defined as the voltage drop rate (the smaller the value, the better).
表3の結果より、以下のことがわかる。ビスマレイミドおよび本発明で指定される「その他の化合物」を含まない比較例3−1に対し、「その他の化合物」のみを含む比較例3−2では電圧低下率は悪化した。また、ビスマレイミドのみを含む比較例3−3、比較例3−4、比較例3−5では電圧低下率は改善されたものの、その効果は限定的であった。一方、本発明の電解液を用いた実施例3−1、実施例3−2、実施例3−3を用いた場合は、電圧低下率の改善効果が大きかった。 From the results in Table 3, the following can be seen. The voltage drop rate deteriorated in Comparative Example 3-2 containing only "other compounds", as opposed to Comparative Example 3-1 containing no bismaleimide and "other compounds" specified in the present invention. Further, in Comparative Example 3-3, Comparative Example 3-4, and Comparative Example 3-5 containing only bismaleimide, the voltage drop rate was improved, but the effect was limited. On the other hand, when Example 3-1, Example 3-2, and Example 3-3 using the electrolytic solution of the present invention were used, the effect of improving the voltage drop rate was large.
本発明の非水系電解液によれば、非水系電解液二次電池の電解液の分解を抑制し、電池を高温環境下で使用した電池電圧の低下を抑制すると共に回復容量率を向上させ、連続充電時における残存・回復充電率を向上させた、高エネルギー密度の非水系電解液二次電池を製造することができる。従って、非水系電解液二次電池が用いられる電子機器等の各種の分野において好適に利用できる。 According to the non-aqueous electrolyte solution of the present invention, the decomposition of the electrolyte solution of the non-aqueous electrolyte secondary battery is suppressed, the decrease in the battery voltage when the battery is used in a high temperature environment is suppressed, and the recovery capacity rate is improved. It is possible to manufacture a non-aqueous electrolyte secondary battery having a high energy density and an improved residual / recovery charge rate during continuous charging. Therefore, it can be suitably used in various fields such as electronic devices in which a non-aqueous electrolyte secondary battery is used.
本発明の非水系電解液二次電池の用途は特に限定されず、公知の各種の用途に用いることが可能である。具体例としては、ノートパソコン、ペン入力パソコン、モバイルパソコン、電子ブックプレーヤー、携帯電話、携帯ファックス、携帯コピー、携帯プリンター、ヘッドフォンステレオ、ビデオムービー、液晶テレビ、ハンディークリーナー、ポータブルCD、ミニディスク、トランシーバー、電子手帳、電卓、メモリーカード、携帯テープレコーダー、ラジオ、バックアップ電源、モーター、自動車、バイク、原動機付自転車、自転車、照明器具、玩具、ゲーム機器、時計、電動工具、ストロボ、カメラ、家庭用大型蓄電池、リチウムイオンキャパシタ等を挙げることができる。 The application of the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is not particularly limited, and it can be used in various known applications. Specific examples include laptops, pen input computers, mobile computers, electronic book players, mobile phones, mobile faxes, mobile copies, mobile printers, headphone stereos, video movies, LCD TVs, handy cleaners, portable CDs, mini disks, transceivers. , Electronic notebook, calculator, memory card, portable tape recorder, radio, backup power supply, motor, car, bike, motorized bicycle, bicycle, lighting equipment, toys, game equipment, clock, power tool, strobe, camera, large household Examples include storage batteries and lithium ion capacitors.
Claims (6)
前記非水系電解液はビスマレイミド化合物を0.01質量%以上3質量%以下含有し、
かつ、フルオロエチレンカーボネートを0.01質量%以上10質量%以下含有し、
前記ビスマレイミド化合物が、以下の式(4)の化合物であることを特徴とする非水系電解液。
(式中、R13〜R22は、それぞれ独立に水素原子、又は炭素数1〜5の炭化水素基を表す。) A non-aqueous electrolyte solution having a positive electrode having a positive electrode active material capable of occluding / releasing metal ions and a negative electrode having a negative electrode active material capable of occluding / releasing metal ions A non-aqueous electrolyte solution used in a secondary battery. ,
The non-aqueous electrolyte solution contains a bismaleimide compound in an amount of 0.01% by mass or more and 3% by mass or less.
In addition, it contains 0.01% by mass or more and 10% by mass or less of fluoroethylene carbonate.
A non-aqueous electrolyte solution, wherein the bismaleimide compound is a compound of the following formula (4).
(In the formula, R 13 to R 22 independently represent a hydrogen atom or a hydrocarbon group having 1 to 5 carbon atoms.)
前記請求項1乃至5の何れか一項に記載された非水系電解液を使用することを特徴とする非水系電解液二次電池。 A non-aqueous electrolyte secondary battery comprising a positive electrode having a positive electrode active material capable of occluding / releasing metal ions, a negative electrode having a negative electrode active material capable of occluding / releasing metal ions, and a non-aqueous electrolyte solution.
A non-aqueous electrolyte secondary battery according to any one of claims 1 to 5, wherein the non-aqueous electrolyte secondary battery is used.
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