JP6825311B2 - Lithium ion secondary battery - Google Patents

Lithium ion secondary battery Download PDF

Info

Publication number
JP6825311B2
JP6825311B2 JP2016217025A JP2016217025A JP6825311B2 JP 6825311 B2 JP6825311 B2 JP 6825311B2 JP 2016217025 A JP2016217025 A JP 2016217025A JP 2016217025 A JP2016217025 A JP 2016217025A JP 6825311 B2 JP6825311 B2 JP 6825311B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electrolytic solution
lithium ion
ion secondary
secondary battery
carbonate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2016217025A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2018077939A (en
Inventor
祐太 川本
祐太 川本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Industries Corp
Original Assignee
Toyota Industries Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Industries Corp filed Critical Toyota Industries Corp
Priority to JP2016217025A priority Critical patent/JP6825311B2/en
Publication of JP2018077939A publication Critical patent/JP2018077939A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6825311B2 publication Critical patent/JP6825311B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Description

本発明は、リチウムイオン二次電池に関する。 The present invention relates to a lithium ion secondary battery.

一般に、リチウムイオン二次電池は、主な構成要素として、正極、負極及び電解液を備える。そして、電解液には、適切な電解質が適切な濃度範囲で添加されている。例えば、リチウムイオン二次電池の電解液には、LiClO、LiAsF、LiPF、LiBF、CFSOLi、(CFSONLi等のリチウム塩が電解質として添加されるのが一般的であり、ここで、電解液におけるリチウム塩の濃度は、概ね1mol/Lとされるのが一般的である。 Generally, a lithium ion secondary battery includes a positive electrode, a negative electrode, and an electrolytic solution as main components. Then, an appropriate electrolyte is added to the electrolytic solution in an appropriate concentration range. For example, lithium salts such as LiClO 4 , LiAsF 6 , LiPF 6 , LiBF 4 , CF 3 SO 3 Li, and (CF 3 SO 2 ) 2 NLi are added to the electrolyte of a lithium ion secondary battery as an electrolyte. Is common, and here, the concentration of the lithium salt in the electrolytic solution is generally set to about 1 mol / L.

また、電解液に用いられる有機溶媒には、電解質を好適に溶解させるために、エチレンカーボネートやプロピレンカーボネート等の比誘電率及び双極子モーメントの高い有機溶媒を約30体積%以上で混合して用いるのが一般的である。 Further, as the organic solvent used in the electrolytic solution, an organic solvent having a high relative permittivity such as ethylene carbonate or propylene carbonate and a high dipole moment is mixed in an amount of about 30% by volume or more in order to preferably dissolve the electrolyte. Is common.

実際に、特許文献1には、エチレンカーボネートを33体積%含む混合有機溶媒を用い、かつ、LiPFを1mol/Lの濃度で含む電解液を用いたリチウムイオン二次電池が開示されている。 In fact, Patent Document 1 discloses a lithium ion secondary battery using a mixed organic solvent containing 33% by volume of ethylene carbonate and using an electrolytic solution containing LiPF 6 at a concentration of 1 mol / L.

最近になって、特許文献2や特許文献3などにより、電解質としての金属塩を高濃度で含む電解液及び当該電解液を具備するリチウムイオン二次電池が報告された。 Recently, Patent Document 2 and Patent Document 3 have reported an electrolytic solution containing a metal salt as an electrolyte at a high concentration and a lithium ion secondary battery including the electrolytic solution.

特許文献2には、金属塩としての(FSONLi及び有機溶媒としてのジメチルカーボネートを(FSONLiに対するジメチルカーボネートのモル比が2又は3で含有する電解液と、負極活物質としての黒鉛とを具備するリチウムイオン二次電池が具体的に記載されており(実施例P、実施例Qを参照。)、当該リチウムイオン二次電池は容量維持率に優れていることが具体的な試験結果と共に記載されている(表19などを参照。)。 Patent Document 2 describes an electrolytic solution containing (FSO 2 ) 2 NLi as a metal salt and dimethyl carbonate as an organic solvent at a molar ratio of dimethyl carbonate to (FSO 2 ) 2 NLi of 2 or 3, and a negative electrode active material. A lithium ion secondary battery comprising graphite as a base material is specifically described (see Examples P and Q), and the lithium ion secondary battery is specifically described as having an excellent capacity retention rate. It is described together with the test results (see Table 19, etc.).

特許文献3には、特定の金属塩に対する特定有機溶媒のモル比が3〜5の電解液が、物性に優れるものとして記載されており、さらに、当該電解液と負極活物質としての黒鉛とを具備するリチウムイオン二次電池が具体的に記載されている(実施例I、実施例IIなどを参照。)。そして、同文献には、上記リチウムイオン二次電池は容量維持率に優れていることが具体的な試験結果と共に記載されている(表11などを参照。)。 Patent Document 3 describes that an electrolytic solution having a molar ratio of a specific organic solvent to a specific metal salt of 3 to 5 is excellent in physical properties, and further, the electrolytic solution and graphite as a negative electrode active material are described. The provided lithium ion secondary battery is specifically described (see Example I, Example II, etc.). Then, in the same document, it is described that the lithium ion secondary battery has an excellent capacity retention rate together with specific test results (see Table 11 and the like).

また、黒鉛以外の負極活物質としては、リチウムイオン吸蔵能力が高いSiを含有する負極活物質が知られている。 Further, as a negative electrode active material other than graphite, a negative electrode active material containing Si having a high lithium ion occlusion ability is known.

例えば、特許文献4及び特許文献5には、負極活物質がシリコンであるリチウムイオン二次電池が記載されている。特許文献6及び特許文献7には、負極活物質がSiOであるリチウムイオン二次電池が記載されている。 For example, Patent Document 4 and Patent Document 5 describe a lithium ion secondary battery in which the negative electrode active material is silicon. Patent Document 6 and Patent Document 7 describe a lithium ion secondary battery in which the negative electrode active material is SiO.

特許文献8には、CaSiを酸と反応させてCaを除去した層状ポリシランを主成分とする層状シリコン化合物を合成し、当該層状シリコン化合物を300℃以上で加熱して水素を離脱させたシリコン材料を製造したこと、及び、当該シリコン材料を負極活物質として具備するリチウムイオン二次電池が記載されている。 In Patent Document 8, a layered silicon compound containing a layered polysilane as a main component, in which CaSi 2 is reacted with an acid to remove Ca, is synthesized, and the layered silicon compound is heated at 300 ° C. or higher to release hydrogen. It describes the manufacture of the material and the lithium ion secondary battery containing the silicon material as the negative electrode active material.

特開2013−149477号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2013-149477 国際公開第2015/045389号International Publication No. 2015/045389 国際公開第2016/063468号International Publication No. 2016/063468 特開2014−203595号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2014-203595 特開2015−57767号公報JP 2015-57767 特開2015−185509号公報JP-A-2015-185509 特開2015−179625号公報JP-A-2015-179625 国際公開第2014/080608号International Publication No. 2014/08608

本発明者が、Si含有負極活物質と特許文献3に記載された範囲内の電解液とを具備するリチウムイオン二次電池を実際に製造し、充放電試験を行ったところ、ある程度の回数の充放電を経ると、当該二次電池の容量維持率が急激に低下することを知見した。 When the present inventor actually manufactured a lithium ion secondary battery containing a Si-containing negative electrode active material and an electrolytic solution within the range described in Patent Document 3, and conducted a charge / discharge test, a certain number of times were performed. It was found that the capacity retention rate of the secondary battery drops sharply after charging and discharging.

鋭意検討の結果、フッ素含有環状カーボネートを添加した電解液を用いることにより、Si含有負極活物質を具備するリチウムイオン二次電池が容量を好適に維持することを、本発明者は発見した。しかしながら、上記リチウムイオン二次電池は低温環境下での容量維持率が必ずしも優れているとはいえないことを、本発明者は新たに知見した。 As a result of diligent studies, the present inventor has found that a lithium ion secondary battery provided with a Si-containing negative electrode active material maintains a suitable capacity by using an electrolytic solution containing a fluorine-containing cyclic carbonate. However, the present inventor has newly found that the above-mentioned lithium ion secondary battery does not always have an excellent capacity retention rate in a low temperature environment.

本発明はかかる事情に鑑みて為されたものであり、低温環境下において、より好適に容量を維持し得る、Si含有負極活物質を具備するリチウムイオン二次電池を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a lithium ion secondary battery provided with a Si-containing negative electrode active material capable of more preferably maintaining a capacity in a low temperature environment. ..

鋭意検討の結果、特許文献3に記載された範囲内の電解液に不飽和環状カーボネートを追加で添加して用いることにより、Si含有負極活物質を具備するリチウムイオン二次電池が容量を好適に維持することを、本発明者は発見した。かかる発見に基づき、本発明者は本発明を完成するに至った。 As a result of diligent studies, by using an unsaturated cyclic carbonate additionally added to the electrolytic solution within the range described in Patent Document 3, the lithium ion secondary battery provided with the Si-containing negative electrode active material has a suitable capacity. The inventor has found that it is maintained. Based on such findings, the present inventor has completed the present invention.

本発明のリチウムイオン二次電池は、
Si含有負極活物質と、
(FSONLi、下記一般式(A)で表される鎖状カーボネート、フッ素含有環状カーボネート、及び、不飽和環状カーボネートを含み、かつ、前記(FSONLiに対する前記鎖状カーボネートのモル比が2〜6の範囲内である電解液と、
を具備することを特徴とする。
OCOOR 一般式(A)
(R、Rは、それぞれ独立に、鎖状アルキルであるCClBr、又は、環状アルキルを化学構造に含むCClBrのいずれかから選択される。nは1以上の整数、mは3以上の整数、a、b、c、d、e、f、g、h、i、jはそれぞれ独立に0以上の整数であり、2n+1=a+b+c+d+e、2m−1=f+g+h+i+jを満たす。)
The lithium ion secondary battery of the present invention
Si-containing negative electrode active material and
(FSO 2 ) 2 NLi, a chain carbonate represented by the following general formula (A), a fluorine-containing cyclic carbonate, and an unsaturated cyclic carbonate, and the above-mentioned chain carbonate with respect to (FSO 2 ) 2 NLi. An electrolytic solution having a molar ratio in the range of 2 to 6 and
It is characterized by having.
R 1 OCOOR 2 General formula (A)
(R 1, R 2 are each independently a linear alkyl C n H a F b Cl c Br d I e, or, C m H f F g Cl h Br i contains a cyclic alkyl in the chemical structure It is selected from any of j. N is an integer of 1 or more, m is an integer of 3 or more, and a, b, c, d, e, f, g, h, i, and j are independently integers of 0 or more. 2n + 1 = a + b + c + d + e, 2m-1 = f + g + h + i + j.)

本発明のリチウムイオン二次電池は、低温環境下において、好適な容量維持率を示す。 The lithium ion secondary battery of the present invention exhibits a suitable capacity retention rate in a low temperature environment.

以下に、本発明を実施するための形態を説明する。なお、特に断らない限り、本明細書に記載された数値範囲「a〜b」は、下限a及び上限bをその範囲に含む。そして、これらの上限値及び下限値、ならびに実施例中に列記した数値も含めてそれらを任意に組み合わせることで数値範囲を構成し得る。さらに、これらの数値範囲内から任意に選択した数値を、新たな上限や下限の数値とすることができる。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described. Unless otherwise specified, the numerical range "a to b" described in the present specification includes the lower limit a and the upper limit b in the range. Then, a numerical range can be constructed by arbitrarily combining these upper and lower limit values and the numerical values listed in the examples. Further, a numerical value arbitrarily selected from these numerical values can be used as a new upper limit or lower limit numerical value.

本発明のリチウムイオン二次電池は、
Si含有負極活物質と、
(FSONLi、下記一般式(A)で表される鎖状カーボネート、フッ素含有環状カーボネート、及び、不飽和環状カーボネートを含み、かつ、前記(FSONLiに対する前記鎖状カーボネートのモル比が2〜6の範囲内である電解液(以下、本発明の電解液ということがある。)と、
を具備することを特徴とする。
OCOOR 一般式(A)
(R、Rは、それぞれ独立に、鎖状アルキルであるCClBr、又は、環状アルキルを化学構造に含むCClBrのいずれかから選択される。nは1以上の整数、mは3以上の整数、a、b、c、d、e、f、g、h、i、jはそれぞれ独立に0以上の整数であり、2n+1=a+b+c+d+e、2m−1=f+g+h+i+jを満たす。)
The lithium ion secondary battery of the present invention
Si-containing negative electrode active material and
(FSO 2 ) 2 NLi, a chain carbonate represented by the following general formula (A), a fluorine-containing cyclic carbonate, and an unsaturated cyclic carbonate, and the above-mentioned chain carbonate with respect to (FSO 2 ) 2 NLi. An electrolytic solution having a molar ratio in the range of 2 to 6 (hereinafter, may be referred to as an electrolytic solution of the present invention) and
It is characterized by having.
R 1 OCOOR 2 General formula (A)
(R 1, R 2 are each independently a linear alkyl C n H a F b Cl c Br d I e, or, C m H f F g Cl h Br i contains a cyclic alkyl in the chemical structure It is selected from any of j. N is an integer of 1 or more, m is an integer of 3 or more, and a, b, c, d, e, f, g, h, i, and j are independently integers of 0 or more. 2n + 1 = a + b + c + d + e, 2m-1 = f + g + h + i + j.)

Si含有負極活物質としては、Siを含有し、負極活物質として機能するものであればよい。具体的なSi含有負極活物質としては、ケイ素単体、SiOx(0.3≦x≦1.6)、Siと他の金属との合金、特許文献8に記載のシリコン材料を例示できる。Si含有負極活物質は炭素で被覆されていてもよい。炭素で被覆されたSi含有負極活物質は導電性に優れる。 The Si-containing negative electrode active material may be any material that contains Si and functions as a negative electrode active material. Specific examples of the Si-containing negative electrode active material include elemental silicon, SiOx (0.3 ≦ x ≦ 1.6), alloys of Si with other metals, and the silicon material described in Patent Document 8. The Si-containing negative electrode active material may be coated with carbon. The Si-containing negative electrode active material coated with carbon has excellent conductivity.

Si含有負極活物質の粒度分布としては、一般的なレーザー回折式粒度分布測定装置で測定した場合に、D50が0.6〜30μmの範囲内が好ましく、1〜20μmの範囲内がより好ましく、2〜10μmの範囲内がさらに好ましく、3〜8μmの範囲内が特に好ましい。 The particle size distribution of the Si-containing negative electrode active material preferably has a D50 of 0.6 to 30 μm, more preferably 1 to 20 μm, when measured with a general laser diffraction type particle size distribution measuring device. The range of 2 to 10 μm is more preferable, and the range of 3 to 8 μm is particularly preferable.

特許文献8に記載のシリコン材料(以下、単に「シリコン材料」ということがある。)について詳細に説明する。シリコン材料は、例えば、CaSiと酸とを反応させてポリシランを主成分とする層状シリコン化合物を合成する工程、さらに、当該層状シリコン化合物を300℃以上で加熱して水素を離脱させる工程を経て製造されるものである。 The silicon material described in Patent Document 8 (hereinafter, may be simply referred to as “silicon material”) will be described in detail. The silicon material undergoes, for example, a step of reacting CaSi 2 with an acid to synthesize a layered silicon compound containing polysilane as a main component, and a step of heating the layered silicon compound at 300 ° C. or higher to release hydrogen. It is manufactured.

特許文献8に記載のシリコン材料の製造方法を、酸として塩化水素を用いた場合の理想的な反応式で示すと以下のとおりとなる。
3CaSi+6HCl → Si+3CaCl
Si → 6Si+3H
The method for producing a silicon material described in Patent Document 8 is shown below by an ideal reaction formula when hydrogen chloride is used as an acid.
3CaSi 2 + 6HCl → Si 6 H 6 + 3CaCl 2
Si 6 H 6 → 6Si + 3H 2 ↑

ただし、ポリシランであるSiを合成する上段の反応では、副生物や不純物除去の観点から、通常、反応溶媒として水が用いられる。そして、Siは水と反応し得るため、上段の反応を含む層状シリコン化合物を合成する工程において、層状シリコン化合物がSiのみを含むものとして製造されることはほとんどなく、層状シリコン化合物はSi(OH)(Xは酸のアニオン由来の元素若しくは基、s+t+u=6、0<s<6、0<t<6、0<u<6)で表されるものとして製造される。なお、上記の化学式においては、残存し得るCaなどの不可避不純物については、考慮していない。そして、当該層状シリコン化合物を加熱して得られるシリコン材料も、酸素や酸のアニオン由来の元素を含む。 However, in the upper reaction for synthesizing Si 6 H 6 which is polysilane, water is usually used as the reaction solvent from the viewpoint of removing by-products and impurities. Since Si 6 H 6 can react with water, in the step of synthesizing the layered silicon compound including the reaction in the upper stage, the layered silicon compound is rarely produced as containing only Si 6 H 6 , and is layered. Silicon compounds are represented by Si 6 H s (OH) t X u (X is an element or group derived from an acid anion, s + t + u = 6, 0 <s <6, 0 <t <6, 0 <u <6). Manufactured as a compound. In the above chemical formula, unavoidable impurities such as Ca that may remain are not considered. The silicon material obtained by heating the layered silicon compound also contains an element derived from an anion of oxygen or acid.

シリコン材料は、複数枚の板状シリコン体が厚さ方向に積層されてなる構造を有する。リチウムイオン等の電荷担体が効率的に吸蔵及び放出を行うためには、板状シリコン体は厚さが10nm〜100nmの範囲内のものが好ましく、20nm〜50nmの範囲内のものがより好ましい。板状シリコン体の長手方向の長さは、0.1μm〜50μmの範囲内のものが好ましい。また、板状シリコン体は、(長手方向の長さ)/(厚さ)が2〜1000の範囲内であるのが好ましい。板状シリコン体の積層構造は走査型電子顕微鏡などによる観察で確認できる。また、この積層構造は、原料のCaSiにおけるSi層の名残りであると考えられる。 The silicon material has a structure in which a plurality of plate-shaped silicon bodies are laminated in the thickness direction. In order for a charge carrier such as lithium ion to efficiently occlude and release, the plate-shaped silicon body preferably has a thickness in the range of 10 nm to 100 nm, and more preferably in the range of 20 nm to 50 nm. The length of the plate-shaped silicon body in the longitudinal direction is preferably in the range of 0.1 μm to 50 μm. Further, the plate-shaped silicon body preferably has (length in the longitudinal direction) / (thickness) in the range of 2 to 1000. The laminated structure of the plate-shaped silicon body can be confirmed by observation with a scanning electron microscope or the like. Further, this laminated structure is considered to be a remnant of the Si layer in the raw material CaSi 2 .

シリコン材料には、アモルファスシリコン及び/又はシリコン結晶子が含まれるのが好ましい。特に、上記板状シリコン体において、アモルファスシリコンをマトリックスとし、シリコン結晶子が当該マトリックス中に点在している状態が好ましい。シリコン結晶子のサイズは、0.5nm〜300nmの範囲内が好ましく、1nm〜100nmの範囲内がより好ましく、1nm〜50nmの範囲内がさらに好ましく、1nm〜10nmの範囲内が特に好ましい。なお、シリコン結晶子のサイズは、シリコン材料に対してX線回折測定を行い、得られたX線回折チャートのSi(111)面の回折ピークの半値幅を用いたシェラーの式から算出される。 The silicon material preferably contains amorphous silicon and / or silicon crystallites. In particular, in the plate-shaped silicon body, it is preferable that amorphous silicon is used as a matrix and silicon crystallites are scattered in the matrix. The size of the silicon crystallite is preferably in the range of 0.5 nm to 300 nm, more preferably in the range of 1 nm to 100 nm, further preferably in the range of 1 nm to 50 nm, and particularly preferably in the range of 1 nm to 10 nm. The size of the silicon crystallite is calculated from the Scheller's equation using the half width of the diffraction peak on the Si (111) plane of the obtained X-ray diffraction chart obtained by performing X-ray diffraction measurement on the silicon material. ..

シリコン材料に含まれる板状シリコン体、アモルファスシリコン及びシリコン結晶子の存在量や大きさは、主に加熱温度や加熱時間に左右される。加熱温度は、350℃〜950℃の範囲内が好ましく、400℃〜900℃の範囲内がより好ましい。 The abundance and size of the plate-shaped silicon body, amorphous silicon, and silicon crystallites contained in the silicon material mainly depend on the heating temperature and heating time. The heating temperature is preferably in the range of 350 ° C. to 950 ° C., more preferably in the range of 400 ° C. to 900 ° C.

次に、本発明の電解液について説明する。本発明の電解液は、電解質として(FSONLiを含む。 Next, the electrolytic solution of the present invention will be described. The electrolyte of the present invention contains (FSO 2 ) 2 NLi as the electrolyte.

本発明の電解液には、(FSONLi以外に、リチウムイオン二次電池の電解液に使用可能である他の電解質が含まれていてもよい。本発明の電解液には、本発明の電解液に含まれる全電解質に対し、(FSONLiが50質量%以上で含まれるのが好ましく、70質量%以上で含まれるのがより好ましく、90質量%以上で含まれるのがさらに好ましい。本発明の電解液に含まれる電解質すべてが(FSONLiであってもよい。 The electrolytic solution of the present invention, (FSO 2) other than 2 NLi, may include other electrolytes can be used in the electrolyte of lithium ion secondary battery. The electrolytic solution of the present invention preferably contains (FSO 2 ) 2 NLi in an amount of 50% by mass or more, more preferably 70% by mass or more, based on the total electrolyte contained in the electrolytic solution of the present invention. , 90% by mass or more is more preferable. All the electrolytes contained in the electrolytic solution of the present invention may be (FSO 2 ) 2 NLi.

他の電解質として、LiPF、LiBF、LiAsF、LiSiF、(CFSONLi、(CSONLi、FSO(CFSO)NLi、(SOCFCFSO)NLi、(SOCFCFCFSO)NLi、FSO(CHSO)NLi、FSO(CSO)NLi、又はFSO(CSO)NLi、(OCOCOBLi、(OCOCO)BFLiを例示できる。 Other electrolytes include LiPF 6 , LiBF 4 , LiAsF 6 , Li 2 SiF 6 , (CF 3 SO 2 ) 2 NLi, (C 2 F 5 SO 2 ) 2 NLi, FSO 2 (CF 3 SO 2 ) NLi, ( SO 2 CF 2 CF 2 SO 2 ) NLi, (SO 2 CF 2 CF 2 CF 2 SO 2 ) NLi, FSO 2 (CH 3 SO 2 ) NLi, FSO 2 (C 2 F 5 SO 2 ) NLi, or FSO 2 Examples thereof include (C 2 H 5 SO 2 ) NLi, (OCOCO 2 ) 2 BLi, and (OCOCO 2 ) BF 2 Li.

本発明の電解液は、有機溶媒として一般式(A)で表される鎖状カーボネート(以下、単に「鎖状カーボネート」ということがある。)を含む。 The electrolytic solution of the present invention contains a chain carbonate represented by the general formula (A) as an organic solvent (hereinafter, may be simply referred to as “chain carbonate”).

一般式(A)で表される鎖状カーボネートにおいて、nは1〜6の整数が好ましく、1〜4の整数がより好ましく、1〜2の整数が特に好ましい。mは3〜8の整数が好ましく、4〜7の整数がより好ましく、5〜6の整数が特に好ましい。 In the chain carbonate represented by the general formula (A), n is preferably an integer of 1 to 6, more preferably an integer of 1 to 4, and particularly preferably an integer of 1 to 2. m is preferably an integer of 3 to 8, more preferably an integer of 4 to 7, and particularly preferably an integer of 5 to 6.

鎖状カーボネートのうち、下記一般式(A−1)で表されるものが特に好ましい。 Of the chain carbonates, those represented by the following general formula (A-1) are particularly preferable.

OCOOR 一般式(A−1)
(R、Rは、それぞれ独立に、鎖状アルキルであるC、又は、環状アルキルを化学構造に含むCのいずれかから選択される。nは1以上の整数、mは3以上の整数、a、b、f、gはそれぞれ独立に0以上の整数であり、2n+1=a+b、2m−1=f+gを満たす。)
R 3 OCOOR 4 general formula (A-1)
(R 3, R 4 are each independently a linear alkyl C n H a F b, or, .n are selected from any of C m H f F g including cyclic alkyl chemical structure 1 The above integer, m is an integer of 3 or more, and a, b, f, and g are independently integers of 0 or more, satisfying 2n + 1 = a + b, 2m-1 = f + g.)

一般式(A−1)で表される鎖状カーボネートにおいて、nは1〜6の整数が好ましく、1〜4の整数がより好ましく、1〜2の整数が特に好ましい。mは3〜8の整数が好ましく、4〜7の整数がより好ましく、5〜6の整数が特に好ましい。 In the chain carbonate represented by the general formula (A-1), n is preferably an integer of 1 to 6, more preferably an integer of 1 to 4, and particularly preferably an integer of 1 to 2. m is preferably an integer of 3 to 8, more preferably an integer of 4 to 7, and particularly preferably an integer of 5 to 6.

鎖状カーボネートのうち、ジメチルカーボネート(以下、「DMC」ということがある。)、ジエチルカーボネート(以下、「DEC」ということがある。)、エチルメチルカーボネート(以下、「EMC」ということがある。)、フルオロメチルメチルカーボネート、ジフルオロメチルメチルカーボネート、トリフルオロメチルメチルカーボネート、ビス(フルオロメチル)カーボネート、ビス(ジフルオロメチル)カーボネート、ビス(トリフルオロメチル)カーボネート、フルオロメチルジフルオロメチルカーボネート、2,2,2−トリフルオロエチルメチルカーボネート、ペンタフルオロエチルメチルカーボネート、エチルトリフルオロメチルカーボネート、ビス(2,2,2−トリフルオロエチル)カーボネートが特に好ましい。 Among the chain carbonates, dimethyl carbonate (hereinafter, may be referred to as "DMC"), diethyl carbonate (hereinafter, may be referred to as "DEC"), ethyl methyl carbonate (hereinafter, may be referred to as "EMC") may be used. ), Fluoromethylmethyl carbonate, difluoromethylmethylcarbonate, trifluoromethylmethylcarbonate, bis (fluoromethyl) carbonate, bis (difluoromethyl) carbonate, bis (trifluoromethyl) carbonate, fluoromethyldifluoromethylcarbonate, 2,2 2-Trifluoroethyl methyl carbonate, pentafluoroethyl methyl carbonate, ethyl trifluoromethyl carbonate, and bis (2,2,2-trifluoroethyl) carbonate are particularly preferred.

鎖状カーボネートは、1種類を電解液に用いても良いし、複数種類を併用しても良い。例えば、極性及び比誘電率が比較的低く、かつ、単位体積あたりのモル数が比較的少ないDECを単独で用いると、電極からのアルミニウムなどの金属溶出が抑制されることを期待できる。また、鎖状カーボネートの複数を併用することで、電解液の低温流動性や低温でのリチウムイオン輸送性などを好適に確保することができる。鎖状カーボネートの併用例として、DMC、DEC及びEMCから選択される2種又は3種の併用を挙げることができる。DMCと、DEC又はEMCとの併用において、これらのモル比は、DMC:DEC又はEMC=80:20〜95:5の範囲内が好ましい。 One type of chain carbonate may be used as the electrolytic solution, or a plurality of types may be used in combination. For example, when DEC having a relatively low polarity and relative permittivity and a relatively small number of moles per unit volume is used alone, it can be expected that elution of metals such as aluminum from the electrode is suppressed. Further, by using a plurality of chain carbonates in combination, it is possible to suitably secure the low temperature fluidity of the electrolytic solution and the lithium ion transportability at low temperature. Examples of the combined use of the chain carbonate include two or three kinds selected from DMC, DEC and EMC. In combination with DMC and DEC or EMC, these molar ratios are preferably in the range DMC: DEC or EMC = 80: 20-95: 5.

本発明の電解液には、本発明の電解液に含まれる全有機溶媒に対し、上記鎖状カーボネートが、60体積%、60質量%以上若しくは60モル%以上で含まれるのが好ましく、70体積%、70質量%以上若しくは70モル%以上で含まれるのがより好ましく、80体積%、80質量%以上若しくは80モル%以上で含まれるのがさらに好ましく、90体積%、90質量%以上若しくは90モル%以上で含まれるのが特に好ましい。 The electrolytic solution of the present invention preferably contains the above-mentioned chain carbonate in an amount of 60% by volume, 60% by mass or more, or 60 mol% or more, based on 70 volumes, based on the total organic solvent contained in the electrolytic solution of the present invention. It is more preferably contained in%, 70% by mass or more or 70 mol% or more, further preferably contained in 80% by volume, 80% by mass or more or 80 mol% or more, and 90% by volume, 90% by mass or more or 90. It is particularly preferable that it is contained in an amount of mol% or more.

本発明の電解液において、鎖状カーボネートは、(FSONLiに対して、モル比2〜6で含まれる。特許文献3に開示されている技術内容からみて、モル比は3〜5の範囲内が好ましいといえる。特許文献3で詳細に検討されているように、モル比が低すぎる又は高すぎる場合には、リチウムイオン二次電池の容量維持率が低下する場合がある。また、イオン伝導度及び低温安定性の両者をバランスよく満足するとの観点からは、本発明の電解液におけるモル比は3〜6の範囲が好ましい。 In the electrolytic solution of the present invention, the chain carbonate is contained in a molar ratio of 2 to 6 with respect to (FSO 2 ) 2 NLi. From the technical contents disclosed in Patent Document 3, it can be said that the molar ratio is preferably in the range of 3 to 5. As discussed in detail in Patent Document 3, if the molar ratio is too low or too high, the capacity retention rate of the lithium ion secondary battery may decrease. Further, from the viewpoint of satisfying both ionic conductivity and low temperature stability in a well-balanced manner, the molar ratio in the electrolytic solution of the present invention is preferably in the range of 3 to 6.

本発明の電解液における(FSONLiの濃度を例示すると、1.5〜3.5mol/L、2.0〜3.0mol/Lの範囲を挙げることができる。 Examples of the concentration of (FSO 2 ) 2 NLi in the electrolytic solution of the present invention can be in the range of 1.5 to 3.5 mol / L and 2.0 to 3.0 mol / L.

本発明の電解液はフッ素含有環状カーボネートを含む。フッ素含有環状カーボネートとは、フッ素を分子内に有する環状カーボネートを意味する。電解液全体に対するフッ素含有環状カーボネートの量としては、0超〜40質量%の範囲内が好ましく、0.1〜30質量%の範囲内がより好ましく、1〜20質量%の範囲内がさらに好ましく、3〜10質量%の範囲内が特に好ましい。 The electrolytic solution of the present invention contains a fluorine-containing cyclic carbonate. The fluorine-containing cyclic carbonate means a cyclic carbonate having fluorine in the molecule. The amount of the fluorine-containing cyclic carbonate with respect to the entire electrolytic solution is preferably in the range of more than 0 to 40% by mass, more preferably in the range of 0.1 to 30% by mass, and further preferably in the range of 1 to 20% by mass. The range of 3 to 10% by mass is particularly preferable.

フッ素含有環状カーボネートの具体例としては、下記一般式(B)で表される化合物を挙げることができる。 Specific examples of the fluorine-containing cyclic carbonate include a compound represented by the following general formula (B).

Figure 0006825311
Figure 0006825311

(R、Rはそれぞれ独立に、水素、アルキル基、ハロゲン置換アルキル基又はハロゲンである。ただし、各R及び各Rのうち、少なくとも一つはFを含む。) (R 1 and R 2 are independently hydrogen, alkyl group, halogen-substituted alkyl group or halogen. However, at least one of each R 1 and each R 2 contains F.)

一般式(B)で表されるフッ素含有環状カーボネートを具体的な化合物名で示すと、フルオロエチレンカーボネート、4−(トリフルオロメチル)−1,3−ジオキソラン−2−オン、4,4−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、4−フルオロ−4−メチル−1,3−ジオキソラン−2−オン、4−(フルオロメチル)−1,3−ジオキソラン−2−オン、4,5−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、4−フルオロ−5−メチル−1,3−ジオキソラン−2−オン、4,5−ジフルオロ−4,5−ジメチル−1,3−ジオキソラン−2−オンを挙げることができ、中でもフルオロエチレンカーボネートが好ましい。 When the fluorine-containing cyclic carbonate represented by the general formula (B) is represented by a specific compound name, fluoroethylene carbonate, 4- (trifluoromethyl) -1,3-dioxolane-2-one, 4,4-difluoro -1,3-Dioxolane-2-one, 4-fluoro-4-methyl-1,3-dioxolan-2-one, 4- (fluoromethyl) -1,3-dioxolan-2-one, 4,5- Difluoro-1,3-dioxolan-2-one, 4-fluoro-5-methyl-1,3-dioxolan-2-one, 4,5-difluoro-4,5-dimethyl-1,3-dioxolan-2-one On can be mentioned, with fluoroethylene carbonate being preferred.

Si含有負極活物質と、本発明の電解液の関係について説明する。 The relationship between the Si-containing negative electrode active material and the electrolytic solution of the present invention will be described.

まず、フッ素含有環状カーボネートを含まず、(FSONLi及び鎖状カーボネートを含む電解液と、Si含有負極活物質とを具備するリチウムイオン二次電池においては、充放電に伴い、一部の(FSONLiが分解して、Si含有負極活物質の表面に被膜を形成する。当該被膜には、(FSONLiに由来するSO構造物が含まれると推定される。従って、Si含有負極活物質とSO構造物とは、直接的に接触している状態となる。ここで、SO構造物は酸化能を有するため、経時的にSiの酸化が進行することとなり、その結果、Si含有負極活物質が劣化する。 First, in a lithium ion secondary battery containing an electrolytic solution containing (FSO 2 ) 2 NLi and a chain carbonate, which does not contain fluorine-containing cyclic carbonate, and a Si-containing negative electrode active material, a part of the lithium ion secondary battery is charged and discharged. (FSO 2 ) 2 NLi decomposes to form a film on the surface of the Si-containing negative electrode active material. It is presumed that the coating contains an SO 2 structure derived from (FSO 2 ) 2 NLi. Therefore, the Si-containing negative electrode active material and the SO 2 structure are in direct contact with each other. Here, since the SO 2 structure has an oxidizing ability, the oxidation of Si proceeds with time, and as a result, the Si-containing negative electrode active material deteriorates.

しかしながら、本発明の電解液はフッ素含有環状カーボネートを含む。フッ素含有環状カーボネートは、耐酸化能に優れるが、還元条件下でたやすく分解する。従って、フッ素含有環状カーボネートは、本発明のリチウムイオン二次電池の充放電条件下において、負極と電解液との界面で優先的に分解する。その結果、Si含有負極活物質の表面に、フッ素含有環状カーボネートの分解物に由来する被膜が形成される。その後、(FSONLiが分解してSO構造物が生成したとしても、フッ素含有環状カーボネートの分解物に由来する被膜の存在に因り、Si含有負極活物質とSO構造物との直接的な接触を妨げることができるため、Si含有負極活物質の劣化を抑制できる。 However, the electrolytic solution of the present invention contains a fluorine-containing cyclic carbonate. Fluorine-containing cyclic carbonate has excellent oxidation resistance, but easily decomposes under reducing conditions. Therefore, the fluorine-containing cyclic carbonate preferentially decomposes at the interface between the negative electrode and the electrolytic solution under the charge / discharge conditions of the lithium ion secondary battery of the present invention. As a result, a film derived from the decomposition product of the fluorine-containing cyclic carbonate is formed on the surface of the Si-containing negative electrode active material. After that, even if (FSO 2 ) 2 NLi is decomposed to form an SO 2 structure, the Si-containing negative electrode active material and the SO 2 structure are formed due to the presence of a film derived from the decomposition product of the fluorine-containing cyclic carbonate. Since direct contact can be prevented, deterioration of the Si-containing negative electrode active material can be suppressed.

また、フッ素含有環状カーボネートは、比較的極性が高い有機溶媒であるため、リチウムイオンとの親和性やリチウムイオンの伝導性に優れると考えられる。そうすると、フッ素含有環状カーボネートを含む本発明の電解液は、電解液と正極活物質及び/又は負極活物質との間で生じるリチウムイオンの授受を、円滑に実施できると推定される。
さらに、本発明の電解液は、(FSONLiを比較的高濃度で含むため、豊富にリチウムイオンを含有する。そうすると、本発明の電解液は、充放電時にリチウムイオンを電極へ直ちに供給可能であるといえる。
加えて、負極活物質の表面に形成されるフッ素含有環状カーボネートの分解物に由来する被膜には、フッ化リチウムや炭酸リチウムが存在することが想定される。すなわち、負極付近には多くのリチウムイオンが存在する状態にある。
Further, since the fluorine-containing cyclic carbonate is an organic solvent having a relatively high polarity, it is considered to be excellent in affinity with lithium ions and conductivity of lithium ions. Then, it is presumed that the electrolytic solution of the present invention containing the fluorine-containing cyclic carbonate can smoothly transfer lithium ions generated between the electrolytic solution and the positive electrode active material and / or the negative electrode active material.
Further, the electrolytic solution of the present invention contains (FSO 2 ) 2 NLi in a relatively high concentration, and therefore contains abundant lithium ions. Then, it can be said that the electrolytic solution of the present invention can immediately supply lithium ions to the electrodes during charging and discharging.
In addition, it is assumed that lithium fluoride and lithium carbonate are present in the film derived from the decomposition product of the fluorine-containing cyclic carbonate formed on the surface of the negative electrode active material. That is, many lithium ions are present near the negative electrode.

本発明の電解液は不飽和環状カーボネートを含む。不飽和環状カーボネートとは、炭素−炭素二重結合を分子内に有する環状カーボネートを意味する。不飽和環状カーボネートの存在により、本発明の電解液を具備するリチウムイオン二次電池の低温環境下における容量維持率が向上する。 The electrolytic solution of the present invention contains an unsaturated cyclic carbonate. The unsaturated cyclic carbonate means a cyclic carbonate having a carbon-carbon double bond in the molecule. The presence of the unsaturated cyclic carbonate improves the capacity retention rate of the lithium ion secondary battery including the electrolytic solution of the present invention in a low temperature environment.

不飽和環状カーボネートは電解液全体に対して0超〜5質量%で含まれるのが好ましく、0超〜2.5質量%未満で含まれるのがより好ましく、0.1〜1.5質量%で含まれるのがさらに好ましく、0.3〜1質量%で含まれるのが特に好ましい。不飽和環状カーボネートの量が過大であると、リチウムイオン二次電池の抵抗が過剰に増加する場合がある。 The unsaturated cyclic carbonate is preferably contained in an amount of more than 0 to 5% by mass, more preferably more than 0 to less than 2.5% by mass, and 0.1 to 1.5% by mass with respect to the entire electrolytic solution. It is more preferably contained in, and particularly preferably in an amount of 0.3 to 1% by mass. If the amount of unsaturated cyclic carbonate is excessive, the resistance of the lithium ion secondary battery may increase excessively.

不飽和環状カーボネートの具体例としては、下記一般式(C)で表される化合物を挙げることができる。 Specific examples of the unsaturated cyclic carbonate include a compound represented by the following general formula (C).

Figure 0006825311
Figure 0006825311

(R、Rはそれぞれ独立に、水素、アルキル基、ハロゲン置換アルキル基又はハロゲンである。) (R 1 and R 2 are independently hydrogen, alkyl group, halogen-substituted alkyl group or halogen, respectively.)

一般式(C)で表される不飽和環状カーボネートを具体的な化合物名で示すと、ビニレンカーボネート、フルオロビニレンカーボネート、メチルビニレンカーボネート、フルオロメチルビニレンカーボネート、エチルビニレンカーボネート、プロピルビニレンカーボネート、ブチルビニレンカーボネート、ジメチルビニレンカーボネート、ジエチルビニレンカーボネート、ジプロピルビニレンカーボネート、トリフルオロメチルビニレンカーボネートが挙げられ、中でもビニレンカーボネートが好ましい。 When the unsaturated cyclic carbonate represented by the general formula (C) is represented by a specific compound name, vinylene carbonate, fluorovinylene carbonate, methylvinylene carbonate, fluoromethylvinylene carbonate, ethylvinylene carbonate, propylvinylene carbonate, butylvinylene carbonate. , Dimethyl vinylene carbonate, diethyl vinylene carbonate, dipropyl vinylene carbonate, trifluoromethyl vinylene carbonate, and among them, vinylene carbonate is preferable.

また、不飽和環状カーボネートの他の具体例として一般式(C)の炭素−炭素二重結合が環の外部にある化合物を挙げることができ、その具体的な化合物名としてビニルエチレンカーボネートを挙げることができる。 Further, as another specific example of the unsaturated cyclic carbonate, a compound having a carbon-carbon double bond of the general formula (C) outside the ring can be mentioned, and a vinyl ethylene carbonate can be mentioned as a specific compound name thereof. Can be done.

不飽和環状カーボネートは、リチウムイオン二次電池の充電時及び/又は放電時に分解して、負極活物質上及び/又は正極活物質上に、炭素含有被膜を形成すると推察される。かかる炭素含有被膜の存在に因り、電解液の過剰な分解が抑制されて、リチウムイオン二次電池の寿命が延びると考えられる。また、不飽和環状カーボネートは、上述したフッ素含有環状カーボネートの分解物と共に、Si含有負極活物質の表面に保護被膜を形成することも考えられる。 It is presumed that the unsaturated cyclic carbonate decomposes during charging and / or discharging of the lithium ion secondary battery to form a carbon-containing film on the negative electrode active material and / or the positive electrode active material. It is considered that the presence of such a carbon-containing coating suppresses excessive decomposition of the electrolytic solution and extends the life of the lithium ion secondary battery. It is also conceivable that the unsaturated cyclic carbonate forms a protective film on the surface of the Si-containing negative electrode active material together with the above-mentioned decomposition product of the fluorine-containing cyclic carbonate.

本発明の電解液には、リチウムイオン二次電池の電解液に使用可能である他の有機溶媒(以下、単に「他の有機溶媒」ということがある。)が含まれていてもよい。 The electrolytic solution of the present invention may contain another organic solvent that can be used in the electrolytic solution of the lithium ion secondary battery (hereinafter, may be simply referred to as “another organic solvent”).

なお、他の有機溶媒を含む本発明の電解液は、他の有機溶媒を含まない本発明の電解液と比較して、粘度が上昇する場合や、イオン伝導度が低下する場合がある。さらに、他の有機溶媒を含む本発明の電解液を用いた二次電池は、その反応抵抗が増大する場合がある。 The electrolytic solution of the present invention containing another organic solvent may have an increased viscosity or a decreased ionic conductivity as compared with the electrolytic solution of the present invention containing no other organic solvent. Further, the reaction resistance of the secondary battery using the electrolytic solution of the present invention containing another organic solvent may increase.

他の有機溶媒を具体的に例示すると、アセトニトリル、プロピオニトリル、アクリロニトリル、マロノニトリル等のニトリル類、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、テトラヒドロフラン、1,2−ジオキサン、1,3−ジオキサン、1,4−ジオキサン、2,2−ジメチル−1,3−ジオキソラン、2−メチルテトラヒドロピラン、2−メチルテトラヒドロフラン、クラウンエーテル等のエーテル類、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート等のフッ素非含有環状カーボネート類、ホルムアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリドン等のアミド類、イソプロピルイソシアネート、n−プロピルイソシアネート、クロロメチルイソシアネート等のイソシアネート類、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸プロピル、プロピオン酸メチル、蟻酸メチル、蟻酸エチル、酢酸ビニル、メチルアクリレート、メチルメタクリレート等のエステル類、グリシジルメチルエーテル、エポキシブタン、2−エチルオキシラン等のエポキシ類、オキサゾール、2−エチルオキサゾール、オキサゾリン、2−メチル−2−オキサゾリン等のオキサゾール類、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン類、無水酢酸、無水プロピオン酸等の酸無水物、ジメチルスルホン、スルホラン等のスルホン類、ジメチルスルホキシド等のスルホキシド類、1−ニトロプロパン、2−ニトロプロパン等のニトロ類、フラン、フルフラール等のフラン類、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、δ−バレロラクトン等の環状エステル類、チオフェン、ピリジン等の芳香族複素環類、テトラヒドロ−4−ピロン、1−メチルピロリジン、N−メチルモルフォリン等の複素環類、リン酸トリメチル、リン酸トリエチル等のリン酸エステル類を挙げることができる。 Specific examples of other organic solvents include nitriles such as acetonitrile, propionitrile, acrylonitrile, and malononitrile, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, tetrahydrofuran, 1,2-dioxane, 1, Does not contain ethers such as 3-dioxane, 1,4-dioxane, 2,2-dimethyl-1,3-dioxolane, 2-methyltetrahydropyran, 2-methyltetraxocyanate and crown ether, and fluorine-free such as ethylene carbonate and propylene carbonate. Cyclic carbonates, formamides, N, N-dimethylformamides, N, N-dimethylacetamides, amides such as N-methylpyrrolidone, isocyanates such as isopropylisocyanate, n-propylisocyanate, chloromethylisocyanate, methyl acetate, ethyl acetate , Butyl acetate, propyl acetate, methyl propionate, methyl isocyanate, ethyl isocyanate, vinyl acetate, methyl acrylate, methyl methacrylate and other esters, glycidyl methyl ether, epoxybutane, 2-ethyloxylan and other epoxys, oxazole, 2- Oxazoles such as ethyloxazole, oxazoline and 2-methyl-2-oxazoline, ketones such as acetone, methylethylketone and methylisobutylketone, acid anhydrides such as acetic anhydride and propionic anhydride, and sulfones such as dimethylsulfone and sulfolane. Sulfoxides such as dimethylsulfoxide, nitros such as 1-nitropropane and 2-nitropropane, furans such as furan and furfural, cyclic esters such as γ-butyrolactone, γ-valerolactone and δ-valerolactone, thiophene, Examples thereof include aromatic heterocycles such as pyridine, heterocycles such as tetrahydro-4-pyrone, 1-methylpyrrolidin, and N-methylmorpholin, and phosphate esters such as trimethyl phosphate and triethyl phosphate.

本発明の電解液には、炭化水素からなる有機溶媒が含まれていてもよい。炭化水素からなる有機溶媒を含む本発明の電解液は、その粘度が低くなるとの効果を期待できる。 The electrolytic solution of the present invention may contain an organic solvent composed of hydrocarbons. The electrolytic solution of the present invention containing an organic solvent composed of hydrocarbons can be expected to have an effect of lowering its viscosity.

上記炭化水素からなる有機溶媒としては、具体的にベンゼン、トルエン、エチルベンゼン、o−キシレン、m−キシレン、p−キシレン、1−メチルナフタレン、ヘキサン、ヘプタン、シクロヘキサンを例示することができる。 Specific examples of the organic solvent composed of hydrocarbons include benzene, toluene, ethylbenzene, o-xylene, m-xylene, p-xylene, 1-methylnaphthalene, hexane, heptane, and cyclohexane.

また、本発明の電解液には、難燃性の溶媒を加えることができる。難燃性の溶媒を本発明の電解液に加えることにより、本発明の電解液の安全度をさらに高めることができる。難燃性の溶媒としては、四塩化炭素、テトラクロロエタン、ハイドロフルオロエーテルなどのハロゲン系溶媒、リン酸トリメチル、リン酸トリエチルなどのリン酸誘導体を例示することができる。 In addition, a flame-retardant solvent can be added to the electrolytic solution of the present invention. By adding a flame-retardant solvent to the electrolytic solution of the present invention, the safety of the electrolytic solution of the present invention can be further enhanced. Examples of the flame-retardant solvent include halogen-based solvents such as carbon tetrachloride, tetrachloroethane and hydrofluoroether, and phosphoric acid derivatives such as trimethyl phosphate and triethyl phosphate.

本発明の電解液をポリマーや無機フィラーと混合し混合物とすると、当該混合物が電解液を封じ込め、擬似固体電解質となる。擬似固体電解質を電池の電解液として用いることで、電池における電解液の液漏れを抑制することができる。 When the electrolytic solution of the present invention is mixed with a polymer or an inorganic filler to form a mixture, the mixture contains the electrolytic solution and becomes a pseudo solid electrolyte. By using the pseudo solid electrolyte as the electrolytic solution of the battery, it is possible to suppress the leakage of the electrolytic solution in the battery.

上記ポリマーとしては、リチウムイオン二次電池などの電池に使用されるポリマーや一般的な化学架橋したポリマーを採用することができる。特に、ポリフッ化ビニリデンやポリヘキサフルオロプロピレンなど電解液を吸収しゲル化し得るポリマーや、ポリエチレンオキシドなどのポリマーにイオン導電性基を導入したものが好適である。 As the polymer, a polymer used for a battery such as a lithium ion secondary battery or a general chemically crosslinked polymer can be adopted. In particular, polymers capable of absorbing an electrolytic solution and gelling, such as polyvinylidene fluoride and polyhexafluoropropylene, and polymers in which an ionic conductive group is introduced into a polymer such as polyethylene oxide are preferable.

具体的なポリマーとしては、ポリメチルアクリレート、ポリメチルメタクリレート、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン、ポリエチレングリコールジメタクリレート、ポリエチレングリコールアクリレート、ポリグリシドール、ポリテトラフルオロエチレン、ポリヘキサフルオロプロピレン、ポリシロキサン、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリイタコン酸、ポリフマル酸、ポリクロトン酸、ポリアンゲリカ酸、カルボキシメチルセルロースなどのポリカルボン酸、スチレン−ブタジエンゴム、ニトリル−ブタジエンゴム、ポリスチレン、ポリカーボネート、無水マレイン酸とグリコール類を共重合した不飽和ポリエステル、置換基を有するポリエチレンオキシド誘導体、フッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとの共重合体を例示できる。また、上記ポリマーとして、上記具体的なポリマーを構成する二種類以上のモノマーを共重合させた共重合体を選択しても良い。 Specific polymers include polymethyl acrylate, polymethyl methacrylate, polyethylene oxide, polypropylene oxide, polyacrylonitrile, polyvinylidene fluoride, polyethylene glycol dimethacrylate, polyethylene glycol acrylate, polyglycidol, polytetrafluoroethylene, and polyhexafluoropropylene. Polycarboxylic acids such as polysiloxane, polyvinylacetate, polyvinyl alcohol, polyacrylic acid, polymethacrylic acid, polyitaconic acid, polyfumaric acid, polycrotonic acid, polyangelica acid, carboxymethyl cellulose, styrene-butadiene rubber, nitrile-butadiene rubber, polystyrene , Polyester, unsaturated polyester copolymerized with maleic anhydride and glycols, polyethylene oxide derivative having a substituent, and copolymer of vinylidene fluoride and hexafluoropropylene can be exemplified. Further, as the polymer, a copolymer obtained by copolymerizing two or more kinds of monomers constituting the specific polymer may be selected.

上記ポリマーとして、多糖類も好適である。具体的な多糖類として、グリコーゲン、セルロース、キチン、アガロース、カラギーナン、ヘパリン、ヒアルロン酸、ペクチン、アミロペクチン、キシログルカン、アミロースを例示できる。また、これら多糖類を含む材料を上記ポリマーとして採用してもよく、当該材料として、アガロースなどの多糖類を含む寒天を例示することができる。 Polysaccharides are also suitable as the polymer. Specific examples of the polysaccharide include glycogen, cellulose, chitin, agarose, carrageenan, heparin, hyaluronic acid, pectin, amylopectin, xyloglucan, and amylose. Further, a material containing these polysaccharides may be adopted as the polymer, and as the material, agar containing a polysaccharide such as agarose can be exemplified.

上記無機フィラーとしては、酸化物や窒化物などの無機セラミックスが好ましい。 As the inorganic filler, inorganic ceramics such as oxides and nitrides are preferable.

無機セラミックスはその表面に親水性及び疎水性の官能基を有している。そのため、当該官能基が電解液を引き付けることにより、無機セラミックス内に伝導性通路が形成され得る。さらに、電解液に分散した無機セラミックスは前記官能基により無機セラミックス同士のネットワークを形成し、電解液を封じ込める役割を果たし得る。無機セラミックスのこのような機能により、電池における電解液の液漏れをさらに好適に抑制することができる。無機セラミックスの上記機能を好適に発揮するために、無機セラミックスは粒子形状のものが好ましく、特にその粒子径がナノ水準のものが好ましい。 Inorganic ceramics have hydrophilic and hydrophobic functional groups on their surface. Therefore, the functional group attracts the electrolytic solution, so that a conductive passage can be formed in the inorganic ceramics. Further, the inorganic ceramics dispersed in the electrolytic solution can play a role of containing the electrolytic solution by forming a network between the inorganic ceramics by the functional groups. Due to such a function of the inorganic ceramics, leakage of the electrolytic solution in the battery can be more preferably suppressed. In order to preferably exert the above-mentioned functions of the inorganic ceramics, the inorganic ceramics are preferably in the form of particles, and particularly preferably in the nano-level particle size.

無機セラミックスの種類としては、一般的なアルミナ、シリカ、チタニア、ジルコニア、リチウムリン酸塩などを挙げることができる。また、無機セラミックス自体にリチウム伝導性があるものでも良く、具体的には、LiN、LiI、LiI−LiN−LiOH、LiI−LiS−P、LiI−LiS−P、LiI−LiS−B、LiO−B、LiO−V−SiO、LiO−B−P、LiO−B−ZnO、LiO−Al−TiO−SiO−P、LiTi(PO、Li−βAl、LiTaOを例示することができる。 Examples of the type of inorganic ceramics include general alumina, silica, titania, zirconia, lithium phosphate and the like. Further, the inorganic ceramics themselves may have lithium conductivity, and specifically, Li 3 N, LiI, LiI-Li 3 N-LiOH, LiI-Li 2 SP 2 O 5 , LiI-Li 2 S. -P 2 S 5 , LiI-Li 2 SB 2 S 3 , Li 2 O-B 2 S 3 , Li 2 O-V 2 O 3 -SiO 2 , Li 2 O-B 2 O 3 -P 2 O 5, Li 2 O-B 2 O 3 -ZnO, Li 2 O-Al 2 O 3 -TiO 2 -SiO 2 -P 2 O 5, LiTi 2 (PO 4) 3, Li-βAl 2 O 3, LiTaO 3 Can be exemplified.

無機フィラーとしてガラスセラミックスを採用してもよい。ガラスセラミックスはイオン性液体を封じ込めることができるので、本発明の電解液に対しても同様の効果を期待できる。ガラスセラミックスとしては、xLiS−(1−x)P(ただし、0<x<1)で表される化合物、並びに、当該化合物のSの一部を他の元素で置換したもの、及び、当該化合物のPの一部をゲルマニウムに置換したものを例示できる。 Glass ceramics may be used as the inorganic filler. Since glass ceramics can contain an ionic liquid, the same effect can be expected for the electrolytic solution of the present invention. Glass ceramics include a compound represented by xLi 2 S- (1-x) P 2 S 5 (however, 0 <x <1), and a compound in which a part of S of the compound is replaced with another element. , And a compound in which a part of P of the compound is replaced with germanium can be exemplified.

また、本発明の電解液には、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、公知の添加剤を加えてもよい。公知の添加剤の一例として、フェニルエチレンカーボネート及びエリスリタンカーボネートに代表されるカーボネート化合物;無水コハク酸、無水グルタル酸、無水マレイン酸、無水シトラコン酸、無水グルタコン酸、無水イタコン酸、無水ジグリコール酸、シクロヘキサンジカルボン酸無水物、シクロペンタンテトラカルボン酸二無水物、フェニルコハク酸無水物に代表されるカルボン酸無水物;γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、γ−カプロラクトン、δ−バレロラクトン、δ−カプロラクトン、ε−カプロラクトンに代表されるラクトン;1,4−ジオキサンに代表される環状エーテル;エチレンサルファイト、1,3−プロパンスルトン、1,4−ブタンスルトン、メタンスルホン酸メチル、ブサルファン、スルホラン、スルホレン、ジメチルスルホン、テトラメチルチウラムモノスルフィドに代表される含硫黄化合物;1−メチル−2−ピロリジノン、1−メチル−2−ピペリドン、3−メチル−2−オキサゾリジノン、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン、N−メチルスクシンイミドに代表される含窒素化合物;モノフルオロリン酸塩、ジフルオロリン酸塩に代表されるリン酸塩;ヘプタン、オクタン、シクロヘプタンに代表される飽和炭化水素化合物;ビフェニル、アルキルビフェニル、ターフェニル、ターフェニルの部分水素化体、シクロヘキシルベンゼン、t−ブチルベンゼン、t−アミルベンゼン、ジフェニルエーテル、ジベンゾフランに代表される不飽和炭化水素化合物が挙げられる。 Further, a known additive may be added to the electrolytic solution of the present invention as long as the gist of the present invention is not deviated. As an example of known additives, carbonate compounds typified by phenylethylene carbonate and erythritan carbonate; succinic anhydride, glutaric anhydride, maleic anhydride, citraconic anhydride, glutaconic anhydride, itaconic anhydride, diglycolic acid anhydride , Cyclohexanedicarboxylic acid anhydride, cyclopentanetetracarboxylic acid dianhydride, carboxylic acid anhydride typified by phenylsuccinic anhydride; γ-butyrolactone, γ-valerolactone, γ-caprolactone, δ-valerolactone, δ- Caprolactone, lactone represented by ε-caprolactone; cyclic ether represented by 1,4-dioxane; ethylenesulfite, 1,3-propanesulton, 1,4-butanesulton, methyl methanesulfonate, busalphan, sulfolane, sulfolene , Dimethylsulfone, sulfur-containing compounds typified by tetramethylthiuram monosulfide; 1-methyl-2-pyrrolidinone, 1-methyl-2-piperidone, 3-methyl-2-oxazolidinone, 1,3-dimethyl-2-imidazole Nitrogen-containing compounds typified by lydinone and N-methylsuccinimide; phosphates typified by monofluorophosphate and difluorophosphate; saturated hydrocarbon compounds typified by heptane, octane and cycloheptane; biphenyl, Examples thereof include alkylbiphenyl, terphenyl, a partially hydride of terphenyl, and unsaturated hydrocarbon compounds typified by cyclohexylbenzene, t-butylbenzene, t-amylbenzene, diphenyl ether, and dibenzofuran.

本発明のリチウムイオン二次電池の具体的な態様としては、Si含有負極活物質を有する負極と、リチウムイオンを吸蔵及び放出し得る正極活物質を有する正極と、本発明の電解液を備える。 Specific embodiments of the lithium ion secondary battery of the present invention include a negative electrode having a Si-containing negative electrode active material, a positive electrode having a positive electrode active material capable of occluding and releasing lithium ions, and an electrolytic solution of the present invention.

負極における負極活物質としては、Si含有負極活物質のみでも良いし、黒鉛などの公知の負極活物質とSi含有負極活物質とを併用しても良い。 As the negative electrode active material in the negative electrode, only the Si-containing negative electrode active material may be used, or a known negative electrode active material such as graphite and a Si-containing negative electrode active material may be used in combination.

負極は、集電体と、集電体の表面に結着させた負極活物質層を有する。 The negative electrode has a current collector and a negative electrode active material layer bonded to the surface of the current collector.

集電体は、リチウムイオン二次電池の放電又は充電の間、電極に電流を流し続けるための化学的に不活性な電子伝導体をいう。集電体としては、銀、銅、金、アルミニウム、タングステン、コバルト、亜鉛、ニッケル、鉄、白金、錫、インジウム、チタン、ルテニウム、タンタル、クロム、モリブデンから選ばれる少なくとも一種、並びにステンレス鋼などの金属材料を例示することができる。集電体は公知の保護層で被覆されていても良い。集電体の表面を公知の方法で処理したものを集電体として用いても良い。 A current collector is a chemically inactive electron conductor that keeps current flowing through the electrodes during the discharge or charging of a lithium ion secondary battery. Collectors include at least one selected from silver, copper, gold, aluminum, tungsten, cobalt, zinc, nickel, iron, platinum, tin, indium, titanium, ruthenium, tantalum, chromium, molybdenum, and stainless steel. Metallic materials can be exemplified. The current collector may be covered with a known protective layer. A current collector whose surface is treated by a known method may be used as the current collector.

集電体は箔、シート、フィルム、線状、棒状、メッシュなどの形態をとることができる。そのため、集電体として、例えば、銅箔、ニッケル箔、アルミニウム箔、ステンレス箔などの金属箔を好適に用いることができる。集電体が箔、シート、フィルム形態の場合は、その厚みが1μm〜100μmの範囲内であることが好ましい。 The current collector can take the form of foil, sheet, film, linear, rod, mesh or the like. Therefore, as the current collector, for example, a metal foil such as a copper foil, a nickel foil, an aluminum foil, or a stainless steel foil can be preferably used. When the current collector is in the form of a foil, a sheet, or a film, the thickness thereof is preferably in the range of 1 μm to 100 μm.

負極活物質層は負極活物質、並びに必要に応じて結着剤及び/又は導電助剤を含む。 The negative electrode active material layer contains a negative electrode active material and, if necessary, a binder and / or a conductive auxiliary agent.

結着剤は活物質や導電助剤などを集電体の表面に繋ぎ止める役割を果たすものである。 The binder plays a role of binding the active material, the conductive auxiliary agent, etc. to the surface of the current collector.

結着剤としては、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、フッ素ゴム等の含フッ素樹脂、ポリプロピレン、ポリエチレン等の熱可塑性樹脂、ポリイミド、ポリアミドイミド等のイミド系樹脂、アルコキシシリル基含有樹脂、スチレンブタジエンゴムなどの公知のものを採用すればよい。 Examples of the binder include fluororesins such as polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene and fluororubber, thermoplastic resins such as polypropylene and polyethylene, imide resins such as polyimide and polyamideimide, alkoxysilyl group-containing resins and styrene butadiene. A known material such as rubber may be used.

また、結着剤として、親水基を有するポリマーを採用してもよい。親水基を有するポリマーを結着剤として具備する本発明のリチウムイオン二次電池は、より好適に容量を維持できる。親水基を有するポリマーの親水基としては、カルボキシル基、スルホ基、シラノール基、アミノ基、水酸基、リン酸基などリン酸系の基などが例示される。中でも、ポリアクリル酸、カルボキシメチルセルロース、ポリメタクリル酸などの分子中にカルボキシル基を含むポリマー、又は、ポリ(p−スチレンスルホン酸)などのスルホ基を含むポリマーが好ましい。 Further, a polymer having a hydrophilic group may be adopted as the binder. The lithium ion secondary battery of the present invention containing a polymer having a hydrophilic group as a binder can more preferably maintain the capacity. Examples of the hydrophilic group of the polymer having a hydrophilic group include a phosphate group such as a carboxyl group, a sulfo group, a silanol group, an amino group, a hydroxyl group and a phosphoric acid group. Of these, polymers containing a carboxyl group in the molecule such as polyacrylic acid, carboxymethyl cellulose, and polymethacrylic acid, or polymers containing a sulfo group such as poly (p-styrene sulfonic acid) are preferable.

ポリアクリル酸、あるいはアクリル酸とビニルスルホン酸との共重合体など、カルボキシル基及び/又はスルホ基を多く含むポリマーは水溶性となる。親水基を有するポリマーは、水溶性ポリマーであることが好ましく、化学構造でいうと、一分子中に複数のカルボキシル基及び/又はスルホ基を含むポリマーが好ましい。 Polymers rich in carboxyl and / or sulfo groups, such as polyacrylic acid or copolymers of acrylic acid and vinyl sulfonic acid, are water soluble. The polymer having a hydrophilic group is preferably a water-soluble polymer, and in terms of chemical structure, a polymer containing a plurality of carboxyl groups and / or sulfo groups in one molecule is preferable.

分子中にカルボキシル基を含むポリマーは、例えば、酸モノマーを重合する方法や、ポリマーにカルボキシル基を付与する方法などで製造することができる。酸モノマーとしては、アクリル酸、メタクリル酸、ビニル安息香酸、クロトン酸、ペンテン酸、アンジェリカ酸、チグリン酸など分子中に一つのカルボキシル基をもつ酸モノマー、イタコン酸、メサコン酸、シトラコン酸、フマル酸、マレイン酸、2−ペンテン二酸、メチレンコハク酸、アリルマロン酸、イソプロピリデンコハク酸、2,4−ヘキサジエン二酸、アセチレンジカルボン酸など分子内に二つ以上のカルボキシル基をもつ酸モノマーなどが例示される。 The polymer containing a carboxyl group in the molecule can be produced, for example, by a method of polymerizing an acid monomer, a method of imparting a carboxyl group to the polymer, or the like. Acid monomers include acrylic acid, methacrylic acid, vinyl benzoic acid, crotonic acid, pentenic acid, angelic acid, tigric acid and other acid monomers having one carboxyl group in the molecule, itaconic acid, mesaconic acid, citraconic acid and fumaric acid. , Maleic acid, 2-pentenedioic acid, methylene succinic acid, allylmalonic acid, isopropyridene succinic acid, 2,4-hexadienedioic acid, acetylenedicarboxylic acid and other acid monomers having two or more carboxyl groups in the molecule. Will be done.

上記の酸モノマーから選ばれる二種以上の酸モノマーを重合してなる共重合ポリマーを結着剤として用いてもよい。 A copolymerized polymer obtained by polymerizing two or more kinds of acid monomers selected from the above acid monomers may be used as a binder.

また、例えば特開2013―065493号公報に記載されたような、アクリル酸とイタコン酸との共重合体のカルボキシル基どうしが縮合して形成された酸無水物基を分子中に含んでいるポリマーを結着剤として用いることも好ましい。一分子中にカルボキシル基を二つ以上有する酸性度の高いモノマー由来の構造が結着剤にあることにより、充電時に電解液分解反応が起こる前にリチウムイオンなどを結着剤がトラップし易くなると考えられている。さらに、当該ポリマーは、ポリアクリル酸やポリメタクリル酸に比べてモノマーあたりのカルボキシル基が多いため、酸性度が高まるものの、所定量のカルボキシル基が酸無水物基に変化しているため、酸性度が高まりすぎることもない。そのため、当該ポリマーを結着剤として用いた負極をもつ二次電池は、初期効率が向上し、入出力特性が向上する。 Further, for example, a polymer containing an acid anhydride group formed by condensing the carboxyl groups of a copolymer of acrylic acid and itaconic acid, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2013-0654993, in the molecule. Is also preferably used as a binder. When the binder has a structure derived from a highly acidic monomer having two or more carboxyl groups in one molecule, it becomes easier for the binder to trap lithium ions and the like before the electrolyte decomposition reaction occurs during charging. It is considered. Further, since the polymer has more carboxyl groups per monomer than polyacrylic acid or polymethacrylic acid, the acidity is increased, but the acidity is increased because a predetermined amount of carboxyl groups are changed to acid anhydride groups. Does not rise too much. Therefore, a secondary battery having a negative electrode using the polymer as a binder has improved initial efficiency and improved input / output characteristics.

また、ポリアクリル酸やポリメタクリル酸などのカルボキシル基含有ポリマーを、ジアミンなどのポリアミンで架橋した架橋ポリマーを結着剤として用いてもよい。 Further, a crosslinked polymer obtained by cross-linking a carboxyl group-containing polymer such as polyacrylic acid or polymethacrylic acid with a polyamine such as diamine may be used as a binder.

架橋ポリマーに用いられるジアミンとしては、エチレンジアミン、プロピレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン等のアルキレンジアミン、1,4−ジアミノシクロヘキサン、1,3−ジアミノシクロヘキサン、イソホロンジアミン、ビス(4−アミノシクロヘキシル)メタン等の含飽和炭素環ジアミン、m−フェニレンジアミン、p−フェニレンジアミン、4,4’−ジアミノジフェニルメタン、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、ビス(4−アミノフェニル)スルホン、ベンジジン、o−トリジン、2,4−トリレンジアミン、2,6−トリレンジアミン、キシリレンジアミン、ナフタレンジアミン等の芳香族ジアミンが挙げられる。 Examples of the diamine used in the crosslinked polymer include alkylenediamines such as ethylenediamine, propylenediamine and hexamethylenediamine, 1,4-diaminocyclohexane, 1,3-diaminocyclohexane, isophoronediamine and bis (4-aminocyclohexyl) methane. Saturated carbocyclic diamine, m-phenylenediamine, p-phenylenediamine, 4,4'-diaminodiphenylmethane, 4,4'-diaminodiphenyl ether, bis (4-aminophenyl) sulfone, benzidine, o-trizine, 2,4- Examples thereof include aromatic diamines such as tolylene diamine, 2,6-tolylene diamine, xylylene diamine and naphthalene diamine.

また、ポリアクリル酸やポリメタクリル酸などのカルボキシル基含有ポリマーと、ポリアミドイミドとの混合物又は反応物を結着剤として用いてもよい。 Further, a mixture or reactant of a carboxyl group-containing polymer such as polyacrylic acid or polymethacrylic acid and polyamide-imide may be used as a binder.

ポリアミドイミドとは、分子内にアミド結合とイミド結合をそれぞれ2つ以上有する化合物を意味する。ポリアミドイミドは、アミド結合及びイミド結合におけるカルボニル部分となる酸成分と、アミド結合及びイミド結合における窒素部分となるジアミン成分又はジイソシアネート成分を反応させることで製造される。ポリアミドイミドを得るには、当該方法で製造しても良いし、また、市販のポリアミドイミドを購入しても良い。 Polyamide-imide means a compound having two or more amide bonds and two or more imide bonds in the molecule. Polyamideimide is produced by reacting an acid component that becomes a carbonyl moiety in an amide bond and an imide bond with a diamine component or a diisocyanate component that becomes a nitrogen moiety in an amide bond and an imide bond. In order to obtain a polyamide-imide, it may be produced by the method, or a commercially available polyamide-imide may be purchased.

ポリアミドイミドの製造に用いられる酸成分としては、トリメリット酸、ピロメリット酸、ビフェニルテトラカルボン酸、ジフェニルスルホンテトラカルボン酸、ベンゾフェノンテトラカルボン酸、ジフェニルエーテルテトラカルボン酸、シュウ酸、アジピン酸、マロン酸、セバチン酸、アゼライン酸、ドデカンジカルボン酸、ジカルボキシポリブタジエン、ジカルボキシポリ(アクリロニトリル−ブタジエン)、ジカルボキシポリ(スチレン−ブタジエン)、シクロヘキサン−1,4−ジカルボン酸、シクロヘキサン−1,3−ジカルボン酸、ジシクロヘキシルメタン−4,4’−ジカルボン酸、テレフタル酸、イソフタル酸、ビス(カルボキシフェニル)スルホン、ビス(カルボキシフェニル)エーテル、ナフタレンジカルボン酸、及び、これらの無水物、酸ハロゲン化物、誘導体を挙げることができる。酸成分としては、上記の化合物を単独で又は複数で採用すればよいが、ただし、イミド結合を形成させる点から、カルボキシル基が結合している炭素の隣接炭素にカルボキシル基が存在する酸成分又はその同等物が、必須となる。酸成分としては、反応性、耐熱性などの点から、トリメリット酸無水物が好ましい。また、ポリアミドイミドの引っ張り強度、引っ張り弾性率、電解液耐性の点から、トリメリット酸無水物に加えて、酸成分の一部として、ピロメリット酸無水物、ベンゾフェノンテトラカルボン酸無水物、ビフェニルテトラカルボン酸無水物を採用するのが好ましい。 The acid components used in the production of polyamideimide include trimellitic acid, pyromellitic acid, biphenyltetracarboxylic acid, diphenylsulfonetetracarboxylic acid, benzophenonetetracarboxylic acid, diphenylethertetracarboxylic acid, oxalic acid, adipic acid, and malonic acid. Sebatic acid, azelaic acid, dodecanedicarboxylic acid, dicarboxypolybutadiene, dicarboxypoly (acrylonitrile-butadiene), dicarboxypoly (styrene-butadiene), cyclohexane-1,4-dicarboxylic acid, cyclohexane-1,3-dicarboxylic acid, Dicyclohexylmethane-4,4'-dicarboxylic acid, terephthalic acid, isophthalic acid, bis (carboxyphenyl) sulfone, bis (carboxyphenyl) ether, naphthalenedicarboxylic acid, and anhydrides, acid halides, and derivatives thereof. Can be done. As the acid component, the above compounds may be used alone or in combination of two or more. However, from the viewpoint of forming an imide bond, the acid component in which the carboxyl group is present in the adjacent carbon of the carbon to which the carboxyl group is bonded or The equivalent is essential. As the acid component, trimellitic anhydride is preferable from the viewpoint of reactivity, heat resistance and the like. In addition to trimellitic acid anhydride, pyromellitic acid anhydride, benzophenone tetracarboxylic acid anhydride, and biphenyltetra acid anhydride are used as part of the acid component in terms of tensile strength, tensile elasticity, and electrolyte resistance of polyamideimide. It is preferable to use a carboxylic acid anhydride.

ポリアミドイミドの製造に用いられるジアミン成分としては、上述した架橋ポリマーに用いられるジアミンを採用すればよい。耐熱性、溶解性の観点から、4,4’−ジアミノジフェニルメタン、2,4−トリレンジアミン、o−トリジン、ナフタレンジアミン、イソホロンジアミンが好ましい。ポリアミドイミドの引っ張り強度、引っ張り弾性率の点からはo−トリジン、ナフタレンジアミンが好ましい。 As the diamine component used in the production of the polyamide-imide, the diamine used in the above-mentioned crosslinked polymer may be adopted. From the viewpoint of heat resistance and solubility, 4,4'-diaminodiphenylmethane, 2,4-tolylene diamine, o-trizine, naphthalene diamine, and isophorone diamine are preferable. From the viewpoint of tensile strength and tensile elastic modulus of polyamide-imide, o-trizine and naphthalenediamine are preferable.

ポリアミドイミドの製造に用いられるジイソシアネート成分としては、上記ジアミン成分のアミンをイソシアネートで置き換えたものを挙げることができる。 Examples of the diisocyanate component used in the production of polyamide-imide include those in which the amine of the diamine component is replaced with isocyanate.

負極活物質層中の結着剤の配合割合は、質量比で、負極活物質:結着剤=1:0.005〜1:0.3であるのが好ましい。結着剤が少なすぎると電極の成形性が低下し、また、結着剤が多すぎると電極のエネルギー密度が低くなるためである。 The mixing ratio of the binder in the negative electrode active material layer is preferably, in terms of mass ratio, negative electrode active material: binder = 1: 0.005 to 1: 0.3. This is because if the amount of the binder is too small, the moldability of the electrode is lowered, and if the amount of the binder is too large, the energy density of the electrode is lowered.

導電助剤は、電極の導電性を高めるために添加される。そのため、導電助剤は、電極の導電性が不足する場合に任意に加えればよく、電極の導電性が十分に優れている場合には加えなくても良い。導電助剤としては化学的に不活性な電子高伝導体であれば良く、炭素質微粒子であるカーボンブラック、黒鉛、気相法炭素繊維(Vapor Grown Carbon Fiber)、および各種金属粒子などが例示される。カーボンブラックとしては、アセチレンブラック、ケッチェンブラック(登録商標)、ファーネスブラック、チャンネルブラックなどが例示される。これらの導電助剤を単独又は二種以上組み合わせて活物質層に添加することができる。負極活物質層中の導電助剤の配合割合は、質量比で、負極活物質:導電助剤=1:0.01〜1:0.5であるのが好ましい。導電助剤が少なすぎると効率のよい導電パスを形成できず、また、導電助剤が多すぎると負極活物質層の成形性が悪くなるとともに電極のエネルギー密度が低くなるためである。 The conductive auxiliary agent is added to increase the conductivity of the electrode. Therefore, the conductive auxiliary agent may be arbitrarily added when the conductivity of the electrode is insufficient, and may not be added when the conductivity of the electrode is sufficiently excellent. The conductive auxiliary agent may be a chemically inert electron high conductor, and examples thereof include carbon black, which are carbonaceous fine particles, graphite, Vapor Grown Carbon Fiber, and various metal particles. To. Examples of carbon black include acetylene black, Ketjen black (registered trademark), furnace black, and channel black. These conductive auxiliary agents can be added to the active material layer alone or in combination of two or more. The mixing ratio of the conductive auxiliary agent in the negative electrode active material layer is preferably, in terms of mass ratio, negative electrode active material: conductive auxiliary agent = 1: 0.01 to 1: 0.5. This is because if the amount of the conductive auxiliary agent is too small, an efficient conductive path cannot be formed, and if the amount of the conductive auxiliary agent is too large, the moldability of the negative electrode active material layer is deteriorated and the energy density of the electrode is lowered.

本発明のリチウムイオン二次電池に用いられる正極は、リチウムイオンを吸蔵及び放出し得る正極活物質を有する。正極は、集電体と、集電体の表面に結着させた正極活物質層を有する。正極活物質層は正極活物質、並びに必要に応じて結着剤及び/又は導電助剤を含む。正極の集電体は、使用する活物質に適した電圧に耐え得る金属であれば特に制限はなく、例えば、銀、銅、金、アルミニウム、タングステン、コバルト、亜鉛、ニッケル、鉄、白金、錫、インジウム、チタン、ルテニウム、タンタル、クロム、モリブデンから選ばれる少なくとも一種、並びにステンレス鋼などの金属材料を例示することができる。 The positive electrode used in the lithium ion secondary battery of the present invention has a positive electrode active material capable of occluding and releasing lithium ions. The positive electrode has a current collector and a positive electrode active material layer bonded to the surface of the current collector. The positive electrode active material layer contains a positive electrode active material and, if necessary, a binder and / or a conductive auxiliary agent. The positive current collector is not particularly limited as long as it is a metal that can withstand a voltage suitable for the active material used. For example, silver, copper, gold, aluminum, tungsten, cobalt, zinc, nickel, iron, platinum, and tin. , At least one selected from indium, titanium, ruthenium, tantalum, chromium, molybdenum, and metal materials such as stainless steel can be exemplified.

正極の電位をリチウム基準で4V以上とする場合には、集電体としてアルミニウムを採用するのが好ましい。 When the potential of the positive electrode is 4 V or more based on lithium, it is preferable to use aluminum as the current collector.

具体的には、正極用集電体として、アルミニウム又はアルミニウム合金からなるものを用いるのが好ましい。ここでアルミニウムは、純アルミニウムを指し、純度99.0%以上のアルミニウムを純アルミニウムと称する。純アルミニウムに種々の元素を添加して合金としたものをアルミニウム合金と称する。アルミニウム合金としては、Al−Cu系、Al−Mn系、Al−Fe系、Al−Si系、Al−Mg系、Al−Mg−Si系、Al−Zn−Mg系が挙げられる。 Specifically, it is preferable to use a current collector for the positive electrode made of aluminum or an aluminum alloy. Here, aluminum refers to pure aluminum, and aluminum having a purity of 99.0% or higher is referred to as pure aluminum. An alloy obtained by adding various elements to pure aluminum is called an aluminum alloy. Examples of the aluminum alloy include Al—Cu, Al—Mn, Al—Fe, Al—Si, Al—Mg, Al—Mg—Si, and Al—Zn—Mg.

また、アルミニウム又はアルミニウム合金として、具体的には、例えばJIS A1085、A1N30等のA1000系合金(純アルミニウム系)、JIS A3003、A3004等のA3000系合金(Al−Mn系)、JIS A8079、A8021等のA8000系合金(Al−Fe系)が挙げられる。 Further, as aluminum or an aluminum alloy, specifically, for example, A1000 series alloys such as JIS A1085 and A1N30 (pure aluminum series), A3000 series alloys such as JIS A3003 and A3004 (Al-Mn series), JIS A8079, A8021 and the like. A8000 series alloy (Al—Fe series) can be mentioned.

集電体は公知の保護層で被覆されていても良い。集電体の表面を公知の方法で処理したものを集電体として用いても良い。 The current collector may be covered with a known protective layer. A current collector whose surface is treated by a known method may be used as the current collector.

集電体は箔、シート、フィルム、線状、棒状、メッシュなどの形態をとることができる。そのため、集電体として、例えば、銅箔、ニッケル箔、アルミニウム箔、ステンレス箔などの金属箔を好適に用いることができる。集電体が箔、シート、フィルム形態の場合は、その厚みが1μm〜100μmの範囲内であることが好ましい。 The current collector can take the form of foil, sheet, film, linear, rod, mesh or the like. Therefore, as the current collector, for example, a metal foil such as a copper foil, a nickel foil, an aluminum foil, or a stainless steel foil can be preferably used. When the current collector is in the form of a foil, a sheet, or a film, the thickness thereof is preferably in the range of 1 μm to 100 μm.

正極の結着剤及び導電助剤は負極で説明したものを同様の配合割合で採用すればよい。 As the binder for the positive electrode and the conductive auxiliary agent, those described for the negative electrode may be used in the same blending ratio.

正極活物質としては、層状岩塩構造の一般式:LiNiCoMn(0.2≦a≦2、b+c+d+e=1、0≦e<1、DはW、Mo、Re、Pd、Ba、Cr、B、Sb、Sr、Pb、Ga、Al、Nb、Mg、Ta、Ti、La、Zr、Cu、Ca、Ir、Hf、Rh、Fe、Ge、Zn、Ru、Sc、Sn、In、Y、Bi、S、Si、Na、K、P、Vから選ばれる少なくとも1の元素、1.7≦f≦3) で表されるリチウム複合金属酸化物、LiMnOを挙げることができる。また、正極活物質として、LiMn等のスピネル構造の金属酸化物、スピネル構造の金属酸化物と層状化合物の混合物で構成される固溶体、LiMPO、LiMVO又はLiMSiO(式中のMはCo、Ni、Mn、Feのうちの少なくとも一種から選択される)などで表されるポリアニオン系化合物を挙げることができる。さらに、正極活物質として、LiFePOFなどのLiMPOF(Mは遷移金属)で表されるタボライト系化合物、LiFeBOなどのLiMBO(Mは遷移金属)で表されるボレート系化合物を挙げることができる。正極活物質として用いられるいずれの金属酸化物も上記の組成式を基本組成とすればよく、基本組成に含まれる金属元素を他の金属元素で置換したものも使用可能である。また、正極活物質として、リチウムを含まないものを用いても良い。例えば、硫黄単体、硫黄と炭素を複合化した化合物、TiSなどの金属硫化物、V、MnOなどの酸化物、ポリアニリン及びアントラキノン並びにこれら芳香族を化学構造に含む化合物、共役二酢酸系有機物などの共役系材料、その他公知の材料を用いることもできる。さらに、ニトロキシド、ニトロニルニトロキシド、ガルビノキシル、フェノキシルなどの安定なラジカルを有する化合物を正極活物質として採用してもよい。リチウムを含まない正極活物質材料を用いる場合には、正極及び/又は負極に、公知の方法により、予めリチウムを添加しておく必要がある。リチウムは、イオンの状態で添加しても良いし、金属等の非イオンの状態で添加しても良い。例えば、リチウム箔を正極及び/又は負極に貼り付けるなどして一体化しても良い。 As the positive electrode active material, the general formula of the layered rock salt structure: Li a Ni b Co c Mn d D e O f (0.2 ≦ a ≦ 2, b + c + d + e = 1,0 ≦ e <1, D is W, Mo, Re, Pd, Ba, Cr, B, Sb, Sr, Pb, Ga, Al, Nb, Mg, Ta, Ti, La, Zr, Cu, Ca, Ir, Hf, Rh, Fe, Ge, Zn, Ru, Li 2 MnO, a lithium composite metal oxide represented by 1.7 ≦ f ≦ 3), which is at least one element selected from Sc, Sn, In, Y, Bi, S, Si, Na, K, P, and V. 3 can be mentioned. Further, as the positive electrode active material, a metal oxide having a spinel structure such as LiMn 2 O 4 , a solid solution composed of a mixture of a metal oxide having a spinel structure and a layered compound, LiMPO 4 , LiMVO 4 or Li 2 MSiO 4 (in the formula). M is selected from at least one of Co, Ni, Mn, and Fe) and the like. Furthermore, as the positive electrode active material, tavorite compound (the M a transition metal) LiMPO 4 F, such as LiFePO 4 F represented by, Limbo 3 such LiFeBO 3 (M is a transition metal) include borate-based compound represented by be able to. Any metal oxide used as the positive electrode active material may have the above composition formula as the basic composition, and those in which the metal element contained in the basic composition is replaced with another metal element can also be used. Further, as the positive electrode active material, a material containing no lithium may be used. For example, elemental sulfur, compounds complexed with sulfur and carbon, metal sulfides such as TiS 2, oxides such as V 2 O 5, MnO 2, polyaniline and anthraquinone and compounds containing these aromatic in chemical structure, conjugated double Conjugated materials such as acetic acid-based organic substances and other known materials can also be used. Further, a compound having a stable radical such as nitroxide, nitronylnitroxide, galbinoxyl, and phenoxyl may be adopted as the positive electrode active material. When a lithium-free positive electrode active material is used, it is necessary to add lithium to the positive electrode and / or the negative electrode in advance by a known method. Lithium may be added in an ionic state or may be added in a nonionic state such as a metal. For example, the lithium foil may be attached to the positive electrode and / or the negative electrode to integrate them.

高容量及び耐久性などに優れる点から、正極活物質として、層状岩塩構造の一般式:LiNiCoMn(0.2≦a≦2、b+c+d+e=1、0≦e<1、DはW、Mo、Re、Pd、Ba、Cr、B、Sb、Sr、Pb、Ga、Al、Nb、Mg、Ta、Ti、La、Zr、Cu、Ca、Ir、Hf、Rh、Fe、Ge、Zn、Ru、Sc、Sn、In、Y、Bi、S、Si、Na、K、P、Vから選ばれる少なくとも1の元素、1.7≦f≦3) で表されるリチウム複合金属酸化物を採用することが好ましい。 From the viewpoint of excellent and high capacity, and durability, as the positive electrode active material, the general formula of the layered rock salt structure: Li a Ni b Co c Mn d D e O f (0.2 ≦ a ≦ 2, b + c + d + e = 1,0 ≦ e <1, D are W, Mo, Re, Pd, Ba, Cr, B, Sb, Sr, Pb, Ga, Al, Nb, Mg, Ta, Ti, La, Zr, Cu, Ca, Ir, Hf, It is represented by at least one element selected from Rh, Fe, Ge, Zn, Ru, Sc, Sn, In, Y, Bi, S, Si, Na, K, P, and V, 1.7 ≦ f ≦ 3). It is preferable to use a lithium composite metal oxide.

上記一般式において、b、c、dの値は、上記条件を満足するものであれば特に制限はないが、0<b<1、0<c<1、0<d<1であるものが良く、また、b、c、dの少なくともいずれか一つが10/100<b<90/100、10/100<c<90/100、5/100<d<70/100の範囲であることが好ましく、20/100<b<80/100、12/100<c<70/100、10/100<d<60/100の範囲であることがより好ましく、30/100<b<70/100、15/100<c<50/100、12/100<d<50/100の範囲であることがさらに好ましい。 In the above general formula, the values of b, c, and d are not particularly limited as long as they satisfy the above conditions, but those having 0 <b <1, 0 <c <1, 0 <d <1 are used. It is good, and at least one of b, c, and d is in the range of 10/100 <b <90/100, 10/100 <c <90/100, 5/100 <d <70/100. More preferably, the range is 20/100 <b <80/100, 12/100 <c <70/100, 10/100 <d <60/100, 30/100 <b <70/100, More preferably, the range is 15/100 <c <50/100, 12/100 <d <50/100.

a、e、fについては、上記一般式で規定する範囲内の数値であればよく、好ましくは0.5≦a≦1.5、0≦e<0.2、1.8≦f≦2.5、より好ましくは0.8≦a≦1.3、0≦e<0.1、1.9≦f≦2.1をそれぞれ例示することができる。 The values of a, e, and f may be values within the range specified by the above general formula, and preferably 0.5 ≦ a ≦ 1.5, 0 ≦ e <0.2, 1.8 ≦ f ≦ 2. 5.5, more preferably 0.8 ≦ a ≦ 1.3, 0 ≦ e <0.1, 1.9 ≦ f ≦ 2.1 can be exemplified, respectively.

具体的な正極活物質として、スピネル構造のLiMn2―y(Aは、Ca、Mg、S、Si、Na、K、Al、P、Ga、Geから選ばれる少なくとも1の元素、及び遷移金属元素から選ばれる少なくとも1種の金属元素、0<x≦2.2、0≦y≦1)を例示できる。より具体的には、LiMn、LiNi0.5Mn1.5を例示できる。 As a specific positive electrode active material, at least one selected from Li x A y Mn 2-y O 4 (A is Ca, Mg, S, Si, Na, K, Al, P, Ga, Ge) having a spinel structure. Examples thereof include at least one metal element selected from the element and the transition metal element, 0 <x ≦ 2.2, 0 ≦ y ≦ 1). More specifically, LiMn 2 O 4 and LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 can be exemplified.

具体的な正極活物質として、LiFePO、LiFeSiO、LiCoPO、LiCoPO、LiMnPO、LiMnSiO、LiCoPOFを例示できる。他の具体的な正極活物質として、LiMnO−LiCoOを例示できる。 Specific examples of the positive electrode active material include LiFePO 4 , Li 2 FeSiO 4 , LiCoPO 4 , Li 2 CoPO 4 , Li 2 MnPO 4 , Li 2 MnSiO 4 , and Li 2 CoPO 4 F. As another specific positive electrode active material, Li 2 MnO 3- LiCoO 2 can be exemplified.

正極活物質は1種類を用いても良いし、複数種類を併用しても良い。正極活物質の併用例として、層状岩塩構造の一般式:LiNiCoMn(0.2≦a≦2、b+c+d+e=1、0≦e<1、DはW、Mo、Re、Pd、Ba、Cr、B、Sb、Sr、Pb、Ga、Al、Nb、Mg、Ta、Ti、La、Zr、Cu、Ca、Ir、Hf、Rh、Fe、Ge、Zn、Ru、Sc、Sn、In、Y、Bi、S、Si、Na、K、P、Vから選ばれる少なくとも1の元素、1.7≦f≦3) で表されるリチウム複合金属酸化物と、LiMPO、LiMVO又はLiMSiO(式中のMはCo、Ni、Mn、Feのうちの少なくとも一種から選択される)で表されるポリアニオン系化合物との併用を挙げることができる。リチウム複合金属酸化物とポリアニオン系化合物との併用において、これらの質量比は、リチウム複合金属酸化物:ポリアニオン系化合物=90:10〜50:50の範囲内が好ましく、80:20〜60:40の範囲内がより好ましい。また、正極活物質は炭素で被覆されていてもよい。 One type of positive electrode active material may be used, or a plurality of types may be used in combination. As combination examples of the positive electrode active material, the general formula of the layered rock salt structure: Li a Ni b Co c Mn d D e O f (0.2 ≦ a ≦ 2, b + c + d + e = 1,0 ≦ e <1, D is W, Mo, Re, Pd, Ba, Cr, B, Sb, Sr, Pb, Ga, Al, Nb, Mg, Ta, Ti, La, Zr, Cu, Ca, Ir, Hf, Rh, Fe, Ge, Zn, At least one element selected from Ru, Sc, Sn, In, Y, Bi, S, Si, Na, K, P, and V, and a lithium composite metal oxide represented by 1.7 ≦ f ≦ 3). Examples thereof include combined use with a polyanionic compound represented by LiMPO 4 , LiMVO 4 or Li 2 MSiO 4 (M in the formula is selected from at least one of Co, Ni, Mn and Fe). In the combined use of the lithium composite metal oxide and the polyanionic compound, the mass ratio of these is preferably in the range of lithium composite metal oxide: polyanionic compound = 90: 10 to 50:50, and 80:20 to 60:40. The range of is more preferable. Further, the positive electrode active material may be coated with carbon.

集電体の表面に活物質層を形成させるには、ロールコート法、ダイコート法、ディップコート法、ドクターブレード法、スプレーコート法、カーテンコート法などの従来から公知の方法を用いて、集電体の表面に活物質を塗布すればよい。具体的には、活物質、溶剤、並びに必要に応じて結着剤及び導電助剤を混合してスラリーにしてから、当該スラリーを集電体の表面に塗布後、乾燥する。溶剤としては、N−メチル−2−ピロリドン、メタノール、メチルイソブチルケトン、水を例示できる。電極密度を高めるべく、乾燥後のものを圧縮しても良い。 In order to form an active material layer on the surface of the current collector, a conventionally known method such as a roll coating method, a die coating method, a dip coating method, a doctor blade method, a spray coating method, or a curtain coating method is used to collect electricity. The active material may be applied to the surface of the body. Specifically, the active material, the solvent, and if necessary, the binder and the conductive auxiliary agent are mixed to form a slurry, and then the slurry is applied to the surface of the current collector and then dried. Examples of the solvent include N-methyl-2-pyrrolidone, methanol, methyl isobutyl ketone, and water. In order to increase the electrode density, the dried one may be compressed.

本発明のリチウムイオン二次電池には必要に応じてセパレータが用いられる。セパレータは、正極と負極とを隔離し、両極の接触による短絡を防止しつつ、リチウムイオンを通過させるものである。セパレータとしては、公知のものを採用すればよく、ポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリイミド、ポリアミド、ポリアラミド(Aromatic polyamide)、ポリエステル、ポリアクリロニトリル等の合成樹脂、セルロース、アミロース等の多糖類、フィブロイン、ケラチン、リグニン、スベリン等の天然高分子、セラミックスなどの電気絶縁性材料を1種若しくは複数用いた多孔体、不織布、織布などを挙げることができる。また、セパレータは多層構造としてもよい。 A separator is used in the lithium ion secondary battery of the present invention as needed. The separator separates the positive electrode and the negative electrode, and allows lithium ions to pass through while preventing a short circuit due to contact between the two electrodes. As the separator, a known one may be adopted, and synthetic resins such as polytetrafluoroethylene, polypropylene, polyethylene, polyimide, polyamide, polyaramid (Aromatic polyamide), polyester and polyacrylonitrile, polysaccharides such as cellulose and amylose, and fibroin , Natural polymers such as keratin, lignin, and suberin, and porous materials using one or more electrically insulating materials such as ceramics, non-woven fabrics, and woven fabrics. Further, the separator may have a multi-layer structure.

本発明のリチウムイオン二次電池の具体的な製造方法について述べる。
正極及び負極に必要に応じてセパレータを挟装させ電極体とする。電極体は、正極、セパレータ及び負極を重ねた積層型、又は、正極、セパレータ及び負極を捲いた捲回型のいずれの型にしても良い。正極の集電体及び負極の集電体から外部に通ずる正極端子及び負極端子までの間を、集電用リード等を用いて接続した後に、電極体に本発明の電解液を加えてリチウムイオン二次電池とするとよい。また、本発明のリチウムイオン二次電池は、電極に含まれる活物質の種類に適した電圧範囲で充放電を実行されればよい。
A specific method for manufacturing the lithium ion secondary battery of the present invention will be described.
A separator is sandwiched between the positive electrode and the negative electrode as needed to form an electrode body. The electrode body may be a laminated type in which a positive electrode, a separator and a negative electrode are stacked, or a wound type in which a positive electrode, a separator and a negative electrode are wound. After connecting the positive electrode current collector and the negative electrode current collector to the positive electrode terminal and the negative electrode terminal leading to the outside using a current collecting lead or the like, the electrolytic solution of the present invention is added to the electrode body to form lithium ions. It is good to use a secondary battery. Further, the lithium ion secondary battery of the present invention may be charged and discharged in a voltage range suitable for the type of active material contained in the electrode.

本発明のリチウムイオン二次電池の形状は特に限定されるものでなく、円筒型、角型、コイン型、ラミネート型等、種々の形状を採用することができる。 The shape of the lithium ion secondary battery of the present invention is not particularly limited, and various shapes such as a cylindrical type, a square type, a coin type, and a laminated type can be adopted.

本発明のリチウムイオン二次電池は、車両に搭載してもよい。車両は、その動力源の全部あるいは一部にリチウムイオン二次電池による電気エネルギーを使用している車両であればよく、例えば、電気車両、ハイブリッド車両などであるとよい。車両にリチウムイオン二次電池を搭載する場合には、リチウムイオン二次電池を複数直列に接続して組電池とするとよい。リチウムイオン二次電池を搭載する機器としては、車両以外にも、パーソナルコンピュータ、携帯通信機器など、電池で駆動される各種の家電製品、オフィス機器、産業機器などが挙げられる。さらに、本発明のリチウムイオン二次電池は、風力発電、太陽光発電、水力発電その他電力系統の蓄電装置及び電力平滑化装置、船舶等の動力及び/又は補機類の電力供給源、航空機、宇宙船等の動力及び/又は補機類の電力供給源、電気を動力源に用いない車両の補助用電源、移動式の家庭用ロボットの電源、システムバックアップ用電源、無停電電源装置の電源、電動車両用充電ステーションなどにおいて充電に必要な電力を一時蓄える蓄電装置に用いてもよい。 The lithium ion secondary battery of the present invention may be mounted on a vehicle. The vehicle may be a vehicle that uses electric energy from a lithium ion secondary battery for all or part of its power source, and may be, for example, an electric vehicle or a hybrid vehicle. When a lithium-ion secondary battery is mounted on a vehicle, a plurality of lithium-ion secondary batteries may be connected in series to form an assembled battery. In addition to vehicles, devices equipped with lithium-ion secondary batteries include various battery-powered home appliances such as personal computers and mobile communication devices, office devices, and industrial devices. Further, the lithium ion secondary battery of the present invention includes wind power generation, solar power generation, hydraulic power generation and other power storage devices and power smoothing devices for electric power systems, power supply sources for power and / or auxiliary machinery such as ships, aircraft, and aircraft. Power supply sources for spacecraft and / or auxiliary equipment, auxiliary power sources for vehicles that do not use electricity as power sources, power sources for mobile household robots, power sources for system backup, power sources for non-disruptive power supply devices, It may be used as a power storage device that temporarily stores the electric power required for charging in a charging station for an electric vehicle or the like.

以上、本発明の電解液の実施形態を説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲において、当業者が行い得る変更、改良等を施した種々の形態にて実施することができる。 Although the embodiment of the electrolytic solution of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above embodiment. It can be carried out in various forms with modifications, improvements, etc. that can be made by those skilled in the art, without departing from the gist of the present invention.

以下に、実施例及び比較例、並びに参考例を示し、本発明を具体的に説明する。なお、本発明は、これらの実施例によって限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to Examples, Comparative Examples, and Reference Examples. The present invention is not limited to these examples.

(実施例1)
鎖状カーボネートであるジエチルカーボネートに(FSONLiを加えて溶解させ、さらに、フッ素含有環状カーボネートであるフルオロエチレンカーボネート及び不飽和環状カーボネートであるビニレンカーボネートを加えて溶解させて、フルオロエチレンカーボネートを3質量%、ビニレンカーボネートを0.5質量%で含む実施例1の電解液を製造した。実施例1の電解液においては、(FSONLiに対する鎖状カーボネートのモル比は4である。また、実施例1の電解液における(FSONLiの濃度は2mol/Lである。
(Example 1)
(FSO 2 ) 2 NLi is added to and dissolved in diethyl carbonate, which is a chain carbonate, and fluoroethylene carbonate, which is a fluorine-containing cyclic carbonate, and vinylene carbonate, which is an unsaturated cyclic carbonate, are added and dissolved to dissolve the fluoroethylene carbonate. The electrolytic solution of Example 1 containing 3% by mass and 0.5% by mass of vinylene carbonate was produced. In the electrolytic solution of Example 1, the molar ratio of chain carbonate to (FSO 2 ) 2 NLi is 4. The concentration of (FSO 2 ) 2 NLi in the electrolytic solution of Example 1 is 2 mol / L.

実施例1の電解液を用いて、以下のとおり、実施例1のリチウムイオン二次電池を製造した。 Using the electrolytic solution of Example 1, the lithium ion secondary battery of Example 1 was produced as follows.

正極活物質としてLi1.1Ni5/10Co3/10Mn2/10を69質量部、正極活物質として炭素被覆したLiFePOを25質量部、導電助剤としてアセチレンブラック3質量部、及び結着剤としてポリフッ化ビニリデン3質量部を混合して混合物とした。この混合物を適量のN−メチル−2−ピロリドンに分散させて、スラリーを製造した。正極用集電体としてアルミニウム箔を準備した。このアルミニウム箔の表面に、ドクターブレードを用いて上記スラリーが膜状になるように塗布した。スラリーが塗布されたアルミニウム箔を乾燥することで、N−メチル−2−ピロリドンを除去した。その後、当該アルミニウム箔をプレスし接合物を得た。得られた接合物を真空乾燥機で加熱乾燥して、正極活物質層が形成されたアルミニウム箔からなる正極を製造した。 69 parts by mass of Li 1.1 Ni 5/10 Co 3/10 Mn 2/10 O 2 as the positive electrode active material, 25 parts by mass of carbon-coated LiFePO 4 as the positive electrode active material, and 3 parts by mass of acetylene black as the conductive auxiliary agent. , And 3 parts by mass of polyvinylidene fluoride as a binder were mixed to prepare a mixture. This mixture was dispersed in an appropriate amount of N-methyl-2-pyrrolidone to prepare a slurry. An aluminum foil was prepared as a current collector for the positive electrode. The slurry was applied to the surface of the aluminum foil using a doctor blade so as to form a film. N-Methyl-2-pyrrolidone was removed by drying the aluminum foil coated with the slurry. Then, the aluminum foil was pressed to obtain a joint. The obtained bonded product was heated and dried in a vacuum dryer to produce a positive electrode made of an aluminum foil on which a positive electrode active material layer was formed.

負極活物質として炭素被覆したシリコン材料72.5質量部、導電助剤としてアセチレンブラック13.5質量部、及び、結着剤としてポリアクリル酸をジアミンで架橋した架橋ポリマー14質量部を混合して混合物とした。この混合物を適量のN−メチル−2−ピロリドンに分散させて、スラリーを製造した。負極用集電体として銅箔を準備した。この銅箔の表面に、ドクターブレードを用いて、上記スラリーを膜状に塗布した。スラリーが塗布された銅箔を乾燥してN−メチル−2−ピロリドンを除去し、その後、銅箔をプレスし、接合物を得た。得られた接合物を真空乾燥機で加熱乾燥して、負極活物質層が形成された銅箔からなる負極を製造した。 72.5 parts by mass of carbon-coated silicon material as a negative electrode active material, 13.5 parts by mass of acetylene black as a conductive auxiliary agent, and 14 parts by mass of a crosslinked polymer obtained by cross-linking polyacrylic acid with diamine as a binder are mixed. It was made into a mixture. This mixture was dispersed in an appropriate amount of N-methyl-2-pyrrolidone to prepare a slurry. A copper foil was prepared as a current collector for the negative electrode. The slurry was applied in a film form on the surface of the copper foil using a doctor blade. The copper foil coated with the slurry was dried to remove N-methyl-2-pyrrolidone, and then the copper foil was pressed to obtain a bonded product. The obtained joint was heated and dried in a vacuum dryer to produce a negative electrode made of copper foil on which a negative electrode active material layer was formed.

セパレータとして、片面にセラミックス層を有するポリエチレン製多孔質膜を準備した。正極と負極とでセパレータを挟持し、極板群とした。この極板群を二枚一組のラミネートフィルムで覆い、三辺をシールした後、袋状となったラミネートフィルムに実施例1の電解液を注入した。その後、残りの一辺をシールすることで、四辺が気密にシールされ、極板群および電解液が密閉された実施例1のリチウムイオン二次電池を製造した。 As a separator, a polyethylene porous membrane having a ceramic layer on one side was prepared. A separator was sandwiched between the positive electrode and the negative electrode to form a group of electrode plates. This group of electrode plates was covered with a set of two laminated films, three sides were sealed, and then the electrolytic solution of Example 1 was injected into the bag-shaped laminated film. Then, by sealing the remaining one side, the four sides were hermetically sealed, and the electrode plate group and the electrolytic solution were sealed to produce the lithium ion secondary battery of Example 1.

(比較例1)
ビニレンカーボネートを用いなかったこと以外は、実施例1と同様の方法で、フルオロエチレンカーボネートを3質量%で含む比較例1の電解液を製造した。比較例1の電解液においては、(FSONLiに対する鎖状カーボネートのモル比は4である。また、比較例1の電解液における(FSONLiの濃度は2mol/Lである。
そして、比較例1の電解液を用いた以外は、実施例1と同様の方法で、比較例1のリチウムイオン二次電池を製造した。
(Comparative Example 1)
An electrolytic solution of Comparative Example 1 containing fluoroethylene carbonate in an amount of 3% by mass was produced in the same manner as in Example 1 except that vinylene carbonate was not used. In the electrolytic solution of Comparative Example 1, the molar ratio of the chain carbonate to (FSO 2 ) 2 NLi is 4. The concentration of (FSO 2 ) 2 NLi in the electrolytic solution of Comparative Example 1 is 2 mol / L.
Then, the lithium ion secondary battery of Comparative Example 1 was produced in the same manner as in Example 1 except that the electrolytic solution of Comparative Example 1 was used.

(評価例1)
実施例1及び比較例1のリチウムイオン二次電池につき、温度0℃の条件下、0.5Cレートの定電流にて、4.24Vまで充電し3.05Vまで放電を行う4.24V−3.05Vの充放電サイクルを250サイクル行った。容量維持率(%)を以下の式で求めた。
容量維持率(%)=(250サイクルの放電容量/初回サイクルの放電容量)×100
(Evaluation example 1)
The lithium ion secondary batteries of Example 1 and Comparative Example 1 are charged to 4.24 V and discharged to 3.05 V at a constant current of 0.5 C rate under the condition of 0 ° C. 4.24 V-3. A charge / discharge cycle of 0.05 V was performed 250 cycles. The capacity retention rate (%) was calculated by the following formula.
Capacity retention rate (%) = (250 cycle discharge capacity / first cycle discharge capacity) x 100

実施例1のリチウムイオン二次電池の容量維持率は87.3%であったのに対し、比較例1のリチウムイオン二次電池の容量維持率は45.2%であった。なお、実施例1及び比較例1のリチウムイオン二次電池の初期容量は、同等であった。ビニレンカーボネートの存在に因り、0℃条件下における容量維持率が著しく好適化されたといえる。 The capacity retention rate of the lithium ion secondary battery of Example 1 was 87.3%, whereas the capacity retention rate of the lithium ion secondary battery of Comparative Example 1 was 45.2%. The initial capacities of the lithium ion secondary batteries of Example 1 and Comparative Example 1 were the same. It can be said that due to the presence of vinylene carbonate, the capacity retention rate under the condition of 0 ° C. was remarkably optimized.

(参考例1)
鎖状カーボネートであるジメチルカーボネート及びエチルメチルカーボネートを9:1のモル比で混合した混合溶媒に、(FSONLiを加えて溶解させ、さらにフッ素含有環状カーボネートであるフルオロエチレンカーボネートを加えて、フルオロエチレンカーボネートを10質量%で含む参考例1の電解液を製造した。参考例1の電解液においては、(FSONLiに対する鎖状カーボネートのモル比は4である。
(Reference example 1)
(FSO 2 ) 2 NLi was added and dissolved in a mixed solvent in which dimethyl carbonate and ethyl methyl carbonate, which are chain carbonates, were mixed at a molar ratio of 9: 1, and fluoroethylene carbonate, which is a fluorine-containing cyclic carbonate, was further added. , The electrolytic solution of Reference Example 1 containing fluoroethylene carbonate in an amount of 10% by mass was produced. In the electrolytic solution of Reference Example 1, the molar ratio of the chain carbonate to (FSO 2 ) 2 NLi is 4.

参考例1の電解液を用いて、以下のとおり、参考例1のリチウムイオン二次電池を製造した。 Using the electrolytic solution of Reference Example 1, the lithium ion secondary battery of Reference Example 1 was manufactured as follows.

正極活物質としてLi1.1Ni5/10Co3/10Mn2/10を69質量部、正極活物質として炭素被覆したLiFePOを25質量部、導電助剤としてアセチレンブラック3質量部、及び結着剤としてポリフッ化ビニリデン3質量部を混合して混合物とした。この混合物を適量のN−メチル−2−ピロリドンに分散させて、スラリーを製造した。正極用集電体としてアルミニウム箔を準備した。このアルミニウム箔の表面に、ドクターブレードを用いて上記スラリーが膜状になるように塗布した。スラリーが塗布されたアルミニウム箔を乾燥することで、N−メチル−2−ピロリドンを除去した。その後、当該アルミニウム箔をプレスし接合物を得た。得られた接合物を真空乾燥機で加熱乾燥して、正極活物質層が形成されたアルミニウム箔からなる正極を製造した。 69 parts by mass of Li 1.1 Ni 5/10 Co 3/10 Mn 2/10 O 2 as the positive electrode active material, 25 parts by mass of carbon-coated LiFePO 4 as the positive electrode active material, and 3 parts by mass of acetylene black as the conductive auxiliary agent. , And 3 parts by mass of polyvinylidene fluoride as a binder were mixed to prepare a mixture. This mixture was dispersed in an appropriate amount of N-methyl-2-pyrrolidone to prepare a slurry. An aluminum foil was prepared as a current collector for the positive electrode. The slurry was applied to the surface of the aluminum foil using a doctor blade so as to form a film. N-Methyl-2-pyrrolidone was removed by drying the aluminum foil coated with the slurry. Then, the aluminum foil was pressed to obtain a joint. The obtained bonded product was heated and dried in a vacuum dryer to produce a positive electrode made of an aluminum foil on which a positive electrode active material layer was formed.

負極活物質として炭素被覆したシリコン材料72.5質量部、導電助剤としてアセチレンブラック13.5質量部、及び、結着剤としてポリアクリル酸をジアミンで架橋した架橋ポリマー14質量部を混合して混合物とした。この混合物を適量のN−メチル−2−ピロリドンに分散させて、スラリーを製造した。負極用集電体として銅箔を準備した。この銅箔の表面に、ドクターブレードを用いて、上記スラリーを膜状に塗布した。スラリーが塗布された銅箔を乾燥してN−メチル−2−ピロリドンを除去し、その後、銅箔をプレスし、接合物を得た。得られた接合物を真空乾燥機で加熱乾燥して、負極活物質層が形成された銅箔からなる負極を製造した。 72.5 parts by mass of carbon-coated silicon material as a negative electrode active material, 13.5 parts by mass of acetylene black as a conductive auxiliary agent, and 14 parts by mass of a crosslinked polymer obtained by cross-linking polyacrylic acid with diamine as a binder are mixed. It was made into a mixture. This mixture was dispersed in an appropriate amount of N-methyl-2-pyrrolidone to prepare a slurry. A copper foil was prepared as a current collector for the negative electrode. The slurry was applied in a film form on the surface of the copper foil using a doctor blade. The copper foil coated with the slurry was dried to remove N-methyl-2-pyrrolidone, and then the copper foil was pressed to obtain a bonded product. The obtained joint was heated and dried in a vacuum dryer to produce a negative electrode made of copper foil on which a negative electrode active material layer was formed.

セパレータとして、片面にセラミックス層を有するポリエチレン製多孔質膜を準備した。正極と負極とでセパレータを挟持し、極板群とした。この極板群を二枚一組のラミネートフィルムで覆い、三辺をシールした後、袋状となったラミネートフィルムに参考例1の電解液を注入した。その後、残りの一辺をシールすることで、四辺が気密にシールされ、極板群および電解液が密閉された参考例1のリチウムイオン二次電池を製造した。 As a separator, a polyethylene porous membrane having a ceramic layer on one side was prepared. A separator was sandwiched between the positive electrode and the negative electrode to form a group of electrode plates. This group of plates was covered with a set of two laminated films, three sides were sealed, and then the electrolytic solution of Reference Example 1 was injected into the bag-shaped laminated film. Then, by sealing the remaining one side, the four sides were hermetically sealed, and the electrode plate group and the electrolytic solution were sealed to produce the lithium ion secondary battery of Reference Example 1.

(参考例2)
フルオロエチレンカーボネートを20質量%で含むようにフルオロエチレンカーボネートの添加量を増加した以外は、参考例1と同様の方法で、参考例2の電解液を製造した。参考例2の電解液においても、(FSONLiに対する鎖状カーボネートのモル比は4である。
以下、参考例2の電解液を用いた以外は、参考例1と同様の方法で、参考例2のリチウムイオン二次電池を製造した。
(Reference example 2)
The electrolytic solution of Reference Example 2 was produced in the same manner as in Reference Example 1 except that the amount of fluoroethylene carbonate added was increased so as to contain fluoroethylene carbonate in an amount of 20% by mass. Also in the electrolytic solution of Reference Example 2, the molar ratio of the chain carbonate to (FSO 2 ) 2 NLi is 4.
Hereinafter, the lithium ion secondary battery of Reference Example 2 was manufactured in the same manner as in Reference Example 1 except that the electrolytic solution of Reference Example 2 was used.

(参考例3)
フルオロエチレンカーボネートを30質量%で含むようにフルオロエチレンカーボネートの添加量を増加した以外は、参考例1と同様の方法で、参考例3の電解液を製造した。参考例3の電解液においても、(FSONLiに対する鎖状カーボネートのモル比は4である。
以下、参考例3の電解液を用いた以外は、参考例1と同様の方法で、参考例3のリチウムイオン二次電池を製造した。
(Reference example 3)
The electrolytic solution of Reference Example 3 was produced in the same manner as in Reference Example 1 except that the amount of fluoroethylene carbonate added was increased so as to contain fluoroethylene carbonate in an amount of 30% by mass. Also in the electrolytic solution of Reference Example 3, the molar ratio of the chain carbonate to (FSO 2 ) 2 NLi is 4.
Hereinafter, the lithium ion secondary battery of Reference Example 3 was produced in the same manner as in Reference Example 1 except that the electrolytic solution of Reference Example 3 was used.

(参考比較例1)
フルオロエチレンカーボネートを添加しなかったこと以外は、参考例1と同様の方法で、参考比較例1の電解液を製造した。参考比較例1の電解液においても、(FSONLiに対する鎖状カーボネートのモル比は4である。
以下、参考比較例1の電解液を用いた以外は、参考例1と同様の方法で、参考比較例1のリチウムイオン二次電池を製造した。
(Reference comparison example 1)
The electrolytic solution of Reference Comparative Example 1 was produced in the same manner as in Reference Example 1 except that fluoroethylene carbonate was not added. In the electrolytic solution of Reference Comparative Example 1, the molar ratio of the chain carbonate to (FSO 2 ) 2 NLi is 4.
Hereinafter, the lithium ion secondary battery of Reference Comparative Example 1 was produced in the same manner as in Reference Example 1 except that the electrolytic solution of Reference Comparative Example 1 was used.

(参考比較例2)
フッ素含有環状カーボネートであるフルオロエチレンカーボネート、環状カーボネートであるエチレンカーボネート、鎖状カーボネートであるエチルメチルカーボネート及びジメチルカーボネートを、15:15:30:40の体積比で混合した混合溶媒に、LiPFを加えて溶解させて、参考比較例2の電解液を製造した。参考比較例2の電解液においては、LiPFの濃度が1mol/Lである。また、参考比較例2の電解液はフルオロエチレンカーボネートを19質量%で含む。
以下、参考比較例2の電解液を用いた以外は、参考例1と同様の方法で、参考比較例2のリチウムイオン二次電池を製造した。
(Reference comparison example 2)
LiPF 6 is added to a mixed solvent in which fluoroethylene carbonate, which is a fluorine-containing cyclic carbonate, ethylene carbonate, which is a cyclic carbonate, ethylmethyl carbonate, which is a chain carbonate, and dimethyl carbonate are mixed at a volume ratio of 15:15:30:40. In addition, it was dissolved to produce the electrolytic solution of Reference Comparative Example 2. In the electrolytic solution of Reference Comparative Example 2, the concentration of LiPF 6 is 1 mol / L. Further, the electrolytic solution of Reference Comparative Example 2 contains fluoroethylene carbonate in an amount of 19% by mass.
Hereinafter, the lithium ion secondary battery of Reference Comparative Example 2 was manufactured in the same manner as in Reference Example 1 except that the electrolytic solution of Reference Comparative Example 2 was used.

(参考評価例1)
参考例1〜参考例3、参考比較例1〜参考比較例2の各リチウムイオン二次電池につき、温度25℃、1Cレートの定電流にて、4.24Vまで充電し2.8Vまで放電を行う4.24V−2.8Vの充放電サイクルを繰り返し行った。所定サイクル後のリチウムイオン二次電池の容量維持率(%)を以下の式で求めた。200サイクル時及び500サイクル時の容量維持率(%)を表1に示す。
容量維持率(%)=(B/A)×100
A:最初の充放電サイクルにおける放電容量
B:所定サイクル時の放電容量
(Reference evaluation example 1)
Each lithium ion secondary battery of Reference Example 1 to Reference Example 3 and Reference Comparative Example 1 to Reference Comparative Example 2 is charged to 4.24 V and discharged to 2.8 V at a constant current at a temperature of 25 ° C. and 1 C rate. The charging / discharging cycle of 4.24V-2.8V was repeated. The capacity retention rate (%) of the lithium ion secondary battery after a predetermined cycle was calculated by the following formula. Table 1 shows the capacity retention rate (%) at 200 cycles and 500 cycles.
Capacity maintenance rate (%) = (B / A) x 100
A: Discharge capacity in the first charge / discharge cycle B: Discharge capacity in a predetermined cycle

Figure 0006825311
Figure 0006825311

表1及び以下の表における略号の意味は以下のとおりである。
LiFSA:(FSONLi
FEC:フルオロエチレンカーボネート
The meanings of the abbreviations in Table 1 and the following tables are as follows.
LiFSA: (FSO 2 ) 2 NLi
FEC: Fluorethylene carbonate

表1から、参考比較例1のリチウムイオン二次電池と比較して、参考例1〜参考例3のリチウムイオン二次電池の容量維持率が著しく優れていることがわかる。また、参考比較例2のリチウムイオン二次電池は、LiPFの濃度が1mol/Lである一般的な電解液を具備するリチウムイオン二次電池であるが、相当量のフッ素含有環状カーボネートを含んでいるにもかかわらず、その容量維持率は、参考例1〜参考例3のリチウムイオン二次電池に及ばなかった。Si含有負極活物質を具備するリチウムイオン二次電池の電解液として、(FSONLi、鎖状カーボネート及びフッ素含有環状カーボネートを含み、かつ、(FSONLiに対する鎖状カーボネートのモル比が2〜6の範囲内である電解液は好適であるといえる。 From Table 1, it can be seen that the capacity retention rate of the lithium ion secondary batteries of Reference Examples 1 to 3 is significantly superior to that of the lithium ion secondary battery of Reference Comparative Example 1. Further, the lithium ion secondary battery of Reference Comparative Example 2 is a lithium ion secondary battery including a general electrolytic solution having a LiPF 6 concentration of 1 mol / L, but contains a considerable amount of fluorine-containing cyclic carbonate. Despite this, the capacity retention rate did not reach that of the lithium ion secondary batteries of Reference Examples 1 to 3. The electrolytic solution of the lithium ion secondary battery including the Si-containing negative electrode active material contains (FSO 2 ) 2 NLi, a chain carbonate and a fluorine-containing cyclic carbonate, and is a molar of the chain carbonate with respect to (FSO 2 ) 2 NLi. It can be said that an electrolytic solution having a ratio in the range of 2 to 6 is suitable.

(参考例4)
鎖状カーボネートであるジメチルカーボネート及びエチルメチルカーボネートを9:1のモル比で混合した混合溶媒に、(FSONLiを加えて溶解させ、さらにフッ素含有環状カーボネートであるフルオロエチレンカーボネートを加えて、フルオロエチレンカーボネートを3質量%で含む参考例4の電解液を製造した。参考例4の電解液においては、(FSONLiに対する鎖状カーボネートのモル比が4である。
(Reference example 4)
(FSO 2 ) 2 NLi was added and dissolved in a mixed solvent in which dimethyl carbonate and ethyl methyl carbonate, which are chain carbonates, were mixed at a molar ratio of 9: 1, and fluoroethylene carbonate, which is a fluorine-containing cyclic carbonate, was further added. , The electrolytic solution of Reference Example 4 containing fluoroethylene carbonate in an amount of 3% by mass was produced. In the electrolytic solution of Reference Example 4, the molar ratio of the chain carbonate to (FSO 2 ) 2 NLi is 4.

参考例4の電解液を用いて、以下のとおり、参考例4のリチウムイオン二次電池を製造した。 Using the electrolytic solution of Reference Example 4, the lithium ion secondary battery of Reference Example 4 was manufactured as follows.

正極活物質としてLi1.1Ni5/10Co3/10Mn2/10を93質量部、導電助剤としてアセチレンブラック4質量部、及び結着剤としてポリフッ化ビニリデン3質量部を混合して混合物とした。この混合物を適量のN−メチル−2−ピロリドンに分散させて、スラリーを製造した。正極用集電体としてアルミニウム箔を準備した。アルミニウム箔の表面に、ドクターブレードを用いて上記スラリーが膜状になるように塗布した。スラリーが塗布されたアルミニウム箔を乾燥することで、N−メチル−2−ピロリドンを除去した。その後、当該アルミニウム箔をプレスし接合物を得た。得られた接合物を真空乾燥機で加熱乾燥して、正極活物質層が形成されたアルミニウム箔からなる正極を製造した。 A mixture of 93 parts by mass of Li 1.1 Ni 5/10 Co 3/10 Mn 2/10 O 2 as a positive electrode active material, 4 parts by mass of acetylene black as a conductive auxiliary agent, and 3 parts by mass of polyvinylidene fluoride as a binder. To make a mixture. This mixture was dispersed in an appropriate amount of N-methyl-2-pyrrolidone to prepare a slurry. An aluminum foil was prepared as a current collector for the positive electrode. The slurry was applied to the surface of the aluminum foil using a doctor blade so as to form a film. N-Methyl-2-pyrrolidone was removed by drying the aluminum foil coated with the slurry. Then, the aluminum foil was pressed to obtain a joint. The obtained bonded product was heated and dried in a vacuum dryer to produce a positive electrode made of an aluminum foil on which a positive electrode active material layer was formed.

負極活物質として炭素被覆したシリコン材料70質量部、導電助剤としてアセチレンブラック15質量部、及び結着剤としてポリアクリル酸をジアミンで架橋した架橋ポリマー15質量部を混合して混合物とした。この混合物を適量のN−メチル−2−ピロリドンに分散させて、スラリーを製造した。負極用集電体として銅箔を準備した。この銅箔の表面に、ドクターブレードを用いて、上記スラリーを膜状に塗布した。スラリーが塗布された銅箔を乾燥してN−メチル−2−ピロリドンを除去し、その後、銅箔をプレスし、接合物を得た。得られた接合物を真空乾燥機で加熱乾燥して、負極活物質層が形成された銅箔からなる負極を製造した。 A mixture was obtained by mixing 70 parts by mass of a carbon-coated silicon material as a negative electrode active material, 15 parts by mass of acetylene black as a conductive auxiliary agent, and 15 parts by mass of a crosslinked polymer obtained by cross-linking polyacrylic acid with a diamine as a binder. This mixture was dispersed in an appropriate amount of N-methyl-2-pyrrolidone to prepare a slurry. A copper foil was prepared as a current collector for the negative electrode. The slurry was applied in a film form on the surface of the copper foil using a doctor blade. The copper foil coated with the slurry was dried to remove N-methyl-2-pyrrolidone, and then the copper foil was pressed to obtain a bonded product. The obtained joint was heated and dried in a vacuum dryer to produce a negative electrode made of copper foil on which a negative electrode active material layer was formed.

セパレータとして、片面にセラミックス層を有するポリエチレン製多孔質膜を準備した。正極と負極とでセパレータを挟持し、極板群とした。この極板群を二枚一組のラミネートフィルムで覆い、三辺をシールした後、袋状となったラミネートフィルムに参考例4の電解液を注入した。その後、残りの一辺をシールすることで、四辺が気密にシールされ、極板群および電解液が密閉された参考例4のリチウムイオン二次電池を製造した。 As a separator, a polyethylene porous membrane having a ceramic layer on one side was prepared. A separator was sandwiched between the positive electrode and the negative electrode to form a group of electrode plates. This group of plates was covered with a set of two laminated films, three sides were sealed, and then the electrolytic solution of Reference Example 4 was injected into the bag-shaped laminated film. Then, by sealing the remaining one side, the four sides were hermetically sealed, and the lithium ion secondary battery of Reference Example 4 in which the electrode plate group and the electrolytic solution were sealed was manufactured.

(参考比較例3)
フルオロエチレンカーボネートを添加しなかったこと以外は、参考例4と同様の方法で、参考比較例3の電解液を製造した。参考比較例3の電解液においても、(FSONLiに対する鎖状カーボネートのモル比は4である。
以下、参考比較例3の電解液を用いた以外は、参考例4と同様の方法で、参考比較例3のリチウムイオン二次電池を製造した。
(Reference comparison example 3)
The electrolytic solution of Reference Comparative Example 3 was produced in the same manner as in Reference Example 4 except that fluoroethylene carbonate was not added. In the electrolytic solution of Reference Comparative Example 3, the molar ratio of the chain carbonate to (FSO 2 ) 2 NLi is 4.
Hereinafter, the lithium ion secondary battery of Reference Comparative Example 3 was produced in the same manner as in Reference Example 4 except that the electrolytic solution of Reference Comparative Example 3 was used.

(参考比較例4)
フッ素含有環状カーボネートであるフルオロエチレンカーボネート、環状カーボネートであるエチレンカーボネート、鎖状カーボネートであるエチルメチルカーボネート及びジメチルカーボネートを、15:15:30:40の体積比で混合した混合溶媒に、LiPFを加えて溶解させて、参考比較例4の電解液を製造した。参考比較例4の電解液においては、LiPFの濃度が1mol/Lである。また、参考比較例4の電解液はフルオロエチレンカーボネートを19質量%で含む。
参考比較例4の電解液を用いた以外は、参考例4と同様の方法で、参考比較例4のリチウムイオン二次電池を製造した。
(Reference Comparative Example 4)
LiPF 6 is added to a mixed solvent in which fluoroethylene carbonate, which is a fluorine-containing cyclic carbonate, ethylene carbonate, which is a cyclic carbonate, ethylmethyl carbonate, which is a chain carbonate, and dimethyl carbonate are mixed at a volume ratio of 15:15:30:40. In addition, it was dissolved to produce the electrolytic solution of Reference Comparative Example 4. In the electrolytic solution of Reference Comparative Example 4, the concentration of LiPF 6 is 1 mol / L. Further, the electrolytic solution of Reference Comparative Example 4 contains fluoroethylene carbonate in an amount of 19% by mass.
The lithium ion secondary battery of Reference Comparative Example 4 was produced in the same manner as in Reference Example 4 except that the electrolytic solution of Reference Comparative Example 4 was used.

(参考比較例5)
環状カーボネートであるエチレンカーボネート、鎖状カーボネートであるエチルメチルカーボネート及びジメチルカーボネートを、30:30:40の体積比で混合した混合溶媒に、LiPFを加えて溶解させて、参考比較例5の電解液を製造した。参考比較例5の電解液においては、LiPFの濃度が1mol/Lである。
参考比較例5の電解液を用いた以外は、参考例4と同様の方法で、参考比較例5のリチウムイオン二次電池を製造した。
(Reference Comparative Example 5)
LiPF 6 was added to a mixed solvent in which ethylene carbonate, which is a cyclic carbonate, and ethylmethyl carbonate and dimethyl carbonate, which are chain carbonates, were mixed at a volume ratio of 30:30:40 to dissolve them, and the electrolysis of Reference Comparative Example 5 was carried out. The liquid was produced. In the electrolytic solution of Reference Comparative Example 5, the concentration of LiPF 6 is 1 mol / L.
The lithium ion secondary battery of Reference Comparative Example 5 was produced in the same manner as in Reference Example 4 except that the electrolytic solution of Reference Comparative Example 5 was used.

(参考評価例2)
電圧3.05Vに調整した参考例4、参考比較例3〜参考比較例5の各リチウムイオン二次電池につき、25℃、1Cレートの定電流にて、10秒間放電させた。放電前後の電圧変化量及び電流値から、オームの法則により、放電時の直流抵抗を算出した。結果を表2に示す。
(Reference evaluation example 2)
Each lithium ion secondary battery of Reference Example 4 and Reference Comparative Example 3 to Reference Comparative Example 5 adjusted to a voltage of 3.05 V was discharged at a constant current of 25 ° C. and 1 C rate for 10 seconds. The DC resistance during discharge was calculated from Ohm's law from the amount of voltage change and current value before and after discharge. The results are shown in Table 2.

Figure 0006825311
Figure 0006825311

表2から、参考例4のリチウムイオン二次電池の放電時の直流抵抗が、参考比較例3〜参考比較例5のリチウムイオン二次電池の直流抵抗よりも低いことがわかる。(FSONLi、鎖状カーボネート及びフッ素含有環状カーボネートを含み、かつ、(FSONLiに対する鎖状カーボネートのモル比が2〜6の範囲内である電解液を具備するリチウムイオン二次電池は、Si含有負極活物質からリチウムイオンを低抵抗で放出できるといえる。 From Table 2, it can be seen that the DC resistance of the lithium ion secondary battery of Reference Example 4 at the time of discharge is lower than the DC resistance of the lithium ion secondary batteries of Reference Comparative Examples 3 to 5. Lithium ion 2 containing an electrolytic solution containing (FSO 2 ) 2 NLi, a chain carbonate and a fluorine-containing cyclic carbonate, and having a molar ratio of the chain carbonate to (FSO 2 ) 2 NLi in the range of 2 to 6. It can be said that the next battery can release lithium ions from the Si-containing negative electrode active material with low resistance.

(参考評価例3)
参考例4、参考比較例3〜参考比較例5の各リチウムイオン二次電池につき、温度25℃の条件下、0.3Cレートの定電流にて、4.1Vまで充電した後に2.5Vまで放電して、放電容量を測定した。これらの放電容量を初期容量とした。
(Reference evaluation example 3)
Each lithium ion secondary battery of Reference Example 4 and Reference Comparative Example 3 to Reference Comparative Example 5 is charged to 4.1 V at a constant current of 0.3 C rate under the condition of a temperature of 25 ° C., and then up to 2.5 V. It was discharged and the discharge capacity was measured. These discharge capacities were used as the initial capacities.

次いで、各リチウムイオン二次電池につき、温度60℃の条件下、2Cレートの定電流にて、4.05Vまで充電し3.15Vまで放電を行う4.05V−3.15Vの充放電サイクルを250サイクル行った。250サイクルの充放電後の各リチウムイオン二次電池につき、初期容量の測定と同様の条件で、放電容量を測定した。これらの放電容量をサイクル後容量とした。容量維持率(%)を以下の式で求めた。結果を表3に示す。
容量維持率(%)=(サイクル後容量/初期容量)×100
Next, each lithium ion secondary battery is charged to 4.05V at a constant current of 2C rate under the condition of a temperature of 60 ° C. and discharged to 3.15V in a charge / discharge cycle of 4.05V-3.15V. 250 cycles were performed. The discharge capacity of each lithium ion secondary battery after 250 cycles of charging and discharging was measured under the same conditions as the initial capacity measurement. These discharge capacities were defined as post-cycle capacities. The capacity retention rate (%) was calculated by the following formula. The results are shown in Table 3.
Capacity retention rate (%) = (capacity after cycle / initial capacity) x 100

Figure 0006825311
Figure 0006825311

表3から、参考例4のリチウムイオン二次電池の容量維持率が、参考比較例3〜参考比較例5のリチウムイオン二次電池の容量維持率よりも著しく優れていることがわかる。 From Table 3, it can be seen that the capacity retention rate of the lithium ion secondary battery of Reference Example 4 is significantly superior to the capacity retention rate of the lithium ion secondary batteries of Reference Comparative Examples 3 to 5.

(参考評価例4)
参考評価例3の試験後における、参考例4及び参考比較例3の両リチウムイオン二次電池における負極活物質を、以下のとおり分析した。
(Reference evaluation example 4)
After the test of Reference Evaluation Example 3, the negative electrode active materials in both the lithium ion secondary batteries of Reference Example 4 and Reference Comparative Example 3 were analyzed as follows.

参考評価例3の試験後における両負極活物質を、X線光電子分光分析装置に供して分析を行った。具体的には、負極活物質の表面に存在する炭素被覆及び電解液の分解物に由来する被膜を、Arイオンを用いたエッチングにて除去した。そして、Siが現れた負極活物質の表面に対して、Siを対象とした分析を行った。その結果、両負極活物質から、Si−Si間の結合エネルギーを示すピークと、Si−Oの結合エネルギーを示すピークが観察された。ここで、Si−Si間の結合エネルギーを示すピークは、参考例4のリチウムイオン二次電池における負極活物質の方が大きく、他方、Si−Oの結合エネルギーを示すピークは、参考比較例3のリチウムイオン二次電池における負極活物質の方が大きかった。 Both negative electrode active materials after the test of Reference Evaluation Example 3 were subjected to an X-ray photoelectron spectroscopic analyzer for analysis. Specifically, the carbon coating existing on the surface of the negative electrode active material and the coating derived from the decomposition product of the electrolytic solution were removed by etching using Ar ions. Then, the surface of the negative electrode active material in which Si appeared was analyzed for Si. As a result, a peak indicating the binding energy between Si and Si and a peak indicating the binding energy of Si—O were observed from both negative electrode active materials. Here, the peak showing the bond energy between Si and Si is larger in the negative electrode active material in the lithium ion secondary battery of Reference Example 4, while the peak showing the bond energy of Si—O is in Reference Comparative Example 3. The negative electrode active material in the lithium ion secondary battery was larger.

また、参考評価例3の試験後における、両負極活物質の断面を走査型電子顕微鏡で観察した。その結果、参考例4のリチウムイオン二次電池における負極活物質と比較して、参考比較例3のリチウムイオン二次電池における負極活物質の劣化が著しく進行していることが判明した。 In addition, the cross sections of both negative electrode active materials after the test of Reference Evaluation Example 3 were observed with a scanning electron microscope. As a result, it was found that the deterioration of the negative electrode active material in the lithium ion secondary battery of Reference Comparative Example 3 was remarkably advanced as compared with the negative electrode active material in the lithium ion secondary battery of Reference Example 4.

X線光電子分光分析結果、及び、走査型電子顕微鏡での観察結果から、参考例4のリチウムイオン二次電池においては、フッ素含有環状カーボネートの存在に因り、Si含有負極活物質におけるSiの酸化の進行が抑制されているといえる。ここで、特許文献3には、充放電時に電解液中の(FSONLiが分解して、負極表面にS及びOを含有する被膜が形成されることが記載されている。参考比較例3においてSi含有負極活物質のSiの酸化が進行したのは、(FSONLiの分解物であるS及びOを含有する被膜がSi含有負極活物質の表面に直接形成されたためと考えられる。他方、参考例4において、Si含有負極活物質のSiの酸化が抑制されたのは、フッ素含有環状カーボネートが優先的に分解して負極活物質表面に被膜を形成したため、(FSONLiの分解物とSiとの直接接触が抑制されたことに因ると考えられる。 From the results of X-ray photoelectron spectroscopy analysis and the observation results with a scanning electron microscope, in the lithium ion secondary battery of Reference Example 4, due to the presence of the fluorine-containing cyclic carbonate, the oxidation of Si in the Si-containing negative electrode active material It can be said that the progress is suppressed. Here, Patent Document 3 describes that (FSO 2 ) 2 NLi in the electrolytic solution is decomposed at the time of charging / discharging to form a film containing S and O on the surface of the negative electrode. In Reference Comparative Example 3, the oxidation of Si in the Si-containing negative electrode active material proceeded because a film containing S and O, which are decomposition products of (FSO 2 ) 2 NLi, was formed directly on the surface of the Si-containing negative electrode active material. Probably because of it. On the other hand, in Reference Example 4, the oxidation of Si in the Si-containing negative electrode active material was suppressed because the fluorine-containing cyclic carbonate was preferentially decomposed to form a film on the surface of the negative electrode active material (FSO 2 ) 2 NLi. It is considered that this is because the direct contact between the decomposition product of Si and Si was suppressed.

Claims (5)

Si含有負極活物質と、
(FSONLi、下記一般式(A)で表される鎖状カーボネート、フッ素含有環状カーボネート、及び、不飽和環状カーボネートを含み前記(FSONLiに対する前記鎖状カーボネートのモル比が2〜6の範囲内であり、かつ、前記(FSO NLiのモル濃度が2.0〜3.5mol/Lの範囲内である電解液と、
を具備することを特徴とするリチウムイオン二次電池(但し、前記電解液にLiNO を含むものを除く)
OCOOR 一般式(A)
(R、Rは、それぞれ独立に、鎖状アルキルであるCClBr、又は、環状アルキルを化学構造に含むCClBrのいずれかから選択される。nは1以上の整数、mは3以上の整数、a、b、c、d、e、f、g、h、i、jはそれぞれ独立に0以上の整数であり、2n+1=a+b+c+d+e、2m−1=f+g+h+i+jを満たす。)
Si-containing negative electrode active material and
(FSO 2) 2 NLi, chain carbonates represented by the following general formula (A), the fluorine-containing cyclic carbonate, and includes unsaturated cyclic carbonate, the (FSO 2) the molar ratio of the chain carbonate for 2 NLi There Ri der range of 2 to 6, and said (FSO 2) the molar concentration of 2 NLi is Ru der range of 2.0~3.5mol / L electrolyte solution,
A lithium ion secondary battery ( excluding those containing LiNO 3 in the electrolytic solution ) .
R 1 OCOOR 2 General formula (A)
(R 1, R 2 are each independently a linear alkyl C n H a F b Cl c Br d I e, or, C m H f F g Cl h Br i contains a cyclic alkyl in the chemical structure It is selected from any of j. N is an integer of 1 or more, m is an integer of 3 or more, and a, b, c, d, e, f, g, h, i, and j are independently integers of 0 or more. 2n + 1 = a + b + c + d + e, 2m-1 = f + g + h + i + j.)
前記電解液全体に対して前記フッ素含有環状カーボネートを0超〜40質量%で含む請求項1に記載のリチウムイオン二次電池。 The lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the fluorine-containing cyclic carbonate is contained in an amount of more than 0 to 40% by mass based on the entire electrolytic solution. 前記電解液全体に対して前記不飽和環状カーボネートを0超〜5質量%で含む請求項1又は2に記載のリチウムイオン二次電池。 The lithium ion secondary battery according to claim 1 or 2, wherein the unsaturated cyclic carbonate is contained in an amount of more than 0 to 5% by mass based on the entire electrolytic solution. 前記Si含有負極活物質が、複数枚の板状シリコン体が厚さ方向に積層されてなる構造を有する請求項1〜3のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池。 The lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 3, wherein the Si-containing negative electrode active material has a structure in which a plurality of plate-shaped silicon bodies are laminated in the thickness direction. 前記電解液には、全有機溶媒に対し、前記鎖状カーボネートが80質量%以上含まれる、請求項1〜4のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池。 The lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 4, wherein the electrolytic solution contains 80% by mass or more of the chain carbonate with respect to the total organic solvent.
JP2016217025A 2016-11-07 2016-11-07 Lithium ion secondary battery Active JP6825311B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016217025A JP6825311B2 (en) 2016-11-07 2016-11-07 Lithium ion secondary battery

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016217025A JP6825311B2 (en) 2016-11-07 2016-11-07 Lithium ion secondary battery

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2018077939A JP2018077939A (en) 2018-05-17
JP6825311B2 true JP6825311B2 (en) 2021-02-03

Family

ID=62149441

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016217025A Active JP6825311B2 (en) 2016-11-07 2016-11-07 Lithium ion secondary battery

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6825311B2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108767310A (en) * 2018-05-24 2018-11-06 中航锂电(洛阳)有限公司 A kind of lithium-ion battery electrolytes, lithium ion battery
JPWO2020137560A1 (en) * 2018-12-28 2021-11-11 パナソニックIpマネジメント株式会社 Non-aqueous electrolyte secondary battery

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2790258A1 (en) * 2006-06-02 2014-10-15 Mitsubishi Chemical Corporation Nonaqueous electrolytic solutions and nonaqueous-electrolyte batteries
JP5369391B2 (en) * 2006-06-02 2013-12-18 三菱化学株式会社 Non-aqueous electrolyte, non-aqueous electrolyte battery, and non-aqueous electrolyte secondary battery
CN104937753B (en) * 2012-11-21 2017-09-12 株式会社丰田自动织机 The manufacture method of nano silicon material
DE102013210631A1 (en) * 2013-06-07 2014-12-11 Volkswagen Aktiengesellschaft New electrolyte composition for high energy anodes
WO2016063468A1 (en) * 2014-10-23 2016-04-28 国立大学法人東京大学 Electrolyte

Also Published As

Publication number Publication date
JP2018077939A (en) 2018-05-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6569883B2 (en) Electrolyte and lithium ion secondary battery
US10497980B2 (en) Electrolytic solution
JP6575027B2 (en) Lithium ion secondary battery
US20170324114A1 (en) Electrolytic solution
WO2017179411A1 (en) Lithium ion secondary battery
JP2018085221A (en) Lithium ion secondary battery
JP6825311B2 (en) Lithium ion secondary battery
JP2018106975A (en) Electrolyte solution and lithium ion secondary battery including the same
JP6769222B2 (en) Electrolyte and lithium ion secondary battery
JP6957986B2 (en) Lithium ion secondary battery
JP2018045794A (en) Electrolyte
JP2019021393A (en) Lithium ion secondary battery
JP6996172B2 (en) Manufacturing method of lithium ion secondary battery
JP7139582B2 (en) lithium ion secondary battery
JP2019061749A (en) Lithium ion secondary battery
JP2019046689A (en) Lithium ion secondary battery
JP7087294B2 (en) Lithium ion secondary battery
JP6776682B2 (en) Lithium ion secondary battery
WO2018029907A1 (en) Lithium ion secondary cell
KR102147076B1 (en) Electrolyte
JP2018147694A (en) Lithium ion secondary battery
JP7021466B2 (en) Lithium ion secondary battery
JP6959507B2 (en) Lithium ion secondary battery
JP2019200977A (en) Electrolytic solution
JP2018156751A (en) Lithium ion secondary battery

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20190807

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20200422

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20200602

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20200728

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20201215

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20201228

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 6825311

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151