JP6848330B2 - Non-aqueous electrolyte power storage element - Google Patents

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Description

本発明は、非水電解質蓄電素子に関する。 The present invention relates to a non-aqueous electrolyte power storage device.

リチウムイオン二次電池に代表される非水電解質二次電池は、エネルギー密度の高さから、パーソナルコンピュータ、通信端末等の電子機器、自動車等に多用されている。上記非水電解質二次電池は、一般的には、セパレータで電気的に隔離された一対の電極と、この電極間に介在する非水電解質とを有し、両電極間でイオンの受け渡しを行うことで充放電するよう構成される。また、非水電解質二次電池以外の非水電解質蓄電素子として、リチウムイオンキャパシタや電気二重層キャパシタ等のキャパシタも広く普及している。 Non-aqueous electrolyte secondary batteries represented by lithium ion secondary batteries are widely used in electronic devices such as personal computers and communication terminals, automobiles, etc. due to their high energy density. The non-aqueous electrolyte secondary battery generally has a pair of electrodes electrically separated by a separator and a non-aqueous electrolyte interposed between the electrodes, and transfers ions between the two electrodes. It is configured to charge and discharge. In addition, capacitors such as lithium ion capacitors and electric double layer capacitors are also widely used as non-aqueous electrolyte storage elements other than non-aqueous electrolyte secondary batteries.

このような非水電解質蓄電素子の負極活物質としては、黒鉛等の炭素材料が広く用いられている。これに対し、炭素材料以外の負極活物質として、ケイ素を含む材料を用いることが検討されている(特許文献1参照)。ケイ素は炭素材料と比べて大きい電気容量を有することから、有望な負極活物質として期待されている。 A carbon material such as graphite is widely used as the negative electrode active material of such a non-aqueous electrolyte power storage element. On the other hand, it has been studied to use a material containing silicon as a negative electrode active material other than the carbon material (see Patent Document 1). Since silicon has a larger electric capacity than carbon materials, it is expected as a promising negative electrode active material.

特開2014−192042号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2014-192042

しかし、ケイ素は、充放電に伴う膨張及び収縮が大きい。そのため、充放電の繰り返しに伴いケイ素粒子が微粉化及び孤立化するため、容量の低下率が大きいという不都合を有する。また、容量維持率の低下は、非水電解質の分解等の副反応も影響する。 However, silicon has a large expansion and contraction due to charge and discharge. Therefore, the silicon particles become finer and isolated as the charging and discharging are repeated, which has the disadvantage that the rate of decrease in capacity is large. In addition, the decrease in capacity retention rate is also affected by side reactions such as decomposition of non-aqueous electrolytes.

本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであり、その目的は、ケイ素を含む負極を備える非水電解質蓄電素子であって、高い容量維持率を有する非水電解質蓄電素子を提供することである。 The present invention has been made based on the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a non-aqueous electrolyte storage device provided with a negative electrode containing silicon and having a high capacity retention rate. It is to be.

上記課題を解決するためになされた本発明の一態様に係る非水電解質蓄電素子は、ケイ素を含む負極及び非水電解質を備え、上記非水電解質が、リチウムビス(フルオロスルホニルイミド)及びリチウムビス(トリフルオロメタンスルホニルイミド)の少なくとも一方を含むリチウムイミド塩を含むリチウム塩と、下記式(1)で表されるグライムと、フッ素化エーテルとを含有する非水電解質蓄電素子である。
−(OCHCH−OR ・・・(1)
(式(1)中、R及びRは、それぞれ独立して、炭素数1〜3のアルキル基である。xは、3又は4である。)
The non-aqueous electrolyte power storage element according to one aspect of the present invention made to solve the above problems includes a negative electrode containing silicon and a non-aqueous electrolyte, and the non-aqueous electrolytes are lithium bis (fluorosulfonylimide) and lithium bis. It is a non-aqueous electrolyte power storage element containing a lithium salt containing a lithium imide salt containing at least one of (trifluoromethanesulfonylimide), a glyme represented by the following formula (1), and a fluorinated ether.
R 1 − (OCH 2 CH 2 ) x − OR 2 ··· (1)
(In the formula (1), R 1 and R 2 are independently alkyl groups having 1 to 3 carbon atoms. X is 3 or 4.)

本発明によれば、ケイ素を含む負極を備える非水電解質蓄電素子であって、高い容量維持率を有する非水電解質蓄電素子を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a non-aqueous electrolyte storage element having a negative electrode containing silicon and having a high capacity retention rate.

図1は、本発明の非水電解質蓄電素子の一実施形態に係る非水電解質二次電池を示す外観斜視図である。FIG. 1 is an external perspective view showing a non-aqueous electrolyte secondary battery according to an embodiment of the non-aqueous electrolyte power storage device of the present invention. 図2は、本発明の非水電解質蓄電素子の一実施形態に係る非水電解質二次電池を複数個集合して構成した蓄電装置を示す概略図である。FIG. 2 is a schematic view showing a power storage device configured by assembling a plurality of non-aqueous electrolyte secondary batteries according to an embodiment of the non-aqueous electrolyte power storage element of the present invention. 図3(a)は、実施例6及び実施例7の放電容量維持率の推移を示すグラフである。図3(b)は、実施例6及び実施例7のクーロン効率の推移を示すグラフである。FIG. 3A is a graph showing changes in the discharge capacity retention rates of Examples 6 and 7. FIG. 3B is a graph showing changes in the Coulomb efficiency of Examples 6 and 7.

本発明の一実施形態に係る非水電解質蓄電素子は、ケイ素を含む負極及び非水電解質を備え、上記非水電解質が、リチウムビス(フルオロスルホニルイミド)及びリチウムビス(トリフルオロメタンスルホニルイミド)の少なくとも一方を含むリチウムイミド塩を含むリチウム塩と、下記式(1)で表されるグライムと、フッ素化エーテルとを含有する非水電解質蓄電素子(以下、単に「蓄電素子」ともいう。)である。
−(OCHCH−OR ・・・(1)
(式(1)中、R及びRは、それぞれ独立して、炭素数1〜3のアルキル基である。xは、3又は4である。)
The non-aqueous electrolyte storage element according to one embodiment of the present invention includes a negative electrode containing silicon and a non-aqueous electrolyte, and the non-aqueous electrolyte is at least lithium bis (fluorosulfonylimide) and lithium bis (trifluoromethanesulfonylimide). It is a non-aqueous electrolyte power storage element (hereinafter, also simply referred to as “storage element”) containing a lithium salt containing a lithium imide salt containing one of them, a glime represented by the following formula (1), and a fluorinated ether. ..
R 1 − (OCH 2 CH 2 ) x − OR 2 ··· (1)
(In the formula (1), R 1 and R 2 are independently alkyl groups having 1 to 3 carbon atoms. X is 3 or 4.)

当該蓄電素子は、ケイ素を含む負極を備えながら、高い容量維持率を有する。この理由は定かでは無いが、非水電解質が上記組成を有することにより、非水電解質の分解反応そのものが低減されることに加え、ケイ素を含む負極表面のSEI(Solid Electrolyte Interphase)被膜が安定化することによって、分解物の堆積によるケイ素の反応領域の減少が抑制されることによると推測される。なお、非水電解質の分解反応そのものが低減される理由としては、リチウムイオンがグライムと錯体を形成することや、フッ素化エーテルにより溶媒が希釈されることなどによると推測される。 The power storage element has a high capacity retention rate while having a negative electrode containing silicon. The reason for this is not clear, but since the non-aqueous electrolyte has the above composition, the decomposition reaction itself of the non-aqueous electrolyte is reduced, and the SEI (Solid Electrolyte Interphase) coating on the surface of the negative electrode containing silicon is stabilized. It is presumed that this suppresses the decrease in the reaction region of silicon due to the deposition of decomposition products. It is presumed that the reason why the decomposition reaction of the non-aqueous electrolyte itself is reduced is that lithium ions form a complex with glyme and that the solvent is diluted with fluorinated ether.

なお、リチウムイミド塩とは、窒素原子に2つのカルボニル基が結合された構造(−CO−NCO−)を有するリチウムイミド塩のみならず、窒素原子に2つのスルホニル基が結合された構造(−SO−N−SO−)を有するものも含む意味である。 The lithium imide salt is not only a lithium imide salt having a structure in which two carbonyl groups are bonded to a nitrogen atom (-CO-N - CO-), but also a structure in which two sulfonyl groups are bonded to a nitrogen atom. It means that those having (−SO 2 −N −SO 2− ) are also included.

上記リチウム塩が、硝酸リチウムをさらに含むことが好ましい。これにより、不可逆容量、特に副反応に由来する不可逆容量を低減させることができる。これは、ケイ素の体積変化に追随できずに崩壊したSEI被膜部分を硝酸リチウムによって好適に修復でき、非水電解質の分解を主とする不可逆反応が極めて効果的に抑制されることによると推測される。 It is preferable that the lithium salt further contains lithium nitrate. This makes it possible to reduce the irreversible volume, particularly the irreversible volume derived from the side reaction. It is presumed that this is because the collapsed SEI film portion that cannot follow the volume change of silicon can be suitably repaired by lithium nitrate, and the irreversible reaction mainly due to the decomposition of the non-aqueous electrolyte is suppressed extremely effectively. To.

上記リチウムイミド塩に対する硝酸リチウムのモル比が、0.01以上0.15以下であることが好ましい。これにより、不可逆容量、特に副反応に由来する不可逆容量をさらに低減させることができる。 The molar ratio of lithium nitrate to the lithium imide salt is preferably 0.01 or more and 0.15 or less. Thereby, the irreversible volume, particularly the irreversible volume derived from the side reaction, can be further reduced.

上記リチウムイミド塩が、リチウムビス(フルオロスルホニルイミド)であることが好ましい。リチウムビス(フルオロスルホニルイミド)を用いることで、不可逆容量をより減少させ、クーロン効率を高めることができる。 The lithium imide salt is preferably lithium bis (fluorosulfonylimide). By using lithium bis (fluorosulfonylimide), the irreversible capacity can be further reduced and the Coulomb efficiency can be increased.

上記グライムに対する上記リチウム塩(リチウム塩/グライム)のモル比が1以上であることが好ましい。これにより、さらに容量維持率を高めることなどができる。これは、グライムに対するリチウム塩のモル比を1以上とすることにより、グライムが全て錯体を形成し、遊離しているグライムが存在しなくなることによると推測される。 The molar ratio of the lithium salt (lithium salt / grime) to the grime is preferably 1 or more. As a result, the capacity retention rate can be further increased. It is presumed that this is because when the molar ratio of lithium salt to grime is set to 1 or more, all grime forms a complex and free grime does not exist.

当該蓄電素子は、硫黄を含む正極をさらに備えることが好ましい。通常、硫黄を含む正極を用いた場合、硫化物の非水電解質への溶出などにより可逆性(クーロン効率等)が低下する。しかし、上記非水電解質を備える当該蓄電素子によれば、硫黄を含む正極を用いた場合の可逆性をも高めることができる。 The power storage element preferably further includes a positive electrode containing sulfur. Usually, when a positive electrode containing sulfur is used, the reversibility (Coulomb efficiency, etc.) is lowered due to elution of sulfide into a non-aqueous electrolyte. However, according to the power storage element provided with the non-aqueous electrolyte, the reversibility when a positive electrode containing sulfur can be used can also be enhanced.

<非水電解質蓄電素子>
本発明の一実施形態に係る蓄電素子は、正極、負極及び非水電解質を有する。以下、蓄電素子の一例として、非水電解質二次電池であるリチウムイオン二次電池について説明する。上記正極及び負極は、通常、セパレータを介して積層又は巻回により交互に重畳された電極体を形成する。この電極体は電池容器に収納され、この電池容器内に上記非水電解質(非水電解液)が充填される。上記非水電解質は、正極と負極との間に介在する。また、上記電池容器としては、非水電解質二次電池の電池容器として通常用いられる公知の金属電池容器、樹脂電池容器等を用いることができる。
<Non-aqueous electrolyte power storage element>
The power storage element according to an embodiment of the present invention has a positive electrode, a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte. Hereinafter, as an example of the power storage element, a lithium ion secondary battery which is a non-aqueous electrolyte secondary battery will be described. The positive electrode and the negative electrode usually form electrode bodies that are alternately superposed by stacking or winding through a separator. The electrode body is housed in a battery container, and the non-aqueous electrolyte (non-aqueous electrolyte solution) is filled in the battery container. The non-aqueous electrolyte is interposed between the positive electrode and the negative electrode. Further, as the battery container, a known metal battery container, resin battery container, or the like that is usually used as a battery container for a non-aqueous electrolyte secondary battery can be used.

(正極)
上記正極は、正極基材、及びこの正極基材に直接又は中間層を介して配される正極活物質層を有する。
(Positive electrode)
The positive electrode has a positive electrode base material and a positive electrode active material layer arranged directly on the positive electrode base material or via an intermediate layer.

上記正極基材は、導電性を有する。基材の材質としては、アルミニウム、チタン、タンタル、ステンレス鋼等の金属又はそれらの合金が用いられる。これらの中でも、耐電位性、導電性の高さ及びコストのバランスからアルミニウム及びアルミニウム合金が好ましい。また、正極基材の形成形態としては、箔、蒸着膜等が挙げられ、コストの面から箔が好ましい。つまり、正極基材としてはアルミニウム箔が好ましい。なお、アルミニウム又はアルミニウム合金としては、JIS−H−4000(2014年)に規定されるA1085P、A3003P等が例示できる。 The positive electrode base material has conductivity. As the material of the base material, metals such as aluminum, titanium, tantalum, and stainless steel or alloys thereof are used. Among these, aluminum and aluminum alloys are preferable from the viewpoint of balance of potential resistance, high conductivity and cost. Further, as a form of forming the positive electrode base material, foil, a vapor-deposited film and the like can be mentioned, and foil is preferable from the viewpoint of cost. That is, aluminum foil is preferable as the positive electrode base material. Examples of aluminum or aluminum alloy include A1085P and A3003P specified in JIS-H-4000 (2014).

中間層は、正極基材の表面の被覆層であり、炭素粒子等の導電性粒子を含むことで正極基材と正極活物質層との接触抵抗を低減する。中間層の構成は特に限定されず、例えば樹脂バインダー及び導電性粒子を含有する組成物により形成できる。なお、「導電性」を有するとは、JIS−H−0505(1975年)に準拠して測定される体積抵抗率が10Ω・cm以下であることを意味し、「非導電性」とは、上記体積抵抗率が10Ω・cm超であることを意味する。 The intermediate layer is a coating layer on the surface of the positive electrode base material, and contains conductive particles such as carbon particles to reduce the contact resistance between the positive electrode base material and the positive electrode active material layer. The composition of the intermediate layer is not particularly limited, and can be formed by, for example, a composition containing a resin binder and conductive particles. Incidentally, to have a "conductive" means that the volume resistivity is measured according to JIS-H-0505 (1975 years) is not more than 10 7 Ω · cm, and "non-conductive" means that the volume resistivity is 10 7 Ω · cm greater.

正極活物質層は、正極活物質を含むいわゆる正極合材から形成される。また、正極活物質層を形成する正極合材は、必要に応じて導電剤、バインダー(結着剤)、増粘剤、フィラー等の任意成分を含む。 The positive electrode active material layer is formed from a so-called positive electrode mixture containing a positive electrode active material. Further, the positive electrode mixture forming the positive electrode active material layer contains optional components such as a conductive agent, a binder (binding agent), a thickener, and a filler, if necessary.

上記正極活物質としては、例えばLiMO(Mは少なくとも一種の遷移金属を表す)で表される複合酸化物(層状のα―NaFeO型結晶構造を有するLiCoO,LiNiO,LiMnO,LiNiαCo(1−α),LiNiαMnβCo(1−α−β)等、スピネル型結晶構造を有するLiMn,LiNiαMn(2−α)等)、LiMe(XO(Meは少なくとも一種の遷移金属を表し、Xは例えばP、Si、B、V等を表す)で表されるポリアニオン化合物(LiFePO,LiMnPO,LiNiPO,LiCoPO,Li(PO,LiMnSiO,LiCoPOF等)が挙げられる。これらの化合物中の元素又はポリアニオンは、他の元素又はアニオン種で一部が置換されていてもよい。正極活物質層においては、これら化合物の1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。 Examples of the positive electrode active material include composite oxides represented by Li x MO y (M represents at least one kind of transition metal) ( Li x CoO 2 and Li x NiO having a layered α-NaFeO type 2 crystal structure). 2 , Li x MnO 3 , Li x Ni α Co (1-α) O 2 , Li x Ni α Mn β Co (1-α-β) O 2, etc., Li x Mn 2 O 4 having a spinel type crystal structure , Li x Ni α Mn (2-α) O 4 etc.), Li w Me x (XO y ) z (Me represents at least one kind of transition metal, and X represents, for example, P, Si, B, V, etc.) Examples thereof include polyanionic compounds represented by (LiFePO 4 , LiMnPO 4 , LiNiPO 4 , LiCoPO 4 , Li 3 V 2 (PO 4 ) 3 , Li 2 MnSiO 4 , Li 2 CoPO 4 F, etc.). The elements or polyanions in these compounds may be partially substituted with other elements or anion species. In the positive electrode active material layer, one of these compounds may be used alone, or two or more of these compounds may be mixed and used.

上記正極活物質は、硫黄を含むことも好ましい。すなわち、上記正極活物質としては、硫黄単体又は硫黄化合物であることも好ましい。上記硫黄化合物としては、硫化リチウム等の金属硫化物、有機ジスルフィド化合物、カーボンスルフィド化合物等の有機硫黄化合物などを挙げることができる。硫黄を含む正極活物質としては、硫黄と導電剤(硫黄よりも導電性の高い材料)等との複合体であってもよい。この複合体は、担体としての導電剤等に硫黄が担持された形態のものを挙げることができ、具体的には、硫黄と多孔性炭素との複合体等を挙げることができる。硫黄は理論容量が高く、また、低コストであるなどといった利点がある。一方、硫黄又は硫黄化合物を正極活物質に用いた場合、上述のように充放電時に硫化物が溶出し、副反応が生じることなどにより可逆性が低下する。そこで、副反応が生じ難い非水電解質を備える当該蓄電素子によれば、正極活物質が硫黄を含む場合も可逆性を高めることができる。 The positive electrode active material preferably contains sulfur. That is, the positive electrode active material is preferably sulfur alone or a sulfur compound. Examples of the sulfur compound include metal sulfides such as lithium sulfide, organic disulfide compounds, and organic sulfur compounds such as carbon sulfide compounds. The positive electrode active material containing sulfur may be a composite of sulfur and a conductive agent (a material having a higher conductivity than sulfur). Examples of this composite include those in which sulfur is supported on a conductive agent or the like as a carrier, and specific examples thereof include a composite of sulfur and porous carbon. Sulfur has advantages such as high theoretical capacity and low cost. On the other hand, when sulfur or a sulfur compound is used as the positive electrode active material, the reversibility is lowered due to elution of sulfide during charging and discharging as described above and a side reaction. Therefore, according to the power storage element provided with a non-aqueous electrolyte in which side reactions are unlikely to occur, the reversibility can be enhanced even when the positive electrode active material contains sulfur.

上記導電剤としては、電池性能に悪影響を与えない導電性材料であれば特に限定されない。このような導電剤としては、天然又は人造の黒鉛;ファーネスブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック等のカーボンブラック;金属;導電性セラミックス等が挙げられる。導電剤の形状としては、粉状、繊維状等が挙げられる。 The conductive agent is not particularly limited as long as it is a conductive material that does not adversely affect the battery performance. Examples of such a conductive agent include natural or artificial graphite; carbon black such as furnace black, acetylene black, and Ketjen black; metal; conductive ceramics and the like. Examples of the shape of the conductive agent include powder and fibrous.

上記バインダー(結着剤)としては、フッ素樹脂(ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)等)、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイミド、ポリアクリル酸等の熱可塑性樹脂;エチレン−プロピレン−ジエンゴム(EPDM)、スルホン化EPDM、スチレンブタジエンゴム(SBR)、フッ素ゴム等のエラストマー;多糖類高分子等が挙げられる。 Examples of the binder (binding agent) include fluororesins (polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), etc.), thermoplastic resins such as polyethylene, polypropylene, polyimide, and polyacrylic acid; and ethylene-propylene-diene rubber. (EPDM), sulfonated EPDM, styrene-butadiene rubber (SBR), fluororubber and other elastomers; polysaccharide polymers and the like.

上記増粘剤としては、カルボキシメチルセルロース(CMC)、メチルセルロース等の多糖類高分子が挙げられる。また、増粘剤がリチウムと反応する官能基を有する場合、予めメチル化等によりこの官能基を失活させておくことが好ましい。 Examples of the thickener include polysaccharide polymers such as carboxymethyl cellulose (CMC) and methyl cellulose. When the thickener has a functional group that reacts with lithium, it is preferable to deactivate the functional group by methylation or the like in advance.

上記フィラーとしては、電池性能に悪影響を与えないものであれば特に限定されない。フィラーの主成分としては、ポリプロピレン、ポリエチレン等のポリオレフィン、シリカ、アルミナ、ゼオライト、ガラス、炭素等が挙げられる。 The filler is not particularly limited as long as it does not adversely affect the battery performance. Examples of the main component of the filler include polyolefins such as polypropylene and polyethylene, silica, alumina, zeolite, glass, carbon and the like.

(負極)
上記負極は、負極基材、及びこの負極基材に直接又は中間層を介して配される負極活物質層を有する。上記中間層は正極の中間層と同様の構成とすることができる。
(Negative electrode)
The negative electrode has a negative electrode base material and a negative electrode active material layer arranged directly on the negative electrode base material or via an intermediate layer. The intermediate layer may have the same structure as the intermediate layer of the positive electrode.

上記負極基材は、導電性を有する。負極基材は、正極基材と同様の構成とすることができるが、材質としては、銅、ニッケル、ステンレス鋼、ニッケルメッキ鋼等の金属又はそれらの合金が用いられ、銅又は銅合金が好ましい。つまり、負極基材としては銅箔が好ましい。銅箔としては、圧延銅箔、電解銅箔等が例示される。 The negative electrode base material has conductivity. The negative electrode base material can have the same structure as the positive side base material, but as the material, metals such as copper, nickel, stainless steel, nickel-plated steel or alloys thereof are used, and copper or a copper alloy is preferable. .. That is, a copper foil is preferable as the negative electrode base material. Examples of the copper foil include rolled copper foil and electrolytic copper foil.

上記負極活物質層は、負極活物質を含むいわゆる負極合材から形成される。また、負極活物質層を形成する負極合材は、必要に応じて導電剤、バインダー(結着剤)、増粘剤、フィラー等の任意成分を含む。導電剤、バインダー(結着剤)、増粘剤、フィラー等の任意成分は、正極活物質層と同様のものを用いることができる。 The negative electrode active material layer is formed of a so-called negative electrode mixture containing a negative electrode active material. Further, the negative electrode mixture forming the negative electrode active material layer contains optional components such as a conductive agent, a binder (binder), a thickener, and a filler, if necessary. Any component such as a conductive agent, a binder (binding agent), a thickener, and a filler can be the same as that of the positive electrode active material layer.

上記負極活物質層は、負極活物質としてケイ素を含む。ケイ素は、ケイ素単体として存在してもよいし、ケイ素化合物として存在してもよい。ケイ素化合物としては、ケイ素酸化物、ケイ素窒化物、ケイ素炭化物、金属ケイ素化合物などを挙げることができる。金属ケイ素化合物としては、リチウム、アルミニウム、スズ、亜鉛、ニッケル、銅、チタン、バナジウム、マグネシウム等とケイ素とを含む化合物を挙げることができる。負極活物質としてのケイ素は、これらの中でもケイ素単体であることが好ましい。また、ケイ素を含む負極活物質は、通常、粒子状である。 The negative electrode active material layer contains silicon as a negative electrode active material. Silicon may exist as a simple substance of silicon or as a silicon compound. Examples of the silicon compound include silicon oxides, silicon nitrides, silicon carbides, and metal silicon compounds. Examples of the metallic silicon compound include compounds containing silicon, lithium, aluminum, tin, zinc, nickel, copper, titanium, vanadium, magnesium and the like. Among these, silicon as the negative electrode active material is preferably silicon alone. Further, the negative electrode active material containing silicon is usually in the form of particles.

上記負極活物質としては、他の負極活物質がさらに含まれていてもよい。このような他の負極活物質としては、通常、リチウムイオンを吸蔵及び脱離することができる公知の材質が用いられ、具体的には黒鉛、非晶質系炭素等の炭素材料;Sn、Ge等の金属又は半金属;Sn酸化物、Ge酸化物等の金属酸化物又は半金属酸化物;ポリリン酸化合物等が挙げられる。 The negative electrode active material may further contain other negative electrode active materials. As such other negative electrode active materials, known materials capable of occluding and desorbing lithium ions are usually used, and specifically, carbon materials such as graphite and amorphous carbon; Sn, Ge. Such as metal or semi-metal; metal oxide or semi-metal oxide such as Sn oxide and Ge oxide; polyphosphate compound and the like.

上記負極活物質に占めるケイ素(ケイ素元素)の含有割合の下限としては、全負極活物質の1質量%でもよく、5質量%でもよく、10質量%が好ましく、30質量%がより好ましく、50質量%がより好ましく、90質量%がより好ましく、99質量%がさらに好ましい。このように、ケイ素の含有割合を高めることで高容量化を図ることなどができる。ケイ素が負極活物質中に1質量%でも含まれる場合、ケイ素と非水電解質の副反応に由来する不可逆容量が大きくなり、蓄電素子の充放電サイクル性能が低下する。このような場合でも、本実施形態の構成を適用することにより、本発明の効果が有効に発揮され得る。なお、この含有割合の上限は、100質量%であってよい。 The lower limit of the content ratio of silicon (silicon element) in the negative electrode active material may be 1% by mass, 5% by mass, preferably 10% by mass, more preferably 30% by mass, or 50% of the total negative electrode active material. By mass% is more preferable, 90% by mass is more preferable, and 99% by mass is further preferable. In this way, it is possible to increase the capacity by increasing the content ratio of silicon. When silicon is contained in the negative electrode active material in an amount of even 1% by mass, the irreversible capacity derived from the side reaction between silicon and the non-aqueous electrolyte becomes large, and the charge / discharge cycle performance of the power storage element deteriorates. Even in such a case, the effect of the present invention can be effectively exhibited by applying the configuration of the present embodiment. The upper limit of this content ratio may be 100% by mass.

さらに、上記負極活物質層は、B、N、P、F、Cl、Br、I等の典型非金属元素、Li、Na、Mg、Al、K、Ca、Zn、Ga、Ge等の典型金属元素、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Mo、Zr、Ta、Hf、Nb、W等の遷移金属元素を含有してもよい。 Further, the negative electrode active material layer is a typical non-metal element such as B, N, P, F, Cl, Br, I, or a typical metal such as Li, Na, Mg, Al, K, Ca, Zn, Ga, Ge. Elements, transition metal elements such as Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Mo, Zr, Ta, Hf, Nb, W may be contained.

(セパレータ)
上記セパレータの材質としては、例えば織布、不織布、多孔質樹脂フィルム等が用いられる。これらの中でも、強度の観点から多孔質樹脂フィルムが好ましく、非水電解質の保液性の観点から不織布が好ましい。上記セパレータの主成分としては、強度の観点から例えばポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィンが好ましく、耐酸化分解性の観点から例えばポリイミドやアラミド等が好ましい。また、これらの樹脂を複合してもよい。さらに、多孔質樹脂フィルムに無機多孔質層が積層された複層のセパレータであってもよい。
(Separator)
As the material of the separator, for example, a woven fabric, a non-woven fabric, a porous resin film or the like is used. Among these, a porous resin film is preferable from the viewpoint of strength, and a non-woven fabric is preferable from the viewpoint of liquid retention of a non-aqueous electrolyte. As the main component of the separator, polyolefins such as polyethylene and polypropylene are preferable from the viewpoint of strength, and polyimide and aramid are preferable from the viewpoint of oxidative decomposition resistance. Moreover, you may combine these resins. Further, it may be a multi-layer separator in which an inorganic porous layer is laminated on a porous resin film.

(非水電解質)
上記非水電解質は、リチウム塩と、下記式(1)で表されるグライムと、フッ素化エーテルとを含有する。
(Non-aqueous electrolyte)
The non-aqueous electrolyte contains a lithium salt, a grime represented by the following formula (1), and a fluorinated ether.

(リチウム塩)
上記リチウム塩は、リチウムイミド塩を含む。上記リチウムイミド塩は、リチウムビス(フルオロスルホニルイミド)(LiFSI:LiN(SOF))及びリチウムビス(トリフルオロメタンスルホニルイミド)(LiTFSI:LiN(SOCF)の少なくとも一方を含む。リチウムイミド塩としては、これらのうちLiFSIが好ましい。また、含まれるリチウムイミド塩は、全てリチウムスルホニルイミド塩であることが好ましい。
(Lithium salt)
The lithium salt contains a lithium imide salt. The lithium imide salt contains at least one of lithium bis (fluorosulfonylimide) (LiFSI: LiN (SO 2 F) 2 ) and lithium bis (trifluoromethanesulfonylimide) (LiTFSI: LiN (SO 2 CF 3 ) 2 ). .. Of these, LiFSI is preferable as the lithium imide salt. Moreover, it is preferable that all the contained lithium imide salts are lithium sulfonylimide salts.

また、上記リチウムイミド塩としては、その他のリチウムイミド塩をさらに含有していてもよい。その他のリチウムイミド塩としては、LiN(SO、LiN(SOCF)(SO)等のリチウムフッ素化アルキルスルホニルイミド塩を挙げることができる。但し、上記リチウムイミド塩に対するLiFSI及びLiTFSIの含有割合の下限としては、50質量%が好ましく、90質量%がより好ましく、99質量%がさらに好ましい。この含有割合は、実質的に100質量%であってよい。 Further, the lithium imide salt may further contain other lithium imide salts. Examples of other lithium imide salts include lithium fluorinated alkylsulfonylimide salts such as LiN (SO 2 C 2 F 5 ) 2 and LiN (SO 2 CF 3 ) (SO 2 C 4 F 9). However, as the lower limit of the content ratio of LiFSI and LiTFSI to the lithium imide salt, 50% by mass is preferable, 90% by mass is more preferable, and 99% by mass is further preferable. This content ratio may be substantially 100% by mass.

上記リチウム塩は、硝酸リチウム(LiNO)をさらに含むことが好ましい。上記リチウムイミド塩に対する硝酸リチウムのモル比(硝酸リチウム/リチウムイミド塩)の下限としては、0.01が好ましく、0.05がより好ましく、0.08がさらに好ましく、0.1がよりさらに好ましい。一方、このモル比の上限としては、例えば0.3であってもよく、0.2であってもよいが、0.15が好ましく、0.12がより好ましく、0.1がさらに好ましい。硝酸リチウムの含有割合を上記範囲とすることで、不可逆容量、特に副反応に由来する不可逆容量をさらに低減させることができる。 The lithium salt preferably further contains lithium nitrate (LiNO 3). The lower limit of the molar ratio of lithium nitrate to the lithium imide salt (lithium nitrate / lithium imide salt) is preferably 0.01, more preferably 0.05, further preferably 0.08, and even more preferably 0.1. .. On the other hand, the upper limit of this molar ratio may be, for example, 0.3 or 0.2, but 0.15 is preferable, 0.12 is more preferable, and 0.1 is further preferable. By setting the content ratio of lithium nitrate in the above range, the irreversible volume, particularly the irreversible volume derived from the side reaction, can be further reduced.

上記リチウム塩としては、リチウムイミド塩及び硝酸リチウム以外のその他のリチウム塩をさらに含有していてもよい。上記その他のリチウム塩としては、LiPF、LiPO、LiBF、LiClO等の無機リチウム塩、LiC(SOCF、LiC(SO等の有機リチウム塩等を挙げることができる。但し、上記リチウム塩に占める上記その他のリチウム塩の含有割合の上限としては、10質量%が好ましいこともあり、1質量%が好ましいこともある。上記その他のリチウム塩が実質的に含有していないことが好ましいこともある。 The lithium salt may further contain a lithium imide salt and other lithium salts other than lithium nitrate. Examples of the other lithium salts include inorganic lithium salts such as LiPF 6 , LiPO 2 F 2 , LiBF 4 , and LiClO 4 , and organic lithium such as LiC (SO 2 CF 3 ) 3 and LiC (SO 2 C 2 F 5 ) 3. Salt and the like can be mentioned. However, the upper limit of the content ratio of the other lithium salt to the lithium salt is preferably 10% by mass or 1% by mass. It may be preferable that the above other lithium salts are substantially not contained.

(グライム)
上記グライムは、下記式(1)で表される化合物である。上記グライムは、非水溶媒として含有されている。
−(OCHCH−OR ・・・(1)
式(1)中、R及びRは、それぞれ独立して、炭素数1〜3のアルキル基である。xは、3又は4である。
(Grime)
The grime is a compound represented by the following formula (1). The grime is contained as a non-aqueous solvent.
R 1 − (OCH 2 CH 2 ) x − OR 2 ··· (1)
In formula (1), R 1 and R 2 are independently alkyl groups having 1 to 3 carbon atoms. x is 3 or 4.

式(1)中のR及びRにおける上記炭素数1〜3のアルキル基としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基及びi−プロピル基を挙げることができる。R及びRとしては、それぞれメチル基が好ましい。式(1)中のxとしては、4が好ましい。すなわち、上記式(1)で表される化合物としては、テトラエチレングリコールジメチルエーテルが好ましい。このような化合物を用いることで、形成されるリチウムイオンとの錯体が特に安定な状態となり、非水電解質の分解反応等がより低減されると考えられる。 Examples of the alkyl group having 1 to 3 carbon atoms in R 1 and R 2 in the formula (1) include a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group and an i-propyl group. As R 1 and R 2 , methyl groups are preferable, respectively. As x in the formula (1), 4 is preferable. That is, tetraethylene glycol dimethyl ether is preferable as the compound represented by the above formula (1). It is considered that by using such a compound, the complex with the formed lithium ion becomes a particularly stable state, and the decomposition reaction of the non-aqueous electrolyte is further reduced.

上記グライムの含有量としては特に限定されるものではない。上記グライムに対するリチウム塩のモル比(リチウム塩/グライム)の下限としては、例えば0.5であってもよいが1であることが好ましい。このグライムに対するリチウム塩のモル比の上限は、例えば2とすることができ、1.5が好ましい。また、このグライムに対するリチウム塩のモル比は、実質的に1であることが好ましい。これにより、より良好な溶媒和状態が形成され、容量維持率を高めることなどができる。 The content of the grime is not particularly limited. The lower limit of the molar ratio of lithium salt to grime (lithium salt / grime) may be, for example, 0.5, but is preferably 1. The upper limit of the molar ratio of lithium salt to grime can be, for example, 2, preferably 1.5. Moreover, it is preferable that the molar ratio of the lithium salt to this grime is substantially 1. As a result, a better solvation state is formed, and the capacity retention rate can be increased.

(フッ素化エーテル)
上記フッ素化エーテルは、エーテルが有する水素原子の一部又は全部がフッ素原子に置換された化合物である。上記フッ素化エーテルも、非水溶媒として含有されている。
(Fluorinated ether)
The fluorinated ether is a compound in which a part or all of hydrogen atoms contained in the ether are replaced with fluorine atoms. The fluorinated ether is also contained as a non-aqueous solvent.

上記フッ素化エーテルとしては、例えば下記式(2)で表される化合物を挙げることができる。
−O−R ・・・(2)
式(2)中、Rは、炭素数1〜8のフッ素化炭化水素基である。Rは、炭素数1〜8の炭化水素基又は炭素数1〜8のフッ素化炭化水素基である。
Examples of the fluorinated ether include a compound represented by the following formula (2).
R 3- O-R 4 ... (2)
In formula (2), R 3 is a fluorinated hydrocarbon group having 1 to 8 carbon atoms. R 4 is a hydrocarbon group having 1 to 8 carbon atoms or a fluorinated hydrocarbon group having 1 to 8 carbon atoms.

上記Rとしては、フッ素化アルキル基が好ましく、炭素数1〜5のフッ素化アルキル基がより好ましく、炭素数1〜3のフッ素化アルキル基がさらに好ましい。 As the R 3, fluorinated alkyl group, more preferably a fluorinated alkyl group of 1 to 5 carbon atoms, more preferably a fluorinated alkyl group having 1 to 3 carbon atoms.

上記Rとしては、フッ素化炭化水素基が好ましく、フッ素化アルキル基がより好ましく、炭素数1〜5のフッ素化アルキル基がさらに好ましく、炭素数2〜4のフッ素化アルキル基がよりさらに好ましい。 As the R 4, preferably a fluorinated hydrocarbon group, more preferably a fluorinated alkyl group, more preferably a fluorinated alkyl group of 1 to 5 carbon atoms, even more preferably from a fluorinated alkyl group having 2 to 4 carbon atoms ..

具体的なフッ素化エーテルとしては、例えばCFOCH、CFOC、F(CFOCH、F(CFOC、CF(CF)CHO(CF)CF、F(CFOCH、F(CFOC、F(CFOCH、F(CFOC、F(CFOCH、F(CFOC、F(CFOCH、F(CFOC、F(CFOCH、CFCHOCH、CFCHOCHF、CFCFCHOCH、CFCFCHOCHF、CFCFCHO(CFH、CFCFCHO(CFF、HCFCHOCH、(CF)(CF)CHO(CFH、H(CFOCHCH、H(CFOCHCF、H(CFCHOCHF、H(CFCHO(CFH、H(CFCHO(CFH、H(CFCHO(CFH、H(CHF)CHO(CFH、(CFCHOCH、(CFCHCFOCH、CFCHFCFOCH、CFCHFCFOCHCH、CFCHFCFCHOCHF、CFCHFCFOCH(CFF、CFCHFCFOCHCFCFH、H(CFCHO(CFH、CHCHO(CFF、F(CFCHO(CFH、H(CFCHOCFCHFCF、F(CFCHOCFCHFCF、H(CFCHO(CF)H、CFOCH(CFF、CFCHFCFOCH(CFF、CHCFOCH(CFF、CHCFOCH(CFF、CHO(CFF、F(CFCHOCH(CFF、F(CFCHOCH(CFF、H(CFCHOCH(CFH、CHCFOCH(CFH等を挙げることができる。これらの中でも、H(CFCHO(CFH(1,1,2,2−テトラフルオロエチル−2,2,3,3−テトラフルオロプロピルエーテル:HFE)が好ましい。 Specific examples of the fluorinated ether include CF 3 OCH 3 , CF 3 OC 2 H 5 , F (CF 2 ) 2 OCH 3 , F (CF 2 ) 2 OC 2 H 5 , CF 3 (CF 2 ) CH 2. O (CF 2 ) CF 3 , F (CF 2 ) 3 OCH 3 , F (CF 2 ) 3 OC 2 H 5 , F (CF 2 ) 4 OCH 3 , F (CF 2 ) 4 OC 2 H 5 , F (CF 2) CF 2 ) 5 OCH 3 , F (CF 2 ) 5 OC 2 H 5 , F (CF 2 ) 8 OCH 3 , F (CF 2 ) 8 OC 2 H 5 , F (CF 2 ) 9 OCH 3 , CF 3 CH 2 OCH 3 , CF 3 CH 2 OCHF 2 , CF 3 CF 2 CH 2 OCH 3 , CF 3 CF 2 CH 2 OCHF 2 , CF 3 CF 2 CH 2 O (CF 2 ) 2 H, CF 3 CF 2 CH 2 O (CF 2 ) 2 F, HCF 2 CH 2 OCH 3 , (CF 3 ) (CF 2 ) CH 2 O (CF 2 ) 2 H, H (CF 2 ) 2 OCH 2 CH 3 , H (CF 2 ) 2 OCH 2 CF 3 , H (CF 2 ) 2 CH 2 OCHF 2 , H (CF 2 ) 2 CH 2 O (CF 2 ) 2 H, H (CF 2 ) 2 CH 2 O (CF 2 ) 3 H, H (CF 2) 2 ) 3 CH 2 O (CF 2 ) 2 H, H (CHF) 2 CH 2 O (CF 2 ) 2 H, (CF 3 ) 2 CHOCH 3 , (CF 3 ) 2 CHCF 2 OCH 3 , CF 3 CHFCF 2 OCH 3 , CF 3 CHFCF 2 OCH 2 CH 3 , CF 3 CHFCF 2 CH 2 OCHF 2 , CF 3 CHFCF 2 OCH 2 (CF 2 ) 2 F, CF 3 CHFCF 2 OCH 2 CF 2 CF 2 H, H (CF 2) ) 4 CH 2 O (CF 2 ) 2 H, CH 3 CH 2 O (CF 2 ) 4 F, F (CF 2 ) 4 CH 2 O (CF 2 ) 2 H, H (CF 2 ) 2 CH 2 OCF 2 CHFCF 3 , F (CF 2 ) 2 CH 2 OCF 2 CHFCF 3 , H (CF 2 ) 4 CH 2 O (CF) 2 ) H, CF 3 OCH 2 (CF 2 ) 2 F, CF 3 CHFCF 2 OCH 2 (CF 2 ) 3 F, CH 3 CF 2 OCH 2 (CF 2 ) 2 F, CH 3 CF 2 OCH 2 (CF 2) ) 3 F, CH 3 O (CF 2 ) 5 F, F (CF 2 ) 3 CH 2 OCH 2 (CF 2 ) 3 F, F (CF 2 ) 2 CH 2 OCH 2 (CF 2 ) 2 F, H ( CF 2 ) 2 CH 2 OCH 2 (CF 2 ) 2 H, CH 3 CF 2 OCH 2 (CF 2 ) 2 H and the like can be mentioned. Among these, H (CF 2 ) 2 CH 2 O (CF 2 ) 2 H (1,1,2,2-tetrafluoroethyl-2,2,3,3-tetrafluoropropyl ether: HFE) is preferable.

上記フッ素化エーテルの含有量の下限としては、上記リチウム塩に対して、モル比で1が好ましく、1.5がより好ましい。一方、このリチウム塩に対するモル比の上限としては、3が好ましく、2.5がより好ましく、2がさらに好ましい。また、上記フッ素化エーテルの含有量の下限としては、上記リチウムイミド塩に対して、モル比で1が好ましく、1.5がより好ましい。一方、このリチウムイミド塩に対するモル比の上限としては、3が好ましく、2.5がより好ましい。また、上記フッ素化エーテルの含有量の下限としては、上記グライムに対して、モル比で1が好ましく、1.5がより好ましい。また、このグライムに対するモル比の上限としては、3が好ましく、2.5がより好ましく、2がさらに好ましい。フッ素化エーテルの含有量を上記範囲とすることで、形成されるSEIの安定性をより高めることや、副反応をより抑えることなどができる。 As the lower limit of the content of the fluorinated ether, the molar ratio of 1 to the lithium salt is preferably 1 and more preferably 1.5. On the other hand, as the upper limit of the molar ratio to this lithium salt, 3 is preferable, 2.5 is more preferable, and 2 is further preferable. Further, as the lower limit of the content of the fluorinated ether, the molar ratio of 1 to the lithium imide salt is preferably 1 and more preferably 1.5. On the other hand, as the upper limit of the molar ratio to the lithium imide salt, 3 is preferable, and 2.5 is more preferable. Further, as the lower limit of the content of the fluorinated ether, the molar ratio is preferably 1 and more preferably 1.5 with respect to the grime. Further, as the upper limit of the molar ratio to this grime, 3 is preferable, 2.5 is more preferable, and 2 is further preferable. By setting the content of the fluorinated ether in the above range, the stability of the SEI formed can be further enhanced, side reactions can be further suppressed, and the like.

(他の成分)
上記非水電解質は、本発明の効果を阻害しない限り、上記リチウム塩、グライム及びフッ素化エーテル以外の他の成分を含有していてもよい。上記他の成分としては、リチウム塩以外の他の電解質塩、グライム及びフッ素化エーテル以外の他の非水溶媒、並びにその他一般的な蓄電素子用非水電解質に含有される各種添加剤を挙げることができる。
(Other ingredients)
The non-aqueous electrolyte may contain components other than the lithium salt, grime and fluorinated ether as long as the effects of the present invention are not impaired. Examples of the other components include electrolyte salts other than lithium salts, non-aqueous solvents other than glime and fluorinated ether, and various additives contained in other general non-aqueous electrolytes for power storage elements. Can be done.

他の電解質塩としては、ナトリウム塩、カリウム塩、マグネシウム塩、オニウム塩等を挙げることができる。但し、全電解質塩に占めるリチウム塩以外の他の電解質塩の含有量としては、10モル%以下が好ましく、1モル%以下がより好ましいこともある。 Examples of other electrolyte salts include sodium salt, potassium salt, magnesium salt, onium salt and the like. However, the content of the electrolyte salt other than the lithium salt in the total electrolyte salt is preferably 10 mol% or less, and more preferably 1 mol% or less.

他の非水溶媒としては、環状カーボネート、鎖状カーボネート、エステル、アミド、スルホン、ラクトン、ニトリル等を挙げることができる。但し、全非水溶媒に占める上記グライム及びフッ素化エーテル以外の他の非水溶媒の含有量としては、10モル%以下が好ましく、1モル%以下がより好ましいことがある。非水溶媒がグライム及びフッ素化エーテルのみから実質的に構成されていることで、副反応等を抑え、容量維持率をより高めることなどができる。 Examples of other non-aqueous solvents include cyclic carbonates, chain carbonates, esters, amides, sulfones, lactones, nitriles and the like. However, the content of the non-aqueous solvent other than the grime and the fluorinated ether in the total non-aqueous solvent is preferably 10 mol% or less, and more preferably 1 mol% or less. Since the non-aqueous solvent is substantially composed of only grime and fluorinated ether, side reactions and the like can be suppressed and the capacity retention rate can be further increased.

また、非水電解質における上記電解質塩及び非水溶媒以外の成分の含有量としては、5質量%以下が好ましく、1質量%以下がより好ましいこともある。他の成分の含有量を抑えることで、副反応等を抑え、容量維持率をより高めることなどができる。 The content of the components other than the electrolyte salt and the non-aqueous solvent in the non-aqueous electrolyte is preferably 5% by mass or less, and more preferably 1% by mass or less. By suppressing the content of other components, side reactions and the like can be suppressed, and the capacity retention rate can be further increased.

(非水電解質蓄電素子の製造方法)
当該蓄電素子の製造方法は、特に限定されず、公知の方法を組み合わせて行うことができる。当該製造方法は、例えば、正極及び負極を作製する工程、非水電解質を調製する工程、正極及び負極を、セパレータを介して積層又は巻回することにより交互に重畳された電極体を形成する工程、正極及び負極(電極体)を電池容器に収容する工程、並びに上記電池容器に上記非水電解質を注入する工程を備える。上記注入は、公知の方法により行うことができる。注入後、注入口を封止することにより非水電解質二次電池(非水電解質蓄電素子)を得ることができる。
(Manufacturing method of non-aqueous electrolyte power storage element)
The method for manufacturing the power storage element is not particularly limited, and known methods can be combined. The manufacturing method includes, for example, a step of producing a positive electrode and a negative electrode, a step of preparing a non-aqueous electrolyte, and a step of laminating or winding the positive electrode and the negative electrode via a separator to form an electrode body in which alternating electrodes are superimposed. , A step of accommodating the positive electrode and the negative electrode (electrode body) in the battery container, and a step of injecting the non-aqueous electrolyte into the battery container. The above injection can be performed by a known method. After injection, a non-aqueous electrolyte secondary battery (non-aqueous electrolyte power storage element) can be obtained by sealing the injection port.

<その他の実施形態>
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、上記態様の他、種々の変更、改良を施した態様で実施することができる。例えば、上記実施の形態においては、非水電解質蓄電素子が非水電解質二次電池であるリチウムイオン二次電池の形態を中心に説明したが、その他の非水電解質蓄電素子であってもよい。その他の非水電解質蓄電素子としては、キャパシタ(電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタ)等が挙げられる。
<Other Embodiments>
The present invention is not limited to the above embodiment, and can be implemented in various modifications and improvements in addition to the above embodiment. For example, in the above embodiment, the non-aqueous electrolyte storage element has been described mainly in the form of a lithium ion secondary battery in which the non-aqueous electrolyte secondary battery is a non-aqueous electrolyte secondary battery, but other non-aqueous electrolyte storage elements may be used. Examples of other non-aqueous electrolyte storage elements include capacitors (electric double layer capacitors, lithium ion capacitors) and the like.

図1に、本発明に係る非水電解質蓄電素子の一実施形態である矩形状の非水電解質二次電池1の概略図を示す。なお、同図は、電池容器内部を透視した図としている。図1に示す非水電解質二次電池1は、電極体2が電池容器3に収納されている。電極体2は、正極活物質を備える正極と、負極活物質を備える負極とが、セパレータを介して捲回されることにより形成されている。正極は、正極リード4’を介して正極端子4と電気的に接続され、負極は、負極リード5’を介して負極端子5と電気的に接続されている。 FIG. 1 shows a schematic view of a rectangular non-aqueous electrolyte secondary battery 1 which is an embodiment of the non-aqueous electrolyte power storage element according to the present invention. The figure is a perspective view of the inside of the battery container. In the non-aqueous electrolyte secondary battery 1 shown in FIG. 1, the electrode body 2 is housed in the battery container 3. The electrode body 2 is formed by winding a positive electrode having a positive electrode active material and a negative electrode having a negative electrode active material through a separator. The positive electrode is electrically connected to the positive electrode terminal 4 via the positive electrode lead 4', and the negative electrode is electrically connected to the negative electrode terminal 5 via the negative electrode lead 5'.

本発明に係る非水電解質蓄電素子の構成については特に限定されるものではなく、円筒型蓄電素子、角型蓄電素子(矩形状の蓄電素子)、扁平型蓄電素子等が一例として挙げられる。本発明は、上記の非水電解質蓄電素子を複数備える蓄電装置としても実現することができる。蓄電装置の一実施形態を図2に示す。図2において、蓄電装置30は、複数の蓄電ユニット20を備えている。それぞれの蓄電ユニット20は、複数の非水電解質二次電池1を備えている。上記蓄電装置30は、電気自動車(EV)、ハイブリッド自動車(HEV)、プラグインハイブリッド自動車(PHEV)等の自動車用電源として搭載することができる。 The configuration of the non-aqueous electrolyte power storage element according to the present invention is not particularly limited, and examples thereof include a cylindrical power storage element, a square power storage element (rectangular power storage element), and a flat power storage element. The present invention can also be realized as a power storage device including a plurality of the above-mentioned non-aqueous electrolyte power storage elements. An embodiment of the power storage device is shown in FIG. In FIG. 2, the power storage device 30 includes a plurality of power storage units 20. Each power storage unit 20 includes a plurality of non-aqueous electrolyte secondary batteries 1. The power storage device 30 can be mounted as a power source for automobiles such as electric vehicles (EV), hybrid electric vehicles (HEV), and plug-in hybrid vehicles (PHEV).

以下、実施例によって本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited to the following Examples.

[実施例1]
(非水電解質の調製)
リチウムイミド塩であるLiFSIとG4(テトラエチレングリコールジメチルエーテル)とを1:1のモル比で混合し、混合溶液を得た。上記混合溶液及び1,1,2,2−テトラフルオロエチル−2,2,3,3−テトラフルオロプロピルエーテル(HFE)を混合し、非水電解質1を得た。なお、上記混合溶液とHFEとの混合の際、得られる非水電解質1におけるLiFSIとG4とHFEとのモル比が、1:1:2となるように混合した。
[Example 1]
(Preparation of non-aqueous electrolyte)
LiFSI, which is a lithium imide salt, and G4 (tetraethylene glycol dimethyl ether) were mixed at a molar ratio of 1: 1 to obtain a mixed solution. The above mixed solution and 1,1,2,2-tetrafluoroethyl-2,2,3,3-tetrafluoropropyl ether (HFE) were mixed to obtain a non-aqueous electrolyte 1. When the mixed solution was mixed with HFE, the mixture was mixed so that the molar ratio of LiFSI, G4, and HFE in the obtained non-aqueous electrolyte 1 was 1: 1: 2.

(評価セル(非水電解質蓄電素子)の作製)
ケイ素と導電剤とポリアクリル酸バインダーとを70:10:20の質量比で含み、溶媒としてN−メチルピロリドン(NMP)を用いた負極合材スラリーを調製した。この負極合材スラリーを、円盤形状(直径14mm)のニッケル製メッシュ状基材に塗布し、作用極(負極)を作製した。一方、円盤形状(直径16mm、厚さ300μm)の金属リチウムを対極(正極)とした。セパレータとして、直径26mmのポリエチレン製微多孔膜を用いた。得られた作用極、対極、セパレータ及び非水電解質1を用いて、非水電解質蓄電素子としてのコイン型セルを作製した。これを、実施例1の評価セルとする。
(Manufacturing of evaluation cell (non-aqueous electrolyte power storage element))
A negative electrode mixture slurry containing silicon, a conductive agent, and a polyacrylic acid binder in a mass ratio of 70:10:20 and using N-methylpyrrolidone (NMP) as a solvent was prepared. This negative electrode mixture slurry was applied to a disk-shaped (14 mm in diameter) nickel mesh-like base material to prepare a working electrode (negative electrode). On the other hand, a disk-shaped (diameter 16 mm, thickness 300 μm) metallic lithium was used as the counter electrode (positive electrode). As a separator, a polyethylene microporous membrane having a diameter of 26 mm was used. Using the obtained working electrode, counter electrode, separator and non-aqueous electrolyte 1, a coin-shaped cell as a non-aqueous electrolyte power storage element was produced. This will be the evaluation cell of Example 1.

[実施例2]
(非水電解質の調製)
リチウムイミド塩であるLiFSIとG4(テトラエチレングリコールジメチルエーテル)とを1:1のモル比で混合し、混合溶液1を得た。一方、硝酸リチウム(LiNO)とG4とを1:1のモル比で混合し、混合溶液2を得た。上記混合溶液1、混合溶液2及びHFEを混合し、非水電解質2を得た。なお、上記混合溶液1、混合溶液2及びHFEの混合の際、得られる非水電解質2におけるLiFSIとLiNOとG4とHFEとのモル比が1:0.05:1.05:2となるように混合した。
[Example 2]
(Preparation of non-aqueous electrolyte)
LiFSI, which is a lithium imide salt, and G4 (tetraethylene glycol dimethyl ether) were mixed at a molar ratio of 1: 1 to obtain a mixed solution 1. On the other hand, lithium nitrate (LiNO 3 ) and G4 were mixed at a molar ratio of 1: 1 to obtain a mixed solution 2. The above mixed solution 1, mixed solution 2 and HFE were mixed to obtain a non-aqueous electrolyte 2. Incidentally, the mixed solution 1, upon mixing the mixture solution 2 and HFE, the molar ratio of LiFSI and LiNO 3 in the non-aqueous electrolyte 2 obtained and G4 and the HFE is 1: 0.05: 1.05: the 2 Mixed as such.

(評価セル(非水電解質蓄電素子)の作製)
上記非水電解質1の代わりに上記非水電解質2を用いたこと以外は実施例1と同様にして、非水電解質蓄電素子としての評価セルを作製した。
(Manufacturing of evaluation cell (non-aqueous electrolyte power storage element))
An evaluation cell as a non-aqueous electrolyte power storage element was produced in the same manner as in Example 1 except that the non-aqueous electrolyte 2 was used instead of the non-aqueous electrolyte 1.

[実施例3〜5]
用いたリチウムイミド塩の種類、及びリチウムイミド塩とLiNOとG4とHFEとのモル比を表1に記載の通りとしたこと以外は、実施例2と同様にして、非水電解質蓄電素子としての評価セルを作製した。
[Examples 3 to 5]
As a non-aqueous electrolyte power storage element, as in Example 2, except that the type of lithium imide salt used and the molar ratio of the lithium imide salt to LiNO 3, G4 and HFE were as shown in Table 1. The evaluation cell of was prepared.

[比較例1]
1,2−ジメトキシエタン(DME)に1Mの濃度でLiFSIを溶解させた非水電解質を用いたこと以外は実施例1と同様にして、非水電解質蓄電素子としての評価セルを作製した。
[Comparative Example 1]
An evaluation cell as a non-aqueous electrolyte power storage device was prepared in the same manner as in Example 1 except that a non-aqueous electrolyte in which LiFSI was dissolved in 1,2-dimethoxyethane (DME) at a concentration of 1 M was used.

[比較例2]
1,2−ジメトキシエタン(DME)に5Mの濃度でLiFSIを溶解させた非水電解質を用いたこと以外は実施例1と同様にして、非水電解質蓄電素子としての評価セルを作製した。
[Comparative Example 2]
An evaluation cell as a non-aqueous electrolyte power storage device was prepared in the same manner as in Example 1 except that a non-aqueous electrolyte in which LiFSI was dissolved in 1,2-dimethoxyethane (DME) at a concentration of 5 M was used.

[比較例3]
EC(エチレンカーボネート)とEMC(エチルメチルカーボネート)とDMC(ジメチルカーボネート)との混合溶媒に1Mの濃度でLiPFを溶解させた非水電解質を用いたこと以外は実施例1と同様にして、非水電解質蓄電素子としての評価セルを作製した。
[Comparative Example 3]
In the same manner as in Example 1 except that a non-aqueous electrolyte in which LiPF 6 was dissolved at a concentration of 1 M in a mixed solvent of EC (ethylene carbonate), EMC (ethyl methyl carbonate) and DMC (dimethyl carbonate) was used. An evaluation cell as a non-aqueous electrolyte power storage element was prepared.

[評価]
得られた評価セルについて、25℃に設定した恒温槽内で充放電試験を行った。充電は定電流定電圧(CCCV)充電とし、充電終止電位は0.02V(vs.Li/Li)とした。充電終止条件は、総充電時間が20時間となるか、充電電流が0.02Cとなるまでとした。放電は定電流(CC)放電とし、放電終止電位は1.2V(vs.Li/Li)とした。充電及び放電の定電流値は、ケイ素の理論容量である4200mAh/gを1Cとして、0.1Cで行った。各サイクルにおいて、充電後及び放電後に10分間の休止時間を設定した。このサイクルを10サイクル実施した。なお、負極活物質にリチウムイオン等が吸蔵される還元反応を「充電」、負極活物質からリチウムイオン等が放出される酸化反応を「放電」とする。
[Evaluation]
The obtained evaluation cell was subjected to a charge / discharge test in a constant temperature bath set at 25 ° C. Charging was constant current constant voltage (CCCV) charging, and the final charging potential was 0.02 V (vs. Li / Li + ). The charging termination condition was set until the total charging time was 20 hours or the charging current was 0.02C. The discharge was a constant current (CC) discharge, and the discharge end potential was 1.2 V (vs. Li / Li +). The constant current values for charging and discharging were 0.1 C, with 4200 mAh / g, which is the theoretical capacity of silicon, as 1 C. In each cycle, a rest period of 10 minutes was set after charging and discharging. This cycle was carried out for 10 cycles. The reduction reaction in which lithium ions or the like are occluded in the negative electrode active material is referred to as “charging”, and the oxidation reaction in which lithium ions or the like are released from the negative electrode active material is referred to as “discharge”.

各評価セルについて、10サイクル目の容量維持率、10サイクル目のクーロン効率、副反応に由来する累積不可逆容量、及びケイ素の孤立化に由来する累積不可逆容量を算出した。10サイクル目の容量維持率は、10サイクル目の放電容量を1サイクル目の放電容量で除することにより求めた。10サイクル目のクーロン効率は、10サイクル目の放電容量を10サイクル目の充電電気量で除することにより求めた。副反応に由来する累積不可逆容量及びケイ素の孤立化に由来する累積不可逆容量は、以下の方法により求めた。これらの値を表1に示す。 For each evaluation cell, the capacity retention rate at the 10th cycle, the Coulomb efficiency at the 10th cycle, the cumulative irreversible capacity derived from the side reaction, and the cumulative irreversible capacity derived from the isolation of silicon were calculated. The capacity retention rate at the 10th cycle was determined by dividing the discharge capacity at the 10th cycle by the discharge capacity at the 1st cycle. The Coulomb efficiency at the 10th cycle was determined by dividing the discharge capacity at the 10th cycle by the amount of electricity charged at the 10th cycle. The cumulative irreversible volume derived from the side reaction and the cumulative irreversible volume derived from the isolation of silicon were determined by the following methods. These values are shown in Table 1.

2サイクル目の充電時における副反応に由来する不可逆容量は、2サイクル目の充電電気量から1サイクル目の放電容量を減ずることによって得られる。このようにして求めたnサイクル目(n≧2)の副反応に由来する不可逆容量を累積した値を、副反応に由来する累積不可逆容量として算出した。ケイ素の充放電反応における不可逆容量は、副反応に由来する不可逆容量と、ケイ素の孤立化に由来する不可逆容量の和であると仮定すると、nサイクル目の放電時に生じるケイ素の孤立化に由来する不可逆容量は、nサイクル目の不可逆容量から、nサイクル目の副反応に由来する不可逆容量を減じたものである。したがって、10サイクル目までの不可逆容量の累積値から、副反応に由来する累積不可逆容量を減ずることによって、ケイ素の孤立化に由来する累積不可逆容量を算出した。 The irreversible capacity derived from the side reaction during charging in the second cycle is obtained by subtracting the discharge capacity in the first cycle from the amount of electricity charged in the second cycle. The accumulated value of the irreversible volume derived from the side reaction at the nth cycle (n ≧ 2) thus obtained was calculated as the cumulative irreversible volume derived from the side reaction. Assuming that the irreversible capacity in the charge / discharge reaction of silicon is the sum of the irreversible capacity derived from the side reaction and the irreversible capacity derived from the isolation of silicon, it is derived from the isolation of silicon generated during the discharge of the nth cycle. The irreversible volume is obtained by subtracting the irreversible volume derived from the side reaction at the nth cycle from the irreversible volume at the nth cycle. Therefore, the cumulative irreversible volume derived from the isolation of silicon was calculated by reducing the cumulative irreversible volume derived from the side reaction from the cumulative value of the irreversible volume up to the 10th cycle.

Figure 0006848330
Figure 0006848330

表1に示されるように、実施例1〜5は、比較例1〜3に比べて高い容量維持率を有することが分かる。また、リチウムイミド塩としてLiFSIを用いることで10サイクル目のクーロン効率も高まり、累積不可逆容量が低減していることが分かる。さらに、硝酸リチウムを含有させることで、不可逆容量、特に副反応に由来する不可逆容量がより低減することが分かる。 As shown in Table 1, it can be seen that Examples 1 to 5 have a higher capacity retention rate than Comparative Examples 1 to 3. It can also be seen that by using LiFSI as the lithium imide salt, the Coulomb efficiency at the 10th cycle is increased and the cumulative irreversible capacity is reduced. Furthermore, it can be seen that the irreversible volume, particularly the irreversible volume derived from the side reaction, is further reduced by containing lithium nitrate.

[実施例6]
クエン酸マグネシウムを900℃、アルゴン雰囲気下で1時間炭化処理したのち、1mol/lの硫酸水溶液中に浸漬することによって、酸化マグネシウム(MgO)を抽出した。残留物を、洗浄及び乾燥して、多孔性カーボンを得た。この多孔性カーボンと硫黄とを質量比30:70で混合した。この混合物を、アルゴン雰囲気下で密閉容器に封入し、昇温速度5℃/分で150℃まで昇温し、5時間保持した後、80℃まで放冷した。その後、再び昇温速度5℃/分で300℃まで昇温し、2時間保持する熱処理を行い、カーボン−硫黄複合体(以下、「SPC複合体」ともいう)を得た。
正極活物質としてSPC複合体、導電剤としてアセチレンブラック、及びバインダーとしてポリフッ化ビニリデン(PVDF)を質量比85:5:10で含み、溶媒としてN−メチルピロリドン(NMP)を用いた正極合材スラリーを作製した。得られた正極合材スラリーを円盤形状(直径12mm)のニッケル製メッシュ状基材に塗布し、正極を作製した。
実施例1のコイン型セルを、0.1Cの充電電気量で0.02V(vs.Li/Li)まで充電することにより、ケイ素を含む負極のプリチャージを行った。充電後に、露点−80℃のアルゴンボックス中で、コイン型セルを解体し、充電状態の負極を取り出した。
上記正極及び上記負極を用いたこと以外は実施例1と同様にして、Si−S二次電池である実施例6の評価セルを作製した。
[Example 6]
Magnesium oxide (MgO) was extracted by carbonizing magnesium citrate at 900 ° C. in an argon atmosphere for 1 hour and then immersing it in a 1 mol / l sulfuric acid aqueous solution. The residue was washed and dried to give porous carbon. The porous carbon and sulfur were mixed at a mass ratio of 30:70. This mixture was sealed in a closed container under an argon atmosphere, heated to 150 ° C. at a heating rate of 5 ° C./min, held for 5 hours, and then allowed to cool to 80 ° C. Then, the temperature was raised again to 300 ° C. at a heating rate of 5 ° C./min and heat treatment was performed to hold the temperature for 2 hours to obtain a carbon-sulfur composite (hereinafter, also referred to as “SPC composite”).
A positive electrode mixture slurry containing SPC composite as a positive electrode active material, acetylene black as a conductive agent, and polyvinylidene fluoride (PVDF) as a binder at a mass ratio of 85: 5:10, and N-methylpyrrolidone (NMP) as a solvent. Was produced. The obtained positive electrode mixture slurry was applied to a disk-shaped (diameter 12 mm) nickel mesh base material to prepare a positive electrode.
The coin-shaped cell of Example 1 was charged to 0.02 V (vs. Li / Li + ) with a charge electricity amount of 0.1 C to precharge the negative electrode containing silicon. After charging, the coin-shaped cell was disassembled in an argon box having a dew point of −80 ° C., and the negative electrode in a charged state was taken out.
An evaluation cell of Example 6 which is a Si—S secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the positive electrode and the negative electrode were used.

[実施例7]
LiFSIの代わりにLiTFSIを含む非水電解質を用いたこと以外は実施例6と同様にして、Si−S二次電池を作製した。
[Example 7]
A Si—S secondary battery was produced in the same manner as in Example 6 except that a non-aqueous electrolyte containing LiTFSI was used instead of LiFSI.

[評価]
得られた実施例6、7のSi−S二次電池(評価セル)を用い、上述した方法に準じて20サイクルの充放電試験を行った。図3(a)に実施例6及び実施例7の評価セルにおける容量維持率の推移を示す。図3(b)に実施例6及び実施例7の評価セルにおけるクーロン効率の推移を示す。なお、図3(a)の各容量維持率は、nサイクル目の放電容量を1サイクル目の容量で除することにより求めた値である。
[Evaluation]
Using the obtained Si—S secondary batteries (evaluation cells) of Examples 6 and 7, a 20-cycle charge / discharge test was performed according to the method described above. FIG. 3A shows the transition of the capacity retention rate in the evaluation cells of Examples 6 and 7. FIG. 3B shows the transition of the Coulomb efficiency in the evaluation cells of Examples 6 and 7. Each capacity retention rate in FIG. 3A is a value obtained by dividing the discharge capacity in the nth cycle by the capacity in the first cycle.

図3(a)と図3(b)とから分かるように、LiFSIを用いた実施例6のSi−S二次電池は、LiTFSIを用いた実施例7のSi−S二次電池と比べて高い容量維持率を有する。これは、LiFSIによって、Si負極の不可逆容量が低減されることに加え、S正極の可逆性を向上させているためと推測される。 As can be seen from FIGS. 3 (a) and 3 (b), the Si—S secondary battery of Example 6 using LiFSI is compared with the Si—S secondary battery of Example 7 using LiTFSI. Has a high capacity retention rate. It is presumed that this is because LiFSI reduces the irreversible capacitance of the Si negative electrode and improves the reversibility of the S positive electrode.

本発明は、パーソナルコンピュータ、通信端末等の電子機器、自動車等の電源として使用される非水電解質蓄電素子に適用できる。 The present invention can be applied to a non-aqueous electrolyte power storage element used as a power source for personal computers, electronic devices such as communication terminals, automobiles and the like.

1 非水電解質二次電池
2 電極体
3 電池容器
4 正極端子
4’ 正極リード
5 負極端子
5’ 負極リード
20 蓄電ユニット
30 蓄電装置
1 Non-aqueous electrolyte secondary battery 2 Electrode body 3 Battery container 4 Positive terminal 4'Positive lead 5 Negative terminal 5'Negative lead 20 Power storage unit 30 Power storage device

Claims (5)

ケイ素を含む負極及び非水電解質を備え、
上記非水電解質が、
リチウムビス(フルオロスルホニルイミド)及びリチウムビス(トリフルオロメタンスルホニルイミド)の少なくとも一方を含むリチウムイミド塩を含むリチウム塩と、
下記式(1)で表されるグライム及びフッ素化エーテルを含む非水溶媒
を含有し、
上記リチウム塩が硝酸リチウムをさらに含み、
上記非水溶媒における上記グライム及び上記フッ素化エーテル以外の他の非水溶媒の含有量が1モル%以下である非水電解質蓄電素子。
−(OCHCH−OR ・・・(1)
(式(1)中、R及びRは、それぞれ独立して、炭素数1〜3のアルキル基である。xは、3又は4である。)
Equipped with a negative electrode containing silicon and a non-aqueous electrolyte,
The above non-aqueous electrolyte
A lithium salt containing a lithium imide salt containing at least one of lithium bis (fluorosulfonylimide) and lithium bis (trifluoromethanesulfonylimide), and
It contains a non-aqueous solvent containing grime and fluorinated ether represented by the following formula (1) .
The lithium salt further contains lithium nitrate,
The glymes and the content of other non-aqueous solvent other than the fluorinated ether is 1 mol% or less der Ru nonaqueous electricity storage device in the non-aqueous solvent.
R 1 − (OCH 2 CH 2 ) x − OR 2 ··· (1)
(In the formula (1), R 1 and R 2 are independently alkyl groups having 1 to 3 carbon atoms. X is 3 or 4.)
上記リチウムイミド塩に対する硝酸リチウムのモル比が、0.01以上0.15以下である請求項の非水電解質蓄電素子。 The molar ratio of lithium nitrate with respect to the lithium imide salt, nonaqueous electricity storage device according to claim 1 is 0.01 to 0.15. 上記リチウムイミド塩が、リチウムビス(フルオロスルホニルイミド)である請求項1又は請求項2の非水電解質蓄電素子。 The non-aqueous electrolyte storage element according to claim 1 or 2 , wherein the lithium imide salt is lithium bis (fluorosulfonylimide). 上記グライムに対する上記リチウム塩のモル比が1以上である請求項1から請求項のいずれか1項の非水電解質蓄電素子。 The non-aqueous electrolyte power storage element according to any one of claims 1 to 3 , wherein the molar ratio of the lithium salt to the grime is 1 or more. 硫黄を含む正極をさらに備える請求項1から請求項のいずれか1項の非水電解質蓄電素子。 The non-aqueous electrolyte power storage element according to any one of claims 1 to 4, further comprising a positive electrode containing sulfur.
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