JP6967473B2 - Non-aqueous electrolyte storage element - Google Patents

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Description

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

近年、携帯機器の小型化、高性能化に伴い、高いエネルギー密度を持つ非水電解液蓄電素子の特性が向上し、普及している。より大容量で安全性に優れた非水電解液蓄電素子の開発も進められ、電気自動車等への搭載も始まっている。 In recent years, with the miniaturization and high performance of mobile devices, the characteristics of non-aqueous electrolyte storage elements having high energy density have improved and become widespread. Development of a non-aqueous electrolyte storage element with a larger capacity and excellent safety is also underway, and installation in electric vehicles and the like has begun.

このような状況下、エネルギー密度が高く、高速充放電に適した蓄電素子として、いわゆるデュアルインターカレーションタイプの非水電解液蓄電素子の実用化が期待されている。前記デュアルインターカレーションタイプの蓄電素子は、正極に炭素質材料を用いているため、高電圧下においても、正極から元素等の溶出なく、安定に動作させることが可能であるが、充放電サイクルに伴って、多量のガスが発生するという問題がある。これは、電極と電解液界面において、電解液の分解が起こるためと考えられる。 Under such circumstances, it is expected that a so-called dual intercalation type non-aqueous electrolyte storage element will be put into practical use as a storage element having a high energy density and suitable for high-speed charging / discharging. Since the dual intercalation type power storage element uses a carbonaceous material for the positive electrode, it can be operated stably without elution of elements from the positive electrode even under high voltage, but it is a charge / discharge cycle. As a result, there is a problem that a large amount of gas is generated. It is considered that this is because the electrolytic solution is decomposed at the interface between the electrode and the electrolytic solution.

このような電解液の分解を抑制するため、高電圧領域において高い酸化性をもつ電解液の開発が検討されている。 In order to suppress such decomposition of the electrolytic solution, the development of an electrolytic solution having high oxidizing property in a high voltage region is being studied.

例えば、電解液の耐酸化性能を向上させるために、リチウム二次電池系において、電解液にマロン酸ジメチルを用いる二次電池が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
また、電池容量を向上させるために、正極にリチウムコバルト酸化物を用いたリチウム二次電池の電解液中にジニトリル化合物、S=O基含有化合物を添加し、上限電圧4.2Vで動作させるリチウム二次電池用非水電解液が提案されている(例えば、特許文献2参照)。
更に、電池容量及びサイクル特性の向上のために、正極にリチウムコバルト酸化物を用いたリチウム二次電池の電解液中に、環状スルホン酸エステル、ジスルホン酸エステル、ニトリル化合物の少なくとも1種以上を含み、更にフッ素化エチレンカーボネートを添加した電池系において、上限電圧4.35Vで動作させる高電圧二次電池に使用される非水系電解液が提案されている(例えば、特許文献3参照)。
For example, in order to improve the oxidation resistance performance of the electrolytic solution, a secondary battery using dimethyl malonate as the electrolytic solution has been proposed in a lithium secondary battery system (see, for example, Patent Document 1).
Further, in order to improve the battery capacity, a dinitrile compound and an S = O group-containing compound are added to the electrolytic solution of a lithium secondary battery using a lithium cobalt oxide for the positive electrode, and lithium is operated at an upper limit voltage of 4.2 V. A non-aqueous electrolyte solution for a secondary battery has been proposed (see, for example, Patent Document 2).
Further, in order to improve the battery capacity and cycle characteristics, at least one of a cyclic sulfonic acid ester, a disulfonic acid ester, and a nitrile compound is contained in the electrolytic solution of a lithium secondary battery using a lithium cobalt oxide for the positive electrode. Further, in a battery system to which fluorinated ethylene carbonate is added, a non-aqueous electrolyte solution used for a high-voltage secondary battery operated at an upper limit voltage of 4.35 V has been proposed (see, for example, Patent Document 3).

より高い電圧で動作させることができるようになると、エネルギー密度が向上するだけでなく、大型機械などへの適用時のような大電圧が求められる際でも直列接続数を減らすことができるなど多くの利点がある。更に、自動車用途への適用を考えると、エネルギー密度の向上だけでなく、入出力特性の向上も必要となる。入出力特性を向上させるために、電極を薄膜化することで素子抵抗を低減させた二次電池が提案されている(例えば、特許文献4参照)。 Being able to operate at a higher voltage not only improves the energy density, but also reduces the number of series connections even when a large voltage is required, such as when applied to large machines. There are advantages. Further, considering the application to automobile applications, it is necessary not only to improve the energy density but also to improve the input / output characteristics. In order to improve the input / output characteristics, a secondary battery in which the element resistance is reduced by thinning the electrodes has been proposed (see, for example, Patent Document 4).

本発明は、蓄電素子特性を低下させることなく、ガス発生を抑制できると共に、エネルギー密度を低下させることなく、入出力特性を向上可能な非水電解液蓄電素子を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a non-aqueous electrolyte storage element capable of suppressing gas generation without deteriorating the characteristics of the power storage element and improving input / output characteristics without deteriorating the energy density.

前記課題を解決するための手段としての本発明の非水電解液蓄電素子は、アニオンを挿入乃至脱離可能な正極活物質を含む正極と、負極活物質を含む負極と、非水電解液と、前記正極と前記負極との間に配置され、前記非水電解液を保持するセパレータと、を有し、前記非水電解液が、ジニトリル化合物を含有し、前記ジニトリル化合物の含有量が、前記非水電解液に対して、33質量%以下である。 The non-aqueous electrolyte storage element of the present invention as a means for solving the above-mentioned problems includes a positive electrode containing a positive electrode active material into which an anion can be inserted and removed, a negative electrode containing a negative electrode active material, and a non-aqueous electrolytic solution. The non-aqueous electrolytic solution contains a dinitrile compound, and the content of the dinitrile compound is the above. It is 33% by mass or less with respect to the non-aqueous electrolytic solution.

本発明によると、蓄電素子特性を低下させることなく、ガス発生を抑制できると共に、エネルギー密度を低下させることなく、入出力特性を向上可能な非水電解液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 capable of suppressing gas generation without deteriorating the characteristics of the power storage element and improving input / output characteristics without deteriorating the energy density.

図1は、本発明の非水電解液蓄電素子の一例を示す概略断面図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of the non-aqueous electrolyte storage device of the present invention. 図2は、非水電解液蓄電素子における三次元網目構造の基本構成の一例を示す模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of a basic configuration of a three-dimensional network structure in a non-aqueous electrolyte storage element. 図3は、実施例1及び比較例1の非水電解液蓄電素子のサイクリックボルタンメトリー測定結果を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing cyclic voltammetry measurement results of the non-aqueous electrolyte storage element of Example 1 and Comparative Example 1.

(非水電解液蓄電素子)
本発明の非水電解液蓄電素子は、アニオンを挿入乃至脱離可能な正極活物質を含む正極と、負極活物質を含む負極と、非水電解液と、前記正極と前記負極との間に配置され、前記非水電解液を保持するセパレータと、を有し、前記非水電解液が、ジニトリル化合物を含有し、前記ジニトリル化合物の含有量が、前記非水電解液に対して、33質量%以下であり、更に必要に応じてその他の部材を有する。
(Non-water electrolyte storage element)
The non-aqueous electrolytic solution power storage element of the present invention has a positive electrode containing a positive electrode active material capable of inserting or removing anions, a negative electrode containing a negative electrode active material, a non-aqueous electrolytic solution, and between the positive electrode and the negative electrode. It has a separator which is arranged and holds the non-aqueous electrolytic solution, the non-aqueous electrolytic solution contains a dinitrile compound, and the content of the dinitrile compound is 33 mass with respect to the non-aqueous electrolytic solution. % Or less, and further have other members as needed.

本発明の非水電解液蓄電素子は、従来の技術では、リチウムコバルト酸化物を代表とする、従来のリチウム二次電池用正極活物質を用いており、前記リチウム二次電池用正極活物質を用いて作製した系にジニトリル化合物を添加すると、充放電初期段階から容量が低下し、サイクル特性が著しく低下するという問題があるという知見に基づくものである。これは、正極活物質中の遷移金属とジニトリル化合物が反応しているためと考えられる。このため、従来の技術では、安全性や長期サイクル性において、未だ満足しうるものではないという知見に基づくものである。 In the conventional technique, the non-aqueous electrolyte storage element of the present invention uses a conventional positive electrode active material for a lithium secondary battery represented by a lithium cobalt oxide, and the positive electrode active material for a lithium secondary battery is used. It is based on the finding that when a dinitrile compound is added to the system prepared by using it, there is a problem that the capacity is lowered from the initial stage of charge / discharge and the cycle characteristics are remarkably lowered. It is considered that this is because the transition metal in the positive electrode active material and the dinitrile compound are reacting with each other. Therefore, it is based on the finding that the conventional technique is not yet satisfactory in terms of safety and long-term cycleability.

本発明者らが、前記課題を解決するため鋭意検討を重ねた結果、デュアルインターカレーションタイプの非水電解液蓄電素子において、耐高電圧性を有する電解液を用いることで、高電圧領域での使用においても、遷移金属溶出による電池特性の低下や、電解液分解によるガス発生を起こすことなく、安全性の高い蓄電素子を提供することができることを知見した。 As a result of diligent studies to solve the above problems, the present inventors have used an electrolytic solution having high voltage resistance in a dual intercalation type non-aqueous electrolytic solution power storage element in a high voltage region. It was found that it is possible to provide a highly safe power storage element without deteriorating the battery characteristics due to the elution of the transition metal and generating gas due to the decomposition of the electrolytic solution.

以下、本発明の非水電解液蓄電素子の構成部材毎に詳細に説明する。 Hereinafter, each component of the non-aqueous electrolyte storage element of the present invention will be described in detail.

<正極>
前記正極は、正極蓄電物質(正極活物質等)を含んでいれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、正極集電体上に正極活物質を有する正極材を備えた正極などが挙げられる。
前記正極の形状としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、平板状などが挙げられる。
<Positive electrode>
The positive electrode is not particularly limited as long as it contains a positive electrode storage material (positive electrode active material, etc.) and can be appropriately selected depending on the intended purpose. For example, a positive electrode material having a positive electrode active material on a positive electrode current collector can be selected. Examples include the provided positive electrode.
The shape of the positive electrode is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. Examples thereof include a flat plate shape.

−正極材−
前記正極材としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、正極活物質を少なくとも含み、更に必要に応じて導電助剤、バインダ、増粘剤などを含む。
-Positive material-
The positive electrode material is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. For example, it contains at least a positive electrode active material, and further contains a conductive auxiliary agent, a binder, a thickener and the like, if necessary.

−−正極活物質−−
正極活物質としては、アニオンを挿入乃至脱離可能な物質であれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、炭素材料などが挙げられる。
--Positive electrode active material ---
The positive electrode active material is not particularly limited as long as it is a substance capable of inserting or removing anions, and can be appropriately selected depending on the intended purpose. Examples thereof include carbon materials.

−−−炭素材料−−−
前記炭素材料としては、例えば、コークス、人造黒鉛、天然黒鉛等の黒鉛(グラファイト)、様々な熱分解条件での有機物の熱分解物などが挙げられる。これらの中でも、アニオンを挿入乃至脱離する際の電極断面の膨張又は収縮が抑制できる三次元網目構造の連通した細孔(メソ孔)を有する多孔質炭素を用いることが好ましい。
前記多孔質炭素が、三次元網目構造である場合、イオンが円滑に移動でき、且つ表面積が拡大するので、高速充放電特性を向上させることができる。
--- Carbon material ---
Examples of the carbon material include graphite (graphite) such as coke, artificial graphite, and natural graphite, and pyrolyzed products of organic substances under various pyrolysis conditions. Among these, it is preferable to use porous carbon having communicating pores (mesopores) having a three-dimensional network structure capable of suppressing expansion or contraction of the electrode cross section when anion is inserted or removed.
When the porous carbon has a three-dimensional network structure, ions can move smoothly and the surface area is expanded, so that high-speed charge / discharge characteristics can be improved.

前記三次元網目構造の連通したメソ孔を有する正極活物質は、メソ孔(空洞部)と炭素材料部とが接する面の両側に亘り正負の電解質イオンが対をなして存在することにより電荷二重層が形成されるキャパシタである。このため、対をなして存在する電解質イオンの移動の方が、極活物質と順次化学反応した後、発生した電解質イオンが次に移動するよりも速いこと、電力供給能は、空洞部の容積の大きさもさることながら、正負の電解質イオン対を存在させるメソ孔の表面積の大きさに依存することが理解される。
前記メソ孔は、三次元網目構造を成すことが好ましい。前記メソ孔が三次元網目構造を成していれば、イオンが円滑に移動する。
前記メソ孔としては、開気孔であることが好ましい。
前記開気孔としては、気孔部分が連続するような構成となっていることが好ましい。前記構成であれば、イオンが円滑に移動する。
The positive electrode active material having the mesopores of the three-dimensional network structure is charged by the presence of a pair of positive and negative electrolyte ions on both sides of the surface where the mesopores (cavities) and the carbon material portion are in contact with each other. It is a capacitor in which multiple layers are formed. Therefore, the movement of the electrolyte ions existing in pairs is faster than the movement of the generated electrolyte ions after the sequential chemical reaction with the polar active material, and the power supply capacity is the volume of the cavity. It is understood that it depends on the surface area of the mesopores in which positive and negative electrolyte ion pairs are present, as well as the size of.
The mesopores preferably form a three-dimensional network structure. If the mesopores have a three-dimensional network structure, ions move smoothly.
The mesopores are preferably open pores.
It is preferable that the open pores have a structure in which the pore portions are continuous. With the above configuration, the ions move smoothly.

前記炭素材料のBET比表面積としては、50m/g以上が好ましく、50m/g以上2,000m/g以下がより好ましく、800m/g以上1,800m/g以下が更に好ましい。
前記BET比表面積が、50m/g以上であると、気孔が十分な量形成され、イオンの挿入が十分に行われるため、高容量化することができる。また、前記BET比表面積が、2,000m/g以下であると、メソ孔が十分に形成され、イオンの挿入を阻害することがないため、高容量化することができる。
前記BET比表面積は、例えば、自動比表面積/細孔分布測定装置(TriStarII3020、株式会社島津製作所製)による吸着等温線の測定結果から、BET(Brunauer、Emmett、Teller)法を用いて求めることができる。
The BET specific surface area of the carbon material, preferably at least 50 m 2 / g, more preferably 50 m 2 / g or more 2,000 m 2 / g or less, more preferably 800 m 2 / g or more 1,800 m 2 / g or less.
When the BET specific surface area is 50 m 2 / g or more, a sufficient amount of pores are formed and ions are sufficiently inserted, so that the capacity can be increased. Further, when the BET specific surface area is 2,000 m 2 / g or less, mesopores are sufficiently formed and the insertion of ions is not hindered, so that the capacity can be increased.
The BET specific surface area can be obtained, for example, by using the BET (Brunauer, Emmett, Teller) method from the measurement results of the adsorption isotherm by an automatic specific surface area / pore distribution measuring device (TriStarII3020, manufactured by Shimadzu Corporation). can.

前記炭素材料の細孔容積としては、0.2mL/g以上2.3mL/g以下が好ましい。前記細孔容積が0.2mL/g以上であると、メソ孔が独立した細孔になることが稀になり、アニオンの移動が阻害されることもなく大きい放電容量を得ることができる。一方、前記炭素材料の細孔容積が2.3mL/g以下であれば、炭素構造が嵩高くならずに電極としてエネルギー密度が高められ、単位体積当たりの放電容量を増大させることができる。また、前記細孔を形成している炭素質壁が薄くならずに、アニオンの吸蔵及び放出を繰り返しても炭素質壁の形状が保つことができ、充放電特性が向上する点で有利である。
前記炭素材料の細孔容積は、例えば、自動比表面積/細孔分布測定装置(TriStarII3020、株式会社島津製作所製)による吸着等温線の測定結果から、BJH(Barrett、Joyner、Hallender)法を用いて求めることができる。
The pore volume of the carbon material is preferably 0.2 mL / g or more and 2.3 mL / g or less. When the pore volume is 0.2 mL / g or more, the mesopores rarely become independent pores, and a large discharge capacity can be obtained without inhibiting the movement of anions. On the other hand, when the pore volume of the carbon material is 2.3 mL / g or less, the carbon structure is not bulky, the energy density is increased as an electrode, and the discharge capacity per unit volume can be increased. Further, the carbonaceous wall forming the pores is not thinned, and the shape of the carbonaceous wall can be maintained even if the anion is repeatedly occluded and released, which is advantageous in that the charge / discharge characteristics are improved. ..
The pore volume of the carbon material is determined by using the BJH (Barrett, Joiner, Hallender) method from the measurement results of the adsorption isotherm by, for example, an automatic specific surface area / pore distribution measuring device (TriStarII3020, manufactured by Shimadzu Corporation). Can be asked.

前記炭素材料としては、適宜製造したものを使用してもよいし、市販品を使用してもよい。前記市販品としては、例えば、クノーベル(登録商標)(東洋炭素株式会社製)などが挙げられる。 As the carbon material, an appropriately manufactured one may be used, or a commercially available product may be used. Examples of the commercially available product include Knobel (registered trademark) (manufactured by Toyo Tanso Co., Ltd.).

−−バインダ及び増粘剤−−
前記バインダ及び増粘剤としては、電極製造時に使用する溶媒や電解液、印加される電位に対して安定な材料であれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等のフッ素系バインダ、エチレン−プロピレン−ブタジエンゴム(EPBR)、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)、イソプレンゴム、アクリレート系ラテックス、カルボキシメチルセルロース(CMC)、メチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、エチルセルロース、ポリアクリル酸、ポリビニルアルコール、アルギン酸、酸化スターチ、リン酸スターチ、カゼインなどが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等のフッ素系バインダ、アクリレート系ラテックス、カルボキシメチルセルロース(CMC)が好ましい。
--Binder and thickener ---
The binder and the thickener are not particularly limited as long as they are a solvent and an electrolytic solution used at the time of manufacturing the electrode and a material stable to the applied potential, and can be appropriately selected depending on the intended purpose, for example. Fluorine-based binders such as polyvinylidene fluoride (PVDF) and polytetrafluoroethylene (PTFE), ethylene-propylene-butadiene rubber (EPBR), styrene-butadiene rubber (SBR), isoprene rubber, acrylate-based latex, carboxymethyl cellulose (CMC) , Methyl cellulose, hydroxymethyl cellulose, ethyl cellulose, polyacrylic acid, polyvinyl alcohol, alginic acid, oxidized starch, phosphate starch, casein and the like. These may be used alone or in combination of two or more. Among these, fluorine-based binders such as polyvinylidene fluoride (PVDF) and polytetrafluoroethylene (PTFE), acrylate-based latex, and carboxymethyl cellulose (CMC) are preferable.

−−導電助剤−−
前記導電助剤としては、例えば、銅、アルミニウム等の金属材料、カーボンブラック、アセチレンブラック、カーボンナノチューブ等の炭素材料などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
--Conductive aid ---
Examples of the conductive auxiliary agent include metal materials such as copper and aluminum, carbon materials such as carbon black, acetylene black, and carbon nanotubes. These may be used alone or in combination of two or more.

−正極集電体−
前記正極集電体の材質、形状、大きさ、及び構造としては特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
前記正極集電体の材質としては、導電性材料で形成されたもので、印加される電位に対して安定であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ステンレススチール、ニッケル、アルミニウム、チタン、タンタルなどが挙げられる。これらの中でも、ステンレススチール、アルミニウムが好ましい。
前記正極集電体の形状としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
前記正極集電体の大きさとしては、非水電解液蓄電素子に使用可能な大きさであれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
-Positive current collector-
The material, shape, size, and structure of the positive electrode current collector are not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose.
The material of the positive electrode current collector is formed of a conductive material, and is not particularly limited as long as it is stable with respect to the applied potential, and can be appropriately selected depending on the intended purpose, for example. Examples include stainless steel, nickel, aluminum, titanium and tantalum. Among these, stainless steel and aluminum are preferable.
The shape of the positive electrode current collector is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose.
The size of the positive electrode current collector is not particularly limited as long as it can be used for a non-aqueous electrolyte storage element, and can be appropriately selected depending on the intended purpose.

<正極の作製方法>
前記正極は、前記正極活物質に、必要に応じて前記バインダ、前記増粘剤、前記導電助剤、溶媒等を加えてスラリー状とした正極材を、前記正極集電体上に塗布し、乾燥することで製造することができる。前記溶媒としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、水系溶媒、有機系溶媒などが挙げられる。前記水系溶媒としては、例えば、水、アルコールなどが挙げられる。前記有機系溶媒としては、例えば、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)、トルエンなどが挙げられる。
なお、前記正極活物質をそのままロール成形してシート電極としたり、圧縮成形によりペレット電極としたりすることもできる。
<Method of manufacturing positive electrode>
For the positive electrode, a positive electrode material made into a slurry by adding the binder, the thickener, the conductive auxiliary agent, a solvent, etc. to the positive electrode active material, if necessary, is applied onto the positive electrode current collector. It can be manufactured by drying. The solvent is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. Examples thereof include an aqueous solvent and an organic solvent. Examples of the aqueous solvent include water, alcohol and the like. Examples of the organic solvent include N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) and toluene.
The positive electrode active material may be roll-molded as it is to be a sheet electrode, or may be compression-molded to be a pellet electrode.

<負極>
前記負極は、負極蓄電物質(負極活物質等)を含んでいれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、負極集電体上に負極活物質を有する負極材を備えた負極、などが挙げられる。
前記負極の形状としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、平板状、などが挙げられる。
<Negative electrode>
The negative electrode is not particularly limited as long as it contains a negative electrode storage material (negative electrode active material, etc.) and can be appropriately selected depending on the intended purpose. For example, a negative electrode material having a negative electrode active material on a negative electrode current collector can be selected. The negative electrode provided, and the like can be mentioned.
The shape of the negative electrode is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. Examples thereof include a flat plate shape.

−負極材−
前記負極材としては、負極活物質を少なくとも含み、更に必要に応じて導電助剤、バインダ、増粘剤などを含む。
-Negative electrode material-
The negative electrode material contains at least a negative electrode active material, and further contains a conductive auxiliary agent, a binder, a thickener, and the like, if necessary.

−負極活物質−
前記負極活物質としては、非水溶媒系でカチオンを吸蔵及び放出可能であれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、カチオンとしてのリチウムイオンを吸蔵、放出可能な炭素材料、金属酸化物、リチウムと合金化可能な金属又は金属合金、リチウムと合金化可能な金属とリチウムとを含む合金とリチウムとの複合合金化合物、チッ化金属リチウムなどが挙げられる。
-Negative electrode active material-
The negative electrode active material is not particularly limited as long as it can occlude and release cations in a non-aqueous solvent system, and can be appropriately selected depending on the intended purpose. For example, lithium ions as cations can be occluded and released. Examples thereof include carbon materials, metal oxides, metals or metal alloys that can be alloyed with lithium, composite alloy compounds of alloys containing lithium and metals that can be alloyed with lithium and lithium, and lithium nitride.

前記炭素材料としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、黒鉛(グラファイト)、様々な熱分解条件での有機物の熱分解物などが挙げられる。
前記黒鉛(グラファイト)としては、例えば、コークス、人造黒鉛、天然黒鉛などが挙げられる。これらの中でも、人造黒鉛、天然黒鉛が好ましい。
前記金属酸化物としては、例えば、酸化アンチモン錫、一酸化珪素などが挙げられる。
前記金属又は金属合金としては、例えば、リチウム、アルミニウム、錫、珪素、亜鉛などが挙げられる。
前記リチウムとの複合合金化合物としては、例えば、チタン酸リチウムなどが挙げられる。
前記チッ化金属リチウムとしては、例えば、チッ化コバルトリチウムなどが挙げられる。
前記負極活物質としては、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、安全性とコストの点から、炭素材料及びチタン酸リチウムの少なくともいずれかが好ましい。
The carbon material is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. Examples thereof include graphite and thermally decomposed organic substances under various thermal decomposition conditions.
Examples of the graphite include coke, artificial graphite, and natural graphite. Among these, artificial graphite and natural graphite are preferable.
Examples of the metal oxide include antimony oxide, silicon monoxide and the like.
Examples of the metal or metal alloy include lithium, aluminum, tin, silicon, zinc and the like.
Examples of the composite alloy compound with lithium include lithium titanate and the like.
Examples of the lithium metal chloride include lithium cobalt oxide and the like.
As the negative electrode active material, one type may be used alone, or two or more types may be used in combination. Among these, at least one of a carbon material and lithium titanate is preferable from the viewpoint of safety and cost.

−−バインダ及び増粘剤−−
前記バインダ及び増粘剤としては、電極製造時に使用する溶媒や電解液、印加される電位に対して安定な材料であれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等のフッ素系バインダ、エチレン−プロピレン−ブタジエンゴム(EPBR)、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)、イソプレンゴム、アクリレート系ラテックス、カルボキシメチルセルロース(CMC)、メチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、エチルセルロース、ポリアクリル酸、ポリビニルアルコール、アルギン酸、酸化スターチ、リン酸スターチ、カゼインなどが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等のフッ素系バインダ、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)、カルボキシメチルセルロース(CMC)が好ましい。
--Binder and thickener ---
The binder and the thickener are not particularly limited as long as they are a solvent and an electrolytic solution used at the time of manufacturing the electrode and a material stable to the applied potential, and can be appropriately selected depending on the intended purpose, for example. Fluorine-based binders such as polyvinylidene fluoride (PVDF) and polytetrafluoroethylene (PTFE), ethylene-propylene-butadiene rubber (EPBR), styrene-butadiene rubber (SBR), isoprene rubber, acrylate-based latex, carboxymethyl cellulose (CMC) , Methyl cellulose, hydroxymethyl cellulose, ethyl cellulose, polyacrylic acid, polyvinyl alcohol, alginic acid, oxidized starch, phosphate starch, casein and the like. These may be used alone or in combination of two or more. Among these, fluorine-based binders such as polyvinylidene fluoride (PVDF) and polytetrafluoroethylene (PTFE), styrene-butadiene rubber (SBR), and carboxymethyl cellulose (CMC) are preferable.

−−導電助剤−−
前記導電助剤としては、例えば、銅、アルミニウム等の金属材料、カーボンブラック、アセチレンブラック、カーボンナノチューブ等の炭素材料などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
--Conductive aid ---
Examples of the conductive auxiliary agent include metal materials such as copper and aluminum, carbon materials such as carbon black, acetylene black, and carbon nanotubes. These may be used alone or in combination of two or more.

−負極集電体−
前記負極集電体の材質、形状、大きさ、及び構造としては特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
前記負極集電体の材質としては、導電性材料で形成されたもので、印加される電位に対して安定であれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ステンレススチール、ニッケル、アルミニウム、銅、などが挙げられる。これらの中でも、ステンレススチール、銅、アルミニウムが好ましい。
前記負極集電体の形状としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
前記負極集電体の大きさとしては、非水電解液蓄電素子に使用可能な大きさであれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
-Negative electrode current collector-
The material, shape, size, and structure of the negative electrode current collector are not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose.
The material of the negative electrode current collector is formed of a conductive material, and is not particularly limited as long as it is stable with respect to the applied potential, and can be appropriately selected depending on the intended purpose. For example, stainless steel. Examples include steel, nickel, aluminum and copper. Among these, stainless steel, copper and aluminum are preferable.
The shape of the negative electrode current collector is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose.
The size of the negative electrode current collector is not particularly limited as long as it can be used for a non-aqueous electrolyte storage element, and can be appropriately selected depending on the intended purpose.

<負極の作製方法>
前記負極は、前記負極活物質に、必要に応じて、前記バインダ及び増粘剤、前記導電助剤、溶媒等を加えてスラリー状とした負極材を、前記負極集電体上に塗布し、乾燥することで製造することができる。前記溶媒としては、前記正極の作製方法と同様の溶媒を用いることができる。
また、前記負極活物質に前記バインダ及び増粘剤、前記導電助剤等を加えたものをそのままロール成形してシート電極としたり、圧縮成形によりペレット電極としたり、蒸着、スパッタ、メッキ等の手法で前記負極集電体上に前記負極活物質の薄膜を形成することもできる。
<Method of manufacturing negative electrode>
For the negative electrode, a negative electrode material formed into a slurry by adding the binder, a thickener, a conductive auxiliary agent, a solvent, etc. to the negative electrode active material, if necessary, is applied onto the negative electrode current collector. It can be manufactured by drying. As the solvent, the same solvent as in the method for producing the positive electrode can be used.
Further, the negative electrode active material to which the binder, the thickener, the conductive auxiliary agent, etc. are added is directly rolled to form a sheet electrode, or a pellet electrode is formed by compression molding, and methods such as vapor deposition, sputtering, and plating are performed. It is also possible to form a thin film of the negative electrode active material on the negative electrode current collector.

<非水電解液>
前記非水電解液は、ジニトリル化合物を含有し、非水溶媒に電解質塩を含有することが好ましく、更に必要に応じて、その他の成分を含有する。
<Non-water electrolyte>
The non-aqueous electrolytic solution contains a dinitrile compound, preferably contains an electrolyte salt in a non-aqueous solvent, and further contains other components, if necessary.

−ジニトリル化合物−
前記ジニトリル化合物としては、例えば、スクシノニトリル、グルタロニトリル、アジポニトリル、1,5−ジシアノペンタン、1,6−ジシアノヘキサン、1,7−ジシアノヘプタン、1,8−ジシアノオクタン、1,9−ジシアノノナン、1,10−ジシアノデカン、1,12−ジシアノドデカン、テトラメチルスクシノニトリル、2−メチルグルタロニトリル、2,4−ジメチルグルタロニトリル、2,2,4,4−テトラメチルグルタロニトリル、1,4−ジシアノペンタン、2,5−ジメチル−2,5−ヘキサンジカルボニトリル、2,6−ジシアノヘプタン、2,7−ジシアノオクタン、2,8−ジシアノノナン、1,6−ジシアノデカンなどが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、前記ジニトリル化合物は、芳香族系であってもよく、耐高電圧性、及びサイクル性の点から、グルタロニトリル、アジポニトリル、2−メチルグルタロニトリルが好ましい。
-Dinitrile compound-
Examples of the dinitrile compound include succinonitrile, glutaronitrile, adiponitrile, 1,5-dicyanopentane, 1,6-dicyanohexane, 1,7-dicyanoheptane, 1,8-dicyanooctane, and 1,9-. Dicyanononane, 1,10-dicyanodecane, 1,12-dicyanododecane, tetramethylsuccinonitrile, 2-methylglutaronitrile, 2,4-dimethylglutaronitrile, 2,2,4,4-tetramethylglutaro Nitrile, 1,4-dicyanopentane, 2,5-dimethyl-2,5-hexanedicarbonitrile, 2,6-dicyanoheptane, 2,7-dicyanooctane, 2,8-dicyanononane, 1,6-dicyanodecane And so on. These may be used alone or in combination of two or more. Among these, the dinitrile compound may be aromatic, and glutaronitrile, adiponitrile, and 2-methylglutaronitrile are preferable from the viewpoint of high voltage resistance and cycleability.

前記ジニトリル化合物の含有量としては、前記非水電解液に対して、33質量%以下であり、1質量%以下が特に好ましい。前記含有量が、33質量%以下であると、蓄電素子特性を低下させることなく、ガス発生を抑制することができる。前記含有量が、1質量%以下であると、高電圧領域においても蓄電素子特性を低下させることなく、ガス発生を抑制することができる。 The content of the dinitrile compound is 33% by mass or less, particularly preferably 1% by mass or less, based on the non-aqueous electrolytic solution. When the content is 33% by mass or less, gas generation can be suppressed without deteriorating the characteristics of the power storage element. When the content is 1% by mass or less, gas generation can be suppressed without deteriorating the characteristics of the power storage element even in a high voltage region.

−非水溶媒−
前記非水溶媒としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、非プロトン性有機溶媒が好適である。
前記非プロトン性有機溶媒としては、鎖状カーボネート、環状カーボネート等のカーボネート系有機溶媒が用いられ、低粘度な溶媒が好ましい。これらの中でも、電解質塩の溶解力が高い点から、鎖状カーボネートが好ましい。
-Non-aqueous solvent-
The non-aqueous solvent is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose, but an aprotic organic solvent is preferable.
As the aprotic organic solvent, a carbonate-based organic solvent such as a chain carbonate or a cyclic carbonate is used, and a solvent having a low viscosity is preferable. Among these, chain carbonate is preferable because it has a high dissolving power of the electrolyte salt.

前記鎖状カーボネートとしては、例えば、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、メチルエチルカーボネート(EMC)などが挙げられる。これらの中でも、ジメチルカーボネート(DMC)が好ましい。 Examples of the chain carbonate include dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), and methyl ethyl carbonate (EMC). Among these, dimethyl carbonate (DMC) is preferable.

前記環状カーボネートとしては、例えば、プロピレンカーボネート(PC)、エチレンカーボネート(EC)、ブチレンカーボネート(BC)、ビニレンカーボネート(VC)、フルオロエチレンカーボネート(FEC)などが挙げられる。 Examples of the cyclic carbonate include propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), butylene carbonate (BC), vinylene carbonate (VC), fluoroethylene carbonate (FEC) and the like.

前記環状カーボネートとしてエチレンカーボネート(EC)と、前記鎖状カーボネートとしてジメチルカーボネート(DMC)とを組み合わせた混合溶媒を用いる場合には、エチレンカーボネート(EC)とジメチルカーボネート(DMC)の混合割合は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。 When a mixed solvent in which ethylene carbonate (EC) is used as the cyclic carbonate and dimethyl carbonate (DMC) is used as the chain carbonate, the mixing ratio of ethylene carbonate (EC) and dimethyl carbonate (DMC) is particularly high. There are no restrictions, and it can be selected as appropriate according to the purpose.

前記非水溶媒としては、必要に応じて、環状エステル、鎖状エステル等のエステル系有機溶媒、環状エーテル、鎖状エーテル等のエーテル系有機溶媒などを用いることができる。
前記環状エステルとしては、例えば、γ−ブチロラクトン(γ−BL)、2−メチル−γ−ブチロラクトン、アセチル−γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトンなどが挙げられる。
前記鎖状エステルとしては、例えば、プロピオン酸アルキルエステル、マロン酸ジアルキルエステル、酢酸アルキルエステル(酢酸メチル(MA)、酢酸エチル等)、ギ酸アルキルエステル(ギ酸メチル(MF)、ギ酸エチル等)などが挙げられる。
前記環状エーテルとしては、例えば、テトラヒドロフラン、アルキルテトラヒドロフラン、アルコキシテトラヒドロフラン、ジアルコキシテトラヒドロフラン、1,3−ジオキソラン、アルキル−1,3−ジオキソラン、1,4−ジオキソランなどが挙げられる。
前記鎖状エーテルとしては、例えば、1,2−ジメトシキエタン(DME)、ジエチルエーテル、エチレングリコールジアルキルエーテル、ジエチレングリコールジアルキルエーテル、トリエチレングリコールジアルキルエーテル、テトラエチレングリコールジアルキルエーテルなどが挙げられる。
As the non-aqueous solvent, an ester-based organic solvent such as a cyclic ester or a chain ester, an ether-based organic solvent such as a cyclic ether or a chain ether, or the like can be used, if necessary.
Examples of the cyclic ester include γ-butyrolactone (γ-BL), 2-methyl-γ-butyrolactone, acetyl-γ-butyrolactone, γ-valerolactone and the like.
Examples of the chain ester include propionic acid alkyl ester, malonic acid dialkyl ester, acetate alkyl ester (methyl acetate (MA), ethyl acetate, etc.), formic acid alkyl ester (methyl formate (MF), ethyl formate, etc.) and the like. Can be mentioned.
Examples of the cyclic ether include tetrahydrofuran, alkyltetrahydrofuran, alkoxytetrahydrofuran, dialkoxytetrahydrofuran, 1,3-dioxolane, alkyl-1,3-dioxolane, 1,4-dioxolane and the like.
Examples of the chain ether include 1,2-dimethoschiietan (DME), diethyl ether, ethylene glycol dialkyl ether, diethylene glycol dialkyl ether, triethylene glycol dialkyl ether, tetraethylene glycol dialkyl ether and the like.

−電解質塩−
前記電解質塩としては、リチウム塩を使用することが好ましい。
前記リチウム塩としては、非水溶媒に溶解し、高いイオン伝導度を示すものであれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF)、過塩素酸リチウム(LiClO)、塩化リチウム(LiCl)、ホウ弗化リチウム(LiBF)、六弗化砒素リチウム(LiAsF)、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム(LiCFSO)、リチウムビストリフルオロメチルスルホニルイミド(LiN(CFSO)、リチウムビスペンタフルオロエチルスルホニルイミド(LiN(CSO)などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、炭素電極中へのアニオンの吸蔵量の大きさの観点から、LiPF及びLiBFの少なくともいずれかが好ましい。
-Electrolyte salt-
As the electrolyte salt, it is preferable to use a lithium salt.
The lithium salt is not particularly limited as long as it is soluble in a non-aqueous solvent and exhibits high ionic conductivity, and can be appropriately selected depending on the intended purpose. For example, lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ). , Lithium perchlorate (LiClO 4 ), lithium chloride (LiCl), lithium borofluoride (LiBF 4 ), lithium hexafluorophosphate (LiAsF 6 ), lithium trifluoromethanesulfonate (LiCF 3 SO 3 ), lithium bistrifluoro Examples thereof include methyl sulfonylimide (LiN (CF 3 SO 2 ) 2 ) and lithium bispentafluoroethyl sulfonylimide (LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 ). These may be used alone or in combination of two or more. Among these, at least one of LiPF 6 and LiBF 4 is preferable from the viewpoint of the amount of anion occluded in the carbon electrode.

前記電解質塩の濃度としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、前記非水溶媒中に、0.5mol/L以上6mol/L以下が好ましく、蓄電素子容量と出力の両立の点から、2mol/L以上4mol/L以下がより好ましい。 The concentration of the electrolyte salt is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose, but is preferably 0.5 mol / L or more and 6 mol / L or less in the non-aqueous solvent, and the capacity and output of the power storage element. From the viewpoint of compatibility between the above, 2 mol / L or more and 4 mol / L or less are more preferable.

<セパレータ>
前記セパレータは、正極と負極の短絡を防ぐために前記正極と前記負極との間に設けられる。
前記セパレータの材質、形状、大きさ、及び構造としては特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
前記セパレータの材質としては、例えば、クラフト紙、ビニロン混抄紙、合成パルプ混抄紙等の紙、セロハン、ポリエチレングラフト膜、ポリプロピレンメルトブロー不織布等のポリオレフィン不織布、ポリアミド不織布、ガラス繊維不織布、マイクロポア膜などが挙げられる。これらの中でも、電解液保持の観点から、気孔率50%以上のものが好ましい。
前記セパレータの形状としては、微多孔(マイクロポア)を有する薄膜タイプよりも、気孔率が高い不織布系の方が好ましい。
前記セパレータの平均厚みとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、20μm以上が好ましく、20μm以上100μm以下がより好ましい。前記平均厚みが、20μm未満であると、電解液の保持量が少なくなることがある。
前記セパレータの大きさとしては、非水電解液蓄電素子に使用可能な大きさであれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
前記セパレータの構造は、単層構造であってもよく、積層構造であってもよい。
<Separator>
The separator is provided between the positive electrode and the negative electrode in order to prevent a short circuit between the positive electrode and the negative electrode.
The material, shape, size, and structure of the separator are not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose.
Examples of the material of the separator include kraft paper, vinylon mixed paper, synthetic pulp mixed paper and other papers, cellophane, polyethylene graft film, polypropylene melt blown non-woven fabric and other polyolefin non-woven fabrics, polyamide non-woven fabrics, glass fiber non-woven fabrics, micropore films and the like. Can be mentioned. Among these, those having a porosity of 50% or more are preferable from the viewpoint of retaining the electrolytic solution.
As the shape of the separator, a non-woven fabric having a high porosity is preferable to a thin film type having micropores.
The average thickness of the separator is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose, but is preferably 20 μm or more, and more preferably 20 μm or more and 100 μm or less. If the average thickness is less than 20 μm, the holding amount of the electrolytic solution may be small.
The size of the separator is not particularly limited as long as it can be used for a non-aqueous electrolyte storage element, and can be appropriately selected depending on the intended purpose.
The structure of the separator may be a single-layer structure or a laminated structure.

<非水電解液蓄電素子の製造方法>
本発明の非水電解液蓄電素子は、前記正極、前記負極、前記非水電解液、及び前記セパレータを、適切な形状に組み立てることにより製造される。更に必要に応じて外装缶等の他の構成部材を用いることも可能である。前記非水電解液蓄電素子を組み立てる方法としては、特に制限はなく、通常採用されている方法の中から適宜選択することができる。
<Manufacturing method of non-aqueous electrolyte power storage element>
The non-aqueous electrolytic solution power storage element of the present invention is manufactured by assembling the positive electrode, the negative electrode, the non-aqueous electrolytic solution, and the separator into an appropriate shape. Further, if necessary, other components such as an outer can can be used. The method for assembling the non-aqueous electrolytic solution power storage element is not particularly limited, and can be appropriately selected from the commonly adopted methods.

本発明の非水電解液蓄電素子の形状については、特に制限はなく、一般的に採用されている各種形状の中から、その用途に応じて適宜選択することができる。前記形状としては、例えば、シート電極及びセパレータをスパイラル状にしたシリンダータイプ、ペレット電極及びセパレータを組み合わせたインサイドアウト構造のシリンダータイプ、ペレット電極及びセパレータを積層したコインタイプなどが挙げられる。 The shape of the non-aqueous electrolyte storage element of the present invention is not particularly limited, and can be appropriately selected from various generally adopted shapes according to the intended use. Examples of the shape include a cylinder type in which a sheet electrode and a separator are spirally formed, a cylinder type having an inside-out structure in which a pellet electrode and a separator are combined, and a coin type in which a pellet electrode and a separator are laminated.

ここで、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
図1に基づいて、本発明の非水電解液蓄電素子10の構成の概要を説明する。この図1に示した非水電解液蓄電素子10は、正極11と、負極12と、非水電解液を保持したセパレータ13と、外装缶14と、正極引き出し線15と、負極引き出し線16とを有し、必要に応じて他の部材を有する。非水電解液蓄電素子10の具体例としては、例えば、非水電解液二次電池、非水電解液キャパシタなどが挙げられる。
Here, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
An outline of the configuration of the non-aqueous electrolytic solution power storage element 10 of the present invention will be described with reference to FIG. The non-aqueous electrolyte storage element 10 shown in FIG. 1 includes a positive electrode 11, a negative electrode 12, a separator 13 holding a non-aqueous electrolytic solution, an outer can 14, a positive electrode lead wire 15, and a negative electrode lead wire 16. And have other members as needed. Specific examples of the non-aqueous electrolyte storage element 10 include a non-aqueous electrolyte secondary battery, a non-aqueous electrolyte capacitor, and the like.

図2は、非水電解液蓄電素子における三次元網目構造の基本構成の一例を示す模式図である。
正極11は、例えば、アルミニウム製の正極集電体20と、正極集電体20上に固定された正極活物質としての炭素21と、炭素21同士を繋ぎとめるバインダ22と、炭素21間に導電パスを付与する黒丸表示の導電助剤23等を有している。
負極12は、例えば、銅製の負極集電体24と、負極集電体24上に固定された炭素材料などからなる負極活物質25と、負極活物質25同士を繋ぎとめるバインダ22と、負極活物質25間に導電パスを付与する黒丸表示の導電助剤23等を有している。
正極11と負極12との間にはセパレータ13が配置されているとともに、非水電解液26が配置されている。符号27はイオンを示している。イオンが炭素層間に挿入乃至脱離することで充放電が行われる。
デュアルインターカレーションタイプの非水電解液蓄電素子の充放電反応は、例えば、電解質にLiPFを使用した場合には、非水電解液中から正極にPF が挿入され、負極にLiが挿入されることにより充電が行われ、正極からPF が、負極からLiが非水電解液へ脱離することにより放電が行われる。
FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of a basic configuration of a three-dimensional network structure in a non-aqueous electrolyte storage element.
The positive electrode 11 is, for example, conductive between a positive electrode current collector 20 made of aluminum, carbon 21 as a positive electrode active material fixed on the positive electrode current collector 20, a binder 22 that holds the carbons 21 together, and carbon 21. It has a conductive auxiliary agent 23 and the like indicated by a black circle to give a pass.
The negative electrode 12 includes, for example, a negative electrode current collector 24 made of copper, a negative electrode active material 25 made of a carbon material fixed on the negative electrode current collector 24, a binder 22 for connecting the negative electrode active materials 25 to each other, and a negative electrode activity. It has a conductive auxiliary agent 23 and the like indicated by a black circle that imparts a conductive path between the substances 25.
A separator 13 is arranged between the positive electrode 11 and the negative electrode 12, and a non-aqueous electrolytic solution 26 is arranged. Reference numeral 27 indicates an ion. Charging and discharging are performed by inserting and removing ions between the carbon layers.
In the charge / discharge reaction of the dual intercalation type non-aqueous electrolyte storage element, for example, when LiPF 6 is used as the electrolyte, PF 6 is inserted into the positive electrode from the non-aqueous electrolyte solution and Li + is inserted into the negative electrode. Is inserted to charge, and PF 6 is desorbed from the positive electrode and Li + is desorbed from the negative electrode to the non-aqueous electrolyte solution to discharge.

<用途>
本発明の非水電解液蓄電素子の用途としては、特に制限はなく、各種用途に用いることができ、例えば、ノートパソコン、ペン入力パソコン、モバイルパソコン、電子ブックプレーヤー、携帯電話、携帯ファックス、携帯コピー、携帯プリンター、ヘッドフォンステレオ、ビデオムービー、液晶テレビ、ハンディークリーナー、ポータブルCD、ミニディスク、トランシーバー、電子手帳、電卓、メモリーカード、携帯テープレコーダー、ラジオ、モーター、照明器具、玩具、ゲーム機器、時計、ストロボ、カメラ、電動自転車、電動工具等の電源、バックアップ電源などが挙げられる。
<Use>
The non-aqueous electrolyte storage element of the present invention is not particularly limited and can be used for various purposes. For example, a notebook computer, a pen input personal computer, a mobile personal computer, an electronic book player, a mobile phone, a mobile fax, and a portable device. Copy, mobile printer, headphone stereo, video movie, LCD TV, handy cleaner, portable CD, mini disk, transceiver, electronic notebook, calculator, memory card, portable tape recorder, radio, motor, lighting equipment, toys, game equipment, clock , Power sources for strobes, cameras, electric bicycles, electric tools, etc., backup power sources, etc.

以下、本発明の実施例を説明するが、本発明は、これらの実施例に何ら限定されるものではない。 Hereinafter, examples of the present invention will be described, but the present invention is not limited to these examples.

(実施例1)
<正極の作製>
正極活物質として多孔質炭素(クノーベル(登録商標)、東洋炭素株式会社製)を用い、導電助剤としてアセチレンブラック(デンカブラック粉状、デンカ株式会社製)、増粘剤としてカルボキシメチルセルロース(ダイセル2200、株式会社ダイセル製)、及びバインダとしてアクリレート系ラテックス(TRD202A、JSR株式会社製)を、各々、固形分の質量比で85.0:6.2:6.3:2.5になるように混合し、水を加えて適切な粘度に調整したスラリーを、厚み20μmのアルミニウム箔にドクターブレードを用いて片面に塗布した。
乾燥後の目付け量(塗工された正極中の炭素活物質粉末の質量)の平均は3mg/cmであった。これを直径16mmに打ち抜いて正極とした。
前記多孔質炭素(東洋炭素株式会社製、クノーベル)は、三次元網目構造を形成する複数の細孔を有し、BET比表面積が1,730m/g、細孔容積が2.27mL/gである。
(Example 1)
<Manufacturing of positive electrode>
Porous carbon (Knobel (registered trademark), manufactured by Toyo Carbon Co., Ltd.) is used as the positive electrode active material, acetylene black (Denka Black powder, manufactured by Denka Co., Ltd.) as the conductive auxiliary agent, and carboxymethyl cellulose (Daicel 2200) as the thickener. , Made by Daicel Corporation), and acrylate-based latex (TRD202A, manufactured by JSR Corporation) as a binder so that the mass ratio of solid content is 85.0: 6.2: 6.3: 2.5, respectively. The slurry mixed and adjusted to an appropriate viscosity by adding water was applied to one side of an aluminum foil having a thickness of 20 μm using a doctor blade.
The average basis weight (mass of carbon active material powder in the coated positive electrode) after drying was 3 mg / cm 2 . This was punched to a diameter of 16 mm to obtain a positive electrode.
The porous carbon (Knobel, manufactured by Toyo Tanso Co., Ltd.) has a plurality of pores forming a three-dimensional network structure, has a BET specific surface area of 1,730 m 2 / g, and a pore volume of 2.27 mL / g. Is.

<負極の作製>
負極活物質として人造黒鉛(MAGD、日立化成工業株式会社製)を用い、導電助剤としてアセチレンブラック(デンカブラック粉状、デンカ株式会社製)、バインダとしてスチレン−ブタジエンゴム(SBR)系(EX1215、デンカ株式会社製)、及び増粘剤としてカルボキシメチルセルロース(ダイセル2200、株式会社ダイセル製)を、各々、固形分の質量比で90.9:4.5:2.7:1.8になるように混合し、水を加えて適切な粘度に調整したスラリーを、厚み18μmの銅箔にドクターブレードを用いて片面に塗布した。
乾燥後の目付け量(塗工された正極中の炭素活物質粉末の質量)の平均は10mg/cmであった。これを直径16mmに打ち抜いて負極とした。
<Manufacturing of negative electrode>
Artificial graphite (MAGD, manufactured by Hitachi Kasei Kogyo Co., Ltd.) is used as the negative electrode active material, acetylene black (Denka Black powder, manufactured by Denka Co., Ltd.) as the conductive auxiliary agent, and styrene-butadiene rubber (SBR) -based (EX1215) as the binder. Denka Co., Ltd.) and carboxymethyl cellulose (Daicel 2200, manufactured by Daicel Co., Ltd.) as a thickener so that the mass ratio of solid content is 90.9: 4.5: 2.7: 1.8, respectively. The slurry, which was mixed with water and adjusted to an appropriate viscosity by adding water, was applied to one side of a copper foil having a thickness of 18 μm using a doctor blade.
The average basis weight (mass of carbon active material powder in the coated positive electrode) after drying was 10 mg / cm 2 . This was punched to a diameter of 16 mm to obtain a negative electrode.

<セパレータ>
セパレータは、ガラス濾紙(GA100、ADVANTEC社製)を直径16mmに打ち抜いたものを2枚用意した。
<Separator>
As the separator, two sheets of glass filter paper (GA100, manufactured by ADVANTEC) punched out to a diameter of 16 mm were prepared.

<非水電解液>
非水電解液として、エチレンカーボネート(EC)とメチルエチルカーボネート(EMC)との体積比1:3の混合溶媒を用いて、2mol/LのLiBF溶液を調製した。調製したLiBF溶液に、33質量%の濃度になるように、2−メチルグルタロニトリルを添加し、非水電解液を調整した。
<Non-water electrolyte>
As the non-aqueous electrolyte, a volume ratio of ethylene carbonate (EC) and methylethyl carbonate (EMC) 1: using a mixed solvent of 3, was prepared LiBF 4 solution 2 mol / L. 2-Methylglutaronitrile was added to the prepared LiBF 4 solution to a concentration of 33% by mass to prepare a non-aqueous electrolytic solution.

<非水電解液蓄電素子の作製>
前記正極、前記負極、及び前記セパレータを150℃で4時間真空乾燥後、乾燥アルゴングローブボックス中で、2032型コインセルを組み立て、非水電解液蓄電素子を得た。
<Manufacturing of non-aqueous electrolyte storage element>
After vacuum-drying the positive electrode, the negative electrode, and the separator at 150 ° C. for 4 hours, a 2032 type coin cell was assembled in a dry argon glove box to obtain a non-aqueous electrolyte storage element.

得られた非水電解液蓄電素子を用いて、以下のようにして、「サイクリックボルタンメトリー(CV)」を測定した。 Using the obtained non-aqueous electrolyte storage device, "cyclic voltammetry (CV)" was measured as follows.

<サイクリックボルタンメトリー(CV)評価>
電気化学アナライザーALS660C(BAS(Bioanalytical Systems)社製)及び分光器USB4000(オーシャンオプティクス社製)を用いて、23℃で5.5Vまで掃引したサイクリックボルタンメトリー(CV)を測定した。
<Cyclic voltammetry (CV) evaluation>
Cyclic voltammetry (CV) swept to 5.5 V at 23 ° C. was measured using an electrochemical analyzer ALS660C (manufactured by BAS (Bioanalytic Systems)) and a spectroscope USB4000 (manufactured by Ocean Optics).

(比較例1)
実施例1において、LiBF溶液に2−メチルグルタロニトリルを添加しなかった以外は、実施例1と同様にして、非水電解液蓄電素子を得た。
得られた非水電解液蓄電素子を用いて、実施例1と同様にして、「サイクリックボルタンメトリー(CV)」を測定した。
(Comparative Example 1)
In Example 1, a non-aqueous electrolyte storage device was obtained in the same manner as in Example 1 except that 2-methylglutaronitrile was not added to the LiBF 4 solution.
Using the obtained non-aqueous electrolyte storage device, "cyclic voltammetry (CV)" was measured in the same manner as in Example 1.

実施例1及び比較例1について、サイクリックボルタンメトリー(CV)測定の結果を図3に示す。 The results of cyclic voltammetry (CV) measurement for Example 1 and Comparative Example 1 are shown in FIG.

図3に示すように、ジニトリル化合物を添加していない比較例1の非水電解液蓄電素子では、5.0V付近から電流値の増大が始まり、この電圧付近から電解液の分解が起こっていることが分かる。一方、ジニトリル化合物を添加した実施例1の非水電解液蓄電素子では、電流値の増大が5.3V付近まで起こっておらず、耐電圧性が向上していることが分かる。この理由として、ジニトリル化合物の高い酸化電位による影響が考えられる。ジニトリル化合物は、電解質溶媒分子である環状カーボネート類や鎖上カーボネート類よりも著しく高い酸化電位を有する。また、ニトリル基は電子求引性が極めて大きいため、ニトリル基を二つ有するジニトリル化合物は、電子を極めて離し辛い構造となっている。そのため、炭酸エステル類にジニトリル化合物を加えることで、電解質全体の酸化電位が向上し、図3に示すように、耐電圧性が向上したものと考えられる。
この結果から、デュアルインターカレーションタイプの非水電解液蓄電素子にニトリル化合物を添加することにより、高電圧において電解液の分解、及び正極活物質の溶出もなく、充放電可能なリチウム二次電池が得られることが分かる。
As shown in FIG. 3, in the non-aqueous electrolyte storage device of Comparative Example 1 to which the dinitrile compound is not added, the current value starts to increase from around 5.0 V, and the electrolyte is decomposed from around this voltage. You can see that. On the other hand, in the non-aqueous electrolyte storage device of Example 1 to which the dinitrile compound was added, the increase in the current value did not occur up to around 5.3 V, and it can be seen that the withstand voltage resistance was improved. The reason for this may be the influence of the high oxidation potential of the dinitrile compound. The dinitrile compound has a significantly higher oxidation potential than the cyclic carbonates and chain carbonates which are electrolyte solvent molecules. Further, since the nitrile group has an extremely high electron attracting property, the dinitrile compound having two nitrile groups has a structure in which it is extremely difficult to separate electrons. Therefore, it is considered that the addition of the dinitrile compound to the carbonic acid esters improved the oxidation potential of the entire electrolyte, and as shown in FIG. 3, the withstand voltage resistance was improved.
From this result, by adding a nitrile compound to the dual intercalation type non-aqueous electrolyte storage element, the lithium secondary battery can be charged and discharged without decomposition of the electrolyte and elution of the positive electrode active material at high voltage. Can be found to be obtained.

(実施例2)
実施例1において、2−メチルグルタロニトリルの添加濃度33質量%を、1質量%に変更した以外は、実施例1と同様にして、非水電解液蓄電素子を得た。次に、以下のようにして、「容量」、「放電容量維持率」、及び「ガス発生量」を測定した。
(Example 2)
A non-aqueous electrolytic solution power storage device was obtained in the same manner as in Example 1 except that the addition concentration of 2-methylglutaronitrile was changed to 1% by mass in Example 1. Next, the "capacity", the "discharge capacity retention rate", and the "gas generation amount" were measured as follows.

<容量及び放電容量維持率の測定>
充放電試験には1024B―7V0.1A―4(エレクトロフィールド社製)の自動電池評価装置を使用した。
得られた非水電解液蓄電素子を、23℃にて、10Cレートにて4.4Vまで充電した後、5分間休止し、2.0Vまで放電する操作を200回繰り返した。10回目における放電容量を容量値(「容量」)とし、初期容量に対する200回目での「放電容量維持率」を算出した。
<Measurement of capacity and discharge capacity retention rate>
An automatic battery evaluation device of 1024B-7V0.1A-4 (manufactured by Electrofield) was used for the charge / discharge test.
The obtained non-aqueous electrolyte storage element was charged to 4.4 V at a rate of 10 C at 23 ° C., then paused for 5 minutes, and the operation of discharging to 2.0 V was repeated 200 times. The discharge capacity at the 10th time was used as a capacity value (“capacity”), and the “discharge capacity retention rate” at the 200th time with respect to the initial capacity was calculated.

<ガス発生量の測定>
得られた非水電解液蓄電素子を放出ガス圧力測定用セル(装置名:ECC−Press−DL、EL−CELL社製)を用いて、23℃にて、10Cレートにて4.4Vまで充電した後、5分間休止し、2.0Vまで放電する操作を200回繰り返した後の圧力を体積に換算したものをガス発生量として測定した。
<Measurement of gas generation>
The obtained non-aqueous electrolyte storage element is charged to 4.4 V at a rate of 10 C at 23 ° C. using a cell for measuring discharge gas pressure (device name: ECC-Press-DL, manufactured by EL-CELL). Then, after resting for 5 minutes and repeating the operation of discharging to 2.0 V 200 times, the pressure converted into volume was measured as the amount of gas generated.

(実施例3)
実施例1において、2−メチルグルタロニトリルの添加濃度33質量%を、5質量%に変更した以外は、実施例1と同様にして、非水電解液蓄電素子を得た。次に、実施例2と同様にして、「容量」、「放電容量維持率」、及び「ガス発生量」を測定した。
(Example 3)
A non-aqueous electrolytic solution power storage device was obtained in the same manner as in Example 1 except that the addition concentration of 2-methylglutaronitrile was changed to 5% by mass in Example 1. Next, the "capacity", the "discharge capacity retention rate", and the "gas generation amount" were measured in the same manner as in Example 2.

(実施例4)
実施例1において、2−メチルグルタロニトリルの添加濃度33質量%を、10質量%に変更した以外は、実施例1と同様にして、非水電解液蓄電素子を得た。次に、実施例2と同様にして、「容量」、「放電容量維持率」、及び「ガス発生量」を測定した。
(Example 4)
In Example 1, a non-aqueous electrolytic solution power storage device was obtained in the same manner as in Example 1 except that the addition concentration of 2-methylglutaronitrile was changed from 33% by mass to 10% by mass. Next, the "capacity", the "discharge capacity retention rate", and the "gas generation amount" were measured in the same manner as in Example 2.

(実施例5)
実施例1において、2−メチルグルタロニトリルの添加濃度33質量%を、20質量%に変更した以外は、実施例1と同様にして、非水電解液蓄電素子を得た。次に、実施例2と同様にして、「容量」、「放電容量維持率」、及び「ガス発生量」を測定した。
(Example 5)
In Example 1, a non-aqueous electrolyte storage device was obtained in the same manner as in Example 1 except that the addition concentration of 2-methylglutaronitrile was changed from 33% by mass to 20% by mass. Next, the "capacity", the "discharge capacity retention rate", and the "gas generation amount" were measured in the same manner as in Example 2.

(実施例6)
実施例1と同様にして、非水電解液蓄電素子を得た。次に、実施例2と同様にして、「容量」、「放電容量維持率」、及び「ガス発生量」を測定した。
(Example 6)
A non-aqueous electrolyte storage element was obtained in the same manner as in Example 1. Next, the "capacity", the "discharge capacity retention rate", and the "gas generation amount" were measured in the same manner as in Example 2.

(実施例7)
実施例1において、添加濃度33質量%の2−メチルグルタロニトリルを、添加濃度10質量%のグルタロニトリルに変更した以外は、実施例1と同様にして、非水電解液蓄電素子を得た。次に、実施例2と同様にして、「容量」、「放電容量維持率」、及び「ガス発生量」を測定した。
(Example 7)
In Example 1, a non-aqueous electrolyte storage element was obtained in the same manner as in Example 1 except that 2-methylglutaronitrile having an added concentration of 33% by mass was changed to glutaronitrile having an added concentration of 10% by mass. rice field. Next, the "capacity", the "discharge capacity retention rate", and the "gas generation amount" were measured in the same manner as in Example 2.

(実施例8)
実施例1において、添加濃度33質量%の2−メチルグルタロニトリルを、添加濃度10質量%のアジポニトリルに変更した以外は、実施例1と同様にして、非水電解液蓄電素子を得た。次に、実施例2と同様にして、「容量」、「放電容量維持率」、及び「ガス発生量」を測定した。
(Example 8)
In Example 1, a non-aqueous electrolyte storage element was obtained in the same manner as in Example 1 except that 2-methylglutaronitrile having an added concentration of 33% by mass was changed to adiponitrile having an added concentration of 10% by mass. Next, the "capacity", the "discharge capacity retention rate", and the "gas generation amount" were measured in the same manner as in Example 2.

(比較例2)
比較例1と同様にして、非水電解液蓄電素子を得た。次に、実施例2と同様にして、「容量」、「放電容量維持率」、及び「ガス発生量」を測定した。
(Comparative Example 2)
A non-aqueous electrolyte storage element was obtained in the same manner as in Comparative Example 1. Next, the "capacity", the "discharge capacity retention rate", and the "gas generation amount" were measured in the same manner as in Example 2.

(比較例3)
実施例1において、2−メチルグルタロニトリルの添加濃度33質量%を、50質量%に変更した以外は、実施例1と同様にして、非水電解液蓄電素子を得た。次に、実施例2と同様にして、「容量」、「放電容量維持率」、及び「ガス発生量」を測定した。
(Comparative Example 3)
In Example 1, a non-aqueous electrolyte storage device was obtained in the same manner as in Example 1 except that the addition concentration of 2-methylglutaronitrile was changed from 33% by mass to 50% by mass. Next, the "capacity", the "discharge capacity retention rate", and the "gas generation amount" were measured in the same manner as in Example 2.

(比較例4)
実施例1において、2−メチルグルタロニトリルの添加濃度33質量%を、34質量%に変更した以外は、実施例1と同様にして、非水電解液蓄電素子を得た。次に、実施例2と同様にして、「容量」、「放電容量維持率」、及び「ガス発生量」を測定した。
(Comparative Example 4)
In Example 1, a non-aqueous electrolyte storage device was obtained in the same manner as in Example 1 except that the addition concentration of 2-methylglutaronitrile was changed from 33% by mass to 34% by mass. Next, the "capacity", the "discharge capacity retention rate", and the "gas generation amount" were measured in the same manner as in Example 2.

実施例2〜8及び比較例2〜4における「容量」、「放電容量維持率」、及び「ガス発生量」の結果を下記表1に示す。 The results of "capacity", "discharge capacity retention rate", and "gas generation amount" in Examples 2 to 8 and Comparative Examples 2 to 4 are shown in Table 1 below.

Figure 0006967473
Figure 0006967473

表1に示すように、実施例2〜8は、比較例2と比べ、ガス発生量を著しく低下させていることが分かる。この結果は、ジニトリル化合物の添加により、高電圧領域における電解液の分解が抑制されたことを示している。また、容量を確認すると、ジニトリル化合物の未添加の比較例2と同程度の容量が得られている。更に、放電容量維持率を確認すると、実施例6で多少の低下が見られるものの、いずれにおいても10C充放電200サイクル目においても、60%以上の維持率を有することが分かる。これらの結果は、所定量のジニトリル化合物の添加は、充放電過程の阻害とならないことを示している。
一方、ジニトリル化合物を50質量%添加した比較例3、及び34質量%添加した比較例4では、容量維持率の低下が見られる。これは、電解液中に一定量以上のジニトリル化合物を添加することにより、アニオンの正極層間へのインターカレート、又はカチオンであるリチウムの負極へのインターカレートが阻害されたことによるものと考えられる。
また、ジニトリル化合物の種類として、グルタロニトリルやアジポニトリルを用いた実施例7、及び実施例8においても、同様にガス発生量の著しい低下が見られたことから、ジニトリル化合物の添加によって電解液溶媒の耐電圧性が向上し、分解反応が抑制できることが分かる。
As shown in Table 1, it can be seen that Examples 2 to 8 significantly reduce the amount of gas generated as compared with Comparative Example 2. This result indicates that the addition of the dinitrile compound suppressed the decomposition of the electrolytic solution in the high voltage region. Further, when the volume was confirmed, the same volume as that of Comparative Example 2 in which the dinitrile compound was not added was obtained. Further, when the discharge capacity retention rate is confirmed, it can be seen that although a slight decrease is observed in Example 6, the retention rate is 60% or more even in the 200th cycle of 10C charge / discharge. These results indicate that the addition of a predetermined amount of the dinitrile compound does not interfere with the charge / discharge process.
On the other hand, in Comparative Example 3 in which 50% by mass of the dinitrile compound was added and Comparative Example 4 in which 34% by mass was added, a decrease in the capacity retention rate was observed. It is considered that this is because the addition of a certain amount or more of the dinitrile compound to the electrolytic solution inhibited the intercalation of the anion between the positive electrode layers or the cation of lithium to the negative electrode. Be done.
Further, in Examples 7 and 8 in which glutaronitrile or adiponitrile was used as the type of the dinitrile compound, a significant decrease in the amount of gas generated was also observed. Therefore, the addition of the dinitrile compound resulted in a significant decrease in the amount of gas generated. It can be seen that the withstand voltage resistance of the compound is improved and the decomposition reaction can be suppressed.

(実施例9)
実施例2と同様にして、非水電解液蓄電素子を得た。
(Example 9)
A non-aqueous electrolyte storage element was obtained in the same manner as in Example 2.

(実施例10)
実施例6と同様にして、非水電解液蓄電素子を得た。
(Example 10)
A non-aqueous electrolyte storage element was obtained in the same manner as in Example 6.

(比較例5)
比較例2と同様にして、非水電解液蓄電素子を得た。
(Comparative Example 5)
A non-aqueous electrolyte storage element was obtained in the same manner as in Comparative Example 2.

得られた非水電解液蓄電素子を用いて、以下のようにして、「レート特性」を評価した。 Using the obtained non-aqueous electrolyte storage element, the "rate characteristics" were evaluated as follows.

<レート特性>
作製した非水電解液蓄電素子を、23℃にて、1Cレートにて4.4Vまで充電した後、5分間休止し、2.0Vまで放電する操作を20回繰り返した。次に、5Cレートにて4.4Vまで充電した後、5分間休止し、2.0Vまで放電する操作を50回繰り返した。更に、10Cレートにて4.4Vまで充電した後、5分間休止し、2.0Vまで放電する操作を100回繰り返した。各レートでの10回目における放電容量を容量値とし、1Cレートでの容量に対する、10Cレートでの容量の出現率を「レート特性」として算出した。結果を下記表2に示す。
<Rate characteristics>
The prepared non-aqueous electrolyte storage element was charged to 4.4 V at a rate of 1 C at 23 ° C., then paused for 5 minutes, and the operation of discharging to 2.0 V was repeated 20 times. Next, the operation of charging to 4.4 V at a 5 C rate, resting for 5 minutes, and discharging to 2.0 V was repeated 50 times. Further, the operation of charging to 4.4 V at a 10 C rate, resting for 5 minutes, and discharging to 2.0 V was repeated 100 times. The discharge capacity at the 10th discharge at each rate was used as the capacity value, and the appearance rate of the capacity at the 10C rate with respect to the capacity at the 1C rate was calculated as the "rate characteristic". The results are shown in Table 2 below.

Figure 0006967473
Figure 0006967473

前記表2の結果から、ジニトリル化合物を添加した実施例9及び10は、未添加の系である比較例5と比較して、各充放電レートにおいて同等の容量を出現しており、レート特性を比較しても同程度であった。このことから、ジニトリル化合物の添加によって、電池抵抗を増大させるような分解生成物を形成する反応が起きることはなく、電池の低抵抗性を維持しながら、電解液の分解を抑制可能であることが明らかとなった。 From the results in Table 2 above, Examples 9 and 10 to which the dinitrile compound was added showed the same capacity at each charge / discharge rate as compared with Comparative Example 5 which was a non-added system, and the rate characteristics were changed. The comparison was about the same. From this, the addition of the dinitrile compound does not cause a reaction to form a decomposition product that increases the battery resistance, and it is possible to suppress the decomposition of the electrolytic solution while maintaining the low resistance of the battery. Became clear.

(実施例11)
実施例1と同様にして、非水電解液蓄電素子を得た。
(Example 11)
A non-aqueous electrolyte storage element was obtained in the same manner as in Example 1.

(実施例12)
実施例4と同様にして、非水電解液蓄電素子を得た。
(Example 12)
A non-aqueous electrolyte storage element was obtained in the same manner as in Example 4.

(実施例13)
実施例2と同様にして、非水電解液蓄電素子を得た。
(Example 13)
A non-aqueous electrolyte storage element was obtained in the same manner as in Example 2.

(実施例14)
実施例1において、2−メチルグルタロニトリルの添加濃度33質量%を0.5質量%に変更した以外は、実施例1と同様にして、非水電解液蓄電素子を得た。
(Example 14)
In Example 1, a non-aqueous electrolytic solution power storage element was obtained in the same manner as in Example 1 except that the addition concentration of 2-methylglutaronitrile was changed from 33% by mass to 0.5% by mass.

(実施例15)
実施例1において、2−メチルグルタロニトリルの添加濃度33質量%を0.2質量%に変更した以外は、実施例1と同様にして、非水電解液蓄電素子を得た。
(Example 15)
In Example 1, a non-aqueous electrolytic solution power storage element was obtained in the same manner as in Example 1 except that the addition concentration of 2-methylglutaronitrile was changed from 33% by mass to 0.2% by mass.

(比較例6)
比較例2と同様にして、非水電解液蓄電素子を得た。
(Comparative Example 6)
A non-aqueous electrolyte storage element was obtained in the same manner as in Comparative Example 2.

(比較例7)
比較例3と同様にして、非水電解液蓄電素子を得た。
(Comparative Example 7)
A non-aqueous electrolyte storage element was obtained in the same manner as in Comparative Example 3.

<高電圧領域での容量、放電容量維持率及びガス発生量の測定>
作製した蓄電素子を用いて、上限電圧を4.5Vとした以外は、実施例2と同様に「容量」、「放電容量維持率」、及び「ガス発生量」を測定した。結果を表3に示した。
<Measurement of capacity, discharge capacity retention rate and gas generation amount in high voltage region>
Using the manufactured power storage element, the "capacity", "discharge capacity retention rate", and "gas generation amount" were measured in the same manner as in Example 2 except that the upper limit voltage was set to 4.5V. The results are shown in Table 3.

<入出力特性の測定>
作製した蓄電素子を、23℃にて、0.2Cレートにて4.5Vまで充電した後、5分間休止し、2.0Vまで放電する操作を10回繰り返した。次に、1Cレートにて4.5Vまで充電した後、5分間休止し、2.0Vまで放電する操作を20回繰り返した。充放電を行ったラミネートセルを1kHzの交流四端子法を用いて抵抗測定を行い、この値を「入出力特性」として評価を行った。抵抗値が小さいことで入出力の低下を抑制することができる。結果を表3に示した。
<Measurement of input / output characteristics>
The prepared power storage element was charged to 4.5 V at a rate of 0.2 C at 23 ° C., then paused for 5 minutes, and the operation of discharging to 2.0 V was repeated 10 times. Next, the operation of charging to 4.5 V at a 1 C rate, resting for 5 minutes, and discharging to 2.0 V was repeated 20 times. The resistance of the charged / discharged laminated cell was measured using the AC four-terminal method of 1 kHz, and this value was evaluated as "input / output characteristics". Since the resistance value is small, it is possible to suppress the decrease in input / output. The results are shown in Table 3.

Figure 0006967473
表3の結果から、上限電圧を4.4Vから4.5Vに上げることで、いずれの蓄電素子系においても、容量の向上がみられる。しかし、ジニトリル化合物を添加していない比較例6では、容量は向上しているものの、ガス発生量が非常に多いことに加えて、放電容量維持率が非常に低い。これは、4.5Vという高電圧領域では電解液の分解が促進されてしまうことを示しており、高電圧では電池としての特性を著しく損なってしまうことがわかった。
一方で、ジニトリル化合物を添加した実施例11から15では、いずれにおいてもガス発生量が抑制されている。これは、ジニトリル化合物が電解液構成成分である炭酸エステル類と相互作用することで酸化電位が向上し、耐電圧性が向上したためと考えられる。特に1質量%以下で添加した実施例13から15では、特に高い放電容量維持率を維持しながらも、ガス発生量が抑制されている。
一方、ジニトリル化合物を50質量%添加した比較例7では、容量維持率の低下が見られる。これは、上限電圧4.4Vで使用した比較例3と同様に、電解液中に一定量以上のジニトリル化合物を添加することにより、アニオンの正極層間へのインターカレート、又はカチオンであるリチウムの負極へのインターカレートが阻害されたことによるものと考えられる。
上限電圧4.5Vの高電圧領域においても、ジニトリル化合物を33質量%以下添加することで、電池特性を損なうことなく、ガス発生量を抑制することが可能になる。
Figure 0006967473
From the results in Table 3, by increasing the upper limit voltage from 4.4V to 4.5V, the capacity is improved in any of the power storage element systems. However, in Comparative Example 6 to which the dinitrile compound is not added, although the capacity is improved, the amount of gas generated is very large and the discharge capacity retention rate is very low. This indicates that the decomposition of the electrolytic solution is promoted in the high voltage region of 4.5 V, and it was found that the characteristics of the battery are significantly impaired at the high voltage.
On the other hand, in Examples 11 to 15 to which the dinitrile compound was added, the amount of gas generated was suppressed in each of the examples. It is considered that this is because the dinitrile compound interacts with carbonic acid esters, which are constituents of the electrolytic solution, to improve the oxidation potential and the withstand voltage. In particular, in Examples 13 to 15 added in an amount of 1% by mass or less, the amount of gas generated is suppressed while maintaining a particularly high discharge capacity retention rate.
On the other hand, in Comparative Example 7 in which 50% by mass of the dinitrile compound was added, a decrease in the capacity retention rate was observed. This is the same as in Comparative Example 3 used at the upper limit voltage of 4.4 V. By adding a certain amount or more of the dinitrile compound to the electrolytic solution, the anion can be intercalated between the positive electrode layers or the cation lithium can be used. It is considered that this was due to the inhibition of intercalation to the negative electrode.
Even in the high voltage region of the upper limit voltage of 4.5 V, by adding 33% by mass or less of the dinitrile compound, it is possible to suppress the amount of gas generated without impairing the battery characteristics.

(実施例16)
<ラミネートセルの作製>
実施例1に記載の正極にアルミニウム製の正極端子を、負極にニッケル製の負極端子を超音波溶接で取り付けた。各端子を取り付けた正極と負極とをセルロース製のセパレータを介して積層し、150℃で4時間真空乾燥させた。この積層体を乾燥アルゴングローブボックス中で、アルミラミネートに封入した。次に、実施例1と同様に調製した電解液を注入し、減圧下にてアルミラミネートの熱融着を行い、ラミネートセルを得た。
(Example 16)
<Making laminated cells>
An aluminum positive electrode terminal was attached to the positive electrode according to Example 1, and a nickel negative electrode terminal was attached to the negative electrode by ultrasonic welding. The positive electrode and the negative electrode to which each terminal was attached were laminated via a cellulose separator and vacuum dried at 150 ° C. for 4 hours. This laminate was enclosed in an aluminum laminate in a dry argon glove box. Next, the electrolytic solution prepared in the same manner as in Example 1 was injected, and the aluminum laminate was heat-sealed under reduced pressure to obtain a laminated cell.

(実施例17)
実施例16において、電解液を実施例4と同様のものを用いた以外は、実施例16と同様にしてラミネートセルを作製した。
(Example 17)
In Example 16, a laminated cell was produced in the same manner as in Example 16 except that the same electrolytic solution as in Example 4 was used.

(実施例18)
実施例16において、電解液を実施例2と同様のものを用いた以外は、実施例16と同様にしてラミネートセルを作製した。
(Example 18)
In Example 16, a laminated cell was produced in the same manner as in Example 16 except that the same electrolytic solution as in Example 2 was used.

(実施例19)
実施例16において、電解液を実施例14と同様のものを用いた以外は、実施例16と同様にしてラミネートセルを作製した。
(Example 19)
In Example 16, a laminated cell was produced in the same manner as in Example 16 except that the same electrolytic solution as in Example 14 was used.

(実施例20)
実施例16において、電解液を実施例15と同様のものを用いた以外は、実施例16と同様にしてラミネートセルを作製した。
(Example 20)
In Example 16, a laminated cell was produced in the same manner as in Example 16 except that the same electrolytic solution as in Example 15 was used.

(比較例8)
実施例16において、電解液を比較例2と同様のものを用いた以外は、実施例16と同様にしてラミネートセルを作製した。
(Comparative Example 8)
In Example 16, a laminated cell was produced in the same manner as in Example 16 except that the same electrolytic solution as in Comparative Example 2 was used.

(比較例9)
実施例16において、電解液を比較例3と同様のものを用いた以外は、実施例16と同様にしてラミネートセルを作製した。
(Comparative Example 9)
In Example 16, a laminated cell was produced in the same manner as in Example 16 except that the same electrolytic solution as in Comparative Example 3 was used.

<入出力特性の測定>
作製したラミネートセルを、23℃にて、0.2Cレートにて4.5Vまで充電した後、5分間休止し、2.0Vまで放電する操作を10回繰り返した。次に、1Cレートにて4.5Vまで充電した後、5分間休止し、2.0Vまで放電する操作を20回繰り返した。充放電を行ったラミネートセルを1kHzの交流四端子法を用いて抵抗測定を行い、この値を「入出力特性」として評価を行った。抵抗値が小さいことで入出力の低下を抑制することができる。結果を表4に示した。
<Measurement of input / output characteristics>
The prepared laminated cell was charged at 23 ° C. at a rate of 0.2 C to 4.5 V, then paused for 5 minutes, and the operation of discharging to 2.0 V was repeated 10 times. Next, the operation of charging to 4.5 V at a 1 C rate, resting for 5 minutes, and discharging to 2.0 V was repeated 20 times. The resistance of the charged / discharged laminated cell was measured using the AC four-terminal method of 1 kHz, and this value was evaluated as "input / output characteristics". Since the resistance value is small, it is possible to suppress the decrease in input / output. The results are shown in Table 4.

Figure 0006967473
表4の結果から、ジニトリル化合物を添加した実施例16から20は、未添加の系である比較例8と比較して、入出力特性として記載した抵抗値が低下していることがわかった。特に添加量が少ない実施例18、19及び20では、著しく低下していることが分かった。この理由として、少量のジニトリル化合物の添加により、電解液中に存在するジニトリル化合物がアニオン及びカチオンの移動を阻害することなく、電解液の分解が抑制されたことで、充放電に伴う被膜の形成が緩和され、ジニトリル化合物を未添加の系よりもより緻密で薄い被膜となり、蓄電素子としての抵抗が低下したものと考えられる。
高電圧領域でのガス発生量抑制効果、放電容量維持率及び入出力特性の結果を鑑みると、ジニトリル化合物の添加量は、1質量%以下が特に好ましい。
Figure 0006967473
From the results in Table 4, it was found that Examples 16 to 20 to which the dinitrile compound was added had a lower resistance value described as input / output characteristics as compared with Comparative Example 8 which was a non-added system. In particular, in Examples 18, 19 and 20 in which the addition amount was small, it was found that the amount was significantly reduced. The reason for this is that by adding a small amount of the dinitrile compound, the dinitrile compound present in the electrolytic solution does not inhibit the movement of anions and cations, and the decomposition of the electrolytic solution is suppressed, so that a film is formed due to charging and discharging. It is considered that the film was more dense and thinner than the system without the addition of the dinitrile compound, and the resistance as a power storage element was reduced.
Considering the effect of suppressing the amount of gas generated in the high voltage region, the discharge capacity retention rate, and the results of the input / output characteristics, the amount of the dinitrile compound added is particularly preferably 1% by mass or less.

以上の結果から、デュアルインターカレーションタイプの非水電解液蓄電素子において、耐高電圧性を有する電解液を用いることにより、高電圧領域での使用においても、遷移金属溶出による電池特性の低下や、電解液分解によるガス発生を起こすことなく、安全性の高い蓄電素子を提供できることがわかった。 From the above results, in the dual intercalation type non-aqueous electrolyte storage element, by using the electrolytic solution having high voltage resistance, the battery characteristics are deteriorated due to the elution of the transition metal even when used in the high voltage region. It was found that a highly safe power storage element can be provided without causing gas generation due to electrolyte decomposition.

本発明の態様は、例えば、以下のとおりである。
<1> アニオンを挿入乃至脱離可能な正極活物質を含む正極と、負極活物質を含む負極と、非水電解液と、前記正極と前記負極との間に配置され、前記非水電解液を保持するセパレータと、を有し、
前記非水電解液が、ジニトリル化合物を含有し、
前記ジニトリル化合物の含有量が、前記非水電解液に対して、33質量%以下であることを特徴とする非水電解液蓄電素子である。
<2> 前記ジニトリル化合物の含有量が、前記非水電解液に対して、1質量%以下である前記<1>に記載の非水電解液蓄電素子である。
<3> 前記ジニトリル化合物が、2−メチルグルタロニトニルである前記<1>から<2>のいずれかに記載の非水電解液蓄電素子である。
<4> 前記正極活物質が、炭素材料を含有し、
前記炭素材料のBET比表面積が50m/g以上であり、かつ前記炭素材料の細孔容積が0.2mL/g以上2.3mL/g以下である前記<1>から<3>のいずれかに記載の非水電解液蓄電素子である。
<5> 前記炭素材料が、黒鉛、及び有機物の熱分解物の少なくともいずれかである前記<4>に記載の非水電解液蓄電素子である。
<6> 前記黒鉛が、多孔質炭素である前記<5>に記載の非水電解液蓄電素子である。
<7> 前記多孔質炭素が、三次元網目構造の連通した細孔を有する前記<6>に記載の非水電解液蓄電素子である。
<8> 前記非水電解液が、LiBFを含有する前記<1>から<7>のいずれかに記載の非水電解液蓄電素子である。
<9> 前記負極活物質が、炭素材料である前記<1>から<8>のいずれかに記載の非水電解液蓄電素子である。
<10> 前記正極が、バインダを更に含む前記<1>から<9>のいずれかに記載の非水電解液蓄電素子である。
<11> 前記バインダが、アクリレート系ラテックスである前記<10>に記載の非水電解液蓄電素子である。
<12> 前記正極が、増粘剤を更に含む前記<1>から<11>のいずれかに記載の非水電解液蓄電素子である。
<13> 前記増粘剤が、カルボキシメチルセルロースである前記<12>に記載の非水電解液蓄電素子である。
<14> 前記正極が、導電助剤を更に含む前記<1>から<13>のいずれかに記載の非水電解液蓄電素子である。
<15> 前記導電助剤が、アセチレンブラックである前記<14>に記載の非水電解液蓄電素子である。
<16> 前記負極が、バインダを更に含む前記<1>から<15>のいずれかに記載の非水電解液蓄電素子である。
<17> 前記バインダが、スチレン−ブタジエンゴムである前記<16>に記載の非水電解液蓄電素子である。
<18> 前記負極が、増粘剤を更に含む前記<1>から<17>のいずれかに記載の非水電解液蓄電素子である。
<19> 前記増粘剤が、カルボキシメチルセルロースである前記<18>に記載の非水電解液蓄電素子である。
<20> 前記負極が、導電助剤を更に含む前記<1>から<19>のいずれかに記載の非水電解液蓄電素子である。
<21> 前記導電助剤が、アセチレンブラックである前記<20>に記載の非水電解液蓄電素子である。
Aspects of the present invention are, for example, as follows.
<1> A positive electrode containing a positive electrode active material into which an anion can be inserted or removed, a negative electrode containing a negative electrode active material, a non-aqueous electrolytic solution, and the non-aqueous electrolytic solution arranged between the positive electrode and the negative electrode. Has a separator, and has
The non-aqueous electrolytic solution contains a dinitrile compound and contains
The non-aqueous electrolytic solution power storage element is characterized in that the content of the dinitrile compound is 33% by mass or less with respect to the non-aqueous electrolytic solution.
<2> The non-aqueous electrolytic solution power storage element according to <1>, wherein the content of the dinitrile compound is 1% by mass or less with respect to the non-aqueous electrolytic solution.
<3> The non-aqueous electrolyte storage device according to any one of <1> to <2>, wherein the dinitrile compound is 2-methylglutaronitonyl.
<4> The positive electrode active material contains a carbon material, and the positive electrode active material contains a carbon material.
Any of the above <1> to <3> in which the BET specific surface area of the carbon material is 50 m 2 / g or more and the pore volume of the carbon material is 0.2 mL / g or more and 2.3 mL / g or less. The non-aqueous electrolyte storage element according to the above.
<5> The non-aqueous electrolyte storage device according to <4>, wherein the carbon material is at least one of graphite and a thermal decomposition product of an organic substance.
<6> The non-aqueous electrolyte storage device according to <5>, wherein the graphite is porous carbon.
<7> The non-aqueous electrolyte storage device according to <6>, wherein the porous carbon has a three-dimensional network structure in which the pores are communicated with each other.
<8> The non-aqueous electrolytic solution storage element according to any one of <1> to <7>, wherein the non-aqueous electrolytic solution contains LiBF 4.
<9> The non-aqueous electrolytic solution power storage element according to any one of <1> to <8>, wherein the negative electrode active material is a carbon material.
<10> The non-aqueous electrolyte storage element according to any one of <1> to <9>, wherein the positive electrode further includes a binder.
<11> The non-aqueous electrolyte storage element according to <10>, wherein the binder is an acrylate-based latex.
<12> The non-aqueous electrolyte storage element according to any one of <1> to <11>, wherein the positive electrode further contains a thickener.
<13> The non-aqueous electrolyte storage device according to <12>, wherein the thickener is carboxymethyl cellulose.
<14> The non-aqueous electrolyte storage element according to any one of <1> to <13>, wherein the positive electrode further contains a conductive auxiliary agent.
<15> The non-aqueous electrolyte storage element according to <14>, wherein the conductive auxiliary agent is acetylene black.
<16> The non-aqueous electrolyte storage element according to any one of <1> to <15>, wherein the negative electrode further includes a binder.
<17> The non-aqueous electrolyte storage element according to <16>, wherein the binder is a styrene-butadiene rubber.
<18> The non-aqueous electrolyte storage element according to any one of <1> to <17>, wherein the negative electrode further contains a thickener.
<19> The non-aqueous electrolyte storage device according to <18>, wherein the thickener is carboxymethyl cellulose.
<20> The non-aqueous electrolyte storage element according to any one of <1> to <19>, wherein the negative electrode further contains a conductive auxiliary agent.
<21> The non-aqueous electrolyte storage element according to <20>, wherein the conductive auxiliary agent is acetylene black.

前記<1>から<21>のいずれかに記載の非水電解液蓄電素子によると、従来における前記諸問題を解決し、前記本発明の目的を達成することができる。 According to the non-aqueous electrolyte storage device according to any one of <1> to <21>, the conventional problems can be solved and the object of the present invention can be achieved.

10 非水電解液蓄電素子
11 正極
12 負極
13 セパレータ
10 Non-aqueous electrolyte storage element 11 Positive electrode 12 Negative electrode 13 Separator

特開平8−162154号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 8-162154 特許第5645144号公報Japanese Patent No. 5645144 特許第5896010号公報Japanese Patent No. 5896010 特許第5097415号公報Japanese Patent No. 5097415

Claims (6)

アニオンを挿入乃至脱離可能な正極活物質を含む正極と、負極活物質を含む負極と、非水電解液と、前記正極と前記負極との間に配置され、前記非水電解液を保持するセパレータと、を有し、
前記非水電解液が、ジニトリル化合物を含有し、
前記ジニトリル化合物の含有量が、前記非水電解液に対して、33質量%以下であることを特徴とする非水電解液蓄電素子。
A positive electrode containing a positive electrode active material into which an anion can be inserted or removed, a negative electrode containing a negative electrode active material, a non-aqueous electrolytic solution, and the positive electrode and the negative electrode are arranged between the positive electrode and the negative electrode to hold the non-aqueous electrolytic solution. With a separator,
The non-aqueous electrolytic solution contains a dinitrile compound and contains
A non-aqueous electrolytic solution power storage element characterized in that the content of the dinitrile compound is 33% by mass or less with respect to the non-aqueous electrolytic solution.
前記ジニトリル化合物の含有量が、前記非水電解液に対して、1質量%以下である請求項1に記載の非水電解液蓄電素子。 The non-aqueous electrolytic solution power storage element according to claim 1, wherein the content of the dinitrile compound is 1% by mass or less with respect to the non-aqueous electrolytic solution. 前記ジニトリル化合物が、2−メチルグルタロニトニルである請求項1から2のいずれかに記載の非水電解液蓄電素子。 The non-aqueous electrolyte storage device according to any one of claims 1 to 2, wherein the dinitrile compound is 2-methylglutaronitonyl. 前記正極活物質が、炭素材料を含有し、
前記炭素材料のBET比表面積が50m/g以上であり、かつ前記炭素材料の細孔容積が0.2mL/g以上2.3mL/g以下である請求項1から3のいずれかに記載の非水電解液蓄電素子。
The positive electrode active material contains a carbon material and
The invention according to any one of claims 1 to 3, wherein the carbon material has a BET specific surface area of 50 m 2 / g or more, and the pore volume of the carbon material is 0.2 mL / g or more and 2.3 mL / g or less. Non-aqueous electrolyte storage element.
前記非水電解液が、LiBFを含有する請求項1から4のいずれかに記載の非水電解液蓄電素子。 The non-aqueous electrolytic solution power storage element according to any one of claims 1 to 4, wherein the non-aqueous electrolytic solution contains LiBF 4. 前記負極活物質が、炭素材料である請求項1から5のいずれかに記載の非水電解液蓄電素子。

The non-aqueous electrolytic solution power storage element according to any one of claims 1 to 5, wherein the negative electrode active material is a carbon material.

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