JP7180861B2 - Electrolyte, lithium ion secondary battery, compound - Google Patents

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Description

本発明は、電解液、リチウムイオン2次電池、および、化合物に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to electrolyte solutions, lithium-ion secondary batteries, and compounds.

近年、携帯電話に代表される小型携帯機器用の電源、深夜電力貯蔵システム、太陽光発電に基づく家庭用分散型蓄電システム、および、電気自動車のための蓄電システムなどに関連して、各種の電池の開発が行われている。
このような電池として、リチウムイオン2次電池が注目されている(特許文献1)。
In recent years, various types of batteries have been developed in connection with power sources for small portable devices such as mobile phones, late-night power storage systems, household distributed power storage systems based on solar power generation, and power storage systems for electric vehicles. is being developed.
Lithium-ion secondary batteries are attracting attention as such batteries (Patent Document 1).

特開平7-006786号公報JP-A-7-006786

リチウムイオン2次電池においては、電池の高電圧化が検討されている。電池の高電圧化を達成するための手段の一つとして、高電位で作動する正極を用いる手段がある。
一方で、高電位で作動する正極を含むリチウムイオン2次電池においては、電解液に含まれるカーボネート系溶媒に代表される溶媒が正極表面にて酸化分解してしまい、リチウムイオン2次電池の充放電評価において放電容量が十分でないことが確認された。
また、リチウムイオン2次電池においては、正極に含まれる正極活物質の構造安定性に優れることも求められる。なお、上記構造安定性に優れるとは、正極と電解液とを接触させた際に、正極中に含まれる正極活物質の形状の変化が少ないことを意図する。
In lithium-ion secondary batteries, studies are underway to increase the battery voltage. One of the means for achieving higher voltage batteries is to use a positive electrode that operates at a high potential.
On the other hand, in a lithium ion secondary battery including a positive electrode that operates at a high potential, a solvent typified by a carbonate-based solvent contained in the electrolyte is oxidatively decomposed on the surface of the positive electrode, and charging of the lithium ion secondary battery is hindered. It was confirmed in the discharge evaluation that the discharge capacity was not sufficient.
In addition, in lithium ion secondary batteries, the positive electrode active material contained in the positive electrode is also required to have excellent structural stability. The term “excellent in structural stability” means that the shape of the positive electrode active material contained in the positive electrode changes little when the positive electrode and the electrolytic solution are brought into contact with each other.

本発明は、上記実情に鑑みて、リチウムイオン2次電池(特に、高電位で作動する正極を含むリチウムイオン2次電池)に適用した際に、充放電時の放電容量に優れ、かつ、正極活物質の構造安定性に優れる、電解液を提供することを課題とする。
本発明は、リチウムイオン2次電池、および、化合物を提供することも課題とする。
In view of the above circumstances, the present invention provides an excellent discharge capacity during charging and discharging when applied to a lithium ion secondary battery (especially a lithium ion secondary battery including a positive electrode that operates at a high potential), and a positive electrode An object of the present invention is to provide an electrolytic solution in which the active material has excellent structural stability.
Another object of the present invention is to provide a lithium ion secondary battery and a compound.

本発明者らは、上記課題について鋭意検討した結果、所定の化合物を含む電解液を使用すると、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、以下に示す手段により上記課題を解決し得る。
As a result of intensive studies on the above problems, the present inventors have found that the above problems can be solved by using an electrolytic solution containing a predetermined compound, and have completed the present invention.
That is, the above problems can be solved by means shown below.

(1) 後述する式(1)で表される化合物、溶媒、および、リチウム塩を含む、電解液。
(2) 式(1)で表される化合物が、後述する式(2)で表される化合物である、(1)に記載の電解液。
(3) Xが、式(A)で表される基を表す、(1)または(2)に記載の電解液。
(4) Lが、2価の共役系連結基を表す、(1)~(3)のいずれかに記載の電解液。
(5) 式(1)で表される化合物の含有量が、電解液全質量に対して、0.01~10質量%である、(1)~(4)のいずれかに記載の電解液。
(6) 溶媒が、カーボネート系溶媒、エステル系溶媒、エーテル系溶媒、ケトン系溶媒、アルコール系溶媒、および、非プロトン性溶媒からなる群から選択される、(1)~(5)のいずれかに記載の電解液。
(7) (1)~(6)のいずれかに記載の電解液を含むリチウムイオン2次電池。
(8) 後述する式(2)で表される化合物。
(1) An electrolytic solution containing a compound represented by Formula (1) described below, a solvent, and a lithium salt.
(2) The electrolytic solution according to (1), wherein the compound represented by formula (1) is a compound represented by formula (2) described below.
(3) The electrolytic solution according to (1) or (2), wherein X represents a group represented by formula (A).
(4) The electrolytic solution according to any one of (1) to (3), wherein L represents a divalent conjugated linking group.
(5) The electrolyte solution according to any one of (1) to (4), wherein the content of the compound represented by formula (1) is 0.01 to 10% by mass with respect to the total mass of the electrolyte solution. .
(6) Any one of (1) to (5), wherein the solvent is selected from the group consisting of carbonate solvents, ester solvents, ether solvents, ketone solvents, alcohol solvents, and aprotic solvents. The electrolytic solution described in .
(7) A lithium ion secondary battery containing the electrolytic solution according to any one of (1) to (6).
(8) A compound represented by formula (2) described later.

本発明によれば、リチウムイオン2次電池(特に、高電位で作動する正極を含むリチウムイオン2次電池)に適用した際に、充放電時の放電容量に優れ、かつ、正極活物質の構造安定性に優れる、電解液を提供できる。
本発明によれば、リチウムイオン2次電池、および、化合物を提供できる。
According to the present invention, when applied to a lithium ion secondary battery (especially a lithium ion secondary battery including a positive electrode that operates at a high potential), it has excellent discharge capacity during charging and discharging, and the structure of the positive electrode active material An electrolytic solution having excellent stability can be provided.
According to the present invention, a lithium ion secondary battery and a compound can be provided.

化合物1のH NMRスペクトルである。1 is the 1 H NMR spectrum of Compound 1. FIG. 化合物1の13C NMRスペクトルである。 13 C NMR spectrum of Compound 1. FIG. 化合物1の赤外吸収(IR)スペクトルである。1 is an infrared absorption (IR) spectrum of compound 1; (A)は化合物1を含む混合液を用いたサイクリックボルタンメトリー測定の結果を示す図(サイクリックボルタモグラム)であり、(B)は化合物1を含まない混合液を用いたサイクリックボルタンメトリー測定の結果を示す図である。(A) is a diagram (cyclic voltammogram) showing the results of cyclic voltammetry measurement using a mixture containing compound 1, and (B) is the result of cyclic voltammetry measurement using a mixture that does not contain compound 1. It is a figure which shows. (A)は、サイクリックボルタンメトリー測定を行う前の正極のXPS測定結果である。(B)は、化合物1を含まない混合液中でサイクリックボルタンメトリー測定を行って得られた正極のXPS測定結果である。(C)は、化合物1を含む混合液中でサイクリックボルタンメトリー測定を行って得られた正極のXPS測定結果である。(A) is the XPS measurement result of the positive electrode before cyclic voltammetry measurement. (B) is the XPS measurement result of the positive electrode obtained by performing cyclic voltammetry measurement in a mixed solution containing no compound 1. FIG. (C) is an XPS measurement result of the positive electrode obtained by performing cyclic voltammetry measurement in a mixed solution containing Compound 1. FIG. (A)は、化合物1を含まない混合液中でサイクリックボルタンメトリー測定を行って得られた正極のXPS測定結果である。(B)は、化合物1を含む混合液中でサイクリックボルタンメトリー測定を行って得られた正極のXPS測定結果である。(A) is an XPS measurement result of a positive electrode obtained by performing cyclic voltammetry measurement in a mixed solution containing no compound 1. FIG. (B) is an XPS measurement result of the positive electrode obtained by performing cyclic voltammetry measurement in a mixed solution containing Compound 1. FIG. 化合物1を含む混合液を含むセル、および、化合物1を含まない混合液を含むセルをサイクルによる充電容量の変化を表す図である。4 is a diagram showing changes in charge capacity due to cycling of a cell containing a mixed solution containing compound 1 and a cell containing a mixed solution not containing compound 1. FIG. (A)は、混合液に浸漬前のLiMnNiCo電極のSEM(走査型電子顕微鏡)観察図である。(B)は、化合物1を含む混合液に浸漬させた後のLiMnNiCo電極のSEM観察図である。(C)は、化合物1を含まない混合液に浸漬させた後のLiMnNiCo電極のSEM観察図である。(A) is a SEM (scanning electron microscope ) observation view of a LiMnxNiyCozO2 electrode before being immersed in a mixed solution. (B) is an SEM observation view of a LiMnxNiyCozO2 electrode after being immersed in a mixed solution containing Compound 1. FIG. (C) is an SEM observation view of the LiMnxNiyCozO2 electrode after being immersed in a mixed solution containing no compound 1. FIG.

以下に、本発明について詳述する。
本明細書において「~」とはその前後に記載される数値を下限値および上限値として含む意味で使用される。
The present invention will be described in detail below.
As used herein, the term "to" is used to include the numerical values before and after it as lower and upper limits.

本発明の特徴点としては、後述する式(1)で表される化合物(以下、単に「化合物(1)」ともいう。)を用いる点が挙げられる。式(1)中のXは、電解重合し得る基である。そのため、化合物(1)を含む電解液を用いたリチウムイオン2次電池の充放電を行うと、X部分を介して化合物(1)の重合が進行し、正極上に被膜を形成し得る。この被膜が形成されることにより、溶媒(例えば、カーボネート系溶媒)の酸化分解が抑制され、結果として、充放電時の放電容量が優れる。
また、化合物(1)は窒素原子を含むシッフ塩基(Schiffs Base)であり、この窒素原子を介して正極活物質に配位し得る。化合物(1)が正極活物質に配位することにより、驚くべきことに、正極活物質の構造安定性の向上が達成される。
さらに、化合物(1)中の窒素原子は、リチウム塩由来のフッ酸をトラップする機能を有することが期待でき、結果として電極の腐食もより一層低減される。
A feature of the present invention is the use of a compound represented by Formula (1) described later (hereinafter, also simply referred to as "compound (1)"). X in formula (1) is a group capable of electropolymerization. Therefore, when a lithium ion secondary battery is charged and discharged using an electrolytic solution containing compound (1), polymerization of compound (1) proceeds via the X portion, and a film can be formed on the positive electrode. By forming this film, oxidative decomposition of the solvent (for example, the carbonate-based solvent) is suppressed, and as a result, the discharge capacity during charging and discharging is excellent.
Compound (1) is a Schiffs base containing a nitrogen atom, and can coordinate to the positive electrode active material via this nitrogen atom. Surprisingly, the structural stability of the positive electrode active material is improved by the coordination of the compound (1) to the positive electrode active material.
Furthermore, the nitrogen atoms in compound (1) can be expected to have a function of trapping hydrofluoric acid derived from lithium salt, and as a result, electrode corrosion is further reduced.

以下では、まず、化合物(1)について詳述し、その後、電解液に含まれる他の成分について詳述する。 Below, the compound (1) will be described in detail first, and then other components contained in the electrolytic solution will be described in detail.

<化合物(1)>
電解液は、化合物(1)を含む。
<Compound (1)>
The electrolytic solution contains compound (1).

Figure 0007180861000001
Figure 0007180861000001

およびRは、それぞれ独立に、置換基を表す。RおよびRは、互いに結合して環を形成していてもよい。
置換基の種類は特に制限されず、例えば、ハロゲン原子、アルキル基(シクロアルキル基を含む)、アルケニル基(シクロアルケニル基、ビシクロアルケニル基を含む)、アルキニル基、芳香族基(例えば、芳香族炭化水素基、芳香族複素環基)、シアノ基、ヒドロキシル基、ニトロ基、カルボキシル基、アルコキシ基、アリールオキシ基、シリルオキシ基、複素環オキシ基、アシルオキシ基、カルバモイルオキシ基、アルコキシカルボニルオキシ基、アリールオキシカルボニルオキシ、アミノ基(アニリノ基を含む)、アシルアミノ基、アミノカルボニルアミノ基、アルコキシカルボニルアミノ基、アリールオキシカルボニルアミノ基、スルファモイルアミノ基、アルキルおよびアリールスルホニルアミノ基、メルカプト基、アルキルチオ基、アリールチオ基、複素環チオ基、スルファモイル基、スルホ基、アルキルおよびアリールスルフィニル基、アルキルおよびアリールスルホニル基、アシル基、アリールオキシカルボニル基、アルコキシカルボニル基、カルバモイル基、アリールおよび複素環アゾ基、イミド基、ホスフィノ基、ホスフィニル基、ホスフィニルオキシ基、ホスフィニルアミノ基、シリル基、並びに、これらの組み合わせた基が挙げられる。
また、上記置換基には、さらに別の置換基が置換していてもよい。
R 1 and R 2 each independently represent a substituent. R 1 and R 2 may combine with each other to form a ring.
The types of substituents are not particularly limited, and examples include halogen atoms, alkyl groups (including cycloalkyl groups), alkenyl groups (including cycloalkenyl groups and bicycloalkenyl groups), alkynyl groups, aromatic groups (e.g., aromatic hydrocarbon group, aromatic heterocyclic group), cyano group, hydroxyl group, nitro group, carboxyl group, alkoxy group, aryloxy group, silyloxy group, heterocyclic oxy group, acyloxy group, carbamoyloxy group, alkoxycarbonyloxy group, Aryloxycarbonyloxy, amino groups (including anilino groups), acylamino groups, aminocarbonylamino groups, alkoxycarbonylamino groups, aryloxycarbonylamino groups, sulfamoylamino groups, alkyl and arylsulfonylamino groups, mercapto groups, alkylthio arylthio groups, heterocyclicthio groups, sulfamoyl groups, sulfo groups, alkyl and arylsulfinyl groups, alkyl and arylsulfonyl groups, acyl groups, aryloxycarbonyl groups, alkoxycarbonyl groups, carbamoyl groups, aryl and heterocyclic azo groups, Imido groups, phosphino groups, phosphinyl groups, phosphinyloxy groups, phosphinylamino groups, silyl groups, and combinations thereof.
In addition, the above substituent may be further substituted with another substituent.

およびRは、互いに結合して環を形成していてもよい。
およびRが互いに結合して形成される環の種類は特に制限されず、脂肪族環であっても、芳香族環であってもよい。
また、RおよびRが互いに結合して形成される環は、単環であっても、縮合環であってもよく、充放電時の放電容量がより優れる点、および、正極活物質の構造安定性がより優れる点の少なくとも一方の効果が得られる点(以後、単に「本発明の効果が優れる点」ともいう)で、縮合環が好ましい。
縮合環に含まれる環の数は特に制限されず、2~5が好ましく、3~4がより好ましく、3がさらに好ましい。
およびRが互いに結合して形成される環に含まれる炭素数は特に制限されないが、6~20が好ましく、10~15がより好ましい。
およびRが互いに結合して形成される環としては、例えば、アセナフテンが挙げられる。
R 1 and R 2 may combine with each other to form a ring.
The type of ring formed by combining R 1 and R 2 is not particularly limited, and may be an aliphatic ring or an aromatic ring.
In addition, the ring formed by combining R 1 and R 2 with each other may be a single ring or a condensed ring. A condensed ring is preferred because at least one of the effects of better structural stability can be obtained (hereinafter also simply referred to as "the effect of the present invention is excellent").
The number of rings contained in the condensed ring is not particularly limited, preferably 2 to 5, more preferably 3 to 4, and even more preferably 3.
The number of carbon atoms contained in the ring formed by combining R 1 and R 2 is not particularly limited, but is preferably 6-20, more preferably 10-15.
Examples of the ring formed by combining R 1 and R 2 include acenaphthene.

Lは、それぞれ独立に、2価の連結基を表す。
2価の連結基の種類は特に制限されず、例えば、-O-、-C(=O)-、-NH-、-C(=O)NH-、-C(=O)O-、アルキレン基、アルケニレン基、アルキニレン基、アリーレン基、ヘテロアリーレン基、および、これらのうち2種以上を組み合わせた基が挙げられる。
なかでも、2価の連結基としては、2価の共役系連結基が好ましい。Lが2価の共役系連結基である場合、化合物(1)によって形成される被膜の導電性がより優れ、結果として、充放電時の放電容量がより優れる。
2価の共役系連結基とは、一方の結合位置から他方の結合位置まで共役系が繋がる2価の連結基を意図する。
2価の共役系連結基としては、アリーレン基、ヘテロアリーレン基、-CR=CR-、-C≡C-、-N=N-、-アリーレン基-Y-、-ヘテロアリーレン基-Y-、および、これらのうち2種以上を組み合わせた基が挙げられる。
は、水素原子または置換基を表す。置換基の定義は、上述したRおよびRで表される置換基と同義である。
Yは、-O-、-S-、または、-NH-を表す。
Each L independently represents a divalent linking group.
The type of divalent linking group is not particularly limited, and examples include -O-, -C(=O)-, -NH-, -C(=O)NH-, -C(=O)O-, alkylene groups, alkenylene groups, alkynylene groups, arylene groups, heteroarylene groups, and groups in combination of two or more thereof.
Among them, as the divalent linking group, a divalent conjugated linking group is preferable. When L is a divalent conjugated linking group, the conductivity of the coating formed by compound (1) is superior, resulting in superior discharge capacity during charging and discharging.
A divalent conjugated linking group is intended to be a divalent linking group in which the conjugated system extends from one bonding position to the other bonding position.
The divalent conjugated linking group includes an arylene group, a heteroarylene group, -CR 3 =CR 3 -, -C≡C-, -N=N-, -arylene group -Y-, and -heteroarylene group -Y -, and groups in which two or more of these are combined.
R3 represents a hydrogen atom or a substituent. The definition of the substituents is the same as the substituents represented by R 1 and R 2 described above.
Y represents -O-, -S- or -NH-.

アリーレン基の炭素数は特に制限されないが、本発明の効果がより優れる点で、6~30が好ましく、6~20がより好ましく、6~10がさらに好ましい。
アリーレン基を構成する環としては、例えば、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、フェナントレン環、フルオレン環、トリフェニレン環、ピレン環、ナフタセン環、ビフェニル環(2個のフェニル基は任意の連結様式で連結してもよい)、および、ターフェニル基(3個のフェニル基は任意の連結様式で連結してもよい)が挙げられる。
Although the number of carbon atoms in the arylene group is not particularly limited, it is preferably 6 to 30, more preferably 6 to 20, even more preferably 6 to 10, from the standpoint of better effects of the present invention.
Examples of rings constituting an arylene group include benzene ring, naphthalene ring, anthracene ring, phenanthrene ring, fluorene ring, triphenylene ring, pyrene ring, naphthacene ring, and biphenyl ring (two phenyl groups are linked in any ), and a terphenyl group (three phenyl groups may be linked in any linking manner).

ヘテロアリーレン基は、単環構造であっても、縮合環構造であってもよい。なお、縮合環構造である場合、複数の芳香族複素環から構成される構造であってもよいし、芳香族炭化水素環と芳香族複素環とを組み合わせて構成される構造であってもよい。
ヘテロアリーレン基に含まれるヘテロ原子としては、酸素原子、硫黄原子、および、窒素原子が挙げられる。
ヘテロアリーレン基に含まれる芳香族複素環としては、例えば、フラン環、チオフェン環、ピロール環、オキサゾール環、イソオキサゾール環、オキサジアゾール環、チアゾール環、イソチアゾール環、チアジアゾール環、イミダゾール環、ピラゾール環、トリアゾール環、フラザン環、テトラゾール環、ピリジン環、ピリダジン環、ピリミジン環、ピラジン環、トリアジン環、テトラジン環、ベンゾフラン環、イソベンゾフラン環、ベンゾチオフェン環、インドール環、インドリン環、イソインドール環、ベンゾオキサゾール環、ベンゾチアゾール環、インダゾール環、ベンゾイミダゾール環、キノリン環、イソキノリン環、シンノリン環、フタラジン環、キナゾリン環、キノキサリン環、ジベンゾフラン環、ジベンゾチオフェン環、カルバゾール環、アクリジン環、フェナントリジン環、フェナントロリン環、フェナジン環、ナフチリジン環、プリン環、および、プテリジン環が挙げられる。
A heteroarylene group may have a monocyclic structure or a condensed ring structure. In the case of a condensed ring structure, it may be a structure composed of a plurality of aromatic heterocycles, or a structure composed of a combination of an aromatic hydrocarbon ring and an aromatic heterocycle. .
Heteroatoms contained in the heteroarylene group include oxygen, sulfur and nitrogen atoms.
Examples of the aromatic heterocyclic ring contained in the heteroarylene group include furan ring, thiophene ring, pyrrole ring, oxazole ring, isoxazole ring, oxadiazole ring, thiazole ring, isothiazole ring, thiadiazole ring, imidazole ring and pyrazole ring. ring, triazole ring, furazane ring, tetrazole ring, pyridine ring, pyridazine ring, pyrimidine ring, pyrazine ring, triazine ring, tetrazine ring, benzofuran ring, isobenzofuran ring, benzothiophene ring, indole ring, indoline ring, isoindole ring, benzoxazole ring, benzothiazole ring, indazole ring, benzimidazole ring, quinoline ring, isoquinoline ring, cinnoline ring, phthalazine ring, quinazoline ring, quinoxaline ring, dibenzofuran ring, dibenzothiophene ring, carbazole ring, acridine ring, phenanthridine ring , phenanthroline ring, phenazine ring, naphthyridine ring, purine ring, and pteridine ring.

Xは、それぞれ独立に、式(A)で表される基、式(B)で表される基、および、式(C)で表される基からなる群から選択される基を表す。なかでも、化合物(1)の合成がしやすい点で、式(A)で表される基が好ましい。式(A)~式(C)中の*は、結合位置を表す。より具体的には、*は、式(1)中のLとの結合位置を表す。
これらの基は、電解重合可能な基であり、上述したように、リチウムイオン2次電池の充放電の際に、重合し得る。
Each X independently represents a group selected from the group consisting of a group represented by formula (A), a group represented by formula (B), and a group represented by formula (C). Among them, the group represented by the formula (A) is preferable from the viewpoint of easy synthesis of the compound (1). * in Formulas (A) to (C) represents a bonding position. More specifically, * represents the bonding position with L in formula (1).
These groups are electropolymerizable groups, and can be polymerized during charging and discharging of the lithium ion secondary battery, as described above.

Figure 0007180861000002
Figure 0007180861000002

式(A)で表される基としては式(A-1)で表される基が好ましく、式(B)で表される基としては式(B-1)で表される基が好ましく、式(C)で表される基としては式(C-1)で表される基が好ましい。
式(B-1)で表される基の場合、チオフェン環の2位および5位の位置で重合が進行し、ポリチオフェンが形成される。また、式(C-1)で表される基の場合、ピロール環の2位および5位の位置で重合が進行し、ポリピロールが形成される。
The group represented by formula (A) is preferably a group represented by formula (A-1), and the group represented by formula (B) is preferably a group represented by formula (B-1), As the group represented by formula (C), a group represented by formula (C-1) is preferable.
In the case of the group represented by formula (B-1), polymerization proceeds at the 2- and 5-positions of the thiophene ring to form polythiophene. In the case of the group represented by formula (C-1), polymerization proceeds at positions 2 and 5 of the pyrrole ring to form polypyrrole.

Figure 0007180861000003
Figure 0007180861000003

式(1)で表される化合物において、Xが式(X)で表される基の場合、Lは2価の共役系連結基を表すことが好ましく、Xが式(B)または式(C)で表される基を表す場合は、Lは2価の連結基を表すことが好ましい。 In the compound represented by the formula (1), when X is a group represented by the formula (X), L preferably represents a divalent conjugated linking group, and X is the formula (B) or the formula (C ), L preferably represents a divalent linking group.

式(1)で表される化合物としては、本発明の効果がより優れる点で、式(2)で表される化合物が好ましい。 As the compound represented by Formula (1), the compound represented by Formula (2) is preferable because the effects of the present invention are more excellent.

Figure 0007180861000004
Figure 0007180861000004

式(2)中、LおよびXの定義は、上述した通りである。 In Formula (2), the definitions of L and X are as described above.

なかでも、充放電時の放電容量がより優れる点で、化合物(1)の最高被占軌道(HOMO)のエネルギー準位が、後述する溶媒の最高被占軌道(HOMO)のエネルギー準位よりも高いことが好ましい。言い換えれば、化合物(1)の最高被占軌道のエネルギー準位の値が、後述する溶媒の最高被占軌道のエネルギー準位の値よりも大きいことが好ましい。
化合物(1)および溶媒の最高被占軌道のエネルギー準位の関係が上記のような関係であれば、化合物(1)のほうが先に酸化され易く、結果として、正極上に化合物(1)由来の被膜が形成されやすい。
化合物(1)の最高被占軌道のエネルギー準位は、-6.0eV以上が好ましく、-5.0eV以上がより好ましい。上限は特に制限されないが、-3.0eV以下の場合が多い。
化合物(1)の最高被占軌道のエネルギー準位の算出は、密度汎関数理論(Density Functional Theory:DFT)に基づく量子化学計算プログラム、Gaussian09を使用する。なお、混合汎関数法にはB3LYPを、基底関数には6-31G(d,p)を用いる。
Among them, the energy level of the highest occupied molecular orbital (HOMO) of the compound (1) is higher than the energy level of the highest occupied molecular orbital (HOMO) of the solvent described later, in that the discharge capacity during charging and discharging is superior. High is preferred. In other words, the energy level of the highest occupied molecular orbital of compound (1) is preferably higher than the energy level of the highest occupied molecular orbital of the solvent described later.
If the energy level relationship of the highest occupied molecular orbital of the compound (1) and the solvent is the above relationship, the compound (1) is easily oxidized first, and as a result, the compound (1)-derived of the film is likely to be formed.
The energy level of the highest occupied molecular orbital of compound (1) is preferably −6.0 eV or higher, more preferably −5.0 eV or higher. Although the upper limit is not particularly limited, it is -3.0 eV or less in many cases.
Gaussian09, a quantum chemical calculation program based on density functional theory (DFT), is used to calculate the energy level of the highest occupied orbital of compound (1). B3LYP is used for mixed functional theory, and 6-31G(d, p) is used for basis functions.

化合物(1)の合成方法は特に制限されず、公知の方法を組み合わせて合成できる。 The method for synthesizing compound (1) is not particularly limited, and it can be synthesized by combining known methods.

電解液中における化合物(1)の含有量は特に制限されないが、本発明の効果がより優れる点で、電解液全質量に対して、0.01~10質量%が好ましく、0.05~5質量%がより好ましく、0.10~1質量%がさらに好ましい。 The content of compound (1) in the electrolytic solution is not particularly limited, but is preferably 0.01 to 10% by weight, preferably 0.05 to 5%, based on the total weight of the electrolytic solution in terms of more excellent effects of the present invention. % by mass is more preferred, and 0.10 to 1% by mass is even more preferred.

<溶媒>
本発明の電解液は、溶媒を含む。
溶媒の種類は特に制限されず、非水系溶媒が挙げられ、例えば、カーボネート系溶媒、エステル系溶媒、エーテル系溶媒、ケトン系溶媒、アルコール系溶媒、および、非プロトン性溶媒が挙げられる。
カーボネート系溶媒としては、環状カーボネート系溶媒および鎖状カーボネート系溶媒が挙げられ、例えば、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、ジプロピルカーボネート、メチルプロピルカーボネート、エチルプロピルカーボネート、エチルメチルカーボネート、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、および、ブチレンカーボネートが挙げられる。
エステル系溶媒としては、例えば、メチルアセテート、エチルアセテート、n-プロピルアセテート、1,1-ジメチルエチルアセテート、メチルプロピオネート、エチルプロピオネート、γ-ブチロラクトン、デカノリド、バレロラクトン、メバロノラクトン、および、カプロラクトンが挙げられる。
エーテル系溶媒としては、例えば、ジブチルエーテル、テトラグリム、トリグリム、ジグリム、ジメトキシエタン、2-メチルテトラヒドロフラン、および、テトラヒドロフランが挙げられる。
ケトン系溶媒としては、例えば、シクロヘキサノンが挙げられる。
アルコール系溶媒としては、例えば、エチルアルコール、および、イソプロピルアルコールが挙げられる。
非プロトン性溶媒としては、ニトリル類、ジメチルホルムアミドなどのアミド類、1,3-ジオキソランなどのジオキソラン類、および、スルホラン類が挙げられる。
<Solvent>
The electrolytic solution of the present invention contains a solvent.
The type of solvent is not particularly limited, and includes non-aqueous solvents such as carbonate-based solvents, ester-based solvents, ether-based solvents, ketone-based solvents, alcohol-based solvents, and aprotic solvents.
Examples of carbonate-based solvents include cyclic carbonate-based solvents and chain carbonate-based solvents. and butylene carbonate.
Examples of ester solvents include methyl acetate, ethyl acetate, n-propyl acetate, 1,1-dimethylethyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, γ-butyrolactone, decanolide, valerolactone, mevalonolactone, and Caprolactone can be mentioned.
Ether solvents include, for example, dibutyl ether, tetraglyme, triglyme, diglyme, dimethoxyethane, 2-methyltetrahydrofuran, and tetrahydrofuran.
Ketone solvents include, for example, cyclohexanone.
Alcoholic solvents include, for example, ethyl alcohol and isopropyl alcohol.
Aprotic solvents include nitriles, amides such as dimethylformamide, dioxolanes such as 1,3-dioxolane, and sulfolanes.

電解液中における溶媒の含有量は特に制限されないが、本発明の効果がより優れる点で、電解液全質量に対して、50~99質量%が好ましく、85~98質量%がより好ましい。 The content of the solvent in the electrolytic solution is not particularly limited, but is preferably 50 to 99% by weight, more preferably 85 to 98% by weight, based on the total weight of the electrolytic solution in terms of better effects of the present invention.

<リチウム塩>
本発明の電解液は、リチウム塩を含む。
リチウム塩の種類は特に制限されず、LiPF、LiBF、LiClO、LiAsF、LiC(CFSO、LiSiF、LiOSO2k+1〔kは1~8の整数〕、LiN(SO2k+1〔kは1~8の整数〕、LiPF(CF2k+16-n[nは1~5の整数、kは1~8の整数〕、LiPF(C)、および、LiPF(Cが挙げられる。
<Lithium salt>
The electrolyte of the present invention contains a lithium salt.
The type of lithium salt is not particularly limited, and LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiC(CF 3 SO 2 ) 3 , Li 2 SiF 6 , LiOSO 2 C k F 2k+1 [k is an integer of 1 to 8 ], LiN(SO 2 C k F 2k+1 ) 2 [k is an integer of 1 to 8], LiPF n (C k F2 k+1 ) 6-n [n is an integer of 1 to 5, k is an integer of 1 to 8] , LiPF 4 (C 2 O 2 ), and LiPF 2 (C 2 O 2 ) 2 .

電解液中におけるリチウム塩の含有量は特に制限されないが、本発明の効果がより優れる点で、0.2~3.0モル/Lが好ましく、0.4~2.0モル/Lがより好ましい。 The content of the lithium salt in the electrolytic solution is not particularly limited, but is preferably 0.2 to 3.0 mol/L, more preferably 0.4 to 2.0 mol/L, in terms of more excellent effects of the present invention. preferable.

本発明の電解液は、上述した化合物(1)、溶媒、および、リチウム塩以外の他の成分を含んでいてもよい。 The electrolytic solution of the present invention may contain components other than the above-described compound (1), solvent, and lithium salt.

本発明の電解液の調製方法は特に制限されず、上述した化合物(1)、溶媒、および、リチウム塩、並びに、必要に応じて添加する任意成分を混合し、各成分を均一に溶解または分散できる方法であればよい。 The method for preparing the electrolytic solution of the present invention is not particularly limited, and the above-described compound (1), solvent, lithium salt, and optional components to be added as necessary are mixed, and each component is uniformly dissolved or dispersed. Any method is acceptable.

本発明の電解液は、リチウムイオン2次電池用の電解液として好適に用いられる。
本発明の電解液を含むリチウムイオン2次電池の構成は特に制限されず、従来公知のリチウムイオン2次電池の構成と同様の構成が挙げられる。通常、本発明の電解液を含むリチウムイオン2次電池は、負極および正極を含み、必要に応じて、セパレーターおよび/または外装体を含む。
リチウムイオン2次電池の形状は特に制限されず、例えば、円筒型、角形、ラミネート型、および、コイン型が挙げられる。
以下、リチウムイオン2次電池に含まれる代表的な部材について詳述する。
The electrolytic solution of the present invention is suitably used as an electrolytic solution for lithium ion secondary batteries.
The configuration of the lithium ion secondary battery containing the electrolytic solution of the present invention is not particularly limited, and may be the same as the configuration of conventionally known lithium ion secondary batteries. Lithium ion secondary batteries containing the electrolytic solution of the present invention usually contain a negative electrode and a positive electrode, and if necessary, a separator and/or an outer package.
The shape of the lithium-ion secondary battery is not particularly limited, and examples thereof include cylindrical, prismatic, laminate, and coin shapes.
Representative members included in the lithium-ion secondary battery will be described in detail below.

<正極>
正極は、集電体と、集電体上に形成される正極活物質層とを含むことが好ましい。
集電体としては、例えば、アルミニウム基板が挙げられる。
正極活物質層は、正極活物質、および、バインダーを含むことが好ましい。正極活物質層には、導電助剤が含まれていてもよい。
正極活物質としては、リチウムイオンの可逆的な挿入および脱離が可能な化合物が好ましい。
なかでも、電池の高容量化の点から、リチウムイオン2次電池の満充電時におけるリチウム基準の正極電位は、4.4V(vsLi/Li)以上が好ましく、4.5V(vsLi/Li)以上がより好ましい。つまり、正極活物質としては、満充電時における正極のリチウム基準の電位を4.4V以上とできる材料が好ましい。
<Positive electrode>
The positive electrode preferably includes a current collector and a positive electrode active material layer formed on the current collector.
Examples of current collectors include aluminum substrates.
The positive electrode active material layer preferably contains a positive electrode active material and a binder. The positive electrode active material layer may contain a conductive aid.
A compound capable of reversibly intercalating and deintercalating lithium ions is preferable as the positive electrode active material.
Among them, from the viewpoint of increasing the capacity of the battery, the lithium-based positive electrode potential at full charge of the lithium ion secondary battery is preferably 4.4 V (vs Li/Li + ) or more, and 4.5 V (vs Li/Li + ) or more is more preferable. In other words, the positive electrode active material is preferably a material that allows the positive electrode to have a lithium-based potential of 4.4 V or higher when fully charged.

正極活物質としては、正極活物質の構造安定性の点から、
下記式(3)で表される層状酸化物;
LiNiCoMa1-x-y・・・(3)
(式中、Maは、MnおよびAlからなる群より選ばれる1種以上を示し、0≦x≦1であり、0≦y≦1であり、x+y≦1である。)
下記式(4)で表されるスピネル型酸化物;
LiMn2-xMb・・・(4)
(式中、Mbは、遷移金属からなる群より選ばれる1種以上を示し、0.2≦x≦0.7である。)
下記式(5a)で表される酸化物と、
LiMcO・・・(5a)
(式中、Mcは、それぞれ独立に、遷移金属からなる群より選ばれる1種以上を示す。)
下記式(5b)で表される酸化物と
LiMdO・・・(5b)
(式中、Mdは、それぞれ独立に、遷移金属からなる群より選ばれる1種以上を示す。)
の複合酸化物であって、下記式(5)で表されるLi過剰層状酸化物;
zLiMcO-(1-z)LiMdO・・・(5)
(式中、Mcは、それぞれ独立に、遷移金属からなる群より選ばれる1種以上を示し、Mdは、それぞれ独立に、遷移金属からなる群より選ばれる1種以上を示し、0.05≦z≦0.95である。)
下記式(6)で表されるオリビン型酸化物;
LiMe1-xFePO・・・(6)
(式中、Meは、MnおよびCoからなる群より選ばれる1種以上を示し、0≦x≦1である。)
下記式(7)で表される酸化物;
LiMfPOF・・・(7)
(式中、Mfは、遷移金属からなる群より選ばれる1種以上を示す。)
からなる群より選ばれる1種以上であることが好ましい。
As the positive electrode active material, from the viewpoint of structural stability of the positive electrode active material,
A layered oxide represented by the following formula (3);
LiNi x Co y Ma 1-x-y O 2 (3)
(Wherein, Ma represents one or more selected from the group consisting of Mn and Al, and 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1, and x + y ≤ 1.)
A spinel-type oxide represented by the following formula (4);
LiMn2-xMbxO4 ( 4 )
(In the formula, Mb represents one or more selected from the group consisting of transition metals, and 0.2≦x≦0.7.)
an oxide represented by the following formula (5a);
Li 2 McO 3 (5a)
(In the formula, each Mc independently represents one or more selected from the group consisting of transition metals.)
An oxide represented by the following formula (5b) and LiMdO 2 (5b)
(In the formula, each Md independently represents one or more selected from the group consisting of transition metals.)
Li-excess layered oxide represented by the following formula (5);
zLi 2 McO 3 -(1-z)LiMdO 2 (5)
(Wherein, Mc each independently represents one or more selected from the group consisting of transition metals, Md each independently represents one or more selected from the group consisting of transition metals, and 0.05 ≤ z ≤ 0.95.)
Olivine-type oxide represented by the following formula (6);
LiMe1- xFexPO4 ( 6 )
(In the formula, Me represents one or more selected from the group consisting of Mn and Co, and 0 ≤ x ≤ 1.)
An oxide represented by the following formula (7);
Li2MfPO4F ( 7)
(In the formula, Mf represents one or more selected from the group consisting of transition metals.)
It is preferably one or more selected from the group consisting of.

バインダーは、正極活物質を互いに付着させやすくする役割、または、正極活物質を集電体に付着させやすくする役割を果たし、例えば、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ジアセチルセルロース、ポリビニルクロライド、カルボキシル化されたポリビニルクロライド、ポリビニルフルオライド、エチレンオキシドを含むポリマー、ポリビニルピロリドン、ポリウレタン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリビニリデンフルオライド、ポリエチレン、ポリプロピレン、スチレン-ブタジエンラバー、アクリレーテッドスチレン-ブタジエンラバー、エポキシ樹脂、ナイロン、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリイミド、および、ポリイミドアミドが挙げられる。 The binder plays a role of facilitating adhesion of the positive electrode active material to each other or a role of facilitating adhesion of the positive electrode active material to the current collector. Carboxylated polyvinyl chloride, polyvinyl fluoride, polymers containing ethylene oxide, polyvinylpyrrolidone, polyurethanes, polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, polyethylene, polypropylene, styrene-butadiene rubber, acrylated styrene-butadiene rubber, epoxy resins , nylon, polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, polyimide, and polyimidamide.

<負極>
負極は、集電体と、集電体上に形成される負極活物質層とを含むことが好ましい。
集電体としては、例えば、銅箔、ニッケル箔、ステンレス鋼箔、チタン箔、ニッケル発泡体、銅発泡体、伝導性金属がコーティングされたポリマー基材、および、これらの2種以上の組み合わせが挙げられる。
負極活物質としては、例えば、リチウムイオンを可逆的に挿入/脱離可能な物質、金属リチウム、金属リチウムの合金、リチウムをドープおよび脱ドープ可能な物質、並びに、遷移金属酸化物が挙げられる。
<Negative Electrode>
The negative electrode preferably includes a current collector and a negative electrode active material layer formed on the current collector.
Current collectors include, for example, copper foil, nickel foil, stainless steel foil, titanium foil, nickel foam, copper foam, polymeric substrates coated with conductive metals, and combinations of two or more of these. mentioned.
Examples of negative electrode active materials include substances capable of reversibly intercalating/deintercalating lithium ions, metallic lithium, alloys of metallic lithium, substances capable of doping and dedoping lithium, and transition metal oxides.

リチウムイオンを可逆的に挿入/脱離可能な物質としては、例えば、結晶質炭素、非晶質炭素、および、これらの組み合わせが挙げられる。結晶質炭素としては、例えば、無定形の黒鉛、板状の黒鉛、鱗片状の黒鉛、球状の黒鉛、および、繊維状の黒鉛が挙げられる。非晶質炭素としては、例えば、ソフトカーボン、ハードカーボン、メソフェーズピッチ炭化物、および、焼成されたコークスが挙げられる。
金属リチウムの合金としては、例えば、リチウムと、Na、K、Rb、Cs、Fr、Be、Mg、Ca、Sr、Si、Sb、Pb、In、Zn、Ba、Ra、Ge、AlまたはSnの金属との合金が使用できる。
リチウムをドープおよび脱ドープ可能な物質としては、例えば、Si、SiO(0<x<2)、Si-C複合体、Si-Q合金(Qは、アルカリ金属、アルカリ土類金属、13族ないし16族元素、遷移金属、希土類元素またはこれらの組み合わせであり、Siではない)、Sn、SnO、Sn-C複合体、Sn-R(Rは、アルカリ金属、アルカリ土類金属、13族ないし16族元素、遷移金属、希土類元素またはこれらの組み合わせであり、Snではない)が挙げられる。
Materials capable of reversibly intercalating/deintercalating lithium ions include, for example, crystalline carbon, amorphous carbon, and combinations thereof. Crystalline carbon includes, for example, amorphous graphite, plate-like graphite, scale-like graphite, spherical graphite, and fibrous graphite. Amorphous carbon includes, for example, soft carbon, hard carbon, mesophase pitch carbides, and calcined coke.
Examples of metal lithium alloys include lithium and Na, K, Rb, Cs, Fr, Be, Mg, Ca, Sr, Si, Sb, Pb, In, Zn, Ba, Ra, Ge, Al or Sn. Alloys with metals can be used.
Materials capable of doping and dedoping lithium include, for example, Si, SiO x (0<x<2), Si—C composites, Si—Q alloys (Q is an alkali metal, alkaline earth metal, Group 13 to Group 16 elements, transition metals, rare earth elements or combinations thereof, but not Si), Sn, SnO 2 , Sn—C composite, Sn—R (R is an alkali metal, alkaline earth metal, Group 13 to 16th group elements, transition metals, rare earth elements, or combinations thereof, but not Sn).

負極活物質層は、バインダーを含んでいてもよい。バインダーとしては、上述した正極活物質層に含まれるバインダーで例示したものが挙げられる。 The negative electrode active material layer may contain a binder. Examples of the binder include those exemplified as the binder contained in the positive electrode active material layer described above.

<セパレーター>
セパレーターとしては、従来のリチウムイオン2次電池において通常使用されるものであればすべて使用可能である。セパレーターを構成する材料としては、例えば、ガラス繊維、ポリエステル、テフロン(登録商標)、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、および、ポリイミドが挙げられる。
<Separator>
Any separator commonly used in conventional lithium ion secondary batteries can be used. Materials constituting the separator include, for example, glass fiber, polyester, Teflon (registered trademark), polyethylene, polypropylene, polytetrafluoroethylene (PTFE), and polyimide.

以下、実施例により、本発明についてさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 EXAMPLES The present invention will be described in more detail below with reference to Examples, but the present invention is not limited to these.

<合成例1>
窒素雰囲気下にて、アセトナフテンキノン(1.49g)および4,4’-オキシジアニリン(6.30g)をトルエン(120mL)に溶解させた。得られた溶液に硫酸(0.03mL)を滴下して、窒素雰囲気下にて、得られた混合液を5時間還流させた。その後、得られた混合液を室温に戻し、オレンジ色の沈殿物を得た。沈殿物をろ過により回収して、回収した沈殿物をエチルアセテート(200mL)に溶解させて、さらにヘキサン(400mL)を加えて、得られた混合液を30分間撹拌した。得られた混合液を-15℃で一夜静置した。混合液中に得られた沈殿物をろ過により回収して、ヘキサンで洗浄した後、乾燥して、以下の化合物1(BIANODA)を合成した。
得られた化合物1のH NMRスペクトル、13C NMRスペクトル、および、IRスペクトルをそれぞれ図1~図3に示す。
<Synthesis Example 1>
Acetonaphthenequinone (1.49 g) and 4,4'-oxydianiline (6.30 g) were dissolved in toluene (120 mL) under a nitrogen atmosphere. Sulfuric acid (0.03 mL) was added dropwise to the resulting solution and the resulting mixture was refluxed for 5 hours under a nitrogen atmosphere. After that, the resulting mixture was returned to room temperature to obtain an orange precipitate. The precipitate was collected by filtration, dissolved in ethyl acetate (200 mL), hexane (400 mL) was added, and the resulting mixture was stirred for 30 minutes. The resulting mixture was allowed to stand overnight at -15°C. A precipitate obtained in the mixed solution was collected by filtration, washed with hexane, and dried to synthesize the following compound 1 (BIANODA).
The 1 H NMR spectrum, 13 C NMR spectrum and IR spectrum of Compound 1 thus obtained are shown in FIGS. 1 to 3, respectively.

Figure 0007180861000005
Figure 0007180861000005

また、上記化合物1の重合性を評価するために、化合物1(10mg)およびLiCiO(1M)を含むアセトニトリル溶液(100mL)を準備して、サイクリックボルタンメトリー測定を実施した。サイクリックボルタンメトリー測定においては、参照電極として銀塩化銀電極(Ag/AgCl)を用い、対極として白金(Pt)電極を用い、作用電極として白金板を用いた。
50サイクルまで測定を実施したところ、サイクルを重ねるにつれて、黒色の沈殿物の生成が確認された。得られた沈殿物のH NMR測定、および、IR測定を行ったところ、それぞれのスペクトルにおいて化合物1と類似のピークが確認された。これらの結果より、化合物1が重合して、以下のような重合体が得られていると推測された。なお、以下の式中、nは繰り返し単位数を表し、2以上であった。
In addition, in order to evaluate the polymerizability of Compound 1, an acetonitrile solution (100 mL) containing Compound 1 (10 mg) and LiCiO 4 (1 M) was prepared and subjected to cyclic voltammetry measurement. In the cyclic voltammetry measurements, a silver-silver chloride electrode (Ag/AgCl) was used as a reference electrode, a platinum (Pt) electrode was used as a counter electrode, and a platinum plate was used as a working electrode.
When the measurement was performed up to 50 cycles, the formation of black precipitate was confirmed as the cycles were repeated. When the obtained precipitate was subjected to 1 H NMR measurement and IR measurement, a peak similar to compound 1 was confirmed in each spectrum. From these results, it was presumed that compound 1 was polymerized to obtain the following polymer. In the following formulas, n represents the number of repeating units and was 2 or more.

Figure 0007180861000006
Figure 0007180861000006

得られた化合物1のHOMOのエネルギー準位を上述した方法により算出したところ、-4.71eVであった。
なお、後段で使用される溶媒であるエチレンカーボネート(EC)およびジエチルカーボネート(DEC)のHOMOのエネルギー準位は、それぞれ-12.90eVおよび-8.2eVであった。
この計算結果より、化合物1のほうが先に酸化されやすいことが確認された。
次に、化合物1を用いたサイクリックボルタンメトリー測定を行った。具体的には、1モルのLiPFが含まれるECとDECとの混合液(EC:DEC(質量比)=1:1、Sigma Aldrich社製)に化合物1(2mg/mL)を添加した溶液を用いて、サイクリックボルタンメトリー測定を行った。なお、比較として、化合物1を添加していない溶液を用いて、同様の手順に従って、サイクリックボルタンメトリー測定を行った。なお、電極としては、ニッケル、マンガン、および、コバルトを含む正極活物質層が集電体上に配置された電極を用いた。具体的には、LiMnNiCo(x=y=z=1/3)電極(Piotrek社製)を用いた。なお、上記電極は、アルミニウム集電体と、アルミニウム集電体上に配置されたLiMnNiCoを含む正極活物質層とを含んでいた。また、上記サイクリックボルタンメトリー測定においては、対極および作用極として金属リチウム電極(本城金属社製)を用いた。
図4(A)に示すように、化合物1を用いた場合、矢印で示すように2回目以降のサイクルにおいて酸化の電流値が大きく減少しているのに対して、図4(B)に示すように、化合物1を用いていない場合、2回目以降のサイクルにおいて酸化の電流値が大きかった。これらの結果より、化合物1を用いた場合、1回目のサイクルの際に、化合物1が先に酸化されて、電極上に被膜を形成し、結果として、溶媒の分解を抑制していると考えられる。
The HOMO energy level of the obtained compound 1 was calculated by the method described above and was -4.71 eV.
The HOMO energy levels of ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC), which are solvents used in the latter stage, were −12.90 eV and −8.2 eV, respectively.
From this calculation result, it was confirmed that Compound 1 is easily oxidized first.
Next, cyclic voltammetry measurement using compound 1 was performed. Specifically, compound 1 (2 mg/mL) was added to a mixture of EC and DEC (EC:DEC (mass ratio) = 1:1, manufactured by Sigma Aldrich) containing 1 mol of LiPF 6 . was used to perform cyclic voltammetry measurements. For comparison, cyclic voltammetry measurement was performed using a solution to which compound 1 was not added according to the same procedure. As the electrode, an electrode in which a positive electrode active material layer containing nickel, manganese, and cobalt is arranged on a current collector was used. Specifically , a LiMnxNiyCozO2 (x=y=z=1/3) electrode (manufactured by Piotrek) was used. The electrode included an aluminum current collector and a positive electrode active material layer containing LiMnxNiyCozO2 disposed on the aluminum current collector . In addition, in the cyclic voltammetry measurement, a metallic lithium electrode (manufactured by Honjo Metal Co., Ltd.) was used as the counter electrode and the working electrode.
As shown in FIG. 4(A), when compound 1 was used, the current value for oxidation decreased significantly in the second and subsequent cycles as indicated by the arrows, whereas FIG. 4(B) shows As shown, when Compound 1 was not used, the current value for oxidation was large in the second and subsequent cycles. From these results, it is believed that when compound 1 is used, compound 1 is oxidized first during the first cycle, forming a film on the electrode and, as a result, suppressing the decomposition of the solvent. be done.

さらに、化合物1を用いてサイクリックボルタンメトリー測定を行って得られた電極の表面のXPS測定を行った。また、化合物1を用いずに、サイクリックボルタンメトリー測定を行って得られた電極の表面のXPS測定も合わせて行った。
なお、XPS測定を行う際のサンプルは、サイクルを100回実施した後のサンプルに該当する。
図5(A)では、サイクリックボルタンメトリー測定を行う前の電極のXPS測定結果である。それに対して、図5(B)では化合物1を用いずにサイクリックボルタンメトリー測定を行って得られた電極のXPS測定結果である。両者を比較すると、図5(B)においては、正極活物質層由来の酸素原子がほとんど見えず、電極上に厚い被膜が形成されていると考えられる。
それに対して、図5(C)では化合物1を用いたサイクリックボルタンメトリー測定を行って得られた電極のXPS測定結果である。図5(C)においては、正極活物質層由来の酸素原子のピークは小さくなってはいるがある程度確認できる。これは、比較的薄い被膜が電極上に形成されていることを示唆している。
さらに、図6(A)は、化合物1を用いずにサイクリックボルタンメトリー測定を行って得られた電極のXPS測定結果である。この図に示すように、被膜中にはP-O/P=Oなどの結合が確認される。これはリチウム塩と溶媒との間で何らかの反応が進行し、リチウム塩由来のリン原子と溶媒由来の酸素原子とを含む被膜が形成されたと予想される。
それに対して、図6(B)は、化合物1を用いたサイクリックボルタンメトリー測定を行って得られた電極のXPS測定結果である。この図に示すように、被膜中にはP-F由来のピークが確認され、これはリチウム塩由来と考えられる。この結果より、化合物1を用いた場合には、リチウム塩の分解が抑制されており、これは電極上に被膜が形成されているためと考えられる。
Furthermore, the surface of the electrode obtained by performing cyclic voltammetry measurement using compound 1 was subjected to XPS measurement. In addition, XPS measurement of the surface of the electrode obtained by performing cyclic voltammetry measurement without using compound 1 was also performed.
The sample for XPS measurement corresponds to the sample after 100 cycles.
FIG. 5A shows the XPS measurement results of the electrode before cyclic voltammetry measurement. On the other hand, FIG. 5B shows the XPS measurement results of the electrode obtained by cyclic voltammetry measurement without using Compound 1. FIG. Comparing the two, in FIG. 5B, almost no oxygen atoms derived from the positive electrode active material layer are visible, and it is considered that a thick film is formed on the electrode.
On the other hand, FIG. 5C shows the XPS measurement results of the electrode obtained by performing cyclic voltammetry measurement using compound 1. FIG. In FIG. 5C, although the peak of oxygen atoms derived from the positive electrode active material layer is small, it can be confirmed to some extent. This suggests that a relatively thin coating is formed on the electrode.
Furthermore, FIG. 6(A) is the XPS measurement result of the electrode obtained by performing cyclic voltammetry measurement without using compound 1. FIG. As shown in this figure, bonds such as PO/P=O are confirmed in the film. It is presumed that some kind of reaction progressed between the lithium salt and the solvent, and a film containing phosphorus atoms derived from the lithium salt and oxygen atoms derived from the solvent was formed.
On the other hand, FIG. 6(B) is the XPS measurement result of the electrode obtained by performing the cyclic voltammetry measurement using the compound 1. FIG. As shown in this figure, a peak derived from PF was confirmed in the coating, which is considered to be derived from the lithium salt. From this result, when compound 1 was used, the decomposition of the lithium salt was suppressed, which is considered to be due to the formation of a film on the electrode.

<充放電サイクル評価>
1モルのLiPFが含まれるECとDECとの混合液(EC:DEC(質量比)=1:1、Sigma Aldrich社製)に化合物1(2mg/mL)を添加した溶液Aを準備した。
次に、上記溶液Aを用いて、コイン型のセル(ハーフセル)を作製した。なお、セル中の正極としては、上述した、LiMnNiCo(x=y=z=1/3)電極(Piotrek社製)を用いた。また、負極としては、金属リチウム電極(本城金属社製)を用いた。また、セパレーターとしては、ポリプロピレン製のセパレーター(25mm、Celgard社製)を用いた。
得られたセルの充放電テストを、Battery Cycler(HJ-SD8、北斗電子社製)を用いて室温(25℃)にて実施した。なお、印加した電圧は、3.0~4.5Vの範囲であった。
なお、上記溶液Aの代わりに、化合物1を含まない、1モルのLiPFが含まれるECとDECとの混合液(EC:DEC(質量比)=1:1、Sigma Aldrich社製)を用いて、上記と同様の手順に従って、セルを作製して、上記と同様の充放電テストを行った。両者の結果を図7に示す。
図7に示すように、化合物1を含む電解液を用いた場合(2mg/ml additive(%))、化合物1を用いない電解液の場合(Control(%))と比較して、高い放電容量が確認された。
<Charge-discharge cycle evaluation>
Solution A was prepared by adding Compound 1 (2 mg/mL) to a mixture of EC and DEC (EC:DEC (mass ratio)=1:1, manufactured by Sigma Aldrich) containing 1 mol of LiPF 6 .
Next, using the above solution A, a coin-shaped cell (half cell) was produced. As the positive electrode in the cell, the above-mentioned LiMnxNiyCozO2 (x=y=z=1/3) electrode (manufactured by Piotrek ) was used. A metal lithium electrode (manufactured by Honjo Metal Co., Ltd.) was used as the negative electrode. As the separator, a polypropylene separator (25 mm, manufactured by Celgard) was used.
A charge/discharge test of the resulting cell was performed at room temperature (25° C.) using a Battery Cycler (HJ-SD8, manufactured by Hokuto Denshi Co., Ltd.). The applied voltage was in the range of 3.0 to 4.5V.
Instead of the above solution A, a mixed solution of EC and DEC (EC:DEC (mass ratio) = 1:1, manufactured by Sigma Aldrich) containing 1 mol of LiPF 6 without compound 1 was used. Then, according to the procedure similar to the above, a cell was produced, and the charge/discharge test similar to the above was performed. Both results are shown in FIG.
As shown in FIG. 7, when the electrolyte containing Compound 1 is used (2 mg/ml additive (%)), compared to the electrolyte without Compound 1 (Control (%)), the discharge capacity is higher. was confirmed.

<構造安定性評価>
上記<充放電サイクル評価>で用いた、溶液A、および、LiMnNiCo(x=y=z=1/3)電極(Piotrek社製)を準備した。
次に、溶液Aに上記LiMnNiCo電極を1週間浸漬して、浸漬前後の正極活物質層の構造をSEMにより観察した。浸漬前のLiMnNiCo電極のSEM観察図を図8(A)に、浸漬後のLiMnNiCo電極のSEM観察図を図8(B)に示す。
なお、比較例として、化合物1を含まない、1モルのLiPFが含まれるECとDECとの混合液(EC:DEC(質量比)=1:1、Sigma Aldrich社製)に、LiMnNiCo電極を1週間浸漬した。浸漬後のLiMnNiCo電極のSEM観察図を図8(C)に示す。
図8(A)に示すように、浸漬前のLiMnNiCo電極のSEM観察においては、所定の大きさの粒状物が観察された。化合物1を含む溶液AにLiMnNiCo電極を浸漬させた場合、図8(A)と略変わらず、所定の大きさの粒状物が観察された。一方で、化合物1を含まない溶液にLiMnNiCo電極を浸漬させた場合、図8(A)と比較して、粒状物が小さくなっていることが確認された。
これらの結果より、化合物1を含む溶液とLiMnNiCo電極とを接触させた場合には、LiMnNiCoの構造(正極活物質の構造)が略変化せずに維持されることが確認された。
<Structural stability evaluation>
Solution A and LiMnxNiyCozO2 (x=y=z=1/3) electrodes (manufactured by Piotrek ) used in the above <Evaluation of charge-discharge cycles> were prepared.
Next, the LiMnxNiyCozO2 electrode was immersed in the solution A for one week, and the structure of the positive electrode active material layer before and after the immersion was observed by SEM. An SEM observation of the LiMnxNiyCozO2 electrode before immersion is shown in FIG. 8A, and an SEM observation of the LiMnxNiyCozO2 electrode after immersion is shown in FIG . 8B.
As a comparative example, LiMn x Ni The yCozO2 electrodes were soaked for 1 week. A SEM image of the LiMnxNiyCozO2 electrode after immersion is shown in FIG. 8(C).
As shown in FIG. 8(A), in the SEM observation of the LiMnxNiyCozO2 electrode before immersion, particles of a predetermined size were observed. When the LiMnxNiyCozO2 electrode was immersed in the solution A containing the compound 1, particles of a predetermined size were observed, which was substantially the same as in FIG. 8A. On the other hand, it was confirmed that when the LiMnxNiyCozO2 electrode was immersed in a solution that did not contain compound 1, the particles were smaller than in FIG.
From these results, when the solution containing Compound 1 and the LiMnxNiyCozO2 electrode were brought into contact, the structure of LiMnxNiyCozO2 ( the structure of the positive electrode active material) substantially changed. It was confirmed that the

Claims (6)

式(2)で表される化合物、溶媒、および、リチウム塩を含む、電解液。
Figure 0007180861000007
Lは、それぞれ独立に、アリーレン基、ヘテロアリーレン基、-アリーレン基-Y-、または、-ヘテロアリーレン基-Y-を表す。Yは、、または、NHを表す。Xは、それぞれ独立に、式(A)で表される基、式(B)で表される基、および、式(C)で表される基からなる群から選択される基を表す。式(A)~式(C)中、*は結合位置を表す。
Figure 0007180861000008
An electrolytic solution containing a compound represented by formula (2), a solvent, and a lithium salt.
Figure 0007180861000007
Each L independently represents an arylene group, a heteroarylene group, a -arylene group -Y-, or a -heteroarylene group -Y-. Y represents O , S , or NH . Each X independently represents a group selected from the group consisting of a group represented by formula (A), a group represented by formula (B), and a group represented by formula (C). In formulas (A) to (C), * represents a bonding position.
Figure 0007180861000008
Xが、前記式(A)で表される基を表す、請求項1に記載の電解液。 The electrolytic solution according to claim 1, wherein X represents a group represented by formula (A). 式(2)で表される化合物の含有量が、電解液全質量に対して、0.01~10質量%である、請求項1または2に記載の電解液。 3. The electrolytic solution according to claim 1, wherein the content of the compound represented by formula (2) is 0.01 to 10% by mass with respect to the total weight of the electrolytic solution. 前記溶媒が、カーボネート系溶媒、エステル系溶媒、エーテル系溶媒、ケトン系溶媒、アルコール系溶媒、および、非プロトン性溶媒からなる群から選択される、請求項1~3のいずれか1項に記載の電解液。 4. The solvent according to any one of claims 1 to 3, wherein said solvent is selected from the group consisting of carbonate-based solvents, ester-based solvents, ether-based solvents, ketone-based solvents, alcohol-based solvents, and aprotic solvents. electrolyte. 請求項1~4のいずれか1項に記載の電解液を含むリチウムイオン2次電池。 A lithium ion secondary battery containing the electrolyte solution according to any one of claims 1 to 4. 式(2)で表される化合物。
Figure 0007180861000009
Lは、それぞれ独立に、アリーレン基、ヘテロアリーレン基、-アリーレン基-Y-、または、-ヘテロアリーレン基-Y-を表す。Yは、、または、NHを表す。Xは、それぞれ独立に、式(A)で表される基を表す。式(A)中、*は結合位置を表す。
Figure 0007180861000010
A compound represented by formula (2).
Figure 0007180861000009
Each L independently represents an arylene group, a heteroarylene group, a -arylene group -Y-, or a -heteroarylene group -Y-. Y represents O , S , or NH . Each X independently represents a group represented by Formula (A). In formula (A), * represents a bonding position.
Figure 0007180861000010
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