JP7267823B2 - Non-volatile electrolyte, secondary battery - Google Patents

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Description

本発明は、エステル系溶媒とカーボネート系溶媒を用いた非水電解液を含有する不揮発性電解質、二次電池に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a non-volatile electrolyte containing a non-aqueous electrolyte using an ester solvent and a carbonate solvent, and a secondary battery.

リチウムイオン二次電池は、携帯電話、携帯用パソコン等の移動体用電源や、電気自動車、ハイブリッド自動車等の駆動電源や、電力貯蔵用の定置電源をはじめ、各種の用途で利用されている。近年、リチウムイオン二次電池は、その用途が大型製品等にも拡大しており、更なる高エネルギ密度化・高容量化や、長寿命化が求められている。 BACKGROUND ART Lithium ion secondary batteries are used in various applications, including power sources for mobile devices such as mobile phones and portable personal computers, drive power sources for electric vehicles and hybrid vehicles, and stationary power sources for power storage. In recent years, the use of lithium ion secondary batteries has expanded to include large-sized products, etc., and there is a demand for higher energy density, higher capacity, and longer life.

リチウムイオン二次電池等に用いられる非水電解液は、一般的特性として、使用時の電気化学的条件や温度条件における安定性、難燃性、電位窓の広さ等に加え、比誘電率・イオン伝導率の高さや、適切な粘度等が要求される。従来、リチウムイオン二次電池の電解液の溶媒としては、カーボネート類が多用されてきたが、非水電解液についても、電池性能を向上させるための改良が進められている。 Non-aqueous electrolytes used in lithium-ion secondary batteries, etc., have general characteristics such as stability under electrochemical and temperature conditions during use, flame retardancy, and the width of the potential window.・High ionic conductivity and appropriate viscosity are required. Conventionally, carbonates have been widely used as solvents for electrolytes in lithium-ion secondary batteries, and non-aqueous electrolytes are also being improved in order to improve battery performance.

非水電解液に関する技術として、特許文献1には、以下の内容が開示されている。「溶媒和電解質塩と、溶媒和電解質塩と溶媒和イオン液体を構成するエステル系溶媒と、低粘度溶媒と、を有し、溶媒和電解質塩に対するエステル系溶媒の混合比率がモル換算で0.5以上1.5以下であり、溶媒和電解質塩に対する低粘度溶媒の混合比率がモル換算で4以上16以下である半固体電解液、半固体電解質層、電極、二次電池。」(請求項1参照) Patent Document 1 discloses the following content as a technology related to the non-aqueous electrolyte. "Contains a solvated electrolyte salt, an ester solvent that constitutes the solvated electrolyte salt and the solvated ionic liquid, and a low-viscosity solvent, and the mixing ratio of the ester solvent to the solvated electrolyte salt is 0.00 in terms of moles. 5 or more and 1.5 or less, and the mixing ratio of the low-viscosity solvent to the solvated electrolyte salt is 4 or more and 16 or less in terms of moles, semi-solid electrolyte layer, electrode, secondary battery. 1)

国際公開第2018/179990号WO2018/179990

特許文献1では、負極活物質として炭素系材料等を用い、電解液の溶媒としてエーテル系溶媒や低粘度溶媒を用い、被膜形成剤としてビニレンカーボネートやフルオロエチレンカーボネート等を用いるものとしている。電解液にビニレンカーボネート等の被膜形成剤を添加して電気化学反応させると、負極活物質の表面にSEI(Solid Electrolyte Interphase)膜が形成されるため、電解液の還元分解をある程度抑制することができる。 In Patent Document 1, a carbon-based material or the like is used as a negative electrode active material, an ether-based solvent or a low-viscosity solvent is used as a solvent for an electrolytic solution, and vinylene carbonate, fluoroethylene carbonate, or the like is used as a film-forming agent. When a film-forming agent such as vinylene carbonate is added to the electrolytic solution and electrochemically reacted, an SEI (Solid Electrolyte Interphase) film is formed on the surface of the negative electrode active material, so reductive decomposition of the electrolytic solution can be suppressed to some extent. can.

しかし、一般的な溶媒として知られるカーボネート系溶媒やエーテル系溶媒を用いた場合、負極活物質の表面で溶媒の還元分解が起こる可能性が依然としてある。また、負極活物質として黒鉛やシリコンを用いた場合、負極活物質の層間にキャリアイオンと溶媒とが共挿入することもある。被膜形成剤の添加による効果は、ある程度の添加量で頭打ちとなり、過剰に添加すると電池性能を低下させるため、より高い放電容量を得ることができる非水電解液が求められている。 However, when a carbonate-based solvent or ether-based solvent, which is known as a general solvent, is used, there is still a possibility that reductive decomposition of the solvent will occur on the surface of the negative electrode active material. Further, when graphite or silicon is used as the negative electrode active material, carrier ions and the solvent may co-insert between the layers of the negative electrode active material. The effect of adding a film-forming agent reaches a ceiling at a certain amount, and excessive addition lowers the battery performance.

そこで、本発明は、二次電池の放電容量が向上する非水電解液を含有する不揮発性電解質、これを用いた二次電池を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a non-volatile electrolyte containing a non-aqueous electrolyte that improves the discharge capacity of a secondary battery, and a secondary battery using the same.

上記の課題を解決するため、本発明は、例えば以下の構成を有する。
電解質塩、エステル系溶媒およびカーボネート系溶媒を含む非水溶媒と、負極の表面に被膜を形成するための添加剤と、を含有する非水電解液と、前記非水電解液を担持する粒子と、を含有する不揮発性電解質であって、
エステル系溶媒のドナー数はカーボネート系溶媒のドナー数より大きく、
エステル系溶媒に対するカーボネート系溶媒のモル比が0.06以上0.65以下である不揮発性電解質。
In order to solve the above problems, the present invention has, for example, the following configurations.
A non-aqueous electrolyte containing a non-aqueous solvent containing an electrolyte salt, an ester-based solvent and a carbonate-based solvent, an additive for forming a film on the surface of the negative electrode, and particles carrying the non-aqueous electrolyte A non-volatile electrolyte containing
The donor number of the ester solvent is larger than that of the carbonate solvent,
A nonvolatile electrolyte in which the molar ratio of a carbonate-based solvent to an ester-based solvent is 0.06 or more and 0.65 or less .

本発明によれば、二次電池の放電容量が向上する非水電解液を含有する不揮発性電解質、これを用いた二次電池を提供することができる。前記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the secondary battery using the non-volatile electrolyte containing the non-aqueous electrolyte which improves the discharge capacity of a secondary battery can be provided. Problems, configurations, and effects other than those described above will be clarified by the following description of the embodiments.

本発明の一実施形態に係る二次電池の構成を説明する模式断面図である。1 is a schematic cross-sectional view illustrating the configuration of a secondary battery according to an embodiment of the invention; FIG. エステル系溶媒に対するカーボネート系溶媒のモル比と二次電池の放電容量との関係を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the molar ratio of a carbonate-based solvent to an ester-based solvent and the discharge capacity of a secondary battery; エステル系溶媒に対する電解質塩のモル比と二次電池の放電容量との関係を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the molar ratio of an electrolyte salt to an ester-based solvent and the discharge capacity of a secondary battery;

以下、図面等を用いて、本発明の一実施形態に係る非水電解液、不揮発性電解質、これを用いた二次電池について説明する。 A nonaqueous electrolyte, a nonvolatile electrolyte, and a secondary battery using the same according to one embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

以下の説明は、本発明の内容の具体例を示すものである。本発明は、以下の説明に限定されるものではなく、本明細書に開示される技術的思想の範囲内において当業者による様々な変更および修正が可能である。本発明には、実施形態とは異なる様々な変形例が含まれる。実施形態は、本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されない。ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能である。また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることが可能である。また、実施形態の構成の一部について他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。 The following description provides specific examples of the subject matter of the present invention. The present invention is not limited to the following description, and various changes and modifications can be made by those skilled in the art within the scope of the technical ideas disclosed in this specification. The present invention includes various modifications different from the embodiment. The embodiments are described in detail for easy understanding of the present invention, and are not necessarily limited to those having all the described configurations. It is possible to replace part of the configuration of one embodiment with the configuration of another embodiment. Moreover, it is possible to add the configuration of another embodiment to the configuration of one embodiment. Moreover, it is possible to add, delete, or replace a part of the configuration of the embodiment with another configuration.

本明細書に記載される「~」は、その前後に記載される数値を下限値および上限値とする意味で使用する。但し、前後に記載される数値が「0」である場合は、「0」を上限値や下限値として含まないものとする。本明細書に段階的に記載されている数値範囲において、一つの数値範囲で記載された上限値や下限値は、段階的に記載されている他の上限値や他の下限値に置き換えてもよい。本明細書に記載される数値範囲の上限値や下限値は、実施例中に示されている数値に置き換えてもよい。 In this specification, "-" is used to mean that the numbers before and after it are the lower limit and the upper limit. However, when the numerical value described before and after is "0", "0" shall not be included as an upper limit value or a lower limit value. In the numerical ranges described step by step in this specification, the upper and lower limits described in one numerical range may be replaced with other upper and lower limits described step by step. good. The upper and lower limits of the numerical ranges described herein may be replaced with the numerical values shown in the examples.

本明細書では、二次電池としてリチウムイオン二次電池を例にとって説明を行う。リチウムイオン二次電池とは、リチウムイオンの電極への吸蔵と電極からの放出によって電極間に電位差を生じさせ、それによる電気エネルギを貯蔵または利用可能とする電気化学デバイスを意味する。リチウムイオン二次電池は、リチウムイオン電池、非水電解質二次電池、非水電解液二次電池等の別の名称でも呼ばれており、いずれの名称の電池であっても本発明の対象である。本発明の技術的思想は、ナトリウムイオン二次電池、マグネシウムイオン二次電池、カルシウムイオン二次電池、亜鉛二次電池、アルミニウムイオン二次電池等に対しても適用できる。 In this specification, a lithium ion secondary battery will be described as an example of a secondary battery. A lithium-ion secondary battery means an electrochemical device in which lithium ions are absorbed into and released from electrodes to generate a potential difference between electrodes, thereby storing or utilizing electrical energy. Lithium-ion secondary batteries are also called by other names such as lithium-ion batteries, non-aqueous electrolyte secondary batteries, and non-aqueous electrolyte secondary batteries. be. The technical idea of the present invention can also be applied to sodium ion secondary batteries, magnesium ion secondary batteries, calcium ion secondary batteries, zinc secondary batteries, aluminum ion secondary batteries and the like.

以下で例示している材料群から材料を選択して用いる場合、本明細書に開示されている内容と矛盾しない範囲で、材料を単独で用いてもよく、複数を組み合わせて用いてもよい。また、本明細書に開示されている内容と矛盾しない範囲で、以下で例示している材料群以外の材料を用いてもよい。 When materials are selected and used from the group of materials exemplified below, the materials may be used singly or in combination within a range that does not contradict the content disclosed in the present specification. Materials other than those exemplified below may also be used as long as they do not contradict the content disclosed in this specification.

図1は、本発明の一実施形態に係る二次電池の構成を説明する模式断面図である。図1には、二次電池の一例として、積層型の二次電池を示している。図1に示すように、二次電池1000は、正極100と、負極200と、セパレータ300と、外装体500と、を備えている。 FIG. 1 is a schematic cross-sectional view illustrating the configuration of a secondary battery according to one embodiment of the present invention. FIG. 1 shows a laminated secondary battery as an example of a secondary battery. As shown in FIG. 1, the secondary battery 1000 includes a positive electrode 100, a negative electrode 200, a separator 300, and an outer package 500.

外装体500は、正極100、負極200およびセパレータ300を収容している。外装体500の材料としては、アルミニウム、ステンレス鋼、ニッケルメッキ鋼等のように、非水電解液に対して耐食性を示す材料が用いられる。 The outer package 500 accommodates the positive electrode 100 , the negative electrode 200 and the separator 300 . As the material of the exterior body 500, a material exhibiting corrosion resistance to the non-aqueous electrolyte, such as aluminum, stainless steel, nickel-plated steel, is used.

正極100、セパレータ300および負極200は、この順に積層されて電極体400を構成している。外装体500の内部には、複数の正極100、セパレータ300および負極200が互いに積層されて収容されている。正極100と負極200とは、セパレータ300を挟んで配置されている。 The positive electrode 100 , the separator 300 and the negative electrode 200 are laminated in this order to form an electrode assembly 400 . A plurality of positive electrodes 100 , separators 300 , and negative electrodes 200 are stacked and housed inside the exterior body 500 . The positive electrode 100 and the negative electrode 200 are arranged with the separator 300 interposed therebetween.

なお、図1には、積層型の二次電池を示しているが、二次電池1000は、捲回型であってもよい。また、二次電池1000の形状は、円筒形、角形、ボタン形等のいずれの形状であってもよい。外装体500は、金属缶に代えて、袋状のラミネート容器として設けてもよい。 Note that FIG. 1 shows a laminated secondary battery, but the secondary battery 1000 may be a wound type. Moreover, the shape of the secondary battery 1000 may be any shape such as a cylindrical shape, a square shape, and a button shape. The exterior body 500 may be provided as a bag-like laminated container instead of the metal can.

正極100は、正極合剤層110と、正極集電体120と、正極タブ130と、を有している。図1において、正極合剤層110は、平板状の正極集電体120の両面に形成されている。正極集電体120の端部には、電流を取り出すための平板状の正極タブ130が設けられている。正極タブ130は、各正極100から外装体500の外側に引き出されている。 The positive electrode 100 has a positive electrode mixture layer 110 , a positive electrode current collector 120 and a positive electrode tab 130 . In FIG. 1, positive electrode mixture layers 110 are formed on both sides of a flat plate-shaped positive electrode current collector 120 . At the end of the positive electrode current collector 120, a flat positive electrode tab 130 is provided for extracting current. The positive electrode tab 130 is pulled out from each positive electrode 100 to the outside of the outer package 500 .

負極200は、負極合剤層210と、負極集電体220と、負極タブ230と、を有している。図1において、負極合剤層210は、平板状の負極集電体220の両面に形成されている。負極集電体220の端部には、電流を取り出すための平板状の負極タブ230が設けられている。負極タブ230は、各負極200から外装体500の外側に引き出されている。 The negative electrode 200 has a negative electrode mixture layer 210 , a negative electrode current collector 220 and a negative electrode tab 230 . In FIG. 1 , negative electrode mixture layers 210 are formed on both sides of a flat plate-shaped negative electrode current collector 220 . At the end of the negative electrode current collector 220, a flat plate-shaped negative electrode tab 230 for taking out current is provided. The negative electrode tab 230 is pulled out from each negative electrode 200 to the outside of the outer package 500 .

正極タブ130および負極タブ230は、外装体500の外側において、不図示のリード、外部端子等と電気的に接続される。タブを接合する方法としては、スポット溶接、超音波接合等の適宜の方法が用いられる。電極体400は、正極タブ130同士や負極タブ230同士を接合することにより並列接続とすることができる。或いは、電極体400は、直列接続となるバイポーラ型の二次電池を形成することもできる。 The positive electrode tab 130 and the negative electrode tab 230 are electrically connected to leads, external terminals, and the like (not shown) outside the package 500 . As a method for joining the tab, an appropriate method such as spot welding or ultrasonic joining is used. The electrode assembly 400 can be connected in parallel by joining the positive electrode tabs 130 and the negative electrode tabs 230 together. Alternatively, the electrode body 400 can form a bipolar secondary battery that is connected in series.

正極合剤層110は、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な正極活物質と、正極合剤層110の導電性を向上させるための導電剤と、正極活物質や導電剤を結着させるためのバインダと、を含有する。正極活物質は、負極200よりも貴な電位でリチウムイオンを吸蔵・放出する電気化学的活性を有し、充電過程においてリチウムイオンが脱離し、放電過程においてリチウムイオンが挿入される。 The positive electrode mixture layer 110 includes a positive electrode active material capable of absorbing and releasing lithium ions, a conductive agent for improving the conductivity of the positive electrode mixture layer 110, and a binder for binding the positive electrode active material and the conductive agent. and The positive electrode active material has an electrochemical activity of intercalating and deintercalating lithium ions at a potential nobler than that of the negative electrode 200, desorbing lithium ions during charging, and intercalating lithium ions during discharging.

負極合剤層210は、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な負極活物質を含有する。負極活物質は、正極100よりも卑な電位でリチウムイオンを吸蔵・放出する電気化学的活性を有し、放電過程においてリチウムイオンが脱離し、充電過程においてリチウムイオンが挿入される。負極合剤層210は、負極活物質の種類に応じて、負極合剤層210の導電性を向上させるための導電剤や、負極活物質や導電剤を結着させるためのバインダを含有してもよい。 The negative electrode mixture layer 210 contains a negative electrode active material capable of intercalating and deintercalating lithium ions. The negative electrode active material has the electrochemical activity of intercalating and deintercalating lithium ions at a potential lower than that of the positive electrode 100, and the lithium ions are desorbed during the discharging process and the lithium ions are inserted during the charging process. The negative electrode mixture layer 210 contains a conductive agent for improving the conductivity of the negative electrode mixture layer 210 and a binder for binding the negative electrode active material and the conductive agent, depending on the type of the negative electrode active material. good too.

<正極活物質>
正極活物質は、例えば、LiCo系複合酸化物、LiNi系複合酸化物、LiMn系複合酸化物、LiCoNiMn系複合酸化物、LiFeP系複合酸化物、LiMnP系複合酸化物等の材料群から選択される。正極活物質の具体例としては、LiCoO、Li(Co,Mn)O、Li(Ni,Mn)O、LiMn、LiMn12、Li(Co,Ni,Mn)O、LiFePO、LiCoPO、LiNiPO、LiMnPO、LiMnVO、LiFeBO、LiMnBO、LiFeSiO、LiCoSiO、LiMnSiO等が挙げられる。正極活物質としては、これらの遷移金属を異種元素で置換した酸化物や、化学両論比とは異なる酸化物を用いることもできる。異種元素としては、例えば、Co、Ni、Mn、Fe、Cr、Zn、Ta、Al、Mg、Cu、Cd、Mo、Nb、W、Ru等が挙げられる。
<Positive electrode active material>
The positive electrode active material is selected from a group of materials such as, for example, LiCo-based composite oxides, LiNi-based composite oxides, LiMn-based composite oxides, LiCoNiMn-based composite oxides, LiFeP-based composite oxides, and LiMnP-based composite oxides. . Specific examples of the positive electrode active material include LiCoO 2 , Li(Co, Mn)O 2 , Li(Ni, Mn)O 2 , LiMn 2 O 4 , Li 4 Mn 5 O 12 , Li(Co, Ni, Mn). O 2 , LiFePO 4 , LiCoPO 4 , LiNiPO 4 , LiMnPO 4 , LiMnVO 4 , LiFeBO 3 , LiMnBO 3 , Li 2 FeSiO 4 , Li 2 CoSiO 4 , Li 2 MnSiO 4 and the like. As the positive electrode active material, oxides obtained by substituting these transition metals with dissimilar elements, and oxides having different stoichiometric ratios can also be used. Examples of different elements include Co, Ni, Mn, Fe, Cr, Zn, Ta, Al, Mg, Cu, Cd, Mo, Nb, W, and Ru.

また、正極活物質としては、硫黄、TiS、MoS、Mo、TiSe等のカルコゲナイドや、V等のバナジウム系酸化物や、FeF等のハライドや、Fe(MoO、Fe(SO、LiFe(PO等のポリアニオン系材料や、キノン系有機結晶等の有機系材料を用いることもできる。 Examples of the positive electrode active material include sulfur, chalcogenides such as TiS 2 , MoS 2 , Mo 6 S 8 and TiSe 2 , vanadium oxides such as V 2 O 5 , halides such as FeF 3 , Fe(MoO 4 ) 3 , Fe 2 (SO 4 ) 3 , Li 3 Fe 2 (PO 4 ) 3 and other polyanionic materials, and organic materials such as quinone organic crystals can also be used.

<負極活物質>
負極活物質は、例えば、炭素系材料、酸化物系材料、金属系材料等の材料群から選択される。炭素系材料の具体例としては、天然黒鉛、人造黒鉛、易黒鉛化系炭素材料、難黒鉛化系炭素材料、非晶質系炭素材料、有機結晶系炭素材料等が挙げられる。酸化物系材料の具体例としては、LiTi12等のチタン酸リチウムや、リチウムとスズ、ケイ素、鉄、ゲルマニウム等とを含む酸化物等が挙げられる。金属系材料の具体例としては、金属リチウム、リチウムとスズ、ケイ素、アルミニウム等との合金等が挙げられる。
<Negative electrode active material>
The negative electrode active material is selected, for example, from a group of materials such as carbon-based materials, oxide-based materials, and metal-based materials. Specific examples of carbonaceous materials include natural graphite, artificial graphite, easily graphitizable carbon materials, non-graphitizable carbon materials, amorphous carbon materials, and organic crystalline carbon materials. Specific examples of oxide-based materials include lithium titanates such as Li 4 Ti 5 O 12 and oxides containing lithium and tin, silicon, iron, germanium, or the like. Specific examples of metallic materials include metal lithium, alloys of lithium with tin, silicon, aluminum, and the like.

<導電剤>
導電剤は、例えば、ケッチェンブラック、アセチレンブラック、ファーネスブラック、サーマルブラック、黒鉛、炭素繊維等の材料群から選択される。
<Conductive agent>
The conductive agent is selected, for example, from a group of materials such as ketjen black, acetylene black, furnace black, thermal black, graphite, and carbon fiber.

<バインダ>
正極合剤層110のバインダは、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)等の材料群から選択される。負極合剤層210のバインダは、例えば、スチレン-ブタジエンゴム、カルボキシメチルセルロース、ポリフッ化ビニリデン等の材料群から選択される。
<Binder>
The binder of the positive electrode mixture layer 110 is selected from a group of materials such as polyvinylidene fluoride (PVDF), for example. The binder of the negative electrode mixture layer 210 is selected from a group of materials such as styrene-butadiene rubber, carboxymethylcellulose, and polyvinylidene fluoride, for example.

<正極集電体、正極タブ>
正極集電体120としては、金属箔、穿孔箔、エキスパンドメタル、発泡金属板等を用いることができる。正極集電体120は、アルミニウム、アルミニウム合金等の材料群から選択される。また、正極100の酸化還元電位等に応じて、ステンレス鋼、チタン等を用いることもできる。正極集電体120の厚さは、機械的強度とエネルギ密度とを両立する観点からは、10nm~1mmが好ましく、1~100μmがより好ましい。正極タブ130は、正極集電体120と同様の材料で形成することができる。
<Positive current collector, positive electrode tab>
A metal foil, a perforated foil, an expanded metal, a foamed metal plate, or the like can be used as the positive electrode current collector 120 . The positive electrode current collector 120 is selected from a group of materials such as aluminum and aluminum alloys. Stainless steel, titanium, or the like can also be used depending on the oxidation-reduction potential of the positive electrode 100 and the like. From the viewpoint of achieving both mechanical strength and energy density, the thickness of the positive electrode current collector 120 is preferably 10 nm to 1 mm, more preferably 1 to 100 μm. The positive electrode tab 130 can be made of the same material as the positive electrode current collector 120 .

<負極集電体、負極タブ>
負極集電体220としては、金属箔、穿孔箔、エキスパンドメタル、発泡金属板等を用いることができる。負極集電体220は、銅、銅合金等の材料群から選択される。また、負極200の酸化還元電位等に応じて、ステンレス鋼、チタン、ニッケル等を用いることもできる。負極集電体220の厚さは、機械的強度とエネルギ密度とを両立する観点からは、10nm~1mmが好ましく、1~100μmがより好ましい。負極タブ230は、負極集電体220と同様の材料で形成することができる。
<Negative electrode current collector, negative electrode tab>
A metal foil, a perforated foil, an expanded metal, a foam metal plate, or the like can be used as the negative electrode current collector 220 . The negative electrode current collector 220 is selected from a group of materials such as copper and copper alloys. Stainless steel, titanium, nickel, or the like can also be used depending on the oxidation-reduction potential of the negative electrode 200 and the like. From the viewpoint of achieving both mechanical strength and energy density, the thickness of the negative electrode current collector 220 is preferably 10 nm to 1 mm, more preferably 1 to 100 μm. The negative electrode tab 230 can be made of the same material as the negative electrode current collector 220 .

<電極合剤層形成法>
正極合剤層110や負極合剤層210は、活物質と導電剤やバインダを溶媒中で混練して電極合剤を調製し、調製した電極合剤を集電体に塗工し、塗工した電極合剤を乾燥させることによって形成することができる。集電体上に形成した電極合剤層は、活物質が所定の密度となるように、ロールプレス等で加圧成形する。電極合剤層は、塗工から乾燥までの工程を繰り返して、集電体上に積層することもできる。電極合剤層を形成した電極には、打ち抜き加工、切断加工等を施すことができる。
<Electrode mixture layer forming method>
The positive electrode mixture layer 110 and the negative electrode mixture layer 210 are formed by kneading an active material, a conductive agent, and a binder in a solvent to prepare an electrode mixture, coating the prepared electrode mixture on a current collector, and applying the coating. It can be formed by drying the electrode mixture. The electrode mixture layer formed on the current collector is pressure-molded by a roll press or the like so that the active material has a predetermined density. The electrode mixture layer can also be laminated on the current collector by repeating the steps from coating to drying. The electrode on which the electrode mixture layer is formed can be subjected to punching, cutting, or the like.

電極合剤の混練は、プラネタリーミキサ、ディスパーミキサ、バタフライミキサ、二軸混練機、ボールミル、ビーズミル等の各種の装置で行うことができる。活物質等を分散させる溶媒としては、電極に応じて、1-メチル-2-ピロリドン(NMP)、水等の各種の溶媒を用いることができる。電極合剤を塗工する方法としては、ロールコート法、ドクターブレード法、ディッピング法、スプレー法等の各種の方法を用いることができる。 Kneading of the electrode mixture can be performed by various devices such as a planetary mixer, a disper mixer, a butterfly mixer, a twin-screw kneader, a ball mill, and a bead mill. Various solvents such as 1-methyl-2-pyrrolidone (NMP) and water can be used as the solvent in which the active material is dispersed, depending on the electrode. Various methods such as a roll coating method, a doctor blade method, a dipping method, and a spray method can be used as methods for applying the electrode mixture.

<セパレータ>
セパレータ300は、正極100と負極200との間を電気的に絶縁し、正極100と負極200の短絡を防止する一方で、正極100と負極200との間でイオンを伝導させる媒体として働く。セパレータ300は、微小な空孔を有する絶縁性の微多孔膜、非水電解液を粒子に担持させて得られる不揮発性電解質、および、固体電解質のうち、いずれか一種または複数種の組み合わせを用いて形成できる。セパレータ300の厚さは、電子の絶縁性とエネルギ密度とを両立する観点から、好ましくは数nm~数mmとする。
<Separator>
The separator 300 electrically insulates between the positive electrode 100 and the negative electrode 200 to prevent a short circuit between the positive electrode 100 and the negative electrode 200 , while acting as a medium that conducts ions between the positive electrode 100 and the negative electrode 200 . The separator 300 is an insulating microporous film having fine pores, a non-volatile electrolyte obtained by allowing particles to support a non-aqueous electrolyte, and a solid electrolyte. can be formed by The thickness of the separator 300 is preferably several nanometers to several millimeters from the viewpoint of achieving both electronic insulation and energy density.

<微多孔膜>
微多孔膜は、セルロース、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等のセルロース系樹脂や、ポリプロピレン、ポリエチレン-ポリプロピレン共重合体等のポリオレフィン系樹脂や、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリブチレンテレフタレート等のポリエステル系樹脂や、アラミド、ポリアミドイミド、ポリイミド、ガラス等の材料群から選択される。微多孔膜としては、樹脂等を成膜して得られる多孔質膜の他、多孔質シート、不織布等を用いることもできる。
<Microporous membrane>
Microporous membranes are made of cellulose-based resins such as cellulose, carboxymethylcellulose, and hydroxypropylcellulose, polyolefin-based resins such as polypropylene and polyethylene-polypropylene copolymer, and polyester-based resins such as polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, and polybutylene terephthalate. or from a group of materials such as aramid, polyamide-imide, polyimide, and glass. As the microporous membrane, in addition to a porous membrane obtained by film-forming a resin or the like, a porous sheet, a non-woven fabric, or the like can also be used.

<不揮発性電解質>
不揮発性電解質としては、電解質塩を溶解した非水電解液と、その非水電解液を担持させるための担持粒子(粒子)とによって構成される半固体の電解質を用いることができる。不揮発性電解質は、担持粒子を結着させるためのバインダを含有してもよい。不揮発性電解質によると、非水電解液が担持粒子の粒子間の細孔中に保持されてイオン伝導を媒介する。非水電解液の揮発や流動が抑制されるため、非水電解液の液漏れや組成変化が発生し難い二次電池1000が得られる。
<Nonvolatile electrolyte>
As the nonvolatile electrolyte, a semi-solid electrolyte composed of a non-aqueous electrolytic solution in which an electrolyte salt is dissolved and supporting particles (particles) for supporting the non-aqueous electrolytic solution can be used. The non-volatile electrolyte may contain a binder for binding the support particles. According to the non-volatile electrolyte, a non-aqueous electrolyte is retained in the pores between the particles of the support particles to mediate ionic conduction. Since volatilization and flow of the non-aqueous electrolyte are suppressed, the secondary battery 1000 is obtained in which leakage of the non-aqueous electrolyte and change in composition are less likely to occur.

<担持粒子>
担持粒子は、絶縁性が高く非水電解液に不溶な各種の粒子を用いることができる。担持粒子の具体例としては、γ-アルミナ(Al)、シリカ(SiO)、ジルコニア(ZrO)、セリア(CeO)等の金属酸化物の無機粒子が挙げられる。担持粒子としては、粒子状の固体電解質を用いることもできる。
<Carried particles>
Various particles that are highly insulating and insoluble in a non-aqueous electrolytic solution can be used as the carrier particles. Specific examples of the support particles include inorganic particles of metal oxides such as γ-alumina (Al 2 O 3 ), silica (SiO 2 ), zirconia (ZrO 2 ), ceria (CeO 2 ). A particulate solid electrolyte can also be used as the support particles.

担持粒子の一次粒子の平均粒径は、好ましくは1nm~10μm、より好ましくは1~50nm、更に好ましくは1~10nmである。平均粒径が1nm以上であると、担持粒子同士が表面間力で凝集し難いため、セパレータ300の形成が容易になる。また、平均粒径が10μm以下であると、担持粒子の表面積が大きくなるため、多量の電解液を保持させることができる。担持粒子の粒子径は、例えば、透過型電子顕微鏡(Transmission Electron Microscope:TEM)を用いて測定することができる。 The average particle size of the primary particles of the support particles is preferably 1 nm to 10 μm, more preferably 1 to 50 nm, still more preferably 1 to 10 nm. When the average particle size is 1 nm or more, the support particles are less likely to agglomerate due to the force between the surfaces, and thus the separator 300 can be easily formed. Further, when the average particle size is 10 μm or less, the surface area of the support particles is large, so that a large amount of electrolytic solution can be retained. The particle size of the carrier particles can be measured, for example, using a transmission electron microscope (TEM).

<固体電解質>
固体電解質は、イオン伝導率が高いが導電率が低く、作動温度内で固体状の電解質を用いることができる。固体電解質の具体例としては、LiLaZr12をはじめとするLiLaZrO系等の酸化物系固体電解質や、Li10GePS12、LiS-P等の硫化物系固体電解質等が挙げられる。
<Solid electrolyte>
Solid electrolytes have high ionic conductivity but low conductivity, and solid electrolytes can be used within operating temperatures. Specific examples of solid electrolytes include oxide solid electrolytes such as LiLaZrO such as Li7La3Zr2O12 , and sulfides such as Li10Ge2PS12 and Li2SP2S5 . system solid electrolytes, and the like.

セパレータ300は、不揮発性電解質のみ、または、不揮発性電解質と微多孔膜との組み合わせによって形成することが好ましい。このようなセパレータ300を形成すると、正極100および負極200の間に、非水電解液と担持粒子とを含有する不揮発性電解質からなる不揮発性電解質層が形成される。不揮発性電解質層では、非水電解液の揮発や流動が抑制されるため、非水電解液の液漏れや組成変化が発生し難くなり、安全で長寿命な二次電池が得られる。 Separator 300 is preferably formed from a nonvolatile electrolyte alone or from a combination of a nonvolatile electrolyte and a microporous membrane. When such a separator 300 is formed, a non-volatile electrolyte layer composed of a non-volatile electrolyte containing a non-aqueous electrolyte and supporting particles is formed between the positive electrode 100 and the negative electrode 200 . Since the non-volatile electrolyte layer suppresses volatilization and flow of the non-aqueous electrolyte, leakage of the non-aqueous electrolyte and changes in composition are less likely to occur, and a safe and long-life secondary battery can be obtained.

セパレータ300は、不揮発性電解質を用いる場合、非水電解液の含有量が40~90vol%であることが好ましく、50~80vol%であることがより好ましく、60~80vol%であることが更に好ましい。非水電解液の含有量が40vol%以上であると、十分に高いイオン伝導率が得られる。また、非水電解液の含有量が90vol%以下であると、非水電解液が半固体電解質から漏れ出る可能性が低くなる。 When a non-volatile electrolyte is used for the separator 300, the content of the non-aqueous electrolyte is preferably 40 to 90 vol%, more preferably 50 to 80 vol%, and even more preferably 60 to 80 vol%. . When the content of the non-aqueous electrolyte is 40 vol % or more, a sufficiently high ion conductivity can be obtained. Moreover, when the content of the non-aqueous electrolyte is 90 vol % or less, the non-aqueous electrolyte is less likely to leak out of the semi-solid electrolyte.

<セパレータ形成法>
セパレータ300は、不揮発性電解質を用いる場合、担持粒子をペレット状、シート状等に圧縮成形する方法や、担持粒子にバインダの粉末を混合して柔軟性の高いシート状等に成形する方法や、担持粒子とバインダとを溶媒中で混練してシート状等に成形し、乾燥させて溶媒を除去する方法等で形成できる。セパレータ300は、担持粒子とバインダとを溶媒中で混練し、電極合剤層の表面に塗工して乾燥させることにより、電極と一体的に形成してもよい。
<Separator forming method>
When a non-volatile electrolyte is used for the separator 300, a method of compression-molding the carrier particles into a pellet shape, a sheet shape, or the like, a method of mixing binder powder with the carrier particles and molding them into a highly flexible sheet shape, etc. It can be formed by a method of kneading the carrier particles and the binder in a solvent to form a sheet or the like, followed by drying to remove the solvent. The separator 300 may be formed integrally with the electrode by kneading carrier particles and a binder in a solvent, coating the surface of the electrode mixture layer, and drying.

また、セパレータ300は、不揮発性電解質と微多孔膜との組み合わせを用いる場合、担持粒子とバインダとを溶媒中で混練し、得られた混合物を微多孔膜に塗工し、塗工した混合物を乾燥させて溶媒を除去する方法によって形成することができる。或いは、セパレータ300を個別に形成するか、または、電極と一体的に形成し、そのセパレータ300を電極と微多孔膜とで挟んで電極体を形成してもよい。 Further, when the separator 300 uses a combination of a nonvolatile electrolyte and a microporous membrane, support particles and a binder are kneaded in a solvent, the resulting mixture is applied to the microporous membrane, and the coated mixture is It can be formed by a method of drying to remove the solvent. Alternatively, the separator 300 may be formed separately, or may be formed integrally with the electrode, and the electrode body may be formed by sandwiching the separator 300 between the electrode and the microporous membrane.

非水電解液は、担持粒子をシート状等に成形した後に担持粒子の粒子間に充填してもよいし、担持粒子を成形する前に担持粒子と混合しておいてもよい。非水電解液と担持粒子とを混合すると、半固体の不揮発性電解質が得られる。例えば、担持粒子と非水電解液とを、メタノール等の有機溶媒を添加して混合し、得られたスラリーをシャーレ等に広げて有機溶媒を留去すると、粉末状の不揮発性電解質が得られる。 The non-aqueous electrolyte may be filled between the support particles after forming the support particles into a sheet or the like, or may be mixed with the support particles before forming the support particles. Mixing the non-aqueous electrolyte and the support particles yields a semi-solid non-volatile electrolyte. For example, an organic solvent such as methanol is added to the supported particles and the non-aqueous electrolytic solution, mixed, and the resulting slurry is spread on a petri dish or the like and the organic solvent is distilled off to obtain a powdery non-volatile electrolyte. .

また、非水電解液は、セパレータ300だけでなく、正極合剤層110や負極合剤層210に保持させてもよい。電極合剤層中の活物質や導電剤の粒子間に非水電解液を保持させると、電極内のイオン伝導率が高くなり、高い放電容量が得られる。電極合剤層に非水電解液を保持させる方法としては、外装体500に非水電解液を注入する方法や、非水電解液と活物質と導電剤やバインダとを混練して電極合剤を調製し、調製した電極合剤を集電体に塗工して電極を作製する方法等を用いることができる。正極合剤層110、負極合剤層210およびセパレータ300に非水電解液を保持させている場合、外装体500に対する非水電解液の注入は不要になる。 Moreover, the non-aqueous electrolyte may be retained not only in the separator 300 but also in the positive electrode mixture layer 110 and the negative electrode mixture layer 210 . When the non-aqueous electrolyte is retained between the particles of the active material and the conductive agent in the electrode mixture layer, the ionic conductivity in the electrode increases and a high discharge capacity can be obtained. As a method for holding the non-aqueous electrolyte in the electrode mixture layer, there is a method of injecting the non-aqueous electrolyte into the exterior body 500, or a method of kneading the non-aqueous electrolyte, the active material, the conductive agent, and the binder to form an electrode mixture. and applying the prepared electrode mixture to a current collector to produce an electrode. When the positive electrode mixture layer 110 , the negative electrode mixture layer 210 and the separator 300 hold the non-aqueous electrolyte, it is not necessary to inject the non-aqueous electrolyte into the package 500 .

不揮発性電解質層の形成に用いるバインダとしては、例えば、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)、ポリフッ化ビニリデン、ビニリデンフルオライド-ヘキサフルオロプロピレン共重合体(P(VdF-HFP))、スチレン-ブタジエンゴム、ポリアルギン酸、ポリアクリル酸等が挙げられる。不揮発性電解質層の形成に用いる微多孔膜としては、フッ素樹脂製の多孔質シートが好ましい。担持粒子の一次粒子の平均粒径は、微多孔膜の厚さの1/100~1/2とすることが好ましい。 Binders used for forming the nonvolatile electrolyte layer include, for example, polyethylene, polypropylene, polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer (P(VdF-HFP)), and styrene. - butadiene rubber, polyalginic acid, polyacrylic acid and the like. As the microporous membrane used for forming the nonvolatile electrolyte layer, a fluororesin porous sheet is preferable. The average particle size of the primary particles of the support particles is preferably 1/100 to 1/2 of the thickness of the microporous membrane.

<非水電解液>
非水電解液は、電解質塩、エステル系溶媒およびカーボネート系溶媒を含む非水溶媒と、負極の表面に被膜を形成するための被膜形成剤(添加剤)と、を含有する。非水電解液の溶媒としては、カーボネート系溶媒よりもドナー数が大きいエステル系溶媒と、カーボネート系溶媒との混合溶媒が用いられる。
<Non-aqueous electrolyte>
The non-aqueous electrolyte contains a non-aqueous solvent containing an electrolyte salt, an ester solvent and a carbonate solvent, and a film-forming agent (additive) for forming a film on the surface of the negative electrode. As a solvent for the non-aqueous electrolyte, a mixed solvent of an ester solvent having a larger number of donors than the carbonate solvent and a carbonate solvent is used.

一般に、リチウムイオン二次電池の非水電解液の溶媒としては、カーボネート系溶媒が多用されている。一般的な非水電解液の溶媒は、比誘電率が高いエチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)等の環状カーボネートと、粘度が低いジメチルカーボネート(DMC)、エチルメチルカーボネート(EMC)等の鎖状カーボネートとの混合溶媒である。 In general, carbonate-based solvents are often used as solvents for non-aqueous electrolytes in lithium-ion secondary batteries. Solvents for general non-aqueous electrolytes include cyclic carbonates such as ethylene carbonate (EC) and propylene carbonate (PC), which have a high relative dielectric constant, and dimethyl carbonate (DMC), which has a low viscosity, and ethyl methyl carbonate (EMC). It is a mixed solvent with chain carbonate.

しかし、負極活物質として黒鉛やシリコンを用いた二次電池では、溶媒としてカーボネート系溶媒を用いた場合に、負極活物質の表面で溶媒が還元分解したり、負極活物質の層間にキャリアイオンと溶媒とが共挿入したりするため、放電容量が理論容量よりも低くなり、サイクル特性も悪化するという問題がある。 However, in a secondary battery using graphite or silicon as a negative electrode active material, when a carbonate-based solvent is used as a solvent, the solvent is reductively decomposed on the surface of the negative electrode active material, or carrier ions are formed between the layers of the negative electrode active material. Co-insertion with the solvent causes the problem that the discharge capacity becomes lower than the theoretical capacity and the cycle characteristics deteriorate.

このような問題に対し、非水電解液に被膜形成剤を添加すると、初期の充放電によって負極活物質の表面にSEI膜が形成されるため、溶媒の還元分解や共挿入を起こり難くすることができる。但し、被膜形成剤の添加量が多すぎると、過剰なSEI膜が形成される等してイオン伝導抵抗が高くなり、却って電池性能が低下するため、被膜形成剤の添加による効果には限界がある。 In order to solve this problem, when a film-forming agent is added to the non-aqueous electrolyte, an SEI film is formed on the surface of the negative electrode active material during the initial charging and discharging, so that reductive decomposition and co-insertion of the solvent are prevented. can be done. However, if the amount of the film-forming agent added is too large, an excessive SEI film will be formed, resulting in an increase in ionic conduction resistance and, on the contrary, a decrease in battery performance. be.

電池性能を向上させるその他の方法としては、非水電解液の溶媒としてエステル系溶媒を用いる方法がある。エステル系溶媒は、酸化還元耐性が比較的良好であるため、非水電解液の劣化をある程度避けることができる。しかし、エステル系溶媒は、ドナー数が大きく、また、非水電解液の粘度を上昇させる傾向があるため、必ずしも最適な溶媒であるとはいえない。エステル系溶媒だけを用いると、リチウムイオンへの溶媒和や高粘度化によって、非水電解液のイオン伝導抵抗が高くなり、二次電池の放電容量が低くなる。 Another method for improving battery performance is to use an ester solvent as a solvent for the non-aqueous electrolyte. Ester-based solvents have relatively good oxidation-reduction resistance, so deterioration of the non-aqueous electrolyte can be avoided to some extent. However, the ester solvent has a large number of donors and tends to increase the viscosity of the non-aqueous electrolyte, so it cannot necessarily be said to be the optimum solvent. If only an ester-based solvent is used, the non-aqueous electrolyte solution becomes high in ionic conduction resistance due to solvation to lithium ions and high viscosity, and the discharge capacity of the secondary battery becomes low.

これに対し、本実施形態のように、カーボネート系溶媒よりもドナー数が大きいエステル系溶媒とカーボネート系溶媒との混合溶媒を適切な混合比で用いると、リチウムイオンとエステル系溶媒との相互作用を緩和すると共に、非水電解液の粘度を低下させることができる。カーボネート系溶媒は、エステル系溶媒よりもドナー数が小さく、一般に、エステル系溶媒と電解質塩との混合溶液よりも粘度が低いためである。相互作用を緩和し、粘度を低下させると、イオン伝導率が高くなるため、高い放電容量が得られる。 On the other hand, as in the present embodiment, when a mixed solvent of an ester solvent having a larger number of donors than a carbonate solvent and a carbonate solvent is used at an appropriate mixing ratio, the interaction between lithium ions and the ester solvent can be alleviated and the viscosity of the non-aqueous electrolyte can be reduced. This is because a carbonate-based solvent has a smaller donor number than an ester-based solvent and generally has a lower viscosity than a mixed solution of an ester-based solvent and an electrolyte salt. Relaxing the interaction and lowering the viscosity increases the ionic conductivity, resulting in a higher discharge capacity.

溶媒のドナー数(donor number:DN)は、Gutmannらにより提唱された溶媒の分子が有する電子対供与性の尺度である。ドナー数は、目的の溶媒が、不活性媒体(ジクロロメタン)中、SbClとの1:1の付加物を形成するときの反応熱として定義されており、ヘキサメチルリン酸トリアミドを基準物質として無次元規格化されている。溶媒のドナー数は、核磁気共鳴(Nuclear Magnetic Resonance:NMR)のケミカルシフトから求めることができる。 The donor number (DN) of a solvent is a measure of the electron pair donating ability of a solvent molecule proposed by Gutmann et al. The donor number is defined as the heat of reaction when the solvent of interest forms a 1:1 adduct with SbCl5 in an inert medium (dichloromethane), with hexamethylphosphoric triamide as the reference material. dimensionally normalized. The number of donors in the solvent can be obtained from the chemical shift of nuclear magnetic resonance (NMR).

非水電解液は、電解質塩や非水溶媒や被膜形成剤に加え、腐食防止剤や、その他の添加剤が添加されていてもよい。非水電解液は、セパレータ300に不揮発性電解質を用いる場合、担持粒子の粒子間の細孔や、セパレータ300と電極合剤層との界面や、活物質や導電剤の粒子間の細孔に保持される。 The non-aqueous electrolyte may contain an electrolyte salt, a non-aqueous solvent, a film-forming agent, a corrosion inhibitor, and other additives. When a non-volatile electrolyte is used for the separator 300, the non-aqueous electrolyte is used in the pores between the supporting particles, the interface between the separator 300 and the electrode mixture layer, and the pores between the active material and conductive agent particles. retained.

<電解質塩>
電解質塩は、LiPF、LiBF、LiClO、LiCFSO、LiCFCO、LiAsF、LiSbF、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(LiFSI)、リチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(LiTFSI)、リチウムビス(ペンタフルオロエタンスルホニル)イミド(LiBETI)、リチウムテトラフルオロボレート(LiBF)、リチウムビスオキサレートボレート(LiBOB)、リチウムトリフラート等の各種のリチウム塩の材料群から選択される。電解質塩としては、解離度の高さや化学的安定性の高さの観点から、LiFSI、LiTFSIまたはLiBETIが好ましい。
<Electrolyte salt>
Electrolyte salts include LiPF6 , LiBF4 , LiClO4, LiCF3SO3 , LiCF3CO2 , LiAsF6 , LiSbF6 , lithium bis( fluorosulfonyl )imide (LiFSI), lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide (LiTFSI ), lithium bis(pentafluoroethanesulfonyl)imide (LiBETI), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ), lithium bisoxalateborate (LiBOB), lithium triflate, and various other lithium salt materials. As the electrolyte salt, LiFSI, LiTFSI, or LiBETI is preferable from the viewpoint of high degree of dissociation and high chemical stability.

<エステル系溶媒>
エステル系溶媒としては、γ-ブチロラクトン(GBL、DN=18)、リン酸トリメチル(TMP、DN=23)、リン酸トリエチル(TEP、DN=26)等を用いることができる。エステル系溶媒として、酸化還元耐性に優れる点から、γ-ブチロラクトンが好ましい。
<Ester solvent>
As the ester solvent, γ-butyrolactone (GBL, DN=18), trimethyl phosphate (TMP, DN=23), triethyl phosphate (TEP, DN=26), etc. can be used. As the ester solvent, γ-butyrolactone is preferable because of its excellent oxidation-reduction resistance.

エステル系溶媒の含有量は、非水電解液の粘度等を適切にする観点からは、非水電解液中の非水溶媒当たり、30~80モル%が好ましい。エステル系溶媒の含有量は、NMR等を用いて定量することができる。 The content of the ester-based solvent is preferably 30 to 80 mol % based on the non-aqueous solvent in the non-aqueous electrolyte, from the viewpoint of optimizing the viscosity of the non-aqueous electrolyte. The content of the ester solvent can be quantified using NMR or the like.

<カーボネート系溶媒>
カーボネート系溶媒としては、エチレンカーボネート(EC、DN=16.4)、プロピレンカーボネート(PC、DN=15.1)等を用いることができる。カーボネート系溶媒としては、非水電解液のイオン伝導率を高くする観点からは、プロピレンカーボネートが好ましい。
<Carbonate solvent>
Ethylene carbonate (EC, DN=16.4), propylene carbonate (PC, DN=15.1), etc. can be used as the carbonate-based solvent. As the carbonate-based solvent, propylene carbonate is preferable from the viewpoint of increasing the ion conductivity of the non-aqueous electrolyte.

カーボネート系溶媒の含有量は、二次電池の放電容量を向上させる観点からは、非水電解液に用いる非水溶媒の全体当たり、0~60モル%が好ましい。カーボネート系溶媒の含有量は、NMR等を用いて定量することができる。 From the viewpoint of improving the discharge capacity of the secondary battery, the content of the carbonate-based solvent is preferably 0 to 60 mol % based on the total amount of the non-aqueous solvent used in the non-aqueous electrolyte. The content of the carbonate-based solvent can be quantified using NMR or the like.

エステル系溶媒に対するカーボネート系溶媒のモル比は、0~0.65が好ましく、0.06~0.59がより好ましく、0.12~0.52が更に好ましい。このようなモル比であると、エステル系溶媒のみを用いる場合と比較して、二次電池の放電容量が高くなる。エステル系溶媒に対するカーボネート系溶媒のモル比は、NMRを用いて求めることができる。 The molar ratio of the carbonate solvent to the ester solvent is preferably 0 to 0.65, more preferably 0.06 to 0.59, even more preferably 0.12 to 0.52. With such a molar ratio, the discharge capacity of the secondary battery is higher than when only the ester solvent is used. The molar ratio of the carbonate-based solvent to the ester-based solvent can be determined using NMR.

二次電池の放電容量は、例えば、三元系正極と黒鉛負極の系において、エステル系溶媒に対するカーボネート系溶媒のモル比が0~0.65の範囲では357mAh以上、モル比が0.06~0.59の範囲では380mAh以上、モル比が0.12~0.52の範囲では400mAh以上にすることができる。 The discharge capacity of the secondary battery is, for example, in a system of a ternary positive electrode and a graphite negative electrode, when the molar ratio of the carbonate solvent to the ester solvent is in the range of 0 to 0.65, it is 357 mAh or more, and the molar ratio is 0.06 to 0.06. In the range of 0.59, it can be 380 mAh or more, and in the range of 0.12 to 0.52, it can be 400 mAh or more.

エステル系溶媒に対する電解質塩のモル比は、0~0.24が好ましく、0~0.20がより好ましく、0~0.16が更に好ましい。このようなモル比の範囲であれば、電解質塩の比率が高いほど、リチウムイオンの濃度が高くなり、非水電解液のイオン伝導抵抗が小さくなる。また、このようなモル比であると、電解質塩のモル比が抑制されているため、ドナー数が大きいエステル系溶媒とリチウムイオンとの相互作用が弱められる。その結果、リチウムイオンが動き易くなり、非水電解液のイオン伝導率が高くなるため、より高い放電容量を得ることができる。エステル系溶媒に対する電解質塩のモル比は、NMRを用いて求めることができる。 The molar ratio of the electrolyte salt to the ester solvent is preferably 0 to 0.24, more preferably 0 to 0.20, even more preferably 0 to 0.16. Within such a molar ratio range, the higher the ratio of the electrolyte salt, the higher the concentration of lithium ions and the lower the ionic conduction resistance of the non-aqueous electrolyte. Also, with such a molar ratio, the molar ratio of the electrolyte salt is suppressed, so the interaction between the ester-based solvent having a large number of donors and lithium ions is weakened. As a result, lithium ions move more easily, and the ionic conductivity of the non-aqueous electrolytic solution increases, so that a higher discharge capacity can be obtained. The molar ratio of the electrolyte salt to the ester solvent can be determined using NMR.

二次電池の放電容量は、例えば、三元系正極と黒鉛負極の系において、エステル系溶媒に対する電解質塩のモル比が0~0.24の範囲では350mAh以上、モル比が0~0.21の範囲では375mAh以上、モル比が0~0.16の範囲では400mAh以上にすることができる。 The discharge capacity of the secondary battery is, for example, 350 mAh or more when the molar ratio of the electrolyte salt to the ester solvent is in the range of 0 to 0.24 in a system of a ternary positive electrode and a graphite negative electrode, and the molar ratio is 0 to 0.21. 375 mAh or higher in the range of , and 400 mAh or higher in the molar ratio range of 0 to 0.16.

<被膜形成剤>
被膜形成剤は、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)、無水コハク酸、ビニルエチレンカーボネート、トリス(トリメチルシリル)ボレート、トリス(トリメチルシリル)ホスファート、リチウム4,5-ジシアノ-2-(トリフルオロメチル)イミダゾリド(LiTDI)、リチウムビス(2-メチル-2-フルオロマロネート)ボレート(LiBMFMB)、リチウムジフルオロオキサレートボレート(LiDFOB)等の材料群から選択される。
<Film forming agent>
Film formers include vinylene carbonate (VC), fluoroethylene carbonate (FEC), succinic anhydride, vinylethylene carbonate, tris(trimethylsilyl)borate, tris(trimethylsilyl)phosphate, lithium 4,5-dicyano-2-(trifluoro It is selected from a group of materials such as methyl)imidazolide (LiTDI), lithium bis(2-methyl-2-fluoromalonate)borate (LiBMFMB), lithium difluorooxalateborate (LiDFOB).

被膜形成剤の含有量は、二次電池の放電容量やサイクル特性を向上させる観点からは、電解質塩と溶媒との合計に対して、0~30wt%が好ましく、0~10wt%がより好ましい。被膜形成剤の含有量は、NMR等を用いて定量することができる。 From the viewpoint of improving the discharge capacity and cycle characteristics of the secondary battery, the content of the film-forming agent is preferably 0 to 30 wt%, more preferably 0 to 10 wt%, relative to the total of the electrolyte salt and the solvent. The content of the film-forming agent can be quantified using NMR or the like.

<腐食防止剤>
腐食防止剤としては、集電体等の金属の高電位における腐食を防止可能な各種の物質を用いることができる。腐食防止剤としては、皮膜形成型または表面吸着型が好ましく、水分の存在下における安定性が高い物質がより好ましい。
<Corrosion inhibitor>
As the corrosion inhibitor, various substances capable of preventing corrosion of metals such as current collectors at high potential can be used. As the corrosion inhibitor, a film-forming type or a surface-adsorbing type is preferable, and a substance with high stability in the presence of moisture is more preferable.

水分の存在下における安定性の指標としては、水に対する溶解度や加水分解性が挙げられる。腐食防止剤が固体である場合、水に対する溶解度は、室温で1%未満であることが好ましい。腐食防止剤の加水分解性は、腐食防止剤を吸湿させた後または水と混合した後に、分子構造解析を行うことによって評価できる。吸湿させた腐食防止剤または水と混合した腐食防止剤を100℃以上で加熱して水分を除去したとき、残留物の95wt%以上が当初の腐食防止剤と同じ分子構造であれば、その腐食防止剤は、加水分解性が無く、水分の存在下において安定であるといえる。 Indicators of stability in the presence of water include water solubility and hydrolyzability. If the corrosion inhibitor is a solid, it preferably has a water solubility of less than 1% at room temperature. The hydrolyzability of the corrosion inhibitor can be evaluated by conducting molecular structural analysis after the corrosion inhibitor has been absorbed moisture or mixed with water. When the moisture-absorbed corrosion inhibitor or the corrosion inhibitor mixed with water is heated at 100°C or higher to remove the moisture, if 95 wt% or more of the residue has the same molecular structure as the original corrosion inhibitor, the corrosion The inhibitor is non-hydrolyzable and can be said to be stable in the presence of moisture.

腐食防止剤としては、(M-R)Anで表される有機塩が特に好ましい。但し、式中、(M-R)はカチオン、Anはアニオンである。Mは、窒素(N)、ホウ素(B)、リン(P)および硫黄(S)から選択される中心原子であり、Rは、中心原子に対して全置換される置換基であり、炭化水素基である。このような有機カチオンは、極性が高いため、安定性が高い腐食防止剤が得られる。 As a corrosion inhibitor, an organic salt represented by (MR) + An - is particularly preferred. However, in the formula, (M−R) + is a cation and An is an anion. M is a central atom selected from nitrogen (N), boron (B), phosphorus (P) and sulfur (S); R is a substituent that is fully substituted on the central atom; is the base. Such organic cations are highly polar and thus provide highly stable corrosion inhibitors.

腐食防止剤のアニオンとしては、テトラフルオロホウ酸アニオン(BF )、ヘキサフルオロリン酸アニオン(PF )等が好ましい。これらのアニオンは、金属と反応して不動態皮膜を形成すると考えられるため、集電体等を構成する金属の溶出を防ぐのに有効である。アニオンとしては、金属の溶出をより抑制できる点で、ヘキサフルオロリン酸アニオンが特に好ましい。有機塩としては、不揮発性が高く、耐熱性、化学的安定性および電気的安定性が良好である点で、室温において液体で存在するイオン液体が特に好ましい。 The anion of the corrosion inhibitor is preferably tetrafluoroborate anion (BF 4 ), hexafluorophosphate anion (PF 6 ), or the like. Since these anions are thought to react with metals to form a passive film, they are effective in preventing elution of metals constituting current collectors and the like. As the anion, a hexafluorophosphate anion is particularly preferable because it can further suppress metal elution. As the organic salt, an ionic liquid that exists as a liquid at room temperature is particularly preferable in terms of high non-volatility, good heat resistance, chemical stability and electrical stability.

腐食防止剤の具体例としては、テトラブチルアンモニウムヘキサフルオロホスフェート(TBA-PF6)、テトラブチルアンモニウムテトラフルオロボレート(TBA-BF4)等の4級アンモニウム塩や、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムテトラフルオロボレート(EMI-BF4)、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムヘキサフルオロホスフェート(EMI-PF6)、1-ブチル-3-メチルイミダゾリウムテトラフルオロボレート(BMI-BF4)、1-ブチル-3-メチルイミダゾリウムヘキサフルオロホスフェート(BMI-PF6)等のイミダゾリウム塩が挙げられる。 Specific examples of corrosion inhibitors include quaternary ammonium salts such as tetrabutylammonium hexafluorophosphate (TBA-PF6) and tetrabutylammonium tetrafluoroborate (TBA-BF4), and 1-ethyl-3-methylimidazolium tetra Fluoroborate (EMI-BF4), 1-ethyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate (EMI-PF6), 1-butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate (BMI-BF4), 1-butyl-3- and imidazolium salts such as methylimidazolium hexafluorophosphate (BMI-PF6).

腐食防止剤の含有量は、電解質塩と溶媒との合計に対して、0.5~20wt%が好ましく、1~10wt%がより好ましい。腐食防止剤の含有量が0.5wt%以上であると、集電体等の腐食を防止する十分な効果が得られるため、高い放電容量や良好なサイクル特性が得られる。また、腐食防止剤の含有量が20wt%以下であると、リチウムイオンの伝導が妨げられ難いため、非水電解液のイオン伝導率を確保できる。また、腐食防止剤を解離・分解させるような自己放電による電気エネルギの消費が低減するため、高い放電容量が得られる可能性が高くなる。 The content of the corrosion inhibitor is preferably 0.5 to 20 wt%, more preferably 1 to 10 wt%, relative to the total of the electrolyte salt and the solvent. When the content of the corrosion inhibitor is 0.5 wt % or more, a sufficient effect of preventing corrosion of the current collector and the like can be obtained, so a high discharge capacity and good cycle characteristics can be obtained. Further, when the content of the corrosion inhibitor is 20 wt % or less, the conduction of lithium ions is less likely to be hindered, so the ionic conductivity of the non-aqueous electrolyte can be ensured. In addition, since the consumption of electric energy due to self-discharge that dissociates and decomposes the corrosion inhibitor is reduced, the possibility of obtaining a high discharge capacity increases.

以上の非水電解液、不揮発性電解質、これを用いた二次電池によると、非水電解液が、カーボネート系溶媒よりもドナー数が大きいエステル系溶媒と、カーボネート系溶媒との混合溶媒を適切な混合比で含有するため、ドナー数が大きいエステル系溶媒を用いるにもかかわらず、カーボネート系溶媒を併用しない場合と比較して、二次電池の放電容量を向上させることができる。また、非水電解液を粒子に担持させた不揮発性電解質や、正極および負極の間に形成されるセパレータに不揮発性電解質を用いた二次電池によると、非水電解液の液漏れや組成変化が発生し難く、安全で長寿命な二次電池を実現できる。 According to the above non-aqueous electrolyte, non-volatile electrolyte, and secondary battery using the same, the non-aqueous electrolyte is appropriately a mixed solvent of an ester solvent having a larger number of donors than a carbonate solvent and a carbonate solvent. Therefore, the discharge capacity of the secondary battery can be improved compared to the case where the carbonate-based solvent is not used in combination, despite the use of an ester-based solvent having a large number of donors. In addition, according to a secondary battery using a non-volatile electrolyte in which a non-aqueous electrolyte is supported on particles, or a separator formed between a positive electrode and a negative electrode, the non-aqueous electrolyte leaks or changes in composition. It is possible to realize a safe and long-life secondary battery.

二次電池としては、負極活物質として黒鉛を含有する負極を備える二次電池が特に好ましい。負極活物質として黒鉛を含有する負極を用いると、比較的高い放電容量が得られる。非水電解液がエステル系溶媒を含有しているため、黒鉛系負極のように還元電位が低くなる場合であっても、負極活物質の表面における溶媒の還元分解が従来よりも抑制されることになる。また、カーボネート系溶媒を含有するにもかかわらず、負極活物質の層間への共挿入が低減することになる。よって、以上の二次電池によると、高い放電容量や良好なサイクル特性が得られる。 As a secondary battery, a secondary battery having a negative electrode containing graphite as a negative electrode active material is particularly preferable. A relatively high discharge capacity can be obtained by using a negative electrode containing graphite as the negative electrode active material. Since the non-aqueous electrolyte contains an ester solvent, reductive decomposition of the solvent on the surface of the negative electrode active material is suppressed more than before, even when the reduction potential is low as in the case of a graphite negative electrode. become. In addition, co-insertion between the layers of the negative electrode active material is reduced despite the presence of the carbonate-based solvent. Therefore, according to the secondary battery described above, high discharge capacity and good cycle characteristics can be obtained.

以下、実施例を挙げて本発明について具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES The present invention will be specifically described below with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples.

<実施例1>
<非水電解液の作製>
電解質塩としてリチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(LiTFSI)、エステル系溶媒としてγ-ブチロラクトン(GBL)、カーボネート系溶媒としてプロピレンカーボネート(PC)、添加剤としてビニレンカーボネート(VC)、腐食防止剤としてテトラブチルアンモニウムヘキサフルオロホスフェート(TBA-PF6)を、それぞれ秤量し、これらを混合して非水電解液を作製した。
<Example 1>
<Preparation of non-aqueous electrolyte>
Lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide (LiTFSI) as electrolyte salt, γ-butyrolactone (GBL) as ester solvent, propylene carbonate (PC) as carbonate solvent, vinylene carbonate (VC) as additive, tetra Butyl ammonium hexafluorophosphate (TBA-PF6) was weighed and mixed to prepare a non-aqueous electrolyte.

作製した非水電解液に含まれる成分をNMRで定量した。その結果、GBLに対するPCのモル比は0.65、GBLに対するLiTFSIのモル比は0.22であった。また、VCの含有量は電解質塩と溶媒の合計に対して3wt%、TBA-PF6の含有量は電解質塩と溶媒の合計に対して2.5wt%であった。 Components contained in the prepared non-aqueous electrolyte were quantified by NMR. As a result, the molar ratio of PC to GBL was 0.65, and the molar ratio of LiTFSI to GBL was 0.22. Also, the content of VC was 3 wt % with respect to the total of electrolyte salt and solvent, and the content of TBA-PF6 was 2.5 wt % with respect to the total of electrolyte salt and solvent.

<二次電池の作製>
<正極の作製>
正極活物質としてLiNi1/3Co1/3Mn1/3系酸化物、導電剤としてアセチレンブラック、バインダとしてN-メチルピロリドンに溶解させたPVDFを、固形分の重量比が94:4:2の比率となるようにそれぞれ秤量し、これらを混錬機で均一に混合した。得られた混合物は、NMPを加えてスラリー化し、所定の固形分濃度に調整した。そして、濃度が調整されたスラリーを正極集電箔であるアルミ箔の両面に卓上コーターで塗布し、120℃の乾燥炉に通して正極を得た。正極合剤の塗工量は、両面の合計を30.1mg/cmとした。得られた正極は、ロールプレスで電極密度を3.15g/cmに調整した。
<Production of secondary battery>
<Preparation of positive electrode>
LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 -based oxide as a positive electrode active material, acetylene black as a conductive agent, and PVDF dissolved in N-methylpyrrolidone as a binder at a solid weight ratio of 94:4. : 2, and uniformly mixed in a kneader. The resulting mixture was slurried with NMP and adjusted to the desired solids concentration. Then, the slurry with the adjusted concentration was applied to both sides of an aluminum foil, which was a positive electrode current collecting foil, with a desktop coater, and passed through a drying oven at 120° C. to obtain a positive electrode. The total coating amount of the positive electrode mixture on both surfaces was 30.1 mg/cm 2 . The obtained positive electrode was adjusted to have an electrode density of 3.15 g/cm 3 by a roll press.

<負極の作製>
負極活物質として黒鉛、バインダとしてスチレン-ブタジエンゴムとカルボキシルメチルセルロースを、固形分の重量比が98:1:1の比率となるようにそれぞれ秤量し、これらを混錬機で均一に混合した。得られた混合物は、水を加えてスラリー化し、所定の固形分濃度に調整した。そして、濃度が調整されたスラリーを負極集電箔である銅箔の両面に卓上コーターで塗布し、100℃の乾燥炉に通して負極を得た。負極合剤の塗工量は、両面の合計を18.1mg/cmとした。得られた負極は、ロールプレスで電極密度を1.55g/cmに調整した。
<Production of negative electrode>
Graphite as a negative electrode active material, and styrene-butadiene rubber and carboxymethyl cellulose as binders were weighed so that the weight ratio of the solid content was 98:1:1, and these were uniformly mixed in a kneader. The resulting mixture was slurried with water and adjusted to the desired solids concentration. Then, the slurry with the adjusted concentration was applied to both sides of the copper foil, which was the negative electrode current collecting foil, with a desktop coater, and passed through a drying furnace at 100° C. to obtain a negative electrode. The total coating amount of the negative electrode mixture on both surfaces was 18.1 mg/cm 2 . The obtained negative electrode was adjusted to have an electrode density of 1.55 g/cm 3 by a roll press.

<セパレータの形成>
セパレータを、不揮発性電解質を電極合剤層の表面に塗工して形成した。はじめに、担持粒子として平均粒径が1μmであるSiOと、バインダとしてビニリデンフルオライド-ヘキサフルオロプロピレン共重合体(P(VdF-HFP))を、重量比が89.3:10.7の比率となるようにそれぞれ秤量し、これらを混錬機で均一に混合した。得られた混合物は、NMPを加えてスラリー化し、所定の固形分濃度に調整した。そして、濃度が調整されたスラリーを正極と負極の両面に卓上コーターで塗布し、100℃の乾燥炉に通して、不揮発性電解質層を形成した正極と負極を得た。
<Formation of Separator>
A separator was formed by applying a nonvolatile electrolyte to the surface of the electrode mixture layer. First, SiO 2 with an average particle size of 1 μm as support particles and vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer (P(VdF-HFP)) as a binder were mixed in a weight ratio of 89.3:10.7. and uniformly mixed in a kneader. The resulting mixture was slurried with NMP and adjusted to the desired solids concentration. Then, the slurry with the adjusted concentration was applied to both surfaces of the positive electrode and the negative electrode using a desktop coater, and passed through a drying oven at 100° C. to obtain a positive electrode and a negative electrode on which a nonvolatile electrolyte layer was formed.

<組み立て>
作製した正極と負極を、エアー式打ち抜き機で、正極合剤層が45mm×70mm、負極合剤層が47mm×74mmとなるよう打ち抜き、正極および負極にタブ部を形成した。そして、正極と負極を100℃で2時間乾燥して電極中のNMPを除去した。乾燥させた正極を、厚みが30μmでPP/PE/PPの3層構造である樹脂製の微多孔膜に挟み込み、タブ部が形成されている辺以外の3辺を熱溶着した。
<Assembly>
The prepared positive electrode and negative electrode were punched out with an air punch so that the positive electrode mixture layer was 45 mm×70 mm and the negative electrode mixture layer was 47 mm×74 mm, and tab portions were formed on the positive electrode and the negative electrode. Then, the positive electrode and the negative electrode were dried at 100° C. for 2 hours to remove NMP in the electrodes. The dried positive electrode was sandwiched between resin-made microporous membranes having a three-layer structure of PP/PE/PP with a thickness of 30 μm, and three sides other than the side where the tab portion was formed were thermally welded.

微多孔膜で覆った正極と、打ち抜いた負極を、負極/正極/負極の順に積層した後、負極上に厚さ50μmのPTFE製のシートを配置した。正極と負極に設けた各タブ部とアルミニウム製の正極端子、ニッケル製の負極端子とを、それぞれ、超音波溶接によって溶接した。得られた電極体をラミネートフィルムに挟み込み、注液用の1辺を残し、タブ部が形成された辺を含む3辺をラミネート封止装置によって200℃で熱封止し、50℃で20時間真空乾燥させた。そして、注液用の1辺から非水電解液を注入した後、注液用の1辺を真空封止して二次電池を得た。 After stacking the positive electrode covered with the microporous film and the punched negative electrode in the order of negative electrode/positive electrode/negative electrode, a PTFE sheet having a thickness of 50 μm was placed on the negative electrode. The tab portions provided on the positive electrode and the negative electrode, the aluminum positive electrode terminal, and the nickel negative electrode terminal were welded by ultrasonic welding. The obtained electrode assembly was sandwiched between laminate films, and three sides including the side where the tab portion was formed, except one side for liquid injection, were heat-sealed at 200°C by a lamination sealing device, and then at 50°C for 20 hours. Vacuum dried. After injecting the non-aqueous electrolyte from one side for liquid injection, the one side for liquid injection was vacuum-sealed to obtain a secondary battery.

<放電容量の測定>
作製した二次電池を25℃で保持し、上限電圧4.2Vまで充電レート0.05Cで定電流充電した後、電圧4.2Vで0.005Cに減少するまで定電圧充電した。その後、下限電圧2.7Vまで0.05Cで定電流放電させて二次電池の放電容量を計測した。
<Measurement of discharge capacity>
The produced secondary battery was held at 25° C., and was charged at a constant current of 0.05C to an upper limit voltage of 4.2V, and then charged at a constant voltage of 4.2V until the voltage decreased to 0.005C. After that, the secondary battery was discharged at a constant current of 0.05 C to a lower limit voltage of 2.7 V, and the discharge capacity of the secondary battery was measured.

<実施例2~7、比較例1~2>
非水電解液の組成を表1のように変更した以外は実施例1と同様にして、非水電解液に含まれる成分の定量と放電容量の計測を行った。
<Examples 2 to 7, Comparative Examples 1 to 2>
In the same manner as in Example 1 except that the composition of the non-aqueous electrolyte was changed as shown in Table 1, the components contained in the non-aqueous electrolyte were quantified and the discharge capacity was measured.

表1に、実施例1~7、比較例1~2で用いた電解質塩の種類(Li塩(1)、Li塩(2))、エステル系溶媒およびカーボネート系溶媒の種類(溶媒(1)、溶媒(2))、エステル系溶媒に対するカーボネート系溶媒のモル比(溶媒(2)/溶媒(1))、エステル系溶媒に対する電解質塩のモル比(Li塩(1)/溶媒(1))および二次電池の放電容量の測定結果を示す。 Table 1 shows the types of electrolyte salts (Li salt (1), Li salt (2)) used in Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 and 2, the types of ester solvents and carbonate solvents (solvent (1) , solvent (2)), molar ratio of carbonate solvent to ester solvent (solvent (2)/solvent (1)), molar ratio of electrolyte salt to ester solvent (Li salt (1)/solvent (1)) and measurement results of the discharge capacity of the secondary battery.

Figure 0007267823000001
Figure 0007267823000001

<結果と考察>
図2は、エステル系溶媒に対するカーボネート系溶媒のモル比と二次電池の放電容量との関係を示す図である。図2に示すように、エステル系溶媒に対するカーボネート系溶媒のモル比が約0.32よりも小さい組成では、モル比が大きいほど、放電容量が大きくなった。この結果は、粘度が低いPCを添加すると、非水電解液の粘度が低下し、非水電解液のイオン伝導率が高くなったことによると考えられる。比較例1では、比較例2と比較して電解質塩の濃度が低いため、PCを添加しなくとも、非水電解液の粘度がある程度低くなったが、非水電解液のイオン伝導抵抗が大きいことが、放電容量が小さくなった原因であると推察される。
<Results and discussion>
FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the molar ratio of the carbonate-based solvent to the ester-based solvent and the discharge capacity of the secondary battery. As shown in FIG. 2, in compositions where the molar ratio of the carbonate-based solvent to the ester-based solvent is less than about 0.32, the higher the molar ratio, the greater the discharge capacity. This result is considered to be due to the fact that the addition of PC having a low viscosity lowers the viscosity of the non-aqueous electrolyte and increases the ionic conductivity of the non-aqueous electrolyte. In Comparative Example 1, the concentration of the electrolyte salt was lower than in Comparative Example 2, so the viscosity of the non-aqueous electrolyte was reduced to some extent without adding PC, but the ionic conduction resistance of the non-aqueous electrolyte was large. This is presumed to be the cause of the decrease in discharge capacity.

一方、エステル系溶媒に対するカーボネート系溶媒のモル比が約0.32よりも大きい組成では、モル比が小さいほど、放電容量が大きくなった。この理由としては、PCが過剰に添加された結果、負極活物質の層間への共挿入や、負極活物質の表面におけるPCの還元分解が増えたことが考えられる。非水電解液のイオン伝導抵抗と負極における溶媒の安定性とをバランスし、二次電池の放電容量を高めることができる最適混合比が、エステル系溶媒(GBL)とカーボネート系溶媒(PC)に存在することが示された。 On the other hand, in compositions where the molar ratio of the carbonate-based solvent to the ester-based solvent was greater than about 0.32, the smaller the molar ratio, the larger the discharge capacity. A possible reason for this is that the excessive addition of PC increased the coinsertion between the layers of the negative electrode active material and the reductive decomposition of PC on the surface of the negative electrode active material. The optimum mixing ratio that balances the ionic conduction resistance of the non-aqueous electrolyte and the stability of the solvent in the negative electrode and increases the discharge capacity of the secondary battery is the ester solvent (GBL) and the carbonate solvent (PC). shown to exist.

二次電池の放電容量Zは、エステル系溶媒に対するカーボネート系溶媒のモル比Xが0~0.65の範囲において、次の数式(1)で表されることが確認された。 It was confirmed that the discharge capacity Z of the secondary battery is represented by the following formula (1) when the molar ratio X of the carbonate-based solvent to the ester-based solvent is in the range of 0 to 0.65.

Z=-660.34X+427.01X+357・・・式(1) Z=−660.34X 2 +427.01X+357 Expression (1)

また、二次電池の放電容量Zは、モル比Xが0.65を超える範囲において、Xが大きくなると共に単調に減少し、次の数式(2)で表されることが確認された。 It was also confirmed that the discharge capacity Z of the secondary battery monotonically decreases as X increases in the range where the molar ratio X exceeds 0.65, and is expressed by the following formula (2).

Z=-97.787X+418.11・・・式(2) Z=−97.787X+418.11 Expression (2)

式(1)によると、二次電池の放電容量がX=0の場合と同様に357mAhよりも大きくなるXの範囲は、0~0.65であった。また、放電容量が380mAh以上となるXの範囲は、0.06~0.59であった。また、放電容量が400mAh以上となるXの範囲は、0.12~0.52であった。 According to formula (1), the range of X in which the discharge capacity of the secondary battery exceeds 357 mAh was 0 to 0.65, as in the case of X=0. Also, the range of X at which the discharge capacity was 380 mAh or more was 0.06 to 0.59. Also, the range of X at which the discharge capacity was 400 mAh or more was 0.12 to 0.52.

図3は、エステル系溶媒に対する電解質塩のモル比と二次電池の放電容量との関係を示す図である。図3に示すように、エステル系溶媒に対する電解質塩のモル比が約0.06よりも小さい組成では、モル比が大きいほど、放電容量が大きくなった。一方、エステル系溶媒に対する電解質塩のモル比が約0.06よりも大きい組成では、モル比が小さいほど、放電容量が大きくなった。電解質塩の解離に影響を及ぼすエステル系溶媒の濃度が電解質塩の濃度に対して高すぎると、電解質塩とエステル系溶媒との相互作用が強くなり、非水電解液のイオン伝導率が低下して、放電容量が小さくなると考えられる。 FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the molar ratio of the electrolyte salt to the ester solvent and the discharge capacity of the secondary battery. As shown in FIG. 3, in compositions where the molar ratio of the electrolyte salt to the ester solvent is less than about 0.06, the higher the molar ratio, the greater the discharge capacity. On the other hand, in compositions where the molar ratio of the electrolyte salt to the ester solvent was greater than about 0.06, the smaller the molar ratio, the larger the discharge capacity. If the concentration of the ester-based solvent, which affects the dissociation of the electrolyte salt, is too high relative to the concentration of the electrolyte salt, the interaction between the electrolyte salt and the ester-based solvent becomes stronger, and the ionic conductivity of the non-aqueous electrolyte decreases. Therefore, it is thought that the discharge capacity becomes smaller.

二次電池の放電容量Zは、エステル系溶媒に対する電解質塩のモル比Yによって、次の数式(3)で表されることが確認された。 It has been confirmed that the discharge capacity Z of the secondary battery is represented by the following formula (3) by the molar ratio Y of the electrolyte salt to the ester solvent.

Z=-2388.8Y+298.23Y+412.71・・・式(3) Z=−2388.8Y 2 +298.23Y+412.71 Expression (3)

式(3)によると、Yが0~0.24の範囲であれば、二次電池の放電容量が350mAh以上となることが分かった。また、Yが0~0.20の範囲であれば、二次電池の放電容量が375mAh以上となることが分かった。また、Yが0~0.16の範囲であれば、二次電池の放電容量が400mAh以上となることが分かった。 According to formula (3), it was found that the discharge capacity of the secondary battery was 350 mAh or more when Y was in the range of 0 to 0.24. Further, it was found that the discharge capacity of the secondary battery was 375 mAh or more when Y was in the range of 0 to 0.20. Moreover, it was found that the discharge capacity of the secondary battery was 400 mAh or more when Y was in the range of 0 to 0.16.

100 正極
110 正極合剤層
120 正極集電体
130 正極タブ
200 負極
210 負極合剤層
220 負極集電体
230 負極タブ
300 セパレータ
400 電極体
500 外装体
1000 二次電池
100 Positive electrode 110 Positive electrode mixture layer 120 Positive electrode current collector 130 Positive electrode tab 200 Negative electrode 210 Negative electrode mixture layer 220 Negative electrode current collector 230 Negative electrode tab 300 Separator 400 Electrode body 500 Armor body 1000 Secondary battery

Claims (8)

電解質塩、エステル系溶媒およびカーボネート系溶媒を含む非水溶媒と、負極の表面に被膜を形成するための添加剤と、を含有する非水電解液と、前記非水電解液を担持する粒子と、を含有する不揮発性電解質であって、
前記エステル系溶媒のドナー数は前記カーボネート系溶媒のドナー数より大きく、
前記エステル系溶媒に対する前記カーボネート系溶媒のモル比が0.06以上0.65以下である不揮発性電解質。
A non-aqueous electrolyte containing a non-aqueous solvent containing an electrolyte salt, an ester-based solvent and a carbonate-based solvent, an additive for forming a film on the surface of the negative electrode, and particles supporting the non-aqueous electrolyte A non-volatile electrolyte containing
The donor number of the ester solvent is greater than the donor number of the carbonate solvent,
A non-volatile electrolyte, wherein the molar ratio of the carbonate-based solvent to the ester-based solvent is 0.06 or more and 0.65 or less .
請求項1の不揮発性電解質であって、
前記非水電解液は前記エステル系溶媒に対する前記カーボネート系溶媒のモル比が0.06以上0.59以下である不揮発性電解質。
The non-volatile electrolyte of claim 1,
The non-aqueous electrolyte is a non-volatile electrolyte in which the molar ratio of the carbonate-based solvent to the ester-based solvent is 0.06 or more and 0.59 or less .
請求項1の不揮発性電解質であって、
前記非水電解液は前記エステル系溶媒に対する前記電解質塩のモル比が0を超え0.24以下である不揮発性電解質。
The non-volatile electrolyte of claim 1,
The non-aqueous electrolyte is a nonvolatile electrolyte in which the molar ratio of the electrolyte salt to the ester solvent is more than 0 and 0.24 or less.
請求項1の不揮発性電解質であって、
前記非水電解液は前記エステル系溶媒に対する前記電解質塩のモル比が0を超え0.20以下である不揮発性電解質。
The non-volatile electrolyte of claim 1,
The non-aqueous electrolyte is a nonvolatile electrolyte in which the molar ratio of the electrolyte salt to the ester solvent is more than 0 and 0.20 or less.
請求項1の不揮発性電解質であって、
前記エステル系溶媒はγ-ブチロラクトンである不揮発性電解質。
The non-volatile electrolyte of claim 1,
The non-volatile electrolyte, wherein the ester solvent is γ-butyrolactone.
請求項1の不揮発性電解質であって、
前記カーボネート系溶媒はプロピレンカーボネートである不揮発性電解質。
The non-volatile electrolyte of claim 1,
The non-volatile electrolyte, wherein the carbonate-based solvent is propylene carbonate.
請求項1の不揮発性電解質であって、
前記粒子はシリカである不揮発性電解質。
The non-volatile electrolyte of claim 1,
A non-volatile electrolyte wherein said particles are silica.
正極と、
負極と、
前記正極および前記負極の間に形成されたセパレータと、を備え、
前記セパレータは、非水電解液と、前記非水電解液を担持する粒子と、を含有する不揮発性電解質であり、
前記非水電解液は、電解質塩、エステル系溶媒およびカーボネート系溶媒を含む非水溶媒と、負極の表面に被膜を形成するための添加剤と、を含有する非水電解液であって、
前記エステル系溶媒のドナー数は前記カーボネート系溶媒のドナー数より大きく、
前記エステル系溶媒に対する前記カーボネート系溶媒のモル比が0.06以上0.65以下である二次電池。
a positive electrode;
a negative electrode;
a separator formed between the positive electrode and the negative electrode;
The separator is a non-volatile electrolyte containing a non-aqueous electrolyte and particles supporting the non-aqueous electrolyte,
The non-aqueous electrolyte is a non-aqueous electrolyte containing a non-aqueous solvent containing an electrolyte salt, an ester solvent and a carbonate solvent, and an additive for forming a film on the surface of the negative electrode,
The donor number of the ester solvent is greater than the donor number of the carbonate solvent,
A secondary battery, wherein the molar ratio of the carbonate-based solvent to the ester-based solvent is 0.06 or more and 0.65 or less .
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