JP7380589B2 - Electrolytes and electrochemical devices - Google Patents
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Description
本発明は、電解液及び電気化学デバイスに関する。 The present invention relates to electrolytes and electrochemical devices.
近年、携帯型電子機器、電気自動車等の普及により、リチウムイオン二次電池に代表される非水電解液二次電池、キャパシタ等の高性能な電気化学デバイスが必要とされている。電気化学デバイスの性能を向上させる手段としては、例えば、電解液に所定の添加剤を添加する方法が検討されている。特許文献1には、サイクル特性及び内部抵抗特性を改善するために、特定のシロキサン化合物を含有させた非水電解液電池用電解液が開示されている。
In recent years, with the spread of portable electronic devices, electric vehicles, etc., there is a need for high-performance electrochemical devices such as non-aqueous electrolyte secondary batteries, typified by lithium ion secondary batteries, and capacitors. As a means to improve the performance of electrochemical devices, for example, a method of adding a predetermined additive to the electrolytic solution is being considered.
本発明は、電気化学デバイスの性能を向上させることができる電解液を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide an electrolytic solution that can improve the performance of electrochemical devices.
本発明は、第1の態様として、19F-NMRによる測定において、-180ppm以上-150ppm以下、及び-150ppmを超え-130ppm以下の少なくとも1つのケミカルシフトの範囲内にピークを示す、電解液を提供する。As a first aspect, the present invention provides an electrolytic solution that exhibits a peak within at least one chemical shift range of -180 ppm to -150 ppm and more than -150 ppm to -130 ppm when measured by 19 F-NMR. provide.
この電解液によれば、一側面において、電気化学デバイスの性能として、電気化学デバイスのサイクル特性を向上させることができる。 According to this electrolytic solution, in one aspect, the cycle characteristics of the electrochemical device can be improved as the performance of the electrochemical device.
第1の態様において、電解液は、19F-NMRによる測定において、-130ppmを超え-110ppm以下のケミカルシフトの範囲内にピークを更に示してもよい。In the first embodiment, the electrolytic solution may further exhibit a peak within a chemical shift range of more than -130 ppm and less than -110 ppm when measured by 19 F-NMR.
本発明は、第2の態様として、正極と、負極と、上記の電解液と、を備える電気化学デバイスを提供する。 As a second aspect, the present invention provides an electrochemical device including a positive electrode, a negative electrode, and the above electrolyte.
第2の態様において、負極は、好ましくは炭素材料を含有する。炭素材料は、好ましくは黒鉛を含有する。負極は、好ましくは、ケイ素及びスズからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を含む材料を更に含有する。 In the second aspect, the negative electrode preferably contains a carbon material. The carbon material preferably contains graphite. The negative electrode preferably further contains a material containing at least one element selected from the group consisting of silicon and tin.
第2の態様において、電気化学デバイスは、非水電解液二次電池又はキャパシタであってよい。 In the second aspect, the electrochemical device may be a non-aqueous electrolyte secondary battery or a capacitor.
本発明によれば、電気化学デバイスの性能を向上させることができる電解液を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an electrolytic solution that can improve the performance of an electrochemical device.
以下、図面を適宜参照しながら、本発明の実施形態について説明する。ただし、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。 Embodiments of the present invention will be described below with appropriate reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following embodiments.
図1は、一実施形態に係る電気化学デバイスを示す斜視図である。本実施形態において、電気化学デバイスは非水電解液二次電池である。図1に示すように、非水電解液二次電池1は、正極、負極及びセパレータから構成される電極群2と、電極群2を収容する袋状の電池外装体3とを備えている。正極及び負極には、それぞれ正極集電タブ4及び負極集電タブ5が設けられている。正極集電タブ4及び負極集電タブ5は、それぞれ正極及び負極が非水電解液二次電池1の外部と電気的に接続可能なように、電池外装体3の内部から外部へ突き出している。電池外装体3内には、電解液(図示せず)が充填されている。非水電解液二次電池1は、上述したようないわゆる「ラミネート型」以外の形状の電池(コイン型、円筒型、積層型等)であってもよい。
FIG. 1 is a perspective view showing an electrochemical device according to one embodiment. In this embodiment, the electrochemical device is a nonaqueous electrolyte secondary battery. As shown in FIG. 1, the non-aqueous electrolyte
電池外装体3は、例えばラミネートフィルムで形成された容器であってよい。ラミネートフィルムは、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム等の樹脂フィルムと、アルミニウム、銅、ステンレス鋼等の金属箔と、ポリプロピレン等のシーラント層とがこの順で積層された積層フィルムであってよい。 The battery exterior body 3 may be, for example, a container formed of a laminate film. The laminate film may be, for example, a laminated film in which a resin film such as a polyethylene terephthalate (PET) film, a metal foil such as aluminum, copper, or stainless steel, and a sealant layer such as polypropylene are laminated in this order.
図2は、図1に示した非水電解液二次電池1における電極群2の一実施形態を示す分解斜視図である。図2に示すように、電極群2は、正極6と、セパレータ7と、負極8とをこの順に備えている。正極6及び負極8は、正極合剤層10側及び負極合剤層12側の面がそれぞれセパレータ7と対向するように配置されている。
FIG. 2 is an exploded perspective view showing one embodiment of the
正極6は、正極集電体9と、正極集電体9上に設けられた正極合剤層10とを備えている。正極集電体9には、正極集電タブ4が設けられている。
The
正極集電体9は、例えば、アルミニウム、チタン、ステンレス、ニッケル、焼成炭素、導電性高分子、導電性ガラス等で形成されている。正極集電体9は、接着性、導電性及び耐酸化性向上の目的で、アルミニウム、銅等の表面にカーボン、ニッケル、チタン、銀等で処理が施されたものであってもよい。正極集電体9の厚さは、電極強度及びエネルギー密度の点から、例えば1~50μmである。
The positive electrode
正極合剤層10は、一実施形態において、正極活物質と、導電剤と、結着剤とを含有する。正極合剤層10の厚さは、例えば20~200μmである。
In one embodiment, the positive
正極活物質は、例えばリチウム酸化物であってよい。リチウム酸化物としては、例えば、LixCoO2、LixNiO2、LixMnO2、LixCoyNi1-yO2、LixCoyM1-yOz、LixNi1-yMyOz、LixMn2O4及びLixMn2-yMyO4(各式中、Mは、Na、Mg、Sc、Y、Mn、Fe、Co、Cu、Zn、Al、Cr、Pb、Sb、V及びBからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を示す(ただし、Mは、各式中の他の元素と異なる元素である)。x=0~1.2、y=0~0.9、z=2.0~2.3である。)が挙げられる。LixNi1-yMyOzで表されるリチウム酸化物は、LixNi1-(y1+y2)Coy1Mny2Oz(ただし、x及びzは上述したものと同様であり、y1=0~0.9、y2=0~0.9であり、且つ、y1+y2=0~0.9である。)であってよく、例えばLiNi1/3Co1/3Mn1/3O2、LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2、LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2、LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2であってよい。LixNi1-yMyOzで表されるリチウム酸化物は、LixNi1-(y3+y4)Coy3Aly4Oz(ただし、x及びzは上述したものと同様であり、y3=0~0.9、y4=0~0.9であり、且つ、y3+y4=0~0.9である。)であってよく、例えばLiNi0.8Co0.15Al0.05O2であってもよい。The positive electrode active material may be, for example, lithium oxide. Examples of lithium oxides include Li x CoO 2 , Li x NiO 2 , Li x MnO 2 , Li x Co y Ni 1-y O 2 , Li x Co y M 1-y O z , Li x Ni 1- y M y O z , Li x Mn 2 O 4 and Li x Mn 2-y M y O 4 (In each formula, M is Na, Mg, Sc, Y, Mn, Fe, Co, Cu, Zn, Al , Cr, Pb, Sb, V, and B (provided that M is an element different from the other elements in each formula). x = 0 to 1.2 , y=0 to 0.9, and z=2.0 to 2.3). The lithium oxide represented by Li x Ni 1-y M y O z is Li x Ni 1-(y1+y2) Co y1 Mn y2 O z (where x and z are the same as above, and y1= 0 to 0.9, y2=0 to 0.9, and y1+y2=0 to 0.9), for example, LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 , It may be LiNi 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 O 2 , LiNi 0.6 Co 0.2 Mn 0.2 O 2 , or LiNi 0.8 Co 0.1 Mn 0.1 O 2 . The lithium oxide represented by Li x Ni 1-y M y O z is Li x Ni 1-(y3+y4) Co y3 Al y4 O z (where x and z are the same as above, and y3= 0 to 0.9, y4=0 to 0.9, and y3+y4=0 to 0.9), for example, LiNi 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2 There may be.
正極活物質は、例えばリチウムのリン酸塩であってもよい。リチウムのリン酸塩としては、例えば、リン酸マンガンリチウム(LiMnPO4)、リン酸鉄リチウム(LiFePO4)、リン酸コバルトリチウム(LiCoPO4)及びリン酸バナジウムリチウム(Li3V2(PO4)3)が挙げられる。The positive electrode active material may be, for example, lithium phosphate. Examples of lithium phosphates include lithium manganese phosphate (LiMnPO 4 ), lithium iron phosphate (LiFePO 4 ), lithium cobalt phosphate (LiCoPO 4 ), and lithium vanadium phosphate (Li 3 V 2 ( PO 4 )). 3 ).
正極活物質の含有量は、正極合剤層全量を基準として、80質量%以上、又は85質量%以上であってよく、99質量%以下であってよい。 The content of the positive electrode active material may be 80% by mass or more, or 85% by mass or more, and 99% by mass or less, based on the total amount of the positive electrode mixture layer.
導電剤は、アセチレンブラック、ケッチェンブラック等のカーボンブラック、黒鉛、グラフェン、カーボンナノチューブなどの炭素材料であってよい。導電剤の含有量は、正極合剤層全量を基準として、例えば、0.01質量%以上、0.1質量%以上、又は1質量%以上であってよく、50質量%以下、30質量%以下、又は15質量%以下であってよい。 The conductive agent may be a carbon black such as acetylene black or Ketjen black, or a carbon material such as graphite, graphene, or carbon nanotubes. The content of the conductive agent may be, for example, 0.01% by mass or more, 0.1% by mass or more, or 1% by mass or more, and 50% by mass or less, 30% by mass, based on the total amount of the positive electrode mixture layer. or 15% by mass or less.
結着剤は、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリメチルメタクリレート、ポリイミド、芳香族ポリアミド、セルロース、ニトロセルロース等の樹脂;SBR(スチレン-ブタジエンゴム)、NBR(アクリロニトリル-ブタジエンゴム)、フッ素ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、エチレン-プロピレンゴム等のゴム;スチレン・ブタジエン・スチレンブロック共重合体又はその水素添加物、EPDM(エチレン・プロピレン・ジエン三元共重合体)、スチレン・エチレン・ブタジエン・エチレン共重合体、スチレン・イソプレン・スチレンブロック共重合体又はその水素添加物等の熱可塑性エラストマー;シンジオタクチック-1、2-ポリブタジエン、ポリ酢酸ビニル、エチレン・酢酸ビニル共重合体、プロピレン・α-オレフィン共重合体等の軟質樹脂;ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン、フッ素化ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン・エチレン共重合体、ポリテトラフルオロエチレン・フッ化ビニリデン共重合体等のフッ素含有樹脂;ニトリル基含有モノマーをモノマー単位として有する樹脂;アルカリ金属イオン(例えばリチウムイオン)のイオン伝導性を有する高分子組成物などが挙げられる。 Examples of the binder include resins such as polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate, polymethyl methacrylate, polyimide, aromatic polyamide, cellulose, and nitrocellulose; SBR (styrene-butadiene rubber), NBR (acrylonitrile-butadiene rubber), and fluororubber. , isoprene rubber, butadiene rubber, ethylene-propylene rubber, etc.; styrene-butadiene-styrene block copolymer or its hydrogenated product, EPDM (ethylene-propylene-diene terpolymer), styrene-ethylene-butadiene Thermoplastic elastomers such as ethylene copolymers, styrene/isoprene/styrene block copolymers or their hydrogenated products; syndiotactic-1,2-polybutadiene, polyvinyl acetate, ethylene/vinyl acetate copolymers, propylene/α - Soft resins such as olefin copolymers; polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene, fluorinated polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene/ethylene copolymer, polytetrafluoroethylene/vinylidene fluoride copolymer, etc. Examples include fluorine-containing resins; resins having a nitrile group-containing monomer as a monomer unit; and polymer compositions having ion conductivity for alkali metal ions (for example, lithium ions).
結着剤の含有量は、正極合剤層全量を基準として、例えば、0.1質量%以上、1質量%以上、又は1.5質量%以上であってよく、30質量%以下、20質量%以下、又は10質量%以下であってよい。 The content of the binder may be, for example, 0.1% by mass or more, 1% by mass or more, or 1.5% by mass or more, and 30% by mass or less, 20% by mass, based on the total amount of the positive electrode mixture layer. % or less, or 10% by mass or less.
セパレータ7は、正極6及び負極8間を電子的には絶縁する一方でイオンを透過させ、かつ、正極6側における酸化性及び負極8側における還元性に対する耐性を備えるものであれば、特に制限されない。このようなセパレータ7の材料(材質)としては、樹脂、無機物等が挙げられる。
There are no particular restrictions on the
樹脂としては、オレフィン系ポリマー、フッ素系ポリマー、セルロース系ポリマー、ポリイミド、ナイロン等が挙げられる。セパレータ7は、電解液に対して安定で、保液性に優れる観点から、好ましくは、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィンで形成された多孔質シート又は不織布である。
Examples of the resin include olefin polymers, fluorine polymers, cellulose polymers, polyimides, and nylon. The
無機物としては、アルミナ、二酸化珪素等の酸化物、窒化アルミニウム、窒化珪素等の窒化物、硫酸バリウム、硫酸カルシウム等の硫酸塩が挙げられる。セパレータ7は、例えば、不織布、織布、微多孔性フィルム等の薄膜状基材に、繊維状又は粒子状の無機物を付着させたセパレータであってよい。
Examples of inorganic substances include oxides such as alumina and silicon dioxide, nitrides such as aluminum nitride and silicon nitride, and sulfates such as barium sulfate and calcium sulfate. The
負極8は、負極集電体11と、負極集電体11上に設けられた負極合剤層12とを備えている。負極集電体11には、負極集電タブ5が設けられている。
The
負極集電体11は、銅、ステンレス、ニッケル、アルミニウム、チタン、焼成炭素、導電性高分子、導電性ガラス、アルミニウム-カドミウム合金等で形成されている。負極集電体11は、接着性、導電性、耐還元性向上の目的で、銅、アルミニウム等の表面にカーボン、ニッケル、チタン、銀等で処理が施されたものであってもよい。負極集電体11の厚さは、電極強度及びエネルギー密度の点から、例えば1~50μmである。
The negative electrode
負極合剤層12は、例えば、負極活物質と、結着剤とを含有する。
The negative
負極活物質は、リチウムイオンを吸蔵及び放出可能な物質であれば特に制限されない。負極活物質としては、例えば、炭素材料、金属複合酸化物、錫、ゲルマニウム、ケイ素等の第四族元素の酸化物又は窒化物、リチウムの単体、リチウムアルミニウム合金等のリチウム合金、Sn、Si等のリチウムと合金を形成可能な金属などが挙げられる。負極活物質は、安全性の観点からは、好ましくは炭素材料及び金属複合酸化物からなる群より選択される少なくとも1種である。負極活物質は、これらの1種単独又は2種以上の混合物であってよい。負極活物質の形状は、例えば、粒子状であってよい。
The negative electrode active material is not particularly limited as long as it is a material that can insert and release lithium ions. Examples of negative electrode active materials include carbon materials, metal composite oxides, oxides or nitrides of
炭素材料としては、非晶質炭素材料、天然黒鉛、天然黒鉛に非晶質炭素材料の被膜を形成した複合炭素材料、人造黒鉛(エポキシ樹脂、フェノール樹脂等の樹脂原料、又は、石油、石炭等から得られるピッチ系原料を焼成して得られるもの)などが挙げられる。金属複合酸化物は、高電流密度充放電特性の観点からは、好ましくはチタン及びリチウムのいずれか一方又は両方を含有し、より好ましくはリチウムを含有する。 Carbon materials include amorphous carbon materials, natural graphite, composite carbon materials in which natural graphite is coated with an amorphous carbon material, and artificial graphite (resin raw materials such as epoxy resins and phenol resins, or petroleum, coal, etc.) (obtained by firing pitch-based raw materials obtained from). From the viewpoint of high current density charge/discharge characteristics, the metal composite oxide preferably contains one or both of titanium and lithium, and more preferably contains lithium.
負極活物質には、ケイ素及びスズからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を含む材料が更に含まれていてもよい。ケイ素及びスズからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を含む材料は、ケイ素又はスズの単体、ケイ素及びスズからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を含む化合物であってよい。当該化合物は、ケイ素及びスズからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を含む合金であってよく、例えば、ケイ素及びスズの他に、ニッケル、銅、鉄、コバルト、マンガン、亜鉛、インジウム、銀、チタン、ゲルマニウム、ビスマス、アンチモン及びクロムからなる群より選ばれる少なくとも1種を含む合金である。ケイ素及びスズからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を含む化合物は、酸化物、窒化物、又は炭化物であってもよく、具体的には、例えば、SiO、SiO2、LiSiO等のケイ素酸化物、Si3N4、Si2N2O等のケイ素窒化物、SiC等のケイ素炭化物、SnO、SnO2、LiSnO等のスズ酸化物などであってよい。The negative electrode active material may further contain a material containing at least one element selected from the group consisting of silicon and tin. The material containing at least one element selected from the group consisting of silicon and tin may be a simple substance of silicon or tin, or a compound containing at least one element selected from the group consisting of silicon and tin. The compound may be an alloy containing at least one element selected from the group consisting of silicon and tin, for example, in addition to silicon and tin, nickel, copper, iron, cobalt, manganese, zinc, indium, and silver. , titanium, germanium, bismuth, antimony, and chromium. The compound containing at least one element selected from the group consisting of silicon and tin may be an oxide, nitride, or carbide, and specifically, for example, silicon oxide such as SiO, SiO 2 , LiSiO, etc. silicon nitrides such as Si 3 N 4 and Si 2 N 2 O, silicon carbides such as SiC, and tin oxides such as SnO, SnO 2 and LiSnO.
負極合剤層12は、電気化学デバイスの性能を更に向上させる観点から、負極活物質として、好ましくは炭素材料を含み、より好ましくは黒鉛を含み、更に好ましくは、炭素材料と、ケイ素及びスズからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を含む材料との混合物を含み、特に好ましくは、黒鉛とケイ素酸化物との混合物を含む。当該混合物におけるケイ素及びスズからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を含む材料(ケイ素酸化物)の含有量は、当該混合物全量を基準として、1質量%以上、又は3質量%以上であってよく、30質量%以下であってよい。
From the viewpoint of further improving the performance of the electrochemical device, the negative
負極活物質の含有量は、負極合剤層全量を基準として、80質量%以上、又は85質量%以上であってよく、99質量%以下であってよい。 The content of the negative electrode active material may be 80% by mass or more, or 85% by mass or more, and 99% by mass or less, based on the total amount of the negative electrode mixture layer.
結着剤及びその含有量は、上述した正極合剤層における結着剤及びその含有量と同様であってよい。 The binder and its content may be the same as the binder and its content in the positive electrode mixture layer described above.
負極合剤層12は、粘度を調節するために増粘剤を更に含有してもよい。増粘剤は、特に制限されないが、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、エチルセルロース、ポリビニルアルコール、酸化スターチ、リン酸化スターチ、カゼイン、これらの塩等であってよい。増粘剤は、これらの1種単独又は2種以上の混合物であってよい。
The negative
負極合剤層12が増粘剤を含む場合、その含有量は特に制限されない。増粘剤の含有量は、負極合剤層の塗布性の観点からは、負極合剤層全量を基準として、0.1質量%以上であってよく、好ましくは0.2質量%以上であり、より好ましくは0.5質量%以上である。増粘剤の含有量は、電池容量の低下又は負極活物質間の抵抗の上昇を抑制する観点からは、負極合剤層全量を基準として、5質量%以下であってよく、好ましくは3質量%以下であり、より好ましくは2質量%以下である。
When the negative
電解液は、電気化学デバイスの性能を向上させるために、19F-NMR(フッ素19核磁気共鳴)測定において、-180ppm以上-150ppm以下、及び-150ppmを超え-130ppm以下の少なくとも1つのケミカルシフトの範囲内にピークを示す。In order to improve the performance of the electrochemical device, the electrolytic solution has at least one chemical shift of -180 ppm to -150 ppm and more than -150 ppm to -130 ppm in 19 F-NMR (Fluorine-19 Nuclear Magnetic Resonance) measurement. A peak is shown within the range of .
電解液は、-180ppm以上-150ppm以下、及び-150ppmを超え-130ppm以下のケミカルシフトのいずれかの範囲内にピークを示してよい。電解液は、-180ppm以上-150ppm以下、及び-150ppmを超え-130ppm以下のケミカルシフトの範囲のうち2つの範囲内にピークをそれぞれ示してもよい。 The electrolytic solution may exhibit a peak within any of the chemical shift ranges of -180 ppm to -150 ppm, and more than -150 ppm to -130 ppm. The electrolytic solution may exhibit peaks within two chemical shift ranges of -180 ppm to -150 ppm and more than -150 ppm to -130 ppm.
本明細書において、電解液の19F-NMR測定は、下記の条件により行われる。
測定装置:Bruker Japan製Avance neo
測定方法:シングルパルス法
観測核:19F
スペクトル幅:90kHz
パルス幅:15μs(90°パルス)
パルス繰り返し時間:1s
基準物質:C6H5CF3(外部基準:-63.9ppm)
温度:23℃
試料回転数:20HzIn this specification, 19 F-NMR measurement of an electrolytic solution is performed under the following conditions.
Measuring device: Avance neo manufactured by Bruker Japan
Measurement method: Single pulse method Observation nucleus: 19 F
Spectrum width: 90kHz
Pulse width: 15μs (90° pulse)
Pulse repetition time: 1s
Reference substance: C 6 H 5 CF 3 (external standard: -63.9ppm)
Temperature: 23℃
Sample rotation speed: 20Hz
一実施形態において、電解液は、-180ppm以上-150ppm以下のケミカルシフトの範囲内にピーク(ピークA)を示す。ピークAが存在するケミカルシフトの範囲は、-175ppm以上-155ppm以下、-170ppm以上-158ppm以下、-168ppm以上-160ppm以下、-165ppm以上-160ppm以下、又は-163ppm以上-161ppm以下であってもよい。ピークAは、-180ppm以上-150ppm以下のケミカルシフトの範囲内に存在する複数のピークからなるピーク群であってもよい。 In one embodiment, the electrolyte exhibits a peak (peak A) within a chemical shift range of -180 ppm to -150 ppm. The chemical shift range in which peak A exists is -175 ppm to -155 ppm, -170 ppm to -158 ppm, -168 ppm to -160 ppm, -165 ppm to -160 ppm, or -163 ppm to -161 ppm. good. The peak A may be a peak group consisting of a plurality of peaks existing within a chemical shift range of -180 ppm or more and -150 ppm or less.
他の一実施形態において、電解液は、-150ppmを超え-130ppm以下のケミカルシフトの範囲内にピーク(ピークB)を示す。ピークBが存在するケミカルシフトの範囲は、-145ppm以上-130ppm以下、-143ppm以上-133ppm以下、-140ppm以上-130ppm以下、-140ppm以上-133ppm以下、-140ppm以上-135ppm以下、又は-138ppm以上-133ppm以下であってもよい。ピークBは、-150ppmを超え-130ppm以下のケミカルシフトの範囲内に存在する複数のピークからなるピーク群であってもよい。 In another embodiment, the electrolyte exhibits a peak (Peak B) within a chemical shift range of greater than -150 ppm and less than or equal to -130 ppm. The chemical shift range in which peak B exists is -145 ppm or more -130 ppm or less, -143 ppm or more -133 ppm or less, -140 ppm or more -130 ppm or less, -140 ppm or more -133 ppm or less, -140 ppm or more and -135 ppm or less, or -138 ppm or more It may be -133 ppm or less. The peak B may be a peak group consisting of a plurality of peaks existing within a chemical shift range of more than -150 ppm and less than -130 ppm.
一実施形態において、上述した各ピーク(ピークA及びB)は、電解液に含まれる下記式(1)で表される化合物に由来する。すなわち、一実施形態において、電解液は下記式(1)で表される化合物を含有する。
R1~R3がアルキル基である場合、アルキル基の炭素数は、1以上であってよく、3以下であってよい。R1~R3は、メチル基、エチル基、又はプロピル基であってよく、直鎖状でも分岐状でもよい。When R 1 to R 3 are alkyl groups, the number of carbon atoms in the alkyl group may be 1 or more and 3 or less. R 1 to R 3 may be a methyl group, an ethyl group, or a propyl group, and may be linear or branched.
R1~R3の少なくとも1つはフッ素原子である。R1~R3のいずれか1つがフッ素原子である場合、すなわち、電解液が下記式(2)で表される化合物を含有する場合、電解液は、19F-NMR測定において上述したピークAを示す。
R1~R3の2つがフッ素原子である場合、又はR1~R3の全てがフッ素原子である場合、すなわち、電解液が下記式(3)又は(4)で表される化合物を含有する場合、電解液は、19F-NMR測定において上述したピークBを示す。
上記式(1)~(4)中のR4で表されるアルキレン基の炭素数は、1以上又は2以上であってよく、5以下又は4以下であってよい。R4で表されるアルキレン基は、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基、又はペンチレン基であってよく、直鎖状でも分岐状でもよい。The number of carbon atoms in the alkylene group represented by R 4 in the above formulas (1) to (4) may be 1 or more or 2 or more, and may be 5 or less or 4 or less. The alkylene group represented by R 4 may be a methylene group, an ethylene group, a propylene group, a butylene group, or a pentylene group, and may be linear or branched.
上記式(1)~(4)中のR5は、一実施形態において、硫黄原子を含む有機基であってよい。In one embodiment, R 5 in the above formulas (1) to (4) may be an organic group containing a sulfur atom.
R5が硫黄原子を含む有機基である場合、R5は、一実施形態において、下記式(5)で表される基であってよい。
R5が硫黄原子を含む有機基である場合、R5は、他の一実施形態において、下記式(6)で表される基であってもよい。
R5が硫黄原子を含む有機基である場合、R5は、他の一実施形態において、下記式(7)で表される基であってもよい。
R5は、他の一実施形態において、窒素原子を含む有機基であってもよい。In another embodiment, R 5 may be an organic group containing a nitrogen atom.
R5が窒素原子を含む有機基である場合、R5は、一実施形態において、下記式(8)で表される基であってよい。
一実施形態において、式(1)で表される化合物1分子中のケイ素原子の数は、1個である。すなわち、一実施形態において、R5で表される有機基は、ケイ素原子を含まない。In one embodiment, the number of silicon atoms in one molecule of the compound represented by formula (1) is one. That is, in one embodiment, the organic group represented by R 5 does not contain a silicon atom.
式(1)で表される化合物の含有量は、電気化学デバイスの性能を更に向上させる観点から、電解液全量を基準として、好ましくは、0.001質量%以上、0.005質量%以上、0.01質量%以上、0.05質量%以上、0.1質量%以上、0.3質量%以上、又は0.5質量%以上であり、また、好ましくは、10質量%以下、7質量%以下、5質量%以下、3質量%以下、2質量%以下、1.5質量%以下、又は1質量%以下である。 From the viewpoint of further improving the performance of the electrochemical device, the content of the compound represented by formula (1) is preferably 0.001% by mass or more, 0.005% by mass or more, based on the total amount of the electrolyte solution. 0.01% by mass or more, 0.05% by mass or more, 0.1% by mass or more, 0.3% by mass or more, or 0.5% by mass or more, and preferably 10% by mass or less, 7% by mass % or less, 5% by mass or less, 3% by mass or less, 2% by mass or less, 1.5% by mass or less, or 1% by mass or less.
電解液は、19F-NMRによる測定において、上述したピークA、及びピークBの他に、-130ppmを超え-110ppm以下のケミカルシフトの範囲内にピーク(ピークC)を更に示してもよい。In addition to the above-mentioned peaks A and B, the electrolytic solution may further exhibit a peak (peak C) within a chemical shift range of more than -130 ppm and less than -110 ppm when measured by 19 F-NMR.
ピークCが存在するケミカルシフトの範囲は、-128ppm以上-115ppm以下、-126ppm以上-120ppm以下、-125ppm以上-122ppm以下、又は-123ppm以上-120ppm以下であってもよい。ピークCは、-130ppmを超え-110ppm以下のケミカルシフトの範囲内に存在する複数のピークからなるピーク群であってもよい。 The chemical shift range in which peak C exists may be -128 ppm to -115 ppm, -126 ppm to -120 ppm, -125 ppm to -122 ppm, or -123 ppm to -120 ppm. The peak C may be a peak group consisting of a plurality of peaks existing within a chemical shift range of more than -130 ppm and less than -110 ppm.
一実施形態において、ピークCは、電解液に含まれ得るフッ素含有環状カーボネートに由来する。すなわち、一実施形態において、電解液はフッ素含有環状カーボネートを含有してよい。 In one embodiment, peak C originates from fluorine-containing cyclic carbonates that may be included in the electrolyte. That is, in one embodiment, the electrolyte may contain a fluorine-containing cyclic carbonate.
フッ素含有環状カーボネートは、フッ素原子を分子中に含有する環状炭酸エステルである。一実施形態において、フッ素含有環状カーボネートは、フルオロ基を含有する環状炭酸エステルである。フッ素含有環状カーボネートとしては、フルオロ基を含有する環状炭酸エステルであれば特に制限はないが、例えば、4-フルオロ-1,3-ジオキソラン-2-オン(フルオロエチレンカーボネート;FEC)、1,2-ジフルオロエチレンカーボネート、1,1-ジフルオロエチレンカーボネート、1,1,2-トリフルオロエチレンカーボネート、1,1,2,2-テトラフルオロエチレンカーボネート等であってよい。フッ素含有環状カーボネートは、負極上での副反応を抑制する観点から、好ましくは、4-フルオロ-1,3-ジオキソラン-2-オン(フルオロエチレンカーボネート;FEC)である。 A fluorine-containing cyclic carbonate is a cyclic carbonate ester containing a fluorine atom in its molecule. In one embodiment, the fluorine-containing cyclic carbonate is a cyclic carbonate containing a fluoro group. The fluorine-containing cyclic carbonate is not particularly limited as long as it is a cyclic carbonate containing a fluoro group, but examples include 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one (fluoroethylene carbonate; FEC), 1,2 -difluoroethylene carbonate, 1,1-difluoroethylene carbonate, 1,1,2-trifluoroethylene carbonate, 1,1,2,2-tetrafluoroethylene carbonate, etc. The fluorine-containing cyclic carbonate is preferably 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one (fluoroethylene carbonate; FEC) from the viewpoint of suppressing side reactions on the negative electrode.
フッ素含有環状カーボネートの含有量は、電気化学デバイスの性能を更に向上させる観点から、電解液全量を基準として、好ましくは、0.001質量%以上、0.005質量%以上、0.01質量%以上、0.05質量%以上、又は0.1質量%以上であり、5質量%以下、3質量%以下、2質量%以下、又は1質量%以下である。 From the viewpoint of further improving the performance of the electrochemical device, the content of the fluorine-containing cyclic carbonate is preferably 0.001% by mass or more, 0.005% by mass or more, or 0.01% by mass, based on the total amount of the electrolyte. The content is 0.05% by mass or more, or 0.1% by mass or more, and 5% by mass or less, 3% by mass or less, 2% by mass or less, or 1% by mass or less.
電解液が、式(1)で表される化合物、及びフッ素含有環状カーボネートの両方を含有する場合、式(1)で表される化合物の含有量及びフッ素含有環状カーボネートの含有量の合計は、電気化学デバイスの性能を更に向上させる観点から、電解液全量を基準として、好ましくは、0.001質量%以上、0.005質量%以上、0.01質量%以上、0.1質量%以上、又は0.5質量%以上であり、好ましくは、10質量%以下、7質量%以下、5質量%以下、3質量%以下、2質量%以下、1.5質量%以下、又は1質量%以下である。 When the electrolytic solution contains both the compound represented by formula (1) and the fluorine-containing cyclic carbonate, the total content of the compound represented by formula (1) and the content of the fluorine-containing cyclic carbonate is: From the viewpoint of further improving the performance of the electrochemical device, based on the total amount of the electrolyte, preferably 0.001% by mass or more, 0.005% by mass or more, 0.01% by mass or more, 0.1% by mass or more, or 0.5% by mass or more, preferably 10% by mass or less, 7% by mass or less, 5% by mass or less, 3% by mass or less, 2% by mass or less, 1.5% by mass or less, or 1% by mass or less It is.
電解液は、式(1)で表される化合物、及びフッ素含有環状カーボネートの他に、電解質塩と、非水溶媒と、添加剤とを更に含有してよい。 In addition to the compound represented by formula (1) and the fluorine-containing cyclic carbonate, the electrolytic solution may further contain an electrolyte salt, a nonaqueous solvent, and an additive.
電解質塩は、例えばリチウム塩であってよい。リチウム塩は、例えば、LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiB(C6H5)4、LiCH3SO3、CF3SO2OLi、LiN(SO2F)2(Li[FSI]、リチウムビスフルオロスルホニルイミド)、LiN(SO2CF3)2(Li[TFSI]、リチウムビストリフルオロメタンスルホニルイミド)、及びLiN(SO2CF2CF3)2からなる群より選ばれる少なくとも1種であってよい。リチウム塩は、後述する非水溶媒に対する溶解性、及び電気化学デバイスの性能に更に優れる観点から、好ましくはLiPF6を含む。The electrolyte salt may be, for example, a lithium salt. Lithium salts include, for example, LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiB(C 6 H 5 ) 4 , LiCH 3 SO 3 , CF 3 SO 2 OLi, LiN(SO 2 F) 2 (Li[FSI], lithium bis at least one member selected from the group consisting of LiN(SO 2 CF 3 ) 2 (Li[TFSI], lithium bistrifluoromethanesulfonylimide), and LiN(SO 2 CF 2 CF 3 ) good. The lithium salt preferably contains LiPF 6 from the viewpoint of solubility in a non-aqueous solvent, which will be described later, and better performance of the electrochemical device.
電解質塩の濃度は、充放電特性に優れる観点から、非水溶媒全量を基準として、好ましくは0.5mol/L以上、より好ましくは0.7mol/L以上、更に好ましくは0.8mol/L以上であり、また、好ましくは1.5mol/L以下、より好ましくは1.3mol/L以下、更に好ましくは1.2mol/L以下である。 The concentration of the electrolyte salt is preferably 0.5 mol/L or more, more preferably 0.7 mol/L or more, and even more preferably 0.8 mol/L or more, based on the total amount of the nonaqueous solvent, from the viewpoint of excellent charge/discharge characteristics. It is also preferably 1.5 mol/L or less, more preferably 1.3 mol/L or less, even more preferably 1.2 mol/L or less.
非水溶媒は、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、γ-ブチルラクトン、アセトニトリル、1,2-ジメトキシエタン、ジメトキシメタン、テトラヒドロフラン、ジオキソラン、塩化メチレン、酢酸メチル等であってよい。非水溶媒は、これらの1種単独又は2種以上の混合物であってよく、好ましくは2種以上の混合物である。 Examples of the nonaqueous solvent include ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, γ-butyl lactone, acetonitrile, 1,2-dimethoxyethane, dimethoxymethane, tetrahydrofuran, dioxolane, methylene chloride, methyl acetate, and the like. It may be. The non-aqueous solvent may be a single type of these or a mixture of two or more types, preferably a mixture of two or more types.
添加剤は、上述した式(1)で表される化合物、及びフッ素含有環状カーボネート以外の化合物であり、例えば、炭素-炭素二重結合を有する環状カーボネート、ニトリル化合物、環状スルホン酸エステル化合物等であってよい。添加剤の含有量は、電解液全量を基準として、例えば0.001質量%以上5質量%以下であってよい。 The additive is a compound other than the compound represented by the above formula (1) and a fluorine-containing cyclic carbonate, such as a cyclic carbonate having a carbon-carbon double bond, a nitrile compound, a cyclic sulfonic acid ester compound, etc. It's good. The content of the additive may be, for example, 0.001% by mass or more and 5% by mass or less based on the total amount of the electrolytic solution.
炭素-炭素二重結合を有する環状カーボネートは、炭素-炭素二重結合を有する環状炭酸エステルである。一実施形態では、環状カーボネートにおいて、環を構成する二つの炭素が二重結合を形成していてよい。環状カーボネートは、ビニレンカーボネート、ビニレンカーボネート、メチルビニレンカーボネート、ジメチルビニレンカーボネート(4,5-ジメチルビニレンカーボネート)、エチルビニレンカーボネート(4,5-ジエチルビニレンカーボネート)、ジエチルビニレンカーボネート等であってよく、電気化学デバイスの性能を更に向上させることができる観点から、好ましくは、ビニレンカーボネートである。 A cyclic carbonate having a carbon-carbon double bond is a cyclic carbonate ester having a carbon-carbon double bond. In one embodiment, in the cyclic carbonate, two carbon atoms constituting the ring may form a double bond. The cyclic carbonate may be vinylene carbonate, vinylene carbonate, methylvinylene carbonate, dimethylvinylene carbonate (4,5-dimethylvinylene carbonate), ethylvinylene carbonate (4,5-diethylvinylene carbonate), diethylvinylene carbonate, etc. Vinylene carbonate is preferred from the viewpoint of further improving the performance of chemical devices.
ニトリル化合物は、シアノ基(ニトリル基)を少なくとも1つ有する化合物である。ニトリル化合物は、例えば、シアノ基を1つ、2つ又は3つ有していてよい。シアノ基を1つ有するニトリル化合物は、例えば、ブチロニトリル、バレロニトリル、n-ヘプタンニトリル等であってよい。シアノ基を2つ有するニトリル化合物は、例えば、スクシノニトリル、グルタルニトリル、アジポニトリル、ピメロニトリル、スベロニトリル等であってよい。シアノ基を3つ有するニトリル化合物は、例えば、1,2,3-プロパントリカルボニトリル、1,3,5-ペンタントリカルボニトリル等であってよい。ニトリル化合物としては、正極又は負極上にて安定な被膜が形成され、電解液の分解に起因する電池の膨張を抑制できる観点から、シアノ基を2つ以上有し、シアノ基における炭素原子を除く炭素原子の数が2以上の化合物が好ましい。ニトリル化合物は、より好ましくは、シアノ基を2つ又は3つ有し、シアノ基における炭素原子を除く炭素原子の数が2以上の化合物である。ニトリル化合物は、更に好ましくは、スクシノニトリル、グルタルニトリル、アジポニトリル、ピメロニトリル、スベロニトリル、1,2,3-プロパントリカルボニトリル、又は1,3,5-ペンタントリカルボニトリルであり、電気化学デバイスの性能を更に向上させることができる観点から、特に好ましくは、スクシノニトリルである。 A nitrile compound is a compound having at least one cyano group (nitrile group). The nitrile compound may have, for example, one, two or three cyano groups. The nitrile compound having one cyano group may be, for example, butyronitrile, valeronitrile, n-heptanenitrile, or the like. The nitrile compound having two cyano groups may be, for example, succinonitrile, glutaronitrile, adiponitrile, pimelonitrile, suberonitrile, or the like. The nitrile compound having three cyano groups may be, for example, 1,2,3-propanetricarbonitrile, 1,3,5-pentanetricarbonitrile, or the like. As a nitrile compound, from the viewpoint of forming a stable film on the positive electrode or negative electrode and suppressing battery expansion caused by decomposition of the electrolyte, it is recommended to use a nitrile compound that has two or more cyano groups and excludes carbon atoms in the cyano group. Compounds having two or more carbon atoms are preferred. The nitrile compound is more preferably a compound having two or three cyano groups and having two or more carbon atoms excluding carbon atoms in the cyano group. The nitrile compound is more preferably succinonitrile, glutaronitrile, adiponitrile, pimeronitrile, suberonitrile, 1,2,3-propanetricarbonitrile, or 1,3,5-pentanetricarbonitrile, and is suitable for use in electrochemical devices. Particularly preferred is succinonitrile from the viewpoint of further improving performance.
環状スルホン酸エステル化合物は、-OSO2-基を1つ又は2つ含む環を有する化合物である。環状スルホン酸エステル化合物は、例えば、1,3-プロパンスルトン、1-プロペン-1,3-スルトン、1,3-プロパンスルトン、1,4-ブタンスルトン、2,4-ブタンスルトン、1,3-プロペンスルトン、1,4-ブテンスルトン、1-メチル-1,3-プロパンスルトン、3-メチル-1,3-プロパンスルトン、1-フルオロ-1,3-プロパンスルトン、3-フルオロ-1,3-プロパンスルトン等のモノスルホン酸エステル、メチレンメタンジスルホン酸エステル、エチレンメタンジスルホン酸エステル等のジスルホン酸エステルなどであってよく、電気化学デバイスの性能を更に向上させることができる観点から、好ましくは、1,3-プロパンスルトン又は1-プロペン-1,3-スルトンである。The cyclic sulfonic acid ester compound is a compound having a ring containing one or two -OSO 2 - groups. Examples of the cyclic sulfonic acid ester compound include 1,3-propane sultone, 1-propene-1,3-sultone, 1,3-propane sultone, 1,4-butane sultone, 2,4-butane sultone, 1,3-propene Sulton, 1,4-butenesultone, 1-methyl-1,3-propane sultone, 3-methyl-1,3-propane sultone, 1-fluoro-1,3-propane sultone, 3-fluoro-1,3-propane It may be a monosulfonic acid ester such as sultone, a disulfonic acid ester such as methylenemethane disulfonic acid ester, ethylenemethane disulfonic acid ester, etc., and from the viewpoint of further improving the performance of the electrochemical device, preferably 1, 3-propane sultone or 1-propene-1,3-sultone.
続いて、非水電解液二次電池1の製造方法を説明する。非水電解液二次電池1の製造方法は、正極6を得る第1の工程と、負極8を得る第2の工程と、電極群2を電池外装体3に収容する第3の工程と、電解液を電池外装体3に注液する第4の工程と、を備える。第1~第4の工程の順序は任意である。
Next, a method for manufacturing the non-aqueous electrolyte
第1の工程では、正極合剤層10に用いる材料を混練機、分散機等を用いて分散媒に分散させてスラリー状の正極合剤を得た後、この正極合剤をドクターブレード法、ディッピング法、スプレー法等により正極集電体9上に塗布し、その後分散媒を揮発させることにより正極6を得る。分散媒を揮発させた後、必要に応じて、ロールプレスによる圧縮成型工程が設けられてもよい。正極合剤層10は、上述した正極合剤の塗布から分散媒の揮発までの工程を複数回行うことにより、多層構造の正極合剤層として形成されてもよい。分散媒は、水、1-メチル-2-ピロリドン(以下、NMPともいう。)等であってよい。
In the first step, the material used for the positive
第2の工程は、上述した第1の工程と同様であってよく、負極集電体11に負極合剤層12を形成する方法は、上述した第1の工程と同様の方法であってよい。
The second step may be the same as the first step described above, and the method for forming the negative
第3の工程では、作製した正極6及び負極8の間にセパレータ7を挟み、電極群2を形成する。次いで、この電極群2を電池外装体3に収容する。
In the third step, a
第4の工程では、電解液を電池外装体3に注入する。電解液は、例えば、電解質塩をはじめに溶媒に溶解させてから、その他の材料を溶解させることにより調製することができる。 In the fourth step, the electrolytic solution is injected into the battery exterior body 3. The electrolytic solution can be prepared, for example, by first dissolving the electrolyte salt in a solvent and then dissolving the other materials.
他の実施形態として、電気化学デバイスはキャパシタであってもよい。キャパシタは、上述した非水電解液二次電池1と同様に、正極、負極及びセパレータから構成される電極群と、電極群を収容する袋状の電池外装体とを備えていてよい。キャパシタにおける各構成要素の詳細は、非水電解液二次電池1と同様であってよい。
In other embodiments, the electrochemical device may be a capacitor. Like the non-aqueous electrolyte
以下、実施例により本発明を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 Hereinafter, the present invention will be specifically explained with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples.
(実施例1)
[電解液の調製]
1mol/LのLiPF6を含むエチレンカーボネート、ジメチルカーボネート及びジエチルカーボネートの混合溶液に、混合溶液全量に対してビニレンカーボネート(VC)を1質量%と、下記式(9)で表される化合物Aを1質量%(電解液全量基準)添加して、電解液を調製した。
[Preparation of electrolyte]
In a mixed solution of ethylene carbonate, dimethyl carbonate and diethyl carbonate containing 1 mol/L of LiPF 6 , 1% by mass of vinylene carbonate (VC) and compound A represented by the following formula (9) were added to the total amount of the mixed solution. An electrolyte solution was prepared by adding 1% by mass (based on the total amount of electrolyte solution).
[19F-NMR測定]
調製した電解液について、上述した測定条件に従って19F-NMR測定を行った。その結果、-100ppm以上-70ppm以下のケミカルシフトの範囲内にPF6
-及びその反応物由来のピークを、また、-180ppm以上-150ppm以下のケミカルシフトの範囲内に化合物A由来のピークを示すスペクトルが得られた。化合物A由来のピークを示すスペクトルを図3(a)に示す。
19F-NMR:-73.68ppm,-75.56ppm,-82.74ppm,-85.34ppm,-86.80ppm,-89.65ppm,-162.07ppm[ 19F -NMR measurement]
19 F-NMR measurement was performed on the prepared electrolyte according to the measurement conditions described above. As a result, a peak derived from PF 6 - and its reactants is shown within the chemical shift range of -100 ppm to -70 ppm, and a peak derived from compound A is shown within the chemical shift range of -180 ppm to -150 ppm. A spectrum was obtained. A spectrum showing a peak derived from compound A is shown in FIG. 3(a).
19 F-NMR: -73.68ppm, -75.56ppm, -82.74ppm, -85.34ppm, -86.80ppm, -89.65ppm, -162.07ppm
(実施例2)
[電解液の調製]
実施例1において、化合物Aに代えて下記式(10)で表される化合物Bを1質量%(電解液全量基準)添加した以外は、実施例1と同様にして電解液を調製した。
[Preparation of electrolyte]
An electrolyte solution was prepared in the same manner as in Example 1, except that 1% by mass (based on the total amount of electrolyte solution) of compound B represented by the following formula (10) was added in place of compound A.
[19F-NMR測定]
調製した電解液について19F-NMR測定を行った。その結果、-100ppm以上-70ppm以下のケミカルシフトの範囲内にPF6
-及びその反応物由来のピークを、また、-180ppm以上-150ppm以下のケミカルシフトの範囲内に化合物B由来のピークを示すスペクトルが得られた。化合物B由来のピークを示すスペクトルを図3(b)に示す。
19F-NMR:-73.26ppm,-75.14ppm,-82.65ppm,-85.26ppm,-86.79ppm,-89.64ppm,-162.02ppm[ 19F -NMR measurement]
19 F-NMR measurement was performed on the prepared electrolyte. As a result, a peak derived from PF 6 - and its reactants is shown within the chemical shift range of -100 ppm to -70 ppm, and a peak derived from compound B is shown within the chemical shift range of -180 ppm to -150 ppm. A spectrum was obtained. A spectrum showing a peak derived from compound B is shown in FIG. 3(b).
19 F-NMR: -73.26ppm, -75.14ppm, -82.65ppm, -85.26ppm, -86.79ppm, -89.64ppm, -162.02ppm
(比較例1)
[電解液の調製]
実施例1において、化合物Aを使用しなかった以外は、実施例1と同様にして電解液を調製した。(Comparative example 1)
[Preparation of electrolyte]
An electrolytic solution was prepared in the same manner as in Example 1 except that Compound A was not used.
[19F-NMR測定]
調製した電解液について19F-NMR測定を行った。その結果、-100ppm以上-70ppm以下のケミカルシフトの範囲内にPF6
-及びその反応物由来のピークを示すスペクトルが得られた。
19F-NMR:-75.03ppm,-75.28ppm,-76.91ppm,-77.16ppm,-88.07ppm,-90.92ppm[ 19F -NMR measurement]
19 F-NMR measurement was performed on the prepared electrolyte. As a result, a spectrum showing peaks derived from PF 6 - and its reactants within a chemical shift range of -100 ppm to -70 ppm was obtained.
19 F-NMR: -75.03ppm, -75.28ppm, -76.91ppm, -77.16ppm, -88.07ppm, -90.92ppm
(比較例2)
[電解液の調製]
実施例1において、化合物Aを使用せず、4-フルオロ-1,3-ジオキソラン-2-オン(フルオロエチレンカーボネート;FEC)を1質量%(電解液全量基準)添加した以外は、実施例1と同様にして電解液を調製した。(Comparative example 2)
[Preparation of electrolyte]
Example 1 except that Compound A was not used and 1% by mass (based on the total amount of electrolyte solution) of 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one (fluoroethylene carbonate; FEC) was added. An electrolytic solution was prepared in the same manner as above.
[19F-NMR測定]
調製した電解液について19F-NMR測定を行った。その結果、-100ppm以上-70ppm以下のケミカルシフトの範囲内にPF6
-及びその反応物由来のピークを、また、-130ppmを超え-110ppm以下のケミカルシフトの範囲内にFEC由来のピークを示すスペクトルが得られた。FEC由来のピークを示すスペクトルを図4に示す。
19F-NMR:-73.69ppm,-75.57ppm,-82.62ppm,-85.22ppm,-86.82ppm,-89.67ppm,-121.30ppm[ 19F -NMR measurement]
19 F-NMR measurement was performed on the prepared electrolyte. As a result, peaks derived from PF 6 - and its reactants are shown within the chemical shift range of -100 ppm to -70 ppm, and peaks derived from FEC are shown within the chemical shift range of -130 ppm to -110 ppm. A spectrum was obtained. FIG. 4 shows a spectrum showing peaks derived from FEC.
19 F-NMR: -73.69ppm, -75.57ppm, -82.62ppm, -85.22ppm, -86.82ppm, -89.67ppm, -121.30ppm
(実施例3)
[電解液の調製]
実施例1において、化合物Aに代えて下記式(11)で表される化合物Cを1質量%(電解液全量基準)添加した以外は、実施例1と同様にして電解液を調製した。
[Preparation of electrolyte]
An electrolyte solution was prepared in the same manner as in Example 1, except that 1% by mass (based on the total amount of electrolyte solution) of compound C represented by the following formula (11) was added in place of compound A.
[19F-NMR測定]
調製した電解液について19F-NMR測定を行った。その結果、-100ppm以上-70ppm以下のケミカルシフトの範囲内にPF6
-及びその反応物由来のピークを、また、-150ppmを超え-110ppm以下のケミカルシフトの範囲内に化合物C由来のピークを示すスペクトルが得られた。化合物C由来のピークを示すスペクトルを図5(a)に示す。
19F-NMR:-73.66ppm,-75.54ppm,-82.65ppm,-85.25ppm,-86.81ppm,-89.66ppm,-135.13ppm[ 19F -NMR measurement]
19 F-NMR measurement was performed on the prepared electrolyte. As a result, a peak derived from PF 6 - and its reactants was found within the chemical shift range of -100 ppm to -70 ppm, and a peak derived from compound C was found within the chemical shift range of more than -150 ppm to -110 ppm. The spectrum shown was obtained. A spectrum showing a peak derived from compound C is shown in FIG. 5(a).
19 F-NMR: -73.66ppm, -75.54ppm, -82.65ppm, -85.25ppm, -86.81ppm, -89.66ppm, -135.13ppm
(実施例4)
[電解液の調製]
実施例1において、化合物Aに代えて下記式(12)で表される化合物Dを1質量%(電解液全量基準)添加した以外は、実施例1と同様にして電解液を調製した。
[Preparation of electrolyte]
An electrolyte solution was prepared in the same manner as in Example 1, except that 1% by mass (based on the total amount of electrolyte solution) of compound D represented by the following formula (12) was added in place of compound A.
[19F-NMR測定]
調製した電解液について19F-NMR測定を行った。その結果、-100ppm以上-70ppm以下のケミカルシフトの範囲内にPF6
-及びその反応物由来のピークを、また、-150ppmを超え-110ppm以下のケミカルシフトの範囲内に化合物D由来のピークを示すスペクトルが得られた。化合物D由来のピークを示すスペクトルを図5(b)に示す。
19F-NMR:-73.62ppm,-75.49ppm,-82.76ppm,-85.37ppm,-86.78ppm,-89.63ppm,-136.60ppm[ 19F -NMR measurement]
19 F-NMR measurement was performed on the prepared electrolyte. As a result, a peak derived from PF 6 - and its reactants was found within the chemical shift range of -100 ppm to -70 ppm, and a peak derived from Compound D was found within the chemical shift range of more than -150 ppm to -110 ppm. The spectrum shown was obtained. A spectrum showing a peak derived from Compound D is shown in FIG. 5(b).
19 F-NMR: -73.62ppm, -75.49ppm, -82.76ppm, -85.37ppm, -86.78ppm, -89.63ppm, -136.60ppm
(実施例5)
[電解液の調製]
実施例1において、化合物Aの含有量を0.5質量%に変更し、FECを0.5質量%(いずれも電解液全量基準)添加した以外は、実施例1と同様にして電解液を調製した。(Example 5)
[Preparation of electrolyte]
In Example 1, the electrolyte solution was prepared in the same manner as in Example 1, except that the content of Compound A was changed to 0.5% by mass and 0.5% by mass of FEC was added (both based on the total amount of electrolyte solution). Prepared.
[19F-NMR測定]
調製した電解液について19F-NMR測定を行った。その結果、-100ppm以上-70ppm以下のケミカルシフトの範囲内にPF6
-及びその反応物由来のピークを、-180ppm以上-150ppm以下のケミカルシフトの範囲内に化合物A由来のピークを、また、-130ppmを超え-110ppm以下のケミカルシフトの範囲内にFEC由来のピークを示すスペクトルが得られた。化合物A由来のピーク、及びFEC由来のピークを示すスペクトルを図6(a)に示す。
19F-NMR:-73.69ppm,-75.58ppm,-82.73ppm,-85.25ppm,-86.85ppm,-89.70ppm,-121.45ppm,-162.10ppm[ 19F -NMR measurement]
19 F-NMR measurement was performed on the prepared electrolyte. As a result, a peak derived from PF 6 - and its reactants was found within the chemical shift range of -100 ppm to -70 ppm, a peak derived from compound A was found within the chemical shift range of -180 ppm to -150 ppm, and A spectrum showing a peak derived from FEC within a chemical shift range of more than -130 ppm and less than -110 ppm was obtained. A spectrum showing a peak derived from Compound A and a peak derived from FEC is shown in FIG. 6(a).
19 F-NMR: -73.69ppm, -75.58ppm, -82.73ppm, -85.25ppm, -86.85ppm, -89.70ppm, -121.45ppm, -162.10ppm
(実施例6)
[電解液の調製]
実施例3において、化合物Cの含有量を0.5質量%に変更し、FECを0.5質量%(いずれも電解液全量基準)添加した以外は、実施例3と同様にして電解液を調製した。(Example 6)
[Preparation of electrolyte]
In Example 3, the electrolyte solution was prepared in the same manner as in Example 3, except that the content of compound C was changed to 0.5% by mass, and 0.5% by mass of FEC was added (both based on the total amount of electrolyte solution). Prepared.
[19F-NMR測定]
調製した電解液について19F-NMR測定を行った。その結果、-100ppm以上-70ppm以下のケミカルシフトの範囲内にPF6
-及びその反応物由来のピークを、-150ppmを超え-130ppm以下のケミカルシフトの範囲内に化合物C由来のピークを、また、-130ppmを超え-110ppm以下のケミカルシフトの範囲内にFEC由来のピークを示すスペクトルが得られた。化合物C由来のピーク、及びFEC由来のピークを示すスペクトルを図6(b)に示す。
19F-NMR:-73.67ppm,-75.55ppm,-82.68ppm,-85.25ppm,-86.80ppm,-89.65ppm,-121.23ppm,-135.14ppm[ 19F -NMR measurement]
19 F-NMR measurement was performed on the prepared electrolyte. As a result, a peak derived from PF 6 - and its reactants was found within the chemical shift range of -100 ppm to -70 ppm, a peak derived from compound C was found within the chemical shift range of more than -150 ppm to -130 ppm, and , a spectrum showing a peak derived from FEC within a chemical shift range of more than -130 ppm and less than -110 ppm was obtained. A spectrum showing a peak derived from Compound C and a peak derived from FEC is shown in FIG. 6(b).
19 F-NMR: -73.67ppm, -75.55ppm, -82.68ppm, -85.25ppm, -86.80ppm, -89.65ppm, -121.23ppm, -135.14ppm
(実施例7)
[電解液の調製]
実施例4において、化合物Dの含有量を0.5質量%に変更し、FECを0.5質量%(いずれも電解液全量基準)添加した以外は、実施例4と同様にして電解液を調製した。(Example 7)
[Preparation of electrolyte]
In Example 4, the electrolyte solution was prepared in the same manner as in Example 4, except that the content of Compound D was changed to 0.5% by mass and 0.5% by mass of FEC was added (all based on the total amount of electrolyte solution). Prepared.
[19F-NMR測定]
調製した電解液について19F-NMR測定を行った。その結果、-100ppm以上-70ppm以下のケミカルシフトの範囲内にPF6
-及びその反応物由来のピークを、-150ppmを超え-130ppm以下のケミカルシフトの範囲内に化合物D由来のピークを、また、-130ppmを超え-110ppm以下のケミカルシフトの範囲内にFEC由来のピークを示すスペクトルが得られた。化合物D由来のピーク、及びFEC由来のピークを示すスペクトルを図7(c)に示す。
19F-NMR:-73.68ppm,-75.57ppm,-82.57ppm,-85.17ppm,-86.83ppm,-89.68ppm,-121.35ppm,-136.69ppm[ 19F -NMR measurement]
19 F-NMR measurement was performed on the prepared electrolyte. As a result, a peak derived from PF 6 - and its reactants was found within the chemical shift range of -100 ppm to -70 ppm, a peak derived from compound D was found within the chemical shift range of more than -150 ppm to -130 ppm, and , a spectrum showing a peak derived from FEC within a chemical shift range of more than -130 ppm and less than -110 ppm was obtained. A spectrum showing a peak derived from Compound D and a peak derived from FEC is shown in FIG. 7(c).
19 F-NMR: -73.68ppm, -75.57ppm, -82.57ppm, -85.17ppm, -86.83ppm, -89.68ppm, -121.35ppm, -136.69ppm
[正極の作製]
正極活物質としてのコバルト酸リチウム(95質量%)に、導電剤としての繊維状の黒鉛(1質量%)及びアセチレンブラック(AB)(1質量%)と、結着剤(3質量%)とを順次添加し、混合した。得られた混合物に対し、分散媒としてのNMPを添加し、混練することによりスラリー状の正極合剤を調製した。この正極合剤を正極集電体としての厚さ20μmのアルミニウム箔に均等且つ均質に所定量塗布した。その後、分散媒を揮発させてから、プレスすることにより密度3.6g/cm3まで圧密化して、正極を得た。[Preparation of positive electrode]
Lithium cobalt oxide (95% by mass) as a positive electrode active material, fibrous graphite (1% by mass) and acetylene black (AB) (1% by mass) as a conductive agent, and a binder (3% by mass). were added sequentially and mixed. NMP as a dispersion medium was added to the obtained mixture and kneaded to prepare a slurry-like positive electrode mixture. A predetermined amount of this positive electrode mixture was applied evenly and homogeneously onto an aluminum foil having a thickness of 20 μm as a positive electrode current collector. Thereafter, the dispersion medium was volatilized, and the material was compacted by pressing to a density of 3.6 g/cm 3 to obtain a positive electrode.
[負極の作製]
負極活物質としての黒鉛及びケイ素酸化物に、結着剤と、増粘剤としてのカルボキシメチルセルロースとを添加した。これらの質量比については、黒鉛:ケイ素酸化物:結着剤:増粘剤=92:5:1.5:1.5とした。得られた混合物に対し、分散媒としての水を添加し、混練することによりスラリー状の負極合剤を調製した。この負極合剤を負極集電体としての厚さ10μmの圧延銅箔に均等かつ均質に所定量塗布した。その後、分散媒を揮発させてから、プレスすることにより密度1.6g/cm3まで圧密化して、負極を得た。[Preparation of negative electrode]
A binder and carboxymethyl cellulose as a thickener were added to graphite and silicon oxide as negative electrode active materials. Regarding these mass ratios, graphite: silicon oxide: binder: thickener = 92:5:1.5:1.5. Water as a dispersion medium was added to the obtained mixture, and the mixture was kneaded to prepare a slurry-like negative electrode mixture. A predetermined amount of this negative electrode mixture was applied evenly and homogeneously to a rolled copper foil having a thickness of 10 μm as a negative electrode current collector. After that, the dispersion medium was volatilized, and the material was compacted by pressing to a density of 1.6 g/cm 3 to obtain a negative electrode.
[リチウムイオン二次電池の作製]
13.5cm2の四角形に切断した正極を、セパレータであるポリエチレン製多孔質シート(商品名:ハイポア(登録商標)、旭化成株式会社製、厚さ30μm)で挟み、さらに14.3cm2の四角形に切断した負極を重ね合わせて電極群を作製した。この電極群を、アルミニウム製のラミネートフィルム(商品名:アルミラミネートフィルム、大日本印刷株式会社製)で形成された容器(電池外装体)に収容した。次いで、容器の中に調製した実施例1、実施例2、比較例1、又は比較例2の電解液をそれぞれ1mL添加し、容器を熱溶着させ、評価用のリチウムイオン二次電池を作製した。[Fabrication of lithium ion secondary battery]
A positive electrode cut into a 13.5 cm 2 square was sandwiched between polyethylene porous sheets (product name: Hipore (registered trademark), manufactured by Asahi Kasei Corporation, thickness 30 μm) as separators, and further cut into a 14.3 cm 2 square. An electrode group was created by overlapping the cut negative electrodes. This electrode group was housed in a container (battery exterior body) formed of an aluminum laminate film (trade name: aluminum laminate film, manufactured by Dainippon Printing Co., Ltd.). Next, 1 mL of each of the electrolytic solutions of Example 1, Example 2, Comparative Example 1, or Comparative Example 2 prepared in Example 1, Example 2, Comparative Example 1, or Comparative Example 2 was added into the container, and the container was thermally welded to produce a lithium ion secondary battery for evaluation. .
[初回充放電]
作製したリチウムイオン電池について、以下に示す方法で初回充放電を実施した。まず、25℃の環境下において0.1Cの電流値で定電流充電を上限電圧4.2Vまで行い、続いて4.2Vで定電圧充電を行った。充電終止条件は、電流値0.01Cとした。その後、0.1Cの電流値で終止電圧2.5Vの定電流放電を行った。この充放電サイクルを3回繰り返した(電流値の単位として用いた「C」とは、「電流値(A)/電池容量(Ah)」を意味する。)。[Initial charge/discharge]
The produced lithium ion battery was charged and discharged for the first time using the method shown below. First, constant current charging was performed at a current value of 0.1 C in an environment of 25° C. to an upper limit voltage of 4.2 V, and then constant voltage charging was performed at 4.2 V. The charging termination condition was a current value of 0.01C. Thereafter, constant current discharge was performed at a current value of 0.1C and a final voltage of 2.5V. This charge/discharge cycle was repeated three times ("C" used as the unit of current value means "current value (A)/battery capacity (Ah)").
[サイクル特性の評価]
初回充放電後、充放電を繰り返すサイクル試験によって、実施例1~2及び比較例1~2の電解液を用いた各二次電池のサイクル特性を評価した。充電パターンとしては、45℃の環境下で、二次電池を0.5Cの電流値で定電流充電を上限電圧4.2Vまで行い、続いて4.2Vで定電圧充電を行った。充電終止条件は、電流値0.05Cとした。放電については、1Cで定電流放電を2.5Vまで行い、放電容量を求めた。この一連の充放電を200サイクル繰り返し、充放電の度に放電容量を測定した。比較例1における1サイクル目の充放電後の放電容量を1として、各サイクルでの放電容量の相対値(放電容量比率)を求めた。サイクル数と放電容量の相対値との関係を、図7に示す。[Evaluation of cycle characteristics]
After the initial charging and discharging, the cycle characteristics of each secondary battery using the electrolyte solutions of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2 were evaluated by a cycle test in which charging and discharging were repeated. As a charging pattern, in an environment of 45° C., the secondary battery was charged with a constant current at a current value of 0.5 C to an upper limit voltage of 4.2 V, and then charged with a constant voltage at 4.2 V. The charging termination condition was a current value of 0.05C. Regarding discharge, constant current discharge was performed at 1C to 2.5V, and the discharge capacity was determined. This series of charging and discharging was repeated for 200 cycles, and the discharge capacity was measured each time the charging and discharging was performed. Assuming that the discharge capacity after the first charge/discharge cycle in Comparative Example 1 was 1, the relative value of the discharge capacity (discharge capacity ratio) in each cycle was determined. FIG. 7 shows the relationship between the number of cycles and the relative value of discharge capacity.
図7に示すように、19F-NMRによる測定において、-180ppm以上-150ppm以下のケミカルシフトの範囲内にピークを示す電解液を適用した実施例1~2のリチウムイオン二次電池は、当該範囲にピークを示さない電解液を適用した比較例1~2のリチウムイオン二次電池に比べて、200サイクル目における放電容量比率が大きかった。したがって、実施例1~2のリチウムイオン二次電池は、優れた性能(サイクル特性)を示している。As shown in FIG. 7, in the lithium ion secondary batteries of Examples 1 and 2, in which the electrolyte solution exhibiting a peak within the chemical shift range of -180 ppm or more and -150 ppm or less in measurement by 19 F-NMR, the The discharge capacity ratio at the 200th cycle was larger than that of the lithium ion secondary batteries of Comparative Examples 1 and 2 in which an electrolyte solution that did not show a peak in the range was applied. Therefore, the lithium ion secondary batteries of Examples 1 and 2 exhibit excellent performance (cycle characteristics).
1…非水電解液二次電池(電気化学デバイス)、6…正極、7…セパレータ、8…負極。
DESCRIPTION OF
Claims (7)
で表される化合物を含有する電解液であって、
19F-NMRによる測定において、-180ppm以上-150ppm以下、及び-150ppmを超え-130ppm以下の少なくとも1つのケミカルシフトの範囲内にピークを示す、電解液。 The following formula (1):
An electrolytic solution containing a compound represented by
An electrolytic solution that exhibits a peak within at least one chemical shift range of -180 ppm or more and -150 ppm or less and more than -150 ppm and -130 ppm or less when measured by 19 F-NMR.
The electrochemical device according to any one of claims 4 to 6, wherein the electrochemical device is a non-aqueous electrolyte secondary battery or a capacitor.
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