JPWO2015060156A1 - Additive for lithium ion secondary battery, electrode and electrolyte using the same, and lithium ion secondary battery - Google Patents

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Abstract

本発明のリチウムイオン二次電池用添加剤(D)は、下記一般式(1)で表される構造を有する結合(a)及び15族元素を含む基(b)を有する化合物(C)を含有する。[一般式(1)中、Rは水素原子又は炭素数1〜12の有機基である。][化1]The additive (D) for lithium ion secondary batteries of the present invention comprises a compound (C) having a bond (a) having a structure represented by the following general formula (1) and a group (b) containing a group 15 element. contains. [In general formula (1), R is a hydrogen atom or a C1-C12 organic group. ] [Chemical 1]

Description

本発明は、リチウムイオン二次電池の安全性向上に有用な電池用添加剤、それを用いた電極及び電解液、並びにリチウムイオン二次電池に関する。 The present invention relates to a battery additive useful for improving the safety of a lithium ion secondary battery, an electrode and an electrolytic solution using the same, and a lithium ion secondary battery.

リチウムイオン二次電池等の非水電解液二次電池は、高電圧、高エネルギー密度という特徴を持つことから、携帯情報機器分野において広く利用され、その需要が急速に拡大している。非水電解液二次電池は、現在、携帯電話、ノート型パソコンを始めとするモバイル情報化機器用の標準電池としてのポジションを確立している。 Non-aqueous electrolyte secondary batteries such as lithium ion secondary batteries are characterized by high voltage and high energy density, and thus are widely used in the field of portable information equipment, and their demand is rapidly expanding. Non-aqueous electrolyte secondary batteries are currently established as standard batteries for mobile information devices such as mobile phones and laptop computers.

非水電解液二次電池は、ショートなどの異常時、電池温度が200℃を超えると正極から発生する活性酸素と電解液とが反応して発熱反応を引き起こすことが知られている。非水電解液二次電池の電解液には、六フッ化リン酸リチウム(LiPF)等の電解質をジエチルカーボネート等の引火性を有する溶媒に溶解したものが、一般的に用いられている。そのため、発熱時に電解液への引火の危険性があり、電解液に難燃剤を添加する等、電池の安全性を向上させる技術に関心が高まっている。It is known that in a non-aqueous electrolyte secondary battery, when an abnormality such as a short circuit occurs, when the battery temperature exceeds 200 ° C., active oxygen generated from the positive electrode reacts with the electrolyte to cause an exothermic reaction. As an electrolyte for a non-aqueous electrolyte secondary battery, an electrolyte such as lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) dissolved in a flammable solvent such as diethyl carbonate is generally used. Therefore, there is a risk of ignition of the electrolyte during heat generation, and there is an increasing interest in technologies that improve battery safety, such as adding a flame retardant to the electrolyte.

非水電解液に難燃性を付与するため、特許文献1には、分子鎖中に少なくとも1つのフッ素原子を有するリン酸エステル類を含有する電解液を使用する方法が開示されている。また、特許文献2には、リン酸トリメチル等のリン酸エステル及びビスホスホン酸エステルを含有する電解液を使用する方法が開示されている。 In order to impart flame retardancy to a nonaqueous electrolytic solution, Patent Document 1 discloses a method of using an electrolytic solution containing a phosphate ester having at least one fluorine atom in a molecular chain. Patent Document 2 discloses a method of using an electrolytic solution containing a phosphate ester such as trimethyl phosphate and a bisphosphonate ester.

特開2007−258067号公報JP 2007-258067 A 特開2012−248311号公報JP 2012-248311 A

しかしながら、特許文献1又は2のように電解液に難燃剤を添加する方法では、難燃剤の添加量が多く、充放電サイクル特性や出力特性等に悪影響を及ぼし、リチウムイオン二次電池の充放電特性が低下するという問題点があった。
本発明は、充放電特性を低下させることなく、リチウムイオン二次電池が高温となった際に発熱反応を抑制することで電解液への引火の危険性を減らすことができるリチウムイオン二次電池用添加剤、該添加剤を含むリチウムイオン二次電池用の電極及び電解液等を提供することを目的とする。
However, in the method of adding a flame retardant to the electrolytic solution as in Patent Document 1 or 2, the amount of the flame retardant added is large, which adversely affects charge / discharge cycle characteristics, output characteristics, etc., and charge / discharge of the lithium ion secondary battery. There was a problem that the characteristics deteriorated.
The present invention provides a lithium ion secondary battery that can reduce the risk of ignition of the electrolyte by suppressing an exothermic reaction when the lithium ion secondary battery becomes high temperature without deteriorating charge / discharge characteristics. An object of the present invention is to provide an additive, an electrode for a lithium ion secondary battery containing the additive, an electrolytic solution, and the like.

本発明者らは、上記の目的を達成すべく鋭意検討を行った結果、本発明に到達した。即ち、本発明は、下記一般式(1)で表される構造を有する結合(a)及び15族元素を含む基(b)を有する化合物(C)を含有するリチウムイオン二次電池用添加剤(D);前記添加剤(D)を含有する電極及び電解液;前記電極及び/又は電解液を有するリチウムイオン二次電池である。

Figure 2015060156
As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventors have reached the present invention. That is, the present invention provides an additive for a lithium ion secondary battery containing a compound (C) having a bond (a) having a structure represented by the following general formula (1) and a group (b) containing a group 15 element. (D); an electrode and electrolyte containing the additive (D); a lithium ion secondary battery having the electrode and / or electrolyte.
Figure 2015060156

[一般式(1)中、Rは水素原子又は炭素数1〜12の有機基である。] [In general formula (1), R is a hydrogen atom or a C1-C12 organic group. ]

本発明のリチウムイオン二次電池用添加剤(D)を含有する電極及び/又は電解液を使用することで、リチウムイオン二次電池の充放電特性を低下させることなく、リチウムイオン二次電池が高温となった際に発熱反応を抑制し、電解液への引火の危険性を減らすことができる。 By using the electrode and / or electrolytic solution containing the additive (D) for lithium ion secondary battery of the present invention, the lithium ion secondary battery can be obtained without deteriorating the charge / discharge characteristics of the lithium ion secondary battery. When the temperature is high, the exothermic reaction can be suppressed, and the risk of ignition of the electrolyte can be reduced.

<リチウムイオン二次電池用添加剤(D)>
本発明のリチウムイオン二次電池用添加剤(D)は、リチウムイオン二次電池の電極(好ましくは正極)又は電解液に添加することで、ショートなどの異常により電池温度が高温となった際に、電極の活物質の表面上に不動態被膜を形成する。該被膜の作用で活性酸素と電解液との反応が抑制され、発熱反応を抑制することができる。
<Additive for lithium ion secondary battery (D)>
When the additive (D) for a lithium ion secondary battery of the present invention is added to an electrode (preferably a positive electrode) or an electrolyte of a lithium ion secondary battery, the battery temperature becomes high due to an abnormality such as a short circuit. In addition, a passive film is formed on the surface of the active material of the electrode. The reaction between the active oxygen and the electrolytic solution is suppressed by the action of the coating, and an exothermic reaction can be suppressed.

本発明のリチウムイオン二次電池用添加剤(D)は、一般式(1)で表される構造を有する結合(a)及び15族元素を含む基(b)を有する化合物(C)を含有する。 The additive (D) for lithium ion secondary batteries of the present invention contains a compound (C) having a bond (a) having a structure represented by the general formula (1) and a group (b) containing a group 15 element. To do.

化合物(C)1分子中の結合(a)及び基(b)の数は特に限定されない。また結合(a)及び/又は基(b)を1分子中に複数個有する場合、複数の結合(a)及び/又は基(b)は全て同じであってもよく、異なっていてもよい。化合物(C)1分子中の結合(a)の数は、好ましくは1〜6、より好ましくは1〜5、更に好ましくは2又は3である。化合物(C)1分子中の基(b)の数は、1〜3が好ましい。 The number of bonds (a) and groups (b) in one molecule of compound (C) is not particularly limited. When a plurality of bonds (a) and / or groups (b) are present in one molecule, the plurality of bonds (a) and / or groups (b) may all be the same or different. The number of bonds (a) in one molecule of compound (C) is preferably 1-6, more preferably 1-5, and even more preferably 2 or 3. The number of groups (b) in one molecule of compound (C) is preferably 1 to 3.

化合物(C)中の結合(a)の具体例としては、ウレタン結合(a1)、ウレア結合(a2)、アロファネート結合(a3)及びビウレット結合(a4)が挙げられる。 Specific examples of the bond (a) in the compound (C) include a urethane bond (a1), a urea bond (a2), an allophanate bond (a3), and a biuret bond (a4).

ウレタン結合(a1)は−OCONH−で示される結合、
ウレア結合(a2)は−NHCONH−で示される結合、
アロファネート結合(a3)は下記式(9)で示される結合、

Figure 2015060156
The urethane bond (a1) is a bond represented by -OCONH-,
The urea bond (a2) is a bond represented by -NHCONH-,
The allophanate bond (a3) is a bond represented by the following formula (9):
Figure 2015060156

ビウレット結合(a4)は下記式(10)で示される結合である。

Figure 2015060156
The biuret bond (a4) is a bond represented by the following formula (10).
Figure 2015060156

基(b)における15族元素として、リン(P)が挙げられる。
化合物(C)が有する15族元素を含む基(b)は下記一般式(2)で表されるものが好ましく用いられる。

Figure 2015060156
An example of the group 15 element in the group (b) is phosphorus (P).
As the group (b) containing a group 15 element contained in the compound (C), those represented by the following general formula (2) are preferably used.
Figure 2015060156

[一般式(2)中、X及びXは、それぞれ独立して下記一般式(3)又は(4)で表される基である。]

Figure 2015060156
[In General Formula (2), X 1 and X 2 are each independently a group represented by the following General Formula (3) or (4). ]
Figure 2015060156

[一般式(3)中、Rは水素原子又は炭素数1〜12の有機基である。]

Figure 2015060156
[In General Formula (3), R 1 is a hydrogen atom or an organic group having 1 to 12 carbon atoms. ]
Figure 2015060156

[一般式(4)中、Mは1価の金属イオンである。][In General Formula (4), M + is a monovalent metal ion. ]

上記一般式(3)における炭素数1〜12の有機基としては、炭素数1〜12の炭化水素基又は少なくとも1つの水素原子がフッ素原子で置換された炭素数1〜12の炭化水素基が好ましい。
炭素数1〜12の炭化水素基としては、炭素数1〜12の直鎖又は分岐の1価の脂肪族炭化水素基(例えば、メチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、n−ブチル、1−メチルプロピル、イソブチル、t−ブチル、n−ペンチル、イソペンチル、1−メチルブチル、2−メチルブチル、1,1−ジメチルプロピル、2,2−ジメチルプロピル、1,2−ジメチルプロピル、1−エチルプロピル、n−ヘキシル、イソヘキシル、3−メチルペンチル、2−メチルペンチル、1−メチルペンチル、1,1−ジメチルブチル、2,2−ジメチルブチル、1,1,2−トリメチルプロピル、1−エチル−1−メチルプロピル、ヘプチル、オクチル、イソオクチル、2−エチルヘキシル、ノニル、デシル、ウンデシル、ドデシル)、炭素数5〜12の脂環式炭化水素基(例えば、シクロペンチル、シクロへキシル、シクロヘキシルメチル、シクロヘキシルエチル)、炭素数6〜12の芳香族炭化水素基(例えば、フェニル、メチルフェニル、ベンジル)等が挙げられる。
少なくとも1つの水素原子がフッ素原子に置換された炭素数1〜12の炭化水素基としては、2,2,2−トリフルオロエチル、2,2,3,3−テトラフルオロプロピル、1H,1H,7H−ドデカフルオロヘプチル等が挙げられる。
これらの中で好ましいものは、炭素数1〜12の直鎖又は分岐の1価の脂肪族炭化水素基及び少なくとも1つの水素原子がフッ素原子に置換された炭素数1〜12の炭化水素基である。
Examples of the organic group having 1 to 12 carbon atoms in the general formula (3) include a hydrocarbon group having 1 to 12 carbon atoms or a hydrocarbon group having 1 to 12 carbon atoms in which at least one hydrogen atom is substituted with a fluorine atom. preferable.
Examples of the hydrocarbon group having 1 to 12 carbon atoms include linear or branched monovalent aliphatic hydrocarbon groups having 1 to 12 carbon atoms (for example, methyl, ethyl, n-propyl, isopropyl, n-butyl, 1- Methylpropyl, isobutyl, t-butyl, n-pentyl, isopentyl, 1-methylbutyl, 2-methylbutyl, 1,1-dimethylpropyl, 2,2-dimethylpropyl, 1,2-dimethylpropyl, 1-ethylpropyl, n -Hexyl, isohexyl, 3-methylpentyl, 2-methylpentyl, 1-methylpentyl, 1,1-dimethylbutyl, 2,2-dimethylbutyl, 1,1,2-trimethylpropyl, 1-ethyl-1-methyl Propyl, heptyl, octyl, isooctyl, 2-ethylhexyl, nonyl, decyl, undecyl, dodecyl), 5 to 1 carbon atoms Alicyclic hydrocarbon group (e.g., cyclopentyl, cyclohexyl, cyclohexylmethyl, cyclohexylethyl), the aromatic hydrocarbon group having 6 to 12 carbon atoms (e.g., phenyl, methylphenyl, benzyl) and the like.
Examples of the hydrocarbon group having 1 to 12 carbon atoms in which at least one hydrogen atom is substituted with a fluorine atom include 2,2,2-trifluoroethyl, 2,2,3,3-tetrafluoropropyl, 1H, 1H, 7H-dodecafluoroheptyl etc. are mentioned.
Among these, a linear or branched monovalent aliphatic hydrocarbon group having 1 to 12 carbon atoms and a hydrocarbon group having 1 to 12 carbon atoms in which at least one hydrogen atom is substituted with a fluorine atom are preferable. is there.

は、より好ましくは、水素原子、炭素数1〜2の1価の脂肪族炭化水素基又は少なくとも1つの水素原子がフッ素原子に置換された炭素数1〜2の炭化水素基であり、更に好ましくは、水素原子、メチル又は2,2,2−トリフルオロエチルである。R 1 is more preferably a hydrogen atom, a monovalent aliphatic hydrocarbon group having 1 to 2 carbon atoms, or a hydrocarbon group having 1 to 2 carbon atoms in which at least one hydrogen atom is substituted with a fluorine atom, More preferably, they are a hydrogen atom, methyl or 2,2,2-trifluoroethyl.

上記一般式(4)における1価の金属イオンとしては、リチウムイオン、ナトリウムイオン、カリウムイオン、ルビジウムイオン、セシウムイオン等が挙げられる。
これらの中で出力特性の観点から好ましいものは、リチウムイオン又はナトリウムイオンである。より好ましくは、リチウムイオンである。
Examples of the monovalent metal ion in the general formula (4) include lithium ion, sodium ion, potassium ion, rubidium ion, and cesium ion.
Among these, lithium ions or sodium ions are preferable from the viewpoint of output characteristics. More preferably, it is lithium ion.

化合物(C)としては、例えば下記一般式(5)で表される化合物が挙げられる。 Examples of the compound (C) include compounds represented by the following general formula (5).

Figure 2015060156
Figure 2015060156

一般式(5)中、Yは、酸素原子、硫黄原子及び窒素原子からなる群より選ばれる少なくとも1つの原子を含有していてもよい炭素数2〜42のn価の炭化水素基(Y1)、
炭素数4〜44のジイソシアネート(E)と炭素数2〜20のジオール(F)との反応物である両末端イソシアネート基を有するウレタンプレポリマーから2個のイソシアネート基を除いた2価の残基(Y2)、
アロファネート結合(a3)を有する炭素数9〜118のジイソシアネート(E)変性物からn個のイソシアネート基を除いた残基(Y3)
又はビウレット結合(a4)を有する炭素数11〜131のジイソシアネート(E)変性物からn個のイソシアネート基を除いた残基(Y4)であり、
nは1〜5の整数、Aはウレタン結合又はウレア結合、Zは酸素原子及びリン原子を含み、上記一般式(2)で表される基を含有する炭素数1〜85の基、又は炭素数1〜20の炭化水素基であり、少なくとも1つは一般式(2)で表される基を含有する炭素数1〜85の基である。
一般式(5)においてAがウレタン結合の場合には、ウレタン結合を構成する炭素原子がZで表される基と、ウレタン結合を構成する窒素原子がYで表される基と、それぞれ結合している。
In General Formula (5), Y is an n-valent hydrocarbon group having 2 to 42 carbon atoms (Y1) that may contain at least one atom selected from the group consisting of an oxygen atom, a sulfur atom, and a nitrogen atom. ,
Divalent residue obtained by removing two isocyanate groups from a urethane prepolymer having both terminal isocyanate groups, which is a reaction product of a diisocyanate (E) having 4 to 44 carbon atoms and a diol (F) having 2 to 20 carbon atoms (Y2),
Residue (Y3) obtained by removing n isocyanate groups from a modified diisocyanate (E) having 9 to 118 carbon atoms having an allophanate bond (a3)
Or a residue (Y4) obtained by removing n isocyanate groups from a diisocyanate (E) modified product having 11 to 131 carbon atoms having a biuret bond (a4),
n is an integer of 1 to 5, A is a urethane bond or urea bond, Z is an oxygen atom and a phosphorus atom, a group having 1 to 85 carbon atoms containing a group represented by the above general formula (2), or carbon It is a C1-C20 hydrocarbon group, and at least one is a C1-C85 group containing group represented by General formula (2).
In the general formula (5), when A is a urethane bond, the carbon atom constituting the urethane bond is bonded to the group represented by Z, and the nitrogen atom constituting the urethane bond is bonded to the group represented by Y. ing.

炭化水素基(Y1)は、酸素原子、硫黄原子及び窒素原子からなる群より選ばれる少なくとも1つの原子を含有していてもよい炭素数2〜42のn価の炭化水素基であり、好ましくは、酸素原子、硫黄原子及び窒素原子からなる群より選ばれる少なくとも1つの原子を含有していてもよい炭素数6〜13の2価の炭化水素基又は炭素数9〜30の3価の炭化水素基であり、より好ましくは炭素数6〜13の2価の炭化水素基である。具体例としては、2価の脂肪族炭化水素基(例えば、エチレン、テトラメチレン、ヘキサメチレン、オクタメチレン、デカメチレン、1−メチルテトラメチレン、2−メチルテトラメチレン)、2価の脂環式炭化水素基(例えば、1,5,5−トリメチル−シクロヘキサン−1,3−ジイル、メチレンジシクロヘキシル−4,4’−ジイル、シクロヘキサン−1,4−ジイル、1,4−ジメチレン−シクロヘキサン(1,4−シクロヘキサンジメタノールから2個の水酸基を除いた残基))、2価の芳香族炭化水素基(例えば、トルエン−2,4−ジイル、トルエン−2,6−ジイル、メチレンジフェニル−4,4’−ジイル、キシリレン、テトラメチルキシリレン、フェニレン、1,5−ナフチレン)、炭素数9〜42の3価の炭化水素基(例えば、エチレンジイソシアネートの3量体から3個のイソシアネート基を除いた残基、ヘキサメチレンジイソシアネートの3量体から3個のイソシアネート基を除いた残基、イソホロンジイソシアネートの3量体から3個のイソシアネート基を除いた残基)等が挙げられ、化合物の酸化安定性という観点から、好ましいものは2価の脂肪族炭化水素基及び2価の脂環式炭化水素基である。中でも、炭素数6〜13の2価の脂肪族炭化水素基が好ましく、ヘキサメチレンがより好ましい。 The hydrocarbon group (Y1) is an n-valent hydrocarbon group having 2 to 42 carbon atoms which may contain at least one atom selected from the group consisting of an oxygen atom, a sulfur atom and a nitrogen atom, preferably A divalent hydrocarbon group having 6 to 13 carbon atoms or a trivalent hydrocarbon having 9 to 30 carbon atoms, which may contain at least one atom selected from the group consisting of oxygen atom, sulfur atom and nitrogen atom More preferably a divalent hydrocarbon group having 6 to 13 carbon atoms. Specific examples include divalent aliphatic hydrocarbon groups (for example, ethylene, tetramethylene, hexamethylene, octamethylene, decamethylene, 1-methyltetramethylene, 2-methyltetramethylene), divalent alicyclic hydrocarbons. Groups such as 1,5,5-trimethyl-cyclohexane-1,3-diyl, methylenedicyclohexyl-4,4′-diyl, cyclohexane-1,4-diyl, 1,4-dimethylene-cyclohexane (1,4- A residue obtained by removing two hydroxyl groups from cyclohexanedimethanol) and a divalent aromatic hydrocarbon group (for example, toluene-2,4-diyl, toluene-2,6-diyl, methylenediphenyl-4,4 ′ -Diyl, xylylene, tetramethylxylylene, phenylene, 1,5-naphthylene), a trivalent hydrocarbon group having 9 to 42 carbon atoms. For example, a residue obtained by removing three isocyanate groups from a trimer of ethylene diisocyanate, a residue obtained by removing three isocyanate groups from a trimer of hexamethylene diisocyanate, and a three isocyanate from a trimer of isophorone diisocyanate From the viewpoint of the oxidative stability of the compound, preferred are a divalent aliphatic hydrocarbon group and a divalent alicyclic hydrocarbon group. Among these, a divalent aliphatic hydrocarbon group having 6 to 13 carbon atoms is preferable, and hexamethylene is more preferable.

残基(Y2)は、炭素数4〜44のジイソシアネート(E)と炭素数2〜20のジオール(F)との反応により得られる両末端にイソシアネート基を有するウレタンプレポリマーから2個のイソシアネート基を除いた残基である。
炭素数4〜44のジイソシアネート(E)としては、上記2価の炭化水素基(Y1)に2個のイソシアネート基が付加したジイソシアネートが挙げられる。
炭素数2〜20のジオール(F)としては、2価の脂肪族ジオール(エチレングリコール、テトラメチレングリコール、ヘキサメチレングリコール、1,3−プロパンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,8−オクタンジオール、1,10−デカンジオール、プロピレングリコール、1,3−ブタンジオール等)、2価の脂環式炭化水素基(1,2−シクロヘキサンジメタノール、1,3−シクロヘキサンジメタノール、1,4−シクロヘキサンジメタノール等)等が挙げられる。
両末端にイソシアネート基を有するウレタンプレポリマーの数平均分子量は700〜4800であることが好ましく、1000〜3000であることがさらに好ましい。
Residue (Y2) is composed of two isocyanate groups from a urethane prepolymer having isocyanate groups at both ends obtained by reaction of a diisocyanate (E) having 4 to 44 carbon atoms and a diol (F) having 2 to 20 carbon atoms. It is a residue excluding.
Examples of the diisocyanate (E) having 4 to 44 carbon atoms include diisocyanates in which two isocyanate groups are added to the divalent hydrocarbon group (Y1).
Diols having 2 to 20 carbon atoms (F) include divalent aliphatic diols (ethylene glycol, tetramethylene glycol, hexamethylene glycol, 1,3-propanediol, 1,5-pentanediol, 1,8-octane. Diol, 1,10-decanediol, propylene glycol, 1,3-butanediol, etc.), divalent alicyclic hydrocarbon group (1,2-cyclohexanedimethanol, 1,3-cyclohexanedimethanol, 1,4 -Cyclohexanedimethanol etc.) etc. are mentioned.
The number average molecular weight of the urethane prepolymer having isocyanate groups at both ends is preferably 700 to 4800, and more preferably 1000 to 3000.

残基(Y3)は、アロファネート結合(a3)を有する炭素数9〜118のジイソシアネート(E)変性物からn個のイソシアネート基を除いた残基である。
アロファネート結合(a3)を有する炭素数9〜118のジイソシアネート(E)変性物としては、例えば下記の一般式(11)で表される化合物が挙げられる。
The residue (Y3) is a residue obtained by removing n isocyanate groups from a modified diisocyanate (E) having 9 to 118 carbon atoms having an allophanate bond (a3).
Examples of the modified C9-118 diisocyanate (E) having an allophanate bond (a3) include compounds represented by the following general formula (11).

Figure 2015060156
Figure 2015060156

[一般式(11)中、Rは上記炭化水素基(Y1)のうち2価の基であり、複数個あるRはそれぞれ同一でも異なっていてもよい。Rは炭素数1〜40(好ましくは炭素数1〜20)の炭化水素基である。][In General Formula (11), R 5 is a divalent group in the hydrocarbon group (Y1), and a plurality of R 5 may be the same or different. R 6 is a hydrocarbon group having 1 to 40 carbon atoms (preferably 1 to 20 carbon atoms). ]

としては、炭素数1〜40(好ましくは炭素数1〜20)の直鎖又は分岐の1価の脂肪族炭化水素基(例えば、メチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、n−ブチル、1−メチルプロピル、イソブチル、t−ブチル、n−ペンチル、イソペンチル、1−メチルブチル、2−メチルブチル、1,1−ジメチルプロピル、2,2−ジメチルプロピル、1,2−ジメチルプロピル、1−エチルプロピル、n−ヘキシル、イソヘキシル、3−メチルペンチル、2−メチルペンチル、1−メチルペンチル、1,1−ジメチルブチル、2,2−ジメチルブチル、1,1,2−トリメチルプロピル、1−エチル−1−メチルプロピル、ヘプチル、オクチル、イソオクチル、2−エチルヘキシル、ノニル、デシル、ウンデシル、ドデシル、トリデシル、テトラデシル、ペンタデシル、ヘキサデシル、ヘプタデシル、オクタデシル、ノナデシル、イコシル)、炭素数5〜20の1価の脂環式炭化水素基(例えば、シクロペンチル、シクロへキシル、シクロヘキシルメチル、シクロヘキシルエチル)等が挙げられる。R 6 is a linear or branched monovalent aliphatic hydrocarbon group having 1 to 40 carbon atoms (preferably 1 to 20 carbon atoms) (for example, methyl, ethyl, n-propyl, isopropyl, n-butyl, 1-methylpropyl, isobutyl, t-butyl, n-pentyl, isopentyl, 1-methylbutyl, 2-methylbutyl, 1,1-dimethylpropyl, 2,2-dimethylpropyl, 1,2-dimethylpropyl, 1-ethylpropyl N-hexyl, isohexyl, 3-methylpentyl, 2-methylpentyl, 1-methylpentyl, 1,1-dimethylbutyl, 2,2-dimethylbutyl, 1,1,2-trimethylpropyl, 1-ethyl-1 -Methylpropyl, heptyl, octyl, isooctyl, 2-ethylhexyl, nonyl, decyl, undecyl, dodecyl, tridecyl , Tetradecyl, pentadecyl, hexadecyl, heptadecyl, octadecyl, nonadecyl, icosyl), monovalent alicyclic hydrocarbon groups having 5 to 20 carbon atoms (for example, cyclopentyl, cyclohexyl, cyclohexylmethyl, cyclohexylethyl), etc. It is done.

一般式(11)において、Rは、好ましくは、それぞれ独立して炭素数6〜13の2価の脂肪族炭化水素基であり、より好ましくはヘキサメチレンである。Rは、好ましくは、炭素数1〜40(より好ましくは炭素数1〜20)の直鎖又は分岐の1価の脂肪族炭化水素基である。In the general formula (11), R 5 is preferably each independently a divalent aliphatic hydrocarbon group having 6 to 13 carbon atoms, more preferably hexamethylene. R 6 is preferably a linear or branched monovalent aliphatic hydrocarbon group having 1 to 40 carbon atoms (more preferably 1 to 20 carbon atoms).

残基(Y4)は、ビウレット結合(a4)を有する炭素数11〜131のジイソシアネート(E)変性物からn個のイソシアネート基を除いた残基である。
ビウレット結合(a4)を有する炭素数11〜131のジイソシアネート(E)変性物としては、例えば下記の一般式(12)で表される化合物が挙げられる。
Residue (Y4) is a residue obtained by removing n isocyanate groups from a modified diisocyanate (E) having 11 to 131 carbon atoms having biuret bond (a4).
As a C11-131 diisocyanate (E) modified substance which has a biuret bond (a4), the compound represented, for example by the following general formula (12) is mentioned.

Figure 2015060156
Figure 2015060156

[一般式(12)中、Rは上記炭化水素基(Y1)のうち2価の基であり、複数個あるRはそれぞれ同一でも異なっていてもよい。]
は、好ましくは、それぞれ独立して、炭素数6〜13の2価の脂肪族炭化水素基であり、より好ましくはヘキサメチレンである。
[In General Formula (12), R 7 is a divalent group in the hydrocarbon group (Y1), and a plurality of R 7 may be the same or different. ]
R 7 is preferably each independently a divalent aliphatic hydrocarbon group having 6 to 13 carbon atoms, more preferably hexamethylene.

上記一般式(5)において、nは1〜5の整数、好ましくは1〜3の整数である。
Aはウレタン結合又はウレア結合である。2個以上あるAはすべてウレタン結合の場合、すべてウレア結合の場合、ウレタン結合及びウレア結合が両方ある場合のいずれであってもよいが、すべてウレタン結合の場合が好ましい。
In the said General formula (5), n is an integer of 1-5, Preferably it is an integer of 1-3.
A is a urethane bond or a urea bond. Two or more As may be urethane bonds, all urea bonds, or both urethane bonds and urea bonds, but all are preferably urethane bonds.

一般式(5)において、Zは酸素原子及びリン原子を含み、上記一般式(2)で表される基を含有する炭素数1〜85の基、又は炭素数1〜20の炭化水素基である。酸素原子及びリン原子を含み、上記一般式(2)で表される基を含有する炭素数1〜85の基としては、下記一般式(6)又は(7)で表される基が挙げられる。 In the general formula (5), Z includes an oxygen atom and a phosphorus atom, and is a group having 1 to 85 carbon atoms or a hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms containing the group represented by the general formula (2). is there. Examples of the group having 1 to 85 carbon atoms containing an oxygen atom and a phosphorus atom and containing the group represented by the general formula (2) include groups represented by the following general formula (6) or (7). .

Figure 2015060156
Figure 2015060156

[一般式(6)中、Rは炭素数1〜12の(m+1)価の炭化水素基、mは1〜3の整数である。X及びXは一般式(2)におけるX及びXとそれぞれ同様である。][In General Formula (6), R 2 is an (m 1 +1) -valent hydrocarbon group having 1 to 12 carbon atoms, and m 1 is an integer of 1 to 3. X 1 and X 2 are the same respectively as X 1 and X 2 in the general formula (2). ]

Figure 2015060156
Figure 2015060156

[一般式(7)中、Rは炭素数1〜12の(m+1)価の炭化水素基、mは1〜3の整数である。X及びXは一般式(2)におけるX及びXとそれぞれ同様である。][In General Formula (7), R 3 is an (m 2 +1) -valent hydrocarbon group having 1 to 12 carbon atoms, and m 2 is an integer of 1 to 3. X 1 and X 2 are the same respectively as X 1 and X 2 in the general formula (2). ]

一般式(6)中のR、一般式(7)中のRとしては、炭素数1〜12の2価の脂肪族炭化水素基(例えば、メチレン、エチレン、テトラメチレン、ヘキサメチレン、オクタメチレン、デカメチレン、1−メチルテトラメチレン、2−メチルテトラメチレン)、2価の脂環式炭化水素基(例えば、1,5,5−トリメチル−シクロヘキサン−1,3−ジイル、メチレンジシクロヘキシル−4,4’−ジイル、シクロヘキサン−1,4−ジイル、1,4−ジメチレン−シクロヘキサン(1,4−シクロヘキサンジメタノールから2個の水酸基を除いた残基))、2価の芳香族炭化水素基(例えば、トルエン−2,4−ジイル、トルエン−2,6−ジイル、キシリレン、テトラメチルキシリレン、フェニレン、1,5−ナフチレン)、3価の脂肪族炭化水素基(例えば、メチン、エチリジン、プロピリジン、ブチリジン)、3価の脂環式炭化水素基(例えば、シクロヘキサン−1,3,5−トリイル、1,4−ジメチレン−シクロヘキサン−1−イル)、3価の芳香族炭化水素基(例えば、トルエン−2,4,6−トリイル)、4価の脂肪族炭化水素基、4価の脂環式炭化水素基、4価の芳香族炭化水素基等が挙げられる。
これらの中で好ましいものは、2価又は3価の脂肪族炭化水素基である。より好ましくは、炭素数1〜2の2価又は3価の脂肪族炭化水素基である。
The R 2, R 3 in the general formula (7) in the general formula (6), a divalent aliphatic hydrocarbon group (e.g. having 1 to 12 carbon atoms, methylene, ethylene, tetramethylene, hexamethylene, octamethylene Methylene, decamethylene, 1-methyltetramethylene, 2-methyltetramethylene), divalent alicyclic hydrocarbon groups (for example, 1,5,5-trimethyl-cyclohexane-1,3-diyl, methylenedicyclohexyl-4, 4′-diyl, cyclohexane-1,4-diyl, 1,4-dimethylene-cyclohexane (residue obtained by removing two hydroxyl groups from 1,4-cyclohexanedimethanol), divalent aromatic hydrocarbon group ( For example, toluene-2,4-diyl, toluene-2,6-diyl, xylylene, tetramethylxylylene, phenylene, 1,5-naphthylene), trivalent fat Aliphatic hydrocarbon group (for example, methine, ethylidene, propyridine, butyridine), trivalent alicyclic hydrocarbon group (for example, cyclohexane-1,3,5-triyl, 1,4-dimethylene-cyclohexane-1- Yl), trivalent aromatic hydrocarbon group (for example, toluene-2,4,6-triyl), tetravalent aliphatic hydrocarbon group, tetravalent alicyclic hydrocarbon group, tetravalent aromatic carbon group A hydrogen group etc. are mentioned.
Among these, a divalent or trivalent aliphatic hydrocarbon group is preferable. More preferably, it is a C1-C2 bivalent or trivalent aliphatic hydrocarbon group.

一般式(5)におけるnが2以上の場合、Zとしては、少なくとも1つが一般式(2)で表される基を含有する炭素数1〜85の基であれば、他のZは、炭素数1〜20の炭化水素基であってもよい。
炭素数1〜20の炭化水素基としては、炭素数1〜20の直鎖又は分岐の1価の飽和脂肪族炭化水素基(例えば、メチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、n−ブチル、1−メチルプロピル、イソブチル、t−ブチル、n−ペンチル、イソペンチル、1−メチルブチル、2−メチルブチル、1,1−ジメチルプロピル、2,2−ジメチルプロピル、1,2−ジメチルプロピル、1−エチルプロピル、n−ヘキシル、イソヘキシル、3−メチルペンチル、2−メチルペンチル、1−メチルペンチル、1,1−ジメチルブチル、2,2−ジメチルブチル、1,1,2−トリメチルプロピル、1−エチル−1−メチルプロピル、ヘプチル、オクチル、イソオクチル、2−エチルヘキシル、ノニル、デシル、ウンデシル、ドデシル、トリデシル、テトラデシル、ペンタデシル、ヘキサデシル、ヘプタデシル、オクタデシル、ノナデシル、イコシル)、炭素数5〜20の1価の飽和脂環式炭化水素基(例えば、シクロペンチル、シクロへキシル、シクロヘキシルメチル、シクロヘキシルエチル)、炭素数2〜20の直鎖又は分岐の1価の不飽和炭化水素基(例えば、ビニルアルコール、シトロネロール、リナロール、3−メチル−2−ブテン−1−オール、ゲラニオール、レチノール等の不飽和アルコールから水酸基を除いた残基)等が挙げられる。好ましいものは下記一般式(8)で表される不飽和炭化水素基である。また、炭素数1〜10の直鎖又は分岐の1価の飽和脂肪族炭化水素基も好ましい。
When n in the general formula (5) is 2 or more, as Z, if at least one is a group having 1 to 85 carbon atoms containing a group represented by the general formula (2), the other Z is carbon The hydrocarbon group of number 1-20 may be sufficient.
Examples of the hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms include linear or branched monovalent saturated aliphatic hydrocarbon groups having 1 to 20 carbon atoms (for example, methyl, ethyl, n-propyl, isopropyl, n-butyl, 1 -Methylpropyl, isobutyl, t-butyl, n-pentyl, isopentyl, 1-methylbutyl, 2-methylbutyl, 1,1-dimethylpropyl, 2,2-dimethylpropyl, 1,2-dimethylpropyl, 1-ethylpropyl, n-hexyl, isohexyl, 3-methylpentyl, 2-methylpentyl, 1-methylpentyl, 1,1-dimethylbutyl, 2,2-dimethylbutyl, 1,1,2-trimethylpropyl, 1-ethyl-1- Methylpropyl, heptyl, octyl, isooctyl, 2-ethylhexyl, nonyl, decyl, undecyl, dodecyl, tridecyl Tetradecyl, pentadecyl, hexadecyl, heptadecyl, octadecyl, nonadecyl, icosyl), monovalent saturated alicyclic hydrocarbon group having 5 to 20 carbon atoms (for example, cyclopentyl, cyclohexyl, cyclohexylmethyl, cyclohexylethyl), carbon number 2 -20 linear or branched monovalent unsaturated hydrocarbon groups (for example, hydroxyl groups are removed from unsaturated alcohols such as vinyl alcohol, citronellol, linalool, 3-methyl-2-buten-1-ol, geraniol, and retinol) Residue) and the like. Preferred is an unsaturated hydrocarbon group represented by the following general formula (8). A linear or branched monovalent saturated aliphatic hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms is also preferred.

Figure 2015060156
Figure 2015060156

[一般式(8)中、Rは炭素数1〜12の2価の炭化水素基である。T〜Tは、それぞれ独立して水素原子、炭素数1〜4のアルキル基及び炭素数6〜12の芳香族基からなる群より選ばれる1種であり、互いに環を形成していてもよい。][In the general formula (8), R 4 is a divalent hydrocarbon group having 1 to 12 carbon atoms. T 1 to T 3 are each independently one selected from the group consisting of a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and an aromatic group having 6 to 12 carbon atoms, and each form a ring. Also good. ]

一般式(8)におけるRとしての炭素数1〜12の2価の炭化水素基としては、炭素数1〜12の2価の脂肪族炭化水素基(例えば、メチレン、エチレン、テトラメチレン、ヘキサメチレン、オクタメチレン、デカメチレン、1−メチルテトラメチレン、2−メチルテトラメチレン、3−メチルペンタメチレン)、2価の脂環式炭化水素基(例えば、1,5,5−トリメチル−シクロヘキサン−1,3−ジイル、メチレンジシクロヘキシル−4,4’−ジイル、シクロヘキサン−1,4−ジイル、1,4−ジメチレン−シクロヘキサン(1,4−シクロヘキサンジメタノールから2個の水酸基を除いた残基))、2価の芳香族炭化水素基(例えば、トルエン−2,4−ジイル、トルエン−2,6−ジイル、キシリレン、テトラメチルキシリレン、フェニレン、1,5−ナフチレン)等が挙げられる。The divalent hydrocarbon group having 1 to 12 carbon atoms as R 4 in the general formula (8) is a divalent aliphatic hydrocarbon group having 1 to 12 carbon atoms (for example, methylene, ethylene, tetramethylene, hexa Methylene, octamethylene, decamethylene, 1-methyltetramethylene, 2-methyltetramethylene, 3-methylpentamethylene), divalent alicyclic hydrocarbon group (for example, 1,5,5-trimethyl-cyclohexane-1, 3-diyl, methylenedicyclohexyl-4,4′-diyl, cyclohexane-1,4-diyl, 1,4-dimethylene-cyclohexane (residue obtained by removing two hydroxyl groups from 1,4-cyclohexanedimethanol)), Divalent aromatic hydrocarbon groups (for example, toluene-2,4-diyl, toluene-2,6-diyl, xylylene, tetramethylxylyl Emissions, phenylene, 1,5-naphthylene), and the like.

一般式(8)におけるT〜Tとしての炭素数1〜4のアルキル基としては、メチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、n−ブチル、1−メチルプロピル、2−メチルプロピル及びt−ブチル等が挙げられる。中でも、メチルが好ましい。炭素数6〜12の芳香族基としてはフェニル、メチルフェニル等が挙げられる。Examples of the alkyl group having 1 to 4 carbon atoms as T 1 to T 3 in the general formula (8) include methyl, ethyl, n-propyl, isopropyl, n-butyl, 1-methylpropyl, 2-methylpropyl and t- Examples include butyl. Of these, methyl is preferable. Examples of the aromatic group having 6 to 12 carbon atoms include phenyl and methylphenyl.

化合物(C)は、例えば以下の方法で得ることができる。
(1)2個以上のイソシアネート基を有する化合物(I1)と、一般式(2)で表される基を有する活性水素化合物(J)とを反応させて合成する。
(2)上記(1)において、(I1)の代わりに、アロファネート結合(a3)及びビウレット結合(a4)からなる群より選ばれる少なくとも1つの結合(a)を有し2個以上のイソシアネート基を有する化合物(I2)を使用して合成する。
(3)上記(1)において、(I1)の代わりに、炭素数4〜44のジイソシアネート(E)と炭素数2〜20のジオール(F)との反応物である両末端イソシアネート基を有するウレタンプレポリマー(I3)を使用して合成する。
Compound (C) can be obtained, for example, by the following method.
(1) A compound (I1) having two or more isocyanate groups is synthesized by reacting an active hydrogen compound (J) having a group represented by the general formula (2).
(2) In the above (1), in place of (I1), at least one bond (a) selected from the group consisting of an allophanate bond (a3) and a biuret bond (a4) and having two or more isocyanate groups The compound (I2) is synthesized.
(3) In the above (1), in place of (I1), a urethane having a both-end isocyanate group which is a reaction product of a diisocyanate (E) having 4 to 44 carbon atoms and a diol (F) having 2 to 20 carbon atoms Synthesize using prepolymer (I3).

上記の(1)〜(3)の反応は、反応時間の短縮という点からウレタン化触媒存在下で行うことが好ましい。
反応は溶媒を使用せずに行うか、又は溶媒中で行う。反応溶媒としてはN−メチルピロリドン、N,N−ジメチルホルムアミド、ジオキソラン等が挙げられる。反応時間は、通常1〜24時間だが、5〜8時間が好ましい。
仕込み順は特に限定されず、活性水素化合物を先に仕込んでいてもよく、イソシアネート基を有する化合物を先に仕込んでいてもよい。
The reactions (1) to (3) are preferably performed in the presence of a urethanization catalyst from the viewpoint of shortening the reaction time.
The reaction is carried out without using a solvent or in a solvent. Examples of the reaction solvent include N-methylpyrrolidone, N, N-dimethylformamide, dioxolane and the like. The reaction time is usually 1 to 24 hours, but preferably 5 to 8 hours.
The order of preparation is not particularly limited, and the active hydrogen compound may be charged first, or the compound having an isocyanate group may be charged first.

化合物(I1)としては、例えば、エチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、ジシクロヘキシルメタン4,4’−ジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート、トルエンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、テトラメチルキシリレンジイソシアネート、エチレンジイソシアネートの3量体、ヘキサメチレンジイソシアネートの3量体、イソホロンジイソシアネートの3量体等が挙げられる。
化合物(I2)としては、例えば、アロファネート結合(a3)を有し2個以上のイソシアネート基を有する化合物として、上記一般式(11)で表される構造の化合物等が挙げられる。ビウレット結合(a4)を有し2個以上のイソシアネート基を有する化合物として、上記一般式(12)で表される構造の化合物等が挙げられる。このような化合物(I2)としては、デュラネート(登録商標)A201H(アロファネート変性ヘキサメチレンジイソシアネート)[旭化成ケミカルズ(株)製]、デュラネート24A−100(ビウレット変性ヘキサメチレンジイソシアネート)[旭化成ケミカルズ(株)製]等が挙げられる。化合物(I3)としては、ヘキサメチレンジイソシアネートと1,4−シクロヘキサンジメタノールとを反応させたウレタンプレポリマー等が挙げられる。
Examples of the compound (I1) include ethylene diisocyanate, hexamethylene diisocyanate, dicyclohexylmethane 4,4′-diisocyanate, isophorone diisocyanate, diphenylmethane diisocyanate, toluene diisocyanate, xylylene diisocyanate, tetramethylxylylene diisocyanate, and ethylene diisocyanate trimer. , Hexamethylene diisocyanate trimer, isophorone diisocyanate trimer, and the like.
Examples of the compound (I2) include compounds having a structure represented by the above general formula (11) as a compound having an allophanate bond (a3) and having two or more isocyanate groups. Examples of the compound having a biuret bond (a4) and having two or more isocyanate groups include compounds having a structure represented by the general formula (12). As such compound (I2), Duranate (registered trademark) A201H (allophanate-modified hexamethylene diisocyanate) [manufactured by Asahi Kasei Chemicals Co., Ltd.], Duranate 24A-100 (biuret-modified hexamethylene diisocyanate) [manufactured by Asahi Kasei Chemicals Co., Ltd.] ] Etc. are mentioned. Examples of the compound (I3) include a urethane prepolymer obtained by reacting hexamethylene diisocyanate and 1,4-cyclohexanedimethanol.

炭素数4〜44のジイソシアネート化合物(E)としては、エチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、ジシクロヘキシルメタン4,4’−ジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート、トルエンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、テトラメチルキシリレンジイソシアネート等が挙げられる。 Examples of the diisocyanate compound (E) having 4 to 44 carbon atoms include ethylene diisocyanate, hexamethylene diisocyanate, dicyclohexylmethane 4,4′-diisocyanate, isophorone diisocyanate, diphenylmethane diisocyanate, toluene diisocyanate, xylylene diisocyanate, and tetramethylxylylene diisocyanate. Can be mentioned.

炭素数2〜20のジオール化合物(F)としては、例えば、1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、1,4−シクロヘキサンジメタノール、1,4−シクロヘキサンジエタノール等が挙げられる。 Examples of the diol compound (F) having 2 to 20 carbon atoms include 1,4-butanediol, 1,6-hexanediol, 3-methyl-1,5-pentanediol, 1,4-cyclohexanedimethanol, 1 , 4-cyclohexanediethanol and the like.

活性水素化合物(J)は、例えば、イソシアネート基と反応可能な活性水素を有し、かつ一般式(2)で表される基を有する化合物である。活性水素としては、水酸基、アミノ基等の活性水素が挙げられる。
一般式(2)で表される基を有する活性水素化合物(J)としては、ジメチル(ヒドロキシメチル)ホスホン酸、ジエチル(ヒドロキシメチル)ホスホン酸、ジメチル(2−ヒドロキシエチル)ホスホン酸、ジエチル(2−ヒドロキシエチル)ホスホン酸、1−ヒドロキシエタン−1,1−ジホスホン酸(エチドロン酸)、1−ヒドロキシエタン−1,1−ジホスホン酸二リチウム(エチドロン酸二リチウム)、ジエチル(アミノメチル)ホスホン酸、ジメチル(2−アミノエチル)ホスホン酸、ビス(2,2,2−トリフルオロエチル)(2−ヒドロキシエチル)リン酸等が挙げられる。
The active hydrogen compound (J) is, for example, a compound having active hydrogen capable of reacting with an isocyanate group and having a group represented by the general formula (2). Examples of the active hydrogen include active hydrogen such as a hydroxyl group and an amino group.
Examples of the active hydrogen compound (J) having a group represented by the general formula (2) include dimethyl (hydroxymethyl) phosphonic acid, diethyl (hydroxymethyl) phosphonic acid, dimethyl (2-hydroxyethyl) phosphonic acid, diethyl (2 -Hydroxyethyl) phosphonic acid, 1-hydroxyethane-1,1-diphosphonic acid (etidronic acid), 1-hydroxyethane-1,1-diphosphonic acid dilithium (etidronic acid dilithium), diethyl (aminomethyl) phosphonic acid , Dimethyl (2-aminoethyl) phosphonic acid, bis (2,2,2-trifluoroethyl) (2-hydroxyethyl) phosphoric acid, and the like.

リチウムイオン二次電池用添加剤(D)は化合物(C)以外の成分を含有していてもよいが、(C)以外の成分を含有しない方が好ましい。化合物(C)以外の成分としてはビニレンカーボネート、フルオロエチレンカーボネート、クロロエチレンカーボネート、エチレンサルファイト、プロピレンサルファイト及びα−ブロモ−γ−ブチロラクトン等が挙げられる。
リチウムイオン二次電池用添加剤(D)における化合物(C)の含有量は、(D)の重量を基準として、10〜100重量%であることが好ましく、更に好ましくは50〜100重量%である。化合物(C)は、1種のみ用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。化合物(C)の含有量は、化合物(C)を2種以上使用する場合には、それらの合計量である。
Although the additive (D) for lithium ion secondary batteries may contain components other than a compound (C), it is preferable not to contain components other than (C). Examples of components other than the compound (C) include vinylene carbonate, fluoroethylene carbonate, chloroethylene carbonate, ethylene sulfite, propylene sulfite, and α-bromo-γ-butyrolactone.
The content of the compound (C) in the additive (D) for lithium ion secondary batteries is preferably 10 to 100% by weight, more preferably 50 to 100% by weight, based on the weight of (D). is there. Only one type of compound (C) may be used, or two or more types may be used in combination. The content of the compound (C) is the total amount when two or more compounds (C) are used.

<電極>
上記リチウムイオン二次電池用添加剤(D)を含有する電極も、本発明の1つである。
本発明の電極は正極であってもよく、負極であってもよいが、好ましくは正極である。
本発明の電極は、通常、リチウムイオン二次電池用添加剤(D)と共に、活物質(K)及び結着剤(L)を含有する。
活物質(K)としては負極活物質(K1)及び正極活物質(K2)が挙げられる。
負極活物質(K1)としては、黒鉛、アモルファス炭素、高分子化合物焼成体(例えばフェノール樹脂及びフラン樹脂等を焼成し炭素化したもの)、コークス類(例えばピッチコークス、ニードルコークス及び石油コークス)、炭素繊維、導電性高分子(例えばポリアセチレン及びポリピロール)、スズ、シリコン、及び金属合金(例えばリチウム−スズ合金、リチウム−シリコン合金、リチウム−アルミニウム合金及びリチウム−アルミニウム−マンガン合金等)等が挙げられる。負極活物質(K1)は、1種のみ用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
正極活物質(K2)としてはリチウムと遷移金属との複合酸化物(例えばLiCoO、LiNiO、LiMnO及びLiMn)、遷移金属酸化物(例えばMnO及びV)、遷移金属硫化物(例えばMoS及びTiS)、及び導電性高分子(例えばポリアニリン、ポリフッ化ビニリデン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリ−p−フェニレン及びポリカルバゾール)等が挙げられる。正極活物質(K2)は、1種のみ用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
<Electrode>
An electrode containing the additive for lithium ion secondary battery (D) is also one aspect of the present invention.
The electrode of the present invention may be a positive electrode or a negative electrode, but is preferably a positive electrode.
The electrode of the present invention usually contains an active material (K) and a binder (L) together with an additive (D) for a lithium ion secondary battery.
Examples of the active material (K) include a negative electrode active material (K1) and a positive electrode active material (K2).
As the negative electrode active material (K1), graphite, amorphous carbon, a polymer compound fired body (for example, a product obtained by firing and carbonizing a phenol resin, a furan resin, etc.), cokes (for example, pitch coke, needle coke, and petroleum coke), Examples thereof include carbon fibers, conductive polymers (for example, polyacetylene and polypyrrole), tin, silicon, and metal alloys (for example, lithium-tin alloy, lithium-silicon alloy, lithium-aluminum alloy, and lithium-aluminum-manganese alloy). . Only one type of negative electrode active material (K1) may be used, or two or more types may be used in combination.
As the positive electrode active material (K2), a composite oxide of lithium and a transition metal (for example, LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMnO 2 and LiMn 2 O 4 ), a transition metal oxide (for example, MnO 2 and V 2 O 5 ), transition Examples thereof include metal sulfides (eg, MoS 2 and TiS 2 ), and conductive polymers (eg, polyaniline, polyvinylidene fluoride, polypyrrole, polythiophene, polyacetylene, poly-p-phenylene, and polycarbazole). Only one type of positive electrode active material (K2) may be used, or two or more types may be used in combination.

結着剤(L)としてはデンプン、ポリフッ化ビニリデン、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルピロリドン、テトラフルオロエチレン、ポリエチレン及びポリプロピレン等の高分子化合物が挙げられる。これらは1種のみ用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。 Examples of the binder (L) include high molecular compounds such as starch, polyvinylidene fluoride, polyvinyl alcohol, carboxymethyl cellulose, polyvinyl pyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyethylene, and polypropylene. These may be used alone or in combination of two or more.

本発明の電極は更に導電助剤(M)を含有することができる。
導電助剤(M)としては黒鉛(例えば天然黒鉛及び人工黒鉛)(活物質(K)として黒鉛を用いる場合を除く)、カーボンブラック類(例えばカーボンブラック、アセチレンブラック、ケチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック及びサーマルブラック)、金属粉末(例えばアルミニウム粉及びニッケル粉)、導電性金属酸化物(例えば酸化亜鉛及び酸化チタン)等が挙げられる。
The electrode of the present invention can further contain a conductive additive (M).
As the conductive auxiliary agent (M), graphite (for example, natural graphite and artificial graphite) (except when graphite is used as the active material (K)), carbon blacks (for example, carbon black, acetylene black, ketjen black, channel black, Furnace black, lamp black and thermal black), metal powder (for example, aluminum powder and nickel powder), and conductive metal oxide (for example, zinc oxide and titanium oxide).

本発明の電極における、リチウムイオン二次電池用添加剤(D)、活物質(K)及び結着剤(L)の合計重量に基づくリチウムイオン二次電池用添加剤(D)、活物質(K)、結着剤(L)、及び導電助剤(M)のそれぞれの好ましい含有量は以下の通りである。
リチウムイオン二次電池用添加剤(D)の含有量は、発熱抑制効果及び充放電サイクル特性の観点から、好ましくは0.05〜5重量%であり、更に好ましくは0.1〜2重量%である。
活物質(K)の含有量は、電池容量の観点から、好ましくは70〜98重量%であり、更に好ましくは90〜98重量%である。
結着剤(L)の含有量は、電池容量の観点から、好ましくは0.5〜29重量%であり、更に好ましくは1〜10重量%である。
導電助剤(M)の含有量は、電池出力の観点から、好ましくは0〜29重量%であり、更に好ましくは1〜10重量%である。
Lithium ion secondary battery additive (D) based on the total weight of lithium ion secondary battery additive (D), active material (K) and binder (L) in the electrode of the present invention, active material ( The preferred contents of K), the binder (L), and the conductive auxiliary agent (M) are as follows.
The content of the additive (D) for the lithium ion secondary battery is preferably 0.05 to 5% by weight, more preferably 0.1 to 2% by weight, from the viewpoint of the heat generation suppressing effect and the charge / discharge cycle characteristics. It is.
The content of the active material (K) is preferably 70 to 98% by weight, more preferably 90 to 98% by weight, from the viewpoint of battery capacity.
The content of the binder (L) is preferably 0.5 to 29% by weight and more preferably 1 to 10% by weight from the viewpoint of battery capacity.
The content of the conductive auxiliary agent (M) is preferably 0 to 29% by weight, more preferably 1 to 10% by weight, from the viewpoint of battery output.

本発明の電極は、例えばリチウムイオン二次電池用添加剤(D)、活物質(K)、結着剤(L)、及び必要により導電助剤(M)を、水又は溶媒に20〜60重量%の濃度で分散してスラリー化したものを、集電体にバーコーター等の塗工装置で塗布後、乾燥して溶媒を除去して、必要によりプレス機でプレスすることにより得られる。 The electrode of the present invention is prepared by adding, for example, an additive (D) for a lithium ion secondary battery, an active material (K), a binder (L), and, if necessary, a conductive additive (M) in water or a solvent in an amount of 20 to 60. What was dispersed and slurried at a concentration of weight% was applied to a current collector with a coating device such as a bar coater, dried to remove the solvent, and if necessary, pressed with a press machine.

溶媒としては、ラクタム化合物、ケトン化合物、アミド化合物、アミン化合物、環状エーテル化合物等を用いることができる。
例えば1−メチル−2−ピロリドン、メチルエチルケトン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルアミノプロピルアミン及びテトラヒドロフラン等が挙げられる。
集電体としては、銅、アルミニウム、チタン、ステンレス鋼、ニッケル、焼成炭素、導電性高分子及び導電性ガラス等が挙げられる。
As the solvent, lactam compounds, ketone compounds, amide compounds, amine compounds, cyclic ether compounds and the like can be used.
Examples thereof include 1-methyl-2-pyrrolidone, methyl ethyl ketone, dimethylformamide, dimethylacetamide, N, N-dimethylaminopropylamine, and tetrahydrofuran.
Examples of the current collector include copper, aluminum, titanium, stainless steel, nickel, baked carbon, conductive polymer, and conductive glass.

<電解液>
本発明の電解液は、リチウムイオン二次電池用添加剤(D)、電解質(G)及び非水溶媒(H)を含有し、好ましくはリチウムイオン二次電池用の電解液として有用である。
<Electrolyte>
The electrolytic solution of the present invention contains an additive (D) for a lithium ion secondary battery, an electrolyte (G), and a nonaqueous solvent (H), and is preferably useful as an electrolytic solution for a lithium ion secondary battery.

電解質(G)としては、通常の電解液に用いられているもの等が使用でき、例えば、LiPF、LiBF、LiSbF、LiAsF及びLiClO等の無機酸のリチウム塩、LiN(CFSO、LiN(CSO及びLiC(CFSO等の有機酸のリチウム塩が挙げられる。これらの内、電池出力及び充放電サイクル特性の観点から好ましいのはLiPFである。The electrolyte (G), normal is can be used such as those used in the electrolytic solution, for example, LiPF 6, LiBF 4, LiSbF 6, LiAsF 6 , and lithium salts of inorganic acids LiClO 4, etc., LiN (CF 3 Examples include lithium salts of organic acids such as SO 2 ) 2 , LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 and LiC (CF 3 SO 2 ) 3 . Among these, LiPF 6 is preferable from the viewpoint of battery output and charge / discharge cycle characteristics.

非水溶媒(H)としては、通常の電解液に用いられているもの等が使用でき、例えば、ラクトン化合物、環状又は鎖状炭酸エステル、鎖状カルボン酸エステル、環状又は鎖状エーテル、リン酸エステル、ニトリル化合物、アミド化合物、スルホン、スルホラン等及びこれらの混合物を用いることができる。 As the non-aqueous solvent (H), those used in ordinary electrolytes can be used, for example, lactone compounds, cyclic or chain carbonates, chain carboxylates, cyclic or chain ethers, phosphoric acid Esters, nitrile compounds, amide compounds, sulfones, sulfolanes, and the like and mixtures thereof can be used.

非水溶媒(H)の内、電池出力及び充放電サイクル特性の観点から好ましいのは環状又は鎖状炭酸エステルである。
環状炭酸エステルの具体例としては、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート及びブチレンカーボネート等が挙げられる。
鎖状炭酸エステルの具体例としては、ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチル−n−プロピルカーボネート、エチル−n−プロピルカーボネート及びジ−n−プロピルカーボネート等が挙げられる。
Of the non-aqueous solvents (H), cyclic or chain carbonates are preferred from the viewpoint of battery output and charge / discharge cycle characteristics.
Specific examples of the cyclic carbonate include propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, and the like.
Specific examples of the chain carbonate include dimethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl-n-propyl carbonate, ethyl-n-propyl carbonate, and di-n-propyl carbonate.

本発明の電解液におけるリチウムイオン二次電池用添加剤(D)、電解質(G)及び非水溶媒(H)の合計重量に基づくリチウムイオン二次電池用添加剤(D)、電解質(G)及び非水溶媒(H)のそれぞれ好ましい含有量は以下の通りである。 Lithium ion secondary battery additive (D), electrolyte (G) based on the total weight of additive (D), electrolyte (G) and non-aqueous solvent (H) in the electrolyte solution of the present invention And preferable content of each of the non-aqueous solvent (H) is as follows.

リチウムイオン二次電池用添加剤(D)の含有量は、発熱抑制効果、充放電サイクル特性、電池容量及び高温貯蔵特性の観点から、好ましくは0.01〜10重量%、更に好ましくは0.05〜1重量%である。
電解液中の電解質(G)の含有量は、電池出力及び充放電サイクル特性の観点から好ましくは0.1〜30重量%であり、更に好ましくは0.5〜20重量%である。
非水溶媒(H)の含有量は、電池出力及び充放電サイクル特性の観点から好ましくは60〜99重量%であり、更に好ましくは85〜95重量%である。
The content of the additive (D) for a lithium ion secondary battery is preferably 0.01 to 10% by weight, more preferably 0. 0% from the viewpoints of heat generation suppression effect, charge / discharge cycle characteristics, battery capacity and high temperature storage characteristics. 05 to 1% by weight.
The content of the electrolyte (G) in the electrolytic solution is preferably 0.1 to 30% by weight, and more preferably 0.5 to 20% by weight from the viewpoint of battery output and charge / discharge cycle characteristics.
The content of the non-aqueous solvent (H) is preferably 60 to 99% by weight and more preferably 85 to 95% by weight from the viewpoint of battery output and charge / discharge cycle characteristics.

本発明の電解液は、更に過充電防止剤、脱水剤及び容量安定化剤等の添加剤を含有してもよい。以下の添加剤各成分の含有量は、リチウムイオン二次電池用添加剤(D)、電解質(G)及び非水溶媒(H)の合計重量に基づくものである。
過充電防止剤としては、ビフェニル、アルキルビフェニル、ターフェニル、ターフェニルの部分水素化体、シクロヘキシルベンゼン、t−ブチルベンゼン及びt−アミルベンゼン等の芳香族化合物等が挙げられる。過充電防止剤の含有量は、通常0〜5重量%、好ましくは0.5〜3重量%である。
The electrolytic solution of the present invention may further contain additives such as an overcharge inhibitor, a dehydrating agent and a capacity stabilizer. The content of each component of the following additives is based on the total weight of the additive (D) for the lithium ion secondary battery, the electrolyte (G), and the nonaqueous solvent (H).
Examples of the overcharge inhibitor include biphenyl, alkylbiphenyl, terphenyl, partially hydrogenated terphenyl, aromatic compounds such as cyclohexylbenzene, t-butylbenzene, and t-amylbenzene. The content of the overcharge inhibitor is usually 0 to 5% by weight, preferably 0.5 to 3% by weight.

脱水剤としては、ゼオライト、シリカゲル及び酸化カルシウム等が挙げられる。脱水剤の含有量は、通常0〜5重量%、好ましくは0.5〜3重量%である。 Examples of the dehydrating agent include zeolite, silica gel and calcium oxide. The content of the dehydrating agent is usually 0 to 5% by weight, preferably 0.5 to 3% by weight.

容量安定化剤としては、フルオロエチレンカーボネート、無水コハク酸、1−メチル−2−ピペリドン、ヘプタン及びフルオロベンゼン等が挙げられる。容量安定化剤の含有量は、通常0〜5重量%、好ましくは0.5〜3重量%である。 Examples of the capacity stabilizer include fluoroethylene carbonate, succinic anhydride, 1-methyl-2-piperidone, heptane, and fluorobenzene. The content of the capacity stabilizer is usually 0 to 5% by weight, preferably 0.5 to 3% by weight.

本発明の電解液の調製方法は特に限定されず、例えば、非水溶媒(H)にリチウムイオン二次電池用添加剤(D)、電解質(G)及び所望により添加されるその他の添加剤を溶解させることにより調製することができる。 The method for preparing the electrolytic solution of the present invention is not particularly limited. For example, the additive for lithium ion secondary battery (D), the electrolyte (G), and other additives that are optionally added to the nonaqueous solvent (H). It can be prepared by dissolving.

上記リチウムイオン二次電池用添加剤を含む電極及び/又は電解液を用いて、リチウムイオン二次電池を得ることができる。本発明の電極及び電解液のうち少なくともいずれか一方を有するリチウムイオン二次電池も、本発明の1つである。 A lithium ion secondary battery can be obtained using an electrode and / or an electrolyte containing the additive for lithium ion secondary batteries. A lithium ion secondary battery having at least one of the electrode and the electrolytic solution of the present invention is also one aspect of the present invention.

<リチウムイオン二次電池>
本発明のリチウムイオン二次電池は、例えば、正極、負極及びセパレータを収納した電池缶内に電解液を注入して電池缶を密封する際に、正極又は負極として本発明の電極を用いるか、電解液に本発明の電解液を用いるか、又はこれらの併用により得られる。
<Lithium ion secondary battery>
The lithium ion secondary battery of the present invention uses, for example, the electrode of the present invention as a positive electrode or a negative electrode when an electrolyte is injected into a battery can containing a positive electrode, a negative electrode, and a separator to seal the battery can, The electrolytic solution of the present invention is used as the electrolytic solution, or a combination thereof is used.

リチウムイオン二次電池におけるセパレータとしては、ポリエチレン又はポリプロピレン製フィルムの微多孔膜、多孔性のポリエチレンフィルムとポリプロピレンとの多層フィルム、ポリエステル繊維、アラミド繊維及びガラス繊維等からなる不織布並びにこれらの表面にシリカ、アルミナ及びチタニア等のセラミック微粒子を付着させたものが挙げられる。 As a separator in a lithium ion secondary battery, a microporous film made of polyethylene or polypropylene film, a multilayer film of porous polyethylene film and polypropylene, a nonwoven fabric made of polyester fiber, aramid fiber, glass fiber, etc., and silica on the surface thereof , Alumina and titania and other ceramic fine particles are attached.

リチウムイオン二次電池における電池缶としては、ステンレススチール、鉄、アルミニウム及びニッケルメッキスチール等の金属材料を用いることができるが、電池用途に応じてプラスチック材料を用いることもできる。また電池缶は、用途に応じて円筒型、コイン型、角型又はその他任意の形状にすることができる。 As the battery can in the lithium ion secondary battery, metal materials such as stainless steel, iron, aluminum, and nickel-plated steel can be used, but plastic materials can also be used depending on the battery application. Further, the battery can can be formed into a cylindrical shape, a coin shape, a square shape, or any other shape depending on the application.

以下、実施例により本発明を更に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。以下、特に定めない限り、%は重量%、部は重量部を示す。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further, this invention is not limited to these. Hereinafter, unless otherwise specified, “%” represents “% by weight” and “parts” represents “parts by weight”.

<実施例1>
添加剤(D−1)
撹拌機、温度計及び冷却管を取り付けたフラスコに、ジメチル(2−ヒドロキシエチル)ホスホン酸(I−1)[和光純薬工業(株)製]18.0部、ヘキサメチレンジイソシアネート[和光純薬工業(株)製ジイソシアン酸ヘキサメチレン]9.8部、N,N−ジメチルホルムアミド[東京化成工業(株)製]100部及びジラウリン酸ジブチルスズ[東京化成工業(株)製]0.07部を仕込み80℃で5時間加熱した。得られた反応液を室温まで放冷した後、メタノール中に懸濁させて濾過により反応物を精製し、下記式(13)で示される化合物(C−1)12.5部を得た(収率45%)。化合物(C−1)を添加剤(D−1)とする。
<Example 1>
Additive (D-1)
In a flask equipped with a stirrer, a thermometer and a condenser, 18.0 parts of dimethyl (2-hydroxyethyl) phosphonic acid (I-1) [manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.], hexamethylene diisocyanate [Wako Pure Chemical Industries, Ltd.] 9.8 parts of hexamethylene diisocyanate manufactured by Kogyo Co., Ltd., 100 parts of N, N-dimethylformamide [manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.] and 0.07 part of dibutyltin dilaurate [manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.] The preparation was heated at 80 ° C. for 5 hours. The resulting reaction solution was allowed to cool to room temperature, suspended in methanol and purified by filtration to obtain 12.5 parts of a compound (C-1) represented by the following formula (13) ( Yield 45%). Compound (C-1) is used as additive (D-1).

Figure 2015060156
Figure 2015060156

<製造例1>
エチドロン酸二リチウム
撹拌機及び温度計を取り付けたフラスコに、60%エチドロン酸水溶液[和光純薬工業(株)製]5.0部を仕込み、氷浴にて冷却しながら水酸化リチウム一水和物[和光純薬工業(株)製]1.32部を含む水溶液を用いて中和した。得られた水溶液を加熱し水を蒸発させた後、減圧(1.3kPa)下乾燥させてエチドロン酸二リチウム(I−2)3.0部を得た(収率95%)。
<Production Example 1>
A flask equipped with a dilithium etidronate stirrer and a thermometer was charged with 5.0 parts of a 60% etidronic acid aqueous solution [manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.], and lithium hydroxide monohydrate while cooling in an ice bath. The product [manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.] was neutralized with an aqueous solution containing 1.32 parts. The obtained aqueous solution was heated to evaporate water, and then dried under reduced pressure (1.3 kPa) to obtain 3.0 parts of dilithium etidronate (I-2) (yield 95%).

<実施例2>
添加剤(D−2)
ジメチル(2−ヒドロキシエチル)ホスホン酸(I−1)18.0部の代わりに、エチドロン酸二リチウム(I−2)25.4部を用いた以外は実施例1と同様にして行い、下記式(14)で示される化合物(C−2)14.8部を得た(収率42%)。化合物(C−2)を添加剤(D−2)とする。
<Example 2>
Additive (D-2)
The same procedure as in Example 1 was carried out except that 25.4 parts of etidronate dilithium (I-2) was used instead of 18.0 parts of dimethyl (2-hydroxyethyl) phosphonic acid (I-1). 14.8 parts of compound (C-2) represented by the formula (14) was obtained (42% yield). Let compound (C-2) be additive (D-2).

Figure 2015060156
Figure 2015060156

<実施例3>
添加剤(D−3)
ヘキサメチレンジイソシアネート9.8部の代わりに、ヘキサメチレンジイソシアネート三量体[旭化成(株)製]21.2部を用いた以外は実施例1と同様にして行い、下記式(15)で示される化合物(C−3)13.7部を得た(収率35%)。化合物(C−3)を添加剤(D−3)とする。
<Example 3>
Additive (D-3)
The same procedure as in Example 1 was carried out except that 21.2 parts of hexamethylene diisocyanate trimer [Asahi Kasei Co., Ltd.] was used instead of 9.8 parts of hexamethylene diisocyanate. 13.7 parts of compound (C-3) were obtained (yield 35%). Compound (C-3) is referred to as additive (D-3).

Figure 2015060156
Figure 2015060156

<実施例4>
添加剤(D−4)
撹拌機、温度計及び冷却管を取り付けたフラスコにエチドロン酸二リチウム(I−2)16.9部、ヘキサメチレンジイソシアネート三量体21.2部、N,N−ジメチルホルムアミド100部及びジラウリン酸ジブチルスズ0.07部を仕込み、80℃で5時間加熱した。続いてn−オクタノール[和光純薬工業(株)製]5.5部を仕込み、80℃で5時間加熱した。得られた反応液を室温まで放冷した後、メタノール中に懸濁させて濾過により反応物を精製し、下記式(16)で示される化合物(C−4)13.8部を得た(収率32%)。化合物(C−4)を添加剤(D−4)とする。
<Example 4>
Additive (D-4)
In a flask equipped with a stirrer, thermometer and condenser, 16.9 parts etidronate dilithium (I-2), 21.2 parts hexamethylene diisocyanate trimer, 100 parts N, N-dimethylformamide and dibutyltin dilaurate 0.07 part was charged and heated at 80 ° C. for 5 hours. Subsequently, 5.5 parts of n-octanol [manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.] was charged and heated at 80 ° C. for 5 hours. The resulting reaction solution was allowed to cool to room temperature, suspended in methanol and purified by filtration to obtain 13.8 parts of a compound (C-4) represented by the following formula (16) ( Yield 32%). Compound (C-4) is referred to as additive (D-4).

Figure 2015060156
Figure 2015060156

<実施例5>
添加剤(D−5)
撹拌機、温度計及び冷却管を取り付けたフラスコに、1,4−シクロヘキサンジメタノール[東京化成工業(株)製]8.4部、ヘキサメチレンジイソシアネート14.7部、N,N−ジメチルホルムアミド100部及びジラウリン酸ジブチルスズ0.07部を仕込み80℃で5時間加熱した。続いて、ジメチル(2−ヒドロキシエチル)ホスホン酸(I−1)9.0部を仕込み、80℃で5時間加熱した。得られた反応液を室温まで放冷した後、メタノール中に懸濁させて濾過により反応物を精製し、下記式(17)で示される化合物(C−5)12.2部を得た(収率38%)。化合物(C−5)を添加剤(D−5)とする。下記式(17)中、nは2である。
<Example 5>
Additive (D-5)
In a flask equipped with a stirrer, a thermometer and a condenser tube, 8.4 parts of 1,4-cyclohexanedimethanol [Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.], 14.7 parts of hexamethylene diisocyanate, N, N-dimethylformamide 100 And 0.07 part of dibutyltin dilaurate were charged and heated at 80 ° C. for 5 hours. Subsequently, 9.0 parts of dimethyl (2-hydroxyethyl) phosphonic acid (I-1) was charged and heated at 80 ° C. for 5 hours. The resulting reaction solution was allowed to cool to room temperature, suspended in methanol and purified by filtration to obtain 12.2 parts of a compound (C-5) represented by the following formula (17) ( Yield 38%). Compound (C-5) is referred to as additive (D-5). In the following formula (17), n is 2.

Figure 2015060156
Figure 2015060156

<実施例6>
添加剤(D−6)
ジメチル(2−ヒドロキシエチル)ホスホン酸(I−1)18.0部の代わりに、ジメチル(2−アミノエチル)ホスホン酸[東京化成工業(株)製](I−3)17.9部を用いた以外は実施例1と同様にして行い、下記式(18)で示される化合物(C−6)11.1部を得た(収率40%)。化合物(C−6)を添加剤(D−6)とする。
<Example 6>
Additive (D-6)
Instead of 18.0 parts of dimethyl (2-hydroxyethyl) phosphonic acid (I-1), 17.9 parts of dimethyl (2-aminoethyl) phosphonic acid [manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.] (I-3) Example 11 was carried out in the same manner as in Example 1 to obtain 11.1 parts of the compound (C-6) represented by the following formula (18) (yield 40%). Compound (C-6) is used as additive (D-6).

Figure 2015060156
Figure 2015060156

<実施例7>
添加剤(D−7)
ヘキサメチレンジイソシアネート9.8部の代わりに、デュラネートA201H(アロファネート変性ヘキサメチレンジイソシアネート)[旭化成(株)製]28.7部を用いた以外は実施例2と同様にして行い、下記式(19)で示される化合物(C−7)17.9部を得た(収率33%)。化合物(C−7)を添加剤(D−7)とする。
<Example 7>
Additive (D-7)
The same procedure as in Example 2 was carried out except that 28.7 parts of duranate A201H (allophanate-modified hexamethylene diisocyanate) [Asahi Kasei Co., Ltd.] was used instead of 9.8 parts of hexamethylene diisocyanate. 17.9 parts of a compound (C-7) represented by the formula (33% yield) was obtained. Compound (C-7) is referred to as additive (D-7).

Figure 2015060156
[式(19)中、Rは炭素数6〜40である長鎖アルキル基である。]
Figure 2015060156
[In Formula (19), R 8 is a long-chain alkyl group having 6 to 40 carbon atoms. ]

<実施例8>
添加剤(D−8)
ヘキサメチレンジイソシアネート9.8部の代わりに、デュラネート24A−100(ビウレット変性ヘキサメチレンジイソシアネート)[旭化成(株)製]18.6部を用いた以外は実施例1と同様にして行い、下記式(20)で示される化合物(C−8)12.8部を得た(収率35%)。化合物(C−8)を添加剤(D−8)とする。
<Example 8>
Additive (D-8)
The same procedure as in Example 1 was carried out except that 18.6 parts of duranate 24A-100 (biuret-modified hexamethylene diisocyanate) [Asahi Kasei Co., Ltd.] was used instead of 9.8 parts of hexamethylene diisocyanate. 20) (12.8 parts of compound (C-8)) was obtained (yield 35%). Compound (C-8) is used as additive (D-8).

Figure 2015060156
Figure 2015060156

<実施例9>
添加剤(D−9)
撹拌機、温度計及び冷却管を取り付けたフラスコにジメチル(2−ヒドロキシエチル)ホスホン酸(I−1)9.0部、ヘキサメチレンジイソシアネート9.8部、N,N−ジメチルホルムアミド100部及びジラウリン酸ジブチルスズ0.07部を仕込み、80℃で5時間加熱した。続いてシトロネロール[和光純薬工業(株)製]9.1部を仕込み、80℃で5時間加熱した。得られた反応液を室温まで放冷した後、メタノール中に懸濁させて濾過により反応物を精製し、下記式(21)で示される化合物(C−9)12.3部を得た(収率44%)。化合物(C−9)を添加剤(D−9)とする。
<Example 9>
Additive (D-9)
In a flask equipped with a stirrer, a thermometer and a condenser tube, 9.0 parts of dimethyl (2-hydroxyethyl) phosphonic acid (I-1), 9.8 parts of hexamethylene diisocyanate, 100 parts of N, N-dimethylformamide and dilaurin 0.07 part of dibutyltin acid was charged and heated at 80 ° C. for 5 hours. Subsequently, 9.1 parts of citronellol [manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.] were charged and heated at 80 ° C. for 5 hours. The resulting reaction liquid was allowed to cool to room temperature, suspended in methanol and purified by filtration to obtain 12.3 parts of a compound (C-9) represented by the following formula (21) ( Yield 44%). Compound (C-9) is referred to as additive (D-9).

Figure 2015060156
Figure 2015060156

<製造例2>
ビス(2,2,2−トリフルオロエチル)(2−ヒドロキシエチル)リン酸(I−4)
撹拌機、温度計、滴下漏斗及び冷却管を取り付けたフラスコに塩化ホスホリル[和光純薬工業(株)製]20.0部及びメチルエチルケトン100部を仕込み、トリフルオロエタノール26.1部及びピリジン31.0部を滴下漏斗から加え、室温で2時間撹拌した。さらにエチレングリコール24.3部を加え、80℃で5時間加熱した。得られた反応液を室温まで放冷後、水200部及び酢酸エチル200部を加え、水層を分離した。酢酸エチルを減圧下(1.3kPa)除去し、下記式(22)で表されるビス(2,2,2−トリフルオロエチル)(2−ヒドロキシエチル)リン酸(I−4)24.8部を得た(収率62%)。
<Production Example 2>
Bis (2,2,2-trifluoroethyl) (2-hydroxyethyl) phosphoric acid (I-4)
A flask equipped with a stirrer, a thermometer, a dropping funnel and a condenser tube was charged with 20.0 parts of phosphoryl chloride [manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.] and 100 parts of methyl ethyl ketone, and 26.1 parts of trifluoroethanol and 31. of pyridine. 0 part was added from the dropping funnel and stirred at room temperature for 2 hours. Further, 24.3 parts of ethylene glycol was added and heated at 80 ° C. for 5 hours. The resulting reaction solution was allowed to cool to room temperature, 200 parts of water and 200 parts of ethyl acetate were added, and the aqueous layer was separated. Ethyl acetate was removed under reduced pressure (1.3 kPa), and bis (2,2,2-trifluoroethyl) (2-hydroxyethyl) phosphoric acid (I-4) 24.8 represented by the following formula (22): Part was obtained (62% yield).

Figure 2015060156
Figure 2015060156

<実施例10>
添加剤(D−10)
ジメチル(2−ヒドロキシエチル)ホスホン酸(I−1)18.0部の代わりに、ビス(2,2,2−トリフルオロエチル)(2−ヒドロキシエチル)リン酸(I−4)35.7部を用いた以外は実施例1と同様にして行い、下記式(23)で示される化合物(C−10)20.5部を得た(収率45%)。化合物(C−10)を添加剤(D−10)とする。
<Example 10>
Additive (D-10)
Instead of 18.0 parts of dimethyl (2-hydroxyethyl) phosphonic acid (I-1), 35.7 bis (2,2,2-trifluoroethyl) (2-hydroxyethyl) phosphoric acid (I-4) 35.7 Except having used a part, it carried out similarly to Example 1 and obtained 20.5 parts of compounds (C-10) shown by following formula (23) (yield 45%). Compound (C-10) is referred to as additive (D-10).

Figure 2015060156
Figure 2015060156

<比較例1>
比較添加剤(D’−1)
リン酸トリメチルを比較添加剤(D’−1)とした。
<Comparative Example 1>
Comparative additive (D'-1)
Trimethyl phosphate was used as a comparative additive (D′-1).

<比較例2>
比較添加剤(D’−2)
トリ(2,2,2−トリフルオロエチル)ホスフェートを比較添加剤(D’−2)とした。
<Comparative example 2>
Comparative additive (D'-2)
Tri (2,2,2-trifluoroethyl) phosphate was used as a comparative additive (D′-2).

本発明の添加剤(D−1)〜(D−10)について、表1にまとめた。 The additives (D-1) to (D-10) of the present invention are summarized in Table 1.

Figure 2015060156
Figure 2015060156

リチウムイオン二次電池、及び電極の評価
<実施例11〜20及び比較例3〜5>
上記添加剤(D)又は比較添加剤(D’)を表2に示した配合部数で含有するリチウムイオン二次電池用正極を下記の方法で作製し、該正極を使用して下記の方法でリチウムイオン二次電池を作製した。
作製したリチウムイオン二次電池について、以下の方法で高電圧充放電サイクル特性、出力特性、発熱量及び発熱ピーク温度を評価した結果を表2に示した。
Evaluation of Lithium Ion Secondary Battery and Electrode <Examples 11 to 20 and Comparative Examples 3 to 5>
A positive electrode for a lithium ion secondary battery containing the additive (D) or the comparative additive (D ′) in the number of parts shown in Table 2 is prepared by the following method, and the positive electrode is used by the following method. A lithium ion secondary battery was produced.
Table 2 shows the results of evaluating the high voltage charge / discharge cycle characteristics, output characteristics, calorific value, and exothermic peak temperature of the produced lithium ion secondary battery by the following method.

Figure 2015060156
Figure 2015060156

[リチウムイオン二次電池用正極の作製]
LiCoO粉末90.0部、ケチェンブラック[シグマアルドリッチ社製]5.0部、ポリフッ化ビニリデン[シグマアルドリッチ社製]5.0部及び表2に示した部数の(D)又は(D’)を乳鉢で十分に混合した後、1−メチル−2−ピロリドン70.0部を添加し、更に乳鉢で十分に混合してスラリーを得た。得られたスラリーを、大気中でワイヤーバーを用いて厚さ20μmのアルミニウム電解箔上の片面に塗布し、80℃で1時間乾燥させた後、更に減圧下(1.3kPa)、80℃で2時間乾燥して、15.95mmφに打ち抜き、リチウムイオン二次電池用正極を作製した。
[Preparation of positive electrode for lithium ion secondary battery]
9 parts by weight of LiCoO 2 powder, 5.0 parts by Ketjen Black [manufactured by Sigma Aldrich], 5.0 parts by polyvinylidene fluoride [manufactured by Sigma Aldrich] and the number of parts shown in Table 2 (D) or (D ′ ) Was thoroughly mixed in a mortar, 70.0 parts of 1-methyl-2-pyrrolidone was added, and further mixed well in a mortar to obtain a slurry. The obtained slurry was applied to one side of an aluminum electrolytic foil having a thickness of 20 μm using a wire bar in the air, dried at 80 ° C. for 1 hour, and further under reduced pressure (1.3 kPa) at 80 ° C. It was dried for 2 hours and punched out to 15.95 mmφ to produce a positive electrode for a lithium ion secondary battery.

[リチウムイオン二次電池用負極の作製]
平均粒子径約8〜12μmの黒鉛粉末92.5部、ポリフッ化ビニリデン7.5部、及び1−メチル−2−ピロリドン200部を乳鉢で十分に混合しスラリーを得た。得られたスラリーを、大気中でワイヤーバーを用いて厚さ20μmの銅箔上の片面に塗布し、80℃で1時間乾燥させた後、更に減圧下(1.3kPa)、80℃で2時間乾燥して、16.15mmφに打ち抜き、プレス機で厚さ30μmにしてリチウムイオン二次電池用負極を作製した。
[Preparation of negative electrode for lithium ion secondary battery]
A slurry was obtained by sufficiently mixing 92.5 parts of graphite powder having an average particle size of about 8 to 12 μm, 7.5 parts of polyvinylidene fluoride, and 200 parts of 1-methyl-2-pyrrolidone in a mortar. The obtained slurry was applied to one side of a copper foil having a thickness of 20 μm using a wire bar in the atmosphere, dried at 80 ° C. for 1 hour, and further reduced pressure (1.3 kPa) at 80 ° C. for 2 hours. It was dried for a time, punched to 16.15 mmφ, and made a negative electrode for a lithium ion secondary battery with a thickness of 30 μm using a press.

[リチウムイオン二次電池の作製]
2032型コインセル内の両端に、上記で作製した正極及び負極をそれぞれの塗布面が向き合うように配置して、電極間にセパレータ(ポリプロピレン製不織布)を挿入し、二次電池用セルを作製した。エチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)との混合溶媒(体積比率1:1)に、LiPFを12重量%の割合で溶解させた電解液を作製したセルに注液密封してリチウムイオン二次電池を作製した。
[Production of lithium ion secondary battery]
The positive electrode and the negative electrode prepared as described above were arranged at both ends in the 2032 type coin cell so that the coated surfaces face each other, and a separator (polypropylene nonwoven fabric) was inserted between the electrodes to prepare a secondary battery cell. Lithium ions were injected and sealed in a cell in which an electrolytic solution was prepared by dissolving LiPF 6 in a mixed solvent of ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) (volume ratio 1: 1) at a ratio of 12% by weight. A secondary battery was produced.

<高電圧充放電サイクル特性の評価>
リチウムイオン二次電池を、充放電測定装置「バッテリーアナライザー1470型」[東陽テクニカ(株)製]を用いて、0.1Cの電流で電圧4.5Vまで充電し、10分間の休止後、0.1Cの電流で電池電圧を3.5Vまで放電し、この充放電を繰り返した。このときの初回充電時の電池容量と50サイクル目充電時の電池容量を測定し、下記式から充放電サイクル特性を算出した。数値が大きいほど、充放電サイクル特性が良好であることを示す。
高電圧充放電サイクル特性(%)=(50サイクル目充電時の電池容量/初回充電時の電池容量)×100
<Evaluation of high voltage charge / discharge cycle characteristics>
The lithium ion secondary battery was charged to a voltage of 4.5 V with a current of 0.1 C using a charge / discharge measuring device “Battery Analyzer 1470 type” [manufactured by Toyo Technica Co., Ltd.], and after 0 minutes of rest, 0 The battery voltage was discharged to 3.5 V with a current of 1 C, and this charge / discharge was repeated. At this time, the battery capacity at the first charge and the battery capacity at the 50th cycle charge were measured, and the charge / discharge cycle characteristics were calculated from the following formula. It shows that charging / discharging cycling characteristics are so favorable that a numerical value is large.
High voltage charge / discharge cycle characteristics (%) = (battery capacity at the 50th cycle charge / battery capacity at the first charge) × 100

<二次電池出力特性の評価>
リチウムイオン二次電池を、充放電測定装置「バッテリーアナライザー1470型」[東陽テクニカ(株)製]を用いて、0.1Cの電流で電圧4.5Vまで充電し、10分間の休止後、0.1Cの電流で電圧を3.0Vまで放電し、放電容量(以下0.1C放電容量と記載)を測定した。次に0.1Cの電流で電圧4.5Vまで充電し、10分間の休止後、1Cの電流で電圧を3.0Vまで放電し容量(以下1C放電容量と記載)を測定し、下記式から1C放電時の容量維持率を算出した。数値が大きい程、出力特性が良好であることを示す。
1C放電時の容量維持率(%)=(1C放電容量/0.1C放電容量)×100
<Evaluation of secondary battery output characteristics>
The lithium ion secondary battery was charged to a voltage of 4.5 V with a current of 0.1 C using a charge / discharge measuring device “Battery Analyzer 1470 type” [manufactured by Toyo Technica Co., Ltd.], and after 0 minutes of rest, 0 The voltage was discharged to 3.0 V with a current of 1 C, and the discharge capacity (hereinafter referred to as 0.1 C discharge capacity) was measured. Next, the battery is charged to a voltage of 4.5 V with a current of 0.1 C, and after a pause of 10 minutes, the voltage is discharged to 3.0 V with a current of 1 C, and the capacity (hereinafter referred to as 1 C discharge capacity) is measured. The capacity retention rate during 1C discharge was calculated. The larger the value, the better the output characteristics.
Capacity maintenance rate during 1 C discharge (%) = (1 C discharge capacity / 0.1 C discharge capacity) × 100

<発熱量及び発熱ピーク温度の評価>
リチウムイオン二次電池を、充放電測定装置「バッテリーアナライザー1470型」[東陽テクニカ(株)製]を用いて、0.1Cの電流で電圧4.3Vまで充電し、10分間の休止後、0.1Cの電流で電池電圧を3.0Vまで放電し、この充放電を3回繰り返した後、0.1Cの電流で電圧4.3Vまで充電した。この電池をアルゴン雰囲気下で分解して正極を取り出し、ジエチルカーボネートで洗浄し、減圧下(1.3kPa)で2時間乾燥した。続いて、アルゴン雰囲気下でLVCパン(耐圧パン)に上記正極を約3mgと、エチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)との混合溶媒(体積比率1:1)に、LiPFを12重量%の割合で溶解させた電解液を約2mg入れ、測定用サンプルを作製した。このサンプルを、示差走査熱量計(DSC)[パーキンエルマー社製]を用いて、25℃から320℃まで5℃/分の速度で昇温し、発熱量及び発熱ピーク温度を測定した。
<Evaluation of calorific value and exothermic peak temperature>
The lithium ion secondary battery was charged to a voltage of 4.3 V with a current of 0.1 C using a charge / discharge measuring device “Battery Analyzer 1470 type” [manufactured by Toyo Technica Co., Ltd.], and after a pause of 10 minutes, 0 The battery voltage was discharged to 3.0 V with a current of 0.1 C, and this charge / discharge was repeated three times, and then charged to a voltage of 4.3 V with a current of 0.1 C. This battery was decomposed under an argon atmosphere, the positive electrode was taken out, washed with diethyl carbonate, and dried under reduced pressure (1.3 kPa) for 2 hours. Subsequently, about 3 mg of the positive electrode is placed in an LVC pan (pressure pan) under an argon atmosphere, 12 wt% of LiPF 6 in a mixed solvent of ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) (volume ratio 1: 1). About 2 mg of the electrolytic solution dissolved at a rate of% was put to prepare a measurement sample. The sample was heated from 25 ° C. to 320 ° C. at a rate of 5 ° C./minute using a differential scanning calorimeter (DSC) [manufactured by Perkin Elmer Co., Ltd.], and the calorific value and exothermic peak temperature were measured.

リチウムイオン二次電池、及び電解液の評価
<実施例21〜30及び比較例6〜7>
上記添加剤(D)又は比較添加剤(D’)を表2に示した配合部数で含有するリチウムイオン二次電池用電解液を使用したリチウムイオン二次電池を下記の方法で作製した。作製したリチウムイオン二次電池について、電極の場合と同様に、上記の方法で高電圧充放電サイクル特性及び出力特性を評価し、結果を表2に示した。また、以下の方法で発熱量及び発熱ピーク温度を評価した結果を表2に示した。
Evaluation of Lithium Ion Secondary Battery and Electrolyte <Examples 21 to 30 and Comparative Examples 6 to 7>
A lithium ion secondary battery using the electrolytic solution for a lithium ion secondary battery containing the additive (D) or the comparative additive (D ′) in the number of parts shown in Table 2 was produced by the following method. About the produced lithium ion secondary battery, the high voltage charging / discharging cycle characteristic and output characteristic were evaluated by said method similarly to the case of an electrode, and the result was shown in Table 2. Table 2 shows the results of evaluating the calorific value and the exothermic peak temperature by the following method.

[電解液の作製]
エチレンカーボネートとジエチルカーボネートとの混合溶媒(体積比率1:1)87.5部に、表2に示した部数で添加剤(D)又は比較添加剤(D’)を配合し、そこに12重量%となるようにLiPFを溶解させ、電解液を調製した。
[Preparation of electrolyte]
87.5 parts of a mixed solvent of ethylene carbonate and diethyl carbonate (volume ratio 1: 1) is blended with the additive (D) or comparative additive (D ′) in the number of parts shown in Table 2, and 12 wt. % and the LiPF 6 dissolved at, to prepare an electrolytic solution.

[正極の作製]
LiCoO粉末90.0部、ケチェンブラック5.0部及びポリフッ化ビニリデン5.0部を乳鉢で十分に混合した後、1−メチル−2−ピロリドン70.0部を添加し、更に乳鉢で十分に混合してスラリーを得た。得られたスラリーを、大気中でワイヤーバーを用いて厚さ20μmのアルミニウム電解箔上の片面に塗布し、80℃で1時間乾燥させた後、更に減圧下(1.3kPa)、80℃で2時間乾燥して、15.95mmφに打ち抜き、膜厚30μmのリチウムイオン二次電池用の正極を作製した。
[Production of positive electrode]
After thoroughly mixing 90.0 parts of LiCoO 2 powder, 5.0 parts of Ketjen black and 5.0 parts of polyvinylidene fluoride in a mortar, 70.0 parts of 1-methyl-2-pyrrolidone was added, and further in a mortar. Mix well to obtain a slurry. The obtained slurry was applied to one side of an aluminum electrolytic foil having a thickness of 20 μm using a wire bar in the air, dried at 80 ° C. for 1 hour, and further under reduced pressure (1.3 kPa) at 80 ° C. It was dried for 2 hours, punched out to 15.95 mmφ, and a positive electrode for a lithium ion secondary battery having a film thickness of 30 μm was produced.

[負極の作製]
平均粒子径約8〜12μmの黒鉛粉末92.5部、ポリフッ化ビニリデン7.5部及び1−メチル−2−ピロリドン200部を乳鉢で十分に混合しスラリーを得た。得られたスラリーを、大気中でワイヤーバーを用いて厚さ20μmの銅箔上の片面に塗布し、80℃で1時間乾燥させた後、更に減圧下(1.3kPa)、80℃で2時間乾燥して、16.15mmφに打ち抜き、プレス機で厚さ30μmにしてリチウムイオン二次電池用の負極を作製した。
[Production of negative electrode]
A slurry was obtained by sufficiently mixing 92.5 parts of graphite powder having an average particle diameter of about 8 to 12 μm, 7.5 parts of polyvinylidene fluoride and 200 parts of 1-methyl-2-pyrrolidone in a mortar. The obtained slurry was applied to one side of a copper foil having a thickness of 20 μm using a wire bar in the atmosphere, dried at 80 ° C. for 1 hour, and further reduced pressure (1.3 kPa) at 80 ° C. for 2 hours. It was dried for a time, punched to 16.15 mmφ, and made a negative electrode for a lithium ion secondary battery with a thickness of 30 μm using a press.

[リチウムイオン二次電池の作製]
2032型コインセル内の両端に、上記正極及び負極を、それぞれの塗布面が向き合うように配置して、電極間にセパレータ(ポリプロピレン製不織布)を挿入し、二次電池用セルを作製した。
上記電解液を、作製した二次電池用セルに注液後密封しリチウムイオン二次電池を作製した。
[Production of lithium ion secondary battery]
The positive electrode and the negative electrode were arranged at both ends in the 2032 type coin cell so that the coated surfaces face each other, and a separator (polypropylene nonwoven fabric) was inserted between the electrodes to produce a secondary battery cell.
The electrolyte solution was poured into the produced secondary battery cell and then sealed to produce a lithium ion secondary battery.

<発熱量及び発熱ピーク温度の評価>
作製したリチウムイオン二次電池を、充放電測定装置「バッテリーアナライザー1470型」[東陽テクニカ(株)製]を用いて、0.1Cの電流で電圧4.3Vまで充電し、10分間の休止後、0.1Cの電流で電池電圧を3.0Vまで放電し、この充放電を3回繰り返した後、0.1Cの電流で電圧4.3Vまで充電した。この電池をアルゴン雰囲気下で分解して正極を取り出し、ジエチルカーボネートで洗浄し、減圧下(1.3kPa)で2時間乾燥した。続いて、アルゴン雰囲気下でLVCパン(耐圧パン)に上記正極を約3mgと、添加剤(D)又は比較添加剤(D’)を表2に示した配合部数で含有する電解液を約2mg入れ、測定用サンプルを作製した。このサンプルを、示差走査熱量計(DSC)[パーキンエルマー社製]を用いて、25℃から320℃まで5℃/分の速度で昇温し、発熱量及び発熱ピーク温度を測定した。
<Evaluation of calorific value and exothermic peak temperature>
The prepared lithium ion secondary battery was charged to a voltage of 4.3 V with a current of 0.1 C using a charge / discharge measuring device “Battery Analyzer 1470 type” [manufactured by Toyo Technica Co., Ltd.], and after 10 minutes of rest The battery voltage was discharged to 3.0 V with a current of 0.1 C, and this charge / discharge was repeated three times, and then charged to a voltage of 4.3 V with a current of 0.1 C. This battery was decomposed under an argon atmosphere, the positive electrode was taken out, washed with diethyl carbonate, and dried under reduced pressure (1.3 kPa) for 2 hours. Subsequently, about 3 mg of the positive electrode and about 2 mg of an electrolytic solution containing the additive (D) or the comparative additive (D ′) in the blending number shown in Table 2 in an LVC pan (pressure-resistant pan) under an argon atmosphere. A sample for measurement was prepared. The sample was heated from 25 ° C. to 320 ° C. at a rate of 5 ° C./minute using a differential scanning calorimeter (DSC) [manufactured by Perkin Elmer Co., Ltd.], and the calorific value and exothermic peak temperature were measured.

本発明の電池用添加剤を用いて作製したリチウムイオン二次電池は、充放電サイクル特性、出力特性等の充放電特性を低下させることなく、リチウムイオン二次電池自体が高温となった際に発熱反応を抑制できることが判った。発熱反応が抑制される原因としては、高温時に添加剤が反応することで界面に不動態被膜が形成され、活性酸素と電解液との反応が抑制されるためと考える。 The lithium ion secondary battery produced using the battery additive of the present invention has a high temperature when the lithium ion secondary battery itself is heated without deteriorating charge / discharge characteristics such as charge / discharge cycle characteristics and output characteristics. It was found that the exothermic reaction can be suppressed. The reason why the exothermic reaction is suppressed is considered that a passive film is formed at the interface due to the reaction of the additive at a high temperature, and the reaction between the active oxygen and the electrolytic solution is suppressed.

本発明のリチウムイオン二次電池用添加剤(D)を使用した電極及び電解液は、発熱反応を抑制することで電池の安全性を向上させることができるため、本発明のリチウムイオン二次電池用添加剤(D)は、リチウムイオン二次電池用の電極及び電解液用添加剤として有用であり、特に電気自動車用等として好適である。 Since the electrode and electrolyte using the additive (D) for lithium ion secondary battery of the present invention can improve the safety of the battery by suppressing exothermic reaction, the lithium ion secondary battery of the present invention The additive (D) is useful as an electrode for a lithium ion secondary battery and an additive for an electrolytic solution, and is particularly suitable for an electric vehicle and the like.

Claims (12)

下記一般式(1)で表される構造を有する結合(a)及び15族元素を含む基(b)を有する化合物(C)を含有するリチウムイオン二次電池用添加剤(D)。
Figure 2015060156
[一般式(1)中、Rは水素原子又は炭素数1〜12の有機基である。]
The additive (D) for lithium ion secondary batteries containing the compound (C) which has the group (b) containing the coupling | bonding (a) which has the structure represented by following General formula (1), and a 15 group element.
Figure 2015060156
[In general formula (1), R is a hydrogen atom or a C1-C12 organic group. ]
15族元素を含む基(b)が下記一般式(2)で表される基である請求項1に記載のリチウムイオン二次電池用添加剤(D)。
Figure 2015060156
[一般式(2)中、X及びXは、それぞれ独立して下記一般式(3)又は(4)で表される基である。]
Figure 2015060156
[一般式(3)中、Rは水素原子又は炭素数1〜12の有機基である。]
Figure 2015060156
[一般式(4)中、Mは1価の金属イオンである。]
The additive (D) for lithium ion secondary batteries according to claim 1, wherein the group (b) containing a group 15 element is a group represented by the following general formula (2).
Figure 2015060156
[In General Formula (2), X 1 and X 2 are each independently a group represented by the following General Formula (3) or (4). ]
Figure 2015060156
[In General Formula (3), R 1 is a hydrogen atom or an organic group having 1 to 12 carbon atoms. ]
Figure 2015060156
[In General Formula (4), M + is a monovalent metal ion. ]
結合(a)がウレタン結合(a1)、ウレア結合(a2)、アロファネート結合(a3)及びビウレット結合(a4)からなる群より選ばれる少なくとも1つの結合である請求項1又は2に記載のリチウムイオン二次電池用添加剤(D)。 The lithium ion according to claim 1 or 2, wherein the bond (a) is at least one bond selected from the group consisting of a urethane bond (a1), a urea bond (a2), an allophanate bond (a3), and a biuret bond (a4). Secondary battery additive (D). 化合物(C)が下記一般式(5)で表される化合物である請求項1〜3のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用添加剤(D)。
Figure 2015060156
[一般式(5)中、Yは、酸素原子、硫黄原子及び窒素原子からなる群より選ばれる少なくとも1つの原子を含有していてもよい炭素数2〜42のn価の炭化水素基(Y1)、
炭素数4〜44のジイソシアネート(E)と炭素数2〜20のジオール(F)との反応物である両末端イソシアネート基を有するウレタンプレポリマーから2個のイソシアネート基を除いた2価の残基(Y2)、
アロファネート結合(a3)を有する炭素数9〜118のジイソシアネート(E)変性物からn個のイソシアネート基を除いた残基(Y3)
又はビウレット結合(a4)を有する炭素数11〜131のジイソシアネート(E)変性物からn個のイソシアネート基を除いた残基(Y4)であり、
nは1〜5の整数、Aはウレタン結合又はウレア結合、Zは酸素原子及びリン原子を含み、上記一般式(2)で表される基を含有する炭素数1〜85の基、又は炭素数1〜20の炭化水素基であり、少なくとも1つは一般式(2)で表される基を含有する炭素数1〜85の基である。]
The additive (D) for lithium ion secondary batteries according to any one of claims 1 to 3, wherein the compound (C) is a compound represented by the following general formula (5).
Figure 2015060156
[In General Formula (5), Y is an n-valent hydrocarbon group having 2 to 42 carbon atoms (Y1) which may contain at least one atom selected from the group consisting of an oxygen atom, a sulfur atom and a nitrogen atom. ),
Divalent residue obtained by removing two isocyanate groups from a urethane prepolymer having both terminal isocyanate groups, which is a reaction product of a diisocyanate (E) having 4 to 44 carbon atoms and a diol (F) having 2 to 20 carbon atoms (Y2),
Residue (Y3) obtained by removing n isocyanate groups from a modified diisocyanate (E) having 9 to 118 carbon atoms having an allophanate bond (a3)
Or a residue (Y4) obtained by removing n isocyanate groups from a diisocyanate (E) modified product having 11 to 131 carbon atoms having a biuret bond (a4),
n is an integer of 1 to 5, A is a urethane bond or urea bond, Z is an oxygen atom and a phosphorus atom, a group having 1 to 85 carbon atoms containing a group represented by the above general formula (2), or carbon It is a C1-C20 hydrocarbon group, and at least one is a C1-C85 group containing group represented by General formula (2). ]
Zが下記一般式(6)で表される基である請求項4に記載のリチウムイオン二次電池用添加剤(D)。
Figure 2015060156
[一般式(6)中、Rは炭素数1〜12の(m+1)価の炭化水素基、mは1〜3の整数である。X及びXは一般式(2)におけるX及びXとそれぞれ同様である。]
The additive for lithium ion secondary batteries (D) according to claim 4, wherein Z is a group represented by the following general formula (6).
Figure 2015060156
[In General Formula (6), R 2 is an (m 1 +1) -valent hydrocarbon group having 1 to 12 carbon atoms, and m 1 is an integer of 1 to 3. X 1 and X 2 are the same respectively as X 1 and X 2 in the general formula (2). ]
Zが下記一般式(7)で表される基である請求項4に記載のリチウムイオン二次電池用添加剤(D)。
Figure 2015060156
[一般式(7)中、Rは炭素数1〜12の(m+1)価の炭化水素基、mは1〜3の整数である。X及びXは一般式(2)におけるX及びXとそれぞれ同様である。]
The additive for lithium ion secondary batteries (D) according to claim 4, wherein Z is a group represented by the following general formula (7).
Figure 2015060156
[In General Formula (7), R 3 is an (m 2 +1) -valent hydrocarbon group having 1 to 12 carbon atoms, and m 2 is an integer of 1 to 3. X 1 and X 2 are the same respectively as X 1 and X 2 in the general formula (2). ]
一般式(3)中の炭素数1〜12の有機基が、炭素数1〜12の炭化水素基又は少なくとも1つの水素原子がフッ素原子で置換された炭素数1〜12の炭化水素基である請求項1〜6のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用添加剤(D)。 The organic group having 1 to 12 carbon atoms in the general formula (3) is a hydrocarbon group having 1 to 12 carbon atoms or a hydrocarbon group having 1 to 12 carbon atoms in which at least one hydrogen atom is substituted with a fluorine atom. The additive (D) for lithium ion secondary batteries according to any one of claims 1 to 6. 一般式(4)中の1価の金属イオンが、リチウムイオン又はナトリウムイオンである請求項1〜7のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用添加剤(D)。 The additive for lithium ion secondary batteries (D) according to any one of claims 1 to 7, wherein the monovalent metal ion in the general formula (4) is a lithium ion or a sodium ion. 一般式(5)中のnが2以上であり、Zのうち少なくとも1つは下記一般式(6)又は(7)で表される基であり、残りのZが下記一般式(8)で表される基である請求項4、7及び8のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用添加剤(D)。
Figure 2015060156
[一般式(6)中、Rは炭素数1〜12の(m+1)価の炭化水素基、mは1〜3の整数である。X及びXは一般式(2)におけるX及びXとそれぞれ同様である。]
Figure 2015060156
[一般式(7)中、Rは炭素数1〜12の(m+1)価の炭化水素基、mは1〜3の整数である。X及びXは一般式(2)におけるX及びXとそれぞれ同様である。]
Figure 2015060156
[一般式(8)中、Rは炭素数1〜12の2価の炭化水素基である。T〜Tは、それぞれ独立して水素原子、炭素数1〜4のアルキル基又は炭素数6〜12の芳香族基であり、互いに環を形成していてもよい。]
N in the general formula (5) is 2 or more, at least one of Z is a group represented by the following general formula (6) or (7), and the remaining Z is the following general formula (8) The additive for lithium ion secondary batteries (D) according to any one of claims 4, 7, and 8, which is a group represented.
Figure 2015060156
[In General Formula (6), R 2 is an (m 1 +1) -valent hydrocarbon group having 1 to 12 carbon atoms, and m 1 is an integer of 1 to 3. X 1 and X 2 are the same respectively as X 1 and X 2 in the general formula (2). ]
Figure 2015060156
[In General Formula (7), R 3 is an (m 2 +1) -valent hydrocarbon group having 1 to 12 carbon atoms, and m 2 is an integer of 1 to 3. X 1 and X 2 are the same respectively as X 1 and X 2 in the general formula (2). ]
Figure 2015060156
[In the general formula (8), R 4 is a divalent hydrocarbon group having 1 to 12 carbon atoms. T 1 to T 3 are each independently a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, or an aromatic group having 6 to 12 carbon atoms, and may form a ring with each other. ]
請求項1〜9のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用添加剤(D)を含有する電極。 The electrode containing the additive (D) for lithium ion secondary batteries of any one of Claims 1-9. 請求項1〜9のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用添加剤(D)、電解質(G)及び非水溶媒(H)を含有する電解液。 The electrolyte solution containing the additive (D) for lithium ion secondary batteries of any one of Claims 1-9, electrolyte (G), and a nonaqueous solvent (H). 請求項10に記載の電極及び請求項11に記載の電解液のうち少なくともいずれか一方を有するリチウムイオン二次電池。 The lithium ion secondary battery which has at least any one among the electrode of Claim 10, and the electrolyte solution of Claim 11.
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