WO2012029505A1 - 非水電解液二次電池 - Google Patents

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secondary battery
aqueous electrolyte
carbon atoms
electrolyte secondary
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滝 敬之
悠々 大沼
裕知 渡辺
厚輝 渋谷
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株式会社Adeka
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Definitions

  • the present invention relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery, and more specifically, a negative electrode containing graphite particles as a negative electrode active material, and a lithium-containing oxide of a transition metal or a lithium-containing phosphate of a transition metal as a positive electrode active material
  • a non-aqueous electrolyte secondary battery having a positive electrode and a non-aqueous electrolyte in which a lithium salt is dissolved in an organic solvent, A crystal plane of the graphite particles is exposed, the graphite particles are bonded in parallel to each other's orientation plane, and a phosphate ester compound having a specific structure is added to the non-aqueous electrolyte.
  • the present invention relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery characterized by being blended in a non-aqueous electrolyte.
  • non-aqueous electrolyte secondary batteries having high voltage and high energy density have been widely used as power sources.
  • battery cars and hybrid cars using electric power as a part of power have been put into practical use, and high-capacity nonaqueous electrolyte secondary batteries are required.
  • Graphite used for the negative electrode of non-aqueous electrolyte secondary batteries generally has a higher theoretical capacity as the crystallinity increases.
  • the higher the crystallinity the side reaction caused by reductive decomposition of the electrolyte on the graphite surface. There was a problem that became larger.
  • this side reaction becomes large, the negative electrode capacity decreases due to exfoliation of the crystal layer of the graphite particles, or decomposition products due to the side reaction accumulate on the negative electrode surface, and the internal resistance on the negative electrode surface increases. Performance decreases.
  • Patent Document 2 states that “a spherical substance capable of intercalating lithium, optically anisotropic, and a granular material having a lamellar structure composed of a single phase.
  • the granular material is obtained by graphitizing mesophase spherules produced in the heat treatment process at a low temperature of the pitch, and the interplanar spacing (d 002 ) of the 002 plane by the wide-angle X-ray diffraction method is 3.36 angstroms or more.
  • a method of using a graphite powder having a specific surface area of 0.7 to 5.0 m 2 / g by the BET method as a negative electrode active material is disclosed.
  • Patent Document 3 discloses that “a base material obtained by spherically shaping flaky natural graphite was impregnated and coated with a mixture of pitch and carbon black and fired at 900 ° C. to 1500 ° C. A mixture of roughly spherical graphite particles (A) having fine protrusions on the surface, a mixture of pitch and carbon black, baked and pulverized at 900 ° C.
  • the orientation plane of the graphite particles is made non-parallel, or the particle surface is coated with a carbon material with low crystallinity, that is, the crystal plane of the particles is It has been dealt with by processing so as not to be exposed.
  • Examples of the electrolyte additive for protecting the negative electrode (iv) described above include 1,3-propane sultone, vinyl ethylene carbonate, 1,3-propane sultone, butane sultone, vinylene carbonate, vinyl ethylene carbonate, and the like.
  • vinylene carbonate is widely used because of its great effect.
  • Patent Document 4 states that “a lithium secondary battery including a positive electrode, a negative electrode using a carbon material as a negative electrode, and an electrolytic solution in which an electrolyte is dissolved in a nonaqueous solvent, wherein the nonaqueous solvent includes A lithium secondary battery comprising propylene carbonate, chain carbonate and vinylene carbonate "is disclosed.
  • the electrolyte additive forms a stable film called SEI (Solid Electrolyte Interface) on the surface of the negative electrode, and this film covers the surface of the negative electrode, thereby suppressing the reductive decomposition of the electrolytic solution. Is believed to protect.
  • SEI Solid Electrolyte Interface
  • the negative electrode using the electrolyte additive as the negative electrode active material graphite particles in which the graphite particles are bonded in parallel to each other's orientation plane, that is, the graphite particles in which the orientation plane of the particles is not subjected to the non-parallelization treatment Even if it was used for a non-aqueous electrolyte secondary battery having, a sufficient effect was not obtained, and the non-aqueous electrolyte secondary battery could not be used stably for a long period of time.
  • a negative electrode containing graphite particles as a negative electrode active material a positive electrode containing a lithium-containing oxide of transition metal or a lithium-containing phosphate of transition metal as a positive electrode active material, and a non-dissolved lithium salt in an organic solvent
  • a non-aqueous electrolyte secondary battery having an aqueous electrolyte the non-aqueous electrolyte secondary battery in which the crystal planes of the graphite particles are exposed and the graphite particles are bonded in parallel to each other's orientation planes.
  • both the output and capacity of the battery are not sufficient, and a non-aqueous electrolyte secondary battery that improves the balance has been desired.
  • Patent Literature 5 and Patent Literature 6 include “a negative electrode that intercalates with an alkali metal, a positive electrode that includes an electrode active material that intercalates with the alkali metal, a nonaqueous solution that activates the negative electrode and the positive electrode.
  • An electrochemical cell comprising an electrolytic solution and a phosphate additive added to the electrolytic solution, wherein the phosphate additive has the general formula: (R 1 O) P ( ⁇ O) (OR 2 ) (OR 3 ) Wherein R 1 , R 2 and R 3 are the same or different, at least one of the R groups (but not all three) is a hydrogen atom, or at least one of the R groups is An electrochemical cell comprising at least three carbon atoms and further containing sp or sp 2 hybridized carbon atoms bonded to sp 3 hybridized carbon atoms bonded to oxygen atoms bonded to phosphorus atoms, and Negative electricity But as the negative electrode active material, a carbon material (e.g., coke, carbon black, graphite, acetylene black, carbon fiber, glassy carbon, etc.) that may include a "is disclosed.
  • a carbon material e.g., coke, carbon black, graphite, acetylene black, carbon fiber, glass
  • Patent Document 5 and Patent Document 6 the above phosphate additive is used as a negative electrode active material, graphite particles having a high degree of crystallinity, the crystal plane is exposed, and the particles are aligned with each other in the orientation plane.
  • an object of the present invention is to form a negative electrode containing graphite particles as a negative electrode active material, a positive electrode containing a lithium-containing oxide of a transition metal or a lithium-containing phosphate of a transition metal, and a lithium salt as a positive electrode active material.
  • a non-aqueous electrolyte secondary battery having a non-aqueous electrolyte dissolved in a solvent, Improving the balance between the output and capacity of the battery when using a negative electrode in which the crystal plane of the graphite particles is exposed and the graphite particles are bonded in parallel to each other's orientation plane It is in providing the non-aqueous electrolyte secondary battery which can do.
  • the present inventor has found that the above object can be achieved by using a non-aqueous electrolyte containing a phosphate ester compound to which a specific alkynyl group is bonded, and has completed the present invention. .
  • the present invention provides a negative electrode containing graphite particles as a negative electrode active material, a positive electrode containing a transition metal lithium-containing oxide or a transition metal lithium-containing phosphate as a positive electrode active material, and a lithium salt as an organic solvent.
  • non-aqueous electrolyte secondary battery having a dissolved non-aqueous electrolyte
  • the graphite particles have an exposed crystal plane, the graphite particles are bonded in parallel to the orientation planes, and the non-aqueous electrolyte is an alkynyl group represented by the following general formula (1)
  • the present invention provides a non-aqueous electrolyte secondary battery characterized by containing a phosphoric acid ester compound to which is bonded and / or an unsaturated phosphoric acid ester compound represented by the following general formula (2).
  • R 1 and R 2 each independently represents a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms
  • R 3 represents an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms, an alkenyl group having 2 to 8 carbon atoms, carbon Represents an alkynyl group having 2 to 8 carbon atoms or a halogenated alkyl group having 1 to 8 carbon atoms.
  • R 4 and R 5 each independently represents a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms
  • R 6 represents an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms, an alkenyl group having 2 to 8 carbon atoms, carbon An alkynyl group having 2 to 8 carbon atoms or a halogenated alkyl group having 1 to 8 carbon atoms
  • n represents 1 or 2
  • the effect of the present invention is that a negative electrode containing graphite particles as a negative electrode active material, a positive electrode containing a transition metal lithium-containing oxide or a transition metal lithium-containing phosphate as a positive electrode active material, and a lithium salt as an organic solvent.
  • a non-aqueous electrolyte secondary battery having a dissolved non-aqueous electrolyte When a negative electrode in which the crystal plane of the graphite particles is exposed and the graphite particles are bonded in parallel to each other's orientation plane is used, the balance between both the output and capacity of the battery is improved.
  • the present invention provides a non-aqueous electrolyte secondary battery that can maintain a small internal resistance and a high electric capacity.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view schematically showing an example of the structure of a coin-type battery of the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing a basic configuration of a cylindrical battery of the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention.
  • FIG. 3 is a perspective view showing the internal structure of the cylindrical battery of the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention as a cross section.
  • nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention will be described in detail based on preferred embodiments.
  • a negative electrode active material a negative electrode containing graphite particles whose crystal planes are exposed and particles are bonded in parallel to each other's orientation plane, and as a positive electrode active material, a transition metal lithium
  • a useful non-aqueous electrolyte for a secondary battery has not been known, but the present invention provides a non-aqueous electrolyte for a secondary battery.
  • a nonaqueous electrolyte secondary battery in which the positive electrode and the negative electrode are combined it is possible to maintain a small internal resistance and a high electric capacity.
  • the negative electrode used in the present invention uses, as a negative electrode active material, graphite particles whose crystal faces are exposed and particles are bonded in parallel to each other's orientation plane.
  • the raw material for the graphite particles may be natural graphite or artificial graphite.
  • Natural graphite represents an ore mined from nature such as natural graphite ore, and examples thereof include flaky graphite, scaly graphite, and earthy graphite.
  • Artificial graphite is graphite obtained by firing a carbon-containing compound such as natural graphite, coal coke, non-graphitizable carbon, acetylene black, carbon fiber, petroleum coke, hydrocarbon solvent, needle coke, phenol resin, furan resin. These are usually used after being crushed.
  • the graphite particles used in the present invention have an orientation plane as described above.
  • Oriented surface refers to a flat surface of graphite particles.
  • Graphite particles having an oriented surface are particles having a short axis and a long axis, and are particles having an aspect ratio of more than 1, for example, scaly, scaly This includes a plate shape, a partial lump shape, a disk shape, a spindle shape, and the like.
  • the particles are bonded in parallel to the orientation plane means that the graphite particles are bonded to each other, and each orientation plane is aligned in a certain direction, or the plate surface of the graphite particles is constant. It is in a state parallel to the direction.
  • the particles are regularly overlapped with each other on a flat surface, even if the particles are not completely parallel to each other, they are regarded as parallel to the orientation surface.
  • a binder is contained in addition to the graphite particles, if the graphite particles are bonded to each other and their orientation planes are aligned in a certain direction, “the particles are bonded in parallel to the orientation planes”. Is considered.
  • orientation planes of graphite particles are randomly assembled or bonded without being aligned in a certain direction, when the particles are randomly assembled or bonded via a binder component, or when the particles are completely spherical In the case, the orientation planes are not considered to be parallel.
  • the bonds between the particles represent chemical bonds, and the aggregates are those that are not chemically bonded but maintain the shape of the aggregate.
  • the higher the firing temperature the higher the crystallinity of the graphite particles.
  • the evaluation of the crystallinity of the graphite particles was obtained from the measurement result of the interplanar spacing (d 002 ) of the 002 plane by the wide angle X-ray method.
  • Raman spectroscopic measurement can be mentioned.
  • the absorption peak near a wavelength of 1580 cm -1 is a peak due to the graphite structure
  • the absorption peak wavelength of around 1360 cm -1 is graphite structure It is a peak that arises from the disturbance.
  • These peak ratios serve as indices indicating the degree of crystallization (graphitization) of the surface portion of the carbon material.
  • the crystal plane reveal graphite particles, the peak intensity near 1360 cm -1 in an argon laser Raman spectroscopy in the wavelength 514.5 nm (I D) and 1580 cm -1 vicinity of the peak intensity (I G)
  • the ratio [I G / I D ] is 0.10 or less.
  • I G / ID of a coated crystalline carbon material generally used as a negative electrode active material is approximately 0.13 to 0.23.
  • Graphite has a crystal structure in which carbon atoms in a hexagonal shape and a mesh-like surface structure are gathered in layers.
  • the shorter the interlayer distance the higher the crystallinity and the electrical properties when used as a negative electrode active material. Capacity also increases.
  • the interlayer distance of the graphite particles used in the present invention is not particularly limited, but is preferably 0.3354 to 0.3385 nanometers in order to maintain a high electric capacity, and 0.3354 to 0.3380 nanometers. More preferably, it is 0.3354 to 0.3372 nanometers.
  • graphite particles are not subjected to non-parallelization treatment, some graphite particles are bonded in parallel to each other's orientation plane, and as described above, it may be difficult to use with conventional methods. . Therefore, the graphite particles may be subjected to a treatment (non-parallelization treatment or non-parallelization process) in which the orientation planes of each other are combined or assembled non-parallel, but the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is The graphite particles are characterized by exhibiting sufficient performance without being deparallelized, and in order to save the process, no special deparallelization process is required, but some are not parallelized. Also good. *
  • graphite raw materials such as natural graphite or needle coke are first pulverized, the pulverized graphite powder and a binder are mixed, and subjected to a firing treatment under pressure, and the obtained graphite powder
  • a method of re-grinding By this method, it is possible to obtain microcrystalline massive particles whose particles are non-parallel.
  • the binder to be used for example, various resins such as pitch and phenol resin can be used.
  • the amount of graphite particles whose orientation planes are parallel is preferably 50% by mass or more, more preferably 90% by mass or more, still more preferably 95% by mass or more, based on the total amount of graphite particles used. Mass% is most preferred.
  • the negative electrode active material graphite particles with an unexposed crystal face are used, but the graphite particles with an unexposed crystal face have a high discharge capacity. It is not necessary to use only graphite, and it is also possible to use graphite particles whose surface is partially exposed and whose crystal plane is not exposed.
  • Examples of the surface treatment agent used for the surface treatment include aggregate, metal (iron, nickel, aluminum, titanium, silicon, etc.), tar, pitch, carbon black, thermoplastic resin, thermosetting resin, crystallinity, and the like. A low graphite or the like is used.
  • the surface treatment method is not particularly limited as long as the crystal surface of the graphite particles is coated.
  • the graphite used for the negative electrode and the surface treatment agent described above are vapor-deposited by chemical vapor deposition to form a film.
  • a method of forming, a method of applying by spraying, a method of mixing by a kneader or the like can be mentioned, and the method is appropriately selected according to the particles, the surface treatment agent, the viscosity and the like.
  • the temperature for performing the surface treatment is not particularly limited, and varies depending on the surface treatment method. Moreover, when using the said surface treating agent, it may heat at the time of surface treatment, or may calcinate after surface treatment.
  • the amount of graphite particles whose crystal face is exposed is The amount is preferably 50% by mass or more, more preferably 90% by mass or more, still more preferably 95% by mass or more, and most preferably 100% by mass with respect to the amount of graphite particles used.
  • the average particle size of the graphite particles used as the negative electrode active material is usually 30 microns or less, but is preferably 20 microns or less in order to improve the accuracy in the negative electrode coating step.
  • the specific surface area is usually 10 m 2 / g or less, but is preferably 8 m 2 / g or less in order to suppress the reductive decomposition reaction of the nonaqueous electrolytic solution, which is a side reaction on the negative electrode surface.
  • a negative electrode material containing graphite particles and a binder as the negative electrode active material described above is slurried with an aqueous solvent such as an organic solvent or water, applied to a current collector, and dried. Then, a sheet is used.
  • an aqueous solvent such as an organic solvent or water
  • the amount of the binder used is preferably 1 to 20 parts by mass, and more preferably 1 to 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the negative electrode active material.
  • an aqueous solvent such as an organic solvent or water is used, and an aqueous solvent is preferably used.
  • the organic solvent the thing similar to what is used for a positive electrode is mentioned.
  • the amount of the solvent used is preferably 50 to 300 parts by mass, more preferably 70 to 200 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the negative electrode active material.
  • the negative electrode current collector copper, nickel, stainless steel, nickel-plated steel or the like is usually used.
  • the non-aqueous electrolyte used in the present invention is a phosphate ester compound to which an alkynyl group represented by the general formula (1) is bonded (hereinafter referred to as an unsaturated phosphate ester compound represented by the general formula (1)). And / or an unsaturated phosphate ester compound represented by the above general formula (2).
  • an unsaturated phosphate ester compound represented by the general formula (1) will be described.
  • R 1 and R 2 each independently represents a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms.
  • alkyl group having 1 to 8 carbon atoms include methyl, ethyl, propyl, isopropyl, butyl, isobutyl, secondary butyl, t-butyl, pentyl, isopentyl, secondary pentyl, t-pentyl, hexyl and secondary hexyl.
  • R 1 and R 2 are preferably a hydrogen atom, methyl, ethyl, and propyl, more preferably a hydrogen atom and methyl, and most preferably a hydrogen atom, since there is little adverse effect on the movement of lithium ions and charging characteristics are good. .
  • R 3 represents an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms, an alkenyl group having 2 to 8 carbon atoms, an alkynyl group having 2 to 8 carbon atoms, or a halogenated alkyl group having 1 to 8 carbon atoms.
  • the alkyl group having 1 to 8 carbon atoms include the alkyl groups exemplified in the description of R 1 and R 2 .
  • the alkenyl group having 2 to 8 carbon atoms include vinyl, allyl, 3-butenyl, isobutenyl, 4-pentenyl, 5-hexenyl, 6-heptenyl, 7-octenyl and the like.
  • alkynyl group having 2 to 8 carbon atoms examples include ethynyl, 2-propynyl (also referred to as propargyl), 3-butynyl, 1-methyl-2-propynyl, and 1,1-dimethyl-2-propynyl.
  • halogenated alkyl group having 1 to 8 carbon atoms examples include chloromethyl, trifluoromethyl, 2-fluoroethyl, 2-chloroethyl, 2,2,2-trifluoroethyl, 2,2,2-trichloroethyl, 1,1,2,2-tetrafluoroethyl, pentafluoroethyl, 3-fluoropropyl, 2-chloropropyl, 3-chloropropyl, 2-chloro-2-propyl, 3,3,3-trifluoropropyl, 2, , 2,3,3-tetrafluoropropyl, heptafluoropropyl, 2-chlorobutyl, 3-chlorobutyl, 4-chlorobutyl, 3-chloro-2-butyl, 1-chloro-2-butyl, 2-chloro-1,1 -Dimethylethyl, 3-chloro-2-methylpropyl, 5-chloropentyl, 3-chlor
  • methyl, ethyl, propyl, isopropyl, butyl, pentyl, 2-propynyl, 3-chloropropyl, 3-chlorobutyl, and 4-chlorobutyl are preferred, methyl, ethyl, propyl, and 2-propynyl are more preferred, and ethyl and 2-propynyl are most preferred.
  • examples of the compounds in which R 1 and R 2 are hydrogen atoms include, for example, methyl bis (2-propynyl) phosphate, ethyl bis (2-propynyl) Phosphate, propyl bis (2-propynyl) phosphate, butyl bis (2-propynyl) phosphate, pentyl bis (2-propynyl) phosphate, allyl bis (2-propynyl) phosphate, tris (2-propynyl) phosphate, 2 -Chloroethylbis (2-propynyl) phosphate, 2,2,2-trifluoroethylbis (2-propynyl) phosphate, 2,2,2-trichloroethylbis (2-propynyl) phosphate, etc. .
  • the compound in which R 1 is methyl and R 2 is a hydrogen atom includes, for example, methylbis (1-methyl-2-propynyl) Phosphate, ethyl bis (1-methyl-2-propynyl) phosphate, propyl bis (1-methyl-2-propynyl) phosphate, butyl bis (1-methyl-2-propynyl) phosphate, pentyl bis (1-methyl-2) -Propynyl) phosphate, allylbis (1-methyl-2-propynyl) phosphate, 2-propynylbis (1-methyl-2-propynyl) phosphate, tris (1-methyl-1-methyl-2-propynyl) phosphate Fate, 2-chloroethylbis (1-methyl-2-propynyl) phosphate, 2,2 , 2-trifluoroethyl bis (1-methyl-2-propynyl)
  • compounds in which R 1 and R 2 are methyl include, for example, methyl bis (1,1-dimethyl-2-propynyl) phosphate, ethyl bis (1,1-dimethyl-2-propynyl) phosphate, propylbis (1,1-dimethyl-2-propynyl) phosphate, butylbis (1,1-dimethyl-2-propynyl) phosphate, pentylbis (1,1 -Dimethyl-2-propynyl) phosphate, allylbis (1,1-dimethyl-2-propynyl) phosphate, 2-propynylbis (1,1-dimethyl-2-propynyl) phosphate, tris (1,1-dimethyl) -2-propynyl) phosphate, 2-chloroethylbis (1,1-dimethyl-2-propynyl) ) Phosphat
  • Examples of the unsaturated phosphate ester compound represented by the general formula (1) include methyl bis (2-propynyl) phosphate, ethyl bis (2-propynyl) phosphate, propyl bis (2-propynyl) phosphate, butyl bis (2 -Propynyl) phosphate, pentylbis (2-propynyl) phosphate, tris (2-propynyl) phosphate and 2-chloroethylbis (2-propynyl) phosphate are preferred, ethylbis (2-propynyl) phosphate, propyl Bis (2-propynyl) phosphate, butyl bis (2-propynyl) phosphate, and tris (2-propynyl) phosphate are more preferred, and ethyl bis (2-propynyl) phosphate and tris (2-propynyl) phosphate Eto is most preferable.
  • the nonaqueous electrolytic solution used in the present invention when the content of the unsaturated phosphate compound represented by the general formula (1) is too small, sufficient effects cannot be exhibited, and when the content is too large. Not only has an increase effect corresponding to the blending amount but also may adversely affect the characteristics of the non-aqueous electrolyte, and therefore contains the unsaturated phosphate ester compound represented by the general formula (1).
  • the amount is preferably 0.001 to 5% by mass, more preferably 0.01 to 4% by mass, and most preferably 0.03 to 3% by mass in the non-aqueous electrolyte.
  • R 4 and R 5 each independently represents a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms.
  • alkyl group having 1 to 8 carbon atoms include methyl, ethyl, propyl, isopropyl, butyl, isobutyl, secondary butyl, t-butyl, pentyl, isopentyl, secondary pentyl, t-pentyl, hexyl and secondary hexyl.
  • R 4 and R 5 are preferably a hydrogen atom, methyl, ethyl, and propyl, more preferably a hydrogen atom and methyl, and a hydrogen atom is preferable because there is little adverse effect on the movement of lithium ions and good charging characteristics. Most preferred.
  • R 6 represents an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms, an alkenyl group having 2 to 8 carbon atoms, an alkynyl group having 2 to 8 carbon atoms, or a halogenated alkyl group having 1 to 8 carbon atoms.
  • the alkyl group having 1 to 8 carbon atoms include the alkyl groups exemplified in the description of R 4 and R 5 .
  • the alkenyl group having 2 to 8 carbon atoms include vinyl, allyl, 3-butenyl, isobutenyl, 4-pentenyl, 5-hexenyl, 6-heptenyl, 7-octenyl and the like.
  • alkynyl group having 2 to 8 carbon atoms examples include ethynyl, 2-propynyl (also referred to as propargyl), 3-butynyl, 1-methyl-2-propynyl, and 1,1-dimethyl-2-propynyl.
  • halogenated alkyl group having 1 to 8 carbon atoms examples include chloromethyl, trifluoromethyl, 2-fluoroethyl, 2-chloroethyl, 2,2,2-trifluoroethyl, 2,2,2-trichloroethyl, 1,1,2,2-tetrafluoroethyl, pentafluoroethyl, 3-fluoropropyl, 2-chloropropyl, 3-chloropropyl, 2-chloro-2-propyl, 3,3,3-trifluoropropyl, 2, , 2,3,3-tetrafluoropropyl, heptafluoropropyl, 2-chlorobutyl, 3-chlorobutyl, 4-chlorobutyl, 3-chloro-2-butyl, 1-chloro-2-butyl, 2-chloro-1,1 -Dimethylethyl, 3-chloro-2-methylpropyl, 5-chloropentyl, 3-chlor
  • R 6 is methyl, ethyl, propyl, isopropyl, butyl, pentyl, 2-propynyl, 3-chloropropyl, 3-chlorobutyl, and 4-chlorobutyl because the internal resistance of the nonaqueous electrolyte secondary battery is reduced.
  • Methyl, ethyl, propyl and 2-propynyl are more preferred, and methyl and ether are most preferred.
  • n represents a number of 1 or 2.
  • N is preferably a number of 2 because the phosphoric acid ester reaction from alkynediol as a raw material is easy and can be obtained in high yield.
  • the compound where n is 1 is, for example, 2-butyne-1,4-diol tetramethyldiphosphate, 2-butyne 1,4-diol tetraethyl diphosphate, 2-butyne-1,4-diol tetrapropyl diphosphate, 2-butyne-1,4-diol tetraisopropyl diphosphate, 2-butyne-1,4-diol Tetrabutyldiphosphate, 2-butyne-1,4-dioltetrapentyldiphosphate, 2-butyne-1,4-dioltetrakis (2-propynyl) diphosphate, 2-butyne-1,4-dioltetrakis (3-Chloropropyl) diphosphate, 2-butyne-1,4-dioltetrakis
  • the compound in which n is 2 is, for example, 2,4-hexadiyne-1,6-diol tetramethyldiphosphate 2,4-hexadiyne-1,6-diol tetraethyl diphosphate, 2,4-hexadiyne-1,6-diol tetrapropyl diphosphate, 2,4-hexadiyne-1,6-diol tetraisopropyl diphosphate 2,4-hexadiyne-1,6-diol tetrabutyl diphosphate, 2,4-hexadiyne-1,6-diol tetrapentyl diphosphate, 2,4-hexadiyne-1,6-diol tetrakis (2- Propynyl) diphosphate, 2,4-hexadiyne-1,6-diol tetraki
  • the content of the unsaturated phosphate compound represented by the general formula (2) when the content of the unsaturated phosphate compound represented by the general formula (2) is too small, sufficient effects cannot be exhibited, and when the content is too large. Contains not only the effect of increasing the amount corresponding to the blending amount, but also adversely affects the characteristics of the non-aqueous electrolyte. Therefore, the content of the unsaturated phosphate compound represented by the above general formula (2) The amount is preferably 0.01 to 5% by mass, more preferably 0.03 to 4% by mass, and most preferably 0.05 to 3% by mass in the non-aqueous electrolyte.
  • the unsaturated phosphate ester compound represented by the general formula (2) may be used alone or in combination of two or more.
  • the general formula (1) is preferred, the unsaturated phosphate ester compound represented by the above general formula (1) and the unsaturated phosphate ester compound represented by the above general formula (2)
  • the mass ratio of the unsaturated phosphate compound represented by the general formula (2) to the unsaturated phosphate compound represented by the general formula (1) is 0.05 to It is preferably 10, more preferably 0.1 to 5, and most preferably 0.2 to 3.
  • the total amount of the unsaturated phosphate compound represented by the general formula (1) and the unsaturated phosphate compound represented by the general formula (2) is too large, In addition to not being able to obtain a suitable increase effect, it may adversely affect the characteristics of the non-aqueous electrolyte, so it is preferably 5% by mass or less, more preferably 4% by mass or less, and most preferably 3% by mass or less.
  • the non-aqueous electrolyte used in the present invention further includes, as additives, a cyclic carbonate compound having an unsaturated group, a chain carbonate compound, an unsaturated diester compound, a halogenated cyclic carbonate compound, a cyclic sulfite compound, or a cyclic sulfuric acid. It is preferable to contain an ester compound.
  • Examples of the cyclic carbonate compound having an unsaturated group include vinylene carbonate, vinyl ethylene carbonate, propylidene carbonate, ethylene ethylidene carbonate, ethylene isopropylidene carbonate, and vinylene carbonate and vinyl ethylene carbonate are preferable.
  • chain carbonate compound examples include dipropargyl carbonate, propargyl methyl carbonate, ethyl propargyl carbonate, bis (1-methylpropargyl) carbonate, bis (1-dimethylpropargyl) carbonate, and the like.
  • the unsaturated diester compound examples include dimethyl maleate, diethyl maleate, dipropyl maleate, dibutyl maleate, dipentyl maleate, dihexyl maleate, diheptyl maleate, dioctyl maleate, dimethyl fumarate, diethyl fumarate, Dipropyl fumarate, dibutyl fumarate, dipentyl fumarate, dihexyl fumarate, diheptyl fumarate, dioctyl fumarate, dimethyl acetylenedicarboxylate, diethyl acetylenedicarboxylate, dipropyl acetylenedicarboxylate, dibutyl acetylenedicarboxylate, dipentyl acetylenedicarboxylate, acetylene Examples include dihexyl dicarboxylate, diheptyl acetylenedicarboxylate, dioctyl acetylenedicarbox
  • halogenated cyclic carbonate compound examples include chloroethylene carbonate, dichloroethylene carbonate, fluoroethylene carbonate, difluoroethylene carbonate, and the like
  • examples of the cyclic sulfite compound include ethylene sulfite
  • examples of the sulfate ester include propane sultone and butane sultone.
  • vinylene carbonate, vinyl ethylene carbonate, dipropargyl carbonate, dimethyl acetylenedicarboxylate, diethyl acetylenedicarboxylate, chloroethylene carbonate, dichloroethylene carbonate, fluoroethylene carbonate, ethylene sulfite, propane sultone, and butane sultone are preferable.
  • These additives may be used alone or in combination of two or more.
  • the content of these additives is preferably 0.005 to 10% by mass in the non-aqueous electrolyte, and 0.02 to 5 % By mass is more preferable, and 0.05 to 3% by mass is most preferable.
  • organic solvent used for the non-aqueous electrolyte those usually used for the non-aqueous electrolyte can be used alone or in combination of two or more. Specific examples include saturated cyclic carbonate compounds, saturated cyclic ester compounds, sulfoxide compounds, sulfone compounds, amide compounds, saturated chain carbonate compounds, chain ether compounds, cyclic ether compounds, and saturated chain ester compounds.
  • saturated cyclic carbonate compounds saturated cyclic ester compounds, sulfoxide compounds, sulfone compounds, and amide compounds have a high relative dielectric constant, and thus serve to increase the dielectric constant of the non-aqueous electrolyte.
  • saturated cyclic carbonate compounds are particularly preferable. Examples of such saturated cyclic carbonate compounds include ethylene carbonate, 1,2-propylene carbonate, 1,3-propylene carbonate, 1,2-butylene carbonate, 1,3-butylene carbonate, 1,1, -dimethylethylene carbonate, and the like. Is mentioned.
  • saturated cyclic ester compound examples include ⁇ -butyrolactone, ⁇ -valerolactone, ⁇ -caprolactone, ⁇ -hexanolactone, and ⁇ -octanolactone.
  • Examples of the sulfoxide compound include dimethyl sulfoxide, diethyl sulfoxide, dipropyl sulfoxide, diphenyl sulfoxide, thiophene, and the like.
  • Examples of the sulfone compound include dimethyl sulfone, diethyl sulfone, dipropyl sulfone, diphenyl sulfone, sulfolane (also referred to as tetramethylene sulfone), 3-methyl sulfolane, 3,4-dimethyl sulfolane, and 3,4-diphenimethyl sulfolane.
  • Sulfolene, 3-methylsulfolene, 3-ethylsulfolene, 3-bromomethylsulfolene and the like, and sulfolane and tetramethylsulfolane are preferable.
  • the amide compound include N-methylpyrrolidone, dimethylformamide, dimethylacetamide and the like.
  • saturated chain carbonate compounds, chain ether compounds, cyclic ether compounds and saturated chain ester compounds can reduce the viscosity of the non-aqueous electrolyte and increase the mobility of electrolyte ions. Battery characteristics such as output density can be made excellent. Moreover, since it is low-viscosity, the performance of the non-aqueous electrolyte at low temperatures can be increased.
  • saturated chain carbonate compounds are particularly preferable.
  • saturated chain carbonate compound examples include dimethyl carbonate (DMC), ethyl methyl carbonate (EMC), diethyl carbonate (DEC), ethyl butyl carbonate, methyl-t-butyl carbonate, diisopropyl carbonate, t-butyl propyl carbonate, and the like. Is mentioned.
  • Examples of the chain ether compound or cyclic ether compound include dimethoxyethane (DME), ethoxymethoxyethane, diethoxyethane, tetrahydrofuran, dioxolane, dioxane, 1,2-bis (methoxycarbonyloxy) ethane, 1,2- Bis (ethoxycarbonyloxy) ethane, 1,2-bis (ethoxycarbonyloxy) propane, ethylene glycol bis (trifluoroethyl) ether, propylene glycol bis (trifluoroethyl) ether, ethylene glycol bis (trifluoromethyl) ether, Examples include diethylene glycol bis (trifluoroethyl) ether, and among these, dioxolane is preferable.
  • DME dimethoxyethane
  • ethoxymethoxyethane diethoxyethane
  • tetrahydrofuran dioxolane
  • dioxane 1,2-bis (me
  • saturated chain ester compound monoester compounds and diester compounds having a total number of carbon atoms in the molecule of 2 to 8 are preferable.
  • Specific compounds include methyl formate, ethyl formate, methyl acetate, ethyl acetate, Propyl acetate, isobutyl acetate, butyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, methyl butyrate, methyl isobutyrate, methyl trimethyl acetate, ethyl trimethyl acetate, methyl malonate, ethyl malonate, methyl succinate, ethyl succinate, 3- Methyl methoxypropionate, ethyl 3-methoxypropionate, ethylene glycol diacetyl, propylene glycol diacetyl, and the like, such as methyl formate, ethyl formate, methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate,
  • acetonitrile acetonitrile, propionitrile, nitromethane and their derivatives can be used as the organic solvent.
  • electrolyte salt used in the non-aqueous electrolyte a conventionally known electrolyte salt is used.
  • a conventionally known electrolyte salt is used.
  • the electrolyte salt is preferably dissolved in the organic solvent so that the concentration in the non-aqueous electrolyte is 0.1 to 3.0 mol / L, particularly 0.5 to 2.0 mol / L. If the concentration of the electrolyte salt is less than 0.1 mol / L, a sufficient current density may not be obtained, and if it is more than 3.0 mol / L, the stability of the non-aqueous electrolyte may be impaired.
  • halogen-based, phosphorus-based and other flame retardants can be appropriately added to the non-aqueous electrolyte used in the present invention in order to impart flame retardancy. If the amount of flame retardant added is too small, sufficient flame retarding effect cannot be achieved, and if it is too large, an increase effect commensurate with the amount added cannot be obtained.
  • the amount of the flame retardant added is preferably 5 to 100% by mass, more preferably 10 to 50% by mass with respect to the organic solvent.
  • the positive electrode used in the present invention will be described.
  • a positive electrode material containing a positive electrode active material, a binder, a conductive material and the like is slurried with an organic solvent or water, applied to a current collector, dried, and rolled as necessary. A sheet is used.
  • the positive electrode active material is not particularly limited as long as it can electrochemically occlude and release lithium ions, but is preferably a compound containing lithium and at least one transition metal.
  • Examples thereof include metal composite oxides, lithium-containing transition metal phosphate compounds, and the like.
  • the transition metal of the lithium transition metal composite oxide vanadium, titanium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, copper and the like are preferable.
  • Specific examples of the lithium transition metal composite oxide include lithium cobalt composite oxide such as LiCoO 2 , lithium nickel composite oxide such as LiNiO 2 , and lithium manganese composite oxide such as LiMnO 2 , LiMn 2 O 4 , and Li 2 MnO 3.
  • transition metals that are the main components of these lithium transition metal composite oxides are aluminum, titanium, vanadium, chromium, manganese, iron, cobalt, lithium, nickel, copper, zinc, magnesium, gallium, zirconium, etc. And the like substituted with the above metal.
  • specific examples of the substituted ones include, for example, LiNi 0.5 Mn 0.5 O 2 , LiNi 0.80 Co 0.17 Al 0.03 O 2 , LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 , LiMn 1.8 Al 0.2 O 4 , LiMn 1.5 Ni 0.5 O 4 or the like.
  • the transition metal of the lithium-containing transition metal phosphate compound vanadium, titanium, manganese, iron, cobalt, nickel and the like are preferable.
  • lithium iron phosphate compounds such as LiFePO 4 and phosphorus such as LiCoPO 4.
  • Cobalt lithium compounds some of the transition metals that are the main components of these lithium-containing transition metal phosphate compounds are aluminum, titanium, vanadium, chromium, manganese, iron, cobalt, lithium, nickel, copper, zinc, magnesium, gallium, Examples thereof include those substituted with other metals such as zirconium and niobium.
  • a lithium compound containing cobalt is preferable because a high voltage can be stably obtained.
  • a lithium compound containing manganese, nickel, or iron is more preferable because a high voltage is obtained and the raw material is inexpensive, and in particular, a lithium-nickel-containing composite oxide or a part of nickel substituted with another metal, More preferably, the lithium iron phosphate compound or a part of the iron is substituted with another metal.
  • the positive electrode binder examples include, but are not limited to, polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, EPDM, SBR, NBR, fluororubber, and polyacrylic acid.
  • the amount of the binder used is preferably 1 to 20 parts by weight, more preferably 1 to 10 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the positive electrode active material.
  • the conductive material of the positive electrode graphite fine particles, carbon black such as acetylene black and ketjen black, amorphous carbon fine particles such as needle coke, carbon nanofibers, and the like are used, but are not limited thereto.
  • the amount of the conductive material used is preferably 1 to 20 parts by mass, more preferably 1 to 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the positive electrode active material.
  • an organic solvent or water that dissolves the binder is used as the solvent for slurrying.
  • the organic solvent include N-methylpyrrolidone, dimethylformamide, dimethylacetamide, methyl ethyl ketone, cyclohexanone, methyl acetate, methyl acrylate, diethyltriamine, NN-dimethylaminopropylamine, polyethylene oxide, tetrahydrofuran and the like.
  • the amount of the solvent used is preferably 50 to 300 parts by mass, more preferably 70 to 200 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the positive electrode active material.
  • the positive electrode current collector aluminum, stainless steel, nickel-plated steel or the like is usually used.
  • a separator between the positive electrode and the negative electrode it is preferable to use a separator between the positive electrode and the negative electrode, and a commonly used polymer microporous film can be used without particular limitation as the separator.
  • the film include polyethylene, polypropylene, polyvinylidene fluoride, polyvinylidene chloride, polyacrylonitrile, polyacrylamide, polytetrafluoroethylene, polysulfone, polyethersulfone, polycarbonate, polyamide, polyimide, polyethylene oxide and polypropylene oxide.
  • the microporosity method includes a phase separation method in which a polymer compound and a solvent solution are formed into a film while microphase separation is performed, and the solvent is extracted and removed to make it porous.
  • the film is extruded and then heat treated, the crystals are arranged in one direction, and a “stretching method” or the like is performed by forming a gap between the crystals by stretching, and is appropriately selected depending on the film used.
  • the electrode material, the non-aqueous electrolyte, and the separator include a phenol-based antioxidant, a phosphorus-based antioxidant, and a thioether-based antioxidant for the purpose of improving safety.
  • a hindered amine compound or the like may be added.
  • the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention having the above-described configuration is required to contain the positive electrode, the negative electrode, and the non-aqueous electrolyte, but the shape thereof is not particularly limited, and a coin type, cylindrical type Various shapes such as a square shape can be used.
  • FIG. 1 shows an example of a coin-type battery of the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention
  • FIGS. 2 and 3 show examples of a cylindrical battery, respectively.
  • 1 is a positive electrode capable of releasing lithium ions
  • 1a is a positive electrode current collector
  • 2 is a carbonaceous material capable of inserting and extracting lithium ions released from the positive electrode.
  • a negative electrode current collector, 2a is a negative electrode current collector
  • 3 is a nonaqueous electrolyte
  • 4 is a stainless steel positive electrode case
  • 5 is a stainless steel negative electrode case
  • 6 is a polypropylene gasket
  • 7 is a polyethylene separator.
  • 11 is a negative electrode
  • 12 is a negative electrode current collector
  • 13 is a positive electrode
  • 14 is a positive electrode current collector
  • 15 is nonaqueous electrolysis.
  • Liquid 16 is a separator
  • 17 is a positive terminal
  • 18 is a negative terminal
  • 19 is a negative plate
  • 20 is a negative lead
  • 21 is a positive plate
  • 22 is a positive lead
  • 23 is a case
  • 24 is an insulating plate
  • 25 is a gasket
  • 26 Is a safety valve
  • 27 is a PTC element.
  • nonaqueous electrolyte secondary batteries lithium secondary batteries
  • Preparation of positive electrode B 72 parts by mass of LiMn 2 O 4 and 18 parts by mass of LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 as a positive electrode active material, 5 parts by mass of acetylene black as a conductive material, and 5 parts by mass of polyvinylidene fluoride (PVDF) as a binder Parts were mixed to obtain a positive electrode material.
  • This positive electrode material was dispersed in 140 parts by mass of N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) to form a slurry.
  • NMP N-methyl-2-pyrrolidone
  • This slurry-like positive electrode material was applied to a positive electrode current collector made of aluminum, dried and press-molded to obtain a positive electrode plate. Thereafter, the positive electrode plate was cut into a predetermined size to produce a disc-shaped positive electrode B.
  • negative electrode A As a negative electrode active material, a non-surface-treated natural graphite 97.0 having a crystal interlayer distance of 0.3363 nanometers, an average particle size of 17 microns, a specific surface area of 5.4 m 2 / g, and I G / ID of 0.08.
  • a negative electrode material was prepared by mixing 2.0 parts by mass of styrene butadiene rubber as a part by mass and 1.0 part by mass of carboxymethyl cellulose as a thickener. This negative electrode material was dispersed in 120 parts by mass of water to form a slurry. This slurry-like negative electrode material was applied to a copper negative electrode current collector, dried and press-molded to obtain a negative electrode plate. Then, this negative electrode plate was cut into a predetermined size to produce a disc-shaped negative electrode A.
  • Negative Electrode B As a negative electrode active material, a non-surface-treated natural graphite 97.0 having a crystal interlayer distance of 0.3363 nanometers, an average particle size of 10 microns, a specific surface area of 6.3 m 2 / g, and I G / ID of 0.08.
  • a negative electrode material was prepared by mixing 2.0 parts by mass of styrene-butadiene rubber as a part by mass and 1.0 part by mass of carboxymethyl cellulose as a thickener. This negative electrode material was dispersed in 120 parts by mass of water to form a slurry. This slurry-like negative electrode material was applied to a copper negative electrode current collector, dried and press-molded to obtain a negative electrode plate. Then, this negative electrode plate was cut into a predetermined size to produce a disc-shaped negative electrode B.
  • a negative electrode material was prepared by mixing 2.0 parts by mass of styrene butadiene rubber as a mass part and 1.0 part by mass of carboxymethyl cellulose as a thickener. This negative electrode material was dispersed in 120 parts by mass of water to form a slurry. This slurry-like negative electrode material was applied to a copper negative electrode current collector, dried and press-molded to obtain a negative electrode plate. Then, this negative electrode plate was cut into a predetermined size to produce a disc-shaped negative electrode.
  • the natural graphite used as the negative electrode active material is such that the crystal surface of the graphite particles is exposed, the shape is a disc shape, and the graphite particles are mutually crystal planes ( (Parallel to the orientation plane).
  • the artificial graphite used as the negative electrode active material is such that the crystal surface of the graphite particles is exposed, the shape is a platelet, and the graphite particles are mutually connected. The crystal was bonded in parallel to the crystal plane (orientation plane).
  • LiPF 6 was dissolved at a concentration of 1 mol / L in a mixed solvent consisting of 30% by volume of ethylene carbonate, 40% by volume of ethyl methyl carbonate, and 30% by volume of dimethyl carbonate to prepare an electrolyte solution B.
  • Method for measuring discharge capacity ratio A lithium secondary battery is placed in a constant temperature bath at 20 ° C., and charged at a constant current and a constant voltage up to 4.3 V with a charging current of 0.3 mA / cm 2 (current value corresponding to 0.2 C). The operation of performing constant current discharge to 3.0 V at a discharge current of 0.3 mA / cm 2 (current value corresponding to 0.2 C) was performed five times. Thereafter, 4.3 V until a constant current and constant voltage charging at a charging current 0.3 mA / cm 2, and a constant current discharge to 3.0V at a discharge current 0.3 mA / cm 2.
  • the discharge capacity measured at the sixth time was defined as the initial discharge capacity of the battery, and the ratio of the initial discharge capacity when the discharge capacity ratio (%) was 100 as the initial discharge capacity of Example 1 as shown in the following formula.
  • Discharge capacity ratio (%) [(initial discharge capacity) / (initial discharge capacity in Example 1)] ⁇ 100
  • ⁇ Initial characteristic test method for positive electrode B> The lithium secondary battery was placed in a constant temperature bath at 20 ° C., charged at a constant current and a constant voltage up to 4.2 V with a charging current of 0.3 mA / cm 2 (current value corresponding to 0.2 C), and a discharge current of 0.3 mA / The operation of discharging a constant current to 3.0 V at cm 2 (current value corresponding to 0.2 C) was performed 5 times. Thereafter, the battery was charged at a constant current and a constant voltage up to 4.2 V at a charging current of 0.3 mA / cm 2 and discharged at a constant current of 3.0 mA at a discharge current of 0.3 mA / cm 2 .
  • the discharge capacity measured at the sixth time was defined as the initial discharge capacity of the battery, and the discharge capacity ratio (%) was determined in the same manner as the initial characteristic test method in the case of the positive electrode A.
  • the internal resistance ratio (%) was determined in the same manner as the initial characteristic test method in the case of the positive electrode A.
  • Method for measuring discharge capacity retention rate The lithium secondary battery after the initial characteristic test was placed in a constant temperature bath at 60 ° C., and a charging current of 1.5 mA / cm 2 (current value equivalent to 1 C, 1 C represents the battery capacity in 1 hour.
  • the discharge capacity at the 300th time is defined as the discharge capacity after the cycle test.
  • the discharge capacity retention rate (%) is the discharge capacity after the cycle test when the initial discharge capacity of each battery is 100. Calculated as a percentage.
  • Discharge capacity retention rate (%) [(discharge capacity after cycle test) / (initial discharge capacity)] ⁇ 100
  • ⁇ Cycle characteristic test method for positive electrode B The lithium secondary battery after the initial characteristic test is placed in a constant temperature bath at 60 ° C., and the charging current is 1.5 mA / cm 2 (current value equivalent to 1C, 1C is the current value at which the battery capacity is discharged in 1 hour).
  • the cycle of charging at a constant current up to 2 V and discharging at a constant current of up to 3.0 V at a discharge current of 1.5 mA / cm 2 was repeated 300 times.
  • the discharge capacity at the 300th time was defined as the discharge capacity after the cycle test, and the discharge capacity retention rate (%) was determined in the same manner as the cycle characteristic test method in the case of the positive electrode A.
  • the rate of increase in internal resistance (%) was determined in the same manner as the cycle characteristic test method for positive electrode A.
  • a non-aqueous electrolyte secondary battery comprising: a negative electrode containing; a positive electrode containing a transition metal lithium-containing oxide or a transition metal lithium-containing phosphate as a positive electrode active material; and a non-aqueous electrolyte secondary battery.
  • the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is characterized in that the unsaturated phosphate ester compound represented by the general formula (1) or (2) is contained in the secondary battery at 60 ° C.
  • the internal resistance and discharge capacity were excellent, and it was confirmed that excellent battery characteristics could be maintained.
  • the superior battery characteristics can be maintained because the discharge capacity ratio becomes higher as the interlayer distance of the graphite particles used as the negative electrode active material is shorter, that is, the higher the crystallinity of the graphite particles.
  • the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention can maintain a small internal resistance and a high discharge capacity even during long-term use and large temperature changes.
  • Such non-aqueous electrolyte secondary batteries include video cameras, digital cameras, portable music players, sound recorders, portable DVD players, portable game machines, laptop computers, electronic dictionaries, electronic notebooks, electronic books, mobile phones, mobile TVs, electric motors. It can be used for various applications such as an assist bicycle, a battery car, and a hybrid car. Among them, it can be suitably used for a battery car, a hybrid car, and the like that may be used in a high temperature state.

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Abstract

本発明は、負極活物質として、結晶度の高い黒鉛粒子であって、その結晶面が露わであって、粒子同士が互いの配向面に対して平行に結合している黒鉛粒子を含有する負極を使用した場合に電池の出力と容量の両方のバランスを向上させることが出来る非水電解液二次電池を提供するものである。具体的には、負極活物質として黒鉛粒子を含有する負極、正極活物質として遷移金属のリチウム含有酸化物又は遷移金属のリチウム含有リン酸塩を含有する正極、及びリチウム塩を有機溶媒に溶解させた非水電解液を有する非水電解液二次電池において、上記黒鉛粒子が結晶面が露わであって、該黒鉛粒子同士が互いの配向面に対して平行に結合しており、上記非水電解液が一般式(1)で表されるアルキニル基が結合したリン酸エステル化合物及び/又は一般式(2)で表される不飽和リン酸エステル化合物を含有することを特徴とする非水電解液二次電池を提供するものである。

Description

非水電解液二次電池
 本発明は、非水電解液二次電池に関し、詳しくは、負極活物質として黒鉛粒子を含有する負極と、正極活物質として遷移金属のリチウム含有酸化物又は遷移金属のリチウム含有リン酸塩を含有する正極、及びリチウム塩を有機溶媒に溶解させた非水電解液を有する非水電解液二次電池において、
 上記黒鉛粒子の結晶面が露わであって、該黒鉛粒子同士が互いの配向面に対して平行に結合しており、上記非水電解液中に、特定の構造を有するリン酸エステル化合物を非水電解液中に配合したことを特徴とする非水電解液二次電池に関する。
 近年の携帯用パソコン、ハンディビデオカメラ、情報端末等の携帯電子機器の普及に伴い、高電圧、高エネルギー密度を有する非水電解液二次電池が電源として広く用いられるようになった。また、環境問題の観点から、電池自動車や電力を動力の一部に利用したハイブリッド車の実用化が行われており、高容量の非水電解液二次電池が必要とされている。 
 非水電解液二次電池の負極に使用される黒鉛は、一般的に結晶度が高いほど理論容量は高くなるが、一方で結晶度が高いほど黒鉛表面で起こる電解液の還元分解による副反応が大きくなるという問題があった。この副反応が大きくなると、黒鉛粒子の結晶の層の剥離等により、負極容量が減少したり、副反応による分解物が負極表面に蓄積し、負極表面の内部抵抗が増加したりして、電池性能が低下する。そのため、黒鉛粒子の結晶の層の剥離を防止するために、例えば、(i)「表面を非結晶の炭素材料で被膜した黒鉛粒子を負極活物質として使用する方法」、(ii)「ピッチ類を400℃前後で加熱する過程で得られる光学異方性の小球体(メソカーボンマイクロビーズ:MCMB)を負極活物質として使用する方法」、(iii)「微結晶の黒鉛と黒鉛化可能なバインダーを混練、焼成し、粉砕したものを負極活物質として使用する方法」、(iv)「電解液に負極を保護する電解液添加剤を使用する方法」等で対処してきた。
 上記(i)として例えば、特許文献1では、表面を化学気相成長法により非晶質炭素で覆うことにより、結晶度の高い黒鉛を負極活物質として使用することを可能にしている。
 上記(ii)として例えば、特許文献2には、「リチウムをインターカレートし得る球状の物質で、光学的に異方性で、単一の相からなるラメラ構造を持った粒状物であって、かつこの粒状物はピッチの低温での熱処理過程で生じるメソフェーズ小球体を黒鉛化したものであって、かつ広角X線回折法による002面の面間隔(d002)が3.36オングストローム以上3.40オングストローム以下であり、BET法による比表面積が0.7~5.0m2/gである黒鉛粉末」を負極活物質として使用する方法が開示されている。
 上記(iii)として例えば、特許文献3には、「鱗片状天然黒鉛を球状に賦形した母材にピッチとカーボンブラックの混合物を含浸・被覆し、900℃~1500℃で焼成して得た、表面に微小突起を有する概略球形の黒鉛粒子(A)とピッチとカーボンブラックの混合物を900℃~1500℃で焼成して粉砕、整粒した炭素質粒子(B)の混合物であって、波長514.5nmのアルゴンレーザー光を用いたラマンスペクトル分光分析において、1600cm-1付近、及び1580cm-1付近にピークを有するGバンドの複合ピークとDバンドの1380cm-1付近に少なくとも1つのピークを有し、X線広角回折で得られる結晶面の面間隔d002が0.335~0.337nmである多相構造を有する粉末状の炭素材」を負極活物質として使用する方法が開示されている。
 上記(i)では、黒鉛粒子の表面が露わになっておらず、結晶度の低い黒鉛を表面に被覆する工程面でコストがかかるという問題があり、上記(ii)では、ピッチからMCMBを取り出す工程面でコストがかかるという問題があり、上記(iii)では、ピッチを使用し、処理を行うことでコスト面及びプロセス面の点から問題がある。上記(ii)及び(iii)では前処理を行うことが必須であり、負極活物質として使用する黒鉛粒子の配向面を非平行化するようなプロセスを行っている。
 つまり、負極活物質として結晶度の高い黒鉛粒子を使用する場合、黒鉛粒子の配向面を非平行化するか、粒子表面を結晶度の低い炭素材料等で被膜する、即ち、粒子の結晶面が露わにならないように処理することで対処してきた。
 また上記(iv)の負極を保護する電解液添加剤としては、例えば、1,3-プロパンスルトン、ビニルエチレンカーボネート、1,3-プロパンスルトン、ブタンスルトン、ビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネート等が知られており、これらの中でも、ビニレンカーボネートは効果が大きいことから広く使用されている。例えば、特許文献4には、「正極と、炭素材料を負極材料とする負極と、非水溶媒に電解質が溶解されてなる電解液とからなるリチウム二次電池であって、上記非水溶媒がプロピレンカーボネート、鎖状カーボネート及びビニレンカーボネートを含有することを特徴とするリチウム二次電池」が開示されている。
 上記電解液添加剤は、負極の表面にSEI(Solid Electrolyte Interface:固体電解質膜)と呼ばれる安定な被膜を形成し、この被膜が負極の表面を覆い、電解液の還元分解を抑制することにより負極を保護すると考えられている。
 しかし、電解液添加剤を、黒鉛粒子同士が互いの配向面に対して平行に結合している、即ち粒子の配向面を非平行化処理していない黒鉛粒子を、負極活物質に使用した負極を有する非水電解液二次電池に使用しても、十分な効果が得られず、非水電解液二次電池を長期間安定に使用することはできなかった。この弱点を補うために、電解液添加剤を過剰に添加した場合は、形成される被膜の厚さが増し、抵抗上昇率が大きくなり、逆に電池性能の低下を導くという問題が生じるため、これらの電解液添加剤の電解液への添加は、電池の出力と容量の両方のバランスを向上させるには不十分であった。
 そのため、負極活物質として黒鉛粒子を含有する負極と、正極活物質として遷移金属のリチウム含有酸化物又は遷移金属のリチウム含有リン酸塩を含有する正極、及びリチウム塩を有機溶媒に溶解させた非水電解液を有する非水電解液二次電池において、上記黒鉛粒子の結晶面が露わであって、該黒鉛粒子同士が互いの配向面に対して平行に結合している非水電解液二次電池では、電池の出力と容量の両方が十分な水準とはならず、そのバランスを向上させる非水電解液二次電池が望まれていた。
 特許文献5及び特許文献6には、「アルカリ金属とインターカレートする負電極、上記アルカリ金属とインターカレートする電極活物質を含む正電極、上記負電極及び上記正電極を活性化する非水性電解液、及びこの電解液に添加されるホスフェート添加剤を含む電気化学電池であって、当該ホスフェート添加剤は、一般式:(R1O)P(=O)(OR2)(OR3)で示され、ここでR1、R2及びR3は同一又は異なるものであり、R基の少なくとも1つ(但し3つ全てではない)が水素原子であり、或いはR基の少なくとも1つが、少なくとも3つの炭素原子を有し、更に、リン原子に結合した酸素原子に結合したsp3混成炭素原子に結合したsp又はsp2混成炭素原子を含有することを特徴とする電気化学電池、並びに上記負電極が、負極活物質として、炭素材料(例えば、コークス、カーボンブラック、グラファイト、アセチレンブラック、炭素繊維、ガラス状炭素等)を含んでもよいこと」が開示されている。
 しかし、特許文献5及び特許文献6では、上記ホスフェート添加剤を、負極活物質として、結晶度の高い黒鉛粒子であって、その結晶面が露わであって、粒子同士が互いの配向面に対して平行に結合している負極に使用した場合の効果や好ましい使用条件については何等開示されていない。
欧州特許出願公開0520667号明細書 特開平7-134988号公報 特開2009-4304号公報 特開平11-67266号公報 米国特許第5443928号明細書 欧州特許出願公開1213782号明細書
 従って、本発明の目的は、負極活物質として黒鉛粒子を含有する負極と、正極活物質として遷移金属のリチウム含有酸化物又は遷移金属のリチウム含有リン酸塩を含有する正極、及びリチウム塩を有機溶媒に溶解させた非水電解液を有する非水電解液二次電池において、
 上記黒鉛粒子の結晶面が露わであって、該黒鉛粒子同士が互いの配向面に対して平行に結合している負極を使用した場合に電池の出力と容量の両方のバランスを向上させることが出来る非水電解液二次電池を提供することにある。
 本発明者は、鋭意検討を行なった結果、特定のアルキニル基が結合したリン酸エステル化合物を含有する非水電解液を使用することにより、上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成させた。
 即ち、本発明は、負極活物質として黒鉛粒子を含有する負極と、正極活物質として遷移金属のリチウム含有酸化物又は遷移金属のリチウム含有リン酸塩を含有する正極、及びリチウム塩を有機溶媒に溶解させた非水電解液を有する非水電解液二次電池において、
 上記黒鉛粒子が結晶面が露わであって、該黒鉛粒子同士が互いの配向面に対して平行に結合しており、上記非水電解液が下記一般式(1)で表されるアルキニル基が結合したリン酸エステル化合物及び/又は下記一般式(2)で表される不飽和リン酸エステル化合物を含有することを特徴とする非水電解液二次電池を提供するものである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000003
(式中、R1及びR2は各々独立して水素原子又は炭素数1~8のアルキル基を表し、R3は炭素数1~8のアルキル基、炭素数2~8のアルケニル基、炭素数2~8のアルキニル基又は炭素数1~8のハロゲン化アルキル基を表す。)
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000004
(式中、R4及びR5は各々独立して水素原子又は炭素数1~8のアルキル基を表し、R6は炭素数1~8のアルキル基、炭素数2~8のアルケニル基、炭素数2~8のアルキニル基又は炭素数1~8のハロゲン化アルキル基を表し、nは1又は2の数を表す。)
 本発明の効果は、負極活物質として黒鉛粒子を含有する負極と、正極活物質として遷移金属のリチウム含有酸化物又は遷移金属のリチウム含有リン酸塩を含有する正極、及びリチウム塩を有機溶媒に溶解させた非水電解液を有する非水電解液二次電池において、
 上記黒鉛粒子の結晶面が露わであって、該黒鉛粒子同士が互いの配向面に対して平行に結合している負極を使用した場合に、電池の出力と容量の両方のバランスを向上させることが出来、小さな内部抵抗と高い電気容量を維持することが可能になる非水電解液二次電池を提供したことである。
図1は、本発明の非水電解液二次電池のコイン型電池の構造の一例を概略的に示す縦断面図である。 図2は、本発明の非水電解液二次電池の円筒型電池の基本構成を示す概略図である。 図3は、本発明の非水電解液二次電池の円筒型電池の内部構造を断面として示す斜視図である。
 以下、本発明の非水電解液二次電池について好ましい実施形態に基づき詳細に説明する。 これまで、負極活物質として、結晶面が露わであって、粒子同士が互いの配向面に対して平行に結合している黒鉛粒子を含有する負極と、正極活物質として、遷移金属のリチウム含有酸化物又は遷移金属のリチウム含有リン酸塩を含有する正極とを組み合わせた場合、有用な二次電池用非水電解液は知られていなかったが、本発明は、二次電池用非水電解液としてリチウム塩を有機溶媒に溶解させた二次電池用非水電解液に、上記一般式(1)で表されるアルキニル基が結合したリン酸エステル化合物及び/又は上記一般式(2)で表される不飽和リン酸エステル化合物を含有することで、上記正極と負極を組み合わせた非水電解液二次電池において、小さな内部抵抗と高い電気容量を維持することが可能になった点に特徴がある。
 先ず、本発明に使用する負極について説明する。本発明に使用する負極は、負極活物質として、結晶面が露わであって、粒子同士が互いの配向面に対して平行に結合している黒鉛粒子を使用する。この黒鉛粒子の原料は、天然黒鉛でも人造黒鉛でも良い。天然黒鉛は天然黒鉛鉱石等の天然から採掘された鉱石を表し、例えば、鱗片状黒鉛、鱗状黒鉛、土状黒鉛等が挙げられる。人造黒鉛は、上記天然黒鉛、石炭コークス、難黒鉛化炭素、アセチレンブラック、炭素繊維、石油コークス、炭化水素溶媒、ニードルコークス、フェノール樹脂、フラン樹脂等の炭素含有化合物を焼成処理して得られる黒鉛であり、通常これらを粉砕してから使用する。
 本発明に使用する黒鉛粒子は、上述の如く配向面を有する。「配向面」とは、黒鉛粒子の扁平な面を表し、配向面を有する黒鉛粒子は短軸と長軸を有する形状であり、アスペクト比が1を超える粒子であり、例えば、鱗状、鱗片状、小板状、一部の塊状、円盤、紡錘等の形状のものがこれに含まれる。「粒子が配向面に対して平行に結合している」とは、黒鉛粒子同士が結合しており、それぞれの配向面が一定の方向にそろっている状態、又は黒鉛粒子の板面が一定の方向に平行になっている状態である。粒子同士が互いの扁平な面で規則的に重なり合っていれば、完全な面平行でない場合でも、配向面に対して平行とみなす。また、黒鉛粒子以外にバインダーを含有している場合でも、黒鉛粒子同士が結合しており、それぞれの配向面が一定の方向にそろっている状態ならば「粒子が配向面に対して平行に結合している」とみなす。
 黒鉛粒子のそれぞれの配向面が一定の方向にそろうことなくランダムに集合又は結合している場合、バインダー成分を介する事で粒子がランダムに集合又は結合している場合、又は粒子が完全な球状の場合は、配向面が平行であるとはみなさない。上記粒子同士の結合は化学的な結合を表し、集合は化学的には結合していないがその集合体としての形状を保っているものをいう。
 一般に、黒鉛粒子の結晶の層間距離が短くなるほど、黒鉛粒子がより均一になり、結晶度が高くなり、人造黒鉛では焼成温度が高いほど結晶度が高い黒鉛粒子が得られる。尚、本発明において、黒鉛粒子の結晶度の評価は広角X線法による002面の面間隔(d002)の測定結果から求めた。
 黒鉛粒子の結晶面が露わかどうかの判別方法としては、ラマン分光測定が挙げられる。アルゴンレーザーによるラマン分光測定を用いて、結晶性炭素材料の物性を測定した場合、波長1580cm-1付近の吸収ピークは黒鉛構造に起因するピークであり、波長1360cm-1付近の吸収ピークは黒鉛構造の乱れから生じるピークである。そして、これらのピーク比は、炭素材料の表面部分の結晶化(黒鉛化)の程度を表す指標となる。本発明において、結晶面が露わな黒鉛粒子とは、波長514.5ナノメートルのアルゴンレーザーラマン分光測定における1360cm-1付近のピーク強度(ID)と1580cm-1付近のピーク強度(IG)の比〔IG/ID〕が0.10以下であるものをいう。尚、一般的に負極活物質として使用される被覆結晶性炭素材料のIG/IDは、おおよそ、0.13~0.23である。
 黒鉛は、六角形に並び網目状の面構造をした炭素原子が層状に集まった結晶構造を有しており、この層間距離が短くなるほど、結晶度が高く、負極活物質として使用した場合の電気容量も大きくなる。
 本発明に使用する黒鉛粒子の結晶の層間距離は特に限定されないが、高い電気容量を維持するため、0.3354~0.3385ナノメートルであることが好ましく、0.3354~0.3380ナノメートルであることがより好ましく、0.3354~0.3372ナノメートルであることが更に好ましい。
 黒鉛粒子は非平行化処理を加えないと、黒鉛粒子同士が互いの配向面に対して平行に結合しているものもあり、上述したように従来の方法では使用することが困難な場合がある。そのため、黒鉛粒子同士が互いの配向面が非平行に結合又は集合するような処理(非平行化処理又は非平行化プロセス)を行う場合があるが、本発明の非水電解液二次電池は、黒鉛粒子について、非平行化処理をせずとも十分な性能を発揮するのが特徴であり、省プロセス化のため、特に非平行化プロセスは必要としないが、一部非平行化されていてもよい。 
 このような非平行化プロセスとしては、例えば、天然黒鉛又はニードルコークス等の黒鉛原料を先ず粉砕し、粉砕された黒鉛粉末とバインダーを混合し、圧力下で焼成処理を行い、得られた黒鉛粉末を再度粉砕する手法が知られている。この手法により粒子の向きが非平行な微結晶の塊状粒子を得ることが出来る。使用するバインダーとしては、例えば、ピッチ、フェノール樹脂等の各種樹脂を使用することができる。本発明に使用する粒子同士が互いの配向面が平行に結合している黒鉛粒子の他に黒鉛粒子同士が互いの配向面が非平行に結合又は集合している黒鉛粒子、球状の黒鉛粒子等を併用した場合、配向面が平行である黒鉛粒子の使用量は黒鉛粒子全体の使用量に対して50質量%以上が好ましく、90質量%以上がより好ましく、95質量%以上が更に好ましく、100質量%が最も好ましい。
 本発明では、負極活物質として、表面処理を行っていない結晶面が露わな黒鉛粒子を使用するが、結晶面が露わな黒鉛粒子は、放電容量が高いため、特に結晶面が露わな黒鉛粒子のみを使用する必要はなく、表面処理を行った一部結晶面が露わでない黒鉛粒子を使用してもよい。
 上記表面処理に使用する表面処理剤としては、例えば、骨材、金属(鉄、ニッケル、アルミニウム、チタン、ケイ素等)、タール、ピッチ、カーボンブラック、熱可塑性樹脂、熱硬化性の樹脂、結晶度の低い黒鉛等が使用される。
 上記表面処理の方法としては、黒鉛粒子の結晶面が被膜されていれば、特に限定されないが、例えば、負極に使用する黒鉛と前述した表面処理剤とを化学気相成長法により蒸着させ被膜を形成する方法や、スプレーにより塗布する方法や、ニーダー等により混合させる方法等が挙げられ、粒子、表面処理剤、粘度等に応じて適宜選択される。表面処理を行う温度は、特に限定されず、表面処理方法により異なる。また、上記表面処理剤を使用する際は、表面処理時に加熱する場合や表面処理後に焼成を行う場合がある。
 本発明に使用する黒鉛粒子として、結晶面が露わである黒鉛粒子の他に、上記の結晶面が露わでない黒鉛粒子を併用した場合、結晶面が露わである黒鉛粒子の使用量は、黒鉛粒子全体の使用量に対して50質量%以上が好ましく、90質量%以上がより好ましく、95質量%以上が更に好ましく、100質量%が最も好ましい。
 また、負極活物質として使用する黒鉛粒子の平均粒径は、通常30ミクロン以下であるが、負極の塗布工程での精度を高めるために20ミクロン以下であることが好ましい。比表面積は、通常10m2/g以下であるが、負極表面での副反応である非水電解液の還元分解反応を抑制するために、8m2/g以下であることが好ましい。
 本発明に使用する負極としては、上述した負極活物質としての黒鉛粒子及び結着剤等を含む負極材料を有機溶媒又は水等の水系溶媒でスラリー化したものを集電体に塗布し、乾燥してシート状にしたものが使用される。
 負極で使用する結着剤(バインダー)としては、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、EPDM、SBR、NBR、フッ素ゴム、ポリアクリル酸、CMC等が挙げられる。尚、上記結着剤の使用量は、上記負極活物質100質量部に対し、1~20質量部が好ましく、1~10質量部が更に好ましい。
 スラリー化する溶媒としては、有機溶媒や水等の水系溶媒が使用されるが、水系溶媒が好ましく使用される。また、該有機溶媒としては、正極に使用するものと同様のものが挙げられる。尚、上記溶媒の使用量は、上記負極活物質100質量部に対し、50~300質量部が好ましく、70~200質量部が更に好ましい。
 負極の集電体としては、通常、銅、ニッケル、ステンレス鋼、ニッケルメッキ鋼等が使用される。
 次に、本発明に使用する非水電解液について説明する。本発明に使用する非水電解液は、上記一般式(1)で表されるアルキニル基が結合したリン酸エステル化合物(以下、上記一般式(1)で表される不飽和リン酸エステル化合物ともいう)及び/又は上記一般式(2)で表される不飽和リン酸エステル化合物を含有する。
 先ず、上記一般式(1)で表される不飽和リン酸エステル化合物について説明する。
 上記一般式(1)において、R1及びR2は各々独立して水素原子又は炭素数1~8のアルキル基を表す。炭素数1~8のアルキル基としては、例えば、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、イソブチル、2級ブチル、t-ブチル、ペンチル、イソペンチル、2級ペンチル、t-ペンチル、ヘキシル、2級ヘキシル、ヘプチル、2級ヘプチル、オクチル、2級オクチル、2-メチルペンチル、2-エチルヘキシル等が挙げられる。R1及びR2としては、リチウムイオンの移動への悪影響が少なく充電特性が良好であることから、水素原子、メチル、エチル及びプロピルが好ましく、水素原子及びメチルが更に好ましく、水素原子が最も好ましい。
 R3は炭素数1~8のアルキル基、炭素数2~8のアルケニル基、炭素数2~8のアルキニル基又は炭素数1~8のハロゲン化アルキル基を表す。炭素数1~8のアルキル基としては、R1及びR2の説明で例示したアルキル基が挙げられる。炭素数2~8のアルケニル基としては、例えば、ビニル、アリル、3-ブテニル、イソブテニル、4-ペンテニル、5-ヘキセニル、6-ヘプテニル、7-オクテニル等が挙げられる。炭素数2~8のアルキニル基としては、例えば、エチニル、2-プロピニル(プロパギルともいう)、3-ブチニル、1-メチル-2-プロピニル、1,1-ジメチル-2-プロピニルが挙げられる。炭素数1~8のハロゲン化アルキル基としては、例えば、クロロメチル、トリフルオロメチル、2-フルオロエチル、2-クロロエチル、2,2,2-トリフルオロエチル、2,2,2-トリクロロエチル、1,1,2,2-テトラフルオロエチル、ペンタフルオロエチル、3-フルオロプロピル、2-クロロプロピル、3-クロロプロピル、2-クロロ-2-プロピル、3,3,3-トリフルオロプロピル、2,2,3,3-テトラフルオロプロピル、ヘプタフルオロプロピル、2-クロロブチル、3-クロロブチル、4-クロロブチル、3-クロロ-2-ブチル、1-クロロ-2-ブチル、2-クロロ-1,1-ジメチルエチル、3-クロロ-2-メチルプロピル、5-クロロペンチル、3-クロロ-2-メチルプロピル、3-クロロ-2,2-ジメチル、6-クロロヘキシル等が挙げられる。
 R3としては、非水電解液二次電池の内部抵抗が小さくなることから、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、ペンチル、2-プロピニル、3-クロロプロピル、3-クロロブチル、及び4-クロロブチルが好ましく、メチル、エチル、プロピル、及び2-プロピニルが更に好ましく、エチル及び2-プロピニルが最も好ましい。
 上記一般式(1)で表される不飽和リン酸エステル化合物のうち、R1及びR2が水素原子である化合物としては、例えば、メチルビス(2-プロピニル)フォスフェート、エチルビス(2-プロピニル)フォスフェート、プロピルビス(2-プロピニル)フォスフェート、ブチルビス(2-プロピニル)フォスフェート、ペンチルビス(2-プロピニル)フォスフェート、アリルビス(2-プロピニル)フォスフェート、トリス(2-プロピニル)フォスフェート、2-クロロエチルビス(2-プロピニル)フォスフェート、2,2,2-トリフルオロエチルビス(2-プロピニル)フォスフェート、2,2,2-トリクロロエチルビス(2-プロピニル)フォスフェート等が挙げられる。
 また、上記一般式(1)で表される不飽和リン酸エステル化合物のうち、R1がメチルでありR2が水素原子である化合物としては、例えば、メチルビス(1-メチル-2-プロピニル)フォスフェート、エチルビス(1-メチル-2-プロピニル)フォスフェート、プロピルビス(1-メチル-2-プロピニル)フォスフェート、ブチルビス(1-メチル-2-プロピニル)フォスフェート、ペンチルビス(1-メチル-2-プロピニル)フォスフェート、アリルビス(1-メチル-2-プロピニル)フォスフェート、2-プロピニルビス(1-メチル-2-プロピニル)フォスフェート、トリス(1-メチル-1-メチル-2-プロピニル)フォスフェート、2-クロロエチルビス(1-メチル-2-プロピニル)フォスフェート、2,2,2-トリフルオロエチルビス(1-メチル-2-プロピニル)フォスフェート、2,2,2-トリクロロエチルビス(1-メチル-2-プロピニル)フォスフェート等が挙げられる。
 上記一般式(1)で表される不飽和リン酸エステル化合物のうち、R1及びR2がメチルである化合物としては、例えば、メチルビス(1,1-ジメチル-2-プロピニル)フォスフェート、エチルビス(1,1-ジメチル-2-プロピニル)フォスフェート、プロピルビス(1,1-ジメチル-2-プロピニル)フォスフェート、ブチルビス(1,1-ジメチル-2-プロピニル)フォスフェート、ペンチルビス(1,1-ジメチル-2-プロピニル)フォスフェート、アリルビス(1,1-ジメチル-2-プロピニル)フォスフェート、2-プロピニルビス(1,1-ジメチル-2-プロピニル)フォスフェート、トリス(1,1-ジメチル-2-プロピニル)フォスフェート、2-クロロエチルビス(1,1-ジメチル-2-プロピニル)フォスフェート、2,2,2-トリフルオロエチルビス(1,1-ジメチル-2-プロピニル)フォスフェート、2,2,2-トリクロロエチルビス(1,1-ジメチル-2-プロピニル)フォスフェート等が挙げられる。
 上記一般式(1)で表される不飽和リン酸エステル化合物としては、メチルビス(2-プロピニル)フォスフェート、エチルビス(2-プロピニル)フォスフェート、プロピルビス(2-プロピニル)フォスフェート、ブチルビス(2-プロピニル)フォスフェート、ペンチルビス(2-プロピニル)フォスフェート、トリス(2-プロピニル)フォスフェート、及び2-クロロエチルビス(2-プロピニル)フォスフェートが好ましく、エチルビス(2-プロピニル)フォスフェート、プロピルビス(2-プロピニル)フォスフェート、ブチルビス(2-プロピニル)フォスフェート、及びトリス(2-プロピニル)フォスフェートが更に好ましく、エチルビス(2-プロピニル)フォスフェート、及びトリス(2-プロピニル)フォスフェートが最も好ましい。
 本発明に使用する非水電解液において、上記一般式(1)で表される不飽和リン酸エステル化合物の含有量が、あまりに少ない場合には十分な効果を発揮できず、またあまりに多い場合には、配合量に見合う増量効果は得られないばかりか、却って非水電解液の特性に悪影響を及ぼすことがあることから、上記一般式(1)で表される不飽和リン酸エステル化合物の含有量は、非水電解液中、0.001~5質量%が好ましく、0.01~4質量%が更に好ましく、0.03~3質量%が最も好ましい。
 次に、上記一般式(2)で表される不飽和リン酸エステル化合物について説明する。
 上記一般式(2)において、R4及びR5は各々独立して水素原子又は炭素数1~8のアルキル基を表す。炭素数1~8のアルキル基としては、例えば、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、イソブチル、2級ブチル、t-ブチル、ペンチル、イソペンチル、2級ペンチル、t-ペンチル、ヘキシル、2級ヘキシル、ヘプチル、2級ヘプチル、オクチル、2級オクチル、2-メチルペンチル、2-エチルヘキシル等が挙げられる。R4及びR5としては、リチウムイオンの移動への悪影響が少なく充電特性が良好であることから、水素原子、メチル、エチル、及びプロピルが好ましく、水素原子、及びメチルが更に好ましく、水素原子が最も好ましい。
 R6は炭素数1~8のアルキル基、炭素数2~8のアルケニル基、炭素数2~8のアルキニル基又は炭素数1~8のハロゲン化アルキル基を表す。炭素数1~8のアルキル基としては、R4及びR5の説明で例示したアルキル基が挙げられる。炭素数2~8のアルケニル基としては、例えば、ビニル、アリル、3-ブテニル、イソブテニル、4-ペンテニル、5-ヘキセニル、6-ヘプテニル、7-オクテニル等が挙げられる。炭素数2~8のアルキニル基としては、例えば、エチニル、2-プロピニル(プロパギルともいう)、3-ブチニル、1-メチル-2-プロピニル、1,1-ジメチル-2-プロピニルが挙げられる。炭素数1~8のハロゲン化アルキル基としては、例えば、クロロメチル、トリフルオロメチル、2-フルオロエチル、2-クロロエチル、2,2,2-トリフルオロエチル、2,2,2-トリクロロエチル、1,1,2,2-テトラフルオロエチル、ペンタフルオロエチル、3-フルオロプロピル、2-クロロプロピル、3-クロロプロピル、2-クロロ-2-プロピル、3,3,3-トリフルオロプロピル、2,2,3,3-テトラフルオロプロピル、ヘプタフルオロプロピル、2-クロロブチル、3-クロロブチル、4-クロロブチル、3-クロロ-2-ブチル、1-クロロ-2-ブチル、2-クロロ-1,1-ジメチルエチル、3-クロロ-2-メチルプロピル、5-クロロペンチル、3-クロロ-2-メチルプロピル、3-クロロ-2,2-ジメチル、6-クロロヘキシル等が挙げられる。
 R6としては、非水電解液二次電池の内部抵抗が小さくなることから、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、ペンチル、2-プロピニル、3-クロロプロピル、3-クロロブチル、及び4-クロロブチルが好ましく、メチル、エチル、プロピル、及び2-プロピニルが更に好ましく、メチル及びエーテルが最も好ましい。
 上記一般式(2)において、nは1又は2の数を表す。原料となるアルキンジオールからのリン酸エステル反応が容易であり高収率で得られることから、nは2の数であることが好ましい。
 上記一般式(2)で表される不飽和リン酸エステル化合物のうち、nが1の数である化合物としては、例えば、2-ブチン-1,4-ジオールテトラメチルジフォスフェート、2-ブチン-1,4-ジオールテトラエチルジフォスフェート、2-ブチン-1,4-ジオールテトラプロピルジフォスフェート、2-ブチン-1,4-ジオールテトライソプロピルジフォスフェート、2-ブチン-1,4-ジオールテトラブチルジフォスフェート、2-ブチン-1,4-ジオールテトラペンチルジフォスフェート、2-ブチン-1,4-ジオールテトラキス(2-プロピニル)ジフォスフェート、2-ブチン-1,4-ジオールテトラキス(3-クロロプロピル)ジフォスフェート、2-ブチン-1,4-ジオールテトラキス(3-クロロブチル)ジフォスフェート、2-ブチン-1,4-ジオールテトラキス(4-クロロブチル)ジフォスフェート等が挙げられ、これらの中でも、2-ブチン-1,4-ジオールテトラメチルジフォスフェート、2-ブチン-1,4-ジオールテトラエチルジフォスフェート、2-ブチン-1,4-ジオールテトラプロピルジフォスフェート、及び2-ブチン-1,4-ジオールテトラキス(2-プロピニル)ジフォスフェートが好ましく、2-ブチン-1,4-ジオールテトラメチルジフォスフェート、及び2-ブチン-1,4-ジオールテトラキス(2-プロピニル)ジフォスフェートが更に好ましい。
 また、上記一般式(2)で表される不飽和リン酸エステル化合物のうち、nが2の数である化合物としては、例えば、2,4-ヘキサジイン-1,6-ジオールテトラメチルジフォスフェート、2,4-ヘキサジイン-1,6-ジオールテトラエチルジフォスフェート、2,4-ヘキサジイン-1,6-ジオールテトラプロピルジフォスフェート、2,4-ヘキサジイン-1,6-ジオールテトライソプロピルジフォスフェート、2,4-ヘキサジイン-1,6-ジオールテトラブチルジフォスフェート、2,4-ヘキサジイン-1,6-ジオールテトラペンチルジフォスフェート、2,4-ヘキサジイン-1,6-ジオールテトラキス(2-プロピニル)ジフォスフェート、2,4-ヘキサジイン-1,6-ジオールテトラキス(3-クロロプロピル)ジフォスフェート、2,4-ヘキサジイン-1,6-ジオールテトラキス(3-クロロブチル)ジフォスフェート、2,4-ヘキサジイン-1,6-ジオールテトラキス(4-クロロブチル)ジフォスフェート等が挙げられ、これらの中でも、2,4-ヘキサジイン-1,6-ジオールテトラメチルジフォスフェート、2,4-ヘキサジイン-1,6-ジオールテトラエチルジフォスフェート、2,4-ヘキサジイン-1,6-ジオールテトラプロピルジフォスフェート、及び2,4-ヘキサジイン-1,6-ジオールテトラキス(2-プロピニル)ジフォスフェートが好ましく、2,4-ヘキサジイン-1,6-ジオールテトラメチルジフォスフェート、及び2,4-ヘキサジイン-1,6-ジオールテトラキス(2-プロピニル)ジフォスフェートが更に好ましい。
 本発明に使用する非水電解液において、上記一般式(2)で表される不飽和リン酸エステル化合物の含有量が、あまりに少ない場合には十分な効果を発揮できず、またあまりに多い場合には、配合量に見合う増量効果は得られないばかりか、却って非水電解液の特性に悪影響を及ぼすことがあることから、上記一般式(2)で表される不飽和リン酸エステル化合物の含有量は、非水電解液中、0.01~5質量%が好ましく、0.03~4質量%が更に好ましく、0.05~3質量%が最も好ましい。上記一般式(2)で表される不飽和リン酸エステル化合物は1種のみを使用してもよいし、2種以上を組合せて使用してもよい。
 上記一般式(1)で表わされる不飽和リン酸エステル化合物及び上記一般式(2)で表わされる不飽和リンエステル化合物のうち、工業的な原料の入手の容易さの点では、上記一般式(1)で表される不飽和リン酸エステル化合物が好ましいが、上記一般式(1)で表される不飽和リン酸エステル化合物と上記一般式(2)で表される不飽和リン酸エステル化合物と組み合わせて使用する場合には、上記一般式(1)で表される不飽和リン酸エステル化合物に対する上記一般式(2)で表される不飽和リン酸エステル化合物の質量比は、0.05~10であることが好ましく、0.1~5であることが更に好ましく、0.2~3であることが最も好ましい。また、上記一般式(1)で表される不飽和リン酸エステル化合物と上記一般式(2)で表される不飽和リン酸エステル化合物との合計量は、あまりに多い場合には、配合量に見合う増量効果は得られないばかりか、却って非水電解液の特性に悪影響を及ぼすことがあることから、5質量%以下が好ましく、4質量%以下が更に好ましく、3質量%以下が最も好ましい。
 本発明に使用する非水電解液には、更に、添加剤として、不飽和基を有する環状カーボネート化合物、鎖状カーボネート化合物、不飽和ジエステル化合物、ハロゲン化環状カーボネート化合物、環状亜硫酸エステル化合物又は環状硫酸エステル化合物を含有することが好ましい。
 上記不飽和基を有する環状カーボネート化合物としては、例えば、ビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネート、プロピリデンカーボネート、エチレンエチリデンカーボネート、エチレンイソプロピリデンカーボンート等が挙げられ、ビニレンカーボネート及びビニルエチレンカーボネートが好ましい。
 上記鎖状カーボネート化合物としては、例えば、ジプロパルギルカーボネート、プロパルギルメチルカーボネート、エチルプロパルギルカーボネート、ビス(1-メチルプロパルギル)カーボネート、ビス(1-ジメチルプロパルギル)カーボネート等が挙げられる。
 上記不飽和ジエステル化合物としては、例えば、マレイン酸ジメチル、マレイン酸ジエチル、マレイン酸ジプロピル、マレイン酸ジブチル、マレイン酸ジペンチル、マレイン酸ジヘキシル、マレイン酸ジヘプチル、マレイン酸ジオクチル、フマル酸ジメチル、フマル酸ジエチル、フマル酸ジプロピル、フマル酸ジブチル、フマル酸ジペンチル、フマル酸ジヘキシル、フマル酸ジヘプチル、フマル酸ジオクチル、アセチレンジカルボン酸ジメチル、アセチレンジカルボン酸ジエチル、アセチレンジカルボン酸ジプロピル、アセチレンジカルボン酸ジブチル、アセチレンジカルボン酸ジペンチル、アセチレンジカルボン酸ジヘキシル、アセチレンジカルボン酸ジヘプチル、アセチレンジカルボン酸ジオクチル等が挙げられる。
 上記ハロゲン化環状カーボネート化合物としては、例えば、クロロエチレンカーボネート、ジクロロエチレンカーボネート、フルオロエチレンカーボネート、ジフルオロエチレンカーボネート等が挙げられ、上記環状亜硫酸エステル化合物としては、例えば、エチレンサルファイト等が挙げられ、上記環状硫酸エステルとしては、例えば、プロパンスルトン、ブタンスルトン等が挙げられる。
 これら添加剤の中でも、ビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネート、ジプロパルギルカーボネート、アセチレンジカルボン酸ジメチル、アセチレンジカルボン酸ジエチル、クロロエチレンカーボネート、ジクロロエチレンカーボネート、フルオロエチレンカーボネート、エチレンサルファイト、プロパンスルトン、及びブタンスルトンが好ましく、ビニレンカーボネート、ジプロパルギルカーボネート、アセチレンジカルボン酸ジメチル、クロロエチレンカーボネート、フルオロエチレンカーボネート、エチレンサルファイト、及びプロパンスルトンが更に好ましく、ビニレンカーボネート、ジプロパルギルカーボネート、クロロエチレンカーボネート、フルオロエチレンカーボネート、エチレンサルファイト、及びプロパンスルトンが最も好ましい。
 これらの添加剤は1種のみを使用してもよいし、2種以上を組合せて使用してもよい。   
 本発明に使用する非水電解液において、これらの添加剤の含有量が、あまりに少ない場合には十分な効果を発揮できず、またあまりに多い場合には、配合量に見合う増量効果は得られないばかりか、却って非水電解液の特性に悪影響を及ぼすことがあることから、これらの添加剤の含有量は、非水電解液中、0.005~10質量%が好ましく、0.02~5質量%が更に好ましく、0.05~3質量%が最も好ましい。
 上記非水電解液に使用する有機溶媒としては、非水電解液に通常用いられているものを1種又は2種以上組み合わせて用いることができる。具体的には、飽和環状カーボネート化合物、飽和環状エステル化合物、スルホキシド化合物、スルホン化合物、アマイド化合物、飽和鎖状カーボネート化合物、鎖状エーテル化合物、環状エーテル化合物、飽和鎖状エステル化合物等が挙げられる。
 上記有機溶媒の中でも、飽和環状カーボネート化合物、飽和環状エステル化合物、スルホキシド化合物、スルホン化合物及びアマイド化合物は、比誘電率が高いため、非水電解液の誘電率を上げる役割を果たす。これらの化合物の中では、特に飽和環状カーボネート化合物が好ましい。かかる飽和環状カーボネート化合物としては、例えば、エチレンカーボネート、1,2-プロピレンカーボネート、1,3-プロピレンカーボネート、1,2-ブチレンカーボネート、1,3-ブチレンカーボネート、1,1,-ジメチルエチレンカーボネート等が挙げられる。
 上記飽和環状エステル化合物としては、例えば、γ-ブチロラクトン、γ-バレロラクトン、γ-カプロラクトン、δ-ヘキサノラクトン、δ-オクタノラクトン等が挙げられる。
 上記スルホキシド化合物としては、例えば、ジメチルスルホキシド、ジエチルスルホキシド、ジプロピルスルホキシド、ジフェニルスルホキシド、チオフェン等が挙げられる。 上記スルホン化合物としては、例えば、ジメチルスルホン、ジエチルスルホン、ジプロピルスルホン、ジフェニルスルホン、スルホラン(テトラメチレンスルホンともいう)、3-メチルスルホラン、3,4-ジメチルスルホラン、3,4-ジフェニメチルスルホラン、スルホレン、3-メチルスルホレン、3-エチルスルホレン、3-ブロモメチルスルホレン等が挙げられ、スルホラン、及びテトラメチルスルホランが好ましい。
 上記アマイド化合物としては、例えば、N-メチルピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド等が挙げられる。
 上記有機溶媒の中でも、飽和鎖状カーボネート化合物、鎖状エーテル化合物、環状エーテル化合物及び飽和鎖状エステル化合物は、非水電解液の粘度を低くすることができ、電解質イオンの移動性を高くすることができる等、出力密度等の電池特性を優れたものにすることができる。また、低粘度であるため、低温での非水電解液の性能を高くすることができる。これらの化合物の中では、特に飽和鎖状カーボネート化合物が好ましい。かかる飽和鎖状カーボネート化合物としては、例えば、ジメチルカーボネート(DMC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、エチルブチルカーボネート、メチル-t-ブチルカーボネート、ジイソプロピルカーボネート、t-ブチルプロピルカーボネート等が挙げられる。
 上記鎖状エーテル化合物又は環状エーテル化合物としては、例えば、ジメトキシエタン(DME)、エトキシメトキシエタン、ジエトキシエタン、テトラヒドロフラン、ジオキソラン、ジオキサン、1,2-ビス(メトキシカルボニルオキシ)エタン、1,2-ビス(エトキシカルボニルオキシ)エタン、1,2-ビス(エトキシカルボニルオキシ)プロパン、エチレングリコールビス(トリフルオロエチル)エーテル、プロピレングリコールビス(トリフルオロエチル)エーテル、エチレングリコールビス(トリフルオロメチル)エーテル、ジエチレングリコールビス(トリフルオロエチル)エーテル等が挙げられ、これらの中でもジオキソランが好ましい。
 上記飽和鎖状エステル化合物としては、分子中の炭素数の合計が2~8であるモノエステル化合物及びジエステル化合物が好ましく、具体的な化合物としては、ギ酸メチル、ギ酸エチル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸イソブチル、酢酸ブチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、酪酸メチル、イソ酪酸メチル、トリメチル酢酸メチル、トリメチル酢酸エチル、マロン酸メチル、マロン酸エチル、コハク酸メチル、コハク酸エチル、3-メトキシプロピオン酸メチル、3-メトキシプロピオン酸エチル、エチレングリコールジアセチル、プロピレングリコールジアセチル等が挙げられ、ギ酸メチル、ギ酸エチル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸イソブチル、酢酸ブチル、プロピオン酸メチル、及びプロピオン酸エチルが好ましい。
 その他、有機溶媒としてアセトニトリル、プロピオニトリル、ニトロメタンやこれらの誘導体を用いることもできる。
 上記非水電解液に使用する電解質塩としては、従来公知の電解質塩が用いられ、例えば、LiPF6、LiBF4、LiAsF6、LiCF3SO3、LiCF3CO2、LiN(CF3SO22、LiC(CF3SO23、LiB(CF3SO34、LiB(C242、LiBF2(C24)、LiSbF6、LiSiF5、LiAlF4、LiSCN、LiClO4、LiCl、LiF、LiBr、LiI、LiAlF4、LiAlCl4、NaClO4、NaBF4、NaI、及びこれらの誘導体等が挙げられ、これらの中でも、LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiAsF6、LiCF3SO3、及びLiC(CF3SO23並びにLiCF3SO3の誘導体、及びLiC(CF3SO23の誘導体からなる群から選ばれる1種以上を用いるのが、電気特性に優れるので好ましい。
 上記電解質塩は、非水電解液中の濃度が、0.1~3.0mol/L、特に0.5~2.0mol/Lとなるように、上記有機溶媒に溶解することが好ましい。該電解質塩の濃度が0.1mol/Lより小さいと、充分な電流密度を得られないことがあり、3.0mol/Lより大きいと、非水電解液の安定性を損なう恐れがある。
 また、本発明に使用する非水電解液には、難燃性を付与するために、ハロゲン系、リン系、その他の難燃剤を適宜添加することができる。難燃剤の添加量が、あまりに少ない場合には十分な難燃化効果を発揮できず、またあまりに多い場合には、添加量に見合う増量効果は得られないばかりか、却って非水電解液の特性に悪影響を及ぼすことがあることから、上記難燃剤の添加量は、上記有機溶媒に対して、5~100質量%であることが好ましく、10~50質量%であることが更に好ましい。
 次に、本発明に使用する正極について説明する。本発明に使用する正極としては、正極活物質、結着剤及び導電材等を含む正極材料を有機溶媒又は水でスラリー化したものを集電体に塗布・乾燥し、必要に応じて圧延してシート状にしたものが使用される。
 上記正極活物質としては、電気化学的にリチウムイオンを吸蔵・放出可能なものであれば、特に制限はないが、リチウムと少なくとも1種の遷移金属とを含有する化合物が好ましく、例えば、リチウム遷移金属複合酸化物、リチウム含有遷移金属リン酸化合物等が挙げられ、これらを混合して用いてもよい。リチウム遷移金属複合酸化物の遷移金属としてはバナジウム、チタン、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅等が好ましい。リチウム遷移金属複合酸化物の具体例としては、LiCoO2等のリチウムコバルト複合酸化物、LiNiO2等のリチウムニッケル複合酸化物、LiMnO2、LiMn24、Li2MnO3等のリチウムマンガン複合酸化物、これらのリチウム遷移金属複合酸化物の主体となる遷移金属の一部をアルミニウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、リチウム、ニッケル、銅、亜鉛、マグネシウム、ガリウム、ジルコニウム等の他の金属で置換したもの等が挙げられる。置換されたものの具体例としては、例えば、LiNi0.5Mn0.52、LiNi0.80Co0.17Al0.032、LiNi1/3Co1/3Mn1/32、LiMn1.8Al0.24、LiMn1.5Ni0.54等が挙げられる。リチウム含有遷移金属リン酸化合物の遷移金属としては、バナジウム、チタン、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル等が好ましく、具体例としては、例えば、LiFePO4等のリン酸鉄リチウム化合物、LiCoPO4等のリン酸コバルトリチウム化合物、これらのリチウム含有遷移金属リン酸化合物の主体となる遷移金属の一部をアルミニウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、リチウム、ニッケル、銅、亜鉛、マグネシウム、ガリウム、ジルコニウム、ニオブ等の他の金属で置換したもの等が挙げられる。
 本発明の非水電解液二次電池の正極に使用される正極活物質としては、高い電圧が安定して得られることから、コバルトを含有するリチウム化合物、特にリチウムコバルト複合酸化物が好ましいが、高い電圧が得られ、原料も安価であることから、マンガン、ニッケル又は鉄を含有するリチウム化合物がより好ましく、特にリチウムニッケル含有複合酸化物又はそのニッケルの一部を他の金属で置換したもの、リン酸鉄リチウム化合物又はその鉄の一部を他の金属で置換したものであることが更に好ましい。
 正極の結着剤としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、EPDM、SBR、NBR、フッ素ゴム、ポリアクリル酸等が挙げられるが、これらに限定されない。尚、上記結着剤の使用量は、正極活物質100質量部に対し、1~20質量部が好ましく、1~10質量部が更に好ましい。
 正極の導電材としては、グラファイトの微粒子、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、ニードルコークス等の無定形炭素の微粒子等、カーボンナノファイバー等が使用されるが、これらに限定されない。尚、上記導電材の使用量は、正極活物質100質量部に対し、1~20質量部が好ましく、1~10質量部が更に好ましい。
 スラリー化する溶媒としては、結着剤を溶解する有機溶剤又は水が使用される。該有機溶剤としては、例えば、N-メチルピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、酢酸メチル、アクリル酸メチル、ジエチルトリアミン、N-N-ジメチルアミノプロピルアミン、ポリエチレンオキシド、テトラヒドロフラン等が挙げられるが、これに限定されない。尚、上記溶媒の使用量は、正極活物質100質量部に対し、50~300質量部が好ましく、70~200質量部が更に好ましい。
 正極の集電体には、通常、アルミニウム、ステンレス鋼、ニッケルメッキ鋼等が使用される。
 本発明の非水電解液二次電池では、正極と負極との間にセパレータを用いることが好ましく、該セパレータとしては、通常用いられる高分子の微多孔フィルムを特に限定なく使用できる。該フィルムとしては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリ塩化ビニリデン、ポリアクリロニトリル、ポリアクリルアミド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリイミド、ポリエチレンオキシドやポリプロピレンオキシド等のポリエーテル類、カルボキシメチルセルロースやヒドロキシプロピルセルロース等の種々のセルロース類、ポリ(メタ)アクリル酸及びその種々のエステル類等を主体とする高分子化合物やその誘導体、これらの共重合体や混合物からなるフィルム等が挙げられる。これらのフィルムは、単独で用いてもよいし、これらのフィルムを重ね合わせて複層フィルムとして用いてもよい。更に、これらのフィルムには、種々の添加剤を用いてもよく、その種類や含有量は特に制限されない。これらのフィルムの中でも、本発明の非水電解液二次電池には、ポリエチレンやポリプロピレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリスルホンからなるフィルムが好ましく用いられる。
 これらのフィルムは、電解液がしみ込んでイオンが透過し易いように、微多孔化がなされている。この微多孔化の方法としては、高分子化合物と溶剤の溶液をミクロ相分離させながら製膜し、溶剤を抽出除去して多孔化する「相分離法」と、溶融した高分子化合物を高ドラフトで押し出し製膜した後に熱処理し、結晶を一方向に配列させ、更に延伸によって結晶間に間隙を形成して多孔化をはかる「延伸法」等が挙げられ、用いられるフィルムによって適宜選択される。
 本発明の非水電解液二次電池において、電極材料、非水電解液及びセパレータには、より安全性を向上する目的で、フェノール系酸化防止剤、リン系酸化防止剤、チオエーテル系酸化防止剤、ヒンダードアミン化合物等を添加してもよい。
 上記構成からなる本発明の非水電解液二次電池は、上記正極、負極及び非水電解液を含有することが必須であるが、その形状には特に制限を受けず、コイン型、円筒型、角型等、種々の形状とすることができる。図1は、本発明の非水電解液二次電池のコイン型電池の一例を、図2及び図3は円筒型電池の一例をそれぞれ示したものである。
 図1に示すコイン型の非水電解液二次電池10において、1はリチウムイオンを放出できる正極、1aは正極集電体、2は正極から放出されたリチウムイオンを吸蔵、放出できる炭素質材料よりなる負極、2aは負極集電体、3は非水電解液、4はステンレス製の正極ケース、5はステンレス製の負極ケース、6はポリプロピレン製のガスケット、7はポリエチレン製のセパレータである。
 また、図2及び図3に示す円筒型の非水電解液二次電池10'において、11は負極、12は負極集電体、13は正極、14は正極集電体、15は非水電解液、16はセパレータ、17は正極端子、18は負極端子、19は負極板、20は負極リード、21は正極板、22は正極リード、23はケース、24は絶縁板、25はガスケット、26は安全弁、27はPTC素子である。
 以下に、実施例及び比較例により本発明を更に詳細に説明する。ただし、以下の実施例等により本発明はなんら制限されるものではない。尚、実施例中の「部」や「%」は、特にことわらないかぎり質量によるものである。
〔実施例1~14及び比較例1~13〕
 実施例及び比較例において、非水電解液二次電池(リチウム二次電池)は、以下の<作製手順>に従って作製された。
<作製手順>
a.正極の作製
〔正極Aの作製〕
 正極活物質としてLiNi1/3Co1/3Mn1/3290質量部、導電材としてアセチレンブラック5質量部、及びバインダーとしてポリフッ化ビニリデン(PVDF)5質量部を混合して、正極材料とした。この正極材料をN-メチル-2-ピロリドン(NMP)140質量部に分散させてスラリー状とした。このスラリー状の正極材料をアルミニウム製の正極集電体に塗布し、乾燥後、プレス成型して、正極板とした。その後、この正極板を所定の大きさにカットして円盤状正極Aを作製した。
〔正極Bの作製〕
 正極活物質としてLiMn2472質量部及びLiNi1/3Co1/3Mn1/3218質量部、導電材としてアセチレンブラック5質量部、並びにバインダーとしてポリフッ化ビニリデン(PVDF)5質量部を混合して、正極材料とした。この正極材料をN-メチル-2-ピロリドン(NMP)140質量部に分散させてスラリー状とした。このスラリー状の正極材料をアルミニウム製の正極集電体に塗布し、乾燥後、プレス成型して、正極板とした。その後、この正極板を所定の大きさにカットして円盤状正極Bを作製した。
b.負極の作製
〔負極Aの作製〕
 負極活物質として結晶の層間距離0.3363ナノメートル、平均粒径17ミクロン、比表面積5.4m2/g、IG/IDが0.08の表面処理を行っていない天然黒鉛97.0質量部、バインダーとしてスチレンブタジエンゴム2.0質量部、並びに増粘剤としてカルボキシメチルセルロース1.0質量部を混合して、負極材料とした。この負極材料を水120質量部に分散させてスラリー状とした。このスラリー状の負極材料を銅製の負極集電体に塗布し、乾燥後、プレス成型して、負極板とした。その後、この負極板を所定の大きさにカットし、円盤状負極Aを作製した。
〔負極Bの作製〕
 負極活物質として結晶の層間距離0.3363ナノメートル、平均粒径10ミクロン、比表面積6.3m2/g、IG/IDが0.08の表面処理を行っていない天然黒鉛97.0質量部、バインダーとしてスチレンブタジエンゴム2.0質量部、及び増粘剤としてカルボキシメチルセルロース1.0質量部を混合して、負極材料とした。この負極材料を水120質量部に分散させてスラリー状とした。このスラリー状の負極材料を銅製の負極集電体に塗布し、乾燥後、プレス成型して、負極板とした。その後、この負極板を所定の大きさにカットし、円盤状負極Bを作製した。
〔負極Cの作製〕
 負極活物質として結晶の層間距離0.3380ナノメートル、平均粒径20ミクロン、比表面積2.0m2/g、IG/IDが0.08の表面処理を行っていない人造黒鉛97.0質量部、バインダーとしてスチレンブタジエンゴム2.0質量部、及び増粘剤としてカルボキシメチルセルロース1.0質量部を混合して、負極材料とした。この負極材料を水120質量部に分散させてスラリー状とした。このスラリー状の負極材料を銅製の負極集電体に塗布し、乾燥後、プレス成型して、負極板とした。その後、この負極板を所定の大きさにカットし、円盤状負極Cを作製した。
〔負極Dの作製〕
 負極活物質として結晶の層間距離0.3385ナノメートル、平均粒径20ミクロン、比表面積1.9m2/g、IG/IDが0.08の表面処理を行っていない人造黒鉛97.0質量部、及びバインダーとしてスチレンブタジエンゴム2.0質量部、増粘剤としてカルボキシメチルセルロース1.0質量部を混合して、負極材料とした。この負極材料を水120質量部に分散させてスラリー状とした。このスラリー状の負極材料を銅製の負極集電体に塗布し、乾燥後、プレス成型して、負極板とした。その後、この負極板を所定の大きさにカットし、円盤状負極を作製した。
 上記負極A及びBの作製において、負極活物質として使用した天然黒鉛は、何れも、黒鉛粒子の結晶面が露わになっており、形状が円盤状で、黒鉛粒子同士が互いの結晶面(配向面)に対して平行に結合していた。
 また、上記負極C及びDの作製において、負極活物質として使用した人造黒鉛は、何れも、黒鉛粒子の結晶面が露わになっており、形状が、小板状で、黒鉛粒子同士が互いの結晶面(配向面)に対して平行に結合していた。
c.非水電解液の調製
〔電解質溶液Aの調製〕
 エチレンカーボネート30体積%、エチルメチルカーボネート40体積%、ジメチルカーボネート25体積%及び酢酸プロピル5体積%からなる混合溶媒に、LiPF6を1mol/Lの濃度で溶解し電解質溶液Aを調製した。
〔電解質溶液Bの調製〕
 エチレンカーボネート30体積%、エチルメチルカーボネート40体積%、ジメチルカーボネート30体積%からなる混合溶媒に、LiPF6を1mol/Lの濃度で溶解し電解質溶液Bを調製した。
〔非水電解液の調製〕
 下記の化合物A1~A3、化合物A’1~A’4、化合物B1~B2を下記表1又は表2に示す割合で電解質溶液A又はBに溶解し、本発明に係る非水電解液及び比較ための非水電解液を調製した。尚、〔表1〕及び〔表2〕中の( )内の数字は、非水電解液における濃度(質量%)を表す。
〔一般式(1)で表わされるリン酸エステル化合物〕
化合物A1:エチルビス(2-プロピニル)フォスフェート
化合物A2:トリス(2-プロピニル)フォスフェート
〔一般式(2)で表わされるリン酸エステル化合物〕
化合物A3:2,4-ヘキサジイン-1,6-ジオールテトラエチルジフォスフェート
〔不飽和基を有する環状カーボネート化合物〕
化合物B1:ビニレンカーボネート
〔環状硫酸エステル化合物〕
化合物B2:プロパンスルトン
〔比較のリン酸エステル化合物〕
化合物A’1:1,6-ヘキサンジオールテトラメチルジフォスフェート
化合物A’2:リン酸トリエチル
化合物A’3:リン酸トリベンジル
化合物A’4:リン酸トリアリル
d.電池の組み立て
 得られた円盤状正極A又はBと、円盤状負極A、B、C又はDとの間に、厚さ25μmのポリエチレン製の微多孔フィルムを挟んでケース内に保持した。その後、本発明に係る非水電解液又は比較ための非水電解液と、正極、負極との組合せが〔表1〕又は〔表2〕となるように、それぞれの非水電解液をケース内に注入し、ケースを密閉、封止して、φ20mm、厚さ3.2mmのコイン型リチウム二次電池を製作し、実施例1~14及び比較例1~13の非水電解液二次電池とした。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
 実施例1~14、比較例1~13のリチウム二次電池を用いて、下記試験法により、初期特性試験及びサイクル特性試験を行った。初期特性試験では、放電容量比(%)及び内部抵抗比(%)を求めた。またサイクル特性試験では、放電容量維持率(%)及び内部抵抗増加率(%)を求めた。これら試験結果を下記〔表3〕及び〔表4〕に示す。尚、放電容量比が高いほど、内部抵抗比の数値が低いほど初期特性が良い非水電解液二次電池である。また、放電容量維持率が高いほど、内部抵抗増加率が低いほどサイクル特性が良い非水電解液二次電池である。
<正極Aの場合の初期特性試験方法>
a.放電容量比の測定方法
 リチウム二次電池を、20℃の恒温槽内に入れ、充電電流0.3mA/cm2(0.2C相当の電流値)で4.3Vまで定電流定電圧充電し、放電電流0.3mA/cm2(0.2C相当の電流値)で3.0Vまで定電流放電する操作を5回行った。その後、充電電流0.3mA/cm2で4.3Vまで定電流定電圧充電し、放電電流0.3mA/cm2で3.0Vまで定電流放電した。この6回目に測定した放電容量を、電池の初期放電容量とし、下記式に示すように、放電容量比(%)を、実施例1の初期放電容量を100とした場合の初期放電容量の割合として求めた。
 放電容量比(%)=[(初期放電容量)/(実施例1における初期放電容量)]×100
b.内部抵抗比の測定方法
 上記6回目の放電容量を測定後のリチウム二次電池について、先ず、充電電流1.5mA/cm2(1C相当の電流値)でSOC60%になるように定電流充電し、交流インピーダンス測定装置(IVIUM TECHNOLOGIES製、商品名:モバイル型ポテンショスタットCompactStat)を用いて、周波数100kHz~0.02Hzまで走査し、縦軸に虚数部、横軸に実数部を示すコール-コールプロットを作成した。続いて、このコール-コールプロットにおいて、円弧部分を円でフィッティングして、この円の実数部分と交差する二点のうち、大きい方の値を、電池の初期内部抵抗とし、下記式に示すように、内部抵抗比(%)を、実施例1の初期内部抵抗を100とした場合の初期内部抵抗の割合として求めた。
 内部抵抗比(%)=[(初期内部抵抗)/(実施例1における初期内部抵抗)]×100
<正極Bの場合の初期特性試験方法>
 リチウム二次電池を、20℃の恒温槽内に入れ、充電電流0.3mA/cm2(0.2C相当の電流値)で4.2Vまで定電流定電圧充電し、放電電流0.3mA/cm2(0.2C相当の電流値)で3.0Vまで定電流放電する操作を5回行った。その後、充電電流0.3mA/cm2で4.2Vまで定電流定電圧充電し、放電電流0.3mA/cm2で3.0Vまで定電流放電した。この6回目に測定した放電容量を、電池の初期放電容量とし、正極Aの場合の初期特性試験方法と同様にして、放電容量比(%)を求めた。また、6回目の放電容量を測定後のリチウム二次電池について、正極Aの場合の初期特性試験方法と同様にして、内部抵抗比(%)を求めた。
<正極Aの場合のサイクル特性試験方法>
a.放電容量維持率の測定方法
 初期特性試験後のリチウム二次電池を、60℃の恒温槽内に入れ、充電電流1.5mA/cm2(1C相当の電流値、1Cは電池容量を1時間で放電する電流値)で4.3Vまで定電流充電し、放電電流1.5mA/cm2で3.0Vまで定電流放電を行うサイクルを300回繰り返して行った。この300回目の放電容量をサイクル試験後の放電容量とし、下記式に示すように、放電容量維持率(%)を、各電池の初期放電容量を100とした場合のサイクル試験後の放電容量の割合として求めた。
 放電容量維持率(%)=[(サイクル試験後の放電容量)/(初期放電容量)]×100
b.内部抵抗増加率の測定方法
 サイクル試験後、雰囲気温度を20℃に戻して、20℃における内部抵抗を、上記内部抵抗比の測定方法と同様にして測定し、この時の内部抵抗を、サイクル試験後の内部抵抗とし、下記式に示すように、内部抵抗増加率(%)を、各電池の初期内部抵抗を100とした場合のサイクル試験後の内部抵抗の増加の割合として求めた。
 内部抵抗増加率(%)=[(サイクル試験後の内部抵抗-初期内部抵抗)/(初期内部抵抗)]×100
<正極Bの場合のサイクル特性試験方法>
 初期特性試験後のリチウム二次電池を、60℃の恒温槽内に入れ、充電電流1.5mA/cm2(1C相当の電流値、1Cは電池容量を1時間で放電する電流値)で4.2Vまで定電流充電し、放電電流1.5mA/cm2で3.0Vまで定電流放電を行うサイクルを300回繰り返して行った。この300回目の放電容量をサイクル試験後の放電容量とし、正極Aの場合のサイクル特性試験方法と同様にして、放電容量維持率(%)を求めた。また、サイクル試験後のリチウム二次電池について、正極Aの場合のサイクル特性試験方法と同様にして、内部抵抗増加率(%)を求めた。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000008
 上記〔表3〕及び〔表4〕の結果から明らかなように、負極活物質として結晶面が露わであって、粒子同士が互いの配向面に対して平行に結合している黒鉛粒子を含有する負極と、正極活物質として遷移金属のリチウム含有酸化物又は遷移金属のリチウム含有リン酸塩を含有する正極及び非水電解液を有する非水電解液二次電池において、該非水電解液二次電池に対し、上記一般式(1)又は(2)で表される不飽和リン酸エステル化合物を含有させたことを特徴とする、本発明の非水電解液二次電池は、60℃でのサイクル試験後において、内部抵抗及び放電容量の面で優れており、優れた電池特性を維持できることが確認できた。特に、負極活物質として使用する黒鉛粒子の結晶の層間距離が短い、即ち黒鉛粒子の結晶度が高いほど、放電容量比が高くなるため、より優れた電池特性を維持できることが確認できた。
産業上の利用の可能性
 本発明の非水電解液二次電池は、小さな内部抵抗と高い放電容量を長期使用及び温度変化の大きい場合においても維持することが出来る。かかる非水電解液二次電池は、ビデオカメラ、デジタルカメラ、携帯音楽プレーヤー、サウンドレコーダー、ポータブルDVDプレーヤー、携帯ゲーム機、ノートパソコン、電子辞書、電子手帳、電子書籍、携帯電話、携帯テレビ、電動アシスト自転車、電池自動車、ハイブリッド車等様々な用途に用いることができ、中でも、高温状態で使用される場合がある、電池自動車、ハイブリッド車等の用途に好適に使用できる。
1  正極
1a 正極集電体
2  負極
2a 負極集電体
3  非水電解液
4  正極ケース
5  負極ケース
6  ガスケット
7  セパレータ
10 コイン型の非水電解液二次電池
10'円筒型の非水電解液二次電池
11 負極
12 負極集電体
13 正極
14 正極集電体
15 非水電解液
16 セパレータ
17 正極端子
18 負極端子
19 負極板
20 負極リード
21 正極板
22 正極リード
23 ケース
24 絶縁板
25 ガスケット
26 安全弁
27 PTC素子

Claims (6)

  1.  負極活物質として黒鉛粒子を含有する負極と、正極活物質として遷移金属のリチウム含有酸化物又は遷移金属のリチウム含有リン酸塩を含有する正極、及びリチウム塩を有機溶媒に溶解させた非水電解液を有する非水電解液二次電池において、
     上記黒鉛粒子が結晶面が露わであって、該黒鉛粒子同士が互いの配向面に対して平行に結合しており、上記非水電解液が下記一般式(1)で表されるアルキニル基が結合したリン酸エステル化合物及び/又は下記一般式(2)で表される不飽和リン酸エステル化合物を含有することを特徴とする非水電解液二次電池。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
    (式中、R1及びR2は各々独立して水素原子又は炭素数1~8のアルキル基を表し、R3は炭素数1~8のアルキル基、炭素数2~8のアルケニル基、炭素数2~8のアルキニル基又は炭素数1~8のハロゲン化アルキル基を表す。)
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
    (式中、R4及びR5は各々独立して水素原子又は炭素数1~8のアルキル基を表し、R6は炭素数1~8のアルキル基、炭素数2~8のアルケニル基、炭素数2~8のアルキニル基又は炭素数1~8のハロゲン化アルキル基を表し、nは1又は2の数を表す。)
  2.  上記黒鉛粒子の結晶の層間距離が0.3354~0.3385ナノメートルであることを特徴とする請求項1記載の非水電解液二次電池。
  3.  上記黒鉛粒子が天然黒鉛であることを特徴とする請求項1又は2記載の非水電解液二次電池。
  4.  上記黒鉛粒子が人造黒鉛であることを特徴とする請求項1又は2記載の非水電解液二次電池。
  5.  上記非水電解液が不飽和基を有する環状カーボネート化合物、鎖状カーボネート化合物、不飽和ジエステル化合物、ハロゲン化環状カーボネート化合物、環状亜硫酸エステル化合物又は環状硫酸エステル化合物を含有することを特徴とする請求項1~4の何れか1項に記載の非水電解液二次電池。
  6.  上記黒鉛粒子の波長514.5ナノメートルのアルゴンレーザーラマン分光測定における1360cm-1付近のピーク強度(ID)と1580cm-1付近のピーク強度(IG)の比〔IG/ID〕が0.10以下であることを特徴とする請求項1~5の何れか1項に記載の非水電解液二次電池。
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