WO2012132059A1 - 二次電池および電解液 - Google Patents

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chain fluorinated
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川崎　大輔
志村　健一
洋子 橋詰
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日本電気株式会社
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    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • Embodiments according to the present invention relate to a secondary battery and an electrolyte for a secondary battery used therein, and more particularly, to a lithium ion secondary battery and an electrolyte for a secondary battery used therefor.
  • Examples of means for obtaining a secondary battery having a high energy density include a method using a negative electrode material having a large capacity, a method using an electrolyte solution having excellent stability, and the like.
  • Patent Document 1 discloses that silicon oxide or silicate is used as a negative electrode active material of a secondary battery.
  • Patent Document 2 discloses a negative electrode for a secondary battery including an active material layer including carbon material particles capable of inserting and extracting lithium ions, metal particles capable of being alloyed with lithium, and oxide particles capable of inserting and extracting lithium ions. Is disclosed.
  • Patent Document 3 discloses a negative electrode material for a secondary battery in which the surface of particles having a structure in which silicon microcrystals are dispersed in a silicon compound is coated with carbon. The negative electrode active material described in Patent Documents 2 and 3 has an effect of relaxing the volume change as a whole of the negative electrode.
  • an electrolytic solution for example, as disclosed in Patent Documents 4 to 6, an electrolytic solution containing other compounds in addition to a commonly used nonaqueous electrolytic solution has been tried.
  • Patent Document 4 discloses using an electrolyte containing an asymmetric acyclic sulfone and a chain ester compound.
  • Patent Documents 5 and 6 describe using a nonaqueous electrolytic solution containing a fluorinated ether.
  • Patent Document 7 an electrolytic solution containing any one compound of fluorine-containing ether, fluorine-containing ester, and fluorine-containing carbonate is described.
  • the secondary battery is required to have a small volume increase when repeatedly charged and discharged.
  • an object of the embodiment according to the present invention is to provide a secondary battery that is excellent in cycle characteristics even in a high temperature environment, has a small increase in resistance even when used in a high temperature environment, and suppresses an increase in volume.
  • a secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte solution
  • the electrolytic solution includes a chain fluorinated sulfone compound represented by the following formula (1).
  • R 1 and R 2 each independently represent a substituted or unsubstituted alkyl group or a substituted or unsubstituted aryl group, and at least one of R 1 and R 2 represents a fluorine atom. Included.
  • One of the embodiments according to the present invention is as follows. It is the electrolyte solution for secondary batteries characterized by including the chain
  • the embodiment of the present invention it is possible to provide a secondary battery that is excellent in cycle characteristics even in a high temperature environment and has a small increase in resistance even when used in a high temperature environment.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a structure of an electrode element included in a laminated laminate type secondary battery.
  • the electrolytic solution in the present embodiment includes a chain fluorinated sulfone compound represented by the following formula (1).
  • a chain fluorinated sulfone compound represented by the following formula (1).
  • SEI coating solid liquid interface coating
  • R 1 and R 2 each independently represent a substituted or unsubstituted alkyl group or a substituted or unsubstituted aryl group, and at least one of R 1 and R 2 contains a fluorine atom. .
  • the alkyl group preferably has 1 to 12 carbon atoms, more preferably 1 to 8 carbon atoms, still more preferably 1 to 6 carbon atoms. It is particularly preferable that the number is 4.
  • the aryl group preferably has 6 to 18 carbon atoms, more preferably 6 to 12 carbon atoms, and still more preferably 6 to 10 carbon atoms.
  • At least one of R 1 and R 2 contains a fluorine atom. Accordingly, at least one of R 1 and R 2 preferably has a fluorine atom as a substituent, and at least one of R 1 and R 2 is preferably a fluorine-substituted alkyl group.
  • the fluorine-substituted alkyl group represents a substituted alkyl group having a structure in which at least one hydrogen atom of the unsubstituted alkyl group is substituted with a fluorine atom.
  • the alkyl group includes a linear, branched or cyclic group, but the fluorine-substituted alkyl group is preferably linear.
  • R 1 and R 2 other substituents include, for example, an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms (for example, methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl group, butyl group), aryl having 6 to 10 carbon atoms Group (for example, phenyl group, naphthyl group), halogen atom (for example, chlorine atom, bromine atom) and the like.
  • an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms for example, methyl group, ethyl group, propyl group, isopropyl group, butyl group
  • aryl having 6 to 10 carbon atoms Group for example, phenyl group, naphthyl group
  • halogen atom for example, chlorine atom, bromine atom
  • R 1 and R 2 are preferably each independently a fluorine-substituted alkyl group.
  • R 1 and R 2 are each independently preferably a fluorine-substituted alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, and more preferably a fluorine-substituted alkyl group having 1 to 4 carbon atoms.
  • one of R 1 and R 2 is a fluorine-substituted alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, and the other is an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms that may be substituted with an aryl group, or An aryl group having 6 to 10 carbon atoms which may be substituted with an alkyl group is preferable.
  • the chain fluorinated sulfone compound can be used alone or in combination of two or more.
  • the content of the chain fluorinated sulfone compound in the electrolytic solution is not particularly limited, but is preferably 0.01 to 30% by mass, and more preferably 0.1 to 20% by mass. More preferably, it is 1 to 10% by mass.
  • the content of the chain fluorinated sulfone compound is not particularly limited, but is preferably 0.01 to 30% by mass, and more preferably 0.1 to 20% by mass. More preferably, it is 1 to 10% by mass.
  • the electrolytic solution preferably further contains a chain fluorinated ether compound represented by the following formula (2).
  • a chain fluorinated ether compound represented by the following formula (2).
  • R a and R b each independently represent an alkyl group or a fluorine-substituted alkyl group, and at least one of R a and R b is a fluorine-substituted alkyl group.
  • the alkyl group preferably has 1 to 12 carbon atoms, more preferably 1 to 8, more preferably 1 to 6, and more preferably 1 to 4. Particularly preferred. Further, in the formula (2), the alkyl group includes a linear, branched or cyclic group, but is preferably a linear group.
  • At least one of R a and R b is a fluorine-substituted alkyl group.
  • the fluorine-substituted alkyl group represents a substituted alkyl group having a structure in which at least one hydrogen atom of the unsubstituted alkyl group is substituted with a fluorine atom.
  • the fluorine-substituted alkyl group is preferably linear.
  • R a and R b are each independently preferably a fluorine-substituted alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, and more preferably a fluorine-substituted alkyl group having 1 to 4 carbon atoms.
  • the chain fluorinated ether is preferably a compound represented by the following formula (3) from the viewpoint of voltage resistance and compatibility with other electrolytes.
  • n is 1 to 8
  • Y 1 to Y 8 are each independently a fluorine atom or a hydrogen atom, provided that at least one of Y 1 to Y 3 is a fluorine atom.
  • At least one of Y 4 to Y 8 is a fluorine atom).
  • Y 2 and Y 3 may be independent for each n.
  • the chain fluorinated ether compound is more preferably represented by the following formula (4) from the viewpoint of the viscosity of the electrolytic solution and compatibility with other electrolytes typified by chain fluorinated sulfone. .
  • n is 1, 2, 3 or 4.
  • X 1 to X 8 are each independently a fluorine atom or a hydrogen atom. However, at least one of X 1 to X 4 is a fluorine atom, and at least one of X 5 to X 8 is a fluorine atom.
  • X 1 to X 4 may be independent for each n.
  • n is preferably 1 or 2, and n is more preferably 1.
  • the atomic ratio of fluorine atoms to hydrogen atoms is preferably 1 or more.
  • chain fluorinated ether compound examples include CF 3 OCH 3 , CF 3 OC 2 H 6 , F (CF 2 ) 2 OCH 3 , F (CF 2 ) 2 OC 2 H 5 , and F (CF 2 ) 3 OCH.
  • the content of the chain fluorinated ether compound in the electrolytic solution is, for example, 1 to 70% by mass.
  • the content of the chain fluorinated ether compound in the electrolytic solution is preferably 5 to 60% by mass, more preferably 7 to 50% by mass, and further preferably 10 to 40% by mass. preferable.
  • the content of the chain fluorinated ether compound is 60% by mass or less, Li ions dissociate easily in the supporting salt, and the conductivity of the electrolytic solution is improved.
  • strand-shaped fluorinated ether compound is 5 mass% or more, it is thought that it becomes easy to suppress reductive decomposition on the negative electrode of electrolyte solution.
  • Solvents that can be used for the electrolyte include cyclic carbonates such as propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), butylene carbonate (BC), and vinylene carbonate (VC); dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate ( Aprotic such as chain carbonates such as DEC), ethyl methyl carbonate (EMC), dipropyl carbonate (DPC); propylene carbonate derivatives; aliphatic carboxylic acid esters such as methyl formate, methyl acetate, ethyl propionate; A solvent is mentioned. These aprotic solvents can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.
  • PC propylene carbonate
  • EC ethylene carbonate
  • BC butylene carbonate
  • VVC vinylene carbonate
  • DMC dimethyl carbonate
  • Aprotic such as chain carbonates such as DEC
  • EMC ethyl methyl carbonate
  • DPC dipropyl carbonate
  • the electrolytic solution preferably contains a carbonate compound (non-fluorinated) as a solvent.
  • a carbonate compound By using a carbonate compound, the ion dissociation property of the electrolytic solution is improved, and the viscosity of the electrolytic solution is lowered. Therefore, ion mobility can be improved.
  • the carbonate compound include cyclic carbonates and chain carbonates as described above.
  • the carbonate compound include ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), butylene carbonate (BC), vinylene carbonate (VC), dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), and ethyl methyl as described above. Examples include carbonate (MEC) and dipropyl carbonate (DPC).
  • the electrolytic solution preferably contains a carbonate compound as a main solvent.
  • the content of the carbonate compound in the solvent is preferably 60% by volume or more, more preferably 70% by volume or more, further preferably 80% by volume or more, and 90% by volume or more. Particularly preferred.
  • ⁇ -lactones such as ⁇ -butyrolactone
  • chain ethers such as 1,2-ethoxyethane (DEE), ethoxymethoxyethane (EME), tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran
  • Cyclic ethers such as dimethyl sulfoxide, 1,3-dioxolane, formamide, acetamide, dimethylformamide, dioxolane, acetonitrile, propylnitrile, nitromethane, ethyl monoglyme, phosphoric acid triester, trimethoxymethane, dioxolane derivatives, sulfolane, methyl Sulfolane, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, 3-methyl-2-oxazolidinone, propylene carbonate derivative, tetrahydrofuran derivative, ethyl ether, 1,3-propane sultone
  • the electrolytic solution in the present embodiment includes a chain fluorinated sulfone compound, a chain fluorinated ether compound, and a carbonate compound. Since the carbonate compound has a large relative dielectric constant, the ion dissociation property of the electrolytic solution is improved. Further, since the viscosity of the electrolytic solution is lowered, the ion mobility is improved. However, when a carbonate compound having a carbonate structure is used as the electrolytic solution, the carbonate compound tends to decompose and a gas composed of CO 2 tends to be generated.
  • the content of the chain fluorinated sulfone compound is 1 to 15% by volume based on the total amount of the chain fluorinated sulfone compound, the chain fluorinated ether compound and the solvent, The amount is 10 to 35% by volume based on the total amount of the chain fluorinated sulfone compound, the chain fluorinated ether compound and the solvent, and the content of the carbonate compound is the chain fluorinated sulfone compound and the chain fluorinated ether compound. 30 to 89% by volume based on the total amount of the solvent and the solvent. Further, the content of the chain fluorinated sulfone compound is more preferably 2 to 12% by volume.
  • the content of the chain fluorinated ether compound is more preferably 15 to 30% by volume with respect to the total amount of the chain fluorinated sulfone compound, the chain fluorinated ether compound and the solvent.
  • the content of the carbonate compound is more preferably 50 to 80% by volume, and 55 to 75% by volume based on the total amount of the chain fluorinated sulfone compound, the chain fluorinated ether compound and the solvent. Further preferred.
  • the electrolytic solution can further contain a supporting salt.
  • the supporting salt include LiPF 6 , LiAsF 6 , LiAlCl 4 , LiClO 4 , LiBF 4 , LiSbF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiC 4 F 9 SO 3 , Li (CF 3 SO 2 ) 2 , LiN (CF 3 And a lithium salt such as SO 2 ) 2 .
  • a supporting salt can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.
  • the concentration of the supporting salt in the electrolytic solution is preferably 0.5 to 1.5 mol / l. By setting the concentration of the supporting salt within this range, it is easy to adjust the density, viscosity, electrical conductivity, and the like to an appropriate range.
  • the lithium secondary battery of the present embodiment includes a negative electrode having a negative electrode active material.
  • the negative electrode active material can be bound on the negative electrode current collector by a negative electrode binder.
  • the negative electrode active material in the present embodiment is not particularly limited, and for example, a metal (a) that can be alloyed with lithium, a metal oxide (b) that can occlude and release lithium ions, or occlude lithium ions. And carbon material (c) that can be released.
  • Examples of the metal (a) include Al, Si, Pb, Sn, In, Bi, Ag, Ba, Ca, Hg, Pd, Pt, Te, Zn, La, or alloys of two or more thereof. It is done. Moreover, you may use these metals or alloys in mixture of 2 or more types. These metals or alloys may contain one or more non-metallic elements. In this embodiment, it is preferable to use silicon as the negative electrode active material. Silicon is an element with the second largest number of Clarkes following oxygen, and is rich in resources. Moreover, it shows a higher charge capacity than other metals of about 4200 mAh / g.
  • the negative electrode active material it is possible to provide a lithium ion battery that is excellent in weight energy density and volume energy density and has few resource restrictions.
  • tin can be used as the negative electrode active material, and tin and silicon are preferably used, and an alloy of tin and silicon is more preferably used.
  • the content of the metal (a) in the negative electrode active material may be 0% by mass or 100% by mass, but is preferably 5% by mass to 95% by mass, and is preferably 10% by mass to 90% by mass. More preferably, it is more preferably 20% by mass or more and 50% by mass or less.
  • the negative electrode containing silicon has a problem that the volume increase due to repeated charge and discharge is large, but by using an electrolytic solution containing a chain fluorinated sulfone compound and a chain fluorinated ether compound, the volume increase due to charge and discharge can be reduced. It turned out that it can suppress.
  • the mechanism of the present embodiment is that, as described above, the chain fluorinated ether compound is coordinated or adsorbed on the film formed by the chain fluorinated sulfone compound, thereby suppressing the decomposition of the electrolyte further. As estimated, such a phenomenon is considered to be particularly remarkable in the negative electrode containing silicon. Therefore, in this embodiment, a particularly advantageous effect can be obtained by using a negative electrode containing silicon.
  • the metal oxide (b) examples include silicon oxide, aluminum oxide, tin oxide, indium oxide, zinc oxide, lithium oxide, and composites thereof.
  • silicon oxide it is preferable to use silicon oxide as the negative electrode active material. This is because silicon oxide is relatively stable and hardly causes a reaction with other compounds.
  • one or more elements selected from nitrogen, boron and sulfur may be added to the metal oxide (b), for example, 0.1 to 5% by mass. By carrying out like this, the electrical conductivity of a metal oxide (b) can be improved.
  • the content of the metal oxide (b) in the negative electrode active material may be 0% by mass or 100% by mass, but is preferably 5% by mass or more and 90% by mass or less, and 40% by mass or more and 80% by mass or less. It is more preferable to set it as 50 mass% or more and 70 mass% or less.
  • Examples of the carbon material (c) include carbon, amorphous carbon, diamond-like carbon, carbon nanotube, or a composite thereof.
  • carbon with high crystallinity has high electrical conductivity, and is excellent in adhesiveness and voltage flatness with a negative electrode current collector made of a metal such as copper.
  • amorphous carbon having low crystallinity has a relatively small volume expansion, it has a high effect of relaxing the volume expansion of the entire negative electrode, and deterioration due to non-uniformity such as crystal grain boundaries and defects hardly occurs.
  • the content of the carbon material (c) in the negative electrode active material may be 0% by mass or 100% by mass, but is preferably 2% by mass or more and 50% by mass or less, and 2% by mass or more and 30% by mass or less. More preferably.
  • the negative electrode active material in this embodiment includes a metal (a) that can be alloyed with lithium, a metal oxide (b) that can occlude and release lithium ions, and a carbon material (c) that can occlude and release lithium ions. It is preferable to contain.
  • the metal (a) is preferably silicon and the metal oxide (b) is preferably silicon oxide. That is, the negative electrode active material is preferably composed of a composite of silicon, silicon oxide, and a carbon material (hereinafter also referred to as Si / SiO / C composite). Furthermore, it is preferable that the metal oxide (b) has an amorphous structure in whole or in part.
  • the metal oxide (b) having an amorphous structure can suppress volume expansion of the carbon material (c) and the metal (a) which are other negative electrode active materials. Although this mechanism is not clear, it is presumed that the metal oxide (b) has some influence on the formation of a film on the interface between the carbon material (c) and the electrolytic solution due to the amorphous structure.
  • the amorphous structure is considered to have relatively few elements due to non-uniformity such as crystal grain boundaries and defects. It can be confirmed by X-ray diffraction measurement (general XRD measurement) that all or part of the metal oxide (b) has an amorphous structure.
  • the metal oxide (b) does not have an amorphous structure, a peak specific to the metal oxide (b) is observed, but all or part of the metal oxide (b) is amorphous. In the case of having a structure, the intrinsic peak is observed broad in the metal oxide (b).
  • the Si / SiO / C composite it is preferable that all or part of silicon is dispersed in silicon oxide.
  • silicon oxide By dispersing at least a part of silicon in silicon oxide, volume expansion as a whole of the negative electrode can be further suppressed, and decomposition of the electrolytic solution can also be suppressed.
  • all or part of silicon is dispersed in silicon oxide because transmission electron microscope observation (general TEM observation) and energy dispersive X-ray spectroscopy measurement (general EDX measurement) are used in combination. This can be confirmed. Specifically, the cross section of a sample containing silicon particles can be observed, and the oxygen concentration of silicon particles dispersed in silicon oxide can be measured to confirm that it is not an oxide.
  • the negative electrode active material containing silicon is particularly preferably a Si / SiO / C composite.
  • the negative electrode active material composed of a Si / SiO / C composite and an electrolytic solution containing a chain fluorinated sulfone compound and a chain fluorinated ether compound cycle characteristics, resistance change rate, and A secondary battery having a further excellent volume increase rate can be obtained.
  • the Si / SiO / C composite for example, all or part of silicon oxide has an amorphous structure, and all or part of silicon is dispersed in silicon oxide.
  • a Si / SiO / C composite can be produced, for example, by a method disclosed in Patent Document 3 (Japanese Patent Laid-Open No. 2004-47404). That is, the Si / SiO / C composite can be obtained, for example, by performing CVD treatment of silicon oxide in an atmosphere containing an organic gas such as methane gas.
  • the Si / SiO / C composite obtained by such a method has a form in which the surface of particles made of silicon oxide containing silicon is coated with carbon. Silicon is nanoclustered in silicon oxide.
  • the ratio of silicon, silicon oxide and carbon material is not particularly limited.
  • Silicon is preferably 5% by mass or more and 90% by mass or less, and more preferably 20% by mass or more and 50% by mass or less with respect to the Si / SiO / C composite.
  • Silicon oxide is preferably 5% by mass or more and 90% by mass or less, and more preferably 40% by mass or more and 70% by mass or less with respect to the Si / SiO / C composite.
  • the carbon material is preferably 2% by mass or more and 50% by mass or less, and more preferably 2% by mass or more and 30% by mass or less with respect to the Si / SiO / C composite.
  • the Si / SiO / C composite can be made of a mixture of silicon, silicon oxide and carbon material, and the metal (a), metal oxide (b) and carbon material (c) are mixed by mechanical milling. Can also be produced.
  • the Si / SiO / C composite can be obtained by mixing particles of silicon, silicon oxide and carbon materials.
  • the average particle diameter of silicon can be configured to be smaller than the average particle diameter of the carbon material and the average particle diameter of silicon oxide. In this way, silicon with a small volume change during charge and discharge has a relatively small particle size, and carbon materials and silicon oxide with a large volume change have a relatively large particle size. Is more effectively suppressed.
  • the average particle diameter of silicon can be, for example, 20 ⁇ m or less, and is preferably 15 ⁇ m or less.
  • the average particle diameter of a metal oxide (b) is 1/2 or less of the average particle diameter of a carbon material (c), and the average particle diameter of a metal (a) is an average of a metal oxide (b). It is preferable that it is 1/2 or less of a particle diameter.
  • the average particle diameter of the metal oxide (b) is 1 ⁇ 2 or less of the average particle diameter of the carbon material (c), and the average particle diameter of the metal (a) is the average particle diameter of the metal oxide (b). It is more preferable that it is 1/2 or less.
  • the average particle diameter of silicon oxide (c) is set to be 1/2 or less of the average particle diameter of graphite (a), and the average particle diameter of silicon (b) is equal to the average particle diameter of silicon oxide (c). It is preferable to make it 1/2 or less.
  • the average particle diameter of silicon (b) can be, for example, 20 ⁇ m or less, and is preferably 15 ⁇ m or less.
  • the binder for the negative electrode is not particularly limited.
  • polyvinylidene fluoride, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene copolymer, styrene-butadiene copolymer Rubber, polytetrafluoroethylene, polypropylene, polyethylene, polyimide, polyamideimide, polyacrylic acid, or the like can be used.
  • polyimide or polyamideimide is preferred because of its high binding properties.
  • the amount of the binder for the negative electrode to be used is preferably 5 to 25 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the negative electrode active material from the viewpoints of “sufficient binding force” and “high energy” which are in a trade-off relationship. .
  • the negative electrode current collector aluminum, nickel, stainless steel, chromium, copper, silver, and alloys thereof are preferable in view of electrochemical stability.
  • the shape include foil, flat plate, and mesh.
  • the negative electrode can be produced by forming a negative electrode active material layer containing a negative electrode active material and a negative electrode binder on a negative electrode current collector.
  • Examples of the method for forming the negative electrode active material layer include a doctor blade method, a die coater method, a CVD method, and a sputtering method.
  • a thin film of aluminum, nickel, or an alloy thereof may be formed by a method such as vapor deposition or sputtering to form a negative electrode.
  • the positive electrode is formed by, for example, binding a positive electrode active material so as to cover the positive electrode current collector with a positive electrode binder.
  • lithium manganate having a layered structure such as LiMnO 2 , Li x Mn 2 O 4 (0 ⁇ x ⁇ 2) or lithium manganate having a spinel structure; LiCoO 2 , LiNiO 2 or a transition metal thereof Lithium transition metal oxides in which a specific transition metal such as LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 does not exceed half the lithium transition metal oxides; In which Li is made excessive in comparison with the stoichiometric composition.
  • a positive electrode active material can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.
  • the positive electrode binder the same as the negative electrode binder can be used.
  • polyvinylidene fluoride is preferable from the viewpoint of versatility and low cost.
  • the amount of the positive electrode binder used is preferably 2 to 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the positive electrode active material from the viewpoints of “sufficient binding force” and “higher energy” which are in a trade-off relationship. .
  • the positive electrode current collector the same as the negative electrode current collector can be used.
  • a conductive auxiliary material may be added to the positive electrode active material layer containing the positive electrode active material for the purpose of reducing impedance.
  • the conductive auxiliary material include carbonaceous fine particles such as graphite, carbon black, and acetylene black.
  • separator a porous film such as polypropylene or polyethylene or a nonwoven fabric can be used. Moreover, what laminated
  • Exterior Body can be appropriately selected as long as it is stable to the electrolytic solution and has a sufficient water vapor barrier property.
  • a laminated laminate type secondary battery a laminate film made of aluminum, silica-coated polypropylene, polyethylene, or the like can be used as the outer package.
  • an aluminum laminate film from the viewpoint of suppressing volume expansion.
  • the distortion of the electrode element becomes very large when gas is generated, compared to a secondary battery using a metal can as the exterior body. This is because the laminate film is more easily deformed by the internal pressure of the secondary battery than the metal can. Furthermore, when sealing a secondary battery using a laminate film as an exterior body, the internal pressure of the battery is usually lower than the atmospheric pressure, so there is no extra space inside, and if gas is generated, it is immediately It tends to lead to battery volume changes and electrode element deformation.
  • the secondary battery according to the present embodiment can overcome the above problem. As a result, it is possible to provide a laminate-type lithium ion secondary battery that is inexpensive and has excellent flexibility in designing the cell capacity by changing the number of layers.
  • the configuration of the secondary battery according to the present embodiment is not particularly limited.
  • an electrode element in which a positive electrode and a negative electrode are opposed to each other and an electrolytic solution are included in an exterior body. It can be set as a structure.
  • the shape of the secondary battery is not particularly limited, and examples thereof include a cylindrical shape, a flat wound rectangular shape, a laminated rectangular shape, a coin shape, a flat wound laminated shape, and a laminated laminated shape.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a structure of an electrode element included in a laminated laminate type secondary battery.
  • This electrode element is formed by alternately stacking a plurality of positive electrodes c and a plurality of negative electrodes a with a separator b interposed therebetween.
  • the positive electrode current collector e of each positive electrode c is welded to and electrically connected to each other at an end portion not covered with the positive electrode active material, and a positive electrode terminal f is welded to the welded portion.
  • the negative electrode current collector d of each negative electrode a is welded and electrically connected to each other at an end portion not covered with the negative electrode active material, and a negative electrode terminal g is welded to the welded portion.
  • the electrode element having such a planar laminated structure does not have a portion with a small R (a region close to the winding core of the wound structure), the electrode element associated with charge / discharge is compared with an electrode element having a wound structure.
  • the generated gas may easily stay between the electrodes.
  • Example 1 ⁇ Negative electrode>
  • the negative electrode active material single silicon having an average particle diameter D50 measured by a laser diffraction / scattering method of 5 ⁇ m was used. A mass of 75: 20: 5 of this negative electrode active material, polyamideimide (trade name: Viromax (registered trademark) manufactured by Toyobo Co., Ltd.) as a binder for negative electrode, and acetylene black as a conductive auxiliary material Weighed ratios and mixed them with n-methylpyrrolidone to prepare a negative electrode slurry. The negative electrode slurry was applied to a copper foil having a thickness of 10 ⁇ m, dried, and further subjected to a heat treatment in a nitrogen atmosphere at 300 ° C. to produce a negative electrode.
  • polyamideimide trade name: Viromax (registered trademark) manufactured by Toyobo Co., Ltd.
  • acetylene black as a conductive auxiliary material
  • ⁇ Positive electrode> A mass ratio of lithium nickelate (LiNi 0.80 Co 0.15 Al 0.05 O 2 ) as a positive electrode active material, carbon black as a conductive auxiliary material, and polyvinylidene fluoride as a positive electrode binder is 90: 5: 5 Weighed with. These materials were mixed with n-methylpyrrolidone to prepare a positive electrode slurry. The positive electrode slurry was applied to an aluminum foil having a thickness of 20 ⁇ m, dried, and further pressed to produce a positive electrode.
  • Electrode element> The obtained positive electrode 3 layers and negative electrode 4 layers were alternately stacked while sandwiching a polypropylene porous film as a separator. The ends of the positive electrode current collector not covered with the positive electrode active material and the negative electrode current collector not covered with the negative electrode active material were welded. Furthermore, the positive electrode terminal made from aluminum and the negative electrode terminal made from nickel were each welded to the welding location, and the electrode element which has a planar laminated structure was obtained.
  • a mixed solvent LiPF 6 as a supporting salt was mixed with the mixed solvent so as to be 1 mol / l to obtain an electrolytic solution.
  • the content of the chain fluorinated sulfone compound is 10% by volume.
  • ⁇ Secondary battery> The electrode element was wrapped with an aluminum laminate film as an outer package, an electrolyte solution was poured therein, and then sealed while reducing the pressure to 0.1 atm. Thus, a secondary battery was produced.
  • “Cycle maintenance rate (%)” was calculated by (discharge capacity after 125 cycles) / (discharge capacity after 5 cycles) ⁇ 100 (unit:%).
  • the “resistance change rate (%)” was calculated by (resistance value after 125 cycles) / (initial resistance value) ⁇ 100 (unit:%).
  • the initial resistance value is the resistance value in the discharge state before the cycle.
  • the resistance value was measured with an AC milliohm HiTester 3560 manufactured by HIOKI.
  • volume increase (%) was calculated by ⁇ (volume capacity after 125 cycles) / (volume capacity before cycles) ⁇ 1 ⁇ ⁇ 100 (unit:%).
  • Example 2 to 13 A secondary battery was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the compounds listed in Table 1 were used as the chain fluorinated sulfone compound. The results are shown in Table 1.
  • Example 1 the initial resistance value was 17.8 m ⁇ , and the resistance value after 125 cycles was 55.2 m ⁇ . In Example 4, the initial resistance value was 16.6 m ⁇ , and the resistance value after 125 cycles was 52.1 m ⁇ . In Comparative Example 1, the initial resistance value was 22.7 m ⁇ , and the resistance value after 125 cycles was 80.1 m ⁇ .
  • Example 14 A secondary battery was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that a Si / SiO / C composite (CVD method) was used as the negative electrode active material instead of single silicon. The results are shown in Table 1.
  • the Si / SiO / C composite (CVD method) was obtained by performing a CVD process at 1150 ° C. for 6 hours in an atmosphere containing methane gas.
  • the Si / SiO / C composite had a form in which the surface of particles composed of silicon and silicon oxide was coated with carbon. Silicon was nanoclustered in silicon oxide.
  • the mass ratio of Si / SiO / C was adjusted to be approximately 29/61/10.
  • the average particle diameter D 50 of the Si / SiO / C composite was about 5 [mu] m.
  • Example 15 to 26 A secondary battery was prepared and evaluated in the same manner as in Example 14 except that the compounds listed in Table 2 were used as the chain fluorinated sulfone compound. The results are shown in Table 2.
  • Example 27 to 30 A secondary battery was prepared and evaluated in the same manner as in Example 17 except that the content (volume%) of the chain fluorinated sulfone compound in the mixed solvent was changed to the value shown in Table 3. The results are shown in Table 3.
  • Example 31 A secondary battery was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that a SiSn alloy was used in place of elemental silicon as the negative electrode active material. The results are shown in Table 4.
  • the average particle diameter D 50 of SiSn alloy was about 5 [mu] m.
  • the SiSn alloy was obtained by mixing metal Si particles having an average particle diameter D50 of about 7 ⁇ m and metal Sn particles having an average particle diameter D50 of about 7 ⁇ m by a so-called mechanical milling method for 8 hours.
  • Example 32 and 33 A secondary battery was prepared and evaluated in the same manner as in Example 31 except that the compounds listed in Table 4 were used as the chain fluorinated sulfone compound. The results are shown in Table 4.
  • Example 34 A secondary battery was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that a Si / SiO / C composite (mechanical method) was used in place of elemental silicon as the negative electrode active material. The results are shown in Table 1.
  • the Si / SiO / C composite (mechanical method) was produced by the following method. First, a mass ratio of 29:61:10 of silicon having an average particle diameter of 5 ⁇ m, amorphous silicon oxide (SiO x , 0 ⁇ x ⁇ 2) having an average particle diameter of 13 ⁇ m, and graphite having an average particle diameter of 30 ⁇ m. Weighed with. These materials were mixed for 24 hours by so-called mechanical milling to obtain a Si / SiO / C composite (mechanical method). In this negative electrode active material, silicon was dispersed in silicon oxide (SiO x , 0 ⁇ x ⁇ 2).
  • Example 35 A secondary battery was produced and evaluated in the same manner as in Example 17 except that polyimide (manufactured by Ube Industries, trade name: U Varnish A) was used as the binder resin. The results are shown in Table 4.
  • Example 36 A secondary battery was produced and evaluated in the same manner as in Example 14 except that the electrolytic solution prepared as follows was used. The results are shown in Table 5.
  • LiPF 6 as a supporting salt was mixed with the mixed solvent so as to be 1 mol / l to obtain an electrolytic solution.
  • Examples 37 to 48 A secondary battery was prepared and evaluated in the same manner as in Example 36 except that the compounds shown in Table 5 were used as the chain fluorinated sulfone compound. The results are shown in Table 5.
  • Example 36 the initial resistance value was 40.4 m ⁇ , and the resistance value after 125 cycles was 58.5 m ⁇ .
  • the initial resistance value was 41.8 m ⁇ , and the resistance value after 125 cycles was 48.5 m ⁇ .
  • Example 49 A secondary battery was made and evaluated in the same manner as in Example 39 except that the content (volume%) of the chain fluorinated ether in the mixed solvent was changed to the value shown in Table 6. The results are shown in Table 6.
  • Example 54 A secondary battery was prepared and evaluated in the same manner as in Example 39 except that the compounds shown in Table 7 were used as the chain fluorinated ether. The results are shown in Table 7.
  • This embodiment can be used in all industrial fields that require a power source and in industrial fields related to the transport, storage, and supply of electrical energy.
  • power supplies for mobile devices such as mobile phones and notebook computers
  • power supplies for transportation and transportation media such as trains, satellites, and submarines, including electric vehicles such as electric cars, hybrid cars, electric bikes, and electric assist bicycles
  • a backup power source such as a UPS
  • a power storage facility for storing power generated by solar power generation, wind power generation, etc .

Abstract

高温環境下でもサイクル特性に優れ、かつ高温環境の使用でも抵抗上昇が少ない二次電池を提供することを目的とする。 本実施形態は、正極と、負極と、電解液と、を備える二次電池であって、電解液が、所定の式で表される鎖状フッ素化スルホン化合物を含むことを特徴とする二次電池である。

Description

二次電池および電解液
　本発明に係る実施形態は、二次電池およびそれに用いる二次電池用電解液に関し、特にリチウムイオン二次電池およびそれに用いる二次電池用電解液に関する。
　ノート型パソコン、携帯電話、電気自動車などの急速な市場拡大に伴い、高エネルギー密度の二次電池が求められている。高エネルギー密度の二次電池を得る手段として、容量の大きな負極材料を用いる方法や、安定性に優れた電解液を使用する方法などが挙げられる。
　負極材料としては、例えば特許文献１～３に開示されるように、ケイ素やケイ素酸化物を負極活物質として用いることが試みられている。特許文献１には、ケイ素の酸化物またはケイ酸塩を二次電池の負極活物質に利用することが開示されている。特許文献２には、リチウムイオンを吸蔵、放出し得る炭素材料粒子、リチウムと合金可能な金属粒子、リチウムイオンを吸蔵、放出し得る酸化物粒子を含む活物質層を備えた二次電池用負極が開示されている。特許文献３には、ケイ素の微結晶がケイ素化合物に分散した構造を有する粒子の表面を炭素でコーティングした二次電池用負極材料が開示されている。特許文献２や３に記載の負極活物質では、負極全体として体積変化を緩和させる効果がある。
　電解液としては、例えば特許文献４～６に開示されるように、一般に用いられる非水電解液に加えて他の化合物を含む電解液が試みられている。
　特許文献４には、非対称の非環状スルホンと鎖状エステル化合物とを含有する電解質を用いることが開示されている。
　特許文献５、６には、フッ素化エーテルを含む非水電解液を用いることが記載されている。
　特許文献７の実施例には、含フッ素エーテル、含フッ素エステル及び含フッ素カーボネートのうちいずれかの化合物を含む電解液が記載されている。
特開平６－３２５７６５号公報 特開２００３－１２３７４０号公報 特開２００４－４７４０４号公報 特開２０００－２１４４７号公報 特開平１１－２６０１５号公報 特開２０１０－１２３２８７号公報 特開２００８－１９２５０４号公報
　上述のように、負極活物質や電解液について研究が行われているが、二次電池の分野では、特に高温環境下で充放電させたときのサイクル特性の低下が問題となっており、それを解決できる技術の開発が望まれていた。また、高温環境下では、使用による抵抗変化、とくに抵抗上昇が起き易く、電池抵抗が上昇すると、急速充電機能の低下に代表される入出力特性の低下、発熱によるエネルギー損失の増加といった問題が出てくる。
　また、二次電池には、繰り返し充放電させたときの体積増加が少ないことが求められる。
　したがって、本発明に係る実施形態は、高温環境でもサイクル特性に優れ、高温環境の使用でも抵抗上昇が少なく、体積増加が抑制された二次電池を提供することを目的とする。
　本発明に係る実施形態の一は、
　正極と、負極と、電解液と、を備える二次電池であって、
　前記電解液が、下記式（１）で表される鎖状フッ素化スルホン化合物を含むことを特徴とする二次電池である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000005
 （式（１）において、Ｒ１及びＲ２は、それぞれ独立に、置換若しくは無置換のアルキル基、又は置換若しくは無置換のアリール基を示し、Ｒ１及びＲ２の少なくとも一つはフッ素原子を含む。）。
　また、本発明に係る実施形態の一は、
　上記式（１）で表される鎖状フッ素化スルホン化合物を含むことを特徴とする二次電池用電解液である。
　本発明に係る実施形態によれば、高温環境でもサイクル特性に優れ、かつ高温環境の使用でも抵抗上昇が少ない二次電池を提供することできる。
積層ラミネート型の二次電池が有する電極素子の構造を示す模式的断面図である。
　以下、本実施形態について、詳細に説明する。
　［１］電解液
　本実施形態における電解液は、下記式（１）で表される鎖状フッ素化スルホン化合物を含む。鎖状フッ素化スルホン化合物を含む電解液を用いることにより、負極表面に安定な被膜（いわゆる、固体液体界面被膜、ＳＥＩ被膜）を形成し、電池特性の劣化を抑制することが出来ると推測される。すなわち、反応性の高い鎖状フッ素化スルホン化合物が選択的に負極表面と反応して安定な皮膜を形成することで、負極における電解液の分解に伴うガスの発生が有効に抑制され、高温環境下での電池特性の劣化を抑制しているものと推測される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000006
 　式（１）において、Ｒ１及びＲ２は、それぞれ独立に、置換若しくは無置換のアルキル基、又は置換若しくは無置換のアリール基を示し、Ｒ１及びＲ２の少なくとも一つはフッ素原子を含む。
　式（１）において、Ｒ１及びＲ２において、アルキル基の炭素数は、１～１２であることが好ましく、１～８であることがより好ましく、１～６であることがさらに好ましく、１～４であることが特に好ましい。アリール基の炭素数は、６～１８であることが好ましく、６～１２であることがより好ましく、６～１０であることがさらに好ましい。
　Ｒ１及びＲ２の少なくとも一つはフッ素原子を含む。したがって、Ｒ１及びＲ２の少なくとも一つが置換基としてフッ素原子を有することが好ましく、Ｒ１及びＲ２の少なくとも一つがフッ素置換アルキル基であることが好ましい。フッ素置換アルキル基とは、無置換アルキル基のうちの少なくとも一つの水素原子がフッ素原子で置換された構造を有する置換アルキル基を表す。また、アルキル基は、直鎖状、分岐鎖状、又は環状のものを含むが、フッ素置換アルキル基は直鎖状であることが好ましい。
　Ｒ１及びＲ２において、他の置換基としては、例えば、炭素数１～６のアルキル基（例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基）、炭素数６～１０のアリール基（例えば、フェニル基、ナフチル基）、ハロゲン原子（例えば、塩素原子、臭素原子）等が挙げられる。
　Ｒ１及びＲ２は、それぞれ独立に、フッ素置換アルキル基であることが好ましい。また、Ｒ１及びＲ２は、それぞれ独立に、炭素数１～６のフッ素置換アルキル基であることが好ましく、炭素数１～４のフッ素置換アルキル基であることがより好ましい。
　また、式（１）において、Ｒ１及びＲ２の一方が炭素数１～６のフッ素置換アルキル基であり、他方がアリール基で置換されていてもよい炭素数１～６のアルキル基、又はアルキル基で置換されていてもよい炭素数６～１０のアリール基であることが好ましい。
　鎖状フッ素化スルホン化合物は１種を単独で又は２種以上を混合して用いることができる。
　鎖状フッ素化スルホン化合物の電解液中の含有量は、特に制限されるものではないが、０．０１～３０質量％であることが好ましく、０．１～２０質量％であることがより好ましく、１～１０質量％であることがさらに好ましい。鎖状フッ素化スルホン化合物の含有量を０．１質量％以上とすることにより、負極表面において効果的に被膜を形成することができ、電解液の分解をより効果的に抑制することができる。また、鎖状フッ素化スルホン化合物の含有量を３０質量％以下とすることにより、ＳＥＩ膜の過剰な生成による電池の内部抵抗上昇を抑えることができる。
　また、本実施形態において、電解液は、さらに、下記式（２）で表される鎖状フッ素化エーテル化合物を含有することが好ましい。鎖状フッ素化スルホン化合物と鎖状フッ素化エーテル化合物とを含む電解液を用いることにより、高温環境下におけるサイクル維持率をより改善でき、高温サイクル後の抵抗上昇をより抑制することができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000007
 　式（２）において、Ｒａ及びＲｂは、それぞれ独立に、アルキル基又はフッ素置換アルキル基を示し、Ｒａ及びＲｂの少なくとも一つはフッ素置換アルキル基である。
　Ｒａ及びＲｂにおいて、アルキル基の炭素数は、１～１２であることが好ましく、１～８であることがより好ましく、１～６であることがさらに好ましく、１～４であることが特に好ましい。また、式（２）において、アルキル基は、直鎖状、分岐鎖状、又は環状のものを含むが、直鎖状であることが好ましい。
　Ｒａ及びＲｂの少なくとも一つはフッ素置換アルキル基である。フッ素置換アルキル基とは、無置換アルキル基のうちの少なくとも一つの水素原子がフッ素原子で置換された構造を有する置換アルキル基を表す。また、フッ素置換アルキル基は直鎖状であることが好ましい。また、Ｒａ及びＲｂは、それぞれ独立に、炭素数１～６のフッ素置換アルキル基であることが好ましく、炭素数１～４のフッ素置換アルキル基であることがより好ましい。
　鎖状フッ素化エーテルは、耐電圧性と他の電解質との相溶性の観点から、下記式（３）で表される化合物であることが好ましい。
　　Ｙ１－（ＣＹ２Ｙ３）ｎ－ＣＨ２Ｏ－ＣＹ４Ｙ５－ＣＹ６Ｙ７－Ｙ８　　　　　（３）
　（式（３）中、ｎは１～８であり、Ｙ１～Ｙ８は、それぞれ独立に、フッ素原子または水素原子である。ただし、Ｙ１～Ｙ３の少なくとも１つはフッ素原子であり、Ｙ４～Ｙ８の少なくとも一つはフッ素原子である。）。
　式（３）において、Ｙ２及びＹ３は、ｎ毎にそれぞれ独立していてもよい。
　また、鎖状フッ素化エーテル化合物は、電解液の粘度や、鎖状フッ素化スルホンなどに代表される他の電解質との相溶性の観点から、下記式（４）で表されることがより好ましい。
　　Ｈ－（ＣＸ１Ｘ２－ＣＸ３Ｘ４）ｎ－ＣＨ２Ｏ－ＣＸ５Ｘ６－ＣＸ７Ｘ８－Ｈ　　（４）
　式（４）において、ｎは１、２、３または４である。Ｘ１～Ｘ８は、それぞれ独立に、フッ素原子または水素原子である。ただし、Ｘ１～Ｘ４の少なくとも１つはフッ素原子であり、Ｘ５～Ｘ８の少なくとも１つはフッ素原子である。Ｘ１～Ｘ４は、ｎ毎にそれぞれ独立していてもよい。
　式（４）において、ｎが１又は２であることが好ましく、ｎが１であることがより好ましい。
　また、式（４）において、フッ素原子と水素原子の原子比〔（フッ素原子の総数）／（水素原子の総数）〕が１以上であることが好ましい。
　鎖状フッ素化エーテル化合物としては、例えば、ＣＦ３ＯＣＨ３、ＣＦ３ＯＣ２Ｈ６、Ｆ（ＣＦ２）２ＯＣＨ３、Ｆ（ＣＦ２）２ＯＣ２Ｈ５、Ｆ（ＣＦ２）３ＯＣＨ３、Ｆ（ＣＦ２）３ＯＣ２Ｈ５、Ｆ（ＣＦ２）４ＯＣＨ３、Ｆ（ＣＦ２）４ＯＣ２Ｈ５、Ｆ（ＣＦ２）５ＯＣＨ３、Ｆ（ＣＦ２）５ＯＣ２Ｈ５、Ｆ（ＣＦ２）８ＯＣＨ３、Ｆ（ＣＦ２）８ＯＣ２Ｈ５、Ｆ（ＣＦ２）９ＯＣＨ３、ＣＦ３ＣＨ２ＯＣＨ３、ＣＦ３ＣＨ２ＯＣＨＦ２、ＣＦ３ＣＦ２ＣＨ２ＯＣＨ３、ＣＦ３ＣＦ２ＣＨ２ＯＣＨＦ２、ＣＦ３ＣＦ２ＣＨ２Ｏ（ＣＦ２）２Ｈ，ＣＦ３ＣＦ２ＣＨ２Ｏ（ＣＦ２）２Ｆ、ＨＣＦ２ＣＨ２ＯＣＨ３，Ｈ（ＣＦ２）２ＯＣＨ２ＣＨ３、Ｈ（ＣＦ２）２ＯＣＨ２ＣＦ３，Ｈ（ＣＦ２）２ＣＨ２ＯＣＨＦ２、Ｈ（ＣＦ２）２ＣＨ２Ｏ（ＣＦ２）２Ｈ、Ｈ（ＣＦ２）２ＣＨ２Ｏ（ＣＦ２）３Ｈ、Ｈ（ＣＦ２）３ＣＨ２Ｏ（ＣＦ２）２Ｈ、（ＣＦ３）２ＣＨＯＣＨ３、（ＣＦ３）２ＣＨＣＦ２ＯＣＨ３、ＣＦ３ＣＨＦＣＦ２ＯＣＨ３、ＣＦ３ＣＨＦＣＦ２ＯＣＨ２ＣＨ３、ＣＦ３ＣＨＦＣＦ２ＣＨ２ＯＣＨＦ２などが挙げられる。
　鎖状フッ素化エーテル化合物の電解液中の含有量は、例えば、１～７０質量％である。また、鎖状フッ素化エーテル化合物の電解液中の含有量は、５～６０質量％であることが好ましく、７～５０質量％であることがより好ましく、１０～４０質量％であることがさらに好ましい。鎖状フッ素化エーテル化合物の含有量が６０質量％以下の場合、支持塩におけるＬｉイオンの解離が起こりやすくなり、電解液の導伝性が改善される。また、鎖状フッ素化エーテル化合物の含有量が５質量％以上の場合、電解液の負極上での還元分解を抑制し易くなると考えられる。
　電解液に用いることができる溶媒は、例えば、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、エチレンカーボネート（ＥＣ）、ブチレンカーボネート（ＢＣ）、ビニレンカーボネート（ＶＣ）等の環状カーボネート類；ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、エチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）、ジプロピルカーボネート（ＤＰＣ）等の鎖状カーボネート類；プロピレンカーボネート誘導体；ギ酸メチル、酢酸メチル、プロピオン酸エチル等の脂肪族カルボン酸エステル類；などの非プロトン性溶媒が挙げられる。これらの非プロトン性溶媒は、一種を単独で、または二種以上を組み合わせて使用することができる。
　電解液は、溶媒としてカーボネート化合物（非フッ素化）を含むことが好ましい。カーボネート化合物を用いることにより、電解液のイオン解離性が向上し、また電解液の粘度が下がる。そのため、イオン移動度を向上することができる。カーボネート化合物としては、上述のような、環状カーボネート類や鎖状カーボネート類が挙げられる。カーボネート化合物としては、上述のように、例えば、エチレンカーボネート（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）、ブチレンカーボネート（ＢＣ）、ビニレンカーボネート（ＶＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、エチルメチルカーボネート（ＭＥＣ）、ジプロピルカーボネート（ＤＰＣ）等が挙げられる。電解液は、カーボネート化合物を主溶媒として含むことが好ましい。カーボネート化合物の溶媒中の含有量は、６０体積％以上であることが好ましく、７０体積％以上であることがより好ましく、８０体積％以上であることがさらに好ましく、９０体積％以上であることが特に好ましくい。
　溶媒としては、上記以外にも、例えば、γ－ブチロラクトン等のγ－ラクトン類、１、２－エトキシエタン（ＤＥＥ）、エトキシメトキシエタン（ＥＭＥ）等の鎖状エーテル類、テトラヒドロフラン、２－メチルテトラヒドロフラン等の環状エーテル類、ジメチルスルホキシド、１、３－ジオキソラン、ホルムアミド、アセトアミド、ジメチルホルムアミド、ジオキソラン、アセトニトリル、プロピルニトリル、ニトロメタン、エチルモノグライム、リン酸トリエステル、トリメトキシメタン、ジオキソラン誘導体、スルホラン、メチルスルホラン、１、３－ジメチル－２－イミダゾリジノン、３－メチル－２－オキサゾリジノン、プロピレンカーボネート誘導体、テトラヒドロフラン誘導体、エチルエーテル、１、３－プロパンスルトン、アニソール、Ｎ－メチルピロリドン、フッ素化カルボン酸エステルなどの非プロトン性有機溶媒を挙げることができる。これらは、一種又は二種以上を混合して用いることができる。
　本実施形態における電解液は、鎖状フッ素化スルホン化合物と鎖状フッ素化エーテル化合物とカーボネート化合物とを含むことがとくに好ましい。カーボネート化合物は、比誘電率が大きいため電解液のイオン解離性が向上し、さらに、電解液の粘度が下がるのでイオン移動度が向上するという利点がある。しかし、カーボネート構造を有するカーボネート化合物を電解液として用いると、カーボネート化合物が分解してＣＯ２からなるガスが発生し易い傾向がある。とくに積層ラミネート型の二次電池の場合、内部でガスが生じると膨れの問題が現れ、性能低下に繋がりやすい。本実施形態では、カーボネート化合物を溶媒として含む場合でも、鎖状フッ素化スルホン化合物と鎖状フッ素化エーテル化合物の両者を含ませることにより、さらにサイクル特性維持率及び抵抗上昇が改善され、さらにガス発生による膨れをかなり抑制できることがわかった。これは、鎖状スルホン化合物によるＳＥＩ被膜形成効果だけでなく、さらに鎖状フッ素化スルホン化合物と鎖状フッ素化エーテル化合物との相乗効果が寄与しているものと考えられる。つまり、効果発現のメカニズムは明確には判明していないが、鎖状フッ素化スルホン化合物と鎖状フッ素化エーテル化合物とカーボネート化合物の共存によって、一層のガス発生抑制効果が得られたものと考えられる。以下は推測であるが、鎖状フッ素化スルホン化合物によって形成されたＳＥＩ被膜に鎖状フッ素化エーテル化合物が配位又は吸着することによって、電解液の分解をより抑制できるためと推測される。なお、以上の考察はあくまで推測であり、本発明を限定するものではない。
　この場合、鎖状フッ素化スルホン化合物の含有量が鎖状フッ素化スルホン化合物と鎖状フッ素化エーテル化合物と溶媒との総量に対して１～１５体積％であり、鎖状フッ素化エーテル化合物の含有量が鎖状フッ素化スルホン化合物と鎖状フッ素化エーテル化合物と溶媒との総量に対して１０～３５体積％であり、カーボネート化合物の含有量が鎖状フッ素化スルホン化合物と鎖状フッ素化エーテル化合物と溶媒との総量に対して３０～８９体積％であることが好ましい。また、さらに鎖状フッ素化スルホン化合物の含有量は２～１２体積％であることがより好ましい。また、鎖状フッ素化エーテル化合物の含有量は鎖状フッ素化スルホン化合物と鎖状フッ素化エーテル化合物と溶媒との総量に対して１５～３０体積％であることがより好ましい。また、カーボネート化合物の含有量は鎖状フッ素化スルホン化合物と鎖状フッ素化エーテル化合物と溶媒との総量に対して５０～８０体積％であることがより好ましく、５５～７５体積％であることがさらに好ましい。
　電解液は、さらに支持塩を含むことができる。支持塩としては、例えば、ＬｉＰＦ６、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＡｌＣｌ４、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＢＦ４、ＬｉＳｂＦ６、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＣ４Ｆ９ＳＯ３、Ｌｉ（ＣＦ３ＳＯ２）２、ＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ２）２等のリチウム塩が挙げられる。支持塩は、一種を単独で、または二種以上を組み合わせて使用することができる。支持塩の電解液中の濃度は、０．５～１．５ｍｏｌ／ｌであることが好ましい。支持塩の濃度をこの範囲とすることにより、密度や粘度、電気伝導率等を適切な範囲に調整し易い。
　［２］負極
　本実施形態のリチウム二次電池は、負極活物質を有する負極を備える。負極活物質は負極用結着材によって負極集電体上に結着されることができる。
　本実施形態における負極活物質としては、特に制限されるものではなく、例えば、リチウムと合金可能な金属（ａ）、リチウムイオンを吸蔵、放出し得る金属酸化物（ｂ）、又はリチウムイオンを吸蔵、放出し得る炭素材料（ｃ）等が挙げられる。
　金属（ａ）としては、例えば、Ａｌ、Ｓｉ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｂｉ、Ａｇ、Ｂａ、Ｃａ、Ｈｇ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｔｅ、Ｚｎ、Ｌａ、またはこれらの２種以上の合金等が挙げられる。また、これらの金属又は合金は２種以上混合して用いてもよい。また、これらの金属又は合金は１種以上の非金属元素を含んでもよい。本実施形態では、負極活物質としてシリコンを用いることが好ましい。シリコンは、酸素に続くクラーク数２位の元素であり資源量が豊富である。また、約４２００ｍＡｈ/ｇという他金属より高めの充電容量を示す。そのため、負極活物質としてシリコンを用いることにより、重量エネルギー密度や、体積エネルギー密度に優れた、資源面での制約が少ないリチウムイオン電池を提供することができる。また、負極活物質として、スズを用いることもでき、スズ及びシリコンを用いることが好ましく、スズとシリコンとの合金を用いることがより好ましい。負極活物質中の金属（ａ）の含有率は、０質量％でも１００質量％でも構わないが、５質量％以上９５質量％以下とすることが好ましく、１０質量％以上９０質量％以下とすることがより好ましく、２０質量％以上５０質量％以下とすることがさらに好ましい。
　シリコンを含む負極は充放電の繰り返しによる体積増加が大きいという問題があったが、鎖状フッ素化スルホン化合物と鎖状フッ素化エーテル化合物とを含む電解液を用いることにより、充放電による体積増加を抑制できることがわかった。本実施形態のメカニズムは、上述のように、鎖状フッ素化スルホン化合物が形成した被膜に鎖状フッ素化エーテル化合物が配位又は吸着することで、一層の電解液の分解抑制が行われるものと推測されるが、このような現象は、シリコンを含む負極に特に顕著であると考えられている。したがって、本実施形態はシリコンを含む負極を用いることにより特に有利な効果が得られる。
　金属酸化物（ｂ）としては、例えば、酸化シリコン、酸化アルミニウム、酸化スズ、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化リチウム、またはこれらの複合物等が挙げられる。本実施形態では、負極活物質として酸化シリコンを用いることが好ましい。これは、酸化シリコンは、比較的安定で他の化合物との反応を引き起こしにくいからである。また、金属酸化物（ｂ）に、窒素、ホウ素およびイオウの中から選ばれる一種または二種以上の元素を、例えば０．１～５質量％添加することもできる。こうすることで、金属酸化物（ｂ）の電気伝導性を向上させることができる。負極活物質中の金属酸化物（ｂ）の含有率は、０質量％でも１００質量％でも構わないが、５質量％以上９０質量％以下とすることが好ましく、４０質量％以上８０質量％以下とすることがより好ましく、５０質量％以上７０質量％以下とすることがさらに好ましい。
　炭素材料（ｃ）としては、例えば、炭素、非晶質炭素、ダイヤモンド状炭素、カーボンナノチューブ、またはこれらの複合物等が挙げられる。ここで、結晶性の高い炭素は、電気伝導性が高く、銅などの金属からなる負極集電体との接着性および電圧平坦性が優れている。一方、結晶性の低い非晶質炭素は、体積膨張が比較的小さいため、負極全体の体積膨張を緩和する効果が高く、かつ結晶粒界や欠陥といった不均一性に起因する劣化が起きにくい。負極活物質中の炭素材料（ｃ）の含有率は、０質量％でも１００質量％でも構わないが、２質量％以上５０質量％以下とすることが好ましく、２質量％以上３０質量％以下とすることがより好ましい。
　本実施形態における負極活物質は、リチウムと合金可能な金属（ａ）と、リチウムイオンを吸蔵、放出し得る金属酸化物（ｂ）と、リチウムイオンを吸蔵、放出し得る炭素材料（ｃ）と、を含むことが好ましい。また、金属（ａ）はシリコンであり、金属酸化物（ｂ）は酸化シリコンであることが好ましい。つまり、負極活物質は、シリコン、酸化シリコン及び炭素材料の複合体（以下、Ｓｉ／ＳｉＯ／Ｃ複合体とも称す）からなることが好ましい。さらに、金属酸化物（ｂ）は、その全部または一部がアモルファス構造を有することが好ましい。アモルファス構造の金属酸化物（ｂ）は、他の負極活物質である炭素材料（ｃ）や金属（ａ）の体積膨張を抑制することができる。このメカニズムは明確ではないが、金属酸化物（ｂ）がアモルファス構造であることにより、炭素材料（ｃ）と電解液の界面への皮膜形成に何らかの影響があるものと推定される。また、アモルファス構造は、結晶粒界や欠陥といった不均一性に起因する要素が比較的少ないと考えられる。なお、金属酸化物（ｂ）の全部または一部がアモルファス構造を有することは、エックス線回折測定（一般的なＸＲＤ測定）にて確認することができる。具体的には、金属酸化物（ｂ）がアモルファス構造を有しない場合には、金属酸化物（ｂ）に固有のピークが観測されるが、金属酸化物（ｂ）の全部または一部がアモルファス構造を有する場合が、金属酸化物（ｂ）に固有ピークがブロードとなって観測される。
　Ｓｉ／ＳｉＯ／Ｃ複合体において、シリコンは、その全部または一部が酸化シリコン中に分散していることが好ましい。シリコンの少なくとも一部を酸化シリコン中に分散させることで、負極全体としての体積膨張をより抑制することができ、電解液の分解も抑制することができる。なお、シリコンの全部または一部が酸化シリコン中に分散していることは、透過型電子顕微鏡観察（一般的なＴＥＭ観察）とエネルギー分散型Ｘ線分光法測定（一般的なＥＤＸ測定）を併用することで確認することができる。具体的には、シリコン粒子を含むサンプルの断面を観察し、酸化シリコン中に分散しているシリコン粒子の酸素濃度を測定し、酸化物となっていないことを確認することができる。
　上述のように、本実施形態はシリコンを含む負極を用いることにより特に有利な効果が得られるが、シリコンを含む負極活物質としては、特にＳｉ／ＳｉＯ／Ｃ複合体であることが好ましい。本実施形態において、Ｓｉ／ＳｉＯ／Ｃ複合体からなる負極活物質と、鎖状フッ素化スルホン化合物及び鎖状フッ素化エーテル化合物を含む電解液とを用いることにより、サイクル特性、抵抗変化率、そして体積増加率にさらに優れた二次電池を得ることができる。
　Ｓｉ／ＳｉＯ／Ｃ複合体において、例えば、酸化シリコンの全部または一部がアモルファス構造であり、シリコンはその全部または一部が酸化シリコン中に分散している。このようなＳｉ／ＳｉＯ／Ｃ複合体は、例えば、特許文献３（特開２００４－４７４０４号公報）で開示されているような方法で作製することができる。すなわち、Ｓｉ／ＳｉＯ／Ｃ複合体は、例えば、酸化シリコンをメタンガスなどの有機物ガスを含む雰囲気下でＣＶＤ処理を行うことで得ることができる。このような方法で得られるＳｉ／ＳｉＯ／Ｃ複合体は、シリコンを含む酸化シリコンからなる粒子の表面がカーボンで被覆された形態となる。また、シリコンは酸化シリコン中にナノクラスター化している。
　Ｓｉ／ＳｉＯ／Ｃ複合体において、シリコン、酸化シリコンおよび炭素材料の割合は、特に制限されるものではない。シリコンは、Ｓｉ／ＳｉＯ／Ｃ複合体に対し、５質量％以上９０質量％以下とすることが好ましく、２０質量％以上５０質量％以下とすることが好ましい。酸化シリコンは、Ｓｉ／ＳｉＯ／Ｃ複合体に対し、５質量％以上９０質量％以下とすることが好ましく、４０質量％以上７０質量％以下とすることが好ましい。炭素材料は、Ｓｉ／ＳｉＯ／Ｃ複合体に対し、２質量％以上５０質量％以下とすることが好ましく、より好ましくは２質量％以上３０質量％以下である。
　また、Ｓｉ／ＳｉＯ／Ｃ複合体は、シリコン、酸化シリコン及び炭素材料の混合物からなることができ、金属（ａ）と金属酸化物（ｂ）と炭素材料（ｃ）とをメカニカルミリングで混合することでも作製することができる。例えば、Ｓｉ／ＳｉＯ／Ｃ複合体は、それぞれのシリコン、酸化シリコンおよび炭素材料が粒子状のものを混合して得ることができる。例えば、シリコンの平均粒子径は、炭素材料の平均粒子径および酸化シリコンの平均粒子径よりも小さい構成とすることができる。このようにすれば、充放電時に伴う体積変化の小さいシリコンが相対的に小粒径となり、体積変化の大きい炭素材料や酸化シリコンが相対的に大粒径となるため、デンドライト生成および合金の微粉化がより効果的に抑制される。また、充放電の過程で大粒径の粒子、小粒径の粒子、大粒径の粒子の順にリチウムが吸蔵、放出されることとなり、この点からも、残留応力、残留歪みの発生が抑制される。シリコンの平均粒子径は、例えば２０μｍ以下とすることができ、１５μｍ以下とすることが好ましい。また、金属酸化物（ｂ）の平均粒子径が炭素材料（ｃ）の平均粒子径の１／２以下であることが好ましく、金属（ａ）の平均粒子径が金属酸化物（ｂ）の平均粒子径の１／２以下であることが好ましい。さらに、金属酸化物（ｂ）の平均粒子径が炭素材料（ｃ）の平均粒子径の１／２以下であり、かつ金属（ａ）の平均粒子径が金属酸化物（ｂ）の平均粒子径の１／２以下であることがより好ましい。平均粒子径をこのような範囲に制御すれば、金属および合金相の体積膨脹の緩和効果がより有効に得ることができ、エネルギー密度、サイクル寿命と効率のバランスに優れた二次電池を得ることができる。より具体的には、酸化シリコン（ｃ）の平均粒子径を黒鉛（ａ）の平均粒子径の１／２以下とし、シリコン（ｂ）の平均粒子径を酸化シリコン（ｃ）の平均粒子径の１／２以下とすることが好ましい。またより具体的には、シリコン（ｂ）の平均粒子径は、例えば２０μｍ以下とすることができ、１５μｍ以下とすることが好ましい。
　負極用結着剤としては、特に制限されるものではないが、例えば、ポリフッ化ビニリデン、ビニリデンフルオライド－ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ビニリデンフルオライド－テトラフルオロエチレン共重合体、スチレン－ブタジエン共重合ゴム、ポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリアクリル酸等を用いることができる。中でも、結着性が強いことから、ポリイミドまたはポリアミドイミドが好ましい。使用する負極用結着剤の量は、トレードオフの関係にある「十分な結着力」と「高エネルギー化」の観点から、負極活物質１００質量部に対して、５～２５質量部が好ましい。
　負極集電体としては、電気化学的な安定性から、アルミニウム、ニッケル、ステンレス、クロム、銅、銀、およびそれらの合金が好ましい。その形状としては、箔、平板状、メッシュ状が挙げられる。
　負極は、負極集電体上に、負極活物質と負極用結着剤を含む負極活物質層を形成することで作製することができる。負極活物質層の形成方法としては、ドクターブレード法、ダイコーター法、ＣＶＤ法、スパッタリング法などが挙げられる。予め負極活物質層を形成した後に、蒸着、スパッタ等の方法でアルミニウム、ニッケルまたはそれらの合金の薄膜を形成して、負極としてもよい。
　［３］正極
　正極は、例えば、正極活物質が正極用結着剤によって正極集電体を覆うように結着されてなる。
　正極活物質としては、ＬｉＭｎＯ２、ＬｉｘＭｎ２Ｏ４（０＜ｘ＜２）等の層状構造を持つマンガン酸リチウムまたはスピネル構造を有するマンガン酸リチウム；ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＮｉＯ２またはこれらの遷移金属の一部を他の金属で置き換えたもの；ＬｉＮｉ１／３Ｃｏ１／３Ｍｎ１／３Ｏ２などの特定の遷移金属が半数を超えないリチウム遷移金属酸化物；これらのリチウム遷移金属酸化物において化学量論組成よりもＬｉを過剰にしたもの等が挙げられる。特に、ＬｉαＮｉβＣｏγＡｌδＯ２（１≦α≦１．２、β＋γ＋δ＝１、β≧０．７、γ≦０．２）またはＬｉαＮｉβＣｏγＭｎδＯ２（１≦α≦１．２、β＋γ＋δ＝１、β≧０．６、γ≦０．２）が好ましい。正極活物質は、一種を単独で、または二種以上を組み合わせて使用することができる。
　正極用結着剤としては、負極用結着剤と同様のものと用いることができる。中でも、汎用性や低コストの観点から、ポリフッ化ビニリデンが好ましい。使用する正極用結着剤の量は、トレードオフの関係にある「十分な結着力」と「高エネルギー化」の観点から、正極活物質１００質量部に対して、２～１０質量部が好ましい。
　正極集電体としては、負極集電体と同様のものを用いることができる。
　正極活物質を含む正極活物質層には、インピーダンスを低下させる目的で、導電補助材を添加してもよい。導電補助材としては、グラファイト、カーボンブラック、アセチレンブラック等の炭素質微粒子が挙げられる。
　［４］セパレータ
　セパレータとしては、ポリプロピレン、ポリエチレン等の多孔質フィルムや不織布を用いることができる。また、セパレータとしては、それらを積層したものを用いることもできる。
　［５］外装体
　外装体としては、電解液に安定で、かつ十分な水蒸気バリア性を持つものであれば、適宜選択することができる。例えば、積層ラミネート型の二次電池の場合、外装体としては、アルミニウム、シリカをコーティングしたポリプロピレン、ポリエチレン等のラミネートフィルムを用いることができる。特に、体積膨張を抑制する観点から、アルミニウムラミネートフィルムを用いることが好ましい。
　外装体としてラミネートフィルムを用いた二次電池の場合、外装体として金属缶を用いた二次電池に比べて、ガスが発生すると電極素子の歪みが非常に大きくなる。これは、ラミネートフィルムが金属缶に比べて二次電池の内圧により変形しやすいためである。さらに、外装体としてラミネートフィルムを用いた二次電池を封止する際には、通常、電池内圧を大気圧より低くするため、内部に余分な空間がなく、ガスが発生した場合にそれが直ちに電池の体積変化や電極素子の変形につながりやすい。
　ところが、本実施形態に係る二次電池は、上記問題を克服することができる。それにより、安価かつ積層数の変更によるセル容量の設計の自由度に優れた、積層ラミネート型のリチウムイオン二次電池を提供することができる。
　［６］二次電池
　本実施形態に係る二次電池の構成は、特に制限されるものではなく、例えば、正極および負極が対向配置された電極素子と、電解液とが外装体に内包されている構成とすることができる。二次電池の形状は、特に制限されるものではないが、例えば、円筒型、扁平捲回角型、積層角型、コイン型、扁平捲回ラミネート型、又は積層ラミネート型が挙げられる。
　以下、例として積層ラミネート型の二次電池について説明する。図１は、積層ラミネート型の二次電池が有する電極素子の構造を示す模式的断面図である。この電極素子は、正極ｃの複数および負極ａの複数が、セパレータｂを挟みつつ交互に積み重ねられて形成されている。各正極ｃが有する正極集電体ｅは、正極活物質に覆われていない端部で互いに溶接されて電気的に接続され、さらにその溶接箇所に正極端子ｆが溶接されている。各負極ａが有する負極集電体ｄは、負極活物質に覆われていない端部で互いに溶接されて電気的に接続され、さらにその溶接箇所に負極端子ｇが溶接されている。
　このような平面的な積層構造を有する電極素子は、Ｒの小さい部分（捲回構造の巻き芯に近い領域）がないため、捲回構造を持つ電極素子に比べて、充放電に伴う電極の体積変化に対する悪影響を受けにくいという利点がある。すなわち、体積膨張を起こしやすい活物質を用いた電極素子として有効である。ところが、平面的な積層構造を持つ電極素子には、電極間にガスが発生した際に、その発生したガスが電極間に滞留しやすい場合がある。これは、捲回構造を持つ電極素子の場合には電極に張力が働いているため電極間の間隔が広がりにくいのに対して、積層構造を持つ電極素子の場合には電極間の間隔が広がりやすいためである。外装体がアルミラミネートフィルムであった場合、この問題は特に顕著となる。本実施形態では、このような問題を解決することができ、高エネルギー型の負極を用いた積層ラミネート型のリチウムイオン二次電池においても、長寿命駆動が可能となる。
　（実施例）
　以下、本実施形態を実施例により具体的に説明する。
　（実施例１）
　＜負極＞
　負極活物質として、レーザ回折・散乱法により測定される平均粒径Ｄ５０が５μｍとなるように調整された単体ケイ素を用いた。この負極活物質と、負極用結着剤としてのポリアミドイミド（東洋紡績株式会社製、商品名：バイロマックス（登録商標））と、導電補助材としてのアセチレンブラックを、７５：２０：５の質量比で計量し、それらをｎ－メチルピロリドンと混合して、負極スラリーを調製した。負極スラリーを厚さ１０μｍの銅箔に塗布した後に乾燥し、さらに窒素雰囲気３００℃の熱処理を行うことで、負極を作製した。
　＜正極＞
　正極活物質としてのニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉ0.80Ｃｏ0.15Ａｌ0.05Ｏ2）と、導電補助材としてのカーボンブラックと、正極用結着剤としてのポリフッ化ビニリデンとを、９０：５：５の質量比で計量した。そして、これら材料をｎ－メチルピロリドンと混合して、正極スラリーを調製した。正極スラリーを厚さ２０μｍのアルミ箔に塗布した後に乾燥し、さらにプレスすることで、正極を作製した。
　＜電極素子＞
　得られた正極の３層と負極の４層を、セパレータとしてのポリプロピレン多孔質フィルムを挟みつつ交互に重ねた。正極活物質に覆われていない正極集電体および負極活物質に覆われていない負極集電体の端部をそれぞれ溶接した。さらに、その溶接箇所に、アルミニウム製の正極端子およびニッケル製の負極端子をそれぞれ溶接して、平面的な積層構造を有する電極素子を得た。
　＜電解液＞
　カーボネート系非水溶媒と、式（１）で表される鎖状フッ素化スルホン化合物（Ｒ１＝ＣＨ２Ｆ－、Ｒ２＝ＣＨ３－）と、を９０：１０（体積比）で混合して混合溶媒を調製した。該混合溶媒に、支持塩としてのＬｉＰＦ６を１モル／ｌとなるように混合して電解液を得た。なお、カーボネート系非水溶媒としてＥＣ／ＰＣ／ＤＭＣ／ＥＭＣ／ＤＥＣ＝２０／２０／２０／２０／２０（体積比）の溶媒を用いた。なお、調製した混合溶媒において、鎖状フッ素化スルホン化合物の含有量は１０体積％である。
　＜二次電池＞
　上記電極素子を外装体としてのアルミニウムラミネートフィルムで包み、内部に電解液を注液した後、０．１気圧まで減圧しつつ封止することで、二次電池を作製した。
　＜評価＞
　（５５℃におけるサイクル特性、抵抗変化率、体積増加）
　作製した二次電池に対し、５５℃に保った恒温槽中で、２．５Ｖから４．１Ｖの電圧範囲で充放電を繰り返す試験を行い、サイクル維持率（％）、抵抗変化率（％）及び体積増加（％）について評価した。充電は、１Ｃで４．１Ｖまで充電した後、合計で２．５時間定電圧充電を行った。放電は、１Ｃで２．５Ｖまで定電流放電した。結果を表１に示す。
　「サイクル維持率（％）」は、（１２５サイクル後の放電容量）／（５サイクル後の放電容量）×１００（単位：％）で算出した。
　「抵抗変化率（％）」は、（１２５サイクル後の抵抗値）／（初期抵抗値）×１００（単位：％）で算出した。初期抵抗値はサイクル前の放電状態の抵抗値である。抵抗値は、ＨＩＯＫＩ製ＡＣミリオームハイテスタ３５６０にて測定した。
　「体積増加（％）」は、{（１２５サイクル後の体積容量）／（サイクル前の体積容量）－１}×１００（単位：％）で算出した。
　（実施例２～１３）
　鎖状フッ素化スルホン化合物として表１に記載の化合物を用いた以外は、実施例１と同様に二次電池を作製し、評価した。結果を表１に示す。
　（比較例１）
　鎖状フッ素化スルホン化合物を用いなかった以外、は実施例１と同様に二次電池を作製し、評価した。結果を表１に示す。
　（比較例２、３）
　鎖状フッ素化スルホン化合物を用いず、代わりに表１に記載の鎖状スルホン化合物を用いた以外は、実施例１と同様に二次電池を作製し、評価した。結果を表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000008
　なお、実施例１において、初期抵抗値は１７．８ｍΩであり、１２５サイクル後の抵抗値は５５．２ｍΩであった。実施例４において、初期抵抗値は１６．６ｍΩであり、１２５サイクル後の抵抗値は５２．１ｍΩであった。比較例１において、初期抵抗値は２２．７ｍΩであり、１２５サイクル後の抵抗値は８０．１ｍΩであった。
　（実施例１４）
　負極活物質として、単体ケイ素の代わりにＳｉ／ＳｉＯ／Ｃ複合体（ＣＶＤ法）を用いた以外は、実施例１と同様に二次電池を作製し、評価した。結果を表１に示す。
　Ｓｉ／ＳｉＯ／Ｃ複合体（ＣＶＤ法）は、メタンガスを含む雰囲気下１１５０℃で６時間ＣＶＤ処理を行うことにより得た。Ｓｉ／ＳｉＯ／Ｃ複合体は、シリコンと酸化シリコンとからなる粒子の表面がカーボンで被覆された形態を有していた。また、シリコンは酸化シリコン中にナノクラスター化していた。また、Ｓｉ／ＳｉＯ／Ｃの質量比はおよそ２９／６１／１０となるように調整した。Ｓｉ／ＳｉＯ／Ｃ複合体の平均粒径Ｄ５０は約５μｍであった。
　（実施例１５～２６）
　鎖状フッ素化スルホン化合物として表２に記載の化合物を用いた以外は、実施例１４と同様に二次電池を作製し、評価した。結果を表２に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000009
　（実施例２７～３０）
　鎖状フッ素化スルホン化合物の混合溶媒中の含有量（体積％）を表３に示した値とした以外は、実施例１７と同様に二次電池を作製し、評価した。結果を表３に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000010
　（実施例３１）
　負極活物質として、単体ケイ素の代わりにＳｉＳｎ合金を用いた以外は、実施例１と同様に二次電池を作製し、評価した。結果を表４に示す。ＳｉＳｎ合金の平均粒径Ｄ５０は約５μｍであった。ＳｉＳｎ合金は、平均粒径Ｄ５０は約７μｍの金属Ｓｉ粒子と、平均粒径Ｄ５０は約７μｍの金属Ｓｎ粒子を、いわゆるメカニカルミリング法にて８ｈ混合することによって得た。
　（実施例３２、３３）
　鎖状フッ素化スルホン化合物として表４に記載の化合物を用いた以外は、実施例３１と同様に二次電池を作製し、評価した。結果を表４に示す。
　（実施例３４）
　負極活物質として、単体ケイ素の代わりにＳｉ／ＳｉＯ／Ｃ複合体（メカニカル法）を用いた以外は、実施例１と同様に二次電池を作製し、評価した。結果を表１に示す。
　Ｓｉ／ＳｉＯ／Ｃ複合体（メカニカル法）は以下の方法により作製した。まず、平均粒径５μｍのシリコンと、平均粒径１３μｍの非晶質酸化シリコン（ＳｉＯｘ、０＜ｘ≦２）と、平均粒径３０μｍの黒鉛と、を、２９：６１：１０の質量比で計量した。そして、これら材料をいわゆるメカニカルミリングで２４時間混合して、Ｓｉ／ＳｉＯ／Ｃ複合体（メカニカル法）を得た。なお、この負極活物質において、シリコンは酸化シリコン（ＳｉＯｘ、０＜ｘ≦２）中に分散していた。
　（実施例３５）
　バインダ樹脂としてポリイミド（宇部興産株式会社製、商品名：ＵワニスＡ）を用いた以外は、実施例１７と同様にして二次電池を作製し、評価した。結果を表４に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000011
　（実施例３６）
　以下のように調製した電解液を用いた以外は、実施例１４と同様にして二次電池を作製し、評価した。結果を表５に示す。
　カーボネート系非水溶媒と、鎖状フッ素化スルホン化合物（Ｒ１＝ＣＨ２Ｆ－、Ｒ２＝ＣＨ３－）と、フッ素化エーテル（Ｈ－ＣＦ２ＣＦ２－ＣＨ２Ｏ－ＣＦ２ＣＦ２－Ｈ）と、７０：１０：２０（体積比）で混合して、混合溶媒を調製した。該混合溶媒に、支持塩としてのＬｉＰＦ６を１モル／ｌとなるように混合して電解液を得た。なお、カーボネート系非水溶媒としてＥＣ／ＰＣ／ＤＭＣ／ＥＭＣ／ＤＥＣ＝２０／２０／２０／２０／２０（体積比）の溶媒を用いた。
　（実施例３７～４８）
　鎖状フッ素化スルホン化合物として表５に記載の化合物を用いた以外は、実施例３６と同様に二次電池を作製し、評価した。結果を表５に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000012
　なお、実施例３６において、初期抵抗値は４０．４ｍΩであり、１２５サイクル後の抵抗値は５８．５ｍΩであった。実施例３９において、初期抵抗値は４１．８ｍΩであり、１２５サイクル後の抵抗値は４８．５ｍΩであった。
　（実施例４９～５３）
　鎖状フッ素化エーテルの混合溶媒中の含有量（体積％）を表６に示す値とした以外は、実施例３９と同様にして二次電池を作製し、評価した。結果を表６に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000013
　（実施例５４～５７）
　鎖状フッ素化エーテルとして表７に示す化合物を用いた以外は、実施例３９と同様にして二次電池を作製し、評価した。結果を表７に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000014
　表１より、鎖状フッ素化スルホン化合物を含む電解液を用いることにより、高温におけるサイクル維持率及び抵抗変化率が有意に改善されることが確認された。
　表２より、鎖状フッ素化スルホン化合物を含む電解液と、Ｓｉ／ＳｉＯ／Ｃ複合体を含む負極と、を用いることにより、さらにサイクル維持率及び抵抗変化率が改善された二次電池を得ることができることがわかった。
　表５より、鎖状フッ素化スルホン化合物に加えて、さらに鎖状フッ素化エーテルを含む電解液を用いることにより、サイクル維持率がさらに改善され、また、抵抗変化率が顕著に改善されることがわかった。
　この出願は、２０１１年３月２８日に出願された日本出願特願２０１１－０７０１０８を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
　以上、実施形態及び実施例を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態及び実施例に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
　本実施形態は、電源を必要とするあらゆる産業分野、ならびに電気的エネルギーの輸送、貯蔵および供給に関する産業分野にて利用することができる。具体的には、携帯電話、ノートパソコンなどのモバイル機器の電源；電気自動車、ハイブリッドカー、電動バイク、電動アシスト自転車などの電動車両を含む、電車や衛星や潜水艦などの移動・輸送用媒体の電源；ＵＰＳなどのバックアップ電源；太陽光発電、風力発電などで発電した電力を貯める蓄電設備；などに、利用することができる。
ａ　　負極
ｂ　　セパレータ
ｃ　　正極
ｄ　　負極集電体
ｅ　　正極集電体
ｆ　　正極端子
ｇ　　負極端子
 
 

Claims (24)

  1. 　正極と、負極活物質を含む負極と、電解液と、を備える二次電池であって、
    　前記電解液が、下記式（１）で表される鎖状フッ素化スルホン化合物を含むことを特徴とする二次電池；
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
     （式（１）において、Ｒ１及びＲ２は、それぞれ独立に、置換若しくは無置換のアルキル基、又は置換若しくは無置換のアリール基を示し、Ｒ１及びＲ２の少なくとも一つはフッ素原子を含む。）。
  2. 　Ｒ１及びＲ２の少なくとも一つがフッ素置換アルキル基である請求項１に記載の二次電池。
  3. 　Ｒ１及びＲ２は、それぞれ独立に、フッ素置換アルキル基である請求項２に記載の二次電池。
  4. 　Ｒ１及びＲ２の一方が炭素数１～６のフッ素置換アルキル基であり、他方がアリール基で置換されていてもよい炭素数１～６のアルキル基、又はアルキル基で置換されていてもよい炭素数６～１０のアリール基である請求項２に記載の二次電池。
  5. 　前記電解液が、さらに、下記式（２）で表される鎖状フッ素化エーテル化合物を含有する請求項１乃至４のいずれかに記載の二次電池；
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
     （式（２）において、Ｒａ及びＲｂは、それぞれ独立に、アルキル基又はフッ素置換アルキル基を示し、Ｒａ及びＲｂの少なくとも一つはフッ素置換アルキル基である。）。
  6. 　前記鎖状フッ素化エーテル化合物は、下記式（３）で表される請求項５に記載の二次電池；
    　　Ｈ－（ＣＸ１Ｘ２－ＣＸ３Ｘ４）ｎ－ＣＨ２Ｏ－ＣＸ５Ｘ６－ＣＸ７Ｘ８－Ｈ　　　（３）
    （式（３）において、ｎは１、２、３または４であり、Ｘ１～Ｘ８は、それぞれ独立に、フッ素原子または水素原子である。ただし、Ｘ１～Ｘ４の少なくとも１つはフッ素原子であり、Ｘ５～Ｘ８の少なくとも１つはフッ素原子である。）。
  7. 　前記電解液は、さらに、カーボネート化合物を含む請求項５又は６に記載の二次電池。
  8. 　前記鎖状フッ素化スルホン化合物の含有量が前記鎖状フッ素化スルホン化合物と前記鎖状フッ素化エーテル化合物と溶媒との総量に対して１～１５体積％であり、
    　前記鎖状フッ素化エーテル化合物の含有量が前記鎖状フッ素化スルホン化合物と前記鎖状フッ素化エーテル化合物と溶媒との総量に対して１０～３５体積％であり、
    　前記カーボネート化合物の含有量が前記鎖状フッ素化スルホン化合物と前記鎖状フッ素化エーテル化合物と溶媒との総量に対して３０～８９体積％である請求項８に記載の二次電池。
  9. 　前記負極活物質がリチウムと合金可能な金属（ａ）を含む請求項１乃至８のいずれかに記載の二次電池。
  10. 　前記金属（ａ）がシリコンである請求項９に記載の二次電池。
  11. 　前記負極活物質が、さらに、リチウムイオンを吸蔵、放出し得る金属酸化物（ｂ）、及びリチウムイオンを吸蔵、放出し得る炭素材料（ｃ）を含む請求項９又は１０に記載の二次電池。
  12. 　前記金属（ａ）がシリコンであり、前記金属酸化物（ｂ）がシリコン酸化物である請求項１１に記載の二次電池。
  13. 　前記シリコン酸化物の少なくとも一部がアモルファス構造を有し、前記シリコンの少なくとも一部が前記シリコン酸化物中に分散している請求項１２に記載の二次電池。
  14. 　前記負極は結着剤を含み、該結着剤が、ポリイミドまたはポリアミドイミドである請求項１乃至１３のいずれかに記載の二次電池。
  15. 　積層ラミネート構造を有する請求項１乃至１４のいずれかに記載の二次電池。
  16. 　前記外装体がアルミニウムラミネートフィルムである請求項１５に記載の二次電池。
  17. 　下記式（１）で表される鎖状フッ素化スルホン化合物を含むことを特徴とする二次電池用電解液；
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000003
     （式（１）において、Ｒ１及びＲ２は、それぞれ独立に、置換若しくは無置換のアルキル基、又は置換若しくは無置換のアリール基を示し、Ｒ１及びＲ２の少なくとも一つはフッ素原子を含む。）。
  18. 　Ｒ１及びＲ２の少なくとも一つがフッ素置換アルキル基である請求項１７に記載の二次電池用電解液。
  19. 　Ｒ１及びＲ２は、それぞれ独立に、フッ素置換アルキル基である請求項１８に記載の二次電池用電解液。
  20. 　Ｒ１及びＲ２の一方が炭素数１～６のフッ素置換アルキル基であり、他方がアリール基で置換されていてもよい炭素数１～６のアルキル基、又はアルキル基で置換されていてもよい炭素数６～１０のアリール基である請求項１８に記載の二次電池用電解液。
  21. 　前記電解液が、さらに、下記式（２）で表される鎖状フッ素化エーテル化合物を含有する請求項１７乃至２０のいずれかに記載の二次電池用電解液；
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000004
     （式（２）において、Ｒａ及びＲｂは、それぞれ独立に、アルキル基又はフッ素置換アルキル基を示し、Ｒａ及びＲｂの少なくとも一つはフッ素置換アルキル基である。）。
  22. 　前記鎖状フッ素化エーテルは、下記式（３）で表される請求項２１に記載の二次電池用電解液；
    　　Ｈ－（ＣＸ１Ｘ２－ＣＸ３Ｘ４）ｎ－ＣＨ２Ｏ－ＣＸ５Ｘ６－ＣＸ７Ｘ８－Ｈ　　　（３）
    （式（３）において、ｎは１、２、３または４であり、Ｘ１～Ｘ８は、それぞれ独立に、フッ素原子または水素原子である。ただし、Ｘ１～Ｘ４の少なくとも１つはフッ素原子であり、Ｘ５～Ｘ８の少なくとも１つはフッ素原子である。）。
  23. 　前記電解液は、さらに、カーボネート化合物を含む請求項２１又は２２に記載の二次電池用電解液。
  24. 　前記鎖状フッ素化スルホン化合物の含有量が前記鎖状フッ素化スルホン化合物と前記鎖状フッ素化エーテル化合物と溶媒との総量に対して１～１５体積％であり、
    　前記鎖状フッ素化エーテル化合物の含有量が前記鎖状フッ素化スルホン化合物と前記鎖状フッ素化エーテル化合物と溶媒との総量に対して１０～３５体積％であり、
    　前記カーボネート化合物の含有量が前記鎖状フッ素化スルホン化合物と前記鎖状フッ素化エーテル化合物と溶媒との総量に対して３０～８９体積％である請求項２３に記載の二次電池用電解液。
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