WO2018169028A1 - 非水系電解液、非水系二次電池、セルパック、及び、ハイブリッドシステム - Google Patents

非水系電解液、非水系二次電池、セルパック、及び、ハイブリッドシステム Download PDF

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丈主 加味根
真生 高橋
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Definitions

  • the present invention relates to a non-aqueous electrolyte solution, a non-aqueous secondary battery, a cell pack, and a hybrid system.
  • Non-aqueous secondary batteries such as lithium ion batteries (LIBs) are characterized by light weight, high energy, and long life, and are widely used as power sources for various portable electronic devices.
  • power tools such as electric tools
  • in-vehicle use for electric vehicles, electric bicycles and the like Further, it has been attracting attention in the field of power storage such as a residential power storage system.
  • Patent Document 1 discloses an invention relating to a non-aqueous electrolyte applied to a non-aqueous secondary battery such as a lithium ion battery.
  • Patent Document 1 discloses a non-aqueous electrolyte prepared by adding bismaleimide and other additives.
  • Patent Document 2 it is possible to provide a nonaqueous electrolyte battery that can exhibit a sufficiently low OCV (open circuit voltage) and can exhibit excellent life characteristics.
  • Patent Document 3 describes an invention related to an electrolyte solution for a lithium ion battery.
  • capacitance after a predetermined cycle is measured by the high temperature cycle test etc., and evaluation regarding durability is performed.
  • Patent Document 4 it is possible to improve storage characteristics and swelling characteristics at high temperatures as compared to existing carbonate-based electrolytes. Lithium ion batteries using this electrolyte have a capacity, efficiency, low temperature, It is said that performances equivalent to or better than conventional ones can be realized in characteristics such as life.
  • Patent Document 5 discloses an invention relating to vinylene carbonate useful as a solvent and an additive for an electrolytic solution for a lithium ion battery.
  • Patent Document 6 discloses an invention related to a non-aqueous secondary battery including an electrolytic solution containing a lithium salt and a non-aqueous solvent.
  • Patent Document 7 discloses an invention related to a non-aqueous electrolyte secondary battery in which hydrofluoric acid or an organic acid is added to a non-aqueous electrolyte.
  • Patent Document 9 discloses an invention relating to an electrolyte for a lithium ion battery including a non-aqueous organic solvent, a lithium salt, and a complex forming additive chelating with a transition metal. According to Patent Document 9, a lithium ion battery having excellent battery safety such as overcharge characteristics can be provided.
  • Patent Document 10 discloses an invention related to a non-aqueous electrolyte that can suppress deterioration of battery characteristics in a high temperature environment due to an antioxidant.
  • Patent Document 11 discloses an invention related to a non-aqueous electrolyte for a lithium ion battery that can improve the initial capacity and output characteristics at room temperature and low temperature.
  • Patent Document 11 discloses that the nonaqueous electrolytic solution contains an organic solvent, a lithium salt, and a phosphorus compound.
  • Patent Document 12 discloses an invention related to a battery in which a positive electrode material for a secondary battery is improved to increase the life and rate characteristics.
  • JP 2016-143536 A Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-35901 JP 2014-194930 A JP 2005-72003 A JP 2012-25564 A International Publication No. 2013/062056 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-12079 JP 2009-218056 A JP 2006-24001 A JP 2011-154987 A Special table 2016-531388 gazette Japanese Patent Laid-Open No. 10-208742
  • the electrolytic solution based on acetonitrile requires the formation of a film for suppressing reduction electrolysis on the surface of the negative electrode, and the film forming agent conventionally used is insufficient.
  • the present invention is for solving the above-mentioned conventional problems, and in particular, in an acetonitrile electrolyte, a non-aqueous electrolyte, a non-aqueous secondary battery, a cell pack, and the like that can improve desired battery performance, And it aims at providing a hybrid system.
  • the non-aqueous electrolyte of the present invention is characterized by containing acetonitrile, a lithium salt, and a cyclic acid anhydride.
  • the nonaqueous electrolytic solution preferably contains a PF 6 anion.
  • the PF 6 anion is preferably one in which LiPF 6 is dissociated.
  • the cyclic acid anhydride contains at least one of succinic anhydride, maleic anhydride, and phthalic anhydride.
  • the content of the cyclic acid anhydride is preferably 0.01% by mass or more and 1% by mass or less with respect to the non-aqueous electrolyte solution.
  • the chain carbonate is preferably at least one selected from the group consisting of diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, and dimethyl carbonate.
  • the mixing molar ratio of the chain carbonate to the acetonitrile is 0.15 or more and 2 or less.
  • the mixing molar ratio of the chain carbonate to the acetonitrile is preferably 0.25 or more and 2 or less.
  • the mixing molar ratio of the chain carbonate to the acetonitrile is preferably 0.4 or more and 2 or less.
  • the non-aqueous electrolyte contains water.
  • the water content is preferably 1 ppm to 200 ppm with respect to the non-aqueous electrolyte.
  • the nonaqueous electrolytic solution preferably contains an imide salt.
  • the imide salt is preferably at least one selected from the group consisting of LiN (SO 2 F) 2 and LiN (SO 2 CF 3 ) 2 .
  • the cyclic carbonate having no saturated secondary carbon is preferably at least one selected from the group consisting of ethylene carbonate and vinylene carbonate.
  • the cyclic carbonate having no saturated secondary carbon is vinylene carbonate, and the amount of vinylene carbonate is preferably 0.5% by volume or more and 4% by volume or less in the nonaqueous electrolytic solution. .
  • an organic chlorine compound which is a chlorine adduct of the cyclic carbonate.
  • the non-aqueous electrolyte preferably has an ionic conductivity at ⁇ 30 ° C. of 3 mS / cm or more.
  • the non-aqueous electrolyte preferably has an ionic conductivity at ⁇ 10 ° C. of 10 mS / cm or more.
  • the non-aqueous electrolyte solution preferably has an ionic conductivity at 20 ° C. of 15 mS / cm or more.
  • the compound is preferably a nitrogen-containing cyclic compound.
  • the main component of the lithium salt is the imide salt, or the imide salt and the lithium salt other than the imide salt are preferably contained in the same amount as the main component.
  • the imide salt in a molar concentration which is a LiPF 6 ⁇ imide salt.
  • the content of the imide salt is preferably 0.5 mol or more and 3.0 mol or less with respect to 1 L of the non-aqueous solvent.
  • the mixing molar ratio of PF 6 anion to acetonitrile is preferably 0.01 or more and less than 0.08.
  • the lithium salt preferably contains the PO 2 F 2 anions.
  • the content of the PO 2 F 2 anions, for non-aqueous electrolyte solution is preferably at most 1 mass% 0.001 mass% or more.
  • the activation energy in ionic conduction of the non-aqueous electrolyte is preferably 15 kJ / mol or less at ⁇ 20 to 0 ° C.
  • the present invention comprises a positive electrode having a positive electrode active material layer on one side or both sides of a current collector, a negative electrode having a negative electrode active material layer on one side or both sides of the current collector, and a non-aqueous electrolyte.
  • the non-aqueous secondary battery includes at least one functional group selected from the group consisting of —N ⁇ , —NH 4 , —N ⁇ O, —NH—NH—, and (NO 3 ) —.
  • the non-aqueous secondary battery has a capacity maintenance ratio of 70% or more calculated by dividing the 5C discharge capacity by the 1C discharge capacity after a storage test at 85 ° C. for 4 hours. It is characterized by being.
  • the present invention comprises a positive electrode having a positive electrode active material layer on one side or both sides of a current collector, a negative electrode having a negative electrode active material layer on one side or both sides of the current collector, and a non-aqueous electrolyte.
  • the non-aqueous secondary battery includes at least one compound selected from the group consisting of an organic acid and a salt thereof, an acid anhydride, and Li 2 O, and the organic acid includes acetic acid, oxalic acid, or
  • the non-aqueous secondary battery contains at least one kind of formic acid, and the capacity retention rate calculated by dividing the 5C discharge capacity by the 1C discharge capacity after a storage test at 85 ° C. for 4 hours is 70% It is the above.
  • the present invention comprises a positive electrode having a positive electrode active material layer on one side or both sides of a current collector, a negative electrode having a negative electrode active material layer on one side or both sides of the current collector, and a non-aqueous electrolyte.
  • the non-aqueous secondary battery includes at least one functional group selected from the group consisting of —N ⁇ , —NH 4 , —N ⁇ O, —NH—NH—, and (NO 3 ) —.
  • the non-aqueous secondary battery is characterized by having an ionic conductivity at 0 ° C. of 10 mS / cm or more after a storage test at 85 ° C. for 4 hours.
  • the present invention comprises a positive electrode having a positive electrode active material layer on one side or both sides of a current collector, a negative electrode having a negative electrode active material layer on one side or both sides of the current collector, and a non-aqueous electrolyte.
  • the non-aqueous secondary battery includes at least one compound selected from the group consisting of an organic acid and a salt thereof, an acid anhydride, and Li 2 O, and the organic acid includes acetic acid, oxalic acid, or
  • the non-aqueous secondary battery includes at least one kind of formic acid, and has an ionic conductivity at 0 ° C. of 10 mS / cm or more after a storage test at 85 ° C. for 4 hours.
  • the positive electrode active material contains LizMO 2 (M contains Ni and contains one or more metal elements selected from the group consisting of Mn, Co, Al, and Mg, and the element content ratio of Ni is More than 50%, and z represents a number of more than 0.9 and less than 1.2.
  • the negative electrode potential difference between before and after the injection of the non-aqueous electrolyte is preferably 0.3 V or more.
  • the amount of gas generated in a 200-hour storage test at 60 ° C. is preferably 0.008 ml or less per mAh.
  • the resistance increase rate in the 720-hour full charge storage test at 60 ° C. is 400% or less.
  • the present invention is a cell pack comprising the non-aqueous secondary battery described above, wherein the positive electrode active material layer contains a lithium-containing compound containing Fe, and the negative electrode active material layer is graphite, or Ti, Containing at least one element selected from the group consisting of V, Sn, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Zn, Al, Si, and B, and the non-aqueous electrolyte includes a saturated second A non-secondary battery, wherein the non-aqueous secondary battery contains a cyclic carbonate having no secondary carbon and the cyclic carbonate having no saturated secondary carbon is at least one selected from the group consisting of ethylene carbonate and vinylene carbonate.
  • the operating voltage range per cell is in the range of 1.8V-3.7V, and the average operating voltage is 2.5V-3.5V. Is equipped with BMS.
  • the hybrid system of the present invention is characterized by combining the cell pack described above and a module or cell pack composed of a secondary battery other than a lithium ion battery.
  • the present invention is a cell pack comprising the non-aqueous secondary battery described above, wherein the positive electrode active material layer contains a lithium-containing compound containing Fe, and the negative electrode active material layer is graphite, or Ti, Containing at least one element selected from the group consisting of V, Sn, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Zn, Al, Si, and B, and the non-aqueous electrolyte includes a saturated second A cyclic carbonate containing no secondary carbon and having no saturated secondary carbon is at least one selected from the group consisting of ethylene carbonate and vinylene carbonate, based on the formula (2) 1 or 2 or more of the cell packs defining the number of cells and modules of the non-aqueous secondary battery are connected in parallel, or two or more non-aqueous secondary batteries are connected in parallel.
  • the modules are connected based on the equations (2) and (3) to form the cell pack, the operating voltage range per cell is in the range of 1.8V-3.7V, and the average The operating voltage is 2.5V-3.5V, and the module is equipped with a BMS.
  • the hybrid system of the present invention is characterized by combining the cell pack described above and a module or cell pack composed of a secondary battery other than a lithium ion battery.
  • non-aqueous electrolyte of the present invention it is possible to delay the generation of gas during high temperature operation and overcharge, strengthen the negative electrode SEI, obtain good low temperature characteristics and output characteristics, and further obtain high temperature characteristics. it can.
  • nonaqueous electrolytic solution of the present invention As described above, according to the nonaqueous electrolytic solution of the present invention and the nonaqueous secondary battery using the same, desired battery performance can be improved in the acetonitrile electrolytic solution.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the non-aqueous secondary battery of FIG. 1 taken along line AA.
  • the present embodiment a mode for carrying out the present invention (hereinafter simply referred to as “the present embodiment”) will be described in detail.
  • the non-aqueous electrolyte solution according to the first embodiment includes acetonitrile, a lithium salt, and a cyclic acid anhydride.
  • acetonitrile contains a lithium salt and a cyclic acid anhydride, and can be formed by strengthening a negative electrode SEI (Solid Electrolyte Interface) made of a cyclic acid anhydride before the reductive decomposition of acetonitrile. .
  • SEI Solid Electrolyte Interface
  • the non-aqueous secondary battery using the non-aqueous electrolyte in the first embodiment can function as a battery by initial charge, but is stabilized by decomposition of a part of the electrolyte during the initial charge.
  • the cyclic acid anhydride originally has a small content in the electrolytic solution and may be taken into the negative electrode SEI, so that component detection may be difficult after the first charge.
  • the structure of the nonaqueous electrolyte of the present embodiment has the following characteristics in the state where the initial charge is performed. It can be assumed that it has components.
  • the electrolytic solution is 0.4 V vs. It is preferably applied to a non-aqueous secondary battery comprising a negative electrode that inserts and desorbs lithium ions at a lower potential than Li / Li + .
  • the reaction of the cyclic acid anhydride that decomposes at 1.0 V to 0.4 V is promoted. It works to strengthen the negative electrode SEI.
  • the negative electrode was supplied with 0.4 V vs. lithium ion as the negative electrode active material. It is preferable to contain a material that occludes at a lower potential than Li / Li + .
  • the positive electrode, the separator, and the battery exterior are not particularly limited.
  • the capacity maintenance ratio calculated by dividing the 5C discharge capacity by the 1C discharge capacity.
  • the capacity maintenance rate is preferably 70% or more.
  • Nonaqueous Electrolyte In the second embodiment, in the non-aqueous electrolyte solution of the first embodiment, it is preferable to contain the PF 6 anion.
  • the PF 6 anion may be a lithium salt LiPF 6 dissociated in an electrolytic solution.
  • the non-aqueous electrolyte solution of the second embodiment contains PF 6 anion, and the PF 6 anion is obtained by dissociating LiPF 6 of a lithium salt in the electrolyte solution. It is preferable.
  • the cyclic acid anhydride includes at least one of succinic anhydride, maleic anhydride, and phthalic anhydride. It is preferable.
  • cyclic acid anhydrides may contain only one kind or plural kinds. Alternatively, a cyclic acid anhydride other than these cyclic acid anhydrides may be included.
  • the content of the cyclic acid anhydride is preferably in the range of 0.01% by mass to 1% by mass with respect to the non-aqueous electrolyte. Further, the content of the cyclic acid anhydride is more preferably 0.1% by mass or more and 0.5% by mass or less with respect to the nonaqueous electrolytic solution.
  • nonaqueous electrolytic solution containing at least one of succinic anhydride, maleic anhydride, and phthalic anhydride, it is possible to form strong SEI on the negative electrode, and more effectively suppress increase in resistance during high-temperature heating.
  • at least succinic anhydride is preferably included. Thereby, a strong SEI can be formed on the negative electrode more effectively.
  • the content of the cyclic acid anhydride is 0.01% by mass or more and 1% by mass with respect to the non-aqueous electrolyte solution. The following is preferable.
  • the content of the cyclic acid anhydride is calculated as a mass percentage with respect to the total mass of all components constituting the non-aqueous electrolyte solution.
  • the content of the cyclic acid anhydride is more preferably 0.1% by mass or more and 0.7% by mass or less with respect to the non-aqueous electrolyte solution.
  • Non-aqueous solvent refers to an element obtained by removing a lithium salt and an additive from an electrolytic solution.
  • acetonitrile is included as an essential component, but another non-aqueous solvent may be included in addition to acetonitrile.
  • non-aqueous solvents other than acetonitrile include alcohols such as methanol and ethanol; aprotic solvents and the like. Among these, an aprotic polar solvent is preferable.
  • aprotic solvent examples include, for example, ethylene carbonate, propylene carbonate, 1,2-butylene carbonate, trans-2,3-butylene carbonate, cis-2,3-butylene carbonate, 1,2-pentylene carbonate, trans-2,3-pentylene carbonate, cis-2,3-pentylene carbonate, and cyclic carbonates typified by vinylene carbonate, 4,5-dimethylvinylene carbonate, and vinylethylene carbonate 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one, 4,4-difluoro-1,3-dioxolan-2-one, cis-4,5-difluoro-1,3-dioxolan-2-one, trans -4,5-difluoro-1,3-dioxolane-2-o 4,4,5-trifluoro-1,3-dioxolan-2-one, 4,4,5,5-tetrafluor
  • cyclic carbonates and chain carbonates are more preferable to use.
  • only one of those exemplified above as the cyclic carbonate and the chain carbonate may be selected and used, or two or more (for example, two or more of the above-mentioned cyclic carbonates, the above examples)
  • Two or more of the chain carbonates, or one or more of the exemplified cyclic carbonates and two or more of the exemplified chain carbonates may be used.
  • ethylene carbonate, propylene carbonate, vinylene carbonate, or fluoroethylene carbonate is more preferable as the cyclic carbonate
  • ethyl methyl carbonate, dimethyl carbonate, or diethyl carbonate is more preferable as the chain carbonate.
  • Acetonitrile is easily electrochemically reduced and decomposed. Therefore, it is preferable to perform at least one of mixing this with another solvent and adding an electrode protective additive for forming a protective film on the electrode.
  • the non-aqueous solvent preferably contains one or more cyclic aprotic polar solvents, and contains one or more cyclic carbonates. Is more preferable.
  • non-aqueous electrolyte non-aqueous electrolyte>
  • the non-aqueous electrolyte solution of any one of the first to fifth embodiments further contains the chain carbonate described above.
  • acetonitrile and chain carbonate in combination advantageously acts to suppress association between acetonitrile and LiPF 6 .
  • acetonitrile AcN
  • diethyl carbonate DEC
  • a lithium salt a lithium salt
  • succinic anhydride SAH
  • the negative electrode was supplied with 0.4 V vs. lithium ion as the negative electrode active material. It is preferable to contain a material that occludes at a lower potential than Li / Li + .
  • the positive electrode, the separator, and the battery exterior are not particularly limited.
  • the chain carbonate is preferably at least one selected from the group consisting of diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, and dimethyl carbonate. .
  • a specific composition of the seventh embodiment is a nonaqueous electrolytic solution containing LiPF 6 , acetonitrile (AcN), and diethyl carbonate (DEC). Furthermore, LiPF 6 , LiN (SO 2 F) 2 (LiFSI), LiN (SO 2 CF 3 ) 2 (LiTFSI), and LiB (C 2 O 4 ) 2 (LiBOB) may be included as lithium salts. . Furthermore, it is preferable that succinic anhydride (SAH), maleic anhydride (MAH), and phthalic anhydride (PAH) are included as the cyclic acid anhydride.
  • SAH succinic anhydride
  • MAH maleic anhydride
  • PAH phthalic anhydride
  • the nonaqueous secondary battery using the nonaqueous electrolyte solution of the seventh embodiment can be used for cold regions.
  • the mixing molar ratio of the chain carbonate to acetonitrile is preferably 0.15 or more and 2 or less.
  • acetonitrile and chain carbonate in combination advantageously acts to suppress association between acetonitrile and LiPF 6 .
  • the chain carbonate has low polarity. Therefore, in order to appropriately suppress the decrease in ionic conductivity in the low temperature range even when the chain carbonate is contained, the mixing molar ratio of the chain carbonate to acetonitrile is adjusted.
  • the mixing molar ratio of the chain carbonate to acetonitrile that mainly affects the solubility is adjusted to a specific range.
  • the mixing molar ratio of the chain carbonate to acetonitrile is represented by C / A where the mole number A of acetonitrile and the mole number C of chain carbonate.
  • the mixed molar ratio (C / A) of the chain carbonate to acetonitrile was adjusted to 0.15 or more and 2 or less.
  • LiPF 6 and a non-aqueous solvent are contained, and acetonitrile and a chain carbonate are included as the non-aqueous solvent.
  • the LiPF 6 content is 1.5 mol or less with respect to 1 L of the non-aqueous solvent.
  • the mixing molar ratio of LiPF 6 to acetonitrile is 0.08 or more and 0.16 or less, and (4) The mixing molar ratio of chain carbonate to acetonitrile is 0.15 or more and 2 or less. It is more preferable to satisfy all of the above.
  • the mixing molar ratio of the chain carbonate to acetonitrile is preferably 0.25 or more and 2 or less.
  • the ninth embodiment is a more limited version of the eighth embodiment. Thereby, even if it contains a chain carbonate, the fall of the ionic conductivity in a low temperature range can be suppressed more effectively.
  • ⁇ Tenth embodiment non-aqueous electrolyte>
  • the mixing molar ratio of the chain carbonate to acetonitrile is 0.4 or more and 2 or less.
  • the tenth embodiment is a more limited version of the ninth embodiment.
  • a decrease in ionic conductivity in a low temperature region can be appropriately suppressed even more effectively.
  • no precipitation of white precipitate as an aggregate is observed, and an ionic conductivity of 3 mS / cm or more can be obtained at ⁇ 30 ° C.
  • an ionic conductivity of 3.5 mS / cm or more can be obtained at ⁇ 30 ° C., and more preferably, inhibition of ion conduction by the aggregate.
  • an ionic conductivity of 4 mS / cm or more can be obtained, and more preferably, no aggregate is formed and an ionic conductivity of 4.5 mS / cm or more can be obtained.
  • water is contained in the nonaqueous electrolytic solution according to any one of the first to tenth embodiments.
  • the formation reaction of the cyclic acid anhydride negative electrode SEI can be promoted, and the generation of gas at the time of overcharging can be delayed as compared with the conventional case.
  • the cyclic acid anhydride contributes to the formation of the negative electrode SEI (Solid Electrolyte Interface). Moreover, the negative electrode SEI formation reaction of a cyclic acid anhydride is accelerated
  • the non-aqueous secondary battery using the non-aqueous electrolyte of the eleventh embodiment has a positive electrode having a positive electrode active material layer on one or both sides of a current collector and a negative electrode active material layer on one or both sides of the current collector. It has a negative electrode and a non-aqueous electrolyte solution, and it can be set as the structure whose arrival time to 60 degreeC by a 2C overcharge test is 20 minutes or more.
  • the non-aqueous secondary battery using the non-aqueous electrolyte solution of the eleventh embodiment is not particularly limited, but can be preferably applied to a pouch-type cell. It is also called a laminate type. That is, the non-aqueous secondary battery of this embodiment can suppress the swelling at the time of overcharge in a pouch-type cell, and can improve safety compared to the conventional case.
  • the non-aqueous secondary battery using the non-aqueous electrolyte of the eleventh embodiment is not particularly limited, but can be preferably applied to a pouch-type cell battery for a smartphone or mobile IT device that is fully charged.
  • the water content is preferably 1 ppm or more and 200 ppm or less with respect to the non-aqueous electrolyte solution.
  • the transition of the technology that led to the development of the eleventh and twelfth embodiments will be described.
  • the electrolyte solution based on acetonitrile swells quickly when overcharged as compared with the existing carbonate electrolyte solution. This is because the acetonitrile electrolyte tends to generate gas during overcharge. Therefore, the present inventors appropriately select an additive to the acetonitrile electrolyte, and further adjust the content of the additive appropriately to delay the generation of gas at the time of overcharging as compared with the conventional case.
  • the nonaqueous electrolytic solution of the present embodiment contains acetonitrile and a lithium salt, and further contains 1 ppm to 200 ppm of water and a cyclic acid anhydride.
  • 1 ppm to 200 ppm of water and cyclic acid anhydride are included.
  • Water is preferably 1 ppm or more and 150 ppm or less, and more preferably 10 ppm or more and 100 ppm or less.
  • the cyclic acid anhydride contributes to the formation of the negative electrode SEI.
  • the formation reaction of the cyclic acid anhydride negative electrode SEI can be promoted, and the generation of gas at the time of overcharging can be delayed as compared with the conventional case.
  • the evaluation was based on the time to reach 60 ° C. in the 2C overcharge test.
  • the time to reach 60 ° C. in the 2C overcharge test by containing 1 ppm or more and 200 ppm or less of water and a cyclic acid anhydride, compared with the non-aqueous electrolyte solution which does not contain at least one of water and a cyclic acid anhydride, it is 60 degreeC.
  • the arrival time could be delayed, and it was understood that the generation of gas was suppressed as compared with the comparative example.
  • the time to reach 60 ° C. by the 2C overcharge test can be set to 20 minutes or more, and preferably set to 22 minutes or more.
  • the specific composition of the non-aqueous electrolyte of the twelfth embodiment includes, for example, acetonitrile (AcN), lithium salt, 1 ppm to 200 ppm of water, and succinic anhydride (SAH) as a cyclic acid anhydride. It can be configured.
  • AcN acetonitrile
  • SAH succinic anhydride
  • non-aqueous electrolyte non-aqueous electrolyte>
  • the non-aqueous electrolyte solution of any one of the first to twelfth embodiments contains an imide salt.
  • imide salts such as lithium bis (fluorosulfonyl) imide (LiFSI) are used for the purpose of improving ion conductivity and battery cycle characteristics.
  • the imide salt is a lithium salt represented by LiN (SO 2 C m F 2m + 1 ) 2 [m is an integer of 0 to 8].
  • the non-aqueous electrolyte containing an imide salt forms a soluble complex with aluminum used as a positive electrode current collector of a lithium ion battery due to charge / discharge, and thus corrosion proceeds and is eluted in the electrolyte.
  • the present inventors have developed the present invention with the aim of providing an electrolytic solution in which aluminum is not easily eluted by charge / discharge even if it contains an imide salt.
  • the thirteenth embodiment is characterized by containing acetonitrile, a lithium salt, and a cyclic acid anhydride, and the lithium salt contains an imide salt.
  • PF 6 anion of the second embodiment it is preferable to include the PF 6 anion of the second embodiment.
  • the PF 6 anion reacts with water to generate hydrogen fluoride (hereinafter referred to as HF) and PF 5 .
  • HF hydrogen fluoride
  • Free fluorine ions derived from HF react with aluminum as the positive electrode current collector to form a passive film on the surface. Thereby, corrosion of the positive electrode containing aluminum is suppressed, and the elution of aluminum into the electrolytic solution is suppressed.
  • the non-aqueous electrolyte solution preferably contains 1 ppm to 200 ppm of water, particularly preferably 1 ppm to 30 ppm. This is because an appropriate amount of water contributes to passivating aluminum in the non-aqueous electrolyte.
  • compositions of the thirteenth embodiment include acetonitrile (AcN) as a non-aqueous solvent, LiPF 6 and LiN (SO 2 F) 2 (LiFSI), LiN (SO 2 CF 3 ) 2 (LiTFSI), and the like as lithium salts.
  • AcN acetonitrile
  • LiPF 6 and LiN (SO 2 F) 2 (LiFSI), LiN (SO 2 CF 3 ) 2 (LiTFSI), and the like as lithium salts.
  • LiPF 6 and LiN (SO 2 F) 2 (LiFSI), LiN (SO 2 CF 3 ) 2 (LiTFSI), and the like as lithium salts.
  • LiPF 6 and LiN (SO 2 F) 2 (LiFSI) LiN (SO 2 CF 3 ) 2 (LiTFSI)
  • LiTFSI LiN (SO 2 CF 3 ) 2
  • lithium salts LiN (SO 2 CF 3 ) 2
  • This is a non-
  • the negative electrode is not particularly limited.
  • the positive electrode is not limited, but the positive electrode active material is preferably a lithium-containing compound having a layered rock salt type crystal.
  • a separator and a battery exterior are not specifically limited.
  • the imide salt contains at least one of LiN (SO 2 F) 2 and LiN (SO 2 CF 3 ) 2. . Only one or both of these imide salts may be included. Or imide salts other than these imide salts may be included.
  • LiPO 2 F 2 a cyclic acid anhydride, and an imide salt to the LiPF 6- based acetonitrile electrolyte.
  • the fourteenth embodiment 0.01 to 1% by mass of LiPO 2 F 2 , 0.01 to 1% by mass of cyclic acid anhydride, and LiPF 6 ⁇ imide salt with respect to the LiPF 6- based acetonitrile electrolyte solution. It is preferable to add the imide salt at a molar concentration of Thus, LiPO 2 F 2 and a cyclic acid anhydride, strengthen negative electrode SEI, suppressing the resistance increase at the time of high temperature heating. Moreover, the imide salt exhibits excellent low temperature characteristics.
  • 0.1 to 0.5% by mass of LiPO 2 F 2 is added to the acetonitrile electrolyte and 0.01 to 0.5% by mass of cyclic acid anhydride is added to the electrolyte. It is preferable.
  • the content of the imide salt (particularly LiFSI) is preferably 0.5 to 3 mol with respect to 1 L of the non-aqueous solvent.
  • the nonaqueous electrolytic solution according to any one of the first to fourteenth embodiments further contains a cyclic carbonate having no saturated secondary carbon.
  • the transition of the technology that led to the development of the fifteenth embodiment will be described.
  • the battery performance may be remarkably lowered and the operation limit may be reached.
  • the present inventors have developed the present invention with the aim of reducing the amount of HF generated at 50 ° C. to 60 ° C. That is, in the fifteenth embodiment, a non-aqueous solvent having a saturated secondary carbon is not contained.
  • the present inventors have found that when a saturated secondary carbon is contained in a non-aqueous solvent, protons are likely to escape, so that generation of HF at 50 ° C. to 60 ° C. tends to be promoted. That is, it was found that the amount of HF generated at 50 ° C. to 60 ° C. can be reduced by not containing the non-aqueous solvent having a saturated secondary carbon in the non-aqueous electrolyte solution according to the present embodiment.
  • saturated secondary carbon refers to one having two adjacent carbon atoms bonded to a carbon atom. Saturation means having no double bond or triple bond.
  • non-aqueous solvent having a saturated secondary carbon examples include, for example, propylene carbonate, 1,2-butylene carbonate, trans-2,3-butylene carbonate, cis-2,3-butylene carbonate, and 1,2-pentylene.
  • non-aqueous electrolyte solution of the fifteenth embodiment is a non-aqueous electrolyte solution containing a non-aqueous solvent containing acetonitrile and LiPF 6, and the amount of hydrogen fluoride generated at 60 ° C.
  • the increase rate with respect to the generation amount of hydrogen fluoride at 25 ° C. is 165% or less. In this way, the ratio of increasing the amount of hydrogen fluoride generated at 60 ° C. to the amount of hydrogen fluoride generated at 25 ° C. can be reduced, so that it can be used or left outdoors in summer and in tropical areas (described later). Even if the battery performance is not significantly lowered, a non-aqueous secondary battery suitable for outdoor use in summer and for tropical areas can be obtained.
  • the LiPF 6- based acetonitrile electrolyte is preferably diluted with a non-aqueous solvent that does not have saturated tertiary carbon.
  • Carbonates with saturated secondary carbon for example, propylene carbonate
  • lithium hexafluorophosphate LiPF 6
  • AcN acetonitrile
  • EC ethylene carbonate
  • VC vinylene carbonate
  • DEC diethyl carbonate
  • LiN (SO 2 F) 2 LiFSI
  • LiN (SO 2 CF 3 ) 2 LiTFSI
  • LiB (C 2 O 4 ) 2 LiBOB
  • the negative electrode is not particularly limited.
  • the positive electrode is not limited, but the positive electrode active material is preferably a lithium-containing compound having a layered rock salt type crystal.
  • separator and the battery exterior are not particularly limited.
  • the non-aqueous secondary battery using the non-aqueous electrolyte of the fifteenth embodiment can be applied to general-purpose products and automobiles, but all are used for outdoor use in summer, tropical, dry zones, etc.
  • the same configuration as the conventional one can be applied to the battery exterior. That is, a non-aqueous secondary battery suitable for outdoor use in summer and tropical areas can be obtained even if the battery exterior has the same configuration as the conventional one. Therefore, the manufacturing process is not complicated, and an increase in manufacturing cost can be appropriately suppressed.
  • examples of the cyclic carbonate having no saturated secondary carbon include ethylene carbonate, vinylene carbonate, 4,5-dimethylvinylene carbonate, and fluoroethylene. And carbonate.
  • At least one selected from the group consisting of ethylene carbonate and vinylene carbonate is preferred.
  • non-aqueous electrolyte in the seventeenth embodiment, in the non-aqueous electrolyte solution of the sixteenth embodiment, the cyclic carbonate having no saturated secondary carbon is vinylene carbonate, and the amount of vinylene carbonate is 0.5% in the non-aqueous electrolyte solution. It is preferable that the volume is not less than 4% by volume.
  • An additive is essential to suppress the reductive decomposition reaction of acetonitrile on the negative electrode surface, and battery performance is drastically reduced if insufficient. On the other hand, excessive film formation causes a decrease in low-temperature performance.
  • the interface (film) resistance can be kept low, and cycle deterioration at low temperatures can be suppressed. it can.
  • the amount of vinylene carbonate is preferably less than 3% by volume.
  • compositions of the seventeenth embodiment include acetonitrile, LiPF 6 , LiN (SO 2 F) 2 (LiFSI), imide salts such as LiN (SO 2 CF 3 ) 2 (LiTFSI), vinylene carbonate, and anhydrous succinate.
  • the vinylene carbonate containing an acid (SAH) is 0.1% by volume or more and 4% by volume or less, preferably 0.2% by volume or more and less than 3% by volume, more preferably 0.5% by volume in the non-aqueous electrolyte.
  • the succinic anhydride is a non-aqueous electrolyte solution containing less than 1% by mass in the non-aqueous electrolyte solution.
  • the nonaqueous electrolytic solution according to any one of the fifteenth to seventeenth embodiments preferably further contains an organic chlorine compound that is a chlorine adduct of a cyclic carbonate.
  • the cyclic carbonate is not limited, but in the present embodiment, it is preferable to use vinylene carbonate (VC).
  • VC vinylene carbonate
  • the chlorine adduct of vinylene carbonate was specifically shown.
  • an organic chlorine compound (a chloride derived from a VC raw material) and a cyclic acid anhydride to the acetonitrile electrolyte.
  • the negative electrode SEI can be strengthened.
  • the eighteenth embodiment it is preferable to add 0.1 to 500 ppm of an organic chlorine compound with respect to the acetonitrile electrolyte and 0.01 to 1% by mass of a cyclic acid anhydride with respect to the electrolyte.
  • the eighteenth embodiment it is preferable to add 0.5 to 10 ppm of an organic chlorine compound to the acetonitrile electrolyte and 0.01 to 0.5% by mass of a cyclic acid anhydride to the electrolyte.
  • the organochlorine compound that decomposes at a low potential can promote the negative electrode SEI formation reaction of the cyclic acid anhydride and enhance the SEI. Thereby, the high temperature durability performance of the battery using acetonitrile electrolyte solution can be improved.
  • the organochlorine compound is preferably one or more compounds selected from the group consisting of compounds represented by the following formulas (4) to (7).
  • organochlorine compounds represented by formula (4) to formula (7) may be used alone or in combination of two or more different organochlorine compounds.
  • the SEI formation reaction surely proceeds before the reductive decomposition of acetonitrile, so that the negative electrode SEI can be further strengthened. It is possible to improve the high temperature durability of the non-aqueous secondary battery more effectively.
  • cyclic carbonates and chain carbonates are more preferable to use.
  • only one of those exemplified above as the cyclic carbonate and the chain carbonate may be selected and used, or two or more (for example, two or more of the above-mentioned cyclic carbonates, the above examples)
  • Two or more of the chain carbonates, or one or more of the exemplified cyclic carbonates and two or more of the exemplified chain carbonates may be used.
  • ethylene carbonate, propylene carbonate, vinylene carbonate, or fluoroethylene carbonate is more preferable as the cyclic carbonate
  • ethyl methyl carbonate, dimethyl carbonate, or diethyl carbonate is more preferable as the chain carbonate.
  • the eighteenth embodiment is applied to a nonaqueous electrolytic solution containing acetonitrile and a lithium salt as a premise, and further containing an organic chlorine compound and a cyclic acid anhydride.
  • an organic chlorine compound and a cyclic acid anhydride are included in addition to acetonitrile and a lithium salt.
  • the organic chlorine compound is, for example, a chloride derived from a vinylene carbonate (VC) raw material.
  • the negative electrode SEI can be strengthened by containing an organic chlorine compound and a cyclic acid anhydride.
  • Organochlorine compounds have low LUMO (minimum empty orbit) energy due to the electron withdrawing effect of chlorine. Since the reaction in which electrons enter LUMO is a reduction reaction, the LUMO energy has a correlation with the reducibility of the additive, and the lower the LUMO energy, the higher the reduction potential, that is, the easier the reduction.
  • the organochlorine compound in this embodiment is a compound that is more easily reduced than acetonitrile, suggesting that the electrochemical reaction proceeds prior to the reductive decomposition of acetonitrile.
  • an organic chlorine compound when used alone, it does not contribute as effective SEI.
  • the organic chlorine compound and the cyclic acid anhydride are used at the same time, not only is it effective for the formation of the negative electrode SEI, but also non-electrochemical side reactions due to too high reductivity are suppressed by a synergistic effect, An increase in internal resistance when the charge / discharge cycle is repeated can be suppressed.
  • negative electrode SEI can be strengthened, according to the non-aqueous secondary battery using the non-aqueous electrolyte solution of this embodiment, high temperature durability can be improved.
  • the high temperature durability was evaluated by the capacity maintenance rate of a cycle test (100 cycles) at 50 ° C. At this time, it can be concluded that the higher the capacity retention rate, the more the increase in internal resistance when the charge / discharge cycle is repeated, so that the negative electrode SEI is strengthened and the high-temperature durability is improved.
  • the organochlorine compound described above is preferably a cyclic adduct of cyclic carbonate.
  • the content of the organic chlorine compound is preferably 0.1 ppm or more and 500 ppm or less with respect to the nonaqueous electrolytic solution.
  • the content of the organic chlorine compound is calculated in mass ppm with respect to the total weight of all components constituting the non-aqueous electrolyte solution.
  • the content of the organic chlorine compound is more preferably 0.1 ppm or more and 300 ppm or less with respect to the nonaqueous electrolytic solution.
  • the content of the cyclic acid anhydride is preferably 0.01% by mass or more and 1% by mass or less with respect to the non-aqueous electrolyte solution.
  • the content of the cyclic acid anhydride is calculated as a mass percentage with respect to the total mass of all components constituting the non-aqueous electrolyte solution.
  • the content of the cyclic acid anhydride is more preferably 0.05% by mass or more and 1% by mass or less with respect to the non-aqueous electrolyte solution.
  • the negative electrode SEI can be further strengthened, and the high-temperature durability performance of the nonaqueous secondary battery using the acetonitrile electrolyte can be improved more effectively.
  • the content of the organic chlorine compound is more preferably 0.5 ppm or more and 10 ppm or less with respect to the nonaqueous electrolytic solution. Moreover, it is more preferable that the content of the cyclic acid anhydride is 0.1% by mass or more and 0.5% by mass or less with respect to the nonaqueous electrolytic solution. It is even more preferable that the content of the cyclic acid anhydride is 0.1% by mass or more and 0.3% by mass or less with respect to the non-aqueous electrolyte solution.
  • the organochlorine compound that decomposes at a low potential promotes the negative electrode SEI formation reaction of the cyclic acid anhydride, and can further strengthen the negative electrode SEI. Thereby, the high temperature durability performance of the non-aqueous secondary battery using acetonitrile electrolyte solution can be improved more reliably.
  • the capacity retention rate when the cycle test at 50 ° C. is performed 100 cycles can be 60% or more, preferably 70% or more, and more preferably 80% or more. Can be.
  • the capacity retention rate was obtained from the discharge capacity at the 100th cycle when the charge capacity at 100 cycles was charged and the discharge capacity at the first cycle was taken as 100%. .
  • the ionic conductivity at ⁇ 30 ° C. is 3 mS / cm or more in the nonaqueous electrolytic solution of any of the thirteenth and fourteenth embodiments.
  • a battery using an existing electrolyte reaches its operating limit at about ⁇ 20 ° C. This is because the ionic conductivity at ⁇ 20 ° C. becomes too small with the existing electrolyte, and the output necessary for the operation cannot be obtained. Therefore, the inventors of the present invention aim to obtain an ion conductivity equivalent to ⁇ 20 ° C. of an existing electrolyte even at a temperature lower than ⁇ 20 ° C. (specifically ⁇ 30 ° C.). It came to develop.
  • the non-aqueous electrolyte solution of the nineteenth embodiment preferably contains a non-aqueous solvent and LiPF 6 (lithium salt).
  • LiPF 6 lithium salt
  • the ion conductivity at ⁇ 30 ° C. is 3 mS / cm or more.
  • the ionic conductivity at ⁇ 20 ° C. of the existing electrolytic solution containing cyclic carbonate, chain carbonate and LiPF 6 was about 2.7 mS / cm. Therefore, the ionic conductivity of the non-aqueous electrolyte solution of the nineteenth embodiment is about -30 ° C. or about -20 ° C. or higher than that of the existing electrolyte solution.
  • the battery using the existing electrolyte is used in an environment of ⁇ 20 ° C. It is possible to obtain an output equivalent to or higher than that of Note that ⁇ 20 ° C. is the lower limit of the operating range of the existing LIB. Therefore, it is possible to shift the operation limit to a lower temperature range than in the past.
  • the ionic conductivity at ⁇ 30 ° C. is preferably 3.5 or more. More preferably, the ionic conductivity at ⁇ 30 ° C. is 4.0 or more. Further, the ionic conductivity at ⁇ 30 ° C. is more preferably 4.5 or more. As a result, the operation limit can be shifted to a lower temperature range than before, and more stable low temperature characteristics can be obtained.
  • acetonitrile is included as an essential component, and acetonitrile alone or a non-aqueous solvent other than acetonitrile may be included.
  • the mixing molar ratio of LiPF 6 to acetonitrile is adjusted.
  • the mixing molar ratio of LiPF 6 to acetonitrile is represented by B / A when the mole number A of acetonitrile and the mole number B of LiPF 6 are B.
  • the mixing molar ratio of LiPF 6 to acetonitrile mainly affects the amount of aggregates.
  • LiPF 6 content, together with at 1.5mol or less with respect to the nonaqueous solvent 1L, mixing molar ratio of LiPF 6 with respect to acetonitrile is preferably 0.08 or more 0.16 or less .
  • chain carbonate together with acetonitrile
  • LiPF 6 is included as a non-aqueous electrolyte
  • acetonitrile and chain carbonate are included as a non-aqueous solvent.
  • chain carbonate is not limited, For example, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, dimethyl carbonate, etc. can be selected as chain carbonate.
  • lithium hexafluorophosphate LiPF 6
  • AcN acetonitrile
  • DEC diethyl carbonate
  • EC ethylene carbonate
  • VC vinylene carbonate
  • LiN (SO 2 F) 2 LiFSI
  • LiN (SO 2 CF 3 ) 2 LiTFSI
  • LiB (C 2 O 4 ) 2 LiBOB
  • LiPF 6 and a non-aqueous solvent are contained, the LiPF 6 content is 1.5 mol or less with respect to 1 L of the non-aqueous solvent, the non-aqueous solvent contains acetonitrile and a chain carbonate, and
  • the mixing molar ratio of LiPF 6 is preferably 0.08 or more and 0.4 or less, and the mixing molar ratio of the chain carbonate to acetonitrile is preferably 0.3 or more and 2 or less.
  • the trade-off problem of preventing association between acetonitrile and LiPF 6 (increasing the chain carbonate) and suppressing the decrease in ionic conductivity in the low temperature region (increasing acetonitrile) can be solved.
  • the ionic conductivity in the low temperature region can be improved as compared with the conventional one. Specifically, it has an ionic conductivity equivalent to ⁇ 20 ° C. of the existing electrolyte at ⁇ 30 ° C. or higher ion conductivity.
  • the amount of PF 6 anion associated with two or more Li + appearing at ⁇ 10 ° C. or less can be made a specific amount or less.
  • the non-aqueous secondary battery using the non-aqueous electrolyte solution of the nineteenth embodiment can be applied to general-purpose products and automobiles, but all are suitable for cold districts.
  • the same configuration as the conventional one can be applied to the battery exterior. That is, a non-aqueous secondary battery suitable for cold regions can be obtained even if the battery exterior has the same configuration as the conventional one. Therefore, the manufacturing process is not complicated, and an increase in manufacturing cost can be appropriately suppressed.
  • the ionic conductivity at ⁇ 10 ° C. is 10 mS / cm or more in the nonaqueous electrolytic solution according to any one of the first to eighteenth embodiments.
  • the present inventors have discovered that the ionic conductivity of the electrolytic solution rapidly decreases at around ⁇ 10 ° C., thereby causing a decrease in the output of a battery using the electrolytic solution. Therefore, the present inventors have developed the present invention aiming at obtaining an ionic conductivity corresponding to room temperature even at ⁇ 10 ° C.
  • the ionic conductivity at 25 ° C. of the existing electrolytic solution containing a cyclic carbonate, a chain carbonate, and LiPF 6 was 8 mS / cm or more and 9 mS / cm or less. Therefore, the ionic conductivity of the nonaqueous electrolytic solution of the present embodiment is about -10 ° C. or about 25 ° C. or higher than that of the existing electrolytic solution.
  • the battery using the existing electrolyte is used in an environment of 25 ° C. It is possible to obtain an output of the same level or higher. Therefore, it is possible to shift the operation limit to a lower temperature range than in the past.
  • the ionic conductivity at ⁇ 10 ° C. is preferably 10.5 mS / cm or more. More preferably, the ionic conductivity at ⁇ 10 ° C. is 11.0 mS / cm or more. Further, the ionic conductivity at ⁇ 10 ° C. is more preferably 11.5 mS / cm or more. It is even more preferable that the ionic conductivity at ⁇ 10 ° C. is 12.0 mS / cm or more. As a result, the operation limit can be shifted to a lower temperature range than before, and more stable low temperature characteristics can be obtained.
  • the non-aqueous solvent is not particularly limited, but preferably contains acetonitrile. That is, as the non-aqueous solvent, acetonitrile is included as an essential component, and acetonitrile alone or a non-aqueous solvent other than acetonitrile may be included.
  • the mixing molar ratio of LiPF 6 to acetonitrile is adjusted.
  • the mixing molar ratio of LiPF 6 to acetonitrile is represented by B / A when the mole number A of acetonitrile and the mole number B of LiPF 6 are B.
  • the mixing molar ratio of LiPF 6 to acetonitrile mainly affects the amount of aggregates.
  • the LiPF 6 content is 1.5 mol or less with respect to 1 L of the non-aqueous solvent, and the mixed molar ratio of LiPF 6 to acetonitrile is preferably 0.01 or more and less than 0.08. . Thereby, formation of an aggregate can be suppressed effectively.
  • a cyclic carbonate with acetonitrile as a non-aqueous solvent. That is, LiPF 6 is included as a non-aqueous electrolyte, and acetonitrile and cyclic carbonate are included as a non-aqueous solvent.
  • ethylene carbonate, propylene carbonate, vinylene carbonate, fluoroethylene carbonate, etc. can be selected as the cyclic carbonate.
  • acetonitrile and cyclic carbonate advantageously acts to suppress association between acetonitrile and LiPF 6 .
  • cyclic carbonate inhibits the diffusion of Li ions at low temperatures. For this reason, in the electrolytic solution containing a cyclic carbonate, the ionic conductivity sharply decreased at around ⁇ 10 ° C. Therefore, in order to appropriately suppress the decrease in ionic conductivity at ⁇ 10 ° C. even when the electrolytic solution contains cyclic carbonate, the mixing molar ratio of cyclic carbonate to acetonitrile was adjusted.
  • the mixed molar ratio of LiPF 6 to acetonitrile which mainly affects the amount of aggregates
  • the mixed molar ratio of cyclic carbonate to acetonitrile which mainly affects the solubility, are adjusted to a specific range.
  • the mixing molar ratio of cyclic carbonate to acetonitrile is represented by C / A, where A is the number of moles of acetonitrile A and the number of moles C of cyclic carbonate.
  • the mixing molar ratio (B / A) of LiPF 6 to acetonitrile is greater than 0 and 0.13 or less, and the mixing molar ratio (C / A) of cyclic carbonate to acetonitrile is 0.05 to 3 .1 or less is preferable.
  • the amount of PF 6 anion associated with two or more Li + appearing at ⁇ 10 ° C. or lower can be reduced to a specific amount or lower.
  • the specific amount or less means that no white precipitate is observed in the electrolytic solution.
  • electrolyte containing a cyclic carbonate which is disadvantageous to low temperature it is possible to exhibit high ionic conductivity at low temperature region, it can be prevented association of acetonitrile and LiPF 6.
  • no precipitation of white precipitate as an aggregate is observed, and an ionic conductivity of 10 mS / cm or more can be obtained at ⁇ 10 ° C.
  • there is no inhibition of ion conduction and an ionic conductivity of 10.5 mS / cm or more can be obtained at ⁇ 10 ° C., more preferably, no inhibition of ion conduction, and 11.
  • An ionic conductivity of 0 mS / cm or more can be obtained, more preferably, no ionic conduction is inhibited, and an ionic conductivity of 11.5 mS / cm or more can be obtained, and still more preferably, ionic conduction is inhibited. And an ionic conductivity of 12.0 mS / cm or more can be obtained.
  • the ionic conductivity in the low temperature region can be improved as compared with the conventional one. Specifically, it has an ionic conductivity corresponding to 25 ° C. or higher than that of the existing electrolyte at ⁇ 10 ° C.
  • the non-aqueous secondary battery using the non-aqueous electrolyte of the twentieth embodiment can be applied to general-purpose products and automobiles, but all are suitable for cold districts.
  • the same configuration as the conventional one can be applied to the battery exterior. That is, a non-aqueous secondary battery suitable for cold regions can be obtained even if the battery exterior has the same configuration as the conventional one. Therefore, the manufacturing process is not complicated, and an increase in manufacturing cost can be appropriately suppressed.
  • the specific composition of the nonaqueous electrolytic solution of the twentieth embodiment is lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), acetonitrile (AcN), and one or more of ethylene carbonate (EC) and vinylene carbonate (VC). It is a non-aqueous electrolyte containing. Furthermore, LiN (SO 2 F) 2 (LiFSI), LiN (SO 2 CF 3 ) 2 (LiTFSI), and LiB (C 2 O 4 ) 2 (LiBOB) may be included as the lithium salt.
  • the ionic conductivity at 20 ° C. is preferably 15 mS / cm or more.
  • the ionic conductivity at 20 ° C. is more preferably 20 mS / cm or more, and further preferably 25 mS / cm or more.
  • the ionic conductivity at 20 ° C. of the electrolytic solution is 15 mS / cm or more, lithium ion conduction is sufficiently performed in the electrode active material layer, and charging / discharging with a large current becomes possible.
  • the ionic conductivity of the electrolytic solution can be controlled, for example, by adjusting the viscosity and / or polarity of the non-aqueous solvent. More specifically, the ionic conductivity of the non-aqueous solvent and the high polarity can be controlled. By mixing with a non-aqueous solvent, the ionic conductivity of the electrolytic solution can be controlled to be high. Further, by using a non-aqueous solvent having a low viscosity and a high polarity, the ionic conductivity of the electrolytic solution can be controlled to be high.
  • the nonaqueous electrolytic solution according to the first to twenty-first embodiments further contains acetic acid. Acetic acid reacts quickly on overcharge.
  • the nonaqueous electrolytic solution of the 22nd embodiment further contains propionitrile.
  • the non-aqueous electrolyte solution of the 23rd embodiment contains both acetic acid and propionitrile.
  • Acetic acid reacts quickly during overcharge and contributes to the alpha hydrogen abstraction of propionitrile. Thereby, before a battery cell burns, it can swell and burst. As a result, the amount of HF gas generated during overcharge combustion can be reduced as compared to the conventional case.
  • the gas generated before combustion was mainly CO 2 and H 2 .
  • the acetic acid content is preferably 0.1 ppm or more and 10 ppm or less with respect to the nonaqueous electrolytic solution.
  • the acetic acid content is more preferably 0.1 ppm to 7 pm with respect to the nonaqueous electrolytic solution.
  • the content of propionitrile is 1 ppm or more and 300 ppm or less with respect to the nonaqueous electrolytic solution. Moreover, it is more preferable that the content of propionitrile is 1 ppm or more and 250 ppm or less with respect to the nonaqueous electrolytic solution.
  • the content of acetic acid is more preferably 0.1 ppm or more and 5 ppm or less with respect to the non-aqueous electrolyte.
  • the propionitrile content is more preferably 1 ppm or more and 200 ppm or less with respect to the nonaqueous electrolytic solution.
  • the amount of HF gas generated during an overcharge test can be 0.5 mg or less per 1 Ah, preferably 0.1 mg or less, more preferably 0.05 mg or less.
  • the non-aqueous secondary battery using the non-aqueous electrolyte of the present embodiment is not particularly limited, but can be preferably applied to a pouch-type cell. It is also called a laminate type. That is, the non-aqueous secondary battery of this embodiment can be expanded and ruptured before the battery cell burns in the pouch-type cell. Therefore, the amount of HF gas generated at the time of overcharge combustion can be suppressed. Compared with this, safety can be improved.
  • the non-aqueous secondary battery of this embodiment includes a safety valve. Equipped with a safety valve, the safety valve can be operated properly before ignition, and the gas generated in the overcharged state can be released from the safety valve to the outside, thus reliably reducing the amount of HF gas generated during combustion. It is possible. If it has a safety valve, it may be a cylindrical cell or a square cell, but at this time, if it is a pouch-type cell, it will suppress the explosion before thermal runaway by releasing gas from the safety valve. Can do.
  • non-aqueous secondary battery using the non-aqueous electrolyte of the present embodiment is not particularly limited, but can be applied to a rechargeable battery for in-vehicle use or general-purpose product.
  • in-vehicle rechargeable batteries can suppress the generation of harmful HF gas at the time of ignition, so that the safety of the human body in the vehicle can be ensured.
  • the present embodiment can be preferably applied to a pouch-type cell or a non-aqueous secondary battery equipped with a safety valve, and for example, can be applied to a pouch-type cell battery for a mobile IT device.
  • the specific composition of the non-aqueous electrolyte solution of the 22nd embodiment and the 23rd embodiment is, for example, non-aqueous electrolyte solution: acetonitrile (AcN), lithium salt, acetic acid (AA), propionitrile (PrN) And a cyclic acid anhydride.
  • acetonitrile AcN
  • lithium salt AA
  • AA acetic acid
  • PrN propionitrile
  • a cyclic acid anhydride a cyclic acid anhydride.
  • LiPF 6 , LiN (SO 2 F) 2 (LiFSI), and LiN (SO 2 CF 3 ) 2 (LiTFSI) can be added to the lithium salt.
  • the negative electrode, the positive electrode, the separator, and the battery exterior are not particularly limited.
  • the battery exterior is preferably a pouch-type cell and preferably has a safety valve.
  • the amount of HF gas generated during overcharge combustion of a non-aqueous secondary battery can be effectively suppressed, and excellent safety can be obtained.
  • Nonaqueous Electrolytic Solution In the twenty-fourth embodiment, it is preferable that the nonaqueous electrolytic solution according to any one of the first to twenty-third embodiments further contains acetaldehyde.
  • acetonitrile, a lithium salt, a cyclic acid anhydride, and acetaldehyde are further contained.
  • acetaldehyde can accelerate
  • nitrile complex containing at least one transition metal element selected from Ni, Mn, and Co.
  • the nitrile complex in addition to acetonitrile, lithium salt, and cyclic acid anhydride, acetaldehyde, and a nitrile complex containing at least one transition metal element selected from Ni, Mn, and Co, Including.
  • the nitrile complex includes a cation state.
  • the nitrile complex containing at least one transition metal element selected from Ni, Mn, and Co promotes ⁇ -hydrogen elimination of acetonitrile, so that it swells and bursts before the battery cell burns. Can do.
  • the gas generated before combustion was mainly CO 2 and H 2 .
  • the amount of CO gas generated during overcharge combustion is at least one of acetaldehyde, cyclic acid anhydride, and a nitrile complex containing at least one transition metal element selected from Ni, Mn, and Co. It was confirmed that it was less than the non-aqueous electrolyte solution of the comparative example not including one.
  • the content of acetaldehyde is not particularly limited, but the content of acetaldehyde is preferably 1 ppm or more and 3000 ppm or less with respect to the nonaqueous electrolytic solution.
  • the content of acetaldehyde is more preferably 10 ppm or more and 2500 pm or less with respect to the nonaqueous electrolytic solution.
  • the content of acetaldehyde is more preferably 30 ppm or more and 2000 pm or less with respect to the nonaqueous electrolytic solution.
  • the SEI formation reaction to the negative electrode by the cyclic acid anhydride can be more effectively promoted, and the generation of gas before overcharging can be suppressed.
  • the content of the cyclic acid anhydride is not particularly limited, but the content of the cyclic acid anhydride is 0.01% by mass or more and 1% by mass or less with respect to the nonaqueous electrolytic solution. It is preferable that
  • the content of the cyclic acid anhydride is more preferably 0.1% by mass or more and 1% by mass or less with respect to the non-aqueous electrolyte solution.
  • the formation reaction of the negative electrode SEI of the cyclic acid anhydride can be more effectively promoted, and the generation of gas before overcharging can be effectively suppressed.
  • the nitrile complex is a nitrile complex obtained by contacting a nonaqueous electrolytic solution with a positive electrode active material containing at least one transition metal element selected from Ni, Mn, and Co. Is preferred.
  • the transition metal element contained in the positive electrode active material is a constituent element of the nitrile complex, it can be stably present in the battery without being oxidized and deteriorated on the positive electrode side before overcharging. Therefore, it is possible to reliably produce an electrolyte suitable for overcharge countermeasures.
  • the content of the nitrile complex is preferably 0.01 ppm to 500 ppm as a transition metal with respect to the non-aqueous electrolyte.
  • the content of the nitrile complex is more preferably 100 ppm or more and 500 ppm or less as a transition metal with respect to the nonaqueous electrolytic solution.
  • it is preferable that content of a nitrile complex is 200 ppm or more and 500 ppm or less as a transition metal with respect to a non-aqueous electrolyte solution.
  • the content of acetaldehyde is 1 ppm or more and 3000 ppm or less with respect to the non-aqueous electrolyte solution
  • the content of the cyclic acid anhydride is 0.01% by mass with respect to the non-aqueous electrolyte solution.
  • the content of the nitrile complex is 0.01 ppm or more and 500 ppm or less as a transition metal with respect to the non-aqueous electrolyte.
  • the CO gas generation amount during the overcharge test can be 1 g or less per 1 Ah, and preferably 0.7 g or less.
  • the non-aqueous secondary battery using the non-aqueous electrolyte solution of the twenty-fourth embodiment is not particularly limited, but can be preferably applied to a pouch-type cell. It is also called a laminate type. That is, the non-aqueous secondary battery of the present embodiment can be expanded and ruptured before the battery cell burns in the pouch-type cell. Therefore, the amount of CO gas generated at the time of overcharge combustion can be suppressed. Compared with this, safety can be improved.
  • the non-aqueous secondary battery of this embodiment includes a safety valve.
  • a safety valve By providing a safety valve, the safety valve can be operated properly before ignition and the gas generated in the overcharged state can be released from the safety valve to the outside, which reliably reduces the amount of CO gas generated during combustion. It is possible. If it has a safety valve, it may be a cylindrical cell or a square cell, but at this time, if it is a pouch-type cell, it will suppress the explosion before thermal runaway by releasing gas from the safety valve. Can do.
  • the non-aqueous secondary battery using the non-aqueous electrolyte solution of the twenty-fourth embodiment is not particularly limited, but can be applied to a rechargeable battery for in-vehicle use or general-purpose product.
  • in-vehicle rechargeable batteries can suppress the generation of toxic CO gas at the time of ignition, so that the safety of the human body in the vehicle can be ensured.
  • a pouch-type cell or a non-aqueous secondary battery equipped with a safety valve for example, a pouch-type cell battery for mobile IT equipment.
  • the nonaqueous electrolytic solution of the twenty-fourth embodiment contains acetonitrile and a lithium salt, and further contains at least one transition metal element selected from acetaldehyde, cyclic acid anhydride, Ni, Mn, and Co. And a nitrile complex to be contained. Further, succinic anhydride (SAH) can be added to the cyclic acid anhydride.
  • SAH succinic anhydride
  • the negative electrode, the positive electrode, the separator, and the battery exterior are not particularly limited.
  • the battery exterior is preferably a pouch-type cell and preferably has a safety valve.
  • the nonaqueous electrolytic solution according to any one of the first to twenty-fourth embodiments further contains 2,6-di-tert-butyl-p-cresol.
  • the present inventors appropriately selected an additive to the acetonitrile electrolyte, and further appropriately adjusted the content of the additive to suppress an increase in internal resistance and improve the cycle performance.
  • the present inventors have developed a non-aqueous electrolyte solution that can be improved and a non-aqueous secondary battery using the same. That is, the present embodiment includes the following characteristic portions.
  • the non-aqueous electrolyte solution of the twenty-fifth embodiment contains acetonitrile, and further contains 2,6-di-tert-butyl-p-cresol, a cyclic acid anhydride, and a lithium salt. .
  • 2,6-di-tert-butyl-p-cresol in addition to acetonitrile, 2,6-di-tert-butyl-p-cresol, a lithium salt, and a cyclic acid anhydride are included.
  • 2,6-Di-tert-butyl-p-cresol is represented by the following formula (8).
  • the negative electrode SEI can be strengthened and an increase in internal resistance can be suppressed.
  • SEI is formed by reductive decomposition of an additive at the negative electrode, but deposits on the negative electrode that do not function as SEI, that is, resistance components are also generated at the same time.
  • a negative electrode SEI that can withstand the high solubility of acetonitrile can be obtained, while extra deposition due to high reactivity with other organic compounds. It also becomes a factor which generates an excessive thing.
  • the non-aqueous electrolyte solution does not contain at least one of 2,6-di-tert-butyl-p-cresol and cyclic acid anhydride.
  • the capacity retention rate in the discharge cycle test is high, and an increase in AC impedance can be suppressed, and excellent cycle performance can be obtained.
  • the contents of 2,6-di-tert-butyl-p-cresol and cyclic acid anhydride are not particularly limited, but 2,6-di-tert-butyl-p-
  • the content of cresol is preferably 0.1 ppm or more and 100 ppm or less with respect to the nonaqueous electrolytic solution.
  • the content of 2,6-di-tert-butyl-p-cresol is calculated as a mass percentage with respect to the total mass of all components constituting the non-aqueous electrolyte solution.
  • the content of 2,6-di-tert-butyl-p-cresol is more preferably 0.1 ppm or more and 50 ppm or less, and still more preferably 30 ppm or less, with respect to the nonaqueous electrolytic solution.
  • the content of the cyclic acid anhydride is preferably 0.01% by mass or more and 1% by mass or less with respect to the nonaqueous electrolytic solution.
  • the content of the cyclic acid anhydride is calculated as a mass percentage with respect to the total mass of all components constituting the non-aqueous electrolyte solution.
  • the content of the cyclic acid anhydride is more preferably 0.05% by mass or more and 0.7% by mass or less with respect to the non-aqueous electrolyte solution.
  • the increase in the molecular weight of the negative electrode SEI forming agent can be suppressed, and further, the increase in internal resistance due to the decomposition reaction of 2,6-di-tert-butyl-p-cresol itself can be suppressed. Thereby, an increase in the internal resistance of the battery using the acetonitrile electrolyte can be suppressed, and the cycle performance can be effectively improved.
  • the content of 2,6-di-tert-butyl-p-cresol is more preferably 0.5 ppm or more and 10 ppm or less with respect to the nonaqueous electrolytic solution.
  • the content of the cyclic acid anhydride is 0.1% by mass or more and 0.5% by mass or less with respect to the nonaqueous electrolytic solution.
  • the cyclic acid anhydride preferably includes at least one of succinic anhydride, maleic anhydride, and phthalic anhydride. Of these cyclic acid anhydrides, they may be contained alone or in admixture of two or more.
  • the negative electrode SEI can be formed more firmly, and a high capacity retention rate is obtained as shown in the 25 ° C. cycle test. Obtainable.
  • the capacity retention rate when the cycle test at 25 ° C. is performed 100 cycles can be 80% or more, and preferably 85% or more.
  • the AC impedance at 1 kHz at 50 cycles can be suppressed to 4 ⁇ or less, and the AC impedance at 1 kHz at 100 cycles can be suppressed to 5 ⁇ or less.
  • the AC impedance at 1 kHz at 50 cycles is smaller than 3.4 ⁇ , and the AC impedance at 1 kHz at 100 cycles can be suppressed to 3.8 ⁇ or less.
  • the non-aqueous secondary battery using the non-aqueous electrolyte in the twenty-fifth embodiment can function as a battery by the first charge, but is stabilized by the decomposition of a part of the electrolyte during the first charge.
  • 2,6-di-tert-butyl-p-cresol and cyclic acid anhydride are originally low in the electrolytic solution and taken into the negative electrode SEI. It may be difficult to detect.
  • the non-aqueous secondary battery using the non-aqueous electrolyte of this embodiment includes a positive electrode having a positive electrode active material layer on one or both sides of a current collector, and a negative electrode having a negative electrode active material layer on one or both sides of the current collector And a non-aqueous electrolyte solution.
  • a non-aqueous electrolyte solution the non-aqueous electrolyte solution of the above-described twenty-fifth embodiment can be used.
  • the negative electrode was supplied with 0.4 V vs. lithium ion as the negative electrode active material. It is preferable to contain a material that occludes at a lower potential than Li / Li + . In this way, by using a base metal lower than 0.4 V as the negative electrode active material, the battery voltage can be increased, which advantageously works for strengthening the negative electrode SEI.
  • the non-aqueous secondary battery of this embodiment includes a positive electrode having a positive electrode active material layer on one or both sides of a current collector, a negative electrode having a negative electrode active material layer on one or both sides of the current collector, and non-aqueous electrolysis.
  • the capacity retention rate when the cycle test at 25 ° C. is performed 100 cycles is 80% or more.
  • the non-aqueous secondary battery using the non-aqueous electrolyte solution according to the twenty-fifth embodiment has excellent cycle characteristics and can suppress deterioration of the battery.
  • the non-aqueous secondary battery of this embodiment can be applied to general-purpose products, automobiles, and the like, and can be preferably applied to outdoor use in summer, for example.
  • the specific composition of the non-aqueous electrolyte solution according to the twenty-fifth embodiment may include acetonitrile (AcN), 2,6-di-tert-butyl-p-cresol, and succinic anhydride (SAH). it can. Moreover, vinylene carbonate (VC) may be included.
  • AcN acetonitrile
  • SAH succinic anhydride
  • VC vinylene carbonate
  • the negative electrode was supplied with 0.4 V vs. lithium ion as the negative electrode active material. It is preferable to contain a material that occludes at a lower potential than Li / Li + .
  • the positive electrode, the separator, and the battery exterior are not particularly limited.
  • the non-aqueous electrolyte solution according to any one of the first to twenty-fifth embodiments preferably contains a compound having the following formula (1).
  • Formula (1) shown in the 26th embodiment corresponds to the minimum unit of the nitrogen-containing cyclic compound shown in the following 27th embodiment.
  • the twenty-sixth embodiment can be used in combination with, for example, the twenty-fifth embodiment, and thereby battery deterioration can be more effectively suppressed.
  • the compound having the formula (1) is preferably a nitrogen-containing cyclic compound.
  • the nitrogen-containing cyclic compound is preferably a bicyclic nitrogen-containing cyclic compound.
  • the nitrogen-containing cyclic compound is preferably a nitrogen-containing cyclic compound having no steric hindrance around the lone pair.
  • the nitrogen-containing cyclic compound include, for example, the following formula (9): ⁇ In the formula (9), R 1 represents an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, allyl group, propargyl group, phenyl group, benzyl group, pyridyl group, amino group, pyrrolidylmethyl group, trimethylsilyl group, nitrile group, acetyl group Group, trifluoroacetyl group, chloromethyl group, methoxymethyl group, isocyanomethyl group, methylsulfonyl group, phenylsulfonyl group, sulfonyl azide group, pyridylsulfonyl group, 2- (trimethylsilyl) ethoxycarbonyloxy group, bis ( N, N′-alkyl) aminomethyl
  • the content of the nitrogen-containing cyclic compound in the electrolytic solution in the 27th embodiment is not particularly limited, but is preferably 0.01 to 10% by mass, based on the total amount of the electrolytic solution, and 0.02 to The content is more preferably 5% by mass, and further preferably 0.03 to 3% by mass.
  • the nitrogen-containing cyclic compound forms a strong SEI when used with an organolithium salt having an oxalic acid group.
  • 1-methyl-1H-benzotriazole MBTA
  • MBTA 1-methyl-1H-benzotriazole
  • the main component of the lithium salt is an imide salt, or the imide salt and the lithium salt other than the imide salt Are preferably included in the same amount as the main component.
  • the “main component” is a lithium salt that is most contained in the electrolytic solution, and the percentage of the molar amount of the imide salt relative to the total molar amount of the lithium salt contained in the electrolytic solution is preferably 50% or more, More preferably, it is 60% or more.
  • the imide salt may be contained most in the lithium salt alone, or the most contained lithium salt may be present in addition to the imide salt.
  • LiPF 6 LiN (SO 2 F) 2 (LiFSI), and LiN (SO 2 CF 3 ) 2 (LiTFSI) can be used as the lithium salt.
  • the non-aqueous electrolyte of this embodiment there is little elution of aluminum due to charge / discharge. Moreover, since an imide salt is included, the ion conductivity and the cycle characteristics of the battery can be improved.
  • the non-aqueous secondary battery using the non-aqueous electrolyte solution of the present embodiment is applicable to general-purpose products and automobiles, and has an advantage that the voltage drop due to charging / discharging is small.
  • non-aqueous electrolyte non-aqueous electrolyte>
  • the non-aqueous electrolyte solution of any one of the thirteenth, fourteenth, and twenty-eighth embodiments preferably contains an imide salt at a molar concentration that gives LiPF 6 ⁇ imide salt.
  • the lithium salt contains LiPO 2 F 2, and the content of LiPO 2 F 2 is preferably in the range of 0.001% by mass to 1% by mass with respect to the nonaqueous electrolytic solution. Moreover, it is preferable that content of cyclic acid anhydride is the range of 0.01 mass% or more and 1 mass% or less with respect to non-aqueous electrolyte solution. Then, it is preferable to contain an imide salt in a molar concentration which is a LiPF 6 ⁇ imide salt.
  • the content of LiPO 2 F 2 and the content of the cyclic acid anhydride are all constituting the non-aqueous electrolyte including acetonitrile, LiPF 6 , LiPO 2 F 2 , cyclic acid anhydride, and imide salt. It is shown by a mass ratio when the sum of the components is 100% by mass. Moreover, the molar concentration of LiPF 6 and the imide salt is measured with respect to 1 L of the non-aqueous solvent.
  • LiPO 2 F 2 and the cyclic acid anhydride form strong SEI on the negative electrode.
  • SEI a passive film formed on the negative electrode, effectively suppressing an increase in resistance during high-temperature heating.
  • the imide salt in addition, by containing the imide salt at a molar concentration such that LiPF 6 ⁇ imide salt, it is possible to suppress a decrease in ionic conductivity at low temperatures and obtain excellent low-temperature characteristics.
  • the content of LiPO 2 F 2 is more preferably for non-aqueous electrolyte solution is 1 or less mass% to 0.05 mass%.
  • the content of the cyclic acid anhydride is more preferably 0.1% by mass or more and 0.5% by mass or less with respect to the nonaqueous electrolytic solution.
  • the content of the imide salt is preferably 0.5 mol or more and 3 mol or less with respect to 1 L of the non-aqueous solvent.
  • the imide salt is not limited, but as in the 14th embodiment, the imide salt is at least one of LiN (SO 2 F) 2 and LiN (SO 2 CF 3 ) 2. Is preferably included. Only one or both of these imide salts may be included. Or imide salts other than these imide salts may be included. At this time, it is preferable that an imide salt is included at a molar concentration such that LiPF 6 ⁇ imide salt. Moreover, it is preferable that content of imide salt is 0.5 mol or more and 3 mol or less with respect to 1 L of non-aqueous solvents.
  • the ion conductivity can be reduced at a low temperature range of ⁇ 10 ° C. and ⁇ 30 ° C. It can suppress effectively and can obtain the outstanding low temperature characteristic.
  • the non-aqueous electrolyte of the 29th embodiment is at least one of acetonitrile, LiPF 6 , LiPO 2 F 2 and LiN (SO 2 F) 2 and LiN (SO 2 CF 3 ) 2 as an imide salt. And at least one of succinic anhydride, maleic anhydride, and phthalic anhydride as a cyclic acid anhydride. It is preferable that succinic anhydride (SAH) is included as the cyclic acid anhydride.
  • SAH succinic anhydride
  • the negative electrode is not particularly limited.
  • the positive electrode is not limited, but the positive electrode active material is preferably a lithium-containing compound having a layered rock salt type crystal.
  • separator and the battery exterior are not particularly limited.
  • the non-aqueous secondary battery using the non-aqueous electrolyte of the 29th embodiment can be used for outdoor use in summer.
  • the imide salt content is 0 with respect to 1 L of the nonaqueous solvent. It is preferably 5 mol or more and 3 mol or less.
  • the lithium salt, containing LiPO 2 F 2 LiPO content of 2 F 2 is more preferably for non-aqueous electrolyte solution is 1 wt% or less than 0.05 wt%.
  • the content of the cyclic acid anhydride is more preferably 0.1% by mass or more and 0.5% by mass or less with respect to the nonaqueous electrolytic solution.
  • content of imide salt is 0.5 mol or more and 3 mol or less with respect to 1 L of non-aqueous solvents.
  • the imide salt is not limited, but as in the 14th embodiment, the imide salt is at least one of LiN (SO 2 F) 2 and LiN (SO 2 CF 3 ) 2. Is preferably included. Only one or both of these imide salts may be included. Or imide salts other than these imide salts may be included. At this time, as shown in the twenty-ninth embodiment, it is preferable that the imide salt is contained at a molar concentration such that LiPF 6 ⁇ imide salt. Moreover, it is preferable that content of imide salt is 0.5 mol or more and 3 mol or less with respect to 1 L of non-aqueous solvents.
  • the ion conductivity can be reduced at a low temperature range of ⁇ 10 ° C. and ⁇ 30 ° C. It can suppress effectively and can obtain the outstanding low temperature characteristic.
  • the use of LiPF 6 and LiFSI, as the cyclic acid anhydride can be presented a construction containing succinic anhydride (SAH).
  • SAH succinic anhydride
  • resistance increase suppression during high temperature heating and low temperature characteristics can both be achieved.
  • the rate of increase in resistance in the 720 hour full charge storage test at 60 ° C. can be suppressed to 400% or less. Moreover, preferably, the resistance increase rate can be suppressed to 300% or less. More preferably, the resistance increase rate can be suppressed to 250% or less.
  • the resistance increase rate was calculated by obtaining the resistance value before full charge storage at 60 ° C. and the resistance value after the full charge storage test at 60 ° C.
  • the ionic conductivity at ⁇ 10 ° C. is preferably 10 mS / cm or more. More preferably, the ionic conductivity at ⁇ 10 ° C. is 12 mS / cm or more, and still more preferably, the ionic conductivity at ⁇ 10 ° C. is 12.5 mS / cm or more.
  • composition and use of the thirtieth embodiment are the same as those of the twenty-ninth embodiment, for example.
  • the mixed molar ratio of PF 6 anion to acetonitrile is 0.01 or more Preferably it is less than 0.08.
  • the formation reaction of the negative electrode SEI can be more effectively promoted without generating insoluble components, and the generation of gas during overcharge can be further effectively delayed. That is, in the thirty-first embodiment, the reaction of the cyclic acid anhydride is promoted by water, and the generation of blister gas during overcharge can be delayed.
  • composition and application of the thirty-first embodiment are the same as those of the first embodiment, for example.
  • the lithium salt contains a PO 2 F 2 anion.
  • the PO 2 F 2 anion is obtained by dissociating LiPO 2 F 2 in the electrolytic solution.
  • the content of PO 2 F 2 anions is preferably in the range of 1 wt% or less than 0.001 wt% for non-aqueous electrolyte solution .
  • the non-aqueous electrolytes of the thirty-second and thirty-third embodiments preferably contain acetonitrile, LiPF 6 , LiPO 2 F 2 , a cyclic acid anhydride, and an imide salt.
  • LiPO 2 F 2 and cyclic acid anhydrides contribute to suppressing an increase in internal resistance during high-temperature heating.
  • the imide salt contributes to the improvement of the low temperature characteristics.
  • the imide salt is a lithium salt represented by LiN (SO 2 C m F 2m + 1 ) 2 [m is an integer of 0 to 8].
  • the constituent components of the non-aqueous electrolyte in the present embodiment can suppress an increase in internal resistance during high-temperature heating, and obtain good low-temperature characteristics.
  • the low temperature characteristics can be determined by the ionic conductivity at low temperatures (specifically, ⁇ 10 ° C. and ⁇ 30 ° C.).
  • the content of PO 2 F 2 anion is in a range of 1 wt% or less than 0.001 wt% for non-aqueous electrolyte solution.
  • the content of the cyclic acid anhydride is preferably in the range of 0.01% by mass to 1% by mass with respect to the nonaqueous electrolytic solution.
  • the content of LiPO 2 F 2 and the content of the cyclic acid anhydride are all constituting the non-aqueous electrolyte including acetonitrile, LiPF 6 , LiPO 2 F 2 , cyclic acid anhydride, and imide salt. It is shown by a mass ratio when the sum of the components is 100% by mass. Moreover, the molar concentration of LiPF 6 and the imide salt is measured with respect to 1 L of the non-aqueous solvent.
  • LiPO 2 F 2 and the cyclic acid anhydride form strong SEI on the negative electrode.
  • SEI a passive film formed on the negative electrode, effectively suppressing an increase in resistance during high-temperature heating.
  • the imide salt in addition, by containing the imide salt at a molar concentration such that LiPF 6 ⁇ imide salt, it is possible to suppress a decrease in ionic conductivity at low temperatures and obtain excellent low-temperature characteristics.
  • LiPO content of 2 F 2 is more preferably for non-aqueous electrolyte is not more than 1 mass% 0.05 mass% or more. Further, the content of the cyclic acid anhydride is more preferably 0.1% by mass or more and 0.5% by mass or less with respect to the nonaqueous electrolytic solution.
  • the content of the imide salt is 0.5 mol or more and 3 mol or less with respect to 1 L of the non-aqueous solvent.
  • the cyclic acid anhydride includes at least one of succinic anhydride, maleic anhydride, and phthalic anhydride, so that the SEI that is strong in the negative electrode can be used. And more effectively suppress an increase in resistance during high-temperature heating.
  • the resistance increase rate in the 720 hour full charge storage test at 60 ° C. can be suppressed to 400% or less. Moreover, preferably, the resistance increase rate can be suppressed to 300% or less. More preferably, the resistance increase rate can be suppressed to 250% or less.
  • the ionic conductivity at ⁇ 10 ° C. is preferably 10 mS / cm or more. More preferably, the ionic conductivity at ⁇ 10 ° C. is 12 mS / cm or more, and still more preferably, the ionic conductivity at ⁇ 10 ° C. is 12.5 mS / cm or more.
  • the ionic conductivity at ⁇ 30 ° C. is preferably 3 mS / cm or more, and more preferably 5 mS / cm or more. More preferably, the ionic conductivity at ⁇ 30 ° C. is 6 mS / cm or more, and even more preferably, the ionic conductivity at ⁇ 30 ° C. is 6.5 mS / cm or more.
  • the non-aqueous secondary battery using the non-aqueous electrolyte in the present embodiment can function as a battery by the initial charge, but is stabilized by a part of the electrolyte being decomposed during the initial charge.
  • LiPO 2 F 2 and the cyclic acid anhydride are originally low in the electrolyte solution, and may be difficult to detect the components after the first charge because they are taken into SEI.
  • the non-aqueous secondary battery using the non-aqueous electrolyte solution according to the thirty-second and thirty-third embodiments has a positive electrode, a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte solution, and a 720 hour full charge storage test at 60 ° C.
  • the rate of increase in resistance at 400 ° C. is 400% or less, and the ionic conductivity at ⁇ 10 ° C. is 10 mS / cm or more.
  • the non-aqueous secondary battery using the non-aqueous electrolyte solution according to the thirty-second and thirty-third embodiments can suppress the rate of increase in resistance during high-temperature heating and achieve both excellent low-temperature characteristics.
  • the non-aqueous secondary battery of this embodiment can be applied to a wide temperature range from about 60 ° C. to ⁇ 30 ° C., and can be applied, for example, from summer outdoor use to cold regions.
  • the nonaqueous electrolytic solutions of the thirty- second and thirty-third embodiments are acetonitrile, LiPF 6 , LiPO 2 F 2 and LiN (SO 2 F) 2 and LiN (SO 2 CF 3 ) 2 as imide salts. And at least one of succinic anhydride, maleic anhydride, and phthalic anhydride as the cyclic acid anhydride.
  • the negative electrode is not particularly limited.
  • the positive electrode is not limited, but the positive electrode active material is preferably a lithium-containing compound having a layered rock salt type crystal.
  • separator and the battery exterior are not particularly limited.
  • the activation energy in ionic conduction is ⁇ 20 It is preferably 15 kJ / mol or less at ⁇ 0 ° C.
  • Acetonitrile is used as a solvent.
  • an electrolytic solution containing LiPF 6 as a lithium salt exhibits high ionic conductivity at room temperature.
  • a low temperature region of 0 ° C. or lower there is a problem that discontinuous change occurs in the ionic conductivity of the electrolytic solution, and the output of a battery using the electrolytic solution is lowered.
  • Such a phenomenon is a problem peculiar to non-aqueous electrolytes having high ionic conductivity, and such a problem has not been recognized per se. Accordingly, the present inventors have developed the present invention with the aim of stabilizing the ionic conductivity even at low temperatures by adjusting the type of lithium salt and the content of the lithium salt in the electrolyte.
  • the non-aqueous electrolyte of the present embodiment has an activation energy equivalent to or lower than that of an existing electrolyte composed of LiPF 6 and a carbonate solvent in a low temperature range of 0 ° C. or lower, more preferably ⁇ 10 ° C. or lower. .
  • This suppresses discontinuous changes in the ionic conductivity of the electrolyte in a low temperature region of 0 ° C. or lower, and stabilizes the ionic conductivity.
  • the non-aqueous secondary battery using the non-aqueous electrolyte of this embodiment is used at a low temperature of 0 ° C. or less, more preferably ⁇ 10 ° C. or less, the battery using the existing electrolyte is used at room temperature. It is possible to obtain an output equivalent to or higher than that used in the above. Therefore, it is possible to shift the operation limit to a lower temperature range than in the past.
  • the activation energy in ionic conduction is preferably 14.5 kJ / mol or less at ⁇ 20 to 0 ° C. It is more preferably 14.0 kJ / mol or less at ⁇ 20 to 0 ° C.
  • the operation limit can be shifted to a lower temperature range than before, and more stable low temperature characteristics can be obtained.
  • the activation energy of ionic conduction is preferably 15 kJ / mol or less at 0 to 20 ° C.
  • the activation energy of the electrolytic solution is reduced in a low temperature region of 0 ° C. or lower, and the activation energy equivalent to or lower than that of the existing electrolytic solution can be maintained even in a region higher than 0 ° C. Therefore, the ionic conductivity is stabilized by suppressing the discontinuous change of the ionic conductivity of the electrolytic solution from the low temperature to the normal temperature region.
  • the non-aqueous secondary battery using the non-aqueous electrolyte solution of the present embodiment can obtain the same level of output even when used at a low temperature or in a room temperature region. It can be used without being affected by temperature conditions.
  • the activation energy in ionic conduction is preferably 14.5 kJ / mol or less at 0 to 20 ° C. It is more preferably 14.0 kJ / mol or less at 0 to 20 ° C. As a result, the operating limit can be shifted to a wider temperature range than before.
  • acetonitrile is used as a solvent, and this is effective in an electrolytic solution containing LiPF 6 as a lithium salt.
  • lithium salt preferably contains LiPO 2 F 2 and imide salt (LiFSI, LiTFSI).
  • LiFSI LiPO 2 F 2 and imide salt
  • a more specific composition of the present embodiment is a nonaqueous electrolytic solution containing acetonitrile (AcN) and LiN (SO 2 F) 2 (LiFSI) or LiN (SO 2 CF 3 ) 2 (LiTFSI).
  • LiPF 6 may be included as a lithium salt.
  • the activation energy of ionic conductivity is preferably 15 kJ / mol or less at ⁇ 20 to 0 ° C. and 15 kJ / mol or less at 0 to 20 ° C.
  • the imide salt can be allowed to function in a low temperature region, and coloring of the electrode can be suppressed by LiPO 2 F 2 .
  • the non-aqueous secondary battery using the non-aqueous electrolyte solution of the thirty-fourth embodiment can be used for cold districts.
  • the non-aqueous electrolyte solution of this embodiment can be used for a non-aqueous secondary battery.
  • the non-aqueous secondary battery of this embodiment does not particularly limit the negative electrode, the positive electrode, the separator, and the battery exterior.
  • the non-aqueous secondary battery of this embodiment includes a positive electrode containing a positive electrode material capable of inserting and extracting lithium ions as a positive electrode active material, and lithium as a negative electrode active material.
  • the lithium ion battery include a negative electrode material capable of inserting and extracting ions, and a negative electrode containing one or more negative electrode materials selected from the group consisting of metallic lithium.
  • FIG. 1 is a plan view schematically showing a non-aqueous secondary battery
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA of FIG.
  • the non-aqueous secondary battery 100 includes a laminated electrode body formed by laminating a positive electrode 150 and a negative electrode 160 with a separator 170 in a space 120 of a battery exterior 110 constituted by two aluminum laminate films, and a non-aqueous battery. An electrolytic solution (not shown) is accommodated.
  • the battery exterior 110 is sealed by heat-sealing upper and lower aluminum laminate films at the outer periphery thereof.
  • the laminate in which the positive electrode 150, the separator 170, and the negative electrode 160 are sequentially laminated is impregnated with a non-aqueous electrolyte solution.
  • the aluminum laminate film constituting the battery exterior 110 is preferably one in which both surfaces of an aluminum foil are coated with a polyolefin resin.
  • the positive electrode 150 is connected to the positive electrode lead body 130 in the non-aqueous secondary battery 100.
  • the negative electrode 160 is also connected to the negative electrode lead body 140 in the non-aqueous secondary battery 100.
  • Each of the positive electrode lead body 130 and the negative electrode lead body 140 is drawn to the outside of the battery outer casing 110 so that it can be connected to an external device or the like. It is heat-sealed with the sides.
  • the positive electrode 150 and the negative electrode 160 each have a single laminated electrode body. It can be increased as appropriate.
  • the tabs of the same electrode may be joined by welding or the like, and then joined to one lead body by welding or the like and taken out of the battery.
  • the tab of the same polarity an aspect constituted by an exposed portion of the current collector, an aspect constituted by welding a metal piece to the exposed portion of the current collector, and the like are possible.
  • the positive electrode 150 includes a positive electrode active material layer made from a positive electrode mixture and a positive electrode current collector.
  • the negative electrode 160 includes a negative electrode active material layer made from a negative electrode mixture and a negative electrode current collector.
  • the positive electrode 150 and the negative electrode 160 are disposed so that the positive electrode active material layer and the negative electrode active material layer face each other with the separator 170 interposed therebetween.
  • Non-aqueous electrolyte includes the characteristic portions shown in the above-described embodiments, a material used for a non-aqueous electrolyte of a conventional lithium ion battery can be applied.
  • the “non-aqueous electrolyte” refers to an electrolyte having 1% or less of water with respect to the non-aqueous electrolyte.
  • the ratio of water is 300 ppm or less, and more preferably 200 ppm or less shown in the twelfth embodiment.
  • non-aqueous solvent since “non-aqueous solvent” has been described above, please refer to it.
  • the non-aqueous electrolyte solution of the present embodiment is not particularly limited unless the lithium salt is limited in each embodiment.
  • the lithium salt include LiPF 6 or imide salt.
  • the imide salt is a lithium salt represented by LiN (SO 2 C m F 2m + 1 ) 2 [m is an integer of 0 to 8]. Specifically, as described in the fourteenth embodiment, LiN ( It is preferable to include at least one of SO 2 F) 2 and LiN (SO 2 CF 3 ) 2 .
  • fluorine-containing inorganic lithium salt other than LiPF 6 , and LiBF 4 , LiAsF 6 , Li 2 SiF 6 , LiSbF 6 , Li 2 B 12 F b H 12-b [b is an integer of 0 to 3], And fluorine-containing inorganic lithium salts such as
  • the “fluorine-containing inorganic lithium salt” refers to a lithium salt that does not contain a carbon atom in an anion and contains a fluorine atom in an anion.
  • the fluorine-containing inorganic lithium salt is excellent in that it forms a passive film on the surface of the metal foil that is the positive electrode current collector and suppresses corrosion of the positive electrode current collector.
  • fluorine-containing inorganic lithium salts are used singly or in combination of two or more.
  • a typical fluorine-containing inorganic lithium salt is LiPF 6 which dissolves and releases PF 6 anions.
  • the fluorine-containing inorganic lithium salt in the non-aqueous electrolyte solution of this embodiment It is preferable that it is 0.1 mol or more with respect to 1L of non-aqueous solvents, and it is 0.2 mol or more. Is more preferable, and it is still more preferable that it is 0.25 mol or more.
  • the content of the fluorine-containing inorganic lithium salt is within the above range, the ionic conductivity tends to increase and high output characteristics tend to be exhibited.
  • the non-aqueous electrolyte solution of the present embodiment may further contain an organic lithium salt.
  • Organic lithium salt refers to a lithium salt containing a carbon atom as an anion.
  • Examples of the organic lithium salt include an organic lithium salt having an oxalic acid group.
  • Specific examples of the organic lithium salt having an oxalic acid group include, for example, LiB (C 2 O 4 ) 2 , LiBF 2 (C 2 O 4 ), LiPF 4 (C 2 O 4 ), and LiPF 2 (C 2 O 4 )
  • the addition amount of the organolithium salt having an oxalic acid group to the non-aqueous electrolyte is, as the amount per 1 L of the non-aqueous solvent, of the non-aqueous electrolyte is 0.
  • the amount is preferably 005 mol or more, more preferably 0.02 mol or more, and further preferably 0.05 mol or more.
  • the amount of the organic lithium salt having an oxalic acid group in the non-aqueous electrolyte is too large, it may be precipitated.
  • the addition amount of the organic lithium salt having an oxalic acid group to the non-aqueous electrolyte is preferably less than 1.0 mol per liter of the non-aqueous solvent of the non-aqueous electrolyte. More preferably, it is less than 5 mol, and still more preferably less than 0.2 mol.
  • the organic lithium salt having an oxalic acid group is hardly soluble in an organic solvent having a low polarity, particularly a chain carbonate.
  • the organic lithium salt having an oxalate group may contain a small amount of lithium oxalate, and when mixed as a non-aqueous electrolyte, it reacts with a small amount of water contained in other raw materials. In some cases, a white precipitate of lithium oxalate is newly generated. Accordingly, the content of lithium oxalate in the non-aqueous electrolyte solution of the present embodiment is not particularly limited, but is preferably 0 to 500 ppm.
  • a lithium salt generally used for a non-aqueous secondary battery may be supplementarily added.
  • other lithium salts include inorganic lithium salts that do not contain fluorine atoms such as LiClO 4 , LiAlO 4 , LiAlCl 4 , LiB 10 Cl 10 , and chloroborane Li in the anion; LiCF 3 SO 3 , LiCF 3 CO 2 , Li 2 C 2 F 4 (SO 3 ) 2 , LiC (CF 3 SO 2 ) 3 , LiC n F 2n + 1 SO 3 (n ⁇ 2), lower aliphatic carboxylic acid Li, tetraphenylborate Li, etc.
  • the non-aqueous electrolyte includes, for example, acid anhydride, sulfonate ester, diphenyl disulfide, cyclohexylbenzene, biphenyl, fluorobenzene, tert-butylbenzene, phosphate ester [ethyl diethylphosphonoacetate (EDPA): (C 2 H 5 O) 2 (P ⁇ O) —CH 2 (C ⁇ O) OC 2 H 5 , tris (trifluoroethyl) phosphate (TFEP): (CF 3 CH 2 O) 3 P ⁇ O, Triphenyl phosphate (TPP): (C 6 H 5 O) 3 P ⁇ O: (CH 2 ⁇ CHCH 2 O) 3 P ⁇ O, triallyl phosphate, etc.], and derivatives of these compounds
  • EDPA ethyl diethylphosphonoacetate
  • TFEP tris
  • TPP Triphenyl phosphate
  • TPP C
  • non-aqueous electrolyte solution of the present embodiment can include the nitrogen-containing cyclic compound having no steric hindrance around the unshared electron pair shown in the twenty-seventh embodiment.
  • the positive electrode 150 includes a positive electrode active material layer made from a positive electrode mixture and a positive electrode current collector.
  • the positive electrode 150 is not particularly limited as long as it functions as a positive electrode of a non-aqueous secondary battery, and may be a known one.
  • the positive electrode active material layer contains a positive electrode active material and optionally further contains a conductive additive and a binder.
  • the positive electrode active material layer preferably contains a material capable of inserting and extracting lithium ions as the positive electrode active material. It is preferable that a positive electrode active material layer contains a conductive support agent and a binder as needed with a positive electrode active material. The use of such a material is preferable because a high voltage and a high energy density tend to be obtained.
  • Examples of the positive electrode active material include the following formulas (11a) and (11b): Li x MO 2 (11a) Li y M 2 O 4 (11b) ⁇ In the formula, M represents one or more metal elements including at least one transition metal element, x represents a number from 0 to 1.1, and y represents a number from 0 to 2. ⁇ , A lithium-containing compound represented by each of the above and other lithium-containing compounds.
  • lithium-containing compound represented by each of the formulas (11a) and (11b) examples include lithium cobalt oxides typified by LiCoO 2 ; typified by LiMnO 2 , LiMn 2 O 4 , and Li 2 Mn 2 O 4 .
  • Lithium manganese oxide typified by LiNiO 2 ; Li z MO 2 (M contains at least one transition metal element selected from Ni, Mn, and Co, and Ni, Mn, 2 or more metal elements selected from the group consisting of Co, Al, and Mg, and z represents a number greater than 0.9 and less than 1.2).
  • the lithium-containing compound other than the lithium-containing compound represented by each of the formulas (11a) and (11b) is not particularly limited as long as it contains lithium.
  • Examples of such a lithium-containing compound include a composite oxide containing lithium and a transition metal element, a metal chalcogenide containing lithium, a metal phosphate compound containing lithium and a transition metal element, and lithium and a transition metal element.
  • M is as defined in formula (11a)
  • t is a number from 0 to 1
  • u is a number from 0 to 2.
  • lithium-containing compounds include lithium, cobalt (Co), nickel (Ni), manganese (Mn), iron (Fe), copper (Cu), zinc (Zn), chromium, among others.
  • a composite oxide containing at least one transition metal element selected from the group consisting of (Cr), vanadium (V), and titanium (Ti), and a metal phosphate compound are preferable.
  • the lithium-containing compound is more preferably a composite oxide containing lithium and a transition metal element or a metal chalcogenide containing lithium and a transition metal element, and a metal phosphate compound containing lithium.
  • the lithium-containing compound represented by the above formula (12a) has a layered structure, and the compound represented by the above formula (12b) has an olivine structure.
  • These lithium-containing compounds are obtained by substituting a part of the transition metal element with Al, Mg, or other transition metal elements for the purpose of stabilizing the structure, and include these metal elements in the grain boundaries. It is also possible that the oxygen atom is partially substituted with a fluorine atom or the like, or at least a part of the surface of the positive electrode active material is coated with another positive electrode active material.
  • the positive electrode active material in the present embodiment only the lithium-containing compound as described above may be used, or another positive electrode active material may be used in combination with the lithium-containing compound.
  • Examples of such other positive electrode active materials include metal oxides or metal chalcogenides having a tunnel structure and a layered structure; sulfur; a conductive polymer.
  • Examples of the metal oxide or metal chalcogenide having a tunnel structure and a layered structure include MnO 2 , FeO 2 , FeS 2 , V 2 O 5 , V 6 O 13 , TiO 2 , TiS 2 , MoS 2 , and NbSe. 2 includes oxides, sulfides, selenides, and the like of metals other than lithium.
  • Examples of the conductive polymer include conductive polymers represented by polyaniline, polythiophene, polyacetylene, and polypyrrole.
  • the positive electrode active material layer is at least one transition metal selected from Ni, Mn, and Co. It is preferable to contain an element.
  • the use ratio of both is preferably 80% by mass or more, and 85% by mass as the use ratio of the lithium-containing compound to the entire positive electrode active material. % Or more is more preferable.
  • Examples of the conductive aid include carbon black typified by graphite, acetylene black, and ketjen black, and carbon fiber.
  • the content ratio of the conductive assistant is preferably 10 parts by mass or less, more preferably 1 to 5 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the positive electrode active material.
  • binder examples include polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyacrylic acid, styrene butadiene rubber, and fluorine rubber.
  • PVDF polyvinylidene fluoride
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • the content of the binder is preferably 6 parts by mass or less, more preferably 0.5 to 4 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the positive electrode active material.
  • the positive electrode active material layer is formed by applying a positive electrode mixture-containing slurry, in which a positive electrode mixture obtained by mixing a positive electrode active material and, if necessary, a conductive additive and a binder in a solvent, is applied to a positive electrode current collector and dried (solvent removal) And is formed by pressing as necessary.
  • a positive electrode mixture-containing slurry in which a positive electrode mixture obtained by mixing a positive electrode active material and, if necessary, a conductive additive and a binder in a solvent, is applied to a positive electrode current collector and dried (solvent removal) And is formed by pressing as necessary.
  • solvent There is no restriction
  • the positive electrode current collector is made of, for example, a metal foil such as an aluminum foil, a nickel foil, or a stainless steel foil.
  • the positive electrode current collector may have a surface coated with a carbon coat or may be processed into a mesh shape.
  • the thickness of the positive electrode current collector is preferably 5 to 40 ⁇ m, more preferably 7 to 35 ⁇ m, and still more preferably 9 to 30 ⁇ m.
  • the negative electrode 160 includes a negative electrode active material layer made from a negative electrode mixture and a negative electrode current collector.
  • the negative electrode 160 is not particularly limited as long as it functions as a negative electrode of a non-aqueous secondary battery, and may be a known one.
  • lithium ion as a negative electrode active material is 0.4 V vs. It is preferable to contain a material that can be occluded at a lower potential than Li / Li + . It is preferable that a negative electrode active material layer contains a conductive support agent and a binder as needed with a negative electrode active material.
  • Examples of the negative electrode active material include amorphous carbon (hard carbon), artificial graphite, natural graphite, graphite, pyrolytic carbon, coke, glassy carbon, organic polymer compound fired body, mesocarbon microbeads, carbon fiber, activated carbon
  • amorphous carbon hard carbon
  • artificial graphite natural graphite, graphite, pyrolytic carbon, coke, glassy carbon
  • organic polymer compound fired body mesocarbon microbeads
  • carbon fiber activated carbon
  • carbon materials such as graphite, carbon colloid, and carbon black
  • metal lithium, metal oxide, metal nitride, lithium alloy, tin alloy, silicon alloy intermetallic compound, organic compound, inorganic compound, metal complex And organic polymer compounds.
  • the negative electrode active material may be used alone or in combination of two or more.
  • Examples of the conductive aid include carbon black typified by graphite, acetylene black, and ketjen black, and carbon fiber.
  • the content ratio of the conductive assistant is preferably 20 parts by mass or less, more preferably 0.1 to 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the negative electrode active material.
  • binder examples include PVDF, PTFE, polyacrylic acid, styrene butadiene rubber, and fluorine rubber.
  • the content of the binder is preferably 10 parts by mass or less, and more preferably 0.5 to 6 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the negative electrode active material.
  • the negative electrode active material layer is coated with a negative electrode mixture-containing slurry in which a negative electrode mixture obtained by mixing a negative electrode active material and, if necessary, a conductive additive and a binder is dispersed in a solvent, and dried (solvent removal). And it forms by pressing as needed.
  • a negative electrode mixture-containing slurry in which a negative electrode mixture obtained by mixing a negative electrode active material and, if necessary, a conductive additive and a binder is dispersed in a solvent, and dried (solvent removal). And it forms by pressing as needed.
  • a solvent There is no restriction
  • limiting in particular as such a solvent A conventionally well-known thing can be used. For example, N-methyl-2-pyrrolidone, dimethylformamide, dimethylacetamide, water and the like can be mentioned.
  • the negative electrode current collector is made of a metal foil such as a copper foil, a nickel foil, or a stainless steel foil.
  • the negative electrode current collector may have a carbon coating on the surface or may be processed into a mesh shape.
  • the thickness of the negative electrode current collector is preferably 5 to 40 ⁇ m, more preferably 6 to 35 ⁇ m, and even more preferably 7 to 30 ⁇ m.
  • the nonaqueous secondary battery 100 in the present embodiment preferably includes a separator 170 between the positive electrode 150 and the negative electrode 160 from the viewpoint of providing safety such as prevention of short circuit between the positive electrode 150 and the negative electrode 160 and shutdown.
  • the separator 170 is not limited, but may be the same as that provided in a known non-aqueous secondary battery, and an insulating thin film having high ion permeability and excellent mechanical strength may be used. preferable.
  • Examples of the separator 170 include a woven fabric, a nonwoven fabric, and a synthetic resin microporous membrane. Among these, a synthetic resin microporous membrane is preferable.
  • a polyolefin microporous membrane such as a microporous membrane containing polyethylene or polypropylene as a main component or a microporous membrane containing both of these polyolefins is suitably used.
  • the nonwoven fabric include a porous film made of a heat resistant resin such as glass, ceramic, polyolefin, polyester, polyamide, liquid crystal polyester, and aramid.
  • the separator 170 may have a configuration in which one type of microporous membrane or a plurality of microporous membranes are stacked, or may be a stack of two or more types of microporous membranes.
  • the separator 170 may have a configuration in which a single layer or a plurality of layers are stacked using a mixed resin material obtained by melting and kneading two or more kinds of resin materials.
  • the structure of the battery exterior 110 of the non-aqueous secondary battery 100 in this embodiment is not specifically limited, For example, any battery exterior of a battery can and a laminate film exterior body can be used.
  • the battery can for example, a metal can made of steel or aluminum can be used.
  • the laminate film outer package for example, a laminate film having a three-layer structure of hot melt resin / metal film / resin can be used.
  • Laminate film exterior is in a state where two sheets are stacked with the hot-melt resin side facing inward, or folded so that the hot-melt resin side faces inward, and the end is sealed by heat sealing It can be used as an exterior body.
  • the positive electrode lead body 130 (or a lead tab connected to the positive electrode terminal and the positive electrode terminal) is connected to the positive electrode current collector, and the negative electrode lead body 140 (or the negative electrode terminal and the negative electrode terminal) is connected to the negative electrode current collector.
  • a lead tab to be connected may be connected.
  • the laminate film exterior body is sealed with the ends of the positive electrode lead body 130 and the negative electrode lead body 140 (or the lead tab connected to each of the positive electrode terminal and the negative electrode terminal) pulled out of the exterior body. Also good.
  • the nonaqueous electrolytic solution of the present embodiment can be produced by mixing acetonitrile as a nonaqueous solvent, a lithium salt, a cyclic acid anhydride, and the additive shown in each embodiment by any means. it can.
  • the content of each additive is as shown in each embodiment.
  • the non-aqueous secondary battery 100 in this embodiment has the above-described non-aqueous electrolyte solution, the positive electrode 150 having a positive electrode active material layer on one or both sides of the current collector, and the negative electrode active material layer on one or both sides of the current collector. It is produced by a known method using the negative electrode 160, the battery outer casing 110, and, if necessary, the separator 170.
  • a laminate including the positive electrode 150 and the negative electrode 160 and, if necessary, the separator 170 is formed.
  • a long positive electrode 150 and a negative electrode 160 are wound in a stacked state in which the long separator is interposed between the positive electrode 150 and the negative electrode 160 to form a wound structure laminate;
  • the above-described laminated body is accommodated in the battery exterior 110 (battery case), the electrolytic solution according to this embodiment is injected into the battery case, and the laminated body is immersed in the electrolytic solution and sealed.
  • the nonaqueous secondary battery in this embodiment can be produced.
  • an electrolyte solution in a gel state is prepared in advance by impregnating a base material made of a polymer material with an electrolytic solution, and a sheet-like positive electrode 150, a negative electrode 160, an electrolyte membrane, and, if necessary, a separator 170.
  • a non-aqueous secondary battery 100 can also be produced by forming a laminated body having a laminated structure using the battery and housing the battery in the battery exterior 110.
  • the shape of the non-aqueous secondary battery 100 in the present embodiment is not particularly limited, and can be applied to, for example, a cylindrical shape, an elliptical shape, a rectangular tube shape, a button shape, a coin shape, a flat shape, a laminate shape, etc.
  • the present invention can be preferably applied to a laminate mold.
  • the electrode body used for the non-aqueous secondary battery is previously fixed with a tape such as polyimide tape, polyphenylene sulfide tape, PP tape, an adhesive, or the like.
  • the non-aqueous secondary battery 100 in the present embodiment can function as a battery by the initial charge, but is stabilized when a part of the electrolytic solution is decomposed during the initial charge.
  • the initial charge is preferably performed at 0.001 to 0.3C, more preferably 0.002 to 0.25C, and 0.003 to 0.2C. More preferably, it is performed. It is also preferable that the initial charging is performed via a constant voltage charging in the middle.
  • the constant current for discharging the design capacity in 1 hour is 1C.
  • the non-aqueous secondary battery 100 in this embodiment can also be used as a cell pack in which a plurality of non-aqueous secondary batteries 100 are connected in series or in parallel.
  • the operating voltage range per non-aqueous secondary battery is preferably 2 to 5 V, more preferably 2.5 to 5 V, and more preferably 2.75 V to A voltage of 5V is particularly preferable.
  • non-aqueous secondary battery non-aqueous secondary battery>
  • a positive electrode having a positive electrode active material layer on one side or both sides of a current collector a negative electrode having a negative electrode active material layer on one side or both sides of the current collector, and a non-aqueous electrolyte solution are provided.
  • the non-aqueous secondary battery includes at least one functional group selected from the group consisting of —N ⁇ , —NH 4 , —N ⁇ O, —NH—NH—, and (NO 3 ) —. Compounds having groups are included.
  • the non-aqueous secondary battery has a capacity retention ratio calculated by dividing a 5C discharge capacity by a 1C discharge capacity after a storage test at 85 ° C. for 4 hours, and is 70% or more. .
  • the non-aqueous secondary battery includes at least selected from the group consisting of —N ⁇ , —NH 4 , —N ⁇ O, —NH—NH—, and (NO 3 ) —. Including compounds having one kind of functional group. Thereby, the increase in internal resistance can be suppressed.
  • the non-aqueous secondary battery has a capacity retention rate of 70% or more calculated by dividing the 5C discharge capacity by the 1C discharge capacity.
  • the nonaqueous secondary battery according to the thirty-fifth embodiment can obtain good rate characteristics.
  • the non-aqueous electrolyte contains an N-containing compound and is aged at 3.5 V or less during the initial charge. At least one functional group selected from the group consisting of —N ⁇ , —NH 4 , —N ⁇ O, —NH—NH—, (NO 3 ) — before ionization of the transition metal derived from the positive electrode active material occurs.
  • the compound having a group protects the positive electrode surface. Thereby, the increase in internal resistance with time due to the thermal history can be suppressed.
  • the aging temperature is preferably 35 ° C. or higher and 60 ° C. or lower.
  • the protective coating can inactivate the active sites on the positive electrode surface in the initial stage, and an increase in internal resistance under high temperature conditions can be suppressed.
  • a non-aqueous secondary battery includes a positive electrode having a positive electrode active material layer on one or both sides of a current collector, a negative electrode having a negative electrode active material layer on one or both sides of the current collector, and a non-aqueous electrolyte And is configured.
  • the non-aqueous electrolyte preferably contains acetonitrile, LiPF 6 and 1-methyl-1H-benzotriazole (MBTA). Moreover, it is preferable to use the non-aqueous electrolyte solution in any one of 1st Embodiment to 34th Embodiment for the non-aqueous secondary battery of 35th Embodiment.
  • the negative electrode, the positive electrode, the separator, and the battery casing are not particularly limited, but the negative electrode active material layer of the negative electrode has a lithium ion of 0.4 V vs. 1.0 as the negative electrode active material. It is preferable to contain a material that can be occluded at a lower potential than Li / Li + . Thereby, a battery voltage can be raised and it acts advantageously on reinforcement
  • the thirty-fifth embodiment can be preferably applied to a power tool that requires high rate characteristics with high output due to high functionality.
  • non-aqueous secondary battery In the thirty-sixth embodiment, a positive electrode having a positive electrode active material layer on one side or both sides of a current collector, a negative electrode having a negative electrode active material layer on one side or both sides of the current collector, and a non-aqueous electrolyte solution are provided.
  • the non-aqueous secondary battery includes at least one compound selected from the group consisting of organic acids and salts thereof, anhydrides, and Li 2 O.
  • the organic acid includes at least one of acetic acid, oxalic acid, and formic acid.
  • the non-aqueous secondary battery has a capacity retention ratio calculated by dividing a 5C discharge capacity by a 1C discharge capacity after a storage test at 85 ° C. for 4 hours, and is 70% or more. .
  • the non-aqueous electrolyte contains a cyclic acid anhydride and is aged at 3.5 V or less at the first charge.
  • the negative electrode SEI film contains at least one compound selected from organic acids (acetic acid, oxalic acid, formic acid) and salts thereof, anhydrous acid, and Li 2 O. Increase in internal resistance can be suppressed.
  • the said aging temperature is 35 degreeC or more and 60 degrees C or less. Thereby, the thermal decomposition of LiPF 6 occurring at 60 ° C. or higher can be appropriately suppressed.
  • the non-aqueous electrolyte solution of the thirty-sixth embodiment preferably contains acetonitrile, LiPF 6 and phthalic anhydride.
  • the negative electrode, the positive electrode, the separator, and the battery casing are not particularly limited, but the negative electrode active material layer of the negative electrode has a lithium ion of 0.4 V vs. 1.0 as the negative electrode active material. It is preferable to contain a material that can be occluded at a lower potential than Li / Li + . Thereby, a battery voltage can be raised and it acts advantageously on reinforcement
  • the thirty-sixth embodiment can be preferably applied to a power tool that requires high rate characteristics with high output due to high functionality.
  • non-aqueous secondary battery non-aqueous secondary battery>
  • a positive electrode having a positive electrode active material layer on one side or both sides of a current collector a negative electrode having a negative electrode active material layer on one side or both sides of the current collector, and a non-aqueous electrolyte solution are provided.
  • the non-aqueous secondary battery includes at least one functional group selected from the group consisting of —N ⁇ , —NH 4 , —N ⁇ O, —NH—NH—, and (NO 3 ) —. Compounds having groups are included.
  • the non-aqueous secondary battery is characterized in that the ionic conductivity at 0 ° C. is 10 mS / cm or more after the storage test at 85 ° C. for 4 hours.
  • the ionic conductivity at 0 ° C. when the temperature is lowered to 0 ° C. after being exposed to 85 ° C. heat in a 4.2 V charge state is conventionally obtained. It can be higher than that. In this way, the heat history can be increased. Therefore, high ionic conductivity can be maintained even when moved from a high temperature environment to a low temperature environment. Therefore, even when used in applications with a large thermal history, excellent low-temperature characteristics can be obtained, and according to this embodiment, it can be operated even at a temperature lower than the limit temperature of the operating range when using an existing electrolytic solution. Can do.
  • the decomposition product of the nitrogen-containing compound can be suppressed, and effectively acts as a positive electrode protective film forming agent.
  • a nonaqueous electrolytic solution containing acetonitrile and a nitrogen-containing compound is used, whereby a positive electrode protective film can be appropriately formed and generation of HF that causes an increase in internal resistance. Can be suppressed.
  • the thirty-seventh embodiment it is preferable to suppress the temperature rise at the time of introducing the nitrogen-containing compound to 50 ° C. or less. Thereby, thermal decomposition of the nitrogen-containing compound generated at 60 ° C. or higher can be appropriately suppressed.
  • the nonaqueous electrolytic solution according to the 37th embodiment preferably contains acetonitrile, LiPF 6 and 1-methyl-1H-benzotriazole (MBTA). Moreover, it is preferable to use the non-aqueous electrolyte solution in any one of 1st Embodiment to 34th Embodiment for the non-aqueous secondary battery of 37th Embodiment. At this time, a negative electrode, a positive electrode, a separator, and a battery exterior are not specifically limited.
  • the non-aqueous secondary battery according to the thirty-seventh embodiment is suitable for use as, for example, an in-vehicle cold area compatible storage battery.
  • non-aqueous secondary battery In the thirty-eighth embodiment, a positive electrode having a positive electrode active material layer on one side or both sides of a current collector, a negative electrode having a negative electrode active material layer on one side or both sides of the current collector, and a non-aqueous electrolyte solution are provided.
  • the non-aqueous secondary battery includes at least one compound selected from the group consisting of organic acids and salts thereof, anhydrides, and Li 2 O.
  • the organic acid contains at least one of acetic acid, oxalic acid and formic acid.
  • the non-aqueous secondary battery is characterized in that the ionic conductivity at 0 ° C. is 10 mS / cm or more after the storage test at 85 ° C. for 4 hours.
  • the non-aqueous secondary battery has a problem that the low-temperature characteristics deteriorate as it is used in applications where the thermal history of the non-aqueous electrolyte is unavoidable.
  • the thirty-eighth embodiment it is preferable to determine the order in which the non-aqueous electrolyte solution is mixed, whereby the LiPF 6 decomposition product can be suppressed and the heat history can be strengthened.
  • the temperature rise when LiPF 6 is charged it is preferable to suppress the temperature rise when LiPF 6 is charged to 50 ° C. or lower. Thereby, thermal decomposition of LiPF 6 occurring at 60 ° C. or higher can be suppressed.
  • the nonaqueous electrolytic solution according to the thirty-eighth embodiment preferably contains acetonitrile, LiPF 6 and phthalic anhydride.
  • a negative electrode, a positive electrode, a separator, and a battery exterior are not specifically limited.
  • the nonaqueous secondary battery according to the thirty-eighth embodiment can be preferably applied to in-vehicle use.
  • the positive electrode active material is LizMO 2 (M includes Ni, and Mn, Co, Al, and Mg are used.
  • a lithium-containing composite metal comprising one or more metal elements selected, and having an element content ratio of Ni of more than 50% and z representing a number of more than 0.9 and less than 1.2.
  • the oxide is preferable from the viewpoint of increasing the energy density of the non-aqueous secondary battery.
  • the negative electrode potential difference before and after the injection of the nonaqueous electrolyte is 0.3 V or more.
  • the 40th embodiment has led to the invention in view of the fact that when a battery is stored for a long time without performing a charge / discharge test after injecting an electrolyte, a metal having a high standard electrode potential is eluted and safety is lowered.
  • the standard electrode potential is a potential expressed using the potential of the standard hydrogen electrode as a reference (0 V).
  • a non-aqueous electrolyte containing acetonitrile and a lithium salt is used as the non-aqueous electrolyte.
  • the negative electrode potential of the battery after injection is 2.6 V vs. It can be lowered to near Li / Li + . As a result, the potential at which the copper current collector is eluted can be avoided.
  • Conventionally known non-aqueous secondary batteries do not generate a potential difference unless they are energized, but the non-aqueous secondary battery in this embodiment is very specific that a potential difference occurs after injection even before energization. It has the following features. This potential difference is presumed to be a spontaneous Li ion insertion reaction into the negative electrode due to high ion conductivity, and is expected to contribute to dense SEI formation.
  • the negative electrode preferably contains at least one metal having a standard electrode potential of 0 V or higher.
  • the negative electrode using the existing carbonate electrolyte solution has 3.1 V vs. after injection. Since it has a potential close to Li / Li + , elution of a metal element having a high standard electrode potential gradually proceeds by storing for a long time.
  • the electrolytic solution using acetonitrile does not elute even if it is stored for a long time after the injection, so that the production management period including the impregnation time can be extended.
  • the negative electrode current collector is preferably copper. Thereby, elution of copper can be suppressed without giving a charge / discharge history.
  • any of the non-aqueous electrolytes of the first to 34th embodiments for the non-aqueous secondary battery of the 40th embodiment.
  • the gas generation rate in a 200-hour storage test at 60 ° C. is preferably 0.008 ml or less per mAh. .
  • acetonitrile in the nonaqueous electrolytic solution containing a LiPF 6, at high temperature, acetonitrile and LiPF 6 reacts to decompose violently, the resistance increase rate of the internal resistance is a problem of increasing considerably.
  • a pouch-type non-aqueous secondary battery containing acetonitrile, acetic acid, and a cyclic acid anhydride is preferable.
  • Acetic acid and cyclic acid anhydride can appropriately suppress the formation of SEI on the surface of the negative electrode and the promotion of the reduction of acetonitrile at a high temperature.
  • the acetic acid content is preferably 0.1 ppm or more and 5 ppm or less with respect to the nonaqueous electrolytic solution.
  • the non-aqueous electrolyte solution of the 41st embodiment preferably contains acetonitrile and phthalic anhydride. Moreover, it is preferable to use the non-aqueous electrolyte solution in any one of 1st Embodiment to 34th Embodiment for the non-aqueous secondary battery of 41st Embodiment. At this time, a negative electrode, a positive electrode, a separator, and a battery exterior are not specifically limited.
  • non-aqueous secondary battery non-aqueous secondary battery>
  • the rate of increase in resistance in a 720 hour full charge storage test at 60 ° C. is preferably 400% or less.
  • the forty-second embodiment is suitable for a cold region compatible storage battery using a non-aqueous secondary battery containing acetonitrile. According to the forty-second embodiment, an increase in internal resistance during high temperature heating can be suppressed, and good low temperature characteristics can be obtained.
  • the forty-second embodiment it is preferable to contain an imide salt at a molar concentration that gives LiPF 6 ⁇ imide salt.
  • LiPO 2 F 2 and the cyclic acid anhydride contribute to suppressing an increase in internal resistance during high-temperature heating.
  • the imide salt contributes to the improvement of the low temperature characteristics. According to the forty-second embodiment, a decrease in ionic conductivity at low temperatures can be suppressed, and excellent low temperature characteristics can be obtained.
  • a nonaqueous electrolytic solution containing at least one of acetonitrile and succinic anhydride, maleic anhydride, and phthalic anhydride is preferable to use.
  • the nonaqueous electrolytic solution according to the forty-second embodiment preferably contains acetonitrile, LiPF 6 , and succinic anhydride.
  • a negative electrode, a positive electrode, a separator, and a battery exterior are not specifically limited.
  • a cell pack according to a forty-third embodiment includes the nonaqueous secondary battery according to any of the thirty-fifth to forty-second embodiments.
  • the positive electrode active material layer of the nonaqueous secondary battery according to any of the thirty-fifth to forty-second embodiments contains a lithium-containing compound containing Fe. Further, the negative electrode active material layer contains graphite or at least one element selected from the group consisting of Ti, V, Sn, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Zn, Al, Si, and B. contains.
  • the non-aqueous electrolyte contains a cyclic carbonate having no saturated secondary carbon, and the cyclic carbonate having no saturated secondary carbon is at least selected from the group consisting of ethylene carbonate and vinylene carbonate.
  • a cyclic carbonate having no saturated secondary carbon is at least selected from the group consisting of ethylene carbonate and vinylene carbonate.
  • one module or two or more modules connected in series with four non-aqueous secondary batteries are connected in parallel, or two or more non-aqueous secondary batteries are connected in parallel. 4 modules are connected in series.
  • the operating voltage range per cell is in the range of 1.8V-3.7V, and the average operating voltage is 2.5V-3.5V.
  • the module is equipped with a battery management system (BMS) for diagnosing the state of charge and health of the battery.
  • BMS battery management system
  • a module is a unit in which a plurality of cells are connected
  • a cell pack is a unit in which a plurality of modules are connected.
  • a cell pack is a term that encompasses modules.
  • the average operating voltage is a voltage when a percentage (State of charge: SOC) representing the amount of electricity charged with respect to the electric capacity is 50%.
  • the cycle life at high temperatures can be improved by using an electrolytic solution containing ethylene carbonate or vinylene carbonate and a lithium iron phosphate (LiFePO 4 : LFP) positive electrode / graphite negative electrode.
  • LFP is superior in high temperature characteristics as compared with positive electrode materials such as lithium cobaltate (LiCoO 2 : LCO) and ternary positive electrode (Li (Ni / Co / Mn) O 2 : NCM).
  • positive electrode materials such as lithium cobaltate (LiCoO 2 : LCO) and ternary positive electrode (Li (Ni / Co / Mn) O 2 : NCM).
  • LiCoO 2 : LCO lithium cobaltate
  • ternary positive electrode Li (Ni / Co / Mn) O 2 : NCM
  • the forty-third embodiment by setting the operating voltage range per cell within the range of 1.8V-3.7V, it becomes possible to substitute the existing 12V lead-acid battery in four series. Since the specifications of the electrical system are determined based on the operating voltage range of the lead-acid battery, it is extremely important to determine the operating voltage range per cell. For this reason, it is preferable to mount a BMS for appropriately managing the voltage.
  • the cell contains a nonaqueous electrolytic solution having an ionic conductivity at ⁇ 30 ° C. of 3 mS / cm or more. Thereby, both high temperature durability and low temperature performance can be achieved.
  • the cell pack of the forty-third embodiment is suitable for mobile use and stationary use.
  • mobile applications include HEVs, forklifts, golf carts, e-bikes, automated guided vehicles (AGV), railways, ships, and the like.
  • stationary application includes an uninterruptible power supply (UPS), an emergency power supply, and a power storage device.
  • UPS uninterruptible power supply
  • Hybrid system Hybrid system> The hybrid system of the forty-fourth embodiment is characterized by combining the cell pack described in the forty-third embodiment and a module or cell pack composed of a secondary battery other than a lithium ion battery.
  • a module and a second secondary battery are connected in parallel to form a power supply system.
  • the current flowing in the battery that cannot accept a large current is supplemented by a LIB that can accept the large current.
  • the energy at the time of braking of the traveling vehicle can be efficiently used as regenerative energy.
  • the second secondary battery examples include a lead storage battery, a nickel metal hydride battery, a Ni—Cd battery, an electric double layer capacitor (EDLC), and a lithium ion capacitor (LIC). Also included are next-generation batteries and innovative batteries such as all-solid-state batteries, lithium-sulfur batteries, lithium-air batteries, sodium ion batteries, and polyvalent ion batteries such as magnesium ions and calcium ions. In addition, secondary batteries other than the lithium ion battery in this embodiment are not limited to these.
  • a power supply system combined with a power generation type energy device such as a fuel cell or a solar cell may be used.
  • a hybrid system in which the LIB module described in the forty-third embodiment is combined with a secondary battery other than the lead storage battery is preferable.
  • a module is a unit in which a plurality of cells are connected
  • a cell pack is a unit in which a plurality of modules are connected.
  • a cell pack is a term that encompasses modules.
  • the conventional LIB uses an organic solvent for the electrolyte, so that the viscosity of the electrolyte increases at low temperatures and the internal resistance increases greatly. As a result, the output of LIB is lower than that of a lead-acid battery.
  • the lead-acid battery has a low output at 25 ° C. and an excellent output at ⁇ 10 ° C.
  • the LIB module is connected in parallel with a secondary battery other than the lead storage battery to constitute a 12V vehicle power supply system, and the 43rd is capable of receiving a large current during charging by braking such as vehicle deceleration. Supplemented with the LIB module described in the embodiment. Thereby, the energy at the time of braking of traveling vehicles, such as a car, can be used efficiently as regenerative energy.
  • LIB preferably uses lithium iron phosphate (LiFePO 4 ) as the positive electrode active material, graphite as the negative electrode active material, and the electrolyte has an ionic conductivity of 18 mS / cm or more at 20 ° C. . Since lithium iron phosphate has a lower electronic conductivity than NCM and LCO, there are problems in charging and discharging. Therefore, the merit at the time of using together with secondary batteries other than LIB tends to fall. Therefore, by using an electrolytic solution having high ionic conductivity, charging / discharging of a large current can be widely covered from low temperature to room temperature, and the life can be extended.
  • LiFePO 4 lithium iron phosphate
  • a cell pack according to a forty-fifth embodiment includes the nonaqueous secondary battery according to any of the thirty-fifth to forty-second embodiments.
  • the positive electrode active material layer of the nonaqueous secondary battery according to any of the thirty-fifth to forty-second embodiments contains a lithium-containing compound containing Fe. Further, the negative electrode active material layer contains graphite or at least one element selected from the group consisting of Ti, V, Sn, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Zn, Al, Si, and B. .
  • the nonaqueous electrolytic solution contains a cyclic carbonate having no saturated secondary carbon, and the cyclic carbonate having no saturated secondary carbon is selected from the group consisting of ethylene carbonate and vinylene carbonate. It is a seed.
  • the cell pack that defines the number of cells and the number of modules of the non-aqueous secondary battery is configured by one or two or more connected in parallel, Alternatively, a module in which two or more non-aqueous secondary batteries are connected in parallel is connected based on Equation (2) and Equation (3) to constitute the cell pack.
  • the operating voltage range per cell is in the range of 1.8V-3.7V, the average operating voltage is 2.5V-3.5V, and the module is equipped with BMS. It is characterized by.
  • the average operating voltage is a voltage when a percentage (State of charge: SOC) representing the amount of electricity charged with respect to the electric capacity is 50%.
  • LFP has poor electron conduction compared to NCM and LCO, and has low current release and acceptance performance.
  • the cycle life at high temperatures can be improved.
  • LFP is superior in high temperature characteristics as compared with positive electrode materials such as NCM and LCO.
  • ethylene carbonate or vinylene carbonate forms a film excellent in high-temperature durability by reductive decomposition on the graphite negative electrode.
  • the operating voltage range per cell is in the range of 1.8V-3.7V and the average operating voltage is 2.5V-3.5V.
  • the module is a cell pack configured by connecting one or more modules connected in parallel.
  • the cell pack may be configured by serially connecting 14 to 16 modules of modules in which two or more non-aqueous secondary batteries according to any of the thirty-fifth to forty-second embodiments are connected in parallel. preferable.
  • the operating voltage range per cell within the range of 1.8V-3.7V, it is used by connecting to electrical equipment corresponding to 48V power supply standard LV148 (developed in 2011) in 16 series. be able to.
  • the cell contains an electrolyte using acetonitrile as a solvent, a separator with a high porosity, a member whose surface is coated with carbon on the active material particles of the positive electrode, and 5 masses of conductive additive. % Or more of the positive electrode mixture layer and a member obtained by coating the surface of the positive electrode current collector foil with carbon are preferably used.
  • acetonitrile having high ionic conductivity is added to the electrolytic solution in the ionic conduction portion, and a non-woven fabric having a high porosity is used.
  • the electron moving portion has a conductive path from the current collector foil to the particles. By improving with, high output performance can be achieved.
  • the cell pack of the forty-fifth embodiment is suitable for mobile use and stationary use.
  • mobile applications include HEVs, forklifts, golf carts, e-bikes, automated guided vehicles (AGV), railways, ships, and the like.
  • stationary application includes an uninterruptible power supply (UPS), an emergency power supply, and a power storage device.
  • UPS uninterruptible power supply
  • Hybrid system Hybrid system> The hybrid system of the forty-sixth embodiment is characterized in that the cell pack described in the forty-fifth embodiment is combined with a module or cell pack composed of a secondary battery other than a lithium ion battery.
  • 48V and 12V power supply systems are provided side by side, even if one power supply system goes down, the other can make up for it.
  • 48V is a standard for European batteries
  • 12V is a universal standard.
  • the 46th embodiment a system in which the LIB module described in the 45th embodiment and a lead storage battery are combined is preferable.
  • the 48V power supply system is a LIB
  • the 12V power supply system is other than the LIB, so that a power supply system having an excellent balance between energy density and system cost can be obtained.
  • LIB uses lithium iron phosphate (LiFePO 4 ) as the positive electrode active material, graphite as the negative electrode active material, and the electrolyte has an ionic conductivity of 15 mS / cm or more at 20 ° C. It is preferable. Lithium iron phosphate has low electronic conductivity compared to NCM and LCO, so that there are problems in charging and discharging, and the merit when used in combination with a lead storage battery is reduced. Therefore, by using an electrolytic solution having a high ion conductivity, charging / discharging of a large current near the normal temperature of the lead storage battery can be covered, and the life until battery replacement can be extended.
  • LiFePO 4 lithium iron phosphate
  • Polyvinylidene fluoride (PVdF; density 1.75 g / cm 3 ) as a binder was mixed at a mass ratio of 100: 4.2: 1.8: 4.6 to obtain a positive electrode mixture.
  • N-methyl-2-pyrrolidone as a solvent was added so as to have a solid content of 68% by mass and further mixed to prepare a positive electrode mixture-containing slurry.
  • the positive electrode mixture-containing slurry was applied to one surface of an aluminum foil having a thickness of 20 ⁇ m and a width of 200 mm to be a positive electrode current collector by a doctor blade method while adjusting the basis weight to 12.0 mg / cm 2. Was removed by drying. Then, it rolled by the roll press so that a real electrode density might be 2.80 g / cm ⁇ 3 >, and the positive electrode which consists of a positive electrode active material layer and a positive electrode electrical power collector was obtained.
  • the battery cap was fitted and crimped with a caulking machine.
  • the overflowing electrolyte was wiped clean with a waste cloth.
  • the coin-type non-aqueous secondary battery was obtained by maintaining the temperature at 25 ° C. for 24 hours and allowing the laminated body to be sufficiently familiar with the electrolyte solution.
  • 1C means a current value at which a fully charged battery is discharged at a constant current and is expected to be discharged in 1 hour. It means a current value expected to be discharged from a fully charged state of 4.2 V to 3.0 V at a constant current and finished in 1 hour.
  • Example 1 Under an inert atmosphere, a mixed solvent was obtained by mixing so that the volume ratio of acetonitrile (AcN), diethyl carbonate (DEC), ethylene carbonate (EC), and vinylene carbonate (VC) was 45: 35: 16: 4. Furthermore, succinic anhydride (cyclic acid anhydride) was dissolved in this mixed solvent as an electrolytic solution so that the final concentration was 0.15% by mass. Thereafter, 0.3 mol of lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) and 1.3 mol of lithium bis (fluorosulfonyl) imide (LiN (SO 2 F) 2 ) were added per liter of the mixed solvent, and the electrolytic solution of Example 1 was added. Got.
  • LiPF 6 lithium hexafluorophosphate
  • LiN (SO 2 F) 2 lithium bis (fluorosulfonyl) imide
  • a battery was fabricated by the method described in (1-3) above, and then an initial charge / discharge treatment was performed.
  • the battery was set at an ambient temperature of 25 ° C., charged with a constant current of 0.3 mA corresponding to 0.1 C and charged to 2.8 V, and then charged with a constant voltage of 2.8 V for 1.5 hours. . Thereafter, the ambient temperature was set to 55 ° C. and stored for 6 hours, and then the ambient temperature of the battery was set to 25 ° C. again and left for 3 hours for cooling.
  • the battery was charged with a constant current of 0.3 mA corresponding to 0.1 C to reach 4.2 V, and then charged with a constant voltage of 4.2 V for a total of 1.5 hours. Thereafter, the battery was discharged to 3.0 V with a constant current of 0.9 mA corresponding to 0.3C.
  • the initial efficiency was calculated by dividing the discharge capacity at this time by the charge capacity.
  • the coin-type non-aqueous secondary battery was evaluated according to the procedure described in (2-1) and (2-2) above.
  • Example 2 Under an inert atmosphere, mixing was performed so that the volume ratio of acetonitrile (AcN), ethyl methyl carbonate (EMC), ethylene carbonate (EC), and vinylene carbonate (VC) was 45: 35: 16: 4. Furthermore, succinic anhydride (cyclic acid anhydride) was dissolved in this mixed solvent as an electrolytic solution so that the final concentration was 0.3% by mass. Thereafter, 1.3 mol of lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) was added per liter of the mixed solvent to obtain an electrolytic solution of Example 2. About the obtained electrolyte solution, it confirmed visually that all the lithium salts were melt
  • LiPF 6 lithium hexafluorophosphate
  • a battery was fabricated by the method described in (1-3) above, and then an initial charge / discharge treatment was performed.
  • the battery was set at an ambient temperature of 25 ° C., charged with a constant current of 0.3 mA corresponding to 0.1 C and charged to 2.8 V, and then charged with a constant voltage of 2.8 V for 1.5 hours. .
  • the ambient temperature of the battery was set again to 25 degreeC, and it left still for 3 hours for cooling. Thereafter, the battery was charged with a constant current of 0.3 mA corresponding to 0.1 C to reach 4.2 V, and then charged with a constant voltage of 4.2 V for a total of 1.5 hours.
  • the battery was discharged to 3.0 V with a constant current of 0.9 mA corresponding to 0.3C.
  • the initial efficiency was calculated by dividing the discharge capacity at this time by the charge capacity.
  • the coin-type non-aqueous secondary battery was evaluated according to the procedure described in (2-1) and (2-2) above.
  • Example 3 Under an inert atmosphere, a mixed solvent was obtained by mixing so that the volume ratio of acetonitrile (AcN), ethyl methyl carbonate (EMC), ethylene carbonate (EC), and vinylene carbonate (VC) was 35: 40: 21: 4. Furthermore, maleic anhydride (cyclic acid anhydride) was dissolved in this mixed solvent as an electrolytic solution so that the final concentration was 0.15% by mass. Thereafter, 1.2 mol of lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) was added per liter of the mixed solvent to obtain the electrolytic solution of Example 3. About the obtained electrolyte solution, it confirmed visually that all the lithium salts were melt
  • LiPF 6 lithium hexafluorophosphate
  • a battery was fabricated by the method described in (1-3) above, and then an initial charge / discharge treatment was performed.
  • the battery was set at an ambient temperature of 25 ° C., charged at a constant current of 0.3 mA corresponding to 0.1 C and charged to 3.0 V, and then charged at a constant voltage of 3.0 V for 1.5 hours. .
  • the ambient temperature was set to 55 ° C. and stored for 6 hours, and then the ambient temperature of the battery was set to 25 ° C. again and left for 3 hours for cooling.
  • the battery was charged with a constant current of 0.3 mA corresponding to 0.1 C to reach 4.2 V, and then charged with a constant voltage of 4.2 V for a total of 1.5 hours.
  • the battery was discharged to 3.0 V with a constant current of 0.9 mA corresponding to 0.3C.
  • the initial efficiency was calculated by dividing the discharge capacity at this time by the charge capacity.
  • the coin-type non-aqueous secondary battery was evaluated according to the procedure described in (2-1) and (2-2) above.
  • Example 4 Under an inert atmosphere, a mixed solvent was obtained by mixing so that the volume ratio of acetonitrile (AcN), dimethyl carbonate (DMC), ethylene carbonate (EC), and vinylene carbonate (VC) was 57: 14: 22: 7. Furthermore, phthalic anhydride (cyclic acid anhydride) was dissolved in this mixed solvent as an electrolytic solution so that the final concentration was 0.5% by mass. Thereafter, 0.6 mol of lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) and 0.6 mol of lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (LiN (SO 2 CF 3 ) 2 ) were added per liter of the mixed solvent. An electrolytic solution was obtained.
  • LiPF 6 lithium hexafluorophosphate
  • LiN (SO 2 CF 3 ) 2 lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide
  • a battery was fabricated by the method described in (1-3) above, and then an initial charge / discharge treatment was performed.
  • the battery was set at an ambient temperature of 25 ° C., charged at a constant current of 0.3 mA corresponding to 0.1 C and charged to 3.0 V, and then charged at a constant voltage of 3.0 V for 1.5 hours. . Thereafter, the ambient temperature was set to 60 ° C. and stored for 6 hours, and then the ambient temperature of the battery was set to 25 ° C. again and left for 3 hours for cooling.
  • the battery was charged with a constant current of 0.3 mA corresponding to 0.1 C to reach 4.2 V, and then charged with a constant voltage of 4.2 V for a total of 1.5 hours. Thereafter, the battery was discharged to 3.0 V with a constant current of 0.9 mA corresponding to 0.3C.
  • the initial efficiency was calculated by dividing the discharge capacity at this time by the charge capacity.
  • the coin-type non-aqueous secondary battery was evaluated according to the procedure described in (2-1) and (2-2) above.
  • the ambient temperature of the battery is set to 25 ° C., the battery is charged with a constant current of 0.3 mA corresponding to 0.1 C and reaches 4.2 V, and then charged with a constant voltage of 4.2 V for a total of 1.5 hours. It was. Thereafter, the battery was discharged to 3.0 V with a constant current of 0.9 mA corresponding to 0.3C.
  • the initial efficiency was calculated by dividing the discharge capacity at this time by the charge capacity. Thereafter, the coin-type non-aqueous secondary battery was evaluated according to the procedure described in (2-1) and (2-2) above. In Comparative Example 1, the initial charge aging process is not performed.
  • a battery was fabricated by the method described in (1-3) above, and then an initial charge / discharge treatment was performed.
  • the battery was set at an ambient temperature of 25 ° C., charged with a constant current of 0.3 mA corresponding to 0.1 C and charged to 2.8 V, and then charged with a constant voltage of 2.8 V for 1.5 hours.
  • the ambient temperature was kept at 25 ° C. and stored for 72 hours, and then the ambient temperature of the battery was set to 25 ° C. as it was and left for 3 hours.
  • the battery was charged with a constant current of 0.3 mA corresponding to 0.1 C to reach 4.2 V, and then charged with a constant voltage of 4.2 V for a total of 1.5 hours.
  • the battery was discharged to 3.0 V with a constant current of 0.9 mA corresponding to 0.3C.
  • the initial efficiency was calculated by dividing the discharge capacity at this time by the charge capacity.
  • the coin-type non-aqueous secondary battery was evaluated according to the procedure described in (2-1) and (2-2) above.
  • a battery was fabricated by the method described in (1-3) above, and then an initial charge / discharge treatment was performed.
  • Set the ambient temperature of the battery to 25 ° C, charge at a constant current of 0.3 mA corresponding to 0.1 C and charge to 4.2 V, then charge at a constant voltage of 4.2 V for a total of 1.5 hours It was. Thereafter, the ambient temperature was set at 85 ° C. and stored for 24 hours, and then the ambient temperature of the battery was set as it was at 25 ° C. and left for 3 hours for cooling. Thereafter, the battery was charged with a constant current of 0.3 mA corresponding to 0.1 C to reach 4.2 V, and then charged with a constant voltage of 4.2 V for 1.5 hours.
  • the battery was discharged to 3.0 V with a constant current of 0.9 mA corresponding to 0.3C.
  • the initial efficiency was calculated by dividing the discharge capacity at this time by the charge capacity.
  • the coin-type non-aqueous secondary battery was evaluated according to the procedure described in (2-1) and (2-2) above.
  • Table 1 below shows the components of each non-aqueous electrolyte solution of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 3.
  • Table 2 below shows the aging conditions of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 3.
  • Table 3 below shows capacity retention rates after storage at 85 ° C. for 4 hours in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 3.
  • the capacity retention rate is calculated by dividing the 5C discharge capacity by the 1C discharge capacity.
  • the content of the cyclic acid anhydride may be adjusted to be 0.01% by mass or more and 1% by mass or less with respect to the nonaqueous electrolytic solution. Preferred. Further, based on Example 1 to Example 4, the content of the cyclic acid anhydride is more preferably 0.1% by mass or more and 1% by mass or less with respect to the nonaqueous electrolytic solution.
  • the heat treatment temperature (aging temperature) to 35 ° C. or more and 60 ° C. or less.
  • the lithium salt contains a PF 6 anion.
  • the PF 6 anion is obtained by dissociating LiPF 6 .
  • the cyclic acid anhydride contains at least one of succinic anhydride, maleic anhydride, and phthalic anhydride.
  • the content of the cyclic acid anhydride is preferably 0.01% by mass or more and 1% by mass or less with respect to the nonaqueous electrolytic solution.
  • the chain carbonate is preferably at least one selected from the group consisting of diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, and dimethyl carbonate.
  • the mixing molar ratio of the chain carbonate to acetonitrile is preferably 0.15 or more and 2 or less.
  • the mixing molar ratio of the chain carbonate to acetonitrile is preferably 0.25 or more and 2 or less.
  • the mixing molar ratio of the chain carbonate to acetonitrile is 0.4 or more and 2 or less.
  • Non-aqueous secondary battery (1-1) Production of positive electrode Lithium, nickel, manganese, and cobalt composite oxide (LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 ) as a positive electrode active material, and acetylene black powder as a conductive auxiliary agent Polyvinylidene fluoride (PVDF) as a binder was mixed at a mass ratio of 86: 8: 6 to obtain a positive electrode mixture. N-methyl-2-pyrrolidone as a solvent was added to the obtained positive electrode mixture and further mixed to prepare a positive electrode mixture-containing slurry.
  • PVDF Polyvinylidene fluoride
  • This positive electrode mixture-containing slurry was applied to both surfaces of an aluminum foil serving as a positive electrode current collector while adjusting the basis weight per side to 11.5 mg / cm 2 .
  • an uncoated region was formed so that a part of the aluminum foil was exposed.
  • the positive electrode which consists of a positive electrode active material layer and a positive electrode electrical power collector was obtained by rolling so that the density of a composite material layer might be 2.8 mg / cm ⁇ 3 > with a roll press.
  • this positive electrode was cut so that the area of the coated portion was 150 mm ⁇ 150 mm. And the aluminum lead piece for taking out an electric current was welded to the exposed part of aluminum foil, and the positive electrode with a lead was obtained by performing vacuum drying at 120 degreeC for 12 hours.
  • this negative electrode was cut so that the area of the coated portion was 152 mm ⁇ 152 mm.
  • the lead piece made from nickel for taking out an electric current was welded to the exposed part of copper foil, and the negative electrode with a lead was obtained by performing vacuum drying at 80 degreeC for 12 hours.
  • This laminated battery has a design capacity value of about 10 Ah and a rated voltage value of 4.2V.
  • 1C means a current value at which a fully charged battery is discharged at a constant current and is expected to be discharged in 1 hour. In the following, it means a current value that is expected to be discharged from a fully charged state of 4.2 V to 2.7 V at a constant current and finished in one hour.
  • the battery was discharged at a constant current corresponding to 0.2 C until it reached 2.7 V, then charged at a constant current of 0.2 C to 4.2 V at 25 ° C., and then charged at 4.2 V.
  • the battery was charged at a constant voltage for 1 hour, then discharged at a constant current corresponding to 0.2 C until it reached 2.7 V, and the capacity was measured.
  • (2-3) 2C overcharge test The laminated laminate battery after the above capacity measurement was charged at a constant current of 0.2C at 25 ° C until it reached 4.2V, and then at 4.2V for 1 hour. A constant voltage charge was performed.
  • the laminated laminate battery after charging was placed in a metal test vessel of about 350 mm square with a current load line and a voltage measurement line attached to the electrode terminals and a thermocouple attached to the battery surface. The inside of the container was replaced with an argon gas atmosphere for testing.
  • the laminated laminated battery after charging was charged with a constant current at a current value of 2C, and the time (min) until the temperature reached 60 ° C. in the process of gradually increasing the temperature was measured.
  • Example 5 An electrolyte solution was prepared by mixing predetermined amounts of various solvents and additives shown in Table 4 below. That is, it added and mixed so that volume ratio of acetonitrile (AcN), diethyl carbonate (DEC), ethylene carbonate (EC), and vinylene carbonate (VC) might be set to 47: 38: 11: 4. Further, 0.3 mol of lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) and 1.1 mol of LiN (SO 2 F) 2 (LiFSI) were added per liter of the mixed solution. Further, 50 ppm of water and 0.2% by mass of succinic anhydride (SAH) as a cyclic acid anhydride were added to obtain an electrolytic solution of Example 5. A battery was produced from this electrolytic solution by the method described in (1-3) above, and the laminated laminate battery was evaluated by the procedure described in (2-1) to (2-3) above.
  • AcN acetonitrile
  • DEC diethyl carbonate
  • EC
  • Example 6 An electrolyte solution was prepared by mixing predetermined amounts of various solvents and additives shown in Table 4 below. That is, it added and mixed so that volume ratio of acetonitrile (AcN), diethyl carbonate (DEC), ethylene carbonate (EC), and vinylene carbonate (VC) might be set to 39: 35: 21: 5. Further, 1.3 mol of lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) was added per 1 L of the mixed solution. Further, 100 ppm of water and 0.15% by mass of maleic anhydride (MAH) as a cyclic acid anhydride were added to obtain an electrolytic solution of Example 6. A battery was produced from this electrolytic solution by the method described in (1-3) above, and the laminated laminate battery was evaluated by the procedure described in (2-1) to (2-3) above.
  • AcN acetonitrile
  • DEC diethyl carbonate
  • EC ethylene carbonate
  • VC vinylene carbonate
  • LiPF 6 lithium he
  • Example 7 An electrolyte solution was prepared by mixing predetermined amounts of various solvents and additives shown in Table 4 below. That is, it added and mixed so that volume ratio of acetonitrile (AcN), dimethyl carbonate (DMC), ethylene carbonate (EC), and vinylene carbonate (VC) might be set to 65: 8: 22: 5.
  • AcN acetonitrile
  • DMC dimethyl carbonate
  • EC ethylene carbonate
  • VC vinylene carbonate
  • LiPF 6 lithium hexafluorophosphate
  • LiB lithium bisoxalate borate
  • LiFSI lithium bis (L per 1 L of the mixed liquid Fluorosulfonyl) imide
  • An electrolyte solution was prepared by mixing predetermined amounts of various solvents and additives shown in Table 4 below. That is, it added and mixed so that the volume ratio of acetonitrile (AcN), diethyl carbonate (DEC), vinylene carbonate (VC), and ethylene sulfite (ES) might be set to 47: 38: 11: 4. Further, 1.3 mol of lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) and 0.05 mol of lithium bisoxalate borate (LiB (C 2 O 4 ) 2 ) (LiBOB) were added per liter of the mixed solution.
  • LiPF 6 lithium hexafluorophosphate
  • LiB lithium bisoxalate borate
  • Table 5 below shows the time to reach 60 ° C. in the 2C overcharge test of the batteries using the non-aqueous electrolytes of Examples 5 to 7 and Comparative Examples 4 to 5.
  • Example 5 As shown in Table 5 above, in Examples 5 to 7, it was found that the time to reach 60 ° C. was 20 minutes or more. Moreover, in Example 5 and Example 7, it turned out that 60 degreeC arrival time can be made into 22 minutes or more. As described above, the Example has a longer reaching time of 60 ° C. than the comparative example. This is because the example can suppress the electrolyte decomposition reaction at the time of overcharge as compared with the comparative example, and thus suppresses the swelling at the time of overcharge in the pouch-type cell battery that suddenly occurs after 60 ° C. It becomes possible to do.
  • the content of the cyclic acid anhydride is preferably 0.01% by mass or more and 1% by mass or less with respect to the non-aqueous electrolyte solution so as to include Example 5 to Example 7 and not include Comparative Example 5. did.
  • the non-aqueous electrolyte solution preferably contains PF 6 anion.
  • the mixing molar ratio of PF 6 anion to acetonitrile is preferably 0.01 or more and less than 0.08.
  • the electrolyte solution contains PF 6 anion, acetonitrile, cyclic acid anhydride, and moisture, and the presence of 1 to 200 ppm of moisture can form a strong negative electrode SEI. I understood.
  • a non-aqueous secondary battery including the above electrolyte and a negative electrode that inserts and desorbs lithium ions at a base potential lower than 0.4 V vs. Li / Li + It turned out that it is preferable.
  • the negative electrode potential is lower than 0.4 V vs. Li / Li + , the reaction of the cyclic acid anhydride that decomposes at 1.0 to 0.4 V can be promoted.
  • the cyclic acid anhydride component contains at least one of succinic anhydride, maleic anhydride, and phthalic anhydride.
  • the content of LiPF 6 is a molar amount relative to 1 L of the non-aqueous solvent.
  • the water content is calculated in ppm by mass with respect to the total weight of all components constituting the non-aqueous electrolyte solution.
  • the content of the cyclic acid anhydride is represented by a mass ratio when the sum of all components constituting the non-aqueous electrolyte is 100% by mass.
  • Battery preparation (1-1) Preparation of positive electrode
  • Acetylene black powder having an average particle diameter of 48 nm (density 1.95 g / cm 3 ) and (D) polyvinylidene fluoride (PVdF; density 1.75 g / cm 3 ) as a binder were used in a ratio of 100: 4.2: 1.
  • the mixture was mixed at a mass ratio of 0.8: 4.6 to obtain a positive electrode mixture.
  • N-methyl-2-pyrrolidone as a solvent was added to the obtained positive electrode mixture so as to have a solid content of 68% by mass and further mixed to prepare a positive electrode mixture-containing slurry.
  • the positive electrode mixture-containing slurry was applied to one side of an aluminum foil having a thickness of 20 ⁇ m and a width of 200 mm to be a positive electrode current collector by a doctor blade method while adjusting the basis weight to be 24.0 mg / cm 2. Was removed by drying. Then, it rolled by the roll press so that an actual electrode density might be 2.90 g / cm ⁇ 3 >, and the positive electrode which consists of a positive electrode active material layer and a positive electrode electrical power collector was obtained.
  • the battery cap was fitted and crimped with a caulking machine.
  • the overflowing electrolyte was wiped clean with a waste cloth.
  • the coin-type non-aqueous secondary battery was obtained by maintaining the temperature at 25 ° C. for 24 hours and allowing the laminated body to be sufficiently familiar with the electrolyte solution.
  • 1C means a current value at which a fully charged battery is discharged at a constant current and is expected to be discharged in 1 hour. It means a current value expected to be discharged from a fully charged state of 4.2 V to 3.0 V at a constant current and finished in 1 hour.
  • the aluminum elution amount was calculated by ICP / MS measurement. The results are shown in Table 8.
  • the aluminum elution amount after storage at 60 ° C. was 10 ppm or less.
  • Electrolytic solutions were prepared by mixing various solvents and electrolytes at a predetermined volume ratio. Table 9 shows the composition of each electrolyte used in Examples and Comparative Examples.
  • Each component excluding the electrolyte is a non-aqueous solvent, and each non-aqueous solvent was adjusted to 1 L.
  • the lithium salt content is a molar amount relative to 1 L of the non-aqueous solvent.
  • the amount of HF generated was significantly increased at 60 ° C. and 85 ° C. as compared to 25 ° C.
  • Example 12 was 150%. 13 was 140%.
  • the comparative example 9 was 771%, the comparative example 10 was 979%, and the comparative example 11 was 728%.
  • Example 12 was able to reduce the amount of HF generated at 60 ° C. and 85 ° C. as compared with the electrolytic solution of Example 13. From this result, it was confirmed that when the cyclic carbonate having no saturated secondary carbon is contained in a volume ratio higher than acetonitrile, the effect of suppressing the generation of HF at 50 to 60 ° C. is high.
  • the LiPF 6- based acetonitrile electrolyte is preferably diluted with a non-aqueous solvent that does not have saturated tertiary carbon.
  • Carbonates with saturated secondary carbon for example, propylene carbonate
  • Each component excluding the lithium salt and the additive is a non-aqueous solvent, and each non-aqueous solvent was prepared so as to be 1 L.
  • the lithium salt content is a molar amount relative to 1 L of the non-aqueous solvent.
  • This positive electrode mixture-containing slurry was applied to one surface of a 15 ⁇ m-thick aluminum foil serving as a positive electrode current collector while adjusting the basis weight to be about 95.0 g / m 2 .
  • the positive electrode mixture-containing slurry When applying the positive electrode mixture-containing slurry to the aluminum foil, an uncoated region was formed so that a part of the aluminum foil was exposed. Then, the positive electrode which consists of a positive electrode active material layer and a positive electrode electrical power collector was obtained by rolling so that the density of a positive electrode active material layer might be 2.74 g / cm ⁇ 3 > with a roll press.
  • this positive electrode was cut so that the area of the positive electrode mixture layer was 30 mm ⁇ 50 mm and the exposed portion of the aluminum foil was included. And the aluminum lead piece for taking out an electric current was welded to the exposed part of aluminum foil, and the positive electrode with a lead was obtained by performing vacuum drying at 120 degreeC for 12 hours.
  • the negative electrode was cut so that the area of the negative electrode mixture layer was 32 mm ⁇ 52 mm and the exposed portion of the copper foil was included. And the lead piece made from nickel for taking out an electric current was welded to the exposed part of copper foil, and the negative electrode with a lead was obtained by performing vacuum drying at 80 degreeC for 12 hours.
  • 1C means a current value at which a fully charged battery is discharged at a constant current and is expected to be discharged in 1 hour. It means a current value that is expected to be discharged from a fully charged state of 4.2 V to 2.5 V at a constant current and finished in 1 hour.
  • AC impedance measurement was performed on the battery that was subjected to the initial charge / discharge treatment by the method described in (1-1) above.
  • the AC impedance measurement was performed using a Solartron frequency response analyzer 1400 (trade name) and a Solartron potentio-galvanostat 1470E (trade name).
  • AC signal is applied while changing the frequency from 1000kHz to 0.01Hz, impedance is measured from the response signal of voltage / current, and the value crossing the horizontal axis of the complex impedance plane plot (core-core plot) is the bulk resistance, high
  • the width of the frequency-side arc was determined as the interface resistance.
  • the value of the real part horizontal axis
  • the amplitude of the AC voltage to be applied was ⁇ 5 mV. Further, the ambient temperature of the battery when measuring the AC impedance was 25 ° C., and the measurement was started 1 hour 30 minutes after each temperature setting. In addition, the following values were calculated from these results.
  • vinylene carbonate (VC) preferably contains an amount of 0.5% by volume or more and 4% by volume or less, as in the non-aqueous electrolytes of Example 14 to Example 16.
  • Polyvinylidene fluoride (PVdF; density 1.75 g / cm 3 ) as a binder was mixed at a mass ratio of 100: 4.2: 1.8: 4.6 to obtain a positive electrode mixture.
  • N-methyl-2-pyrrolidone as a solvent was added so as to have a solid content of 68% by mass and further mixed to prepare a positive electrode mixture-containing slurry.
  • the positive electrode mixture-containing slurry was applied to one surface of an aluminum foil having a thickness of 20 ⁇ m and a width of 200 mm to be a positive electrode current collector by a doctor blade method while adjusting the basis weight to 12.0 mg / cm 2. Was removed by drying. Then, it rolled by the roll press so that a real electrode density might be 2.80 g / cm ⁇ 3 >, and the positive electrode which consists of a positive electrode active material layer and a positive electrode electrical power collector was obtained.
  • the battery cap was fitted and crimped with a caulking machine.
  • the overflowing electrolyte was wiped clean with a waste cloth.
  • the coin-type non-aqueous secondary battery was obtained by maintaining the temperature at 25 ° C. for 24 hours and allowing the laminated body to be sufficiently familiar with the electrolyte solution.
  • 1C means a current value at which a fully charged battery is discharged at a constant current and is expected to be discharged in 1 hour. It means a current value expected to be discharged from a fully charged state of 4.2 V to 3.0 V at a constant current and finished in 1 hour.
  • Example 17 Under an inert atmosphere, mixing was performed so that the volume ratio of acetonitrile (AcN), diethyl carbonate (DEC), ethylene carbonate (EC), and vinylene carbonate (VC) was 60: 25: 11: 4. Further, 0.35 mol of lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) and 1.8 mol of lithium bis (fluorosulfonyl) imide (LiN (SO 2 F) 2 ) are dissolved per liter of the mixed solution, and the following formula ( 4 ppm of organic chlorine compounds shown in 4) and 0.2% by mass of succinic anhydride as a cyclic acid anhydride were added and mixed to obtain an electrolytic solution of Example 17.
  • AcN acetonitrile
  • DEC diethyl carbonate
  • EC ethylene carbonate
  • VC vinylene carbonate
  • LiPF 6 lithium hexafluorophosphate
  • LiN (SO 2 F) 2 lithium bis (fluorosulfon
  • Example 18 Under an inert atmosphere, the volume ratio of acetonitrile (AcN), diethyl carbonate (DEC), ethyl methyl carbonate (EMC), ethylene carbonate (EC), and vinylene carbonate (VC) is 38: 18: 18: 20: 6 Mixed.
  • Example 19 Under an inert atmosphere, the volume ratio of acetonitrile (AcN), diethyl carbonate (DEC), ethyl methyl carbonate (EMC), ethylene carbonate (EC), and vinylene carbonate (VC) is 38: 18: 18: 20: 6 Mixed. Further, 1.2 mol of lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) is dissolved per liter of the mixed solution, and the organic chlorine compound represented by the following formula (5) is 25 ppm, and succinic anhydride is added as a cyclic acid anhydride to 0 ppm. .15% by mass was added and mixed to obtain an electrolytic solution of Example 19.
  • LiPF 6 lithium hexafluorophosphate
  • Example 20 Under an inert atmosphere, mixing was performed such that the volume ratio of acetonitrile (AcN), dimethyl carbonate (DMC), ethylene carbonate (EC), and vinylene carbonate (VC) was 30: 11: 52: 7. Further, 0.6 mol of lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) and 0.6 mol of lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (LiN (SO 2 CF 3 ) 2 ) are dissolved per liter of the mixed solution, and the following 300 ppm of the organic chlorine compound represented by the formula (6) and 0.5% by mass of maleic anhydride as a cyclic acid anhydride were added and mixed to obtain an electrolytic solution of Example 20.
  • AcN acetonitrile
  • DMC dimethyl carbonate
  • EC ethylene carbonate
  • VC vinylene carbonate
  • LiPF 6 lithium hexafluorophosphate
  • LiN (SO 2 CF 3 ) 2 lithium bis
  • Example 21 Under an inert atmosphere, mixing was performed such that the volume ratio of acetonitrile (AcN), diethyl carbonate (DEC), ethylene carbonate (EC), and vinylene carbonate (VC) was 65: 4: 20: 11. Further, 0.5 mol of lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) and 1.0 mol of lithium bis (fluorosulfonyl) imide (LiN (SO 2 F) 2 ) are dissolved per liter of the mixed solution, and the following formula ( 7 ppm of the organic chlorine compound shown in 7) and 0.8% by mass of phthalic anhydride as a cyclic acid anhydride were added and mixed to obtain an electrolytic solution of Example 21.
  • AcN acetonitrile
  • DEC diethyl carbonate
  • EC ethylene carbonate
  • VC vinylene carbonate
  • LiPF 6 lithium hexafluorophosphate
  • LiN (SO 2 F) 2 lithium bis (fluorosul
  • a battery was produced from this electrolytic solution by the method described in (1-3) above, and then measured according to the procedure described in (2-1) to (2-2) above.
  • a battery was produced from this electrolytic solution by the method described in (1-3) above, and then measured according to the procedure described in (2-1) to (2-2) above.
  • Table 13 below shows capacity retention rates in the charge / discharge cycle test at 50 ° C. in Examples 17 to 21 and Comparative Examples 15 to 16.
  • Comparative Example 15 and Comparative Example 16 do not contain either an organic chlorine compound or a cyclic acid anhydride.
  • the organic chlorine compound is preferably a chloride derived from a VC raw material.
  • the organochlorine compound is a cyclic adduct of cyclic carbonate
  • the cyclic adduct of cyclic carbonate is represented by the following formulas (4) to (7). It was found that it was preferable to be selected from the group consisting of the following compounds.
  • the content of the organic chlorine compound was set to 0.1 ppm or more and 500 ppm or less with respect to the nonaqueous electrolytic solution so as not to include Comparative Example 15. Further, the content of the cyclic acid anhydride was set to 0.01% by mass or more and 1% by mass or less with respect to the nonaqueous electrolytic solution so as not to include Comparative Example 16.
  • the content of the organic chlorine compound is 0.5 ppm or more and 10 ppm or less with respect to the non-aqueous electrolyte, and the content of the cyclic acid anhydride is 0 with respect to the non-aqueous electrolyte.
  • the range which is 1 mass% or more and 0.5 mass% or less was set to the preferable range. Thereby, it was found that a capacity maintenance rate of 80% or more was obtained.
  • the cyclic acid anhydride component contains at least one of succinic anhydride, maleic anhydride, and phthalic anhydride.
  • the electrolyte solution was adjusted by mixing various solvents and additives so as to have a predetermined volume ratio.
  • Table 14 shows the composition of each electrolytic solution used in Examples and Comparative Examples.
  • Each component excluding the lithium salt is a non-aqueous solvent, and each non-aqueous solvent was adjusted to 1 L.
  • the lithium salt content is a molar amount relative to 1 L of the non-aqueous solvent.
  • FRA1255 made by Solartron was used for AC impedance measurement. The measurement was performed with an amplitude voltage of 5 mV and a frequency of 10 kHz to 1 MHz. The temperature of the thermostatic bath was set to ⁇ 30 ° C., and the measurement was started 1 hour and 30 minutes after the temperature was set. As the measurement data, data at the time when the fluctuation of the data repeatedly measured every 5 minutes became less than 0.1% was adopted.
  • the electrolyte solution was prepared at 25 ° C. with the composition shown in Table 14, the cell was assembled by the above method, and the AC impedance measurement was performed. A Nyquist diagram was created from the obtained data, the Z ′ value was read, and the ionic conductivities of Examples 22 to 25 and Comparative Examples 17 to 20 were calculated from the above equations. The results are shown in Table 15 below.
  • Example 22 to Example 25 the LiPF 6 content was 1.5 mol or less with respect to 1 L of the non-aqueous solvent.
  • the mixing molar ratio of the LiPF 6 / AcN was found to be 0.08 to 0.4.
  • Example 22 to Example 25 it was found that the mixed molar ratio of chain carbonate / AcN was 0.3 or more and 2.0 or less.
  • LiPF 6 and a non-aqueous solvent are contained, the LiPF 6 content is 1.5 mol or less with respect to 1 liter of the non-aqueous solvent, and the non-aqueous solvent contains acetonitrile and a chain carbonate.
  • the mixing molar ratio of LiPF 6 to acetonitrile is preferably 0.08 or more and 0.4 or less, and the mixing molar ratio of chain carbonate to acetonitrile is preferably 0.3 or more and 2 or less.
  • Each component excluding the lithium salt and the additive is a non-aqueous solvent, and each non-aqueous solvent was prepared so as to be 1 L.
  • the lithium salt content is a molar amount relative to 1 L of the non-aqueous solvent.
  • the electrolyte was placed in a closed cell (cell size: 24 mm ⁇ ⁇ 0.35 mmt) manufactured by Toyo Technica, sealed, and fitted into a holder (SH1-Z) for connection. Furthermore, it put into the thermostat and AC impedance measurement was performed. Gold was used for the electrodes. From the collection of the electrolyte solution to the filling and sealing of the sealed cell was performed in an Ar globe BOX.
  • FRA1255 made by Solartron was used for AC impedance measurement. The measurement was performed with an amplitude voltage of 5 mV and a frequency of 10 kHz to 1 MHz. The temperature of the thermostatic bath was set to ⁇ 10 ° C., and the measurement was started 1 hour and 30 minutes after the temperature was set. As the measurement data, data at the time when the fluctuation of the data repeatedly measured every 5 minutes became less than 0.1% was adopted.
  • Each component excluding the lithium salt and the additive is a non-aqueous solvent, and each non-aqueous solvent was prepared so as to be 1 L.
  • the lithium salt content is a molar amount relative to 1 L of the non-aqueous solvent.
  • This positive electrode mixture-containing slurry was applied to one surface of a 15 ⁇ m-thick aluminum foil serving as a positive electrode current collector while adjusting the basis weight to be about 95.0 g / m 2 .
  • the positive electrode mixture-containing slurry When applying the positive electrode mixture-containing slurry to the aluminum foil, an uncoated region was formed so that a part of the aluminum foil was exposed. Then, the positive electrode which consists of a positive electrode active material layer and a positive electrode electrical power collector was obtained by rolling so that the density of a positive electrode active material layer might be 2.74 g / cm ⁇ 3 > with a roll press.
  • this positive electrode was cut so that the area of the positive electrode mixture layer was 30 mm ⁇ 50 mm and the exposed portion of the aluminum foil was included. And the aluminum lead piece for taking out an electric current was welded to the exposed part of aluminum foil, and the positive electrode with a lead was obtained by performing vacuum drying at 120 degreeC for 12 hours.
  • the negative electrode was cut so that the area of the negative electrode mixture layer was 32 mm ⁇ 52 mm and the exposed portion of the copper foil was included. And the lead piece made from nickel for taking out an electric current was welded to the exposed part of copper foil, and the negative electrode with a lead was obtained by performing vacuum drying at 80 degreeC for 12 hours.
  • 1C means a current value at which a fully charged battery is discharged at a constant current and is expected to be discharged in 1 hour. It means a current value that is expected to be discharged from a fully charged state of 4.2 V to 2.5 V at a constant current and finished in 1 hour.
  • the value of the real part (horizontal axis) was used.
  • the amplitude of the AC voltage to be applied was ⁇ 5 mV.
  • the ambient temperature of the battery when measuring the AC impedance was 25 ° C.
  • the value shown in the following Table 19 was computed from these results.
  • the electrolyte was placed in a closed cell (cell size: 24 mm ⁇ ⁇ 0.35 mmt) manufactured by Toyo Technica, sealed, and fitted into a holder (SH1-Z) for connection. Furthermore, it put into the thermostat and AC impedance measurement was performed. Gold was used for the electrodes. From the collection of the electrolyte solution to the filling and sealing of the sealed cell was performed in an Ar globe BOX.
  • FRA1255 made by Solartron was used for AC impedance measurement. The measurement was performed with an amplitude voltage of 5 mV and a frequency of 10 kHz to 1 MHz. The temperature of the thermostatic bath was set to 20 ° C., and the measurement was started 1 hour and 30 minutes after the temperature was set. As the measurement data, data at the time when the fluctuation of the data repeatedly measured every 5 minutes became less than 0.1% was adopted.
  • the ionic conductivity at 20 ° C. was found to be 15 mS / cm or more.
  • the ionic conductivity at 20 ° C. can be 20 mS / cm or more.
  • LiBOB is lithium bisoxalate borate
  • LiN (SO 2 F) 2 is lithium bis (fluorosulfonyl) imide
  • LiN (SO 2 CF 3 ) 2 is lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide
  • SAH represents succinic anhydride
  • MAH represents maleic anhydride
  • PAH represents phthalic anhydride
  • Each component excluding the lithium salt and the additive is a non-aqueous solvent, and each non-aqueous solvent was prepared so as to be 1 L.
  • the lithium salt content is a molar amount relative to 1 L of the non-aqueous solvent.
  • This positive electrode mixture-containing slurry was applied to one surface of a 15 ⁇ m-thick aluminum foil serving as a positive electrode current collector while adjusting the basis weight to be about 95.0 g / m 2 .
  • the positive electrode mixture-containing slurry When applying the positive electrode mixture-containing slurry to the aluminum foil, an uncoated region was formed so that a part of the aluminum foil was exposed. Then, the positive electrode which consists of a positive electrode active material layer and a positive electrode collector was obtained by rolling so that the density of a positive electrode active material layer might be 2.50 g / cm ⁇ 3 > with a roll press.
  • this positive electrode was cut so that the area of the positive electrode mixture layer was 30 mm ⁇ 50 mm and the exposed portion of the aluminum foil was included. And the aluminum lead piece for taking out an electric current was welded to the exposed part of aluminum foil, and the positive electrode with a lead was obtained by performing vacuum drying at 120 degreeC for 12 hours.
  • the negative electrode was cut so that the area of the negative electrode mixture layer was 32 mm ⁇ 52 mm and the exposed portion of the copper foil was included. And the lead piece made from nickel for taking out an electric current was welded to the exposed part of copper foil, and the negative electrode with a lead was obtained by performing vacuum drying at 80 degreeC for 12 hours.
  • 1C means a current value at which a fully charged battery is discharged at a constant current and is expected to be discharged in 1 hour. In the following, it means a current value that is expected to discharge from a fully charged state of 4.2 V to 3.0 V at a constant current and finish discharging in 1 hour.
  • the Archimedes method was used in which a single-layer laminated battery was put into a container containing ultrapure water, and the volume of the single-layer laminated battery was measured from the weight change before and after that.
  • a hydrometer MDS-300 manufactured by Alpha Mirage was used as a device for measuring the volume from the change in weight.
  • Example 30 to Example 32 The amount of gas generated in the laminate cell after storage at 60 ° C. for 200 hours was 0.0165 ml per mAh in Comparative Example 25.
  • Comparative Example 26 the gas generation amount became 1.56 ml after 24 hours, and the gas generation amount was very large, so the evaluation was stopped.
  • Example 30 to Example 32 the amount was 0.008 ml or less per mAh.
  • the nonaqueous electrolytic solution contained acetonitrile, and further contained acetic acid and a cyclic acid anhydride. On the other hand, in the comparative example, neither acetic acid nor cyclic acid anhydride was contained.
  • the lower limit of acetic acid was set to 0.1 ppm or more based on Example 30, and the upper limit was set to 10 ppm or less based on Example 32.
  • the lower limit of the cyclic acid anhydride was 0.01% by mass or more based on Example 31 and Comparative Example 25, and the upper limit was 1% by mass or less based on Example 32.
  • the content of acetic acid was regulated to 0.1 ppm or more and 5 ppm or less with respect to the non-aqueous electrolyte solution.
  • the lower limit of the cyclic acid anhydride is set to 0.11% by mass or more so that Comparative Example 25 is removed, and the content of the cyclic acid anhydride is 0.11% by mass to 0.1% by mass with respect to the nonaqueous electrolytic solution. It was defined as 5% by mass or less.
  • the cyclic acid anhydride component contains at least one of succinic anhydride (SAH), maleic anhydride (MAH), and phthalic anhydride (PAH).
  • SAH succinic anhydride
  • MAH maleic anhydride
  • PAH phthalic anhydride
  • This positive electrode mixture-containing slurry was applied to both surfaces of an aluminum foil serving as a positive electrode current collector while adjusting the basis weight per side to 11.5 mg / cm 2 .
  • an uncoated region was formed so that a part of the aluminum foil was exposed.
  • the positive electrode which consists of a positive electrode active material layer and a positive electrode electrical power collector was obtained by rolling so that the density of a composite material layer might be 2.8 mg / cm ⁇ 3 > with a roll press.
  • this positive electrode was cut so that the area of the coated portion was 150 mm ⁇ 150 mm. And the aluminum lead piece for taking out an electric current was welded to the exposed part of aluminum foil, and the positive electrode with a lead was obtained by performing vacuum drying at 120 degreeC for 12 hours.
  • this negative electrode was cut so that the area of the coated portion was 152 mm ⁇ 152 mm.
  • the lead piece made from nickel for taking out an electric current was welded to the exposed part of copper foil, and the negative electrode with a lead was obtained by performing vacuum drying at 80 degreeC for 12 hours.
  • This laminated battery has a design capacity value of about 10 Ah and a rated voltage value of 4.2V.
  • 1C means a current value at which a fully charged battery is discharged at a constant current and is expected to be discharged in 1 hour. In the following, it means a current value that is expected to discharge from a fully charged state of 4.2 V to 3.0 V at a constant current and finish discharging in 1 hour.
  • the overcharging test was performed in an Ar atmosphere with the battery installed in a metal test vessel (height and height about 350 mm).
  • the battery ignited, the energization was stopped, Ar gas three times the volume of the container was injected into the container, and the generated gas was collected in a gas bag.
  • HF generated was quantitatively analyzed for the collected gas by a liquid collection IC method. Specifically, the recovery gas is introduced into the NaHCO 3 (1.7 mM) + Na 2 CO 3 (1.8 mM) absorption solution to dissolve the HF component, and the F ⁇ concentration of the solution is quantified by ion chromatography. Converted to HF generation amount.
  • Example 33 An electrolyte solution was prepared by mixing predetermined amounts of various solvents and additives shown in Table 23 below. That is, acetonitrile (AcN), diethyl carbonate (DEC), vinylene carbonate (VC), and ethylene carbonate (EC) were added and mixed so that the volume ratio was 47: 28: 4: 21. Further, 0.3 mol of lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) and 1.0 mol of lithium bis (fluorosulfonyl) imide (LiN (SO 2 F) 2 ) were added per liter of the non-aqueous solvent in the mixed solution.
  • LiPF 6 lithium hexafluorophosphate
  • LiN (SO 2 F) 2 lithium bis (fluorosulfonyl) imide
  • Example 34 An electrolyte solution was prepared by mixing predetermined amounts of various solvents and additives shown in Table 23 below. That is, acetonitrile (AcN), diethyl carbonate (DEC), vinylene carbonate (VC), and ethylene carbonate (EC) were added and mixed so that the volume ratio was 47: 28: 4: 21. Further, 0.3 mol of lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) and 1.0 mol of lithium bis (fluorosulfonyl) imide (LiN (SO 2 F) 2 ) were added per liter of the non-aqueous solvent in the mixed solution.
  • LiPF 6 lithium hexafluorophosphate
  • LiN (SO 2 F) 2 lithium bis (fluorosulfonyl) imide
  • Example 35 An electrolyte solution was prepared by mixing predetermined amounts of various solvents and additives shown in Table 23 below. That is, acetonitrile (AcN), diethyl carbonate (DEC), vinylene carbonate (VC), and ethylene carbonate (EC) were added and mixed so that the volume ratio was 47: 28: 4: 21. Furthermore, 1.3 mol of lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) was added per 1 L of the non-aqueous solvent in the mixed solution.
  • AcN acetonitrile
  • DEC diethyl carbonate
  • VC vinylene carbonate
  • EC ethylene carbonate
  • Example 36 An electrolyte solution was prepared by mixing predetermined amounts of various solvents and additives shown in Table 23 below. That is, acetonitrile (AcN), diethyl carbonate (DEC), vinylene carbonate (VC), and ethylene carbonate (EC) were added and mixed so that the volume ratio was 47: 28: 4: 21. Furthermore, 1.3 mol of lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) was added per 1 L of the non-aqueous solvent in the mixed solution.
  • AcN acetonitrile
  • DEC diethyl carbonate
  • VC vinylene carbonate
  • EC ethylene carbonate
  • An electrolyte solution was prepared by mixing predetermined amounts of various solvents and additives shown in Table 23 below. That is, acetonitrile (AcN), diethyl carbonate (DEC), vinylene carbonate (VC), and ethylene carbonate (EC) were added and mixed so that the volume ratio was 47: 28: 4: 21. Further, 0.3 mol of lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) and 1.0 mol of lithium bis (fluorosulfonyl) imide (LiN (SO 2 F) 2 ) were added per liter of the non-aqueous solvent in the mixed solution.
  • LiPF 6 lithium hexafluorophosphate
  • LiN (SO 2 F) 2 lithium bis (fluorosulfonyl) imide
  • Comparative Example 29 was added to the non-aqueous electrolyte by adding 1% by mass of succinic anhydride (SAH), 500 ppm (mass ratio) of propionitrile (PrN), and 100 ppm (mass ratio) of acetic acid (AA). An electrolyte solution was obtained. A battery was produced from this electrolytic solution by the method described in (1-3) above, and then the laminated laminate battery was evaluated by the procedure described in (2-1) to (2-2) above.
  • SAH succinic anhydride
  • PrN propionitrile
  • AA acetic acid
  • Example 33 to Example 36 and Comparative Example 27 to Comparative Example 29 it was examined whether or not the safety valve was activated before ignition by gas generation, and the amount of HF generated was further measured.
  • the experimental results are shown in Table 23 above.
  • Comparative Example 29 As a result of adding an excessive amount of propionitrile and acetic acid, it expanded greatly when fully charged and the safety valve was activated before the overcharge test. Since the normal state was lost in the normal voltage range, the subsequent overcharge test was stopped.
  • the electrolyte contains acetonitrile and a lithium salt and further contains propionitrile and acetic acid as in the non-aqueous electrolytes of Example 33 to Example 36.
  • gas will generate
  • a safety valve will be operated, and it will become possible to operate appropriately the function which reduces the production amount of HF gas by combustion.
  • both components of propionitrile and acetic acid are not prepared as in the comparative example, since the amount of gas generated is small, the safety valve does not operate and the fluorine compound serving as the HF source remains in the cell. As a result, HF is generated at a high concentration by ignition.
  • the acetic acid content is 0.1 ppm to 10 ppm with respect to the non-aqueous electrolyte, and propionitrile content
  • the amount is preferably 1 ppm or more and 300 ppm or less with respect to the non-aqueous electrolyte solution.
  • the acetic acid content is 0.1 ppm or more and 5 ppm or less with respect to the non-aqueous electrolyte solution, and the propionitrile content is changed to the non-aqueous electrolyte solution.
  • the content it is more preferable that the content be 1 ppm or more and 200 ppm or less.
  • the amount of HF gas generated by the overcharge test is preferably 0.5 mg or less per 1 Ah. Preferably, it is 0.1 mg or less, More preferably, it is 0.05 mg or less. Since the design capacity value of the laminated laminated battery in this experiment is about 10 Ah, the value obtained by dividing the HF gas generation amount shown in Table 23 by 10 is the HF gas generation amount per 1 Ah.
  • Non-aqueous secondary battery (1-1) Production of positive electrode Lithium, nickel, manganese, and cobalt composite oxide (LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 ) as a positive electrode active material, and acetylene black powder as a conductive auxiliary agent Polyvinylidene fluoride (PVDF) as a binder was mixed at a mass ratio of 86: 8: 6 to obtain a positive electrode mixture. N-methyl-2-pyrrolidone as a solvent was added to the obtained positive electrode mixture and further mixed to prepare a positive electrode mixture-containing slurry.
  • PVDF Polyvinylidene fluoride
  • This positive electrode mixture-containing slurry was applied to both surfaces of an aluminum foil serving as a positive electrode current collector while adjusting the basis weight per side to 11.5 mg / cm 2 .
  • an uncoated region was formed so that a part of the aluminum foil was exposed.
  • the positive electrode which consists of a positive electrode active material layer and a positive electrode electrical power collector was obtained by rolling so that the density of a composite material layer might be 2.8 mg / cm ⁇ 3 > with a roll press.
  • this positive electrode was cut so that the area of the coated portion was 150 mm ⁇ 150 mm. And the aluminum lead piece for taking out an electric current was welded to the exposed part of aluminum foil, and the positive electrode with a lead was obtained by performing vacuum drying at 120 degreeC for 12 hours.
  • this negative electrode was cut so that the area of the coated portion was 152 mm ⁇ 152 mm.
  • the lead piece made from nickel for taking out an electric current was welded to the exposed part of copper foil, and the negative electrode with a lead was obtained by performing vacuum drying at 80 degreeC for 12 hours.
  • This laminated battery has a design capacity value of about 10 Ah and a rated voltage value of 4.2V.
  • 1C means a current value at which a fully charged battery is discharged at a constant current and is expected to be discharged in 1 hour. In the following, it means a current value that is expected to discharge from a fully charged state of 4.2 V to 3.0 V at a constant current and finish discharging in 1 hour.
  • the overcharge test was performed in an Ar atmosphere with a battery installed in a metal test vessel (height and width about 350 mm). After ignition, Ar gas having a volume three times the volume of the container was injected into the container, and the generated gas was collected in a gas bag. The collected gas was quantitatively analyzed by the GC-TCD method.
  • Example 37 An electrolyte solution was prepared by mixing predetermined amounts of various solvents and additives shown in Table 24 below. That is, acetonitrile (AcN), diethyl carbonate (DEC), vinylene carbonate (VC), and ethylene carbonate (EC) were added and mixed so that the volume ratio was 47: 28: 4: 21. Further, 0.3 mol of lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) and 1.0 mol of lithium bis (fluorosulfonyl) imide (LiN (SO 2 F) 2 ) were added per liter of the non-aqueous solvent in the mixed solution.
  • LiPF 6 lithium hexafluorophosphate
  • LiN (SO 2 F) 2 lithium bis (fluorosulfonyl) imide
  • the transition metal nitrile complex to be added was prepared as follows. That is, an aluminum laminate bag was processed to 2.7 cm ⁇ 6 cm, the positive electrode produced by the above-described method was punched out to 23 mm ⁇ 17 mm, and a 1.3 mol / L hexafluorophosphate (LiPF 6 ) acetonitrile solution was injected. The electrode was immersed. After injecting the solution, it was sealed and kept at 60 ° C. with the aluminum laminate bag leaning vertically and stored for 10 days. After storage, the aluminum laminate bag was opened, and the gel-like transition metal nitrile complex formed inside was collected and dried.
  • LiPF 6 1.3 mol / L hexafluorophosphate
  • the dry solid contained 5.6% by mass of Ni, 5.5% by mass of Co, and 0.48% by mass of Mn, and the metal content was 11.6% by mass.
  • the other components are acetonitrile, moisture and PF 6 anion. This transition metal nitrile complex was also used in Examples 38 to 40 and Comparative Example 34.
  • the laminated battery including the electrolyte solution of Example 37 obtained in this manner, the laminated battery was evaluated according to the procedures described in (2-1) to (2-2) above.
  • Example 38 An electrolyte solution was prepared by mixing predetermined amounts of various solvents and additives shown in Table 24 below. That is, acetonitrile (AcN), diethyl carbonate (DEC), vinylene carbonate (VC), and ethylene carbonate (EC) were added and mixed so that the volume ratio was 47: 28: 4: 21. Further, 0.3 mol of lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) and 1.0 mol of lithium bis (fluorosulfonyl) imide (LiN (SO 2 F) 2 ) were added per liter of the non-aqueous solvent in the mixed solution.
  • LiPF 6 lithium hexafluorophosphate
  • LiN (SO 2 F) 2 lithium bis (fluorosulfonyl) imide
  • Example 39 An electrolyte solution was prepared by mixing predetermined amounts of various solvents and additives shown in Table 24 below. That is, acetonitrile (AcN), diethyl carbonate (DEC), vinylene carbonate (VC), and ethylene carbonate (EC) were added and mixed so that the volume ratio was 47: 28: 4: 21. Furthermore, 1.3 mol of lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) was added per 1 L of the non-aqueous solvent in the mixed solution.
  • AcN acetonitrile
  • DEC diethyl carbonate
  • VC vinylene carbonate
  • EC ethylene carbonate
  • Example 40 An electrolyte solution was prepared by mixing predetermined amounts of various solvents and additives shown in Table 24 below. That is, acetonitrile (AcN), diethyl carbonate (DEC), vinylene carbonate (VC), and ethylene carbonate (EC) were added and mixed so that the volume ratio was 47: 28: 4: 21. Furthermore, 1.3 mol of lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) was added per 1 L of the non-aqueous solvent in the mixed solution.
  • AcN acetonitrile
  • DEC diethyl carbonate
  • VC vinylene carbonate
  • EC ethylene carbonate
  • An electrolyte solution was prepared by mixing predetermined amounts of various solvents and additives shown in Table 24 below. That is, acetonitrile (AcN), diethyl carbonate (DEC), vinylene carbonate (VC), and ethylene carbonate (EC) were added and mixed so that the volume ratio was 47: 28: 4: 21. Further, 0.3 mol of lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) and 1.0 mol of lithium bis (fluorosulfonyl) imide (LiN (SO 2 F) 2 ) were added per liter of the non-aqueous solvent in the mixed solution.
  • LiPF 6 lithium hexafluorophosphate
  • LiN (SO 2 F) 2 lithium bis (fluorosulfonyl) imide
  • Comparative Example 30 succinic anhydride (SAH), acetaldehyde (AcA), and transition metal nitrile complex (MC) are not added.
  • SAH succinic anhydride
  • AcA acetaldehyde
  • MC transition metal nitrile complex
  • An electrolyte solution was prepared by mixing predetermined amounts of various solvents and additives shown in Table 24 below. That is, acetonitrile (AcN), diethyl carbonate (DEC), vinylene carbonate (VC), and ethylene carbonate (EC) were added and mixed so that the volume ratio was 47: 28: 4: 21. Further, 1.3 mol of lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) and 1.0 mol of lithium bis (fluorosulfonyl) imide (LiN (SO 2 F) 2 ) were added per liter of the non-aqueous solvent in the mixed solution.
  • LiPF 6 lithium hexafluorophosphate
  • LiN (SO 2 F) 2 lithium bis (fluorosulfonyl) imide
  • An electrolyte solution was prepared by mixing predetermined amounts of various solvents and additives shown in Table 24 below. That is, acetonitrile (AcN), diethyl carbonate (DEC), vinylene carbonate (VC), and ethylene carbonate (EC) were added and mixed so that the volume ratio was 47: 28: 4: 21. Further, 1.3 mol of lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) and 1.0 mol of lithium bis (fluorosulfonyl) imide (LiN (SO 2 F) 2 ) were added per liter of the non-aqueous solvent in the mixed solution.
  • LiPF 6 lithium hexafluorophosphate
  • LiN (SO 2 F) 2 lithium bis (fluorosulfonyl) imide
  • Table 24 shows the amount of CO generated by overcharging.
  • the content of acetaldehyde is preferably 1 ppm or more and 3000 ppm or less with respect to the nonaqueous electrolytic solution. Further, the content of acetaldehyde is more preferably 10 ppm or more and 2500 ppm or less, and further preferably 30 ppm or more and 2000 ppm or less with respect to the nonaqueous electrolytic solution.
  • the content of the cyclic acid anhydride is 0.01% by mass or more and 1% by mass or less with respect to the nonaqueous electrolytic solution. Preferred. Further, the content of the acid anhydride is more preferably 0.1% by mass or more and 1% by mass or less with respect to the nonaqueous electrolytic solution.
  • the nitrile complex in the electrolytic solution is a nitrile complex obtained by contacting a non-aqueous electrolytic solution with a positive electrode active material containing at least one transition metal element selected from Ni, Mn, and Co. all right.
  • the content of the nitrile complex is preferably 0.01 ppm or more and 500 ppm or less as a transition metal with respect to the non-aqueous electrolyte. It was. Further, based on Example 37 to Example 40, the content of the nitrile complex is more preferably 100 ppm or more and 500 ppm or less as a transition metal with respect to the nonaqueous electrolytic solution, and further more preferably 200 ppm or more and 500 ppm or less. Preferred.
  • the amount of CO gas generated by the overcharge test is 1 g or less per 1 Ah.
  • the amount of CO gas generated is more preferably 0.7 g or less. Since the design capacity value of the laminated laminated battery in this experiment is about 10 Ah, the value obtained by dividing the amount of CO gas generated in Table 24 by 10 is the amount of CO gas generated per 1 Ah.
  • Polyvinylidene fluoride (PVdF; density 1.75 g / cm 3 ) as a binder was mixed at a mass ratio of 100: 4.2: 1.8: 4.6 to obtain a positive electrode mixture.
  • N-methyl-2-pyrrolidone as a solvent was added so as to have a solid content of 68% by mass and further mixed to prepare a positive electrode mixture-containing slurry.
  • the positive electrode mixture-containing slurry was applied to one surface of an aluminum foil having a thickness of 20 ⁇ m and a width of 200 mm to be a positive electrode current collector by a doctor blade method while adjusting the basis weight to 12.0 mg / cm 2. Was removed by drying. Then, it rolled by the roll press so that a real electrode density might be 2.80 g / cm ⁇ 3 >, and the positive electrode which consists of a positive electrode active material layer and a positive electrode electrical power collector was obtained.
  • the battery cap was fitted and crimped with a caulking machine.
  • the overflowing electrolyte was wiped clean with a waste cloth.
  • the coin-type non-aqueous secondary battery was obtained by maintaining the temperature at 25 ° C. for 24 hours and allowing the laminated body to be sufficiently familiar with the electrolyte solution.
  • 1C means a current value at which a fully charged battery is discharged at a constant current and is expected to be discharged in 1 hour. It means a current value expected to be discharged from a fully charged state of 4.2 V to 3.0 V at a constant current and finished in 1 hour.
  • the AC impedance measurement was performed using a Solartron frequency response analyzer 1400 (trade name) and a Solartron potentio-galvanostat 1470E (trade name). An AC signal was applied while changing the frequency from 1000 kHz to 0.01 Hz, the impedance was measured from the voltage / current response signal, and the AC impedance value at 1 kHz was obtained. The amplitude of the AC voltage to be applied was ⁇ 5 mV. The ambient temperature of the battery when measuring the AC impedance was 25 ° C. In addition, the following values were calculated from these results.
  • a coin-type non-aqueous secondary battery was used. After the measurement was performed after the charge in each predetermined cycle, the charge / discharge cycle measurement was continued and used for the next measurement.
  • Example 41 Under an inert atmosphere, mixing was performed so that the volume ratio of acetonitrile (AcN) and diethyl carbonate (DEC) and ethylene carbonate (EC) and vinylene carbonate (VC) was 44: 25: 26: 5.
  • AcN acetonitrile
  • DEC diethyl carbonate
  • EC ethylene carbonate
  • VC vinylene carbonate
  • Example 42 Under an inert atmosphere, the mixture was mixed so that the volume ratio of acetonitrile (AcN), ethyl methyl carbonate (EMC), ethylene carbonate (EC), and vinylene carbonate (VC) was 35: 40: 21: 4.
  • AcN acetonitrile
  • EMC ethyl methyl carbonate
  • EC ethylene carbonate
  • VC vinylene carbonate
  • Example 43 Under an inert atmosphere, mixing was performed so that the volume ratio of acetonitrile (AcN) and diethyl carbonate (DEC) and ethylene carbonate (EC) and vinylene carbonate (VC) was 45: 13: 25: 17.
  • AcN acetonitrile
  • DEC diethyl carbonate
  • EC ethylene carbonate
  • VC vinylene carbonate
  • Example 43 An electrolyte solution of Example 43 was obtained by adding 15 ppm of 6-di-tert-butyl-p-cresol (BHT) and 0.5% by mass of phthalic anhydride as a cyclic acid anhydride and mixing them. About the obtained electrolyte solution, it confirmed visually that lithium salt, BHT, and cyclic acid anhydride were all melt
  • BHT 6-di-tert-butyl-p-cresol
  • a battery was produced from this electrolytic solution by the method described in (1-3) above, and then measured according to the procedure described in (2-1) to (2-3) above.
  • Example 41 to 43 it was found that the capacity retention rate was 100% or more when 100 cycles of the cycle test at 25 ° C. were performed. Moreover, in Example 41 and Example 42, it turned out that a capacity
  • the content of 2,6-di-tert-butyl-p-cresol is 0.1 ppm or more with respect to the non-aqueous electrolyte so as to include Example 41 to Example 43 and not include Comparative Example 35. 100 ppm or less.
  • the content of the cyclic acid anhydride was set to 0.01% by mass or more and 1% by mass or less with respect to the non-aqueous electrolyte solution so as to include Example 41 to Example 43 and not include Comparative Example 36.
  • the content of 2,6-di-tert-butyl-p-cresol is 0.5 ppm or more and 10 ppm or less with respect to the non-aqueous electrolyte, and the cyclic acid anhydride is contained.
  • a range in which the amount was 0.1% by mass or more and 0.5% by mass or less with respect to the nonaqueous electrolytic solution was set as a preferable range.
  • the capacity retention rate when the cycle test at 25 ° C. is performed 100 cycles is greater than 85%, and in the AC impedance test, the AC impedance at 50 cycles is less than 3.4 ⁇ , and the AC impedance at 100 cycles is It was found that can be suppressed to 3.8 ⁇ or less.
  • the cyclic acid anhydride component contains at least one of succinic anhydride, maleic anhydride, and phthalic anhydride.
  • Each component excluding the lithium salt and the additive is a non-aqueous solvent, and each non-aqueous solvent was prepared so as to be 1 L.
  • the lithium salt content is a molar amount relative to 1 L of the non-aqueous solvent.
  • This positive electrode mixture-containing slurry was applied to one surface of a 15 ⁇ m-thick aluminum foil serving as a positive electrode current collector while adjusting the basis weight to be about 95.0 g / m 2 .
  • the positive electrode mixture-containing slurry When applying the positive electrode mixture-containing slurry to the aluminum foil, an uncoated region was formed so that a part of the aluminum foil was exposed. Then, the positive electrode which consists of a positive electrode active material layer and a positive electrode collector was obtained by rolling so that the density of a positive electrode active material layer might be 2.50 g / cm ⁇ 3 > with a roll press.
  • this positive electrode was cut so that the area of the positive electrode mixture layer was 30 mm ⁇ 50 mm and the exposed portion of the aluminum foil was included. And the aluminum lead piece for taking out an electric current was welded to the exposed part of aluminum foil, and the positive electrode with a lead was obtained by performing vacuum drying at 120 degreeC for 12 hours.
  • the negative electrode was cut so that the area of the negative electrode mixture layer was 32 mm ⁇ 52 mm and the exposed portion of the copper foil was included. And the lead piece made from nickel for taking out an electric current was welded to the exposed part of copper foil, and the negative electrode with a lead was obtained by performing vacuum drying at 80 degreeC for 12 hours.
  • 1C means a current value at which a fully charged battery is discharged at a constant current and is expected to be discharged in 1 hour. It means a current value expected to be discharged from a fully charged state of 4.2 V to 3.0 V at a constant current and finished in 1 hour.
  • transition metal elution amount XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy) analysis was performed to measure the transition metal elution amount.
  • XPS X-ray Photoelectron Spectroscopy
  • ULVAC-PHI Versa probe II was used as the XPS analyzer.
  • the excitation source is mono.
  • AlK ⁇ was 15 kV ⁇ 3.3 mA
  • the analysis size was about 200 ⁇ m ⁇
  • the photoelectron extraction angle was 45 °.
  • the measurement sample disassembled the battery before the test, and the taken-out negative electrode was immersed in acetonitrile for about 1 minute to wash the electrolytic solution adhering to the sample. Thereafter, it was air-dried for 12 hours.
  • Each dried sample was cut into 3 mm square pieces and used as XPS analysis samples.
  • a series of operations related to sample preparation was performed in an argon glove box controlled at a dew point of ⁇ 60 ° C. or lower.
  • the sample was transported to the XPS apparatus without exposure to the atmosphere using a dedicated jig.
  • the relative element concentration of each element was calculated
  • the Ni 3p, Co 3p, and Mn 3p spectra observed at about 40 to 80 eV were subjected to peak division to derive the area intensity, and the Ni concentration, Co concentration, and Mn concentration were obtained.
  • N-methyl-2-pyrrolidone as a solvent was added to the obtained positive electrode mixture so as to have a solid content of 68% by mass and further mixed to prepare a positive electrode mixture-containing slurry.
  • the positive electrode mixture-containing slurry was applied to one side of an aluminum foil having a thickness of 20 ⁇ m and a width of 200 mm to be a positive electrode current collector by a doctor blade method while adjusting the basis weight to be 24.0 mg / cm 2. Was removed by drying. Then, it rolled by the roll press so that an actual electrode density might be 2.90 g / cm ⁇ 3 >, and the positive electrode which consists of a positive electrode active material layer and a positive electrode electrical power collector was obtained.
  • This negative electrode mixture-containing slurry was applied to one side of a copper foil having a thickness of 10 ⁇ m and a width of 200 mm to be a negative electrode current collector while adjusting the basis weight to be 10.6 mg / cm 2 by a doctor blade method. Removed dry. Then, it rolled with the roll press so that an actual electrode density might be 1.50 g / cm ⁇ 3 >, and the negative electrode which consists of a negative electrode active material layer and a negative electrode collector was obtained.
  • the battery cap was fitted and crimped with a caulking machine.
  • the overflowing electrolyte was wiped clean with a waste cloth.
  • the coin-type non-aqueous secondary battery was obtained by maintaining the temperature at 25 ° C. for 24 hours and allowing the laminated body to be sufficiently familiar with the electrolyte solution.
  • 1C means a current value at which a fully charged battery is discharged at a constant current and is expected to be discharged in 1 hour. It means a current value expected to be discharged from a fully charged state of 4.2 V to 3.0 V at a constant current and finished in 1 hour.
  • the AC impedance measurement was performed using a Solartron frequency response analyzer 1400 (trade name) and a Solartron potentio-galvanostat 1470E (trade name). An AC signal was applied while changing the frequency from 1000 kHz to 0.01 Hz, the impedance was measured from the voltage / current response signal, and the AC impedance value at 1 kHz was obtained. The amplitude of the AC voltage to be applied was ⁇ 5 mV. The ambient temperature of the battery when measuring the AC impedance was 25 ° C.
  • the coin-type non-aqueous secondary battery before the 60 ° C. full charge storage test and after the 60 ° C. full charge storage test by the method described in (2-2) above is used. Using.
  • Resistance increase rate (resistance value after 60 ° C. full charge storage test / resistance value before 60 ° C. full charge storage test) ⁇ 100 [%]
  • FRA1255 made by Solartron was used for AC impedance measurement.
  • the measurement was performed with an amplitude voltage of 5 mV and a frequency of 10 kHz to 1 MHz.
  • the temperature was measured at four points of ⁇ 30 ° C., ⁇ 10 ° C., 0 ° C., and 20 ° C., and the measurement was started 1 hour 30 minutes after each temperature setting.
  • As the measurement data data at the time when the fluctuation of the data repeatedly measured every 5 minutes became less than 0.1% was adopted.
  • Example 46 In an inert atmosphere, the mixture was mixed so that the volume ratio of acetonitrile (AcN), ethyl methyl carbonate (EMC), ethylene carbonate (EC), and vinylene carbonate (VC) was 45: 35: 16: 4.
  • AcN acetonitrile
  • EMC ethyl methyl carbonate
  • EC ethylene carbonate
  • VC vinylene carbonate
  • LiPF 6 lithium hexafluorophosphate
  • LiN (SO 2 F) 2 lithium bis (fluorosulfonyl) imide
  • LiN (SO 2 F) 2 lithium bis (fluorosulfonyl) imide
  • LiPO 2 F 2 lithium difluorophosphate
  • SAH succinic anhydride
  • Example 47 Under an inert atmosphere, mixing was performed such that the volume ratio of acetonitrile (AcN), diethyl carbonate (DEC), ethylene carbonate (EC), and vinylene carbonate (VC) was 50: 35: 10: 5. Furthermore, 0.3 mol of lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) and 2.7 mol of lithium bis (fluorosulfonyl) imide (LiN (SO 2 F) 2 ) are added per liter of the mixed solution, and lithium difluorophosphate ( LiPO 2 F 2 ) was dissolved by 0.8 mass% (8000 ppm) and maleic anhydride (MAH) was dissolved by 0.2 mass% to obtain an electrolytic solution of Example 47.
  • LiPF 6 lithium hexafluorophosphate
  • LiN (SO 2 F) 2 lithium bis (fluorosulfonyl) imide
  • Example 48 Under an inert atmosphere, mixing was performed such that the volume ratio of acetonitrile (AcN), dimethyl carbonate (DMC), ethylene carbonate (EC), and vinylene carbonate (VC) was 65: 6: 22: 7.
  • AcN acetonitrile
  • DMC dimethyl carbonate
  • EC ethylene carbonate
  • VC vinylene carbonate
  • lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) and 0.6 mol of lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (LiN (SO 2 CF 3 ) 2 ) were added so as to be 0.6 mol per liter of the mixed liquid, and difluoro 0.005 mass% (50 ppm) of lithium phosphate (LiPO 2 F 2 ) and 0.5 mass% of phthalic anhydride (PAH) were dissolved to obtain an electrolyte solution of Example 48. About the obtained electrolyte solution, it confirmed visually that all the lithium salts were melt
  • Comparative Example 40 In an inert atmosphere, 1 acetonitrile (AcN), dimethyl carbonate (DMC), ethylene carbonate (EC), and vinylene carbonate (VC) were mixed so that the volume ratio was 20: 42: 21: 17. Further, 0.5 mol of lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) and 0.5 mol of lithium bis (fluorosulfonyl) imide (LiN (SO 2 F) 2 ) are added per liter of the mixed solution, and LiPO 2 F 2 is added. The electrolyte solution of Comparative Example 40 was obtained by dissolving 5 ppm. In Comparative Example 40, no cyclic acid anhydride is added.
  • Table 30 below shows the resistance increase rate in the full charge storage test at 60 ° C. in Examples 46 to 48 and Comparative Examples 39 to 42.
  • Table 31 below shows the ion conductivities of Example 46 to Example 48 and Comparative Example 39 to Comparative Example 42.
  • Example 46 to 48 and Comparative Example 41 As shown in Table 30 above, it was found that in Examples 46 to 48 and Comparative Example 41, the resistance increase rate was less than 400%. In Examples 46 to 48 and Comparative Example 41, it was found that the resistance increase rate was less than 300%. Furthermore, in Example 46 to Example 48 and Comparative Example 41, it was found that the resistance increase rate was less than 250%.
  • the ionic conductivity at ⁇ 10 ° C. was 10 mS / cm or more.
  • the ionic conductivity at ⁇ 10 ° C. was found to be 12 mS / cm or more.
  • the ionic conductivity at ⁇ 10 ° C. was found to be 12.5 mS / cm or more.
  • Example 46 to 48 and Comparative Example 40 it was found that the ionic conductivity at ⁇ 30 ° C. was 5 mS / cm or more. In Examples 46 to 48, the ionic conductivity at ⁇ 30 ° C. was found to be 6 mS / cm or more. In Examples 46 and 47, the ionic conductivity at ⁇ 30 ° C. was found to be 6.5 mS / cm or more.
  • Example 48 As a non-aqueous electrolyte solution of Example 48 from Example 46, and acetonitrile, and LiPF 6, and LiPO 2 F 2, it was found a cyclic acid anhydride, and preferably has a imide salt, .
  • the comparative example does not contain any of LiPF 6 , LiPO 2 F 2 , cyclic acid anhydride, and imide salt.
  • LiPO 2 F 2 contributes to a decrease in the rate of increase in resistance during high temperature heating. Therefore, the lower limit of LiPO 2 F 2 was set to 0.001% by mass or more so as not to include Comparative Example 40, and the upper limit was set to 1% by mass or less based on Example 47.
  • the cyclic acid anhydride contributes to a decrease in the rate of increase in resistance during high-temperature heating. Therefore, the lower limit value of the cyclic acid anhydride is set to 0.01% by mass or more so as not to include Comparative Example 39, and the upper limit value is set to 1% by mass or less based on Examples 46 and 48.
  • the percentage of the molar amount of the imide salt relative to the total molar amount of the lithium salt contained in the electrolytic solution was 50% or more. That is, it was found that the main component in the lithium salt of the electrolyte solutions of Examples 46 to 48 was an imide salt.
  • Example 48 from Example 46 were all found to contain an imide salt in a molar concentration which is a LiPF 6 ⁇ imide salt.
  • the content of the imide salt is preferably 0.5 mol or more and 3.0 mol or less with respect to 1 L of the non-aqueous solvent.
  • the mixing molar ratio of PF 6 anion to acetonitrile is preferably 0.01 or more and less than 0.08.
  • LiPO content of 2 F 2 as specified in 1.0 mass% 0.05 mass% or more relative to a non-aqueous electrolyte solution.
  • the content of the cyclic acid anhydride was regulated to 0.1% by mass or more and 0.5% by mass or less with respect to the non-aqueous electrolyte solution.
  • the cyclic acid anhydride component contains at least one of succinic anhydride, maleic anhydride, and phthalic anhydride.
  • LiN (SO 2 F) 2 is lithium bis (fluorosulfonyl) imide
  • LiN (SO 2 CF 3 ) 2 is lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide
  • LiPO 2 F 2 is lithium difluorophosphate
  • SAH succinic anhydride
  • Each component excluding the lithium salt is a non-aqueous solvent, and each non-aqueous solvent was adjusted to 1 L.
  • the lithium salt content is a molar amount relative to 1 L of the non-aqueous solvent.
  • the above-prepared electrolytic solution was placed in a closed cell (cell size: 24 mm ⁇ ⁇ 0.35 mmt) manufactured by Toyo Technica, sealed, and fitted into a holder (SH1-Z) for connection. Furthermore, it put into the thermostat and AC impedance measurement was performed. Gold was used for the electrodes. From the collection of the electrolyte solution to the filling and sealing of the sealed cell was performed in an Ar globe BOX.
  • FRA1255 made by Solartron was used for AC impedance measurement.
  • the measurement was performed with an amplitude voltage of 5 mV and a frequency of 10 kHz to 1 MHz.
  • the temperature of the thermostatic bath was set to 5 points of ⁇ 20 ° C., ⁇ 10 ° C., 0 ° C., 10 ° C., and 20 ° C., and the measurement was started 1 hour 30 minutes after each temperature setting.
  • As the measurement data data at the time when the fluctuation of the data repeatedly measured every 5 minutes became less than 0.1% was adopted.
  • the electrolyte solution was prepared at 25 ° C. with the composition shown in Table 32, the cell was assembled by the above method, and AC impedance measurement was performed. A Nyquist diagram was created from the obtained data, the Z ′ value was read, and the ionic conductivities of Examples 49 to 50 and Comparative Example 43 were calculated from the above formula. Using the calculated ionic conductivity, the slopes of the Arrhenius plot at ⁇ 20 to 0 ° C. and 0 to 20 ° C. were obtained, and the activation energy (Ea) was obtained from the slope of the Arrhenius plot. The results are shown in Table 33 below.
  • the activation energies Ea 1 and Ea 2 at ⁇ 20 to 0 ° C. and 0 to 20 ° C. greatly exceed 15 kJ / mol in the comparative example.
  • the activation energy Ea 1 at ⁇ 20 to 0 ° C. was 15 kJ / mol or less.
  • the activation energy Ea 2 at 0 to 20 ° C. was also found to be 15 kJ / mol or less. Further, in the value of the activation energy Ea 2 at 0 to 20 ° C.
  • the comparative example is much less than 1 compared to the example. It was. That is, in the comparative example, Ea 1 and Ea 2 were greatly different. Thus, it was found that the comparative example was not stable in energy as compared with the example, and a discontinuous change occurred in the ionic conductivity. On the other hand, in the example, it was found that Ea 2 / Ea 1 is close to 1 and stable in terms of energy, and the ionic conductivity is stable even in a low temperature region of 0 ° C. or lower.
  • Example 49 acetonitrile and LiPO 2 F 2 and LiFSI (imide salt) as lithium salts were included in the electrolytic solution.
  • the electrolytic solution contained acetonitrile and LiPO 2 F 2 and LiTFSI (imide salt) as lithium salts.
  • the content of LiPO 2 F 2 in Examples 49 to 50 was 0.01% by mass or more and 1% by mass or less with respect to the electrolytic solution.
  • the percentage of the molar amount of the imide salt with respect to the total molar amount of the lithium salt contained in the electrolytic solution was 50% or more. That is, it was found that the main component in the lithium salt of the electrolyte solutions of Example 49 to Example 50 was an imide salt.
  • Polyvinylidene fluoride (PVdF; density 1.75 g / cm 3 ) as a binder was mixed at a mass ratio of 100: 4.2: 1.8: 4.6 to obtain a positive electrode mixture.
  • N-methyl-2-pyrrolidone as a solvent was added so as to have a solid content of 68% by mass and further mixed to prepare a positive electrode mixture-containing slurry.
  • the positive electrode mixture-containing slurry was applied to one surface of an aluminum foil having a thickness of 20 ⁇ m and a width of 200 mm to be a positive electrode current collector by a doctor blade method while adjusting the basis weight to 12.0 mg / cm 2. Was removed by drying. Then, it rolled by the roll press so that a real electrode density might be 2.80 g / cm ⁇ 3 >, and the positive electrode which consists of a positive electrode active material layer and a positive electrode electrical power collector was obtained.
  • the battery cap was fitted and crimped with a caulking machine.
  • the overflowing electrolyte was wiped clean with a waste cloth.
  • the coin-type non-aqueous secondary battery was obtained by maintaining the temperature at 25 ° C. for 24 hours and allowing the laminated body to be sufficiently familiar with the electrolyte solution.
  • 1C means a current value at which a fully charged battery is discharged at a constant current and is expected to be discharged in 1 hour. It means a current value expected to be discharged from a fully charged state of 4.2 V to 3.0 V at a constant current and finished in 1 hour.
  • Example 100 Under an inert atmosphere, a mixed solvent was obtained by mixing so that the volume ratio of acetonitrile (AcN), diethyl carbonate (DEC), ethylene carbonate (EC), and vinylene carbonate (VC) was 45: 35: 16: 4. Furthermore, succinic anhydride (SAH) was dissolved in this mixed solvent as an electrolytic solution so that the final concentration was 0.15% by mass. Thereafter, 0.3 mol of lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) and 1.3 mol of lithium bis (fluorosulfonyl) imide (LiN (SO 2 F) 2 ) were added per liter of the mixed solvent, and the electrolytic solution of Example 100 was added. Got.
  • AcN acetonitrile
  • DEC diethyl carbonate
  • EC ethylene carbonate
  • VC vinylene carbonate
  • SAH succinic anhydride
  • a battery was fabricated by the method described in (1-3) above, and then an initial charge / discharge treatment was performed.
  • the battery was set to an ambient temperature of 25 ° C., charged with a constant current of 0.3 mA corresponding to 0.1 C and charged to 2.8 V, and then charged with a constant voltage of 2.8 V for 1.5 hours. Thereafter, the ambient temperature was set to 55 ° C. and stored for 6 hours, and then the ambient temperature of the battery was set to 25 ° C. again and left for 3 hours for cooling.
  • the battery was charged with a constant current of 0.3 mA corresponding to 0.1 C to reach 4.2 V, and then charged with a constant voltage of 4.2 V for a total of 1.5 hours. Thereafter, the battery was discharged to 3.0 V with a constant current of 0.9 mA corresponding to 0.3C.
  • the initial efficiency was calculated by dividing the discharge capacity at this time by the charge capacity.
  • the coin-type non-aqueous secondary battery was evaluated according to the procedure described in (2-1) and (2-2) above.
  • Example 101 Under an inert atmosphere, mixing was performed so that the volume ratio of acetonitrile (AcN), ethyl methyl carbonate (EMC), ethylene carbonate (EC), and vinylene carbonate (VC) was 45: 35: 16: 4. Furthermore, succinic anhydride (SAH) was dissolved in this mixed solvent as an electrolytic solution so that the final concentration was 0.3% by mass. Further, 1-methyl-1H-benzotriazole (MBTA) was dissolved in this mixed solvent as an electrolytic solution so that the final concentration was 0.2% by mass. Thereafter, 1.3 mol of lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) was added per liter of the mixed solvent to obtain an electrolytic solution of Example 101.
  • AcN acetonitrile
  • EMC ethyl methyl carbonate
  • EC ethylene carbonate
  • VC vinylene carbonate
  • SAH succinic anhydride
  • MBTA 1-methyl-1H-benzotriazole
  • a battery was fabricated by the method described in (1-3) above, and then an initial charge / discharge treatment was performed.
  • the battery was set to an ambient temperature of 25 ° C., charged with a constant current of 0.3 mA corresponding to 0.1 C and charged to 2.8 V, and then charged with a constant voltage of 2.8 V for 1.5 hours.
  • the ambient temperature of the battery was set again to 25 degreeC, and it left still for 3 hours for cooling.
  • the battery was charged with a constant current of 0.3 mA corresponding to 0.1 C to reach 4.2 V, and then charged with a constant voltage of 4.2 V for a total of 1.5 hours. Thereafter, the battery was discharged to 3.0 V with a constant current of 0.9 mA corresponding to 0.3C.
  • the initial efficiency was calculated by dividing the discharge capacity at this time by the charge capacity.
  • the coin-type non-aqueous secondary battery was evaluated according to the procedure described in (2-1) and (2-2) above.
  • Example 102 Under an inert atmosphere, a mixed solvent was obtained by mixing so that the volume ratio of acetonitrile (AcN), ethyl methyl carbonate (EMC), ethylene carbonate (EC), and vinylene carbonate (VC) was 35: 40: 21: 4. Furthermore, maleic anhydride (MAH) was dissolved in this mixed solvent as an electrolytic solution so that the final concentration was 0.15% by mass. Furthermore, 1-methyl-1H-benzotriazole (MBTA) was dissolved in this mixed solvent as an electrolytic solution so that the final concentration was 0.1% by mass.
  • AcN acetonitrile
  • EMC ethyl methyl carbonate
  • EC ethylene carbonate
  • VC vinylene carbonate
  • MAH maleic anhydride
  • MBTA 1-methyl-1H-benzotriazole
  • Example 102 1.2 mol of lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) was added per 1 L of the mixed solvent to obtain an electrolytic solution of Example 102. About the obtained electrolyte solution, it confirmed visually that all the lithium salts were melt
  • a battery was fabricated by the method described in (1-3) above, and then an initial charge / discharge treatment was performed. The battery was set to an ambient temperature of 25 ° C., charged with a constant current of 0.3 mA corresponding to 0.1 C and charged to 3.0 V, and then charged with a constant voltage of 3.0 V for 1.5 hours. Thereafter, the ambient temperature was set to 55 ° C.
  • the ambient temperature of the battery was set to 25 ° C. again and left for 3 hours for cooling. Thereafter, the battery was charged with a constant current of 0.3 mA corresponding to 0.1 C to reach 4.2 V, and then charged with a constant voltage of 4.2 V for a total of 1.5 hours. Thereafter, the battery was discharged to 3.0 V with a constant current of 0.9 mA corresponding to 0.3C. The initial efficiency was calculated by dividing the discharge capacity at this time by the charge capacity. Thereafter, the coin-type non-aqueous secondary battery was evaluated according to the procedure described in (2-1) and (2-2) above.
  • Example 103 Under an inert atmosphere, a mixed solvent was obtained by mixing so that the volume ratio of acetonitrile (AcN), dimethyl carbonate (DMC), ethylene carbonate (EC), and vinylene carbonate (VC) was 65: 6: 22: 7. Furthermore, succinic anhydride (SAH) was dissolved in this mixed solvent as an electrolytic solution so that the final concentration was 0.2% by mass. Further, methyl succinonitrile was dissolved in this mixed solvent as an electrolytic solution so that the final concentration was 0.2% by mass.
  • AcN acetonitrile
  • DMC dimethyl carbonate
  • EC ethylene carbonate
  • VC vinylene carbonate
  • SAH succinic anhydride
  • methyl succinonitrile was dissolved in this mixed solvent as an electrolytic solution so that the final concentration was 0.2% by mass.
  • LiPF 6 lithium hexafluorophosphate
  • LiN (SO 2 CF 3 ) 2 lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide
  • the battery was set to an ambient temperature of 25 ° C., charged with a constant current of 0.3 mA corresponding to 0.1 C and charged to 3.0 V, and then charged with a constant voltage of 3.0 V for 1.5 hours. Thereafter, the ambient temperature was set to 60 ° C. and stored for 6 hours, and then the ambient temperature of the battery was set to 25 ° C. again and left for 3 hours for cooling. Thereafter, the battery was charged with a constant current of 0.3 mA corresponding to 0.1 C to reach 4.2 V, and then charged with a constant voltage of 4.2 V for a total of 1.5 hours. Thereafter, the battery was discharged to 3.0 V with a constant current of 0.9 mA corresponding to 0.3C. The initial efficiency was calculated by dividing the discharge capacity at this time by the charge capacity. Thereafter, the coin-type non-aqueous secondary battery was evaluated according to the procedure described in (2-1) and (2-2) above.
  • Example 104 Under an inert atmosphere, mixing was performed so that the volume ratio of acetonitrile (AcN), diethyl carbonate (DEC), ethylene carbonate (EC), and vinylene carbonate (VC) was 45: 30: 23: 2. Furthermore, succinic anhydride (SAH) was dissolved in this mixed solvent as an electrolytic solution so that the final concentration was 0.2% by mass. Furthermore, 1-methyl-1H-benzotriazole (MBTA) was dissolved in this mixed solvent as an electrolytic solution so that the final concentration was 0.3% by mass. Thereafter, 1.0 mol of lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) was added per liter of the mixed solvent to obtain an electrolytic solution of Example 104.
  • SAH succinic anhydride
  • MBTA 1-methyl-1H-benzotriazole
  • LiPF 6 lithium hexafluorophosphate
  • a battery was fabricated by the method described in (1-3) above, and then an initial charge / discharge treatment was performed.
  • the battery was set to an ambient temperature of 25 ° C., charged with a constant current of 0.3 mA corresponding to 0.1 C and charged to 3.3 V, and then charged with a constant voltage of 3.3 V for 1.5 hours. Thereafter, the ambient temperature was set to 55 ° C. and stored for 24 hours, and then the ambient temperature of the battery was set to 25 ° C. again and left for 3 hours for cooling.
  • the battery was charged with a constant current of 0.3 mA corresponding to 0.1 C to reach 4.2 V, and then charged with a constant voltage of 4.2 V for a total of 1.5 hours. Thereafter, the battery was discharged to 3.0 V with a constant current of 0.9 mA corresponding to 0.3C.
  • the initial efficiency was calculated by dividing the discharge capacity at this time by the charge capacity.
  • the coin-type non-aqueous secondary battery was evaluated according to the procedure described in (2-1) and (2-2) above.
  • Example 105 Under an inert atmosphere, mixing was performed such that the volume ratio of acetonitrile (AcN), ethyl methyl carbonate (EMC), ethylene carbonate (EC), and vinylene carbonate (VC) was 50: 30: 18: 2. Furthermore, succinic anhydride (SAH) was dissolved in this mixed solvent as an electrolytic solution so that the final concentration was 0.2% by mass. Thereafter, 0.3 mol of lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) and 1.0 mol of lithium bis (fluorosulfonyl) imide (LiN (SO 2 F) 2 ) were added per liter of the mixed solvent, and the electrolytic solution of Example 105 was added. Got.
  • AcN acetonitrile
  • EMC ethyl methyl carbonate
  • EC ethylene carbonate
  • VC vinylene carbonate
  • SAH succinic anhydride
  • a battery was fabricated by the method described in (1-3) above, and then an initial charge / discharge treatment was performed.
  • the battery was set at an ambient temperature of 25 ° C., charged at a constant current of 0.3 mA corresponding to 0.1 C and charged to 3.2 V, and then charged at a constant voltage of 3.2 V for 1.5 hours. Thereafter, the ambient temperature was set to 50 ° C. and stored for 48 hours, and then the ambient temperature of the battery was set to 25 ° C. again and left for 3 hours for cooling.
  • the battery was charged with a constant current of 0.3 mA corresponding to 0.1 C to reach 4.2 V, and then charged with a constant voltage of 4.2 V for a total of 1.5 hours. Thereafter, the battery was discharged to 3.0 V with a constant current of 0.9 mA corresponding to 0.3C.
  • the initial efficiency was calculated by dividing the discharge capacity at this time by the charge capacity.
  • the coin-type non-aqueous secondary battery was evaluated according to the procedure described in (2-1) and (2-2) above.
  • a battery was fabricated by the method described in (1-3) above, and then an initial charge / discharge treatment was performed.
  • the battery was set to an ambient temperature of 25 ° C., charged with a constant current of 0.3 mA corresponding to 0.1 C and charged to 2.8 V, and then charged with a constant voltage of 2.8 V for 1.5 hours. Thereafter, the ambient temperature was kept at 25 ° C. and stored for 72 hours, and then the ambient temperature of the battery was set to 25 ° C. as it was and left for 3 hours. Thereafter, the battery was charged with a constant current of 0.3 mA corresponding to 0.1 C to reach 4.2 V, and then charged with a constant voltage of 4.2 V for a total of 1.5 hours.
  • the battery was discharged to 3.0 V with a constant current of 0.9 mA corresponding to 0.3C.
  • the initial efficiency was calculated by dividing the discharge capacity at this time by the charge capacity.
  • the coin-type non-aqueous secondary battery was evaluated according to the procedure described in (2-1) and (2-2) above.
  • the ambient temperature of the battery was set at 25 ° C, charge at a constant current of 0.3 mA corresponding to 0.1 C and charge to 4.2 V, then charge at a constant voltage of 4.2 V for a total of 1.5 hours It was. Thereafter, the ambient temperature was set at 85 ° C. and stored for 24 hours, and then the ambient temperature of the battery was set as it was at 25 ° C. and left for 3 hours for cooling. Thereafter, the battery was charged with a constant current of 0.3 mA corresponding to 0.1 C to reach 4.2 V, and then charged for one and a half hours with a constant voltage of 4.2 V. Thereafter, the battery was discharged to 3.0 V with a constant current of 0.9 mA corresponding to 0.3C. The initial efficiency was calculated by dividing the discharge capacity at this time by the charge capacity. Thereafter, the coin-type non-aqueous secondary battery was evaluated according to the procedure described in (2-1) and (2-2) above.
  • Table 34 shows the components of each non-aqueous electrolyte solution of Example 100 to Example 105 and Comparative Example 100 to Comparative Example 102.
  • Example 100 to Example 105 and Comparative Example 100 to Comparative Example 102 are shown.
  • XPS analysis of the positive electrode surface portion in the battery was performed.
  • ULVAC-PHI Versa probe II was used as an apparatus for XPS analysis.
  • the excitation source is mono.
  • AlK ⁇ was 15 kV ⁇ 3.3 mA
  • the analysis size was about 200 ⁇ m ⁇
  • the photoelectron extraction angle was 45 ° ⁇ 20 °.
  • the measurement sample disassembled the battery before the test, and the taken-out electrode was immersed in acetonitrile three times to wash the electrolytic solution adhering to the sample. Thereafter, it was air-dried for 12 hours. Each dried sample was cut into 3 mm square pieces and used as XPS analysis samples.
  • peaks observed at 399 eV to 400 eV have —NH 4 , —NH—NH—, (NO 3 ) — bonds, and peaks observed near 402 eV are —N ⁇ O bonds.
  • Have “Atomic%” shown in Table 36 indicates the nitrogen concentration in atomic% when the peak splitting of the photoelectron spectrum is performed.
  • non-aqueous electrolytes of Example 100 to Example 105 they are selected from the group consisting of —N ⁇ , —NH 4 , —N ⁇ O, —NH—NH—, and (NO 3 ) —. It has been found that it is preferable to include a compound having at least one functional group.
  • the non-aqueous secondary battery has an initial characteristic evaluation in which the capacity retention rate calculated by dividing the 5C discharge capacity by the 1C discharge capacity after the storage test at 85 ° C. for 4 hours is 70% or more. be able to.
  • the N-containing compound is contained and aging is performed at 3.5 V or less at the first charge.
  • the transition metal derived from the positive electrode active material it is selected from the group consisting of —N ⁇ , —NH 4 , —N ⁇ O, and —NH—NH—, (NO 3 ) —.
  • a compound having at least one functional group protects the positive electrode surface. Thereby, the increase in internal resistance with time due to the thermal history can be suppressed.
  • the aging temperature is preferably 35 ° C. or more and 60 ° C. or less.
  • the protective coating inactivates the active sites on the positive electrode surface in the initial stage, and can suppress an increase in internal resistance under high temperature conditions.
  • Each component excluding the lithium salt and the additive is a non-aqueous solvent, and each non-aqueous solvent was prepared so as to be 1 L.
  • the lithium salt content is a molar amount relative to 1 L of the non-aqueous solvent.

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Abstract

特に、アセトニトリルを用いて所望の電池性能を向上させることが可能な非水系電解液、非水系二次電池、セルパック、及び、ハイブリッドシステムを提供することを目的とする。本発明の非水系電解液は、アセトニトリルと、リチウム塩と、環状酸無水物と、を含有することを特徴とする。本発明の非水系二次電池は、集電体の片面又は両面に、正極活物質層を有する正極と、集電体の片面又は両面に、負極活物質層を有する負極と、非水系電解液と、を具備する非水系二次電池において、前記非水系電解液には、アセトニトリルと、リチウム塩と、を含有し、前記非水系二次電池は、85℃での4時間保存試験後にて、5C放電容量を1C放電容量で除して算出してなる容量維持率は、70%以上であることを特徴とする。また、前記非水系二次電池は、85℃での4時間保存試験後における、0℃でのイオン伝導度が、10mS/cm以上であることを特徴とする。

Description

非水系電解液、非水系二次電池、セルパック、及び、ハイブリッドシステム
 本発明は、非水系電解液、非水系二次電池、セルパック、及び、ハイブリッドシステムに関する。
 リチウムイオン電池(LIB)をはじめとする非水系二次電池は、軽量、高エネルギー及び長寿命であることが大きな特徴であり、各種携帯用電子機器電源として広範囲に用いられている。近年では、電動工具等のパワーツールに代表される産業用;電気自動車、電動式自転車等における車載用としても広がりを見せている。更には、住宅用蓄電システム等の電力貯蔵分野においても注目されている。
 特許文献1に記載の発明には、リチウムイオン電池等の非水系二次電池に適用される非水系電解質に関する発明が開示されている。特許文献1では、ビスマレイミドとその他の添加剤を加えて調製した非水系電解質について開示されている。
 特許文献2によれば、十分に低いOCV(開回路電圧)を示すことができ且つ優れた寿命特性を示すことができる非水電解質電池を提供することができる、としている。
 特許文献3に記載の発明には、リチウムイオン電池の電解液に関する発明が記載されている。特許文献3では、高温サイクル試験等により、所定サイクル後の容量を測定して耐久性に関する評価を行っている。
 特許文献4によれば、既存のカーボネート系の電解液に比べて高温での保存特性及びスウェリング特性を向上させることができ、この電解液を用いたリチウムイオン電池は、容量、効率、低温、寿命などの特性において従来のものと同等以上の性能を実現することができる、としている。
 特許文献5に記載の発明には、リチウムイオン電池用電解液の溶媒及び添加剤として有用なビニレンカーボネートに関する発明が開示されている。
 特許文献6に記載の発明には、リチウム塩と、非水系溶媒とを含有した電解液を備える非水系二次電池に関する発明が開示されている。
 特許文献7に記載の発明には、非水系電解液中に、フッ酸又は有機酸を添加した非水電解液二次電池に関する発明が開示されている。
 特許文献8によれば、充放電、サイクル特性を向上できる、としている。
 特許文献9に記載の発明には、非水性有機溶媒、リチウム塩、及び、遷移金属とキレートする錯体形成添加剤を含むリチウムイオン電池用電解質に関する発明が開示されている。特許文献9によれば、過充電特性といった電池の安全性に優れたリチウムイオン電池を提供できるとしている。
 特許文献10に記載の発明には、酸化防止剤による高温環境下での電池特性劣化を抑制できる非水電解質に関する発明が開示されている。
 特許文献11に記載の発明には、常温及び低温での初期容量及び出力特性を向上させることができるリチウムイオン電池用の非水電解液に関する発明が開示されている。特許文献11では、非水電解液に、有機溶媒と、リチウム塩と、リン系化合物とを含むことが開示されている。
 特許文献12に記載の発明には、二次電池用正極材料を改良して、長寿命化、及びレート特性等を向上させた電池に関する発明が開示されている。
特開2016-143536号公報 特開2016-35901号公報 特開2014-194930号公報 特開2005-72003号公報 特開2012-25764号公報 国際公開第2013/062056号 特開2000-12079号公報 特開2009-218056号公報 特開2006-245001号公報 特開2011-154987号公報 特表2016-531388号公報 特開平10-208742号公報
 ところで、アセトニトリルをベースとした電解液は、負極表面に還元電解を抑制するための被膜形成が必要であり、従来から用いられている被膜形成剤では不十分であることが分かっている。
 これまでの検討からアセトニトリル電解液に耐えうる被膜が十分に形成されていないと、初期充電時や高温環境下における各試験時に還元分解が進行し、ガス発生または容量低下などを引き起こすことが分かっている。
 その一方で、耐久性の強い被膜を形成してしまうと、負極へのリチウムイオンの挿入、脱離が阻害されてしまうため、アセトニトリルの特徴である高イオン伝導性を発揮することができなくなってしまう。
 そこで本発明は、上記従来の課題を解決するためのものであり、特に、アセトニトリル電解液において、所望の電池性能を向上させることが可能な非水系電解液、非水系二次電池、セルパック、及び、ハイブリッドシステムを提供することを目的とする。
 本発明の非水系電解液は、アセトニトリルと、リチウム塩と、環状酸無水物と、を含有することを特徴とする。
 本発明では、前記非水系電解液が、PFアニオンを含有することが好ましい。
 本発明では、前記PFアニオンは、LiPFが解離したものであることが好ましい。
 本発明では、前記環状酸無水物が、無水コハク酸、無水マレイン酸及び無水フタル酸のうち少なくとも1種を含むことが好ましい。
 本発明では、前記環状酸無水物の含有量が、非水系電解液に対し、0.01質量%以上1質量%以下であることが好ましい。
 本発明では、更に、鎖状カーボネートを含有することが好ましい。
 本発明では、前記鎖状カーボネートが、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート及びジメチルカーボネートからなる群から選択される少なくとも1種であることが好ましい。
 本発明では、前記アセトニトリルに対する前記鎖状カーボネートの混合モル比が、0.15以上2以下であることが好ましい。
 本発明では、前記アセトニトリルに対する前記鎖状カーボネートの混合モル比が、0.25以上2以下であることが好ましい。
 本発明では、前記アセトニトリルに対する前記鎖状カーボネートの混合モル比が、0.4以上2以下であることが好ましい。
 本発明では、前記非水系電解液が、水を含有することが好ましい。
 本発明では、前記水の含有量が、非水系電解液に対し、1ppm以上200ppm以下であることが好ましい。
 本発明では、前記非水系電解液が、イミド塩を含有することが好ましい。
 本発明では、前記イミド塩が、LiN(SOF)及びLiN(SOCFからなる群のうち少なくとも1種であることが好ましい。
 本発明では、更に、飽和第二級炭素を有さない環状カーボネートを含有することが好ましい。
 本発明では、前記飽和第二級炭素を有さない環状カーボネートが、エチレンカーボネート及びビニレンカーボネートからなる群から選択される少なくとも1種であることが好ましい。
 本発明では、前記飽和第二級炭素を有さない環状カーボネートが、ビニレンカーボネートであって、ビニレンカーボネートの量が非水系電解液中、0.5体積%以上4体積%以下であることが好ましい。
 本発明では、更に、前記環状カーボネートの塩素付加体である有機塩素化合物を含有することが好ましい。
 本発明では、前記非水系電解液の-30℃におけるイオン伝導度が、3mS/cm以上であることが好ましい。
 本発明では、前記非水系電解液の-10℃におけるイオン伝導度が、10mS/cm以上であることが好ましい。
 本発明では、前記非水系電解液の20℃におけるイオン伝導度が、15mS/cm以上であることが好ましい。
 本発明では、更に、酢酸を含有することが好ましい。
 本発明では、更に、プロピオニトリルを含有することが好ましい。
 本発明では、更に、アセトアルデヒドを含有することが好ましい。
 本発明では、更に、2,6-ジ-tert-ブチル-p-クレゾールを含有することが好ましい。
 本発明では、更に、以下の式(1)を有する化合物を含有することが好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
 本発明では、前記化合物は、窒素含有環状化合物であることが好ましい。
 本発明では、前記リチウム塩の主成分は、前記イミド塩であり、或いは、前記イミド塩と、前記イミド塩以外の前記リチウム塩とが主成分として同量含まれることが好ましい。
 本発明では、LiPF≦イミド塩となるモル濃度で前記イミド塩を含有することが好ましい。
 本発明では、前記イミド塩の含有量は、非水系溶媒1Lに対して、0.5mol以上3.0mol以下であることが好ましい。
 本発明では、前記アセトニトリルに対するPFアニオンの混合モル比が、0.01以上0.08未満であることが好ましい。
 本発明では、前記リチウム塩が、POアニオンを含有することが好ましい。
 本発明では、前記POアニオンの含有量が、非水系電解液に対し、0.001質量%以上1質量%以下であることが好ましい。
 本発明では、前記非水系電解液のイオン伝導における活性化エネルギーが-20~0℃において15kJ/mol以下であることが好ましい。
 本発明は、集電体の片面又は両面に、正極活物質層を有する正極と、集電体の片面又は両面に、負極活物質層を有する負極と、非水系電解液と、を具備する非水系二次電池において、前記非水系二次電池に、-N=、-NH、-N=O、-NH-NH-、及び(NO)-からなる群から選ばれる少なくとも一種の官能基を有する化合物が含まれ、前記非水系二次電池は、85℃での4時間保存試験後にて、5C放電容量を1C放電容量で除して算出してなる容量維持率は、70%以上であることを特徴とする。
 本発明は、集電体の片面又は両面に、正極活物質層を有する正極と、集電体の片面又は両面に、負極活物質層を有する負極と、非水系電解液と、を具備する非水系二次電池において、前記非水系二次電池に有機酸およびその塩、無水酸、並びにLiOからなる群から選ばれる少なくとも一種の化合物が含まれ、前記有機酸は、酢酸、シュウ酸またはギ酸のうち少なくとも1種を含み、前記非水系二次電池は、85℃での4時間保存試験後にて、5C放電容量を1C放電容量で除して算出してなる容量維持率は、70%以上であることを特徴とする。
 本発明は、集電体の片面又は両面に、正極活物質層を有する正極と、集電体の片面又は両面に、負極活物質層を有する負極と、非水系電解液と、を具備する非水系二次電池において、前記非水系二次電池に、-N=、-NH、-N=O、-NH-NH-、及び(NO)-からなる群から選ばれる少なくとも一種の官能基を有する化合物が含まれ、前記非水系二次電池は、85℃での4時間保存試験後における、0℃でのイオン伝導度が、10mS/cm以上であることを特徴とする。
 本発明は、集電体の片面又は両面に、正極活物質層を有する正極と、集電体の片面又は両面に、負極活物質層を有する負極と、非水系電解液と、を具備する非水系二次電池において、前記非水系二次電池に有機酸およびその塩、無水酸、並びにLiOからなる群から選ばれる少なくとも一種の化合物が含まれ、前記有機酸は、酢酸、シュウ酸またはギ酸のうち少なくとも1種を含み、前記非水系二次電池は、85℃での4時間保存試験後における、0℃でのイオン伝導度が、10mS/cm以上であることを特徴とする。
 本発明では、正極活物質がLizMO(MはNiを含み、且つ、Mn、Co、Al、及びMgからなる群より選ばれる1種以上の金属元素を含み、さらに、Niの元素含有比は50%より多い。また、zは0.9超1.2未満の数を示す。)で表されるリチウム含有複合金属酸化物であることが好ましい。
 本発明では、前記非水系電解液の注液前後における負極電位差が0.3V以上であることが好ましい。
 本発明では、60℃での200時間貯蔵試験におけるガス発生量が1mAhあたり0.008ml以下であることが好ましい。
 本発明では、60℃での720時間満充電保存試験における抵抗増加率が400%以下であることが好ましい。
 本発明は、上記に記載の非水系二次電池を備えたセルパックであって、前記正極活物質層にFeが含まれるリチウム含有化合物を含有し、前記負極活物質層に黒鉛、またはTi、V、Sn、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Zn、Al、Si、及びBからなる群から選択される少なくとも1種以上の元素を含有し、前記非水系電解液には、飽和第二級炭素を有さない環状カーボネートを含有し、前記飽和第二級炭素を有さない環状カーボネートが、エチレンカーボネート及びビニレンカーボネートからなる群から選択される少なくとも1種であり、前記非水系二次電池が4セル直列接続されたモジュールを1モジュール、あるいは2モジュール以上並列接続して構成され、または、前記非水系二次電池が2セル以上並列接続されたモジュールを4モジュール直列接続して構成されており、1セルあたりの作動電圧範囲が1.8V-3.7Vの範囲内であり、且つ平均作動電圧が2.5V-3.5Vであり、前記モジュールにはBMSが搭載されている、ことを特徴とする。
 本発明のハイブリッドシステムは、上記に記載のセルパックと、リチウムイオン電池以外の二次電池から構成されるモジュールまたはセルパックと、を組み合わせてなることを特徴とする。
 本発明は、上記に記載の非水系二次電池を備えたセルパックであって、前記正極活物質層にFeが含まれるリチウム含有化合物を含有し、前記負極活物質層に黒鉛、またはTi、V、Sn、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Zn、Al、Si、及びBからなる群から選択される少なくとも1種以上の元素を含有し、前記非水系電解液には、飽和第二級炭素を有さない環状カーボネートを含有し、前記飽和第二級炭素を有さない環状カーボネートが、エチレンカーボネート及びビニレンカーボネートからなる群から選択される少なくとも1種であり、式(2)に基づいて、前記非水系二次電池のセル数及びモジュール数を規定した前記セルパックを1個、或いは2個以上並列接続して構成され、または、前記非水系二次電池が2セル以上並列接続したモジュールが式(2)及び式(3)に基づいて接続されて前記セルパックを構成しており、1セルあたりの作動電圧範囲が1.8V-3.7Vの範囲内であり、且つ平均作動電圧が2.5V-3.5Vであり、前記モジュールにはBMSが搭載されている、ことを特徴とする。
式(2)
 1モジュールあたりのセル直列接続数X:X=2,4,8、16
式(3)
 セルパックあたりのモジュール直列接続数Y:Y=16/X
 本発明のハイブリッドシステムは、上記に記載のセルパックと、リチウムイオン電池以外の二次電池から構成されるモジュールまたはセルパックと、を組み合わせてなることを特徴とする。
 本発明の非水系電解液によれば、高温作動時及び過充電時のガスの発生を遅延できたり、負極SEIを強化できたり、良好な低温特性や出力特性、更には高温特性を得ることができる。
 以上により、本発明の非水系電解液及び、それを用いた非水系二次電池によれば、アセトニトリル電解液において、所望の電池性能を向上させることができる。
本実施形態の非水系二次電池の一例を概略的に示す平面図である。 図1の非水系二次電池のA-A線断面図である。 第43実施形態のセルパックの概略説明図である。 第44実施形態のハイブリッドシステムの概略説明図である。 第45実施形態のセルパックの概略説明図である。 第46実施形態のハイブリッドシステムの概略説明図である。
 以下、本発明を実施するための形態(以下、単に「本実施形態」という。)について詳細に説明する。
<第1実施形態:非水系電解液>
 第1実施形態の非水系電解液は、アセトニトリルと、リチウム塩と、環状酸無水物と、を含むことを特徴とする。
 第1実施形態では、アセトニトリルに、リチウム塩と環状酸無水物とを含有し、アセトニトリルの還元分解前に、環状酸無水物からなる負極SEI(Solid Electrolyte Interface)を強化して形成することができる。これにより、効果的に、熱履歴による経時的な内部抵抗の増加を抑制することができる。
 第1実施形態における非水系電解液を用いた非水系二次電池は、初回充電により電池として機能し得るが、初回充電の際に電解液の一部が分解することにより安定化する。このとき、環状酸無水物はもともと電解液中での含有量が少ないうえ、負極SEIに取り込まれる等して、初回充電後は、成分検出が困難な場合がある。
 このため、アセトニトリル電解液を用いた非水系二次電池においては、初回充電が施された状態において、下記に記載したような特性を有していれば、本実施形態の非水系電解液の構成成分を有するものと推測することが可能である。
 また、第1実施形態では、上記電解液を、0.4V vs. Li/Liより卑な電位でリチウムイオンを挿入・脱離する負極からなる非水系二次電池に適用することが好ましい。第1実施形態における非水系電解液を用いた非水系二次電池は1.0V~0.4Vで分解する環状酸無水物の反応が促進されるため、還元分解に弱いアセトニトリルを含んでいても負極SEIの強化に有利に作用する。
 このとき、負極は、負極活物質として、リチウムイオンを、0.4V vs.Li/Liよりも卑な電位で吸蔵する材料を含有することが好適である。
 一方、正極及び、セパレータ、及び電池外装については特に限定されるものではない。
 例えば、第1実施形態では、85℃での4時間保存試験後にて、5C放電容量を1C放電容量で除して算出してなる容量維持率により判別することができる。具体的には、容量維持率は、70%以上であることが好ましい。
<第2実施形態:非水系電解液>
 第2実施形態では、第1実施形態の非水系電解液において、PFアニオンを含有することが好ましい。PFアニオンは、リチウム塩のLiPFが電解液中で解離したものであってもよい。
 このように、PFアニオンを含有することで、アセトニトリルのα位置から水素が抜けてHFの発生を促進し負極SEIの構成要素であるLiFが効果的に形成される。また、適量の水分が環状酸無水物の負極SEIの形成反応をより効果的に促進する。したがって、PFアニオンを含むことで、負極SEIの有機/無機複合化が効率良く進行する。第2実施形態の具体的組成及び用途は、例えば、第1実施形態と同じである。
<第3実施形態:非水系電解液>
 第3実施形態では、第2実施形態の非水系電解液において、非水系電解液が、PFアニオンを含有し、PFアニオンは、リチウム塩のLiPFが電解液中で解離したものであることが好ましい。
 このように、PFアニオンを含有することで、アセトニトリルのα位置から水素が抜けてHFの発生を促進し負極SEIの構成要素であるLiFが効果的に形成される。したがって、PFアニオンを含むことで、負極SEIの有機/無機複合化が効率良く進行する。第3実施形態の具体的組成及び用途は、例えば、第1実施形態と同じである。
<第4実施形態:非水系電解液>
 第4実施形態では、第1実施形態から第3実施形態のいずれかの非水系電解液において、環状酸無水物は、無水コハク酸、無水マレイン酸、及び無水フタル酸のうち少なくとも1種を含むことが好ましい。
 これら環状酸無水物の一種のみ含んでも複数種含んでもよい。或いは、これらの環状酸無水物以外の環状酸無水物を含んでいてもよい。
 また、環状酸無水物の含有量は、非水系電解液に対し、0.01質量%以上1質量%以下の範囲であることが好ましい。また、環状酸無水物の含有量は、非水系電解液に対し、0.1質量%以上0.5質量%以下であることがより好ましい。
 無水コハク酸、無水マレイン酸、及び無水フタル酸のうち少なくとも1種を含む非水系電解液によれば、負極に強固なSEIを形成でき、より効果的に、高温加熱時の抵抗増加を抑制する。特に少なくとも、無水コハク酸を含むことが好ましい。これにより、より効果的に、負極に強固なSEIを形成できる。
<第5実施形態:非水系電解液>
 第5実施形態では、第1実施形態から第4実施形態のいずれかの非水系電解液において、環状酸無水物の含有量が、非水系電解液に対し、0.01質量%以上1質量%以下であることが好ましい。
 環状酸無水物の含有量は、非水系電解液を構成する全ての成分の合計質量に対する質量百分率にて算出される。環状酸無水物の含有量が、非水系電解液に対し0.1質量%以上0.7質量%以下であることがより好ましい。
 これにより、より効果的に、負極SEIの強化を促進できる。
 第5実施形態の具体的組成及び用途は、例えば、第1実施形態と同様である。
<非水系溶媒>
 ここで、非水系溶媒について説明する。本実施形態でいう「非水系溶媒」とは、電解液中からリチウム塩及び添加剤を除いた要素をいう。
 本実施形態では、アセトニトリルを必須成分として含むが、アセトニトリル以外に別の非水系溶媒を含んでいてもよい。アセトニトリル以外の非水系溶媒としては、例えば、メタノール、エタノール等のアルコール類;非プロトン性溶媒等が挙げられる。中でも、非プロトン性極性溶媒が好ましい。
 上記非水系溶媒のうち、非プロトン性溶媒の具体例としては、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、1,2-ブチレンカーボネート、トランス-2,3-ブチレンカーボネート、シス-2,3-ブチレンカーボネート、1,2-ペンチレンカーボネート、トランス-2,3-ペンチレンカーボネート、シス-2,3-ペンチレンカーボネート、及びビニレンカーボネート、4,5-ジメチルビニレンカーボネート、及びビニルエチレンカーボネートに代表される環状カーボネート;4-フルオロ-1,3-ジオキソラン-2-オン、4,4-ジフルオロ-1,3-ジオキソラン-2-オン、シス-4,5-ジフルオロ-1,3-ジオキソラン-2-オン、トランス-4,5-ジフルオロ-1,3-ジオキソラン-2-オン、4,4,5-トリフルオロ-1,3-ジオキソラン-2-オン、4,4,5,5-テトラフルオロ-1,3-ジオキソラン-2-オン、及び4,4,5-トリフルオロ-5-メチル-1,3-ジオキソラン-2-オンに代表されるフルオロエチレンカーボネート;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-バレロラクトン、δ-カプロラクトン、及びε-カプロラクトンに代表されるラクトン;エチレンサルファイト、プロピレンサルファイト、ブチレンサルファイト、ペンテンサルファイト、スルホラン、3-スルホレン、3-メチルスルホラン、1,3-プロパンスルトン、1,4-ブタンスルトン、1-プロペン1,3-スルトン、ジメチルスルホキシド、テトラメチレンスルホキシド、及びエチレングリコールサルファイトに代表される硫黄化合物;テトラヒドロフラン、2-メチルテトラヒドロフラン、1,4-ジオキサン、及び1,3-ジオキサンに代表される環状エーテル;エチルメチルカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルプロピルカーボネート、メチルイソプロピルカーボネート、ジプロピルカーボネート、メチルブチルカーボネート、ジブチルカーボネート、エチルプロピルカーボネート、及びメチルトリフルオロエチルカーボネートに代表される鎖状カーボネート;トリフルオロジメチルカーボネート、トリフルオロジエチルカーボネート、及びトリフルオロエチルメチルカーボネートに代表される鎖状フッ素化カーボネート;プロピオニトリル、ブチロニトリル、バレロニトリル、ベンゾニトリル、及びアクリロニトリルに代表されるモノニトリル;メトキシアセトニトリル及び3-メトキシプロピオニトリルに代表されるアルコキシ基置換ニトリル;マロノニトリル、スクシノニトリル、グルタロニトリル、アジポニトリル、1,4-ジシアノヘプタン、1,5-ジシアノペンタン、1,6-ジシアノヘキサン、1,7-ジシアノヘプタン、2,6-ジシアノヘプタン、1,8-ジシアノオクタン、2,7-ジシアノオクタン、1,9-ジシアノノナン、2,8-ジシアノノナン、1,10-ジシアノデカン、1,6-ジシアノデカン、及び2,4-ジメチルグルタロニトリルに代表されるジニトリル;ベンゾニトリルに代表される環状ニトリル;プロピオン酸メチルに代表される鎖状エステル;ジメトキシエタン、ジエチルエーテル、1,3-ジオキソラン、ジグライム、トリグライム、及びテトラグライムに代表される鎖状エーテル;Rf-OR(Rfはフッ素原子を含有するアルキル基、Rはフッ素原子を含有してもよい有機基)に代表されるフッ素化エーテル;アセトン、メチルエチルケトン、及びメチルイソブチルケトンに代表されるケトン類等の他、これらのフッ素化物に代表されるハロゲン化物が挙げられる。これらは1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いられる。
 また、これらその他の非水系溶媒の中でも、環状カーボネート及び鎖状カーボネートのうちの1種以上を使用することがより好ましい。ここで、環状カーボネート及び鎖状カーボネートとして前記に例示したもののうちの1種のみを選択して使用してもよく、2種以上(例えば、前記例示の環状カーボネートのうちの2種以上、前記例示の鎖状カーボネートのうちの2種以上、又は前記例示の環状カーボネートのうちの1種以上及び前記例示の鎖状カーボネートのうちの1種以上からなる2種以上)を使用してもよい。これらの中でも、環状カーボネートとしてはエチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ビニレンカーボネート、又はフルオロエチレンカーボネートがより好ましく、鎖状カーボネートとしてはエチルメチルカーボネート、ジメチルカーボネート、又はジエチルカーボネートがより好ましい。
 アセトニトリルは、電気化学的に還元分解され易い。そのため、これを、別の溶媒と混合すること、及び、電極への保護被膜形成のための電極保護用添加剤を添加すること、のうちの少なくとも1つを行うことが好ましい。
 非水系二次電池の充放電に寄与するリチウム塩の電離度を高めるために、非水系溶媒は、環状の非プロトン性極性溶媒を1種以上含むことが好ましく、環状カーボネートを1種以上含むことがより好ましい。
 以下、非水系溶媒についての好ましい形態について具体的に説明する。
<第6実施形態:非水系電解液>
 第6実施形態では、第1実施形態から第5実施形態のいずれかの非水系電解液において、更に、上記に記載の鎖状カーボネートを含有することが好ましい。
 アセトニトリルと鎖状カーボネートとを併用することで、アセトニトリルとLiPFとの会合抑制に有利に作用する。
 第6実施形態では、例えば、アセトニトリル(AcN)と、ジエチルカーボネート(DEC)と、リチウム塩と、無水コハク酸(SAH)と、を含む構成とすることができる。
 このとき、負極は、負極活物質として、リチウムイオンを、0.4V vs.Li/Liよりも卑な電位で吸蔵する材料を含有することが好適である。
 一方、正極、セパレータ及び電池外装は、特に限定されるものではない。
 以上の構成により、非水系二次電池の高温耐久性に顕著な効果が現れ、高温環境下でも長寿命を得ることが可能である。
<第7実施形態:非水系電解液>
 第7実施形態では、第6実施形態の非水系電解液において、例えば、鎖状カーボネートとしては、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、及びジメチルカーボネートからなる群から選択される少なくとも1種であることが好ましい。
 第7実施形態の具体的な組成としては、LiPF、アセトニトリル(AcN)、及び、ジエチルカーボネート(DEC)を含む非水系電解液である。更に、リチウム塩として、LiPF、LiN(SOF)(LiFSI)、LiN(SOCF(LiTFSI)及び、LiB(C(LiBOB)を含んでいてもよい。更に、環状酸無水物として、無水コハク酸(SAH)、無水マレイン酸(MAH)、及び無水フタル酸(PAH)を含むことが好ましい。
 第7実施形態の非水系電解液を用いた非水系二次電池は、寒冷地用に用いることができる。
<第8実施形態:非水系電解液>
 第8実施形態では、第6実施形態又は第7実施形態の非水系電解液において、アセトニトリルに対する鎖状カーボネートの混合モル比が、0.15以上2以下であることが好ましい。
 アセトニトリルと鎖状カーボネートとを併用することで、アセトニトリルとLiPFとの会合抑制に有利に作用する。ただし、鎖状カーボネートは極性が低い。そこで、鎖状カーボネートを含有しても、低温域でのイオン伝導度の低下を適切に抑制するために、アセトニトリルに対する鎖状カーボネートの混合モル比率を調節することとした。
 すなわち、第8実施形態では、主に、溶解性に影響を与えるアセトニトリルに対する鎖状カーボネートの混合モル比率を特定範囲に調節する。アセトニトリルに対する鎖状カーボネートの混合モル比率は、アセトニトリルのモル数Aと鎖状カーボネートのモル数Cとすると、C/Aで示される。
 すなわち、第8実施形態では、アセトニトリルに対する鎖状カーボネートの混合モル比率(C/A)を、0.15以上2以下に調整した。
 本実施形態では、(1)LiPFと非水系溶媒を含有し、非水系溶媒としてアセトニトリルと鎖状カーボネートを含むこと、(2)LiPF含有量が非水系溶媒1Lに対して1.5mol以下であること、(3)アセトニトリルに対するLiPFの混合モル比が0.08以上0.16以下であること、(4)アセトニトリルに対する鎖状カーボネートの混合モル比が0.15以上2以下であること、の全てを満たすことがより好ましい。
 これにより、より効果的に、LiPFの会合防止と、イオン伝導度の低下抑制とのトレードオフ問題を解消できる。
 第8実施形態の具体的組成及び用途は、例えば、第7実施形態と同じである。
<第9実施形態:非水系電解液>
 第9実施形態では、第6実施形態又は第7実施形態の非水系電解液において、アセトニトリルに対する鎖状カーボネートの混合モル比が、0.25以上2以下であることが好ましい。
 第9実施形態は、第8実施形態をより限定したものである。これにより、鎖状カーボネートを含有しても、より効果的に、低温域でのイオン伝導度の低下を適切に抑制することができる。
<第10実施形態:非水系電解液>
 第10実施形態では、第6実施形態又は第7実施形態の非水系電解液において、アセトニトリルに対する鎖状カーボネートの混合モル比が、0.4以上2以下であることが好ましい。
 第10実施形態は、第9実施形態をより限定したものである。これにより、鎖状カーボネートを含有しても、更により効果的に、低温域でのイオン伝導度の低下を適切に抑制することができる。具体的には、会合体としての白色沈殿の析出が見られず、且つ、-30℃で3mS/cm以上のイオン伝導度を得ることができる。本実施形態によれば、好ましくは、会合体によるイオン伝導阻害がなく、且つ-30℃で3.5mS/cm以上のイオン伝導度を得ることができ、より好ましくは、会合体によるイオン伝導阻害がなく、且つ4mS/cm以上のイオン伝導度を得ることができ、更に好ましくは、会合体の形成がなく、且つ4.5mS/cm以上のイオン伝導度を得ることができる。
<第11実施形態:非水系電解液>
 第11実施形態では、第1実施形態から第10実施形態のいずれかの非水系電解液において、水を含有することが好ましい。微量の水を添加することで、環状酸無水物の負極SEIの形成反応を促進でき、過充電時のガスの発生を従来に比べて遅延させることが可能である。
 上記したように、環状酸無水物は、負極SEI(Solid Electrolyte Interface)の形成に寄与する。また、水により環状酸無水物の負極SEI形成反応が促進され、過充電時の膨れガスの発生を遅延させることができる。
 第11実施形態の非水系電解液を用いた非水系二次電池は、集電体の片面または両面に正極活物質層を有する正極と、集電体の片面または両面に負極活物質層を有する負極と、非水系電解液と、を有し、2C過充電試験による60℃への到達時間が、20分以上である構成とすることができる。
 また、第11実施形態の非水系電解液を用いた非水系二次電池は、特に限定されるものではないが、パウチ型セルに好ましく適用できる。なお、ラミネート型とも呼ばれる。すなわち、本実施形態の非水系二次電池は、パウチ型セルにおいて、過充電時の膨れを抑制でき、従来に比べて安全性を向上させることが可能である。
 第11実施形態の非水系電解液を用いた非水系二次電池は、特に限定されるものでないが、満充電が行われる、スマートフォンやモバイルIT機器用のパウチ型セル電池に好ましく適用できる。
 以上の構成により、非水系二次電池の過充電時における膨れを抑制でき、優れた安全性を得ることが可能である。
<第12実施形態:非水系電解液>
 第12実施形態では、第11実施形態の非水系電解液において、水の含有量が、非水系電解液に対し、1ppm以上200ppm以下であることが好ましい。
 第11実施形態及び第12実施形態を開発するに至った技術の推移について説明する。アセトニトリルをベースとした電解液では、既存のカーボネート電解液に比べて、過充電時に早く膨れてしまう。これは、アセトニトリル電解液では、過充電時にガスが発生しやすいことに起因する。そこで、本発明者らは、アセトニトリル電解液への添加剤を適宜選択し、更には、添加剤の含有量を適宜調節して、従来に比べて、過充電時のガスの発生を遅延させることが可能な非水系電解液及びそれを用いた非水系二次電池を開発するに至った。
 すなわち、本実施形態の非水系電解液は、アセトニトリルと、リチウム塩と、を含有し、更に、1ppm以上200ppm以下の水と、環状酸無水物と、を含むことが好ましい。
 このように、本実施形態では、アセトニトリルと、リチウム塩の他に、1ppm以上200ppm以下の水と、環状酸無水物とを、含む。水は、1ppm以上150ppm以下であることが好ましく、10ppm以上100ppm以下であることがより好ましい。
 環状酸無水物は、負極SEIの形成に寄与する。本実施形態では、微量の水を添加することで、環状酸無水物の負極SEIの形成反応を促進でき、過充電時のガスの発生を従来に比べて遅延させることが可能である。なお、水は、SEI形成反応で消費されることが好ましい。水の添加量が多すぎる場合、SEI形成反応以降も電解液中に水が残留することになり、過充電でない通常使用時の段階で電気分解する恐れがある。
 本実施形態では、2C過充電試験による60℃への到達時間により評価した。本実施形態のように、1ppm以上200ppm以下の水と、環状酸無水物と、を含むことで、水及び環状酸無水物の少なくとも一方を含まない非水系電解液に比べて、60℃への到達時間を遅らせることができ、ガスの発生が比較例に比べて抑制されていることを理解できた。
 また、本実施形態では、特に限定するものではないが、2C過充電試験による60℃への到達時間を、20分以上にでき、好ましくは22分以上にできる。
 第12実施形態の非水系電解液の具体的組成は、例えば、アセトニトリル(AcN)と、リチウム塩と、1ppm~200ppmの水と、環状酸無水物としての無水コハク酸(SAH)と、を含む構成とすることができる。
<第13実施形態:非水系電解液>
 第13実施形態では、第1実施形態から第12実施形態のいずれかの非水家電解液において、イミド塩を含有することが好ましい。
 第13実施形態を開発するに至った技術の推移について説明する。既知電解液では、イオン伝導度及び電池のサイクル特性を高めることなどを目的として、リチウム ビス(フルオロスルホニル)イミド(LiFSI)等のイミド塩が用いられている。ここで、イミド塩とは、LiN(SO2m+1〔mは0~8の整数〕で表されるリチウム塩である。しかしながら、イミド塩を含む非水電解液では、充放電により、リチウムイオン電池の正極集電体として用いられるアルミニウムと可溶性錯体を形成するため腐食が進行し、電解液中に溶出させてしまうという問題がある。そこで、本発明者らは、イミド塩を含んでいても、充放電によりアルミニウムが溶出しにくい電解液を提供することを目指して本発明を開発するに至った。
 第13実施形態では、アセトニトリルと、リチウム塩と、環状酸無水物と、を含有し、リチウム塩がイミド塩を含有することを特徴とする。
 ここで、第13実施形態では、第2実施形態のPFアニオンを含むことが好適である。PFアニオンは、水と反応してフッ化水素(以下、HFと記載する)とPFを発生させる。HF由来の遊離のフッ素イオンは、正極集電体であるアルミニウムと反応し、表面に不働態被膜を作る。これにより、アルミニウムを含む正極の腐食が抑えられ、電解液中へのアルミニウムが溶出するのが抑制される。
 また、アセトニトリルはPFの存在下で熱せられると、α位から水素が抜け、PFアニオンからのHF発生を促進する。これにより、アルミニウムの腐食が進行する高温環境下であっても不働態被膜の修復が促進され、アルミニウムの溶出がいっそう抑制される。すなわち、充放電してもアルミニウムの溶出を抑制することができる。
 また、第13実施形態では、非水系電解液は、水を1ppm以上200ppm以下含有することが好ましく、1ppm以上30ppm以下が特に好ましい。非水系電解液において、適量の水がアルミニウムの不働態化に寄与するからである。
 第13実施形態の具体的な組成としては、非水系溶媒としてアセトニトリル(AcN)、リチウム塩としてLiPF及びLiN(SOF)(LiFSI)やLiN(SOCF(LiTFSI)などのイミド塩、並びに、水を含む非水系電解液である。さらに、環状酸無水物として、無水マレイン酸、無水コハク酸又は無水フタル酸を含んでいてもよい。
 このとき、負極は、特に限定されない。一方、正極も限定されるものではないが、正極活物質としては、層状岩塩型の結晶を有するリチウム含有化合物であることが好適である。また、セパレータ及び電池外装は、特に限定されるものではない。
<第14実施形態:非水系電解液>
 第14実施形態では、第13実施形態の非水系電解液において、イミド塩が、LiN(SOF)、及びLiN(SOCFのうち少なくとも1種を含むことが好適である。これらイミド塩の一方のみ含んでも両方含んでもよい。或いは、これらのイミド塩以外のイミド塩を含んでいてもよい。
 第14実施形態においても、第13実施形態と同様に、アセトニトリルのα位置から水素が抜けることでPFアニオンからのHF発生を促進し、イミド塩を用いた場合でも、アルミニウム不働態の形成を促進することができる。
 なお、第14実施形態では、LiPF系アセトニトリル電解液に、LiPOと、環状酸無水物と、イミド塩とを添加することが好ましい。これにより、高温加熱時の抵抗増加抑制と低温特性を両立することができる。
 また、第14実施形態では、LiPF系アセトニトリル電解液に対し、0.01~1質量%のLiPOと、0.01~1質量%の環状酸無水物と、LiPF≦イミド塩となるモル濃度でイミド塩を添加することが好ましい。これにより、LiPOと環状酸無水物が、負極SEIを強化し、高温加熱時の抵抗増加を抑制する。また、イミド塩により優れた低温特性を発揮する。
 また、第14実施形態では、アセトニトリル電解液に対し0.1~0.5質量%のLiPOと、電解液に対し0.01~0.5質量%の環状酸無水物を添加することが好ましい。また、イミド塩(特にLiFSI)の含有量は、非水系溶媒1Lに対して、0.5~3molであることが好ましい。これにより、LIPOと環状酸無水物が負極SEIを強化し、高温加熱時の抵抗増加を抑制する。
<第15実施形態:非水系電解液>
 第15実施形態では、第1実施形態から第14実施形態のいずれかの非水系電解液において、更に、飽和第二級炭素を有さない環状カーボネートを含有することが好ましい。
 第15実施形態を開発するに至った技術の推移について説明する。例えば、既存のアセトニトリル電解液を用いた電池では、50℃~60℃(50℃以上60℃以下を意味する)で使用又は放置すると、電池性能が著しく低下し、動作限界を迎える場合がある。これは、アセトニトリルがPFの存在下で熱せられると、α位から水素が抜け、HFの発生を促進させ、電池性能を急激に低下させるからである。そこで、本発明者らは、50℃~60℃でのHFの発生量を低減することを目指して本発明を開発するに至った。すなわち、第15実施形態では、飽和第二級炭素を有する非水系溶媒を含有しないことした。
 本発明者らは、非水系溶媒に飽和第二級炭素が含まれていると、プロトンが抜けやすいため、50℃~60℃でのHFの発生を促進する傾向にあることを見出した。すなわち、本実施形態に係る非水系電解液において、飽和第二級炭素を有する非水系溶媒を含有しないことにより、50℃~60℃でのHFの発生量を低減できることが見いだされた。
 ここで、「飽和第二級炭素」とは、炭素原子に結合する隣の炭素原子の数が2つのものをいう。また、飽和とは、二重結合、三重結合を持たないことを意味する。
 飽和第二級炭素を有する非水系溶媒の具体例は、例えば、プロピレンカーボネート、1,2-ブチレンカーボネート、トランス-2,3-ブチレンカーボネート、シス-2,3-ブチレンカーボネート、1,2-ペンチレンカーボネート、トランス-2,3-ペンチレンカーボネート、シス-2,3-ペンチレンカーボネート、γ-バレロラクトン、γ-カプロラクトン、δ-カプロラクトン、2-メチルテトラヒドロフラン、メチルイソプロピルカーボネートであるが、特に限定されない。
 また、非水系溶媒として、飽和第二級炭素を有さないカーボネート溶媒を用いることにより、50℃~60℃でのHFの発生を抑制できることが見出された。
 また、飽和第二級炭素を有さない環状カーボネートが、アセトニトリル以上の体積比率で含有されていることにより、アセトニトリルによる、50℃~60℃でのHFの発生促進をいっそう抑えられることが見出された。
 第15実施の形態の非水系電解液の他の態様は、アセトニトリルを含有する非水系溶媒と、LiPFとを含有する非水系電解液であって、60℃でのフッ化水素の発生量の、25℃でのフッ化水素の発生量に対する増加率が、165%以下であることを特徴とする。このように、60℃でのフッ化水素の発生量を、25℃でのフッ化水素の発生量に対して増加する比率を低減できることにより、夏季の屋外及び熱帯地(後述)において使用又は放置しても電池性能が著しく低下することなく、夏季の屋外用、熱帯地用に適した非水系二次電池を得ることができる。
 第15実施形態では、LiPF系アセトニトリル電解液が、飽和第三級炭素を持たない非水系溶媒で希釈されていることが好ましい。飽和第二級炭素を持つカーボネート(例えば、プロピレンカーボネート)はプロトンが抜けやすいため、50~60℃でのHF発生を促進する傾向にあるが、飽和第三級炭素を持たない非水系溶媒で希釈するとHF発生を効果的に抑制することができる。
 第15実施形態のより具体的な組成としては、ヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF)、アセトニトリル(AcN)、エチレンカーボネート(EC)及び/又はビニレンカーボネート(VC)、並びに、ジエチルカーボネート(DEC)を含む非水系電解液である。更に、リチウム塩として、LiN(SOF)(LiFSI)、LiN(SOCF(LiTFSI)、及び、LiB(C(LiBOB)を含んでいてもよい。
 このとき、負極は、特に限定されない。一方、正極も限定されるものではないが、正極活物質としては、層状岩塩型の結晶を有するリチウム含有化合物であることが好適である。
 また、セパレータ及び電池外装は、特に限定されるものではない。
 以上のように、第15実施形態の非水系電解液によれば、50℃~60℃でのHFの発生を抑制することができる。
 第15実施形態の非水系電解液を用いた非水系二次電池は、汎用品や自動車等に適用可能であるが、いずれも夏季の屋外用、熱帯、乾燥帯等で用いる、いわゆる熱帯地用として適している。例えば、本実施形態では、電池外装に従来と同様の構成を適用できる。すなわち、電池外装を従来と同様の構成としても、夏季の屋外用、熱帯地用に適した非水系二次電池を得ることができる。よって、製造プロセスが煩雑化せず、製造費の上昇を適切に抑制することができる。
<第16実施形態:非水系電解液>
 第16実施形態では、第15実施形態の非水系電解液において、飽和第二級炭素を有さない環状カーボネートとしては、例えば、エチレンカーボネート、ビニレンカーボネート、4,5-ジメチルビニレンカーボネート、及びフルオロエチレンカーボネートが挙げられる。
 これらのうち、エチレンカーボネート、ビニレンカーボネートからなる群から選択される少なくとも1種が好ましい。
 第16実施形態の具体的組成及び用途は、第15実施形態と同じである。
<第17実施形態:非水系電解液>
 第17実施形態では、第16実施形態の非水系電解液において、飽和第二級炭素を有さない環状カーボネートが、ビニレンカーボネートであって、ビニレンカーボネートの量が非水系電解液中、0.5体積%以上4体積%以下であることが好ましい。
 添加剤は負極表面でのアセトニトリルの還元分解反応を抑制するため、必須であり、不足すると電池性能が急激に低下する。一方で、過剰な被膜形成は低温性能の低下を招く。
 そこで、第17実施形態では、添加剤としてのビニレンカーボネートの添加量を上記の範囲内に調整することで、界面(被膜)抵抗を低く抑えることができ、低温時のサイクル劣化を抑制することができる。
 また、第17実施形態では、ビニレンカーボネートの量が3体積%未満であることが好ましい。これにより、低温耐久性をより効果的に向上させることができ、低温性能に優れた二次電池を提供することが可能になる。
 第17実施形態のより具体的な組成としては、アセトニトリル、LiPF、LiN(SOF)(LiFSI)やLiN(SOCF(LiTFSI)などのイミド塩、ビニレンカーボネート及び無水コハク酸(SAH)を含み、ビニレンカーボネートは、非水系電解液中、0.1体積%以上4体積%以下、好ましくは、0.2体積%以上3体積%未満、更に好ましくは、0.5体積%以上2.5体積%未満含み、無水コハク酸は、非水系電解液中、1質量%未満含む非水系電解液である。
<第18実施形態:非水系電解液>
 第18実施形態では、第15実施形態から第17実施形態のいずれかの非水系電解液において、更に、環状カーボネートの塩素付加体である有機塩素化合物を含有することが好ましい。
 ここで、環状カーボネートは、限定されるものではないが、本実施形態では、ビニレンカーボネート(VC)を用いることが好ましい。以下の実施形態では、ビニレンカーボネートの塩素付加体を具体的に示した。
 第18実施形態では、アセトニトリル電解液に、有機塩素化合物(VC原料由来の塩化物)と環状酸無水物を添加することが好ましい。これにより、負極SEIを強化することができる。
 また、第18実施形態では、アセトニトリル電解液に対し0.1~500ppmの有機塩素化合物と、電解液に対し0.01~1質量%の環状酸無水物を添加することが好ましい。負極SEIを強化することによって、アセトニトリル電解液を用いた電池の高温耐久性能を向上させることができる。
 また、第18実施形態では、アセトニトリル電解液に対し、0.5~10ppmの有機塩素化合物と、電解液に対し0.01~0.5質量%の環状酸無水物を添加することが好ましい。低電位で分解する有機塩素化合物が、環状酸無水物の負極SEI形成反応を促進し、SEIを強化することができる。これにより、アセトニトリル電解液を用いた電池の高温耐久性能を向上させることができる。
 本実施形態では、有機塩素化合物が、下記式(4)~(7)で表される化合物からなる群より選ばれる1種以上の化合物であることが好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000004
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000005
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000006
 式(4)から式(7)に示す有機塩素化合物を、単独で用いても、種類の異なる2以上の有機塩素化合物を複合して用いてもよい。
 非水系溶媒の中でも還元されやすい部類に属するビニレンカーボネート由来の塩素付加体を用いることで、確実にアセトニトリルの還元分解前にSEIの形成反応が進行するため、負極SEIの更なる強化を図ることができ、非水系二次電池の高温耐久性をより効果的に向上させることができる。
 また、これらその他の非水系溶媒の中でも、環状カーボネート及び鎖状カーボネートのうちの1種以上を使用することがより好ましい。ここで、環状カーボネート及び鎖状カーボネートとして前記に例示したもののうちの1種のみを選択して使用してもよく、2種以上(例えば、前記例示の環状カーボネートのうちの2種以上、前記例示の鎖状カーボネートのうちの2種以上、又は前記例示の環状カーボネートのうちの1種以上及び前記例示の鎖状カーボネートのうちの1種以上からなる2種以上)を使用してもよい。これらの中でも、環状カーボネートとしてはエチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ビニレンカーボネート、又はフルオロエチレンカーボネートがより好ましく、鎖状カーボネートとしてはエチルメチルカーボネート、ジメチルカーボネート、又はジエチルカーボネートがより好ましい。
 第18実施形態は、その前提として、アセトニトリルと、リチウム塩と、含有し、更に、有機塩素化合物と、環状酸無水物を含む非水系電解液に適用される。
 このように、第18実施形態では、アセトニトリルと、リチウム塩の他に、有機塩素化合物と、環状酸無水物を含むことが好ましい。有機塩素化合物は、例えば、ビニレンカーボネート(VC)原料由来の塩化物である。有機塩素化合物と、環状酸無水物を含有することで、負極SEIを強化できる。有機塩素化合物は、塩素の電子吸引性効果に起因してLUMO(最低空軌道)エネルギーが低い。LUMOに電子が入る反応が還元反応であることから、LUMOエネルギーは添加剤の還元性と相関関係があり、LUMOエネルギーが低いほど還元電位が高く、すなわち還元されやすいことを意味する。本実施形態における有機塩素化合物は、アセトニトリルよりも十分に還元されやすい化合物であり、アセトニトリルの還元分解よりも先に電気化学的反応が進行することを示唆している。しかしながら、有機塩素化合物を単独で用いた場合には有効なSEIとして寄与するものではない。これに対し、有機塩素化合物と環状酸無水物を同時に用いると、負極SEIの形成に有効であるばかりでなく、還元性が高すぎることによる非電気化学的な副反応が相乗効果によって抑制され、充放電サイクルを繰り返した際の内部抵抗増加を抑制することができる。このように、負極SEIを強化できるので、本実施形態の非水系電解液を用いた非水系二次電池によれば、高温耐久性を向上させることができる。
 本実施形態では、高温耐久性を50℃でのサイクル試験(100サイクル)の容量維持率で評価した。このとき、容量維持率が高いほど充放電サイクルを繰り返した際の内部抵抗増加が抑制されているため、負極SEIが強化されて高温耐久性が向上していると結論付けることができる。
 そして、第18実施形態では、上記に記載した有機塩素化合物が、環状カーボネートの塩素付加体であることが好ましい。
 有機塩素化合物の含有量は、非水系電解液に対し0.1ppm以上500ppm以下であることが好ましい。有機塩素化合物の含有量は、非水系電解液を構成する全ての成分の合計重量に対する質量ppmにて算出される。有機塩素化合物の含有量は、非水系電解液に対し0.1ppm以上300ppm以下であることがより好ましい。
 また、第18実施形態では、環状酸無水物の含有量が、非水系電解液に対し0.01質量%以上1質量%以下であることが好ましい。環状酸無水物の含有量は、非水系電解液を構成する全ての成分の合計質量に対する質量百分率にて算出される。環状酸無水物の含有量が、非水系電解液に対し0.05質量%以上1質量%以下であることがより好ましい。
 これにより、より負極SEIの強化を図ることができ、アセトニトリル電解液を用いた非水系二次電池の高温耐久性能をより効果的に向上させることができる。
 また、本実施形態では、有機塩素化合物の含有量が、非水系電解液に対し0.5ppm以上10ppm以下であることが更に好ましい。また、環状酸無水物の含有量が、非水系電解液に対し0.1質量%以上0.5質量%以下であることが更に好ましい。環状酸無水物の含有量が、非水系電解液に対し0.1質量%以上0.3質量%以下であることが更により好ましい。このように、含有量を規定することで、低電位で分解する有機塩素化合物が、環状酸無水物の負極SEI形成反応を促進し、負極SEIの更なる強化を図ることが可能である。これにより、アセトニトリル電解液を用いた非水系二次電池の高温耐久性能をより確実に向上させることができる。
 本実施形態では、特に限定するものではないが、50℃におけるサイクル試験を100サイクル行ったときの容量維持率を、60%以上にでき、好ましくは70%以上にでき、更に好ましくは80%以上にできる。
 50℃のサイクル試験方法については後で詳述するが、100サイクルの充放電を行い、1サイクル目の放電容量を100%としたときの100サイクル目の放電容量により、容量維持率を求めた。
<第19実施形態:非水系電解液>
 第19実施形態では、第13実施形態及び第14実施形態のいずれかの非水系電解液において、-30℃でのイオン伝導度が、3mS/cm以上であることが好ましい。
 第19実施形態を開発するに至った技術の推移について説明する。例えば、既存電解液を用いた電池では、-20℃程度で動作限界を迎える。これは、既存電解液では、-20℃でのイオン伝導度が小さくなりすぎ動作に必要な出力が得られないためである。そこで、本発明者らは、-20℃よりも低温(具体的には-30℃)においても、少なくとも、既存電解液の-20℃相当のイオン伝導度が得られることを目指して本発明を開発するに至った。
 第19実施形態の非水系電解液は、非水系溶媒とLiPF(リチウム塩)とを含有することが好ましい。そして、-30℃におけるイオン伝導度が3mS/cm以上であることを特徴とする。
 環状カーボネートと鎖状カーボネートとLiPFとを含有する既存電解液の-20℃でのイオン伝導度が、約2.7mS/cmであった。したがって、第19実施形態の非水系電解液のイオン伝導度は、-30℃で既存電解液の-20℃相当のイオン伝導度程度、或いは、それよりも高いイオン伝導度を有する。これにより、第19実施形態の非水系電解液を用いた非水系二次電池を、-30℃の低温にて使用した場合でも、既存電解液を用いた電池を-20℃の環境下で使用した際と同程度以上の出力を得ることが可能である。なお、-20℃は、既存LIBの動作範囲の下限界である。よって、動作限界を従来よりも、より低温域にシフトさせることが可能である。
 また、本実施形態では、-30℃でのイオン伝導度が3.5以上であることが好ましい。-30℃でのイオン伝導度が4.0以上であることがより好ましい。また、-30℃でのイオン伝導度が4.5以上であることが更に好ましい。これにより、動作限界を従来よりも、更により低温域にシフトさせることができ、より安定した低温特性を得ることができる。
 また、第19実施形態では、非水系溶媒として、アセトニトリルを含有することが好ましい。すなわち、非水系溶媒としては、アセトニトリルを必須成分として含み、アセトニトリル単独で、或いは、アセトニトリル以外の非水系溶媒を含んでいてもよい。
 ところで、アセトニトリルとLiPFとを含む非水系溶媒にあっては、アセトニトリルとLiPFとの会合防止と、イオン伝導度の低下抑制とがトレードオフの関係にある。すなわち、アセトニトリルとLiPFとの会合防止を促進すれば、イオン伝導度が低下し、一方、イオン伝導度の低下抑制を促進すれば、会合体が形成されやすくなる。
 そこで、第19実施形態では、アセトニトリルに対するLiPFの混合モル比率を調節することとした。アセトニトリルに対するLiPFの混合モル比率は、アセトニトリルのモル数Aと、LiPFのモル数BとするとB/Aで示される。
 アセトニトリルに対するLiPFの混合モル比率は、主に会合体量に影響を与える。第18実施形態では、LiPF含有量は、非水系溶媒1Lに対して1.5mol以下であると共に、アセトニトリルに対するLiPFの混合モル比率が、0.08以上0.16以下であることが好ましい。これにより、高いイオン伝導度を実現することができる。
 非水系溶媒としてアセトニトリルとともに、鎖状カーボネートを含めることが好ましい。すなわち、非水系電解液として、LiPFと、非水系溶媒として、アセトニトリル、及び鎖状カーボネートとを含む。鎖状カーボネートの種類を限定するものではないが、例えば、鎖状カーボネートとしては、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジメチルカーボネート等を選択することができる。
 第19実施形態の具体的組成としては、ヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF)、アセトニトリル(AcN)、並びに、ジエチルカーボネート(DEC)、エチレンカーボネート(EC)及びビニレンカーボネート(VC)のうちの1種以上をを含む非水系電解液である。更に、リチウム塩として、LiN(SOF)(LiFSI)、LiN(SOCF(LiTFSI)及び、LiB(C(LiBOB)を含んでいてもよい。
 第19実施形態では、LiPFと非水系溶媒を含有し、LiPF含有量が非水系溶媒1Lに対して1.5mol以下であり、非水系溶媒がアセトニトリルと鎖状カーボネートを含有し、アセトニトリルに対するLiPFの混合モル比が0.08以上0.4以下であり、かつ、アセトニトリルに対する鎖状カーボネートの混合モル比が0.3以上2以下であることが好ましい。このような組成範囲では、アセトニトリルとLiPFとの会合防止(鎖状カーボネートを増やす)と低温領域におけるイオン伝導度の低下抑制(アセトニトリルを増やす)というトレードオフ問題を解消することができる。
 第19実施形態の非水系電解液によれば、低温域でのイオン伝導度を従来に比べて向上させることができる。具体的には、-30℃で既存電解液の-20℃相当のイオン伝導度、或いは、それよりも高いイオン伝導度を有する。第19実施形態では、アセトニトリル電解液において、-10℃以下で出現する2つ以上のLiが配位したPFアニオン会合体量を特定の量以下にすることができる。
 第19実施形態の非水系電解液を用いた非水系二次電池は、汎用品や自動車等に適用可能であるが、いずれも寒冷地用として適している。例えば、本実施形態では、電池外装に従来と同様の構成を適用できる。すなわち、電池外装を従来と同様の構成としても、寒冷地用に適した非水系二次電池を得ることができる。よって、製造プロセスが煩雑化せず、製造費の上昇を適切に抑制することができる。
<第20実施形態:非水系電解液>
 第20実施形態では、第1実施形態から第18実施形態のいずれかの非水系電解液において、-10℃におけるイオン伝導度が、10mS/cm以上であることが好ましい。
 第20実施形態を開発するに至った技術の推移について説明する。溶媒としてアセトニトリルと環状カーボネートが用いられ、リチウム塩としてLiPFが含まれる電解液では、環状カーボネートによりアセトニトリルとLiPFとの会合が抑制されてLiPFのイオン解離が維持される。これにより、この電解液は常温で高いイオン伝導度を示す。しかしながら、環状カーボネートは高粘度であるため、低温でLiイオンの拡散が阻害されてイオン伝導度が低下する問題があった。本発明者らは、-10℃付近で電解液のイオン伝導度が急激に低下し、これにより電解液を用いた電池の出力低下が生じることを発見した。そこで、本発明者らは、-10℃においても常温相当のイオン伝導度が得られることを目指して本発明を開発するに至った。
 環状カーボネートと鎖状カーボネートとLiPFとを含有する既存電解液の25℃でのイオン伝導度が、8mS/cm以上、9mS/cm以下であった。したがって、本実施形態の非水系電解液のイオン伝導度は、-10℃で既存電解液の25℃相当のイオン伝導度程度、或いは、それよりも高いイオン伝導度を有する。これにより、本実施形態の非水系電解液を用いた非水系二次電池を、-10℃の低温にて使用した場合でも、既存電解液を用いた電池を25℃の環境下で使用した際と同程度以上の出力を得ることが可能である。よって、動作限界を従来よりも、より低温域にシフトさせることが可能である。
 また、本実施形態では、-10℃でのイオン伝導度が10.5mS/cm以上であることが好ましい。-10℃でのイオン伝導度が11.0mS/cm以上であることがより好ましい。また、-10℃でのイオン伝導度が11.5mS/cm以上であることが更に好ましい。また、-10℃でのイオン伝導度が12.0mS/cm以上であることが更により好ましい。これにより、動作限界を従来よりも、更により低温域にシフトさせることができ、より安定した低温特性を得ることができる。
 また、本実施形態では、非水系溶媒として特に限定するものではないが、アセトニトリルを含有することが好ましい。すなわち、非水系溶媒としては、アセトニトリルを必須成分として含み、アセトニトリル単独で、或いは、アセトニトリル以外の非水系溶媒を含んでいてもよい。
 第19実施形態にも記載したように、アセトニトリルとLiPFとを含む非水系溶媒にあっては、アセトニトリルとLiPFとの会合防止と、イオン伝導度の低下抑制とがトレードオフの関係にある。すなわち、会合防止を促進すれば、低温でイオン伝導度が低下し、一方、低温でのイオン伝導度の低下抑制を促進すれば、会合体が形成されやすくなる。
 そこで、第20実施形態においても、アセトニトリルに対するLiPFの混合モル比率を調節することとした。アセトニトリルに対するLiPFの混合モル比率は、アセトニトリルのモル数Aと、LiPFのモル数BとするとB/Aで示される。
 アセトニトリルに対するLiPFの混合モル比率は、主に会合体量に影響を与える。第20実施形態では、LiPF含有量は、非水系溶媒1Lに対して1.5mol以下であると共に、アセトニトリルに対するLiPFの混合モル比率が、0.01以上0.08未満であることが好ましい。これにより、会合体の形成を効果的に抑制することができる。
 また、非水系溶媒としてアセトニトリルとともに、環状カーボネートを含めることが好ましい。すなわち、非水系電解液として、LiPFと、非水系溶媒として、アセトニトリル、及び環状カーボネートとを含む。例えば、環状カーボネートとしては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ビニレンカーボネート、フルオロエチレンカーボネート等を選択することができる。
 アセトニトリルと環状カーボネートとを併用することで、アセトニトリルとLiPFとの会合抑制に有利に作用する。ただし、環状カーボネートは、低温おいてLiイオンの拡散を阻害する。このため、環状カーボネートを含む電解液においては-10℃付近でイオン伝導度が急激に低下した。そこで、電解液において、環状カーボネートを含有しても、-10℃でのイオン伝導度の低下を適切に抑制するために、アセトニトリルに対する環状カーボネートの混合モル比率を調節することとした。
 すなわち、主に会合体量に影響を与えるアセトニトリルに対するLiPFの混合モル比率と、主に、溶解性に影響を与えるアセトニトリルに対する環状カーボネートの混合モル比率とを特定範囲に調節する。アセトニトリルに対する環状カーボネートの混合モル比率は、アセトニトリルのモル数Aと環状カーボネートのモル数Cとすると、C/Aで示される。
 具体的には、アセトニトリルに対するLiPFの混合モル比率(B/A)が、0より大きく0.13以下であり、アセトニトリルに対する環状カーボネートの混合モル比率(C/A)が、0.05以上3.1以下であることが好ましい。これにより、アセトニトリルを含む電解液において、-10℃以下で出現する2つ以上のLiが配位したPFアニオン会合体量を特定量以下にできる。特定量以下とは、電解液中に白色沈殿の析出が見られないことを意味する。
 また、(1)LiPFと非水系溶媒を含有し、非水系溶媒としてアセトニトリルと環状カーボネートを含むこと、(2)LiPF含有量が非水系溶媒1Lに対して1.5mol以下であること、(3)アセトニトリルに対するLiPFの混合モル比が0.01以上0.08未満であること、(4)アセトニトリルに対する環状カーボネートの混合モル比が0.05以上3以下であること、の全てを満たすことがより好ましい。
 これにより、低温に不利とされている環状カーボネートを含む電解液であっても、低温領域で高いイオン伝導度を発揮することができるとともに、アセトニトリルとLiPFとの会合を防止できる。具体的には、会合体としての白色沈殿の析出が見られず、且つ、-10℃で10mS/cm以上のイオン伝導度を得ることができる。本実施形態によれば、好ましくは、イオン伝導阻害がなく、且つ-10℃で10.5mS/cm以上のイオン伝導度を得ることができ、より好ましくは、イオン伝導阻害がなく、且つ11.0mS/cm以上のイオン伝導度を得ることができ、更に好ましくは、イオン伝導阻害がなく、且つ11.5mS/cm以上のイオン伝導度を得ることができ、更により好ましくは、イオン伝導阻害がなく、且つ12.0mS/cm以上のイオン伝導度を得ることができる。
 第20実施形態の非水系電解液によれば、低温域でのイオン伝導度を従来に比べて向上させることができる。具体的には、-10℃で既存電解液の25℃相当のイオン伝導度、或いは、それよりも高いイオン伝導度を有する。
 第20実施形態の非水系電解液を用いた非水系二次電池は、汎用品や自動車等に適用可能であるが、いずれも寒冷地用として適している。例えば、本実施形態では、電池外装に従来と同様の構成を適用できる。すなわち、電池外装を従来と同様の構成としても、寒冷地用に適した非水系二次電池を得ることができる。よって、製造プロセスが煩雑化せず、製造費の上昇を適切に抑制することができる。
 第20実施形態の非水系電解液の具体的組成は、ヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF)、アセトニトリル(AcN)、並びに、エチレンカーボネート(EC)及びビニレンカーボネート(VC)のうちの1種以上を含む非水系電解液である。更に、リチウム塩として、LiN(SOF)(LiFSI)、LiN(SOCF(LiTFSI)、及び、LiB(C(LiBOB)を含んでいてもよい。
<第21実施形態:非水系電解液>
 第21実施形態では、1実施形態から第18実施形態のいずれかの非水系電解液において、20℃におけるイオン伝導度が、15mS/cm以上であることが好ましい。
 体積エネルギー密度の高い電極活物質層を設計した場合においても、高出力性能を発揮できる。また、20℃におけるイオン伝導度は、20mS/cm以上であることがより好ましく、25mS/cm以上であることがさらに好ましい。電解液の20℃におけるイオン伝導度が15mS/cm以上であると、電極活物質層内でのリチウムイオン伝導が充分に行われるため、大電流での充放電が可能となる。また、20℃におけるイオン伝導度の上限は特に限定されないが、各種電池部材の溶出劣化や剥離劣化等、予期せぬ電池劣化を抑制する観点から、イオン伝導度は50mS/cm以下であることが好ましく、49mS/cm以下であることが好ましく、48mS/cm以下であることがさらに好ましい。ここで、電解液のイオン伝導度は、例えば、非水系溶媒の粘度及び/又は極性を調整することにより、制御することができ、より具体的には、低粘度の非水系溶媒と高極性の非水系溶媒とを混合することにより、電解液のイオン伝導度を高く制御することができる。また、低粘度で、かつ高極性を有する非水系溶媒を用いることによって、電解液のイオン伝導度を高く制御することも可能である。
<第22実施形態:非水系電解液>
 第22実施形態では、第1実施形態から第21実施形態の非水系電解液において、更に、酢酸を含有することが好ましい。酢酸は過充電時に素早く反応する。
<第23実施形態:非水系電解液>
 第23実施形態では、第22実施形態の非水系電解液において、更に、プロピオニトリルを含有することが好ましい。
 第22実施形態及び第23実施形態を開発するに至った技術の推移について説明する。アセトニトリルをベースとした電解液では、過充電による燃焼(以下、過充電燃焼時と言う)に伴い、有害性のHFガスを発生してしまう。このため、本発明者らは、アセトニトリル電解液への添加剤を適宜選択し、更には、添加剤の含有量を適宜調節して、過充電燃焼時のHFガスの発生を抑制することが可能な非水系電解液及びそれを用いた非水系二次電池を開発するに至った。
 第23実施形態の非水系電解液では、酢酸、及び、プロピオニトリルの双方を含む。
 酢酸は、過充電時に素早く反応し、プロピオニトリルのα水素引き抜きに寄与する。これにより、電池セルが燃焼する前に膨れて破裂させることができる。この結果、過充電燃焼時のHFガスの発生量を従来に比べて減少させることができる。なお、燃焼前に発生したガスは、主としてCOとHであった。
 本実施形態では、過充電燃焼時のガス分析を行い、HFガスの発生量が、酢酸、及びプロピオニトリルの少なくとも一方を含まない非水系電解液に比べて、少ないことを確認できた。
 また、酢酸の含有量が、非水系電解液に対し、0.1ppm以上10ppm以下であることが好ましい。また、酢酸の含有量は、非水系電解液に対し、0.1ppm以上7pm以下であることがより好ましい。
 また、プロピオニトリルの含有量が、非水系電解液に対し、1ppm以上300ppm以下であることが好ましい。また、プロピオニトリルの含有量が、非水系電解液に対し、1ppm以上250ppm以下であることがより好ましい。
 このように、酢酸とプロピオニトリルの含有量を調節することで、通常の電圧範囲における電池性能を損なうことなく過充電燃焼時のHFガスの発生量を従来に比べて効果的に減少させることができる。
 また、酢酸の含有量が、非水系電解液に対し、0.1ppm以上5ppm以下であることが更に好ましい。
 また、プロピオニトリルの含有量が、非水系電解液に対し、1ppm以上200ppm以下であることが更に好ましい。
 このように、酢酸とプロピオニトリルの含有量を調節することで、通常の電圧範囲における電池性能を損なうことなく過充電燃焼時のHFガスの発生量を従来に比べてより効果的に減少させることができる。
 第22実施形態及び第23実施形態では、特に限定するものではないが、過充電試験時のHFガス発生量を1Ahあたり0.5mg以下にでき、好ましく、0.1mg以下にでき、より好ましくは、0.05mg以下にできる。
 また、本実施形態の非水系電解液を用いた非水系二次電池は、特に限定されるものではないが、パウチ型セルに好ましく適用できる。なお、ラミネート型とも呼ばれる。すなわち、本実施形態の非水系二次電池は、パウチ型セルにおいて、電池セルが燃焼する前に膨れて破裂させることができ、したがって、過充電燃焼時のHFガス発生量を抑制でき、従来に比べて安全性を向上させることが可能である。
 また、本実施形態の非水系二次電池は、安全弁を備えていることが好ましい。安全弁を備えていることで、発火前に安全弁を適切に作動させて、過充電状態に生じたガスを安全弁から外部に放出させることができ、燃焼時のHFガスの発生量を確実に減少させることが可能である。安全弁を備えていれば円筒型セルや角型セルであってもよいが、このとき、パウチ型セルであれば、安全弁からガスを放出することで熱暴走前に破裂に至ることを抑制することができる。
 また、本実施形態の非水系電解液を用いた非水系二次電池は、特に限定されるものでないが、車載用や汎用品用の充電池に適用可能である。特に、車載用充電池では、発火時の有害性のHFガスの発生を抑制できるため、車両内での人体の安全性を確保することができる。
 また、本実施形態では、上記したように、パウチ型セルや、安全弁を備えた非水系二次電池に好ましく適用でき、例えば、モバイルIT機器用のパウチ型セル電池に適用可能である。
 第22実施形態及び第23実施形態の非水系電解液の具体的組成は、例えば、非水系電解液は、アセトニトリル(AcN)と、リチウム塩と、酢酸(AA)と、プロピオニトリル(PrN)と、環状酸無水物と、を含む構成とすることができる。例えば、リチウム塩には、LiPF、LiN(SOF)(LiFSI)及びLiN(SOCF(LiTFSI)を添加することができる。
 このとき、負極、正極、セパレータ、及び電池外装については、特に限定されるものではない。ただし、電池外装については、パウチ型セルであることが好ましく、また安全弁を具備することが好ましい。
 以上の構成により、非水系二次電池の過充電燃焼時のHFガスの発生量を効果的に抑制することができ、優れた安全性を得ることが可能である。
<第24実施形態:非水系電解液>
 第24実施形態では、第1実施形態から第23実施形態のいずれかの非水系電解液において、更に、アセトアルデヒドを含有することが好ましい。
 このように、第24実施形態では、アセトニトリルと、リチウム塩と、環状酸無水物と、更に、アセトアルデヒドと、を含有する。これにより、アセトアルデヒドが、環状酸無水物による負極へのSEI形成反応を促進でき、過充電前のガスの発生を抑制できる。
 また、本実施形態では、更に、Ni、Mn、及びCoから選ばれる少なくとも1種の遷移金属元素を含有するニトリル錯体を含むことが好ましい。
 このように、本実施形態では、アセトニトリルと、リチウム塩、環状酸無水物の他に、アセトアルデヒドと、Ni、Mn、及びCoから選ばれる少なくとも1種の遷移金属元素を含有するニトリル錯体と、を含む。ここで、ニトリル錯体は、カチオンの状態を含む。過充電時には、Ni、Mn、及びCoから選ばれる少なくとも1種の遷移金属元素を含有するニトリル錯体が、アセトニトリルのα水素脱離を促進するため、電池セルが燃焼する前に膨れて破裂させることができる。この結果、過充電燃焼時のCOガスの発生量を従来に比べて減少させることができる。なお、燃焼前に発生したガスは、主としてCOとHであった。
 本実施形態では、過充電燃焼時のCOガスの発生量が、アセトアルデヒド、環状酸無水物、及びNi、Mn、及びCoから選ばれる少なくとも1種の遷移金属元素を含有するニトリル錯体の少なくともいずれか一つを含まない比較例の非水系電解液に比べて、少ないことを確認できた。
 上記の第24実施形態では、アセトアルデヒドの含有量を特に限定するものではないが、アセトアルデヒドの含有量が、非水系電解液に対し、1ppm以上3000ppm以下であることが好ましい。また、アセトアルデヒドの含有量は、非水系電解液に対し、10ppm以上2500pm以下であることがより好ましい。アセトアルデヒドの含有量は、非水系電解液に対し、30ppm以上2000pm以下であることがより好ましい。
 このように、アセトアルデヒドの含有量を調節することで、より効果的に、環状酸無水物による負極へのSEI形成反応を促進でき、過充電前のガスの発生を抑制できる。
 また、第24実施形態では、環状酸無水物の含有量を特に限定するものではないが、環状酸無水物の含有量が、非水系電解液に対し、0.01質量%以上1質量%以下であることが好ましい。
 また、環状酸無水物の含有量が、非水系電解液に対し、0.1質量%以上1質量%以下であることが更に好ましい。
 このように、環状酸無水物の含有量を調節することで、環状酸無水物の負極SEIの形成反応をより効果的に促進でき、過充電前のガスの発生を効果的に抑制できる。
 また、本実施形態では、ニトリル錯体が、非水系電解液と、Ni、Mn、及びCoから選ばれる少なくとも1種の遷移金属元素を含有する正極活物質との接触によって得られるニトリル錯体であることが好ましい。
 正極活物質に含まれる遷移金属元素を前記ニトリル錯体の構成要素とした場合には、過充電前に正極側で酸化劣化することなく電池内で安定して存在させることができる。したがって、過充電対策に適した電解液を確実に作製することが可能である。
 また、ニトリル錯体の含有量が、非水系電解液に対し、遷移金属として0.01ppm以上500ppm以下であることが好ましい。ニトリル錯体の含有量は、非水系電解液に対し、遷移金属として100ppm以上500ppm以下であることがより好ましい。また、ニトリル錯体の含有量が、非水系電解液に対し、遷移金属として200ppm以上500ppm以下であることが好ましい。
 第24実施形態では、以下のように含有量を規定することが好ましい。すなわち、(1) アセトアルデヒドの含有量が、非水系電解液に対し、1ppm以上3000ppm以下であること、(2) 環状酸無水物の含有量が、非水系電解液に対し、0.01質量%以上1質量%以下であること、(3) ニトリル錯体の含有量が、非水系電解液に対し、遷移金属として0.01ppm以上500ppm以下であること。
 上記の(1)から(3)を満たすことで、より効果的に、アセトアルデヒドによる環状酸無水物の負極SEIの形成反応を促進させ、及び過充電時におけるニトリル錯体のアセトニトリルのα水素脱離の促進をさせることができ、過充電燃焼時のCOガスの発生量を確実に減少させることが可能である。
 本実施形態では、特に限定するものではないが、過充電試験時のCOガス発生量を、1Ahあたり1g以下にでき、好ましくは0.7g以下にできる。
 第24実施形態の非水系電解液を用いた非水系二次電池は、特に限定されるものではないが、パウチ型セルに好ましく適用できる。なお、ラミネート型とも呼ばれる。すなわち、本実施形態の非水系二次電池は、パウチ型セルにおいて、電池セルが燃焼する前に膨れて破裂させることができ、したがって、過充電燃焼時のCOガス発生量を抑制でき、従来に比べて安全性を向上させることが可能である。
 また、本実施形態の非水系二次電池は、安全弁を備えていることが好ましい。安全弁を備えていることで、発火前に安全弁を適切に作動させて、過充電状態に生じたガスを安全弁から外部に放出させることができ、燃焼時のCOガスの発生量を確実に減少させることが可能である。安全弁を備えていれば円筒型セルや角型セルであってもよいが、このとき、パウチ型セルであれば、安全弁からガスを放出することで熱暴走前に破裂に至ることを抑制することができる。
 第24実施形態の非水系電解液を用いた非水系二次電池は、特に限定されるものでないが、車載用や汎用品用の充電池に適用可能である。特に、車載用充電池では、発火時の有毒性のCOガスの発生を抑制できるため、車両内での人体の安全性を確保することができる。
 また、第24実施形態では、上記したように、パウチ型セルや、安全弁を備えた非水系二次電池に好ましく適用でき、例えば、モバイルIT機器用のパウチ型セル電池に適用可能である。
 第24実施形態の非水系電解液は、アセトニトリルと、リチウム塩と、を含有し、更に、アセトアルデヒドと、環状酸無水物と、Ni、Mn、及びCoから選ばれる少なくとも1種の遷移金属元素を含有するニトリル錯体と、を含む構成とすることができる。また、環状酸無水物には、無水コハク酸(SAH)を添加することができる。
 このとき、負極、正極、セパレータ及び電池外装は、特に限定されるものではない。ただし、電池外装については、パウチ型セルであることが好ましく、また安全弁を具備することが好ましい。
 以上の構成により、過充電燃焼時のCOガスの発生量を効果的に抑制することができ、優れた安全性を得ることが可能である。
<第25実施形態:非水系電解液>
 第25実施形態では、第1実施形態から第24実施形態のいずれかの非水系電解液において、更に、2,6-ジ-tert-ブチル-p-クレゾールを含有することが好ましい。
 本発明者らが、本発明を開発するに至った技術の推移について説明する。アセトニトリルをベースとした電解液では、負極SEIの耐久性に劣り、充放電の繰り返しによる内部抵抗の増加が問題となったが、これを適切に解決する手段が確立されていなかった。そこで、本発明者らは、アセトニトリル電解液への添加剤を適宜選択し、更には、添加剤の含有量を適宜調節して、従来に比べて、内部抵抗の増加を抑制し、サイクル性能を向上させることが可能な非水系電解液及びそれを用いた非水系二次電池を開発するに至った。すなわち、本実施形態は、以下の特徴的部分を備えている。
 第25実施形態の非水系電解液は、アセトニトリルを含有し、更に、2,6-ジ-tert-ブチル-p-クレゾールと、環状酸無水物と、リチウム塩と、を含むことを特徴とする。
 このように、第25実施形態では、アセトニトリルの他に、2,6-ジ-tert-ブチル-p-クレゾールと、リチウム塩と、環状酸無水物を含む。2,6-ジ-tert-ブチル-p-クレゾールは、以下の式(8)により表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000007
 第25実施形態では、2,6-ジ-tert-ブチル-p-クレゾールと、環状酸無水物を含むことで、負極SEIを強化でき、内部抵抗の増加を抑制できる。一般に、SEIは添加剤が負極で還元分解することによって形成されるが、SEIとして機能しない負極上の堆積物、すなわち抵抗成分も同時に発生してしまう。特に、環状酸無水物を添加剤として用いた場合には、アセトニトリルの高い溶解性に耐えうる負極SEIが得られる一方で、他の有機化合物との反応性が高いことに起因して余計な堆積物を過剰に発生させる要因にもなる。ところが、2,6-ジ-tert-ブチル-p-クレゾールを共存させると、有効なSEIの形成を阻害せずに、余計な堆積物の発生を抑制することができるのである。このように内部抵抗の増加を抑制でき、したがって、本実施形態の非水系電解液を用いた非水系二次電池のサイクル性能を効果的に向上させることができる。
 第25実施形態では、25℃でのサイクル試験と、交流インピーダンス試験により評価した。第25実施形態の非水系電解液の成分を備えることで、2,6-ジ-tert-ブチル-p-クレゾール、及び環状酸無水物の少なくとも一方を含まない非水系電解液に比べて、充放電サイクル試験での容量維持率を高く、且つ交流インピーダンスの増加を抑制でき、優れたサイクル性能を得ることができる。
 第25実施形態では、2,6-ジ-tert-ブチル-p-クレゾール、及び環状酸無水物の各含有量を特に限定するものではないが、2,6-ジ-tert-ブチル-p-クレゾールの含有量は、非水系電解液に対し、0.1ppm以上100ppm以下であることが好ましい。2,6-ジ-tert-ブチル-p-クレゾールの含有量は、非水系電解液を構成する全ての成分の合計質量に対する質量百分率にて算出される。2,6-ジ-tert-ブチル-p-クレゾールの含有量が、非水系電解液に対し、0.1ppm以上50ppm以下であることがより好ましく、30ppm以下であることが更に好ましい。
 また、第25実施形態において、環状酸無水物の含有量は、非水系電解液に対し、0.01質量%以上1質量%以下であることが好ましい。環状酸無水物の含有量は、非水系電解液を構成する全ての成分の合計質量に対する質量百分率にて算出される。環状酸無水物の含有量が、非水系電解液に対し0.05質量%以上0.7質量%以下であることがより好ましい。
 これにより、負極SEI形成剤の高分子量化を抑制することができ、さらに、2,6-ジ-tert-ブチル-p-クレゾール自身の分解反応による内部抵抗の増大を抑制することができる。これによって、アセトニトリル電解液を用いた電池の内部抵抗の増加を抑制でき、サイクル性能を効果的に向上させることができる。
 また、2,6-ジ-tert-ブチル-p-クレゾールの含有量が、非水系電解液に対し、0.5ppm以上10ppm以下であることが、更に好ましい。また、環状酸無水物の含有量が、非水系電解液に対し、0.1質量%以上0.5質量%以下であることが更に好ましい。
 このように、2,6-ジ-tert-ブチル-p-クレゾール及び環状酸無水物の含有量を更に限定することで、より効果的に、負極SEI形成剤としての例えば、ビニレンカーボネート(VC)を添加した場合に、ビニレンカーボネートの単独重合を抑制できると共に、環状酸無水物が負極SEI形成反応を促進し、負極SEIを強化できる。これにより、アセトニトリル電解液を用いた電池の内部抵抗の増加をより確実に抑制でき、サイクル性能をより一層向上させることができる。
 また、第25実施形態では、第4実施形態で説明したように、環状酸無水物は、無水コハク酸、無水マレイン酸及び無水フタル酸のうち少なくとも1種を含むことが好ましい。これら環状酸無水物のうち単体で含んでもよいし2種以上を混合しても良い。
 無水コハク酸、無水マレイン酸及び、無水フタル酸のうち少なくとも1種を含む非水系電解液によれば、負極SEIをより強固に形成でき、25℃サイクル試験に示すように、高い容量維持率を得ることができる。
 第25実施形態では、特に限定するものではないが、25℃におけるサイクル試験を100サイクル行ったときの容量維持率を、80%以上にでき、好ましくは85%より大きくできる。
 25℃のサイクル試験方法については、100サイクルの充放電を行い、1サイクル目の放電容量を100%としたときの100サイクル目の放電容量により、容量維持率を求めた。
 また、第25実施形態では、特に限定するものではないが、交流インピーダンス試験において、50サイクル時の1kHzにおける交流インピーダンスを4Ω以下、100サイクル時の1kHzにおける交流インピーダンスを5Ω以下に抑制できる。好ましくは、50サイクル時の1kHzにおける交流インピーダンスを3.4Ωより小さく、100サイクル時の1kHzにおける交流インピーダンスを3.8Ω以下に抑制できる。
 第25実施形態における非水系電解液を用いた非水系二次電池は、初回充電により電池として機能し得るが、初回充電の際に電解液の一部が分解することにより安定化する。このとき、2,6-ジ-tert-ブチル-p-クレゾールや、環状酸無水物はもともと電解液中での含有量が少ないうえ、負極SEIに取り込まれる等して、初回充電後は、成分検出が困難な場合がある。
 このため、アセトニトリル電解液を用いた非水系二次電池においては、初回充電が施された状態において、上記した特性を有していれば、本実施形態の非水系電解液の構成成分を有するものと推測することが可能である。
 本実施形態の非水系電解液を用いた非水系二次電池は、集電体の片面または両面に正極活物質層を有する正極と、集電体の片面または両面に負極活物質層を有する負極と、非水系電解液と、を有し、非水系電解液としては、上記した第25実施形態の非水系電解液を用いた構成とすることができる。
 このとき、負極は、負極活物質として、リチウムイオンを、0.4V vs.Li/Liよりも卑な電位で吸蔵する材料を含有することが好ましい。このように、負極活物質として0.4Vより卑な金属を用いることで、電池電圧を高めることができ、負極SEIの強化に有利に作用する。
 或いは、本実施形態の非水系二次電池は、集電体の片面または両面に正極活物質層を有する正極と、集電体の片面または両面に負極活物質層を有する負極と、非水系電解液と、を有し、25℃におけるサイクル試験を100サイクル行ったときの容量維持率が、80%以上である構成とすることができる。
 第25実施形態の非水系電解液を用いた非水系二次電池は、サイクル特性に優れ、電池の劣化を抑制することができる。本実施形態の非水系二次電池は、汎用品や自動車等に適用でき、例えば、夏場の屋外用途等に好ましく適用できる。
 第25実施形態の非水系電解液の具体的組成は、アセトニトリル(AcN)と、2,6-ジ-tert-ブチル-p-クレゾールと、無水コハク酸(SAH)とを含む構成とすることができる。また、ビニレンカーボネート(VC)を含んでいてもよい。
 このとき、負極は、負極活物質として、リチウムイオンを、0.4V vs.Li/Liよりも卑な電位で吸蔵する材料を含有することが好適である。
 一方、正極、セパレータ及び電池外装は、特に限定されるものではない。
 以上の構成により、非水系二次電池のサイクル特性に顕著な効果が現れ、電池の劣化を抑制でき長寿命を得ることが可能である。
<第26実施形態:非水系電解液>
 第26実施形態では、第1実施形態から第25実施形態のいずれかの非水系電解液において、以下の式(1)を有する化合物を含有することが好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000008
 第26実施形態に示す式(1)は、次の第27実施形態に示す窒素含有環状化合物の最小単位に相当する。また、第26実施形態は、例えば、上記の第25実施形態と合わせて用いることができ、これにより、電池劣化をより効果的に抑制することができる。
<第27実施形態:非水系電解液>
 第27実施形態では、第26実施形態の非水系電解液において、式(1)を有する化合物は、窒素含有環状化合物であることが好ましい。窒素含有環状化合物は、2環性窒素含有環状化合物であることが好ましい。
 具体的には、窒素含有環状化合物は、非共有電子対周辺に立体障害のない窒素含有環状化合物であることが好ましい。窒素含有環状化合物の具体例としては、例えば、下記式(9):
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000009
{式(9)中、Rは、炭素数1~4のアルキル基、アリル基、プロパギル基、フェニル基、ベンジル基、ピリジル基、アミノ基、ピロリジルメチル基、トリメチルシリル基、ニトリル基、アセチル基、トリフルオロアセチル基、クロロメチル基、メトキシメチル基、イソシアノメチル基、メチルスルホニル基、フェニルスルホニル基、アジ化スルホニル基、ピリジルスルホニル基、2-(トリメチルシリル)エトキシカルボニロキシ基、ビス(N,N’-アルキル)アミノメチル基、又はビス(N,N’-アルキル)アミノエチル基であり、Rは、炭素数1~4のアルキル基、炭素数1~4のフッ素置換アルキル基、炭素数1~4のアルコキシ基、炭素数1~4のフッ素置換アルコキシ基、ニトリル基、ニトロ基、アミノ基、又はハロゲン原子であり、そして、kは0~4の整数である。}で表される窒素含有環状化合物を含有してもよい。
 前記式(9)で表される窒素含有有機化合物は、R=CH、k=0であることが特に好ましい。
 第27実施形態における電解液中の窒素含有環状化合物の含有量については、特に制限はないが、電解液の全量を基準として、0.01~10質量%であることが好ましく、0.02~5質量%であることがより好ましく、0.03~3質量%であることが更に好ましい。本実施形態において、窒素含有環状化合物は、シュウ酸基を有する有機リチウム塩と共に使用することによって強固なSEIを形成する。
 第26実施形態及び第27実施形態においては、具体的組成として1-メチル-1H-ベンゾトリアゾール(MBTA)を含む。第26実施形態及び第27実施形態の非水系電解液を用いた非水系二次電池の用途は、第25実施形態と同様である。
<第28実施形態:非水系電解液>
 第28実施形態では、第13実施形態又は第14実施形態の非水系電解液において、リチウム塩の主成分が、イミド塩であり、或いは、前記イミド塩と、前記イミド塩以外の前記リチウム塩とが主成分として同量含まれることが好ましい。
 ここで「主成分」とは、電解液に最も多く含まれるリチウム塩であり、電解液に含まれるリチウム塩の総モル量に対するイミド塩のモル量の百分率が50%以上であることが好ましく、60%以上であることがより好ましい。
 イミド塩は、リチウム塩のうち、単独で最も多く含まれるか、或いは、最も多く含まれるリチウム塩がイミド塩の他に存在していてもよい。
 本実施形態の非水系電解液では、リチウム塩として、LiPF、LiN(SOF)(LiFSI)及びLiN(SOCF(LiTFSI)を用いることができる。
 本実施形態の非水系電解液によれば、充放電によるアルミニウムの溶出が少ない。また、イミド塩を含むため、イオン伝導度及び電池のサイクル特性を向上することができる。
 したがって、本実施形態の非水系電解液を用いた非水系二次電池は、汎用品や自動車等に適用可能であり、充放電による電圧低下が少ないという利点がある。
<第29実施形態:非水系電解液>
 第29実施形態では、第13実施形態、第14実施形態、第28実施形態のいずれかの非水系電解液において、LiPF≦イミド塩となるモル濃度でイミド塩を含有することが好ましい。
 第29実施形態では、リチウム塩が、LiPOを含有し、LiPOの含有量が、非水系電解液に対し0.001質量%以上1質量%以下の範囲であることが好ましい。また、環状酸無水物の含有量が、非水系電解液に対し0.01質量%以上1質量%以下の範囲であることが好ましい。そして、LiPF≦イミド塩となるモル濃度でイミド塩を含有することが好ましい。ここで、LiPOの含有量、及び、環状酸無水物の含有量は、アセトニトリル、LiPF、LiPO、環状酸無水物、及びイミド塩を含め非水系電解液を構成する全ての成分の和を100質量%としたときの、質量比率で示される。また、LiPF及び、イミド塩のモル濃度は、非水系溶媒1Lに対して測定される。
 第29実施形態では、上記のように含有量及びモル濃度を規定することで、負極に、LiPOと環状酸無水物が強固なSEIを形成する。このように負極にSEIと呼ばれる不動態被膜が形成され、効果的に、高温加熱時の抵抗増加を抑制する。
 また、LiPF≦イミド塩となるモル濃度でイミド塩を含有することで、低温でのイオン伝導率の減少を抑制し、優れた低温特性を得ることができる。
 また、本実施形態では、LiPOの含有量が、非水系電解液に対し0.05質量%以上1質量%以下であることがより好ましい。また、環状酸無水物の含有量が、非水系電解液に対し0.1質量%以上0.5質量%以下であることがより好ましい。更に、イミド塩の含有量が、非水系溶媒1Lに対して0.5mol以上3mol以下であることが好ましい。このように、含有量を限定することで、より効果的に、高温加熱時の抵抗増加を抑制すると共に、より優れた低温特性を得ることが可能である。
 第29実施形態では、イミド塩を限定するものではないが、第14実施形態のように、イミド塩は、LiN(SOF)、及びLiN(SOCFのうち少なくとも1種を含むことが好適である。これらイミド塩の一方のみ含んでも両方含んでもよい。或いは、これらのイミド塩以外のイミド塩を含んでいてもよい。このとき、LiPF≦イミド塩となるモル濃度でイミド塩を含むことが好ましい。また、イミド塩の含有量が、非水系溶媒1Lに対して0.5mol以上3mol以下であることが好ましい。
 LiN(SOF)、及びLiN(SOCFのうち少なくとも1種を含む非水系電解液によれば、-10℃や-30℃の低温域でのイオン伝導率の低減を効果的に抑制でき、優れた低温特性を得ることができる。
 第29実施形態の非水系電解液は、アセトニトリルと、LiPFと、LiPOと、イミド塩として、LiN(SOF)、及びLiN(SOCFのうち少なくとも1種と、環状酸無水物として、無水コハク酸、無水マレイン酸、及び無水フタル酸のうち少なくとも1種と、を含む構成とすることができる。環状酸無水物として、無水コハク酸(SAH)を含むことが好ましい。
 このとき、負極は、特に限定されない。一方、正極も限定されるものではないが、正極活物質としては、層状岩塩型の結晶を有するリチウム含有化合物であることが好適である。
 また、セパレータ及び電池外装は、特に限定されるものではない。
 以上の構成により、高温加熱時の抵抗増加の抑制と、低温特性の双方を両立させる顕著な効果を有する。
 第29実施形態の非水系電解液を用いた非水系二次電池は、夏場の屋外用途に用いることができる。
<第30実施形態:非水系電解液>
 第30実施形態では、第13実施形態、第14実施形態、第28実施形態、第29実施形態のいずれかの非水系電解液において、イミド塩の含有量が、非水系溶媒1Lに対して0.5mol以上3mol以下であることが好ましい。
 第30実施形態では、リチウム塩が、LiPOを含有し、LiPOの含有量が、非水系電解液に対し0.05質量%以上1質量%以下であることがより好ましい。また、環状酸無水物の含有量が、非水系電解液に対し0.1質量%以上0.5質量%以下であることがより好ましい。そして、イミド塩の含有量が、非水系溶媒1Lに対して0.5mol以上3mol以下であることが好ましい。
 第30実施形態では、イミド塩を限定するものではないが、第14実施形態のように、イミド塩は、LiN(SOF)、及びLiN(SOCFのうち少なくとも1種を含むことが好適である。これらイミド塩の一方のみ含んでも両方含んでもよい。或いは、これらのイミド塩以外のイミド塩を含んでいてもよい。このとき、第29実施形態に示すように、LiPF≦イミド塩となるモル濃度でイミド塩を含むことが好ましい。また、イミド塩の含有量が、非水系溶媒1Lに対して0.5mol以上3mol以下であることが好ましい。
 LiN(SOF)、及びLiN(SOCFのうち少なくとも1種を含む非水系電解液によれば、-10℃や-30℃の低温域でのイオン伝導率の低減を効果的に抑制でき、優れた低温特性を得ることができる。
 第30実施形態では、リチウム塩として、LiPF及びLiFSIを用いると共に、環状酸無水物として、無水コハク酸(SAH)を含む構成を提示することができる。
 第30実施形態では、高温加熱時の抵抗増加抑制と低温特性を両立させることができる。
 第29実施形態及び第30実施形態では、60℃での720時間満充電保存試験における抵抗増加率を400%以下に抑制することができる。また、好ましくは、抵抗増加率を、300%以下に抑制することができる。より好ましくは、抵抗増加率を、250%以下に抑制することができる。
 抵抗増加率の測定では、60℃での満充電保存前の抵抗値と、60℃での満充電保存試験後の抵抗値とを求めて、抵抗増加率を算出した。
 また、本実施形態では、-10℃でのイオン伝導度が、10mS/cm以上であることが好ましい。より好ましくは、-10℃でのイオン伝導度が、12mS/cm以上であり、更に好ましくは、-10℃でのイオン伝導度が、12.5mS/cm以上である。
 第30実施形態の具体的組成及び用途は、例えば、第29実施形態と同じである。
<第31実施形態:非水系電解液>
 第31実施形態では、第13実施形態、第14実施形態、第28実施形態から第30実施形態のいずれかの非水系電解液において、アセトニトリルに対するPFアニオンの混合モル比が、0.01以上0.08未満であることが好ましい。
 これにより、不溶成分を発生させることなく、より効果的に負極SEIの形成反応を促進でき、より一層、過充電時のガスの発生を効果的に遅延させることが可能である。すなわち、第31実施形態では、水により環状酸無水物の反応が促進され過充電時の膨れガスの発生を遅延することができる。
 第31実施形態の具体的組成及び用途は、例えば、第1実施形態と同じである。
<第32実施形態:非水系電解液>
 第32実施形態では、第1実施形態から第31実施形態のいずれかの非水系電解液において、リチウム塩が、POアニオンを含有することが好ましい。POアニオンは、LiPOが電解液中で解離したものである。
<第33実施形態:非水系電解液>
 第33実施形態では、第32実施形態の非水系電解液において、POアニオンの含有量が、非水系電解液に対し0.001質量%以上1質量%以下の範囲であることが好ましい。
 第32実施形態及び第33実施形態を開発するに至った技術の推移について説明する。LiPF系アセトニトリル電解液では、高温加熱時における内部抵抗の増大と、低温特性の低下が解題としてあり、これらを同時に解決した従来技術は存在しない。そこで、本発明者らは、LiPF系アセトニトリル電解液において、添加する添加剤の種類、更には含有量を適宜調節して、高温時と低温時に現れる各問題点を同時に解決することを目指して本発明を開発するに至った。
 第32実施形態及び第33実施形態の非水系電解液は、アセトニトリルと、LiPFと、LiPOと、環状酸無水物と、イミド塩と、を含有することが好ましい。このうち、LiPOと、環状酸無水物は、高温加熱時に内部抵抗が増大するのを抑制するのに寄与している。また、イミド塩は、低温特性の改善に寄与する。ここで、イミド塩とは、LiN(SO2m+1〔mは0~8の整数〕で表されるリチウム塩である。
 本実施形態における非水系電解液の構成成分により、高温加熱時における内部抵抗の増大を抑制できると共に、良好な低温特性を得ることができる。
 なお、低温特性に関しては、低温時(具体的には、-10℃や-30℃)でのイオン伝導度により判別することができる。
 第33実施形態では、POアニオン(LiPO)の含有量が、非水系電解液に対し0.001質量%以上1質量%以下の範囲である。加えて、環状酸無水物の含有量が、非水系電解液に対し0.01質量%以上1質量%以下の範囲であることが好ましい。更に、LiPF≦イミド塩となるモル濃度でイミド塩を含有することが好ましい。ここで、LiPOの含有量、及び、環状酸無水物の含有量は、アセトニトリル、LiPF、LiPO、環状酸無水物、及びイミド塩を含め非水系電解液を構成する全ての成分の和を100質量%としたときの、質量比率で示される。また、LiPF及び、イミド塩のモル濃度は、非水系溶媒1Lに対して測定される。
 上記のように含有量及びモル濃度を規定することで、負極に、LiPOと環状酸無水物が強固なSEIを形成する。このように負極にSEIと呼ばれる不動態被膜が形成され、効果的に、高温加熱時の抵抗増加を抑制する。
 また、LiPF≦イミド塩となるモル濃度でイミド塩を含有することで、低温でのイオン伝導率の減少を抑制し、優れた低温特性を得ることができる。
 また、LiPOの含有量が、非水系電解液に対し0.05質量%以上1質量%以下であることがより好ましい。また、環状酸無水物の含有量が、非水系電解液に対し0.1質量%以上0.5質量%以下であることがより好ましい。
 更に、イミド塩の含有量が、非水系溶媒1Lに対して0.5mol以上3mol以下であることが好ましい。
 これにより、より効果的に、高温加熱時の抵抗増加を抑制すると共に、より優れた低温特性を得ることが可能である。
 本実施形態では、第14実施形態に記載したように、イミド塩として、LiN(SOF)、及びLiN(SOCFのうち少なくとも1種を含むことで、-10℃や-30℃の低温域でのイオン伝導率の低減を効果的に抑制でき、優れた低温特性を得ることができる。
 また、本実施形態では、第4実施形態に記載したように、環状酸無水物として、無水コハク酸、無水マレイン酸、及び無水フタル酸のうち少なくとも1種を含むことで、負極に強固なSEIを形成でき、より効果的に、高温加熱時の抵抗増加を抑制する。
 本実施形態では、特に限定するものではないが、60℃での720時間満充電保存試験における抵抗増加率を400%以下に抑制することができる。また、好ましくは、抵抗増加率を、300%以下に抑制することができる。より好ましくは、抵抗増加率を、250%以下に抑制することができる。
 また、本実施形態では、特に限定するものではないが、-10℃でのイオン伝導度が、10mS/cm以上であることが好ましい。より好ましくは、-10℃でのイオン伝導度が、12mS/cm以上であり、更に好ましくは、-10℃でのイオン伝導度が、12.5mS/cm以上である。
 また、本実施形態では、特に限定するものではないが、-30℃でのイオン伝導度が、3mS/cm以上であることが好ましく、5mS/cm以上であることがより好ましい。更に好ましくは、-30℃でのイオン伝導度が、6mS/cm以上であり、更により好ましくは、-30℃でのイオン伝導度が、6.5mS/cm以上である。
 本実施形態における非水系電解液を用いた非水系二次電池は、初回充電により電池として機能し得るが、初回充電の際に電解液の一部が分解することにより安定化する。このとき、LiPOや、環状酸無水物はもともと電解液中での含有量が少ないうえ、SEIに取り込まれる等して、初回充電後は、成分検出が困難な場合がある。
 このため、LiPF系アセトニトリル電解液を用いた非水系二次電池においては、初回充電が施された状態において、上記した特性を有していれば、本実施形態の非水系電解液の構成成分を有するものと推測することが可能である。
 第32実施形態及び第33実施形態の非水系電解液を用いた非水系二次電池は、正極と、負極と、非水系電解液と、を有し、60℃での720時間満充電保存試験における抵抗増加率が400%以下であり、且つ、-10℃でのイオン伝導度が、10mS/cm以上である構成とすることができる。
 第32実施形態及び第33実施形態の非水系電解液を用いた非水系二次電池は、高温加熱時の抵抗増加率を抑制し且つ優れた低温特性を両立することができる。
 このため、本実施形態の非水系二次電池は、約60℃から-30℃までの幅広い温度領域に適用でき、例えば、夏場の屋外用途から寒冷地用としても適用が可能である。
 第32実施形態及び第33実施形態の非水系電解液は、アセトニトリルと、LiPFと、LiPOと、イミド塩として、LiN(SOF)、及びLiN(SOCFのうち少なくとも1種と、環状酸無水物として、無水コハク酸、無水マレイン酸、及び無水フタル酸のうち少なくとも1種と、を含む構成とすることができる。
 このとき、負極は、特に限定されない。一方、正極も限定されるものではないが、正極活物質としては、層状岩塩型の結晶を有するリチウム含有化合物であることが好適である。
 また、セパレータ及び電池外装は、特に限定されるものではない。
 以上の構成により、高温加熱時の抵抗増加の抑制と、低温特性の双方を両立させる顕著な効果を有する。
<第34実施形態:非水系電解液>
 第34実施形態では、第13実施形態、第14実施形態、第28実施形態、第30実施形態、第31実施形態のいずれかの非水系電解液において、イオン伝導における活性化エネルギーが、-20~0℃において、15kJ/mol以下であることが好ましい。
 第34実施形態を開発するに至った技術の推移について説明する。溶媒としてアセトニトリルが用いられ、例えば、リチウム塩としてLiPFが含まれる電解液では、常温で高いイオン伝導度を示す。しかしながら、0℃以下の低温領域において、電解液のイオン伝導度に不連続変化が生じ、この電解液を用いる電池の出力が低下する問題があった。このような現象は高イオン伝導性を有する非水系電解液特有の課題であり、そのような課題があること自体これまで認識されていなかった。そこで、本発明者らは、リチウム塩の種類と、電解液におけるリチウム塩の含有量を調製し、低温においてもイオン伝導度を安定させることを目指して本発明を開発するに至った。
 本実施形態の非水系電解液は、0℃以下、より好ましくは-10℃以下の低温領域において、LiPFとカーボネート溶媒からなる既存電解液と同等、或いは、それよりも低い活性化エネルギーを有する。これにより、0℃以下の低温領域において、電解液のイオン伝導度の不連続変化を抑制し、イオン伝導度を安定させる。このため、本実施形態の非水系電解液を用いた非水系二次電池を、0℃以下、より好ましくは-10℃以下の低温にて使用した場合でも、既存電解液を用いた電池を常温で使用した際と同程度以上の出力を得ることが可能である。よって、動作限界を従来よりも、より低温域にシフトさせることが可能である。
 また、本実施形態では、イオン伝導における活性化エネルギーが-20~0℃において14.5kJ/mol以下であることが好ましい。-20~0℃において14.0kJ/mol以下であることがより好ましい。これにより、動作限界を従来よりも、より低温域にシフトさせることができ、より安定した低温特性を得ることができる。
 また、別の実施形態としては、イオン伝導の活性化エネルギーが、0~20℃において、15kJ/mol以下であることが好ましい。これにより、0℃以下の低温領域において電解液の活性化エネルギーを低下させるとともに、0℃より大きい領域においても、既存電解液と同等、或いは、それよりも低い活性化エネルギーを維持できる。よって、低温から常温の領域にわたって、電解液のイオン伝導度の不連続変化を抑制して、イオン伝導度を安定させる。このため、本実施形態の非水系電解液を用いた非水系二次電池は、低温において使用される場合でも、常温の領域において使用される場合でも同程度の出力を得ることが可能であり、温度条件の影響を受けずに使用され得る。
 また、本実施形態では、イオン伝導における活性化エネルギーが、0~20℃において、14.5kJ/mol以下であることが好ましい。0~20℃において14.0kJ/mol以下であることがより好ましい。これにより、動作限界を従来よりも、広い温度領域にシフトさせることができる。
 第34実施形態では、溶媒としてアセトニトリルが用いられ、リチウム塩としてLiPFが含まれる電解液において効果的である。
 第34実施形態では、リチウム塩として、LiPOとイミド塩(LiFSI、LiTFSI)を含むことが好ましい。本実施形態のより具体的な組成としては、アセトニトリル(AcN)、及び、LiN(SOF)(LiFSI)やLiN(SOCF(LiTFSI)を含む非水系電解液である。更に、リチウム塩として、LiPFを含んでいてもよい。
 また、第34実施形態では、イオン伝導度の活性化エネルギーが-20~0℃において、15kJ/mol以下であり、かつ、0~20℃において、15kJ/mol以下であることが好ましい。イミド塩を低温領域で機能させ、LiPOにより電極の着色を抑制することができる。
 第34実施形態の非水系電解液を用いた非水系二次電池は、寒冷地用途に用いることができる。
<非水系二次電池の全体構成>
 本実施形態の非水系電解液は、非水系二次電池に用いることができる。本実施形態の非水系二次電池としては、負極、正極、セパレータ、及び電池外装に対し、特に制限を与えるものではない。
 また、限定するものではないが、本実施形態の非水系二次電池としては、正極活物質としてリチウムイオンを吸蔵及び放出することが可能な正極材料を含有する正極と、負極活物質として、リチウムイオンを吸蔵及び放出することが可能な負極材料、並びに金属リチウムからなる群より選ばれる1種以上の負極材料を含有する負極と、を備えるリチウムイオン電池が挙げられる。
 本実施形態の非水系二次電池としては、具体的には、図1及び2に図示される非水系二次電池であってもよい。ここで、図1は非水系二次電池を概略的に表す平面図であり、図2は図1のA-A線断面図である。
 図1、図2に示す非水系二次電池100は、パウチ型セルで構成される。非水系二次電池100は、2枚のアルミニウムラミネートフィルムで構成した電池外装110の空間120内に、正極150と負極160とをセパレータ170を介して積層して構成した積層電極体と、非水系電解液(図示せず)とを収容している。電池外装110は、その外周部において、上下のアルミニウムラミネートフィルムを熱融着することにより封止されている。正極150、セパレータ170、及び負極160を順に積層した積層体には、非水系電解液が含浸されている。
 電池外装110を構成しているアルミニウムラミネートフィルムは、アルミニウム箔の両面をポリオレフィン系の樹脂でコートしたものであることが好ましい。
 正極150は、非水系二次電池100内で正極リード体130と接続している。図示していないが、負極160も、非水系二次電池100内で負極リード体140と接続している。そして、正極リード体130及び負極リード体140は、それぞれ、外部の機器等と接続可能なように、片端側が電池外装110の外側に引き出されており、それらのアイオノマー部分が、電池外装110の1辺と共に熱融着されている。
 図1及び2に図示される非水系二次電池100は、正極150及び負極160が、それぞれ1枚ずつの積層電極体を有しているが、容量設計により正極150及び負極160の積層枚数を適宜増やすことができる。正極150及び負極160をそれぞれ複数枚有する積層電極体の場合には、同一極のタブ同士を溶接等により接合したうえで1つのリード体に溶接等により接合して電池外部に取り出してもよい。上記同一極のタブとしては、集電体の露出部から構成される態様、集電体の露出部に金属片を溶接して構成される態様等が可能である。
 正極150は、正極合剤から作製した正極活物質層と、正極集電体とから構成される。負極160は、負極合剤から作製した負極活物質層と、負極集電体とから構成される。正極150及び負極160は、セパレータ170を介して正極活物質層と負極活物質層とが対向するように配置される。
 これらの各部材としては、特に限定するものでなく、従来のリチウムイオン電池に備えられる材料を用いることができる。以下、非水系二次電池の各部材について詳細に説明する。
<非水系電解液>
 非水系電解液については、上記した各実施形態に示した特徴的部分を具備していれば、従来のリチウムイオン電池の非水系電解液に用いられる材料を適用することができる。
 本実施形態における「非水系電解液」とは、非水系電解液に対し、水が1%以下の電解液を指す。好ましくは、水の割合は、300ppm以下であり、更に好ましくは、第12実施形態に示した200ppm以下である。
 「非水系溶媒」については、上記で説明したので、そちらを参照されたい。
<リチウム塩>
 本実施形態の非水系電解液は、リチウム塩について、各実施形態で限定していない限り、特に限定するものではない。例えば、本実施形態では、リチウム塩として、LiPFやイミド塩を含む。
 イミド塩とは、LiN(SO2m+1〔mは0~8の整数〕で表されるリチウム塩であり、具体的には、第14実施形態に記載したように、LiN(SOF)、及びLiN(SOCFのうち少なくとも1種を含むことが好ましい。
 また、LiPF以外のフッ素含有無機リチウム塩を含んでもよく、LiBF、LiAsF、LiSiF、LiSbF、Li1212-b〔bは0~3の整数〕、等のフッ素含有無機リチウム塩が挙げられる。「フッ素含有無機リチウム塩」とは、炭素原子をアニオンに含まず、フッ素原子をアニオンに含むリチウム塩をいう。フッ素含有無機リチウム塩は、正極集電体である金属箔の表面に不働態被膜を形成し、正極集電体の腐食を抑制する点で優れている。これらのフッ素含有無機リチウム塩は、1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いられる。代表的なフッ素含有無機リチウム塩は、溶解してPFアニオンを放出するLiPFである。
 本実施形態の非水系電解液におけるフッ素含有無機リチウム塩の含有量については、特に制限はないが、非水系溶媒1Lに対して0.1mol以上であることが好ましく、0.2mol以上であることがより好ましく、0.25mol以上であることが更に好ましい。フッ素含有無機リチウム塩の含有量が上述の範囲内にある場合、イオン伝導度が増大し高出力特性を発現できる傾向にある。
 本実施形態の非水系電解液は、更に、有機リチウム塩を含んでいてもよい。「有機リチウム塩」とは、炭素原子をアニオンに含むリチウム塩をいう。
 有機リチウム塩としては、シュウ酸基を有する有機リチウム塩を挙げることができる。シュウ酸基を有する有機リチウム塩の具体例としては、例えば、LiB(C、LiBF(C)、LiPF(C)、及びLiPF(Cのそれぞれで表される有機リチウム塩等が挙げられ、中でもLiB(C及びLiBF(C)で表されるリチウム塩から選ばれる少なくとも1種のリチウム塩が好ましい。また、これらのうちの1種又は2種以上を、フッ素含有無機リチウム塩と共に使用することがより好ましい。
 前記のシュウ酸基を有する有機リチウム塩の非水系電解液への添加量は、その使用による効果をより良好に確保する観点から、非水系電解液の非水系溶媒1L当たりの量として、0.005モル以上であることが好ましく、0.02モル以上であることがより好ましく、0.05モル以上であることが更に好ましい。ただし、前記のシュウ酸基を有する有機リチウム塩の非水系電解液中の量が多すぎると析出する恐れがある。よって、前記のシュウ酸基を有する有機リチウム塩の非水系電解液への添加量は、非水系電解液の非水系溶媒1L当たりの量で、1.0モル未満であることが好ましく、0.5モル未満であることがより好ましく、0.2モル未満であることが更に好ましい。
 前記のシュウ酸基を有する有機リチウム塩は、極性の低い有機溶媒、特に鎖状カーボネートに対して難溶性であることが知られている。シュウ酸基を有する有機リチウム塩は、微量のシュウ酸リチウムを含有している場合があり、さらに、非水系電解液として混合する際にも、他の原料に含まれる微量の水分と反応して、シュウ酸リチウムの白色沈殿を新たに発生させる場合がある。したがって、本実施形態の非水系電解液におけるシュウ酸リチウムの含有量は、特に限定するものでないが、0~500ppmであることが好ましい。
 本実施形態におけるリチウム塩として、上記以外に、一般に非水系二次電池用に用いられているリチウム塩を補助的に添加してもよい。その他のリチウム塩の具体例としては、例えば、LiClO、LiAlO、LiAlCl、LiB10Cl10、クロロボランLi等のフッ素原子をアニオンに含まない無機リチウム塩;LiCFSO、LiCFCO、Li(SO、LiC(CFSO、LiC2n+1SO(n≧2)、低級脂肪族カルボン酸Li、四フェニルホウ酸Li等の有機リチウム塩;LiPF(CF)等のLiPF(C2p+16-n〔nは1~5の整数、pは1~8の整数〕で表される有機リチウム塩;LiBF(CF)等のLiBF(C2s+14-q〔qは1~3の整数、sは1~8の整数〕で表される有機リチウム塩;多価アニオンと結合されたリチウム塩;下記式(10a)、(10b)、及び(10c);
  LiC(SO)(SO)(SO)   (10a)
  LiN(SOOR)(SOOR10)   (10b)
  LiN(SO11)(SOOR12)   (10c)
{式中、R、R、R、R、R10、R11、及びR12は、互いに同一であっても異なっていてもよく、炭素数1~8のパーフルオロアルキル基を示す。}のそれぞれで表される有機リチウム塩等が挙げられ、これらのうちの1種又は2種以上を、LiPFと共に使用することができる。
(その他の任意的添加剤)
 本実施形態においては、非水系電解液に、例えば、無水酸、スルホン酸エステル、ジフェニルジスルフィド、シクロヘキシルベンゼン、ビフェニル、フルオロベンゼン、tert-ブチルベンゼン、リン酸エステル〔エチルジエチルホスホノアセテート(EDPA):(CO)(P=O)-CH(C=O)OC、リン酸トリス(トリフルオロエチル)(TFEP):(CFCHO)P=O、リン酸トリフェニル(TPP):(CO)P=O:(CH=CHCHO)P=O、リン酸トリアリル等〕等、及びこれらの化合物の誘導体等から選択される任意的添加剤を、適宜含有させることもできる。特に前記のリン酸エステルは、貯蔵時の副反応を抑制する作用があり、効果的である。
 更に、本実施形態の非水系電解液には、第27実施形態に示した、非共有電子対周辺に立体障害のない窒素含有環状化合物を含むことができる。
<正極>
 正極150は、正極合剤から作製した正極活物質層と、正極集電体とから構成される。正極150は、非水系二次電池の正極として作用するものであれば特に限定されず、公知のものであってもよい。
 正極活物質層は、正極活物質を含有し、場合により導電助剤及びバインダーを更に含有する。
 正極活物質層は、正極活物質として、リチウムイオンを吸蔵及び放出することが可能な材料を含有することが好ましい。正極活物質層は、正極活物質とともに、必要に応じて導電助剤及びバインダーを含有することが好ましい。このような材料を用いる場合、高電圧及び高エネルギー密度を得ることができる傾向にあるので好ましい。
 正極活物質としては、例えば、下記の式(11a)及び(11b):
  LiMO   (11a)
  Li   (11b)
{式中、Mは少なくとも1種の遷移金属元素を含む1種以上の金属元素を示し、xは0~1.1の数、yは0~2の数を示す。}のそれぞれで表されるリチウム含有化合物、及びその他のリチウム含有化合物が挙げられる。
 式(11a)及び(11b)のそれぞれで表されるリチウム含有化合物としては、例えば、LiCoOに代表されるリチウムコバルト酸化物;LiMnO、LiMn、及びLiMnに代表されるリチウムマンガン酸化物;LiNiOに代表されるリチウムニッケル酸化物;LiMO(MはNi、Mn、及びCoから選ばれる少なくとも1種の遷移金属元素を含み、且つ、Ni、Mn、Co、Al、及びMgからなる群より選ばれる2種以上の金属元素を示し、zは0.9超1.2未満の数を示す)で表されるリチウム含有複合金属酸化物等が挙げられる。
 式(11a)及び(11b)のそれぞれで表されるリチウム含有化合物以外のリチウム含有化合物としては、リチウムを含有するものであれば特に限定されない。このようなリチウム含有化合物としては、例えば、リチウムと遷移金属元素とを含む複合酸化物、リチウムを有する金属カルコゲン化物、リチウムと遷移金属元素とを含むリン酸金属化合物、及びリチウムと遷移金属元素とを含むケイ酸金属化合物(例えばLiSiO、Mは式(11a)と同義であり、tは0~1の数、uは0~2の数を示す。)が挙げられる。より高い電圧を得る観点から、リチウム含有化合物としては、特に、リチウムと、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、クロム(Cr)、バナジウム(V)、及びチタン(Ti)からなる群より選ばれる少なくとも1種の遷移金属元素と、を含む複合酸化物、及びリン酸金属化合物が好ましい。
 リチウム含有化合物としてより具体的には、リチウムと遷移金属元素とを含む複合酸化物又はリチウムと遷移金属元素とを含む金属カルコゲン化物、及びリチウムを有するリン酸金属化合物がより好ましく、例えば、それぞれ以下の式(12a)及び(12b):
  Li   (12a)
  LiIIPO   (12b)
{式中、Dは酸素又はカルコゲン元素を示し、M及びMIIはそれぞれ1種以上の遷移金属元素を示し、v及びwの値は、電池の充放電状態により決まり、vは0.05~1.10、wは0.05~1.10の数を示す。}のそれぞれで表される化合物が挙げられる。
 上述の式(12a)で表されるリチウム含有化合物は層状構造を有し、上述の式(12b)で表される化合物はオリビン構造を有する。これらのリチウム含有化合物は、構造を安定化させる等の目的から、Al、Mg、又はその他の遷移金属元素により遷移金属元素の一部を置換したもの、これらの金属元素を結晶粒界に含ませたもの、酸素原子の一部をフッ素原子等で置換したもの、正極活物質表面の少なくとも一部に他の正極活物質を被覆したもの等であってもよい。
 本実施形態における正極活物質としては、上記のようなリチウム含有化合物のみを用いてもよいし、該リチウム含有化合物とともにその他の正極活物質を併用してもよい。
 このようなその他の正極活物質としては、例えば、トンネル構造及び層状構造を有する金属酸化物又は金属カルコゲン化物;イオウ;導電性高分子等が挙げられる。トンネル構造及び層状構造を有する金属酸化物、又は金属カルコゲン化物としては、例えば、MnO、FeO、FeS、V、V13、TiO、TiS、MoS、及びNbSeに代表されるリチウム以外の金属の酸化物、硫化物、セレン化物等が挙げられる。導電性高分子としては、例えば、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリアセチレン、及びポリピロールに代表される導電性高分子が挙げられる。
 上述のその他の正極活物質は、1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いられ、特に制限はない。しかしながら、リチウムイオンを可逆安定的に吸蔵及び放出することが可能であり、且つ、高エネルギー密度を達成できることから、前記正極活物質層がNi、Mn、及びCoから選ばれる少なくとも1種の遷移金属元素を含有することが好ましい。
 正極活物質として、リチウム含有化合物とその他の正極活物質とを併用する場合、両者の使用割合としては、正極活物質の全部に対するリチウム含有化合物の使用割合として、80質量%以上が好ましく、85質量%以上がより好ましい。
 導電助剤としては、例えば、グラファイト、アセチレンブラック、及びケッチェンブラックに代表されるカーボンブラック、並びに炭素繊維が挙げられる。導電助剤の含有割合は、正極活物質100質量部に対して、10質量部以下とすることが好ましく、より好ましくは1~5質量部である。
 バインダーとしては、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリアクリル酸、スチレンブタジエンゴム、及びフッ素ゴムが挙げられる。バインダーの含有割合は、正極活物質100質量部に対して、6質量部以下とすることが好ましく、より好ましくは0.5~4質量部である。
 正極活物質層は、正極活物質と、必要に応じて導電助剤及びバインダーとを混合した正極合剤を溶剤に分散した正極合剤含有スラリーを、正極集電体に塗布及び乾燥(溶媒除去)し、必要に応じてプレスすることにより形成される。このような溶剤としては、特に制限はなく、従来公知のものを用いることができる。例えば、N―メチル-2-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、水等が挙げられる。
 正極集電体は、例えば、アルミニウム箔、ニッケル箔、ステンレス箔等の金属箔により構成される。正極集電体は、表面にカーボンコートが施されていてもよく、メッシュ状に加工されていてもよい。正極集電体の厚みは、5~40μmであることが好ましく、7~35μmであることがより好ましく、9~30μmであることが更に好ましい。
<負極>
 負極160は、負極合剤から作製した負極活物質層と、負極集電体とから構成される。負極160は、非水系二次電池の負極として作用するものであれば特に限定されず、公知のものであってもよい。
 負極活物質層は、電池電圧を高められるという観点から、負極活物質としてリチウムイオンを0.4V vs.Li/Liよりも卑な電位で吸蔵することが可能な材料を含有することが好ましい。負極活物質層は、負極活物質とともに、必要に応じて導電助剤及びバインダーを含有することが好ましい。
 負極活物質としては、例えば、アモルファスカーボン(ハードカーボン)、人造黒鉛、天然黒鉛、黒鉛、熱分解炭素、コークス、ガラス状炭素、有機高分子化合物の焼成体、メソカーボンマイクロビーズ、炭素繊維、活性炭、グラファイト、炭素コロイド、及びカーボンブラックに代表される炭素材料の他、金属リチウム、金属酸化物、金属窒化物、リチウム合金、スズ合金、シリコン合金、金属間化合物、有機化合物、無機化合物、金属錯体、有機高分子化合物等が挙げられる。
 負極活物質は1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いられる。
 導電助剤としては、例えば、グラファイト、アセチレンブラック、及びケッチェンブラックに代表されるカーボンブラック、並びに炭素繊維が挙げられる。導電助剤の含有割合は、負極活物質100質量部に対して、20質量部以下とすることが好ましく、より好ましくは0.1~10質量部である。
 バインダーとしては、例えば、PVDF、PTFE、ポリアクリル酸、スチレンブタジエンゴム、及びフッ素ゴムが挙げられる。バインダーの含有割合は、負極活物質100質量部に対して、10質量部以下とすることが好ましく、より好ましくは0.5~6質量部である。
 負極活物質層は、負極活物質と必要に応じて導電助剤及びバインダーとを混合した負極合剤を溶剤に分散した負極合剤含有スラリーを、負極集電体に塗布及び乾燥(溶媒除去)し、必要に応じてプレスすることにより形成される。このような溶剤としては、特に制限はなく、従来公知のものを用いることができる。例えば、N―メチル-2-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、水等が挙げられる。
 負極集電体は、例えば、銅箔、ニッケル箔、ステンレス箔等の金属箔により構成される。また、負極集電体は、表面にカーボンコートが施されていてもよいし、メッシュ状に加工されていてもよい。負極集電体の厚みは、5~40μmであることが好ましく、6~35μmであることがより好ましく、7~30μmであることが更に好ましい。
<セパレータ>
 本実施形態における非水系二次電池100は、正極150及び負極160の短絡防止、シャットダウン等の安全性付与の観点から、正極150と負極160との間にセパレータ170を備えることが好ましい。セパレータ170としては、限定されるものではないが、公知の非水系二次電池に備えられるものと同様のものを用いてもよく、イオン透過性が大きく、機械的強度に優れる絶縁性の薄膜が好ましい。セパレータ170としては、例えば、織布、不織布、合成樹脂製微多孔膜等が挙げられ、これらの中でも、合成樹脂製微多孔膜が好ましい。
 合成樹脂製微多孔膜としては、例えば、ポリエチレン又はポリプロピレンを主成分として含有する微多孔膜、或いは、これらのポリオレフィンの双方を含有する微多孔膜等のポリオレフィン系微多孔膜が好適に用いられる。不織布としては、例えば、ガラス製、セラミック製、ポリオレフィン製、ポリエステル製、ポリアミド製、液晶ポリエステル製、アラミド製等の耐熱樹脂製の多孔膜が挙げられる。
 セパレータ170は、1種の微多孔膜を単層又は複数積層した構成であってもよく、2種以上の微多孔膜を積層したものであってもよい。セパレータ170は、2種以上の樹脂材料を溶融混錬した混合樹脂材料を用いて単層又は複数層に積層した構成であってもよい。
<電池外装>
 本実施形態における非水系二次電池100の電池外装110の構成は特に限定されないが、例えば、電池缶及びラミネートフィルム外装体のいずれかの電池外装を用いることができる。電池缶としては、例えば、スチール又はアルミニウムからなる金属缶を用いることができる。ラミネートフィルム外装体としては、例えば、熱溶融樹脂/金属フィルム/樹脂の3層構成からなるラミネートフィルムを用いることができる。
 ラミネートフィルム外装体は、熱溶融樹脂側を内側に向けた状態で2枚重ねて、又は熱溶融樹脂側を内側に向けた状態となるように折り曲げて、端部をヒートシールにより封止した状態で外装体として用いることができる。ラミネートフィルム外装体を用いる場合、正極集電体に正極リード体130(又は正極端子及び正極端子と接続するリードタブ)を接続し、負極集電体に負極リード体140(又は負極端子及び負極端子と接続するリードタブ)を接続してもよい。この場合、正極リード体130及び負極リード体140(又は正極端子及び負極端子のそれぞれに接続されたリードタブ)の端部が外装体の外部に引き出された状態でラミネートフィルム外装体を封止してもよい。
<非水電解液の製造方法>
 本実施形態の非水電解液は、非水系溶媒としてのアセトニトリルに、リチウム塩と、環状酸無水物と、更に、各実施形態に示す添加剤を、任意の手段で混合して製造することができる。なお、各添加剤の含有量は、各実施形態に示した通りである。
<電池の製造方法>
 本実施形態における非水系二次電池100は、上述の非水系電解液、集電体の片面又は両面に正極活物質層を有する正極150、集電体の片面又は両面に負極活物質層を有する負極160、及び電池外装110、並びに必要に応じてセパレータ170を用いて、公知の方法により作製される。
 先ず、正極150及び負極160、並びに必要に応じてセパレータ170からなる積層体を形成する。例えば、長尺の正極150と負極160とを、正極150と負極160との間に該長尺のセパレータを介在させた積層状態で巻回して巻回構造の積層体を形成する態様;正極150及び負極160を一定の面積と形状とを有する複数枚のシートに切断して得た正極シートと負極シートとを、セパレータシートを介して交互に積層した積層構造の積層体を形成する態様;長尺のセパレータをつづら折りにして、該つづら折りになったセパレータ同士の間に交互に正極体シートと負極体シートとを挿入した積層構造の積層体を形成する態様;等が可能である。
 次いで、電池外装110(電池ケース)内に上述の積層体を収容して、本実施形態に係る電解液を電池ケース内部に注液し、積層体を電解液に浸漬して封印することによって、本実施形態における非水系二次電池を作製することができる。
 或いは、電解液を高分子材料からなる基材に含浸させることによって、ゲル状態の電解質膜を予め作製しておき、シート状の正極150、負極160、及び電解質膜、並びに必要に応じてセパレータ170を用いて積層構造の積層体を形成した後、電池外装110内に収容して非水系二次電池100を作製することもできる。
 本実施形態における非水系二次電池100の形状は、特に限定されず、例えば、円筒形、楕円形、角筒型、ボタン形、コイン形、扁平形、ラミネート形等に適用できるが、本実施形態では、特に、ラミネート型に好ましく適用することができる。
 なお、電極の配置が、負極活物質層の外周端と正極活物質層の外周端とが重なる部分が存在するように、又は負極活物質層の非対向部分に幅が小さすぎる箇所が存在するように設計されている場合、電池組み立て時に電極の位置ずれが生じることにより、非水系二次電池における充放電サイクル特性が低下するおそれがある。よって、該非水系二次電池に使用する電極体は、電極の位置を予めポリイミドテープ、ポリフェニレンスルフィドテープ、PPテープ等のテープ類、接着剤等により、固定しておくことが好ましい。
 本実施形態における非水系二次電池100は、初回充電により電池として機能し得るが、初回充電の際に電解液の一部が分解することにより安定化する。初回充電の方法について特に制限はないが、初回充電は0.001~0.3Cで行われることが好ましく、0.002~0.25Cで行われることがより好ましく、0.003~0.2Cで行われることが更に好ましい。初回充電が、途中に定電圧充電を経由して行われることも好ましい結果を与える。設計容量を1時間で放電する定電流が1Cである。リチウム塩が電気化学的な反応に関与する電圧範囲を長く設定することによって、SEIが電極表面に形成され、正極150を含めた内部抵抗の増加を抑制する効果があることの他、反応生成物が負極160のみに強固に固定化されることなく、何らかの形で、正極150、セパレータ170等の、負極160以外の部材にも良好な効果を与える。このため、非水系電解液に溶解したリチウム塩の電気化学的な反応を考慮して初回充電を行うことは、非常に有効である。
 本実施形態における非水系二次電池100は、複数個の非水系二次電池100を直列又は並列に接続したセルパックとして使用することもできる。セルパックの充放電状態を管理する観点から、非水系二次電池1個あたりの使用電圧範囲は2~5Vであることが好ましく、2.5~5Vであることがより好ましく、2.75V~5Vであることが特に好ましい。
 次に、非水系二次電池の好ましい実施形態について説明する。
<第35実施形態:非水系二次電池>
 第35実施形態では、集電体の片面又は両面に、正極活物質層を有する正極と、集電体の片面又は両面に、負極活物質層を有する負極と、非水系電解液と、を具備する非水系二次電池において、非水系二次電池に、-N=、-NH、-N=O、-NH-NH-、及び(NO)-からなる群から選ばれる少なくとも一種の官能基を有する化合物が含まれる。そして、非水系二次電池は、85℃での4時間保存試験後にて、5C放電容量を1C放電容量で除して算出してなる容量維持率は、70%以上であることを特徴とする。
 第35実施形態では、上記したように、非水系二次電池に、-N=、-NH、-N=O、-NH-NH-、及び(NO)-からなる群から選ばれる少なくとも一種の官能基を有する化合物を含む。これにより、内部抵抗の増加を抑制することができる。具体的には、非水系二次電池は、5C放電容量を1C放電容量で除して算出してなる容量維持率が、70%以上である。このように、第35実施形態の非水系二次電池では、良好なレート特性を得ることができる。
 また、第35実施形態では、非水系電解液に、N含有化合物を含有し、初回充電時、3.5V以下でエージングすることが好ましい。正極活物質由来である遷移金属のイオン化が発生する前に-N=、-NH、-N=O、及び-NH-NH-、(NO)-からなる群から選ばれる少なくとも一種の官能基を有する化合物が正極表面を保護する。これにより、熱履歴による経時的な内部抵抗の増加を抑制することができる。
 また、第35実施形態では、上記エージング温度が、35℃以上60℃以下であることが好ましい。60℃未満の熱履歴を与えることで、保護被膜が正極表面の活性点を初期に不活性化し、高温条件下での内部抵抗の上昇を抑えることができる。
 第35実施形態における非水系二次電池は、集電体の片面または両面に正極活物質層を有する正極と、集電体の片面または両面に負極活物質層を有する負極と、非水系電解液と、を有して構成される。
 非水系電解液は、アセトニトリルと、LiPFと、1-メチル-1H-ベンゾトリアゾール(MBTA)と、を含むことが好ましい。また、第35実施形態の非水系二次電池には、第1実施形態から第34実施形態のいずれかの非水系電解液を用いることが好ましい。このとき、負極、正極、セパレータ及び電池外装は、特に限定されるものではないが、負極の負極活物質層は、負極活物質としてリチウムイオンを0.4V vs.Li/Liよりも卑な電位で吸蔵することが可能な材料を含有することが好ましい。これにより、電池電圧を高めることができ、負極SEIの強化に有利に作用する。
 第35実施形態では、高機能化による高出力化で高いレート特性が求められるパワーツールに好ましく適用することができる。
<第36実施形態:非水系二次電池>
 第36実施形態では、集電体の片面又は両面に、正極活物質層を有する正極と、集電体の片面又は両面に、負極活物質層を有する負極と、非水系電解液と、を具備する非水系二次電池において、非水系二次電池に、有機酸およびその塩、無水酸、並びにLiOからなる群から選ばれる少なくとも一種の化合物が含まれる。このとき、有機酸は、酢酸、シュウ酸またはギ酸のうち少なくとも1種を含む。そして、非水系二次電池は、85℃での4時間保存試験後にて、5C放電容量を1C放電容量で除して算出してなる容量維持率は、70%以上であることを特徴とする。
 非水系二次電池を、高機能化による高出力化で高いレート特性が求められるパワーツールに適用すると、電解液の熱履歴が避けられない用途であるため、使用するにつれてレート特性が低下する問題が生じる。このような従来の問題点に鑑み、第36実施形態の発明に至った。
 第36実施形態では、初回充電時のエージング条件を制御することにより、内部抵抗の増加を抑制でき、熱履歴に強くすることができる。
 また、第36実施形態では、非水系電解液に環状酸無水物を含有し、初回充電時、3.5V以下でエージングすることが好ましい。第36条実施形態では、負極SEI被膜に有機酸(酢酸、シュウ酸、ギ酸)およびその塩、無水酸、およびLiOから選択される少なくとも一種の化合物が含まれることにより、熱履歴による経時的な内部抵抗の増加を抑制することができる。
 また、第36実施形態では、上記エージング温度が、35℃以上60℃以下であることが好ましい。これにより、60℃以上で生じるLiPFの熱分解を適切に抑えることができる。
 第36実施形態の非水系電解液は、アセトニトリルと、LiPFと、無水フタル酸と、を含有することが好ましい。また、第36実施形態の非水系二次電池には、第1実施形態から第34実施形態のいずれかの非水系電解液を用いることが好ましい。このとき、負極、正極、セパレータ及び電池外装は、特に限定されるものではないが、負極の負極活物質層は、負極活物質としてリチウムイオンを0.4V vs.Li/Liよりも卑な電位で吸蔵することが可能な材料を含有することが好ましい。これにより、電池電圧を高めることができ、負極SEIの強化に有利に作用する。
 第36実施形態では、高機能化による高出力化で高いレート特性が求められるパワーツールに好ましく適用することができる。
<第37実施形態:非水系二次電池>
 第37実施形態では、集電体の片面又は両面に、正極活物質層を有する正極と、集電体の片面又は両面に、負極活物質層を有する負極と、非水系電解液と、を具備する非水系二次電池において、非水系二次電池に、-N=、-NH、-N=O、-NH-NH-、及び(NO)-からなる群から選ばれる少なくとも一種の官能基を有する化合物が含まれる。
 そして、非水系二次電池は、85℃での4時間保存試験後における、0℃でのイオン伝導度が、10mS/cm以上であることを特徴とする。
 このように、第37実施形態の非水系二次電池では、4.2V充電状態で85℃の熱に曝した後、0℃まで温度を下げたときの0℃でのイオン伝導度を従来に比べて高くすることができる。このように、熱履歴に強くできる。したがって、高温の環境下から低温環境下に移したときでも、高いイオン伝導度を保つことができる。よって、熱履歴の大きい用途で使用した場合でも、優れた低温特性を得ることができ、本実施形態によれば、既存電解液を用いた場合の動作範囲の限界温度より低い温度でも動作させることができる。
 第37実施形態では、非水系電解液を混ぜる順番を定めることによって、窒素含有化合物の分解物を抑制でき、正極保護膜の形成剤として効果的に作用する。
 また、第37実施形態では、アセトニトリルと窒素含有化合物を入れた非水系電解液を用いており、これにより、正極保護被膜を適切に形成することができ、内部抵抗の増加要因となるHFの発生を抑制することができる。
 また、第37実施形態では、窒素含有化合物投入時の温度上昇を、50℃以下に抑えることが好ましい。これにより、60℃以上で生じる窒素含有化合物の熱分解を適切に抑えることができる。
 第37実施形態の非水系電解液は、アセトニトリルと、LiPFと、1-メチル-1H-ベンゾトリアゾール(MBTA)と、を含むことが好ましい。また、第37実施形態の非水系二次電池には、第1実施形態から第34実施形態のいずれかの非水系電解液を用いることが好ましい。このとき、負極、正極、セパレータ及び電池外装は、特に限定されるものではない。
 第37実施形態の非水系二次電池は、例えば、車載用の寒冷地対応蓄電池として用いることに適している。
<第38実施形態:非水系二次電池>
 第38実施形態では、集電体の片面又は両面に、正極活物質層を有する正極と、集電体の片面又は両面に、負極活物質層を有する負極と、非水系電解液と、を具備する非水系二次電池において、非水系二次電池に有機酸およびその塩、無水酸、並びにLiOからなる群から選ばれる少なくとも一種の化合物が含まれる。また、有機酸は、酢酸、シュウ酸またはギ酸のうち少なくとも1種を含む。そして、非水系二次電池は、85℃での4時間保存試験後における、0℃でのイオン伝導度が、10mS/cm以上であることを特徴とする。
 非水系二次電池は、非水系電解液の熱履歴が避けられない用途での使用につれて低温特性が低下する問題があった。
 第38実施形態では、非水系電解液を混ぜる順番を定めることが好ましく、これにより、LiPF分解物を抑制でき、熱履歴に強くすることができる。第38実施形態では、アセトニトリルと環状酸無水物を入れてから、LiPFを投入して非水系電解液を得ることが好ましい。これにより、LiPF投入時の急激な温度上昇を抑えられると共に、環状酸無水物が犠牲的に反応することで、内部抵抗の増加要因となるHFの発生を抑制することができる。
 また、第38実施形態では、LiPF投入時の温度上昇を、50℃以下に抑えることが好ましい。これにより、60℃以上で生じるLiPFの熱分解を抑えることができる。
 第38実施形態の非水系電解液は、アセトニトリルと、LiPFと、無水フタル酸と、を含有することが好ましい。また、第38実施形態の非水系二次電池には、第1実施形態から第34実施形態のいずれかの非水系電解液を用いることが好ましい。このとき、負極、正極、セパレータ及び電池外装は、特に限定されるものではない。
 第38実施形態の非水系二次電池は、車載用途に好ましく適用することができる。
<第39実施形態:非水系二次電池>
 第39実施形態では、第35実施形態から第38実施形態の非水系二次電池において、正極活物質がLizMO(MはNiを含み、且つ、Mn、Co、Al、及びMgからなる群より選ばれる1種以上の金属元素を含み、さらに、Niの元素含有比は50%より多い。また、zは0.9超1.2未満の数を示す。)で表されるリチウム含有複合金属酸化物であることが、非水系二次電池のエネルギー密度を高める観点から好ましい。
<第40実施形態:非水系二次電池>
 第40実施形態では、第35実施形態から第39実施形態の非水系二次電池において、非水系電解液の注液前後における負極電位差が0.3V以上であることが好ましい。
 第40実施形態は、電解液の注液後に充放電試験を行わず、電池を長時間保存すると、標準電極電位の高い金属が溶出し安全性が低下することに鑑みて発明に至った。ここで、標準電極電位とは、標準水素電極の電位を基準(0V)として表した電位である。
 第40実施形態では、非水系電解液として、アセトニトリルおよびリチウム塩を含有する非水系電解液を用いる。第40実施形態では、注液後電池の負極電位を、2.6V vs.Li/Li近くまで低下させることができる。この結果、銅集電体が溶出する電位を回避できる。従来公知の非水系二次電池では、通電しない限り電位差が発生することはないが、本実施形態における非水系二次電池は、通電前であっても注液後に電位差が発生するという極めて特異的な特徴を有する。この電位差は高イオン伝導性に起因する負極への自発的なLiイオンの挿入反応と推測され、緻密なSEI形成にも寄与することが期待される。
 第40実施形態では、負極電極において、標準電極電位が0V以上の金属を少なくとも1種以上含有していることが好ましい。既存のカーボネート電解液を用いた負極は、注液後に3.1V vs.Li/Liに近い電位を有しているため、長時間保存することで標準電極電位が高い金属元素の溶出が徐々に進行する。一方で、アセトニトリルを用いた電解液は、注液後に長時間保存しても溶出が起きないため、含侵時間を含めた製造管理の期限を長くすることができる。
 第40実施形態では、負極集電体が銅であることが好ましい。これにより、充放電の履歴を与えずに銅の溶出を抑制することができる。
 また、第40実施形態の非水系二次電池には、第1実施形態から第34実施形態のいずれかの非水系電解液を用いることが好ましい。
<第41実施形態:非水系二次電池>
 第41実施形態では、第35実施形態から第40実施形態のいずれかの非水系二次電池において、60℃での200時間貯蔵試験におけるガス発生量が1mAhあたり0.008ml以下であることが好ましい。
 アセトニトリルと、LiPFとを含む非水系電解液においては、高温で、アセトニトリルとLiPFが反応して激しく分解し、内部抵抗の抵抗増加率が著しく上昇する問題があった。第41実施形態では、アセトニトリルと酢酸および環状酸無水物を含有することが好ましく、これにより、酢酸及び環状酸無水物が耐還元性に作用することで、アセトニトリルが還元分解し、ガスの発生を抑制することができる。
 第41実施形態では、アセトニトリルと酢酸および環状酸無水物を含有するパウチ型の非水系二次電池であることが好ましい。酢酸及び環状酸無水物により、負極の表面にSEIが形成されて、高温においてアセトニトリルの還元が促進されることを適切に抑制することができる。
 また、第41実施形態では、酢酸の含有量を、非水系電解液に対し0.1ppm以上5ppm以下とすることが好ましい。これにより、60℃での200時間貯蔵試験におけるガス発生量を、より効果的に、1mAhあたり0.008ml以下とすることができる。
 第41実施形態の非水系電解液は、アセトニトリルと、無水フタル酸と、を含有することが好ましい。また、第41実施形態の非水系二次電池には、第1実施形態から第34実施形態のいずれかの非水系電解液を用いることが好ましい。このとき、負極、正極、セパレータ及び電池外装は、特に限定されるものではない。
<第42実施形態:非水系二次電池>
 第42実施形態では、第35実施形態から第41実施形態の非水系二次電池において、60℃での720時間満充電保存試験における抵抗増加率が400%以下であることが好ましい。
 第42実施形態は、アセトニトリルと、LiPFとを含む非水系電解液においては、高温で、アセトニトリルとLiPFが反応して激しく分解し、内部抵抗の抵抗増加率が著しく上昇する問題に鑑みて発明に至った。
 第42実施形態は、アセトニトリルを含有する非水系二次電池を用いた寒冷地対応蓄電池に適している。第42実施形態によれば、高温加熱時における内部抵抗の増大を抑制できると共に、良好な低温特性を得ることができる。
 また、第42実施形態では、LiPF≦イミド塩となるモル濃度にて、イミド塩を含有することが好ましい。ここで、LiPOと、環状酸無水物は、高温加熱時に内部抵抗が増大するのを抑制するのに寄与している。また、イミド塩は、低温特性の改善に寄与する。第42実施形態によれば、低温でのイオン伝導率の減少を抑制し、優れた低温特性を得ることができる。
 また、第42実施形態によれば、アセトニトリルと無水コハク酸、無水マレイン酸、及び無水フタル酸のうち少なくとも1種を含有する非水系電解液を用いることが好ましい。これにより、高温加熱時における内部抵抗の増大の抑制と、良好な低温特性とを両立することができる。
 第42実施形態の非水系電解液は、アセトニトリル、LiPF、無水コハク酸を含有することが好ましい。また、第42実施形態の非水系二次電池には、第1実施形態から第34実施形態のいずれかの非水系電解液を用いることが好ましい。このとき、負極、正極、セパレータ及び電池外装は、特に限定されるものではない。
<第43実施形態:セルパック>
 第43実施形態のセルパックは、第35実施形態から第42実施形態のいずれかに記載の非水系二次電池を備える。
 第35実施形態から第42施形態のいずれかに記載の非水系二次電池の正極活物質層には、Feが含まれるリチウム含有化合物を含有する。また、負極活物質層には、黒鉛、またはTi、V、Sn、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Zn、Al、Si、及びBからなる群から選択される少なくとも1種以上の元素を含有する。
 また、非水系電解液には、飽和第二級炭素を有さない環状カーボネートを含有し、飽和第二級炭素を有さない環状カーボネートが、エチレンカーボネート及びビニレンカーボネートからなる群から選択される少なくとも1種である。
 また、第43実施形態では、非水系二次電池が4セル直列接続されたモジュールを1モジュール、あるいは2モジュール以上並列接続して構成され、または、前記非水系二次電池が2セル以上並列接続されたモジュールを4モジュール直列接続して構成されている。更に、1セルあたりの作動電圧範囲が1.8V-3.7Vの範囲内であり、且つ平均作動電圧が2.5V-3.5Vである。そして、モジュールには電池の充電状態や健康状態を診断するためのバッテリーマネジメントシステム(BMS)が搭載されている、ことを特徴とする。ここで、モジュールとはセルを複数個接続したものであり、セルパックはモジュールを複数個接続したものであるが、セルパックはモジュールを包含する用語である。また、平均作動電圧とは、電気容量に対して充電している電気量を比率で表した百分率(State of charge:SOC)が50%のときの電圧である。
 アセトニトリルを主溶媒とした電解液をリチウムイオン電池として用いる場合、黒鉛負極電位では還元分解が進行するため、0.4V(vs.Li/Li)以上で吸蔵可能な負極が用いられてきたが、第43実施形態では、エチレンカーボネートまたはビニレンカーボネートを含む電解液と、リン酸鉄リチウム(LiFePO:LFP)正極/黒鉛負極を用いることによって、高温時のサイクル寿命を向上させることができる。LFPはコバルト酸リチウム(LiCoO:LCO)や三元系正極(Li(Ni/Co/Mn)O:NCM)等の正極材料と比べて高温特性が優れている。また、アセトニトリルを主溶媒とした電解液をリチウムイオン電池として用いる場合、黒鉛負極電位では還元分解が進行するため、0.4V(vs Li/Li)以上で吸蔵可能な負極が用いられている。そして、エチレンカーボネートまたはビニレンカーボネートは黒鉛負極上で還元分解することで、高温耐久性に優れた被膜を形成する。
 第43実施形態では、1セルあたりの作動電圧範囲を、1.8V-3.7Vの範囲内とすることで、4直列で、既存12V鉛蓄電池へ代用が可能となる。電装系の仕様は鉛蓄電池の作動電圧範囲を基準に定められているため、1セルあたりの作動電圧範囲を定めることは極めて重要である。そのため、電圧を適正に管理するためのBMSを搭載していることが好ましい。
 また、第43実施形態では、上記セルには、-30℃におけるイオン伝導度が3mS/cm以上である非水系電解液を含有することが好ましい。これにより、高温耐久性と低温性能を両立させることができる。
 第43実施形態のセルパックは、移動体用途や据置用途に適している。移動体用途としては、HEV、フォークリフト、ゴルフカート、e-バイク、無人搬送車(AGV)、鉄道、船舶等が該当する。また、据置用途としては、無停電電源装置(UPS)、非常用電源装置、電力貯蔵装置が該当する。
<第44実施形態:ハイブリッドシステム>
 第44実施形態のハイブリッドシステムは、第43実施形態に記載のセルパックと、リチウムイオン電池以外の二次電池から構成されるモジュールまたはセルパックと、を組み合わせてなることを特徴とする。
 モジュールと第2の二次電池を並列接続して電源システムを構成し、車輌減速等の制動による充電時に、大電流を受け入れることができない電池に流れる電流を、大電流を受入可能なLIBで補うことにより、走行車輌の制動時におけるエネルギーを、回生エネルギーとして効率よく利用することができる。
 第2の二次電池としては、例えば、鉛蓄電池、ニッケル水素電池、Ni-Cd電池、電気二重層キャパシタ(EDLC)、リチウムイオンキャパシタ(LIC)等が挙げられる。また、全固体電池、リチウム硫黄電池、リチウム空気電池、ナトリウムイオン電池、マグネシウムイオンやカルシウムイオン等の多価イオン電池、等の次世代電池や革新電池もあげられる。なお、本実施形態におけるリチウムイオン電池以外の二次電池はこれらに限定されるものではない。
 燃料電池や太陽電池等の発電型エネルギーデバイスと組合せた電源システムであってもよい。
 第44実施形態では、第43実施形態に記載のLIBモジュールと、鉛蓄電池以外の二次電池とを併用で組み合わせたハイブリッドシステムであることが好ましい。ここで、モジュールとはセルを複数個接続したものであり、セルパックはモジュールを複数個接続したものであるが、セルパックはモジュールを包含する用語である。従来のLIBは電解液に有機溶媒を使っていることにより、低温では電解液の粘度が増加し、内部抵抗が大きく上昇する。その結果、LIBは、鉛蓄電池に比べて低温での出力が低下する。一方で、鉛蓄電池は、25℃での出力は低く、-10℃での出力は優れる。
 そこで、第44実施形態では、LIBモジュールを鉛蓄電池以外の二次電池と並列接続して12Vの車輌用電源システムを構成し、車輌減速等の制動による充電時に、大電流を受入可能な第43実施形態に記載のLIBモジュールで補う。これにより、自動車等の走行車輌の制動時におけるエネルギーを、回生エネルギーとして効率よく利用することができる。
 また、第44実施形態では、LIBは正極活物質としてリン酸鉄リチウム(LiFePO)、負極活物質は黒鉛を用い、電解液は20℃におけるイオン伝導度が18mS/cm以上であることが好ましい。リン酸鉄リチウムは、NCMやLCOと比較して電子伝導性が低いため、充放電に課題が見られる。そのため、LIB以外の二次電池と併用した際のメリットが低下しやすい。そこで、イオン伝導度の高い電解液を用いることで、大電流の充放電を低温から常温まで幅広くカバーすることができ、寿命を長くすることが可能になる。
<第45実施形態:セルパック>
 第45実施形態のセルパックは、第35実施形態から第42実施形態のいずれかに記載の非水系二次電池を備える。
 第35実施形態から第42実施形態のいずれかに記載の非水系二次電池の正極活物質層には、Feが含まれるリチウム含有化合物を含有する。また、負極活物質層に黒鉛、またはTi、V、Sn、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Zn、Al、Si、及びBからなる群から選択される少なくとも1種以上の元素を含有する。
 非水系電解液には、飽和第二級炭素を有さない環状カーボネートを含有し、前記飽和第二級炭素を有さない環状カーボネートが、エチレンカーボネート及びビニレンカーボネートからなる群から選択される少なくとも1種である。
 また、以下の式(2)及び式(3)に基づいて、前記非水系二次電池のセル数及びモジュール数を規定した前記セルパックを1個、或いは2個以上並列接続して構成され、または、前記非水系二次電池が2セル以上並列接続したモジュールが式(2)及び式(3)に基づいて接続されて前記セルパックを構成している。
式(2)
 1モジュールあたりのセル直列接続数X:X=2,4,8、16
式(3)
 セルパックあたりのモジュール直列接続数Y:Y=16/X
 そして、1セルあたりの作動電圧範囲が1.8V-3.7Vの範囲内であり、且つ平均作動電圧が2.5V-3.5Vであり、前記モジュールにはBMSが搭載されている、ことを特徴とする。ここで、平均作動電圧とは、電気容量に対して充電している電気量を比率で表した百分率(State of charge:SOC)が50%のときの電圧である。
 LFPは、NCMやLCOと比較して電子伝導が乏しく、大電流の放出、受入れ性能が低い。一方で、車載用途では大電流が要求される電子機器が設置されているため、導入が難しいといった問題があったが、第45実施形態では、エチレンカーボネートまたはビニレンカーボネートを含む電解液と、LFP正極/黒鉛負極を用いることによって、高温時のサイクル寿命を向上させることができる。LFPはNCM、LCOなどの正極材料と比べて高温特性が優れている。また、エチレンカーボネートまたはビニレンカーボネートは黒鉛負極上で還元分解することで、高温耐久性に優れた被膜を形成する。
 本実施形態では、1セルあたりの作動電圧範囲が1.8V-3.7Vの範囲内であり、且つ平均作動電圧が2.5V-3.5Vであり、モジュールまたはシステムにBMSを搭載し直列接続されたモジュールを、1モジュールまたは1モジュール以上並列接続することで構成されるセルパックであることが好ましい。又は、第35実施形態から第42実施形態のいずれかに記載の非水系二次電池を、2セル以上並列接続したモジュールを14~16モジュール直列接続することで構成されるセルパックであることが好ましい。このように、1セルあたりの作動電圧範囲を1.8V-3.7Vの範囲内とすることで、16直列で48V電源規格LV148(2011年策定)に対応する電装機器に接続して使用することができる。
 また、第45実施形態では、セルには、溶媒にアセトニトリルを用いた電解液と、高空隙率のセパレータと、正極の活物質粒子にカーボンで表面コートされた部材と、導電助剤が5質量%以上含有した正極合剤層と、正極集電箔の表面にカーボンをコートした部材と、を用いることが好ましい。このように、イオン伝導部には、電解液に高いイオン伝導度であるアセトニトリルを添加し、空隙率の高い不織布を用い、電子移動部は、集電箔から粒子間までの導電経路を各部材で向上させることで、高い出力性能を達成することができる。
 第45実施形態のセルパックは、移動体用途や据置用途に適している。移動体用途としては、HEV、フォークリフト、ゴルフカート、e-バイク、無人搬送車(AGV)、鉄道、船舶等が該当する。また、据置用途としては、無停電電源装置(UPS)、非常用電源装置、電力貯蔵装置が該当する。
<第46実施形態:ハイブリッドシステム>
 第46実施形態のハイブリッドシステムは、第45実施形態に記載のセルパックと、リチウムイオン電池以外の二次電池から構成されるモジュールまたはセルパックと、を組み合わせてなることを特徴とする。
 これにより、48Vと12Vの電源システムを併設するため、一方の電源システムがダウンしても、もう一方がそれを補うことができる。例えば、48Vは、ヨーロッパ用電池の規格であり、12Vは、世界共通規格である。
 第46実施形態では、第45実施形態に記載のLIBモジュールと、鉛蓄電池とを併用で組み合わせたシステムであることが好ましい。これにより、48Vの電源システムは、LIB、12V電源システムは、LIB以外とすることで、エネルギー密度とシステムコストのバランスが優れた電源システムとすることができる。
 また、第46実施形態では、LIBは、正極活物質としてリン酸鉄リチウム(LiFePO)、負極活物質は、黒鉛を用い、電解液は、20℃におけるイオン伝導度が15mS/cm以上であることが好ましい。リン酸鉄リチウムは、NCMやLCOと比較して電子伝導性が低いため、充放電に課題が見られ、鉛蓄電池と併用した際のメリットが低下する。そこで、イオン伝導度の高い電解液を用いることで、鉛蓄電池の常温付近での大電流の充放電をカバーでき、電池交換までの寿命を長くすることができる。
 以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。
 なお、本実施例及び本比較例の実施に当たり、アセトニトリルは、キシダ化学(株)製のリチウムバッテリーグレードを使用した。
 まず、第1実施形態から第10実施形態の実施例について以下説明する。
[非水系二次電池の作製]
(1-1) 正極の作製
 正極活物質として数平均粒子径11μmのリチウムとニッケル、マンガン及びコバルトとの複合酸化物(Ni/Mn/Co=1/1/1(元素比);密度4.70g/cm)と、導電助剤として数平均粒子径6.5μmのグラファイト炭素粉末(密度2.26g/cm)及び数平均粒子径48nmのアセチレンブラック粉末(密度1.95g/cm)と、バインダーとしてポリフッ化ビニリデン(PVdF;密度1.75g/cm)とを、100:4.2:1.8:4.6の質量比で混合し、正極合剤を得た。得られた正極合剤に溶剤としてN-メチル-2-ピロリドンを固形分68質量%となるように投入して更に混合して、正極合剤含有スラリーを調製した。正極集電体となる厚さ20μm、幅200mmのアルミニウム箔の片面に、この正極合剤含有スラリーを目付量が12.0mg/cmになるように調節しながらドクターブレード法で塗布し、溶剤を乾燥除去した。その後、ロールプレスで実電極密度が2.80g/cmになるよう圧延して、正極活物質層と正極集電体からなる正極を得た。
(1-2) 負極の作製
 負極活物質として数平均粒子径12.7μmのグラファイト炭素粉末(密度2.23g/cm)及び数平均粒子径6.5μmのグラファイト炭素粉末(密度2.27g/cm)と、バインダーとしてカルボキシメチルセルロース(密度1.60g/cm)溶液(固形分濃度1.83質量%)と、ジエン系ゴム(ガラス転移温度:-5℃、乾燥時の数平均粒子径:120nm、密度1.00g/cm、分散媒:水、固形分濃度40質量%)とを、87.2:9.7:1.4:1.7の固形分質量比で混合し、負極合剤を得た。得られた負極合剤に溶剤として水を固形分45質量%となるように投入して更に混合して、負極合剤含有スラリーを調製した。負極集電体となる厚さ10μm、幅200mmの銅箔の片面に、この負極合剤含有スラリーを目付量が5.3mg/cmになるよう調節しながらドクターブレード法で塗布し、溶剤を乾燥除去した。その後、ロールプレスで実電極密度が1.30g/cmになるよう圧延して、負極活物質層と負極集電体からなる負極を得た。
(1-3)コイン型非水系二次電池の作製
 CR2032タイプの電池ケース(SUS304/Alクラッド)にポリプロピレン製ガスケットをセットし、その中央に上述のようにして得られた正極を直径16mmの円盤状に打ち抜いたものを、正極活物質層を上向きにしてセットした。その上からポリエチレン微多孔膜を直径19mmの円盤状に打ち抜いたものをセットして、電解液を100μL注入した後、上述のようにして得られた負極を直径16mmの円盤状に打ち抜いたものを、負極活物質層を下向きにしてセットした。さらにスペーサーとスプリングをセットした後に電池キャップをはめ込み、カシメ機でかしめた。あふれた電解液はウエスできれいにふきとった。25℃で24時間保持し、積層体に電解液を十分馴染ませてコイン型非水系二次電池を得た。
[コイン型非水系二次電池の評価]
 上述のようにして得られた評価用電池について、実施例および比較例に記載されているそれぞれの手順に従って初回充電処理後を行った。次に(2-1)、(2-2)の手順に従ってそれぞれの電池を評価した。なお、充放電はアスカ電子(株)製の充放電装置ACD-01(商品名)及び二葉科学社製の恒温槽PLM-63S(商品名)を用いて行った。
 ここで、1Cとは満充電状態の電池を定電流で放電して1時間で放電終了となることが期待される電流値を意味する。4.2Vの満充電状態から定電流で3.0Vまで放電して1時間で放電終了となることが期待される電流値を意味する。
(2-1)コイン型非水系二次電池の85℃満充電保存試験
 初回充放電処理(初回放電のエージング処理については各実施例や比較例の欄に記載)を行った電池について、電池の周囲温度を25℃に設定し、1Cに相当する3mAの定電流で充電して4.2Vに到達した後、4.2Vの定電圧で合計3時間充電を行った。次に、この非水系二次電池を85℃の恒温槽に4時間保存した。その後、電池の周囲温度を25℃に戻した。
(2-2)コイン型非水系二次電池の出力試験
 上記(2-1)に記載の方法で85℃満充電保存試験を行った電池について、電池の周囲温度を25℃に設定し、1Cに相当する3mAの定電流で充電して4.2Vに到達した後、4.2Vの定電圧で合計3時間充電を行った。その後、1Cに相当する3mAの電流値で3.0Vまで放電した。次に、定電流放電時の電流値を5Cに相当する15mAに変更した以外は、上記と同様の充放電を行い、下記の容量維持率を算出した。
 容量維持率=(5C放電時の容量/1C放電時の容量)×100[%]
[実施例1]
 不活性雰囲気下、アセトニトリル(AcN)とジエチルカーボネート(DEC)とエチレンカーボネート(EC)とビニレンカーボネート(VC)の体積比が45:35:16:4となるよう混合し混合溶媒を得た。さらに、この混合溶媒に無水コハク酸(環状酸無水物)を電解液として最終的に0.15質量%となるよう溶解させた。その後、混合溶媒1Lあたり0.3molのヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF)と1.3molのリチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(LiN(SOF))を添加し、実施例1の電解液を得た。得られた電解液について、目視でリチウム塩が全て溶解していることを確認した。この電解液を用いて上記(1-3)に記載の方法で電池作製した後、初回充放電処理を行った。電池の周囲温度を25℃に設定し、0.1Cに相当する0.3mAの定電流で充電して2.8Vまで充電した後、2.8Vの定電圧で1.5時間充電を行った。その後、周囲温度を55℃に設定し、6時間保存した後、再び電池の周囲温度を25℃に設定し、冷却のため3時間静置した。その後、0.1Cに相当する0.3mAの定電流で充電して4.2Vに到達した後、4.2Vの定電圧で合計1.5時間充電を行った。その後、0.3Cに相当する0.9mAの定電流で3.0Vまで放電した。このときの放電容量を充電容量で割ることによって、初回効率を算出した。その後、上記(2-1)、(2-2)に記載の手順でコイン型非水系二次電池の評価を行った。
[実施例2]
 不活性雰囲気下、アセトニトリル(AcN)とエチルメチルカーボネート(EMC)とエチレンカーボネート(EC)とビニレンカーボネート(VC)の体積比が45:35:16:4となるよう混合し混合溶媒を得た。さらに、この混合溶媒に無水コハク酸(環状酸無水物)を電解液として最終的に0.3質量%となるよう溶解させた。その後、混合溶媒1Lあたり1.3molのヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF)を添加し、実施例2の電解液を得た。得られた電解液について、目視でリチウム塩が全て溶解していることを確認した。この電解液を用いて上記(1-3)に記載の方法で電池作製した後、初回充放電処理を行った。電池の周囲温度を25℃に設定し、0.1Cに相当する0.3mAの定電流で充電して2.8Vまで充電した後、2.8Vの定電圧で1.5時間充電を行った。その後、周囲温度を45℃に設定し、72時間保存した後、再び電池の周囲温度を25℃に設定し、冷却のため3時間静置した。その後、0.1Cに相当する0.3mAの定電流で充電して4.2Vに到達した後、4.2Vの定電圧で合計1.5時間充電を行った。その後、0.3Cに相当する0.9mAの定電流で3.0Vまで放電した。このときの放電容量を充電容量で割ることによって、初回効率を算出した。その後、上記(2-1)(2-2)に記載の手順でコイン型非水系二次電池の評価を行った。
[実施例3]
 不活性雰囲気下、アセトニトリル(AcN)とエチルメチルカーボネート(EMC)とエチレンカーボネート(EC)とビニレンカーボネート(VC)の体積比が35:40:21:4となるよう混合し混合溶媒を得た。さらに、この混合溶媒に無水マレイン酸(環状酸無水物)を電解液として最終的に0.15質量%となるよう溶解させた。その後、混合溶媒1Lあたり1.2molのヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF)を添加し、実施例3の電解液を得た。得られた電解液について、目視でリチウム塩が全て溶解していることを確認した。この電解液を用いて上記(1-3)に記載の方法で電池作製した後、初回充放電処理を行った。電池の周囲温度を25℃に設定し、0.1Cに相当する0.3mAの定電流で充電して3.0Vまで充電した後、3.0Vの定電圧で1.5時間充電を行った。その後、周囲温度を55℃に設定し、6時間保存した後、再び電池の周囲温度を25℃に設定し、冷却のため3時間静置した。その後、0.1Cに相当する0.3mAの定電流で充電して4.2Vに到達した後、4.2Vの定電圧で合計1.5時間充電を行った。その後、0.3Cに相当する0.9mAの定電流で3.0Vまで放電した。このときの放電容量を充電容量で割ることによって、初回効率を算出した。その後、上記(2-1)(2-2)に記載の手順でコイン型非水系二次電池の評価を行った。
[実施例4]
 不活性雰囲気下、アセトニトリル(AcN)とジメチルカーボネート(DMC)とエチレンカーボネート(EC)とビニレンカーボネート(VC)の体積比が57:14:22:7となるよう混合し混合溶媒を得た。さらに、この混合溶媒に無水フタル酸(環状酸無水物)を電解液として最終的に0.5質量%となるよう溶解させた。その後、混合溶媒1Lあたり0.6molのヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF)と0.6molのリチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(LiN(SOCF)を添加し、実施例4の電解液を得た。 得られた電解液について、目視でリチウム塩が全て溶解していることを確認した。この電解液を用いて上記(1-3)に記載の方法で電池作製した後、初回充放電処理を行った。電池の周囲温度を25℃に設定し、0.1Cに相当する0.3mAの定電流で充電して3.0Vまで充電した後、3.0Vの定電圧で1.5時間充電を行った。その後、周囲温度を60℃に設定し、6時間保存した後、再び電池の周囲温度を25℃に設定し、冷却のため3時間静置した。その後、0.1Cに相当する0.3mAの定電流で充電して4.2Vに到達した後、4.2Vの定電圧で合計1.5時間充電を行った。その後、0.3Cに相当する0.9mAの定電流で3.0Vまで放電した。このときの放電容量を充電容量で割ることによって、初回効率を算出した。その後、上記(2-1)(2-2)に記載の手順でコイン型非水系二次電池の評価を行った。
[比較例1]
 不活性雰囲気下、アセトニトリル(AcN)とジエチルカーボネート(DEC)とビニレンカーボネート(VC)の体積比が47:42:11となるよう混合した。さらにこの混合液1Lあたり1.3molのヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF)を添加して、比較例1の電解液を得た。得られた電解液について、目視でリチウム塩が全て溶解していることを確認した。この電解液を用いて上記(1-3)に記載の方法で電池作製した後、初回充放電処理を行った。電池の周囲温度を25℃に設定し、0.1Cに相当する0.3mAの定電流で充電して4.2Vに到達した後、4.2Vの定電圧で合計1.5時間充電を行った。その後、0.3Cに相当する0.9mAの定電流で3.0Vまで放電した。このときの放電容量を充電容量で割ることによって、初回効率を算出した。その後、上記(2-1)(2-2)に記載の手順でコイン型非水系二次電池の評価を行った。比較例1では、初回充電のエージング処理を行っていない。
[比較例2]
 不活性雰囲気下、アセトニトリル(AcN)とジエチルカーボネート(DEC)とビニレンカーボネート(VC)の体積比が47:49:4となるよう混合した。さらにこの混合液1Lあたり0.3molのヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF)と1.0molのリチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(LiN(SOF))を添加して、比較例2の電解液を得た。得られた電解液について、目視でリチウム塩が全て溶解していることを確認した。この電解液を用いて上記(1-3)に記載の方法で電池作製した後、初回充放電処理を行った。電池の周囲温度を25℃に設定し、0.1Cに相当する0.3mAの定電流で充電して2.8Vまで充電した後、2.8Vの定電圧で1.5時間充電を行った。その後、周囲温度を25℃のままとし、72時間保存した後、電池の周囲温度をそのまま25℃に設定し、3時間静置した。その後、0.1Cに相当する0.3mAの定電流で充電して4.2Vに到達した後、4.2Vの定電圧で合計1.5時間充電を行った。その後、0.3Cに相当する0.9mAの定電流で3.0Vまで放電した。このときの放電容量を充電容量で割ることによって、初回効率を算出した。その後、上記(2-1)(2-2)に記載の手順でコイン型非水系二次電池の評価を行った。
[比較例3]
 不活性雰囲気下、アセトニトリル(AcN)とジエチルカーボネート(DEC)とビニレンカーボネート(VC)の体積比が47:49:4となるよう混合し混合溶媒を得た。その後、混合溶媒1Lあたり0.3molのヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF)と1.0molのリチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(LiN(SOCF)を添加し、比較例3の電解液を得た。得られた電解液について、目視でリチウム塩が全て溶解していることを確認した。この電解液を用いて上記(1-3)に記載の方法で電池作製した後、初回充放電処理を行った。電池の周囲温度を25℃に設定し、0.1Cに相当する0.3mAの定電流で充電して4.2Vまで充電した後、4.2Vの定電圧で合計1.5時間充電を行った。その後、周囲温度を85℃とし、24時間保存した後、電池の周囲温度をそのまま25℃に設定し、冷却のため3時間静置した。その後、0.1Cに相当する0.3mAの定電流で充電して4.2Vに到達した後、4.2Vの定電圧で1.5時間充電を行った。その後、0.3Cに相当する0.9mAの定電流で3.0Vまで放電した。このときの放電容量を充電容量で割ることによって、初回効率を算出した。その後、上記(2-1)(2-2)に記載の手順でコイン型非水系二次電池の評価を行った。
 以下の表1に実施例1から実施例4、及び比較例1から比較例3の各非水系電解液の構成成分を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000010
 また、以下の表2では、実施例1から実施例4、及び比較例1から比較例3のエージング条件を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000011
 また、以下の表3には、実施例1から実施例4、及び比較例1から比較例3における、85℃4時間保存後の容量維持率を示す。容量維持率は、5C放電容量を1C放電容量で除して算出してなる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000012
 上記の表3に示すように、実施例1から実施例4では、いずれも容量維持率が70%以上であることがわかった。また、実施例1から実施例4では、74%以上の容量維持率を得ることができる。
 以上により、実施例1から実施例4の非水系電解液のように、アセトニトリルと、リチウム塩と、環状酸無水物とを含有することが好ましいことがわかった。また、表2に示すように、実施例1から実施例4では、いずれもエージング電圧を3.0V以下に設定した熱処理を行った。一方、比較例1では、エージング処理を行っておらず、比較例2では熱処理を行っていない。また、比較例3では、エージング電圧が3Vを上回った。
 また、実施例1から実施例4及び比較例に基づいて、環状酸無水物の含有量が、非水系電解液に対し、0.01質量%以上1質量%以下であるように調節することが好ましいとした。また、実施例1から実施例4に基づいて、環状酸無水物の含有量を、非水系電解液に対し、0.1質量%以上1質量%以下であることがより好ましいとした。
 また、実施例1から実施例4に基づいて、熱処理温度(エージング温度)を、35℃以上60℃以下に調節することが好ましいとした。
 また、実施例1から実施例4より、リチウム塩が、PFアニオンを含有することが好ましいとした。
 ここで、PFアニオンは、LiPFが解離したものである。
 また、実施例に基づいて、環状酸無水物が、無水コハク酸、無水マレイン酸及び無水フタル酸のうち少なくとも1種を含むことが好ましいとした。
 また、実施例に基づいて、環状酸無水物の含有量が、非水系電解液に対し、0.01質量%以上1質量%以下であることが好ましいとした。
 また、本実施例に基づいて、更に、鎖状カーボネートを含有することが好ましいとした。
 また、本実施例に基づいて、鎖状カーボネートが、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート及びジメチルカーボネートからなる群から選択される少なくとも1種であることが好ましいとした。
 また、本実施例に基づいて、アセトニトリルに対する前記鎖状カーボネートの混合モル比が、0.15以上2以下であることが好ましいとした。
 また、本実施例に基づいて、アセトニトリルに対する前記鎖状カーボネートの混合モル比が、0.25以上2以下であることが好ましいとした。
 また、本実施例2から実施例4に基づいて、アセトニトリルに対する前記鎖状カーボネートの混合モル比が、0.4以上2以下であることが好ましいとした。
 第11実施形態から第12実施形態の実施例について以下説明する。
[非水系二次電池の作製]
(1-1) 正極の作製
 正極活物質としてリチウム、ニッケル、マンガン、及びコバルトの複合酸化物(LiNi1/3Mn1/3Co1/3)と、導電助剤としてアセチレンブラック粉末と、バインダーとしてポリフッ化ビニリデン(PVDF)とを、86:8:6の質量比で混合し、正極合剤を得た。得られた正極合剤に溶剤としてN-メチル-2-ピロリドンを投入して更に混合して、正極合剤含有スラリーを調製した。この正極合剤含有スラリーを、正極集電体となるアルミニウム箔両面に、片面あたりの目付量が11.5mg/cmになるように調節しながら塗布した。正極合剤含有スラリーをアルミニウム箔に塗布する際には、アルミニウム箔の一部が露出するように未塗布領域を形成した。その後、ロールプレスで合材層の密度が2.8mg/cmになるように圧延することにより、正極活物質層と正極集電体とからなる正極を得た。
 次に、この正極を、塗工部の面積が150mm×150mmとなるように切断した。そして、アルミニウム箔の露出部に電流を取り出すためのアルミニウム製のリード片を溶接し、120℃で12h真空乾燥を行うことにより、リード付き正極を得た。
(1-2) 負極の作製
 負極活物質であるグラファイトと、導電助剤であるアセチレンブラックと、バインダーであるPVDFとを86:7:7の質量比で混合し、負極合剤を得た。得られた負極合剤に適量の水を添加した後に十分に混合して、負極合剤含有スラリーを調製した。この負極合剤含有スラリーを、銅箔の両面に、片面あたりの目付量が6.9mg/cmになるように調節しながら塗布した。負極合剤含有スラリーを銅箔に塗布する際には、銅箔の一部が露出するように未塗布領域を形成した。その後、ロールプレスで合材層の密度が1.3mg/cmになるように圧延することにより、負極活物質層と負極集電体とからなる負極を得た。
 次に、この負極を、塗工部の面積が152mm×152mmとなるように切断した。そして、銅箔の露出部に電流を取り出すためのニッケル製のリード片を溶接し、80℃で12h真空乾燥を行うことにより、リード付き負極を得た。
(1-3)積層ラミネート電池の組み立て
 リード付き正極とリード付き負極とを、各極の合剤塗布面が対向するようにポリエチレン製樹脂フィルムを介して重ね合わせて積層電極体とした。この積層電極体をアルミニウムラミネートシート外装体内に収容し、水分を除去するために80℃で5h真空乾燥を行った。続いて、電解液を外装体内に注入した後、外装体を封止することにより、積層ラミネート型非水系二次電池(パウチ型セル電池。以下、単に「積層ラミネート電池」ともいう。)を作製した。
 この積層ラミネート電池は、設計容量値が約10Ah、定格電圧値が4.2Vのものである。
[積層ラミネート電池の評価]
 上述のようにして得られた積層ラミネート電池について、以下の手順に従って初回充放電処理を行った。次に容量を測定し、続いて2C過充電試験を実施して、60℃になるまでの時間(分)を測定した。
 ここで、1Cとは満充電状態の電池を、定電流で放電して1時間で放電終了となることが期待される電流値を意味する。下記においては、4.2Vの満充電状態から定電流で2.7Vまで放電して1時間で放電終了となることが期待される電流値を意味する。
(2-1) 積層ラミネート電池の初回充放電処理
 積層ラミネート電池の周囲温度を25℃に設定し、0.2Cの電流値で4.2Vまで定電流充電を行った後、4.2Vで1時間の定電圧充電を行った。その後、0.2Cに相当する定電流で2.7Vになるまで放電した。その後、露点-60℃以下に制御されたグローブボックス内にて、電池の封止部を開口しガス抜きを行った。ガス抜き後、同じ環境下において真空シールを行った。
(2-2) 容量測定
 上記初回充放電処理後の積層ラミネート電池について、25℃において、0.2Cの電流値で4.2Vまで定電流充電を行った後、4.2Vで1時間の定電圧充電を行い、その後、0.2Cに相当する定電流で2.7Vになるまで放電した。これらの操作を計3回行い、その後0.2Cの電流値で4.2Vまで定電流充電を行った後、4.2Vで1時間の定電圧充電を行った充電後の積層ラミネート電池を、25℃で24時間保存した。
 24時間保存後0.2Cに相当する定電流で2.7Vになるまで放電した後、25℃において、0.2Cの電流値で4.2Vまで定電流充電を行った後、4.2Vで1時間の定電圧充電を行い、その後、0.2Cに相当する定電流で2.7Vになるまで放電し、容量を測定した。
(2-3) 2C過充電試験
 上記容量測定後の積層ラミネート電池について、25℃において0.2Cの電流値で4.2Vになるまで定電流充電を行った後、4.2Vで1時間の定電圧充電を行った。この充電後の積層ラミネート電池を、電極端子には電流負荷線と電圧計測線を取り付け、電池表面に熱電対を取り付けた状態で約350mm角の金属製試験容器に設置した。容器内はアルゴンガス雰囲気に置換して試験を行った。
 試験は、充電後の積層ラミネート電池を2Cの電流値で定電流充電を行い、徐々に温度が上昇していく過程で60℃に到達するまでの時間(分)を測定した。
[実施例5]
 下記の表4に示す各種溶媒及び添加剤を所定量混ぜることで電解液を調製した。すなわち、アセトニトリル(AcN)と、ジエチルカーボネート(DEC)と、エチレンカーボネート(EC)と、ビニレンカーボネート(VC)の体積比が47:38:11:4となるように加えて混合した。さらにこの混合液1Lあたり0.3molのヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF)と1.1molのLiN(SOF)(LiFSI)を添加した。また、水を50ppm及び、環状酸無水物として無水コハク酸(SAH)を0.2質量%添加して、実施例5の電解液を得た。この電解液について上記(1-3)に記載の方法で電池作製した後、上記(2-1)~(2-3)に記載の手順で、積層ラミネート電池の評価を行った。
[実施例6]
 下記の表4に示す各種溶媒及び添加剤を所定量混ぜることで電解液を調製した。すなわち、アセトニトリル(AcN)と、ジエチルカーボネート(DEC)と、エチレンカーボネート(EC)と、ビニレンカーボネート(VC)の体積比が39:35:21:5となるように加えて混合した。さらにこの混合液1Lあたり1.3molのヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF)を添加した。また、水を100ppm及び、環状酸無水物として無水マレイン酸(MAH)を0.15質量%添加して、実施例6の電解液を得た。この電解液について上記(1-3)に記載の方法で電池作製した後、上記(2-1)~(2-3)に記載の手順で、積層ラミネート電池の評価を行った。
[実施例7]
 下記の表4に示す各種溶媒及び添加剤を所定量混ぜることで電解液を調製した。すなわち、アセトニトリル(AcN)と、ジメチルカーボネート(DMC)と、エチレンカーボネート(EC)と、ビニレンカーボネート(VC)の体積比が65:8:22:5となるように加えて混合した。さらにこの混合液1Lあたり0.6molのヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF)と0.05molのリチウムビスオキサレートボレート(LiB(C)(LiBOB)と0.6molのリチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(LiN(SOF))(LiFSI)を添加した。また、水を75ppm及び、環状酸無水物として無水フタル酸(PAH)を、0.5質量%添加して、実施例7の電解液を得た。この電解液について上記(1-3)に記載の方法で電池作製した後、上記(2-1)~(2-3)に記載の手順で、積層ラミネート電池の評価を行った。
[比較例4]
 下記の表4に示す各種溶媒及び添加剤を所定量混ぜることで電解液を調製した。すなわち、アセトニトリル(AcN)と、ジエチルカーボネート(DEC)と、ビニレンカーボネート(VC)と、エチレンサルファイト(ES)の体積比が47:38:11:4となるように加えて混合した。さらにこの混合液1Lあたり1.3molのヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF)と0.05molのリチウムビスオキサレートボレート(LiB(C)(LiBOB)を添加した。また、環状酸無水物として無水コハク酸(SAH)を、0.05質量%添加して、比較例4の電解液を得た。なお、比較例4では、水を加えていない。この電解液について上記(1-3)に記載の方法で電池作製した後、上記(2-1)~(2-3)に記載の手順で、積層ラミネート電池の評価を行った。
[比較例5]
 下記の表4に示す各種溶媒及び添加剤を所定量混ぜることで電解液を調製した。すなわち、アセトニトリル(AcN)と、ジエチルカーボネート(DEC)と、ビニレンカーボネート(VC)の体積比が47:42:11となるように加えて混合した。さらにこの混合液1Lあたり1.3molのヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF)を添加すると共に、水を200ppm添加して、比較例5の電解液を得た。この電解液について上記(1-3)に記載の方法で電池作製した後、上記(2-1)~(2-3)に記載の手順で、積層ラミネート電池の評価を行った。
 以下に実施例5から実施例7、及び比較例4から比較例5の各非水系電解液の構成成分を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000013
 また、以下の表5に、実施例5から実施例7、及び比較例4から比較例5の非水系電解液を用いた電池の、2C過充電試験による60℃への到達時間を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000014
 上記表5に示すように、実施例5から実施例7では、いずれも60℃到達時間が20分以上であることがわかった。また、実施例5及び実施例7では、60℃到達時間を22分以上とすることができるとわかった。このように、実施例は、比較例よりも60℃到達時間が長い。これは、実施例の方が比較例に比べて過充電時の電解液分解反応を抑制できているためであり、ひいては60℃以降で急激に起こるパウチ型セル電池における過充電時の膨れを抑制することが可能になる。
 以上により、実施例5から実施例7の非水系電解液のように、アセトニトリルと、リチウム塩と、含有し、更に、1ppm以上200ppm以下の水と、環状酸無水物を含むことが好ましいとわかった。一方、比較例4及び比較例5では、水及び、環状酸無水物のどちらか一方を含んでいない。
 また、環状酸無水物の含有量は、実施例5から実施例7を含み、比較例5を含まないように、非水系電解液に対し、0.01質量%以上1質量%以下が好ましいとした。
 また、実施例5から実施例7に示すように、非水系電解液は、PFアニオンを含有することが好ましいとした。
 また、実施例5、及び実施例7に示すように、アセトニトリルに対するPFアニオンの混合モル比は、0.01以上0.08未満であることが好ましいとした。
 また、実施例及び比較例の実験結果に基づいて、PFアニオンとアセトニトリルと環状酸無水物と水分を含む電解液であり、水分が1~200ppm存在することにより、強固な負極SEIを形成できることがわかった。
 また、実施例6、及び実施例7の実験結果により、上記電解液と、0.4V vs. Li/Liより卑な電位でリチウムイオンを挿入・脱離する負極からなる非水系二次電池であることが好ましいとわかった。負極電位が0.4V vs. Li/Liより卑な電位であることにより、1.0~0.4Vで分解する環状酸無水物の反応を促進することができる。
 また実施例に基づいて、環状酸無水物成分として、無水コハク酸、無水マレイン酸及び無水フタル酸のうち少なくとも1種を含むことが好ましいとした。
 第13実施形態から第14実施形態の実施例について以下説明する。
[電解液の調製]
 不活性雰囲気下、1Lのアセトニトリルに対して、各種イミド塩を、表6に示す含有量(モル量)で溶解させた。次に、得られた混合液のアセトニトリル、及び、その他の溶媒を、表6に示す組成で混合した。さらに得られた混合液に、表6に示す含有量でヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF)、水(HO)、及び各種環状酸無水物を添加、溶解させ、実施例8から実施例11及び比較例6から比較例8の電解液を得た。なお、表6おいて「AcN」はアセトニトリル、「DEC」はジエチルカーボネート、「DMC」はジメチルカーボネート、「EC」はエチレンカーボネート、「VC」はビニレンカーボネート、「LiPF」はヘキサフルオロリン酸リチウム、「LiN(SOF)」はリチウムビス(フルオロスルホニル)イミド、「LiN(SOCF」はリチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、「SAH」は無水コハク酸、「MAH」は無水マレイン酸、「PAH」は無水フタル酸をそれぞれ示す。
 LiPFの含有量は、非水系溶媒1Lに対するモル量である。水の含有量は、非水系電解液を構成する全ての成分の合計重量に対する質量ppmにて算出される。環状酸無水物の含有量は、非水系電解液を構成する全ての成分の和を100質量%としたときの、質量比率で示される。
 得られた電解液について、以下のようにして、アセトニトリルに対するPFアニオンの混合モル比(PF/AcN(モル比))を、次のように求めた。
PF/AcN(モル比)=LiPFのモル量/AcNのモル量
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000015
[評価]
 実施例8から実施例11、比較例6から比較例8の電解液について、以下に記載の方法で電池作製した後、以下に記載の手順でコイン型非水系二次電池の評価を行った。結果を表7、表8に示す。
(1)電池作製
(1-1)正極の作製
 (A)正極活物質として、数平均粒子径11μmのリチウムと、ニッケル、マンガン及びコバルトとの複合酸化物(Ni/Mn/Co=1/1/1(元素比);密度4.70g/cm)と、導電助剤として、(B)数平均粒子径6.5μmのグラファイト炭素粉末(密度2.26g/cm)及び(C)数平均粒子径48nmのアセチレンブラック粉末(密度1.95g/cm)と、(D)バインダーとして、ポリフッ化ビニリデン(PVdF;密度1.75g/cm)と、を、100:4.2:1.8:4.6の質量比で混合し、正極合剤を得た。
 得られた正極合剤に溶剤としてN-メチル-2-ピロリドンを固形分68質量%となるように投入してさらに混合して、正極合剤含有スラリーを調製した。正極集電体となる厚さ20μm、幅200mmのアルミニウム箔の片面に、この正極合剤含有スラリーを目付量が24.0mg/cmになるように調節しながらドクターブレード法で塗布し、溶剤を乾燥除去した。その後、ロールプレスで実電極密度が2.90g/cmになるよう圧延して、正極活物質層と正極集電体からなる正極を得た。
(1-2)負極の作製
 (a)負極活物質として数平均粒子径12.7μmのグラファイト炭素粉末(密度2.23g/cm)及び(b)数平均粒子径6.5μmのグラファイト炭素粉末(密度2.27g/cm)と、(c)バインダーとしてカルボキシメチルセルロース(密度1.60g/cm)溶液(固形分濃度1.83質量%)と、(d)ジエン系ゴム(ガラス転移温度:-5℃、乾燥時の数平均粒子径:120nm、密度1.00g/cm、分散媒:水、固形分濃度40質量%)とを、87.2:9.7:1.4:1.7の固形分質量比で混合し、負極合剤を得た。
 得られた負極合剤に溶剤として水を固形分45質量%となるように投入してさらに混合して、負極合剤含有スラリーを調製した。負極集電体となる厚さ10μm、幅200mmの銅箔の片面に、この負極合剤含有スラリーを目付量が10.6mg/cmになるよう調節しながらドクターブレード法で塗布し、溶剤を乾燥除去した。その後、ロールプレスで実電極密度が1.50g/cmになるよう圧延して、負極活物質層と負極集電体からなる負極を得た。
(1-3)コイン型非水系二次電池の作製
 CR2032タイプの電池ケース(SUS304/Alクラッド)にポリプロピレン製ガスケットをセットし、その中央に上述のようにして得られた正極を直径16mmの円盤状に打ち抜いたものを、正極活物質層を上向きにしてセットした。その上からガラス繊維濾紙(アドバンテック社製ガラス繊維濾紙 GA-100)を直径16mmの円盤状に打ち抜いたものをセットして、電解液を150μL注入した後、上述のようにして得られた負極を直径16mmの円盤状に打ち抜いたものを、負極活物質層を下向きにしてセットした。さらにスペーサーとスプリングをセットした後に電池キャップをはめ込み、カシメ機でかしめた。あふれた電解液はウエスできれいにふきとった。25℃で24時間保持し、積層体に電解液を十分馴染ませてコイン型非水系二次電池を得た。
(2)コイン型非水系二次電池の評価
 上述のようにして得られた評価用電池について、まず、下記(2-1)の手順に従って初回充電処理を行った。次に(2-2)の手順に従ってそれぞれの電池を評価した。なお、充放電はアスカ電子(株)製の充放電装置ACD-01(商品名)及び二葉科学社製の恒温槽PLM-63S(商品名)を用いて行った。
 ここで、1Cとは満充電状態の電池を定電流で放電して1時間で放電終了となることが期待される電流値を意味する。4.2Vの満充電状態から定電流で3.0Vまで放電して1時間で放電終了となることが期待される電流値を意味する。
 (2-1)コイン型非水系二次電池の初回充放電処理
 電池の周囲温度を25℃に設定し、0.1Cに相当する0.6mAの定電流で充電して4.2Vに到達した後、4.2Vの定電圧で合計1.5時間充電を行った。その後、0.3Cに相当する1.8mAの定電流で3.0Vまで放電した。このときの放電容量を充電容量で割ることによって、初回効率を算出した。この結果を、表7に示す。
(2-2)コイン型非水系二次電池の出力試験
 上記(2-1)に記載の方法で初回充放電処理を行った電池について、電池の周囲温度を25℃に設定し、1Cに相当する6mAの定電流で充電して4.2Vに到達した後、4.2Vの定電圧で合計3時間充電を行った。その後、1Cに相当する6mAの電流値で3.0Vまで放電した。次に、定電流放電時の電流値を5Cに相当する30mAに変更した以外は同様の充放電を行った。出力試験後、5Cに相当する30mAの電流値の放電曲線について確認を行った。放電曲線は、横軸に時間、横軸に電池電圧をプロットした。
 放電曲線の縦軸にプロットされた電池電圧の推移に異常が見られなかった場合を「○(Al箔腐食無)」、電池電圧の推移に上下に乱れるような異常が見られた場合を「×(Al箔腐食有)」と判定した。この結果を、表7に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000016
(2-3)60℃保存試験
 上述のようにして得られた評価用電池について、電池の周囲温度を25℃に設定し、1Cに相当する6mAの定電流で充電して4.2Vに到達した後、4.2Vの定電圧で合計3時間充電を行った。その後、60℃で100時間保存し、電解液中へのアルミニウム(Al)溶出量(単位:ppm)を測定した。
 アルミニウム溶出量は、ICP/MS測定によって算出した。この結果を、表8に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000017
 表7に示すように、比較の出力試験は、「×(Al箔腐食有)」の評価結果となった。
 これに対して、実施例では、いずれも、出力試験では、「○(Al箔腐食なし)」の評価結果となった。
 また、表8に示すように、比較例では、いずれも60℃保存後のアルミニウム溶出量が、10ppmをはるかに超えた。
 これに対して、実施例では、いずれも、60℃保存後のアルミニウム溶出量が、10ppm以下となった。
 これらの結果から、イミド塩を添加していても、アセトニトリルと、リチウム塩と、水と、PFアニオンと、を含有していることにより、アルミニウム箔の腐食を防止し、アルミニウム溶出を10ppm以下に抑制できることがわかった。すなわち、アセトニトリルのα位置から水素が抜けることで、PFからのHF発生を促進し、イミド塩を用いた場合でもアルミニウム不働態の形成を促進することができる。
 また実施例及び比較例の実験結果に基づいて、アセトニトリルのα位置から水素が抜けることで、PFからのHF発生を促進し、適量の水分がアルミニウム不働態の形成に寄与することがわかった。
 また、実施例の実験結果に基づいて、充放電してもアルミニウムが溶出しない構成とすることが可能である。
 次に、第15実施形態から第16実施形態の実施例について以下説明する。
[電解液の調製]
 各種溶媒及び電解質を所定の体積比になるように混ぜることで電解液を調製した。実施例及び比較例で用いた各電解液の組成は表9に示した。なお、表9において「AcN」はアセトニトリル、「DEC」はジエチルカーボネート、「EMC」はエチルメチルカーボネート、「EC」はエチレンカーボネート、「VC」はビニレンカーボネート、「PC」は、プロピレンカーボネート、「LiPF」はヘキサフルオロリン酸リチウム、「LiN(SOF)」はリチウムビス(フルオロスルホニル)イミド、「SAH」は無水コハク酸、「MAH」は無水マレイン酸をそれぞれ示す。
 電解質を除く各成分は非水系溶媒であり、各非水系溶媒を合わせて1Lとなるように調製した。リチウム塩含有量は、非水系溶媒1Lに対するモル量である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000018
[電解液の加熱NMR測定]
 アルゴンボックス内で、実施例及び比較例の電解液をNMRチューブ内管(直径3mm)に採取し、蓋をした後、パラフィルムを用いて封をした。アルゴンボックスからNMRチューブ内管を取り出し、Cを添加したDMSO-d6溶液の入った外管に挿し込み、二重管法によるNMR測定を行った。NMR測定装置は、JEOL RESONANCE社製ECS400を用いた。測定条件は、パルス幅45℃、積算回数256回、昇温時の待ち時間は25℃が5秒、60℃が7秒、85℃が10秒で行った。試験結果を表9に示す。
 表9に示すように、比較例ではいずれもHFの発生量が、25℃と比較して、60℃及び85℃において著しく増加した。
 これに対して、実施例では、HFの発生量が、25℃と比較して、60℃及び85℃においてそれほど変化せず、比較例に比べて少ないことがわかった。
 60℃でフッ化水素の発生量の、25℃でのフッ化水素の発生量に対する増加率(以下、HF発生量増加率と記載する)を求めたところ、実施例12が150%、実施例13が140%であった。これに対し、比較例9が771%、比較例10が979%、比較例11が728%であった。
 これらの結果から、飽和第二級炭素を有するプロピレンカーボネートを含まない実施例12から実施例13の電解液において、50℃~60℃でのHFの発生量を減らせることが確認された。
 また、実施例12の電解液は、実施例13の電解液に比べ、60℃及び85℃でのHFの発生量を低減できた。この結果から、飽和第二級炭素を有さない環状カーボネートが、アセトニトリル以上の体積比率で含有されている場合、50℃~60℃でのHFの発生抑制効果が高いことが確認された。
 また、実施例及び比較例の実験結果に基づいて、LiPF系アセトニトリル電解液が、飽和第三級炭素を持たない非水系溶媒で希釈されていることが好ましい。飽和第二級炭素を持つカーボネート(例えば、プロピレンカーボネート)はプロトンが抜けやすいため、50~60℃でのHF発生を促進する傾向にあるが、飽和第三級炭素を持たない非水系溶媒で希釈するとHF発生を効果的に抑制することができる。
 次に、第17実施形態の実施例について以下に説明する。
[電解液の調製]
 各種溶媒及び添加剤を所定の体積比になるように混ぜることで電解液を調製した。実施例及び比較例で用いた各電解液の組成は表10に示した。なお、表10において「AcN」はアセトニトリル、「DEC」はジエチルカーボネート、「DMC」はジメチルカーボネート、「EMC」はエチルメチルカーボネート、「EC」はエチレンカーボネート、「VC」はビニレンカーボネート、「LiPF」はヘキサフルオロリン酸リチウム、「LiN(SOF)」はリチウムビス(フルオロスルホニル)イミド、「SAH」は無水コハク酸をそれぞれ示す。
 リチウム塩及び添加剤を除く各成分は非水系溶媒であり、各非水系溶媒を合わせて1Lとなるように調製した。リチウム塩含有量は、非水系溶媒1Lに対するモル量である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000019
〔電池作製〕
〔正極の作製〕
 正極活物質としてリチウム、ニッケル、マンガン、及びコバルトの複合酸化物(LiNi0.5Mn0.3Co0.2)と、導電助剤としてアセチレンブラック粉末と、バインダーとしてポリフッ化ビニリデン(PVDF)とを、100:3.5:3の質量比で混合し、正極合剤を得た。得られた正極合剤に溶剤としてN-メチル-2-ピロリドンを投入して更に混合して、正極合剤含有スラリーを調製した。正極集電体となる厚さ15μmのアルミニウム箔片面に、この正極合剤含有スラリーを、目付量が約95.0g/mになるように調節しながら塗布した。正極合剤含有スラリーをアルミニウム箔に塗布する際には、アルミニウム箔の一部が露出するように未塗布領域を形成した。その後、ロールプレスで正極活物質層の密度が2.74g/cmになるように圧延することにより、正極活物質層と正極集電体とからなる正極を得た。
 次に、この正極を、正極合剤層の面積が30mm×50mmで、且つアルミニウム箔の露出部を含むように切断した。そして、アルミニウム箔の露出部に電流を取り出すためのアルミニウム製のリード片を溶接し、120℃で12時間真空乾燥を行うことにより、リード付き正極を得た。
〔負極の作製〕
 負極活物質である黒鉛と、バインダーであるカルボキシメチルセルロースと、同じくバインダーであるスチレンブタジエンラテックスとを、100:1.1:1.5の質量比で混合し、負極合剤を得た。得られた負極合剤に適量の水を添加した後に十分に混合して、負極合剤含有スラリーを調製した。このスラリーを、厚みが10μmの銅箔の片面に、目付量が約61.0g/mになるように調節しながら一定厚みで塗布した。負極合剤含有スラリーを銅箔に塗布する際には、銅箔の一部が露出するように未塗布領域を形成した。その後、ロールプレスで負極活物質層の密度が1.20g/cmになるように圧延することにより、負極活物質層と負極集電体とからなる負極を得た。
 次に、この負極を、負極合剤層の面積が32mm×52mmで、且つ銅箔の露出部を含むように切断した。そして、銅箔の露出部に電流を取り出すためのニッケル製のリード片を溶接し、80℃で12時間真空乾燥を行うことにより、リード付き負極を得た。
〔単層ラミネート電池の組み立て〕
 リード付き正極とリード付き負極とを、各極の合剤塗布面が対向するようにポリエチレン製微多孔膜セパレータ(厚み21μm)を介して重ね合わせて積層電極体とした。この積層電極体を、90mm×80mmのアルミニウムラミネートシート外装体内に収容し、水分を除去するために80℃で5時間真空乾燥を行った。続いて、上記した各電解液を外装体内に注入した後、外装体を封止することにより、単層ラミネート型(パウチ型)非水系二次電池(以下、単に「単層ラミネート電池」ともいう。)を作製した。この単層ラミネート電池は、設計容量値が23mAh、定格電圧値が4.2Vのものである。
[単層ラミネート電池の評価]
 上述のようにして得られた評価用電池について、まず、下記(1-1)の手順に従って初回充電処理を行った。次に(1-2)の手順に従ってそれぞれの電池を評価した。なお、充放電はアスカ電子(株)製の充放電装置ACD-01(商品名)及び二葉科学社製の恒温槽PLM-63S(商品名)を用いて行った。
 ここで、1Cとは満充電状態の電池を定電流で放電して1時間で放電終了となることが期待される電流値を意味する。4.2Vの満充電状態から定電流で2.5Vまで放電して1時間で放電終了となることが期待される電流値を意味する。
(1-1)単層ラミネート電池の初回充放電処理
 電池の周囲温度を25℃に設定し、0.1Cに相当する2.3mAの定電流で充電して4.2Vに到達した後、4.2Vの定電圧で合計1.5時間充電を行った。その後、0.3Cに相当する6.9mAの定電流で2.5Vまで放電した。このときの放電容量を充電容量で割ることによって、初回効率を算出した。
(1-2)単層ラミネート電池の-10℃充放電サイクル試験
 上記(1-1)に記載の方法で初回充放電処理を行った電池について、サイクル試験を実施した。なお、サイクル試験は電池の周囲温度を-10℃に設定した3時間後に開始した。まず、0.2Cに相当する4.6mAの定電流で充電して4.2Vに到達した後、4.2Vの定電圧で合計3時間充電を行った。その後、4.6mAの定電流で2.5Vまで放電した。充電と放電とを各々1回ずつ行うこの工程を1サイクルとし、20サイクルの充放電を行った。1サイクル目の放電容量を100%としたときの20サイクル目の放電容量を容量維持率とした。
[交流インピーダンス測定]
  上記(1-1)に記載の方法で初回充放電処理を行った電池について、交流インピーダンス測定を実施した。交流インピーダンス測定は、ソーラトロン社製周波数応答アナライザ1400(商品名)とソーラトロン社製ポテンショ-ガルバノスタット1470E(商品名)を用いた。1000kHz~0.01Hzに周波数を変えつつ交流信号を付与し、電圧・電流の応答信号からインピーダンスを測定し、複素インピーダンス平面プロット(cole-coleプロット)の横軸と交差した値をバルク抵抗、高周波数側の円弧の横幅を界面抵抗として求めた。また、抵抗値はいずれも実数部(横軸)の値を使用した。印可する交流電圧の振幅は±5mVとした。また、交流インピーダンスを測定する際の電池の周囲温度は25℃で実施し、測定は各温度設定の1時間30分後に開始した。また、これらの結果から下記の値を算出した。
 実験では、25℃の交流インピーダンス測定を行った。その実験結果が以下の表11に示されている。また、以下の表11では、実施例14から実施例16及び比較例12から比較例14の、-10℃での充放電サイクル試験(20サイクル後)における容量維持率を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000020
 上記表11に示すように、実施例14から実施例16では、いずれも容量維持率が90%以上であることがわかった。一方、比較例12から比較例14ではいずれも容量維持率が80%以下となっていることが分かった。
 以上により、実施例14から実施例16の非水系電解液のように、ビニレンカーボネート(VC)は0.5体積%以上4体積%以下の量を含むことが好ましいとわかった。
 次に、第18実施形態の実施例について以下説明する。
[電池作製]
(1-1)正極の作製
 正極活物質として数平均粒子径11μmのリチウムとニッケル、マンガン及びコバルトとの複合酸化物(Ni/Mn/Co=1/1/1(元素比);密度4.70g/cm)と、導電助剤として数平均粒子径6.5μmのグラファイト炭素粉末(密度2.26g/cm)及び数平均粒子径48nmのアセチレンブラック粉末(密度1.95g/cm)と、バインダーとしてポリフッ化ビニリデン(PVdF;密度1.75g/cm)とを、100:4.2:1.8:4.6の質量比で混合し、正極合剤を得た。得られた正極合剤に溶剤としてN-メチル-2-ピロリドンを固形分68質量%となるように投入して更に混合して、正極合剤含有スラリーを調製した。正極集電体となる厚さ20μm、幅200mmのアルミニウム箔の片面に、この正極合剤含有スラリーを目付量が12.0mg/cmになるように調節しながらドクターブレード法で塗布し、溶剤を乾燥除去した。その後、ロールプレスで実電極密度が2.80g/cmになるよう圧延して、正極活物質層と正極集電体からなる正極を得た。
(1-2)負極の作製
 負極活物質として数平均粒子径12.7μmのグラファイト炭素粉末(密度2.23g/cm)及び数平均粒子径6.5μmのグラファイト炭素粉末(密度2.27g/cm)と、バインダーとしてカルボキシメチルセルロース(密度1.60g/cm)溶液(固形分濃度1.83質量%)と、ジエン系ゴム(ガラス転移温度:-5℃、乾燥時の数平均粒子径:120nm、密度1.00g/cm、分散媒:水、固形分濃度40質量%)とを、87.2:9.7:1.4:1.7の固形分質量比で混合し、負極合剤を得た。得られた負極合剤に溶剤として水を固形分45質量%となるように投入して更に混合して、負極合剤含有スラリーを調製した。負極集電体となる厚さ10μm、幅200mmの銅箔の片面に、この負極合剤含有スラリーを目付量が5.3mg/cmになるよう調節しながらドクターブレード法で塗布し、溶剤を乾燥除去した。その後、ロールプレスで実電極密度が1.30g/cmになるよう圧延して、負極活物質層と負極集電体からなる負極を得た。
(1-3)コイン型非水系二次電池の作製
 CR2032タイプの電池ケース(SUS304/Alクラッド)にポリプロピレン製ガスケットをセットし、その中央に上述のようにして得られた正極を直径16mmの円盤状に打ち抜いたものを、正極活物質層を上向きにしてセットした。その上からガラス繊維濾紙(アドバンテック社製ガラス繊維濾紙 GA-100)を直径16mmの円盤状に打ち抜いたものをセットして、電解液を150μL注入した後、上述のようにして得られた負極を直径16mmの円盤状に打ち抜いたものを、負極活物質層を下向きにしてセットした。さらにスペーサーとスプリングをセットした後に電池キャップをはめ込み、カシメ機でかしめた。あふれた電解液はウエスできれいにふきとった。25℃で24時間保持し、積層体に電解液を十分馴染ませてコイン型非水系二次電池を得た。
[コイン型非水系二次電池の評価]
 上述のようにして得られた評価用電池について、まず、下記(2-1)の手順に従って初回充電処理を行った。次に(2-2)の手順に従ってそれぞれの電池を評価した。なお、充放電はアスカ電子(株)製の充放電装置ACD-01(商品名)及び二葉科学社製の恒温槽PLM-63S(商品名)を用いて行った。
 ここで、1Cとは満充電状態の電池を定電流で放電して1時間で放電終了となることが期待される電流値を意味する。4.2Vの満充電状態から定電流で3.0Vまで放電して1時間で放電終了となることが期待される電流値を意味する。
(2-1)コイン型非水系二次電池の初回充放電処理
 電池の周囲温度を25℃に設定し、0.1Cに相当する0.3mAの定電流で充電して4.2Vに到達した後、4.2Vの定電圧で合計1.5時間充電を行った。その後、0.3Cに相当する0.9mAの定電流で3.0Vまで放電した。このときの放電容量を充電容量で割ることによって、初回効率を算出した。
(2-2)コイン型非水系二次電池の50℃充放電サイクル試験
 上記(2-1)に記載の方法で初回充放電処理を行った電池について、電池の周囲温度を50℃に設定し、1Cに相当する3mAの定電流で充電して4.2Vに到達した後、4.2Vの定電圧で合計3時間充電を行った。その後、3mAの定電流で3Vまで放電した。充電と放電とを各々1回ずつ行うこの工程を1サイクルとし、100サイクルの充放電を行った。1サイクル目の放電容量を100%としたときの100サイクル目の放電容量を容量維持率とした。
[実施例17]
 不活性雰囲気下、アセトニトリル(AcN)とジエチルカーボネート(DEC)とエチレンカーボネート(EC)とビニレンカーボネート(VC)の体積比が60:25:11:4となるよう混合した。更に、この混合液1Lあたり0.35molのヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF)と1.8molのリチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(LiN(SOF))を溶解させると共に、下記の式(4)に示す有機塩素化合物を5ppmと、環状酸無水物として無水コハク酸を0.2質量%加え混合し、実施例17の電解液を得た。得られた電解液について、目視でリチウム塩、塩化物および環状酸無水物が全て溶解していることを確認した。この電解液について上記(1-3)に記載の方法で電池作製した後、上記(2-1)~(2-2)に記載の手順で測定を行った。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000021
[実施例18]
 不活性雰囲気下、アセトニトリル(AcN)とジエチルカーボネート(DEC)とエチルメチルカーボネート(EMC)とエチレンカーボネート(EC)とビニレンカーボネート(VC)の体積比が38:18:18:20:6となるよう混合した。更に、この混合液1Lあたり1.2molのヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF)と0.3molのリチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(LiN(SOF))を溶解させると共に、下記の式(5)に示す有機塩素化合物を0.5ppmと、環状酸無水物として無水マレイン酸を0.15質量%加え混合し、実施例18の電解液を得た。得られた電解液について、目視でリチウム塩、塩化物および環状酸無水物が全て溶解していることを確認した。この電解液について上記(1-3)に記載の方法で電池作製した後、上記(2-1)~(2-2)に記載の手順で測定を行った。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000022
[実施例19]
 不活性雰囲気下、アセトニトリル(AcN)とジエチルカーボネート(DEC)とエチルメチルカーボネート(EMC)とエチレンカーボネート(EC)とビニレンカーボネート(VC)の体積比が38:18:18:20:6となるよう混合した。更に、この混合液1Lあたり1.2molのヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF)を溶解させると共に、下記の式(5)に示す有機塩素化合物を25ppmと、環状酸無水物として無水コハク酸を0.15質量%加え混合し、実施例19の電解液を得た。得られた電解液について、目視でリチウム塩、塩化物および環状酸無水物が全て溶解していることを確認した。この電解液について上記(1-3)に記載の方法で電池作製した後、上記(2-1)~(2-2)に記載の手順で測定を行った。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000023
[実施例20]
 不活性雰囲気下、アセトニトリル(AcN)とジメチルカーボネート(DMC)とエチレンカーボネート(EC)とビニレンカーボネート(VC)の体積比が30:11:52:7となるよう混合した。更に、この混合液1Lあたり0.6molのヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF)と0.6molのリチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(LiN(SOCF)を溶解させると共に、下記の式(6)に示す有機塩素化合物を300ppmと、環状酸無水物として無水マレイン酸を0.5質量%加え混合し、実施例20の電解液を得た。得られた電解液について、目視でリチウム塩、塩化物および環状酸無水物が全て溶解していることを確認した。この電解液について上記(1-3)に記載の方法で電池作製した後、上記(2-1)~(2-2)に記載の手順で測定を行った。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000024
[実施例21]
 不活性雰囲気下、アセトニトリル(AcN)とジエチルカーボネート(DEC)とエチレンカーボネート(EC)とビニレンカーボネート(VC)の体積比が65:4:20:11となるよう混合した。更に、この混合液1Lあたり0.5molのヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF)と1.0molのリチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(LiN(SOF))を溶解させると共に、下記の式(7)に示す有機塩素化合物を4ppmと、環状酸無水物として無水フタル酸を0.8質量%加え混合し、実施例21の電解液を得た。得られた電解液について、目視でリチウム塩、塩化物および環状酸無水物が全て溶解していることを確認した。この電解液について上記(1-3)に記載の方法で電池作製した後、上記(2-1)~(2-2)に記載の手順で測定を行った。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000025
[比較例15]
 不活性雰囲気下、アセトニトリル(AcN)とジエチルカーボネート(DEC)とビニレンカーボネート(VC)の体積比が47:49:4となるよう混合した。更に、この混合液1Lあたり0.2molのヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF)と1.0molのリチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(LiN(SOF))を溶解させると共に、環状酸無水物として無水コハク酸を0.05質量%加え混合し、比較例15の電解液を得た。なお、比較例15では、有機塩素化合物を添加していない。得られた電解液について、目視でリチウム塩、環状酸無水物が全て溶解していることを確認した。この電解液について上記(1-3)に記載の方法で電池作製した後、上記(2-1)~(2-2)に記載の手順で測定を行った。
[比較例16]
 不活性雰囲気下、アセトニトリル(AcN)とジエチルカーボネート(DEC)とエチレンカーボネート(EC)とビニレンカーボネート(VC)の体積比が60:25:11:4となるよう混合した。更に、この混合液1Lあたり0.35molのヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF)と1.8molのリチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(LiN(SOF))を溶解させると共に、下記の式(5)に示す有機塩素化合物を5ppm加え混合し、比較例16の電解液を得た。なお、比較例16では、環状酸無水物を添加していない。得られた電解液について、目視でリチウム塩、塩化物が全て溶解していることを確認した。この電解液について上記(1-3)に記載の方法で電池作製した後、上記(2-1)~(2-2)に記載の手順で測定を行った。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000026
 以下に実施例17から実施例21、及び比較例15から比較例16の各非水系電解液の構成成分を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000027
 また、以下の表13では、実施例17から実施例21、及び比較例15から比較例16の、50℃での充放電サイクル試験における容量維持率を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000028
 上記表13に示すように、比較例15及び比較例16では、いずれも容量維持率が60%未満であることがわかった。一方、実施例17から実施例21では、70%以上の容量維持率を得ることが可能であり、更に、実施例17及び実施例18では、80%以上の容量維持率が得られることがわかった。
 以上により、実施例17から実施例21の非水系電解液のように、アセトニトリルと、リチウム塩と、含有し、更に、有機塩素化合物と、環状酸無水物を含むことが好ましいとわかった。一方、比較例15及び比較例16では、有機塩素化合物及び、環状酸無水物のどちらか一方を含んでいない。有機塩素化合物は、VC原料由来の塩化物であることが好ましい。
 また、本実施例17から実施例21では、いずれも有機塩素化合物が、環状カーボネートの塩素付加体であり、また、環状カーボネートの塩素付加体は、下記の式(4)~(7)で表される化合物からなる群より選ばれることが好ましいとわかった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000029
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000030
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000031
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000032
 また、有機塩素化合物の含有量は、比較例15を含まないように、非水系電解液に対し0.1ppm以上500ppm以下とした。また、環状酸無水物の含有量は、比較例16を含まないように、非水系電解液に対し0.01質量%以上1質量%以下とした。
 また、実施例17から実施例18に基づいて、有機塩素化合物の含有量が、非水系電解液に対し0.5ppm以上10ppm以下、環状酸無水物の含有量が、非水系電解液に対し0.1質量%以上0.5質量%以下である範囲を好ましい範囲に設定した。これにより、80%以上の容量維持率が得られることがわかった。
 また実施例に基づいて、環状酸無水物成分として、無水コハク酸、無水マレイン酸及び無水フタルのうち少なくとも1種を含むことが好ましいとした。
 次に、第19実施形態の実施例について以下説明する。
[電解液の調整]
 各種溶媒及び添加剤を所定の体積比になるように混ぜることで電解液を調整した。実施例及び比較例で用いた各電解液の組成は表14に示した。なお、表14において「AcN」はアセトニトリル、「DEC」はジエチルカーボネート、「DMC」は、ジメチルカーボネート、「EMC」はエチルメチルカーボネート、「EC」はエチレンカーボネート、「VC」はビニレンカーボネート、「VC」は、ビニレンカーボネート、「LiPF」はヘキサフルオロリン酸リチウム、「LiBOB」はリチウムビスオキサレートボレート(LiB(C)、「LiN(SOF)」はリチウムビス(フルオロスルホニル)イミド、「SAH」は無水コハク酸、「MAH」は無水マレイン酸、「PAH」は無水フタル酸をそれぞれ示す。
 リチウム塩を除く各成分は非水系溶媒であり、各非水系溶媒を合わせて1Lとなるように調整した。リチウム塩含有量は、非水系溶媒1Lに対するモル量である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000033
[交流インピーダンス測定]
 上記の調製した電解液を東陽テクニカ製の密閉セル(セルサイズ:24mmφ×0.35mmt)に入れて封入し、ホルダー(SH1-Z)にはめ込んで結線した。
 更に、恒温槽に入れて交流インピーダンス測定を行った。電極には金を使用した。電解液の採取から密閉セルへの充填、封入まではArグローブBOX内で行った。
 交流インピーダンス測定にはSolartron社製のFRA1255を使用した。振幅電圧5mV、周波数を10kHzから1MHzまで振って測定した。恒温槽の温度は-30℃に設定し、測定は温度設定の1時間30分後に開始した。測定データは、5分ごとに繰り返し測定したデータの変動が0.1%未満になった時点のデータを採用した。
[イオン伝導度]
 得られたデータは、インピーダンスの実数成分(Z´)と虚数成分(Z´´)からなるナイキスト線図で表した。そして、Z´´=0におけるZ´値(R)を読み取って、以下の式によりLiイオン伝導度を求めた。
 Liイオン伝導度(mS/cm)=d/(R・S)
 ここで、dは、電極間距離(0.35cm)、Sは、電極面積(4.522cm)である。
 表14に示した組成で電解液を25℃で調製し、上記の方法でセルを組み立てて交流インピーダンス測定を実施した。得られたデータからナイキスト線図を作成してZ´値を読み取り、上記の式から、実施例22から実施例25、及び比較例17から比較例20のイオン伝導度を計算した。結果を以下の表15に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000034
 表15に示すように、比較例ではいずれも-30℃でのイオン伝導度が3.0mS/cmを大きく下回ることがわかった。また、比較例17では恒温槽に入れる前の段階で白色沈殿物が析出してしまったため、イオン伝導度測定を中止せざるを得なかった。
 これに対して、実施例では、いずれも、-30℃でのイオン伝導度が3.0mS/cm以上であることがわかった。
 実施例22から実施例25では、非水系溶媒1Lに対して、LiPF含有量が、1.5mol以下であった。また、LiPF/AcNの混合モル比が、0.08以上0.4以下であることがわかった。
 また、比較例17から比較例20の結果を含まない範囲として、鎖状カーボネート/AcNの混合モル比が、0.25以上4.0以下の範囲を規定した。
 また、実施例22から実施例25では、鎖状カーボネート/AcNの混合モル比が、0.3以上2.0以下であることがわかった。
 本実施例の実験結果に基づいて、LiPFと非水系溶媒を含有し、LiPF含有量が非水系溶媒1lに対して1.5mol以下であり、非水系溶媒がアセトニトリルと鎖状カーボネートを含有し、アセトニトリルに対するLiPFの混合モル比が、0.08以上0.4以下であり、かつ、アセトニトリルに対する鎖状カーボネートの混合モル比が0.3以上2以下であることが好ましい。
 第20実施形態の実施例について以下説明する。
[電解液の調製]
 各種溶媒及び添加剤を所定の体積比になるように混ぜることで電解液を調製した。実施例及び比較例で用いた各電解液の組成は表16に示した。なお、表16において「AcN」はアセトニトリル、「DEC」はジエチルカーボネート、「EMC」はエチルメチルカーボネート、「EC」はエチレンカーボネート、「VC」はビニレンカーボネート、「LiPF」はヘキサフルオロリン酸リチウム、「(LiN(SOF))」はリチウムビス(フルオロスルホニル)イミド、「SAH」は無水コハク酸、「PAH」は無水フタル酸をそれぞれ示す。
 リチウム塩及び添加剤を除く各成分は非水系溶媒であり、各非水系溶媒を合わせて1Lとなるように調製した。リチウム塩含有量は、非水系溶媒1Lに対するモル量である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000035
(イオン伝導度測定)
 電解液を東陽テクニカ製の密閉セル(セルサイズ:24mmφ×0.35mmt)に入れて封入し、ホルダー(SH1-Z)にはめ込んで結線した。更に、恒温槽に入れて交流インピーダンス測定を行った。電極には金を使用した。電解液の採取から密閉セルへの充填、封入まではArグローブBOX内で行った。
 交流インピーダンス測定にはSolartron社製のFRA1255を使用した。振幅電圧5mV、周波数を10kHzから1MHzまで振って測定した。恒温槽の温度は-10℃に設定し、測定は温度設定の1時間30分後に開始した。測定データは、5分ごとに繰り返し測定したデータの変動が0.1%未満になった時点のデータを採用した。
 得られたデータは、インピーダンスの実数成分(Z´)と虚数成分(Z´´)からなるナイキスト線図で表した。そして、Z´´=0におけるZ´値(R)を読み取って、以下の式によりLiイオン伝導度を求めた。
 Liイオン伝導度(mS/cm)=d/(R・S)
 ここで、dは、電極間距離(0.35cm)、Sは、電極面積(4.522cm)である。
 その実験結果が以下の表17に示されている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000036
 実施例では、-10℃でのイオン伝導度が10mS/cmであることが分かった。また、比較例ではいずれも-10℃でのイオン伝導度が10mS/cmを大きく下回ることがわかった。
 次に、第21実施形態の実施例について以下説明する。
[電解液の調製]
 各種溶媒及び添加剤を所定の体積比になるように混ぜることで電解液を調製した。実施例及び比較例で用いた各電解液の組成は表18に示した。なお、表18において「AcN」はアセトニトリル、「DEC」はジエチルカーボネート、「DMC」はジメチルカーボネート、「EMC」はエチルメチルカーボネート、「EC」はエチレンカーボネート、「VC」はビニレンカーボネート、「LiPF」はヘキサフルオロリン酸リチウム、「LiN(SOF)」はリチウムビス(フルオロスルホニル)イミド、「SAH」は無水コハク酸をそれぞれ示す。
 リチウム塩及び添加剤を除く各成分は非水系溶媒であり、各非水系溶媒を合わせて1Lとなるように調製した。リチウム塩含有量は、非水系溶媒1Lに対するモル量である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000037
〔電池作製〕
〔正極の作製〕
 正極活物質としてリチウム、ニッケル、マンガン、及びコバルトの複合酸化物(LiNi0.5Mn0.3Co0.2)と、導電助剤としてアセチレンブラック粉末と、バインダーとしてポリフッ化ビニリデン(PVDF)とを、100:3.5:3の質量比で混合し、正極合剤を得た。得られた正極合剤に溶剤としてN-メチル-2-ピロリドンを投入して更に混合して、正極合剤含有スラリーを調製した。正極集電体となる厚さ15μmのアルミニウム箔片面に、この正極合剤含有スラリーを、目付量が約95.0g/mになるように調節しながら塗布した。正極合剤含有スラリーをアルミニウム箔に塗布する際には、アルミニウム箔の一部が露出するように未塗布領域を形成した。その後、ロールプレスで正極活物質層の密度が2.74g/cmになるように圧延することにより、正極活物質層と正極集電体とからなる正極を得た。
 次に、この正極を、正極合剤層の面積が30mm×50mmで、且つアルミニウム箔の露出部を含むように切断した。そして、アルミニウム箔の露出部に電流を取り出すためのアルミニウム製のリード片を溶接し、120℃で12時間真空乾燥を行うことにより、リード付き正極を得た。
〔負極の作製〕
 負極活物質である黒鉛と、バインダーであるカルボキシメチルセルロースと、同じくバインダーであるスチレンブタジエンラテックスとを、100:1.1:1.5の質量比で混合し、負極合剤を得た。得られた負極合剤に適量の水を添加した後に十分に混合して、負極合剤含有スラリーを調製した。このスラリーを、厚みが10μmの銅箔の片面に、目付量が約61.0g/mになるように調節しながら一定厚みで塗布した。負極合剤含有スラリーを銅箔に塗布する際には、銅箔の一部が露出するように未塗布領域を形成した。その後、ロールプレスで負極活物質層の密度が1.20g/cmになるように圧延することにより、負極活物質層と負極集電体とからなる負極を得た。
 次に、この負極を、負極合剤層の面積が32mm×52mmで、且つ銅箔の露出部を含むように切断した。そして、銅箔の露出部に電流を取り出すためのニッケル製のリード片を溶接し、80℃で12時間真空乾燥を行うことにより、リード付き負極を得た。
〔単層ラミネート電池の組み立て〕
 リード付き正極とリード付き負極とを、各極の合剤塗布面が対向するようにポリエチレン製微多孔膜セパレータ(厚み21μm)を介して重ね合わせて積層電極体とした。この積層電極体を、90mm×80mmのアルミニウムラミネートシート外装体内に収容し、水分を除去するために80℃で5時間真空乾燥を行った。続いて、上記した各電解液を外装体内に注入した後、外装体を封止することにより、単層ラミネート型(パウチ型)非水系二次電池(以下、単に「単層ラミネート電池」ともいう。)を作製した。この単層ラミネート電池は、設計容量値が23mAh、定格電圧値が4.2Vのものである。
[単層ラミネート電池の評価]
 上述のようにして得られた評価用電池について、まず、下記(1-1)の手順に従って初回充電処理を行った。次に(1-2)および(1-3)の手順に従ってそれぞれの電池を評価した。なお、充放電はアスカ電子(株)製の充放電装置ACD-01(商品名)及び二葉科学社製の恒温槽PLM-63S(商品名)を用いて行った。
 ここで、1Cとは満充電状態の電池を定電流で放電して1時間で放電終了となることが期待される電流値を意味する。4.2Vの満充電状態から定電流で2.5Vまで放電して1時間で放電終了となることが期待される電流値を意味する。
(1-1)単層ラミネート電池の初回充放電処理
 電池の周囲温度を25℃に設定し、0.1Cに相当する2.3mAの定電流で充電して4.2Vに到達した後、4.2Vの定電圧で合計1.5時間充電を行った。その後、0.3Cに相当する6.9mAの定電流で2.5Vまで放電した。このときの放電容量を充電容量で割ることによって、初回効率を算出した。
(1-2)単層ラミネート電池の交流インピーダンス測定
 上記(1-1)に記載の方法で初回充放電処理を行った電池について、交流インピーダンス測定を実施した。交流インピーダンス測定は、ソーラトロン社製周波数応答アナライザ1400(商品名)とソーラトロン社製ポテンショ-ガルバノスタット1470E(商品名)を用いた。1000kHz~0.01Hzに周波数を変えつつ交流信号を付与し、電圧・電流の応答信号からインピーダンスを測定し、複素インピーダンス平面プロット(cole-coleプロット)の横軸と交差した値をバルク抵抗、横軸と交差する円弧の直線長さ高周波数側の円弧の横幅にバルク抵抗値を足した値を界面抵抗として求めた。また、抵抗値はいずれも実数部(横軸)の値を使用した。印可する交流電圧の振幅は±5mVとした。また、交流インピーダンスを測定する際の電池の周囲温度は25℃とした。また、これらの結果から下記の表19に示す値を算出した。
(1-3)単層ラミネート電池の-10℃での充放電サイクル試験
 上記(1-1)に記載の方法で初回充放電処理を行った電池について、サイクル試験を実施した。まず、電池の周囲温度を-10℃に設定し、0.2Cに相当する4.6mAの定電流で充電して4.2Vに到達した後、4.2Vの定電圧で合計3時間充電を行った。その後、4.6mAの定電流で2.5Vまで放電した。充電と放電とを各々1回ずつ行うこの工程を1サイクルとし、20サイクルの充放電を行った。1サイクル目の放電容量を100%としたときの20サイクル目の放電容量を容量維持率とした。
 実験では、-10℃での充放電サイクル試験前の電池について、交流インピーダンス測定を行った。その実験結果が以下の表19に示されている。また、以下の表19では、実施例27から実施例29及び比較例23から比較例24の、-10℃での充放電サイクル試験(20サイクル後)における容量維持率を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000038
(イオン伝導度測定)
 電解液を東陽テクニカ製の密閉セル(セルサイズ:24mmφ×0.35mmt)に入れて封入し、ホルダー(SH1-Z)にはめ込んで結線した。更に、恒温槽に入れて交流インピーダンス測定を行った。電極には金を使用した。電解液の採取から密閉セルへの充填、封入まではArグローブBOX内で行った。
 交流インピーダンス測定にはSolartron社製のFRA1255を使用した。振幅電圧5mV、周波数を10kHzから1MHzまで振って測定した。恒温槽の温度は20℃に設定し、測定は温度設定の1時間30分後に開始した。測定データは、5分ごとに繰り返し測定したデータの変動が0.1%未満になった時点のデータを採用した。
 得られたデータは、インピーダンスの実数成分(Z´)と虚数成分(Z´´)からなるナイキスト線図で表した。そして、Z´´=0におけるZ´値(R)を読み取って、以下の式によりLiイオン伝導度を求めた。
 Liイオン伝導度(mS/cm)=d/(R・S)
 ここで、dは、電極間距離(0.35cm)、Sは、電極面積(4.522cm)である。
 その実験結果が以下の表20に示されている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000039
 表19に示すように、実施例では、界面(被膜)抵抗を低く抑えることができることがわかった。これにより、低温時のサイクル劣化及び低温時のイオン伝導度の低下を抑制することができることがわかった。
 表20に示すように、実施例では、20℃におけるイオン伝導度が、15mS/cm以上であることがわかった。好ましくは、20℃におけるイオン伝導度を、20mS/cm以上にすることができる。
 第22実施形態の実施例について以下説明する。
[電解液の調製]
 各種溶媒及び添加剤を所定の体積比になるように混ぜることで電解液を調製した。実施例及び比較例で用いた各電解液の組成は表21に示した。なお、表21において「AcN」はアセトニトリル、「DEC」はジエチルカーボネート、「EMC」はエチルメチルカーボネート、「EC」はエチレンカーボネート、「VC」はビニレンカーボネート、「LiPF」はヘキサフルオロリン酸リチウム、「LiBOB」はリチウムビスオキサレートボレート、「LiN(SOF)」はリチウムビス(フルオロスルホニル)イミド、「LiN(SOCF」はリチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、「SAH」は無水コハク酸、「MAH」は無水マレイン酸、「PAH」は無水フタル酸をそれぞれ示す。
 リチウム塩及び添加剤を除く各成分は非水系溶媒であり、各非水系溶媒を合わせて1Lとなるように調製した。リチウム塩含有量は、非水系溶媒1Lに対するモル量である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000040
〔電池作製〕
〔正極の作製〕
 正極活物質としてリチウム、ニッケル、マンガン、及びコバルトの複合酸化物(LiNi0.5Mn0.3Co0.2)と、導電助剤としてアセチレンブラック粉末と、バインダーとしてポリフッ化ビニリデン(PVDF)とを、100:3.5:3の質量比で混合し、正極合剤を得た。得られた正極合剤に溶剤としてN-メチル-2-ピロリドンを投入して更に混合して、正極合剤含有スラリーを調製した。正極集電体となる厚さ15μmのアルミニウム箔片面に、この正極合剤含有スラリーを、目付量が約95.0g/mになるように調節しながら塗布した。正極合剤含有スラリーをアルミニウム箔に塗布する際には、アルミニウム箔の一部が露出するように未塗布領域を形成した。その後、ロールプレスで正極活物質層の密度が2.50g/cmになるように圧延することにより、正極活物質層と正極集電体とからなる正極を得た。
 次に、この正極を、正極合剤層の面積が30mm×50mmで、且つアルミニウム箔の露出部を含むように切断した。そして、アルミニウム箔の露出部に電流を取り出すためのアルミニウム製のリード片を溶接し、120℃で12時間真空乾燥を行うことにより、リード付き正極を得た。
〔負極の作製〕
 負極活物質である黒鉛と、バインダーであるカルボキシメチルセルロースと、同じくバインダーであるスチレンブタジエンラテックスとを、100:1.1:1.5の質量比で混合し、負極合剤を得た。得られた負極合剤に適量の水を添加した後に十分に混合して、負極合剤含有スラリーを調製した。このスラリーを、厚みが10μmの銅箔の片面に、目付量が約61.0g/mになるように調節しながら一定厚みで塗布した。負極合剤含有スラリーを銅箔に塗布する際には、銅箔の一部が露出するように未塗布領域を形成した。その後、ロールプレスで負極活物質層の密度が1.35g/cmになるように圧延することにより、負極活物質層と負極集電体とからなる負極を得た。
 次に、この負極を、負極合剤層の面積が32mm×52mmで、且つ銅箔の露出部を含むように切断した。そして、銅箔の露出部に電流を取り出すためのニッケル製のリード片を溶接し、80℃で12時間真空乾燥を行うことにより、リード付き負極を得た。
〔単層ラミネート電池の組み立て〕
 リード付き正極とリード付き負極とを、各極の合剤塗布面が対向するようにポリエチレン製微多孔膜セパレータ(厚み21μm)を介して重ね合わせて積層電極体とした。この積層電極体を、90mm×80mmのアルミニウムラミネートシート外装体内に収容し、水分を除去するために80℃で5時間真空乾燥を行った。続いて、上記した各電解液を外装体内に注入した後、外装体を封止することにより、単層ラミネート型(パウチ型)非水系二次電池(以下、単に「単層ラミネート電池」ともいう。)を作製した。この単層ラミネート電池は、設計容量値が23mAh、定格電圧値が4.2Vのものである。
〔単層ラミネート電池の評価〕
 上述のようにして得られた単層ラミネート電池について、以下の手順に従って初回充放電処理を行った。続いて60℃における4.2V貯蔵特性を評価した。充放電は、アスカ電子(株)製の充放電装置ACD-01(商品名)及び二葉科学社製の恒温槽PLM-73S(商品名)を用いて行った。
 ここで、1Cとは満充電状態の電池を、定電流で放電して1時間で放電終了となることが期待される電流値を意味する。下記においては、4.2Vの満充電状態から定電流で3.0Vまで放電して1時間で放電終了となることが期待される電流値を意味する。
〔単層ラミネート電池の初回充放電処理〕
 単層ラミネート電池の周囲温度を25℃に設定し、0.05Cに相当する1.15mAの定電流で充電して電池電圧が4.2Vに到達するまで充電を行った後、4.2Vの定電圧で充電を継続し、3時間の充電を行った。その後、0.3Cに相当する6.9mAの定電流で3.0Vまで放電した。
〔60℃における貯蔵特性〕
 上記初回充放電処理後の単層ラミネート電池について、25℃において、0.3Cの電流値で4.2Vになるまで定電流充電を行った後、4.2Vで1時間の定電圧充電を行った。そして、この充電後の単層ラミネート電池を60℃の恒温槽内で貯蔵した。200時間経過後、単層ラミネート電池を恒温槽から取り出して室温に戻した後に、各ラミネートセルのガス発生量と電圧を測定する手法により、単層ラミネート電池の4.2V貯蔵特性を評価した。ガス発生量は、超純水の入った容器に単層ラミネート電池を投入し、その前後での重量変化から単層ラミネート電池の体積を測定するというアルキメデス法を用いた。重量変化から体積を測定する装置としてはアルファーミラージュ社製の比重計MDS-300を用いた。
〔実施例、比較例〕
 実施例、比較例とも表21に示した組成で電解液を作製し、上記の方法で正極及び負極を作製し、単層ラミネート電池を組み立ててその評価を行った。結果を表22に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000041
 60℃で200時間貯蔵した後のラミネートセルにおけるガス発生量は、比較例25においては1mAhあたり0.0165mlであった。比較例26では24時間後にガス発生量が1.56mlとなり、ガス発生量が極めて多かったため評価停止とした。実施例30から実施例32においては、1mAhあたり0.008ml以下であった。このように、比較例25,26と比較して、実施例30から実施例32においては、ガス発生量が少なかった。実施例30から実施例32においては、非水系電解液に、アセトニトリルが含有され、さらに酢酸と環状酸無水物とが含有されていることがわかった。一方、比較例では、酢酸及び環状酸無水物のいずれかを含んでいなかった。
 これらの結果から、アセトニトリルを含む非水系電解液において、酢酸及び環状酸無水物が耐還元性に作用していることがわかった。すなわち、酢酸及び環状酸無水物により負極の表面にSEIが形成されていることがわかる。このため、高温においてアセトニトリルの還元が促進されることが抑制され、アセトニトリルが還元分解してガスが発生することを抑制している。
 したがって、酢酸の下限値としては、実施例30に基づいて0.1ppm以上とし、また上限値としては、実施例32に基づいて10ppm以下に設定した。また、環状酸無水物の下限値としては、実施例31及び比較例25に基づいて0.01質量%以上とし、上限値は、実施例32に基づいて1質量%以下とした。酢酸と環状酸無水物の含有量を調節することで、SEIがより強化されている。
 また、実施例に基づいて、酢酸の含有量を、非水系電解液に対し0.1ppm以上5ppm以下に規定した。また、環状酸無水物の下限値としては、比較例25が外れるように0.11質量%以上とし、環状酸無水物の含有量を、非水系電解液に対し0.11質量%以上0.5質量%以下に規定した。酢酸と環状酸無水物の含有量を更に調節することで、SEIが更に強化される。
 また実施例に基づいて、環状酸無水物成分として、無水コハク酸(SAH)、無水マレイン酸(MAH)、及び無水フタル酸(PAH)のうち少なくとも1種を含むことが好ましいとした。これにより、SEIが適切に形成されている。
 次に、第23実施形態の実施例について以下説明する。
[非水系電池の作製]
(1-1) 正極の作製
 正極活物質としてリチウム、ニッケル、マンガン、及びコバルトの複合酸化物(LiNi1/3Mn1/3Co1/3)と、導電助剤としてアセチレンブラック粉末と、バインダーとしてポリフッ化ビニリデン(PVDF)とを、86:8:6の質量比で混合し、正極合剤を得た。得られた正極合剤に溶剤としてN-メチル-2-ピロリドンを投入して更に混合して、正極合剤含有スラリーを調製した。この正極合剤含有スラリーを、正極集電体となるアルミニウム箔両面に、片面あたりの目付量が11.5mg/cmになるように調節しながら塗布した。正極合剤含有スラリーをアルミニウム箔に塗布する際には、アルミニウム箔の一部が露出するように未塗布領域を形成した。その後、ロールプレスで合材層の密度が2.8mg/cmになるように圧延することにより、正極活物質層と正極集電体とからなる正極を得た。
 次に、この正極を、塗工部の面積が150mm×150mmとなるように切断した。そして、アルミニウム箔の露出部に電流を取り出すためのアルミニウム製のリード片を溶接し、120℃で12h真空乾燥を行うことにより、リード付き正極を得た。
(1-2) 負極の作製
 負極活物質であるグラファイトと、導電助剤であるアセチレンブラックと、バインダーであるPVDFとを86:7:7の質量比で混合し、負極合剤を得た。得られた負極合剤に適量の水を添加した後に十分に混合して、負極合剤含有スラリーを調製した。この負極合剤含有スラリーを、銅箔の両面に、片面あたりの目付量が6.9mg/cmになるように調節しながら塗布した。負極合剤含有スラリーを銅箔に塗布する際には、銅箔の一部が露出するように未塗布領域を形成した。その後、ロールプレスで合材層の密度が1.3mg/cmになるように圧延することにより、負極活物質層と負極集電体とからなる負極を得た。
 次に、この負極を、塗工部の面積が152mm×152mmとなるように切断した。そして、銅箔の露出部に電流を取り出すためのニッケル製のリード片を溶接し、80℃で12h真空乾燥を行うことにより、リード付き負極を得た。
(1-3) 積層ラミネート電池の組み立て
 リード付き正極とリード付き負極とを、各極の合剤塗布面が対向するようにポリエチレン製樹脂フィルムを介して重ね合わせて積層電極体とした。この積層電極体をアルミニウムラミネートシート外装体内に収容し、水分を除去するために80℃で5h真空乾燥を行った。続いて、電解液を外装体内に注入した後、外装体を封止することにより、積層ラミネート型非水系二次電池(パウチ型セル電池。以下、単に「積層ラミネート電池」ともいう。)を作製した。正極端子と負極端子の無い融着辺に、安全弁機構となる穴を形成した。穴の周囲を同心円形状にて熱融着した。
 この積層ラミネート電池は、設計容量値が約10Ah、定格電圧値が4.2Vのものである。
[積層ラミネート電池の評価]
 上述のようにして得られた積層ラミネート電池について、以下の手順に従って初回充放電処理を行った。続いて2C過充電試験を実施した。ここで、1Cとは満充電状態の電池を、定電流で放電して1時間で放電終了となることが期待される電流値を意味する。下記においては、4.2Vの満充電状態から定電流で3.0Vまで放電して1時間で放電終了となることが期待される電流値を意味する。
(2-1) 積層ラミネート電池の初回充放電処理
 充電装置は菊水電子工業製バッテリテスタPFX2011を使用した。積層ラミネート電池の周囲温度を25℃に設定し、0.2Cの電流値で4.2Vまで定電流充電を行った後、4.2Vで1時間の定電圧充電を行った。その後、0.2Cに相当する定電流で2.7Vになるまで放電した。その後、露点-60℃以下に制御されたグローブボックス内にて、電池の封止部を開口しガス抜きを行った。ガス抜き後、同じ環境下において真空シールを行った。
(2-2) 過充電試験
 上記の初回充放電処理後の積層ラミネート電池を、25℃において、0.2Cの電流値で4.2Vまで定電流充電し、その後4.2Vで1時間、定電圧充電した。満充電状態にまで充電した電池に対して、下記の如く過充電試験を行った。電源は菊水電子工業製直流電源PAT60-133Tを使用し、室温(25±5℃)、2C相当の定電流、60Vの定電圧とした。試験中の電流、電圧、各部位及び雰囲気の温度は日置電機製メモリハイロガーLR8400によって100ms毎に記録した。同時に、電池外観もビデオによって観察・記録した。
 過充電によって電池が発火し、放出されるHFガス量を測定するため、過充電試験は金属製の試験容器内(縦横高さ約350mm)に電池を設置して、Ar雰囲気下で行った。電池が発火したら、通電を停止し、容器内に容器体積量の3倍のArガスを注入し、発生したガスをガスバッグに回収した。回収したガスに対して、液体捕集IC法によって、発生したHFを定量分析した。具体的には、NaHCO(1.7mM)+NaCO(1.8mM)吸収液に回収ガスを導入してHF成分を溶解し、溶解液のF濃度をイオンクロマトグラフィーによって定量し、HF発生量へ換算した。
[実施例33]
 下記の表23に示す各種溶媒及び添加剤を所定量混ぜることで電解液を調製した。すなわち、アセトニトリル(AcN)と、ジエチルカーボネート(DEC)と、ビニレンカーボネート(VC)と、エチレンカーボネート(EC)と、の体積比が47:28:4:21となるように加えて混合した。さらにこの混合液における非水系溶媒1Lあたりヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF)を0.3mol、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(LiN(SOF))を1.0mol添加した。また、非水系電解液に、無水コハク酸(SAH)を1質量%、プロピオニトリル(PrN)を11ppm(質量比)、酢酸(AA)を0.2ppm(質量比)添加して、実施例33の電解液を得た。この電解液について上記(1-3)に記載の方法で電池作製した後、上記(2-1)~(2-2)に記載の手順で、積層ラミネート電池の評価を行った。
[実施例34]
 下記の表23に示す各種溶媒及び添加剤を所定量混ぜることで電解液を調製した。すなわち、アセトニトリル(AcN)と、ジエチルカーボネート(DEC)と、ビニレンカーボネート(VC)と、エチレンカーボネート(EC)と、の体積比が47:28:4:21となるように加えて混合した。さらにこの混合液における非水系溶媒1Lあたりヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF)を0.3mol、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(LiN(SOF))を1.0mol添加した。また、非水系電解液に対し、無水コハク酸(SAH)を1質量%、プロピオニトリル(PrN)を125ppm(質量比)、酢酸(AA)を1.0ppm(質量比)添加して、実施例34の電解液を得た。この電解液について上記(1-3)に記載の方法で電池作製した後、上記(2-1)~(2-2)に記載の手順で、積層ラミネート電池の評価を行った。
[実施例35]
 下記の表23に示す各種溶媒及び添加剤を所定量混ぜることで電解液を調製した。すなわち、アセトニトリル(AcN)と、ジエチルカーボネート(DEC)と、ビニレンカーボネート(VC)と、エチレンカーボネート(EC)と、の体積比が47:28:4:21となるように加えて混合した。さらにこの混合液における非水系溶媒1Lあたりヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF)を1.3mol添加した。また、非水系電解液に対し、無水コハク酸(SAH)を1質量%、プロピオニトリル(PrN)を10ppm(質量比)、酢酸(AA)を0.4ppm(質量比)添加して、実施例35の電解液を得た。この電解液について上記(1-3)に記載の方法で電池作製した後、上記(2-1)~(2-2)に記載の手順で、積層ラミネート電池の評価を行った。
[実施例36]
 下記の表23に示す各種溶媒及び添加剤を所定量混ぜることで電解液を調製した。すなわち、アセトニトリル(AcN)と、ジエチルカーボネート(DEC)と、ビニレンカーボネート(VC)と、エチレンカーボネート(EC)と、の体積比が47:28:4:21となるように加えて混合した。さらにこの混合液における非水系溶媒1Lあたりヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF)を1.3mol添加した。また、非水系電解液に対し、無水コハク酸(SAH)を1質量%、プロピオニトリル(PrN)を90ppm(質量比)、酢酸(AA)を2.5ppm(質量比)添加して、実施例36の電解液を得た。この電解液について上記(1-3)に記載の方法で電池作製した後、上記(2-1)~(2-2)に記載の手順で、積層ラミネート電池の評価を行った。
[比較例27]
 下記の表23に示す各種溶媒及び添加剤を所定量混ぜることで電解液を調製した。すなわち、アセトニトリル(AcN)と、ジエチルカーボネート(DEC)と、ビニレンカーボネート(VC)と、エチレンカーボネート(EC)と、の体積比が47:28:4:21となるように加えて混合した。さらにこの混合液における非水系溶媒1Lあたりヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF)を1.3mol添加した。また、非水系電解液に対し、無水コハク酸(SAH)を1質量%添加して、比較例27の電解液を得た。なお、比較例27には、酢酸及びプロピオニトリルを添加していない。この電解液について上記(1-3)に記載の方法で電池作製した後、上記(2-1)~(2-2)に記載の手順で、積層ラミネート電池の評価を行った。
[比較例28]
 下記の表23に示す各種溶媒及び添加剤を所定量混ぜることで電解液を調製した。すなわち、アセトニトリル(AcN)と、ジエチルカーボネート(DEC)と、ビニレンカーボネート(VC)と、エチレンカーボネート(EC)と、の体積比が47:28:4:21となるように加えて混合した。さらにこの混合液における非水系溶媒1Lあたりヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF)を0.3mol、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(LiN(SOF))を1.0mol添加した。また、非水系電解液に対し、無水コハク酸(SAH)を1質量%、プロピオニトリルを105ppm添加して、比較例28の電解液を得た。なお、比較例28には、酢酸を添加していない。この電解液について上記(1-3)に記載の方法で電池作製した後、上記(2-1)~(2-2)に記載の手順で、積層ラミネート電池の評価を行った。
[比較例29]
 下記の表23に示す各種溶媒及び添加剤を所定量混ぜることで電解液を調製した。すなわち、アセトニトリル(AcN)と、ジエチルカーボネート(DEC)と、ビニレンカーボネート(VC)と、エチレンカーボネート(EC)と、の体積比が47:28:4:21となるように加えて混合した。さらにこの混合液における非水系溶媒1Lあたりヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF)を1.3mol添加した。また、非水系電解液に対し、無水コハク酸(SAH)を1質量%、プロピオニトリル(PrN)を500ppm(質量比)、酢酸(AA)を100ppm(質量比)添加して、比較例29の電解液を得た。この電解液について上記(1-3)に記載の方法で電池作製した後、上記(2-1)~(2-2)に記載の手順で、積層ラミネート電池の評価を行った。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000042
 実験では実施例33から実施例36、及び比較例27から比較例29に対し、ガス発生によって発火前に安全弁が作動したかどうかについて調べ、更に、HF発生量を測定した。その実験結果については上記の表23に示される。
 表23に示すように、ガス発生によって発火前に安全弁が作動した場合は、〇、安全弁が作動しなかった場合は×とした。
 すなわち、発火に至るまでの電池外観を観察したところ、実施例33から実施例36の電池は、発火直前にセル膨張が急激に生じ、安全弁が作動して、内部のガスがリリースされた。発火はガスのリリース後に生じた。これに対し、比較例27から比較例29の電池では、安全弁からガスがリリースされる前に発火が生じた。
 比較例29では、プロピオニトリルと酢酸を過剰量添加した結果、満充電状態に充電した段階で大きく膨れ、過充電試験前に安全弁が作動してしまった。通常電圧範囲において正常状態でなくなってしまったため、以後の過充電試験は中止した。
 以上により、実施例33から実施例36の非水系電解液のように、電解液中に、アセトニトリルと、リチウム塩と、含有し、更に、プロピオニトリルと酢酸を存在することが好ましいとわかった。これにより、電池セルが燃焼する前にガスが発生して安全弁を作動させ、燃焼によるHFガスの生成量を減少させる機能を適切に作動させることが可能になる。一方、比較例のように、プロピオニトリルと酢酸の両成分が揃わない場合には、ガス発生量が少ないため、安全弁が作動せず、セル中にHF源となるフッ素化合物が残存し、その結果、発火によってHFが高濃度に発生してしまう。
 また、実施例33から実施例36及び比較例27から比較例29の実験結果に基づいて、酢酸の含有量を、非水系電解液に対し、0.1ppm以上10ppm以下とし、プロピオニトリルの含有量を、非水系電解液に対し、1ppm以上300ppm以下とすることが好ましいとした。
 更に、実施例33から実施例36の実験結果に基づいて、酢酸の含有量を、非水系電解液に対し、0.1ppm以上5ppm以下とし、プロピオニトリルの含有量を、非水系電解液に対し、1ppm以上200ppm以下とすることがより好ましいとした。
 また、実施例33から実施例36に基づいて、過充電試験によるHFガスの発生量は、1Ahあたり0.5mg以下であることが好ましいとした。好ましくは、0.1mg以下であり、より好ましくは、0.05mg以下である。なお、この実験での積層ラミネート電池の設計容量値は約10Ahであるので、表23に示すHFガスの発生量を10で割った値が、1AhあたりのHFガスの発生量となる。
 次に、第24実施形態の実施例について以下説明する。
[非水系二次電池の作製]
(1-1) 正極の作製
 正極活物質としてリチウム、ニッケル、マンガン、及びコバルトの複合酸化物(LiNi1/3Mn1/3Co1/3)と、導電助剤としてアセチレンブラック粉末と、バインダーとしてポリフッ化ビニリデン(PVDF)とを、86:8:6の質量比で混合し、正極合剤を得た。得られた正極合剤に溶剤としてN-メチル-2-ピロリドンを投入して更に混合して、正極合剤含有スラリーを調製した。この正極合剤含有スラリーを、正極集電体となるアルミニウム箔両面に、片面あたりの目付量が11.5mg/cmになるように調節しながら塗布した。正極合剤含有スラリーをアルミニウム箔に塗布する際には、アルミニウム箔の一部が露出するように未塗布領域を形成した。その後、ロールプレスで合材層の密度が2.8mg/cmになるように圧延することにより、正極活物質層と正極集電体とからなる正極を得た。
 次に、この正極を、塗工部の面積が150mm×150mmとなるように切断した。そして、アルミニウム箔の露出部に電流を取り出すためのアルミニウム製のリード片を溶接し、120℃で12h真空乾燥を行うことにより、リード付き正極を得た。
(1-2) 負極の作製
 負極活物質であるグラファイトと、導電助剤であるアセチレンブラックと、バインダーであるPVDFとを86:7:7の質量比で混合し、負極合剤を得た。得られた負極合剤に適量の水を添加した後に十分に混合して、負極合剤含有スラリーを調製した。この負極合剤含有スラリーを、銅箔の両面に、片面あたりの目付量が6.9mg/cmになるように調節しながら塗布した。負極合剤含有スラリーを銅箔に塗布する際には、銅箔の一部が露出するように未塗布領域を形成した。その後、ロールプレスで合材層の密度が1.3mg/cmになるように圧延することにより、負極活物質層と負極集電体とからなる負極を得た。
 次に、この負極を、塗工部の面積が152mm×152mmとなるように切断した。そして、銅箔の露出部に電流を取り出すためのニッケル製のリード片を溶接し、80℃で12h真空乾燥を行うことにより、リード付き負極を得た。
(1-3) 積層ラミネート電池の組み立て
 リード付き正極とリード付き負極とを、各極の合剤塗布面が対向するようにポリエチレン製樹脂フィルムを介して重ね合わせて積層電極体とした。この積層電極体をアルミニウムラミネートシート外装体内に収容し、水分を除去するために80℃で5h真空乾燥を行った。続いて、電解液を外装体内に注入した後、外装体を封止することにより、積層ラミネート型非水系二次電池(パウチ型セル電池。以下、単に「積層ラミネート電池」ともいう。)を作製した。正極端子と負極端子の無い融着辺に、安全弁機構となる穴を形成した。穴の周囲を同心円形状にて熱融着した。
 この積層ラミネート電池は、設計容量値が約10Ah、定格電圧値が4.2Vのものである。
[積層ラミネート電池の評価]
 上述のようにして得られた積層ラミネート電池について、以下の手順に従って初回充放電処理を行った。続いて2C過充電試験を実施した。ここで、1Cとは満充電状態の電池を、定電流で放電して1時間で放電終了となることが期待される電流値を意味する。下記においては、4.2Vの満充電状態から定電流で3.0Vまで放電して1時間で放電終了となることが期待される電流値を意味する。
(2-1) 積層ラミネート電池の初回充放電処理
 充電装置は菊水電子工業製バッテリテスタPFX2011を使用した。積層ラミネート電池の周囲温度を25℃に設定し、0.2Cの電流値で4.2Vまで定電流充電を行った後、4.2Vで1時間の定電圧充電を行った。その後、0.2Cに相当する定電流で2.7Vになるまで放電した。その後、露点-60℃以下に制御されたグローブボックス内にて、電池の封止部を開口しガス抜きを行った。ガス抜き後、同じ環境下において真空シールを行った。
(2-2) 過充電試験
 上記の初回充放電処理後の積層ラミネート電池を、25℃において、0.2Cの電流値で4.2Vまで定電流充電し、その後4.2Vで1時間、定電圧充電した。満充電状態にまで充電した電池に対して、下記の如く過充電試験を行った。電源は菊水電子工業製直流電源PAT60-133Tを使用し、室温(25±5℃)、2C相当の定電流、60Vの定電圧とした。試験中の電流、電圧、各部位及び雰囲気の温度は日置電機製メモリハイロガーLR8400によって100ms毎に記録した。同時に、電池外観もビデオによって観察・記録した。
 過充電によって発生するCO量を測定するため、過充電試験は金属製の試験容器内(縦横高さ約350mm)に電池を設置して、Ar雰囲気下で行った。発火後、容器内に容器体積量の3倍のArガスを注入し、発生したガスをガスバッグに回収した。回収したガスに対して、GC-TCD法によってCOを定量分析した。
[実施例37]
 下記の表24に示す各種溶媒及び添加剤を所定量混ぜることで電解液を調製した。すなわち、アセトニトリル(AcN)と、ジエチルカーボネート(DEC)と、ビニレンカーボネート(VC)と、エチレンカーボネート(EC)と、の体積比が47:28:4:21となるように加えて混合した。さらにこの混合液における非水系溶媒1Lあたりヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF)を0.3mol、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(LiN(SOF))を、1.0mol添加した。また、非水系電解液に、無水コハク酸(SAH)を、0.7質量%、アセトアルデヒド(AcA)を52ppm、及び遷移金属ニトリル錯体(MC)を、4008ppm添加した。このように、添加剤としてのアセトアルデヒドと、遷移金属のニトリル錯体の添加量は、電解質を溶解した電解液に対する重量割合(ppm)で示した。
 添加する遷移金属ニトリル錯体は次のようにして作製した。すなわち、アルミラミネート袋を2.7cm×6cmに加工し、前述の手法で作製した正極を23mm×17mmに打ち抜き、ヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF)1.3mol/Lのアセトニトリル溶液を注入して、電極を浸漬した。注液後シールし、アルミラミネート袋を縦に立て掛けた状態で60℃に保ち、10日間保存した。保存後アルミラミネート袋を開封し、内部に生成したゲル状の遷移金属ニトリル錯体を回収し、乾燥した。乾燥固体中には、Niが5.6質量%、Coが5.5質量%、Mnが0.48質量%含有されており、金属含有割合は11.6質量%であった。それ以外の成分はアセトニトリル、水分およびPFアニオンである。なお、この遷移金属ニトリル錯体を、実施例38から実施例40、及び比較例34においても用いた。
 このようにして得た実施例37の電解液を備えた積層ラミネート電池について、上記(2-1)~(2-2)に記載の手順で、積層ラミネート電池の評価を行った。
[実施例38]
 下記の表24に示す各種溶媒及び添加剤を所定量混ぜることで電解液を調製した。すなわち、アセトニトリル(AcN)と、ジエチルカーボネート(DEC)と、ビニレンカーボネート(VC)と、エチレンカーボネート(EC)と、の体積比が47:28:4:21となるように加えて混合した。さらにこの混合液における非水系溶媒1Lあたりヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF)を0.3mol、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(LiN(SOF))を、1.0mol添加した。また、非水系電解液に対し、無水コハク酸(SAH)を0.7質量%、アセトアルデヒド(AcA)を1595ppm、及び遷移金属ニトリル錯体(MC)を、2190ppm添加した。このようにして得た実施例38の電解液を備えた積層ラミネート電池について、上記(2-1)~(2-2)に記載の手順で、積層ラミネート電池の評価を行った。
[実施例39]
 下記の表24に示す各種溶媒及び添加剤を所定量混ぜることで電解液を調製した。すなわち、アセトニトリル(AcN)と、ジエチルカーボネート(DEC)と、ビニレンカーボネート(VC)と、エチレンカーボネート(EC)と、の体積比が47:28:4:21となるように加えて混合した。さらにこの混合液における非水系溶媒1Lあたりヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF)を1.3mol添加した。また、非水系電解液に対し、無水コハク酸(SAH)を0.7質量%、アセトアルデヒド(AcA)を93ppm、及び遷移金属ニトリル錯体(MC)を、2922ppm添加した。このようにして得た実施例39の電解液を備えた積層ラミネート電池について、上記(2-1)~(2-2)に記載の手順で、積層ラミネート電池の評価を行った。
[実施例40]
 下記の表24に示す各種溶媒及び添加剤を所定量混ぜることで電解液を調製した。すなわち、アセトニトリル(AcN)と、ジエチルカーボネート(DEC)と、ビニレンカーボネート(VC)と、エチレンカーボネート(EC)と、の体積比が47:28:4:21となるように加えて混合した。さらにこの混合液における非水系溶媒1Lあたりヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF)を1.3mol添加した。また、非水系電解液に対し、無水コハク酸(SAH)を0.7質量%、アセトアルデヒド(AcA)を1610ppm、及び遷移金属ニトリル錯体(MC)を、1822ppm添加した。このようにして得た実施例40の電解液を備えた積層ラミネート電池について、上記(2-1)~(2-2)に記載の手順で、積層ラミネート電池の評価を行った。
[比較例30]
 下記の表24に示す各種溶媒及び添加剤を所定量混ぜることで電解液を調製した。すなわち、アセトニトリル(AcN)と、ジエチルカーボネート(DEC)と、ビニレンカーボネート(VC)と、エチレンカーボネート(EC)と、の体積比が47:28:4:21となるように加えて混合した。さらにこの混合液における非水系溶媒1Lあたりヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF)を0.3mol、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(LiN(SOF))を、1.0mol添加した。比較例30では、無水コハク酸(SAH)、アセトアルデヒド(AcA)及び、遷移金属ニトリル錯体(MC)を添加していない。このようにして得た比較例30の電解液を備えた積層ラミネート電池について、上記(2-1)~(2-2)に記載の手順で、積層ラミネート電池の評価を行った。
[比較例31]
 下記の表24に示す各種溶媒及び添加剤を所定量混ぜることで電解液を調製した。すなわち、アセトニトリル(AcN)と、ジエチルカーボネート(DEC)と、ビニレンカーボネート(VC)と、エチレンカーボネート(EC)と、の体積比が47:28:4:21となるように加えて混合した。さらにこの混合液における非水系溶媒1Lあたりヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF)を1.3mol、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(LiN(SOF))を、1.0mol添加した。また、非水系電解液に、無水コハク酸(SAH)を、0.7質量%添加した。比較例31では、アセトアルデヒド(AcA)及び、遷移金属ニトリル錯体(MC)を添加していない。このようにして得た比較例31の電解液を備えた積層ラミネート電池について、上記(2-1)~(2-2)に記載の手順で、積層ラミネート電池の評価を行った。
[比較例32]
 下記の表24に示す各種溶媒及び添加剤を所定量混ぜることで電解液を調製した。すなわち、アセトニトリル(AcN)と、ジエチルカーボネート(DEC)と、ビニレンカーボネート(VC)と、エチレンカーボネート(EC)と、の体積比が47:28:4:21となるように加えて混合した。さらにこの混合液における非水系溶媒1Lあたりヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF)を1.3mol、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(LiN(SOF))を、1.0mol添加した。また、非水系電解液に、無水コハク酸(SAH)を、0.7質量%添加した。比較例32では、アセトアルデヒド(AcA)を添加していない。このようにして得た比較例32の電解液を備えた積層ラミネート電池について、上記(2-1)~(2-2)に記載の手順で、積層ラミネート電池の評価を行った。
[比較例33]
 下記の表24に示す各種溶媒及び添加剤を所定量混ぜることで電解液を調製した。すなわち、アセトニトリル(AcN)と、ジエチルカーボネート(DEC)と、ビニレンカーボネート(VC)と、エチレンカーボネート(EC)と、の体積比が47:28:4:21となるように加えて混合した。さらにこの混合液における非水系溶媒1Lあたりヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF)を1.3mol添加した。また、非水系電解液に、無水コハク酸(SAH)を、0.7質量%、アセトアルデヒド(AcA)を75ppm添加した。比較例33では、遷移金属ニトリル錯体(MC)を添加していない。このようにして得た比較例33の電解液を備えた積層ラミネート電池について、上記(2-1)~(2-2)に記載の手順で、積層ラミネート電池の評価を行った。
[比較例34]
 下記の表24に示す各種溶媒及び添加剤を所定量混ぜることで電解液を調製した。すなわち、アセトニトリル(AcN)と、ジエチルカーボネート(DEC)と、ビニレンカーボネート(VC)と、エチレンカーボネート(EC)と、の体積比が47:28:4:21となるように加えて混合した。さらにこの混合液における非水系溶媒1Lあたりヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF)を1.3mol添加した。また、非水系電解液に、アセトアルデヒド(AcA)を82ppm、及び遷移金属ニトリル錯体(MC)を、3003ppm添加した。比較例34では、無水コハク酸(SAH)を添加していない。このようにして得た比較例34の電解液を備えた積層ラミネート電池について、上記(2-1)~(2-2)に記載の手順で、積層ラミネート電池の評価を行った。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000043
 表24に示すように、各実施例及び比較例において、ガス発生によって、発火前に安全弁が作動したかどうかを調べ、発火前に作動したら〇、作動しなかったら×を付した。また、過充電によるCO発生量を表24に示す。
 実施例37から実施例40に示す非水系二次電池は、発火前にガス発生によって電池セルが膨張し、安全弁が作動して、内部のガスが放出された。発火は、ガスの放出後に生じた。これに対し、比較例31から比較例33に示す非水系二次電池では、安全弁からガスが放出される前に発火が生じた。
 この事実から、電解液中に、アセトアルデヒド、環状酸無水物及び、遷移金属ニトリル錯体の各成分を存在させることにより、電池セルが燃焼する前に、ガスを発生させて安全弁を作動させ、燃焼によるCO生成量を減少させることができるとわかった。
 一方、比較例のように、アセトアルデヒド、環状酸無水物及び、遷移金属ニトリル錯体の各成分の全てが揃わない場合には、発火前のガス発生量が少ないため、安全弁が作動しない。このため、電池セル中にCO源となる化合物が残存し、その結果、発火によってCOガスが高濃度に発生することがわかった。なお、比較例30及び比較例34の電池は、初回充放電処理の段階で激しく劣化が進行し膨れてしまったため、過充電試験を実施することができなかった。
 また、実施例37から実施例40、及び比較例30から比較例34に基づいて、アセトアルデヒドの含有量が、非水系電解液に対し、1ppm以上3000ppm以下であることが好ましいとした。また、アセトアルデヒドの含有量は、非水系電解液に対し、10ppm以上2500ppm以下であることがより好ましく、30ppm以上2000ppm以下であることが更に好ましいとした。
 また、実施例37から実施例40、及び比較例30から比較例34に基づいて、環状酸無水物の含有量が、非水系電解液に対し、0.01質量%以上1質量%以下であることが好ましいとした。また、状酸無水物の含有量は、非水系電解液に対し、0.1質量%以上1質量%以下であることがより好ましいとした。
 また、電解液中のニトリル錯体は、非水系電解液と、Ni、Mn、及びCoから選ばれる少なくとも1種の遷移金属元素を含有する正極活物質との接触によって得られるニトリル錯体であることがわかった。
 また、実施例37から実施例40、及び比較例30から比較例34に基づいて、ニトリル錯体の含有量が、非水系電解液に対し、遷移金属として0.01ppm以上500ppm以下であることが好ましいとした。また、実施例37から実施例40に基づいて、ニトリル錯体の含有量が、非水系電解液に対し、遷移金属として100ppm以上500ppm以下であることがより好ましく、200ppm以上500ppm以下であることが更に好ましいとした。
 また、実施例37から実施例40に基づいて、過充電試験によるCOガスの発生量は、1Ahあたり1g以下であることが好ましいとした。COガスの発生量は、0.7g以下であることがより好ましい。なお、この実験での積層ラミネート電池の設計容量値は約10Ahであるので、表24に示すCOガスの発生量を10で割った値が、1AhあたりのCOガスの発生量となる。
 次に、第25実施形態の実施例について以下説明する。
[電池作製]
(1-1)正極の作製
 正極活物質として数平均粒子径11μmのリチウムとニッケル、マンガン及びコバルトとの複合酸化物(Ni/Mn/Co=1/1/1(元素比);密度4.70g/cm)と、導電助剤として数平均粒子径6.5μmのグラファイト炭素粉末(密度2.26g/cm)及び数平均粒子径48nmのアセチレンブラック粉末(密度1.95g/cm)と、バインダーとしてポリフッ化ビニリデン(PVdF;密度1.75g/cm)とを、100:4.2:1.8:4.6の質量比で混合し、正極合剤を得た。得られた正極合剤に溶剤としてN-メチル-2-ピロリドンを固形分68質量%となるように投入して更に混合して、正極合剤含有スラリーを調製した。正極集電体となる厚さ20μm、幅200mmのアルミニウム箔の片面に、この正極合剤含有スラリーを目付量が12.0mg/cmになるように調節しながらドクターブレード法で塗布し、溶剤を乾燥除去した。その後、ロールプレスで実電極密度が2.80g/cmになるよう圧延して、正極活物質層と正極集電体からなる正極を得た。
(1-2)負極の作製
 負極活物質として数平均粒子径12.7μmのグラファイト炭素粉末(密度2.23g/cm)及び数平均粒子径6.5μmのグラファイト炭素粉末(密度2.27g/cm)と、バインダーとしてカルボキシメチルセルロース(密度1.60g/cm)溶液(固形分濃度1.83質量%)と、ジエン系ゴム(ガラス転移温度:-5℃、乾燥時の数平均粒子径:120nm、密度1.00g/cm、分散媒:水、固形分濃度40質量%)とを、87.2:9.7:1.4:1.7の固形分質量比で混合し、負極合剤を得た。得られた負極合剤に溶剤として水を固形分45質量%となるように投入して更に混合して、負極合剤含有スラリーを調製した。負極集電体となる厚さ10μm、幅200mmの銅箔の片面に、この負極合剤含有スラリーを目付量が5.3mg/cmになるよう調節しながらドクターブレード法で塗布し、溶剤を乾燥除去した。その後、ロールプレスで実電極密度が1.30g/cmになるよう圧延して、負極活物質層と負極集電体からなる負極を得た。
(1-3)コイン型非水系二次電池の作製
 CR2032タイプの電池ケース(SUS304/Alクラッド)にポリプロピレン製ガスケットをセットし、その中央に上述のようにして得られた正極を直径16mmの円盤状に打ち抜いたものを、正極活物質層を上向きにしてセットした。その上からガラス繊維濾紙(アドバンテック社製ガラス繊維濾紙 GA-100)を直径16mmの円盤状に打ち抜いたものをセットして、電解液を150μL注入した後、上述のようにして得られた負極を直径16mmの円盤状に打ち抜いたものを、負極活物質層を下向きにしてセットした。さらにスペーサーとスプリングをセットした後に電池キャップをはめ込み、カシメ機でかしめた。あふれた電解液はウエスできれいにふきとった。25℃で24時間保持し、積層体に電解液を十分馴染ませてコイン型非水系二次電池を得た。
[コイン型非水系二次電池の評価]
 上述のようにして得られた評価用電池について、まず、下記(2-1)の手順に従って初回充電処理を行った。次に(2-2)の手順に従ってそれぞれの電池を評価した。なお、充放電はアスカ電子(株)製の充放電装置ACD-01(商品名)及び二葉科学社製の恒温槽PLM-63S(商品名)を用いて行った。
 ここで、1Cとは満充電状態の電池を定電流で放電して1時間で放電終了となることが期待される電流値を意味する。4.2Vの満充電状態から定電流で3.0Vまで放電して1時間で放電終了となることが期待される電流値を意味する。
(2-1)コイン型非水系二次電池の初回充放電処理
 電池の周囲温度を25℃に設定し、0.1Cに相当する0.3mAの定電流で充電して4.2Vに到達した後、4.2Vの定電圧で合計15時間充電を行った。その後、0.3Cに相当する0.9mAの定電流で3.0Vまで放電した。このときの放電容量を充電容量で割ることによって、初回効率を算出した。
(2-2)コイン型非水系二次電池の充放電サイクル試験
 上記(2-1)に記載の方法で初回充放電処理を行った電池について、サイクル試験を実施した。まず、電池の周囲温度を25℃に設定し、1Cに相当する3mAの定電流で充電して4.2Vに到達した後、4.2Vの定電圧で合計3時間充電を行った。その後、3mAの定電流で3Vまで放電した。充電と放電とを各々1回ずつ行うこの工程を1サイクルとし、100サイクルの充放電を行った。1サイクル目の放電容量を100%としたときの100サイクル目の放電容量を容量維持率とした。
(2-3)交流インピーダンス測定
 交流インピーダンス測定は、ソーラトロン社製周波数応答アナライザ1400(商品名)とソーラトロン社製ポテンショ-ガルバノスタット1470E(商品名)を用いた。1000kHz~0.01Hzに周波数を変えつつ交流信号を付与し、電圧・電流の応答信号からインピーダンスを測定し、1kHzにおける交流インピーダンス値を求めた。印可する交流電圧の振幅は±5mVとした。また、交流インピーダンスを測定する際の電池の周囲温度は25℃とした。また、これらの結果から下記の値を算出した。
 測定する非水系二次電池としては、上記(2-2)に記載の方法によって充放電サイクル測定を行った際の、1サイクル目、50サイクル目、及び100サイクル目の充電まで行った時点のコイン型非水系二次電池を用いた。各所定回目のサイクルにおける充電後に測定を行った後、充放電サイクル測定を継続し、次回の測定に供した。
[実施例41]
 不活性雰囲気下、アセトニトリル(AcN)とジエチルカーボネート(DEC)と、エチレンカーボネート(EC)とビニレンカーボネート(VC)の体積比が44:25:26:5となるよう混合した。更に、この混合液1Lあたり0.25molのヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF)と1.25molのリチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(LiN(SOF))を溶解させ、さらに2,6-ジ-tert-ブチル-p-クレゾール(BHT)を4ppm、環状酸無水物としての無水コハク酸を0.2質量%加えて混合し、実施例41の電解液を得た。得られた電解液について、目視でリチウム塩、BHTおよび環状酸無水物が全て溶解していることを確認した。この電解液について上記(1-3)に記載の方法で電池作製した後、上記(2-1)~(2-3)に記載の手順で測定を行った。
[実施例42]
 不活性雰囲気下、アセトニトリル(AcN)とエチルメチルカーボネート(EMC)と、エチレンカーボネート(EC)とビニレンカーボネート(VC)の体積比が35:40:21:4となるよう混合した。更に、この混合液1Lあたり0.6molのヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF)と0.6molのリチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(LiN(SOF))を溶解させ、さらに2,6-ジ-tert-ブチル-p-クレゾール(BHT)を1ppm、環状酸無水物としての無水マレイン酸を0.15質量%加えて混合し、実施例42の電解液を得た。得られた電解液について、目視でリチウム塩、BHTおよび環状酸無水物が全て溶解していることを確認した。この電解液について上記(1-3)に記載の方法で電池作製した後、上記(2-1)~(2-3)に記載の手順で測定を行った。
[実施例43]
 不活性雰囲気下、アセトニトリル(AcN)とジエチルカーボネート(DEC)と、エチレンカーボネート(EC)とビニレンカーボネート(VC)の体積比が45:13:25:17となるよう混合した。更に、この混合液1Lあたり0.5molのヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF)と1.5molのリチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(LiN(SOCF)を溶解させ、さらに2,6-ジ-tert-ブチル-p-クレゾール(BHT)を15ppm、環状酸無水物としての無水フタル酸を0.5質量%加えて混合し、実施例43の電解液を得た。得られた電解液について、目視でリチウム塩、BHTおよび環状酸無水物が全て溶解していることを確認した。この電解液について上記(1-3)に記載の方法で電池作製した後、上記(2-1)~(2-3)に記載の手順で測定を行った。
[比較例35]
 不活性雰囲気下、アセトニトリル(AcN)とプロピレンカーボネート(PC)とビニレンカーボネート(VC)の体積比が60:32:8となるよう混合した。更に、この混合液1Lあたり1.0molのヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF)と0.1molのリチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(LiN(SOF))を溶解させ、さらに環状酸無水物としての無水マレイン酸を0.07質量%加えて混合し、比較例35の電解液を得た。この電解液にはBHTを添加していない。得られた電解液について、目視でリチウム塩及び環状酸無水物が全て溶解していることを確認した。この電解液について上記(1-3)に記載の方法で電池作製した後、上記(2-1)~(2-3)に記載の手順で測定を行った。
[比較例36]
 不活性雰囲気下、アセトニトリル(AcN)とジエチルカーボネート(DEC)とビニレンカーボネート(VC)の体積比が85:11:4となるよう混合した。更に、この混合液1Lあたり1.1molのヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF)を溶解させ、さらに2,6-ジ-tert-ブチル-p-クレゾール(BHT)を5ppm加えて混合し、比較例36の電解液を得た。なお、この電解液には環状酸無水物を添加していない。得られた電解液について、目視でリチウム塩及びBHTが全て溶解していることを確認した。この電解液について上記(1-3)に記載の方法で電池作製した後、上記(2-1)~(2-3)に記載の手順で測定を行った。
 以下に実施例41から実施例43、及び比較例35から比較例36の各非水系電解液の構成成分を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000044
 また、以下の表26では、実施例41から実施例43、及び比較例35から比較例36の、25℃サイクル試験を100サイクル行ったときの容量維持率、及び交流インピーダンスの値を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000045
 上記表26に示すように、実施例41から実施例43では、いずれも25℃におけるサイクル試験を100サイクル行ったときの容量維持率が80%以上であることがわかった。また、実施例41及び実施例42では、85%よりも大きい容量維持率が得られることがわかった。
 以上により、実施例41から実施例43の非水系電解液のように、アセトニトリルを含有し、更に、2,6-ジ-tert-ブチル-p-クレゾールと、環状酸無水物を含むことが好ましいとわかった。一方、比較例35及び比較例36では、2,6-ジ-tert-ブチル-p-クレゾール及び、環状酸無水物のどちらか一方を含んでいない。
 また、2,6-ジ-tert-ブチル-p-クレゾールの含有量は、実施例41から実施例43を含み且つ、比較例35を含まないように、非水系電解液に対し0.1ppm以上100ppm以下とした。また、環状酸無水物の含有量は、実施例41から実施例43を含み且つ、比較例36を含まないように、非水系電解液に対し0.01質量%以上1質量%以下とした。
 また、実施例41から実施例42に基づいて、2,6-ジ-tert-ブチル-p-クレゾールの含有量が、非水系電解液に対し0.5ppm以上10ppm以下、環状酸無水物の含有量が、非水系電解液に対し0.1質量%以上0.5質量%以下である範囲を好ましい範囲に設定した。これにより、25℃におけるサイクル試験を100サイクル行ったときの容量維持率を85%よりも大きく、且つ交流インピーダンス試験において、50サイクル時の交流インピーダンスを3.4Ωより小さく、100サイクル時の交流インピーダンスを3.8Ω以下に抑制できることがわかった。
 また実施例に基づいて、環状酸無水物成分として、無水コハク酸、無水マレイン酸及び無水フタルのうち少なくとも1種を含むことが好ましいとした。
 次に、第26実施形態から第27実施形態の実施例について以下説明する。
[電解液の調製]
 各種溶媒及び添加剤を所定の体積比になるように混ぜることで電解液を調製した。実施例及び比較例で用いた各電解液の組成は表27に示した。なお、表27において「AcN」はアセトニトリル、「DEC」はジエチルカーボネート、「EC」はエチレンカーボネート、「VC」はビニレンカーボネート、「LiPF」はヘキサフルオロリン酸リチウム、「LiN(SOF)」はリチウムビス(フルオロスルホニル)イミド、「MBTA」は、1-メチル-1H-ベンゾトリアゾール、「SAH」は無水コハク酸をそれぞれ示す。
 リチウム塩及び添加剤を除く各成分は非水系溶媒であり、各非水系溶媒を合わせて1Lとなるように調製した。リチウム塩含有量は、非水系溶媒1Lに対するモル量である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000046
〔電池作製〕
〔正極の作製〕
 正極活物質としてリチウム、ニッケル、マンガン、及びコバルトの複合酸化物(LiNi0.5Mn0.3Co0.2)と、導電助剤としてアセチレンブラック粉末と、バインダーとしてポリフッ化ビニリデン(PVDF)とを、100:3.5:3の質量比で混合し、正極合剤を得た。得られた正極合剤に溶剤としてN-メチル-2-ピロリドンを投入して更に混合して、正極合剤含有スラリーを調製した。正極集電体となる厚さ15μmのアルミニウム箔片面に、この正極合剤含有スラリーを、目付量が約95.0g/mになるように調節しながら塗布した。正極合剤含有スラリーをアルミニウム箔に塗布する際には、アルミニウム箔の一部が露出するように未塗布領域を形成した。その後、ロールプレスで正極活物質層の密度が2.50g/cmになるように圧延することにより、正極活物質層と正極集電体とからなる正極を得た。
 次に、この正極を、正極合剤層の面積が30mm×50mmで、且つアルミニウム箔の露出部を含むように切断した。そして、アルミニウム箔の露出部に電流を取り出すためのアルミニウム製のリード片を溶接し、120℃で12時間真空乾燥を行うことにより、リード付き正極を得た。
〔負極の作製〕
 負極活物質である黒鉛と、バインダーであるカルボキシメチルセルロースと、同じくバインダーであるスチレンブタジエンラテックスとを、100:1.1:1.5の質量比で混合し、負極合剤を得た。得られた負極合剤に適量の水を添加した後に十分に混合して、負極合剤含有スラリーを調製した。このスラリーを、厚みが10μmの銅箔の片面に、目付量が約61.0g/mになるように調節しながら一定厚みで塗布した。負極合剤含有スラリーを銅箔に塗布する際には、銅箔の一部が露出するように未塗布領域を形成した。その後、ロールプレスで負極活物質層の密度が1.35g/cmになるように圧延することにより、負極活物質層と負極集電体とからなる負極を得た。
 次に、この負極を、負極合剤層の面積が32mm×52mmで、且つ銅箔の露出部を含むように切断した。そして、銅箔の露出部に電流を取り出すためのニッケル製のリード片を溶接し、80℃で12時間真空乾燥を行うことにより、リード付き負極を得た。
〔単層ラミネート電池の組み立て〕
 リード付き正極とリード付き負極とを、各極の合剤塗布面が対向するようにポリエチレン製微多孔膜セパレータ(厚み21μm)を介して重ね合わせて積層電極体とした。この積層電極体を、90mm×80mmのアルミニウムラミネートシート外装体内に収容し、水分を除去するために80℃で5時間真空乾燥を行った。続いて、上記した各電解液を外装体内に注入した後、外装体を封止することにより、単層ラミネート型(パウチ型)非水系二次電池(以下、単に「単層ラミネート電池」ともいう。)を作製した。この単層ラミネート電池は、設計容量値が23mAh、定格電圧値が4.2Vのものである。
[単層ラミネート電池の評価]
 上述のようにして得られた評価用電池について、まず、下記(1-1)の手順に従って初回充電処理を行った。次に(1-2)の手順に従ってそれぞれの電池を評価した。なお、充放電はアスカ電子(株)製の充放電装置ACD-01(商品名)及び二葉科学社製の恒温槽PLM-63S(商品名)を用いて行った。
 ここで、1Cとは満充電状態の電池を定電流で放電して1時間で放電終了となることが期待される電流値を意味する。4.2Vの満充電状態から定電流で3.0Vまで放電して1時間で放電終了となることが期待される電流値を意味する。
(1-1)単層ラミネート電池の初回充放電処理
 電池の周囲温度を25℃に設定し、0.1Cに相当する2.3mAの定電流で充電して4.2Vに到達した後、4.2Vの定電圧で1.5時間充電を行った。その後、0.3Cに相当する6.9mAの定電流で3.0Vまで放電した。このときの放電容量を充電容量で割ることによって、初回効率を算出した。
(1-2)単層ラミネート電池の50℃充放電サイクル試験
 上記(1-1)に記載の方法で初回充放電処理を行った電池について、サイクル試験を実施した。なお、サイクル試験は電池の周囲温度を50℃に設定た3時間後に開始した。まず、2Cに相当する46mAの定電流で充電して4.2Vに到達した後、4.2Vの定電圧で合計3時間充電を行った。その後、46mAの定電流で3.0Vまで放電した。充電と放電とを各々1回ずつ行うこの工程を1サイクルとし、100サイクルの充放電を行った。1サイクル目の放電容量を100%としたときの100サイクル目の放電容量を容量維持率とした。
(2)遷移金属溶出量の測定
 遷移金属溶出量を測定するためXPS(X-ray Photoelectron Spectroscopy)分析を行った。XPS分析装置はアルバックファイ Versa probeIIを用いた。分析条件に関して、励起源はmono.AlKα 15kV×3.3mAとし、分析サイズは約200μmφとし、光電子取出角は45°とした。また、測定試料は試験前の電池を解体して、取り出した負極をアセトニトリルに約1分間浸漬して試料に付着している電解液を洗浄した。その後、12時間風乾した。乾燥した試料はそれぞれ3mm四方の小片に切り出し、XPS分析用試料とした。なお、試料作製に関する一連の作業は露点-60℃以下に制御されたアルゴングローブボックス内で実施した。試料のXPS装置への搬送は専用治具を用いて大気非暴露で行った。得られた各ピーク(C1S、O1s、F1s、P2p、N1s、S2p、Li1s、Mn3p、Ni3p、Co3p)の面積強度と装置付属の相対感度係数を用いて各元素の相対元素濃度を求めた。ここでは約40~80eVに観測された、Ni3p、Co3p、Mn3pスペクトルについてピーク分割を行って面積強度を導出して、Ni濃度、Co濃度、Mn濃度を求めた。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000047
 実施例44から実施例45に示すように、75%以上の容量維持率を得ることができた。また、実施例では、Mn、Ni及びCoの遷移金属溶出量を比較例よりも低く抑えることができた。
 次に、第28実施形態から第31実施形態の実施例について以下説明する。
[非水系二次電池の作製]
(1-1) 正極の作製
 正極活物質として数平均粒子径11μmのリチウムとニッケル、マンガン及びコバルトとの複合酸化物(Ni/Mn/Co=1/1/1(元素比);密度4.70g/cm)と、導電助剤として数平均粒子径6.5μmのグラファイト炭素粉末(密度2.26g/cm)及び数平均粒子径48nmのアセチレンブラック粉末(密度1.95g/cm)と、バインダーとしてポリフッ化ビニリデン(PVdF;密度1.75g/cm)とを、100:4.2:1.8:4.6の質量比で混合し、正極合剤を得た。
 得られた正極合剤に溶剤として、N-メチル-2-ピロリドンを固形分68質量%となるように投入して更に混合して、正極合剤含有スラリーを調製した。
 正極集電体となる厚さ20μm、幅200mmのアルミニウム箔の片面に、この正極合剤含有スラリーを目付量が24.0mg/cmになるように調節しながらドクターブレード法で塗布し、溶剤を乾燥除去した。その後、ロールプレスで実電極密度が2.90g/cmになるよう圧延して、正極活物質層と正極集電体からなる正極を得た。
(1-2) 負極の作製
 負極活物質として数平均粒子径12.7μmのグラファイト炭素粉末(密度2.23g/cm)及び数平均粒子径6.5μmのグラファイト炭素粉末(密度2.27g/cm)と、バインダーとしてカルボキシメチルセルロース(密度1.60g/cm)溶液(固形分濃度1.83質量%)と、ジエン系ゴム(ガラス転移温度:-5℃、乾燥時の数平均粒子径:120nm、密度1.00g/cm、分散媒:水、固形分濃度40質量%)とを、87.2:9.7:1.4:1.7の固形分質量比で混合し、負極合剤を得た。
 得られた負極合剤に溶剤として水を固形分45質量%となるように投入して更に混合して、負極合剤含有スラリーを調製した。
 負極集電体となる厚さ10μm、幅200mmの銅箔の片面に、この負極合剤含有スラリーを目付量が10.6mg/cmになるよう調節しながらドクターブレード法で塗布し、溶剤を乾燥除去した。その後、ロールプレスで実電極密度が1.50g/cmになるよう圧延して、負極活物質層と負極集電体からなる負極を得た。
(1-3) コイン型非水系二次電池の作製
 CR2032タイプの電池ケース(SUS304/Alクラッド)にポリプロピレン製ガスケットをセットし、その中央に上述のようにして得られた正極を直径16mmの円盤状に打ち抜いたものを、正極活物質層を上向きにしてセットした。その上からガラス繊維濾紙(アドバンテック社製ガラス繊維濾紙 GA-100)を直径16mmの円盤状に打ち抜いたものをセットして、電解液を150μL注入した後、上述のようにして得られた負極を直径16mmの円盤状に打ち抜いたものを、負極活物質層を下向きにしてセットした。さらにスペーサーとスプリングをセットした後に電池キャップをはめ込み、カシメ機でかしめた。あふれた電解液はウエスできれいにふきとった。25℃で24時間保持し、積層体に電解液を十分馴染ませてコイン型非水系二次電池を得た。
[コイン型非水系二次電池の高温特性評価]
 上述のようにして得られた評価用電池について、まず、下記(2-1)の手順に従って初回充電処理を行った。次に(2-2)の手順に従ってそれぞれの電池を評価した。なお、充放電はアスカ電子(株)製の充放電装置ACD-01(商品名)及び二葉科学社製の恒温槽PLM-63S(商品名)を用いて行った。
 ここで、1Cとは満充電状態の電池を定電流で放電して1時間で放電終了となることが期待される電流値を意味する。4.2Vの満充電状態から定電流で3.0Vまで放電して1時間で放電終了となることが期待される電流値を意味する。
(2-1)コイン型非水系二次電池の初回充放電処理
 電池の周囲温度を25℃に設定し、0.1Cに相当する0.6mAの定電流で充電して4.2Vに到達した後、4.2Vの定電圧で合計15時間充電を行った。その後、0.3Cに相当する1.8mAの定電流で3.0Vまで放電した。このときの放電容量を充電容量で割ることによって、初回効率を算出した。
(2-2)コイン型非水系二次電池の60℃満充電保存試験
 上記(2-1)に記載の方法で初回充放電処理を行った電池について、電池の周囲温度を25℃に設定し、1Cに相当する6mAの定電流で充電して4.2Vに到達した後、4.2Vの定電圧で合計3時間充電を行った。次に、この非水系二次電池を60℃の恒温槽に720時間保存した。その後、電池の周囲温度を25℃に戻した。
(2-3)交流インピーダンス測定
 交流インピーダンス測定は、ソーラトロン社製周波数応答アナライザ1400(商品名)とソーラトロン社製ポテンショ-ガルバノスタット1470E(商品名)を用いた。1000kHz~0.01Hzに周波数を変えつつ交流信号を付与し、電圧・電流の応答信号からインピーダンスを測定し、1kHzにおける交流インピーダンス値を求めた。印可する交流電圧の振幅は±5mVとした。また、交流インピーダンスを測定する際の電池の周囲温度は25℃とした。
 測定する非水系二次電池としては、上記(2-2)に記載の方法によって60℃満充電保存試験を行う前、60℃満充電保存試験を行った後のコイン型非水系二次電池を用いた。
 また、これらの結果から下記の抵抗増加率の値を算出した。
抵抗増加率=(60℃満充電保存試験後の抵抗値/60℃満充電保存試験前の抵抗値)×100[%]
[非水系電解液の低温特性評価]
(3-1)セル組み立て、及び交流インピーダンス測定
 上記の調製した電解液を東陽テクニカ製密閉セル(セルサイズ:24mmφ×0.35mmt)に入れて封入し、ホルダー(SH1-Z)にはめ込んで結線、恒温槽に入れて交流インピーダンス測定を行った。電極には金を使用した。電解液の採取から密閉セルへの充填、封入まではArグローブBOX内で行った。
 交流インピーダンス測定にはSolartron社製のFRA1255を使用した。振幅電圧5mV、周波数を10kHzから1MHzまで振って測定した。温度は-30℃、-10℃、0℃、20℃の4点で実施し、測定は各温度設定の1時間30分後に開始した。測定データは、5分ごとに繰り返し測定したデータの変動が0.1%未満になった時点のデータを採用した。
(3-2)イオン伝導度
 得られたデータはインピーダンスの実数成分(Z’)と虚数成分(Z’’)からなるナイキスト線図で表した。そして、Z’’=0におけるZ’値(R)を読み取って、以下の式によりLiイオン伝導度を求めた。
Liイオン伝導度(mS/cm)=d/(R・S)
 ここで、dは電極間距離(0.35cm)、Sは電極面積(4.522cm)である。
[実施例46]
 不活性雰囲気下、アセトニトリル(AcN)とエチルメチルカーボネ―ト(EMC)とエチレンカーボネート(EC)とビニレンカーボネート(VC)の体積比が45:35:16:4となるよう混合した。さらにこの混合液1Lあたり0.3molのヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF)と1.3molのリチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(LiN(SOF))を添加するとともに、ジフルオロリン酸リチウム(LiPO)を0.1質量%(1000ppm)、無水コハク酸(SAH)を0.5質量%溶解させ、実施例46の電解液を得た。得られた電解液について、目視でリチウム塩が全て溶解していることを確認した。この電解液について上記(1-3)に記載の方法で電池作製した後、上記(2-1)~(2-3)に記載の手順でコイン型非水系二次電池の評価を行い、(3-1)(3-2)に記載の手順で各温度のイオン伝導度を算出した。
[実施例47]
 不活性雰囲気下、アセトニトリル(AcN)とジエチルカーボネート(DEC)とエチレンカーボネート(EC)とビニレンカーボネート(VC)の体積比が50:35:10:5となるよう混合した。さらにこの混合液1Lあたり0.3molのヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF)と2.7molのリチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(LiN(SOF))を添加するとともに、ジフルオロリン酸リチウム(LiPO)を0.8質量%(8000ppm)、無水マレイン酸(MAH)を0.2質量%溶解させ、実施例47の電解液を得た。得られた電解液について、目視でリチウム塩が全て溶解していることを確認した。この電解液について上記(1-3)に記載の方法で電池作製した後、上記(2-1)~(2-3)に記載の手順でコイン型非水系二次電池の評価を行い、(3-1)(3-2)に記載の手順で各温度のイオン伝導度を算出した。
[実施例48]
 不活性雰囲気下、アセトニトリル(AcN)とジメチルカーボネート(DMC)とエチレンカーボネート(EC)とビニレンカーボネート(VC)の体積比が65:6:22:7となるよう混合した。さらにこの混合液1Lあたり0.6molとなるようヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF)と0.6molのリチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(LiN(SOCF)を添加するとともに、ジフルオロリン酸リチウム(LiPO)を0.005質量%(50ppm)、無水フタル酸(PAH)を0.5質量%溶解させ、実施例48の電解液を得た。得られた電解液について、目視でリチウム塩が全て溶解していることを確認した。この電解液について上記(1-3)に記載の方法で電池作製した後、上記(2-1)~(2-3)に記載の手順でコイン型非水系二次電池の評価を行い、(3-1)(3-2)に記載の手順で各温度のイオン伝導度を算出した。
[比較例39]
 不活性雰囲気下、アセトニトリル(AcN)とジエチルカーボネート(DEC)とビニレンカーボネート(VC)の体積比が47:42:11となるよう混合した。さらにこの混合液1Lあたり1.3molのヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF)と0.3molのリチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(LiN(SOF))を添加するとともに、無水マレイン酸(MAH)を0.05質量%溶解させ、比較例39の電解液を得た。比較例39では、LiPOを添加していない。得られた電解液について、目視でリチウム塩が全て溶解していることを確認した。この電解液について上記(1-3)に記載の方法で電池作製した後、上記(2-1)~(2-3)に記載の手順でコイン型非水系二次電池の評価を行い、(3-1)(3-2)に記載の手順で各温度のイオン伝導度を算出した。
[比較例40]
 不活性雰囲気下、1アセトニトリル(AcN)とジメチルカーボネート(DMC)とエチレンカーボネート(EC)とビニレンカーボネート(VC)の体積比が20:42:21:17となるよう混合した。さらにこの混合液1Lあたり0.5molのヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF)と0.5molのリチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(LiN(SOF))を添加するとともに、LiPOを5ppm溶解させ、比較例40の電解液を得た。比較例40では、環状酸無水物を添加していない。得られた電解液について、目視でリチウム塩が全て溶解していることを確認した。この電解液について上記(1-3)に記載の方法で電池作製した後、上記(2-1)~(2-3)に記載の手順でコイン型非水系二次電池の評価を行い、(3-1)(3-2)に記載の手順で各温度のイオン伝導度を算出した。
[比較例41]
 不活性雰囲気下、アセトニトリル(AcN)とジエチルカーボネート(DEC)とエチレンカーボネート(EC)とビニレンカーボネート(VC)の体積比が42:30:15:13となるよう混合した。さらにこの混合液1Lあたり1.2molのヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF)を添加するとともに、ジフルオロリン酸リチウム(LiPO)を0.5質量%(5000ppm)、無水マレイン酸(MAH)を0.4質量%溶解させ、比較例41の電解液を得た。比較例41では、イミド塩を添加していない。得られた電解液について、目視でリチウム塩が全て溶解していることを確認した。この電解液について上記(1-3)に記載の方法で電池作製した後、上記(2-1)~(2-3)に記載の手順でコイン型非水系二次電池の評価を行い、(3-1)(3-2)に記載の手順で各温度のイオン伝導度を算出した。
[比較例42]
 不活性雰囲気下、1Lのアセトニトリル(AcN)に対して4.2molのリチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(LiN(SOF))を溶解させて、比較例42の電解液を得た。比較例42では、LiPF、LiPO、及び環状酸無水物をいずれも添加していない。得られた電解液について、目視でリチウム塩が全て溶解していることを確認した。この電解液について上記(1-3)に記載の方法で電池作製した後、上記(2-1)~(2-3)に記載の手順でコイン型非水系二次電池の評価を行い、(3-1)(3-2)に記載の手順で各温度のイオン伝導度を算出した。
 以下に実施例46から実施例48、及び比較例39から比較例42の各非水系電解液の構成成分を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000048
 また、以下の表30では、実施例46から実施例48、及び比較例39から比較例42の、60℃での満充電保存試験における抵抗増加率を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000049
 また、以下の表31には、実施例46から実施例48、及び比較例39から比較例42の、イオン伝導度を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000050
 上記の表30に示すように、実施例46から実施例48、及び比較例41では、いずれも抵抗増加率が400%を下回っていることがわかった。また、実施例46から実施例48、及び比較例41では、いずれも抵抗増加率が300%を下回っていることがわかった。更に、実施例46から実施例48、及び比較例41では、いずれも抵抗増加率が250%を下回っていることがわかった。
 また、上記の表31に示すように、実施例46から実施例48、及び比較例40では、-10℃でのイオン伝導度が10mS/cm以上であることがわかった。また、実施例46から実施例48では、-10℃でのイオン伝導度が、12mS/cm以上であることがわかった。また、実施例46及び実施例47では、-10℃でのイオン伝導度が、12.5mS/cm以上であることがわかった。
 また、上記の表31に示すように、実施例46から実施例48、及び比較例40では、-30℃でのイオン伝導度が、5mS/cm以上であることがわかった。また、実施例46から実施例48では、-30℃でのイオン伝導度が、6mS/cm以上であることがわかった。また、実施例46及び実施例47では、-30℃でのイオン伝導度が、6.5mS/cm以上であることがわかった。
 以上により、実施例46から実施例48の非水系電解液のように、アセトニトリルと、LiPFと、LiPOと、環状酸無水物と、イミド塩と、を有することが好ましいとわかった。一方、比較例では、LiPF、LiPO、環状酸無水物、及びイミド塩のいずれかを含んでいない。
 また、LiPOは高温加熱時の抵抗増加率の低減に寄与するものである。したがって、LiPOの下限値としては、比較例40を含まないように、0.001質量%以上とし、また上限値としては実施例47に基づいて1質量%以下に設定した。
 また、環状酸無水物は、高温加熱時の抵抗増加率の低減に寄与するものである。したがって、環状酸無水物の下限値としては、比較例39を含まないように、0.01質量%以上とし、上限値は、実施例46及び実施例48に基づいて1質量%以下とした。
 実施例46から実施例48の電解液においては、電解液に含まれるリチウム塩の総モル量に対するイミド塩のモル量の百分率が50%以上となることがわかった。すなわち、実施例46から実施例48の電解液のリチウム塩おける主成分はイミド塩であることがわかった。
 また、実施例46から実施例48では、いずれもLiPF≦イミド塩となるモル濃度でイミド塩を含有することがわかった。
 また、実施例に基づいて、イミド塩の含有量は、非水系溶媒1Lに対して、0.5mol以上3.0mol以下であることが好ましいとした。
 また、実施例に基づいて、アセトニトリルに対するPFアニオンの混合モル比が、0.01以上0.08未満であることが好ましいとした。
 また、実施例に基づいて、LiPOの含有量を、非水系電解液に対し0.05質量%以上1.0質量%以下に規定した。
 また、実施例に基づいて、環状酸無水物の含有量を、非水系電解液に対し0.1質量%以上0.5質量%以下に規定した。
 また、実施例に基づいて、イミド塩成分として、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(LiN(SOF))、及びリチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(LiN(SOCF)のうち少なくとも1種を含むことが好ましいとした。
 また実施例に基づいて、環状酸無水物成分として、無水コハク酸、無水マレイン酸、及び無水フタル酸のうち少なくとも1種を含むことが好ましいとした。
 第32実施形態から第34実施形態の実施例について以下説明する。
[電解液の調製]
 各種溶媒及び添加剤を所定の体積比になるように混ぜることで電解液を調製した。実施例及び比較例で用いた各電解液の組成は表32に示した。なお、表32において「AcN」はアセトニトリル、「DEC」はジエチルカーボネート、「EMC」はエチルメチルカーボネート、「EC」はエチレンカーボネート、「VC」はビニレンカーボネート、「LiPF」はヘキサフルオロリン酸リチウム、「LiN(SOF)」はリチウムビス(フルオロスルホニル)イミド、「LiN(SOCF」はリチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、「LiPO」はジフルオロリン酸リチウム、「SAH」は無水コハク酸をそれぞれ示す。
 リチウム塩を除く各成分は非水系溶媒であり、各非水系溶媒を合わせて1Lとなるように調製した。リチウム塩含有量は、非水系溶媒1Lに対するモル量である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000051
[交流インピーダンス測定]
 上記の調製した電解液を東陽テクニカ製の密閉セル(セルサイズ:24mmφ×0.35mmt)に入れて封入し、ホルダー(SH1-Z)にはめ込んで結線した。更に、恒温槽に入れて交流インピーダンス測定を行った。電極には金を使用した。電解液の採取から密閉セルへの充填、封入まではArグローブBOX内で行った。
 交流インピーダンス測定にはSolartron社製のFRA1255を使用した。振幅電圧5mV、周波数を10kHzから1MHzまで振って測定した。恒温槽の温度は-20℃、-10℃、0℃、10℃、20℃の5点に設定し、測定は各温度設定の1時間30分後に開始した。測定データは、5分ごとに繰り返し測定したデータの変動が0.1%未満になった時点のデータを採用した。
[イオン伝導度]
 得られたデータは、インピーダンスの実数成分(Z´)と虚数成分(Z´´)からなるナイキスト線図で表した。そして、Z´´=0におけるZ´値(R)を読み取って、以下の式によりLiイオン伝導度を求めた。
 Liイオン伝導度(mS/cm)=d/(R・S)
 ここで、dは、電極間距離(0.35cm)、Sは、電極面積(4.522cm)である。
<イオン伝導度のアレニウスプロット>
 上記の式より得られた各温度におけるLiイオン伝導度を用い、アレニウスの式:σ=Aexp(-Ea/kT)(σ:イオン伝導度、A:頻度因子、k:ボルツマン定数、T:絶対温度)より、-20~0℃と0~20℃のアレニウスプロットの傾きを求めた。
 表32に示した組成で電解液を25℃で調製し、上記の方法でセルを組み立てて交流インピーダンス測定を実施した。得られたデータからナイキスト線図を作成してZ´値を読み取り、上記の式から、実施例49から実施例50、及び比較例43のイオン伝導度を計算した。計算したイオン伝導度を用いて-20~0℃と0~20℃のアレニウスプロットの傾きを求め、アレニウスプロットの傾きから活性化エネルギー(Ea)を求めた。結果を以下の表33に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000052
 表33に示すように、比較例では-20~0℃、0~20℃での活性化エネルギーEa、Eaが15kJ/molを大きく上回ることがわかった。これに対して、実施例ではいずれも、-20~0℃での活性化エネルギーEaが15kJ/mol以下であることがわかった。また、実施例では0~20℃での活性化エネルギーEaも15kJ/mol以下であることがわかった。また、-20~0℃での活性化エネルギーEaに対する0~20℃での活性化エネルギーEaの値(Ea/Ea)において、比較例は実施例に比べて、1を大きく下回っていた。すなわち、比較例は、EaとEaが大きく異なっていた。これにより、比較例は実施例に比べて、エネルギー的に安定しておらず、イオン伝導度に不連続変化が生じていることがわかった。これに対し、実施例は、Ea/Eaが1に近くエネルギー的に安定しており、0℃以下の低温領域においてもイオン伝導度が安定していることがわかった。
 実施例49では、電解液にアセトニトリル並びに、リチウム塩としてLiPO及びLiFSI(イミド塩)が含まれていた。また、実施例50では、電解液にアセトニトリル並びに、リチウム塩としてLiPO及びLiTFSI(イミド塩)が含まれていた。
 実施例49から実施例50のLiPOの含有量は、電解液に対して0.01質量%以上1質量%以下であった。また、実施例49~50の電解液においては、電解液に含まれるリチウム塩の総モル量に対するイミド塩のモル量の百分率が50%以上となることがわかった。すなわち、実施例49から実施例50の電解液のリチウム塩おける主成分はイミド塩であることがわかった。
 第35実施形態の実施例について以下説明する。
[非水系二次電池の作製]
(1-1) 正極の作製
 正極活物質として数平均粒子径11μmのリチウムとニッケル、マンガン及びコバルトとの複合酸化物(Ni/Mn/Co=1/1/1(元素比);密度4.70g/cm)と、導電助剤として数平均粒子径6.5μmのグラファイト炭素粉末(密度2.26g/cm)及び数平均粒子径48nmのアセチレンブラック粉末(密度1.95g/cm)と、バインダーとしてポリフッ化ビニリデン(PVdF;密度1.75g/cm)とを、100:4.2:1.8:4.6の質量比で混合し、正極合剤を得た。得られた正極合剤に溶剤としてN-メチル-2-ピロリドンを固形分68質量%となるように投入して更に混合して、正極合剤含有スラリーを調製した。正極集電体となる厚さ20μm、幅200mmのアルミニウム箔の片面に、この正極合剤含有スラリーを目付量が12.0mg/cmになるように調節しながらドクターブレード法で塗布し、溶剤を乾燥除去した。その後、ロールプレスで実電極密度が2.80g/cmになるよう圧延して、正極活物質層と正極集電体からなる正極を得た。
(1-2) 負極の作製
 負極活物質として数平均粒子径12.7μmのグラファイト炭素粉末(密度2.23g/cm)及び数平均粒子径6.5μmのグラファイト炭素粉末(密度2.27g/cm)と、バインダーとしてカルボキシメチルセルロース(密度1.60g/cm)溶液(固形分濃度1.83質量%)と、ジエン系ゴム(ガラス転移温度:-5℃、乾燥時の数平均粒子径:120nm、密度1.00g/cm、分散媒:水、固形分濃度40質量%)とを、87.2:9.7:1.4:1.7の固形分質量比で混合し、負極合剤を得た。得られた負極合剤に溶剤として水を固形分45質量%となるように投入して更に混合して、負極合剤含有スラリーを調製した。負極集電体となる厚さ10μm、幅200mmの銅箔の片面に、この負極合剤含有スラリーを目付量が5.3mg/cmになるよう調節しながらドクターブレード法で塗布し、溶剤を乾燥除去した。その後、ロールプレスで実電極密度が1.30g/cmになるよう圧延して、負極活物質層と負極集電体からなる負極を得た。
(1-3)コイン型非水系二次電池の作製
 CR2032タイプの電池ケース(SUS304/Alクラッド)にポリプロピレン製ガスケットをセットし、その中央に上述のようにして得られた正極を直径16mmの円盤状に打ち抜いたものを、正極活物質層を上向きにしてセットした。その上からポリエチレン微多孔膜を直径19mmの円盤状に打ち抜いたものをセットして、電解液を100μL注入した後、上述のようにして得られた負極を直径16mmの円盤状に打ち抜いたものを、負極活物質層を下向きにしてセットした。さらにスペーサーとスプリングをセットした後に電池キャップをはめ込み、カシメ機でかしめた。あふれた電解液はウエスできれいにふきとった。25℃で24時間保持し、積層体に電解液を十分馴染ませてコイン型非水系二次電池を得た。
[コイン型非水系二次電池の評価]
 上述のようにして得られた評価用電池について、実施例および比較例に記載されているそれぞれの手順に従って初回充電処理後を行った。次に(2-1)、(2-2)の手順に従ってそれぞれの電池を評価した。なお、充放電はアスカ電子(株)製の充放電装置ACD-01(商品名)及び二葉科学社製の恒温槽PLM-63S(商品名)を用いて行った。
 ここで、1Cとは満充電状態の電池を定電流で放電して1時間で放電終了となることが期待される電流値を意味する。4.2Vの満充電状態から定電流で3.0Vまで放電して1時間で放電終了となることが期待される電流値を意味する。
(2-1)コイン型非水系二次電池の85℃満充電保存試験
 初回充放電処理(初回放電のエージング処理については各実施例や比較例の欄に記載)を行った電池について、電池の周囲温度を25℃に設定し、1Cに相当する3mAの定電流で充電して4.2Vに到達した後、4.2Vの定電圧で合計3時間充電を行った。次に、この非水系二次電池を85℃の恒温槽に4時間保存した。その後、電池の周囲温度を25℃に戻した。
(2-2)コイン型非水系二次電池の出力試験
 上記(2-1)に記載の方法で85℃満充電保存試験を行った電池について、電池の周囲温度を25℃に設定し、1Cに相当する3mAの定電流で充電して4.2Vに到達した後、4.2Vの定電圧で合計3時間充電を行った。その後、1Cに相当する3mAの電流値で3.0Vまで放電した。次に、定電流放電時の電流値を5Cに相当する15mAに変更した以外は、上記と同様の充放電を行い、下記の容量維持率を算出した。
 容量維持率=(5C放電時の容量/1C放電時の容量)×100[%]
[実施例100]
 不活性雰囲気下、アセトニトリル(AcN)とジエチルカーボネート(DEC)とエチレンカーボネート(EC)とビニレンカーボネート(VC)の体積比が45:35:16:4となるよう混合し混合溶媒を得た。さらに、この混合溶媒に無水コハク酸(SAH)を電解液として最終的に0.15質量%となるよう溶解させた。その後、混合溶媒1Lあたり0.3molのヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF)と1.3molのリチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(LiN(SOF))を添加し、実施例100の電解液を得た。得られた電解液について、目視でリチウム塩が全て溶解していることを確認した。この電解液を用いて上記(1-3)に記載の方法で電池作製した後、初回充放電処理を行った。電池の周囲温度を25℃に設定し、0.1Cに相当する0.3mAの定電流で充電して2.8Vまで充電した後、2.8Vの定電圧で1時間半充電を行った。その後、周囲温度を55℃に設定し、6時間保存した後、再び電池の周囲温度を25℃に設定し、冷却のため3時間静置した。その後、0.1Cに相当する0.3mAの定電流で充電して4.2Vに到達した後、4.2Vの定電圧で合計1.5時間充電を行った。その後、0.3Cに相当する0.9mAの定電流で3.0Vまで放電した。このときの放電容量を充電容量で割ることによって、初回効率を算出した。その後、上記(2-1)、(2-2)に記載の手順でコイン型非水系二次電池の評価を行った。
[実施例101]
 不活性雰囲気下、アセトニトリル(AcN)とエチルメチルカーボネート(EMC)とエチレンカーボネート(EC)とビニレンカーボネート(VC)の体積比が45:35:16:4となるよう混合し混合溶媒を得た。さらに、この混合溶媒に無水コハク酸(SAH)を電解液として最終的に0.3質量%となるよう溶解させた。更に、この混合溶媒に1-メチル-1H-ベンゾトリアゾール(MBTA)を電解液として最終的に0.2質量%となるよう溶解させた。その後、混合溶媒1Lあたり1.3molのヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF)を添加し、実施例101の電解液を得た。得られた電解液について、目視でリチウム塩が全て溶解していることを確認した。この電解液を用いて上記(1-3)に記載の方法で電池作製した後、初回充放電処理を行った。電池の周囲温度を25℃に設定し、0.1Cに相当する0.3mAの定電流で充電して2.8Vまで充電した後、2.8Vの定電圧で1時間半充電を行った。その後、周囲温度を45℃に設定し、72時間保存した後、再び電池の周囲温度を25℃に設定し、冷却のため3時間静置した。その後、0.1Cに相当する0.3mAの定電流で充電して4.2Vに到達した後、4.2Vの定電圧で合計1.5時間充電を行った。その後、0.3Cに相当する0.9mAの定電流で3.0Vまで放電した。このときの放電容量を充電容量で割ることによって、初回効率を算出した。その後、上記(2-1)(2-2)に記載の手順でコイン型非水系二次電池の評価を行った。
[実施例102]
 不活性雰囲気下、アセトニトリル(AcN)とエチルメチルカーボネート(EMC)とエチレンカーボネート(EC)とビニレンカーボネート(VC)の体積比が35:40:21:4となるよう混合し混合溶媒を得た。さらに、この混合溶媒に無水マレイン酸(MAH)を電解液として最終的に0.15質量%となるよう溶解させた。更に、この混合溶媒に1-メチル-1H-ベンゾトリアゾール(MBTA)を電解液として最終的に0.1質量%となるよう溶解させた。その後、混合溶媒1Lあたり1.2molのヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF)を添加し、実施例102の電解液を得た。得られた電解液について、目視でリチウム塩が全て溶解していることを確認した。この電解液を用いて上記(1-3)に記載の方法で電池作製した後、初回充放電処理を行った。電池の周囲温度を25℃に設定し、0.1Cに相当する0.3mAの定電流で充電して3.0Vまで充電した後、3.0Vの定電圧で1時間半充電を行った。その後、周囲温度を55℃に設定し、6時間保存した後、再び電池の周囲温度を25℃に設定し、冷却のため3時間静置した。その後、0.1Cに相当する0.3mAの定電流で充電して4.2Vに到達した後、4.2Vの定電圧で合計1.5時間充電を行った。その後、0.3Cに相当する0.9mAの定電流で3.0Vまで放電した。このときの放電容量を充電容量で割ることによって、初回効率を算出した。その後、上記(2-1)(2-2)に記載の手順でコイン型非水系二次電池の評価を行った。
[実施例103]
 不活性雰囲気下、アセトニトリル(AcN)とジメチルカーボネート(DMC)とエチレンカーボネート(EC)とビニレンカーボネート(VC)の体積比が65:6:22:7となるよう混合し混合溶媒を得た。さらに、この混合溶媒に無水コハク酸(SAH)を電解液として最終的に0.2質量%となるよう溶解させた。さらに、この混合溶媒にメチルスクシノニトリルを電解液として最終的に0.2質量%となるよう溶解させた。その後、混合溶媒1Lあたり0.6molのヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF)と0.6molのリチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(LiN(SOCF)を添加し、実施例103の電解液を得た。得られた電解液について、目視でリチウム塩が全て溶解していることを確認した。この電解液を用いて上記(1-3)に記載の方法で電池作製した後、初回充放電処理を行った。電池の周囲温度を25℃に設定し、0.1Cに相当する0.3mAの定電流で充電して3.0Vまで充電した後、3.0Vの定電圧で1時間半充電を行った。その後、周囲温度を60℃に設定し、6時間保存した後、再び電池の周囲温度を25℃に設定し、冷却のため3時間静置した。その後、0.1Cに相当する0.3mAの定電流で充電して4.2Vに到達した後、4.2Vの定電圧で合計1.5時間充電を行った。その後、0.3Cに相当する0.9mAの定電流で3.0Vまで放電した。このときの放電容量を充電容量で割ることによって、初回効率を算出した。その後、上記(2-1)(2-2)に記載の手順でコイン型非水系二次電池の評価を行った。
[実施例104]
 不活性雰囲気下、アセトニトリル(AcN)とジエチルカーボネート(DEC)とエチレンカーボネート(EC)とビニレンカーボネート(VC)の体積比が45:30:23:2となるよう混合し混合溶媒を得た。さらに、この混合溶媒に無水コハク酸(SAH)を電解液として最終的に0.2質量%となるよう溶解させた。更に、この混合溶媒に1-メチル-1H-ベンゾトリアゾール(MBTA)を電解液として最終的に0.3質量%となるよう溶解させた。その後、混合溶媒1Lあたり1.0molのヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF)を添加し、実施例104の電解液を得た。得られた電解液について、目視でリチウム塩が全て溶解していることを確認した。この電解液を用いて上記(1-3)に記載の方法で電池作製した後、初回充放電処理を行った。電池の周囲温度を25℃に設定し、0.1Cに相当する0.3mAの定電流で充電して3.3Vまで充電した後、3.3Vの定電圧で1時間半充電を行った。その後、周囲温度を55℃に設定し、24時間保存した後、再び電池の周囲温度を25℃に設定し、冷却のため3時間静置した。その後、0.1Cに相当する0.3mAの定電流で充電して4.2Vに到達した後、4.2Vの定電圧で合計1.5時間充電を行った。その後、0.3Cに相当する0.9mAの定電流で3.0Vまで放電した。このときの放電容量を充電容量で割ることによって、初回効率を算出した。その後、上記(2-1)(2-2)に記載の手順でコイン型非水系二次電池の評価を行った。
[実施例105]
 不活性雰囲気下、アセトニトリル(AcN)とエチルメチルカーボネート(EMC)とエチレンカーボネート(EC)とビニレンカーボネート(VC)の体積比が50:30:18:2となるよう混合し混合溶媒を得た。さらに、この混合溶媒に無水コハク酸(SAH)を電解液として最終的に0.2質量%となるよう溶解させた。その後、混合溶媒1Lあたり0.3molのヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF)と1.0molのリチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(LiN(SOF))を添加し、実施例105の電解液を得た。得られた電解液について、目視でリチウム塩が全て溶解していることを確認した。この電解液を用いて上記(1-3)に記載の方法で電池作製した後、初回充放電処理を行った。電池の周囲温度を25℃に設定し、0.1Cに相当する0.3mAの定電流で充電して3.2Vまで充電した後、3.2Vの定電圧で1時間半充電を行った。その後、周囲温度を50℃に設定し、48時間保存した後、再び電池の周囲温度を25℃に設定し、冷却のため3時間静置した。その後、0.1Cに相当する0.3mAの定電流で充電して4.2Vに到達した後、4.2Vの定電圧で合計1.5時間充電を行った。その後、0.3Cに相当する0.9mAの定電流で3.0Vまで放電した。このときの放電容量を充電容量で割ることによって、初回効率を算出した。その後、上記(2-1)(2-2)に記載の手順でコイン型非水系二次電池の評価を行った。
[比較例100]
 不活性雰囲気下、アセトニトリル(AcN)とジエチルカーボネート(DEC)とビニレンカーボネート(VC)の体積比が47:42:11となるよう混合した。この混合溶媒に無水マレイン酸(環状酸無水物)を電解液として最終的に0.14質量%となるよう溶解させた。さらにこの混合液1Lあたり1.3molのヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF)と0.01molのリチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(LiN(SOF))を添加して、比較例100の電解液を得た。得られた電解液について、目視でリチウム塩が全て溶解していることを確認した。この電解液を用いて上記(1-3)に記載の方法で電池作製した後、初回充放電処理を行った。電池の周囲温度を25℃に設定し、0.1Cに相当する0.3mAの定電流で充電して4.2Vに到達した後、4.2Vの定電圧で合計1.5時間充電を行った。その後、0.3Cに相当する0.9mAの定電流で3.0Vまで放電した。このときの放電容量を充電容量で割ることによって、初回効率を算出した。その後、上記(2-1)(2-2)に記載の手順でコイン型非水系二次電池の評価を行った。比較例100では、初回充電のエージング処理を行っていない。
[比較例101]
 不活性雰囲気下、アセトニトリル(AcN)とジエチルカーボネート(DEC)とビニレンカーボネート(VC)の体積比が47:49:4となるよう混合した。さらにこの混合液1Lあたり1.3molのヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF)と0.05molのリチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(LiN(SOCF)を添加するとともに、無水コハク酸(SAH)を0.05質量%溶解させ、比較例101の電解液を得た。得られた電解液について、目視でリチウム塩が全て溶解していることを確認した。この電解液を用いて上記(1-3)に記載の方法で電池作製した後、初回充放電処理を行った。電池の周囲温度を25℃に設定し、0.1Cに相当する0.3mAの定電流で充電して2.8Vまで充電した後、2.8Vの定電圧で1時間半充電を行った。その後、周囲温度を25℃のままとし、72時間保存した後、電池の周囲温度をそのまま25℃に設定し、3時間静置した。その後、0.1Cに相当する0.3mAの定電流で充電して4.2Vに到達した後、4.2Vの定電圧で合計1.5時間充電を行った。その後、0.3Cに相当する0.9mAの定電流で3.0Vまで放電した。このときの放電容量を充電容量で割ることによって、初回効率を算出した。その後、上記(2-1)(2-2)に記載の手順でコイン型非水系二次電池の評価を行った。
[比較例102]
 不活性雰囲気下、アセトニトリル(AcN)とジエチルカーボネート(DEC)とビニレンカーボネート(VC)の体積比が47:49:4となるよう混合し混合溶媒を得た。さらにこの混合溶媒に無水コハク酸(SAH)を電解液として最終的に0.05質量%となるよう溶解させた。更に、この混合溶媒に1-メチル-1H-ベンゾトリアゾール(MBTA)を電解液として最終的に2.5質量%となるよう溶解させた。その後、混合溶媒1Lあたり0.3molのヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF)と1molのリチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(LiN(SOCF)を添加し、比較例102の電解液を得た。得られた電解液について、目視でリチウム塩が全て溶解していることを確認した。この電解液を用いて上記(1-3)に記載の方法で電池作製した後、初回充放電処理を行った。電池の周囲温度を25℃に設定し、0.1Cに相当する0.3mAの定電流で充電して4.2Vまで充電した後、4.2Vの定電圧で合計1.5時間充電を行った。その後、周囲温度を85℃とし、24時間保存した後、電池の周囲温度をそのまま25℃に設定し、冷却のため3時間静置した。その後、0.1Cに相当する0.3mAの定電流で充電して4.2Vに到達した後、4.2Vの定電圧で1時間半充電を行った。その後、0.3Cに相当する0.9mAの定電流で3.0Vまで放電した。このときの放電容量を充電容量で割ることによって、初回効率を算出した。その後、上記(2-1)(2-2)に記載の手順でコイン型非水系二次電池の評価を行った。
 以下の表34に実施例100から実施例105、及び比較例100から比較例102の各非水系電解液の構成成分を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000053
 また、以下の表35では、実施例100から実施例105、及び比較例100から比較例102のエージング条件を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000054
 また、以下の表36には、実施例100から実施例105、及び比較例100から比較例102における、85℃4時間保存後の容量維持率を示す。容量維持率は、5C放電容量を1C放電容量で除して算出してなる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000055
 上記の表36に示すように、実施例100から実施105では、いずれも容量維持率が70%以上であることがわかった。また、実施例100から実施例105では、74%以上の容量維持率を得ることができる。
 なお、本実施例では、電池内の正極表面部のXPS分析を行った。XPS分析の装置としてアルバックファイ Versa probe IIを用いた。分析条件に関して、励起源はmono.AlKα 15kV×3.3mAとし、分析サイズは約200μmφとし、光電子取出角は45°±20°とした。また、測定試料は試験前の電池を解体して、取り出した電極をアセトニトリルで3回浸漬して試料に付着している電解液を洗浄した。その後、12時間風乾した。乾燥した試料はそれぞれ3mm四方の小片に切り出し、XPS分析用試料とした。なお、試料作製に関する一連の作業はアルゴングローブボックス(露点-60℃以下)内で実施した。ここではXPS分析の結果に従って、窒素元素に基づく394eV~408eVの範囲において、光電子スペクトルのピーク分割を行った場合の窒素濃度が0.5~20atomic%含むことが好ましい。これは、実施例100から実施例105及び比較例100から比較例102の85℃4h保存試験後出力試験の結果に基づく。また、前記ピーク範囲において、399eV~400eVに観測されるピークは-NH、及び-NH-NH-、(NO)-結合を有し、402eV付近に観測されるピークは-N=O結合を有する。表36に示す「atomic%」は、光電子スペクトルのピーク分割を行った場合の窒素濃度を原子%で示したものである。
 以上により、実施例100から実施例105の非水系電解液のように、-N=、-NH、-N=O、-NH-NH-、及び(NO)-からなる群から選ばれる少なくとも一種の官能基を有する化合物が含まれることが好ましいとわかった。そして、非水系二次電池は、85℃での4時間保存試験後にて、5C放電容量を1C放電容量で除して算出してなる容量維持率は、70%以上である初期特性評価を有することができる。
 また、実施例及び比較例より、N含有化合物を含有し、初回充電時、3.5V以下でエージングすることが好ましいとした。これにより、正極活物質由来である遷移金属のイオン化が発生する前に、-N=、-NH、-N=O、及び-NH-NH-、(NO)-からなる群から選ばれる少なくとも一種の官能基を有する化合物が正極表面を保護する。これにより、熱履歴による経時的な内部抵抗の増加を抑制することができる。
 また、実施例101から実施例105により、上記エージング温度が、35℃以上60℃以下であることが好ましいとした。このように、60℃以下の熱履歴を与えることで、保護被膜が正極表面の活性点を初期に不活性化し、高温条件下での内部抵抗の上昇を抑えることができる。
 第36実施形態の実施例について以下説明する。
[電解液の調製]
 各種溶媒及び添加剤を所定の体積比になるように混ぜることで電解液を調製した。実施例及び比較例で用いた各電解液の組成は表37に示した。なお、表37において「AcN」はアセトニ
トリル、「DEC」はジエチルカーボネート、「EMC」はエチルメチルカーボネート、「DM
C」はジメチルカーボネート、「EC」はエチレンカーボネート、「VC」はビニレンカーボネート、「LiPF」はヘキサフルオロリン酸リチウム、「LiN(SOF)」はリチウムビス(フルオロスルホニル)イミド、「LiN(SOCF」はリチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、「MBTA」は、1-メチル-1H-ベンゾトリアゾール、「SAH」は無水コハク酸、「MAH」は無水マレイン酸、「PAH」は無水フタル酸をそれぞれ示す。
 リチウム塩及び添加剤を除く各成分は非水系溶媒であり、各非水系溶媒を合わせて1Lとなるように調製した。リチウム塩含有量は、非水系溶媒1Lに対するモル量である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000056
[非水系二次電池の作製]
(1-1) 正極の作製
 正極活物質として数平均粒子径11μmのリチウムとニッケル、マンガン及びコバルトとの複合酸化物(Ni/Mn/Co=1/1/1(元素比);密度4.70g/cm)と、導電助剤として数平均粒子径6.5μmのグラファイト炭素粉末(密度2.26g/cm)及び数平均粒子径48nmのアセチレンブラック粉末(密度1.95g/cm)と、バインダーとしてポリフッ化ビニリデン(PVdF;密度1.75g/cm)とを、100:4.2:1.8:4.6の質量比で混合し、正極合剤を得た。得られた正極合剤に溶剤としてN-メチル-2-ピロリドンを固形分68質量%となるように投入して更に混合して、正極合剤含有スラリーを調製した。正極集電体となる厚さ20μm、幅200mmのアルミニウム箔の片面に、この正極合剤含有スラリーを目付量が12.0mg/cmになるように調節しながらドクターブレード法で塗布し、溶剤を乾燥除去した。その後、ロールプレスで実電極密度が2.80g/cmになるよう圧延して、正極活物質層と正極集電体からなる正極を得た。
(1-2) 負極の作製
 負極活物質として数平均粒子径12.7μmのグラファイト炭素粉末(密度2.23g/cm)及び数平均粒子径6.5μmのグラファイト炭素粉末(密度2.27g/cm)と、バインダーとしてカルボキシメチルセルロース(密度1.60g/cm)溶液(固形分濃度1.83質量%)と、ジエン系ゴム(ガラス転移温度:-5℃、乾燥時の数平均粒子径:120nm、密度1.00g/cm、分散媒:水、固形分濃度40質量%)とを、87.2:9.7:1.4:1.7の固形分質量比で混合し、負極合剤を得た。得られた負極合剤に溶剤として水を固形分45質量%となるように投入して更に混合して、負極合剤含有スラリーを調製した。負極集電体となる厚さ10μm、幅200mmの銅箔の片面に、この負極合剤含有スラリーを目付量が5.3mg/cmになるよう調節しながらドクターブレード法で塗布し、溶剤を乾燥除去した。その後、ロールプレスで実電極密度が1.30g/cmになるよう圧延して、負極活物質層と負極集電体からなる負極を得た。
(1-3)コイン型非水系二次電池の作製
 CR2032タイプの電池ケース(SUS304/Alクラッド)にポリプロピレン製ガスケットをセットし、その中央に上述のようにして得られた正極を直径16mmの円盤状に打ち抜いたものを、正極活物質層を上向きにしてセットした。その上からポリエチレン微多孔膜を直径19mmの円盤状に打ち抜いたものをセットして、電解液を100μL注入した後、上述のようにして得られた負極を直径16mmの円盤状に打ち抜いたものを、負極活物質層を下向きにしてセットした。さらにスペーサーとスプリングをセットした後に電池キャップをはめ込み、カシメ機でかしめた。あふれた電解液はウエスできれいにふきとった。25℃で24時間保持し、積層体に電解液を十分馴染ませてコイン型非水系二次電池を得た。
[コイン型非水系二次電池の評価]
 上述のようにして得られた評価用電池について、実施例および比較例に記載されているそれぞれの手順に従って初回充電処理後を行った。次に(2-1)、(2-2)の手順に従ってそれぞれの電池を評価した。なお、充放電はアスカ電子(株)製の充放電装置ACD-01(商品名)及び二葉科学社製の恒温槽PLM-63S(商品名)を用いて行った。
 ここで、1Cとは満充電状態の電池を定電流で放電して1時間で放電終了となることが期待される電流値を意味する。4.2Vの満充電状態から定電流で3.0Vまで放電して1時間で放電終了となることが期待される電流値を意味する。
(2-1)コイン型非水系二次電池の85℃満充電保存試験
 初回充放電処理(初回放電のエージング処理については各実施例や比較例の欄に記載)を行った電池について、電池の周囲温度を25℃に設定し、1Cに相当する3mAの定電流で充電して4.2Vに到達した後、4.2Vの定電圧で合計3時間充電を行った。次に、この非水系二次電池を85℃の恒温槽に4時間保存した。その後、電池の周囲温度を25℃に戻した。
(2-2)コイン型非水系二次電池の出力試験
 上記(2-1)に記載の方法で85℃満充電保存試験を行った電池について、電池の周囲温度を25℃に設定し、1Cに相当する3mAの定電流で充電して4.2Vに到達した後、4.2Vの定電圧で合計3時間充電を行った。その後、1Cに相当する3mAの電流値で3.0Vまで放電した。次に、定電流放電時の電流値を5Cに相当する15mAに変更した以外は、上記と同様の充放電を行い、下記の容量維持率を算出した。
 容量維持率=(5C放電時の容量/1C放電時の容量)×100[%]
 また、以下の表38では、実施例106から実施例111、及び比較例103から比較例105のエージング条件を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000057
 また、以下の表39には、実施例106から実施例111、及び比較例103から比較例105における、85℃4時間保存後の容量維持率を示す。容量維持率は、5C放電容量を1C放電容量で除して算出してなる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000058
 実験結果により、非水系二次電池に有機酸およびその塩、無水酸、並びにLiOからなる群から選ばれる少なくとも一種の化合物が含まれ、有機酸は、酢酸、シュウ酸またはギ酸のうち少なくとも1種を含み、非水系二次電池は、85℃での4時間保存試験後にて、5C放電容量を1C放電容量で除して算出してなる容量維持率は、70%以上である初期特性評価を有することが可能である。
 なお、本実施例では、電池内の負極表面部のXPS分析を行った。XPS分析の装置としてアルバックファイ Versa probeIIを用いた。分析条件に関して、励起源はmono.AlKα 15kV×3.3mAとし、分析サイズは約200μmφとし、光電子取出角は45°±20°とした。また、測定試料は試験前の電池を解体して、取り出した電極をアセトニトリルで3回浸漬して試料に付着している電解液を洗浄した。その後、12時間風乾した。乾燥した試料はそれぞれ3mm四方の小片に切り出し、XPS分析用試料とした。試料作製に関する一連の作業はアルゴングローブボックス(露点-60℃以下)内で実施した。ここではXPS分析の結果に従って、酸素元素に基づく524eV~540eVの範囲において、光電子スペクトルのピーク分割を行った場合の酸素濃度が10~30atomic%含むことが好ましい。これは実施例106から実施例111及び比較例103から比較例105の85℃4h保存試験後出力試験の結果に基づく。また、前記ピーク範囲において、527eV付近に観測されるピークはLiOを有し、530eV~535eVに観測されるピークは有機物またはその塩を有する。表39に示す「atomic%」は、光電子スペクトルのピーク分割を行った場合の酸素濃度を原子%で示したものである。
 また、実施例及び比較例に基づいて、環状酸無水物を含有し、初回充電時、3.5V以下でエージングすることが好ましいとした。負極SEIに有機酸(酢酸、シュウ酸、ギ酸)およびその塩、無水酸、およびLiOから選択される少なくとも一種の化合物が含まれることにより、熱履歴による経時的な内部抵抗の増加を抑制することができる。
 また、実施例106から実施例111に基づいて、上記エージング温度が、35℃以上60℃以下であることが好ましいとした。60℃以上で生じるLiPFの熱分解を抑えることができる。
 第37実施形態の実施例について以下説明する。
[非水系二次電池の作製]
(1-1) 正極の作製
 正極活物質として数平均粒子径11μmのリチウムとニッケル、マンガン及びコバルトとの複合酸化物(Ni/Mn/Co=1/1/1(元素比);密度4.70g/cm)と、導電助剤として数平均粒子径6.5μmのグラファイト炭素粉末(密度2.26g/cm)及び数平均粒子径48nmのアセチレンブラック粉末(密度1.95g/cm)と、バインダーとしてポリフッ化ビニリデン(PVdF;密度1.75g/cm)とを、100:4.2:1.8:4.6の質量比で混合し、正極合剤を得た。得られた正極合剤に溶剤としてN-メチル-2-ピロリドンを固形分68質量%となるように投入して更に混合して、正極合剤含有スラリーを調製した。この正極合剤含有スラリーを、正極集電体となる厚さ20μm、幅200mmのアルミニウム箔の両面に、片面あたりの目付量が11.5mg/cmになるように調節しながらドクターブレード法で塗布し、溶剤を乾燥除去した。正極合剤含有スラリーをアルミニウム箔に塗布する際には、アルミニウム箔の一部が露出するように未塗布領域を形成した。その後、ロールプレスで実電極密度が2.80g/cmになるよう圧延して、正極活物質層と正極集電体からなる正極を得た。
 次に、この正極を、塗工部の面積が150mm×150mmとなるように切断した。そして、アルミニウム箔の露出部に電流を取り出すためのアルミニウム製のリード片を溶接し、120℃で12h真空乾燥を行うことにより、リード付き正極を得た。
(1-2) 負極の作製
 負極活物質として数平均粒子径12.7μmのグラファイト炭素粉末(密度2.23g/cm)及び数平均粒子径6.5μmのグラファイト炭素粉末(密度2.27g/cm)と、バインダーとしてカルボキシメチルセルロース(密度1.60g/cm)溶液(固形分濃度1.83質量%)と、ジエン系ゴム(ガラス転移温度:-5℃、乾燥時の数平均粒子径:120nm、密度1.00g/cm、分散媒:水、固形分濃度40質量%)とを、87.2:9.7:1.4:1.7の固形分質量比で混合し、負極合剤を得た。得られた負極合剤に溶剤として水を固形分45質量%となるように投入して更に混合して、負極合剤含有スラリーを調製した。この負極合剤含有スラリーを、負極集電体となる厚さ10μm、幅200mmの銅箔の両面に、片面あたりの目付量が6.9mg/cmになるよう調節しながらドクターブレード法で塗布し、溶剤を乾燥除去した。負極合剤含有スラリーを銅箔に塗布する際には、銅箔の一部が露出するように未塗布領域を形成した。その後、ロールプレスで実電極密度が1.30g/cmになるよう圧延して、負極活物質層と負極集電体からなる負極を得た。
 次に、この負極を、塗工部の面積が152mm×152mmとなるように切断した。そして、銅箔の露出部に電流を取り出すためのニッケル製のリード片を溶接し、80℃で12h真空乾燥を行うことにより、リード付き負極を得た。
(1-3) 積層ラミネート型非水系二次電池の作製
 リード付き正極とリード付き負極とを、各極の合剤塗布面が対向するようにポリエチレン製樹脂フィルムを介して重ね合わせて積層電極体とした。
 この積層電極体をアルミニウムラミネートシート外装体内に収容し、水分を除去するために80℃で5h真空乾燥を行った。続いて、電解液を外装体内に注入した後、外装体を封止することにより、積層ラミネート型非水系二次電池(パウチ型セル電池。以下、単に「積層ラミネート電池」ともいう。)を作製した。
 この積層ラミネート電池は、設計容量値が約10Ah、定格電圧値が4.2Vのものである。
[積層ラミネート電池の評価]
 上述のようにして得られた積層ラミネート電池について、(2-1)の手順に従って初回充放電処理を行った。続いて(2-2)及び(2-3)の手順に従ってそれぞれの電池を評価した。また、(2-4)の手順に従って電解液を評価した。
 ここで、1Cとは満充電状態の電池を定電流で放電して1時間で放電終了となることが期待される電流値を意味する。下記においては、4.2Vの満充電状態から定電流で2.7Vまで放電して1時間で放電終了となることが期待される電流値を意味する。
(2-1)積層ラミネート電池の初回充放電処理
 充電装置は菊水電子工業製バッテリテスタPFX2011を使用した。積層ラミネート電池の周囲温度を25℃に設定し、0.2Cの電流値で4.2Vまで定電流充電を行った後、4.2Vで1時間の定電圧充電を行った。その後、0.2Cに相当する定電流で2.7Vになるまで放電した。その後、露点-60℃以下に制御されたグローブボックス内にて、電池の封止部を開口しガス抜きを行った。ガス抜き後、同じ環境下において真空シールを行った。
(2-2)積層ラミネート電池の85℃満充電保存試験
 上記(2-1)に記載の方法で初回充放電処理を行った電池について、電池の周囲温度を25℃に設定し、1Cの定電流で充電して4.2Vに到達した後、4.2Vの定電圧で合計3時間充電を行った。次に、この非水系二次電池を85℃の恒温槽に4時間保存した。その後、電池の周囲温度を25℃に戻した。
(2-3)イオン伝導度測定
 電解液を東陽テクニカ製の密閉セル(セルサイズ:24mmφ×0.35mmt)に入れて封入し、ホルダー(SH1-Z)にはめ込んで結線した。更に、恒温槽に入れて交流インピーダンス測定を行った。電極には金を使用した。電解液の採取から密閉セルへの充填、封入まではArグローブBOX内で行った。
 交流インピーダンス測定にはSolartron社製のFRA1255を使用した。振幅電圧5mV、周波数を10kHzから1MHzまで振って測定した。恒温槽の温度は20℃と0℃にそれぞれ設定し、測定は温度設定の1時間30分後に開始した。測定データは、5分ごとに繰り返し測定したデータの変動が0.1%未満になった時点のデータを採用した。
 得られたデータは、インピーダンスの実数成分(Z´)と虚数成分(Z´´)からなるナイキスト線図で表した。そして、Z´´=0におけるZ´値(R)を読み取って、以下の式によりLiイオン伝導度を求めた。
 Liイオン伝導度(mS/cm)=d/(R・S)
 ここで、dは、電極間距離(0.35cm)、Sは、電極面積(4.522cm)である。
 イオン伝導度は、電解液の初期イオン伝導度と、85℃保存試験後に露点-60℃以下に制御されたグローブボックス内にて採取した電解液のイオン伝導度の双方を、夫々、20℃と0℃とで求めた。
[実施例112]
 不活性雰囲気下、アセトニトリル(AcN)とエチルメチルカーボネート(EMC)とエチレンカーボネート(EC)とビニレンカーボネート(VC)の体積比が45:36:16:3となるよう混合し混合溶媒を得た。さらに、この混合溶媒に無水コハク酸(SAH)を電解液として最終的に0.18質量%となるよう溶解させた。更に、この混合溶媒に1-メチル-1H-ベンゾトリアゾール(MBTA)を電解液として最終的に0.1質量%となるよう溶解させた。このとき、混合液の温度は30℃であった。その後、混合溶媒1Lあたり0.5molのヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF)と1.0molのリチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(LiN(SOF))を順番に添加し、実施例112の電解液を得た。このとき、電解液の温度は40℃であり、50℃以下の熱履歴のみを受けて生成された。得られた電解液について、目視でリチウム塩が全て溶解していることを確認した。この電解液について上記(1-3)に記載の方法で電池作製した後、上記(2-1)~(2-3)に記載の手順で評価を行い、最終的に、各温度のイオン伝導度を算出した。
[実施例113]
 不活性雰囲気下、アセトニトリル(AcN)とエチルメチルカーボネート(EMC)とエチレンカーボネート(EC)とビニレンカーボネート(VC)の体積比が55:25:16:4となるよう混合し混合溶媒を得た。さらに、この混合溶媒に無水コハク酸(SAH)を電解液として最終的に0.12質量%となるよう溶解させた。更に、この混合溶媒に1-メチル-1H-ベンゾトリアゾール(MBTA)を電解液として最終的に0.25質量%となるよう溶解させた。このとき、混合液の温度は30℃であった。その後、混合溶媒1Lあたり1.1molのヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF)を添加し、実施例113の電解液を得た。このとき、電解液の温度は43℃であり、50℃以下の熱履歴のみを受けて生成された。得られた電解液について、目視でリチウム塩が全て溶解していることを確認した。この電解液について上記(1-3)に記載の方法で電池作製した後、上記(2-1)~(2-3)に記載の手順で評価を行い、最終的に、各温度のイオン伝導度を算出した。
[実施例114]
 不活性雰囲気下、アセトニトリル(AcN)とエチルメチルカーボネート(EMC)とエチレンカーボネート(EC)とビニレンカーボネート(VC)の体積比が31:45:21:3となるよう混合し混合溶媒を得た。さらに、この混合溶媒に無水マレイン酸(MAH)を電解液として最終的に0.1質量%となるよう溶解させた。さらに、この混合溶媒にアジポニトリルを電解液として最終的に0.1質量%となるよう溶解させた。このとき、混合液の温度は31℃であった。その後、混合溶媒1Lあたり1.3molのヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF)を添加し、実施例114の電解液を得た。このとき、電解液の温度は42℃であり、50℃以下の熱履歴のみを受けて生成された。得られた電解液について、目視でリチウム塩が全て溶解していることを確認した。この電解液について上記(1-3)に記載の方法で電池作製した後、上記(2-1)~(2-3)に記載の手順で評価を行い、最終的に、各温度のイオン伝導度を算出した。
[実施例115]
 不活性雰囲気下、アセトニトリル(AcN)とジメチルカーボネート(DMC)とエチレンカーボネート(EC)とビニレンカーボネート(VC)の体積比が65:10:22:3となるよう混合し混合溶媒を得た。さらに、この混合溶媒に無水フタル酸(PAH)を電解液として最終的に0.45質量%となるよう溶解させた。さらに、この混合溶媒にアジポニトリルを電解液として最終的に0.4質量%となるよう溶解させた。このとき、混合液の温度は29℃であった。その後、混合溶媒1Lあたり0.6molのヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF)と0.6molのリチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(LiN(SOCF)を順番に添加し、実施例115の電解液を得た。このとき、電解液の温度は41℃であり、50℃以下の熱履歴のみを受けて生成された。得られた電解液について、目視でリチウム塩が全て溶解していることを確認した。この電解液について上記(1-3)に記載の方法で電池作製した後、上記(2-1)~(2-3)に記載の手順で評価を行い、最終的に、各温度のイオン伝導度を算出した。
[比較例106]
 不活性雰囲気下、アセトニトリル(AcN)とエチルメチルカーボネート(EMC)とエチレンカーボネート(EC)とビニレンカーボネート(VC)の体積比が45:35:17:3となるよう混合し混合溶媒を得た。このとき、混合溶媒の温度は30℃であった。次に、この混合溶媒1Lあたり1.3molのヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF)を容器に入れ、その上から混合溶媒を流し込むとともに、無水コハク酸(SAH)を0.02質量%、1-メチル-1H-ベンゾトリアゾール(MBTA)を0.02質量%溶解させ、比較例106の電解液を得た。このとき、電解液の温度は63℃であり、50℃以上の熱履歴を受けて生成された。得られた電解液について、目視でリチウム塩が全て溶解していることを確認した。この電解液について上記(1-3)に記載の方法で電池作製した後、上記(2-1)~(2-3)に記載の手順で評価を行い、最終的に、各温度のイオン伝導度を算出した。
[比較例107]
 不活性雰囲気下、アセトニトリル(AcN)とジエチルカーボネート(DEC)とビニレンカーボネート(VC)の体積比が41:48:11となるよう混合し混合溶媒を得た。更に、この混合溶媒にアジポニトリルを電解液として最終的に2質量%となるよう溶解させた。このとき、混合溶媒の温度は30℃であった。次に、この混合溶媒1Lあたり2.0molのヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF)を容器に入れ、その上から混合溶媒を流し込み、比較例107の電解液を得た。このとき、電解液の温度は68℃であり、50℃以上の熱履歴を受けて生成された。得られた電解液について、目視でリチウム塩が全て溶解していることを確認した。なお、比較例107では、環状酸無水物を添加していない。この電解液について上記(1-3)に記載の方法で電池作製した後、上記(2-1)~(2-3)に記載の手順で評価を行い、最終的に、各温度のイオン伝導度を算出した。
 以下に実施例112から実施例115、及び比較例106から比較例107の各非水系電解液の構成成分を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000059
 また、以下の表41では、実施例112から実施例115、及び比較例106から比較例107の、イオン伝導度を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000060
 上記の表41に示すように、実施例112から実施例115、及び比較例106、比較例107の初期イオン伝導度は、20℃から0℃に温度変化しても、変化量は大差なく、実施例及び比較例ともに、0℃でのイオン伝導度が約15mS/cm以上であることがわかった。
 一方、85℃での4時間保存試験後におけるイオン伝導度では、実施例112から実施例115と、比較例106及び比較例107との間に、大きな差が見られた。すなわち、実施例では、85℃での4時間保存試験後における0℃のイオン伝導度は、10mS/cm以上であった。一方、比較例では、85℃での4時間保存試験後における0℃のイオン伝導度は、10mS/cmを下回った。実施例では、85℃での4時間保存試験後における0℃のイオン伝導度を、好ましくは、12mS/cm以上、より好ましくは、13mS/cm以上、更に好ましくは、13.5mS/cm以上とすることができる。
 表40に示すように、実施例112から実施例115に示す非水系電解液は、アセトニトリルと、リチウム塩と、環状酸無水物とを含有し、かつ、50℃以下の熱履歴で生成されている。
 また、実施例及び比較例の実験結果に基づいて、アセトニトリルとN含有化合物を入れた電解液を用いることが好ましいとした。正極保護被膜を形成することができ、内部抵抗の増加要因となるHFの発生を抑制することができる。
 また、実施例112から実施例115に基づいて、N含有化合物投入時の温度上昇を50℃以下に抑えることが好ましいとした。これにより、60℃以上で生じるLiPFの熱分解を抑えることができる。
 第38実施形態の実施例について以下説明する。
[電解液の調製]
 各種溶媒及び添加剤を所定の体積比になるように混ぜることで電解液を調製した。実施例及び比較例で用いた各電解液の組成は表42に示した。なお、表42において「AcN」はアセトニトリル、「DEC」はジエチルカーボネート、「EMC」はエチルメチルカーボネート、「DMC」はジメチルカーボネート、「EC」はエチレンカーボネート、「VC」はビニレンカーボネート、「LiPF」はヘキサフルオロリン酸リチウム、「LiN(SOF)」はリチウムビス(フルオロスルホニル)イミド、「LiN(SOCF」はリチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、「MBTA」は、1-メチル-1H-ベンゾトリアゾール、「SAH」は無水コハク酸、「MAH」は無水マレイン酸、「PAH」は無水フタル酸をそれぞれ示す。
 実施例では、アセトニトリルと環状酸無水物を入れてからLiPFを投入した。
 リチウム塩及び添加剤を除く各成分は非水系溶媒であり、各非水系溶媒を合わせて1Lとなるように調製した。リチウム塩含有量は、非水系溶媒1Lに対するモル量である。
 実施例では、アセトニトリルと環状酸無水物を入れてからLiPFを投入した。
 リチウム塩及び添加剤を除く各成分は非水系溶媒であり、各非水系溶媒を合わせて1Lとなるように調製した。リチウム塩含有量は、非水系溶媒1Lに対するモル量である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000061
[非水系二次電池の作製]
(1-1) 正極の作製
 正極活物質として数平均粒子径11μmのリチウムとニッケル、マンガン及びコバルトとの複合酸化物(Ni/Mn/Co=1/1/1(元素比);密度4.70g/cm)と、導電助剤として数平均粒子径6.5μmのグラファイト炭素粉末(密度2.26g/cm)及び数平均粒子径48nmのアセチレンブラック粉末(密度1.95g/cm)と、バインダーとしてポリフッ化ビニリデン(PVdF;密度1.75g/cm)とを、100:4.2:1.8:4.6の質量比で混合し、正極合剤を得た。得られた正極合剤に溶剤としてN-メチル-2-ピロリドンを固形分68質量%となるように投入して更に混合して、正極合剤含有スラリーを調製した。この正極合剤含有スラリーを、正極集電体となる厚さ20μm、幅200mmのアルミニウム箔の両面に、片面あたりの目付量が11.5mg/cmになるように調節しながらドクターブレード法で塗布し、溶剤を乾燥除去した。正極合剤含有スラリーをアルミニウム箔に塗布する際には、アルミニウム箔の一部が露出するように未塗布領域を形成した。その後、ロールプレスで実電極密度が2.80g/cmになるよう圧延して、正極活物質層と正極集電体からなる正極を得た。
 次に、この正極を、塗工部の面積が150mm×150mmとなるように切断した。そして、アルミニウム箔の露出部に電流を取り出すためのアルミニウム製のリード片を溶接し、120℃で12h真空乾燥を行うことにより、リード付き正極を得た。
(1-2) 負極の作製
 負極活物質として数平均粒子径12.7μmのグラファイト炭素粉末(密度2.23g/cm)及び数平均粒子径6.5μmのグラファイト炭素粉末(密度2.27g/cm)と、バインダーとしてカルボキシメチルセルロース(密度1.60g/cm)溶液(固形分濃度1.83質量%)と、ジエン系ゴム(ガラス転移温度:-5℃、乾燥時の数平均粒子径:120nm、密度1.00g/cm、分散媒:水、固形分濃度40質量%)とを、87.2:9.7:1.4:1.7の固形分質量比で混合し、負極合剤を得た。得られた負極合剤に溶剤として水を固形分45質量%となるように投入して更に混合して、負極合剤含有スラリーを調製した。この負極合剤含有スラリーを、負極集電体となる厚さ10μm、幅200mmの銅箔の両面に、片面あたりの目付量が6.9mg/cmになるよう調節しながらドクターブレード法で塗布し、溶剤を乾燥除去した。負極合剤含有スラリーを銅箔に塗布する際には、銅箔の一部が露出するように未塗布領域を形成した。その後、ロールプレスで実電極密度が1.30g/cmになるよう圧延して、負極活物質層と負極集電体からなる負極を得た。
 次に、この負極を、塗工部の面積が152mm×152mmとなるように切断した。そして、銅箔の露出部に電流を取り出すためのニッケル製のリード片を溶接し、80℃で12h真空乾燥を行うことにより、リード付き負極を得た。
(1-3) 積層ラミネート型非水系二次電池の作製
 リード付き正極とリード付き負極とを、各極の合剤塗布面が対向するようにポリエチレン製樹脂フィルムを介して重ね合わせて積層電極体とした。
 この積層電極体をアルミニウムラミネートシート外装体内に収容し、水分を除去するために80℃で5h真空乾燥を行った。続いて、電解液を外装体内に注入した後、外装体を封止することにより、積層ラミネート型非水系二次電池(パウチ型セル電池。以下、単に「積層ラミネート電池」ともいう。)を作製した。
 この積層ラミネート電池は、設計容量値が約10Ah、定格電圧値が4.2Vのものである。
[積層ラミネート電池の評価]
 上述のようにして得られた積層ラミネート電池について、(2-1)の手順に従って初回充放電処理を行った。続いて(2-2)及び(2-3)の手順に従ってそれぞれの電池を評価した。また、(2-4)の手順に従って電解液を評価した。
 ここで、1Cとは満充電状態の電池を定電流で放電して1時間で放電終了となることが期待される電流値を意味する。下記においては、4.2Vの満充電状態から定電流で2.7Vまで放電して1時間で放電終了となることが期待される電流値を意味する。
(2-1)積層ラミネート電池の初回充放電処理
 充電装置は菊水電子工業製バッテリテスタPFX2011を使用した。積層ラミネート電池の周囲温度を25℃に設定し、0.2Cの電流値で4.2Vまで定電流充電を行った後、4.2Vで1時間の定電圧充電を行った。その後、0.2Cに相当する定電流で2.7Vになるまで放電した。その後、露点-60℃以下に制御されたグローブボックス内にて、電池の封止部を開口しガス抜きを行った。ガス抜き後、同じ環境下において真空シールを行った。
(2-2)積層ラミネート電池の85℃満充電保存試験
 上記(2-1)に記載の方法で初回充放電処理を行った電池について、電池の周囲温度を25℃に設定し、1Cの定電流で充電して4.2Vに到達した後、4.2Vの定電圧で合計3時間充電を行った。次に、この非水系二次電池を85℃の恒温槽に4時間保存した。その後、電池の周囲温度を25℃に戻した。
(2-3)イオン伝導度測定
 電解液を東陽テクニカ製の密閉セル(セルサイズ:24mmφ×0.35mmt)に入れて封入し、ホルダー(SH1-Z)にはめ込んで結線した。更に、恒温槽に入れて交流インピーダンス測定を行った。電極には金を使用した。電解液の採取から密閉セルへの充填、封入まではArグローブBOX内で行った。
 交流インピーダンス測定にはSolartron社製のFRA1255を使用した。振幅電圧5mV、周波数を10kHzから1MHzまで振って測定した。恒温槽の温度は20℃と0℃にそれぞれ設定し、測定は温度設定の1時間30分後に開始した。測定データは、5分ごとに繰り返し測定したデータの変動が0.1%未満になった時点のデータを採用した。
 得られたデータは、インピーダンスの実数成分(Z´)と虚数成分(Z´´)からなるナイキスト線図で表した。そして、Z´´=0におけるZ´値(R)を読み取って、以下の式によりLiイオン伝導度を求めた。
 Liイオン伝導度(mS/cm)=d/(R・S)
 ここで、dは、電極間距離(0.35cm)、Sは、電極面積(4.522cm)である。
 イオン伝導度は、電解液の初期イオン伝導度と、85℃保存試験後に露点-60℃以下に制御されたグローブボックス内にて採取した電解液のイオン伝導度の双方を、夫々、20℃と0℃とで求めた。
 また、以下の表43では、実施例116から実施例119、及び比較例108及び比較例109の、イオン伝導度を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000062
 上記の表43に示すように、実施例116から実施例119、及び比較例108及び比較例109の初期イオン伝導度は、20℃から0℃に温度変化しても、変化量は大差なく、実施例及び比較例ともに、0℃でのイオン伝導度が約14mS/cm以上であることがわかった。
 一方、85℃での4時間保存試験後におけるイオン伝導度では、実施例116から実施例119と、比較例108及び比較例109との間に、大きな差が見られた。すなわち、実施例では、85℃での4時間保存試験後における0℃のイオン伝導度は、10mS/cm以上であった。一方、比較例では、85℃での4時間保存試験後における0℃のイオン伝導度は、10mS/cmを下回った。実施例では、85℃での4時間保存試験後における0℃のイオン伝導度を、好ましくは、12mS/cm以上、より好ましくは、13mS/cm以上、更に好ましくは、13.5mS/cm以上とすることができる。
 表42に示すように、実施例116から実施例119に示す非水系電解液は、アセトニトリルと、リチウム塩と、環状酸無水物とを含有し、かつ、50℃以下の熱履歴で生成されている。
 また、実施例及び比較例の実験結果に基づいて、アセトニトリルと環状酸無水物を入れてからLiPFを投入して得られる電解液を用いることが好ましいとした。LiPF投入時の急激な温度上昇を抑えられると共に、環状酸無水物が犠牲的に反応することで、内部抵抗の増加要因となるHFの発生を抑制することができる。
 また、実施例116から実施例119の実験結果に基づいて、LiPF投入時の温度上昇を、50℃以下に抑えることが好ましいとした。これにより、60℃以上で生じるLiPFの熱分解を抑えることができる。
 次に、第39実施形態の実施例について以下説明する。
[電解液の調製]
 各種溶媒及び添加剤を所定の体積比になるように混ぜることで電解液を調製した。実施例及び比較例で用いた各電解液の組成は表44に示した。なお、表44において「AcN」はアセトニトリル、「DEC」はジエチルカーボネート、「EMC」はエチルメチルカーボネート、「DMC」はジメチルカーボネート、「EC」はエチレンカーボネート、「VC」はビニレンカーボネート、「LiPF」はヘキサフルオロリン酸リチウム、「LiN(SOF)」はリチウムビス(フルオロスルホニル)イミド、「LiN(SOCF」はリチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、「MBTA」は、1-メチル-1H-ベンゾトリアゾール、「SAH」は無水コハク酸をそれぞれ示す。
 リチウム塩及び添加剤を除く各成分は非水系溶媒であり、各非水系溶媒を合わせて1Lとなるように調製した。リチウム塩含有量は、非水系溶媒1Lに対するモル量である。
 表44に示す正極活物質、負極活物質及び、電解液を用いた非水系二次電池を作製した。
〔正極の作製〕
 正極活物質としてリチウム、ニッケル、マンガン、及びコバルトの複合酸化物(LiNi0.8Mn0.1Co0.1)と、導電助剤としてアセチレンブラック粉末と、バインダーとしてポリフッ化ビニリデン(PVDF)とを、100:4.3:4.3の質量比で混合し、正極合剤を得た。得られた正極合剤に溶剤としてN-メチル-2-ピロリドンを投入して更に混合して、正極合剤含有スラリーを調製した。正極集電体となる厚さ15μmのアルミニウム箔片面に、この正極合剤含有スラリーを、目付量が約180g/mになるように調節しながら塗布した。正極合剤含有スラリーをアルミニウム箔に塗布する際には、アルミニウム箔の一部が露出するように未塗布領域を形成した。その後、ロールプレスで正極活物質層の密度が2.80g/cmになるように圧延することにより、正極活物質層と正極集電体とからなる正極を得た。
 次に、この正極を、正極合剤層の面積が14mm×20mmで、且つアルミニウム箔の露出部を含むように切断した。そして、アルミニウム箔の露出部に電流を取り出すためのアルミニウム製のリード片を溶接し、120℃で12時間真空乾燥を行うことにより、リード付き正極を得た。
〔負極の作製〕
 負極活物質である黒鉛と、導電助剤としてアセチレンブラック粉末と、バインダーとしてポリフッ化ビニリデン(PVDF)とを、100:2.2:5.4の質量比で混合し、負極合剤を得た。得られた負極合剤に溶剤としてN-メチル-2-ピロリドンを投入した後に十分に混合して、負極合剤含有スラリーを調製した。このスラリーを、厚みが10μmの銅箔の片面に、目付量が約110.0g/mになるように調節しながら一定厚みで塗布した。負極合剤含有スラリーを銅箔に塗布する際には、銅箔の一部が露出するように未塗布領域を形成した。その後、ロールプレスで負極活物質層の密度が1.5g/cmになるように圧延することにより、負極活物質層と負極集電体とからなる負極を得た。
 次に、この負極を、負極合剤層の面積が15mm×21mmで、且つ銅箔の露出部を含むように切断した。そして、銅箔の露出部に電流を取り出すためのニッケル製のリード片を溶接し、80℃で12時間真空乾燥を行うことにより、リード付き負極を得た。
〔単層ラミネート電池の組み立て〕
 リード付き正極とリード付き負極とを、各極の合剤塗布面が対向するようにポリエチレン製微多孔膜セパレータ(厚み21μm)を介して重ね合わせて積層電極体とした。この積層電極体を、90mm×80mmのアルミニウムラミネートシート外装体内に収容し、水分を除去するために80℃で5時間真空乾燥を行った。続いて、上記した各電解液を外装体内に注入した後、外装体を封止することにより、単層ラミネート型(パウチ型)非水系二次電池(以下、単に「単層ラミネート電池」ともいう。)を作製した。この単層ラミネート電池は、設計容量値が7.5mAh、定格電圧値が4.2Vのものである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000063
[単層ラミネート電池の評価]
 上述のようにして得られた評価用電池について、下記の手順に従ってそれぞれの電池を評価した。
 ここで、1Cとは満充電状態の電池を定電流で放電して1時間で放電終了となることが期待される電流値を意味する。4.2Vの満充電状態から定電流で2.5Vまで放電して1時間で放電終了となることが期待される電流値を意味する。
[単層ラミネート電池の4.2Vサイクル試験]
 電池の周囲温度を25℃に設定し、1Cに相当する7.5mAの定電流で充電して4.2Vに到達した後、7.5mAの定電流で2.7Vまで放電した。充電と放電とを各々1回ずつ行うこの工程を1サイクルとし、100サイクルの充放電を行った。1サイクル目の放電容量を100%としたときの100サイクル目の放電容量を容量維持率とした。
[単層ラミネート電池の4.3Vサイクル試験]
 電池の周囲温度を25℃に設定し、1Cに相当する7.5mAの定電流で充電して4.3Vに到達した後、7.5mAの定電流で2.7Vまで放電した。充電と放電とを各々1回ずつ行うこの工程を1サイクルとし、100サイクルの充放電を行った。1サイクル目の放電容量を100%としたときの100サイクル目の放電容量を容量維持率とした。その実験結果が、表45に示されている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000064
 実施例では、100サイクル目の容量維持率が70%以上であり、高い容量維持率を維持することがわかった。
 本実施例及び比較例の実験結果に基づいて、上記正極活物質のNiの元素含有比は50%より多いことが好ましい。4.3V充電を伴うサイクル試験において、100サイクル後の容量維持率を効果的に75%以上とすることができる。
 また、実施例120から実施例122により、正極活物質にハイニッケル正極を用いた非水系二次電池において、充電電圧が4.3V以上とすることによって単位体積あたりの設計容量を、150Ah/L以上とすることができる。
 次に、第40実施形態の実施例について以下説明する。
[電解液の調製]
 各種溶媒及び添加剤を所定の体積比になるように混ぜることで電解液を調製した。実施例及び比較例で用いた各電解液の組成は表46に示した。なお、表46において「AcN」はアセトニトリル、「DEC」はジエチルカーボネート、「EMC」はエチルメチルカーボネート、「DMC」はジメチルカーボネート、「EC」はエチレンカーボネート、「VC」はビニレンカーボネート、「LiPF」はヘキサフルオロリン酸リチウム、「LiN(SOF)」はリチウムビス(フルオロスルホニル)イミド、「LiN(SOCF」はリチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、「SAH」は無水コハク酸、「MAH」は無水マレイン酸をそれぞれ示す。
 リチウム塩及び添加剤を除く各成分は非水系溶媒であり、各非水系溶媒を合わせて1Lとなるように調製した。リチウム塩含有量は、非水系溶媒1Lに対するモル量である。表46に示す正極活物質、負極活物質、セパレータ及び、電解液を用いた非水系二次電池を作製した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000065
 実験では、注液してから1時間後の電池電圧を測定した。その実験結果が、以下の表47に示されている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000066
 表47に示されるように、実施例では、いずれも、非水系電解液の注液前後における負極電位差が、0.3V以上であった。
 また、実験により、負極電極において、標準電極電位が0V以上の金属を少なくとも1種以上含有していることが好ましいとした。既存のカーボネート電解液を用いた非水系二次電池の負極は、注液後に3.1V vs.Li/Li近い電位を持っているため、長時間保存することで標準電極電位が高い金属元素の溶出が徐々に進行する。一方で、アセトニトリルを用いた電解液は、注液後に長時間保存しても溶出が起きないため、含侵時間を含めた製造管理の期限を長くとることができる。
 また、実施例123から実施例126の実験結果に基づいて、負極集電体が銅であることが好ましいとした。充放電の履歴を与えずに銅の溶出を抑制できる。
 次に、第41実施形態の実施例について以下説明する。
[電解液の調製]
 各種溶媒及び添加剤を所定の体積比になるように混ぜることで電解液を調製した。実施例及び比較例で用いた各電解液の組成は表48に示した。なお、表48において「AcN」はアセトニトリル、「DEC」はジエチルカーボネート、「EMC」はエチルメチルカーボネート、「DMC」はジメチルカーボネート、「EC」はエチレンカーボネート、「VC」はビニレンカーボネート、「LiPF」はヘキサフルオロリン酸リチウム、「LiBOB」はリチウムビスオキサレートボレート、「LiN(SOF)」はリチウムビス(フルオロスルホニル)イミド、「LiN(SOCF」はリチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、「SAH」は無水コハク酸、「MAH」は無水マレイン酸、「PAH」は無水フタル酸をそれぞれ示す。
 リチウム塩及び添加剤を除く各成分は非水系溶媒であり、各非水系溶媒を合わせて1Lとなるように調製した。リチウム塩含有量は、非水系溶媒1Lに対するモル量である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000067
〔電池作製〕
〔正極の作製〕
 正極活物質としてリチウム、ニッケル、マンガン、及びコバルトの複合酸化物(LiNi0.5Mn0.3Co0.2)と、導電助剤としてアセチレンブラック粉末と、バインダーとしてポリフッ化ビニリデン(PVDF)とを、100:3.5:3の質量比で混合し、正極合剤を得た。得られた正極合剤に溶剤としてN-メチル-2-ピロリドンを投入して更に混合して、正極合剤含有スラリーを調製した。正極集電体となる厚さ15μmのアルミニウム箔片面に、この正極合剤含有スラリーを、目付量が約95.0g/mになるように調節しながら塗布した。正極合剤含有スラリーをアルミニウム箔に塗布する際には、アルミニウム箔の一部が露出するように未塗布領域を形成した。その後、ロールプレスで正極活物質層の密度が2.74g/cmになるように圧延することにより、正極活物質層と正極集電体とからなる正極を得た。
 次に、この正極を、正極合剤層の面積が30mm×50mmで、且つアルミニウム箔の露出部を含むように切断した。そして、アルミニウム箔の露出部に電流を取り出すためのアルミニウム製のリード片を溶接し、120℃で12時間真空乾燥を行うことにより、リード付き正極を得た。
〔負極の作製〕
 負極活物質である黒鉛と、バインダーであるカルボキシメチルセルロースと、同じくバインダーであるスチレンブタジエンラテックスとを、100:1.1:1.5の質量比で混合し、負極合剤を得た。得られた負極合剤に適量の水を添加した後に十分に混合して、負極合剤含有スラリーを調製した。このスラリーを、厚みが10μmの銅箔の片面に、目付量が約61.0g/mになるように調節しながら一定厚みで塗布した。負極合剤含有スラリーを銅箔に塗布する際には、銅箔の一部が露出するように未塗布領域を形成した。その後、ロールプレスで負極活物質層の密度が1.20g/cmになるように圧延することにより、負極活物質層と負極集電体とからなる負極を得た。
 次に、この負極を、負極合剤層の面積が32mm×52mmで、且つ銅箔の露出部を含むように切断した。そして、銅箔の露出部に電流を取り出すためのニッケル製のリード片を溶接し、80℃で12時間真空乾燥を行うことにより、リード付き負極を得た。
〔単層ラミネート電池の組み立て〕
 リード付き正極とリード付き負極とを、各極の合剤塗布面が対向するようにポリエチレン製微多孔膜セパレータ(厚み21μm)を介して重ね合わせて積層電極体とした。この積層電極体を、90mm×80mmのアルミニウムラミネートシート外装体内に収容し、水分を除去するために80℃で5時間真空乾燥を行った。続いて、上記した各電解液を外装体内に注入した後、外装体を封止することにより、単層ラミネート型(パウチ型)非水系二次電池(以下、単に「単層ラミネート電池」ともいう。)を作製した。この単層ラミネート電池は、設計容量値が23mAh、定格電圧値が4.2Vのものである。
 実験では、単層ラミネート電池について、25℃において、0.05Cの電流値で4.2Vになるまで定電流充電を行った後、4.2Vで1.5時間の定電圧充電を行った。そして、この充電後の単層ラミネート電池を60℃の恒温槽内で貯蔵した。200時間経過後、単層ラミネート電池を恒温槽から取り出して室温に戻した後に、各ラミネートセルのガス発生量と電圧を測定する手法により、単層ラミネート電池の4.2V貯蔵特性を評価した。ガス発生量は、超純水の入った容器に単層ラミネート電池を投入し、その前後での重量変化から単層ラミネート電池の体積を測定するというアルキメデス法を用いた。重量変化から体積を測定する装置としてはアルファーミラージュ社製の比重計MDS-300を用いた。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000068
 表49に示すように、実施例では、60℃での200時間貯蔵試験におけるガス発生量が、1mAhあたり0.008ml以下であることがわかった。好ましくは、ガス発生量が、1mAhあたり0.007ml以下である。
 本実施例では、アセトニトリルと酢酸および環状酸無水物を含有する。また、LiPF配合時は、50℃以下になるように設定することが好ましい。酢酸及び環状酸無水物が耐還元性に作用して、アセトニトリルが還元分解してガスが発生することを抑制することができる。
 また、本実施例では、アセトニトリルと酢酸および環状酸無水物を含有するパウチ型の非水系二次電池に適用することができる。酢酸及び環状酸無水物により負極の表面にSEIが形成されて、高温においてアセトニトリルの還元が促進されることが抑制することができる。
 また、実施例127から実施例129の実験結果に基づいて、酢酸の含有量を、非水系電解液に対し0.1ppm以上5ppm以下とすることが好ましい。60℃での200時間貯蔵試験におけるガス発生量を、より効果的に、1mAhあたり0.008ml以下とすることができる。
 次に、第42実施形態の実施例について以下説明する。
[電解液の調製]
 各種溶媒及び添加剤を所定の体積比になるように混ぜることで電解液を調製した。実施例及び比較例で用いた各電解液の組成は表50に示した。なお、表50において「AcN」はアセトニトリル、「DEC」はジエチルカーボネート、「EMC」はエチルメチルカーボネート、「DMC」はジメチルカーボネート、「EC」はエチレンカーボネート、「VC」はビニレンカーボネート、「LiPF」はヘキサフルオロリン酸リチウム、「LiN(SOF)」はリチウムビス(フルオロスルホニル)イミド、「LiN(SOCF」はリチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、「SAH」は無水コハク酸、「MAH」は無水マレイン酸、「PAH」は無水フタル酸をそれぞれ示す。
 リチウム塩及び添加剤を除く各成分は非水系溶媒であり、各非水系溶媒を合わせて1Lとなるように調製した。リチウム塩含有量は、非水系溶媒1Lに対するモル量である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000069
〔電池作製〕
〔正極の作製〕
 正極活物質としてリチウム、ニッケル、マンガン、及びコバルトの複合酸化物(LiNi0.5Mn0.3Co0.2)と、導電助剤としてアセチレンブラック粉末と、バインダーとしてポリフッ化ビニリデン(PVDF)とを、100:3.5:3の質量比で混合し、正極合剤を得た。得られた正極合剤に溶剤としてN-メチル-2-ピロリドンを投入して更に混合して、正極合剤含有スラリーを調製した。正極集電体となる厚さ15μmのアルミニウム箔片面に、この正極合剤含有スラリーを、目付量が約95.0g/mになるように調節しながら塗布した。正極合剤含有スラリーをアルミニウム箔に塗布する際には、アルミニウム箔の一部が露出するように未塗布領域を形成した。その後、ロールプレスで正極活物質層の密度が2.74g/cmになるように圧延することにより、正極活物質層と正極集電体とからなる正極を得た。
 次に、この正極を、正極合剤層の面積が30mm×50mmで、且つアルミニウム箔の露出部を含むように切断した。そして、アルミニウム箔の露出部に電流を取り出すためのアルミニウム製のリード片を溶接し、120℃で12時間真空乾燥を行うことにより、リード付き正極を得た。
〔負極の作製〕
 負極活物質である黒鉛と、バインダーであるカルボキシメチルセルロースと、同じくバインダーであるスチレンブタジエンラテックスとを、100:1.1:1.5の質量比で混合し、負極合剤を得た。得られた負極合剤に適量の水を添加した後に十分に混合して、負極合剤含有スラリーを調製した。このスラリーを、厚みが10μmの銅箔の片面に、目付量が約61.0g/mになるように調節しながら一定厚みで塗布した。負極合剤含有スラリーを銅箔に塗布する際には、銅箔の一部が露出するように未塗布領域を形成した。その後、ロールプレスで負極活物質層の密度が1.20g/cmになるように圧延することにより、負極活物質層と負極集電体とからなる負極を得た。
 次に、この負極を、負極合剤層の面積が32mm×52mmで、且つ銅箔の露出部を含むように切断した。そして、銅箔の露出部に電流を取り出すためのニッケル製のリード片を溶接し、80℃で12時間真空乾燥を行うことにより、リード付き負極を得た。
〔単層ラミネート電池の組み立て〕
 リード付き正極とリード付き負極とを、各極の合剤塗布面が対向するようにポリエチレン製微多孔膜セパレータ(厚み21μm)を介して重ね合わせて積層電極体とした。この積層電極体を、90mm×80mmのアルミニウムラミネートシート外装体内に収容し、水分を除去するために80℃で5時間真空乾燥を行った。続いて、上記した各電解液を外装体内に注入した後、外装体を封止することにより、単層ラミネート型(パウチ型)非水系二次電池(以下、単に「単層ラミネート電池」ともいう。)を作製した。この単層ラミネート電池は、設計容量値が23mAh、定格電圧値が4.2Vのものである。
[単層ラミネート電池の評価]
 上述のようにして得られた評価用電池について、まず、下記(1-1)の手順に従って初回充電処理を行った。次に(1-2)(1-3)の手順に従ってそれぞれの電池を評価した。なお、充放電はアスカ電子(株)製の充放電装置ACD-01(商品名)及び二葉科学社製の恒温槽PLM-63S(商品名)を用いて行った。
 ここで、1Cとは満充電状態の電池を定電流で放電して1時間で放電終了となることが期待される電流値を意味する。4.2Vの満充電状態から定電流で3.0Vまで放電して1時間で放電終了となることが期待される電流値を意味する。
(1-1)単層ラミネート電池の初回充放電処理
 電池の周囲温度を25℃に設定し、0.1Cに相当する2.3mAの定電流で充電して4.2Vに到達した後、4.2Vの定電圧で合計1.5時間充電を行った。その後、0.3Cに相当する6.9mAの定電流で3.0Vまで放電した。このときの放電容量を充電容量で割ることによって、初回効率を算出した。
(1-2)単層ラミネート電池の60℃満充電保存試験
 実験では、単層ラミネート電池について、25℃において、0.05Cの電流値で4.2Vになるまで定電流充電を行った後、4.2Vで1.5時間の定電圧充電を行った。そして、この充電後の単層ラミネート電池を60℃の恒温槽内で貯蔵した。720時間経過後、単層ラミネート電池を恒温槽から取り出して室温に戻した。
(1-3)交流インピーダンス測定
 交流インピーダンス測定は、ソーラトロン社製周波数応答アナライザ1400(商品名)とソーラトロン社製ポテンショ-ガルバノスタット1470E(商品名)を用いた。1000kHz~0.01Hzに周波数を変えつつ交流信号を付与し、電圧・電流の応答信号からインピーダンスを測定し、1kHzにおける交流インピーダンス値を求め抵抗値とした。印可する交流電圧の振幅は±5mVとした。また、交流インピーダンスを測定する際の電池の周囲温度は25℃とした。また、これらの結果から下記の値を算出した。
 抵抗増加率=(60℃満充電保存試験後の抵抗値/60℃満充電保存試験前の抵抗値)×100[%]
 測定する非水系二次電池としては、上記(1-2)に記載の方法によって60℃満充電保存試験を行う前、60℃満充電保存試験を行った後の積層ラミネート電池を用いた。
 実験では、60℃で720時間、貯蔵した前後の交流インピーダンス測定を行った。その実験結果が以下の表51に示されている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000070
 表51に示すように、実施例では、60℃での720時間満充電保存試験における抵抗増加率が400%以下であることがわかった。好ましくは、抵抗増加率が350%以下、より好ましくは、抵抗増加率が300%以下、更に好ましくは、抵抗増加率が250%以下である。
 また、実施例及び比較例の実験結果に基づいて、LiPF≦イミド塩となるモル濃度でイミド塩を含有することで、低温でのイオン伝導率の減少を抑制でき、優れた低温特性が得られることがわかった。
 また、実施例130から実施例132の実験結果に基づいて、アセトニトリルと無水コハク酸、無水マレイン酸、及び無水フタル酸のうち少なくとも1種を含有する電解液を用いることが好ましいとした。これにより、高温加熱時における内部抵抗の増大の抑制と、良好な低温特性とを両立することができる。したがって、アセトニトリルを含有する非水系二次電池を用いた寒冷地対応蓄電池に適している。
 第43実施形態の具体的構成の一例について以下説明する。図3は、第43実施形態のセルパックの概要説明図である。
 図3(a)の本実施例に係るセルパック(並列無し)の符号1は、非水系二次電池(LIB)、符号2は、電圧監視回路(BMS)、符号3aは、セルパック(並列無し)である。このセルパック3aは、充放電の繰り返しが可能なものであり、複数個のセルパック3aが並列接続されていてもよい。
 詳しくは、図3(a)に示すように、このセルパック3aは、4セル直列接続された非水系二次電池(LIB)1と、これら複数の非水系二次電池1毎の端子電圧を個別に監視する電圧監視回路(BMS)2とを有している。
 図3(b)の本実施例に係るセルパック(並列有り)の符号1は、非水系二次電池(LIB)、符号2は、電圧監視回路(BMS)、符号3bは、セルパック(並列有り)である。このセルパック3bは、充放電の繰り返しが可能なものであり、複数個のセルパック3bが並列接続されていてもよい。
 詳しくは、図3(b)に示すように、このセルパック3bは、複数セル並列接続された非水系二次電池(LIB)1が4直列と、これら複数の非水系二次電池1毎の端子電圧を個別に監視する電圧監視回路(BMS)2とを有している。
 ここで、図3(a)及び図3(b)において、集電体の片面又は両面に、正極活物質層を有する正極と、集電体の片面又は両面に、負極活物質層を有する負極と非水系電解液と、を具備することを特徴とする非水系二次電池(LIB)1において、正極活物質層にFeが含まれるリン酸鉄リチウム(LiFePO)を含有し、前記負極活物質層に黒鉛、またはTi、V、Sn、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Zn、Al、Si、Bからなる群からなる群から選択される少なくとも1種以上の元素を含有すると、1セルあたりの作動電圧範囲が1.8V-3.7Vの範囲内となり、且つ平均作動電圧が2.5V-3.5Vとなり、12V級セルパックが構成される。これにより、既存12V鉛蓄電池の代用が可能となる。電装系の仕様は鉛蓄電池の作動電圧範囲を基準に定められているため、1セルあたりの作動電圧範囲を定めることは極めて重要である。そのため、電圧を適正に管理するためのBMS2を搭載している。
 アセトニトリルを主溶媒とした電解液をリチウムイオン電池として用いる場合、黒鉛負極電位では還元分解が進行するため、0.4V(vs.Li/Li)以上で吸蔵可能な負極が用いられてきたが、エチレンカーボネートまたはビニレンカーボネートを含む電解液と、リン酸鉄リチウム(LiFePO:LFP)正極/黒鉛負極を用いることによって、高温時のサイクル寿命を向上させた12V級セルパックを得ることができる。この12V級セルパックは幅広い温度領域で高入出力特性を有する。
 第44実施形態の具体的構成の一例について以下説明する。図4は、本発明に係るハイブリッドシステムの概要説明図である。ここで、符号1は、非水系二次電池(LIB)、符号2は、電圧監視回路(BMS)、符号4aは、キャパシタ(LIB以外の二次電池)、符号5は、小型ハイブリッドシステムである。この小型ハイブリッドシステム5は、充放電の繰り返しが可能なものである。
 詳しくは、図4に示すように、この小型ハイブリッドシステム5は、4セル直列接続された非水系二次電池(LIB)1と、これら複数の非水系二次電池1毎の端子電圧を個別に監視する電圧監視回路(BMS)2とを有している。そして、これに並列接続されたキャパシタ4a(LIB以外の二次電池)とから構成されている。キャパシタは電気二重層キャパシタまたはリチウムイオンキャパシタが好適である。
 ここで、集電体の片面又は両面に、正極活物質層を有する正極と、集電体の片面又は両面に、負極活物質層を有する負極と非水系電解液と、を具備することを特徴とする非水系二次電池(LIB)1において、正極活物質層にFeが含まれるリン酸鉄リチウム(LiFePO)を含有し、前記負極活物質層に黒鉛、またはTi、V、Sn、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Zn、Al、Si、Bからなる群からなる群から選択される少なくとも1種以上の元素を含有すると、1セルあたりの作動電圧範囲が1.8V-3.7Vの範囲内となり、且つ平均作動電圧が2.5V-3.5Vとなり、12V級ハイブリッドシステムが構成される。これにより、既存12V鉛蓄電池の代用が可能となる。電装系の仕様は鉛蓄電池の作動電圧範囲を基準に定められているため、1セルあたりの作動電圧範囲を定めることは極めて重要である。そのため、電圧を適正に管理するためのBMSを搭載している。
 アセトニトリルを主溶媒とした電解液をリチウムイオン電池として用いる場合、黒鉛負極電位では還元分解が進行するため、0.4V(vs.Li/Li)以上で吸蔵可能な負極が用いられてきたが、エチレンカーボネートまたはビニレンカーボネートを含む電解液と、リン酸鉄リチウム(LiFePO:LFP)正極/黒鉛負極を用いることによって、高温時のサイクル寿命を向上させた12V級ハイブリッドシステムを得ることができる。この12V級ハイブリッドシステムは幅広い温度領域で高入出力特性を有する。
 第44実施形態では、第43実施形態に記載のLIBモジュールと、鉛蓄電池以外の二次電池とを併用で組み合わせたハイブリッドシステムであることが特に好ましい。ここで、モジュールとはセルを複数個接続したものであり、セルパックはモジュールを複数個接続したものであるが、セルパックはモジュールを包含する用語である。従来のLIBは電解液に有機溶媒を使っていることにより、低温では電解液の粘度が増加し、内部抵抗が大きく上昇する。その結果、LIBは、鉛蓄電池に比べて低温での出力が低下する。一方で、鉛蓄電池は、25℃での出力は低く、-10℃での出力は優れる。
 そこで、第44実施形態では、第43実施形態に記載のLIBモジュールを鉛蓄電池以外の二次電池と並列接続して12Vの車輌用電源システムを構成し、車輌減速等の制動による充電時に、大電流を受入可能な第43実施形態に記載のLIBモジュールで補う。これにより、自動車等の走行車輌の制動時におけるエネルギーを、回生エネルギーとして効率よく利用することができる。
 また、第44実施形態では、LIBは正極活物質としてリン酸鉄リチウム(LiFePO)、負極活物質は黒鉛を用い、電解液は20℃におけるイオン伝導度が18mS/cm以上であることが好ましい。リン酸鉄リチウムは、NCMやLCOと比較して電子伝導性が低いため、充放電に課題が見られる。そのため、LIB以外の二次電池と併用した際のメリットが低下しやすい。そこで、イオン伝導度の高い電解液を用いることで、大電流の充放電を低温から常温まで幅広くカバーすることができ、寿命を長くすることが可能になる。
 第45実施形態の具体的構成の一例について以下説明する。図5は、第45実施形態に係るセルパックの概要説明図である。ここで、符号1は、非水系二次電池(LIB)、符号2は、電圧監視回路(BMS)、符号6は、モジュール、符号7は、セルパックである。このセルパック7は、充放電の繰り返しが可能なものであり、複数個のセルパック7が並列接続されていてもよい。
 また、このセルパック7は、以下の式(2)に基づいて、前記非水系二次電池(LIB)1のセル数を規定したセルパックを1個、或いは2個以上並列接続して構成されたモジュール6が、式(3)に基づいて直列接続されて構成している。なお、非水系二次電池1は各々2セル以上並列接続されていてもよい。
式(2)
 1モジュールあたりのセル直列接続数X:X=2,4,8、16
式(3)
 セルパックあたりのモジュール直列接続数Y:Y=16/X
 そして、接続された非水系二次電池(LIB)1と、これら複数の非水系二次電池1毎の端子電圧を個別に監視する電圧監視回路(BMS)2とを有している。
 ここで、集電体の片面又は両面に、正極活物質層を有する正極と、集電体の片面又は両面に、負極活物質層を有する負極と非水系電解液と、を具備することを特徴とする非水系二次電池(LIB)1において、正極活物質層にFeが含まれるリン酸鉄リチウム(LiFePO)を含有し、前記負極活物質層に黒鉛、またはTi、V、Sn、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Zn、Al、Si、Bからなる群からなる群から選択される少なくとも1種以上の元素を含有すると、1セルあたりの作動電圧範囲が1.8V-3.7Vの範囲内となり、且つ平均作動電圧が2.5V-3.5Vとなり、48V級セルパックが構成される。
 アセトニトリルを主溶媒とした電解液をリチウムイオン電池として用いる場合、黒鉛負極電位では還元分解が進行するため、0.4V(vs.Li/Li)以上で吸蔵可能な負極が用いられてきたが、エチレンカーボネートまたはビニレンカーボネートを含む電解液と、リン酸鉄リチウム(LiFePO:LFP)正極/黒鉛負極を用いることによって、高温時のサイクル寿命を向上させた48V級セルパックを得ることができる。この48V級セルパックは幅広い温度領域で高入出力特性を有する。
 第46実施形態の具体的構成の一例について以下説明する。図6は、第46実施形態に係るハイブリッドシステムの概要説明図である。ここで、符号1は、非水系二次電池(LIB)、符号2は、電圧監視回路(BMS)、符号4bは、鉛蓄電池(LIB以外の二次電池)、符号6は、モジュール、符号7は、セルパック、符号8は、大型ハイブリッドシステムである。この大型ハイブリッドシステム8は、充放電の繰り返しが可能なものである。また、このセルパック7は、複数個のセルパック7が並列接続されていてもよい。
 また、このセルパック7は、以下の式(2)に基づいて、前記非水系二次電池(LIB)1のセル数を規定したセルパックを1個、或いは2個以上並列接続して構成されたモジュール6が、式(3)に基づいて直列接続されて構成している。なお、非水系二次電池1は各々2セル以上並列接続されていてもよい。
式(2)
 1モジュールあたりのセル直列接続数X:X=2,4,8、16
式(3)
 セルパックあたりのモジュール直列接続数Y:Y=16/X
 そして、接続された非水系二次電池(LIB)1と、これら複数の非水系二次電池1毎の端子電圧を個別に監視する電圧監視回路(BMS)2とを有している。
 この大型ハイブリッドシステム8は、セルパック7にDC/DCコンバーターを介して接続された鉛蓄電池4b(LIB以外の二次電池)とから構成されている。
 また、第46実施形態では、LIBは、正極活物質としてリン酸鉄リチウム(LiFePO)、負極活物質は、黒鉛を用い、電解液は、20℃におけるイオン伝導度が15mS/cm以上であることが好ましい。リン酸鉄リチウムは、NCMやLCOと比較して電子伝導性が低いため、充放電に課題が見られ、鉛蓄電池と併用した際のメリットが低下する。そこで、イオン伝導度の高い電解液を用いることで、鉛蓄電池の常温付近での大電流の充放電をカバーでき、電池交換までの寿命を長くすることができる。
 ここで、集電体の片面又は両面に、正極活物質層を有する正極と、集電体の片面又は両面に、負極活物質層を有する負極と非水系電解液と、を具備することを特徴とする非水系二次電池(LIB)1において、正極活物質層にFeが含まれるリン酸鉄リチウム(LiFePO)を含有し、前記負極活物質層に黒鉛、またはTi、V、Sn、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Zn、Al、Si、Bからなる群からなる群から選択される少なくとも1種以上の元素を含有すると、1セルあたりの作動電圧範囲が1.8V-3.7Vとなり、且つ平均作動電圧が2.5V-3.5Vとなり、48V級ハイブリッドシステムが構成される。これにより、既存12V鉛蓄電池との併用が容易になる。電装系の仕様は鉛蓄電池の作動電圧範囲を基準に定められているため、1セルあたりの作動電圧範囲を定めることは極めて重要である。そのため、電圧を適正に管理するためのBMS2を搭載している。
 アセトニトリルを主溶媒とした電解液をリチウムイオン電池として用いる場合、黒鉛負極電位では還元分解が進行するため、0.4V(vs.Li/Li)以上で吸蔵可能な負極が用いられてきたが、エチレンカーボネートまたはビニレンカーボネートを含む電解液と、リン酸鉄リチウム(LiFePO:LFP)正極/黒鉛負極を用いることによって、高温時のサイクル寿命を向上させた48V級ハイブリッドシステムを得ることができる。この48V級ハイブリッドシステムは幅広い温度領域で高入出力特性を有する。
 本発明の非水系二次電池は、特に限定するものではないが、例えば、携帯電話機、携帯オーディオ機器、パーソナルコンピュータ、IC(Integrated Circuit)タグ等の携帯機器;ハイブリッド自動車、プラグインハイブリッド自動車、電気自動車等の自動車用充電池;住宅用蓄電システム、IT機器等 に適用することができる。例えば、パウチ型セル構造の非水系二次電池に好ましく適用できる。また、車載用充電池に適用した際、従来よりも安全性を向上させることが可能である。
 また、本発明の非水系二次電池は、寒冷地用の用途や、夏場の屋外用途等にも適用することができる。
 本出願は、2017年3月17日出願の特願2017-052257、特願2017-052086、特願2017-052398、特願2017-052256、特願2017-052254、特願2017-052396、特願2017-052258、特願2017-052085、特願2017-052088、特願2017-052397、特願2017-052399、特願2017-052259、特願2017-052260、特願2017-052400、特願2017-052255に基づく。この内容は全てここに含めておく。
 

Claims (46)

  1.  アセトニトリルと、リチウム塩と、環状酸無水物と、を含有することを特徴とする非水系電解液。
  2.  前記非水系電解液が、PFアニオンを含有することを特徴とする請求項1に記載の非水系電解液。
  3.  前記PFアニオンは、LiPFが解離したものであることを特徴とする請求項2に記載の非水系電解液。
  4.  前記環状酸無水物が、無水コハク酸、無水マレイン酸及び無水フタル酸のうち少なくとも1種を含むことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の非水系電解液。
  5.  前記環状酸無水物の含有量が、非水系電解液に対し、0.01質量%以上1質量%以下であることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかに記載の非水系電解液。
  6.  更に、鎖状カーボネートを含有することを特徴とする請求項1から請求項5のいずれかに記載の非水系電解液。
  7.  前記鎖状カーボネートが、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート及びジメチルカーボネートからなる群から選択される少なくとも1種であることを特徴とする請求項6に記載の非水系電解液。
  8.  前記アセトニトリルに対する前記鎖状カーボネートの混合モル比が、0.15以上2以下であることを特徴とする請求項6又は請求項7に記載の非水系電解液。
  9.  前記アセトニトリルに対する前記鎖状カーボネートの混合モル比が、0.25以上2以下であることを特徴とする請求項6又は請求項7に記載の非水系電解液。
  10.  前記アセトニトリルに対する前記鎖状カーボネートの混合モル比が、0.4以上2以下であることを特徴とする請求項6又は請求項7に記載の非水系電解液。
  11.  前記非水系電解液が、水を含有することを特徴とする請求項1から請求項10のいずれかに記載の非水系電解液。
  12.  前記水の含有量が、非水系電解液に対し、1ppm以上200ppm以下であることを特徴とする請求項11に記載の非水系電解液。
  13.  前記非水系電解液が、イミド塩を含有することを特徴とする請求項1から請求項12のいずれかに記載の非水系電解液。
  14.  前記イミド塩が、LiN(SOF)及びLiN(SOCFからなる群のうち少なくとも1種であることを特徴とする請求項13に記載の非水系電解液。
  15.  更に、飽和第二級炭素を有さない環状カーボネートを含有することを特徴とする請求項1から請求項14のいずれかに記載の非水系電解液。
  16.  前記飽和第二級炭素を有さない環状カーボネートが、エチレンカーボネート及びビニレンカーボネートからなる群から選択される少なくとも1種であることを特徴とする請求項15に記載の非水系電解液。
  17.  前記飽和第二級炭素を有さない環状カーボネートが、ビニレンカーボネートであって、ビニレンカーボネートの量が非水系電解液中、0.5体積%以上4体積%以下であることを特徴とする請求項16に記載の非水系電解液。
  18.  更に、前記環状カーボネートの塩素付加体である有機塩素化合物を含有することを特徴とする請求項15から請求項17のいずれかに記載の非水系電解液。
  19.  前記非水系電解液の-30℃におけるイオン伝導度が、3mS/cm以上であることを特徴とする請求項13から請求項14のいずれかに記載の非水系電解液。
  20.  前記非水系電解液の-10℃におけるイオン伝導度が、10mS/cm以上であることを特徴とする請求項1から請求項18のいずれかに記載の非水系電解液。
  21.  前記非水系電解液の20℃におけるイオン伝導度が、15mS/cm以上であることを特徴とする請求項1から請求項18のいずれかに記載の非水系電解液。
  22.  更に、酢酸を含有することを特徴とする請求項1から請求項21のいずれかに記載の非水系電解液。
  23.  更に、プロピオニトリルを含有することを特徴とする請求項22に記載の非水系電解液。
  24.  更に、アセトアルデヒドを含有することを特徴とする請求項1から請求項23のいずれかに記載の非水系電解液。
  25.  更に、2,6-ジ-tert-ブチル-p-クレゾールを含有することを特徴とする請求項1から請求項24のいずれかに記載の非水系電解液。
  26.  更に、以下の式(1)を有する化合物を含有することを特徴とする請求項1から請求項25のいずれかに記載の非水系電解液。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
  27.  前記化合物は、窒素含有環状化合物であることを特徴とする請求項26に記載の非水系電解液。
  28.  前記リチウム塩の主成分は、前記イミド塩であり、或いは、前記イミド塩と、前記イミド塩以外の前記リチウム塩とが主成分として同量含まれることを特徴とする請求項13又は請求項14に記載の非水系電解液。
  29.  LiPF≦イミド塩となるモル濃度で前記イミド塩を含有することを特徴とする請求項13、請求項14又は請求項28のいずれかに記載の非水系電解液。
  30.  前記イミド塩の含有量は、非水系溶媒1Lに対して、0.5mol以上3.0mol以下であることを特徴とする請求項13、請求項14、請求項28、又は請求項29のいずれかに記載の非水系電解液。
  31.  前記アセトニトリルに対するPFアニオンの混合モル比が、0.01以上0.08未満であることを特徴とする請求項13、請求項14、又は請求項28から請求項30のいずれかに記載の非水系電解液。
  32.  前記リチウム塩が、POアニオンを含有することを特徴とする請求項1から請求項31のいずれかに記載の非水系電解液。
  33.  前記POアニオンの含有量が、非水系電解液に対し、0.001質量%以上1質量%以下であることを特徴とする請求項32に記載の非水系電解液。
  34.  前記非水系電解液のイオン伝導における活性化エネルギーが-20~0℃において15kJ/mol以下であることを特徴とする請求項13、請求項14、請求項28、請求項30、又は請求項31のいずれかに記載の非水系電解液。
  35.  集電体の片面又は両面に、正極活物質層を有する正極と、集電体の片面又は両面に、負極活物質層を有する負極と、非水系電解液と、を具備する非水系二次電池において、
     前記非水系二次電池に、-N=、-NH、-N=O、-NH-NH-、及び(NO)-からなる群から選ばれる少なくとも一種の官能基を有する化合物が含まれ、
     前記非水系二次電池は、85℃での4時間保存試験後にて、5C放電容量を1C放電容量で除して算出してなる容量維持率は、70%以上であることを特徴とする非水系二次電池。
  36.  集電体の片面又は両面に、正極活物質層を有する正極と、集電体の片面又は両面に、負極活物質層を有する負極と、非水系電解液と、を具備する非水系二次電池において、
     前記非水系二次電池に有機酸およびその塩、無水酸、並びにLiOからなる群から選ばれる少なくとも一種の化合物が含まれ、
     前記有機酸は、酢酸、シュウ酸またはギ酸のうち少なくとも1種を含み、
     前記非水系二次電池は、85℃での4時間保存試験後にて、5C放電容量を1C放電容量で除して算出してなる容量維持率は、70%以上であることを特徴とする非水系二次電池。
  37.  集電体の片面又は両面に、正極活物質層を有する正極と、集電体の片面又は両面に、負極活物質層を有する負極と、非水系電解液と、を具備する非水系二次電池において、
     前記非水系二次電池に、-N=、-NH、-N=O、-NH-NH-、及び(NO)-からなる群から選ばれる少なくとも一種の官能基を有する化合物が含まれ、
     前記非水系二次電池は、85℃での4時間保存試験後における、0℃でのイオン伝導度が、10mS/cm以上であることを特徴とする非水系二次電池。
  38.  集電体の片面又は両面に、正極活物質層を有する正極と、集電体の片面又は両面に、負極活物質層を有する負極と、非水系電解液と、を具備する非水系二次電池において、
     前記非水系二次電池に有機酸およびその塩、無水酸、並びにLiOからなる群から選ばれる少なくとも一種の化合物が含まれ、
     前記有機酸は、酢酸、シュウ酸またはギ酸のうち少なくとも1種を含み、
     前記非水系二次電池は、85℃での4時間保存試験後における、0℃でのイオン伝導度が、10mS/cm以上であることを特徴とする非水系二次電池。
  39.  正極活物質がLizMO(MはNiを含み、且つ、Mn、Co、Al、及びMgからなる群より選ばれる1種以上の金属元素を含み、さらに、Niの元素含有比は50%より多い。また、zは0.9超1.2未満の数を示す。)で表されるリチウム含有複合金属酸化物であることを特徴とする請求項35から請求項38のいずれかに記載の非水系二次電池。
  40.  前記非水系電解液の注液前後における負極電位差が0.3V以上であることを特徴とする請求項35から請求項39のいずれかに記載の非水系二次電池。
  41.  60℃での200時間貯蔵試験におけるガス発生量が1mAhあたり0.008ml以下であることを特徴とする請求項35から請求項40のいずれかに記載の非水系二次電池。
  42.  60℃での720時間満充電保存試験における抵抗増加率が400%以下であることを特徴とする請求項35から請求項41のいずれかに記載の非水系二次電池。
  43.  請求項35から請求項42のいずれかに記載の非水系二次電池を備えたセルパックであって、
     前記正極活物質層にFeが含まれるリチウム含有化合物を含有し、
     前記負極活物質層に黒鉛、またはTi、V、Sn、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Zn、Al、Si、及びBからなる群から選択される少なくとも1種以上の元素を含有し、
     前記非水系電解液には、飽和第二級炭素を有さない環状カーボネートを含有し、前記飽和第二級炭素を有さない環状カーボネートが、エチレンカーボネート及びビニレンカーボネートからなる群から選択される少なくとも1種であり、
     前記非水系二次電池が4セル直列接続されたモジュールを1モジュール、あるいは2モジュール以上並列接続して構成され、または、前記非水系二次電池が2セル以上並列接続されたモジュールを4モジュール直列接続して構成されており、
     1セルあたりの作動電圧範囲が1.8V-3.7Vの範囲内であり、且つ平均作動電圧が2.5V-3.5Vであり、
     前記モジュールにはBMSが搭載されている、ことを特徴とするセルパック。
  44.  請求項43に記載のセルパックと、リチウムイオン電池以外の二次電池から構成されるモジュールまたはセルパックと、を組み合わせてなることを特徴とするハイブリッドシステム。
  45.  請求項35から請求項42のいずれかに記載の非水系二次電池を備えたセルパックであって、
     前記正極活物質層にFeが含まれるリチウム含有化合物を含有し、
     前記負極活物質層に黒鉛、またはTi、V、Sn、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Zn、Al、Si、及びBからなる群から選択される少なくとも1種以上の元素を含有し、
     前記非水系電解液には、飽和第二級炭素を有さない環状カーボネートを含有し、前記飽和第二級炭素を有さない環状カーボネートが、エチレンカーボネート及びビニレンカーボネートからなる群から選択される少なくとも1種であり、
     式(2)及び式(3)に基づいて、前記非水系二次電池のセル数及びモジュール数を規定した前記セルパックを1個、或いは2個以上並列接続して構成され、または、前記非水系二次電池が2セル以上並列接続したモジュールが式(2)及び式(3)に基づいて接続されて前記セルパックを構成しており、
     1セルあたりの作動電圧範囲が1.8V-3.7Vの範囲内であり、且つ平均作動電圧が2.5V-3.5Vであり、前記モジュールにはBMSが搭載されている、ことを特徴とするセルパック。
    式(2)
     1モジュールあたりのセル直列接続数X:X=2,4,8、16
    式(3)
     セルパックあたりのモジュール直列接続数Y:Y=16/X
  46.  請求項45に記載のセルパックと、リチウムイオン電池以外の二次電池から構成されるモジュールまたはセルパックと、を組み合わせてなることを特徴とするハイブリッドシステム。
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