JP2001185215A - Nonaqueous electrolyte and nonaqueous electrolyte secondary battery using the same - Google Patents

Nonaqueous electrolyte and nonaqueous electrolyte secondary battery using the same

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JP2001185215A JP2000308583A JP2000308583A JP2001185215A JP 2001185215 A JP2001185215 A JP 2001185215A JP 2000308583 A JP2000308583 A JP 2000308583A JP 2000308583 A JP2000308583 A JP 2000308583A JP 2001185215 A JP2001185215 A JP 2001185215A
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electrode
secondary battery
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学 林
Ayako Suzuki
綾子 鈴木
Hitoshi Suzuki
仁 鈴木
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nonaqueous electrolyte having extremely small decomposition amount on the negative electrode and a nonaquaous electrolyte secondary battery which is superior in low-temperature property, long-term stability and cycle property. SOLUTION: This nonaqueous electrolyte, that contains at least one kind of sulphur-containing compound selected from among 1,3-dithiol-2-thiones, 1, 3-ditholane-2-thiones and compounds as shown in equation (1). In the equation, R1 represents an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an aralkyl group or an aryl group, and R2 represents an alkyl group, an alkenyl group or an alkynyl group containing at least one sulphur atom. However, R1 and R2 may be mutually bonded to form a ring. Furthermore, this is the nonaqueous electrolyte secondary battery, which has as an embodyment the negative electrode which at least passed through the process wherein sulphur-containing compound that is contained in the nonaqueous electrolyte is made to be reduced on the negative electrode.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、非水系電解液及び
それを用いた非水系電解液二次電池に関する。詳しく
は、特定の含硫黄化合物を含有する非水系電解液及びそ
れを用いた非水系電解液二次電池に関する。本発明の電
解液は、負極上における分解が極めて少なく、また、こ
れを用いた非水系電解液二次電池は、低温特性、長期安
定性、サイクル特性に優れているので、非水系電解液二
次電池の小型化、高性能化を図ることができる。
The present invention relates to a non-aqueous electrolyte and a non-aqueous electrolyte secondary battery using the same. More specifically, the present invention relates to a non-aqueous electrolyte containing a specific sulfur-containing compound and a non-aqueous electrolyte secondary battery using the same. The electrolytic solution of the present invention has very little decomposition on the negative electrode, and a non-aqueous electrolytic solution secondary battery using the same has excellent low-temperature characteristics, long-term stability, and cycle characteristics. The size and performance of the secondary battery can be reduced.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年の電気製品の軽量化、小型化に伴
い、高いエネルギー密度を持つリチウム二次電池が注目
され近年急速に普及し始めている。しかしながら、未だ
良好なサイクル寿命が得られない等の問題点を有してお
り、その為に充放電効率及びサイクル寿命等のサイクル
特性が良好で、且つ低温での使用特性も良好な電池の開
発が望まれている。このようなリチウム二次電池の電解
液の溶媒としては、例えばエチレンカーボネート、プロ
ピレンカーボネート、ジエチルカーボネート、γ−ブチ
ロラクトン等のカーボネート類又はエステル類の非水系
有機溶媒が用いられてきた。中でもプロピレンカーボネ
ートは高誘電率溶媒であり、リチウム塩系溶質(電解
質)をよく溶かし、低温下においても高い電気伝導率を
示すことから電解液の主溶媒として優れた性能を持つも
のである。しかしながら、充放電カーブが平坦で電池容
量が高い黒鉛又は黒鉛化炭素を負極材料に用いたリチウ
ム二次電池(リチウムイオン電池)では、プロピレンカ
ーボネートが負極材表面で還元分解されることが明らか
となっており、プロピレンカーボネートは同種電池の電
解液として使用できないという問題があった。
2. Description of the Related Art With the recent reduction in the weight and size of electric products, lithium secondary batteries having a high energy density have attracted attention and have been rapidly spreading in recent years. However, there is still a problem that a good cycle life cannot be obtained, and therefore, development of a battery that has good cycle characteristics such as charge / discharge efficiency and cycle life and also has good use characteristics at low temperatures. Is desired. Non-aqueous organic solvents such as carbonates or esters such as ethylene carbonate, propylene carbonate, diethyl carbonate, and γ-butyrolactone have been used as a solvent for the electrolyte solution of such a lithium secondary battery. Among them, propylene carbonate is a solvent having a high dielectric constant, dissolves a lithium salt-based solute (electrolyte) well, and has a high electric conductivity even at a low temperature, so that it has excellent performance as a main solvent of an electrolytic solution. However, in a lithium secondary battery (lithium ion battery) using graphite or graphitized carbon as a negative electrode material having a flat charge / discharge curve and a high battery capacity, it is clear that propylene carbonate is reductively decomposed on the surface of the negative electrode material. Therefore, there is a problem that propylene carbonate cannot be used as an electrolytic solution for batteries of the same type.

【0003】このような炭素負極材表面での還元分解反
応を回避する必要から、現在実用化されている同種リチ
ウム二次電池ではエチレンカーボネートが主溶媒として
用いられている。熱力学的には殆ど全ての溶媒が、黒鉛
等層状化合物にリチウムが挿入される電位で還元分解反
応を受ける筈である。しかしながら、エチレンカーボネ
ートを始めとした一部の非水系電解液中でリチウムの挿
入が可能であるのは、炭素表面に電解液由来の安定な皮
膜が形成され、炭素表面を不活性化するためと考えられ
ている。この皮膜はリチウムイオン伝導性は示すが電子
伝導性を持たないと考えられており、これにより電解液
の更なる分解が抑制され、炭素へのリチウム挿入を可能
とする。このような皮膜は初回の充電時に形成される。
但し、エチレンカーボネートはプロピレンカーボネート
に比べ凝固点が36.4℃と高いため単独では使用でき
ず、低粘度溶媒と混合して用いられている。エチレンカ
ーボネートと混合される低粘度溶媒としては既に種々の
溶媒が検討されている。低粘度溶媒は一般的に沸点も低
い場合が多いため、大量に添加すると安全性の面で問題
となる。少量しか添加しないと低温での電気伝導率及び
粘度の面で問題となる。このような背景から、リチウム
二次電池用電解液にはエチレンカーボネートとジエチル
カーボネートの混合溶媒等が用いられている。
[0003] In order to avoid such a reductive decomposition reaction on the surface of the carbon negative electrode material, ethylene carbonate is used as a main solvent in the same type of lithium secondary batteries currently in practical use. Thermodynamically, almost all solvents should undergo a reductive decomposition reaction at a potential at which lithium is inserted into a layered compound such as graphite. However, lithium can be inserted in some non-aqueous electrolytes such as ethylene carbonate because a stable film derived from the electrolyte is formed on the carbon surface and the carbon surface is inactivated. It is considered. It is believed that this film exhibits lithium ion conductivity but does not have electron conductivity, which inhibits further decomposition of the electrolyte and allows lithium to be inserted into carbon. Such a film is formed during the first charging.
However, ethylene carbonate cannot be used alone because it has a higher freezing point of 36.4 ° C. than propylene carbonate, and is used as a mixture with a low-viscosity solvent. Various solvents have already been studied as a low-viscosity solvent to be mixed with ethylene carbonate. Generally, the low-viscosity solvent often has a low boiling point, so that a large amount of the solvent causes a problem in terms of safety. If only a small amount is added, problems arise in terms of electric conductivity and viscosity at low temperatures. From such a background, a mixed solvent of ethylene carbonate and diethyl carbonate or the like is used as an electrolyte for a lithium secondary battery.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記混
合溶媒についても、低温特性等の面で問題がある。本発
明は、黒鉛を含有する負極上における上記溶媒の分解が
極めて少ない非水系電解液及びそれを用いたところの低
温特性、長期安定性、サイクル特性の改善された非水系
電解液二次電池を提供することを目的とする。
However, the above-mentioned mixed solvents also have problems in low-temperature characteristics and the like. The present invention provides a nonaqueous electrolyte secondary battery in which the decomposition of the solvent on a graphite-containing negative electrode is extremely low and a low-temperature characteristic, long-term stability, and cycle characteristics using the same are improved. The purpose is to provide.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、かかる事
情に鑑み鋭意検討した結果、特定の含硫黄化合物を含有
する非水系電解液については、黒鉛を含有する負極上に
おける上記溶媒の分解が極めて少なく、且つそれを用い
た非水系電解液二次電池については、低温特性やサイク
ル寿命が改善されることを見い出し、本発明を完成する
に至った。
Means for Solving the Problems The inventors of the present invention have conducted intensive studies in view of such circumstances, and as a result, as for a non-aqueous electrolytic solution containing a specific sulfur-containing compound, the decomposition of the above solvent on a graphite-containing negative electrode has been considered. The present inventors have found that low-temperature characteristics and cycle life of a non-aqueous electrolyte secondary battery using the same are improved, and completed the present invention.

【0006】即ち、本発明の要旨は、 1.非水系溶媒に溶質としてリチウム塩が溶解されてな
る非水系電解液において、非水系溶媒が1,3−ジチオ
ール−2−チオン類、1,3−ジチオラン−2−チオン
類及び下記一般式(I)で表される化合物から選ばれる
少なくとも一種の含硫黄化合物を含有することを特徴と
する非水系電解液
That is, the gist of the present invention is as follows. In a non-aqueous electrolyte obtained by dissolving a lithium salt as a solute in a non-aqueous solvent, the non-aqueous solvent contains 1,3-dithiol-2-thiones, 1,3-dithiolan-2-thiones and the following general formula (I) Non-aqueous electrolyte solution characterized by containing at least one sulfur-containing compound selected from the compounds represented by the following formula:

【0007】[0007]

【化2】 Embedded image

【0008】(式中、R1 はアルキル基、アルケニル
基、アルキニル基、アラルキル基又はアリール基を示
し、R2 は少なくとも一ケの硫黄原子を含むアルキル
基、アルケニル基又はアルキニル基を示す。但し、R1
及びR2 は互いに結合して環を形成してもよい)
(Wherein, R 1 represents an alkyl group, alkenyl group, alkynyl group, aralkyl group or aryl group, and R 2 represents an alkyl group, alkenyl group or alkynyl group containing at least one sulfur atom. , R 1
And R 2 may combine with each other to form a ring)

【0009】2.リチウムを吸蔵・放出することが可能
な負極及び正極と、1項に記載の非水系電解液と、セパ
レータ及び外缶とを備えた非水系電解液二次電池 3.上記1に記載の非水系電解液に含有される前記含硫
黄化合物を負極上で還元させる工程を少なくとも経た負
極を構成要素とする非水系電解液二次電池、にある。
[0009] 2. 2. A non-aqueous electrolyte secondary battery including a negative electrode and a positive electrode capable of inserting and extracting lithium, the non-aqueous electrolyte described in 1 above, a separator and an outer can. 2. A non-aqueous electrolyte secondary battery comprising a negative electrode as a component, which has undergone at least a step of reducing the sulfur-containing compound contained in the non-aqueous electrolytic solution on the negative electrode.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。 (1)非水系電解液 本発明の非水系電解液は、その非水系溶媒、即ち、その
有機溶媒が1,3−ジチオール−2−チオン類、1,3
−ジチオラン−2−チオン類及び式(I)の化合物から
選ばれる少なくとも一種の含硫黄化合物を含有すること
を特徴とする。かかる含硫黄化合物(以下、皮膜形成化
合物ということがある)は、還元により負極の活物質の
表面を保護する皮膜を形成するものと推定される。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the present invention will be described in detail. (1) Non-aqueous Electrolyte The non-aqueous electrolyte of the present invention is a non-aqueous solvent, that is, the organic solvent is 1,3-dithiol-2-thiones, 1,3
-Dithiolan-2-thiones and at least one sulfur-containing compound selected from the compounds of the formula (I). It is presumed that such a sulfur-containing compound (hereinafter sometimes referred to as a film-forming compound) forms a film that protects the surface of the active material of the negative electrode by reduction.

【0011】1,3−ジチオール−2−チオン類及び
1,3−ジチオラン−2−チオン類の炭素数は、通常、
3〜9、好ましくは3〜5である。そして、1,3−ジ
チオール−2−チオン類の具体例としては、例えば1,
3−ジチオール−2−チオン、4−メチル−1,3−ジ
チオール−2−チオン、4−エチル−1,3−ジチオー
ル−2−チオン、4−プロピル−1,3−ジチオール−
2−チオン、4,5−ジメチル−1,3−ジチオール−
2−チオン、等が挙げられる。
The carbon number of 1,3-dithiol-2-thiones and 1,3-dithiolan-2-thiones is usually
It is 3-9, preferably 3-5. And as a specific example of 1,3-dithiol-2-thiones, for example,
3-dithiol-2-thione, 4-methyl-1,3-dithiol-2-thione, 4-ethyl-1,3-dithiol-2-thione, 4-propyl-1,3-dithiol-
2-thione, 4,5-dimethyl-1,3-dithiol-
2-thione, and the like.

【0012】また、1,3−ジチオラン−2−チオン類
の具体例としては、例えば1,3−ジチオラン−2−チ
オン、4−メチル−1,3−ジチオラン−2−チオン、
4−エチル−1,3−ジチオラン−2−チオン、4−プ
ロピル−1,3−ジチオラン−2−チオン、4,5−ジ
メチル−1,3−ジチオラン−2−チオン、等が挙げら
れる。なお、これらの1,3−ジチオール−2−チオン
類及び1,3−ジチオラン−2−チオン類の中、1,3
−ジチオール−2−チオン、1,3−ジチオラン−2−
チオン、4−エチル−1,3−ジチオール−2−チオン
が好ましい。次に式(I)の化合物について述べる。
Specific examples of 1,3-dithiolan-2-thiones include 1,3-dithiolan-2-thione, 4-methyl-1,3-dithiolan-2-thione,
4-ethyl-1,3-dithiolan-2-thione, 4-propyl-1,3-dithiolan-2-thione, 4,5-dimethyl-1,3-dithiolan-2-thione, and the like. In addition, among these 1,3-dithiol-2-thiones and 1,3-dithiolan-2-thiones, 1,3
-Dithiol-2-thione, 1,3-dithiolan-2-
Thione and 4-ethyl-1,3-dithiol-2-thione are preferred. Next, the compound of the formula (I) will be described.

【0013】[0013]

【化3】 Embedded image

【0014】(式中、R1 はアルキル基、アルケニル
基、アルキニル基、アラルキル基又はアリール基を示
し、R2 は少なくとも一ケの硫黄原子を含むアルキル
基、アルケニル基又はアルキニル基を示す。但し、R1
及びR2 は互いに結合して環を形成してもよい)
(Wherein, R 1 represents an alkyl group, alkenyl group, alkynyl group, aralkyl group or aryl group, and R 2 represents an alkyl group, alkenyl group or alkynyl group containing at least one sulfur atom. , R 1
And R 2 may combine with each other to form a ring)

【0015】式(I)において、R1 がアルキル基であ
る場合、アルキル基は直鎖状、分岐状又は環状のいずれ
でもよく、炭素数は、通常、1〜18、好ましくは1〜
13、より好ましくは1〜8、更に好ましくは1〜5で
あり、その具体例としては、例えばメチル基、エチル
基、プロピル基、ブチル基、等が挙げられる。これらの
中、メチル基、エチル基が好ましい。
In the formula (I), when R 1 is an alkyl group, the alkyl group may be linear, branched or cyclic, and generally has 1 to 18, preferably 1 to 18, carbon atoms.
13, more preferably 1 to 8, further preferably 1 to 5, and specific examples thereof include, for example, a methyl group, an ethyl group, a propyl group, and a butyl group. Of these, a methyl group and an ethyl group are preferred.

【0016】また、R1 がアルケニル基又はアルキニル
基である場合、これらの基は直鎖状、分岐状又は環状の
いずれでもよく、炭素数は、通常、2〜18、好ましく
は2〜13、より好ましくは2〜8、更に好ましくは2
〜5であり、その具体例としては、例えばエテニル基、
プロペニル基、ブテニル基、エチニル基、プロピニル
基、ブチニル基、等が挙げられる。
When R 1 is an alkenyl group or an alkynyl group, these groups may be linear, branched or cyclic, and usually have 2 to 18, preferably 2 to 13, carbon atoms. More preferably 2 to 8, even more preferably 2
To 5, and specific examples thereof include, for example, an ethenyl group,
And a propenyl group, a butenyl group, an ethynyl group, a propynyl group, a butynyl group, and the like.

【0017】また、R1 がアラルキル基である場合、ア
ラルキル基は置換基を有していてもよく、その炭素数
は、通常、7〜18、好ましくは7〜13であり、その
具体例としては、例えばベンジル基、フェニルエチル
基、フェニルプロピル基、等が挙げられる。更に、R1
がアリール基である場合、アリール基は置換基を有して
いてもよく、その炭素数は、通常、6〜18、好ましく
は6〜13であり、その具体例としては、例えばフェニ
ル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基、等が挙げら
れる。
When R 1 is an aralkyl group, the aralkyl group may have a substituent, and usually has 7 to 18, preferably 7 to 13, carbon atoms. Is, for example, a benzyl group, a phenylethyl group, a phenylpropyl group and the like. Furthermore, R 1
Is an aryl group, the aryl group may have a substituent, and the number of carbon atoms is usually 6 to 18, preferably 6 to 13. Specific examples thereof include, for example, a phenyl group and a tolyl group. Group, xylyl group, naphthyl group and the like.

【0018】また、R2 が少なくとも一ケの硫黄原子を
含むアルキル基である場合、その基は直鎖状、分岐状又
は環状のいずれでもよく、その炭素数は、通常、1〜1
7、好ましくは1〜12、より好ましくは1〜7、更に
好ましくは1〜4であり、その具体例としては、例えば
メチルチオ基、エチルチオ基、プロピルチオ基、ブチル
チオ基、等が挙げられる。
When R 2 is an alkyl group containing at least one sulfur atom, the group may be linear, branched or cyclic, and usually has 1 to 1 carbon atom.
7, preferably 1 to 12, more preferably 1 to 7, and still more preferably 1 to 4, and specific examples thereof include a methylthio group, an ethylthio group, a propylthio group, and a butylthio group.

【0019】また、R2 が少なくとも一ケの硫黄原子を
含むアルケニル基又はアルキニル基である場合、その基
は直鎖状、分岐状又は環状のいずれでもよく、その炭素
数は、通常、2〜17、好ましくは2〜12、より好ま
しくは2〜7、更に好ましくは2〜4であり、その具体
例としては、例えばエテニルチオ基、プロペニルチオ
基、エチニルチオ基、プロピニルチオ基、等が挙げられ
る。
When R 2 is an alkenyl group or an alkynyl group containing at least one sulfur atom, the group may be linear, branched or cyclic, and usually has 2 to 2 carbon atoms. 17, preferably 2 to 12, more preferably 2 to 7, and still more preferably 2 to 4, and specific examples thereof include an ethenylthio group, a propenylthio group, an ethynylthio group, and a propynylthio group.

【0020】そして、このような式(I)の化合物の具
体例としては、例えば鎖状化合物では3−メチルチオ−
2−ブタノン、等が、環状化合物ではテトラヒドロチオ
フェン−3−オン、2(5H)−チオフェノン、テトラ
ヒドロチオピラン−4−オン等チオフェノン誘導体が挙
げられる。
Specific examples of such a compound of the formula (I) include, for example, 3-methylthio-
2-butanone and the like, and cyclic compounds include thiophenone derivatives such as tetrahydrothiophen-3-one, 2 (5H) -thiophenone and tetrahydrothiopyran-4-one.

【0021】かかる含硫黄化合物については、有機溶媒
(含硫黄化合物を含む)中の含有量が、通常、0.1〜
20重量%、好ましくは0.1〜15重量%、より好ま
しくは0.1〜10重量%、更に好ましくは1〜7重量
%、特に好ましくは1〜3重量%の範囲内となるように
用いられる。その含有量が0.1重量%未満であると、
十分な保護皮膜が形成されず、また、20重量%を越え
ると電解液の粘度が高くなって、電気伝導率が低くな
り、電池の性能が低下するため好ましくない。
The content of the sulfur-containing compound in the organic solvent (including the sulfur-containing compound) is usually 0.1 to 0.1%.
20% by weight, preferably 0.1 to 15% by weight, more preferably 0.1 to 10% by weight, further preferably 1 to 7% by weight, particularly preferably 1 to 3% by weight. Can be When the content is less than 0.1% by weight,
If a sufficient protective film is not formed, and if the content exceeds 20% by weight, the viscosity of the electrolytic solution increases, the electric conductivity decreases, and the performance of the battery deteriorates, which is not preferable.

【0022】また、前記含硫黄化合物以外に用いられる
有機溶媒としては、例えばエチレンカーボネート、プロ
ピレンカーボネート等の環状カーボネート類、ジメチル
カーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカ
ーボネート等の鎖状カーボネート類、γ−ブチロラクト
ン、γ−バレロラクトン等の環状エステル類、酢酸メチ
ル、プロピオン酸メチル等の鎖状エステル類、テトラヒ
ドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、テトラヒ
ドロピラン等の環状エーテル類、ジメトキシエタン、ジ
メトキシメタン等の鎖状エーテル類、スルフォラン、ジ
エチルスルホン等の含硫黄有機溶媒等が挙げられる。こ
れらの溶媒は二種類以上混合して用いてもよい。
Examples of the organic solvent used in addition to the sulfur-containing compound include cyclic carbonates such as ethylene carbonate and propylene carbonate, chain carbonates such as dimethyl carbonate, diethyl carbonate and ethyl methyl carbonate, γ-butyrolactone, and the like. cyclic esters such as γ-valerolactone, methyl acetate, chain esters such as methyl propionate, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, cyclic ethers such as tetrahydropyran, dimethoxyethane, chain ethers such as dimethoxymethane, Examples thereof include sulfur-containing organic solvents such as sulfolane and diethyl sulfone. These solvents may be used as a mixture of two or more kinds.

【0023】また、溶質としては、通常、リチウム塩が
用いられる。リチウム塩については特に限定されるもの
ではないが、その具体例としては、例えばLiCl
4 、LiPF6 、LiBF4 、LiAsF6 、LiS
bF6 、等から選ばれる無機リチウム塩又はLiCF3
SO3 、LiN(CF3 SO2 2 、LiN(CF3
2 SO2 2 、LiN(CF3 SO2 )(C4 9
2 )、LiC(CF3 SO2 3 等の含フッ素有機リ
チウム塩を挙げることができる。これらの電解質は二種
類以上混合して用いてもよい。電解液中の電解質のリチ
ウム塩のモル濃度は、通常、0.5〜2.0モル/リッ
トル、好ましくは0.5〜1.5モル/リットルであ
る。0.5モル/リットル未満又は2.0モル/リット
ル超では、電解液の電気伝導率が低く、電池の性能が低
下するため好ましくない。
As the solute, a lithium salt is usually used.
Used. Lithium salts are particularly limited
However, specific examples thereof include, for example, LiCl
OFour, LiPF6, LiBFFour, LiAsF6, LiS
bF6, An inorganic lithium salt or LiCF selected fromThree
SOThree, LiN (CFThreeSOTwo)Two, LiN (CFThreeC
F TwoSOTwo)Two, LiN (CFThreeSOTwo) (CFourF9S
OTwo), LiC (CFThreeSOTwo)ThreeFluorine-containing organic materials such as
Titanium salts can be mentioned. There are two types of these electrolytes
Or more of them may be used in combination. Lithium in electrolyte in electrolyte
The molar concentration of the sodium salt is usually 0.5 to 2.0 mol / liter.
Torr, preferably 0.5-1.5 mol / l
You. Less than 0.5 mol / l or 2.0 mol / l
Above 10%, the electrical conductivity of the electrolyte is low and the battery performance is low.
It is not preferable because it lowers.

【0024】(2)非水系電解液二次電池 本発明の非水系電解液二次電池は、リチウムを吸蔵・放
出することが可能な負極及び正極と、前記非水系電解液
と、セパレータ及び外缶とから構成されるものである。
(2) Non-Aqueous Electrolyte Secondary Battery The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention comprises a negative electrode and a positive electrode capable of inserting and extracting lithium, the non-aqueous electrolyte, a separator and an external battery. And cans.

【0025】(I)負極 本発明に用いられる負極は、前記皮膜形成物質によりそ
の表面の少なくとも一部が被覆された活物質から構成さ
れる。本発明の電池は、容量が大きく、初期サイクルに
認められる不可逆容量が小さく、高温下での放置におけ
る電池の保存性及び信頼性が高く、高効率放電特性及び
低温における放電特性を極めて優れたものとすることが
できる。
(I) Negative Electrode The negative electrode used in the present invention is composed of an active material whose surface is at least partially coated with the above-mentioned film-forming substance. The battery of the present invention has a large capacity, a small irreversible capacity observed in the initial cycle, a high storage stability and reliability of the battery when left at a high temperature, and an extremely excellent high efficiency discharge characteristic and a low temperature discharge characteristic. It can be.

【0026】(活物質)電極を構成する活物質として
は、有機物の熱分解物や人造黒鉛、天然黒鉛等のリチウ
ムを吸蔵・放出可能な炭素質材料、酸化錫、酸化ケイ素
等のリチウムを吸蔵・放出可能な金属酸化物材料、同じ
く硫化亜鉛、硫化ケイ素、硫化銀等の金属硫化物材料を
用いることができる。これらの材料の中でも炭素質材料
が好ましく、更に黒鉛質材料が好ましい。更に炭素質材
料の場合は、酸処理、アルカリ処理、フッ素処理等のハ
ロゲンガス処理、塩酸、硝酸、硫酸等を用いる湿式酸化
処理、炭素前駆体となる有機化合物と混合した後に該有
機化合物を炭素化する等、予め表面処理を施した炭素
質、黒鉛質材料を用いることもできる。これらの活物質
は、単独でも二種類以上混合して使用してもよい。
(Active Material) As an active material constituting an electrode, a pyrolytic substance of an organic substance, a carbonaceous material capable of absorbing and releasing lithium such as artificial graphite and natural graphite, and a lithium oxide such as tin oxide and silicon oxide. A releasable metal oxide material, as well as metal sulfide materials such as zinc sulfide, silicon sulfide, and silver sulfide can be used. Among these materials, carbonaceous materials are preferable, and graphite materials are more preferable. Further, in the case of a carbonaceous material, a halogen gas treatment such as an acid treatment, an alkali treatment, or a fluorine treatment, a wet oxidation treatment using hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid, or the like, and a mixing with an organic compound serving as a carbon precursor are performed. For example, a carbonaceous or graphitic material that has been subjected to a surface treatment in advance, such as a carbonization, can be used. These active materials may be used alone or in combination of two or more.

【0027】本発明における炭素質或いは黒鉛質は、天
然又は人造の黒鉛質粒子又は黒鉛前駆体である炭素質粒
子、又は炭素繊維、黒鉛化炭素繊維等を粉末状に加工し
たものである。これら処理前の炭素質、黒鉛質粉末は、
層間距離(d002 )が0.340nm以下、結晶子サイ
ズ(Lc)が30nm以上、真密度が2.25g/cc
以上であることが好ましい。更に層間距離(d002 )が
0.337nm以下の方がより好ましく、0.336n
m以下が最も好ましい。結晶子サイズ(Lc)は、50
nm以上の方がより好ましく、100nm以上であるも
のが最も好ましい。
The carbonaceous or graphitic material in the present invention is obtained by processing natural or artificial graphite particles or carbonaceous particles as a graphite precursor, or carbon fibers, graphitized carbon fibers or the like into powder. These carbonaceous and graphitic powders before treatment are:
The interlayer distance (d 002 ) is 0.340 nm or less, the crystallite size (Lc) is 30 nm or more, and the true density is 2.25 g / cc.
It is preferable that it is above. Further, the interlayer distance (d 002 ) is more preferably 0.337 nm or less, and 0.336 n
m or less is most preferable. The crystallite size (Lc) is 50
nm or more is more preferable, and 100 nm or more is most preferable.

【0028】また、アルゴンイオンレーザー光を用いた
ラマンスペクトル分析において1580〜1620cm
-1の範囲にピークPA (ピーク強度IA )及び1350
〜1370cm-1の範囲にピークPB (ピーク強度
B )の強度比R=IB /IA が0.0以上1.0以
下、好ましくは0.0以上0.5以下、1580〜16
20cm-1の範囲のピークの半値幅が26cm-1以下で
あることが好ましい。また、ラマンスペクトルの強度比
Rは0.4以下がより好ましく、0.3以下が最も好ま
しい。1580〜1620cm-1の範囲のピークの半値
幅は25cm-1以下がより好ましく、24cm-1以下が
最も好ましい。
In Raman spectrum analysis using argon ion laser light,
Range of -1 to the peak P A (peak intensity I A) and 1350
~1370cm intensity ratio R = I B / I A in the range of -1 to a peak P B (peak intensity I B) is 0.0 to 1.0, preferably 0.0 to 0.5, 1580-16
The half width of the peak in the range of 20 cm -1 is preferably 26 cm -1 or less. Further, the intensity ratio R of the Raman spectrum is more preferably 0.4 or less, most preferably 0.3 or less. Half width is more preferably 25 cm -1 or less range of peak of the 1580~1620cm -1, and most preferably 24cm -1 or less.

【0029】炭素質或いは黒鉛質粒子の結晶性は、リチ
ウムイオンを用いた電気化学的容量でも判別することが
できる。本発明に用いられる炭素質或いは黒鉛質材料
は、充放電レートを0.2mA/cm2 とした。半電池
による電気容量にして、330mAh/g以上、より好
ましくは350mAh/g以上であることが好ましい。
即ち、炭素六角網面構造がある程度発達した高結晶性炭
素材料であって、金属イオンがインターカレーションし
た際に、C6 Liと表現される組成、即ち、炭素6原子
に対しリチウム1原子を収容するステージ1構造を形成
できる材料であることが、特に好ましい。
The crystallinity of carbonaceous or graphitic particles can also be determined by electrochemical capacity using lithium ions. The charge or discharge rate of the carbonaceous or graphitic material used in the present invention was 0.2 mA / cm 2 . The electric capacity of the half battery is preferably 330 mAh / g or more, more preferably 350 mAh / g or more.
That is, it is a highly crystalline carbon material having a carbon hexagonal network structure developed to some extent, and when metal ions are intercalated, a composition expressed as C 6 Li, that is, 1 atom of lithium is added to 6 atoms of carbon. It is particularly preferred that the material be capable of forming the contained stage 1 structure.

【0030】本発明の炭素質或いは黒鉛質材料のメジア
ン径は、1〜50μm、好ましくは5〜40μm、更に
好ましくは10〜30μm、特に10〜20μmの範囲
にあることが好ましい。10μm以下の微粉量は、体積
基準粒子径分布で、25%以下であり、好ましくは17
%以下、更に好ましくは14%以下、より更に好ましく
は12%以下である。炭素質或いは黒鉛質粒子のBET
法比表面積は、0.5m2 /g以上25.0m2 /g以
下であり、好ましくは0.5m2 /g以上10.0m2
/g以下、より好ましくは0.5m2 /g以上7.0m
2 /g以下、更に好ましくは0.5m2 /g以上5.0
2 /g以下である。粒粒子径とBET比表面積の両立
を図る方法として、分級操作による比表面積の制御があ
る。分級操作による微粉除去を行うことにより、比表面
積を効果的に減少させることができる。
The median diameter of the carbonaceous or graphitic material of the present invention is preferably in the range of 1 to 50 μm, preferably 5 to 40 μm, more preferably 10 to 30 μm, and particularly preferably 10 to 20 μm. The amount of fine powder of 10 μm or less is 25% or less, preferably 17% by volume-based particle size distribution.
%, More preferably 14% or less, even more preferably 12% or less. BET of carbonaceous or graphitic particles
Law specific surface area, 0.5 m 2 / g or more 25.0m and 2 / g or less, preferably 0.5 m 2 / g or more 10.0 m 2
/ G or less, more preferably 0.5 m 2 / g or more and 7.0 m
2 / g or less, more preferably 0.5 m 2 / g or more and 5.0.
m 2 / g or less. As a method of achieving both the particle diameter and the BET specific surface area, there is a control of the specific surface area by a classification operation. By performing the fine powder removal by the classification operation, the specific surface area can be effectively reduced.

【0031】(結着剤)本発明の非水系電解液二次電池
用負極は、黒鉛等の活物質に結着剤、溶媒等を加えて、
スラリー状とし、金属製の集電体の基板にスラリーを塗
布・乾燥することによりシート電極とする。また、該活
物質材料をそのままロール成形、圧縮成形等の方法でペ
レット電極に成形することもできる。更にまた、該活物
質材料をタール等の炭素工学で通常用いられる有機バイ
ンダーを使用して成形し、焼結して電極とすることもで
きる。この場合、活物質自体がその前駆体であることも
可能であり、自己の粘結成分をバインダーとして用いる
こともできる。
(Binder) The negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is obtained by adding a binder, a solvent and the like to an active material such as graphite.
A slurry is formed, and the slurry is applied to a metal current collector substrate and dried to form a sheet electrode. Further, the active material can be directly formed into a pellet electrode by a method such as roll forming or compression forming. Furthermore, the active material may be formed using an organic binder commonly used in carbon engineering such as tar, and sintered to form an electrode. In this case, the active material itself can be a precursor thereof, and its own binding component can be used as a binder.

【0032】上記の目的で使用できる結着剤としては、
電解液溶媒に対して安定な、ポリエチレン、ポリプロピ
レン、ポリエチレンテレフタレート、芳香族ポリアミ
ド、セルロース等の樹脂系高分子、スチレン・ブタジエ
ンゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、エチレン・
プロピレンゴム等のゴム状高分子、スチレン・ブタジエ
ン・スチレンブロック共重合体、その水素添加物、スチ
レン・エチレン・ブタジエン・スチレン共重合体、スチ
レン・イソプレン・スチレンブロック共重合体、その水
素添加物等の熱可塑性エラストマー状高分子、シンジオ
タクチック12−ポリブタジエン、エチレン・酢酸ビニ
ル共重合体、プロピレン・α−オレフィン(炭素数2〜
12)共重合体等の軟質樹脂状高分子、ポリフッ化ビニ
リデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリテトラフル
オロエチレン・エチレン共重合体等のフッ素系高分子、
アルカリ金属イオン、特にリチウムイオンのイオン伝導
性を有する高分子組成物が挙げられる。上記のイオン伝
導性を有する高分子としては、ポリエチレンオキシド、
ポリプロピレンオキシド等のポリエーテル系高分子化合
物、ポリエーテル化合物の架橋体高分子、ポリエピクロ
ルヒドリン、ポリフォスファゼン、ポリシロキサン、ポ
リビニルピロリドン、ポリビニリデンカーボネート、ポ
リアクリロニトリル等の高分子化合物に、リチウム塩、
又はリチウムを主体とするアルカリ金属塩を複合させた
系、或いはこれにプロピレンカーボネート、エチレンカ
ーボネート、γ−ブチロラクトン等の高い誘電率を有す
る有機化合物と直鎖状カーボネート等低粘度の有機化合
物を配合した系を用いることができる。この様な、イオ
ン伝導性高分子組成物の室温におけるイオン導電率は、
好ましくは10-5s/cm以上、より好ましくは10-3
s/cm以上である。
Examples of the binder that can be used for the above purpose include:
Stable to electrolyte solvents, polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate, aromatic polyamide, cellulose-based resin-based polymers, styrene-butadiene rubber, isoprene rubber, butadiene rubber, ethylene
Rubbery polymers such as propylene rubber, styrene / butadiene / styrene block copolymers, hydrogenated products thereof, styrene / ethylene / butadiene / styrene copolymers, styrene / isoprene / styrene block copolymers, hydrogenated products thereof Thermoplastic elastomeric polymer, syndiotactic 12-polybutadiene, ethylene / vinyl acetate copolymer, propylene / α-olefin (2 to 2 carbon atoms)
12) soft resinous polymers such as copolymers, fluorine-based polymers such as polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, polytetrafluoroethylene / ethylene copolymers,
A polymer composition having an ion conductivity of an alkali metal ion, particularly, a lithium ion may be used. Examples of the polymer having ion conductivity include polyethylene oxide,
Polyether polymer compounds such as polypropylene oxide, crosslinked polymers of polyether compounds, polyepichlorohydrin, polyphosphazene, polysiloxane, polyvinylpyrrolidone, polyvinylidene carbonate, polyacrylonitrile and other high molecular compounds, lithium salts,
Or a system in which an alkali metal salt mainly composed of lithium is compounded, or an organic compound having a high dielectric constant such as propylene carbonate, ethylene carbonate, and γ-butyrolactone and an organic compound having a low viscosity such as a linear carbonate are blended therein. A system can be used. The ionic conductivity of such an ionic conductive polymer composition at room temperature is as follows:
It is preferably at least 10 -5 s / cm, more preferably 10 -3 s / cm.
s / cm or more.

【0033】本発明に用いる電極材と上記の結着剤との
混合形式としては、各種の形態をとることができる。即
ち、両者の粒子が混合した形態、繊維状の結着剤が電極
材の粒子に絡み合う形で混合した形態、又は結着剤の層
が電極材の粒子表面に付着した形態等が挙げられる。電
極材と上記結着剤との混合割合は、黒鉛等活物質に対
し、好ましくは0.1〜30重量%、より好ましくは
0.5〜10重量%である。これ以上の量の結着剤を添
加すると、電極の内部抵抗が大きくなり、好ましくな
く、これ以下の量では集電体と電極材粉体の結着性に劣
る。
The electrode material used in the present invention and the above-mentioned binder can be mixed in various forms. That is, a form in which both particles are mixed, a form in which a fibrous binder is entangled with the particles of the electrode material, a form in which a layer of the binder is attached to the particle surfaces of the electrode material, and the like are given. The mixing ratio of the electrode material and the binder is preferably 0.1 to 30% by weight, more preferably 0.5 to 10% by weight, based on the active material such as graphite. If the binder is added in an amount larger than this, the internal resistance of the electrode increases, which is not preferable. If the amount is less than this, the binding property between the current collector and the electrode material powder is poor.

【0034】(集電体)本発明で使用される電極集電体
は、材質としては銅、ニッケル、ステンレス等の金属が
使用され、その形態としては、箔状でもメッシュ状でも
使用可能である。これらの中でも薄膜に加工しやすいと
いう点とコストの点から銅箔が好ましい。
(Current Collector) The electrode current collector used in the present invention is made of a metal such as copper, nickel or stainless steel, and may be in the form of a foil or a mesh. . Among these, copper foil is preferred from the viewpoint of easy processing into a thin film and the point of cost.

【0035】(極板密度)本発明に用いられる非水系二
次電池用負極は、ロール成形、圧縮成形等の方法で任意
の形に作成される。この時ロール成形、圧縮成形等の方
法で成形された電極上の活物質層の密度(単位g/cm
3 、以下極板密度と呼ぶ)は、通常、10以下、好まし
くは0.8より大きく2.0より小さく、より好ましく
は1.1より大きく1.9より小さく、更に好ましくは
1.2以上1.8以下とすることにより高効率放電や低
温特性を損なうことなく電池の単位体積当たりの容量を
最大引き出すことができるようになる。
(Anode Density) The negative electrode for a non-aqueous secondary battery used in the present invention is formed into an arbitrary shape by a method such as roll molding or compression molding. At this time, the density (unit: g / cm) of the active material layer on the electrode formed by a method such as roll forming or compression forming.
3 , hereinafter referred to as electrode density) is usually 10 or less, preferably more than 0.8 and less than 2.0, more preferably more than 1.1 and less than 1.9, more preferably 1.2 or more. By setting the ratio to 1.8 or less, the capacity per unit volume of the battery can be maximized without impairing high-efficiency discharge and low-temperature characteristics.

【0036】(表面保護皮膜)負極の表面保護皮膜につ
いては、負極表面上の皮膜形成化合物を化学的に或いは
電気化学的に還元することにより得られる。化学的還元
法としては、ニッケルや白金、銅等の金属、亜クロム酸
銅、クロム酸銅、酸化モリブデン等の酸化物、硫化モリ
ブデン、硫化タングステン等の硫化物を触媒として使用
する接触還元法、スズ、鉄、亜鉛、ナトリウム等の金属
や水素化アルミニウムリチウムや水素化ホウ素リチウム
等の金属水素化物等を還元剤として利用する方法等が挙
げられる。これら化学的還元方法により保護皮膜を形成
する方法としては、該電極形成以後に表面保護皮膜形成
化合物を塗布、浸漬等により活物質に付着させ、上記還
元方法を用いて電極材保護皮膜を形成することもできる
し、混合等の方法を用いて電極作成以前に表面保護皮膜
形成化合物を活物質に付着させ、上記還元方法により保
護皮膜を形成させた後に電極とすることもできる。な
お、いずれの方法においても、該皮膜形成化合物を単独
或いは希釈溶液として使用することも、触媒や還元剤を
電極作成以前に活物質表面に付着させておくことも可能
である。
(Surface Protective Film) The surface protective film of the negative electrode is obtained by chemically or electrochemically reducing a film-forming compound on the negative electrode surface. As a chemical reduction method, nickel, platinum, metals such as copper, copper chromite, copper chromate, oxides such as molybdenum oxide, molybdenum sulfide, catalytic reduction method using a sulfide such as tungsten sulfide as a catalyst, A method using a metal such as tin, iron, zinc or sodium, or a metal hydride such as lithium aluminum hydride or lithium borohydride as a reducing agent may be used. As a method of forming a protective film by these chemical reduction methods, a surface protective film forming compound is applied to the active material by dipping or the like after the electrode is formed, and an electrode material protective film is formed by using the above-described reduction method. Alternatively, a compound such as a surface protective film can be attached to the active material before the electrode is formed by using a method such as mixing, and the electrode can be formed after the protective film is formed by the above-described reduction method. In any of the methods, the film-forming compound may be used alone or as a dilute solution, or a catalyst or a reducing agent may be attached to the surface of the active material before preparing the electrode.

【0037】また、電気化学的還元法としては、前記表
面保護皮膜形成化合物を含有した非水系電解液中に該電
極を浸漬し、該電極電位を選択された化合物の還元電位
近傍とすることにより得られる。皮膜形成操作は、最終
的に該電極が使用される非水系二次電池中に組み込まれ
た状態で行うことも可能であるし、非水系二次電池中に
組み込む前段階として、異なるセル中で実施することも
可能である。なお、表面保護皮膜の形成には一定の電気
量が消費されるため、非水系二次電池中に組み込む場合
には電池のクーロン効率がそれだけ低下するという問題
を伴うが、操作面では簡便であり、実用的には好まし
い。
The electrochemical reduction method includes immersing the electrode in a non-aqueous electrolyte containing the compound for forming a surface protective film, and setting the electrode potential near the reduction potential of the selected compound. can get. The film formation operation can be performed in a state where the electrode is finally incorporated in the non-aqueous secondary battery in which the electrode is used, or as a step before being incorporated in the non-aqueous secondary battery, in a different cell. It is also possible to carry out. Since a certain amount of electricity is consumed to form the surface protective film, when incorporated into a non-aqueous secondary battery, there is a problem that the coulomb efficiency of the battery is reduced accordingly, but operation is simple. It is practically preferable.

【0038】前者非水系二次電池中で皮膜形成操作を実
施する場合は、二極式セルでの実施に相当するが、後者
セル中で実施する場合は、作用電極、及び対極に加え
て、必要に応じて参照電極を浸漬し、三極式セルとして
表面保護皮膜形成操作、即ち、電解還元操作を実施する
ことも可能である。また、異なるセルを使用する場合
は、最終的に非水系二次電池に組み込む時と同じ寸法の
電極とすることも可能であるし、非水系二次電池に組み
込む場合と異なる大きさの電極で皮膜形成処理を行い、
処理後に改めて電極を任意の寸法に成形することも可能
である。また、更に異なるセルを使用する場合は、大規
模合成用電解槽((株)講談社より1981年に刊行さ
れた成書、「有機電解合成」第10頁参照)や電極をロ
ール巻き取り方式とした連続式電解槽(米国特許第5,
595,837号明細書参照)等のバッチ式或いは連続
式電解セルを使用することも可能である。
When the film forming operation is performed in the former non-aqueous secondary battery, it is equivalent to the operation in the bipolar cell. When the film forming operation is performed in the latter cell, in addition to the working electrode and the counter electrode, If necessary, the reference electrode can be immersed to perform a surface protection film forming operation, that is, an electrolytic reduction operation, as a three-electrode cell. When a different cell is used, it is possible to use an electrode having the same dimensions as when the battery is finally incorporated into a non-aqueous secondary battery, or to use an electrode having a different size from that when incorporating the battery into a non-aqueous secondary battery. Perform film formation processing,
It is also possible to reshape the electrode to any dimensions after the treatment. Further, when a different cell is used, a large-scale electrolytic cell for synthesis (refer to page 10 of “Organic Electrosynthesis” published by Kodansha Co., Ltd. in 1981) or a roll-winding method for electrodes may be used. Continuous electrolytic cell (US Pat. No. 5,
595, 837) can be used.

【0039】本発明における表面保護皮膜形成は、保護
皮膜を形成しようとする電極電位、即ち、作用極電位を
表面保護皮膜形成化合物の還元電位近傍とすることによ
り行うことができる。作用極電位は定電位法による還元
電位近傍への設定、或いは定電流法による電解系固有の
自己規制電位に任せる方法により得ることができる。還
元電位はLi/Li+の単極電位に対して、0〜3.3
V、好ましくは0〜2.5V、より好ましくは0.5〜
2.2V、更に好ましくは1.0〜1.8V、より更に
好ましくは1.0〜1.5Vの範囲に設定される。定電
流法の場合は、同じくLi/Li+の単極電位に対し
て、3.3Vから0Vまでの範囲で上記電解系固有の自
己規制電位(電解系により定まる表面保護皮膜形成化合
物の還元電位)を通過することを満たせば、電流密度を
電位の自己規制が働く範囲として通電することができ
る。更に定電流法における電位の下限は、上記還元電位
を通過するものであれば、Liが負極活物質中に層状化
合物として吸蔵される電位まで到達しなくてもよい。な
お、本発明においては、上記還元電位を通過し、表面保
護皮膜を形成するに必要十分な電流が通電されるのであ
れば、定電流法、定電位法を単独或いは組み合わせて使
用することができる。 (II)正極 電池を構成する正極材料としては、リチウムコバルト酸
化物、リチウムニッケル酸化物等のリチウム遷移金属複
合酸化物材料等のリチウムを吸蔵・放出可能な材料が使
用可能である。正極の形状は、必要に応じて結着剤及び
導電剤と共に混合した後、集電体に塗布したシート電極
及びプレス成形を施したペレット電極が使用可能であ
る。正極用集電体の材質は、アルミニウム、チタン、タ
ンタル等の弁金属又はその合金等を用いることができ
る。
The formation of the surface protective film in the present invention can be carried out by setting the electrode potential at which the protective film is to be formed, ie, the working electrode potential, near the reduction potential of the surface protective film forming compound. The working electrode potential can be obtained by setting the potential near the reduction potential by the constant potential method, or by leaving the working electrode potential to the self-regulating potential specific to the electrolytic system by the constant current method. The reduction potential is 0 to 3.3 with respect to the unipolar potential of Li / Li +.
V, preferably 0 to 2.5 V, more preferably 0.5 to
The voltage is set in the range of 2.2 V, more preferably 1.0 to 1.8 V, and even more preferably 1.0 to 1.5 V. In the case of the constant current method, the self-regulating potential inherent to the electrolytic system in the range of 3.3 V to 0 V with respect to the monopolar potential of Li / Li + (reduction potential of the surface protective film forming compound determined by the electrolytic system). Is satisfied, the current density can be set as the range in which the potential self-regulation works. Further, the lower limit of the potential in the constant current method does not have to reach the potential at which Li is occluded as a layered compound in the negative electrode active material, as long as the potential passes the above-described reduction potential. In the present invention, the constant current method and the constant potential method can be used alone or in combination, as long as the current passes through the above-mentioned reduction potential and a current necessary and sufficient to form a surface protective film is applied. . (II) Positive Electrode As the positive electrode material constituting the battery, a material capable of inserting and extracting lithium, such as a lithium transition metal composite oxide material such as lithium cobalt oxide and lithium nickel oxide, can be used. As the shape of the positive electrode, a sheet electrode applied to a current collector after mixing with a binder and a conductive agent, if necessary, and a pellet electrode subjected to press molding can be used. As the material of the positive electrode current collector, a valve metal such as aluminum, titanium, and tantalum or an alloy thereof can be used.

【0040】(III)非水系電解液 非水系電解液としては、皮膜形成化合物を含む前記の非
水系電解液が用いられる。なお、異なるセル中で予め皮
膜を形成した負極を用いる場合には、電解液中に皮膜形
成化合物を仕込まなくともよいが、電池使用中における
皮膜の損傷を補うために、電解液中に1〜3重量%程度
の皮膜形成化合物を仕込むのが好ましい。
(III) Non-Aqueous Electrolyte As the non-aqueous electrolyte, the above-mentioned non-aqueous electrolyte containing a film-forming compound is used. When a negative electrode having a film formed in advance in a different cell is used, the film forming compound does not have to be charged in the electrolytic solution. It is preferable to add about 3% by weight of a film-forming compound.

【0041】(IV)セパレータ 電池を構成するセパレータとしては、ポリエチレン、ポ
リプロピレン等のポリオレフィンを原料とする多孔性シ
ート又は不織布等が使用可能である。
(IV) Separator As the separator constituting the battery, a porous sheet or nonwoven fabric made of a polyolefin such as polyethylene or polypropylene can be used.

【0042】(V)電池形状 電池の形状としては、シート電極及びセパレータをスパ
イラル状にしたシリンダータイプ、ペレット電極及びセ
パレータを組み合わせたインサイドアウト構造のシリン
ダータイプ、ペレット電極及びセパレータを積層したコ
インタイプ等が使用可能である。
(V) Battery Shape The shape of the battery is, for example, a cylinder type having a sheet electrode and a separator in a spiral shape, a cylinder type having an inside-out structure combining a pellet electrode and a separator, and a coin type having a laminate of a pellet electrode and a separator. Can be used.

【0043】(VI)電池外缶材質 電池外缶の材質としては、ステンレスが好適に用いられ
るがアルミニウム等の弁金属も使用できる。弁金属で保
護する方法としては、メッキや箔で保護する手法が挙げ
られる。また、外缶材質としてアルミニウムやアルミニ
ウム合金を用いてもよい。なお、ここで言う外缶とは電
池内部に収納されているリード線や電池内部の内圧が上
昇したときに作動する安全弁等も含まれる。
(VI) Material of Battery Outer Can As the material of the battery outer can, stainless steel is preferably used, but valve metals such as aluminum can also be used. As a method of protecting with valve metal, there is a method of protecting with plating or foil. Further, aluminum or an aluminum alloy may be used as the outer can material. In addition, the outer can mentioned here includes a lead wire housed inside the battery, a safety valve that operates when the internal pressure inside the battery rises, and the like.

【0044】[0044]

【実施例】以下に、実施例及び比較例を挙げて本発明を
更に具体的に説明するが、本発明はその要旨を越えない
限り、これらの実施例に限定されるものではない。
The present invention will be described in more detail with reference to the following examples and comparative examples. However, the present invention is not limited to these examples unless it exceeds the gist of the present invention.

【0045】実施例1〜4及び比較例1〜3 (表面保護皮膜形成処理)ティムカル社製人造黒鉛粉末
(商品名「KS44」)95重量部にポリ弗化ビニリデ
ン5重量部を混合し、N−メチル−2−ピロリドンを加
えて分散させスラリー状とした。これをドクターブレー
ド法で銅箔上に塗布し、予備乾燥を行った。更に極板密
度が1.3g/cc前後となるようにプレス機により圧
着させた後、円盤状に打ち抜き、減圧乾燥して負極とし
た。
Examples 1-4 and Comparative Examples 1-3 (Surface protective film forming treatment) 95 parts by weight of artificial graphite powder (trade name "KS44") manufactured by Timcal Co., Ltd. were mixed with 5 parts by weight of polyvinylidene fluoride, and N -Methyl-2-pyrrolidone was added and dispersed to form a slurry. This was applied on a copper foil by a doctor blade method and preliminarily dried. Further, after being pressed by a press so that the electrode plate density becomes about 1.3 g / cc, it was punched into a disk shape and dried under reduced pressure to obtain a negative electrode.

【0046】電解液については、乾燥アルゴン雰囲気下
で、プロピレンカーボネート(以下、「PC」と略
記。)と1,3−ジチオラン−2−チオン(実施例1)
を、プロピレンカーボネート(PC)と1,3−ジチオ
ール−2−チオン(実施例2)、テトラヒドロチオフェ
ン−3−オン(実施例3)、2(5H)−チオフェノン
(実施例4)を、比較例としては、電解液中に表面皮膜
形成化合物を含まない(比較例1)、環内に硫黄元素は
含むがカルボニル結合を有しないテトラヒドロチオフェ
ン(比較例2)及びチオフェン(比較例3)をそれぞれ
7重量%(PCが93重量%)混合した混合有機溶媒
に、十分に乾燥させた六フッ化リン酸リチウム(LiP
6 )を電解質として用い、1モル/リットル(1M)
の割合で溶解して電解液を調製した。しかる後に、電解
液を含浸させたセパレータを中心に電極とリチウム金属
電極とを対向させたコインセルを乾燥アルゴン雰囲気下
で作成し、表面保護皮膜の形成処理を行った。表面保護
皮膜の形成は電流値を0.2mAと一定とし、両電極間
の電位差が0Vになるまで通電した。実施例1〜4につ
いては、0Vまで通電可能であったが、比較例1〜3に
ついては、PCの分解がガス発生と共に激しく起り、0
Vまで通電できなかった。
Regarding the electrolyte solution, propylene carbonate (hereinafter abbreviated as “PC”) and 1,3-dithiolan-2-thione (Example 1) under a dry argon atmosphere.
And propylene carbonate (PC), 1,3-dithiol-2-thione (Example 2), tetrahydrothiophen-3-one (Example 3) and 2 (5H) -thiophenone (Example 4) in Comparative Examples As examples, tetrahydrothiophene (Comparative Example 2) and thiophene (Comparative Example 3) each containing no surface film-forming compound in the electrolyte solution (Comparative Example 1) and containing a sulfur element in the ring but having no carbonyl bond were used. % By weight (PC is 93% by weight) mixed with a sufficiently dried lithium hexafluorophosphate (LiP
F 6 ) as an electrolyte, 1 mol / liter (1M)
To prepare an electrolytic solution. Thereafter, a coin cell in which the electrode and the lithium metal electrode were opposed to each other centering on the separator impregnated with the electrolytic solution was prepared in a dry argon atmosphere, and the surface protective film was formed. In forming the surface protective film, the current value was kept constant at 0.2 mA, and current was supplied until the potential difference between both electrodes became 0 V. In Examples 1 to 4, energization was possible up to 0 V, but in Comparative Examples 1 to 3, PC decomposition occurred violently with the generation of gas.
V could not be supplied.

【0047】(電池評価)次に上記実施例1〜4のコイ
ンセルを、それぞれ電位差が1.5Vになるまでリチウ
ムの脱ドープを行った後、乾燥アルゴン雰囲気下で解体
し、表面保護皮膜形成処理後の該電極を取り出した後、
改めて負極材に該電極、正極材にLiCoO2 を使用し
たコインセルを作成した。正極活物質はLiCoO
2 (85重量部)にカーボンブラック(6重量部)、ポ
リ弗化ビニリデン(9重量部)を加え混合し、N−メチ
ル−2−ピロリドンを加えて分散させスラリー状とした
後、これをドクターブレード法でアルミ箔上に塗布し、
予備乾燥を行った。更にプレス機で圧着させた後、円盤
状に打ち抜き、減圧乾燥して正極とした。負極には、上
記表面保護皮膜形成後の電極を取り出し使用した。電解
液には、比較例1で使用したものと同じ電解液、即ち溶
媒にはPC単独溶媒、溶質には六フッ化リン酸リチウム
(LiPF6 )を1モル/リットル(1M)の割合で溶
解した電解液を使用した。これらを準備した上で、電解
液を含浸させたセパレータを中心に負極と正極を対向さ
せたコインセルを作成した。しかる後、電流値を0.5
mAと一定にし、充電終止電圧4.2V、放電終止電圧
2.5Vとして充放電試験を行った。この充放電反応を
全部で5回繰り返した(5サイクル)。得られた充放電
試験結果を次の二つの指標で整理した。先ず、保護皮膜
形成の指標として、第1サイクルのプロピレンカーボネ
ートの電気化学的還元分解反応の有無に着目した。保護
皮膜が十分に形成されていない場合は、負極界面上でプ
ロピレンカーボネートの還元分解反応がおき、多量のガ
ス発生と共に電池が劣化し、充放電反応がそれ以上進ま
なくなる筈である。更に第5サイクルの充電容量を分母
に、放電容量を分子とする充放電効率値を、得られた保
護皮膜の安定性の指標として比較した。表1に結果を纏
める。表面保護皮膜形成処理を施した電池では、PC単
独溶媒の場合でも充放電反応が可能となる。
(Evaluation of Battery) Next, the coin cells of Examples 1 to 4 were dedoped with lithium until the potential difference became 1.5 V, and then dismantled in a dry argon atmosphere to form a surface protective film. After taking out the latter electrode,
A coin cell using the electrode as the negative electrode material and LiCoO 2 as the positive electrode material was prepared again. The positive electrode active material is LiCoO
2 (85 parts by weight), carbon black (6 parts by weight) and polyvinylidene fluoride (9 parts by weight) were added and mixed, and N-methyl-2-pyrrolidone was added to be dispersed to form a slurry. Apply on aluminum foil by blade method,
Pre-drying was performed. Furthermore, after being press-bonded with a press machine, it was punched into a disk shape and dried under reduced pressure to obtain a positive electrode. The electrode after the formation of the surface protective film was taken out and used as a negative electrode. In the electrolytic solution, the same electrolytic solution as that used in Comparative Example 1, that is, a single solvent of PC as the solvent, and lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) dissolved in the solute at a ratio of 1 mol / liter (1M) was used. The used electrolyte was used. After preparing these, a coin cell was prepared in which the negative electrode and the positive electrode were opposed to each other centering on the separator impregnated with the electrolytic solution. Thereafter, the current value is set to 0.5
The charge / discharge test was performed at a constant end-of-charge voltage of 4.2 V and an end-of-discharge voltage of 2.5 V. This charge / discharge reaction was repeated a total of 5 times (5 cycles). The obtained charge / discharge test results were arranged by the following two indices. First, as an index of the formation of the protective film, attention was paid to the presence or absence of the electrochemical reduction decomposition reaction of propylene carbonate in the first cycle. If the protective film is not sufficiently formed, a reductive decomposition reaction of propylene carbonate occurs on the negative electrode interface, and a large amount of gas is generated, the battery deteriorates, and the charge / discharge reaction should not proceed further. Further, using the charge capacity of the fifth cycle as a denominator, the charge / discharge efficiency value having the discharge capacity as a numerator was compared as an index of stability of the obtained protective film. Table 1 summarizes the results. In a battery that has been subjected to a surface protective film forming treatment, a charge / discharge reaction can be performed even in the case of a single solvent of PC.

【0048】[0048]

【表1】 [Table 1]

【0049】[0049]

【発明の効果】本発明によれば、負極上における分解が
極めて少ない非水系電解液を得ることができ、また、低
温特性、長期安定性、サイクル特性に優れた非水系電解
液二次電池を作製することができる。
According to the present invention, it is possible to obtain a non-aqueous electrolyte secondary battery which has very little decomposition on the negative electrode, and has excellent low-temperature characteristics, long-term stability and cycle characteristics. Can be made.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 仁 茨城県稲敷郡阿見町中央八丁目3番1号 三菱化学株式会社筑波研究所内 Fターム(参考) 5H029 AJ04 AJ05 AK03 AL06 AM03 AM04 AM05 AM06 AM07 BJ13 CJ14 CJ28 HJ01 HJ02 5H050 AA06 AA07 AA09 BA17 CA08 CB07 DA03 DA09 EA10 EA23 EA24 FA04 GA15 GA27 HA01 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Jin Suzuki 8-3-1 Chuo, Ami-cho, Inashiki-gun, Ibaraki Prefecture Mitsubishi Chemical Corporation Tsukuba Research Laboratories F-term (reference) CJ14 CJ28 HJ01 HJ02 5H050 AA06 AA07 AA09 BA17 CA08 CB07 DA03 DA09 EA10 EA23 EA24 FA04 GA15 GA27 HA01

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 非水系溶媒に溶質としてリチウム塩が溶
解されてなる非水系電解液において、非水系溶媒が1,
3−ジチオール−2−チオン類、1,3−ジチオラン−
2−チオン類及び下記一般式(I)で表される化合物か
ら選ばれる少なくとも一種の含硫黄化合物を含有するこ
とを特徴とする非水系電解液。 【化1】 (式中、R1 はアルキル基、アルケニル基、アルキニル
基、アラルキル基又はアリール基を示し、R2 は少なく
とも一ケの硫黄原子を含むアルキル基、アルケニル基又
はアルキニル基を示す。但し、R1 及びR2 は互いに結
合して環を形成してもよい)
1. A non-aqueous electrolyte comprising a lithium salt dissolved as a solute in a non-aqueous solvent.
3-dithiol-2-thiones, 1,3-dithiolane-
A non-aqueous electrolyte solution comprising at least one sulfur-containing compound selected from 2-thiones and a compound represented by the following general formula (I). Embedded image (In the formula, R 1 represents an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an aralkyl group or an aryl group, R 2 represents an alkyl group, an alkenyl or alkynyl group containing a sulfur atom of at least Ichike. However, R 1 And R 2 may combine with each other to form a ring)
【請求項2】 式(I)の化合物が環内に硫黄原子を含
む環状ケト化合物である請求項1に記載の非水系電解
液。
2. The non-aqueous electrolyte according to claim 1, wherein the compound of the formula (I) is a cyclic keto compound containing a sulfur atom in the ring.
【請求項3】 非水系溶媒中における含硫黄化合物の含
有量が0.1〜20重量%である請求項1又は2に記載
の非水系電解液。
3. The non-aqueous electrolyte according to claim 1, wherein the content of the sulfur-containing compound in the non-aqueous solvent is 0.1 to 20% by weight.
【請求項4】 前記リチウム塩がLiPF6 、LiBF
4 、LiN(CF3(SO2 2 )又はLi(CF3
2 SO2 2 である請求項1ないし3のいずれかに記
載の非水系電解液。
4. The method according to claim 1, wherein the lithium salt is LiPF 6 , LiBF
4 , LiN (CF 3 (SO 2 ) 2 ) or Li (CF 3 C
4. The non-aqueous electrolyte according to claim 1, wherein the non-aqueous electrolyte is F 2 SO 2 ) 2 .
【請求項5】 リチウムを吸蔵・放出することが可能な
負極及び正極と、請求項1ないし4のいずれかに記載の
非水系電解液と、セパレータ及び外缶とを備えた非水系
電解液二次電池。
5. A non-aqueous electrolyte comprising a negative electrode and a positive electrode capable of inserting and extracting lithium, the non-aqueous electrolyte according to claim 1, and a separator and an outer can. Next battery.
【請求項6】 請求項1又は2に記載の非水系電解液に
含有される前記含硫黄化合物を負極上で還元させる工程
を少なくとも経た負極を構成要素とする非水系電解液二
次電池。
6. A non-aqueous electrolyte secondary battery comprising, as a component, a negative electrode that has undergone at least a step of reducing the sulfur-containing compound contained in the non-aqueous electrolyte solution according to claim 1 or 2 on the negative electrode.
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