JP6062297B2 - Non-aqueous electrochemical device electrolyte and lithium ion secondary battery - Google Patents

Non-aqueous electrochemical device electrolyte and lithium ion secondary battery Download PDF

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Description

本発明は、非水電気化学デバイス用電解液及びリチウムイオン二次電池に関する。   The present invention relates to an electrolyte for a non-aqueous electrochemical device and a lithium ion secondary battery.

近年の電子技術の発展及び環境技術への関心の高まりに伴い、様々な電気化学デバイスが開発されている。特に、省エネルギー化を目的とした電気化学デバイス開発に対する要請が強く、省エネルギー化に貢献できる電気化学デバイスに対する期待はますます高くなっている。このような電気化学デバイスとしては、例えば、発電デバイスとして太陽電池が挙げられ、蓄電デバイスとして、二次電池、キャパシタ及びコンデンサ等が挙げられる。蓄電デバイスの代表例であるリチウムイオン二次電池は、従来、主に携帯機器用充電池として使用されていたが、近年では、ハイブリッド自動車及び電気自動車用電池としての使用も期待されている。   With the recent development of electronic technology and increasing interest in environmental technology, various electrochemical devices have been developed. In particular, there is a strong demand for the development of electrochemical devices for the purpose of energy saving, and expectations for electrochemical devices that can contribute to energy saving are increasing. Examples of such electrochemical devices include solar cells as power generation devices, and secondary batteries, capacitors, capacitors, and the like as power storage devices. Lithium ion secondary batteries, which are representative examples of power storage devices, have been conventionally used mainly as rechargeable batteries for portable devices, but in recent years, they are also expected to be used as batteries for hybrid vehicles and electric vehicles.

リチウムイオン二次電池は、一般に、リチウムを吸蔵及び放出可能な活物質を主体として構成された正極と負極とがセパレータを介して配された構成を有する。リチウムイオン二次電池の正極は、正極活物質としてのLiCoO、LiNiO又はLiMn等と、導電剤としてのカーボンブラック又は黒鉛等と、バインダーとしてのポリフッ化ビニリデン、ラテックス又はゴム等とが混合された正極合剤が、アルミニウム等からなる正極集電体上に被覆されて形成される。また、負極は、負極活物質としてのコークス又は黒鉛等と、バインダーとしてのポリフッ化ビニリデン、ラテックス又はゴム等とが混合された負極合剤が、銅等からなる負極集電体上に被覆されて形成される。さらに、セパレータは、多孔性ポリオレフィン等により形成され、その厚さは数μmから数百μmと非常に薄い。正極、負極及びセパレータは、電池内で電解液に浸漬されている。電解液としては、例えば、LiPF又はLiBFのようなリチウム塩を、プロピレンカーボネート又はエチレンカーボネートのような非プロトン性溶媒に、あるいはポリエチレンオキシドのようなポリマーに溶解させた電解液が挙げられる。 A lithium ion secondary battery generally has a configuration in which a positive electrode and a negative electrode mainly composed of an active material capable of inserting and extracting lithium are arranged via a separator. The positive electrode of the lithium ion secondary battery includes LiCoO 2 , LiNiO 2 or LiMn 2 O 4 as a positive electrode active material, carbon black or graphite as a conductive agent, and polyvinylidene fluoride, latex or rubber as a binder. Is formed by covering a positive electrode current collector made of aluminum or the like. The negative electrode is formed by coating a negative electrode mixture made of copper or the like with a negative electrode mixture obtained by mixing coke or graphite as a negative electrode active material and polyvinylidene fluoride, latex, rubber, or the like as a binder. It is formed. Further, the separator is made of porous polyolefin or the like, and its thickness is very thin, from several μm to several hundred μm. The positive electrode, the negative electrode, and the separator are immersed in the electrolytic solution in the battery. Examples of the electrolytic solution include an electrolytic solution in which a lithium salt such as LiPF 6 or LiBF 4 is dissolved in an aprotic solvent such as propylene carbonate or ethylene carbonate, or a polymer such as polyethylene oxide.

リチウムイオン二次電池は、現在、携帯機器等の電池として主に用いられている。また、近年では、ハイブリッド自動車及び電気自動車等の自動車用途の電池としても展開が開始されており、リチウムイオン二次電池の用途及び市場はさらに大幅に拡大する傾向にある。   Currently, lithium ion secondary batteries are mainly used as batteries for portable devices and the like. In recent years, it has also begun to be used as a battery for automobiles such as hybrid cars and electric cars, and the use and market of lithium ion secondary batteries tend to expand further.

このようなリチウムイオン二次電池用の非水電解液の構成成分として、4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンに代表される含フッ素カーボネート化合物が広く使用されている。これらの含フッ素カーボネート化合物は、電極の界面制御に寄与し、電解液の耐酸化性向上にも寄与しうる材料として、大変有用である。   As a component of such a non-aqueous electrolyte for a lithium ion secondary battery, a fluorinated carbonate compound typified by 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one is widely used. These fluorine-containing carbonate compounds are very useful as materials that contribute to the interface control of the electrode and can contribute to the improvement of the oxidation resistance of the electrolytic solution.

電極の界面制御能(以下、「SEI成形能」ともいう。)とはリチウムイオン電池全般に要求される性能である。一般に、電池の負極表面ではSolid Electrolyte Interface(SEI)と呼ばれる非水電解液の分解生成物が保護皮膜としての役割を果たしており、含フッ素カーボネート化合物は優秀なSEI形成剤として広く利用されている。良好なSEIが形成されると非水電解液の還元分解が抑制でき、電池の充放電を安定して行うことができる。4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンを用いた非水電解液は、このようなSEIが形成できることが報告されている(例えば、特許文献1、特許文献2参照)。また最近では、SEIの概念が正極表面にも拡張され、4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンを用いた非水電解液では、正極に由来する非水電解液の劣化も低減できることが報告されている(例えば、特許文献3、特許文献4参照)。   The electrode interface control capability (hereinafter also referred to as “SEI molding capability”) is a performance required for all lithium ion batteries. In general, a decomposition product of a non-aqueous electrolyte called Solid Electrolyte Interface (SEI) plays a role as a protective film on the negative electrode surface of a battery, and fluorine-containing carbonate compounds are widely used as excellent SEI forming agents. When good SEI is formed, reductive decomposition of the nonaqueous electrolytic solution can be suppressed, and charging / discharging of the battery can be performed stably. It has been reported that non-aqueous electrolytes using 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one can form such SEI (see, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2). Recently, the concept of SEI has been extended to the surface of the positive electrode, and non-aqueous electrolyte using 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one can reduce deterioration of the non-aqueous electrolyte derived from the positive electrode. Has been reported (see, for example, Patent Document 3 and Patent Document 4).

非水電解液の耐酸化性向上は、高電位の正極を用いて高電圧で駆動する電池で特に求められる性能である。スマートホンの長時間使用や電気自動車の長距離走行を可能にするためには高エネルギー密度の電池が要求されており、そのためには高電圧駆動の電池が必須である。しかし、従来の非水電解液を高電圧下で使用すると非水電解液が酸化分解し、電池劣化が著しい。ここで、含フッ素カーボネート化合物を非水電解液の構成成分として用いると、フッ素の効果により、耐酸化性が向上し、高電圧の条件でも安定して使用することができることが知られている(例えば、特許文献5、特許文献6参照)。   The improvement in oxidation resistance of the non-aqueous electrolyte is a performance particularly required for a battery driven at a high voltage using a positive electrode having a high potential. In order to enable long-time use of a smart phone and long-distance driving of an electric vehicle, a battery having a high energy density is required. For this purpose, a battery driven at a high voltage is indispensable. However, when a conventional non-aqueous electrolyte is used under a high voltage, the non-aqueous electrolyte is oxidized and decomposed, resulting in significant battery deterioration. Here, it is known that when a fluorine-containing carbonate compound is used as a constituent component of a non-aqueous electrolyte, oxidation resistance is improved by the effect of fluorine, and it can be used stably even under high voltage conditions ( For example, see Patent Literature 5 and Patent Literature 6).

特開2008−140760号公報JP 2008-140760 A 特開2006−196250号公報JP 2006-196250 A 特開2008−97954号公報JP 2008-97954 A 特開2008−34334号公報JP 2008-34334 A 特開2008−108689号公報JP 2008-108689 A 国際公開2012/133902号公報International Publication 2012/133902

上記のとおり、フッ素含有環状カーボネート化合物に代表される、フッ素含有カーボネート化合物は良好な性能を示すが、反応性が高く不安定であることが課題である。従って、上記の良好な性能を発現させるためには、その反応性を電池作製直後のエージングやコンディショニングにて制御する必要があり、それが、含フッ素環状カーボネート化合物が使いにくいひとつの理由となっている。   As described above, a fluorine-containing carbonate compound represented by a fluorine-containing cyclic carbonate compound exhibits good performance, but has a problem of high reactivity and instability. Therefore, in order to express the above-mentioned good performance, it is necessary to control the reactivity by aging or conditioning immediately after the production of the battery, which is one reason why it is difficult to use the fluorine-containing cyclic carbonate compound. Yes.

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、高温耐久性と耐酸化(高電圧)性能とを共に有する非水系二次電池を実現する非水電気化学デバイス用電解液、及び該非水電気化学デバイス用電解液を含むリチウムイオン二次電池を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and provides an electrolyte solution for a non-aqueous electrochemical device that realizes a non-aqueous secondary battery having both high-temperature durability and oxidation resistance (high voltage) performance, and the non-aqueous electrolyte device. It aims at providing the lithium ion secondary battery containing the electrolyte solution for water electrochemical devices.

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、分子内にカーボネート基を2以上有する化合物を所定量、電解液に添加することによって、様々な電池使用条件において、より良好で安定したSEIが形成され、上記課題を解決できること見出し、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明は下記のとおりである。   As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the inventors have added a predetermined amount of a compound having two or more carbonate groups in the molecule to the electrolyte solution, so that in various battery use conditions, A good and stable SEI was formed, and it was found that the above problems could be solved, and the present invention was completed. That is, the present invention is as follows.

〔1〕
フッ素原子を有するカーボネート化合物と、
該フッ素原子を有するカーボネート化合物100質量部に対して0.0001質量部以上10質量部以下の、カーボネート基を2以上有する化合物と、
リチウム塩と、
を含む、非水電気化学デバイス用電解液。
〔2〕
前記フッ素原子を有するカーボネート化合物が、フッ素原子を有する環状カーボネート化合物を含む、前項〔1〕に記載の非水電気化学デバイス用電解液。
〔3〕
前記カーボネート基を2以上有する化合物が、環状カーボネート基を有する、前項〔1〕又は〔2〕に記載の非水電気化学デバイス用電解液。
〔4〕
2cP以下の粘度を有する非プロトン性溶媒をさらに含む、前項〔1〕〜〔3〕のいずれか1項に記載の非水電気化学デバイス用電解液。
〔5〕
前記非プロトン性溶媒が、フッ素原子を有する溶媒を含む、前項〔1〕〜〔4〕のいずれか1項に記載の非水電気化学デバイス用電解液。
〔6〕
前項〔1〕〜〔5〕のいずれか1項に記載の非水電気化学デバイス用電解液を含む、リチウムイオン二次電池用電解液。
〔7〕
前項〔1〕〜〔5〕のいずれか1項に記載の非水電気化学デバイス用電解液又は〔6〕に記載のリチウムイオン二次電池用電解液と、正極と、負極と、を備え、
前記正極は、リチウムイオンを吸蔵及び放出することが可能な材料な、1種以上の正極活物質を含有し、
前記負極は、リチウムイオンを吸蔵及び放出することが可能な材料及び金属リチウムからなる群より選ばれる1種以上の負極活物質を含有する、
リチウムイオン二次電池。
〔8〕
前記正極活物質は、リチウム含有化合物を含む、前項〔7〕に記載のリチウムイオン二次電池。
〔9〕
前記負極活物質は、金属リチウム、炭素材料、珪素材料、及び、リチウムと合金形成が可能な元素を含む材料からなる群より選ばれる1種以上の材料を含む、前項〔7〕又は〔8〕に記載のリチウムイオン二次電池。
[1]
A carbonate compound having a fluorine atom;
0.0001 parts by mass or more and 10 parts by mass or less of a compound having 2 or more carbonate groups with respect to 100 parts by mass of the carbonate compound having fluorine atoms,
Lithium salt,
An electrolyte for non-aqueous electrochemical devices.
[2]
The electrolyte solution for nonaqueous electrochemical devices according to [1] above, wherein the carbonate compound having a fluorine atom contains a cyclic carbonate compound having a fluorine atom.
[3]
The electrolyte solution for nonaqueous electrochemical devices according to [1] or [2] above, wherein the compound having two or more carbonate groups has a cyclic carbonate group.
[4]
The electrolyte solution for a nonaqueous electrochemical device according to any one of [1] to [3], further including an aprotic solvent having a viscosity of 2 cP or less.
[5]
The electrolyte solution for a non-aqueous electrochemical device according to any one of [1] to [4], wherein the aprotic solvent includes a solvent having a fluorine atom.
[6]
An electrolyte solution for a lithium ion secondary battery, comprising the electrolyte solution for a nonaqueous electrochemical device according to any one of [1] to [5] above.
[7]
The electrolyte for a nonaqueous electrochemical device according to any one of the preceding items [1] to [5] or the electrolyte for a lithium ion secondary battery according to [6], a positive electrode, and a negative electrode,
The positive electrode contains one or more positive electrode active materials that are materials capable of inserting and extracting lithium ions,
The negative electrode contains one or more negative electrode active materials selected from the group consisting of a material capable of inserting and extracting lithium ions and metallic lithium.
Lithium ion secondary battery.
[8]
The lithium ion secondary battery according to [7], wherein the positive electrode active material includes a lithium-containing compound.
[9]
[7] or [8] above, wherein the negative electrode active material includes one or more materials selected from the group consisting of metallic lithium, carbon materials, silicon materials, and materials containing elements capable of forming an alloy with lithium. The lithium ion secondary battery described in 1.

本発明によると、高温耐久性と耐酸化(高電圧)性能とを共に有する非水系二次電池を実現する非水電気化学デバイス用電解液、及び該非水電気化学デバイス用電解液を含むリチウムイオン二次電池を提供することができる。   According to the present invention, an electrolyte for a nonaqueous electrochemical device that realizes a nonaqueous secondary battery having both high temperature durability and oxidation resistance (high voltage) performance, and lithium ion containing the electrolyte for the nonaqueous electrochemical device A secondary battery can be provided.

以下、本発明を実施するための形態(以下、単に「本実施形態」ともいう。)について詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。   Hereinafter, a mode for carrying out the present invention (hereinafter, also simply referred to as “the present embodiment”) will be described in detail. However, the present invention is not limited to this, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. Can be modified.

〔非水電気化学デバイス用電解液〕
本実施形態に係る非水電気化学デバイス用電解液(以下、「非水電解液」ともいう。)は、
フッ素原子を有するカーボネート化合物と、
該フッ素原子を有するカーボネート化合物100質量部に対して0.0001質量部以上10質量部以下の、カーボネート基を2以上有する化合物と、
リチウム塩と、を含む。
[Electrolyte for non-aqueous electrochemical devices]
The electrolyte solution for non-aqueous electrochemical devices according to the present embodiment (hereinafter also referred to as “non-aqueous electrolyte solution”) is
A carbonate compound having a fluorine atom;
0.0001 parts by mass or more and 10 parts by mass or less of a compound having 2 or more carbonate groups with respect to 100 parts by mass of the carbonate compound having fluorine atoms,
Lithium salt.

〔フッ素原子を有するカーボネート化合物〕
本実施形態に係る非水電解液はフッ素原子を有するカーボネート化合物を含む。フッ素原子を有するカーボネート化合物は、本実施形態に係る非水電解液中で、電極電解液界面制御(Solid Electrolyte Interface(SEI)形成),電解液の耐酸化性(高電圧特性)向上という機能を果たす。ここで、「フッ素原子を有するカーボネート化合物」とは、カーボネート基(−O−(C=O)−O−)とフッ素原子を1つ以上有する化合物をいう。このようなフッ素原子を有するカーボネート化合物としては、特に限定されないが、例えば、下記式(1)又は(2)で表される化合物が挙げられる。このなかでも、式(1)で表される化合物のような、フッ素原子を有する環状カーボネート化合物が好ましい。環状カーボネート化合物を含むことにより、フッ素原子を有するカーボネート化合物の有する機能がより優れる傾向にある。フッ素原子を有するカーボネート化合物は、1つのカーボネート基を有する化合物であることが好ましい。
(式(1)中、R1〜R4は、それぞれ独立に、水素原子、フッ素原子、炭素数1〜3のアルキル基又は含フッ素アルキル基を示し、R1〜R4のいずれか1つ以上はフッ素原子を1つ以上含む。)
[Carbonate compound having fluorine atom]
The nonaqueous electrolytic solution according to this embodiment includes a carbonate compound having a fluorine atom. The carbonate compound having a fluorine atom has the functions of electrode electrolyte interface control (Solid Electrolyte Interface (SEI) formation) and improvement of the oxidation resistance (high voltage characteristics) of the electrolyte in the non-aqueous electrolyte according to the present embodiment. Fulfill. Here, the “carbonate compound having a fluorine atom” refers to a compound having a carbonate group (—O— (C═O) —O—) and one or more fluorine atoms. Although it does not specifically limit as such a carbonate compound which has a fluorine atom, For example, the compound represented by following formula (1) or (2) is mentioned. Among these, the cyclic carbonate compound which has a fluorine atom like the compound represented by Formula (1) is preferable. By including the cyclic carbonate compound, the function of the carbonate compound having a fluorine atom tends to be more excellent. The carbonate compound having a fluorine atom is preferably a compound having one carbonate group.
(In Formula (1), R1 to R4 each independently represent a hydrogen atom, a fluorine atom, an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms or a fluorine-containing alkyl group, and any one or more of R1 to R4 are fluorine atoms. Including one or more.)

(式(2)中、Ra、Rbは、それぞれ独立に、炭素数1〜5のアルキル基又は含フッ素アルキル基を示し、Ra又はRbのいずれか1つ以上はフッ素原子を1つ以上含む。) (In Formula (2), Ra and Rb each independently represent an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms or a fluorine-containing alkyl group, and at least one of Ra and Rb contains one or more fluorine atoms. )

式(1)中、R1〜R4は、それぞれ独立に、水素原子、フッ素原子、炭素数1〜3のアルキル基又は含フッ素アルキル基を示し、R1〜R4のいずれか1つ以上はフッ素原子を1つ以上含む。R1〜R4の少なくとも1つ以上は、フッ素原子、フルオロメチル基、ジフルオロメチル基、又はトリフルオロメチル基を示すことが好ましい。このような基を有するカーボネート化合物を用いることにより、高温耐久性、耐酸化(高電圧)性能をはじめ、様々な電池の特性がより向上する傾向にある。このような式(1)で表される化合物としては、特に限定されないが、例えば、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、cis−4,5−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、trans−4,5−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、4,4−ジフルオロ−5−メチル−1,3−ジオキソラン−2−オン、4−フルオロメチル―1,3−ジオキソラン―2−オン、4,4−ジフルオロメチル―1,3−ジオキソラン―2−オン、4,4,4−トリフルオロメチル―1,3−ジオキソラン‐2―オンが好ましい。このなかでも、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、cis−4,5−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、trans−4,5−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンがより好ましい。   In formula (1), R1 to R4 each independently represent a hydrogen atom, a fluorine atom, an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms or a fluorine-containing alkyl group, and any one or more of R1 to R4 represent a fluorine atom. Contains one or more. At least one of R1 to R4 preferably represents a fluorine atom, a fluoromethyl group, a difluoromethyl group, or a trifluoromethyl group. By using a carbonate compound having such a group, various battery characteristics tend to be improved, including high-temperature durability and oxidation resistance (high voltage) performance. The compound represented by the formula (1) is not particularly limited, and examples thereof include 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one and 4,4-difluoro-1,3-dioxolane-2- ON, cis-4,5-difluoro-1,3-dioxolan-2-one, trans-4,5-difluoro-1,3-dioxolan-2-one, 4,4-difluoro-5-methyl-1, 3-dioxolan-2-one, 4-fluoromethyl-1,3-dioxolan-2-one, 4,4-difluoromethyl-1,3-dioxolan-2-one, 4,4,4-trifluoromethyl 1,3-dioxolan-2-one is preferred. Among these, 4-fluoro-1,3-dioxolane-2-one, 4,4-difluoro-1,3-dioxolan-2-one, cis-4,5-difluoro-1,3-dioxolane-2- ON, trans-4,5-difluoro-1,3-dioxolan-2-one is more preferred.

式(2)中、Ra、Rbは、それぞれ独立に、炭素数1〜5のアルキル基又は含フッ素アルキル基を示し、Ra又はRbのいずれか1つ以上はフッ素原子を1つ以上含む。このようなRa、Rbとしては、特に限定されないが、例えば、フルオロメチル基、ジフルオロメチル基、トリフルオロメチル着、1−フルオロエチル基、1,1−ジフルオロエチル基、1,1,1−トリフルオロエチル基、2−フルオロエチル基、2,2−ジフルオロエチル基、1,2−ジフルオロエチル基、1,1,2−トリフルオロエチル基、1,2,2−トリフルオロエチル基、1,1,1,2−テトラフルオロエチル基、1,1,2,2,−テトラフルオロエチル基、1,1,1,2,2,−ペンタフルオロエチル基のいずれかであることが好ましい。このなかでも、フルオロメチル基、ジフルオロメチル基、トリフルオロメチル着、1−フルオロエチル基、1,1−ジフルオロエチル基、1,1,1−トリフルオロエチル基、2−フルオロエチル基、2,2−ジフルオロエチル基、1,2−ジフルオロエチル基であることがより好ましい。このような基を有するカーボネート化合物を用いることにより、高温耐久性、耐電圧性能をはじめ、様々な電池の特性がより向上する傾向にある。   In formula (2), Ra and Rb each independently represent an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms or a fluorine-containing alkyl group, and at least one of Ra and Rb contains one or more fluorine atoms. Such Ra and Rb are not particularly limited, and examples thereof include a fluoromethyl group, a difluoromethyl group, a trifluoromethyl attachment, a 1-fluoroethyl group, a 1,1-difluoroethyl group, and a 1,1,1-trimethyl group. Fluoroethyl group, 2-fluoroethyl group, 2,2-difluoroethyl group, 1,2-difluoroethyl group, 1,1,2-trifluoroethyl group, 1,2,2-trifluoroethyl group, 1, It is preferably any of 1,1,2-tetrafluoroethyl group, 1,1,2,2, -tetrafluoroethyl group, and 1,1,1,2,2, -pentafluoroethyl group. Among these, fluoromethyl group, difluoromethyl group, trifluoromethyl attachment, 1-fluoroethyl group, 1,1-difluoroethyl group, 1,1,1-trifluoroethyl group, 2-fluoroethyl group, 2, 2-difluoroethyl group and 1,2-difluoroethyl group are more preferable. By using a carbonate compound having such a group, various battery characteristics tend to be improved, including high-temperature durability and withstand voltage performance.

これらのフッ素原子を有するカーボネート化合物は1種を単独で用いることも、2種以上の化合物を併用することもできる。2種以上の化合物を併用する時の両者の混合比は任意に選択することができる。   These carbonate compounds having a fluorine atom can be used alone or in combination of two or more. When two or more compounds are used in combination, the mixing ratio of the two can be arbitrarily selected.

フッ素原子を有するカーボネート化合物は、非水電解液の総量100質量%に対して、0.1〜50質量%含まれることが好ましく、0.2〜20質量%含まれることがより好ましく、0.1〜15質量%含まれることがさらに好ましい。含有量が上記範囲内であることにより、フッ素原子を有するカーボネート化合物の有する機能がより優れ、またイオン伝導も優れる傾向にある。   The carbonate compound having a fluorine atom is preferably contained in an amount of 0.1 to 50% by mass, more preferably 0.2 to 20% by mass with respect to 100% by mass of the total amount of the non-aqueous electrolyte. More preferably, it is contained in an amount of 1 to 15% by mass. When the content is in the above range, the function of the carbonate compound having a fluorine atom is more excellent, and ion conduction tends to be excellent.

〔カーボネート基を2以上有する化合物〕
本実施形態に係る非水電解液は、カーボネート基を2以上有する化合物を含む。カーボネート基を2以上有する化合物は、環状カーボネート基を有することが好ましい。環状カーボネート基を有することにより、電極電解液界面制御能が向上し,長期の電池特性(サイクル特性)がより優れる傾向にある。また、カーボネート基を2以上有する化合物は、他の官能基を含んでもよい。このようなカーボネート基を2以上含む化合物を用いることにより、充放電でフッ素原子を有するカーボネート化合物に由来するSEIが生成する際に、SEIの中にカーボネート基を2以上含む化合物に由来する物質を含ませることができる。カーボネート基を2以上有する化合物はフッ素原子を有するカーボネート化合物との親和性や反応性が優れるため、欠陥やムラの少ない、安定で良好なSEIを形成することができ、高温耐久性、耐電圧性能等の電池特性をより向上させる。なお、カーボネート基を2以上有する化合物は、上記フッ素原子を有するカーボネート化合物に該当するものを除く。
[Compound having two or more carbonate groups]
The nonaqueous electrolytic solution according to this embodiment includes a compound having two or more carbonate groups. The compound having two or more carbonate groups preferably has a cyclic carbonate group. By having a cyclic carbonate group, the electrode electrolyte solution interface control ability is improved, and long-term battery characteristics (cycle characteristics) tend to be more excellent. In addition, the compound having two or more carbonate groups may contain other functional groups. By using such a compound containing two or more carbonate groups, when SEI derived from a carbonate compound having a fluorine atom is generated by charge / discharge, a substance derived from a compound containing two or more carbonate groups in SEI is used. Can be included. A compound having two or more carbonate groups has excellent affinity and reactivity with a carbonate compound having a fluorine atom, and therefore can form a stable and good SEI with few defects and unevenness, high temperature durability, withstand voltage performance The battery characteristics such as are improved. In addition, the compound which has 2 or more carbonate groups remove | excludes the thing applicable to the carbonate compound which has the said fluorine atom.

カーボネート基を2以上有する化合物としては、特に限定されないが、例えば、下記式(3)に示す化合物があげられる。
X−Z−Y (3)
(X及びYは、それぞれ独立に、下記式(4)又は式(5)に示す基であり、ZはO、S、SO、炭素数が1〜4の2価の炭化水素基、又は、エステル基、カーボネート基、エーテル基、チオエーテル基、若しくはスルホニル基を有する2価の基である。)
Although it does not specifically limit as a compound which has 2 or more carbonate groups, For example, the compound shown to following formula (3) is mention | raise | lifted.
XZY (3)
(X and Y are each independently groups represented by the following formula (4) or formula (5), Z is O, S, SO 2 , a divalent hydrocarbon group having 1 to 4 carbon atoms, or And a divalent group having an ester group, a carbonate group, an ether group, a thioether group, or a sulfonyl group.)

(式(4)中、Ri、Rii、Riiiは、それぞれ独立に、水素原子、フッ素原子、炭素数1〜3のアルキル基又は含フッ素アルキル基を示す。Rivは、単結合又は炭素数1〜3のアルキレン基又は含フッ素アルキレン基を示す。) (In Formula (4), Ri, Rii, and Riii each independently represent a hydrogen atom, a fluorine atom, an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, or a fluorine-containing alkyl group. Riv represents a single bond or 1 to 1 carbon atoms. 3 represents an alkylene group or a fluorine-containing alkylene group.)

(式(5)中、RAは炭素数1〜5のアルキル基又は含フッ素アルキル基を示し、RBは炭素数1〜5のアルキレン基又は含フッ素アルキレン基を示す。) (In formula (5), RA represents an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms or a fluorine-containing alkyl group, and RB represents an alkylene group having 1 to 5 carbon atoms or a fluorine-containing alkylene group.)

式(3)中、Zは、O(エーテル基)、S(チオエーテル基)、SO(スルホニル基)、炭素数が1〜4の2価の炭化水素基、又は、エステル基、カーボネート基、エーテル基、チオエーテル基、若しくはスルホニル基を有する2価の基である。このなかでも、O(エーテル基)、メチレン基、エチレン基、又は、エーテル基、カーボネート基、若しくはエステル基を有する2価の基が好ましく、O(エーテル基)、炭素数1又は2の、エーテル構基、カーボネート基、若しくはエステル基を有する2価の基がさらに好ましい。 In the formula (3), Z is O (ether group), S (thioether group), SO 2 (sulfonyl group), a divalent hydrocarbon group having 1 to 4 carbon atoms, or an ester group, a carbonate group, A divalent group having an ether group, a thioether group, or a sulfonyl group. Of these, O (ether group), methylene group, ethylene group, or a divalent group having an ether group, a carbonate group, or an ester group is preferable. O (ether group), an ether having 1 or 2 carbon atoms A divalent group having a structural group, a carbonate group, or an ester group is more preferable.

上記式(4)中、Ri、Rii、Riiiは、それぞれ独立に、水素原子、フッ素原子、炭素数1〜3のアルキル基又は含フッ素アルキル基を示し、水素原子、フッ素原子、メチル基又は含フッ素アルキル基が好ましく、水素原子又はメチル基であることがより好ましい。   In the above formula (4), Ri, Rii, and Riii each independently represent a hydrogen atom, a fluorine atom, an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, or a fluorine-containing alkyl group, and include a hydrogen atom, a fluorine atom, a methyl group, or a fluorine-containing group. A fluorine alkyl group is preferable, and a hydrogen atom or a methyl group is more preferable.

上記式(4)中、Rivは、単結合又は炭素数1〜3のアルキレン基又は含フッ素アルキレン基を示し、単結合、メチル基又は含フッ素アルキレン基が好ましく、単結合又はメチレン基であることがより好ましい。   In the above formula (4), Riv represents a single bond, an alkylene group having 1 to 3 carbon atoms or a fluorine-containing alkylene group, preferably a single bond, a methyl group or a fluorine-containing alkylene group, and is a single bond or a methylene group. Is more preferable.

上記式(5)中、RAは、炭素数1〜5のアルキル基又は含フッ素アルキル基を示し、メチル基、エチル基、又は含フッ素アルキル基であることが好ましく、メチル基又はエチル基であることがより好ましい。   In the above formula (5), RA represents an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms or a fluorine-containing alkyl group, and is preferably a methyl group, an ethyl group, or a fluorine-containing alkyl group, and is a methyl group or an ethyl group. It is more preferable.

上記式(5)中、RBは、炭素数1〜5のアルキレン基又は含フッ素アルキレン基を示し、メチレン基、エチレン基又は含フッ素アルキレン基であることが好ましく、メチレン基又はエチレン基であることがより好ましい。   In the above formula (5), RB represents an alkylene group having 1 to 5 carbon atoms or a fluorine-containing alkylene group, preferably a methylene group, an ethylene group or a fluorine-containing alkylene group, and preferably a methylene group or an ethylene group. Is more preferable.

これらのカーボネート基を2以上有する化合物は常法によって合成して、電解液に添加することもできるし、電解液中でin―situで合成することもできる。   These compounds having two or more carbonate groups can be synthesized by a conventional method and added to the electrolytic solution, or can be synthesized in-situ in the electrolytic solution.

カーボネート基を2以上有する化合物は、フッ素原子を有するカーボネート化合物100質量部に対して0.0001質量部以上10質量部以下の量で含まれる。好ましくは0.0001質量部以上1質量部以下の量であり、より好ましくは0.0001質量部以上0.1質量部以下の量である。添加量が上記範囲内であることにより、フッ素原子を有するカーボネート化合物とカーボネート基を2以上有する化合物とが良好に親和し、安定なSEIが形成され、高温耐久性及び耐電圧性能等の電池特性がより安定化する。   The compound having two or more carbonate groups is contained in an amount of 0.0001 to 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the carbonate compound having a fluorine atom. The amount is preferably 0.0001 part by mass or more and 1 part by mass or less, more preferably 0.0001 part by mass or more and 0.1 part by mass or less. When the addition amount is within the above range, a carbonate compound having a fluorine atom and a compound having two or more carbonate groups have a good affinity, a stable SEI is formed, and battery characteristics such as high temperature durability and withstand voltage performance Becomes more stable.

〔リチウム塩〕
本実施形態に係る非水電解質は、リチウム塩を含む。リチウム塩としては、特に限定されないが、例えば、炭素原子をアニオンに含まない無機リチウム塩と、炭素原子をアニオンに含む有機リチウム塩とが挙げられる。なお、リチウム塩としては、無機リチウム塩又は有機リチウム塩を1種単独で用いても、これらを併用してもよい。
[Lithium salt]
The nonaqueous electrolyte according to this embodiment includes a lithium salt. Although it does not specifically limit as lithium salt, For example, the inorganic lithium salt which does not contain a carbon atom in an anion, and the organic lithium salt which contains a carbon atom in an anion are mentioned. In addition, as lithium salt, inorganic lithium salt or organic lithium salt may be used individually by 1 type, or these may be used together.

上記無機リチウム塩は、特に限定されず、通常の非水電解質として用いられているものを使用することができる。このような無機リチウム塩としては、特に限定されないが、例えば、LiPF、LiBF、LiClO、LiAsF、LiSiF、LiSbF、LiAlO、LiAlCl、Li1212−b(bは0〜3の整数)、多価アニオンと結合されたリチウム塩等が挙げられる。これら無機リチウム塩は1種単独で用いても、2種以上を併用してもよい。この中でも、フッ素原子を有する無機リチウム塩が好ましい。このような無機リチウム塩を用いることにより、正極集電箔の表面に不動態皮膜を形成するため、内部抵抗の増加を抑制する観点から好ましい。また、リン原子又はホウ素原子を有する無機リチウム塩も好ましく、LiPF、及びLiBFからなる群より選ばれる1種以上の無機リチウム塩がより好ましく、LiPFがさらに好ましい。このような無機リチウム塩を用いることにより、遊離のフッ素原子を放出しやすくなる傾向にある。 The said inorganic lithium salt is not specifically limited, What is used as a normal nonaqueous electrolyte can be used. Such an inorganic lithium salt is not particularly limited. For example, LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , Li 2 SiF 6 , LiSbF 6 , LiAlO 4 , LiAlCl 4 , Li 2 B 12 F b H 12 -B (b is an integer of 0 to 3), lithium salt bonded to a polyvalent anion, and the like. These inorganic lithium salts may be used alone or in combination of two or more. Among these, an inorganic lithium salt having a fluorine atom is preferable. By using such an inorganic lithium salt, a passive film is formed on the surface of the positive electrode current collector foil, which is preferable from the viewpoint of suppressing an increase in internal resistance. Also preferably also inorganic lithium salt having a phosphorus atom or a boron atom, LiPF 6, and one or more inorganic lithium salt is more preferably selected from the group consisting of LiBF 4, LiPF 6 is more preferable. By using such an inorganic lithium salt, free fluorine atoms tend to be easily released.

上記有機リチウム塩も、特に限定されず、通常の非水電解質として用いられているものを使用することができる。このような有機リチウム塩としては、特に限定されないが、例えば、LiN(SOCF、LiN(SO等のLiN(SO2m+1(mは1〜8の整数)で表される有機リチウム塩;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;LiB(Cで表されるリチウムビス(オキサラト)ボレート(LiBOB);ハロゲン化LiBOB;LiBF(C)で表されるリチウムオキサラトジフルオロボレート(LiODFB);LiB(Cで表されるリチウムビス(マロネート)ボレート(LiBMB);LiPF(C)で表されるリチウムテトラフルオロオキサラトフォスフェート;下記式(5a)、(5b)及び(5c)で表される有機リチウム塩が挙げられる。
LiC(SO)(SO)(SO) (5a)
LiN(SOOR)(SOOR) (5b)
LiN(SO)(SOOR) (5c)
(式中、R、R、R、R、R、R及びR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。)
The organic lithium salt is not particularly limited, and those used as a normal nonaqueous electrolyte can be used. Such an organic lithium salt is not particularly limited. For example, LiN (SO 2 C m F 2m + 1 ) 2 (m is LiN (SO 2 CF 3 ) 2 , LiN (SO 2 C 2 F 5 ) 2, etc. organic lithium salt represented by an integer of 1 to 8); LiPF 5 (CF 3) LiPF such n (C p F 2p + 1 ) 6-n (n is an integer of from 1 to 5, p is an integer of 1 to 8) An organic lithium salt represented by LiBF q (C s F 2s + 1 ) 4-q (where q is an integer of 1 to 3, s is an integer of 1 to 8) such as LiBF 3 (CF 3 ) salt; LiB (C 2 O 4) lithium bis represented by 2 (oxalato) borate (LiBOB); halogenated LiBOB; LiBF 2 lithium oxa Lato difluoro borate represented by (C 2 O 4) (LiODFB ); iB (C 3 O 4 H 2 ) lithium bis represented by 2 (malonate) borate (LiBMB); LiPF 4 (C 2 O 2) lithium tetrafluoro-oxa Lato phosphate represented by; formula (5a), The organic lithium salt represented by (5b) and (5c) is mentioned.
LiC (SO 2 R 3) ( SO 2 R 4) (SO 2 R 5) (5a)
LiN (SO 2 OR 6 ) (SO 2 OR 7 ) (5b)
LiN (SO 2 R 8 ) (SO 2 OR 9 ) (5c)
(In formula, R < 3 >, R < 4 >, R < 5 >, R < 6 >, R <7> , R < 8 > and R < 9 > may be the same or different from each other, and represent a C1-C8 perfluoroalkyl group. .)

このなかでも、ホウ素原子を有する有機リチウム塩が好ましい。リチウム塩は、構造上安定であり、また、フッ素原子を有するカーボネート化合物の2量体化をより抑制することができる傾向にある。   Among these, an organic lithium salt having a boron atom is preferable. The lithium salt is structurally stable and tends to further suppress dimerization of the carbonate compound having a fluorine atom.

また、有機配位子を有する有機リチウム塩を用いることが好ましく、具体的には、LiBOB、ハロゲン化LiBOB、LiODFB及びLiBMBを用いることがより好ましく、LiBOBを用いることがさらに好ましい。このような有機リチウム塩を用いることにより、有機配位子が電気化学的な反応に関与してSEIを電極表面に形成するため、正極を含めた内部抵抗の増加をより抑制できる傾向にある。上記有機リチウム塩は1種単独で用いても、2種以上を併用してもよい。   In addition, it is preferable to use an organic lithium salt having an organic ligand. Specifically, LiBOB, halogenated LiBOB, LiODFB, and LiBMB are more preferably used, and LiBOB is more preferably used. By using such an organic lithium salt, an organic ligand participates in an electrochemical reaction and SEI is formed on the electrode surface, so that an increase in internal resistance including the positive electrode tends to be further suppressed. The said organic lithium salt may be used individually by 1 type, or may use 2 or more types together.

リチウム塩は、本実施形態に係る非水電解液中に0.1〜5mol/Lの濃度で含有されることが好ましく、0.5〜3mol/Lの濃度で含有されることがより好ましく、0.8〜2mol/Lの濃度で含有されることがさらに好ましい。リチウム塩の濃度が上記範囲内であることにより、非水電解液の導電率が高い状態に保たれ、これを用いた非水二次電池の充放電効率も高い状態に保たれる。   The lithium salt is preferably contained in the non-aqueous electrolyte according to the present embodiment at a concentration of 0.1 to 5 mol / L, more preferably 0.5 to 3 mol / L. More preferably, it is contained at a concentration of 0.8 to 2 mol / L. When the concentration of the lithium salt is within the above range, the conductivity of the non-aqueous electrolyte is kept high, and the charge / discharge efficiency of the non-aqueous secondary battery using the non-aqueous electrolyte is also kept high.

〔溶媒〕
本実施形態に係る非水電解液は、他の非水溶媒をさらに併用してもよい。他の非水溶媒を用いることにより、リチウム塩の溶解性、伝導度及び電離度がより向上する傾向にある。このような他の非水溶媒としては、特に限定されないが、例えば、メタノール、エタノール、イソプロパノール、ブタノール及びオクタノール等の、上記モノアルコール及び上記多価アルコール以外のアルコール類;酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸ブチル、プロピオン酸メチル、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、δ−バレロラクトン、ε−カプロラクトン等の酸エステル類;ジメチルケトン、ジエチルケトン、メチルエチルケトン、3−ペンタノン及びアセトン等のケトン類;ペンタン、ヘキサン、オクタン、シクロヘキサン、ベンゼン、トルエン、キシレン、フルオロベンゼン及びヘキサフルオロベンゼン等の炭化水素類;ジメチルエーテル、ジエチルエーテル、1,2−ジメトキシエタン、1,4−ジオキサン、クラウンエーテル類、グライム類、テトラヒドロフラン及び含フッ素エーテル等のエーテル類;N,N−ジメチルアセトアミド及びN,N−ジメチルホルムアミド等のアミド類;エチレンジアミン及びピリジン等のアミン類;プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ビニレンカーボネート、フルオロエチレンカーボネート、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、ビニルエチレンカーボネート、トリフルオロメチルエチレンカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジメチルカーボネート、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等のカーボネート類;アセトニトリル、プロピオニトリル、アジポニトリル、スクシノニトリル、マロノニトリル及びメトキシアセトニトリル等のニトリル類;N−メチルピロリドン(NMP)等のラクタム類;スルホラン及び3−メチルスルホラン、ジメチルスルホン及びエチルメチルスルホン等のスルホン類;プロパンスルトン及びブタンスルトン等のスルホン酸エステル類;ジメチルスルホキシド等のスルホキシド類;シリコンオイル及び石油等の工業オイル類;並びに、食用油が挙げられる。
〔solvent〕
The nonaqueous electrolytic solution according to this embodiment may further use another nonaqueous solvent in combination. By using other non-aqueous solvents, the solubility, conductivity and ionization degree of the lithium salt tend to be further improved. Such other non-aqueous solvent is not particularly limited, but for example, alcohols other than the monoalcohol and polyhydric alcohol such as methanol, ethanol, isopropanol, butanol and octanol; methyl acetate, ethyl acetate, acetic acid Acid esters such as propyl, butyl acetate, methyl propionate, γ-butyrolactone, γ-valerolactone, δ-valerolactone, and ε-caprolactone; ketones such as dimethyl ketone, diethyl ketone, methyl ethyl ketone, 3-pentanone, and acetone; Hydrocarbons such as pentane, hexane, octane, cyclohexane, benzene, toluene, xylene, fluorobenzene and hexafluorobenzene; dimethyl ether, diethyl ether, 1,2-dimethoxyethane, 1,4-dioxane, Ethers such as launethers, glymes, tetrahydrofuran and fluorine-containing ethers; amides such as N, N-dimethylacetamide and N, N-dimethylformamide; amines such as ethylenediamine and pyridine; propylene carbonate, ethylene carbonate and vinylene Carbonate, fluoroethylene 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, vinyl ethylene carbonate, trifluoromethyl ethylene carbonate, ethyl methyl carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl propylene Carbonates such as carbonate, methyl isopropyl carbonate, dipropyl carbonate, methyl butyl carbonate, dibutyl carbonate, ethyl propyl carbonate and methyl trifluoroethyl carbonate; acetonitrile, propionitrile, adiponitrile, succinonitrile, malononitrile, methoxyacetonitrile, etc. Nitriles; Lactams such as N-methylpyrrolidone (NMP); Sulfones such as sulfolane and 3-methylsulfolane, dimethylsulfone and ethylmethylsulfone; Sulfonic esters such as propane sultone and butane sultone; Sulfoxides such as dimethyl sulfoxide Industrial oils such as silicon oil and petroleum; and edible oils.

また、非水溶媒として、イオン液体を用いることもできる。イオン液体とは、有機カチオンとアニオンとを組み合わせたイオンからなる液体である。   Moreover, an ionic liquid can also be used as a non-aqueous solvent. An ionic liquid is a liquid composed of ions obtained by combining an organic cation and an anion.

有機カチオンとしては、特に限定されないが、例えば、ジアルキルイミダゾリウムカチオン、トリアルキルイミダゾリウムカチオン等のイミダゾリウムイオン;テトラアルキルアンモニウムイオン;アルキルピリジニウムイオン;ジアルキルピロリジニウムイオン;及びジアルキルピペリジニウムイオンが挙げられる。   The organic cation is not particularly limited, and examples thereof include imidazolium ions such as dialkylimidazolium cation and trialkylimidazolium cation; tetraalkylammonium ion; alkylpyridinium ion; dialkylpyrrolidinium ion; and dialkylpiperidinium ion. .

これらの有機カチオンのカウンターとなるアニオンとしては、特に限定されないが、例えば、PFアニオン、PF(Cアニオン、PF(CFアニオン、BFアニオン、BF(CFアニオン、BF(CF)アニオン、ビスオキサラトホウ酸アニオン、Tf(トリフルオロメタンスルフォニル)アニオン、Nf(ノナフルオロブタンスルホニル)アニオン、ビス(フルオロスルフォニル)イミドアニオン、ビス(トリフルオロメタンスルフォニル)イミドアニオン、ビス(ペンタフルオロエタンスルフォニル)イミドアニオン、ジシアノアミンアニオン、ハロゲン化物アニオンを用いることができる。 The anion serving as a counter for these organic cations is not particularly limited. For example, PF 6 anion, PF 3 (C 2 F 5 ) 3 anion, PF 3 (CF 3 ) 3 anion, BF 4 anion, BF 2 ( CF 3 ) 2 anion, BF 3 (CF 3 ) anion, bisoxalatoborate anion, Tf (trifluoromethanesulfonyl) anion, Nf (nonafluorobutanesulfonyl) anion, bis (fluorosulfonyl) imide anion, bis (trifluoromethanesulfonyl) ) Anion anion, bis (pentafluoroethanesulfonyl) imide anion, dicyanoamine anion, halide anion.

上記非水溶媒は1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。   The said non-aqueous solvent may be used individually by 1 type, or may use 2 or more types together.

(4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンよりも粘度の低い非プロトン性溶媒)
非水溶媒は4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン(以下、「FEC」ともいう。)よりも粘度の低い非プロトン性溶媒をさらに含むことが好ましい。具体的には、2cP以下の粘度を有する非プロトン性溶媒をさらに含むことが好ましい。このような非プロトン性溶媒を用いることにより、非水二次電池の充放電に寄与するリチウムイオンの移動度がより高められる傾向にある。このような非プロトン性溶媒としては、特に限定されないが、例えば、フッ素原子を有する非プロトン性溶媒、鎖状カーボネート化合物、又は鎖状エーテル化合物が挙げられる。
(Aprotic solvent with lower viscosity than 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one)
The non-aqueous solvent preferably further includes an aprotic solvent having a viscosity lower than that of 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one (hereinafter also referred to as “FEC”). Specifically, it is preferable to further include an aprotic solvent having a viscosity of 2 cP or less. By using such an aprotic solvent, the mobility of lithium ions that contribute to charge / discharge of the non-aqueous secondary battery tends to be further increased. Such an aprotic solvent is not particularly limited, and examples thereof include an aprotic solvent having a fluorine atom, a chain carbonate compound, or a chain ether compound.

上記フッ素原子を有する非プロトン性溶媒としては、特に限定されないが、例えば、鎖状カーボネート化合物や鎖状エーテル化合物としては、水素原子の少なくとも1つがフッ素原子で置換させたものを用いることもできる。   The aprotic solvent having a fluorine atom is not particularly limited. For example, a chain carbonate compound or a chain ether compound in which at least one hydrogen atom is substituted with a fluorine atom can also be used.

上記鎖状カーボネート化合物としては、特に限定されないが、例えば、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、メチルフルオロメチルカーボネート,ジフルオロメチ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が挙げられる。   The chain carbonate compound is not particularly limited. For example, ethyl methyl carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl propyl carbonate, methyl isopropyl carbonate, dipropyl carbonate, methyl butyl carbonate, dibutyl carbonate, ethyl propyl carbonate, methyl fluoro Examples include methyl carbonate, difluoromethyl carbonate, and methyl trifluoroethyl carbonate.

上記鎖状エーテル化合物としては、特に限定されないが、例えば、ジメチルエーテル、ジエチルエーテル、1,2−ジメトキシエタン、1,4−ジオキサン、クラウンエーテル類、グライム類、テトラヒドロフラン及び含フッ素エーテルが挙げられる。   The chain ether compound is not particularly limited, and examples thereof include dimethyl ether, diethyl ether, 1,2-dimethoxyethane, 1,4-dioxane, crown ethers, glymes, tetrahydrofuran, and fluorine-containing ether.

なお、粘度は粘度計により測定することができる。   The viscosity can be measured with a viscometer.

(フッ酸)
また、本実施形態に係る非水電解液は、フッ酸を0.5〜50ppm含有していることが好ましく、1〜30ppm含有していることがより好ましく、2〜20ppm含有していることがさらに好ましい。フッ酸の含有率が上記範囲であることにより、SEI膜の継続的な修復、形成がより容易となる傾向にある。
(Hydrofluoric acid)
In addition, the nonaqueous electrolytic solution according to the present embodiment preferably contains 0.5 to 50 ppm of hydrofluoric acid, more preferably 1 to 30 ppm, and more preferably 2 to 20 ppm. Further preferred. When the content of hydrofluoric acid is in the above range, the continuous repair and formation of the SEI film tend to be easier.

(水)
本実施形態に係る非水電解液は、水分を含まないことが好ましいが、本実施形態の課題解決を阻害しない範囲であれば、ごく微量の水分を含有してもよい。そのような水分の含有量は、非水電解液の全量に対して、0〜100ppmであることが好ましく、1〜50ppmであることがより好ましく、1〜30ppmであることがさらに好ましい。
(water)
The nonaqueous electrolytic solution according to the present embodiment preferably does not contain moisture, but may contain a very small amount of moisture as long as the solution of the problem of the present embodiment is not hindered. The content of such moisture is preferably 0 to 100 ppm, more preferably 1 to 50 ppm, and further preferably 1 to 30 ppm with respect to the total amount of the nonaqueous electrolytic solution.

(添加剤)
本実施形態に係る非水電解液は、必要に応じて、添加剤をさらに含有してもよい。本実施形態で用いる添加剤としては、特に限定されないが、例えば、リチウム塩を溶解する溶媒としての役割を担う物質が挙げられる。このような物質は、上記の非水溶媒と実質的に重複してもよい。また、添加剤は、本実施形態に係る非水電解液及び非水二次電池の性能向上に寄与する物質であることが好ましく、電気化学的な反応には直接関与しない物質を用いることもできる。なお、添加剤は、1種単独で用いても、2種以上を併用してもよい。
(Additive)
The non-aqueous electrolyte according to the present embodiment may further contain an additive as necessary. Although it does not specifically limit as an additive used by this embodiment, For example, the substance which plays the role as a solvent which melt | dissolves lithium salt is mentioned. Such materials may substantially overlap with the non-aqueous solvent described above. Further, the additive is preferably a substance that contributes to improving the performance of the non-aqueous electrolyte and the non-aqueous secondary battery according to this embodiment, and a substance that does not directly participate in the electrochemical reaction can also be used. . In addition, an additive may be used individually by 1 type, or may use 2 or more types together.

添加剤としては、特に限定されないが、例えば、ビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネートに代表される不飽和結合含有環状カーボネート;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、ε−カプロラクトンに代表されるラクトン;1,2−ジオキサンに代表される環状エーテル;メチルホルメート、メチルアセテート、メチルプロピオネート、メチルブチレート、エチルホルメート、エチルアセテート、エチルプロピオネート、エチルブチレート、n−プロピルホルメート、n−プロピルアセテート、n−プロピルプロピオネート、n−プロピルブチレート、イソプロピルホルメート、イソプロピルアセテート、イソプロピルプロピオネート、イソプロピルブチレート、n−ブチルホルメート、n−ブチルアセテート、n−ブチルプロピオネート、n−ブチルブチレート、イソブチルホルメート、イソブチルアセテート、イソブチルプロピオネート、イソブチルブチレート、sec−ブチルホルメート、sec−ブチルアセテート、sec−ブチルプロピオネート、sec−ブチルブチレート、tert−ブチルホルメート、tert−ブチルアセテート、tert−ブチルプロピオネート、tert−ブチルブチレート、メチルピバレート、n−ブチルピバレート、n−ヘキシルピバレート、n−オクチルピバレート、ジメチルオキサレート、エチルメチルオキサレート、ジエチルオキサレート、ジフェニルオキサレート、マロン酸エステル、フマル酸エステル、マレイン酸エステルに代表されるカルボン酸エステル;N−メチルホルムアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミドに代表されるアミド;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−メチルスルホラン、3−スルホレン、1,3−プロパンスルトン、1,4−ブタンスルトン、1,3−プロパンジオール硫酸エステル、テトラメチレンスルホキシド、チオフェン1−オキシドに代表される環状硫黄化合物;モノフルオロベンゼン、ビフェニル、フッ素化ビフェニルに代表される芳香族化合物;ニトロメタンに代表されるニトロ化合物;シッフ塩基;シッフ塩基錯体;オキサラト錯体、置換又は無置換のベンゼン、ビフェニル、ナフタレン、ターフェニルに代表される芳香族化合物;リン酸トリメチル、リン酸トリエチル、亜リン酸トリメチル、亜リン酸トリエチル、フッ素置換のリン酸又は亜リン酸エステルに代表されるリン酸;亜リン酸エステル、ジフルオロリン酸塩、モノフルオロリン酸塩、硝酸塩、炭酸塩に代表される塩構造のもの;メタノール、エタノール、エチレングリコール、プロピレングリコール、フルオロエタノール等のアルコール類が挙げられる。これらは1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。   Although it does not specifically limit as an additive, For example, unsaturated bond containing cyclic carbonate represented by vinylene carbonate and vinyl ethylene carbonate; (gamma) -butyrolactone, (gamma) -valerolactone, (gamma) -caprolactone, (delta) -valerolactone, (delta) -caprolactone Lactone represented by ε-caprolactone; cyclic ether represented by 1,2-dioxane; methyl formate, methyl acetate, methyl propionate, methyl butyrate, ethyl formate, ethyl acetate, ethyl propionate, Ethyl butyrate, n-propyl formate, n-propyl acetate, n-propyl propionate, n-propyl butyrate, isopropyl formate, isopropyl acetate, isopropyl propionate, isopropyl butyrate n-butyl formate, n-butyl acetate, n-butyl propionate, n-butyl butyrate, isobutyl formate, isobutyl acetate, isobutyl propionate, isobutyl butyrate, sec-butyl formate, sec-butyl acetate , Sec-butyl propionate, sec-butyl butyrate, tert-butyl formate, tert-butyl acetate, tert-butyl propionate, tert-butyl butyrate, methyl pivalate, n-butyl pivalate, n-hexylpi Carboxyl represented by barate, n-octyl pivalate, dimethyl oxalate, ethyl methyl oxalate, diethyl oxalate, diphenyl oxalate, malonic acid ester, fumaric acid ester, maleic acid ester Esters; amides represented by N-methylformamide, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide; ethylene sulfite, propylene sulfite, butylene sulfite, pentene sulfite, sulfolane, 3-methylsulfolane, 3 -Cyclic sulfur compounds represented by sulfolene, 1,3-propane sultone, 1,4-butane sultone, 1,3-propanediol sulfate, tetramethylene sulfoxide, thiophene 1-oxide; monofluorobenzene, biphenyl, fluorinated biphenyl A nitro compound represented by nitromethane; a Schiff base; a Schiff base complex; an oxalate complex, an aromatic compound represented by substituted or unsubstituted benzene, biphenyl, naphthalene, and terphenyl; Trimethyl phosphate, triethyl phosphate, trimethyl phosphite, triethyl phosphite, phosphoric acid represented by fluorine-substituted phosphoric acid or phosphite; phosphite, difluorophosphate, monofluorophosphate And those having a salt structure typified by nitrate and carbonate; and alcohols such as methanol, ethanol, ethylene glycol, propylene glycol and fluoroethanol. These may be used alone or in combination of two or more.

本実施形態に係る非水電気化学デバイス用電解液は、特に限定されないが、例えば、リチウムイオン二次電池用電解液、リチウムイオンキャパシタ用電解液、リチウム空気電池用電解液などの電気化学デバイスに用いることができる。特にリチウムイオン二次電池用電解液として用いることにより、高温耐久性と耐電圧性能とを共に有する非水二次電池を実現することができる。   The electrolyte solution for non-aqueous electrochemical devices according to the present embodiment is not particularly limited. For example, for an electrochemical device such as an electrolyte solution for a lithium ion secondary battery, an electrolyte solution for a lithium ion capacitor, or an electrolyte solution for a lithium air battery. Can be used. In particular, by using it as an electrolyte for a lithium ion secondary battery, it is possible to realize a non-aqueous secondary battery having both high-temperature durability and withstand voltage performance.

〔リチウムイオン二次電池〕
本実施形態に係るリチウムイオン二次電池は、上記非水電解液又はリチウムイオン二次電池用電解液と、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、1種以上の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材料及び金属リチウムからなる群より選ばれる1種以上の材料を含有する負極と、を備える。正極、負極及びセパレータは、例えば下記に説明するものである。
[Lithium ion secondary battery]
The lithium ion secondary battery according to the present embodiment includes the non-aqueous electrolyte or the electrolyte for a lithium ion secondary battery and one or more materials capable of inserting and extracting lithium ions as a positive electrode active material. And a negative electrode containing at least one material selected from the group consisting of a material capable of inserting and extracting lithium ions as a negative electrode active material and metallic lithium. A positive electrode, a negative electrode, and a separator are demonstrated below, for example.

〔正極〕
正極は、リチウムイオン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1種以上の材料を含有する。そのような正極活物質としては、特に限定されないが、例えば、リチウム含有化合物;トンネル構造及び層状構造の金属カルコゲン化物及び金属酸化物;オリビン型リン酸化合物;リチウム以外の金属の酸化物;導電性高分子が挙げられる。正極活物質としてリチウム含有化合物を用いることにより、より高電圧で、より高エネルギー密度のリチウムイオン二次電池を得ることができる傾向にある。
[Positive electrode]
A positive electrode will not be specifically limited if it acts as a positive electrode of a lithium ion secondary battery, A well-known thing may be used. A positive electrode contains 1 or more types of materials which can occlude and discharge | release lithium ion as a positive electrode active material. Such a positive electrode active material is not particularly limited. For example, lithium-containing compounds; metal chalcogenides and metal oxides having tunnel structures and layer structures; olivine-type phosphate compounds; oxides of metals other than lithium; Examples include polymers. By using a lithium-containing compound as the positive electrode active material, a lithium ion secondary battery having a higher voltage and higher energy density tends to be obtained.

上記リチウム含有化合物としては、特に限定されないが、例えば、リチウムと遷移金属元素とを含む複合酸化物、リチウムと遷移金属元素とを含むリン酸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等が挙げられる。   Although it does not specifically limit as said lithium containing compound, For example, the composite oxide containing lithium and a transition metal element, the phosphoric acid compound containing lithium and a transition metal element, and the metal silicate compound containing lithium and a transition metal element Etc.

上記リチウムと遷移金属元素とを含む複合酸化物としては、特に限定されないが、例えば、下記式(6a)及び(6b)で表される化合物が挙げられる。より具体的には、LiCoOに代表されるリチウムコバルト酸化物;LiMnO、LiMn、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、Co、Al及びMgからなる群より選ばれる2種以上の元素を示し、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が挙げられる。このなかでも、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1種以上の遷移金属元素とを含む複合酸化物並びにリン酸化合物が好ましい。このようなリチウム含有化合物を用いることにより、より高い電圧が得られる傾向にある。下記式(6a)で表される化合物は一般に層状構造を有する。当該化合物としては、構造を安定化させる等の目的から、遷移金属元素の一部をAl、Mg、その他の遷移金属元素で置換したり結晶粒界に含ませたりしたもの、酸素原子の一部をフッ素原子等で置換したものも挙げられる。さらに、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も挙げられる。
LiMO (6a)
Li (6b)
(式中、Mは遷移金属から選ばれる1種以上の金属を示し、xは0〜1の数、yは0〜2の数を示す。)
The composite oxide containing lithium and a transition metal element is not particularly limited, and examples thereof include compounds represented by the following formulas (6a) and (6b). More specifically, lithium cobalt oxide typified by LiCoO 2 ; lithium manganese oxide typified by LiMnO 2 , LiMn 2 O 4 , Li 2 Mn 2 O 4 ; lithium nickel oxide typified by LiNiO 2 Li z MO 2 (M represents two or more elements selected from the group consisting of Ni, Mn, Co, Al, and Mg, and z represents a number of more than 0.9 and less than 1.2) Examples thereof include lithium-containing composite metal oxides. Among these, lithium, cobalt (Co), nickel (Ni), manganese (Mn), iron (Fe), copper (Cu), zinc (Zn), chromium (Cr), vanadium (V) and titanium (Ti A composite oxide and a phosphate compound containing one or more transition metal elements selected from the group consisting of: By using such a lithium-containing compound, a higher voltage tends to be obtained. The compound represented by the following formula (6a) generally has a layered structure. As the compound, for the purpose of stabilizing the structure, a part of the transition metal element is substituted with Al, Mg, other transition metal elements or included in the crystal grain boundary, a part of the oxygen atom And those substituted with a fluorine atom or the like. Furthermore, what coat | covered the other positive electrode active material to at least one part of the positive electrode active material surface is mentioned.
Li x MO 2 (6a)
Li y M 2 O 4 (6b)
(In the formula, M represents one or more metals selected from transition metals, x represents the number of 0 to 1, and y represents the number of 0 to 2.)

リチウムと遷移金属元素とを含むリン酸化合物としては、特に限定されないが、例えば、LiFePOで表されるリン酸鉄オリビン;式(7b)で表される化合物が挙げられる。下記式(7b)で表される化合物は一般にオリビン構造を有する。当該化合物において、構造を安定化させる等の目的から、遷移金属元素の一部をAl、Mg、Co、Tiその他の遷移金属元素で置換したり結晶粒界に含ませたりしたもの、酸素原子の一部をフッ素原子等で置換したものも挙げられる。さらに、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も挙げられる。
LiIIPO (7b)
(式中、MIIは1種以上の遷移金属元素を示し、wの値は電池の充放電状態によって異なるが、通常wは0.05〜1.10の数を示す。)
Examples of the phosphoric acid compound containing lithium and a transition metal element is not particularly limited, for example, iron phosphate olivine represented by LiFePO 4; include compounds represented by the formula (7b). The compound represented by the following formula (7b) generally has an olivine structure. In the compound, for the purpose of stabilizing the structure, a part of the transition metal element is substituted with Al, Mg, Co, Ti or other transition metal elements or included in the crystal grain boundary, The thing which partially substituted with the fluorine atom etc. is also mentioned. Furthermore, what coat | covered the other positive electrode active material to at least one part of the positive electrode active material surface is mentioned.
Li w M II PO 4 (7b)
(In the formula, M II represents one or more transition metal elements, and the value of w varies depending on the charge / discharge state of the battery, but usually w represents a number of 0.05 to 1.10.)

上記リチウムと遷移金属元素とを含むケイ酸金属化合物としては、特に限定されないが、例えば、LiSiOで示される化合物が挙げられる。ここで、Mは上記式(6a)と同義であり、tは0〜1の数、uは0〜2の数を示す。 The silicic acid metal compound containing the lithium and a transition metal element is not particularly limited, for example, a compound represented by Li t M u SiO 4 and the like. Here, M is synonymous with said Formula (6a), t shows the number of 0-1 and u shows the number of 0-2.

上記オリビン型リン酸化合物としては、特に限定されないが、例えば、リン酸マンガンオリビン、リン酸コバルトオリビンが挙げられる。   The olivine-type phosphate compound is not particularly limited, and examples thereof include manganese olivine phosphate and cobalt olivine phosphate.

上記リチウム以外の金属の酸化物としては、特に限定されないが、例えば、S、MnO、FeO、FeS、V、V13、TiO、TiS、MoS及びNbSeが挙げられる。 The oxide of a metal other than the lithium, but are not limited to, for example, S, MnO 2, FeO 2 , FeS 2, V 2 O 5, V 6 O 13, TiO 2, TiS 2, MoS 2 and NbSe 2 Is mentioned.

上記導電性高分子としては、特に限定されないが、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が挙げられる。   The conductive polymer is not particularly limited, and examples thereof include polyaniline, polythiophene, polyacetylene, and polypyrrole.

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る。   A positive electrode active material is used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.

正極活物質の数平均粒子径(一次粒子径)は、好ましくは0.05μm〜100μmであり、より好ましくは1μm〜10μmである。透過型電子顕微鏡にて観察した粒子100個をランダムに抽出し、画像解析ソフト(例えば、旭化成エンジニアリング株式会社製の画像解析ソフト、商品名「A像くん」)で解析し、その相加平均を算出することでも得られる。この場合、同じ試料に対して、測定方法間で数平均粒子径が異なる場合は、標準試料を対象として作成した検量線を用いてもよい。   The number average particle diameter (primary particle diameter) of the positive electrode active material is preferably 0.05 μm to 100 μm, more preferably 1 μm to 10 μm. 100 particles observed with a transmission electron microscope are randomly extracted and analyzed with image analysis software (for example, image analysis software manufactured by Asahi Kasei Engineering Co., Ltd., trade name “A Image-kun”). It can also be obtained by calculation. In this case, when the number average particle diameter differs between measurement methods for the same sample, a calibration curve created for the standard sample may be used.

(正極の製造方法)
正極は、例えば、下記のようにして得られる。すなわち、まず、上記正極活物質に対して、必要に応じて、導電助剤やバインダー等を加えて混合した正極合剤を溶剤に分散させて正極合剤含有ペーストを調製する。次いで、この正極合剤含有ペーストを正極集電体に塗布し、乾燥して正極合剤層を形成し、それを必要に応じて加圧し厚みを調整することによって、正極が作製される。
(Production method of positive electrode)
The positive electrode is obtained, for example, as follows. That is, first, a positive electrode mixture-containing paste is prepared by dispersing, in a solvent, a positive electrode mixture obtained by adding a conductive additive, a binder, or the like to the positive electrode active material as necessary. Next, this positive electrode mixture-containing paste is applied to a positive electrode current collector and dried to form a positive electrode mixture layer, which is pressurized as necessary to adjust the thickness, thereby producing a positive electrode.

ここで、正極合剤含有ペースト中の固形分濃度は、好ましくは30〜80質量%であり、より好ましくは40〜70質量%である。   Here, the solid content concentration in the positive electrode mixture-containing paste is preferably 30 to 80% by mass, and more preferably 40 to 70% by mass.

正極集電体は、特に限定されないが、例えば、アルミニウム箔、又はステンレス箔等の金属箔が挙げられる。   Although a positive electrode collector is not specifically limited, For example, metal foil, such as aluminum foil or stainless steel foil, is mentioned.

〔負極〕
負極は、リチウムイオン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。負極は、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材料及び金属リチウムからなる群より選ばれる1種以上の材料を含有する。このような負極は、負極活物質として、金属リチウム、炭素材料、珪素材料、リチウムと合金形成が可能な元素を含む材料、及び、リチウム含有化合物からなる群より選ばれる1種以上を含有すると好ましい。このなかでも、金属リチウム、炭素材料、珪素材料、及びリチウムと合金形成が可能な元素を含む材料からなる群より選ばれる1種以上の材料を含有するとより好ましい。このような負極活物質を用いることにより、電池容量により優れる傾向にある。
[Negative electrode]
A negative electrode will not be specifically limited if it acts as a negative electrode of a lithium ion secondary battery, A well-known thing may be used. The negative electrode contains at least one material selected from the group consisting of a material capable of inserting and extracting lithium ions as a negative electrode active material and metallic lithium. Such a negative electrode preferably contains, as a negative electrode active material, at least one selected from the group consisting of metallic lithium, a carbon material, a silicon material, a material containing an element capable of forming an alloy with lithium, and a lithium-containing compound. . Among these, it is more preferable to contain one or more materials selected from the group consisting of metallic lithium, carbon materials, silicon materials, and materials containing elements capable of forming an alloy with lithium. By using such a negative electrode active material, the battery capacity tends to be superior.

上記炭素材料としては、特に限定されないが、例えば、ハードカーボン、ソフトカーボン、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、カーボンブラックが挙げられる。これらのうち、コークスとしては、特に限定されないが、例えば、ピッチコークス、ニードルコークス及び石油コークスが挙げられる。また、有機高分子化合物の焼成体としては、特に限定されないが、例えば、フェノール樹脂やフラン樹脂等の高分子材料を適当な温度で焼成して炭素化したものである。なお、本実施形態においては、負極活物質に金属リチウムを採用した電池もリチウムイオン二次電池に含めるものとする。   The carbon material is not particularly limited, for example, hard carbon, soft carbon, artificial graphite, natural graphite, graphite, pyrolytic carbon, coke, glassy carbon, organic polymer compound fired body, mesocarbon microbeads, Examples thereof include carbon fiber, activated carbon, graphite, carbon colloid, and carbon black. Among these, the coke is not particularly limited, and examples thereof include pitch coke, needle coke, and petroleum coke. Further, the fired body of the organic polymer compound is not particularly limited. For example, a polymer material such as a phenol resin or a furan resin is fired at a suitable temperature and carbonized. In the present embodiment, a battery employing metallic lithium as the negative electrode active material is also included in the lithium ion secondary battery.

上記珪素材料としては、特に限定されないが、例えば、結晶性珪素化合物,アモルファス珪素化合物,有機ケイ素化合物,珪素と金属とのアロイや合金等が挙げられる。また,ナノ珪素材料や繊維状珪素材料等の各種形態の珪素材料等が挙げられる。   The silicon material is not particularly limited, and examples thereof include crystalline silicon compounds, amorphous silicon compounds, organic silicon compounds, alloys and alloys of silicon and metal, and the like. In addition, various forms of silicon materials such as nano silicon materials and fibrous silicon materials can be used.

さらに、上記リチウムと合金を形成可能な元素を含む材料としては、特に限定されないが、例えば、金属又は半金属の単体であっても合金であっても化合物であってもよく、またこれらの1種又は2種以上の相を少なくとも一部に有するようなものであってもよい。   Further, a material containing an element capable of forming an alloy with lithium is not particularly limited. For example, the material may be a metal or a semimetal alone, an alloy, or a compound. It may have a seed or two or more phases at least partially.

なお、本明細書において、「合金」には、2種以上の金属元素からなるものに加えて、1種以上の金属元素と1種以上の半金属元素とを有するものも含む。また、合金が、その全体として金属の性質を有するものであれば非金属元素を有していてもよい。その合金の組織には固溶体、共晶(共融混合物)、金属間化合物又はこれらのうちの2種以上が共存する。   In the present specification, “alloy” includes, in addition to an alloy composed of two or more metal elements, an alloy having one or more metal elements and one or more metalloid elements. In addition, the alloy may have a nonmetallic element as long as the alloy has metallic properties as a whole. In the alloy structure, a solid solution, a eutectic (eutectic mixture), an intermetallic compound, or two or more of these coexist.

このような金属元素及び半金属元素としては、特に限定されないが、例えば、チタン(Ti)、スズ(Sn)、鉛(Pb)、アルミニウム、インジウム(In)、ケイ素(Si)、亜鉛(Zn)、アンチモン(Sb)、ビスマス(Bi)、ガリウム(Ga)、ゲルマニウム(Ge)、ヒ素(As)、銀(Ag)、ハフニウム(Hf)、ジルコニウム(Zr)及びイットリウム(Y)が挙げられる。   Such metal elements and metalloid elements are not particularly limited. For example, titanium (Ti), tin (Sn), lead (Pb), aluminum, indium (In), silicon (Si), zinc (Zn) , Antimony (Sb), bismuth (Bi), gallium (Ga), germanium (Ge), arsenic (As), silver (Ag), hafnium (Hf), zirconium (Zr) and yttrium (Y).

これらの中でも、長周期型周期表における4族又は14族の金属元素及び半金属元素が好ましく、特に好ましいのはチタン、ケイ素及びスズである。   Among these, metal elements and metalloid elements of Group 4 or 14 in the long-period periodic table are preferable, and titanium, silicon, and tin are particularly preferable.

スズの合金としては、特に限定されないが、例えば、スズ以外の第2の構成元素として、ケイ素、マグネシウム(Mg)、ニッケル、銅、鉄、コバルト、マンガン、亜鉛、インジウム、銀、チタン(Ti)、ゲルマニウム、ビスマス、アンチモン及びクロム(Cr)からなる群より選ばれる1種以上の元素を有するものが挙げられる。   Although it does not specifically limit as an alloy of tin, For example, as a 2nd element other than tin, silicon, magnesium (Mg), nickel, copper, iron, cobalt, manganese, zinc, indium, silver, titanium (Ti) , One having at least one element selected from the group consisting of germanium, bismuth, antimony and chromium (Cr).

ケイ素の合金としては、特に限定されないが、例えば、ケイ素以外の第2の構成元素として、スズ、マグネシウム、ニッケル、銅、鉄、コバルト、マンガン、亜鉛、インジウム、銀、チタン、ゲルマニウム、ビスマス、アンチモン及びクロムからなる群より選ばれる1種以上の元素を有するものが挙げられる。   The silicon alloy is not particularly limited. For example, as the second constituent element other than silicon, tin, magnesium, nickel, copper, iron, cobalt, manganese, zinc, indium, silver, titanium, germanium, bismuth, antimony And one having at least one element selected from the group consisting of chromium.

チタンの化合物、スズの化合物及びケイ素の化合物としては、特に限定されないが、例えば酸素(O)又は炭素(C)を有するものが挙げられ、チタン、スズ又はケイ素に加えて、上述の第2の構成元素を有していてもよい。   The titanium compound, the tin compound, and the silicon compound are not particularly limited, and examples thereof include those having oxygen (O) or carbon (C). In addition to titanium, tin, or silicon, the second compound described above is used. It may have a constituent element.

リチウム含有化合物も挙げられる。リチウム含有化合物としては、正極材料として例示したものと同じものを用いることができる。   Also included are lithium-containing compounds. As the lithium-containing compound, the same compounds as those exemplified as the positive electrode material can be used.

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。   A negative electrode active material is used individually by 1 type or in combination of 2 or more types.

負極活物質の数平均粒子径(一次粒子径)は、好ましくは0.1μm〜100μm、より好ましくは1μm〜10μmである。負極活物質の数平均粒子径は、正極活物質の数平均粒子径と同様にして測定される。   The number average particle diameter (primary particle diameter) of the negative electrode active material is preferably 0.1 μm to 100 μm, more preferably 1 μm to 10 μm. The number average particle size of the negative electrode active material is measured in the same manner as the number average particle size of the positive electrode active material.

(負極の製造方法)
負極は、例えば、下記のようにして得られる。すなわち、まず、上記負極活物質に対して、必要に応じて、導電助剤やバインダー等を加えて混合した負極合剤を溶剤に分散させて負極合剤含有ペーストを調製する。次いで、この負極合剤含有ペーストを負極集電体に塗布し、乾燥して負極合剤層を形成し、それを必要に応じて加圧し厚みを調整することによって、負極を作製することができる。
(Method for producing negative electrode)
A negative electrode is obtained as follows, for example. That is, first, a negative electrode mixture-containing paste is prepared by dispersing, in a solvent, a negative electrode mixture prepared by adding a conductive additive or a binder to the negative electrode active material, if necessary. Next, the negative electrode mixture-containing paste is applied to a negative electrode current collector and dried to form a negative electrode mixture layer, which is pressurized as necessary to adjust the thickness, whereby a negative electrode can be produced. .

ここで、負極合剤含有ペースト中の固形分濃度は、好ましくは30〜80質量%であり、より好ましくは40〜70質量%である。   Here, the solid content concentration in the negative electrode mixture-containing paste is preferably 30 to 80% by mass, and more preferably 40 to 70% by mass.

負極集電体は、特に限定されないが、例えば、銅箔、ニッケル箔又はステンレス箔等の金属箔が挙げられる。   Although a negative electrode collector is not specifically limited, For example, metal foil, such as copper foil, nickel foil, or stainless steel foil, is mentioned.

正極及び負極の作製にあたって、必要に応じて用いられる導電助剤としては、特に限定されないが、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。導電助剤の数平均粒子径(一次粒子径)は、好ましくは0.1μm〜100μmであり、より好ましくは1μm〜10μmであり、正極活物質の数平均粒子径と同様にして測定される。また、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。   In the production of the positive electrode and the negative electrode, the conductive aid used as necessary is not particularly limited, and examples thereof include carbon black typified by graphite, acetylene black and ketjen black, and carbon fibers. The number average particle size (primary particle size) of the conductive assistant is preferably 0.1 μm to 100 μm, more preferably 1 μm to 10 μm, and is measured in the same manner as the number average particle size of the positive electrode active material. Examples of the binder include polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyacrylic acid, styrene butadiene rubber, and fluorine rubber.

〔セパレータ〕
本実施形態のリチウムイオン電池は、正負極の短絡防止等の安全性付与ために、正極と負極との間にセパレータ備える。セパレータとしては、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。
[Separator]
The lithium ion battery of this embodiment includes a separator between the positive electrode and the negative electrode in order to provide safety such as prevention of short circuit between the positive and negative electrodes. As the separator, an insulating thin film having high ion permeability and excellent mechanical strength is preferable.

本実施形態におけるセパレータの材質は、特に限定されないが、例えば、セラミック、ガラス、樹脂及びセルロースが挙げられる。樹脂としては、合成樹脂であっても天然樹脂(天然高分子)であってもよく、また、有機樹脂であっても無機樹脂であってもよいが、セパレータとしての性能に優れるという観点から、有機樹脂であることが好ましい。   Although the material of the separator in this embodiment is not specifically limited, For example, a ceramic, glass, resin, and a cellulose are mentioned. The resin may be a synthetic resin or a natural resin (natural polymer), and may be an organic resin or an inorganic resin. From the viewpoint of excellent performance as a separator, An organic resin is preferred.

有機樹脂としては、特に限定されないが、例えば、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリアミド、並びに、液晶ポリエステル及びアラミド等の耐熱樹脂が挙げられる。   Although it does not specifically limit as organic resin, For example, heat resistant resins, such as polyolefin, polyester, polyamide, liquid crystal polyester, and aramid, are mentioned.

また、無機樹脂としては、特に限定されないが、例えば、シリコーン樹脂などが挙げられる。   Moreover, it does not specifically limit as inorganic resin, For example, a silicone resin etc. are mentioned.

セパレータの材質は、耐熱性の観点から、セラミック及びガラスが好ましく、ハンドリング性及び耐熱性の観点から、ポリエステル、ポリアミド、液晶ポリエステル、アラミド、及びセルロースが好ましい。また、コスト及び加工性の観点から、ポリオレフィンが好ましい。これらの材質のうち、樹脂を採用する場合、単独重合体でも共重合体でもよく、また、複数種の樹脂の混合体及びアロイを用いてもよい。   The material of the separator is preferably ceramic and glass from the viewpoint of heat resistance, and polyester, polyamide, liquid crystal polyester, aramid, and cellulose are preferable from the viewpoint of handling properties and heat resistance. Further, from the viewpoint of cost and processability, polyolefin is preferable. Among these materials, when a resin is employed, it may be a homopolymer or a copolymer, and a mixture of a plurality of types of resins and an alloy may be used.

また、セパレータは、複数の材質の膜を積層した積層体であってもよい。セパレータが積層体の場合、各層の材質が互いに同じものであっても異なるものであってもよい。   Further, the separator may be a laminated body in which films made of a plurality of materials are laminated. When the separator is a laminate, the material of each layer may be the same or different.

(セパレータの製造方法)
積層体のセパレータを作製する場合、ある層を別の層上に形成することを繰り返すことで順に積層して、すなわち逐次多層化して作製してもよく、それぞれ別に作製した複数の膜を張り合わせることで積層体を作製してもよい。
(Manufacturing method of separator)
In the case of manufacturing a separator of a laminated body, it may be manufactured by sequentially stacking a certain layer on another layer, that is, by sequentially multilayering, and a plurality of separate films may be bonded together. Thus, a laminate may be produced.

本実施形態におけるセパレータの形態としては、例えば、合成樹脂を製膜して製造した合成樹脂性微多孔膜、合成樹脂又は天然高分子を紡糸した繊維、ガラス繊維又はセラミック繊維を加工した織布、不織布、編布、抄紙、並びに、合成樹脂、セラミック粒子及びガラスの微粒子を配列して作製した膜が挙げられる。   As the form of the separator in the present embodiment, for example, a synthetic resin microporous film produced by forming a synthetic resin film, a fiber spun from a synthetic resin or a natural polymer, a woven fabric processed from glass fiber or ceramic fiber, Nonwoven fabrics, knitted fabrics, papermaking, and films prepared by arranging synthetic resin, ceramic particles, and glass fine particles are listed.

本実施形態におけるセパレータは、膜の補強、充放電の補助、耐熱性向上等の観点から、上記以外の成分、例えば、有機フィラー、無機フィラー、有機粒子、無機粒子をセパレータの表面及び/又は内部に含んでもよい。   The separator in the present embodiment is a component other than the above, for example, an organic filler, an inorganic filler, an organic particle, and an inorganic particle on the surface and / or inside of the separator from the viewpoints of membrane reinforcement, charge / discharge assist, heat resistance improvement, and the like. May be included.

〔リチウムイオン二次電池の作製方法〕
本実施形態におけるリチウムイオン二次電池の作製方法としては、一般的な方法を用いればよく、特に限定されないが、例えば下記の方法を選択することができる。
[Production method of lithium ion secondary battery]
A general method may be used as a method for manufacturing the lithium ion secondary battery in the present embodiment, and is not particularly limited. For example, the following method can be selected.

まず、電池ケース(外装)に、正極、負極及びセパレータを用いて作製された積層体を収容することで電池構造体を作製する。そして、その中に、本実施形態の電解液を注入することで電池を作製することができる。   First, a battery structure is produced by housing a laminate produced using a positive electrode, a negative electrode, and a separator in a battery case (exterior). And a battery can be produced by injecting the electrolytic solution of the present embodiment into it.

積層体は、例えば、まず、正極と負極とを、その間に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に成形したり、それらを折り曲げや複数層の積層等によって、交互に積層した複数の正極と負極との間にセパレータが介在する積層体に成形したりすることで作製できる。   For example, the laminated body is formed by first winding a positive electrode and a negative electrode in a laminated state with a separator interposed therebetween to form a laminated body having a wound structure, or by alternately bending or laminating them. It can produce by shape | molding into the laminated body in which a separator interposes between the some positive electrode and negative electrode which were laminated | stacked.

本実施形態における電池の製造方法においては、電池内部を加圧したり、減圧したりする工程を含むこともできる。加圧や減圧の方法は特に限定されず、また、上記加熱と、減圧や加圧を同時に行っても別々に行ってもよい。これらの工程を経ることにより、電池構造体の電極及びセパレータへの電解液の含浸性が向上し得ることがある。   The battery manufacturing method according to the present embodiment may include a step of pressurizing or depressurizing the inside of the battery. The method of pressurization or decompression is not particularly limited, and the heating and the decompression or pressurization may be performed simultaneously or separately. By passing through these steps, the impregnation property of the electrolyte into the electrode and separator of the battery structure may be improved.

上述の各工程を経た後、必要に応じて、電池構造体に残りの部材を組み込んだり、電池ケース(外装)が完全に密閉(シール)されていない場合には密閉したりして、電池を得ることができる。なお、必要に応じて、上述の各工程を経た後に、電池の余剰部を除去する等形状を整えたり、電池の再締め付けや再シールを行ったりしてもよい。   After passing through the above steps, if necessary, the remaining members are incorporated into the battery structure, and if the battery case (exterior) is not completely sealed (sealed), the battery is sealed. Can be obtained. In addition, after passing through each process mentioned above as needed, you may prepare shapes, such as removing the excess part of a battery, or may retighten or reseal a battery.

本実施形態における電池の形状は、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、扁平形及びラミネート形が好ましい。その中でも、コイン型、円筒型、角筒型、扁平型及びラミネート型がより好ましく、コイン型及びラミネート型がさらに好ましい。このような形状の電池は、電解液と電池構造体との親和性をより高めることができ、本実施形態における電解液が有する様々な性能を一層高く発現し、また、電池の製造も比較的容易である。また、電池の大きさについても特に限定されず、複数個の電池を重ねたり並べたりする構造も、多数種の電池を併用することも可能である。また、ラミネート型の電池の中でも、軽量性、耐久性、取扱い性及びコスト等の観点から、電池ケース(外装)が、アルミニウムラミネート材のようにアルミニウムフィルムと樹脂とを積層して構成されるものであることがさらに好ましい。   The shape of the battery in the present embodiment is not particularly limited, and for example, a cylindrical shape, an oval shape, a rectangular tube shape, a button shape, a coin shape, a flat shape, and a laminate shape are preferable. Among these, a coin type, a cylindrical type, a rectangular tube type, a flat type and a laminate type are more preferable, and a coin type and a laminate type are more preferable. The battery having such a shape can further enhance the affinity between the electrolytic solution and the battery structure, expresses various performances of the electrolytic solution in the present embodiment to a higher level, and is relatively easy to manufacture the battery. Easy. Also, the size of the battery is not particularly limited, and a structure in which a plurality of batteries are stacked or arranged can be used in combination with many kinds of batteries. Also, among laminated batteries, the battery case (exterior) is constructed by laminating an aluminum film and a resin like an aluminum laminate material from the viewpoint of lightness, durability, handleability, cost, etc. More preferably.

本実施形態のリチウムイオン二次電池は、初回充電により電池として機能し得るが、初回充電の際に含フッ素カーボネートを含む電解液の一部が分解することにより安定化する。本実施形態におけ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で行われることがさらに好ましい。また、初回充電が定電圧充電を途中に経由して行われることも好ましい結果を与える。なお、定格容量を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、正極を含めた内部抵抗の増加を抑制する効果がある。また、反応生成物が負極のみに強固に固定化されることなく、何らかの形で正極やセパレータ等、負極以外の部材にも良好な効果を与えるため、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。
本実施形態の非水二次電池は、直列あるいは並列につないで使用することもできる。なお、電池パックの充放電状態を管理する観点から、使用電圧範囲は2〜5Vであることが好ましく、2.5〜4.9Vであることがより好ましい。
Although the lithium ion secondary battery of this embodiment can function as a battery by the first charge, it is stabilized when a part of the electrolytic solution containing the fluorinated carbonate is decomposed during the first charge. Although there is no restriction | limiting in particular about the method of the initial charge in this embodiment, It is preferable that initial charge is performed at 0.001-0.3C, It is more preferable to be performed at 0.002-0.25C, 0.003 More preferably, it is carried out at ~ 0.2C. In addition, it is also preferable that the initial charging is performed via the constant voltage charging in the middle. In addition, the constant current which discharges rated capacity in 1 hour is 1C. By setting the voltage range in which the lithium salt is involved in the electrochemical reaction to be long, SEI is formed on the electrode surface, which has an effect of suppressing an increase in internal resistance including the positive electrode. In addition, since the reaction product is not firmly fixed only on the negative electrode, and in some form it has a good effect on other members such as the positive electrode and the separator, the electrochemical property of the lithium salt dissolved in the electrolyte It is very effective to perform the first charge in consideration of the reaction.
The non-aqueous secondary battery of this embodiment can also be used in series or in parallel. In addition, from the viewpoint of managing the charge / discharge state of the battery pack, the operating voltage range is preferably 2 to 5 V, and more preferably 2.5 to 4.9 V.

以下、実施例等によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。なお、非水二次電池の各種特性は下記のようにして測定、評価した。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example etc. demonstrate this invention further in detail, this invention is not limited to these Examples. Various characteristics of the nonaqueous secondary battery were measured and evaluated as follows.

(1)非水電解液の調製
非水電解液を構成する成分を所定量準備し、アルゴン雰囲気下で撹拌することで電解液を得た。組成を表1に示す。
(1) Preparation of non-aqueous electrolyte A predetermined amount of components constituting the non-aqueous electrolyte was prepared and stirred in an argon atmosphere to obtain an electrolyte. The composition is shown in Table 1.

(2)リチウムイオン二次電池の作製 (2) Preparation of lithium ion secondary battery

(正極の作製)
下記正極活物質と、下記導電助剤と、PVdFとを、混合酸化物:グラファイト炭素粉末:アセチレンブラック粉末:PVdF=100:4.2:1.8:4.6の質量比で混合した。得られた混合物に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、スラリー状の溶液を調製した。このスラリー状の溶液を厚さ20μmのアルミニウム箔の片面に塗布し、溶剤を乾燥除去した後、ロールプレスで圧延した。圧延後のものを直径16mmの円盤状に打ち抜いて正極を得た。
(正極原料)
正極活物質:
数平均粒子径11μmのリチウム、ニッケル、マンガン及びコバルト混合酸化物
導電助剤:
数平均粒子径6.5μmのグラファイト炭素粉末
数平均粒子径48nmのアセチレンブラック粉末
PVdF
(Preparation of positive electrode)
The following positive electrode active material, the following conductive additive, and PVdF were mixed at a mass ratio of mixed oxide: graphite carbon powder: acetylene black powder: PVdF = 100: 4.2: 1.8: 4.6. To the obtained mixture, N-methyl-2-pyrrolidone was added so as to have a solid content of 68% by mass and further mixed to prepare a slurry-like solution. This slurry-like solution was applied to one side of an aluminum foil having a thickness of 20 μm, and the solvent was dried and removed, followed by rolling with a roll press. The rolled product was punched into a disk shape having a diameter of 16 mm to obtain a positive electrode.
(Positive electrode material)
Positive electrode active material:
Lithium, nickel, manganese and cobalt mixed oxide conductive assistant with a number average particle diameter of 11 μm:
Graphite carbon powder with a number average particle size of 6.5 μm Acetylene black powder PVdF with a number average particle size of 48 nm

(負極の作製)
下記負極活物質と、下記バインダーとを、グラファイト炭素粉末(I):グラファイト炭素粉末(II):カルボキシメチルセルロース溶液:ジエン系ゴム=90:10:1.44:1.76の固形分質量比で全体の固形分濃度が45質量%になるように混合して、スラリー状の溶液を調製した。このスラリー状の溶液を厚さ10μmの銅箔の片面に塗布し、溶剤を乾燥除去した後、ロールプレスで圧延した。圧延後のもの直径16mmの円盤状に打ち抜いて負極をそれぞれ得た。
(負極原料)
負極活物質:
数平均粒子径12.7μmのグラファイト炭素粉末(I)
数平均粒子径6.5μmのグラファイト炭素粉末(II)
バインダー:
カルボキシメチルセルロース溶液(固形分濃度1.83質量%)
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、分散媒:水、固形分濃度40質量%)
(Preparation of negative electrode)
The following negative electrode active material and the following binder are mixed at a solid mass ratio of graphite carbon powder (I): graphite carbon powder (II): carboxymethyl cellulose solution: diene rubber = 90: 10: 1.44: 1.76. A slurry-like solution was prepared by mixing so that the total solid concentration was 45% by mass. The slurry solution was applied to one side of a 10 μm thick copper foil, and the solvent was removed by drying, followed by rolling with a roll press. The negative electrode was obtained by punching into a disk shape having a diameter of 16 mm after rolling.
(Anode raw material)
Negative electrode active material:
Graphite carbon powder (I) having a number average particle diameter of 12.7 μm
Graphite carbon powder (II) having a number average particle diameter of 6.5 μm
binder:
Carboxymethylcellulose solution (solids concentration 1.83% by mass)
Diene rubber (glass transition temperature: −5 ° C., number average particle size upon drying: 120 nm, dispersion medium: water, solid content concentration 40% by mass)

(リチウムイオン二次電池の製造)
上述のようにして作製した正極と負極とをポリエチレンからなるセパレータ(膜厚25μm、空孔率50%、孔径0.1μm〜1μm)の両側に重ね合わせた積層体を、SUS製の円盤型電池ケースに挿入した。次いで、その電池ケース内に電解液を0.4mL注入し、積層体を電解液に浸漬した後、電池ケースを密閉してリチウムイオン二次電池(小型電池)を作製した。測定用のリチウムイオン二次電池は、1C=6.0mAとなるように作製した。作製した電池は0.2Cで充電し、0.3C放電することで初期コンディショニングを行って完成させた。
(Manufacture of lithium ion secondary batteries)
A laminate made by stacking a positive electrode and a negative electrode produced as described above on both sides of a separator made of polyethylene (film thickness: 25 μm, porosity: 50%, pore diameter: 0.1 μm to 1 μm) is a SUS disk type battery. Inserted into the case. Next, 0.4 mL of the electrolytic solution was injected into the battery case, and the laminate was immersed in the electrolytic solution. Then, the battery case was sealed to produce a lithium ion secondary battery (small battery). A lithium ion secondary battery for measurement was prepared so that 1C = 6.0 mA. The fabricated battery was completed by performing initial conditioning by charging at 0.2C and discharging at 0.3C.

(3)評価
上述のようにして得られた電解液を用いて以下の電池評価を行った。これらの評価は、アスカ電子(株)製充放電装置ACD−01(商品名)及び二葉科学社製恒温槽PLM−63S(商品名)を用いて行った。
(3) Evaluation The following battery evaluation was performed using the electrolytic solution obtained as described above. These evaluations were performed using a charge / discharge device ACD-01 (trade name) manufactured by Asuka Electronics Co., Ltd. and a thermostat PLM-63S (trade name) manufactured by Futaba Kagaku Co., Ltd.

(3)−1 放電容量測定
6.0mAの定電流で充電し、4.2Vに到達した後、4.2Vの定電圧で充電し、合計8時間充電を行った。その後、定電流で3.0Vまで放電したときの放電容量を求めた。放電電流は6mA条件で行った。なお、この測定は25℃の環境下で行った。
(3) -1 Discharge capacity measurement The battery was charged with a constant current of 6.0 mA, reached 4.2 V, charged with a constant voltage of 4.2 V, and charged for a total of 8 hours. Then, the discharge capacity when discharging to 3.0 V with a constant current was determined. The discharge current was 6 mA. This measurement was performed in an environment of 25 ° C.

(3)−2 高温サイクル試験
6.0mAの定電流で充電し、4.2Vに到達した後、4.2Vの定電圧で充電し、合計8時間充電を行った。その後、6.0mAの定電流で3.0Vまで放電し、ここまでを1サイクルの充放電サイクルとした。この充放電サイクルを50℃で100サイクル実施し、2サイクル目に対する100サイクル目の放電容量の値を放電容量維持率(A)として算出した。
(3) -2 High-temperature cycle test After charging at a constant current of 6.0 mA and reaching 4.2 V, the battery was charged at a constant voltage of 4.2 V and charged for a total of 8 hours. Then, it discharged to 3.0V with the constant current of 6.0mA, and let it be 1 cycle charging / discharging cycle. This charge / discharge cycle was carried out at 50 ° C. for 100 cycles, and the value of the discharge capacity at the 100th cycle relative to the second cycle was calculated as the discharge capacity retention rate (A).

(3)−3 高電圧サイクル試験
6.0mAの定電流で充電し、4.5Vに到達した後、4.5Vの定電圧で充電し、合計8時間充電を行った。その後、6.0mAの定電流で3.0Vまで放電し、ここまでを1サイクルの充放電サイクルとした。この充放電サイクルを50℃で50サイクル実施し、2サイクル目に対する100サイクル目の放電容量の値を放電容量維持率(B)として算出した。
(3) -3 High-voltage cycle test After charging with a constant current of 6.0 mA and reaching 4.5 V, the battery was charged with a constant voltage of 4.5 V and charged for a total of 8 hours. Then, it discharged to 3.0V with the constant current of 6.0mA, and let it be 1 cycle charging / discharging cycle. This charge / discharge cycle was carried out at 50 ° C. for 50 cycles, and the value of the discharge capacity at the 100th cycle relative to the second cycle was calculated as the discharge capacity retention rate (B).

(3)−4 高温保存試験
2.0mAの定電流で充電し、4.2Vに到達した後、4.2Vの定電圧で充電し、合計8時間充電を行った。その後、3.0mAの定電流で3.0Vまでの放電を行った。続いて6.0mAの定電流で充電し、4.2Vの定電圧に達した後、4.2Vの定電圧で合計8時間充電を行い、充電が終了した後に充電状態の電池を50℃で20日間保管した。保管後のリチウムイオン二次電池について、25℃において6.0mAの定電流で3.0Vまでの放電を行った。このときの放電容量を残存容量として求めた。その後、再度6.0mAの定電流で4.2Vまで充電し、4.2Vに達した後に4.2Vの定電圧で合計8時間充電を行い、6.0mAの定電流で3.0Vまでの放電を行った。このときの放電容量を回復容量として求めた。
(3) -4 High-temperature storage test After charging at a constant current of 2.0 mA and reaching 4.2 V, the battery was charged at a constant voltage of 4.2 V and charged for a total of 8 hours. Thereafter, discharging was performed up to 3.0 V with a constant current of 3.0 mA. Subsequently, the battery is charged at a constant current of 6.0 mA, reaches a constant voltage of 4.2 V, is charged at a constant voltage of 4.2 V for a total of 8 hours, and after charging is completed, the charged battery is charged at 50 ° C. Stored for 20 days. The lithium ion secondary battery after storage was discharged to 3.0 V at a constant current of 6.0 mA at 25 ° C. The discharge capacity at this time was determined as the remaining capacity. After that, the battery is charged again to 4.2 V with a constant current of 6.0 mA, and after reaching 4.2 V, it is charged with a constant voltage of 4.2 V for a total of 8 hours, and is charged to 3.0 V with a constant current of 6.0 mA. Discharge was performed. The discharge capacity at this time was determined as the recovery capacity.

表1に電池評価の結果を示す。実施例1〜9に示すように、本発明の電解液を用いた電池ではいずれの組成においても良好な電池特性が認められた。一方、比較例においては、フッ素を原子を有しない場合には高温サイクル試験において低い性能となり、カーボネート基を2以上持つ化合物を有しない場合には高温サイクル試験と高温保存試験において低い性能となった。また、カーボネート基を2以上持つ化合物が多い場合には全てにおいて低い性能となり、カーボネート基を2つ持つ化合物の導入量は適正にする必要があることが示された。   Table 1 shows the results of battery evaluation. As shown in Examples 1 to 9, good battery characteristics were observed in any composition of the battery using the electrolytic solution of the present invention. On the other hand, in the comparative example, when the fluorine does not have an atom, the performance is low in the high temperature cycle test, and when the compound having two or more carbonate groups is not included, the performance is low in the high temperature cycle test and the high temperature storage test. . Moreover, when there were many compounds which have 2 or more carbonate groups, it became low performance in all, and it was shown that the introduction amount of the compound which has 2 carbonate groups needs to be appropriate.

FEC:4−フルオロ―1,3−ジオキソラン―2−オン
t−DFEC:4,5−ジフルオロ―1,3−ジオキソラン―2−オン(トランス体)
c−DFEC:4,5−ジフルオロ―1,3−ジオキソラン―2−オン(シス体)
FDMC、DFDMC(1)〜(2)、TFDMC:
含フッ素エーテル:ダイキン工業製 商品名T−1216
カーボネート(a)〜(c):
FEC: 4-fluoro-1,3-dioxolane-2-one t-DFEC: 4,5-difluoro-1,3-dioxolane-2-one (trans form)
c-DFEC: 4,5-difluoro-1,3-dioxolan-2-one (cis isomer)
FDMC, DFDMC (1) to (2), TFDMC:
Fluorine-containing ether: Product name T-1216, manufactured by Daikin Industries
Carbonates (a) to (c):

以上のように、本発明の非水電解質であれば、より良好で安定したSEIが形成されることで、高温耐久性と耐電圧性能とを共に有する非水二次電池を実現できることが示された。   As described above, it is shown that the nonaqueous electrolyte of the present invention can realize a nonaqueous secondary battery having both high temperature durability and withstand voltage performance by forming better and stable SEI. It was.

本発明の非水電解液は、電気化学デバイス用の電解液、特に、リチウムイオン二次電池用の電解液として産業上の利用可能性を有する。   The nonaqueous electrolytic solution of the present invention has industrial applicability as an electrolytic solution for electrochemical devices, particularly as an electrolytic solution for lithium ion secondary batteries.

Claims (9)

フッ素原子を有するカーボネート化合物と、
該フッ素原子を有するカーボネート化合物100質量部に対して0.0001質量部以上10質量部以下の、カーボネート基を2以上有する化合物と、
リチウム塩と、
を含む、非水電気化学デバイス用電解液。
A carbonate compound having a fluorine atom;
0.0001 parts by mass or more and 10 parts by mass or less of a compound having 2 or more carbonate groups with respect to 100 parts by mass of the carbonate compound having fluorine atoms,
Lithium salt,
An electrolyte for non-aqueous electrochemical devices.
前記フッ素原子を有するカーボネート化合物が、フッ素原子を有する環状カーボネート化合物を含む、請求項1に記載の非水電気化学デバイス用電解液。   The electrolyte solution for nonaqueous electrochemical devices according to claim 1, wherein the carbonate compound having a fluorine atom includes a cyclic carbonate compound having a fluorine atom. 前記カーボネート基を2以上有する化合物が、環状カーボネート基を有する、請求項1又は2に記載の非水電気化学デバイス用電解液。   The electrolyte solution for nonaqueous electrochemical devices according to claim 1 or 2, wherein the compound having two or more carbonate groups has a cyclic carbonate group. 2cP以下の粘度を有する非プロトン性溶媒をさらに含む、請求項1〜3のいずれか1項に記載の非水電気化学デバイス用電解液。   The electrolyte solution for nonaqueous electrochemical devices according to any one of claims 1 to 3, further comprising an aprotic solvent having a viscosity of 2 cP or less. 前記非プロトン性溶媒が、フッ素原子を有する溶媒を含む、請求項1〜4のいずれか1項に記載の非水電気化学デバイス用電解液。   The electrolyte solution for nonaqueous electrochemical devices according to claim 1, wherein the aprotic solvent contains a solvent having a fluorine atom. 請求項1〜5のいずれか1項に記載の非水電気化学デバイス用電解液を含む、リチウムイオン二次電池用電解液。   The electrolyte solution for lithium ion secondary batteries containing the electrolyte solution for nonaqueous electrochemical devices of any one of Claims 1-5. 請求項1〜5のいずれか1項に記載の非水電気化学デバイス用電解液又は請求項6に記載のリチウムイオン二次電池用電解液と、正極と、負極と、を備え、
前記正極は、リチウムイオンを吸蔵及び放出することが可能な材料な、1種以上の正極活物質を含有し、
前記負極は、リチウムイオンを吸蔵及び放出することが可能な材料及び金属リチウムからなる群より選ばれる1種以上の負極活物質を含有する、
リチウムイオン二次電池。
An electrolyte solution for a non-aqueous electrochemical device according to any one of claims 1 to 5 or an electrolyte solution for a lithium ion secondary battery according to claim 6, a positive electrode, and a negative electrode.
The positive electrode contains one or more positive electrode active materials that are materials capable of inserting and extracting lithium ions,
The negative electrode contains one or more negative electrode active materials selected from the group consisting of a material capable of inserting and extracting lithium ions and metallic lithium.
Lithium ion secondary battery.
前記正極活物質は、リチウム含有化合物を含む、請求項7に記載のリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary battery according to claim 7, wherein the positive electrode active material includes a lithium-containing compound. 前記負極活物質は、金属リチウム、炭素材料、珪素材料、及び、リチウムと合金形成が可能な元素を含む材料からなる群より選ばれる1種以上の材料を含む、請求項7又は8に記載のリチウムイオン二次電池。   The negative electrode active material according to claim 7 or 8, comprising at least one material selected from the group consisting of metallic lithium, a carbon material, a silicon material, and a material containing an element capable of forming an alloy with lithium. Lithium ion secondary battery.
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