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JP2011070773A - Lithium ion battery electrode - Google Patents

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JP2011070773A
JP2011070773A JP2009209775A JP2009209775A JP2011070773A JP 2011070773 A JP2011070773 A JP 2011070773A JP 2009209775 A JP2009209775 A JP 2009209775A JP 2009209775 A JP2009209775 A JP 2009209775A JP 2011070773 A JP2011070773 A JP 2011070773A
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JP
Japan
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potential
examples
electrolyte
electrode
lithium
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Application number
JP2009209775A
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Japanese (ja)
Inventor
Norifumi Hasegawa
規史 長谷川
Masatoshi Nagahama
昌俊 長濱
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Equos Research Co Ltd
Original Assignee
Equos Research Co Ltd
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Publication date
Application filed by Equos Research Co Ltd filed Critical Equos Research Co Ltd
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Abstract

【課題】電位窓が広くて高い電位においても電解液が分解し難く、充放電が高い正電位の領域にまで及ぶ物質を正極活物質として利用することが可能なリチウムイオン電池用電極を提供する。
【解決手段】本発明のリチウムイオン電池用電極は、XPSによる表面分析を行った場合有機窒素の形態の窒素とアンモニウム塩の形態の窒素との合計が2atm%以上存在する電極である。さらには、リンが1atm%以上存在し、該リンの主成分はP−F結合の形態であってもよく、ホウ素が1atm%以上存在し、該ホウ素の主成分はB−F結合の形態であってもよい。
【選択図】なし
Provided is an electrode for a lithium ion battery in which an electrolyte solution is not easily decomposed even at a high potential with a wide potential window, and a material that extends to a positive potential region with high charge / discharge can be used as a positive electrode active material. .
An electrode for a lithium ion battery according to the present invention is an electrode in which the total of nitrogen in the form of organic nitrogen and nitrogen in the form of ammonium salt is 2 atm% or more when surface analysis is performed by XPS. Further, phosphorus is present in an amount of 1 atm% or more, and the main component of phosphorus may be in the form of PF bond, or boron is present in an amount of 1 atm% or more, and the main component of boron is in the form of BF bond. There may be.
[Selection figure] None

Description

本発明は、電位窓が広く、高電位においても電解液が分解し難いリチウムイオン電池用電極に関する。   The present invention relates to an electrode for a lithium ion battery in which a potential window is wide and an electrolytic solution is hardly decomposed even at a high potential.

従来のリチウムイオン電池は、正極としてコバルト酸リチウム(LiCoO2)、ニッケル酸リチウム(LiNiO2)、これらの固溶体、マンガン酸リチウム(LiMn24)等を用い、負極として黒鉛等の炭素からなる負極材料を用いている。そして、エチレンカーボネートやプロピレンカーボネート等の液状の有機化合物を溶媒に、リチウム塩を溶質として溶解させた電解液を用いている。 A conventional lithium ion battery uses lithium cobaltate (LiCoO 2 ), lithium nickelate (LiNiO 2 ), a solid solution thereof, lithium manganate (LiMn 2 O 4 ) or the like as a positive electrode, and consists of carbon such as graphite as a negative electrode. A negative electrode material is used. An electrolytic solution in which a liquid organic compound such as ethylene carbonate or propylene carbonate is dissolved in a solvent and a lithium salt as a solute is used.

こうしたリチウムイオン電池のエネルギー密度をさらに高めるべく、新たな正極活物質の探索が進められている。このような正極活物質として、例えば、LiNiPO、LiCoPO、LiNiPOF及びLiCoPOF等のオリビン型結晶構造を有する正極活物質が提案されている(特許文献1及び特許文献2)。これらの正極活物質をリチウムイオン電池に利用すれば、起電力の大きな電池となるため、理論的には、大きなエネルギー密度を有するリチウムイオン電池となるはずである。 In order to further increase the energy density of such a lithium ion battery, a search for a new positive electrode active material is underway. As such a positive electrode active material, for example, a positive electrode active material having an olivine type crystal structure such as LiNiPO 4 , LiCoPO 4 , Li 2 NiPO 4 F, and Li 2 CoPO 4 F has been proposed (Patent Document 1 and Patent Document). 2). If these positive electrode active materials are used in a lithium ion battery, a battery with a large electromotive force is obtained. Therefore, theoretically, a lithium ion battery having a large energy density should be obtained.

特許第3624205号Patent No. 3624205 特許第3631202号Patent No. 3631202

しかし、上記のオリビン型結晶構造を有する正極活物質は、充電反応が極めて高い電位において起こるため、電解液が分解して変質してしまい、折角の高い起電力を発揮することができず、エネルギー密度の高い電池の実用化が困難となっていた。また、正極を構成する導電助剤や、集電体や、電極ケースも充電時の高い電位によって腐食してしまうという問題があった。   However, in the positive electrode active material having the above olivine type crystal structure, since the charging reaction occurs at a very high potential, the electrolytic solution is decomposed and deteriorated, and the electromotive force having a high angle cannot be exhibited. It has been difficult to put high-density batteries into practical use. In addition, there has been a problem that the conductive assistant, the current collector, and the electrode case constituting the positive electrode are corroded by a high potential during charging.

本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであり、高い電位においても電解液が分解し難く、耐食性に優れたリチウムイオン電池用電極を提供することを解決すべき課題としている。   The present invention has been made in view of the above-described conventional situation, and an object to be solved is to provide an electrode for a lithium ion battery which is difficult to decompose even at a high potential and has excellent corrosion resistance.

本発明者らは、上記従来の課題を解決すべく、リチウムイオン電池用電極の前処理として電極表面に耐食性皮膜を形成させることを考えた。その結果、ニトリル基を有する有機溶媒を用いたリチウムイオン電池用電解液中で電極に正電圧を付与することにより、電位窓が著しく広がることを発見した。さらに、このような処理によって電位窓が広がった電極の表面分析を行なったところ、有機窒素の形態の窒素とアンモニウム塩の形態の窒素を含む皮膜が形成されており、この様な皮膜をリチウムイオン電池用電極に形成させることにより、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。   In order to solve the above-described conventional problems, the present inventors considered forming a corrosion-resistant film on the electrode surface as a pretreatment of the electrode for a lithium ion battery. As a result, it has been found that the potential window is remarkably widened by applying a positive voltage to the electrode in an electrolyte for a lithium ion battery using an organic solvent having a nitrile group. Furthermore, when the surface analysis of the electrode with the potential window widened by such treatment was performed, a film containing nitrogen in the form of organic nitrogen and nitrogen in the form of ammonium salt was formed. The present inventors have found that the above problems can be solved by forming the battery electrode, and have completed the present invention.

すなわち、本発明の第1の局面のリチウムイオン電池用電極は、XPSによる表面分析を行った場合有機窒素の形態の窒素とアンモニウム塩の形態の窒素との合計が2atm%以上存在する皮膜が形成されていることを特徴とする。   That is, the lithium ion battery electrode according to the first aspect of the present invention forms a film in which the total of nitrogen in the form of organic nitrogen and nitrogen in the form of ammonium salt is 2 atm% or more when surface analysis is performed by XPS. It is characterized by being.

また、本発明者らは、皮膜中にさらにP−F結合を主体とするリンを存在させたものが、高い電位においても電解液が分解し難く、耐食性に優れていることを見出した。
すなわち、本発明の第2の局面のリチウムイオン電池用電極は、第1の局面のリチウムイオン電池用電極であって、XPSによる表面分析を行った場合リンが1atm%以上存在し、該リンの主成分はP−F結合の形態であることを特徴とする。
The present inventors have also found that the presence of phosphorus mainly composed of PF bonds in the film makes the electrolyte difficult to decompose even at a high potential and is excellent in corrosion resistance.
That is, the electrode for a lithium ion battery according to the second aspect of the present invention is the electrode for a lithium ion battery according to the first aspect, and when surface analysis is performed by XPS, phosphorus is present at 1 atm% or more. The main component is a form of PF bond.

さらに、本発明者らは、皮膜中にさらにB−F結合を主体とするホウ素を存在させたものが、高い電位においても電解液が分解し難く、耐食性に優れていることを見出した。
すなわち、本発明の第3の局面のリチウムイオン電池用電極は、第1の局面のリチウムイオン電池用電極であって、XPSによる表面分析を行った場合ホウ素が1atm%以上存在し、該ホウ素の主成分はB−F結合の形態であることを特徴とする。
Furthermore, the present inventors have found that the presence of boron mainly composed of BF bonds in the coating makes the electrolytic solution difficult to decompose even at a high potential, and is excellent in corrosion resistance.
That is, the lithium ion battery electrode according to the third aspect of the present invention is the lithium ion battery electrode according to the first aspect, and when surface analysis is performed by XPS, boron is present in an amount of 1 atm% or more. The main component is in the form of a BF bond.

本発明のリチウムイオン電池用電極は、リチウムイオン電池用正極のみならず、リチウムイオン電池用負極も含まれる。
リチウムイオン電池用正極は、集電体と正極活物質とを備え、正極活物質にはカーボンなどの導電助剤やPTFE等のバインダーが混合されてもよい。集電体、正極活物質及び導電助剤の全ての表面に皮膜が形成されていることが好ましいが、集電体、正極活物質及び導電助剤の一種又は二種に皮膜が形成されていてもよい。
また、リチウムイオン電池用負極は、集電体と負極活物質とを備え、負極活物質はカーボンなどの導電助剤やPTFE等のバインダーが混合されてもよい。集電体、正極活物質及び導電助剤の全ての表面に皮膜が形成されていることが好ましいが、集電体、正極活物質及び導電助剤の一種又は二種に皮膜が形成されていてもよい。
The electrode for a lithium ion battery of the present invention includes not only a positive electrode for a lithium ion battery but also a negative electrode for a lithium ion battery.
The positive electrode for a lithium ion battery includes a current collector and a positive electrode active material, and a conductive assistant such as carbon and a binder such as PTFE may be mixed in the positive electrode active material. It is preferable that a film is formed on all surfaces of the current collector, the positive electrode active material, and the conductive additive, but a film is formed on one or two types of the current collector, the positive electrode active material, and the conductive auxiliary agent. Also good.
The negative electrode for a lithium ion battery may include a current collector and a negative electrode active material, and the negative electrode active material may be mixed with a conductive additive such as carbon and a binder such as PTFE. It is preferable that a film is formed on all surfaces of the current collector, the positive electrode active material, and the conductive additive, but a film is formed on one or two types of the current collector, the positive electrode active material, and the conductive auxiliary agent. Also good.

<本発明のリチウムイオン電池用電極の製造方法>
本発明のリチウムイオン電池用電極は、ニトリル化合物を1容量%以上含む有機溶媒中にリチウム塩が溶解した前処理用電解液中に浸漬し(浸漬処理工程)、前処理用電解液に浸漬された状態で電極に正電圧を付与する(正電圧処理工程)ことにより容易に製造することができる。こうして得られた電極は、XPSによる表面分析を行った場合有機窒素の形態の窒素とアンモニウム塩の形態の窒素との合計が2atm%以上存在する皮膜が形成されており、この皮膜の存在により電位窓が大きく正方向に広がる。このため、前処理を施さない電極では5.2V(対Li/Li+)以下で分解がおこるような電解液(例えば、リチウムイオン電池の電解液としてよく用いられている、エチレンカーボネートとジメトキシカーボネートとの混合溶媒等)を用いても、電解液は5.2V以上の電位においてほとんど分解することがない。このため、充電のための電位が5.2V(対Li/Li+)を超える領域に存在するような高電位酸化還元正極活物質を正極活物質として利用することができ、このため、電池の起電力及びエネルギー密度を極めて高くすることができる。
<The manufacturing method of the electrode for lithium ion batteries of this invention>
The lithium ion battery electrode of the present invention is immersed in a pretreatment electrolyte in which a lithium salt is dissolved in an organic solvent containing 1% by volume or more of a nitrile compound (immersion treatment step), and is immersed in the pretreatment electrolyte. In this state, it can be easily manufactured by applying a positive voltage to the electrode (positive voltage processing step). When the surface analysis by XPS is performed, the electrode obtained in this way is formed with a film in which the total of nitrogen in the form of organic nitrogen and nitrogen in the form of ammonium salt is 2 atm% or more. The window is large and spreads in the positive direction. For this reason, in an electrode that is not subjected to pretreatment, an electrolytic solution that decomposes at 5.2 V (vs. Li / Li + ) or lower (for example, ethylene carbonate and dimethoxy carbonate, which are often used as an electrolytic solution for lithium ion batteries) In the case of using a mixed solvent and the like, the electrolytic solution hardly decomposes at a potential of 5.2 V or higher. Therefore, a high potential redox positive electrode active material that exists in a region where the potential for charging exceeds 5.2 V (vs. Li / Li + ) can be used as the positive electrode active material. The electromotive force and energy density can be made extremely high.

なお、本発明のリチウムイオン電池用電極を、ニトリル化合物を10容量%未満含む有機溶媒にリチウム塩が溶解している電解液を用いたリチウムイオン電池に用いることも好ましい。こうであれば、ニトリル化合物により、充電中においても電位窓を広げる効果が発揮されることとなり、より耐久性の高いリチウムイオン電池となることが期待される。
また、本発明のリチウムイオン電池用電極は、電解質にNaPF、NaBF、NaTFSI等を用いたナトリウムイオン電池用の電解液としても適用可能である。
In addition, it is also preferable to use the electrode for lithium ion batteries of this invention for the lithium ion battery using the electrolyte solution in which lithium salt melt | dissolved in the organic solvent containing less than 10 volume% of nitrile compounds. In this case, the effect of expanding the potential window even during charging is exhibited by the nitrile compound, and it is expected that a lithium ion battery with higher durability will be obtained.
Further, the lithium ion battery electrode of the present invention is also applicable as an electrolyte for a sodium ion battery using the NaPF 6, NaBF 4, NaTFSI like to the electrolyte.

浸漬処理工程に用いる電解液の有機溶媒は、鎖式飽和炭化水素化合物の両末端にニトリル基が結合した鎖式飽和炭化水素ジニトリル化合物、鎖式エーテル化合物の末端の少なくとも一つにニトリル基が結合した鎖式エーテルニトリル化合物及びシアノ酢酸エステルのうち少なくとも一つのニトリル化合物を含むことが好ましい。   The organic solvent of the electrolyte used in the dipping process is a chain saturated hydrocarbon dinitrile compound in which a nitrile group is bonded to both ends of the chain saturated hydrocarbon compound, and a nitrile group is bonded to at least one terminal of the chain ether compound. It is preferable that at least one nitrile compound is included among the chain ether nitrile compound and the cyanoacetate ester.

鎖式飽和炭化水素化合物の両末端にニトリル基が結合した鎖式飽和炭化水素ジニトリル化合物としては、例えば、スクシノニトリルNC(CHCN、グルタロニトリルNC(CHCN、アジポニトリルNC(CHCN、セバコニトリルNC(CHCN、ドデカンジニトリルNC(CH10CNなどのような直鎖状のジニトリル化合物の他、2−メチルグルタロニトリルNCCH(CH)CHCHCN等のように分枝を有していても良い。これらの鎖式飽和炭化水素ジニトリル化合物は、炭素数は特に限定されないが、20以下であることが好ましい。 Examples of the chain saturated hydrocarbon dinitrile compound in which nitrile groups are bonded to both ends of the chain saturated hydrocarbon compound include succinonitrile NC (CH 2 ) 2 CN, glutaronitrile NC (CH 2 ) 3 CN, adiponitrile In addition to linear dinitrile compounds such as NC (CH 2 ) 4 CN, sebaconitrile NC (CH 2 ) 8 CN, dodecanedinitrile NC (CH 2 ) 10 CN, 2-methylglutaronitrile NCCH (CH 3 ) CH 2 CH 2 CN may have a branched as such. These chain saturated hydrocarbon dinitrile compounds are not particularly limited in carbon number, but are preferably 20 or less.

また、鎖式エーテル化合物の末端の少なくとも一つにニトリル基が結合した鎖式エーテルニトリル化合物としては、オキシジプロピオニトリルNCCHCH−O−CHCHCNや、3−メトキシプロピオニトリルCH−O−CHCHCN等が挙げられる。これらの鎖式エーテルニトリル化合物は、炭素数は特に限定されないが、20以下であることが好ましい。 Examples of the chain ether nitrile compound in which a nitrile group is bonded to at least one end of the chain ether compound include oxydipropionitrile NCCH 2 CH 2 —O—CH 2 CH 2 CN and 3-methoxypropionitrile. CH 3 -O-CH 2 CH 2 CN , and the like. These chain ether nitrile compounds are not particularly limited in carbon number, but are preferably 20 or less.

さらに、シアノ酢酸エステルとしてはシアノ酢酸メチル、シアノ酢酸エチル、シアノ酢酸プロピル、シアノ酢酸ブチル等が挙げられる。これらのシアノ酢酸エステルは、炭素数は特に限定されないが、20以下であることが好ましい。   Furthermore, examples of the cyanoacetate include methyl cyanoacetate, ethyl cyanoacetate, propyl cyanoacetate, and butyl cyanoacetate. These cyanoacetic acid esters are not particularly limited in carbon number, but are preferably 20 or less.

また、前処理用電解液中のリチウム塩は、LiPF、LiBF、LiTFSI及びLiBETIのうち少なくとも一つが含まれていることが好ましい。 Moreover, it is preferable that the lithium salt in the pretreatment electrolytic solution contains at least one of LiPF 6 , LiBF 4 , LiTFSI, and LiBETI.

さらに、浸漬処理工程における電解液に用いられている有機溶媒中のニトリル化合物の濃度は1容量%以上である。ニトリル化合物の濃度が1容量%未満では電位窓を広げる効果が小さくなる。好ましくは5容量%以上であり、より好ましくは10容量%以上であり、さらに好ましいのは30容量%以上であり、最も好ましいのは70容量%以上である。   Furthermore, the concentration of the nitrile compound in the organic solvent used for the electrolytic solution in the immersion treatment step is 1% by volume or more. When the concentration of the nitrile compound is less than 1% by volume, the effect of expanding the potential window is reduced. Preferably it is 5 volume% or more, More preferably, it is 10 volume% or more, More preferably, it is 30 volume% or more, Most preferably, it is 70 volume% or more.

本発明のリチウムイオン電池用電極をリチウムイオン電池の電解液に用いれば、電位窓が広いため、充電のための電位が5V(対Li/Li+)を超えた領域に存在するような高電位酸化還元正極活物質を利用することができる。このため、起電力が大きく、エネルギー密度の高い電池とすることができる。 When the electrode for a lithium ion battery of the present invention is used as an electrolyte for a lithium ion battery, the potential window is wide, so that the potential for charging exists in a region exceeding 5 V (vs. Li / Li + ). A redox positive electrode active material can be used. For this reason, it can be set as a battery with a large electromotive force and high energy density.

正電圧付与工程において電極に付与される正電圧は、リチウムイオン電池に組み込まれた時に、充電時に設定される電位よりも高い電位が好ましい。具体的には(Li/Li+)参照電極に対して6Vを超えることが好ましい。発明者らの試験結果によれば、電極に付与される正電圧が(Li/Li+)参照電極に対して6Vを超えると、リチウムイオン電池用の電解液の中で電位窓が劇的に広がり、高電位酸化還元正極活物質を利用することが可能となる。特に好ましいのは6.2V以上であり、さらに好ましいのは6.5V以上であり、最も好ましいのは7V以上である。 The positive voltage applied to the electrode in the positive voltage application step is preferably a potential higher than the potential set at the time of charging when incorporated in the lithium ion battery. Specifically, it is preferable to exceed 6 V with respect to the (Li / Li + ) reference electrode. According to the test results of the inventors, when the positive voltage applied to the electrode exceeds 6 V with respect to the (Li / Li + ) reference electrode, the potential window dramatically increases in the electrolyte for the lithium ion battery. It becomes possible to use a high potential redox positive electrode active material. Particularly preferred is 6.2 V or more, more preferred is 6.5 V or more, and most preferred is 7 V or more.

本発明のリチウム電池用電極を正極に用いる場合の正極活物質としては、例えば、LiCoPOF,LiNiPOF,LiCoPO,LiNiPO等が挙げられる。また、これらのうちの金属原子を他の金属原子でドープしたものも含まれる。ドーパントとしては酸化還元反応において電気化学的な特性を変化させられるものであれば特に限定されるものではない。例えば、Mg、Al、Ti、V、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Zr、Nb及びMoの1種又はそれ以上を用いることができる。
これらの正極活物質はエネルギー密度が高く、容量の大きなリチウムイオン電池とすることができる。例えば、LiCoPOFは正極活物質としてのエネルギー密度がLiCoOに対して理論値で2倍以上あることが予測されており、十分にポテンシャルを発揮できれば、容量の大きなリチウムイオン電池を作ることができる。また、LiCoPOFが酸化される電位は高い電位領域にまで及ぶため、起電力の大きい電池とすることができる。さらに、LiCoPOFは熱安定性に優れ、400°Cという高温になっても、発熱反応は示さないことが、熱分析結果から分かっており、電池温度の上昇を防ぐことができる。
A lithium battery electrode of the present invention as a positive electrode active material when used in the positive electrode, for example, Li 2 CoPO 4 F, Li 2 NiPO 4 F, LiCoPO 4, LiNiPO 4 , and the like. Moreover, what doped the metal atom of these with the other metal atom is also contained. The dopant is not particularly limited as long as the electrochemical characteristics can be changed in the oxidation-reduction reaction. For example, one or more of Mg, Al, Ti, V, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Zr, Nb, and Mo can be used.
These positive electrode active materials have high energy density and can be a lithium ion battery having a large capacity. For example, Li 2 CoPO 4 F is predicted to have a theoretical energy density that is at least twice that of LiCoO 2 as a positive electrode active material. If the potential density can be sufficiently exhibited, a lithium-ion battery having a large capacity can be produced. be able to. In addition, since the potential at which Li 2 CoPO 4 F is oxidized extends to a high potential region, a battery with high electromotive force can be obtained. Furthermore, Li 2 CoPO 4 F is excellent in thermal stability, and it is known from the thermal analysis results that it does not show an exothermic reaction even at a high temperature of 400 ° C., and it is possible to prevent the battery temperature from rising.

以下本発明のリチウムイオン電池用電極を具体化した実施例についてさらに詳細に述べる。   Examples in which the lithium ion battery electrode of the present invention is embodied will be described in more detail below.

(実施例1-1〜実施例1-6)
・前処理用の電解液の調整
有機溶媒としてセバコニトリルと、エチレンカーボネート(EC)と、ジメチルカーボネート(DMC)とを容量比で50:25:25の割合で混合した溶媒を用い、これにリチウム塩としてLiPF6(六フッ化リン酸リチウム)を1mol/Lとなるように溶解させて前処理用電解液とした。
(Example 1-1 to Example 1-6)
-Preparation of electrolyte for pretreatment As a solvent, a mixture of sebacononitrile, ethylene carbonate (EC), and dimethyl carbonate (DMC) in a volume ratio of 50:25:25 was used, and a lithium salt was used for this. LiPF 6 (lithium hexafluorophosphate) was dissolved to 1 mol / L to obtain a pretreatment electrolyte.

・浸漬処理工程及び正電圧処理工程
こうして調製した前処理用電解液を電気化学測定用のガラスセルに入れ、電極としてグラッシーカーボン電極(以下「GC電極」と略す)を浸漬し、対極として白金線を用い、参照電極として(Li/Li)を用いて、自然電位から所定の電位(実施例1-1では7V、実施例1-2では6.5V、実施例1-3では6.2V、実施例1-4では6V、実施例1-5では5.5V、実施例1-6では5V)まで電位操作(スキャン速度5mV/sec)を行なった。その後、GC電極を引き上げ、DMCで洗浄して実施例1-1〜実施例1-6のリチウムイオン電池用電極を得た。
・ Immersion treatment process and positive voltage treatment process The pretreatment electrolyte prepared in this way is put into a glass cell for electrochemical measurement, a glassy carbon electrode (hereinafter abbreviated as “GC electrode”) is immersed as an electrode, and a platinum wire as a counter electrode , And using (Li / Li + ) as a reference electrode, a natural potential to a predetermined potential (7 V in Example 1-1, 6.5 V in Example 1-2, 6.2 V in Example 1-3) The potential operation (scanning speed 5 mV / sec) was performed up to 6 V in Example 1-4, 5.5 V in Example 1-5, and 5 V in Example 1-6. Then, the GC electrode was pulled up and washed with DMC to obtain lithium ion battery electrodes of Examples 1-1 to 1-6.

(実施例2)
実施例2では、前処理用電解液として、セバコニトリルにリチウム塩としてLiPF6(六フッ化リン酸リチウム)を0.1mol/Lとなるように溶解させて電解液とした。また、正電圧処理工程では、参照電極(Li/Li)に対して8Vまで電位操作を行った。その他の処理条件については実施例1-1と同様であり、説明を省略する。
(Example 2)
In Example 2, as a pretreatment electrolyte, LiPF 6 (lithium hexafluorophosphate) as a lithium salt was dissolved in sebacononitrile to a concentration of 0.1 mol / L to obtain an electrolyte. In the positive voltage processing step, the potential operation was performed up to 8 V with respect to the reference electrode (Li / Li + ). Other processing conditions are the same as those in Example 1-1, and a description thereof will be omitted.

(比較例1)
比較例1は、実施例1で用いた前処理用電解液にGC電極を単に3時間の浸漬処理工程のみを行い、正電圧処理工程をすることなく引き上げ、DMCで洗浄し、乾燥させたものである。
(Comparative Example 1)
In Comparative Example 1, the GC electrode was simply immersed in the pretreatment electrolyte used in Example 1 for 3 hours, pulled up without performing a positive voltage treatment step, washed with DMC, and dried. It is.

(比較例2)
比較例2は、なんらの処理もしていないGC電極である。
(Comparative Example 2)
Comparative Example 2 is a GC electrode that has not been subjected to any treatment.

−評 価−
(電位−電流曲線の測定)
以上のようにして得た実施例1-1〜実施例1-6、実施例2、比較例1及び比較例2の電極をエチレンカーボネート(EC):ジメトキシカーボネート(DMC)=1:1の混合溶媒中に浸漬し、電位−電流曲線を測定した。なお、対極として白金線を用い、参照電極として(Li/Li)を用いた。
-Evaluation-
(Measurement of potential-current curve)
The electrodes of Examples 1-1 to 1-6, Example 2, Comparative Example 1 and Comparative Example 2 obtained as described above were mixed with ethylene carbonate (EC): dimethoxy carbonate (DMC) = 1: 1. It was immersed in a solvent and a potential-current curve was measured. A platinum wire was used as the counter electrode, and (Li / Li + ) was used as the reference electrode.

その結果、図1に示すように、単に前処理用電解液に浸漬したのみのGC電極である比較例1は、未処理のGC電極である比較例2とほとんど変わりなかったのに対し、6Vを超える電位まで正電圧処理工程を行った実施例1-1〜実施例1-3及び実施例2のCG電極は、電位窓が6V以上まで飛躍的に広がることが分かった。   As a result, as shown in FIG. 1, Comparative Example 1 which is a GC electrode simply immersed in the pretreatment electrolytic solution was almost the same as Comparative Example 2 which was an untreated GC electrode, whereas 6 V It was found that the potential window of the CG electrodes of Examples 1-1 to 1-3 and Example 2 in which the positive voltage treatment process was performed up to a potential exceeding 6 V was dramatically expanded to 6 V or more.

(前処理電解液についてのサイクリックボルタモグラムの測定)
正電圧処理工程における電極表面の変化を調べるために、実施例1で用いた前処理電解液(すなわち、セバコニトリル:エチレンカーボネート(EC):ジメチルカーボネート(DMC)=50:25:25(容量比)、LiPF6(六フッ化リン酸リチウム)を1mol/L)について、自然電位付近から8.1Vまでのサイクリックボルタモグラムを測定した。スキャン速度は5mV/secである。その結果、図2に示すように、1回目の正方向へのスイープ時には、5.2V付近で若干の酸化電流が流れた後、6V以降で大きな酸化電流が流れるが、2回目の正方向へのスイープ時には、5.2V付近での酸化電流はほぼ消失し、6V以降の電流も小さくなった。このことから、前処理電解液中で正電圧処理工程を行なうことにより、何らかの耐食性皮膜が生じ、これが電位窓を広くする原因となっていることが示唆された。
(Measurement of cyclic voltammogram for pretreatment electrolyte)
In order to investigate the change of the electrode surface in the positive voltage treatment step, the pretreatment electrolyte solution used in Example 1 (that is, sebacononitrile: ethylene carbonate (EC): dimethyl carbonate (DMC) = 50: 25: 25 (volume ratio) , LiPF 6 (lithium hexafluorophosphate) of 1 mol / L), a cyclic voltammogram from near natural potential to 8.1 V was measured. The scan speed is 5 mV / sec. As a result, as shown in FIG. 2, during the first sweep in the positive direction, after a slight oxidation current flows around 5.2V, a large oxidation current flows after 6V, but in the second positive direction. During the sweep, the oxidation current near 5.2V almost disappeared, and the current after 6V became smaller. From this, it was suggested that by performing the positive voltage treatment step in the pretreatment electrolyte, some kind of corrosion-resistant film was formed, which caused the potential window to be widened.

(XPSの測定)
前処理電解液についてのサイクリックボルタモグラムの測定結果から示唆された耐食性皮膜の形成について調べるため、実施例1-1の電極についてX線光電子分光法(XPS)による表面分析を行なった。XPSは試料表面に軟X線を照射し、表面から放出される光電子のエネルギーを測定することにより、表面に存在する元素の種類、価数、結合状態に関する情報を得るという測定法である。光電子の平均自由工程は数nmであることから、XPSによる表面分析の深さ方向の検出領域は数nmとなり、このため極表面での分析を行なうことができる。測定条件は以下のとおりである。
測定装置:Quantera SXI(PHI社製)
励起X線:monochromatic AlKα1,2
X線径:200μm
光電子脱出角度:45°(試料表面に対する検出器の傾き)
前処理方法:サンプリング及び装置への試料の搬送はアルゴン雰囲気で行なった。
データ処理:スムージングは9ポイントスムージングで行い、横軸補正はC1メインピークを284.6eVとして行なった。
(Measurement of XPS)
In order to investigate the formation of the corrosion-resistant film suggested from the measurement result of the cyclic voltammogram of the pretreatment electrolyte, the electrode of Example 1-1 was subjected to surface analysis by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). XPS is a measurement method in which information on the type, valence, and bonding state of elements existing on the surface is obtained by irradiating the surface of the sample with soft X-rays and measuring the energy of photoelectrons emitted from the surface. Since the mean free path of photoelectrons is several nm, the detection region in the depth direction of the surface analysis by XPS is several nm, so that analysis on the extreme surface can be performed. The measurement conditions are as follows.
Measuring device: Quantera SXI (PHI)
Excitation X-ray: monochromatic AlKα 1,2 line
X-ray diameter: 200 μm
Photoelectron escape angle: 45 ° (inclination of detector with respect to sample surface)
Pretreatment method: Sampling and transport of the sample to the apparatus were performed in an argon atmosphere.
Data processing: Smoothing was performed by 9-point smoothing, and horizontal axis correction was performed with the C1 S main peak at 284.6 eV.

・実施例1-1のXPS測定の結果
図3の最上段に示すワイドスキャンの結果から、下記表1に示すように炭素、酸素、窒素、フッ素及びリンが存在していることが分かった。なお、リチウムは検出限界以下であった。また、ナロースキャンによる各元素の状態分析の結果を図3〜図5に示す。炭素についてはC1sピーク分割から、C−C、CHX(炭化水素成分)、α成分(表1の注1参照)、カルボニル基、COO成分、β成分(表1の注1参照)が認められた。また、窒素についてはN1sピーク分割から、アンモニア成分あるいは−NO成分と、CN(三重結合)あるいはC−N結合の成分が認められた。また、フッ素及びリンについては、F1s及びP2pのピーク位置から、PF成分が主成分と判断された。
-Result of XPS measurement of Example 1-1 From the result of the wide scan shown in the uppermost part of Fig. 3, it was found that carbon, oxygen, nitrogen, fluorine and phosphorus were present as shown in Table 1 below. Lithium was below the detection limit. Moreover, the result of the state analysis of each element by narrow scan is shown in FIGS. For carbon, C—C, CHX (hydrocarbon component), α component (see note 1 in Table 1), carbonyl group, COO component, and β component (see note 1 in Table 1) were recognized from the C1s peak split. . As for nitrogen, from the N1s peak splitting, an ammonia component or -NO component and a CN (triple bond) or CN bond component were observed. For fluorine and phosphorus, the PF component was determined to be the main component from the peak positions of F1s and P2p.

(実施例3〜実施例13及び比較例3、4)
以下に示す様々な前処理用電解液を用い、様々な条件下で実施例3〜13及び比較例3、4のリチウムイオン電池用電極を調製した。それらの条件を表2に示す。
(Examples 3 to 13 and Comparative Examples 3 and 4)
The electrodes for lithium ion batteries of Examples 3 to 13 and Comparative Examples 3 and 4 were prepared under various conditions using various pretreatment electrolytic solutions shown below. These conditions are shown in Table 2.

実施例3〜13及び比較例3、4の電極作製では、実施例1-1〜実施例1-6と同様、対極として白金線を用い、参照電極として(Li/Li)を用いて、自然電位から所定の電位まで電位操作(スキャン速度5mV/sec)を行なった。その後、電極を引き上げ、DMCで洗浄して実施例3〜13及び比較例3、4の電極を得た。なお、実施例9では、ダイヤモンドライクカーボン粉末(平均粒径0.03μm)4mgとPTFE粉体1mgとを混合し、8mmφの円盤状の電極とし、この電極に正電圧処理工程を施した。また、実施例10では純ニッケル板を、実施例11では純チタン板を、実施例12では純アルミニウム板を、実施例13では、純チタン板にダイヤモンドライクカーボンをプラズマCVD法によってコーティングした電極をそれぞれ用いた。 In the electrode production of Examples 3 to 13 and Comparative Examples 3 and 4, as in Example 1-1 to Example 1-6, using a platinum wire as a counter electrode and using (Li / Li + ) as a reference electrode, A potential operation (scanning speed 5 mV / sec) was performed from a natural potential to a predetermined potential. Thereafter, the electrodes were pulled up and washed with DMC to obtain the electrodes of Examples 3 to 13 and Comparative Examples 3 and 4. In Example 9, 4 mg of diamond-like carbon powder (average particle size 0.03 μm) and 1 mg of PTFE powder were mixed to form a disk-shaped electrode of 8 mmφ, and this electrode was subjected to a positive voltage treatment step. In Example 10, a pure nickel plate, in Example 11, a pure titanium plate, in Example 12, a pure aluminum plate, and in Example 13, an electrode obtained by coating a pure titanium plate with diamond-like carbon by plasma CVD. Each was used.

−評 価−
実施例3〜13及び比較例3、4の電極についてX線光電子分光法(XPS)による表面分析を行なった。測定条件は実施例1-1のXPS測定と同様である。
-Evaluation-
The electrodes of Examples 3 to 13 and Comparative Examples 3 and 4 were subjected to surface analysis by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The measurement conditions are the same as the XPS measurement in Example 1-1.

<結果>
・表面に存在する元素の存在割合について
XPSワイドスキャンの結果から求めた、電極表面に存在する元素の存在割合を表3及び図6に示す。表3から、実施例1−3、3〜13では窒素が2.7〜12.8atm%の範囲で存在し、実施例1−3、3〜7及び実施例9〜13ではリンが1.2〜4.1atm%の範囲で存在し、フッ素が15.6〜29.7atm%の範囲で存在し、その他酸素等が存在することが分かった。窒素は前処理用電解液に含まれているニトリルに起因するものであり、リンは電解質として添加したLiPFに起因するものである。すなわちニトリル及びLiPFは正電圧処理工程において電極反応を起こし、電極表面に窒素、リン及びフッ素を成分として含む耐食性の皮膜が形成されることが分かった。ただし、実施例8では電解質としてLiBFを用いておりリン源はなく、リンは検出されないが、電位窓は広がる(後述する表4参照)ことから、リンの存在しない皮膜であっても、電位窓は広がる効果を有することが分かった。
これに対し、比較例3及び比較例4ではリチウムが多く検出され、その他フッ素、酸素等が検出され、窒素及びリンを成分として含む耐食性の皮膜がほとんど形成されないことが分かった。なお、比較例3及び比較例4で検出されたリン及びフッ素は、電解質として添加したLiPFの分解生成物と考えられる。
<Result>
-About the presence rate of the element which exists in the surface Table 3 and FIG. 6 show the presence rate of the element which exists on the electrode surface calculated | required from the result of XPS wide scan. From Table 3, nitrogen exists in the range of 2.7 to 12.8 atm% in Examples 1-3 and 3-13, and in Examples 1-3, 3-7, and Examples 9-13, phosphorus is 1. It was found that it was present in the range of 2 to 4.1 atm%, fluorine was present in the range of 15.6 to 29.7 atm%, and other oxygen was present. Nitrogen is attributed to the nitrile contained in the pretreatment electrolyte solution, and phosphorus is attributed to LiPF 6 added as an electrolyte. That is, it was found that nitrile and LiPF 6 cause an electrode reaction in the positive voltage treatment process, and a corrosion-resistant film containing nitrogen, phosphorus and fluorine as components is formed on the electrode surface. However, in Example 8, LiBF 4 is used as the electrolyte, there is no phosphorus source, and phosphorus is not detected, but the potential window is widened (see Table 4 described later). The window was found to have a spreading effect.
On the other hand, in Comparative Example 3 and Comparative Example 4, a large amount of lithium was detected, and other fluorine, oxygen, and the like were detected, and it was found that a corrosion-resistant film containing nitrogen and phosphorus as components was hardly formed. Note that phosphorus and fluorine detected in Comparative Examples 3 and 4 are considered to be decomposition products of LiPF 6 added as an electrolyte.

また、実施例10では基板であるニッケルがほとんど検出されなかったのに対し、実施例11、12では基板であるTiやAlがかなり検出された。このことから、ニッケルを基板とした場合、緻密な耐食性皮膜が形成されることが示唆された。   Further, in Example 10, nickel as a substrate was hardly detected, whereas in Examples 11 and 12, Ti and Al as substrates were considerably detected. This suggests that a dense corrosion-resistant film is formed when nickel is used as the substrate.

さらに、比較例4と実施例1−3、6とを比較すると、実施例1−3、6ではリン及び窒素が多く存在しているのに対し、比較例4ではリン及び窒素の存在量は少なかった。比較例4と実施例1−3、6とは前処理用電解液の組成は同じであり、正電圧処理工程での付与電圧が異なっているのみである。すなわち、比較例4では付与電圧が5Vであるのに対し、実施例1−3では6.2V、実施例6では7Vである。このことから、実施例4の電極表面で検出された多量のリン及び窒素を含む耐食性皮膜は、5Vより高い電位で形成されることが分かった。   Further, when Comparative Example 4 is compared with Examples 1-3 and 6, Examples 1-3 and 6 have a large amount of phosphorus and nitrogen, whereas Comparative Example 4 has an amount of phosphorus and nitrogen present. There were few. Comparative Example 4 and Examples 1-3 and 6 have the same composition of the pretreatment electrolyte and differ only in the applied voltage in the positive voltage treatment step. That is, the applied voltage is 5 V in Comparative Example 4, whereas it is 6.2 V in Example 1-3 and 7 V in Example 6. From this, it was found that the corrosion-resistant film containing a large amount of phosphorus and nitrogen detected on the electrode surface of Example 4 was formed at a potential higher than 5V.

・窒素の表面存在割合及び結合状態について
ワイドスキャン及び窒素のナロースキャンから求めた、窒素の表面存在割合及び結合状態の割合を図7に示す。この図に示すように、実施例3〜13の電極表面には窒素の存在割合が多く、その結合状態はCN三重結合あるいはCN単結合及びアンモニウム塩、−NOであった。また、Ti基板を用いた実施例11ではTi上に窒化物も確認された。実施例1−3も電極表面には窒素の存在割合が多く、その結合状態はCN三重結合あるいはCN単結合及びアンモニウム塩、−NOであった。
FIG. 7 shows the nitrogen surface abundance ratio and the bonding state ratio obtained from the wide scan and the nitrogen narrow scan. As shown in this figure, the presence ratio of nitrogen was large on the electrode surfaces of Examples 3 to 13, and the bonding state was CN triple bond or CN single bond and ammonium salt, -NO. In Example 11 using the Ti substrate, nitrides were also confirmed on Ti. In Example 1-3, the presence ratio of nitrogen was large on the electrode surface, and the bonding state was CN triple bond or CN single bond, ammonium salt, and -NO.

・リンの表面存在割合及び結合状態について
ワイドスキャン及びリンのナロースキャンから求めた、リンの表面存在割合及び結合状態の割合を図8に示す。この図に示すように、実施例3〜7、及び9〜13の電極表面に存在するリンは、P−F結合に係るリン化合物に起因するものである。これに対して比較例3及び比較例4のリンは、P−F結合に係るリン化合物に起因するものは少なく、電解質であるLiPFの分解生成物に起因するものと考えられるPO及びPFに基づくものが大きかった。
なお、実施例8については、リンではなくホウ素の存在割合及び結合状態を示す。そして、実施例8の電極表面に存在するホウ素はB−F結合に係わるホウ素化合物に起因するものであると考えられる。実施例1-3も電極表面に存在するリンは、P−F結合に係るリン化合物に起因するものであった。
-Phosphorus surface abundance ratio and binding state FIG. 8 shows the phosphorous surface abundance ratio and binding state ratio obtained from wide scan and phosphorous narrow scan. As shown in this figure, the phosphorus which exists in the electrode surface of Examples 3-7 and 9-13 originates in the phosphorus compound which concerns on a PF coupling | bonding. On the other hand, the phosphorus of Comparative Example 3 and Comparative Example 4 has little that is attributed to the phosphorus compound related to the PF bond, and PO X and PF that are considered to be attributed to the decomposition product of LiPF 6 that is the electrolyte. those based on X O Y is large.
Note that Example 8 shows the abundance ratio and bonding state of boron instead of phosphorus. And it is thought that the boron which exists in the electrode surface of Example 8 originates in the boron compound regarding a BF bond. Also in Example 1-3, the phosphorus present on the electrode surface was attributed to the phosphorus compound related to the PF bond.

・フッ素の表面存在割合及び結合状態について
ワイドスキャン及びフッ素のナロースキャンから求めた、フッ素の表面存在割合及び結合状態の割合を図9に示す。この図に示すように、実施例3〜7、及び実施例10〜12の電極表面に存在するフッ素は、C−F結合あるいはP−F結合に帰属されるフッ素が多く、実施例13ではP−F結合に帰属されるフッ素のみが検出された。また、電解質にLiBFを用いた実施例8はB−F結合に帰属されるフッ素が多く検出された。これに対し、比較例3及び比較例4のフッ素は、PFに基づくものが多く、電解質であるLiPFの分解生成物に起因するものと考えられた。実施例1-3の電極表面に存在するフッ素は、P−F結合に係るリン化合物が主成分であった。
-Fluorine surface abundance ratio and bonding state Figure 9 shows the fluorine surface abundance ratio and bonding state ratio obtained from wide scan and fluorine narrow scan. As shown in this figure, the fluorine existing on the electrode surfaces of Examples 3 to 7 and Examples 10 to 12 is mostly fluorine attributed to C—F bonds or PF bonds. Only fluorine attributed to the -F bond was detected. In Example 8 in which LiBF 4 was used as the electrolyte, a large amount of fluorine attributed to the BF bond was detected. On the other hand, the fluorine in Comparative Example 3 and Comparative Example 4 was mostly based on PF X O Y , and was considered to be caused by a decomposition product of LiPF 6 as an electrolyte. The fluorine present on the electrode surface of Example 1-3 was mainly composed of a phosphorus compound related to the PF bond.

また、有機溶媒としてEC:DMC:SB=1:1:2電解質として1M LiTFSI 電位操作6.5V、GC電極を用いた場合、電極表面上に窒素元素が8.5atm%観測された。結合状態はCN三重結合あるいはCN単結合及びアンモニウム塩、−NOであった。 When an EC: DMC: SB = 1: 1: 2 electrolyte was used as the organic solvent and a 1 M LiTFSI potential operation of 6.5 V and a GC electrode were used, 8.5 atm% of nitrogen element was observed on the electrode surface. The bonding state was CN triple bond or CN single bond and ammonium salt, -NO.

以上のXPSによる表面分析の結果から、実施例の電極に形成されている表面皮膜は以下の性質を有するものである。
(1)電極表面には窒素が多く存在し、窒素の結合状態はCN三重結合あるいはCN単結合及びアンモニウム塩、−NOである。また、チタン基板を用いた場合には窒化物も存在する。
(2)電極表面に窒素及びフッ素を成分として含む皮膜が形成される。
(3)電解質としてLiPFを用いた場合、皮膜中にP−F結合に係るリン化合物が検出される。また、電解質にLiBFを用いた場合、電極上にB−F結合に係わるホウ素化合物が検出される。
(4)フッ素はC−F結合あるいはP−F結合に帰属されるフッ素が多い。ただし実施例14ではP−F結合に帰属されるフッ素のみが検出された。また、実施例3〜13では、C−F結合あるいはP−F結合に帰属されるフッ素がPFに基づくものより多い。また、電解質にLiBFを用いた場合には、B−F結合に関わるホウ素化合物が検出される。
From the results of the surface analysis by XPS as described above, the surface film formed on the electrode of the example has the following properties.
(1) A large amount of nitrogen is present on the electrode surface, and the bonding state of nitrogen is CN triple bond or CN single bond, ammonium salt, and -NO. Further, when a titanium substrate is used, nitride is also present.
(2) A film containing nitrogen and fluorine as components is formed on the electrode surface.
(3) When LiPF 6 is used as the electrolyte, a phosphorus compound related to the PF bond is detected in the film. When LiBF 4 is used as the electrolyte, a boron compound related to the BF bond is detected on the electrode.
(4) Fluorine is mostly fluorine attributed to C—F bonds or PF bonds. However, in Example 14, only the fluorine attributed to the PF bond was detected. In Examples 3 to 13, the amount of fluorine attributed to the C—F bond or PF bond is larger than that based on PF X O Y. In addition, when LiBF 4 is used as the electrolyte, a boron compound related to the BF bond is detected.

<ニトリル化合物及びリチウム塩の組み合わせについて>
本発明のリチウムイオン電池用電極では、実施例1-1〜実施例1-6及び実施例2〜13において用いた前処理用電解液以外に、各種のニトリル化合物及び各種のリチウム塩を組み合わせた前処理用電解液を用いることができる。このことは、様々なニトリル化合物及びリチウム塩を組み合わせた以下の実施例15〜61の前処理用電解液における電位−電流曲線の測定において、電位窓が大きく広がることからも、立証されている。
<Combination of nitrile compound and lithium salt>
In the lithium ion battery electrode of the present invention, various nitrile compounds and various lithium salts were combined in addition to the pretreatment electrolytes used in Examples 1-1 to 1-6 and Examples 2-13. An electrolyte for pretreatment can be used. This is proved by the fact that the potential window is greatly widened in the measurement of the potential-current curve in the pretreatment electrolytes of Examples 15 to 61 below in which various nitrile compounds and lithium salts are combined.

(実施例15)
実施例15では、有機溶媒としてアジポニトリルと、エチレンカーボネート(EC)と、ジメチルカーボネート(DMC)とを容量比で50:25:25の割合で混合した溶媒を用い、これにリチウム塩としてLiPF6(六フッ化リン酸リチウム)を0.05mol/Lとなるように溶解させて前処理用電解液とした。
(Example 15)
In Example 15, a solvent in which adiponitrile, ethylene carbonate (EC), and dimethyl carbonate (DMC) were mixed at a volume ratio of 50:25:25 was used as the organic solvent, and LiPF 6 ( Lithium hexafluorophosphate) was dissolved at 0.05 mol / L to obtain a pretreatment electrolytic solution.

(比較例5)
比較例5では、有機溶媒としてエチレンカーボネート50体積%、ジメチルカーボネート50体積%の混合溶媒を用い、これにリチウム塩としてLiPF6を1mol/Lとなるように溶解させて前処理用電解液とした。
(Comparative Example 5)
In Comparative Example 5, a mixed solvent of 50% by volume of ethylene carbonate and 50% by volume of dimethyl carbonate was used as the organic solvent, and LiPF 6 was dissolved as a lithium salt to 1 mol / L to obtain a pretreatment electrolyte. .

(実施例16〜23)
実施例16〜23では溶媒を、各種ニトリル:エチレンカーボネート:ジメチルカーボネート=50:25:25(容量比)とし、この混合溶媒に電解質をLiPF6(六フッ化リン酸リチウム)を1mol/Lとなるように溶解させたものを前処理用電解液とした(ただし、ニトリル化合物をオキシジプロピオニトリルにした実施例18は、LiPF6を0.5mol/Lとした)。
各実施例に用いたニトリルの種類は以下のとおりである。
実施例15 アジポニトリルNC(CHCN
実施例16 スクシノニトリルNC(CHCN
実施例17 セバコニトリルNC(CHCN
実施例18 ドデカンジニトリルNC(CH10CN
実施例19 2−メチルグルタロニトリルNCCH(CH)CHCHCN
実施例20 オキシジプロピオニトリルNCCHCH-O-CHCHCN
実施例21 3−メトキシプロピオニトリルCH-O-CHCHCN
実施例22 シアノ酢酸メチルNCCHCOOCH
実施例23 シアノ酢酸ブチルNCCHCOO(CHCH
(Examples 16 to 23)
In Examples 16 to 23, the solvent was various nitrile: ethylene carbonate: dimethyl carbonate = 50: 25: 25 (volume ratio), and the electrolyte was LiPF 6 (lithium hexafluorophosphate) at 1 mol / L in this mixed solvent. The so-dissolved electrolyte solution was used as a pretreatment electrolyte (however, in Example 18 in which the nitrile compound was oxydipropionitrile, LiPF 6 was adjusted to 0.5 mol / L).
The types of nitriles used in each example are as follows.
Example 15 adiponitrile NC (CH 2) 4 CN
Example 16 succinonitrile NC (CH 2) 2 CN
Example 17 sebaconitrile NC (CH 2) 8 CN
Example 18 Dodecanedinitrile NC (CH 2 ) 10 CN
Example 19 2-methylglutaronitrile NCCH (CH 3) CH 2 CH 2 CN
Example 20 oxy dipropionate nitrile NCCH 2 CH 2 -O-CH 2 CH 2 CN
Example 21 3-Methoxy-propionitrile CH 3 -O-CH 2 CH 2 CN
Example 22 methyl cyanoacetate NCCH 2 COOCH 3
Example 23 cyanoacetate butyl NCCH 2 COO (CH 2) 3 CH 3

−評価−
(電位−電流曲線の測定)
以上のようにして調製した実施例15〜23及び比較例5の前処理用電解液について、電位−電流曲線を測定した。測定にはポテンシオガルバノスタットを用い、作用極にはグラッシーカーボンを用い、対極には白金線を用いた。また、参照電極は(Ag/Ag+)または(Li/Li)を用いた。測定にあたっては、正側及び負側に数回スキャンさせた後、自然電位から正方向、あるいは負方向に5mV/秒の速度で電位の掃引を行い、電位−電流曲線を測定した。結果を図10〜図12に示す。
-Evaluation-
(Measurement of potential-current curve)
With respect to the pretreatment electrolytes of Examples 15 to 23 and Comparative Example 5 prepared as described above, potential-current curves were measured. A potentiogalvanostat was used for measurement, glassy carbon was used for the working electrode, and a platinum wire was used for the counter electrode. The reference electrode was (Ag / Ag + ) or (Li / Li + ). In the measurement, after scanning several times on the positive side and the negative side, the potential was swept from the natural potential in the positive direction or in the negative direction at a speed of 5 mV / sec, and the potential-current curve was measured. The results are shown in FIGS.

その結果、図10に示すように、実施例15の電解液の電位窓は、(Li/Li)に対して6.9V(電位窓の判断基準は50μA/cmとした。以下同様)となった。これに対して、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートの混合溶媒を用いた比較例5の電位窓は、図12に示すように5.2Vであり、実施例15の電解液の電位窓は、比較例5の電解液に比べて、正側に大きく広がっていることが分かった。この結果から、実施例15の前処理用電解液を用いれば、充電のための電位が5.2Vを超えた領域に存在するような高電位酸化還元正極活物質をリチウムイオン電池の正極活物質として利用できることとなり、起電力及びエネルギー密度が高く、容量の大きなリチウムイオン電池とすることができる。 As a result, as shown in FIG. 10, the potential window of the electrolytic solution of Example 15 was 6.9 V with respect to (Li / Li + ) (the judgment criterion of the potential window was 50 μA / cm 2, and so on). It became. On the other hand, the potential window of Comparative Example 5 using a mixed solvent of ethylene carbonate and dimethyl carbonate is 5.2 V as shown in FIG. 12, and the potential window of the electrolytic solution of Example 15 is Comparative Example 5. Compared to the electrolyte solution of, it was found that it spreads greatly on the positive side. From this result, when the pretreatment electrolyte of Example 15 is used, a high potential redox positive electrode active material that exists in a region where the potential for charging exceeds 5.2 V is converted into a positive electrode active material of a lithium ion battery. Therefore, a lithium ion battery with high electromotive force and energy density and high capacity can be obtained.

また、図11に示すように、実施例16〜23の前処理用電解液においても、実施例15と同様、いずれも比較例5の前処理用電解液と比較して、電位窓が正方向に広がることが分かった。これらの結果から、エチレンカーボネート及びジメチルカーボネートに、さらに鎖式飽和炭化水素化合物の両末端にニトリル基が結合した鎖式飽和炭化水素ジニトリル化合物(実施例15〜19)、鎖式エーテル化合物の末端の少なくとも一つにニトリル基が結合した鎖式エーテルニトリル化合物(実施例20,21)及びシアノ酢酸エステルのうち少なくとも一つのニトリル化合物(実施例22,23)を加えることによって、溶媒が高い電位まで分解することなく安定に存在できることが分かった。特に電位窓が大きく広がったのは、ニトリル化合物として鎖式飽和炭化水素化合物の両末端にニトリル基が結合した鎖式飽和炭化水素ジニトリル化合物を用いた実施例15〜19であり、分枝を有する実施例19においても大きく電位窓が正方向に広がることが分かった。また、オキシジプロピオニトリルNCCHCH-O-CHCHCNを用いた実施例20においても、大きく電位窓が正方向に広がることが分かった。 Further, as shown in FIG. 11, in the pretreatment electrolytes of Examples 16 to 23, as in Example 15, the potential window is positive in comparison with the pretreatment electrolyte of Comparative Example 5. I understood that it spreads. From these results, the chain saturated hydrocarbon dinitrile compound (Examples 15 to 19) in which a nitrile group was bonded to both ends of the chain saturated hydrocarbon compound to ethylene carbonate and dimethyl carbonate, the terminal of the chain ether compound was obtained. By adding a chain ether nitrile compound having a nitrile group bonded to at least one (Examples 20 and 21) and at least one nitrile compound (Examples 22 and 23) of cyanoacetate, the solvent is decomposed to a high potential. It was found that it can exist stably without doing. In particular, the potential window greatly widened in Examples 15 to 19 using a branched saturated hydrocarbon dinitrile compound in which a nitrile group was bonded to both ends of the chain saturated hydrocarbon compound as a nitrile compound, which has branches. Also in Example 19, it was found that the potential window greatly spreads in the positive direction. Also, in Example 20 using oxydipropionitrile NCCH 2 CH 2 —O—CH 2 CH 2 CN, it was found that the potential window greatly expanded in the positive direction.

(実施例24〜31)
実施例24〜31では溶媒を、各種ニトリル:エチレンカーボネート:ジエチルカーボネート=50:25:25(容量比)とし、この混合溶媒に電解質をLiPF6(六フッ化リン酸リチウム)を1mol/Lとなるように溶解させたものをリチウムイオン電池用電解液とした(ただし、ニトリル化合物をグルタロニトリルにした実施例24では、LiPF6(六フッ化リン酸リチウム)を0.5mol/Lとした)。
各実施例に用いたニトリルの種類は以下のとおりである。
実施例24 グルタロニトリルNC(CHCN
実施例25 セバコニトリルNC(CHCN
実施例26 ドデカンジニトリルNC(CH10CN
実施例27 2−メチルグルタロニトリルNCCH(CH)CHCHCN
実施例28 オキシジプロピオニトリルNCCHCH-O-CHCHCN
実施例29 3−メトキシプロピオニトリルCH-O-CHCHCN
実施例30 シアノ酢酸メチルNCCHCOOCH
実施例31 シアノ酢酸ブチルNCCHCOO(CHCH
(Examples 24-31)
In Examples 24-31, the solvent was various nitrile: ethylene carbonate: diethyl carbonate = 50: 25: 25 (volume ratio), and the electrolyte was LiPF 6 (lithium hexafluorophosphate) at 1 mol / L in this mixed solvent. What was dissolved in this way was used as the electrolyte solution for lithium ion batteries (however, in Example 24 in which the nitrile compound was glutaronitrile, LiPF 6 (lithium hexafluorophosphate) was 0.5 mol / L. ).
The types of nitriles used in each example are as follows.
Example 24 glutaronitrile NC (CH 2) 3 CN
Example 25 sebaconitrile NC (CH 2) 8 CN
Example 26 dodecane dinitrile NC (CH 2) 10 CN
Example 27 2-methylglutaronitrile NCCH (CH 3) CH 2 CH 2 CN
Example 28 oxy dipropionate nitrile NCCH 2 CH 2 -O-CH 2 CH 2 CN
Example 29 3-Methoxy-propionitrile CH 3 -O-CH 2 CH 2 CN
Example 30 methyl cyanoacetate NCCH 2 COOCH 3
Example 31 cyanoacetate butyl NCCH 2 COO (CH 2) 3 CH 3

(比較例6)
比較例6では、有機溶媒としてエチレンカーボネート:ジエチルカーボネート=50:50(容量比)の混合溶媒を用い、これにリチウム塩としてLiPF6を1mol/Lとなるように溶解させてリチウムイオン電池用電解液とした。
(Comparative Example 6)
In Comparative Example 6, a mixed solvent of ethylene carbonate: diethyl carbonate = 50: 50 (capacity ratio) was used as the organic solvent, and LiPF 6 was dissolved as a lithium salt in such a manner that the concentration was 1 mol / L. Liquid.

−評価−
(電位−電流曲線の測定)
実施例24〜31及び比較例6の前処理用電解液について、前述の方法と同様にして電位−電流曲線を測定した。結果を図13に示す。
この図から、実施例24〜31の前処理用電解液では、比較例6の前処理用電解液と比較して、電位窓が正方向に広がることが分かった。この結果から、エチレンカーボネート及びジエチルカーボネートを溶媒として用いた場合においても、エチレンカーボネート及びジメチルカーボネートを溶媒として用いた場合(すなわち実施例15〜23の場合)と同様、鎖式飽和炭化水素化合物の両末端にニトリル基が結合した鎖式飽和炭化水素ジニトリル化合物、鎖式エーテル化合物の末端の少なくとも一つにニトリル基が結合した鎖式エーテルニトリル化合物及びシアノ酢酸エステルのうち少なくとも一つのニトリル化合物を加えることによって、溶媒が高い電位まで安定に存在することが分かった。特に電位窓が大きく広がったのは、ニトリル化合物として鎖式飽和炭化水素化合物の両末端にニトリル基が結合した鎖式飽和炭化水素ジニトリル化合物を用いた実施例24〜27であり、分枝を有する実施例27においても大きく電位窓が正方向に広がることが分かった。また、鎖式エーテル化合物の末端の少なくとも一つにニトリル基が結合した鎖式エーテルニトリル化合物を用いた実施例28及び実施例29においても、大きく電位窓が正方向に広がることが分かった。
-Evaluation-
(Measurement of potential-current curve)
For the pretreatment electrolytes of Examples 24-31 and Comparative Example 6, potential-current curves were measured in the same manner as described above. The results are shown in FIG.
From this figure, it was found that in the pretreatment electrolytes of Examples 24-31, the potential window widened in the positive direction as compared with the pretreatment electrolyte of Comparative Example 6. From this result, even when ethylene carbonate and diethyl carbonate were used as solvents, both of the chain saturated hydrocarbon compounds were the same as when ethylene carbonate and dimethyl carbonate were used as solvents (that is, in the case of Examples 15 to 23). Add at least one nitrile compound among a chain saturated hydrocarbon dinitrile compound having a nitrile group bonded to the terminal, a chain ether nitrile compound having a nitrile group bonded to at least one terminal of the chain ether compound, and a cyanoacetate ester. It was found that the solvent exists stably up to a high potential. In particular, the potential window greatly widened in Examples 24 to 27 using a chain saturated hydrocarbon dinitrile compound in which a nitrile group was bonded to both ends of a chain saturated hydrocarbon compound as a nitrile compound, which has branches. Also in Example 27, it was found that the potential window greatly expanded in the positive direction. Also, in Example 28 and Example 29 using a chain ether nitrile compound in which a nitrile group was bonded to at least one end of the chain ether compound, it was found that the potential window greatly expanded in the positive direction.

(実施例32〜39)
実施例32〜39では溶媒を、各種ニトリル:γ−ブチロラクトン:ジメチルカーボネート=50:25:25(容量比)とし、この混合溶媒に電解質をLiPF6(六フッ化リン酸リチウム)を1mol/Lとなるように溶解させたものを前処理用電解液とした。また、ニトリルとしてアジポニトリルを用いた実施例33では、LiPFを0.5mol/Lとした。
各実施例に用いたニトリルの種類は以下のとおりである。
実施例32 グルタロニトリルNC(CHCN
実施例33 アジポニトリルNC(CHCN
実施例34 セバコニトリルNC(CHCN
実施例35 ドデカンジニトリルNC(CH10CN
実施例36 2−メチルグルタロニトリルNCCH(CH)CHCHCN
実施例37 オキシジプロピオニトリルNCCHCH-O-CHCHCN
実施例38 シアノ酢酸メチルNCCHCOOCH
実施例39 シアノ酢酸ブチルNCCHCOO(CHCH
(Examples 32-39)
In Examples 32-39, the solvent was various nitriles: γ-butyrolactone: dimethyl carbonate = 50: 25: 25 (volume ratio), and the electrolyte was LiPF 6 (lithium hexafluorophosphate) at 1 mol / L in this mixed solvent. What was dissolved so that it might become was set as the electrolyte solution for pre-processing. In Example 33 using adiponitrile as the nitrile, LiPF 6 was set to 0.5 mol / L.
The types of nitriles used in each example are as follows.
Example 32 glutaronitrile NC (CH 2) 3 CN
Example 33 adiponitrile NC (CH 2) 4 CN
Example 34 sebaconitrile NC (CH 2) 8 CN
Example 35 dodecane dinitrile NC (CH 2) 10 CN
Example 36 2-methylglutaronitrile NCCH (CH 3) CH 2 CH 2 CN
Example 37 oxy dipropionate nitrile NCCH 2 CH 2 -O-CH 2 CH 2 CN
Example 38 methyl cyanoacetate NCCH 2 COOCH 3
Example 39 cyanoacetate butyl NCCH 2 COO (CH 2) 3 CH 3

(比較例7)
比較例7では、有機溶媒としてγ−ブチロラクトン:ジメチルカーボネート=50:50(容量比)の混合溶媒を用い、これにリチウム塩としてLiPF6を1mol/Lとなるように溶解させて前処理用電解液とした。
(Comparative Example 7)
In Comparative Example 7, a mixed solvent of γ-butyrolactone: dimethyl carbonate = 50: 50 (volume ratio) was used as an organic solvent, and LiPF 6 was dissolved as a lithium salt in an amount of 1 mol / L to perform pretreatment electrolysis. Liquid.

−評価−
(電位−電流曲線の測定)
実施例32〜39及び比較例7の前処理用電解液について、前述の方法と同様にして電位−電流曲線を測定した。結果を図14に示す。
この図から、実施例32〜39の前処理用電解液においても、比較例7の前処理用電解液と比較して、電位窓が正方向に大きく広がることが分かった。この結果から、環状炭酸エステルであるエチレンカーボネートに替えて、ジメチルカーボネート及び環状カルボン酸エステルであるγ−ブチロラクトンを溶媒として用いた場合においても、鎖式飽和炭化水素化合物の両末端にニトリル基が結合した鎖式飽和炭化水素ジニトリル化合物を加えることによって、溶媒が高い電位まで安定に存在することが分かった。また、鎖式飽和炭化水素ジニトリル化合物のうち、直鎖分子である実施例32〜35のみならず、分枝を有する実施例36においても大きく電位窓が正方向に広がることが分かった。さらに、鎖式エーテル化合物の両末端にニトリル基が結合した鎖式エーテルニトリル化合物を用いた実施例37や、シアノ酢酸エステルを用いた実施例38,39においても、大きく電位窓が正方向に広がることが分かった。
-Evaluation-
(Measurement of potential-current curve)
For the pretreatment electrolytes of Examples 32-39 and Comparative Example 7, potential-current curves were measured in the same manner as described above. The results are shown in FIG.
From this figure, it was found that also in the pretreatment electrolytes of Examples 32-39, the potential window greatly expanded in the positive direction as compared with the pretreatment electrolyte of Comparative Example 7. From this result, even when dimethyl carbonate and γ-butyrolactone, which is a cyclic carboxylic acid ester, are used as solvents instead of ethylene carbonate, which is a cyclic carbonate, nitrile groups are bonded to both ends of the chain saturated hydrocarbon compound. It was found that by adding the chain saturated hydrocarbon dinitrile compound, the solvent exists stably to a high potential. Moreover, it turned out that a potential window spreads in the positive direction greatly not only in Examples 32 to 35 which are linear molecules among the chain saturated hydrocarbon dinitrile compounds but also in Example 36 having branches. Furthermore, also in Example 37 using a chain ether nitrile compound in which a nitrile group is bonded to both ends of the chain ether compound, and Examples 38 and 39 using cyanoacetate, the potential window greatly expands in the positive direction. I understood that.

(実施例40〜45)
実施例40〜45では溶媒を、各種ニトリル:ジメチルカーボネート=50:50(容量比)とし、この混合溶媒に電解質をLiPF6(六フッ化リン酸リチウム)を1mol/L(実施例44、45では0.1mol/L)となるように溶解させたものを前処理用電解液とした。各実施例に用いたニトリルの種類は以下のとおりである。
実施例40 グルタロニトリルNC(CHCN
実施例41 セバコニトリルNC(CHCN
実施例42 ドデカンジニトリルNC(CH10CN
実施例43 2−メチルグルタロニトリルNCCH(CH)CHCHCN
実施例44 オキシジプロピオニトリルNCCHCH-O-CHCHCN
実施例45 シアノ酢酸メチルNCCHCOOCH
(Examples 40 to 45)
In Examples 40 to 45, the solvent was various nitriles: dimethyl carbonate = 50: 50 (volume ratio), and the electrolyte was LiPF 6 (lithium hexafluorophosphate) in this mixed solvent at 1 mol / L (Examples 44 and 45). In this case, the electrolyte solution for pretreatment was dissolved so as to be 0.1 mol / L). The types of nitriles used in each example are as follows.
Example 40 glutaronitrile NC (CH 2) 3 CN
Example 41 sebaconitrile NC (CH 2) 8 CN
Example 42 dodecane dinitrile NC (CH 2) 10 CN
Example 43 2-methylglutaronitrile NCCH (CH 3) CH 2 CH 2 CN
Example 44 oxy dipropionate nitrile NCCH 2 CH 2 -O-CH 2 CH 2 CN
Example 45 methyl cyanoacetate NCCH 2 COOCH 3

(比較例8)
比較例8では、有機溶媒としてジメチルカーボネートにリチウム塩としてLiPF6を1mol/Lとなるように溶解させて前処理用電解液とした。
(Comparative Example 8)
In Comparative Example 8, a pretreatment electrolyte was prepared by dissolving LiPF 6 as a lithium salt in dimethyl carbonate as an organic solvent so as to be 1 mol / L.

−評価−
(電位−電流曲線の測定)
実施例40〜45及び比較例8の電解液について、前述の方法と同様にして電位−電流曲線を測定した。結果を図15に示す。
この図から、溶媒としてニトリル化合物以外にジメチルカーボネートを単独で加えた実施例40〜45の電解液では、ジメチルカーボネートを単独溶媒とした比較例8の前処理用電解液と比較して、電位窓が正方向に広がることが分かった。また、鎖式飽和炭化水素化合物の両末端にニトリル基が結合した鎖式飽和炭化水素ジニトリル化合物を加えることによって(実施例40〜45)、溶媒が高い電位まで安定に存在することが分かった。さらには、鎖式飽和炭化水素ジニトリル化合物のうち、直鎖分子である実施例40〜42のみならず、分枝を有する実施例43においても大きく電位窓が正方向に広がることが分かった。さらに、鎖式エーテル化合物の両末端にニトリル基が結合した鎖式エーテルニトリル化合物を用いた実施例44でも電位窓が大きく広がり、シアノ酢酸エステルを用いた実施例45では、電位窓が広がった。
-Evaluation-
(Measurement of potential-current curve)
For the electrolytic solutions of Examples 40 to 45 and Comparative Example 8, potential-current curves were measured in the same manner as described above. The results are shown in FIG.
From this figure, in the electrolytic solutions of Examples 40 to 45 in which dimethyl carbonate alone was added in addition to the nitrile compound as a solvent, the potential window was compared with the pretreatment electrolytic solution of Comparative Example 8 in which dimethyl carbonate was the sole solvent. Was found to spread in the positive direction. It was also found that the solvent was stably present up to a high potential by adding a chain saturated hydrocarbon dinitrile compound having nitrile groups bonded to both ends of the chain saturated hydrocarbon compound (Examples 40 to 45). Furthermore, it was found that, among the chain-type saturated hydrocarbon dinitrile compounds, not only in Examples 40 to 42 which are linear molecules but also in Example 43 having branches, the potential window greatly spreads in the positive direction. Furthermore, in Example 44 using a chain ether nitrile compound in which a nitrile group was bonded to both ends of the chain ether compound, the potential window was greatly expanded, and in Example 45 using a cyanoacetate ester, the potential window was expanded.

(実施例46,47)
実施例46,47では溶媒を、各種ニトリル:プロピレンカーボネート=50:50(容量比)とし、この混合溶媒に電解質をLiPF6(六フッ化リン酸リチウム)を1mol/Lとなるように溶解させたものを前処理用電解液とした。各実施例に用いたニトリルの種類は以下のとおりである。
実施例46 セバコニトリルNC(CHCN
実施例47 ドデカンジニトリルNC(CH10CN
(Examples 46 and 47)
In Examples 46 and 47, the solvent was various nitriles: propylene carbonate = 50: 50 (volume ratio), and the electrolyte was dissolved in LiPF 6 (lithium hexafluorophosphate) at 1 mol / L in this mixed solvent. This was used as the pretreatment electrolyte. The types of nitriles used in each example are as follows.
Example 46 sebaconitrile NC (CH 2) 8 CN
Example 47 dodecane dinitrile NC (CH 2) 10 CN

(比較例9)
比較例9では、有機溶媒としてプロピレンカーボネートにリチウム塩としてLiPF6を1mol/Lとなるように溶解させて前処理用電解液とした。
(Comparative Example 9)
In Comparative Example 9, a pretreatment electrolyte was prepared by dissolving LiPF 6 as a lithium salt in propylene carbonate as an organic solvent so as to be 1 mol / L.

−評価−
(電位−電流曲線の測定)
実施例46,47及び比較例9の電解液について、前述の方法と同様にして電位−電流曲線を測定した。結果を図16に示す。
この図から、溶媒としてニトリル化合物以外にプロピレンカーボネートを単独で加えた実施例46,47の電解液では、プロピレンカーボネートを単独溶媒とした比較例9の電解液と比較して、電位窓が正方向に大きく広がることが分かった。また、鎖式飽和炭化水素化合物の両末端にニトリル基が結合した鎖式飽和炭化水素ジニトリル化合物を加えることによって、溶媒が高い電位まで安定に存在することが分かった。
-Evaluation-
(Measurement of potential-current curve)
For the electrolytic solutions of Examples 46 and 47 and Comparative Example 9, potential-current curves were measured in the same manner as described above. The results are shown in FIG.
From this figure, in the electrolytic solutions of Examples 46 and 47 in which propylene carbonate alone was added in addition to the nitrile compound as a solvent, the potential window was positive in comparison with the electrolytic solution of Comparative Example 9 in which propylene carbonate was the sole solvent. It was found that it spreads greatly. It was also found that the solvent was stably present up to a high potential by adding a chain saturated hydrocarbon dinitrile compound having nitrile groups bonded to both ends of the chain saturated hydrocarbon compound.

(実施例48〜50)
実施例48〜50では溶媒を、各種ニトリル:γ−ブチロラクトン=50:50(容量比)とし、この混合溶媒に電解質をLiPF6(六フッ化リン酸リチウム)を1mol/Lとなるように溶解させたものを前処理用電解液とした。各実施例に用いたニトリルの種類は以下のとおりである。
実施例48 グルタロニトリルNC(CHCN
実施例49 セバコニトリルNC(CHCN
実施例50 ドデカンジニトリルNC(CH10CN
(Examples 48 to 50)
In Examples 48 to 50, the solvent was various nitriles: γ-butyrolactone = 50: 50 (volume ratio), and the electrolyte was dissolved in this mixed solvent so that LiPF 6 (lithium hexafluorophosphate) was 1 mol / L. This was used as a pretreatment electrolyte. The types of nitriles used in each example are as follows.
Example 48 glutaronitrile NC (CH 2) 3 CN
Example 49 sebaconitrile NC (CH 2) 8 CN
Example 50 dodecane dinitrile NC (CH 2) 10 CN

(比較例10)
比較例10では、有機溶媒としてγ−ブチロラクトンにリチウム塩としてLiPF6を0.1mol/Lとなるように溶解させて前処理用電解液とした。
(Comparative Example 10)
In Comparative Example 10, an electrolyte solution for pretreatment was prepared by dissolving LiPF 6 as a lithium salt in γ-butyrolactone as an organic solvent so as to be 0.1 mol / L.

−評価−
(電位−電流曲線の測定)
実施例48〜50及び比較例10の前処理用電解液について、前述の方法と同様にして電位−電流曲線を測定した。結果を図17に示す。
この図から、溶媒としてニトリル化合物以外にγ−ブチロラクトンを単独で加えた実施例48〜50の前処理用電解液では、γ−ブチロラクトンを単独溶媒とした比較例10の前処理用電解液と比較して、電位窓が正方向に大きく広がることが分かった。また、鎖式飽和炭化水素化合物の両末端にニトリル基が結合した鎖式飽和炭化水素ジニトリル化合物を加えることによって、溶媒が高い電位まで安定に存在することが分かった。
-Evaluation-
(Measurement of potential-current curve)
For the pretreatment electrolytes of Examples 48 to 50 and Comparative Example 10, potential-current curves were measured in the same manner as described above. The results are shown in FIG.
From this figure, the pretreatment electrolytes of Examples 48 to 50 in which γ-butyrolactone alone was added in addition to the nitrile compound as a solvent were compared with the pretreatment electrolyte of Comparative Example 10 in which γ-butyrolactone was the sole solvent. As a result, it was found that the potential window greatly expanded in the positive direction. It was also found that the solvent was stably present up to a high potential by adding a chain saturated hydrocarbon dinitrile compound having nitrile groups bonded to both ends of the chain saturated hydrocarbon compound.

(実施例51〜53)
実施例51〜53では溶媒を、各種ニトリル:エチレンカーボネート:γ−ブチロラクトン=50:25:25(容量比)とし、この混合溶媒に電解質をLiPF6(六フッ化リン酸リチウム)を1mol/Lとなるように溶解させたものを前処理用電解液とした。各実施例に用いたニトリルの種類は以下のとおりである。
実施例51 セバコニトリルNC(CHCN
実施例52 2−メチルグルタロニトリルNCCH(CH)CHCHCN
実施例53 オキシジプロピオニトリルNCCHCH-O-CHCHCN
(Examples 51-53)
In Examples 51-53, the solvent was various nitrile: ethylene carbonate: γ-butyrolactone = 50: 25: 25 (volume ratio), and the electrolyte was LiPF 6 (lithium hexafluorophosphate) at 1 mol / L in this mixed solvent. What was dissolved so that it might become was set as the electrolyte solution for pre-processing. The types of nitriles used in each example are as follows.
Example 51 sebaconitrile NC (CH 2) 8 CN
Example 52 2-methylglutaronitrile NCCH (CH 3) CH 2 CH 2 CN
Example 53 oxy dipropionate nitrile NCCH 2 CH 2 -O-CH 2 CH 2 CN

(比較例11)
比較例11では、有機溶媒としてエチレンカーボネート:γ−ブチロラクトン=50:50(容量比)にリチウム塩としてLiPF6を1mol/Lとなるように溶解させて前処理用電解液とした。
(Comparative Example 11)
In Comparative Example 11, an electrolyte solution for pretreatment was prepared by dissolving LiPF 6 as a lithium salt in ethylene carbonate: γ-butyrolactone = 50: 50 (volume ratio) as an organic solvent so as to be 1 mol / L.

−評価−
(電位−電流曲線の測定)
実施例51〜53及び比較例11の電解液について、前述の方法と同様にして電位−電流曲線を測定した。結果を図18に示す。
この図から、溶媒としてニトリル化合物以外に環状炭酸エステルであるエチレンカーボネートと、環状カルボン酸エステルであるγ−ブチロラクトンとを溶媒として加えた実施例51〜53の前処理用電解液では、ニトリル化合物を入れない比較例11の前処理用電解液と比較して、電位窓が正方向及び負方向に大きく広がることが分かった。また、鎖式飽和炭化水素化合物の両末端にニトリル基が結合した鎖式飽和炭化水素ジニトリル化合物を加えることによって、電位窓が大きく広がることが分かった。さらには、鎖式飽和炭化水素ジニトリル化合物のうち、直鎖分子である実施例51のみならず、分枝を有する実施例52においても大きく電位窓が正方向及び負方向に広がることが分かった。さらに、鎖式エーテル化合物の両末端にニトリル基が結合した鎖式エーテルニトリル化合物を用いた実施例53でも電位窓が大きく正負方向に広がった。
-Evaluation-
(Measurement of potential-current curve)
For the electrolyte solutions of Examples 51 to 53 and Comparative Example 11, potential-current curves were measured in the same manner as described above. The results are shown in FIG.
From this figure, in the pretreatment electrolytes of Examples 51 to 53 in which ethylene carbonate, which is a cyclic carbonate, and γ-butyrolactone, which is a cyclic carboxylic acid ester, are added as solvents in addition to the nitrile compound, It was found that the potential window greatly expanded in the positive direction and the negative direction as compared with the pretreatment electrolyte solution of Comparative Example 11 which was not included. It was also found that the potential window was greatly expanded by adding a chain saturated hydrocarbon dinitrile compound having a nitrile group bonded to both ends of the chain saturated hydrocarbon compound. Furthermore, it was found that, among the chain-type saturated hydrocarbon dinitrile compounds, not only in Example 51 which is a linear molecule but also in Example 52 having a branch, the potential window greatly spreads in the positive direction and the negative direction. Furthermore, also in Example 53 using a chain ether nitrile compound in which a nitrile group was bonded to both ends of the chain ether compound, the potential window greatly increased in the positive and negative directions.

(実施例54〜58)
実施例54〜58では溶媒を、セバコニトリル(実施例56ではアジポニトリル):エチレンカーボネート:ジメチルカーボネート=50:25:25(容量比)とし、この混合溶媒に各種電解質を1mol/Lとなるように溶解させたものをリチウムイオン電池用電解液とした。各実施例に用いた電解質の種類は以下のとおりである。
実施例54 LiPF6
実施例55 LiTFSI
実施例56 LiTFSI
実施例57 LiBF
実施例58 LiBETI
(Examples 54 to 58)
In Examples 54 to 58, the solvent was sebacononitrile (adiponitrile in Example 56): ethylene carbonate: dimethyl carbonate = 50: 25: 25 (volume ratio), and various electrolytes were dissolved in this mixed solvent so as to be 1 mol / L. This was used as an electrolyte for a lithium ion battery. The types of electrolyte used in each example are as follows.
Example 54 LiPF 6
Example 55 LiTFSI
Example 56 LiTFSI
Example 57 LiBF 4
Example 58 LiBETI

(実施例59)
実施例59では、有機溶媒としてセバコニトリルと、エチレンカーボネート(EC)と、ジメチルカーボネート(DMC)とを容量比で50:25:25の割合で混合した溶媒を用い、これにリチウム塩としてLiPF6(六フッ化リン酸リチウム)を0.05mol/L、LiTFSI(リチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド)を1.0mol/Lとなるように溶解させて前処理用電解液とした。
(Example 59)
In Example 59, a solvent obtained by mixing sebacononitrile, ethylene carbonate (EC), and dimethyl carbonate (DMC) at a volume ratio of 50:25:25 was used as the organic solvent, and LiPF 6 ( Lithium hexafluorophosphate) was dissolved at 0.05 mol / L and LiTFSI (lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide) was dissolved at 1.0 mol / L to obtain a pretreatment electrolyte.

(実施例60)
実施例60では、有機溶媒としてシアノ酢酸ブチルと、エチレンカーボネート(EC)と、ジメチルカーボネート(DMC)とを容量比で50:25:25の割合で混合した溶媒を用い、これにリチウム塩としてLiTFSI(リチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド)を1.0mol/Lとなるように溶解させて前処理用電解液とした。
(Example 60)
In Example 60, a solvent in which butyl cyanoacetate, ethylene carbonate (EC), and dimethyl carbonate (DMC) were mixed at a volume ratio of 50:25:25 as an organic solvent, and LiTFSI as a lithium salt was used. (Lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide) was dissolved at 1.0 mol / L to obtain a pretreatment electrolyte.

(実施例61)
実施例61では、有機溶媒としてシアノ酢酸ブチルと、エチレンカーボネート(EC)と、ジメチルカーボネート(DMC)とを容量比で50:25:25の割合で混合した溶媒を用い、これにリチウム塩としてLiBF(四フッ化ホウ酸リチウム)を1.0mol/Lとなるように溶解させて前処理用電解液とした。
(Example 61)
In Example 61, a solvent in which butyl cyanoacetate, ethylene carbonate (EC), and dimethyl carbonate (DMC) were mixed at a volume ratio of 50:25:25 as an organic solvent, and LiBF as a lithium salt was used. 4 (lithium tetrafluoroborate) was dissolved at 1.0 mol / L to obtain a pretreatment electrolyte.

(比較例12〜14)
比較例12〜14では、比較例5におけるリチウム塩であるLiPF6の替わりに、各種リチウム塩を添加した。すなわち、有機溶媒としてエチレンカーボネート:ジメチルカーボネート=50:50(容量比)に各種リチウム塩(比較例12ではLiTFSI、比較例13ではLiBF、比較例14ではLiBETI)を1mol/Lとなるように溶解させて前処理用電解液とした。
(Comparative Examples 12-14)
In Comparative Examples 12 to 14, various lithium salts were added instead of LiPF 6 which is the lithium salt in Comparative Example 5. That is, various lithium salts (LiTFSI in Comparative Example 12, LiBF 4 in Comparative Example 13, LiBETI in Comparative Example 14) at 1 mol / L as an organic solvent with ethylene carbonate: dimethyl carbonate = 50: 50 (volume ratio). It was made to melt | dissolve and it was set as the electrolyte solution for pre-processing.

−評価−
(電位−電流曲線の測定)
実施例54〜58、比較例5及び比較例12〜14の前処理用電解液について、前述の方法と同様にして電位−電流曲線を測定した。結果を図19に示す。またこの図から求めた、電流密度が50μA/cmとなるときの電位の値を表4に示す。
この図19及び表4から、溶媒としてニトリル化合物以外に環状炭酸エステルであるエチレンカーボネートと鎖状炭酸エステルであるジメチルカーボネートとを溶媒として加えた実施例54〜58の前処理用電解液では、電解質の種類によらず、ニトリル化合物を入れない比較例5及び比較例12〜14の前処理用電解液と比較して、電位窓が正方向に大きく広がることが分かった。
また、実施例59の電解液の電位窓は6.6V(図20参照)、実施例60の前処理用電解液の電位窓は5.4V(図21参照)、実施例61の電解液の電位窓は6.1V(図22参照)となり、いずれも正側に広がっていることが分かった。
-Evaluation-
(Measurement of potential-current curve)
For the pretreatment electrolytes of Examples 54 to 58, Comparative Example 5 and Comparative Examples 12 to 14, potential-current curves were measured in the same manner as described above. The results are shown in FIG. Table 4 shows the potential values obtained from this figure when the current density is 50 μA / cm 2 .
From FIG. 19 and Table 4, in addition to the nitrile compound as the solvent, ethylene carbonate as a cyclic carbonate and dimethyl carbonate as a chain carbonate were added as solvents. Regardless of the type, it was found that the potential window greatly expanded in the positive direction as compared with the pretreatment electrolytes of Comparative Example 5 and Comparative Examples 12 to 14 in which no nitrile compound was added.
Further, the potential window of the electrolytic solution of Example 59 is 6.6 V (see FIG. 20), the potential window of the pretreatment electrolytic solution of Example 60 is 5.4 V (see FIG. 21), and the electrolytic solution of Example 61 The potential window was 6.1 V (see FIG. 22), and it was found that both expanded to the positive side.

同様に、リチウム塩をLiPFとした、他の実施例及び比較例の前処理用電解液について、電位−電流曲線から求めた、所定の電流密度となるときの電極電位を表5に示す。この表から、鎖式飽和炭化水素化合物の両末端にニトリル基が結合した鎖式飽和炭化水素ジニトリル化合物、鎖式エーテル化合物の末端の少なくとも一つにニトリル基が結合した鎖式エーテルニトリル化合物及びシアノ酢酸エステルのうち少なくとも一つのニトリル化合物と、環状炭酸エステル、環状カルボン酸エステル及び鎖状炭酸エステルのうち少なくとも一つとが含まれている場合に、正方向に電位窓が広がることが分かる。 Similarly, the lithium salt and LiPF 6, the preconditioning electrolyte solution of the other Examples and Comparative Examples, the potential - was determined from current curve, shown in Table 5 electrode potential when a predetermined current density. From this table, a chain saturated hydrocarbon dinitrile compound having a nitrile group bonded to both ends of the chain saturated hydrocarbon compound, a chain ether nitrile compound having a nitrile group bonded to at least one of the ends of the chain ether compound, and cyano It can be seen that the potential window widens in the positive direction when at least one nitrile compound of acetic acid ester and at least one of cyclic carbonic acid ester, cyclic carboxylic acid ester and chain carbonic acid ester are contained.

<ニトリル添加量の影響>
前処理用電解液におけるニトリルの添加量の影響を調べるため、エチレンカーボネート:ジメチルカーボネート=1:1(容量比)の混合溶媒に、所定量のセバコニトリルを添加し、電位電流曲線を測定した。なお、電解質はLiPFを1Mとなるように加えた(ただし、セバコニトリル100容量%の場合には、1Mの溶解は困難であったため0.1Mとした)。結果を図23に示す。この図から、セバコニトリルの添加量は、1容量%でも電位窓を広げる効果があり、添加量が増すほど電位窓は高電位方向に広がることが分かった。前処理用電解液として好ましいセバコニトリルの添加量は、5容量%以上であり、より好ましくは10容量%以上であり、さらに好ましいのは30容量%以上であり、最も好ましいのは70容量%以上である。
<Influence of nitrile addition amount>
In order to examine the influence of the amount of nitrile added in the pretreatment electrolyte, a predetermined amount of sebacononitrile was added to a mixed solvent of ethylene carbonate: dimethyl carbonate = 1: 1 (volume ratio), and a potential-current curve was measured. Incidentally, the electrolyte was added LiPF 6 as a 1M (However, in the case of sebaconitrile 100% by volume, it was 0.1M for dissolution of 1M was difficult). The results are shown in FIG. From this figure, it was found that the amount of sebacononitrile added had the effect of expanding the potential window even at 1% by volume, and the potential window expanded in the higher potential direction as the amount added increased. The preferred amount of sebacononitrile added as the pretreatment electrolyte is 5% by volume or more, more preferably 10% by volume or more, still more preferably 30% by volume or more, and most preferably 70% by volume or more. is there.

以上のように、前処理用電解液の有機溶媒にニトリル化合物を加えることにより、電位窓が正の方向に大きく広がることが分かった。上記実施例の電位−電流曲線の測定においては、前述したように、正側及び負側に数回スキャンさせた後、自然電位から正方向、あるいは負方向に5mV/秒の速度で電位の掃引を行い、電位−電流曲線を測定している。この測定前の数回の電位のスキャンにおいては、2回以降において電位窓が広がっており、このことから、本発明の電解液中で正方向に電位掃引することにより、電位窓の広い電極を製造できることが分かる。   As described above, it was found that by adding a nitrile compound to the organic solvent of the pretreatment electrolyte, the potential window is greatly expanded in the positive direction. In the measurement of the potential-current curve of the above example, as described above, after scanning several times on the positive side and the negative side, the potential is swept at a rate of 5 mV / sec from the natural potential in the positive direction or the negative direction. And the potential-current curve is measured. In the potential scan several times before this measurement, the potential window spreads after the second time. Therefore, by sweeping the potential in the positive direction in the electrolytic solution of the present invention, an electrode having a wide potential window is formed. It can be seen that it can be manufactured.

<電池特性の測定>
本発明のリチウムイオン電池用電極の性能を評価するため、リチウム電池用陰極及びリチウム電池用正極を用いた電位−電流曲線を測定した。
すなわち、上記実施例55の前処理用電解液(すなわち、容量比でEC:DMC:セバコニトリル=25:25:50,リチウム塩としてLiTFSI(リチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド)を1.0mol/L)を用い、作用極にリチウム電池用陰極及びリチウム電池用陽極を用いて、リチウム吸蔵放出の電位−電流曲線を測定した。リチウム電池用陰極としてはLiTiO1を用い、リチウム電池用正極としてはLiCoO及びLiCoPOを用いた。測定にはポテンシオガルバノスタットを用いた。また、参照電極は(Ag/Ag+)を用いた。測定にあたっては、正電圧処理工程として正側及び負側に数回スキャンさせた後、自然電位から正方向、あるいは負方向に0.5mV/秒の速度で電位の掃引を行い、電位−電流曲線を測定した。
<Measurement of battery characteristics>
In order to evaluate the performance of the lithium ion battery electrode of the present invention, a potential-current curve was measured using a lithium battery cathode and a lithium battery cathode.
That is, the pretreatment electrolytic solution of Example 55 (that is, EC: DMC: sebaconitrile = 25: 25: 50 by volume ratio, LiTFSI (lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide) as a lithium salt was 1.0 mol / L). ), And a lithium battery cathode and a lithium battery anode were used as working electrodes, and a potential-current curve of lithium occlusion / release was measured. The cathode for a lithium battery using Li 4 Ti 5 O1 2, as a positive electrode for a lithium battery using LiCoO 2 and LiCoPO 4. A potentiogalvanostat was used for the measurement. Further, (Ag / Ag + ) was used as the reference electrode. In the measurement, as the positive voltage processing step, the positive side and the negative side are scanned several times, and then the potential is swept from the natural potential to the positive direction or the negative direction at a speed of 0.5 mV / sec. Was measured.

その結果、図24に示すように、リチウム電池用陰極としてのLiTi12、リチウム電池用正極としてのLiCoO及びLiCoPOのいずれの電極においても、リチウム(0)とリチウムイオンとの間での酸化還元に伴うほぼ可逆的な電流が観測された。この結果から、リチウム(0)−リチウムイオン間の円滑な充放電が可能であることが分かった。 As a result, as shown in FIG. 24, Li 4 Ti 5 O 12 as the cathode for the lithium battery, LiCoO 2 and LiCoPO 4 as the cathode for the lithium battery, both of lithium (0) and lithium ions A nearly reversible current associated with redox was observed. From this result, it was found that smooth charge / discharge between lithium (0) and lithium ions was possible.

本発明のリチウムイオン電池用電極は、リチウムイオン電池に適用される。
ここに、リチウムイオン電池は電解液、正極、負極、セパレータ及びケースを備えてなる。
The electrode for a lithium ion battery of the present invention is applied to a lithium ion battery.
Here, the lithium ion battery includes an electrolytic solution, a positive electrode, a negative electrode, a separator, and a case.

(電解液)
電解液はLi塩(電解質)と有機溶媒とを含んでいる。
Li塩には、Liイオン電池用の一般的なLi塩を用いることができる。例えば、LiPF6(六フッ化リン酸リチウム),LiBF(四フッ化ホウ酸リチウム)、LiTFSI(リチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド),LiTFS(トリフルオロメタンスルホン酸リチウム)、LiBETI(リチウムビス(ペンタフルオロエタンスルホニル)イミド)又はこれらの2種以上を用いることができる。
なかでも、正極の酸化還元電位が4.5V以上のものについては、LiPF、及び/又はLiBFを使用することが好ましい。また、LiTFSIやLiTFSやLiBETIを用いる場合、LiPF又はLiBFを添加することが好ましい。
(Electrolyte)
The electrolytic solution contains a Li salt (electrolyte) and an organic solvent.
As the Li salt, a general Li salt for a Li ion battery can be used. For example, LiPF 6 (lithium hexafluorophosphate), LiBF 4 (lithium tetrafluoroborate), LiTFSI (lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide), LiTFS (lithium trifluoromethanesulfonate), LiBETI (lithium bis ( Pentafluoroethanesulfonyl) imide) or two or more thereof can be used.
Among them, for those redox potential of the positive electrode is more than 4.5V, it is preferable to use LiPF 6, and / or LiBF 4. In the case of using a LiTFSI and LiTFS and LiBETI, it is preferable to add LiPF 6 or LiBF 4.

有機溶媒もLiイオン電池に用いられる一般的なものを採用できる。かかる有機溶媒とし環状炭酸エステル、環状カルボン酸エステル及び鎖状炭酸エステルの中から選ばれる1種、又は2種以上が好ましい。更に好ましくは、環状炭酸エステルと鎖状炭酸エステルとを併用する。具体的には、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとを併用する。両者の配合割合は特に限定されない。環状カルボン酸エステルとしてはγ−ブチロラクトンを用いることができる。
更にはニトリル化合物を有機溶媒として用いることができる。ここで、ニトリル化合物としては、鎖式飽和炭化水素化合物の両末端にニトリル基が結合した鎖式飽和炭化水素ジニトリル化合物、鎖式エーテル化合物の末端の少なくとも一つにニトリル基が結合した鎖式エーテルニトリル化合物及びシアノ酢酸エステルのうち少なくとも一つのニトリル化合物を挙げることができる。
As the organic solvent, a general solvent used for a Li ion battery can be adopted. As such an organic solvent, one kind or two or more kinds selected from cyclic carbonates, cyclic carboxylic acid esters and chain carbonates are preferable. More preferably, a cyclic carbonate and a chain carbonate are used in combination. Specifically, ethylene carbonate and dimethyl carbonate are used in combination. The blending ratio of both is not particularly limited. As the cyclic carboxylic acid ester, γ-butyrolactone can be used.
Furthermore, a nitrile compound can be used as an organic solvent. Here, as the nitrile compound, a chain saturated hydrocarbon dinitrile compound in which a nitrile group is bonded to both ends of a chain saturated hydrocarbon compound, a chain ether in which a nitrile group is bonded to at least one terminal of a chain ether compound. Mention may be made of at least one nitrile compound among nitrile compounds and cyanoacetic acid esters.

鎖式飽和炭化水素化合物の両末端にニトリル基が結合した鎖式飽和炭化水素ジニトリル化合物としては、例えば、スクシノニトリルNC(CHCN、グルタロニトリルNC(CHCN、アジポニトリルNC(CHCN、セバコニトリルNC(CHCN、ドデカンジニトリルNC(CH10CNなどのような直鎖状のジニトリル化合物の他、2−メチルグルタロニトリルNCCH(CH)CHCHCN等のように分枝を有していても良い。これらの鎖式飽和炭化水素ジニトリル化合物は、炭素数は特に限定されないが、20以下であることが好ましい。更に好ましくは7〜12である。 Examples of the chain saturated hydrocarbon dinitrile compound in which nitrile groups are bonded to both ends of the chain saturated hydrocarbon compound include succinonitrile NC (CH 2 ) 2 CN, glutaronitrile NC (CH 2 ) 3 CN, adiponitrile In addition to linear dinitrile compounds such as NC (CH 2 ) 4 CN, sebaconitrile NC (CH 2 ) 8 CN, dodecanedinitrile NC (CH 2 ) 10 CN, 2-methylglutaronitrile NCCH (CH 3 ) CH 2 CH 2 CN may have a branched as such. These chain saturated hydrocarbon dinitrile compounds are not particularly limited in carbon number, but are preferably 20 or less. More preferably, it is 7-12.

鎖式エーテル化合物の末端の少なくとも一つにニトリル基が結合した鎖式エーテルニトリル化合物としては、オキシジプロピオニトリルNCCHCH−O−CHCHCNや、3−メトキシプロピオニトリルCH−O−CHCHCN等が挙げられる。これらの鎖式エーテルニトリル化合物は、炭素数は特に限定されないが、20以下であることが好ましい。
シアノ酢酸エステルとしてはシアノ酢酸メチル、シアノ酢酸エチル、シアノ酢酸プロピル、シアノ酢酸ブチル等が挙げられる。これらのシアノ酢酸エステルは、炭素数は特に限定されないが、20以下であることが好ましい。
Examples of the chain ether nitrile compound in which a nitrile group is bonded to at least one end of the chain ether compound include oxydipropionitrile NCCH 2 CH 2 —O—CH 2 CH 2 CN and 3-methoxypropionitrile CH 3. -O-CH 2 CH 2 CN, and the like. These chain ether nitrile compounds are not particularly limited in carbon number, but are preferably 20 or less.
Examples of the cyanoacetate include methyl cyanoacetate, ethyl cyanoacetate, propyl cyanoacetate, and butyl cyanoacetate. These cyanoacetic acid esters are not particularly limited in carbon number, but are preferably 20 or less.

これらニトリル化合物は電解液において電位窓を特に正方向に広げる作用を奏する。
電位窓を広げる作用の観点からジニトリル化合物が好ましい。中でも、セバコニトリルの採用が更に好ましい。
ただし、ニトリル化合物は粘度が高いので、上述の鎖状炭酸エステル、環状炭酸エステル及び/又は環状カルボン酸エステルと併用することが好ましい。更に好ましくはニトリル化合物と鎖状炭酸エステル及び環状炭酸エステルとを併用する。鎖状炭酸エステルとしてはジメチルカーボネートを採用することができ、環状炭酸エステルとしてはエチレンカーボネートを採用することができる。
この場合、有機溶媒全体に占めるニトリル化合物の配合割合は1〜90容量%とすることが好ましい。更に好ましくは5〜70容量%であり、更に更に好ましくは、10〜50容量%である。
These nitrile compounds have the effect of expanding the potential window particularly in the positive direction in the electrolytic solution.
A dinitrile compound is preferable from the viewpoint of the action of expanding the potential window. Of these, the use of sebacononitrile is more preferable.
However, since a nitrile compound has high viscosity, it is preferable to use together with the above-mentioned chain carbonate ester, cyclic carbonate ester, and / or cyclic carboxylic acid ester. More preferably, a nitrile compound, a chain carbonate ester and a cyclic carbonate ester are used in combination. Dimethyl carbonate can be employed as the chain carbonate, and ethylene carbonate can be employed as the cyclic carbonate.
In this case, the blending ratio of the nitrile compound in the whole organic solvent is preferably 1 to 90% by volume. More preferably, it is 5-70 volume%, More preferably, it is 10-50 volume%.

Li塩の濃度は0.01mol/L以上であって、飽和状態よりも低い濃度とする。Li塩の濃度が0.01mol/L未満であると、Liイオンによるイオン伝導が小さくなり、電解液の電気抵抗が高くなるので好ましくない。他方、飽和状態を超えると、温度等の環境変化によって溶解しているLi塩が析出するので好ましくない。 The concentration of the Li salt is 0.01 mol / L or more and is lower than the saturated state. When the concentration of the Li salt is less than 0.01 mol / L, ion conduction due to Li ions is reduced, and the electric resistance of the electrolytic solution is increased, which is not preferable. On the other hand, exceeding the saturation state is not preferable because the dissolved Li salt precipitates due to environmental changes such as temperature.

(正極)
正極は正極活物質と集電体とを備える。
(正極活物質)
正極活物質とは「負極よりも高い電位で結晶構造内にリチウムが挿入/離脱され、それに伴って酸化/還元が行われる物質」をいう。
正極活物質としては(1)酸化物系、(2)オリビン型結晶構造を有するリン酸塩系、及び(3)オリビンフッ化物系を挙げることができる。
(Positive electrode)
The positive electrode includes a positive electrode active material and a current collector.
(Positive electrode active material)
The positive electrode active material refers to “a material in which lithium is inserted / extracted in the crystal structure at a higher potential than the negative electrode, and oxidation / reduction is performed accordingly”.
Examples of the positive electrode active material include (1) an oxide system, (2) a phosphate system having an olivine type crystal structure, and (3) an olivine fluoride system.

(1)酸化物系
1−1具体的物質
酸化物系としては、Li1−xCoO(x=0〜1:層状構造)、Li1−xNiO(x=0〜1:層状構造)、Li1−xMn(x=0〜1:スピネル構造)、Li2-yMnO3系(y=0〜2)及びこれらの固溶体(ここで固溶体とは、上記酸化物系の正極活物質において金属原子が自由な割合で混合された物質を指す。)を挙げることができる。また、これらのうちの金属原子を他の金属原子でドープしたものも含まれる。ドーパントとしては酸化還元反応において電気化学的な特性を変化させられるものであれば特に限定されるものではない。例えば、Li, Mg、Al、Ti、V、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Zr、Nb及びMoの1種又はそれ以上を用いることができる。
(1) Oxide-based 1-1 specific substances As oxide-based materials, Li 1-x CoO 2 (x = 0 to 1: layered structure), Li 1-x NiO 2 (x = 0 to 1 : layered structure) ), Li 1-x Mn 2 O 4 (x = 0 to 1: spinel structure), Li 2−y MnO 3 system (y = 0 to 2) and their solid solutions (here, the solid solution is the above oxide system) In which the metal atoms are mixed in a free ratio.). Moreover, what doped the metal atom of these with the other metal atom is also contained. The dopant is not particularly limited as long as the electrochemical characteristics can be changed in the oxidation-reduction reaction. For example, one or more of Li, Mg, Al, Ti, V, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Zr, Nb, and Mo can be used.

1−2 特性
この正極活物質の一般的な放電電位は5V vs Li/Li)未満である。但し、LiMn系でNiに一部置換した、LiNi0.5Mn1.5は、放電電位が4.7Vであり、急速充電をおこなう際には過電圧分を加味し、5Vを超える充電電圧を必要とする場合がある。また、LiCoMnOは放電電圧が5.2V程度から始まるため、これも充電電圧は5Vを超える。また、酸化物系は一般に300℃未満で分解し、酸素発生とともに比較的大きな発熱反応がある。このため、過充電が起こらないような制御回路が必要とされる。
1-2 Characteristics The general discharge potential of this positive electrode active material is less than 5 V vs Li / Li + ). However, LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 partially substituted with Ni in the LiMn 2 O 4 system has a discharge potential of 4.7 V, and takes into account overvoltage when performing rapid charging, and 5 V May require a charging voltage exceeding. Further, since LiCoMnO 4 starts with a discharge voltage of about 5.2V, the charge voltage also exceeds 5V. In addition, oxide systems generally decompose at less than 300 ° C., and have a relatively large exothermic reaction as oxygen is generated. Therefore, a control circuit that does not cause overcharging is required.

(2)オリビン型結晶構造を有するリン酸塩系
2−1具体的物質
オリビン型結晶構造を有するリン酸塩系としては、Li1−xNiPO (x=0〜1)
Li1−xCoPO (x=0〜1)、Li1−xMnPO (x=0〜1)、Li1−xFePO (x=0〜1)及びこれらの固溶体(ここで固溶体とは、上記リン酸塩系の正極活物質において金属原子が自由な割合で混合された物質を指す。)を挙げることができる。また、これらのうちの金属原子を他の金属原子でドープしたものも含まれる。ドーパントとしては酸化還元反応において電気化学的な特性を変化させられるものであれば特に限定されるものではない。例えば、Mg、Al、Ti、V、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Zr、Nb及びMoの1種又はそれ以上を用いることができる。(特開2008−130525号参照)
2−2 特性
この正極活物質の酸化還元電位は、酸化物系とは異なり300℃未満では発熱反応が小さい上、酸素は発生せず、安全性が高いことから注目されている。また、リン酸塩系のうち、LiCoPO系は放電電位が4.8V程度であり、急速充電に際しては5V以上で耐電圧を有する電解液が必要とされる。LiNiPOの放電電位は5.2V (vs Li/Li)が示唆されている。
(2) Phosphate-based 2-1 specific substance having an olivine-type crystal structure As a phosphate-based substance having an olivine-type crystal structure, Li 1-x NiPO 4 (x = 0 to 1)
Li 1-x CoPO 4 (x = 0 to 1 ), Li 1-x MnPO 4 (x = 0 to 1 ), Li 1-x FePO 4 (x = 0 to 1) and their solid solutions (where solid solutions and Refers to a substance in which metal atoms are mixed in a free ratio in the phosphate-based positive electrode active material. Moreover, what doped the metal atom of these with the other metal atom is also contained. The dopant is not particularly limited as long as the electrochemical characteristics can be changed in the oxidation-reduction reaction. For example, one or more of Mg, Al, Ti, V, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Zr, Nb, and Mo can be used. (See JP2008-130525)
2-2 Characteristics The oxidation-reduction potential of this positive electrode active material has attracted attention because it has a low exothermic reaction at 300 ° C. or lower, and does not generate oxygen and is highly safe, unlike the oxide type. Of the phosphate systems, the LiCoPO 4 system has a discharge potential of about 4.8 V, and an electrolyte having a withstand voltage of 5 V or more is required for rapid charging. It is suggested that the discharge potential of LiNiPO 4 is 5.2 V (vs Li / Li + ).

(3)オリビンフッ化物系
3−1 具体的物質
Li2−xNiPOF (x=0〜2)、Li2−xCoPOF (x=0〜2)が知られており、その他Li2−xMnPOF (x=0〜2)、Li2−xFePOF (x=0〜2)が考えられる。
また、これらの固溶体(ここで固溶体とは、上記オリビンフッ化物系の正極活物質において金属原子が自由な割合で混合された物質を指す。)も挙げることができる。さらに、これらのうちの金属原子を他の金属原子でドープしたものも含まれる。ドーパントとしては酸化還元反応において電気化学的な特性を変化させられるものであれば特に限定されるものではない。例えば、Mg、Al、Ti、V、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Zr、Nb及びMoの1種又はそれ以上を用いることができる。
3−2 特性
この正極活物質の酸化還元電位はオリビン系と同様に、酸化物系とは異なり、300℃未満の分解では、発熱反応が小さい上、酸素発生がないため、正極活物質由来の電池発火の影響は小さいと考えられ安全性の面で注目されている。また、電池の電気容量密度(mAh/g)を上記リン酸塩系よりも高くできる(特開2003−229126号公報参照)。しかし、例えばLiCoPOF系は、平均放電電位が4.8V程度であり、急速充電に際しては5V以上で耐電圧を有する電解液が必要とされる。また、LiNiPOF系の放電電位は5.2V(vs Li/Li)程度であり、5V以上で耐電圧を有する電解液が必要とされる。
(3) Olivine fluoride system 3-1 Specific substances Li 2-x NiPO 4 F (x = 0-2), Li 2-x CoPO 4 F (x = 0-2) are known, and other Li 2 -x MnPO 4 F (x = 0~2 ), Li 2-x FePO 4 F (x = 0~2) are considered.
Further, these solid solutions (herein, the solid solution refers to a material in which metal atoms are mixed in a free ratio in the olivine fluoride-based positive electrode active material) can also be mentioned. Furthermore, the thing which doped the metal atom of these with another metal atom is also contained. The dopant is not particularly limited as long as the electrochemical characteristics can be changed in the oxidation-reduction reaction. For example, one or more of Mg, Al, Ti, V, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Zr, Nb, and Mo can be used.
3-2 Characteristics Unlike the olivine system, the oxidation-reduction potential of this positive electrode active material is different from that of the oxide system. The impact of battery ignition is considered to be small, and is attracting attention in terms of safety. Moreover, the electric capacity density (mAh / g) of a battery can be made higher than the said phosphate system (refer Unexamined-Japanese-Patent No. 2003-229126). However, for example, the Li 2 CoPO 4 F system has an average discharge potential of about 4.8 V, and an electrolytic solution having a withstand voltage of 5 V or more is required for rapid charging. Further, the discharge potential of the Li 2 NiPO 4 F system is about 5.2 V (vs Li / Li + ), and an electrolytic solution having a withstand voltage at 5 V or more is required.

(4)その他
その他、リチウム非含有のFeF、有機導電性物質を用いた共役系ポリマー、シェブレル相化合物等を用いることもできる。また、遷移金属カルコゲン化物、バナジウム酸化物及びそのリチウム塩、ニオブ酸化物及びそのリチウム塩、さらには、複数の異なった正極活物質を混合して用いることも可能である。
正極活物質粒子の平均粒径は、特に限定はされないが、10nm〜30μmであることが好ましい。
(4) Others In addition, lithium-free FeF 3 , a conjugated polymer using an organic conductive material, a chevrel phase compound, or the like can also be used. Further, transition metal chalcogenides, vanadium oxides and lithium salts thereof, niobium oxides and lithium salts thereof, and a plurality of different positive electrode active materials can be used in combination.
The average particle diameter of the positive electrode active material particles is not particularly limited, but is preferably 10 nm to 30 μm.

(正極用集電体)
正極用集電体とは正極活物質を担持する導電性の基板である。
正極の集電体の成形材料は、充電時において安定であることが要求される。特に、酸化還元電位の高いオリビン型結晶構造を有するリン酸塩系及びそのオリビンフッ化物系の正極活物質を用いるときには、耐食性に優れた素材を使用することが好ましい。
例えば、電解質としてLiPF、LiBFを使用する場合、SUS304、SUS316、SUS316L、Ni、Al、Ti等を用いることができるが、使用する正極活物質の動作電位を考慮し、適宜選択することが好ましい。例えば、電解質としてLiPFを用いる場合は、Li/Li+電極に対して6Vでも使用することができるが、電解質としてLiBFを用いる場合、SUS304はLi/Li+電極に対し5.8V以下で充放電可能な場合のみ用いることができる。また、電解質としてLiTFSIを使用する場合、正極集電体表面に耐食性皮膜を形成させるべく、LiPF6を共存させることが好ましい。LiBETI及びLiTFSもLiTFSIの場合と同様である。
また、Al等の導電金属材料へ導電性DLC(ダイヤモンドライクカーボン)を周知の方法で被覆したものを集電体として用いることもできる。電解質がLiBFやLiPFなど、容易にフッ化物皮膜を形成するようなリチウム塩の場合は、アルミニウム上へ厚いフッ化皮膜が形成し、耐食性は向上するものの、電子伝導性が低下し、ひいてはオーミック過電圧増加に伴う、高出力化が阻害されることとなる。Al等の導電金属材料へ導電性DLCを被覆すれば、フッ化物皮膜は導電性DLCの欠陥部分の極わずかな面積でのみ発生するだけである。このため、高電圧化しても電子伝導性の低下は無視できる程度となり、懸念されている高電圧化による出力低下は防ぐことが可能となる。
ここで、導電性ダイヤモンドライクカーボンとは、ダイヤモンド結合(炭素同士のSP混成軌道結合)とグラファイト結合(炭素同士のSP混成軌道結合)の両方の結合が混在しているアモルファス構造をとるカーボンのうち、導電性が1000Ωcm以下のものをいう。ただし、アモルファス構造以外に、部分的にグラファイト構造からなる結晶構造(すなわちSP混成軌道結合からなる六方晶系結晶構造)からなる相を有し、これにより導電性が発揮されるものも含まれる。グラファイトとダイヤモンドの中間の性質を有するダイヤモンドライクカーボンは、成膜時にダイヤモンドライクカーボンを構成する炭素原子のSP混成軌道結合とSP混成軌道結合の比率を調整することで、導電性を調節することができる。
勿論、上記耐食性導電性金属材料を導電性DLCで被覆してもよい。
集電体の形状及び構造は、正極活物質や電池の構造に応じて、任意に設計可能である。
(Current collector for positive electrode)
The positive electrode current collector is a conductive substrate carrying a positive electrode active material.
The molding material for the current collector of the positive electrode is required to be stable during charging. In particular, when using a phosphate-based positive electrode active material having an olivine-type crystal structure with a high redox potential and its olivine fluoride-based material, it is preferable to use a material excellent in corrosion resistance.
For example, when LiPF 6 or LiBF 4 is used as the electrolyte, SUS304, SUS316, SUS316L, Ni, Al, Ti, or the like can be used. However, it may be selected as appropriate in consideration of the operating potential of the positive electrode active material to be used. preferable. For example, when LiPF 6 is used as the electrolyte, it can be used even at 6 V with respect to the Li / Li + electrode. However, when LiBF 4 is used as the electrolyte, SUS304 is 5.8 V or less with respect to the Li / Li + electrode. It can be used only when charge / discharge is possible. In addition, when LiTFSI is used as the electrolyte, it is preferable that LiPF6 coexists in order to form a corrosion-resistant film on the surface of the positive electrode current collector. LiBETI and LiTFS are the same as in LiTFSI.
In addition, a conductive metal material such as Al coated with conductive DLC (diamond-like carbon) by a well-known method can be used as a current collector. When the electrolyte is a lithium salt such as LiBF 4 or LiPF 6 that easily forms a fluoride film, a thick fluoride film is formed on the aluminum and the corrosion resistance is improved, but the electronic conductivity is lowered, and consequently The increase in output accompanying the increase in ohmic overvoltage is impeded. If the conductive metal material such as Al is coated with the conductive DLC, the fluoride film is generated only in a very small area of the defective portion of the conductive DLC. For this reason, even if the voltage is increased, the decrease in electron conductivity is negligible, and it is possible to prevent the decrease in output due to the increased voltage, which is a concern.
Here, the conductive diamond-like carbon is carbon having an amorphous structure in which both diamond bonds (SP 3 hybrid orbital bonds between carbons) and graphite bonds (SP 2 hybrid orbital bonds between carbons) are mixed. Among them, the one whose conductivity is 1000 Ωcm or less. However, in addition to the amorphous structure, those having a phase composed of a crystal structure partially composed of a graphite structure (that is, a hexagonal crystal structure composed of SP 2 hybrid orbital bonds) and thereby exhibiting conductivity are also included. . Diamond-like carbon having properties intermediate between graphite and diamond adjusts the conductivity by adjusting the ratio of SP 2 hybrid orbital bonds and SP 3 hybrid orbital bonds of the carbon atoms constituting diamond-like carbon during film formation. be able to.
Of course, you may coat | cover the said corrosion-resistant electroconductive metal material with electroconductive DLC.
The shape and structure of the current collector can be arbitrarily designed according to the structure of the positive electrode active material and the battery.

(負極)
負極は負極活物質と集電体とを備える。
(負極活物質)
負極活物質とは「正極よりも低い電位で結晶構造内にリチウムが挿入/離脱され、それに伴って酸化/還元が行われる物質」をいう
負極活物質としては、例えば、人造黒鉛、天然黒鉛、ハードカーボン等の種々の炭素材料やチタン酸リチウム(LiTi12)、HTi1225、HTi13、Feなどが挙げられる。また、これらを適宜混合した複合体も挙げることができる。さらには、Si微粒子やSi薄膜、これらのSiがSi−Ni、Si−Cu、Si−Nb、Si−Zn、Si−Sn等のSi系合金となった微粒子や薄膜が挙げられる。また、SiO酸化物、Si−SiO複合体、Si−SiO−カーボンなどの複合体等を挙げることができる。
(Negative electrode)
The negative electrode includes a negative electrode active material and a current collector.
(Negative electrode active material)
The negative electrode active material refers to “a material in which lithium is inserted / extracted in the crystal structure at a lower potential than the positive electrode and is oxidized / reduced accordingly”. Examples of the negative electrode active material include artificial graphite, natural graphite, Various carbon materials such as hard carbon, lithium titanate (Li 4 Ti 5 O 12 ), H 2 Ti 12 O 25 , H 2 Ti 6 O 13 , Fe 2 O 3 and the like can be mentioned. Moreover, the composite material which mixed these suitably can also be mentioned. Furthermore, there may be mentioned Si fine particles and Si thin films, and fine particles and thin films in which these Si are Si-based alloys such as Si—Ni, Si—Cu, Si—Nb, Si—Zn, Si—Sn. Further, SiO oxide, Si-SiO 2 composite, Si-SiO 2 - can be given complex, etc., such as carbon.

負極用の集電体は汎用的な導電性金属材料、Cu、Al、Ni、Ti、SUS304、SUS316等で形成することができる。
但し、電解液にニトリル化合物を用いたとき(他の有機溶剤との併用を含む)には、電解液中のLi塩に応じて適宜選択する必要がある。すなわち、電解質としてLiPF、LiBFを使用する場合、SUS304、316、316L、Ni、Al、Tiの使用が可能となる。ただし、使用する負極活物質の動作電位に応じて、適宜選択する必要がある。負極活物質としてカーボン系やSi系を使用する場合において、電解質としてLiBFを使用した場合は、Cu以外のAl、Ni、Ti、SUS304、SUS316等からなる集電体を使用することができる。負極活物質としてチタン酸リチウムやFe系の化合物を用いた場合は、Cuを含む上記材料の全てが適用可能である。一方、電解質としてLiPF使用時は負極活物質としてカーボン系やSi系を使用する場合においてAl、Ni及びTiが好ましく、SUS316、SUS316L及びCuは好ましくは無い。負極活物質としてチタン酸リチウムやFe2O2系の化合物を用いた場合は、銅を含む上記材料の全てが適用可能である。また、電解質としてLiTFSIや、LiBETI、やLiTFSを使用する場合、Ni、Ti、Al、Cu、SUS304、316及び316Lの何れも使用することができる。
The current collector for the negative electrode can be formed of a general-purpose conductive metal material such as Cu, Al, Ni, Ti, SUS304, SUS316, or the like.
However, when a nitrile compound is used for the electrolytic solution (including combined use with other organic solvents), it is necessary to select appropriately according to the Li salt in the electrolytic solution. That is, when LiPF 6 or LiBF 4 is used as the electrolyte, SUS304, 316, 316L, Ni, Al, and Ti can be used. However, it is necessary to select appropriately according to the operating potential of the negative electrode active material to be used. In the case of using carbon or Si as the negative electrode active material, when LiBF 4 is used as the electrolyte, a current collector made of Al, Ni, Ti, SUS304, SUS316, or the like other than Cu can be used. In the case where lithium titanate or a Fe 2 O 3 based compound is used as the negative electrode active material, all of the above materials containing Cu are applicable. On the other hand, when LiPF 6 is used as the electrolyte, Al, Ni, and Ti are preferable, and SUS316, SUS316L, and Cu are not preferable when a carbon-based or Si-based material is used as the negative electrode active material. When lithium titanate or Fe2O2 based compound is used as the negative electrode active material, all of the above materials including copper are applicable. In addition, when LiTFSI, LiBETI, or LiTFS is used as the electrolyte, any of Ni, Ti, Al, Cu, SUS304, 316, and 316L can be used.

(正極用電子伝導部材)
正極活物質には導電性の小さいものがある。従って、正極活物質と集電体との間に導電性の電子伝導部材を介在させて、両者の間に十分な電子伝導パスを確保することが好ましい。
ここで電子伝導部材は正極活物質と集電体との間に電子伝導パスを形成できればその形態は特に限定されるものではなく、例えばカーボンブラック、グラファイト粉、ダイヤモンドライクカーボン、グラッシーカーボン等の導電性粉体(導電助剤)を用いることができる。ダイヤモンドライクカーボン及びグラッシーカーボンは、カーボンブラックやグラファイトよりもはるかに広い電位窓を有しており、高電位を付与した場合の耐食性に優れているため、好適に用いることができる。また、これらの導電助剤に金属微粒子が担持されていることも好ましい。金属微粒子としては、例えばPt、Au、Ni等が挙げられる。これらは、単独で用いても良いし、これらの合金であっても良い。
電子伝導材料として、正極活物質を被覆する導電性皮膜(DLC膜等)、正極活物質を埋入させた導電性薄膜(金の薄膜等)を用いることができる。
特に、LiNiPOF系の正極活物質はそれ自身の及び/又はその表面皮膜の導電性が小さいので、これを集電体へ単に担持させてなるものではリチウムイオン電池の正極として機能しない場合がある。LiNiPOF系の正極活物質の性能評価のために、これを金等の導電薄膜へハンマー等で物理的に打ち込み、電池の正極を形成することができる。
ここにLiNiPOF系正極活物質とはLiNiPOF及びこれへ適宜ドーパントをドープしたものを指す。
(Electroconductive member for positive electrode)
Some positive electrode active materials have low electrical conductivity. Therefore, it is preferable to provide a sufficient electron conduction path between the positive electrode active material and the current collector by interposing a conductive electron conduction member.
Here, the shape of the electron conducting member is not particularly limited as long as an electron conduction path can be formed between the positive electrode active material and the current collector. For example, conductive materials such as carbon black, graphite powder, diamond-like carbon, and glassy carbon are used. Conductive powder (conductive aid) can be used. Diamond-like carbon and glassy carbon have a much wider potential window than carbon black and graphite, and are excellent in corrosion resistance when a high potential is applied, and therefore can be suitably used. Moreover, it is also preferable that metal fine particles are supported on these conductive assistants. Examples of the metal fine particles include Pt, Au, Ni and the like. These may be used alone or an alloy thereof.
As the electron conductive material, a conductive film (such as a DLC film) covering the positive electrode active material or a conductive thin film (such as a gold thin film) in which the positive electrode active material is embedded can be used.
In particular, since the Li 2 NiPO 4 F-based positive electrode active material has low conductivity of its own and / or its surface coating, it does not function as a positive electrode of a lithium ion battery if it is simply supported on a current collector. There is a case. In order to evaluate the performance of the Li 2 NiPO 4 F-based positive electrode active material, it can be physically driven into a conductive thin film such as gold with a hammer or the like to form the positive electrode of the battery.
Here, the Li 2 NiPO 4 F-based positive electrode active material refers to Li 2 NiPO 4 F and a material appropriately doped with dopant.

(負極用電子伝導部材)
正極用電子伝導部材と同様な物を用いることができる。
(Electroconductive member for negative electrode)
The thing similar to the electron conductive member for positive electrodes can be used.

(セパレータ)
セパレータは電解液中へ浸漬され、正極と負極とを分離し両者の短絡を防ぐとともに、Liイオンの通過を許容する。
かかるセパレータには、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂から成る多孔質フィルムが挙げられる。
(Separator)
The separator is immersed in the electrolytic solution, separates the positive electrode and the negative electrode, prevents a short circuit therebetween, and allows the passage of Li ions.
Examples of such separators include porous films made of polyolefin resins such as polyethylene and polypropylene.

(ケース)
ケースは電解液に対する耐食性を有する材質で形成される。その形状は、電池の目的用途に応じて任意に設計できる。
電解質としてLiPF6、LiBF4を使用する場合には、SUS304、316、316L、Ni、Al、Tiからなるケースを用いることができる。但し使用する正極、負極活物質の動作電位により適宜選択しなければならない場合もある。
ケースが集電体を兼ねる場合や集電体に電気的に結合される場合は、各電極の集電体形成材料と同一若しくは同種の材料で形成される。
(Case)
The case is formed of a material having corrosion resistance against the electrolytic solution. The shape can be arbitrarily designed according to the intended use of the battery.
When LiPF6 or LiBF4 is used as the electrolyte, a case made of SUS304, 316, 316L, Ni, Al, Ti can be used. However, there are cases where it is necessary to select appropriately depending on the operating potential of the positive electrode and negative electrode active material to be used.
When the case also serves as a current collector or is electrically coupled to the current collector, the case is formed of the same or the same material as the current collector forming material of each electrode.

この発明は、上記発明の実施形態の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様もこの発明に含まれる。   The present invention is not limited to the description of the embodiment of the invention. Various modifications may be included in the present invention as long as those skilled in the art can easily conceive without departing from the description of the scope of claims.

実施例1-1〜実施例1-6、実施例2、比較例1及び比較例2における電位−電流曲線である。It is an electric potential-current curve in Example 1-1 to Example 1-6, Example 2, Comparative Example 1, and Comparative Example 2. 実施例1で用いた前処理電解液のサイクリックボルタモグラムである。2 is a cyclic voltammogram of the pretreatment electrolyte used in Example 1. FIG. 実施例1-1のXPSのワイドスキャン測定及びのナロースキャン測定(炭素及び窒素)の結果を示すチャートである。It is a chart which shows the result of the wide scan measurement of XPS of Example 1-1, and the narrow scan measurement (carbon and nitrogen). 実施例1-1のXPSのナロースキャン測定(酸素、フッ素及びリン)の結果を示すチャートである。It is a chart which shows the result of the narrow scan measurement (oxygen, fluorine, and phosphorus) of XPS of Example 1-1. 実施例1-1のXPSのC1sピーク分割及びN1sピーク分割を行なった結果を示すチャートである。It is a chart which shows the result of having performed C1s peak division and N1s peak division of XPS of Example 1-1. 実施例3〜13、実施例1−3及び比較例3、4の電極についてXPS測定結果から求めた表面に存在する元素の存在割合を示すグラフである。It is a graph which shows the abundance ratio of the element which exists in the surface calculated | required from the XPS measurement result about the electrode of Examples 3-13, Example 1-3, and Comparative Examples 3 and 4. FIG. 実施例3〜13、実施例1−3及び比較例3、4の電極についてXPS測定結果から求めた窒素の表面存在割合及びそれらの元素の結合状態の割合を示すグラフである。It is a graph which shows the surface presence rate of the nitrogen calculated | required from the XPS measurement result about the electrode of Examples 3-13, Example 1-3, and Comparative Examples 3 and 4, and the ratio of the bonding state of those elements. 実施例3〜13、実施例1−3及び比較例3、4の電極についてXPS測定結果から求めたリンの表面存在割合及びそれらの元素の結合状態の割合(ただし、実施例8についてはホウ素の表面存在割合及びそれらの結合状態の割合)を示すグラフである。The surface presence ratio of phosphorus obtained from the XPS measurement results for the electrodes of Examples 3 to 13, Example 1-3 and Comparative Examples 3 and 4 and the ratio of the bonding state of these elements (however, in Example 8, boron It is a graph which shows the surface existence ratio and the ratio of those combined states). 実施例3〜13、実施例1−3及び比較例3、4の電極についてXPS測定結果から求めたフッ素の表面存在割合及びそれらの元素の結合状態の割合を示すグラフである。It is a graph which shows the surface presence rate of the fluorine calculated | required from the XPS measurement result about the electrode of Examples 3-13, Example 1-3, and Comparative Examples 3 and 4, and the ratio of the bonding state of those elements. 実施例15及び比較例5の電位−電流曲線である。It is an electric potential-current curve of Example 15 and Comparative Example 5. 実施例16〜23及び比較例5の電位−電流曲線である。It is an electric potential-current curve of Examples 16-23 and Comparative Example 5. 比較例4の電位−電流曲線である。10 is a potential-current curve of Comparative Example 4. 実施例24〜31及び比較例6の電位−電流曲線である。It is an electric potential-current curve of Examples 24-31 and Comparative Example 6. 実施例32〜39及び比較例7の電位−電流曲線である。It is an electric potential-current curve of Examples 32-39 and Comparative Example 7. 実施例40〜45及び比較例8の電位−電流曲線である。It is an electric potential-current curve of Examples 40-45 and Comparative Example 8. 実施例46、47及び比較例9の電位−電流曲線である。It is the electric potential-current curve of Examples 46 and 47 and Comparative Example 9. 実施例48〜50及び比較例10の電位−電流曲線である。It is an electric potential-current curve of Examples 48-50 and Comparative Example 10. 実施例51〜53及び比較例11の電位−電流曲線である。6 is a potential-current curve of Examples 51 to 53 and Comparative Example 11. 実施例54〜58及び比較例5,12,13,14の電位−電流曲線である。It is an electric potential-current curve of Examples 54-58 and Comparative Examples 5, 12, 13, and 14. 実施例59及び比較例12の電位−電流曲線である。It is an electric potential-current curve of Example 59 and Comparative Example 12. 実施例60及び比較例12の電位−電流曲線である。It is an electric potential-current curve of Example 60 and Comparative Example 12. 実施例61及び比較例5の電位−電流曲線である。6 is a potential-current curve of Example 61 and Comparative Example 5. FIG. エチレンカーボネート:ジメチルカーボネート=1:1とし、さらにセバコニトリルを所定量添加した混合溶媒を用いた場合の電位−電流曲線である。It is an electric potential-current curve at the time of using the mixed solvent which set ethylene carbonate: dimethyl carbonate = 1: 1, and also added a predetermined amount of sebacononitrile. 実施例55のリチウムイオン電池用電解液を用いたリチウム吸蔵放出の電位−電流曲線である。It is the electric potential-current curve of lithium occlusion discharge | release using the electrolyte solution for lithium ion batteries of Example 55. FIG.

Claims (3)

XPSによる表面分析を行った場合有機窒素の形態の窒素とアンモニウム塩の形態の窒素との合計が2atm%以上存在する皮膜が形成されていることを特徴とするリチウムイオン電池用電極。   An electrode for a lithium ion battery, characterized in that when a surface analysis is performed by XPS, a film in which a total of 2 atm% or more of nitrogen in the form of organic nitrogen and nitrogen in the form of ammonium salt is present is formed. XPSによる表面分析を行った場合リンが1atm%以上存在し、該リンの主成分はP−F結合の形態である皮膜が形成されていることを特徴とする請求項1記載のリチウムイオン電池用電極。   2. The lithium ion battery according to claim 1, wherein when surface analysis is performed by XPS, phosphorus is present in an amount of 1 atm% or more, and a film in which the main component of the phosphorus is in the form of a PF bond is formed. electrode. XPSによる表面分析を行った場合ホウ素が1atm%以上存在し、該ホウ素の主成分はB−F結合の形態である皮膜が形成されていることを特徴とする請求項1記載のリチウムイオン電池用電極。   2. The lithium ion battery according to claim 1, wherein when the surface analysis is performed by XPS, boron is present in an amount of 1 atm% or more, and a film in which the main component of the boron is in the form of a BF bond is formed. electrode.
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