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JP2014022328A - Method for manufacturing nonaqueous electrolyte secondary battery - Google Patents

Method for manufacturing nonaqueous electrolyte secondary battery Download PDF

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JP2014022328A JP2012163022A JP2012163022A JP2014022328A JP 2014022328 A JP2014022328 A JP 2014022328A JP 2012163022 A JP2012163022 A JP 2012163022A JP 2012163022 A JP2012163022 A JP 2012163022A JP 2014022328 A JP2014022328 A JP 2014022328A
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秀之 坂
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Toyota Motor Corp
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Abstract

【課題】内部抵抗が低減され、且つ耐久性(サイクル特性)に優れた非水電解液二次電池を製造する方法を提供する。
【解決手段】本発明に係る非水電解液二次電池の製造方法は、正極活物質を有する正極と、負極活物質を有する負極と、フッ素化非水溶媒を含まない前処理用電解液と、オキサラト錯体化合物と、を前処理用セル内に収容すること(ステップS110);正極と負極の間に電流を付与する前処理を行い、負極活物質の表面にオキサラト錯体化合物由来の被膜を形成すること(ステップS120);上記被膜が形成された負極活物質を有する負極と、正極と、フッ素含有非水溶媒を含む電池用電解液と、を用いて非水電解液二次電池を構築すること(ステップS130);を包含する。
【選択図】図1
A method of manufacturing a non-aqueous electrolyte secondary battery having reduced internal resistance and excellent durability (cycle characteristics) is provided.
A method for producing a non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention includes a positive electrode having a positive electrode active material, a negative electrode having a negative electrode active material, and an electrolyte for pretreatment that does not contain a fluorinated non-aqueous solvent. And oxalato complex compound in a pretreatment cell (step S110); pretreatment for applying current between the positive electrode and the negative electrode is performed to form a film derived from the oxalato complex compound on the surface of the negative electrode active material (Step S120); constructing a non-aqueous electrolyte secondary battery using a negative electrode having a negative electrode active material on which the coating film is formed, a positive electrode, and a battery electrolyte containing a fluorine-containing non-aqueous solvent. (Step S130).
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、非水電解液二次電池に関する。より詳しくは、該電池の製造方法に関する。   The present invention relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery. In more detail, it is related with the manufacturing method of this battery.

リチウムイオン二次電池等の非水電解液二次電池は、既存の電池に比べて小型、軽量かつ高エネルギー密度であって、出力密度にも優れる。このため、パソコンや携帯端末等のいわゆるポータブル電源や、車載用の電源(車両駆動用電源)として好ましく用いられている。   Nonaqueous electrolyte secondary batteries such as lithium ion secondary batteries are smaller, lighter, and have higher energy density than conventional batteries, and are excellent in output density. For this reason, it is preferably used as a so-called portable power source such as a personal computer or a portable terminal, or an in-vehicle power source (vehicle power source).

ところで、車両駆動用電源等に用いられる非水電解液二次電池では、性能向上の一環として、更なる高エネルギー密度化が検討されている。かかる高エネルギー密度化は、例えば該電池の作動電圧をより高くすること(例えば4.5V以上にすること)によって実現し得る。しかし、電池の作動電圧を高くすると、従来に比べて正極の電位が高くなるため、該正極において電解液の酸化分解が起こり易く、それによって耐久性(サイクル特性)が悪化し易い。そこで、このような酸化分解を防ぐため、電解液の構成成分としてより耐酸化性の高い(すなわち酸化分解電位の高い)材料を用いることが検討されている。例えば特許文献1には、電解液成分にフッ素含有非水溶媒を用いることで、リチウムイオン二次電池の作動電圧の上限を4.9V以上に設定した場合であっても電解液の分解に伴うガス発生を抑制し得る旨が記載されている。   By the way, in a non-aqueous electrolyte secondary battery used for a power source for driving a vehicle or the like, further energy density is being studied as part of performance improvement. Such high energy density can be realized, for example, by increasing the operating voltage of the battery (for example, 4.5 V or more). However, when the operating voltage of the battery is increased, the potential of the positive electrode becomes higher than in the conventional case, so that oxidative decomposition of the electrolytic solution is likely to occur in the positive electrode, and thereby durability (cycle characteristics) is likely to deteriorate. Therefore, in order to prevent such oxidative decomposition, it has been studied to use a material having higher oxidation resistance (that is, having a higher oxidative decomposition potential) as a constituent component of the electrolytic solution. For example, in Patent Document 1, by using a fluorine-containing non-aqueous solvent as the electrolyte component, even when the upper limit of the operating voltage of the lithium ion secondary battery is set to 4.9 V or more, it accompanies decomposition of the electrolyte. It is described that gas generation can be suppressed.

特開2003−168480号公報JP 2003-168480 A

しかしながら、一般に耐酸化性と耐還元性とは相反する特性であるので、耐酸化性の高い電解液成分(例えば、上記フッ素含有非水溶媒)は、その背反として耐還元性が低く、負極で還元分解され易い傾向にある。本発明者の検討によれば、かかる電解液の還元分解によって負極活物質の表面にリチウムが固定化され高抵抗な不動態被膜(例えばLiF)が形成されるため、それによって内部抵抗の増大や電池特性(例えば初期容量)の悪化を生じる場合がある。本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、負極における電解液の還元分解が好適に抑制され、耐酸化性および耐還元性に優れた非水電解液二次電池の製造方法を提供することである。また、他の目的は、かかる製造方法により得られた非水電解液二次電池を提供することである。   However, since oxidation resistance and reduction resistance are generally contradictory properties, an electrolyte component having high oxidation resistance (for example, the fluorine-containing non-aqueous solvent) has a low reduction resistance as a contradiction. It tends to be reductively decomposed. According to the study of the present inventor, lithium is immobilized on the surface of the negative electrode active material by reductive decomposition of the electrolytic solution and a high resistance passive film (for example, LiF) is formed. Battery characteristics (for example, initial capacity) may be deteriorated. The present invention has been made in view of such a point, and the object thereof is to manufacture a nonaqueous electrolyte secondary battery that is suitably suppressed in reductive decomposition of an electrolyte solution in a negative electrode and has excellent oxidation resistance and reduction resistance. Is to provide a method. Another object is to provide a non-aqueous electrolyte secondary battery obtained by such a manufacturing method.

本発明者は、上記課題を解決すべく、負極活物質の表面を安定な被膜で覆うことで電解液との界面を安定化させ、電解液の還元分解を抑制することを考えた。そして、鋭意検討の結果、負極活物質の表面に安定かつ抵抗の低い被膜を形成し、かかる耐還元性に優れた被膜を有する負極活物質と、耐酸化性に優れた電解液と、を用いて非水電解液二次電池を構築することに想到し、本発明を完成させた。   In order to solve the above-mentioned problems, the present inventor considered to stabilize the interface with the electrolytic solution by covering the surface of the negative electrode active material with a stable coating and to suppress the reductive decomposition of the electrolytic solution. Then, as a result of intensive studies, a negative active material having a stable and low resistance film on the surface of the negative electrode active material and having such a film having excellent resistance to reduction, and an electrolyte having excellent oxidation resistance are used. Thus, the inventors have conceived of constructing a non-aqueous electrolyte secondary battery and completed the present invention.

本発明により提供される非水電解液二次電池の製造方法では、先ず前処理用セルを構築する。かかる前処理用セルは、正極活物質を有する正極と、負極活物質を有する負極と、フッ素含有非水溶媒を実質的に含まない前処理用電解液と、オキサラト錯体化合物と、を備えている。上記製造方法では、次に上記正極と上記負極の間に電流を付与する前処理を行い、上記負極活物質の表面に上記オキサラト錯体化合物由来の被膜を形成する。すなわち上記前処理は、オキサラト錯体化合物由来の被膜が形成された負極活物質(または該被膜付き負極活物質を有する負極)を製造する処理としても把握され得る。上記製造方法では、次に上記被膜が形成された負極活物質を用いて非水電解液二次電池を構築する。その際に用いられる電解液(以下、「電池用電解液」ということもある。)は、フッ素含有非水溶媒を含んでいる。   In the method for producing a non-aqueous electrolyte secondary battery provided by the present invention, a pretreatment cell is first constructed. Such a pretreatment cell includes a positive electrode having a positive electrode active material, a negative electrode having a negative electrode active material, a pretreatment electrolyte substantially free of a fluorine-containing nonaqueous solvent, and an oxalato complex compound. . In the manufacturing method, next, pretreatment for applying a current between the positive electrode and the negative electrode is performed to form a film derived from the oxalato complex compound on the surface of the negative electrode active material. That is, the pretreatment can also be grasped as a process for producing a negative electrode active material (or a negative electrode having a negative electrode active material with a film) on which a film derived from an oxalato complex compound is formed. In the manufacturing method, next, a non-aqueous electrolyte secondary battery is constructed using the negative electrode active material on which the coating film is formed. The electrolytic solution used in this case (hereinafter sometimes referred to as “battery electrolytic solution”) contains a fluorine-containing nonaqueous solvent.

ここで開示される製造方法によれば、前処理によって、オキサラト錯体化合物が分解されて、負極活物質の表面に低抵抗且つ安定な被膜が形成される。かかる被膜が形成された負極活物質では電解液を還元分解する性質が抑制されているため、耐還元性の低い電解液(例えばフッ素含有非水溶媒)を用いて電池を構築した場合であっても、該電解液が負極上で還元分解され難い。したがって、耐還元性に優れた被膜を有する負極活物質と、耐酸化性に優れたフッ素含有非水溶媒と、を用いた非水電解液二次電池では、電解液の分解が高度に抑制されており、優れた電池性能(例えば高い電池容量や耐久性)が実現され得る。   According to the production method disclosed herein, the oxalate complex compound is decomposed by the pretreatment, and a low-resistance and stable film is formed on the surface of the negative electrode active material. In the negative electrode active material having such a coating formed, the property of reducing and decomposing the electrolytic solution is suppressed. Therefore, a battery is constructed using an electrolytic solution having a low reduction resistance (for example, a fluorine-containing nonaqueous solvent). However, the electrolytic solution is hardly reduced and decomposed on the negative electrode. Therefore, in a non-aqueous electrolyte secondary battery using a negative electrode active material having a coating excellent in reduction resistance and a fluorine-containing non-aqueous solvent excellent in oxidation resistance, decomposition of the electrolyte is highly suppressed. Therefore, excellent battery performance (for example, high battery capacity and durability) can be realized.

なお、本明細書において「非水電解液二次電池」とは非水電解液(典型的には、非水溶媒中に支持塩を含む電解液)を備えた電池をいう。また、「リチウムイオン二次電池」とは、電解質イオンとしてリチウムイオンを利用し、正負極間のリチウムイオンの移動により充放電が実現される二次電池をいう。また、本明細書において「フッ素含有非水溶媒」とは、構成原子としてフッ素を含む有機溶媒をいう。換言すれば、構成元素としてフッ素を含まない有機溶媒の少なくとも1つの水素原子がフッ素原子によって置換された化学構造を有する有機溶媒をいう。   In the present specification, the “non-aqueous electrolyte secondary battery” refers to a battery provided with a non-aqueous electrolyte (typically, an electrolyte containing a supporting salt in a non-aqueous solvent). The “lithium ion secondary battery” refers to a secondary battery that uses lithium ions as electrolyte ions and is charged and discharged by movement of lithium ions between the positive and negative electrodes. In the present specification, the “fluorine-containing nonaqueous solvent” refers to an organic solvent containing fluorine as a constituent atom. In other words, the organic solvent has a chemical structure in which at least one hydrogen atom of an organic solvent not containing fluorine as a constituent element is substituted with a fluorine atom.

上記前処理用電解液としては、上記オキサラト錯体化合物よりも金属リチウム基準の還元電位が低いものを用いることが好ましい。これにより、オキサラト錯体化合物を優先的に還元分解し得、該オキサラト錯体化合物由来の低抵抗な被膜を負極活物質の表面に好適に形成することができる。   As the pretreatment electrolytic solution, it is preferable to use one having a reduction potential based on metal lithium as compared with the oxalato complex compound. Thereby, the oxalato complex compound can be preferentially reduced and decomposed, and a low-resistance film derived from the oxalato complex compound can be suitably formed on the surface of the negative electrode active material.

上記オキサラト錯体化合物は、ホウ素(B)原子またはリン(P)原子を含んでいることが好ましく、好適例として下記式(I)で表されるリチウムビス(オキサラト)ボレート(以下、「LiBOB」と略称する場合がある。)が挙げられる。
LiBOBは、負極活物質の表面に緻密で安定性に優れた被膜を形成し得る。したがって、それ以後の充放電に伴う非水電解液の分解反応を好適に抑制することができ、本願発明の適用効果をより高いレベルで発揮することができる。
The oxalato complex compound preferably contains a boron (B) atom or a phosphorus (P) atom. As a suitable example, lithium bis (oxalato) borate (hereinafter referred to as “LiBOB”) represented by the following formula (I): May be abbreviated).
LiBOB can form a dense and highly stable film on the surface of the negative electrode active material. Therefore, the decomposition reaction of the non-aqueous electrolyte accompanying charging / discharging after that can be suppressed suitably, and the application effect of this invention can be exhibited at a higher level.

Figure 2014022328
Figure 2014022328

上記前処理は、前処理用セルの負極電位が、オキサラト錯体化合物(2種以上のオキサラト錯体化合物を用いる場合は、少なくとも1種)の金属リチウム基準の還元電位(以下、金属リチウム基準の電位を「vs.Li/Li」と表記することがある。)と同等またはそれより低くなるまで行うことが好ましい。より具体的には、上記オキサラト錯体化合物として上記LiBOBを用いる場合、負極の電位がLiBOBの還元電位より低い状態(すなわち1.73V(vs.Li/Li)以下の状態)において上記オキサラト錯体化合物を分解させる態様で好ましく実施され得る。これにより、上記前処理用セルの負極においてオキサラト錯体化合物が好適に還元分解され、負極活物質表面にその分解物を含む被膜が安定的に形成され得る。また、この充電は、前処理用セルの負極電位が、前処理用電解液の金属リチウム基準の還元電位以上となるよう行うことが好ましい。すなわち、充電状態(例えばSOCが凡そ100%の状態)の前処理用セルにおいて、金属リチウム基準の電位が、オキサラト錯体化合物の還元電位>負極電位>電解液の還元電位となる態様で好ましく実施し得る。換言すれば、負極電位(vs.Li/Li)が、1.73V>負極電位>1.7Vとなる態様で好ましく実施し得る。これにより、オキサラト錯体化合物由来の低抵抗な被膜を負極活物質表面に緻密に形成することができる。したがって、かかる態様によると負極活物質の表面に電解液分解防止性に優れた被膜がより一層好適に形成され得る。換言すれば、より一層電解液分解防止性に優れた負極活物質を得ることができる。 In the pretreatment, the negative potential of the pretreatment cell is a reduction potential based on metal lithium of an oxalato complex compound (or at least one when two or more oxalato complex compounds are used). It is preferable to carry out until it becomes equivalent to or lower than “vs. Li / Li + ”. More specifically, when LiBOB is used as the oxalato complex compound, the oxalato complex compound is used in a state where the potential of the negative electrode is lower than the reduction potential of LiBOB (that is, a state of 1.73 V (vs. Li / Li + ) or less). Can be preferably carried out in a mode of decomposing. Thereby, the oxalato complex compound is suitably reduced and decomposed in the negative electrode of the pretreatment cell, and a film containing the decomposition product can be stably formed on the surface of the negative electrode active material. Further, this charging is preferably performed so that the negative electrode potential of the pretreatment cell is equal to or higher than the reduction potential of the pretreatment electrolyte based on the metal lithium. That is, in a pretreatment cell in a charged state (for example, a state where the SOC is approximately 100%), it is preferably carried out in such a manner that the potential based on the metal lithium is the reduction potential of the oxalato complex compound> the negative electrode potential> the reduction potential of the electrolyte. obtain. In other words, the negative electrode potential (vs. Li / Li + ) can be preferably implemented in a mode in which 1.73 V> negative electrode potential> 1.7 V. Thereby, the low resistance film derived from an oxalato complex compound can be densely formed on the surface of the negative electrode active material. Therefore, according to such an embodiment, a film excellent in electrolytic solution decomposition preventing property can be more suitably formed on the surface of the negative electrode active material. In other words, it is possible to obtain a negative electrode active material that is further excellent in electrolytic solution decomposition prevention.

上記電池用電解液に含まれるフッ素含有非水溶媒としては、フッ素化カーボネートの一種または二種以上を好ましく採用し得る。ここで、「カーボネート」とは、分子内にカーボネート構造(−O−(C=O)−O−)を少なくとも1つ有する有機化合物をいい、環状カーボネートおよび鎖状カーボネートの双方を包含する。なお、本明細書において「鎖状」とは、直鎖状および分岐鎖状の双方を包含する意味である。また、上記電池用電解液に含まれるフッ素含有非水溶媒として、少なくとも1種類のフッ素化環状カーボネートを含むことがより好ましい。好適例として、モノフルオロエチレンカーボネート(以下「MFEC」と表記することがある。)およびジフルオロエチレンカーボネート(以下「DFEC」と表記することがある。)のいずれか一方または両方を含む電池用電解液が挙げられる。かかる組成の電池用電解液は酸化側に広い電位窓を有する(すなわち耐酸化性が高い)。したがって、該電解液を用いて構築した非水電解液二次電池では、電池の作動電圧をより高く設定した場合であっても正極で酸化分解が生じ難く、エネルギー密度と耐久性とを高いレベルで両立し得る。   As the fluorine-containing nonaqueous solvent contained in the battery electrolyte, one or more of fluorinated carbonates can be preferably employed. Here, “carbonate” refers to an organic compound having at least one carbonate structure (—O— (C═O) —O—) in the molecule, and includes both cyclic carbonates and chain carbonates. In the present specification, “chain” means to include both linear and branched chains. More preferably, the fluorine-containing non-aqueous solvent contained in the battery electrolyte contains at least one fluorinated cyclic carbonate. As a preferred example, an electrolytic solution for a battery containing one or both of monofluoroethylene carbonate (hereinafter sometimes referred to as “MFEC”) and difluoroethylene carbonate (hereinafter sometimes referred to as “DFEC”). Is mentioned. The battery electrolyte having such a composition has a wide potential window on the oxidation side (that is, high oxidation resistance). Therefore, in the non-aqueous electrolyte secondary battery constructed using the electrolyte, even when the operating voltage of the battery is set higher, oxidative decomposition hardly occurs at the positive electrode, and the energy density and durability are high. Can be compatible.

ここで開示される技術は、上記正極が4.5V(vs.Li/Li)以上の電位(より好ましくは4.6V(vs.Li/Li)以上の電位)に設定される非水電解液二次電池(例えばリチウムイオン二次電池)の製造に好ましく適用され得る。ここで「正極が4.5V(vs.Li/Li)以上の電位で作動する非水電解液二次電池」とは、SOC(State of Charge;充電状態)0%〜100%の範囲に、正極活物質の酸化還元電位(作動電位)が4.5V(vs.Li/Li)以上の領域を有する非水電解液二次電池をいう。かかる電池は、SOC0%〜100%のうち少なくとも一部範囲において、正極の電位が4.5V(vs.Li/Li)以上になる非水電解液二次電池としても把握され得る。 The technique disclosed here is a non-aqueous solution in which the positive electrode is set to a potential of 4.5 V (vs. Li / Li + ) or higher (more preferably, a potential of 4.6 V (vs. Li / Li + ) or higher). The present invention can be preferably applied to the production of an electrolyte secondary battery (for example, a lithium ion secondary battery). Here, the “non-aqueous electrolyte secondary battery in which the positive electrode operates at a potential of 4.5 V (vs. Li / Li + ) or higher” means a SOC (State of Charge) range of 0% to 100%. A non-aqueous electrolyte secondary battery having a region where the redox potential (operating potential) of the positive electrode active material is 4.5 V (vs. Li / Li + ) or higher. Such a battery can also be grasped as a non-aqueous electrolyte secondary battery in which the potential of the positive electrode is 4.5 V (vs. Li / Li + ) or more in at least a partial range of SOC 0% to 100%.

なお、本明細書において「SOC」とは、電池が通常使用される電圧範囲を基準とする、該電池の充電状態をいうものとする。端子間電圧(開回路電圧(open circuit voltage;OCV))が上限電圧(例えば、4.9V)〜下限電圧(例えば、3.5V)の条件で測定される定格容量(典型的には、後述する評価用電池の定格容量測定と同様の条件で特定される定格容量)を基準とする充電状態をいうものとする。   In the present specification, “SOC” refers to the state of charge of a battery based on a voltage range in which the battery is normally used. Rated capacity (typically described later) in which the voltage between terminals (open circuit voltage (OCV)) is measured under the condition of an upper limit voltage (for example, 4.9 V) to a lower limit voltage (for example, 3.5 V) The rated capacity specified under the same conditions as the rated capacity measurement of the evaluation battery to be used).

作動電位が4.5V以上の領域を有する正極活物質の一好適例としては、リチウム元素と少なくとも一種の遷移金属元素とを構成金属元素として含む層状構造またはスピネル構造のリチウム遷移金属複合酸化物が挙げられる。また、かかる正極活物質は、スピネル構造のリチウムニッケルマンガン複合酸化物であり得る。
ここで開示される非水電解液二次電池は、電池用電解液の酸化分解および還元分解のいずれもが好適に抑制されているため、このように作動電位の高い正極活物質と併せて用いることで、より正負極間の電圧の高い(高電圧の)、すなわち高エネルギー密度の非水電解液二次電池を構築し得る。したがって、より高い電池性能を実現し得る。
As a preferable example of the positive electrode active material having a region where the operating potential is 4.5 V or more, a lithium transition metal composite oxide having a layered structure or a spinel structure including a lithium element and at least one transition metal element as constituent metal elements is used. Can be mentioned. The positive electrode active material may be a spinel-structure lithium nickel manganese composite oxide.
The non-aqueous electrolyte secondary battery disclosed here is used in combination with the positive electrode active material having a high operating potential because both the oxidative decomposition and the reductive decomposition of the battery electrolyte are suitably suppressed. Thus, a non-aqueous electrolyte secondary battery having a higher voltage between positive and negative electrodes (high voltage), that is, a high energy density can be constructed. Therefore, higher battery performance can be realized.

ここで開示される技術の他の側面として、オキサラト錯体化合物由来の被膜が形成された負極活物質を備える非水電解液二次電池が提供される。かかる非水電解液二次電池は、上記被膜が形成された負極活物質を有する負極と、正極活物質を有する正極と、非水電解液と、を備える。かかる非水電解液二次電池は、上記電池用電解液の酸化分解および還元分解のいずれもが高度に抑制された非水電解液二次電池となり得る。このような非水電解液二次電池によると、内部抵抗(典型的には負極の抵抗)が低減され、且つ優れた耐久性(サイクル特性)が実現され得る。   As another aspect of the technology disclosed herein, a nonaqueous electrolyte secondary battery including a negative electrode active material on which a film derived from an oxalato complex compound is formed is provided. Such a non-aqueous electrolyte secondary battery includes a negative electrode having a negative electrode active material on which the coating film is formed, a positive electrode having a positive electrode active material, and a non-aqueous electrolyte. Such a nonaqueous electrolyte secondary battery can be a nonaqueous electrolyte secondary battery in which both oxidative decomposition and reductive decomposition of the battery electrolyte are highly suppressed. According to such a nonaqueous electrolyte secondary battery, the internal resistance (typically, the resistance of the negative electrode) is reduced, and excellent durability (cycle characteristics) can be realized.

ここで開示される非水電解液二次電池(例えばリチウムイオン二次電池)は、内部抵抗が低減され、耐久性に優れたものとなり得る。例えば、初期容量が高く、且つ充放電を繰り返しても容量低下の少ないものとなり得る。したがって、かかる特徴を活かして、例えばハイブリッド車両や電気車両の動力源(駆動電源)として好適に利用し得る。   The non-aqueous electrolyte secondary battery (for example, a lithium ion secondary battery) disclosed herein can have reduced internal resistance and excellent durability. For example, the initial capacity is high, and even when charging and discharging are repeated, the capacity can be reduced little. Therefore, taking advantage of this feature, for example, it can be suitably used as a power source (drive power source) of a hybrid vehicle or an electric vehicle.

一実施形態に係る非水二次電池製造方法を示すフロー図である。It is a flowchart which shows the nonaqueous secondary battery manufacturing method which concerns on one Embodiment. 一実施形態に係る非水電解液二次電池の外形を模式的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows typically the external shape of the nonaqueous electrolyte secondary battery which concerns on one Embodiment. 図2の非水電解液二次電池のIII−III線における断面構造を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the cross-sectional structure in the III-III line of the non-aqueous-electrolyte secondary battery of FIG. 一実施形態に係る非水電解液二次電池の捲回電極体の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the winding electrode body of the nonaqueous electrolyte secondary battery which concerns on one Embodiment. 初期のIV抵抗値(Ω)およびサイクル試験後の容量維持率(%)を表すグラフである。It is a graph showing the initial IV resistance value (Ω) and the capacity retention rate (%) after the cycle test. 一実施形態に係る非水電解液二次電池を備えた車両(自動車)を模式的に示す側面図である。It is a side view which shows typically the vehicle (automobile) provided with the nonaqueous electrolyte secondary battery which concerns on one Embodiment.

以下、ここで開示される非水電解液二次電池の製造方法に係る好適な実施形態を説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事柄は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書に開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。   Hereinafter, a preferred embodiment according to a method for manufacturing a non-aqueous electrolyte secondary battery disclosed herein will be described. Note that matters other than matters specifically mentioned in the present specification and necessary for the implementation of the present invention can be grasped as design matters of those skilled in the art based on the prior art in this field. The present invention can be carried out based on the contents disclosed in this specification and common technical knowledge in the field.

<非水電解液二次電池の製造方法>
ここで開示される非水電解液二次電池の製造方法は、図1のフロー図に示すように、
(S110)正極活物質を有する正極と、被膜の形成されていない負極活物質(被膜形成前の負極活物質)を含む負極と、フッ素含有非水溶媒を実質的に含まない前処理用電解液と、オキサラト錯体化合物と、を前処理用セル内に収容すること;
(S120)その前処理用セルを充電することによって上記オキサラト錯体化合物を分解させ、上記負極活物質の表面にオキサラト錯体化合物由来の被膜を形成すること;
(S130)上記前処理済みの負極と、フッ素含有非水溶媒を含む電池用電解液と、を用いてここで開示されるリチウムイオン二次電池を構築すること;
を包含する。なお(S110)および(S120)は、被膜付き負極活物質(または該被膜付き負極活物質を有する負極)の作製方法としても把握し得る。
<Method for producing non-aqueous electrolyte secondary battery>
The manufacturing method of the non-aqueous electrolyte secondary battery disclosed herein is as shown in the flowchart of FIG.
(S110) A positive electrode having a positive electrode active material, a negative electrode containing a negative electrode active material without a film (negative electrode active material before film formation), and a pretreatment electrolyte substantially free of a fluorine-containing nonaqueous solvent And an oxalato complex compound in a pretreatment cell;
(S120) decomposing the oxalato complex compound by charging the pretreatment cell to form a film derived from the oxalato complex compound on the surface of the negative electrode active material;
(S130) constructing a lithium ion secondary battery disclosed herein using the pretreated negative electrode and a battery electrolyte containing a fluorine-containing nonaqueous solvent;
Is included. In addition, (S110) and (S120) can also be grasped as a method for producing a coated negative electrode active material (or a negative electrode having the coated negative electrode active material).

一般にフッ素含有非水溶媒は、対応するフッ素を含有しない非水溶媒に比べて、耐酸化性はより高く、耐還元性はより低くなる傾向にあるが、ここで開示される技術ではフッ素含有非水溶媒を用いる際の上記不具合(低い耐還元性)を解決し、且つ該溶媒を用いる利点を効果的に引き出すことができる。
すなわち、上記のように、前処理用電解液としてはフッ素含有非水溶媒を含まないものを使用することで、負極活物質の表面にオキサラト錯体化合物の還元分解による(典型的には、その分解生成物を含む)低抵抗な被膜を形成することができる。かかる被膜が形成された負極活物質では電解液を還元分解する性質が抑制されているため、該負極活物質を備えた電池は耐還元性に優れる。また、電池用電解液としてフッ素含有非水溶媒を含むものを使用することによって、高い耐酸化性が実現され得る。したがって、上記製造方法によれば電解液の酸化分解と還元分解が抑制された非水電解液二次電池が実現され得る。このように電解液の分解が高度に抑制された非水電解液二次電池では、内部抵抗(典型的には負極の抵抗)が低減され、より高い電池性能(例えば高い電池容量や耐久性)が実現され得る。
In general, fluorine-containing non-aqueous solvents tend to have higher oxidation resistance and lower reduction resistance than the corresponding non-aqueous solvents not containing fluorine. It is possible to solve the above problems (low reduction resistance) when using an aqueous solvent and to effectively draw out the advantages of using the solvent.
That is, as described above, by using an electrolyte for pretreatment that does not contain a fluorine-containing non-aqueous solvent, reductive decomposition of the oxalato complex compound on the surface of the negative electrode active material (typically, decomposition thereof) Low resistance films (including products) can be formed. Since the negative electrode active material on which such a coating is formed has a property of reducing and decomposing the electrolytic solution, a battery including the negative electrode active material is excellent in reduction resistance. Moreover, high oxidation resistance can be implement | achieved by using what contains a fluorine-containing non-aqueous solvent as electrolyte solution for batteries. Therefore, according to the manufacturing method, a nonaqueous electrolyte secondary battery in which oxidative decomposition and reductive decomposition of the electrolytic solution are suppressed can be realized. In such a non-aqueous electrolyte secondary battery in which the decomposition of the electrolyte is highly suppressed, the internal resistance (typically, the resistance of the negative electrode) is reduced, and higher battery performance (eg, high battery capacity and durability) is achieved. Can be realized.

特に限定することを意図したものではないが、以下、図1に示すフロー図を適宜参照しつつ、本発明の一実施形態に係る非水電解液二次電池として、リチウムイオン二次電池を例に本発明を詳しく説明する。なお、以下の説明において、上記前処理が施される前の負極活物質を「未処理負極活物質」といい、未処理負極活物質を有する負極を「未処理負極」と表記することがある。また、前処理に供された後の負極活物質を「被膜付き負極活物質」といい、被膜付き負極活物質を有する負極を「前処理済み負極」と表記することがある。   Although not intended to be particularly limited, a lithium ion secondary battery is taken as an example of the non-aqueous electrolyte secondary battery according to an embodiment of the present invention with reference to the flowchart shown in FIG. 1 as appropriate. The present invention will be described in detail below. In the following description, the negative electrode active material before the pretreatment is referred to as “untreated negative electrode active material”, and the negative electrode having the untreated negative electrode active material may be referred to as “untreated negative electrode”. . In addition, the negative electrode active material after being subjected to pretreatment may be referred to as a “coated negative electrode active material”, and a negative electrode having a coated negative electrode active material may be referred to as “pretreated negative electrode”.

<構成材料の準備>
前処理用セルは、正極活物質を有する正極と、被膜の形成されていない負極活物質(被膜形成前の負極活物質)を含む負極と、フッ素含有非水溶媒を実質的に含まない前処理用電解液と、オキサラト錯体化合物と、を含む。ここでは、まず該前処理用セルに含まれる各材料について説明する。
<Preparation of constituent materials>
The pretreatment cell is a pretreatment substantially free of a positive electrode having a positive electrode active material, a negative electrode active material having no film formed thereon (negative electrode active material before film formation), and a fluorine-containing nonaqueous solvent. And an oxalato complex compound. Here, each material contained in the pretreatment cell will be described first.

<正極>
正極は、電荷担体(ここではリチウムイオン)を好適に吸蔵および放出可能な正極活物質を有するものであれば特に限定されないが、典型的には正極集電体と該正極集電体上に形成された少なくとも正極活物質を含む正極活物質層とを備えている。
このような正極は、正極活物質と必要に応じて用いられる導電材やバインダ等とを適当な溶媒に分散させたペースト状またはスラリー状の組成物(正極活物質層形成用の分散液)を、シート状の正極集電体に付与し、該組成物を乾燥させることにより好ましく作製することができる。上記溶媒としては、水性溶媒および有機溶媒のいずれも使用可能であり、例えばN−メチル−2−ピロリドン(NMP)を用いることができる。
<Positive electrode>
The positive electrode is not particularly limited as long as it has a positive electrode active material capable of suitably occluding and releasing charge carriers (here, lithium ions). Typically, the positive electrode is formed on the positive electrode current collector and the positive electrode current collector. And a positive electrode active material layer containing at least a positive electrode active material.
Such a positive electrode includes a paste-like or slurry-like composition (dispersion for forming a positive electrode active material layer) in which a positive electrode active material and a conductive material or a binder used as necessary are dispersed in an appropriate solvent. It can be preferably prepared by applying to a sheet-like positive electrode current collector and drying the composition. As the solvent, any of an aqueous solvent and an organic solvent can be used. For example, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) can be used.

正極集電体としては、導電性の良好な金属(例えばアルミニウム、ニッケル、チタン、ステンレス鋼等)からなる導電性部材が好ましく用いられる。集電体の形状は構築される電池の形状等に応じて異なり得るため特に限定されないが、例えば棒状体、板状体、箔状体、網状体等を用いることができる。なお、捲回電極体を備えた電池では、主に箔状体が用いられる。箔状集電体の厚みは特に限定されないが、電池の容量密度と集電体の強度との兼ね合いから5μm〜50μm(より好ましくは8μm〜30μm)程度のものを用いることができる。   As the positive electrode current collector, a conductive member made of a metal having good conductivity (for example, aluminum, nickel, titanium, stainless steel, etc.) is preferably used. The shape of the current collector may be different depending on the shape of the battery to be constructed, and is not particularly limited. For example, a rod-like body, a plate-like body, a foil-like body, a net-like body, or the like can be used. In the battery provided with the wound electrode body, a foil-like body is mainly used. The thickness of the foil-like current collector is not particularly limited, but a thickness of about 5 μm to 50 μm (more preferably 8 μm to 30 μm) can be used in consideration of the capacity density of the battery and the strength of the current collector.

正極活物質としては、リチウムイオン二次電池の正極活物質として使用し得ることが知られている各種の材料の一種または二種以上を、特に限定なく使用することができる。例えば、リチウムと少なくとも一種の遷移金属元素とを構成金属元素として含む層状構造やスピネル構造等のリチウム遷移金属化合物、ポリアニオン型(例えばオリビン型)のリチウム遷移金属化合物、等を用いることができる。より具体的には、例えば以下(1)〜(6)の化合物を用いることができる。   As the positive electrode active material, one kind or two or more kinds of various materials known to be usable as a positive electrode active material of a lithium ion secondary battery can be used without particular limitation. For example, a lithium transition metal compound such as a layered structure or a spinel structure containing lithium and at least one transition metal element as a constituent metal element, a polyanion type (for example, olivine type) lithium transition metal compound, or the like can be used. More specifically, for example, the following compounds (1) to (6) can be used.

(1)一般式:LiMn2−p4+αで表わされる、典型的にはスピネル構造のリチウム遷移金属化合物(酸化物)。ここで、xは、0.8≦x≦1.2であり;pは、0≦p<2であり、典型的には0≦p≦1(例えば0≦p≦0.5)であり;αは、−0.2≦α≦0.2で電荷中性条件を満たすように定まる値であり;qは、0≦q≦1である。pが0より大きい場合、Mは、Mn以外の任意の金属元素または非金属元素であり得る。Mが遷移金属元素の少なくとも一種を含む組成のものが好ましい。また、qが0より大きい場合、AはFまたはClであり得る。具体例としては、LiNi0.5Mn1.5,LiCrMnO等が挙げられる。
好ましい一態様として、上記一般式におけるMが少なくともNiを含む化合物、例えば一般式:Li(NiMn2−y―z )O4+αで表されるスピネル構造のリチウム遷移金属酸化物、が挙げられる。ここで、Mは、Ni,Mn以外の任意の遷移金属元素または典型金属元素(例えば、Fe,Co,Cu,Cr,ZnおよびAlから選択される一種または二種以上)であり得、3価のFeおよびCoの少なくとも一方を含むことが好ましい。或いは、半金属元素(例えば、B,SiおよびGeから選択される一種または二種以上)や非金属元素であってもよい。また、A,x,q,αは、上記と同様であり得;yは、0<yであり;zは、0≦zであり;y+z<2(典型的にはy+z≦1)である。より好ましい一態様では、yは、0.2≦y≦1.0であり;zは、0≦z<1.0(例えば0<z≦0.3)である。
(1) General formula: Li x Mn 2-p represented by M p O 4 + α A q , typically lithium transition metal compound of spinel structure (oxide). Where x is 0.8 ≦ x ≦ 1.2; p is 0 ≦ p <2, typically 0 ≦ p ≦ 1 (eg, 0 ≦ p ≦ 0.5). Α is a value determined so as to satisfy the charge neutrality condition with −0.2 ≦ α ≦ 0.2; q is 0 ≦ q ≦ 1. When p is greater than 0, M can be any metallic or non-metallic element other than Mn. A composition in which M contains at least one transition metal element is preferred. Also, when q is greater than 0, A can be F or Cl. Specific examples include LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 and LiCrMnO 4 .
As one preferred embodiment, the compound M comprises at least Ni in the above general formula, for example, the general formula: Li x (Ni y Mn 2 -y-z M 1 z) O 4 + α A lithium transition metal of the spinel structure represented by q Oxides. Here, M 1 may be any transition metal element or typical metal element other than Ni and Mn (for example, one or more selected from Fe, Co, Cu, Cr, Zn, and Al). It is preferable to contain at least one of valence Fe and Co. Alternatively, it may be a metalloid element (for example, one or more selected from B, Si and Ge) and a non-metallic element. A, x, q, α may be the same as above; y is 0 <y; z is 0 ≦ z; y + z <2 (typically y + z ≦ 1). . In a more preferred embodiment, y is 0.2 ≦ y ≦ 1.0; z is 0 ≦ z <1.0 (eg, 0 <z ≦ 0.3).

(2)一般式:LiMOで表わされる、典型的には層状構造のリチウム遷移金属化合物(酸化物)。ここで、Mは、Ni,Co,Mn等の遷移金属元素の少なくとも一種を含み、他の金属元素または非金属元素をさらに含み得る。具体例としては、LiNiO、LiNi1/3Co1/3Mn1/3等が挙げられる。
(3)一般式:LiMOで表わされるリチウム遷移金属化合物(酸化物)。ここで、Mは、Mn,Fe,Co等の遷移金属元素の少なくとも一種を含み、他の金属元素または非金属元素をさらに含み得る。具体例としては、LiMnO,LiPtO等が挙げられる。
(4)LiMOとLiMOとの固溶体。ここで、LiMOは上記(2)に記載の一般式で表わされる組成を指し、LiMOは上記(3)に記載の一般式で表わされる組成を指す。具体例としては、0.5LiNiMnCoO−0.5LiMnOで表される固溶体が挙げられる。
(5)一般式:LiMPOで表わされるポリアニオン型のリチウム遷移金属化合物(リン酸塩)。ここで、Mは、Mn,Fe,Ni,Co等の遷移金属元素の少なくとも一種を含み、他の金属元素または非金属元素をさらに含み得る。qは、0≦q≦1であり、qが0より大きい場合、AはFまたはClであり得る。具体例としては、LiMnPO,LiFePO、LiMnPOF等が挙げられる
(2) A lithium transition metal compound (oxide) typically represented by a general formula: LiMO 2 and having a layered structure. Here, M includes at least one transition metal element such as Ni, Co, and Mn, and may further include another metal element or a non-metal element. Specific examples include LiNiO 2 and LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 .
(3) A lithium transition metal compound (oxide) represented by the general formula: Li 2 MO 3 . Here, M includes at least one transition metal element such as Mn, Fe, Co, and may further include another metal element or a nonmetal element. Specific examples include Li 2 MnO 3 and Li 2 PtO 3 .
(4) A solid solution of LiMO 2 and Li 2 MO 3 . Here, LiMO 2 refers to the composition represented by the general formula described in (2) above, and Li 2 MO 3 refers to the composition represented by the general formula described in (3) above. As a specific example, a solid solution represented by 0.5LiNiMnCoO 2 —0.5Li 2 MnO 3 can be given.
(5) A polyanion type lithium transition metal compound (phosphate) represented by the general formula: LiMPO 4 A q . Here, M includes at least one transition metal element such as Mn, Fe, Ni, and Co, and may further include another metal element or a non-metal element. q is 0 ≦ q ≦ 1, and when q is greater than 0, A can be F or Cl. Specific examples include LiMnPO 4 , LiFePO 4 , LiMnPO 4 F, and the like.

好ましい一態様では、上記正極活物質として、少なくともSOC0%〜100%のうち一部範囲における作動電位(vs.Li/Li)が一般的なリチウムイオン二次電池(作動電位の上限が4.1V〜4.2V程度)以上のものを用いる。例えば、作動電位が4.5V(vs.Li/Li)以上の正極活物質を好ましく使用することができる。換言すれば、SOC0%〜100%における作動電位の最高値が4.5V(vs.Li/Li)以上の正極活物質を好ましく使用することができる。このような正極活物質を用いることにより、正極が4.5V(vs.Li/Li)以上の電位で作動するリチウムイオン二次電池が実現され得る。かかる正極活物質の好適例として、上記LiNiMn2−P(0.2≦P≦0.6;例えば、LiNi0.5Mn1.5),LiNiPO,LiCoPO,0.5LiNiMnCoO−0.5LiMnO,等が挙げられる。なかでも特に、作動電位(vs.Li/Li)が4.5Vを超える(さらには4.6V以上の、例えば4.7V以上の)正極活物質の使用がより好ましい。 In a preferred embodiment, the positive electrode active material is a lithium ion secondary battery having a general operating potential (vs. Li / Li + ) in a partial range of at least SOC 0% to 100% (the upper limit of the operating potential is 4. 1V to 4.2V) or more is used. For example, a positive electrode active material having an operating potential of 4.5 V (vs. Li / Li + ) or more can be preferably used. In other words, a positive electrode active material having a maximum operating potential of 4.5 V (vs. Li / Li + ) or more at SOC 0 % to 100% can be preferably used. By using such a positive electrode active material, a lithium ion secondary battery in which the positive electrode operates at a potential of 4.5 V (vs. Li / Li + ) or higher can be realized. As a suitable example of such a positive electrode active material, the above LiNi P Mn 2 -P O 4 (0.2 ≦ P ≦ 0.6; for example, LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 ), LiNiPO 4 , LiCoPO 4 , 0 .5LiNiMnCoO 2 -0.5Li 2 MnO 3 , and the like. In particular, it is more preferable to use a positive electrode active material having an operating potential (vs. Li / Li + ) exceeding 4.5 V (further, 4.6 V or higher, for example, 4.7 V or higher).

ここで、正極活物質の作動電位は、例えば以下のように測定することができる。すなわち、測定対象たる正極活物質を含む正極を作用極(WE)として用い、かかる作用極と、対極(CE)としての金属リチウムと、参照極(RE)としての金属リチウムと、使用する非水電解液(例えば、EC:EMC=30:70(体積基準)の混合溶媒中に濃度1MのLiPFを含む電解液)と、を用いて三極式セルを構築する。このセルのSOC値を、当該セルの理論容量に基づいてSOC0%〜100%まで5%刻みで調整する。かかるSOCの調整は、例えば一般的な充放電装置やポテンショスタットを用いて、WEとCEの間で定電流充電することによって行い得る。そして、各SOC値に調整したセルを1時間放置した後のWEとREとの間の電位を測定し、その電位を当該SOC値における上記正極活物質の作動電位(vs.Li/Li)とする。 Here, the working potential of the positive electrode active material can be measured, for example, as follows. That is, a positive electrode containing a positive electrode active material to be measured is used as a working electrode (WE), the working electrode, metallic lithium as a counter electrode (CE), metallic lithium as a reference electrode (RE), and non-aqueous used. A tripolar cell is constructed using an electrolytic solution (for example, an electrolytic solution containing LiPF 6 at a concentration of 1 M in a mixed solvent of EC: EMC = 30: 70 (volume basis)). The SOC value of this cell is adjusted in increments of 5% from 0% to 100% SOC based on the theoretical capacity of the cell. Such SOC adjustment can be performed by constant current charging between WE and CE using, for example, a general charging / discharging device or a potentiostat. Then, the potential between WE and RE after the cells adjusted to the respective SOC values are left for 1 hour is measured, and the potential is determined based on the operating potential (vs. Li / Li + ) of the positive electrode active material at the SOC value. And

なお、一般にSOC0%〜100%の間で正極活物質の作動電位が最も高くなるのはSOC100%を含む範囲であるため、通常は、SOC100%(すなわち満充電状態)における正極活物質の作動電位を通じて、当該正極活物質の作動電位の上限(例えば、4.5V以上か否か)を把握することができる。SOC100%における正極活物質の作動電位(vs.Li/Li)は、4.4Vより高いことがより好ましく、4.5V以上であることがさらに好ましい。ここで開示される技術は、典型的には、SOC100%における正極活物質の作動電位(vs.Li/Li)が7.0V以下(典型的には6.0V以下、例えば5.5V以下)であるリチウムイオン二次電池に好ましく適用される。 In general, the operating potential of the positive electrode active material is highest in a range between SOC 0% and 100% in a range including SOC 100%. Therefore, normally, the operating potential of the positive electrode active material at SOC 100% (that is, fully charged state) is normal. Thus, the upper limit (for example, whether it is 4.5 V or more) of the operating potential of the positive electrode active material can be grasped. The operating potential (vs. Li / Li + ) of the positive electrode active material at SOC 100% is more preferably higher than 4.4V, and even more preferably 4.5V or higher. In the technique disclosed herein, typically, the operating potential (vs. Li / Li + ) of the positive electrode active material at 100% SOC is 7.0 V or less (typically 6.0 V or less, for example, 5.5 V or less. It is preferably applied to a lithium ion secondary battery.

正極活物質の形状は、通常、平均粒径0.5μm〜20μm(典型的には1μm〜15μm、例えば2μm〜10μm)程度の粒子状であることが好ましい。なお、本明細書中において「平均粒径」とは、レーザ回折・光散乱法に基づく粒度分布測定により測定した体積基準の粒度分布において、微粒子側からの累積50%に相当する粒径(すなわち、50%体積平均粒子径。「メジアン径」ということもある。)を示す。また、正極活物質のBET比表面積は、通常、0.1m/g〜30m/g程度が適当であり、典型的には0.2m/g〜10m/g、例えば0.5m/g〜3m/g程度のものを好ましく使用し得る。なお、本明細書中において「比表面積」とは、窒素ガスを用いたBET法(BET3点法)によって測定された表面積(BET比表面積)を示す。
正極活物質の性状が上記範囲にある場合、緻密で導電性の高い正極活物質層を作製し得る。また該正極活物質層内に適度な空隙を保持することができるため、非水電解液が浸漬し易く、内部抵抗を低減することができる。
The shape of the positive electrode active material is preferably in the form of particles usually having an average particle size of about 0.5 μm to 20 μm (typically 1 μm to 15 μm, for example, 2 μm to 10 μm). In the present specification, the “average particle diameter” means a particle diameter corresponding to 50% cumulative from the fine particle side in a volume-based particle size distribution measured by particle size distribution measurement based on a laser diffraction / light scattering method (that is, , 50% volume average particle diameter, sometimes referred to as “median diameter”). Further, BET specific surface area of the positive electrode active material, typically, 0.1m 2 / g~30m 2 / g approximately are suitable, typically 0.2m 2 / g~10m 2 / g, for example 0.5m those of about 2 / g~3m 2 / g can be preferably used. In the present specification, “specific surface area” indicates a surface area (BET specific surface area) measured by a BET method (BET three-point method) using nitrogen gas.
When the properties of the positive electrode active material are in the above range, a dense and highly conductive positive electrode active material layer can be produced. Moreover, since a moderate space | gap can be hold | maintained in this positive electrode active material layer, a non-aqueous electrolyte can be easily immersed and internal resistance can be reduced.

導電材としては、典型的には炭素材料を用いることができる。より具体的には、例えば、種々のカーボンブラック(例えば、アセチレンブラック、ファーネスブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ランプブラック、サーマルブラック)、コークス、活性炭、黒鉛(天然黒鉛、人造黒鉛)、炭素繊維(PAN系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維)、カーボンナノチューブ、フラーレン、グラフェン等の炭素材料から選択される、一種または二種以上であり得る。なかでも、比較的粒径が小さく比表面積が大きいカーボンブラック(典型的には、アセチレンブラック)を好ましく用いることができる。   Typically, a carbon material can be used as the conductive material. More specifically, for example, various carbon blacks (for example, acetylene black, furnace black, ketjen black, channel black, lamp black, thermal black), coke, activated carbon, graphite (natural graphite, artificial graphite), carbon fiber It may be one or more selected from carbon materials such as (PAN-based carbon fiber, pitch-based carbon fiber), carbon nanotube, fullerene, graphene and the like. Among these, carbon black (typically acetylene black) having a relatively small particle size and a large specific surface area can be preferably used.

バインダとしては、使用する溶媒に溶解または分散可能なポリマーを用いることができる。例えば、水性溶媒を用いた正極合剤組成物においては、カルボキシメチルセルロース(CMC;典型的にはナトリウム塩)、ヒドロキシプロピルメチルセルロース(HPMC)等のセルロース系ポリマー;ポリビニルアルコール(PVA)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等のフッ素系樹脂;スチレンブタジエンゴム(SBR)等のゴム類;を好ましく採用することができる。また、非水溶媒を用いた正極合剤組成物においては、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリ塩化ビニリデン(PVdC)等を好ましく採用することができる。   As the binder, a polymer that can be dissolved or dispersed in a solvent to be used can be used. For example, in a positive electrode mixture composition using an aqueous solvent, cellulosic polymers such as carboxymethylcellulose (CMC; typically sodium salt), hydroxypropylmethylcellulose (HPMC); polyvinyl alcohol (PVA), polytetrafluoroethylene Fluorine resins such as (PTFE); rubbers such as styrene butadiene rubber (SBR) can be preferably used. In the positive electrode mixture composition using a nonaqueous solvent, polyvinylidene fluoride (PVdF), polyvinylidene chloride (PVdC), or the like can be preferably used.

正極活物質層全体に占める正極活物質の割合は、凡そ50質量%以上(典型的には50質量%〜95質量%)とすることが適当であり、通常は凡そ70質量%〜95質量%であることが好ましい。導電材を使用する場合、正極活物質層全体に占める導電材の割合は、例えば凡そ2質量%〜20質量%とすることができ、通常は凡そ2質量%〜15質量%とすることが好ましい。バインダを使用する場合、正極活物質層全体に占めるバインダの割合は、例えば凡そ0.5質量%〜10質量%とすることができ、通常は凡そ1質量%〜5質量%とすることが好ましい。   The proportion of the positive electrode active material in the entire positive electrode active material layer is suitably about 50% by mass or more (typically 50% to 95% by mass), and usually about 70% to 95% by mass. It is preferable that When the conductive material is used, the ratio of the conductive material in the entire positive electrode active material layer can be, for example, approximately 2% by mass to 20% by mass, and is generally preferably approximately 2% by mass to 15% by mass. . When using a binder, the ratio of the binder to the whole positive electrode active material layer can be, for example, about 0.5% by mass to 10% by mass, and usually about 1% by mass to 5% by mass is preferable. .

正極集電体の単位面積当たりに設けられる正極活物質層の質量(正極集電体の両面に正極活物質層を有する構成では両面の合計質量)は、例えば5mg/cm〜40mg/cm(典型的には10mg/cm〜20mg/cm)程度とすることが適当である。正極集電体の両面に正極活物質層を有する構成において、正極集電体の各々の面に設けられる正極活物質層の質量は、通常、概ね同程度とすることが好ましい。また、正極活物質層の密度は、例えば1.5g/cm〜4g/cm(典型的には1.8g/cm〜3g/cm)程度とすることができる。正極活物質層の密度を上記範囲とすることで、所望の容量を維持しつつ、リチウムイオンの拡散抵抗を低く抑えることができる。このため、リチウムイオン二次電池の出力特性とエネルギー密度とをさらに高いレベルで両立させることができる。 The mass of the positive electrode active material layer provided per unit area of the positive electrode current collector (the total mass on both sides in the configuration having the positive electrode active material layer on both surfaces of the positive electrode current collector) is, for example, 5 mg / cm 2 to 40 mg / cm 2. (typically 10mg / cm 2 ~20mg / cm 2 ) it is appropriate to the degree. In the configuration having the positive electrode active material layers on both surfaces of the positive electrode current collector, the mass of the positive electrode active material layers provided on each surface of the positive electrode current collector is usually preferably approximately the same. Further, the density of the positive electrode active material layer can be, for example, about 1.5 g / cm 3 to 4 g / cm 3 (typically 1.8 g / cm 3 to 3 g / cm 3 ). By setting the density of the positive electrode active material layer within the above range, the diffusion resistance of lithium ions can be kept low while maintaining a desired capacity. For this reason, the output characteristics and energy density of the lithium ion secondary battery can be made compatible at a higher level.

<未処理負極>
未処理負極は、負極集電体と、該負極集電体上に形成された少なくとも(未処理の)負極活物質を含む負極活物質層と、を備えている。このような未処理負極は、未処理負極活物質と必要に応じて用いられるバインダ(結着剤)等とを適当な溶媒に分散させたペースト状またはスラリー状の組成物(負極活物質層形成用の分散液)を、シート状の負極集電体に付与し、該組成物を乾燥させて負極活物質層(未処理負極活物質層)を形成することにより好ましく作製することができる。上記溶媒としては、水性溶媒および有機溶媒のいずれも使用可能であり、例えば水を用いることができる。
負極集電体としては、導電性の良好な金属(例えば、銅、ニッケル、チタン、ステンレス鋼等)からなる導電性材料が好ましく用いられる。また負極集電体の形状は正極集電体と同様であり得る。
<Untreated negative electrode>
The untreated negative electrode includes a negative electrode current collector and a negative electrode active material layer including at least (untreated) negative electrode active material formed on the negative electrode current collector. Such an untreated negative electrode is a paste-like or slurry-like composition (negative electrode active material layer formation) in which an untreated negative electrode active material and a binder (binder) used as necessary are dispersed in an appropriate solvent. Is applied to a sheet-like negative electrode current collector, and the composition is dried to form a negative electrode active material layer (untreated negative electrode active material layer). As the solvent, any of an aqueous solvent and an organic solvent can be used. For example, water can be used.
As the negative electrode current collector, a conductive material made of a metal having good conductivity (for example, copper, nickel, titanium, stainless steel, etc.) is preferably used. The shape of the negative electrode current collector can be the same as that of the positive electrode current collector.

負極活物質としては、従来から非水電解液二次電池に用いられる物質の一種または二種以上の材料を特に限定することなく使用することができる。特に限定されるものではないが、例えば、天然黒鉛(石墨)、人造黒鉛、ハードカーボン(難黒鉛化炭素)、ソフトカーボン(易黒鉛化炭素)、カーボンナノチューブ等の炭素材料;酸化ケイ素、酸化チタン、酸化バナジウム、酸化鉄、酸化コバルト、酸化ニッケル、酸化ニオブ、酸化錫、リチウムケイ素複合酸化物、リチウムチタン複合酸化物(Lithium Titanium Composite Oxide:LTO、例えばLiTi12、LiTi、LiTi)、リチウムバナジウム複合酸化物、リチウムマンガン複合酸化物、リチウム錫複合酸化物等の金属酸化物材料;窒化リチウム、リチウムコバルト複合窒化物、リチウムニッケル複合窒化物等の金属窒化物材料;スズ、ケイ素、アルミニウム、亜鉛、リチウム等の金属もしくはこれらの金属元素を主体とする金属合金からなる金属材料;等を用いることができる。なかでも特に、還元電位(vs.Li/Li)が凡そ0.5V以下、より好ましくは0.2V以下(例えば0.1V以下)の負極活物質は、高いエネルギー密度を実現し得るため、好ましい。かかる低電位となり得る材料としては、黒鉛系の炭素材料(典型的にはグラファイト粒子)が挙げられる。
或いは、グラファイト粒子が非晶質(アモルファス)な炭素材料でコート(被覆)された形態の粒子であってもよい。かかる粒子は、非晶質な炭素材料で表面をコートされているため非水電解液との反応性が相対的に低く抑えられている。したがって、かかる粒子を負極活物質として用いたリチウムイオン二次電池では、不可逆容量が抑制され、高い耐久性を発揮することができる。
As the negative electrode active material, one type or two or more types of materials conventionally used in non-aqueous electrolyte secondary batteries can be used without any particular limitation. Although not particularly limited, for example, carbon materials such as natural graphite (graphite), artificial graphite, hard carbon (non-graphitizable carbon), soft carbon (graphitizable carbon), carbon nanotubes; silicon oxide, titanium oxide , Vanadium oxide, iron oxide, cobalt oxide, nickel oxide, niobium oxide, tin oxide, lithium silicon composite oxide, lithium titanium composite oxide (LTO, for example, Li 4 Ti 5 O 12 , LiTi 2 O 4 , Li 2 Ti 3 O 7 ), metal oxide materials such as lithium vanadium composite oxide, lithium manganese composite oxide, lithium tin composite oxide; metals such as lithium nitride, lithium cobalt composite nitride, lithium nickel composite nitride Nitride materials; metals such as tin, silicon, aluminum, zinc, lithium, or these Metal material comprising a metal alloy mainly comprising the metal element; and the like can be used. Particularly, a negative electrode active material having a reduction potential (vs. Li / Li + ) of about 0.5 V or less, more preferably 0.2 V or less (for example, 0.1 V or less) can realize a high energy density. preferable. Examples of the material that can be at such a low potential include graphite-based carbon materials (typically graphite particles).
Or the particle | grains of the form by which the graphite particle was coat | covered with the amorphous | non-crystalline (amorphous) carbon material may be sufficient. Since such particles are coated on the surface with an amorphous carbon material, the reactivity with the non-aqueous electrolyte is relatively low. Therefore, in a lithium ion secondary battery using such particles as a negative electrode active material, irreversible capacity is suppressed and high durability can be exhibited.

負極活物質の形状は、通常、平均粒径0.5μm〜20μm(典型的には1μm〜15μm、例えば4μm〜10μm)程度の粒子状であることが好ましい。また、負極活物質のBET比表面積は、通常、0.1m/g〜30m/g程度が適当であり、典型的には0.2m/g〜10m/g、例えば0.5m/g〜3m/g程度のものを好ましく使用し得る。負極活物質の性状が上記範囲にある場合、非水電解液の還元分解が好適に抑制され得る。また、該負極活物質層内に適度な空隙を保持することができるため、非水電解液が浸漬し易く、内部抵抗を低減することができる。 The shape of the negative electrode active material is usually preferably in the form of particles having an average particle size of about 0.5 μm to 20 μm (typically 1 μm to 15 μm, for example, 4 μm to 10 μm). Further, BET specific surface area of the negative electrode active material, typically, 0.1m 2 / g~30m 2 / g approximately are suitable, typically 0.2m 2 / g~10m 2 / g, for example 0.5m those of about 2 / g~3m 2 / g can be preferably used. When the property of the negative electrode active material is in the above range, the reductive decomposition of the nonaqueous electrolytic solution can be suitably suppressed. Moreover, since an appropriate space | gap can be hold | maintained in this negative electrode active material layer, a non-aqueous electrolyte can be easily immersed and internal resistance can be reduced.

負極活物質と非水電解液との親和性については、例えば、吸油量や、酸素原子(O)と炭素原子(C)との原子の比(O/C)によって、ある程度把握し得る。
負極活物質の吸油量は、典型的には40(ml/100g)〜70(ml/100g)であり、50(ml/100g)〜60(ml/100g)であることが好ましい。かかる範囲を満たす場合、非水電解液との親和性が向上し、界面抵抗を低く抑えることができる。さらに、塗工性や結着性(負極集電体に対する結着性)に優れ、薄くムラの少ない負極活物質層を形成し得る。なお、「吸油量(mL/100g)」は、JIS K6217−4(2008)「ゴム用カーボンブラック‐基本特性‐第4部:DBP吸油量の求め方」に準拠して求めることができる。ここでは、試薬液体として、DBP(ジブチルフタレート)に変えて亜麻仁油を用いた値を採用し得る。
The affinity between the negative electrode active material and the non-aqueous electrolyte can be grasped to some extent by, for example, the amount of oil absorption and the ratio of oxygen atoms (O) to carbon atoms (C) (O / C).
The oil absorption amount of the negative electrode active material is typically 40 (ml / 100 g) to 70 (ml / 100 g), and preferably 50 (ml / 100 g) to 60 (ml / 100 g). When satisfy | filling this range, affinity with a nonaqueous electrolyte solution can improve and interface resistance can be restrained low. Furthermore, the negative electrode active material layer which is excellent in coating property and binding property (binding property to the negative electrode current collector) and has little unevenness can be formed. The “oil absorption amount (mL / 100 g)” can be determined in accordance with JIS K6217-4 (2008) “Carbon black for rubber—Basic characteristics—Part 4: Determination of DBP oil absorption amount”. Here, as the reagent liquid, a value using linseed oil instead of DBP (dibutyl phthalate) can be adopted.

負極活物質のO/Cは、例えば、0.05以上1以下(典型的には0.1以上1以下、例えば0.2以上0.5以下)とすることができる。かかる範囲を満たす場合、電解液との親和性に優れ、且つ電解液との過剰な反応を抑制し不可逆容量を低減することができる。なお、この「O/C」の値は、測定対象をX線光電子分光法(X-ray Photoelectron Spectroscopy:XPS)の手法によって測定し得られた値を用いて算出することができる。より具体的には、負極活物質粒子の表面近傍に存在する酸素原子(O)と炭素原子(C)をXPSで測定し、得られたC1SおよびO1Sのスペクトルのピーク面積からO原子とC原子の濃度を算出する。そして、O原子濃度をC原子濃度で除すことにより、原子の比(O/C)を求めることができる。 O / C of a negative electrode active material can be 0.05 or more and 1 or less (typically 0.1 or more and 1 or less, for example, 0.2 or more and 0.5 or less). When satisfy | filling this range, it is excellent in affinity with electrolyte solution, an excessive reaction with electrolyte solution can be suppressed, and an irreversible capacity | capacitance can be reduced. Note that the value of “O / C” can be calculated using a value obtained by measuring a measurement object by a technique of X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). More specifically, oxygen atoms (O) and carbon atoms (C) existing in the vicinity of the surface of the negative electrode active material particles are measured by XPS, and O atoms are determined from the peak areas of the obtained C 1S and O 1S spectra. Calculate the concentration of C atoms. The atomic ratio (O / C) can be obtained by dividing the O atom concentration by the C atom concentration.

バインダとしては、上記正極活物質層用のバインダとして例示したポリマー材料から適当なものを選択することができる。具体的には、スチレンブタジエンゴム(SBR)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等が例示される。その他、分散剤や導電材等の各種添加剤を適宜使用することもできる。   As the binder, an appropriate material can be selected from the polymer materials exemplified as the binder for the positive electrode active material layer. Specifically, styrene butadiene rubber (SBR), polyvinylidene fluoride (PVdF), polytetrafluoroethylene (PTFE) and the like are exemplified. In addition, various additives such as a dispersant and a conductive material can be used as appropriate.

負極活物質層全体に占める負極活物質の割合は、凡そ50質量%以上とすることが適当であり、好ましくは90質量%〜99質量%(例えば95質量%〜99質量%)である。バインダを使用する場合には、負極活物質層全体に占めるバインダの割合を例えば凡そ1質量%〜10質量%とすることができ、通常は凡そ1質量%〜5質量%とすることが適当である。   The proportion of the negative electrode active material in the entire negative electrode active material layer is suitably about 50% by mass or more, and preferably 90% by mass to 99% by mass (for example, 95% by mass to 99% by mass). When a binder is used, the proportion of the binder in the entire negative electrode active material layer can be set to, for example, approximately 1% by mass to 10% by mass, and usually approximately 1% by mass to 5% by mass is appropriate. is there.

負極集電体の単位面積当たりに設けられる負極活物質層の質量(負極集電体の両面に負極活物質層を有する構成では両面の合計質量)は、例えば5mg/cm〜20mg/cm(典型的には5mg/cm〜10mg/cm)程度とすることが適当である。負極集電体の両面に負極活物質層を有する構成において、負極集電体の各々の面に設けられる負極活物質層の質量は、通常、概ね同程度とすることが好ましい。負極活物質層の密度は、例えば0.5g/cm〜2g/cm(典型的には1g/cm〜1.5g/cm)程度とすることができる。負極活物質層の密度を上記範囲とすることで、非水電解液との界面を好適に保ち、耐久性(サイクル特性)と出力特性とを高いレベルで両立させることができる。 The mass of the negative electrode active material layer provided per unit area of the negative electrode current collector (the total mass of both surfaces in the case of having a negative electrode active material layer on both surfaces of the negative electrode current collector) is, for example, 5 mg / cm 2 to 20 mg / cm 2. (typically 5mg / cm 2 ~10mg / cm 2 ) it is appropriate to the degree. In the configuration having the negative electrode active material layers on both surfaces of the negative electrode current collector, the mass of the negative electrode active material layers provided on each surface of the negative electrode current collector is usually preferably approximately the same. The density of the negative electrode active material layer, for example, (typically 1g / cm 3 ~1.5g / cm 3 ) 0.5g / cm 3 ~2g / cm 3 may be of the order. By setting the density of the negative electrode active material layer in the above range, the interface with the non-aqueous electrolyte can be suitably maintained, and both durability (cycle characteristics) and output characteristics can be achieved at a high level.

<電極体>
上記作製した正極と未処理負極とを積層し、電極体を作製する。ここで開示される典型的な構成では、正極と負極との間にセパレータが介在される。このセパレータとしては、一般的な非水電解液二次電池用(例えば、リチウムイオン二次電池用)セパレータと同様のものを特に限定なく用いることができる。例えば、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリエステル、セルロース、ポリアミド等の樹脂からなる多孔質シート、不織布等を用いることができる。好適例として、一種または二種以上のポリオレフィン樹脂を主体に構成された単層または多層構造の多孔性シート(微多孔質樹脂シート)が挙げられる。例えば、PEシート、PPシート、PE層の両側にPP層が積層された三層構造(PP/PE/PP構造)のシート等を好適に使用し得る。セパレータの厚みは、例えば、凡そ10μm〜40μmの範囲内で設定することが好ましい。
<Electrode body>
The produced positive electrode and the untreated negative electrode are laminated to produce an electrode body. In the typical configuration disclosed here, a separator is interposed between the positive electrode and the negative electrode. As this separator, the same separator as that for a general non-aqueous electrolyte secondary battery (for example, lithium ion secondary battery) separator can be used without particular limitation. For example, a porous sheet made of a resin such as polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyester, cellulose, or polyamide, a nonwoven fabric, or the like can be used. Preferable examples include a single layer or multilayer structure porous sheet (microporous resin sheet) mainly composed of one or more kinds of polyolefin resins. For example, a PE sheet, a PP sheet, a sheet having a three-layer structure (PP / PE / PP structure) in which PP layers are laminated on both sides of the PE layer, and the like can be suitably used. The thickness of the separator is preferably set within a range of approximately 10 μm to 40 μm, for example.

<正極と負極との容量比>
特に限定するものではないが、上記正極活物質の単位質量当たりの理論容量(mAh/g)と該正極活物質の質量(g)との積で算出される正極容量(C(mAh))と、上記負極活物質の単位質量当たりの理論容量(mAh/g)と該負極活物質の質量(g)との積で算出される負極容量(C(mAh))と、の比(C/C)は、通常、例えば1.0〜2.0とすることが適当であり、1.2〜1.9(例えば1.7〜1.9)とすることが好ましい。対向する正極容量と負極容量の割合は、電池容量(または不可逆容量)やエネルギー密度に直接的に影響し、電池の使用条件等(例えば急速充電)によってはリチウムの析出を招き易くなる。対向する正負極の容量比を上記範囲とすることで、電池容量やエネルギー密度等の電池特性を良好に維持しつつ、リチウムの析出を好適に抑制することができる。
<Capacitance ratio between positive electrode and negative electrode>
Although not particularly limited, the positive electrode capacity (C c (mAh)) calculated by the product of the theoretical capacity (mAh / g) per unit mass of the positive electrode active material and the mass (g) of the positive electrode active material. And the negative electrode capacity (C a (mAh)) calculated by the product of the theoretical capacity per unit mass of the negative electrode active material (mAh / g) and the mass of the negative electrode active material (g) (C a / C c ) is usually suitably 1.0 to 2.0, for example, and preferably 1.2 to 1.9 (eg 1.7 to 1.9). The ratio of the positive electrode capacity and the negative electrode capacity facing each other directly affects the battery capacity (or irreversible capacity) and the energy density, and lithium is likely to be precipitated depending on the use conditions of the battery (for example, rapid charging). By setting the capacity ratio of the opposing positive and negative electrodes in the above range, it is possible to favorably suppress lithium deposition while maintaining good battery characteristics such as battery capacity and energy density.

<前処理用電解液>
前処理用電解液は、実質的にフッ素化溶媒を含まない非水溶媒中に支持塩(支持電解質)としてのリチウム塩を含有する。
上記支持塩としては、一般的なリチウムイオン二次電池と同様のものを、適宜選択して使用することができる。かかるリチウム塩としては、例えば、LiPF、LiBF、LiClO、LiAsF、Li(CFSON、LiCFSO等が例示される。このような支持塩は、1種を単独で、または2種以上を組み合わせて用いることができる。特に好ましい支持塩としてLiPFが挙げられる。また、前処理用電解液は、例えば上記支持塩の濃度が0.7〜1.3mol/Lの範囲内となるように調製することが好ましい。さらに、常温(例えば25℃)において液状を呈する前処理用電解液を用いることが好ましい。
<Pretreatment electrolyte>
The pretreatment electrolytic solution contains a lithium salt as a supporting salt (supporting electrolyte) in a non-aqueous solvent substantially free of a fluorinated solvent.
As the supporting salt, the same supporting salt as that of a general lithium ion secondary battery can be appropriately selected and used. Examples of the lithium salt include LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , Li (CF 3 SO 2 ) 2 N, LiCF 3 SO 3 and the like. Such a supporting salt can be used singly or in combination of two or more. LiPF 6 may be mentioned as particularly preferred support salt. Moreover, it is preferable to prepare the electrolytic solution for pretreatment so that the concentration of the supporting salt is within a range of 0.7 to 1.3 mol / L, for example. Furthermore, it is preferable to use a pretreatment electrolyte that is liquid at room temperature (for example, 25 ° C.).

ここで開示される技術において、上記非水溶媒は実質的にフッ素含有非水溶媒を含有しない。ここで「実質的に含有しない」とは、フッ素含有非水溶媒を少なくとも意図的には含有させないことをいい、例えば、不可避的な不純物等として持ち込まれることを排除する意味ではない。前処理用電解液に含まれる非水溶媒としては、構成元素としてフッ素原子を含まないものであれば、特に限定なく用いることができる。例えば、一般的な非水電解液二次電池の電解液に用いられる各種のカーボネート類、エーテル類、エステル類、ニトリル類、スルホン類、ラクトン類等の有機溶媒なかで、実質的にフッ素原子を含まないものを用いることができる。具体例としては、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート(DMC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、ビニレンカーボネート、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、ジオキサン、1,3−ジオキソラン、ジエチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、アセトニトリル、プロピオニトリル、ニトロメタン、N,N−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、スルホラン、γ−ブチロラクトン等が例示される。なお、上記カーボネート類とは、環状カーボネートおよび鎖状カーボネートを包含する意味であり、上記エーテル類とは、環状エーテルおよび鎖状エーテルを包含する意味である。このような非水溶媒は、1種を単独で、あるいは2種以上を適宜組み合わせて用いることができる。   In the technology disclosed herein, the non-aqueous solvent substantially does not contain a fluorine-containing non-aqueous solvent. Here, “substantially does not contain” means that a fluorine-containing non-aqueous solvent is not at least intentionally contained, and does not mean, for example, that it is brought in as an unavoidable impurity. The nonaqueous solvent contained in the pretreatment electrolytic solution can be used without particular limitation as long as it does not contain a fluorine atom as a constituent element. For example, in various organic solvents such as carbonates, ethers, esters, nitriles, sulfones, lactones, etc. used in the electrolyte of general non-aqueous electrolyte secondary batteries, fluorine atoms are substantially eliminated. Those not included can be used. Specific examples include ethylene carbonate (EC), propylene carbonate, diethyl carbonate, dimethyl carbonate (DMC), ethyl methyl carbonate (EMC), vinylene carbonate, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, tetrahydrofuran, Examples include 2-methyltetrahydrofuran, dioxane, 1,3-dioxolane, diethylene glycol dimethyl ether, ethylene glycol dimethyl ether, acetonitrile, propionitrile, nitromethane, N, N-dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, sulfolane, and γ-butyrolactone. The carbonates mean to include cyclic carbonates and chain carbonates, and the ethers mean to include cyclic ethers and chain ethers. Such a non-aqueous solvent can be used individually by 1 type or in combination of 2 or more types as appropriate.

好ましい一態様として、カーボネート類を主体とする非水溶媒が挙げられる。前処理用電解液としてかかる非水溶媒を含む場合、後述するセルの充電時(ステップS122)において負極活物質表面により良質な被膜を形成し得るため、好ましい。なかでも比誘電率の高いECや、酸化電位が高い(電位窓の広い)DMCやEMC等を好適に用いることができる。例えば、非水溶媒として一種または二種以上のカーボネート類を含み、それらカーボネート類の合計体積が非水溶媒全体の体積の60体積%以上(より好ましくは75体積%以上、さらに好ましくは90体積%以上であり、実質的に100体積%であってもよい。)を占める非水溶媒を好ましく用いることができる。   As a preferred embodiment, a non-aqueous solvent mainly composed of carbonates can be mentioned. The inclusion of such a non-aqueous solvent as the pretreatment electrolyte is preferable because a good-quality film can be formed on the surface of the negative electrode active material when the cell described later is charged (step S122). Among them, EC having a high relative dielectric constant, DMC, EMC, or the like having a high oxidation potential (wide potential window) can be preferably used. For example, the nonaqueous solvent contains one or more carbonates, and the total volume of these carbonates is 60% by volume or more (more preferably 75% by volume or more, and further preferably 90% by volume) of the total volume of the nonaqueous solvent. That is, it may be substantially 100% by volume.) A non-aqueous solvent can be preferably used.

他の好ましい一態様では、前処理用電解液の還元電位(vs.Li/Li)は、オキサラト錯体化合物の還元電位(vs.Li/Li)よりも低い。これにより、オキサラト錯体化合物を優先的に還元分解し得、該オキサラト錯体化合物由来の低抵抗な被膜を負極活物質の表面に好適に形成することができる。
電解液の還元電位(vs.Li/Li)は、以下の方法で測定することができる。先ず、作用極(WE)としてのグラッシーカーボンと、対極(CE)としての金属リチウムと、参照極(RE)としての金属リチウムと、測定対象たる電解液とを用いて三極式セルを作成し、リニアスイープボルタンメトリー(Linear Sweep Voltammetry)の測定を行う。具体的には、温度20℃において、作用極の電位を、セル作成後の開回路電圧(OCV)から0.05Vに至るまで掃引する。掃引速度は1mV/秒とする。測定結果の電流Iおよび電位Vから微分値dI/dVを算出する。このdI/dVを縦軸とし、電位Vを横軸としてグラフを作成する。このグラフにおいて、測定開始から最初に現れたdI/dVのピークに対応する電位Vを還元電位(還元分解電位)とする。例えば後述する実施例で用いた前処理用電解液(EC:DMCの体積比30:70の混合溶媒中に、LiPFを1mol/Lの濃度で含む非水電解液)の還元電位は、凡そ1.7V(vs.Li/Li)である。
In another preferred embodiment, the reduction potential (vs. Li / Li + ) of the pretreatment electrolyte is lower than the reduction potential (vs. Li / Li + ) of the oxalato complex compound. Thereby, the oxalato complex compound can be preferentially reduced and decomposed, and a low-resistance film derived from the oxalato complex compound can be suitably formed on the surface of the negative electrode active material.
The reduction potential (vs. Li / Li + ) of the electrolytic solution can be measured by the following method. First, a tripolar cell was created using glassy carbon as the working electrode (WE), metallic lithium as the counter electrode (CE), metallic lithium as the reference electrode (RE), and the electrolyte to be measured. Measure linear sweep voltammetry. Specifically, at a temperature of 20 ° C., the potential of the working electrode is swept from the open circuit voltage (OCV) after cell formation to 0.05V. The sweep speed is 1 mV / sec. The differential value dI / dV is calculated from the current I and the potential V of the measurement result. A graph is created with dI / dV as the vertical axis and the potential V as the horizontal axis. In this graph, the potential V corresponding to the peak of dI / dV that first appears from the start of measurement is taken as the reduction potential (reduction decomposition potential). For example, the reduction potential of the pretreatment electrolytic solution (nonaqueous electrolytic solution containing LiPF 6 at a concentration of 1 mol / L in a mixed solvent having an EC: DMC volume ratio of 30:70) used in Examples described later is about 1.7 V (vs. Li / Li + ).

<オキサラト錯体化合物>
オキサラト錯体化合物としては、公知の方法により作製したもの、あるいは市販品の購入等により入手したものを特に限定せず一種または二種以上用いることができる。例えば、下記式(II)または(III)で表されるような、少なくとも一つのシュウ酸イオン(C 2−)がホウ素(B)原子に配位した構造部分を有するオキサラト錯体化合物(B原子含有オキサレート塩)が例示される。このようなオキサラト錯体化合物は、前処理用セルの充電時(ステップS122)に、負極活物質の表面に、良質な被膜を形成し得る。例えば、緻密で還元分解防止性の高い被膜を形成し得る。かかる被膜で覆われた負極活物質を用いることにより、耐久性に優れたリチウムイオン二次電池を構築し得る。
<Oxalato complex compound>
As an oxalato complex compound, what was produced by the well-known method or what was obtained by purchase of a commercial item etc. is not specifically limited, 1 type, or 2 or more types can be used. For example, as represented by the following formula (II) or (III), an oxalato complex compound having a structural portion in which at least one oxalate ion (C 2 O 4 2− ) is coordinated to a boron (B) atom ( B atom-containing oxalate salt) is exemplified. Such an oxalato complex compound can form a good-quality film on the surface of the negative electrode active material when the pretreatment cell is charged (step S122). For example, it is possible to form a dense film having a high reductive decomposition prevention property. By using the negative electrode active material covered with such a film, a lithium ion secondary battery having excellent durability can be constructed.

Figure 2014022328
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Figure 2014022328
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ここで、式(II)中のRおよびRは、ハロゲン原子(例えば、F、Cl、Br。好ましくはF)および炭素原子数1〜10(好ましくは1〜3)のパーフルオロアルキル基から、それぞれ独立して選択される。式(II)、(III)中のAは、無機カチオンおよび有機カチオンのいずれでもよい。無機カチオンの具体例としては、Li、Na、K等のアルカリ金属のカチオン;Be、Mg、Ca等のアルカリ土類金属のカチオン;その他、Ag、Zn、Cu、Co、Fe、Ni、Mn、Ti、Pb、Cr、V、Ru、Y、ランタノイド、アクチノイド等の金属のカチオン;プロトン;等が挙げられる。有機カチオンの具体例としては、テトラブチルアンモニウムイオン、テトラエチルアンモニウムイオン、テトラメチルアンモニウムイオン等のテトラアルキルアンモニウイオン;トリエチルメチルアンモニウムイオン、トリエチルアンモニウムイオン等のトリアルキルアンモニウムイオン;その他、ピリジニウムイオン、イミダゾリウムイオン、テトラエチルホスホニウムイオン、テトラメチルホスホニウムイオン、テトラフェニルホスホニウムイオン、トリフェニルスルホニウムイオン、トリエチルスルホニウムイオン;等が挙げられる。好ましいカチオンの例として、リチウムイオン、テトラアルキルアンモニウムイオンおよびプロトンが挙げられる。 Here, R 1 and R 2 in the formula (II) are a halogen atom (for example, F, Cl, Br, preferably F) and a perfluoroalkyl group having 1 to 10 (preferably 1 to 3) carbon atoms. Are independently selected. A + in formulas (II) and (III) may be either an inorganic cation or an organic cation. Specific examples of the inorganic cation include alkali metal cations such as Li, Na, and K; alkaline earth metal cations such as Be, Mg, and Ca; other, Ag, Zn, Cu, Co, Fe, Ni, Mn, And metal cations such as Ti, Pb, Cr, V, Ru, Y, lanthanoids and actinoids; protons; and the like. Specific examples of organic cations include tetraalkylammonium ions such as tetrabutylammonium ion, tetraethylammonium ion and tetramethylammonium ion; trialkylammonium ions such as triethylmethylammonium ion and triethylammonium ion; other pyridinium ions and imidazolium ions Ion, tetraethylphosphonium ion, tetramethylphosphonium ion, tetraphenylphosphonium ion, triphenylsulfonium ion, triethylsulfonium ion; and the like. Examples of preferred cations include lithium ions, tetraalkylammonium ions and protons.

ここで開示される好ましい一態様では、オキサラト錯体化合物として、式(III)で表される化合物を用いる。なかでも好ましい例として、式(I)で表されるリチウムビス(オキサラト)ボレート(LiBOB)が挙げられる。LiBOBは、負極活物質の表面に緻密で安定性に優れた被膜を形成し得る。したがって、それ以後の充放電に伴う非水電解液の分解反応を好適に抑制することができ、本願発明の適用効果をより高いレベルで発揮することができる。   In a preferred embodiment disclosed herein, a compound represented by the formula (III) is used as the oxalato complex compound. Among them, a preferable example is lithium bis (oxalato) borate (LiBOB) represented by the formula (I). LiBOB can form a dense and highly stable film on the surface of the negative electrode active material. Therefore, the decomposition reaction of the non-aqueous electrolyte accompanying charging / discharging after that can be suppressed suitably, and the application effect of this invention can be exhibited at a higher level.

また、他の例として、下記式(IV)または(V)で表されるような、少なくとも一つのシュウ酸イオン(C 2−)がリン(P)原子に配位した構造部分を有するオキサラト錯体化合物(P原子含有オキサレート塩)が例示される。具体的には、リチウムジフルオロビス(オキサラト)ホスフェート、リチウムトリス(オキサラト)ホスフェート等が挙げられる。 As another example, a structural portion in which at least one oxalate ion (C 2 O 4 2− ) is coordinated to a phosphorus (P) atom as represented by the following formula (IV) or (V): The oxalato complex compound (P atom containing oxalate salt) which has is illustrated. Specific examples include lithium difluorobis (oxalato) phosphate, lithium tris (oxalato) phosphate, and the like.

Figure 2014022328
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Figure 2014022328
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なお、上記式(IV)、(V)では、カチオンがリチウムイオンである例を示しているが、式(II)、(III)におけるAと同様に、他のカチオンであってもよい。また、上記式(IV)、(V)におけるFは、式(II)におけるR、Rと同様、それぞれ独立に、Fおよび他のハロゲン原子(例えば、F、Cl、Br。好ましくはF)および炭素原子数1〜10(好ましくは1〜3)のパーフルオロアルキル基から選択され得る。 In the above formulas (IV) and (V), an example in which the cation is a lithium ion is shown, but other cations may be used in the same manner as A + in formulas (II) and (III). Further, F in the above formulas (IV) and (V) is independently F and other halogen atoms (for example, F, Cl, Br. Preferably, F is the same as R 1 and R 2 in formula (II). ) And perfluoroalkyl groups having 1 to 10 (preferably 1 to 3) carbon atoms.

好ましい一態様では、前処理用電解液に含まれる成分の中で、上記オキサラト錯体化合物が最も高い還元電位を示す。かかる組成の前処理用電解液を用いることで、前処理(ステップS120)によって負極活物質の表面により好適な被膜を形成し得る。例えば後述する実施例で用いたLiBOBの還元電位は凡そ1.73V(vs.Li/Li)であるため、前処理用電解液に含まれる他の成分(典型的には非水溶媒)の還元電位は1.73V(vs.Li/Li)と概ね同等かそれよりも低いことが好ましい。なお、かかる還元電位の測定は上述した電解液の還元電位測定と同様に行うことができる。 In a preferred embodiment, the oxalato complex compound exhibits the highest reduction potential among the components contained in the pretreatment electrolyte. By using the pretreatment electrolytic solution having such a composition, a film more suitable for the surface of the negative electrode active material can be formed by the pretreatment (step S120). For example, since the reduction potential of LiBOB used in the examples described later is approximately 1.73 V (vs. Li / Li + ), other components (typically nonaqueous solvents) contained in the pretreatment electrolyte solution The reduction potential is preferably approximately equal to or lower than 1.73 V (vs. Li / Li + ). The reduction potential can be measured in the same manner as the above-described reduction potential measurement of the electrolytic solution.

上記オキサラト錯体化合物は、典型的には上記非水電解液(あるいは上記非水電解液に用いた非水溶媒)に含有させた状態で電池ケース内に添加する。あるいは、電極(例えば負極)やセパレータ等の非水電解液以外の電池構成部材に直接添加(例えば塗布)することもできる。   The oxalato complex compound is typically added to the battery case in a state of being contained in the non-aqueous electrolyte (or the non-aqueous solvent used in the non-aqueous electrolyte). Alternatively, it can be directly added (for example, applied) to a battery component other than the non-aqueous electrolyte such as an electrode (for example, a negative electrode) or a separator.

オキサラト錯体化合物の好適な添加量は、例えば負極活物質の種類や性状(例えば、粒径や比表面積)、粒子構造、表面状態等によって異なり得る。一般的には、他の条件(活物質の種類や粒子構造等)が同様であれば、粒径が小さくおよび/または比表面積が大きくなるほど、好適なオキサラト錯体化合物の添加量は増加する傾向にある。したがって、かかる添加量は特に限定されないが、あまりに少ない場合は負極活物質表面に形成される被膜が薄くなり電池の耐久性(保存特性やサイクル特性)が低下する虞がある。一方、添加量があまりに多い場合は負極活物質表面に形成される被膜が厚くなり、充放電に伴う抵抗が増大する虞がある。このため、かかる添加量は、例えば負極活物質の単位質量当たりに対し、1μmol/g以上(典型的には3μmol/g以上、例えば5μmol/g以上)であって、500μmol/g以下(典型的には200μmol/g以下、例えば100μmol/g以下)とすることができる。上記添加量を満たす場合、負極活物質表面全体に所望の量の被膜を安定的に形成することができる。   A suitable addition amount of the oxalato complex compound may vary depending on, for example, the type and properties of the negative electrode active material (for example, particle size and specific surface area), particle structure, surface state, and the like. In general, if the other conditions (type of active material, particle structure, etc.) are the same, the smaller the particle size and / or the larger the specific surface area, the more the amount of suitable oxalato complex compound added tends to increase. is there. Therefore, the amount of addition is not particularly limited, but if it is too small, the coating formed on the surface of the negative electrode active material becomes thin, and the durability (storage characteristics and cycle characteristics) of the battery may be reduced. On the other hand, when the addition amount is too large, the film formed on the surface of the negative electrode active material becomes thick, and there is a concern that the resistance accompanying charge / discharge increases. For this reason, the addition amount is, for example, 1 μmol / g or more (typically 3 μmol / g or more, for example, 5 μmol / g or more) to 500 μmol / g or less (typical) per unit mass of the negative electrode active material. 200 μmol / g or less, for example, 100 μmol / g or less). When the above addition amount is satisfied, a desired amount of film can be stably formed on the entire surface of the negative electrode active material.

<S110:前処理用セルの構築>
そして、正極と負極とが対向してなる電極体と、前処理用電解液と、オキサラト錯体化合物と、を適当な電池ケース内に収容し、前処理用セルを構築する。図1に示す例では、正極活物質としてLiNi0.5Mn1.5を、未処理負極活物質として黒鉛を例示している。また、前処理用電解液としてECとDMCとの混合溶媒中に支持塩としてのLiPFを含む組成の電解液を例示している。ECとDMCとの混合比は、体積比で、例えば30:70程度とすることができる。LiPFの濃度は、例えば1mol/L程度とすることができる。
電池ケースとしては、従来から非水電解液二次電池に用いられる材料や形状を用いることができる。該ケースの材質としては、例えば、アルミニウム、スチール等の金属材料;ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリイミド樹脂等の樹脂材料;が挙げられる。なかでも、放熱性向上やエネルギー密度を高める目的から、比較的軽量な金属(例えば、アルミニウムやアルミニウム合金)を好ましく採用し得る。また、該ケースの形状(容器の外形)は、例えば、円形(円筒形、コイン形、ボタン形)、六面体形(直方体形、立方体形)、袋体形、およびそれらを加工し変形させた形状等であり得る。
<S110: Construction of pre-processing cell>
Then, the electrode body in which the positive electrode and the negative electrode face each other, the pretreatment electrolytic solution, and the oxalato complex compound are housed in an appropriate battery case to construct a pretreatment cell. In the example shown in FIG. 1, LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 is exemplified as the positive electrode active material, and graphite is exemplified as the untreated negative electrode active material. Also it illustrates the electrolytic solution of the composition containing LiPF 6 as a supporting salt in a mixed solvent of EC and DMC as preconditioning electrolyte solution. The mixing ratio of EC and DMC can be, for example, about 30:70 by volume. The concentration of LiPF 6 can be, for example, about 1 mol / L.
As the battery case, materials and shapes conventionally used for non-aqueous electrolyte secondary batteries can be used. Examples of the material of the case include metal materials such as aluminum and steel; resin materials such as polyphenylene sulfide resin and polyimide resin. Among them, a relatively light metal (for example, aluminum or aluminum alloy) can be preferably employed for the purpose of improving heat dissipation and increasing energy density. The shape of the case (outer shape of the container) is, for example, circular (cylindrical shape, coin shape, button shape), hexahedron shape (rectangular shape, cubic shape), bag shape, and a shape obtained by processing and deforming them. It can be.

<S122:前処理用セルの充電>
次いで、上記正極と上記負極の間に電流を付与する前処理を行う(ステップS122)。この充電は、前処理用セルの負極の電位(vs.Li/Li)が、(前処理用電解液に含まれる)オキサラト錯体化合物の少なくとも1種の還元電位(vs.Li/Li)と概ね同等またはそれ以下となるまで行うことが好ましい。例えば、当該前処理用セルの負極電位が、前処理用電解液に含まれるオキサラト錯体化合物の少なくとも1種の酸化電位(vs.Li/Li)よりも0.05V以上(好ましくは0.1V以上)低くなるまで、上記充電を行うことが好ましい。より具体的には、例えば負極の電位が1.7V(vs.Li/Li)よりも低い状態において上記オキサラト錯体化合物を分解させる態様で好ましく実施され得る。これにより、上記前処理用セルの負極において上記オキサラト錯体化合物(例えばLiBOB)を還元分解し得、負極活物質表面にその分解物を含む被膜を安定的に形成することができる。
また好ましい他の一態様としては、この充電は、当該前処理用セルの負極電位が、前処理用電解液(支持塩を含む非水溶媒)の還元電位以上となるよう行うことが好ましい。すなわち、充電状態(例えばSOCが凡そ100%の状態)の前処理用セルにおいて、オキサラト錯体化合物の還元電位>負極電位>電解液の還元電位となる態様で好ましく実施し得る。より具体的には、例えば、負極電位(vs.Li/Li)が、1.7V>負極電位>1.5Vとなる態様で好ましく実施し得る。これにより、未処理負極活物質の表面にオキサラト錯体化合物由来の良質な被膜を緻密に形成することができる。したがって、かかる態様によると負極活物質の表面に電解液分解防止性に優れた被膜がより一層好適に形成され得る。換言すれば、より一層電解液分解防止性に優れた負極活物質を得ることができる。
<S122: Charging of pretreatment cell>
Next, a pretreatment for applying a current between the positive electrode and the negative electrode is performed (step S122). In this charging, the potential of the negative electrode of the pretreatment cell (vs. Li / Li + ) is at least one reduction potential (vs. Li / Li + ) of the oxalato complex compound (included in the pretreatment electrolyte). It is preferable to carry out until approximately equal to or less than the above. For example, the negative electrode potential of the pretreatment cell is 0.05 V or more (preferably 0.1 V) than at least one oxidation potential (vs. Li / Li + ) of the oxalato complex compound contained in the pretreatment electrolyte. It is preferable to carry out the above charging until it becomes low. More specifically, for example, the oxalate complex compound can be preferably decomposed in a state where the potential of the negative electrode is lower than 1.7 V (vs. Li / Li + ). Thereby, the oxalato complex compound (for example, LiBOB) can be reduced and decomposed in the negative electrode of the pretreatment cell, and a coating film containing the decomposition product can be stably formed on the surface of the negative electrode active material.
As another preferred embodiment, this charging is preferably performed such that the negative electrode potential of the pretreatment cell is equal to or higher than the reduction potential of the pretreatment electrolyte (nonaqueous solvent containing a supporting salt). That is, in a pretreatment cell in a charged state (for example, a state where the SOC is approximately 100%), it can be preferably carried out in such a manner that the reduction potential of the oxalato complex compound> the negative electrode potential> the reduction potential of the electrolytic solution. More specifically, for example, the negative electrode potential (vs. Li / Li + ) can be preferably carried out in an aspect in which 1.7 V> negative electrode potential> 1.5 V. Thereby, a high-quality film derived from the oxalato complex compound can be densely formed on the surface of the untreated negative electrode active material. Therefore, according to such an embodiment, a film excellent in electrolytic solution decomposition preventing property can be more suitably formed on the surface of the negative electrode active material. In other words, it is possible to obtain a negative electrode active material that is further excellent in electrolytic solution decomposition prevention.

上記前処理用セルの充電は、例えば、前処理用セルが上記電圧に到達するまで定電流で充電する方式(CC充電)により行ってもよく、上限電圧まで定電流で充電した後、定電圧で充電する方式(CCCV充電)により行ってもよい。通常は、CCCV充電方式を好ましく採用し得る。CC充電時(CCCV充電方式におけるCC充電時であり得る。)の充電レートは特に限定されず、例えば1/50C〜5C(1Cは、1時間で満充放電可能な電流値)程度とすることができる。通常は、上記充電レートを1/30C〜2C程度(例えば1/20C〜1C)程度とすることが適当である。充電レートが低すぎると、処理効率が低下しがちである。また、充電レートが高すぎると、正極活物質が劣化したり、形成される皮膜の均一性が低下したり、該皮膜の還元分解防止性能が低下傾向となったりすることがあり得る。   The pretreatment cell may be charged by, for example, a method of charging with a constant current (CC charging) until the pretreatment cell reaches the voltage, and after charging with a constant current up to the upper limit voltage, You may carry out by the system (CCCV charge) charged by. Usually, the CCCV charging method can be preferably adopted. The charge rate at the time of CC charge (it may be at the time of CC charge in a CCCV charge system) is not specifically limited, For example, it shall be about 1 / 50C-5C (1C is the electric current value which can be fully charged and discharged in 1 hour). Can do. Usually, it is appropriate to set the charging rate to about 1/30 C to 2 C (for example, 1/20 C to 1 C). If the charge rate is too low, the processing efficiency tends to decrease. On the other hand, if the charging rate is too high, the positive electrode active material may deteriorate, the uniformity of the formed film may decrease, or the reductive degradation prevention performance of the film may tend to decrease.

前処理用セルを上記電位(vs.Li/Li)で保持する時間は、例えば90分以下とすることができ、通常は5分〜60分とすることが適当である。上記電位に保持する時間が短すぎると、被膜の形成が不十分または不均一となって、電解液分解防止効果が低下しやすくなることがあり得る。上記電位に保持する時間が長すぎると、前処理条件によっては被膜の形成が進行しすぎて、被膜付き負極活物質を用いた電池の内部抵抗(例えば、初期抵抗)が上昇しやすくなることがあり得る。 The time for holding the pretreatment cell at the above-mentioned potential (vs. Li / Li + ) can be, for example, 90 minutes or less, and is usually 5 minutes to 60 minutes. If the time for maintaining the potential is too short, the formation of the film may be insufficient or non-uniform, and the electrolytic solution decomposition preventing effect may be easily lowered. If the time for maintaining the potential is too long, the formation of a film may proceed excessively depending on the pretreatment conditions, and the internal resistance (for example, initial resistance) of the battery using the coated negative electrode active material may easily increase. possible.

<S124:前処理用セルの放電>
好ましい一形態に係る製造方法では、このようにして充電(ステップS122)を終えた前処理用セルを放電させる(ステップS124)。かかる放電により、充電後に前処理用セルの負極が上記電位で保持される時間を適切に管理し得るため、上記被膜の形成量を的確に制御することができる。また、負極が上記電位で保持される時間が長くなりすぎる事態を回避することにより、被膜の形成が進行しすぎて高抵抗となることをより好適に防止することができる。さらに、前処理用セルから負極(前処理済み負極)を取り出す前に該前処理用セルを放電させることは、上記負極の取り出しを行う際の作業性や安全性の観点からも好ましい。
<S124: Discharge of Pretreatment Cell>
In the manufacturing method according to a preferred embodiment, the pretreatment cell thus charged (step S122) is discharged (step S124). By this discharge, it is possible to appropriately manage the time during which the negative electrode of the pretreatment cell is held at the above potential after charging, so that the amount of the coating film formed can be accurately controlled. Further, by avoiding a situation in which the time for which the negative electrode is held at the above potential becomes too long, it is possible to more suitably prevent the formation of the film from proceeding excessively and becoming high resistance. Furthermore, discharging the pretreatment cell before taking out the negative electrode (pretreated negative electrode) from the pretreatment cell is preferable from the viewpoint of workability and safety when taking out the negative electrode.

上記前処理(S120)は一回でもよく、例えば二回以上の充電(S122)および放電(S124)の操作を繰り返し行うこともできる。被膜の形成量を好適な範囲とするためには、典型的には凡そ2〜10回(例えば2〜5回)の充放電を繰り返すことが好ましい。これにより、低抵抗且つ耐還元性の高い被膜を得ることができる。なお、電池性能に大きな悪影響を与えない範囲内で、被膜の形成を促進し得るような操作(例えば、加温、拘束等による圧力の負荷、超音波の照射)を適宜併用することもできる。   The pretreatment (S120) may be performed once. For example, two or more charging (S122) and discharging (S124) operations may be repeated. In order to make the formation amount of a film into a suitable range, it is typically preferable to repeat charging and discharging about 2 to 10 times (for example, 2 to 5 times). Thereby, a low resistance and high reduction-resistant film can be obtained. It should be noted that an operation that can promote the formation of the coating (for example, pressure load due to heating, restraint, etc., irradiation with ultrasonic waves) can be used in combination as long as the battery performance is not greatly adversely affected.

<S130:非水電解液二次電池の構築>
次いで、上記前処理用セルに含まれる電解液を除去した後、かかるセルに電池用電解液を注入することによって、該電池を構築する(ステップS130)。上記手法によれば、前処理用電解液を排出するという簡単作業のみで本発明の効果を得ることができるため簡便であり、作業性、効率、作業コストの観点から好ましい。前処理用電解液の除去は、例えば前処理用セルを遠心分離等の操作によって行うことができる。
<S130: Construction of Nonaqueous Electrolyte Secondary Battery>
Next, after removing the electrolyte contained in the pretreatment cell, the battery is constructed by injecting the battery electrolyte into the cell (step S130). According to the above method, the effect of the present invention can be obtained only by a simple operation of discharging the pretreatment electrolyte, which is convenient, and is preferable from the viewpoint of workability, efficiency, and operation cost. The removal of the pretreatment electrolyte can be performed, for example, by an operation such as centrifugation of the pretreatment cell.

<電池用電解液>
電池用電解液としては、少なくともフッ素含有非水溶媒を含む非水溶媒中に支持塩(支持電解質)を溶解または分散させたものが用いられる。上記支持塩の種類や濃度は、上述した前処理用セルの電解液(前処理用電解液)と同等とし得る。
<Battery electrolyte>
As the battery electrolyte, a solution in which a supporting salt (supporting electrolyte) is dissolved or dispersed in a nonaqueous solvent containing at least a fluorine-containing nonaqueous solvent is used. The kind and density | concentration of the said support salt can be equivalent to the electrolyte solution (pretreatment electrolyte solution) of the cell for a pretreatment mentioned above.

<フッ素含有非水溶媒>
上記電池用電解液は、また、フッ素含有非水溶媒を含んでいる。このフッ素含有非水溶媒は、例えば、リチウムイオン二次電池の電解液に利用し得ることが知られている有機溶媒(有機化合物)のフッ素化物であり得る。換言すれば、構成元素としてフッ素を含まない有機溶媒の少なくとも1つの水素原子がフッ素原子によって置換された化学構造を有する有機溶媒であり得る。上記「構成元素としてフッ素を含まない非水溶媒」は、各種のカーボネート類、エーテル類、エステル類、ニトリル類、スルホン類、ラクトン類等であり得る。また、上記カーボネート類とは環状カーボネートおよび鎖状カーボネートを包含する意味であり、上記エーテル類とは環状エーテルおよび鎖状エーテルを包含する意味である。このようなフッ素含有非水溶媒は、1種を単独で、あるいは2種以上を適宜組み合わせて用いることができる。
<Fluorine-containing non-aqueous solvent>
The battery electrolyte also contains a fluorine-containing nonaqueous solvent. This fluorine-containing non-aqueous solvent can be, for example, a fluorinated product of an organic solvent (organic compound) that is known to be usable for an electrolyte solution of a lithium ion secondary battery. In other words, it may be an organic solvent having a chemical structure in which at least one hydrogen atom of an organic solvent not containing fluorine as a constituent element is substituted with a fluorine atom. The “non-aqueous solvent containing no fluorine as a constituent element” may be various carbonates, ethers, esters, nitriles, sulfones, lactones and the like. The carbonates mean to include cyclic carbonates and chain carbonates, and the ethers mean to include cyclic ethers and chain ethers. Such fluorine-containing non-aqueous solvents can be used singly or in appropriate combination of two or more.

上記フッ素含有非水溶媒におけるフッ素化の程度は、通常、10%以上が適当であり、20%以上が好ましく、より好ましくは30%以上(例えば40%以上)である。ここで「フッ素化の程度」とは、[(フッ素含有非水溶媒の有するフッ素原子の個数)/(対応する非フッ素含有非水溶媒の有する水素原子の個数)]の比を指す(以下、これを「フッ素置換率」ともいう)。フッ素置換率の上限は特に規定されず、100%(すなわち、水素原子の全てがフッ素原子に置き換えられた化合物)であってもよい。また、電池用電解液の低粘度化、イオン伝導性の向上等の観点から、フッ素置換率が90%以下(典型的には80%以下、例えば70%以下)のフッ素含有非水溶媒を好ましく採用し得る。   The degree of fluorination in the fluorine-containing non-aqueous solvent is usually suitably 10% or more, preferably 20% or more, more preferably 30% or more (for example, 40% or more). Here, the “degree of fluorination” refers to a ratio of [(number of fluorine atoms of fluorine-containing nonaqueous solvent) / (number of hydrogen atoms of corresponding non-fluorine-containing nonaqueous solvent)] (hereinafter, This is also referred to as “fluorine substitution rate”). The upper limit of the fluorine substitution rate is not particularly defined, and may be 100% (that is, a compound in which all of the hydrogen atoms are replaced with fluorine atoms). Further, from the viewpoint of lowering the viscosity of the battery electrolyte and improving ion conductivity, a fluorine-containing non-aqueous solvent having a fluorine substitution rate of 90% or less (typically 80% or less, for example 70% or less) is preferable. Can be adopted.

電池用電解液の酸化電位(vs.Li/Li)は、正極活物質の作動上限電位(vs.Li/Li)と同等かそれ以上であることが望ましい。例えば、正極活物質の作動電位(vs.Li/Li)との差が0Vより大(典型的には0.1V〜3.0V程度、好ましくは0.2V〜2.0V程度、例えば0.3V〜1.0V程度)である電解液を好ましく採用することができる。
電解液の酸化電位(vs.Li/Li)は、以下の方法で測定することができる。先ず、LiNi0.5Mn1.5を用いて後述する実施例の正極と同様に作用極(WE)を作製する。上記作製したWEと、対極(CE)としての金属リチウムと、参照極(RE)としての金属リチウムと、測定対象たる電解液とを用いて三極式セルを構築する。この三極式セルに対し、WEから完全にLiを脱離させる処理を行う。具体的には、温度25℃において、該WEの理論容量から予測した電池容量(Ah)の1/5の電流値で4.2Vまで定電流充電を行い、4.2Vにおいて電流値が初期電流値(すなわち、電池容量の1/5の電流値)の1/50となるまで定電圧充電を行う。次いで、測定対象電解液の酸化電位が含まれると予測される電圧範囲(典型的には4.2V以上の電圧範囲)において、任意の電圧で所定時間(例えば10時間)の定電圧充電を行い、その際の電流値を測定する。より具体的には、上記電圧範囲のなかで電圧を段階的に(例えば0.2Vステップで)高くしていき、各段階において定電圧充電を所定時間(例えば、10時間程度)行い、その際の電流値を測定する。定電圧充電時の電流値が0.1mAより大きくなったときの電位を、上記電解液の酸化電位(酸化分解電位)とする。
The oxidation potential (vs. Li / Li + ) of the battery electrolyte is desirably equal to or higher than the operating upper limit potential (vs. Li / Li + ) of the positive electrode active material. For example, the difference from the operating potential (vs. Li / Li + ) of the positive electrode active material is larger than 0 V (typically about 0.1 V to 3.0 V, preferably about 0.2 V to 2.0 V, for example, 0 An electrolytic solution of about 3 V to 1.0 V) can be preferably used.
The oxidation potential (vs. Li / Li + ) of the electrolytic solution can be measured by the following method. First, a working electrode (WE) is produced using LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 in the same manner as the positive electrode of the example described later. A tripolar cell is constructed using the produced WE, metallic lithium as the counter electrode (CE), metallic lithium as the reference electrode (RE), and the electrolyte solution to be measured. The triode cell is completely desorbed from WE. Specifically, at a temperature of 25 ° C., constant current charging is performed up to 4.2 V with a current value that is 1/5 of the battery capacity (Ah) predicted from the theoretical capacity of the WE. The constant voltage charging is performed until it becomes 1/50 of the value (that is, the current value of 1/5 of the battery capacity). Next, constant voltage charging is performed for a predetermined time (for example, 10 hours) at an arbitrary voltage in a voltage range (typically a voltage range of 4.2 V or more) that is predicted to include the oxidation potential of the electrolyte to be measured. The current value at that time is measured. More specifically, the voltage is increased stepwise (for example, in steps of 0.2 V) within the above voltage range, and constant voltage charging is performed for a predetermined time (for example, about 10 hours) at each step. Measure the current value. The potential when the current value during constant voltage charging is greater than 0.1 mA is defined as the oxidation potential (oxidation decomposition potential) of the electrolytic solution.

電池用電解液の還元電位(vs.Li/Li)は、負極活物質の作動下限電位(vs.Li/Li)と同等かそれ以下であることが望ましい。例えば、負極活物質の作動電位(vs.Li/Li)との差が0Vより大(典型的には0.1V〜2.0V程度、好ましくは0.2V〜1.0V程度)である電解液を好ましく採用することができる。 The reduction potential (vs. Li / Li + ) of the battery electrolyte is desirably equal to or lower than the lower limit operating potential (vs. Li / Li + ) of the negative electrode active material. For example, the difference from the operating potential (vs. Li / Li + ) of the negative electrode active material is greater than 0 V (typically about 0.1 V to 2.0 V, preferably about 0.2 V to 1.0 V). An electrolytic solution can be preferably employed.

<フッ素化カーボネート>
好ましい一態様に係る電池用電解液は、上記フッ素含有非水溶媒として、一種または二種以上のフッ素化カーボネート(フッ素化環状カーボネートおよびフッ素化鎖状カーボネートのいずれをも好ましく使用可能である。)を含有する。通常は、1分子内に1個のカーボネート構造を有するフッ素化カーボネートの使用が好ましい。かかるフッ素化カーボネートのフッ素置換率は、通常、10%以上が適当であり、例えば20%以上(典型的には20%以上100%以下、例えば20%以上80%以下)であり得る。フッ素置換率30%以上(典型的には30%以上100%以下、例えば30%以上70%以下)のフッ素化カーボネートを含む電池用電解液によると、より高い酸化電位(高い耐酸化性)を実現し得る。
<Fluorinated carbonate>
In the battery electrolyte according to a preferred embodiment, one or more fluorinated carbonates (both fluorinated cyclic carbonates and fluorinated chain carbonates can be preferably used) as the fluorine-containing non-aqueous solvent. Containing. Usually, it is preferable to use a fluorinated carbonate having one carbonate structure in one molecule. The fluorine substitution rate of such a fluorinated carbonate is usually suitably 10% or more, for example, 20% or more (typically 20% or more and 100% or less, eg 20% or more and 80% or less). According to the battery electrolyte containing a fluorinated carbonate having a fluorine substitution rate of 30% or more (typically 30% or more and 100% or less, for example, 30% or more and 70% or less), a higher oxidation potential (high oxidation resistance) is obtained. It can be realized.

<フッ素化環状カーボネート>
ここで開示される技術における電池用電解液の好適例として、上記フッ素含有非水溶媒として少なくとも1種のフッ素化環状カーボネートを含む組成の電池用電解液が挙げられる。上記電池用電解液から支持塩を除いた全成分(以下「支持塩以外成分」ともいう。)のうち、上記フッ素化環状カーボネートの量は、例えば5質量%以上とすることができ、通常は10質量%以上が適当であり、20質量%以上(例えば30質量%以上)が好ましい。上記支持塩以外成分の実質的に100質量%(典型的には99質量%以上)がフッ素化環状カーボネートであってもよい。通常は、電池用電解液の低粘度化、イオン伝導性の向上等の観点から、上記支持塩以外成分のうちフッ素化環状カーボネートの量を90質量%以下とすることが適当であり、80質量%以下(例えば70質量%以下)とすることが好ましい。なお、上記フッ素化環状カーボネートの量とは、上記電池用電解液が2種以上のフッ素化環状カーボネートを含む場合には、それらの合計量を指す。
<Fluorinated cyclic carbonate>
Preferable examples of the battery electrolyte in the technology disclosed herein include a battery electrolyte having a composition containing at least one fluorinated cyclic carbonate as the fluorine-containing non-aqueous solvent. Of all the components excluding the supporting salt from the battery electrolyte (hereinafter also referred to as “component other than the supporting salt”), the amount of the fluorinated cyclic carbonate can be, for example, 5% by mass or more. 10 mass% or more is suitable and 20 mass% or more (for example, 30 mass% or more) is preferable. Substantially 100% by mass (typically 99% by mass or more) of the components other than the supporting salt may be a fluorinated cyclic carbonate. Usually, from the viewpoints of lowering the viscosity of the battery electrolyte, improving ion conductivity, etc., it is appropriate that the amount of the fluorinated cyclic carbonate in the components other than the supporting salt is 90% by mass or less, and 80% by mass % Or less (for example, 70% by mass or less). In addition, the quantity of the said fluorinated cyclic carbonate points out the total amount, when the said electrolyte solution for batteries contains 2 or more types of fluorinated cyclic carbonates.

上記フッ素化環状カーボネートとしては、炭素原子数が2〜8(より好ましくは2〜6、例えば2〜4、典型的には2または3)であるものが好ましい。炭素原子数が多すぎると、電池用電解液の粘度が高くなったり、イオン伝導性が低下したりすることがあり得る。例えば、以下の式(C1)で表わされるフッ素環状含有カーボネートを好ましく用いることができる。   The fluorinated cyclic carbonate is preferably one having 2 to 8 carbon atoms (more preferably 2 to 6, for example 2 to 4, typically 2 or 3). When there are too many carbon atoms, the viscosity of the battery electrolyte solution may increase or the ionic conductivity may decrease. For example, a fluorine-containing carbonate represented by the following formula (C1) can be preferably used.

Figure 2014022328
Figure 2014022328

上記式(C1)中のR11,R12およびR13は、それぞれ独立に、水素原子、フッ素原子、炭素原子数1〜4(より好ましくは1〜2、典型的には1)のアルキル基およびハロアルキル基、ならびにフッ素以外のハロゲン原子(好ましくは塩素原子)から選択され得る。上記ハロアルキル基は、上記アルキル基の水素原子の1または2以上がハロゲン原子(例えばフッ素原子または塩素原子、好ましくはフッ素原子)で置換された構造の基であり得る。R11,R12およびR13のうちの1つまたは2つがフッ素原子である化合物が好ましい。例えば、R12およびR13の少なくとも一方がフッ素原子である化合物が好ましい。電池用電解液の低粘度化の観点から、R11,R12およびR13がいずれもフッ素原子または水素原子である化合物を好ましく採用し得る。 R 11 , R 12 and R 13 in the above formula (C1) are each independently a hydrogen atom, a fluorine atom, or an alkyl group having 1 to 4 (more preferably 1 or 2, typically 1) carbon atoms. And haloalkyl groups, and halogen atoms other than fluorine (preferably chlorine atoms). The haloalkyl group may be a group having a structure in which one or more hydrogen atoms of the alkyl group are substituted with a halogen atom (for example, a fluorine atom or a chlorine atom, preferably a fluorine atom). A compound in which one or two of R 11 , R 12 and R 13 are fluorine atoms is preferred. For example, a compound in which at least one of R 12 and R 13 is a fluorine atom is preferable. From the viewpoint of reducing the viscosity of the battery electrolyte, a compound in which R 11 , R 12 and R 13 are all fluorine atoms or hydrogen atoms can be preferably employed.

上記式(C1)により表されるフッ素化環状カーボネートの具体例としては、モノフルオロエチレンカーボネート(MFEC)、ジフルオロエチレンカーボネート(DFEC)、4,4−ジフルオロエチレンカーボネート、トリフルオロエチレンカーボネート、パーフルオロエチレンカーボネート、4−フルオロ−4−メチルエチレンカーボネート、4,5−ジフルオロ−4−メチルエチレンカーボネート、4−フルオロ−5−メチルエチレンカーボネート、4,4−ジフルオロ−5−メチルエチレンカーボネート、4−(フルオロメチル)−エチレンカーボネート、4−(ジフルオロメチル)−エチレンカーボネート、4−(トリフルオロメチル)−エチレンカーボネート、4−(フルオロメチル)−4−フルオロエチレンカーボネート、4−(フルオロメチル)−5−フルオロエチレンカーボネート、4−フルオロ−4,5−ジメチルエチレンカーボネート、4,5−ジフルオロー4,5−ジメチルエチレンカーボネート、4,4−ジフルオロー5,5−ジメチルエチレンカーボネート等が挙げられる。ジフルオロエチレンカーボネートとしては、trans−ジフルオロエチレンカーボネート(trans−DFEC)およびcis−ジフルオロエチレンカーボネート(cis−DFEC)のいずれも使用可能である。通常は、trans−DFECの使用がより好ましい。trans−DFECは、常温(例えば25℃)において液状を呈するので、常温において固体状のcis−DFECに比べて取扱性に優れるという利点がある。   Specific examples of the fluorinated cyclic carbonate represented by the above formula (C1) include monofluoroethylene carbonate (MFEC), difluoroethylene carbonate (DFEC), 4,4-difluoroethylene carbonate, trifluoroethylene carbonate, perfluoroethylene. Carbonate, 4-fluoro-4-methylethylene carbonate, 4,5-difluoro-4-methylethylene carbonate, 4-fluoro-5-methylethylene carbonate, 4,4-difluoro-5-methylethylene carbonate, 4- (fluoro Methyl) -ethylene carbonate, 4- (difluoromethyl) -ethylene carbonate, 4- (trifluoromethyl) -ethylene carbonate, 4- (fluoromethyl) -4-fluoroethylene carbonate, -(Fluoromethyl) -5-fluoroethylene carbonate, 4-fluoro-4,5-dimethylethylene carbonate, 4,5-difluoro-4,5-dimethylethylene carbonate, 4,4-difluoro-5,5-dimethylethylene carbonate, etc. Is mentioned. As difluoroethylene carbonate, any of trans-difluoroethylene carbonate (trans-DFEC) and cis-difluoroethylene carbonate (cis-DFEC) can be used. Usually, the use of trans-DFEC is more preferable. Since trans-DFEC exhibits a liquid state at normal temperature (for example, 25 ° C.), there is an advantage that it is superior in handling property compared to solid cis-DFEC at normal temperature.

<フッ素化鎖状カーボネート>
ここで開示される技術における電池用電解液は、上記フッ素含有非水溶媒として、上述のようなフッ素化環状カーボネートに代えて、あるいは該フッ素化環状カーボネートに加えて、例えば、以下の式(C2)で表わされるフッ素鎖状カーボネートを用いることができる。
<Fluorinated chain carbonate>
In the technique disclosed herein, the battery electrolyte includes, for example, the following formula (C2), instead of or in addition to the fluorinated cyclic carbonate as described above, as the fluorine-containing nonaqueous solvent. ) Can be used.

Figure 2014022328
Figure 2014022328

上記式(C2)中のR21およびR22の少なくとも一方(好ましくは両方)はフッ素を含有する有機基であり、例えば、フッ化アルキル基またはフッ化アルキルエーテル基であり得る。フッ素以外のハロゲン原子によりさらに置換されたフッ化アルキル基またはフッ化アルキルエーテル基でであってもよい。R21およびR22の一方は、フッ素を含有しない有機基(例えば、アルキル基またはアルキルエーテル基)であってもよい。R21およびR22の各々は、炭素原子数が1〜6(より好ましくは1〜4、例えば1〜3、典型的には1または2)の有機基であることが好ましい。炭素原子数が多すぎると、電池用電解液の粘度が高くなったり、イオン伝導性が低下したりすることがあり得る。同様の理由から、通常は、R21およびR22の少なくとも一方は直鎖状であることが好ましく、R21およびR22がいずれも直鎖状であることがより好ましい。例えば、R21およびR22がいずれもフッ化アルキル基であり、それらの合計炭素原子数が1または2であるフッ素鎖状カーボネートを好ましく採用し得る。 At least one (preferably both) of R 21 and R 22 in the formula (C2) is an organic group containing fluorine, and may be, for example, a fluorinated alkyl group or a fluorinated alkyl ether group. It may be a fluorinated alkyl group or a fluorinated alkyl ether group further substituted with a halogen atom other than fluorine. One of R 21 and R 22 may be an organic group that does not contain fluorine (for example, an alkyl group or an alkyl ether group). Each of R 21 and R 22 is preferably an organic group having 1 to 6 carbon atoms (more preferably 1 to 4, for example 1 to 3, typically 1 or 2). When there are too many carbon atoms, the viscosity of the battery electrolyte solution may increase or the ionic conductivity may decrease. For the same reason, usually, it is preferable that at least one of R 21 and R 22 is linear, more preferably R 21 and R 22 are both linear. For example, a fluorine chain carbonate in which R 21 and R 22 are both fluorinated alkyl groups and the total number of carbon atoms thereof is 1 or 2 can be preferably used.

上記式(C2)で表わされるフッ素化鎖状カーボネートの具体例としては、フルオロメチルメチルカーボネート、ジフルオロメチルメチルカーボネート、トリフルオロメチルメチルカーボネート、フルオロメチルジフルオロメチルカーボネート、ビス(フルオロメチル)カーボネート、ビス(ジフルオロメチル)カーボネート、ビス(トリフルオロメチル)カーボネート、(2−フルオロエチル)メチルカーボネート、エチルフルオロメチルカーボネート、(2,2−ジフルオロエチル)メチルカーボネート、(2−フルオロエチル)フルオロメチルカーボネート、エチルジフルオロメチルカーボネート、(2,2,2−トリフルオロエチル)メチルカーボネート、(2,2−ジフルオロエチル)フルオロメチルカーボネート、(2−フルオロエチル)ジフルオロメチルカーボネート、エチルトリフルオロメチルカーボネート、エチル−(2−フルオロエチル)カーボネート、エチル−(2,2−ジフルオロエチル)カーボネート、ビス(2−フルオロエチル)カーボネート、エチル−(2,2,2−トリフルオロエチル)カーボネート、2,2−ジフルオロエチル−2’−フルオロエチルカーボネート、ビス(2,2−ジフルオロエチル)カーボネート、2,2,2−トリフルオロエチル−2’−フルオロエチルカーボネート、2,2,2−トリフルオロエチル−2’,2’−ジフルオロエチルカーボネート、ビス(2,2,2−トリフルオロエチル)カーボネート、ペンタフルオロエチルメチルカーボネート、ペンタフルオロエチルフルオロメチルカーボネート、ペンタフルオロエチルエチルカーボネート、ビス(ペンタフルオロエチル)カーボネート等が挙げられる。   Specific examples of the fluorinated chain carbonate represented by the above formula (C2) include fluoromethyl methyl carbonate, difluoromethyl methyl carbonate, trifluoromethyl methyl carbonate, fluoromethyl difluoromethyl carbonate, bis (fluoromethyl) carbonate, bis ( Difluoromethyl) carbonate, bis (trifluoromethyl) carbonate, (2-fluoroethyl) methyl carbonate, ethylfluoromethyl carbonate, (2,2-difluoroethyl) methyl carbonate, (2-fluoroethyl) fluoromethyl carbonate, ethyldifluoro Methyl carbonate, (2,2,2-trifluoroethyl) methyl carbonate, (2,2-difluoroethyl) fluoromethyl carbonate, (2-fluoro Ethyl) difluoromethyl carbonate, ethyl trifluoromethyl carbonate, ethyl- (2-fluoroethyl) carbonate, ethyl- (2,2-difluoroethyl) carbonate, bis (2-fluoroethyl) carbonate, ethyl- (2,2, 2-trifluoroethyl) carbonate, 2,2-difluoroethyl-2′-fluoroethyl carbonate, bis (2,2-difluoroethyl) carbonate, 2,2,2-trifluoroethyl-2′-fluoroethyl carbonate, 2,2,2-trifluoroethyl-2 ′, 2′-difluoroethyl carbonate, bis (2,2,2-trifluoroethyl) carbonate, pentafluoroethyl methyl carbonate, pentafluoroethyl fluoromethyl carbonate, pentafluor Ethyl ethyl carbonate, bis (pentafluoroethyl) carbonate.

好ましい一態様に係る電池用電解液は、上記フッ素含有非水溶媒として、少なくとも1種のフッ素化環状カーボネートと、少なくとも1種のフッ素化鎖状カーボネートとを含有する。かかる組成の電池用電解液において、上記フッ素化鎖状カーボネート(好ましくは、フッ素化直鎖状カーボネート)は、該電解液を常温(例えば25℃)で液状とし、あるいは該電解液の粘度を低下させるために役立ち得る。   The battery electrolyte according to a preferred embodiment includes at least one fluorinated cyclic carbonate and at least one fluorinated chain carbonate as the fluorine-containing nonaqueous solvent. In the battery electrolyte having such a composition, the fluorinated chain carbonate (preferably, fluorinated linear carbonate) makes the electrolyte liquid at room temperature (for example, 25 ° C.) or reduces the viscosity of the electrolyte. Can help to make.

このようなフッ素含有非水溶媒は、電池用電解液から支持塩を除いた全成分のうち、1質量%以上(典型的には5質量%〜100質量%、例えば30質量%〜100質量%、好ましくは50質量%〜100質量%)の割合で電池用電解液に含有されることが好ましい。すなわち、上記電池用電解液には支持塩およびフッ素含有非水溶媒に加えて、必要に応じて他の成分を含有させることができる。典型例としては、電池用電解液の粘度を低下させるために、構成元素としてフッ素を含まない非水溶媒を好ましく使用することができる。フッ素原子を含まない非水溶媒の占める割合は、通常、該電池用電解液に含まれる支持塩以外成分の70質量%以下の割合であることが好ましく、より好ましくは60質量%(例えば50質量%)以下である。あるいは、本発明の効果を大きく損なわない限度で各種添加剤(例えばビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネート、フルオロエチレンカーボネート等の被膜形成剤;ビフェニル、シクロヘキシルベンゼン等の過充電時にガスを発生させ得る化合物;カルボキシメチルセルロース(CMC)等の分散剤;増粘剤;等)を適宜含有することもできる。   Such a fluorine-containing non-aqueous solvent is 1% by mass or more (typically 5% by mass to 100% by mass, for example, 30% by mass to 100% by mass) of all components excluding the supporting salt from the battery electrolyte. And preferably 50 to 100% by mass) in the battery electrolyte. That is, in addition to the supporting salt and the fluorine-containing nonaqueous solvent, the battery electrolyte solution can contain other components as necessary. As a typical example, in order to reduce the viscosity of the battery electrolyte, a non-aqueous solvent containing no fluorine as a constituent element can be preferably used. The proportion of the non-aqueous solvent that does not contain a fluorine atom is usually preferably 70% by mass or less, more preferably 60% by mass (for example, 50% by mass) of components other than the supporting salt contained in the battery electrolyte. %) Or less. Alternatively, various additives (for example, film forming agents such as vinylene carbonate, vinyl ethylene carbonate, fluoroethylene carbonate, etc .; compounds capable of generating gas during overcharge, such as biphenyl, cyclohexylbenzene, etc., to the extent that the effects of the present invention are not significantly impaired; A dispersant such as methyl cellulose (CMC); a thickener;

なお、上記には前処理用セル(より具体的には、該電池に含まれる電極体と電池ケース)をそのまま用いて、電解液のみを交換する方法を述べたが、例えば、前処理用セルから前処理済み負極(被膜付き負極活物質を有する負極)を取り出して、かかる前処理済負極と正極と電池用電解液とを用いて、新たなリチウムイオン二次電池を構築することもできる。あるいは、前処理済み負極と正極とが(典型的にはセパレータを介して)対向してなる電極体を一体として取り出し、上記と同様に新たな電池の構築用に供することもできる。前処理済み負極または該負極を含む電極体を用いて新たな電池を構築する場合、その他の電池構成要素(例えば正極、セパレータ、電池ケース)は、例えば前処理用セルの構成要素として上述したものの中から適宜選択して用いることができる。   In the above description, a method for exchanging only the electrolyte using the pretreatment cell (more specifically, the electrode body and the battery case included in the battery) is described. Then, a pretreated negative electrode (negative electrode having a coated negative electrode active material) is taken out of the battery, and a new lithium ion secondary battery can be constructed using the pretreated negative electrode, the positive electrode, and the battery electrolyte. Alternatively, an electrode body in which a pretreated negative electrode and a positive electrode are opposed to each other (typically via a separator) can be taken out as one body and used for the construction of a new battery as described above. When a new battery is constructed using a pretreated negative electrode or an electrode body including the negative electrode, other battery components (for example, a positive electrode, a separator, and a battery case) are those described above as components of a pretreatment cell, for example. It can be appropriately selected from among them.

特に限定することを意図したものではないが、本発明の一実施形態に係る非水電解液二次電池として、扁平に捲回された電極体(捲回電極体)と、非水電解液と、を扁平な直方体形(角形)の容器に収容した形態の非水電解液二次電池(単電池)を例とし、図2〜4にその概略構成を示す。以下の図面において、同じ作用を奏する部材・部位には同じ符号を付し、重複する説明は省略または簡略化することがある。各図における寸法関係(長さ、幅、厚さ等)は、実際の寸法関係を反映するものではない。   Although not intended to be particularly limited, as a nonaqueous electrolyte secondary battery according to an embodiment of the present invention, a flatly wound electrode body (wound electrode body), a nonaqueous electrolyte solution, Is taken as an example of a non-aqueous electrolyte secondary battery (unit cell) in a form of being accommodated in a flat rectangular parallelepiped (rectangular) container, and FIGS. In the following drawings, members / parts having the same action are denoted by the same reference numerals, and redundant description may be omitted or simplified. The dimensional relationship (length, width, thickness, etc.) in each figure does not reflect the actual dimensional relationship.

ここで開示される技術の一実施形態に係る非水電解液二次電池は、例えば図2および図3に示すように、捲回電極体80が、図示しない非水電解液とともに、該電極体80の形状に対応した扁平な直方体形状(角形)の電池ケース50に収容された構成を有する。この電池ケース50は、上端が開放された扁平な直方体形状(角形)の電池ケース本体52と、その開口部を塞ぐ蓋体54とを備える。電池ケース50の上面(すなわち蓋体54)には、外部接続用の正極端子70および負極端子72が、それら端子の一部が蓋体54から電池の外方に突出するように設けられている。また、蓋体54には電池ケース内部で発生したガスをケースの外部に排出するための安全弁55が備えられている。
かかる構成の非水電解液二次電池100は、例えば、ケース50の開口部から電極体80を内部に収容し、該ケース50の開口部に蓋体54を取り付けた後、蓋体54に設けられた図示しない電解液注入孔から非水電解液を注入し、次いでかかる注入孔を塞ぐことによって構築することができる。
As shown in FIGS. 2 and 3, for example, the non-aqueous electrolyte secondary battery according to an embodiment of the technology disclosed herein includes a wound electrode body 80 together with a non-aqueous electrolyte (not shown). The battery case 50 is accommodated in a flat rectangular parallelepiped (square) battery case 50 corresponding to the shape of 80. The battery case 50 includes a flat rectangular parallelepiped (square) battery case main body 52 having an open upper end, and a lid 54 that closes the opening. A positive electrode terminal 70 and a negative electrode terminal 72 for external connection are provided on the upper surface (that is, the lid body 54) of the battery case 50 so that some of the terminals protrude from the lid body 54 to the outside of the battery. . The lid 54 is provided with a safety valve 55 for discharging gas generated inside the battery case to the outside of the case.
For example, the non-aqueous electrolyte secondary battery 100 having such a configuration is provided in the lid 54 after the electrode body 80 is accommodated in the opening of the case 50 and the lid 54 is attached to the opening of the case 50. It can be constructed by injecting a non-aqueous electrolyte from the electrolyte injection hole (not shown) and then closing the injection hole.

図3および図4に示すように、電極体80は、正極活物質を含む正極活物質層14が長尺シート状の正極集電体12に保持された正極シート10と、負極活物質を含む負極活物質層24が長尺シート状の負極集電体22に保持された負極シート20とを重ね合わせて捲回し、得られた捲回体を側面方向から押圧して拉げさせることによって扁平形状に成形されている。典型的には、正極活物質層14と負極活物質層24との間は、両者の直接接触を防ぐ絶縁層が配置されている。好ましい一態様では、上記絶縁層として2枚の長尺シート状のセパレータ40を使用する。例えば、これらのセパレータ40を正極シート10および負極シート20とともに捲回して電極体80が構成される。なお、上記絶縁層は、正極活物質層14および/または負極活物質層24の表面に直接コートされていてもよい。
正極シート10は、その長手方向に沿う一方の端部において、正極活物質層14が設けられておらず(あるいは除去されて)、正極集電体12が露出するように形成されている。同様に、負極シート20は、その長手方向に沿う一方の端部において、負極活物質層24が設けられておらず(あるいは除去されて)、負極集電体22が露出するように形成されている。そして、正極集電体12の上記露出端部に正極端子70が、負極集電体22の上記露出端部には負極端子72がそれぞれ接合されている。
As shown in FIGS. 3 and 4, the electrode body 80 includes a positive electrode sheet 10 in which a positive electrode active material layer 14 containing a positive electrode active material is held by a long sheet-like positive electrode current collector 12, and a negative electrode active material. The negative electrode active material layer 24 is rolled up with the negative electrode sheet 20 held on the long sheet-like negative electrode current collector 22, and the obtained wound body is pressed and ablated from the side surface to be flattened. It is molded into a shape. Typically, an insulating layer that prevents direct contact between the positive electrode active material layer 14 and the negative electrode active material layer 24 is disposed between the positive electrode active material layer 14 and the negative electrode active material layer 24. In a preferred embodiment, two long sheet-like separators 40 are used as the insulating layer. For example, the electrode body 80 is configured by winding these separators 40 together with the positive electrode sheet 10 and the negative electrode sheet 20. The insulating layer may be directly coated on the surface of the positive electrode active material layer 14 and / or the negative electrode active material layer 24.
The positive electrode sheet 10 is formed such that the positive electrode active material layer 14 is not provided (or removed) at one end portion along the longitudinal direction, and the positive electrode current collector 12 is exposed. Similarly, the negative electrode sheet 20 is formed such that the negative electrode active material layer 24 is not provided (or removed) at one end portion along the longitudinal direction, and the negative electrode current collector 22 is exposed. Yes. A positive electrode terminal 70 is joined to the exposed end portion of the positive electrode current collector 12, and a negative electrode terminal 72 is joined to the exposed end portion of the negative electrode current collector 22.

ここで開示される非水電解液二次電池(典型的にはリチウムイオン二次電池)は各種用途に利用可能であるが、前処理(より具体的には、前処理によって負極活物質の表面に付与された被膜)の効果が好適に発揮され、従来に比べ電池性能(例えば、エネルギー密度や耐久性)が優れていることを特徴とする。したがって、このような性質を利用して、例えば図6に示すように車両1に搭載される駆動用電源として好適に用いることができる。車両1は、典型的には自動車であり、例えば、ハイブリッド自動車(HV)、プラグインハイブリッド自動車(PHV)、電気自動車(EV)、燃料電池自動車、電動車いす、あるいは電動アシスト自転車等であり得る。したがって、本発明の他の側面として、ここで開示されるいずれかの非水電解液二次電池100を、好ましくは動力源として備えた車両1が提供される。車両1は、複数個の非水電解液二次電池100を、典型的にはそれらが接続された組電池の形態で備えるものであり得る。   The non-aqueous electrolyte secondary battery disclosed here (typically a lithium ion secondary battery) can be used for various applications, but is pretreated (more specifically, the surface of the negative electrode active material by pretreatment). The effect of the film applied to the film is suitably exhibited, and the battery performance (for example, energy density and durability) is superior to the conventional one. Therefore, using such a property, for example, as shown in FIG. 6, it can be suitably used as a driving power source mounted on the vehicle 1. The vehicle 1 is typically an automobile, and may be, for example, a hybrid automobile (HV), a plug-in hybrid automobile (PHV), an electric automobile (EV), a fuel cell automobile, an electric wheelchair, or an electric assist bicycle. Therefore, as another aspect of the present invention, there is provided a vehicle 1 provided with any of the nonaqueous electrolyte secondary batteries 100 disclosed herein, preferably as a power source. The vehicle 1 may include a plurality of nonaqueous electrolyte secondary batteries 100, typically in the form of an assembled battery to which they are connected.

以下、本発明に関するいくつかの実施例を説明するが、本発明をかかる実施例に限定することを意図したものではない。なお、以下の説明において「部」および「%」は、特に断りがない限り質量基準である。   Hereinafter, some examples relating to the present invention will be described, but the present invention is not intended to be limited to such examples. In the following description, “parts” and “%” are based on mass unless otherwise specified.

まず、以下の実験に使用した各電解液について説明する。
<非水電解液>
(電解液A)
ECとDMCとを体積比30:70の割合で含む混合溶媒に、LiPFを1mol/Lの濃度となるように溶解して、非水電解液Aを調製した。
この電解液Aの酸化電位および還元電位を、上述した方法にしたがって測定したところ、酸化電位は4.6V〜4.8V(vs.Li/Li)、還元電位は1.5V(vs.Li/Li)であった。
(電解液B)
MFECとEMCとを体積比1:1の割合で含む混合溶媒に、LiPFを1mol/Lの濃度となるように溶解して、非水電解液Bを調製した。
この電解液Bの酸化電位および還元電位を、上述した方法にしたがって測定したところ、酸化電位は4.9V〜5.1V、還元電位は1.98V(vs.Li/Li)であった。
First, each electrolytic solution used in the following experiment will be described.
<Non-aqueous electrolyte>
(Electrolytic solution A)
LiPF 6 was dissolved to a concentration of 1 mol / L in a mixed solvent containing EC and DMC at a volume ratio of 30:70 to prepare a non-aqueous electrolyte A.
When the oxidation potential and the reduction potential of the electrolytic solution A were measured according to the method described above, the oxidation potential was 4.6 V to 4.8 V (vs. Li / Li + ), and the reduction potential was 1.5 V (vs. Li). / Li + ).
(Electrolytic solution B)
LiPF 6 was dissolved to a concentration of 1 mol / L in a mixed solvent containing MFEC and EMC at a volume ratio of 1: 1 to prepare a non-aqueous electrolyte B.
When the oxidation potential and the reduction potential of this electrolytic solution B were measured according to the above-described method, the oxidation potential was 4.9 V to 5.1 V, and the reduction potential was 1.98 V (vs. Li / Li + ).

Figure 2014022328
Figure 2014022328

<例1>
(正極シートの作製)
正極活物質として、平均粒径が6μmであり、BET比表面積が0.7m/gのLiNi0.5Mn1.5を用意した。この正極活物質と、アセチレンブラック(導電材)と、PVdF(バインダ)とを、これらの質量比が89:8:3となるようにNMPに分散させて、スラリー状の組成物を調製した。この組成物を厚さ15μmの長尺状アルミニウム箔(正極集電体)の片面に塗付し、乾燥させて正極活物質層を形成した。この正極活物質層付き集電体をロールプレスして、上記正極活物質層の密度を2.3g/cmに調整して、理論容量(設計容量)Cが60mAhの正極シートを得た。
<Example 1>
(Preparation of positive electrode sheet)
As the positive electrode active material, LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 having an average particle diameter of 6 μm and a BET specific surface area of 0.7 m 2 / g was prepared. This positive electrode active material, acetylene black (conductive material), and PVdF (binder) were dispersed in NMP so that the mass ratio thereof was 89: 8: 3 to prepare a slurry composition. This composition was applied to one side of a 15 μm thick long aluminum foil (positive electrode current collector) and dried to form a positive electrode active material layer. The positive electrode active material layer with current collector by a roll press, the density of the positive electrode active material layer was adjusted to 2.3 g / cm 3, the theoretical capacity (design capacity) C c to obtain a positive electrode sheet of 60mAh .

(負極シートの作製)
負極活物質として、平均粒径が20μmであり、BET比表面積が2.5m/gの天然黒鉛系材料を用意した。この負極活物質とCMC(増粘剤)とSBR(バインダ)とを、これらの質量比が98.6:0.7:0.7となるようにイオン交換水と混合して、スラリー状の組成物を調製した。この組成物を厚さ10μmの銅箔(負極集電体)の片面に塗付し、乾燥させて負極活物質層を形成した。この負極活物質層付き集電体をロールプレスして、上記負極活物質層の密度を1.4g/cmに調整し、正極シートと同サイズの長方形状に切り出して負極シートを得た。なお、上記組成物の塗付量は、正極と負極との理論容量比(C/C)が1.5となるように調整した。
(Preparation of negative electrode sheet)
A natural graphite material having an average particle diameter of 20 μm and a BET specific surface area of 2.5 m 2 / g was prepared as a negative electrode active material. This negative electrode active material, CMC (thickening agent), and SBR (binder) are mixed with ion-exchanged water so that the mass ratio thereof becomes 98.6: 0.7: 0.7. A composition was prepared. This composition was applied to one side of a 10 μm thick copper foil (negative electrode current collector) and dried to form a negative electrode active material layer. The current collector with the negative electrode active material layer was roll-pressed to adjust the density of the negative electrode active material layer to 1.4 g / cm 3 and cut into a rectangular shape having the same size as the positive electrode sheet to obtain a negative electrode sheet. The coating amount of the composition was adjusted so that the theoretical capacity ratio (C c / C a ) between the positive electrode and the negative electrode was 1.5.

(前処理用セルの構築)
上記作製した正極シートと負極シートとを、セパレータシート(PP/PE/PP三層構造の多孔質シート)を介して対向させ、捲回して捲回型の電極体を作製した。また、前処理用電解液としての電解液A(EC:DMCの体積比30:70の混合溶媒中に、LiPFを1mol/Lの濃度で含む非水電解液)に、0.05mol/Lの濃度でLiBOB(オキサラト錯体化合物)を溶解させた。この電極体とLiBOBを含んだ電解液Aとを適当なサイズのラミネート製の電池ケースに収容し、一部(開口部)を残して封止した。なお、この前処理用セルには、上記正極シートおよび上記前処理用負極にそれぞれ接続され、上記ラミネートフィルムの外部まで引き出された正極端子および負極端子が設けられている。
(Construction of pretreatment cell)
The prepared positive electrode sheet and negative electrode sheet were opposed to each other through a separator sheet (a porous sheet having a PP / PE / PP three-layer structure), and wound to prepare a wound electrode body. In addition, 0.05 mol / L of electrolyte A (nonaqueous electrolyte containing LiPF 6 at a concentration of 1 mol / L in a mixed solvent of EC: DMC volume ratio 30:70) as a pretreatment electrolyte LiBOB (oxalato complex compound) was dissolved at a concentration of. The electrode body and the electrolytic solution A containing LiBOB were accommodated in a battery case made of an appropriate size laminate, and sealed with a part (opening) remaining. The pretreatment cell is provided with a positive electrode terminal and a negative electrode terminal connected to the positive electrode sheet and the pretreatment negative electrode, respectively, and drawn to the outside of the laminate film.

(前処理)
上記構築した前処理用セルについて、以下の手順に従って前処理をした。
(1)1/3Cのレートで4.9VまでCC充電する。
(2)10分間休止(保持)する。
(3)1/3Cのレートで3.5VまでCC放電する。
(4)10分間休止する。
上記(1)〜(4)の操作を3サイクル繰り返した後、前処理用セルを解体し、遠心分離の手法を用いてセル内の電解液を全て排出した。なお、3サイクル目のCCCV放電における放電容量が、理論容量と大きく異ならないことを確認した。
(Preprocessing)
The pretreatment cell constructed as described above was pretreated according to the following procedure.
(1) CC charge to 4.9V at a rate of 1 / 3C.
(2) Pause (hold) for 10 minutes.
(3) CC discharge to 3.5V at a rate of 1 / 3C.
(4) Pause for 10 minutes.
After repeating the above operations (1) to (4) for 3 cycles, the pretreatment cell was disassembled, and all the electrolyte solution in the cell was discharged using a centrifugation method. It was confirmed that the discharge capacity in the third cycle CCCV discharge was not significantly different from the theoretical capacity.

(非水電解液二次電池の構築)
前処理済み負極シートを備えた電極体が入ったセル(電池ケース)に、電解液Bを注入した後、未封止部を封止して、本例に係る非水電解液二次電池(リチウムイオン二次電池)を構築した。
(Construction of non-aqueous electrolyte secondary battery)
After pouring electrolyte B into a cell (battery case) containing an electrode body with a pretreated negative electrode sheet, the non-sealed portion is sealed, and the non-aqueous electrolyte secondary battery according to this example ( Lithium ion secondary battery) was constructed.

<例2>
電池を構築する際の電解液(電池用電解液)を、電解液Bから電解液Aに替えたこと以外は例1と同様にして、本例に係るリチウムイオン二次電池を構築した。
<Example 2>
A lithium ion secondary battery according to this example was constructed in the same manner as in Example 1 except that the electrolytic solution (battery electrolytic solution) for constructing the battery was changed from the electrolytic solution B to the electrolytic solution A.

<例3>
前処理用セルを構築する際にLiBOBを使用しなかったこと以外は例2と同様にして、本例に係るリチウムイオン二次電池を構築した。
<Example 3>
A lithium ion secondary battery according to this example was constructed in the same manner as in Example 2 except that LiBOB was not used when constructing the pretreatment cell.

<例4>
前処理用電解液および電池用電解液として電解液Bを用いたこと以外は、例3と同様にして、本例に係るリチウムイオン二次電池を構築した。
<Example 4>
A lithium ion secondary battery according to this example was constructed in the same manner as Example 3 except that the electrolyte B was used as the pretreatment electrolyte and the battery electrolyte.

<例5>
前処理用電解液を、電解液Aから電解液Bに替えたこと以外は例1と同様にして、本例に係るリチウムイオン二次電池を構築した。
<Example 5>
A lithium ion secondary battery according to this example was constructed in the same manner as in Example 1 except that the pretreatment electrolyte was changed from the electrolyte A to the electrolyte B.

<還元電位(vs.Li/Li)の測定>
上述した手法によって、各例で用いた前処理用電解液およびLiBOB(オキサラト錯体化合物)の還元電位(vs.Li/Li)を測定した。その結果、LiBOBの還元電位は、1.73V(vs.Li/Li)だった。また、各例に係る電池の構成と前処理用電解液の還元電位(vs.Li/Li)を、共に表2の該当欄に示す。
<Measurement of reduction potential (vs. Li / Li + )>
The reduction potential (vs. Li / Li + ) of the pretreatment electrolyte solution and LiBOB (oxalato complex compound) used in each example was measured by the method described above. As a result, the reduction potential of LiBOB was 1.73 V (vs. Li / Li + ). The configuration of the battery according to each example and the reduction potential (vs. Li / Li + ) of the pretreatment electrolyte are shown in the corresponding columns of Table 2.

Figure 2014022328
Figure 2014022328

<性能評価>
(初期容量)
温度25℃にて、各例に係る電池に対し、上記前処理と同様の充放電パターンでコンディショニング処理を行った。すなわち、(1)正極電位が4.9Vとなるまで1/3Cのレートで定電流(CC)充電した後、10分休止させ、(2)正極電位が3.5Vとなるまで1/3CのレートでCC放電した後、10分休止させる操作を、3サイクル繰り返した。そして3サイクル目の放電容量を初期容量(初期放電容量)とした。
<Performance evaluation>
(Initial capacity)
At a temperature of 25 ° C., the battery according to each example was subjected to a conditioning process with the same charge / discharge pattern as the pretreatment. That is, (1) a constant current (CC) charge at a rate of 1/3 C until the positive electrode potential becomes 4.9 V, and then rest for 10 minutes. (2) 1/3 C until the positive electrode potential becomes 3.5 V. The operation of resting for 10 minutes after CC discharge at a rate was repeated 3 cycles. The discharge capacity at the third cycle was defined as the initial capacity (initial discharge capacity).

(初期抵抗)
次に、初期容量測定後の各電池について、温度25℃にて、1/3CのレートにてSOCが60%となるまでCC充電を行った。そのSOC60%に調製した各電池セルに対し、1C,3C,5C,10Cの放電レートでCC放電を行い、放電から10秒間の電圧降下を測定した。測定された電圧降下の値(V)を、対応する電流値(例えば、1/3Cでは20mA)で除してIV抵抗(Ω)を算出し、その平均値を初期抵抗とした。結果を、表2の「初期抵抗」の欄および図5に示す。
(Initial resistance)
Next, each battery after the initial capacity measurement was subjected to CC charging at a temperature of 25 ° C. until the SOC reached 60% at a rate of 1 / 3C. CC discharge was performed at a discharge rate of 1C, 3C, 5C, and 10C for each battery cell prepared to have an SOC of 60%, and a voltage drop for 10 seconds after the discharge was measured. The measured voltage drop value (V) was divided by the corresponding current value (for example, 20 mA for 1 / 3C) to calculate the IV resistance (Ω), and the average value was taken as the initial resistance. The results are shown in the column of “initial resistance” in Table 2 and FIG.

表2および図5から明らかなように、前処理用電解液として「電解液B」を用いた例4および例5の電池では、初期抵抗が6Ω程度だったのに対し、「電解液A」を用いた例1〜3の電池では初期抵抗が約半分(3Ω程度)に抑制されていた。この結果から、フッ素含有非水溶媒を用いずに上記前処理を行うことで、電池の初期抵抗を低くし得ることが示された。かかる結果は、フッ素含有非水溶媒を用いずに上記前処理を行うことで、負極活物質の表面にオキサラト錯体化合物由来の低抵抗な被膜を形成し得たためと考えられる。換言すれば、前処理用電解液として、オキサラト錯体化合物(LiBOB)よりも還元電位が低いものを用いることで、負極活物質の表面に低抵抗な被膜を好適に形成し得たためと考えられる。   As is apparent from Table 2 and FIG. 5, the batteries of Examples 4 and 5 using “electrolyte B” as the pretreatment electrolyte had an initial resistance of about 6Ω, whereas “electrolyte A”. In the batteries of Examples 1 to 3 using the initial resistance, the initial resistance was suppressed to about half (about 3Ω). From this result, it was shown that the initial resistance of the battery can be lowered by performing the pretreatment without using a fluorine-containing nonaqueous solvent. This result is considered to be because a low-resistance film derived from an oxalato complex compound could be formed on the surface of the negative electrode active material by performing the above pretreatment without using a fluorine-containing nonaqueous solvent. In other words, it is considered that a low-resistance film could be suitably formed on the surface of the negative electrode active material by using an electrolyte for pretreatment having a reduction potential lower than that of the oxalato complex compound (LiBOB).

(サイクル特性試験)
次に、初期抵抗測定後の各電池について、温度60℃の恒温槽内にて、以下の充放電操作(1)〜(4)を100サイクル繰り返した。
(1)2Cのレートで4.9VまでCC充電する。
(2)10分間休止する。
(3)2Cのレートで3.5VまでCC放電する。
(4)10分間休止する。
その後、上記初期容量と同様に放電容量を測定した。サイクル特性の容量維持率(%)は、初期容量に対する、100サイクル目の放電容量の割合((100サイクル後の容量/初期容量)×100(%))として算出した。結果を、表2の「容量維持率」の欄および図5に示す。
(Cycle characteristic test)
Next, for each battery after the initial resistance measurement, the following charge / discharge operations (1) to (4) were repeated 100 cycles in a thermostat at a temperature of 60 ° C.
(1) CC charge to 4.9V at 2C rate.
(2) Pause for 10 minutes.
(3) CC discharge to 3.5V at a rate of 2C.
(4) Pause for 10 minutes.
Thereafter, the discharge capacity was measured in the same manner as the initial capacity. The capacity retention rate (%) of the cycle characteristics was calculated as the ratio of the discharge capacity at the 100th cycle to the initial capacity ((capacity after 100 cycles / initial capacity) × 100 (%)). The results are shown in the column of “capacity maintenance ratio” in Table 2 and FIG.

表2および図5から明らかなように、電池用電解液として「電解液A」を用いた例2および例3の電池では、100サイクル後の容量維持率が20%程度だったのに対し、「電解液B」を用いた例1,4,5の電池では容量維持率が50%程度と2倍以上向上した。かかる容量維持率の向上は、例1,4,5では電解液の酸化分解が大幅に抑制されたことによるものと考えられる。この結果から、電池用電解液としてフッ素含有非水溶媒を用いることで、容量維持率を高め得ることが示された。
このように、上記製造方法によれば電解液の酸化分解と還元分解が抑制された非水電解液二次電池が実現され得る。電解液の分解が高度に抑制された非水電解液二次電池では、内部抵抗(典型的には負極の抵抗)が低減され、より高い電池性能(例えば高い電池容量や耐久性)を発揮し得ることが示された。
As apparent from Table 2 and FIG. 5, in the batteries of Example 2 and Example 3 using “electrolyte A” as the battery electrolyte, the capacity retention rate after 100 cycles was about 20%, In the batteries of Examples 1, 4 and 5 using the “electrolytic solution B”, the capacity retention ratio was improved by about twice or more to about 50%. Such an increase in the capacity retention rate is considered to be due to the fact that in Examples 1, 4 and 5, the oxidative decomposition of the electrolyte was significantly suppressed. From this result, it was shown that the capacity retention rate can be increased by using a fluorine-containing non-aqueous solvent as the battery electrolyte.
Thus, according to the said manufacturing method, the nonaqueous electrolyte secondary battery by which the oxidative decomposition and reductive decomposition of electrolyte solution were suppressed can be implement | achieved. In non-aqueous electrolyte secondary batteries in which the decomposition of the electrolyte is highly suppressed, the internal resistance (typically the resistance of the negative electrode) is reduced, and higher battery performance (for example, higher battery capacity and durability) is exhibited. It was shown to get.

以上、本発明を詳細に説明したが、上記実施形態および実施例は例示にすぎず、ここで開示される発明には上述の具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。   As mentioned above, although this invention was demonstrated in detail, the said embodiment and Example are only illustrations and what changed and changed the above-mentioned specific example is contained in the invention disclosed here.

1 自動車(車両)
10 正極シート(正極)
12 正極集電体
14 正極活物質層
20 負極シート(負極)
22 負極集電体
24 負極活物質層
40 セパレータシート(セパレータ)
50 電池ケース
52 電池ケース本体
54 蓋体
55 安全弁
70 正極端子
72 負極端子
80 捲回電極体
100 非水電解液二次電池
1 Automobile (vehicle)
10 Positive electrode sheet (positive electrode)
12 Positive electrode current collector 14 Positive electrode active material layer 20 Negative electrode sheet (negative electrode)
22 Negative electrode current collector 24 Negative electrode active material layer 40 Separator sheet (separator)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 50 Battery case 52 Battery case main body 54 Cover body 55 Safety valve 70 Positive electrode terminal 72 Negative electrode terminal 80 Winding electrode body 100 Nonaqueous electrolyte secondary battery

Claims (11)

非水電解液二次電池を製造する方法であって:
正極活物質を有する正極と、負極活物質を有する負極と、フッ素含有非水溶媒を実質的に含まない前処理用電解液と、オキサラト錯体化合物と、を前処理用セル内に収容すること;
前記正極と前記負極の間に電流を付与する前処理を行い、前記負極活物質の表面に前記オキサラト錯体化合物由来の被膜を形成すること;および
前記被膜が形成された負極活物質を有する負極と正極と電池用電解液とを用いて非水電解液二次電池を構築すること;
を包含し、
ここで、該非水電解液二次電池を構築するために用いられる前記電池用電解液は、フッ素含有非水溶媒を含む、非水電解液二次電池の製造方法。
A method of manufacturing a non-aqueous electrolyte secondary battery comprising:
Containing a positive electrode having a positive electrode active material, a negative electrode having a negative electrode active material, a pretreatment electrolyte substantially free of a fluorine-containing nonaqueous solvent, and an oxalato complex compound in a pretreatment cell;
Performing a pretreatment for applying a current between the positive electrode and the negative electrode to form a film derived from the oxalato complex compound on the surface of the negative electrode active material; and a negative electrode having a negative electrode active material on which the film is formed; Constructing a non-aqueous electrolyte secondary battery using the positive electrode and the battery electrolyte;
Including
Here, the said battery electrolyte solution used in order to construct | assemble this nonaqueous electrolyte secondary battery is a manufacturing method of the nonaqueous electrolyte secondary battery containing a fluorine-containing nonaqueous solvent.
前記正極活物質として、リチウム元素と少なくとも一種の遷移金属元素とを構成金属元素として含む、層状構造またはスピネル構造のリチウム遷移金属複合酸化物を用いる、請求項1に記載の製造方法。   The manufacturing method according to claim 1, wherein a lithium transition metal composite oxide having a layered structure or a spinel structure containing a lithium element and at least one transition metal element as constituent metal elements is used as the positive electrode active material. 前記正極活物質として、スピネル構造のリチウムニッケルマンガン複合酸化物を用いる、請求項1または2に記載の製造方法。   The manufacturing method according to claim 1, wherein a lithium nickel manganese composite oxide having a spinel structure is used as the positive electrode active material. 前記前処理用電解液として、前記オキサラト錯体化合物よりも金属リチウム基準の還元電位が低いものを用いる、請求項1から3のいずれか一項に記載の製造方法。   The manufacturing method according to any one of claims 1 to 3, wherein the pretreatment electrolytic solution is one having a reduction potential based on metallic lithium that is lower than that of the oxalato complex compound. 前記オキサラト錯体化合物として、少なくともリチウムビス(オキサラト)ボレートを用いる、請求項1から4のいずれか一項に記載の製造方法。   The production method according to any one of claims 1 to 4, wherein at least lithium bis (oxalato) borate is used as the oxalato complex compound. 前記前処理は、前記負極の金属リチウム基準の電位が、少なくとも前記オキサラト錯体化合物の金属リチウム基準の還元電位より低くなるよう行う、請求項1から5のいずれか一項に記載の製造方法。   The said pre-processing is a manufacturing method as described in any one of Claim 1 to 5 performed so that the electric potential on the basis of metallic lithium of the said negative electrode may become lower than the reduction potential on the basis of metallic lithium of the said oxalato complex compound at least. 前記電池用電解液は、前記フッ素含有非水溶媒としてフッ素化カーボネートを含む、請求項1から6のいずれか一項に記載の製造方法。   The said battery electrolyte solution is a manufacturing method as described in any one of Claim 1 to 6 containing a fluorinated carbonate as said fluorine-containing non-aqueous solvent. 前記電池用電解液は、前記フッ素含有非水溶媒としてフッ素化環状カーボネートを含む、請求項1から7のいずれか一項に記載の製造方法。   The manufacturing method according to claim 1, wherein the battery electrolyte includes a fluorinated cyclic carbonate as the fluorine-containing nonaqueous solvent. 前記電池用電解液は、前記フッ素含有非水溶媒としてモノフルオロエチレンカーボネートおよび/またはジフルオロエチレンカーボネートを含む、請求項1から8のいずれか一項に記載の製造方法。   The manufacturing method according to claim 1, wherein the battery electrolyte contains monofluoroethylene carbonate and / or difluoroethylene carbonate as the fluorine-containing nonaqueous solvent. 前記正極の作動上限電位が金属リチウム基準で4.5V以上に設定されている、請求項1から9のいずれか一項に記載の製造方法。   The manufacturing method as described in any one of Claim 1 to 9 with which the operating upper limit electric potential of the said positive electrode is set to 4.5 V or more on the basis of metallic lithium. 請求項1から10のいずれか一項に記載の製造方法により得られた、非水電解液二次電池。   A non-aqueous electrolyte secondary battery obtained by the production method according to claim 1.
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