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JP7398326B2 - Non-aqueous electrolyte and non-aqueous electrolyte battery - Google Patents

Non-aqueous electrolyte and non-aqueous electrolyte battery Download PDF

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JP7398326B2
JP7398326B2 JP2020072712A JP2020072712A JP7398326B2 JP 7398326 B2 JP7398326 B2 JP 7398326B2 JP 2020072712 A JP2020072712 A JP 2020072712A JP 2020072712 A JP2020072712 A JP 2020072712A JP 7398326 B2 JP7398326 B2 JP 7398326B2
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浩之 徳田
泰樹 阿部
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Mitsubishi Chemical Corp
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Description

本発明は、非水系電解液、及び非水系電解液電池に関し、詳しくは特定の化合物、及び特定の元素のイオンを特定量含有する非水系電解液、並びにこの非水系電解液を用いた非水系電解液電池に関する。 The present invention relates to a non-aqueous electrolyte and a non-aqueous electrolyte battery, and more specifically to a non-aqueous electrolyte containing a specific compound and a specific amount of ions of a specific element, and a non-aqueous electrolyte using this non-aqueous electrolyte. Regarding electrolyte batteries.

近年、電気自動車用等の駆動用車載電源の用途において、リチウム二次電池等の非水系電解液電池が実用化されている。 BACKGROUND ART In recent years, nonaqueous electrolyte batteries such as lithium secondary batteries have been put into practical use as in-vehicle power sources for driving electric vehicles and the like.

非水系電解液電池の電池特性を改善する手段として、正極や負極の活物質、非水系電解液の添加剤分野において数多くの検討がなされている。 As a means to improve the battery characteristics of non-aqueous electrolyte batteries, many studies have been made in the fields of active materials for positive and negative electrodes and additives for non-aqueous electrolytes.

例えば、特許文献1には、非水系電解液二次電池の初期充電容量、及び入出力特性の改善を目的として、M(FSOで表されるフルオロスルホン酸塩を少なくとも1種含有する非水系電解液に、さらにLiPFに加え、かつ上記フルオロスルホン酸塩とLiPFとの割合を特定範囲とする非水系電解液及び非水系電解液二次電池が開示されている。
特許文献2には、広い温度範囲での電気化学特性を向上できる非水電解液、及びそれを用いた蓄電デバイスの提供を目的とし、非水溶媒に電解質塩が溶解されている非水電解液において、特定の非環状リチウム塩を、非水電解液中に0.001~5質量%含有することを特徴とする非水電解液、及びそれを用いた蓄電デバイスが開示されている。
特許文献3には、負極活物質(黒鉛材料)の表面に安定な被膜が形成され、より高い電池性能を発揮し得る非水電解液二次電池を提供することを目的とし、正極と負極とを含む電極体と、非水電解液とを備える非水電解液二次電池であって;前記負極は、黒鉛材料を主体とする負極活物質層を備え、前記黒鉛材料の酸性官能基の量は1μeq/m以上であり、且つ、該黒鉛材料の表面には硫黄(S)原子と電荷担体とを含む被膜が形成されていることを特徴とする、非水電解液二次電池が開示されている。
特許文献4には、耐久性に優れたリチウムイオン二次電池を提供することを目的とし、正極活物質を含む正極と、負極活物質を含む負極と、非水電解質とを備え、前記正極活物質の表面にタングステンが存在し、前記非水電解質にフルオロスルホン酸リチウムが添加されている、リチウムイオン二次電池が開示されている。当該文献には、上記構成により、電池を長期に使用しても、正極の表面に付着させた金属元素が非水電解質中に溶出してしまうことがなく、長期に亘って低い反応抵抗を維持することができる、耐久性に優れたリチウムイオン電池を提供できると記載されている。
For example, Patent Document 1 discloses that, for the purpose of improving the initial charge capacity and input/output characteristics of a non-aqueous electrolyte secondary battery, at least one fluorosulfonate represented by M(FSO 3 ) x is contained. A non-aqueous electrolyte and a non-aqueous electrolyte secondary battery are disclosed in which LiPF 6 is added to the non-aqueous electrolyte, and the ratio of the fluorosulfonate and LiPF 6 is within a specific range.
Patent Document 2 discloses a nonaqueous electrolyte in which an electrolyte salt is dissolved in a nonaqueous solvent, with the aim of providing a nonaqueous electrolyte that can improve electrochemical properties over a wide temperature range, and a power storage device using the same. discloses a nonaqueous electrolyte characterized by containing 0.001 to 5% by mass of a specific acyclic lithium salt in the nonaqueous electrolyte, and a power storage device using the same.
Patent Document 3 aims to provide a nonaqueous electrolyte secondary battery in which a stable film is formed on the surface of a negative electrode active material (graphite material) and can exhibit higher battery performance, and the purpose is to provide a non-aqueous electrolyte secondary battery that can exhibit higher battery performance. A non-aqueous electrolyte secondary battery comprising: an electrode body containing: a non-aqueous electrolyte; Disclosed is a nonaqueous electrolyte secondary battery, characterized in that the graphite material has a coating film containing sulfur (S) atoms and charge carriers formed on the surface of the graphite material. has been done.
Patent Document 4 aims to provide a lithium ion secondary battery with excellent durability, and includes a positive electrode containing a positive electrode active material, a negative electrode containing a negative electrode active material, and a non-aqueous electrolyte. A lithium ion secondary battery is disclosed in which tungsten is present on the surface of the substance and lithium fluorosulfonate is added to the nonaqueous electrolyte. The document states that with the above structure, even if the battery is used for a long period of time, the metal elements attached to the surface of the positive electrode will not be eluted into the nonaqueous electrolyte, and low reaction resistance will be maintained over a long period of time. It is stated that a lithium-ion battery with excellent durability can be provided.

国際公開第2011/099585号International Publication No. 2011/099585 国際公開第2013/168821号International Publication No. 2013/168821 特開2014-127313号公報Japanese Patent Application Publication No. 2014-127313 特開2015-037012号公報Japanese Patent Application Publication No. 2015-037012

フルオロスルホン酸リチウム(FSOLi)を非水系電解液に添加することにより、非水系電解液電池の耐久性は向上する傾向にある。一方で、本発明者の検討によると、FSOLiを含有する非水系電解液を含む電池では、高温環境下での充電保存特性が不充
分であることが判明した。したがって、本発明は、FSOLiを含有する非水系電解液でありながら、非水系電解液電池の高温環境下での充電保存特性を向上させることができる非水系電解液及び高温環境下で優れた充電保存特性を有する非水系電解液電池を提供する。
By adding lithium fluorosulfonate (FSO 3 Li) to a nonaqueous electrolyte, the durability of a nonaqueous electrolyte battery tends to improve. On the other hand, according to studies conducted by the present inventors, it has been found that a battery containing a non-aqueous electrolyte containing FSO 3 Li has insufficient charge storage characteristics in a high-temperature environment. Therefore, the present invention provides a non-aqueous electrolyte that can improve the charge storage characteristics of a non-aqueous electrolyte battery in a high-temperature environment, even though it contains FSO 3 Li, and a non-aqueous electrolyte that is excellent in a high-temperature environment. The present invention provides a non-aqueous electrolyte battery having excellent charge storage characteristics.

本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、FSOLiを含有する非水系電解液について、さらに鉄イオンを含有し、且つ、鉄イオンの含有量を特定の範囲内とすることにより、非水系電解液電池の高温環境下での充電保存特性を向上できることを見出し、本発明に到達した。 As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventor has determined that a nonaqueous electrolytic solution containing FSO 3 Li further contains iron ions, and the content of iron ions is within a specific range. The inventors have discovered that the charge storage characteristics of non-aqueous electrolyte batteries in high-temperature environments can be improved, and have arrived at the present invention.

すなわち、本発明は、以下[1]~[8]に示す具体的態様等を提供する。
[1] FSOLiを含み、鉄イオンを1質量ppm以上100質量ppm以下含む、非水系電解液。
[2] FSOLiの含有量が0.001質量%以上10.0質量%以下である、[1]に記載の非水系電解液。
[3] 金属イオンを吸蔵及び放出可能な正極並びに負極と、非水系電解液とを備える非水系電解液電池であって、該非水系電解液がFSOLiを含み、鉄イオンを1質量ppm以上100質量ppm以下含む非水系電解液である、非水系電解液電池。
[4] 前記正極は集電体及び該集電体上に設けられた正極活物質層を有し、該正極活物質が、下記組成式(1)で表される金属酸化物である、[3]に記載の非水系電解液電池。
Lia1Nib1Coc1d1・・・(1)
(上記式(1)中、a1、b1、c1及びd1は、0.90≦a1≦1.10、0<b1<0.4、b1+c1+d1=1を満たす。MはMn、Al、Mg、Zr、Fe、Ti及びErからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を表す。)
[5] 前記正極は集電体及び該集電体上に設けられた正極活物質層を有し、該正極活物質が、下記組成式(2)で表される金属酸化物である、[3]に記載の非水系電解液電池。
Lia2Nib2Coc2d2・・・(2)
(上記式(2)中、a2、b2、c2及びd2は、0.90≦a2≦1.10、0.4≦b2<1.0、b2+c2+d2=1を満たす。MはMn、Al、Mg、Zr、Fe、Ti及びErからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を表す。)
[6] 前記正極がNMC正極であり、該NMC正極中、ニッケル元素の含有量が30モル%以上である、[3]~[5]のいずれかに記載の非水系電解液電池。
[7] 前記正極がNMC正極であり、該NMC正極中、ニッケル元素の含有量が40モル%以上である、[3]、[5]又は[6]に記載の非水系電解液電池。
[8] 該非水系電解液中のFSOLiの含有量が、0.001質量%以上10.0質量%以下である、[3]~[7]のいずれかに記載の非水系電解液電池。
That is, the present invention provides specific embodiments shown in [1] to [8] below.
[1] A non-aqueous electrolytic solution containing FSO 3 Li and containing iron ions in an amount of 1 mass ppm or more and 100 mass ppm or less.
[2] The non-aqueous electrolytic solution according to [1], wherein the content of FSO 3 Li is 0.001% by mass or more and 10.0% by mass or less.
[3] A non-aqueous electrolyte battery comprising a positive electrode and a negative electrode capable of occluding and releasing metal ions, and a non-aqueous electrolyte, wherein the non-aqueous electrolyte contains FSO 3 Li and contains iron ions in an amount of 1 mass ppm or more. A non-aqueous electrolyte battery containing 100 mass ppm or less of a non-aqueous electrolyte.
[4] The positive electrode has a current collector and a positive electrode active material layer provided on the current collector, and the positive electrode active material is a metal oxide represented by the following compositional formula (1). 3], the nonaqueous electrolyte battery according to item 3.
Li a1 Ni b1 Co c1 M d1 O 2 ...(1)
(In the above formula (1), a1, b1, c1 and d1 satisfy 0.90≦a1≦1.10, 0<b1<0.4, b1+c1+d1=1. M is Mn, Al, Mg, Zr , represents at least one element selected from the group consisting of Fe, Ti, and Er.)
[5] The positive electrode has a current collector and a positive electrode active material layer provided on the current collector, and the positive electrode active material is a metal oxide represented by the following compositional formula (2). 3], the nonaqueous electrolyte battery according to item 3.
Li a2 Ni b2 Co c2 M d2 O 2 ...(2)
(In the above formula (2), a2, b2, c2 and d2 satisfy 0.90≦a2≦1.10, 0.4≦b2<1.0, b2+c2+d2=1. M is Mn, Al, Mg , represents at least one element selected from the group consisting of Zr, Fe, Ti, and Er.)
[6] The non-aqueous electrolyte battery according to any one of [3] to [5], wherein the positive electrode is an NMC positive electrode, and the content of nickel element in the NMC positive electrode is 30 mol% or more.
[7] The nonaqueous electrolyte battery according to [3], [5], or [6], wherein the positive electrode is an NMC positive electrode, and the content of nickel element in the NMC positive electrode is 40 mol% or more.
[8] The nonaqueous electrolyte battery according to any one of [3] to [7], wherein the content of FSO 3 Li in the nonaqueous electrolyte is 0.001% by mass or more and 10.0% by mass or less. .

本発明の非水系電解液を用いることで、高温環境下での充電保存特性が向上した非水系電解液電池を得ることが可能となる。 By using the non-aqueous electrolyte of the present invention, it is possible to obtain a non-aqueous electrolyte battery with improved charge storage characteristics in a high-temperature environment.

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。以下の実施の形態は、本発明の一例(代表例)であり、本発明はこれらに限定されるものではない。また、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲内で任意に変更して実施することができる。 Embodiments of the present invention will be described in detail below. The following embodiments are examples (representative examples) of the present invention, and the present invention is not limited thereto. Moreover, the present invention can be implemented with arbitrary changes within the scope without departing from the gist thereof.

<1.非水系電解液>
本発明の一実施形態に係る非水系電解液は、FSOLiを含み、鉄イオンを1質量ppm以上100質量ppm以下含む。
本発明の一実施形態に係る非水系電解液は、特定量の鉄イオンとFSOLiとを非水系電解液中に含有することにより、鉄イオンにFSO (フルオロスルホン酸イオン)が配位又は相互作用することで鉄イオンの耐還元性が上がり、負極還元反応が抑制される等により、高温環境下での充電保存特性が向上すると推定される。
以下、本発明の一実施形態に係る非水系電解液について詳細に説明する。
<1. Non-aqueous electrolyte>
The non-aqueous electrolytic solution according to one embodiment of the present invention contains FSO 3 Li, and contains iron ions in an amount of 1 mass ppm or more and 100 mass ppm or less.
The non-aqueous electrolytic solution according to one embodiment of the present invention contains specific amounts of iron ions and FSO 3 Li in the non-aqueous electrolytic solution, so that FSO 3 - (fluorosulfonic acid ions) are arranged in the iron ions. It is presumed that the reduction resistance of iron ions increases due to the position or interaction, and the negative electrode reduction reaction is suppressed, thereby improving charge storage characteristics in a high-temperature environment.
Hereinafter, a non-aqueous electrolytic solution according to an embodiment of the present invention will be described in detail.

<1-1.FSOLi>
本実施形態の非水系電解液はFSOLiを含む。
FSOLiの含有量は、非水系電解液中、好ましくは0.001質量%以上、より好ましくは0.010質量%以上、さらに好ましくは0.10質量%以上であり、一方、上限として特段の制限はないが、好ましくは10.0質量%以下であり、より好ましくは7.0質量%以下、さらに好ましくは5.0質量%以下、殊更に好ましくは、4.0質量%以下、特に好ましくは3.0質量%以下である。
FSOLiの含有量が非水系電解液中にて10.0質量%以下の場合には、非水系電解液電池の内部抵抗が上昇するほど負極還元反応が増大することがない点で好ましく、0.001質量%以上の場合には、FSOLiを含有することの本発明の効果が生じる点で好ましい。ゆえに、上記の範囲内であれば、高温環境下での負極還元反応が抑制される等により、高温環境下での充電保存特性を向上することができる。
FSOLiは公知の方法で合成して使用してもよいし、市販品を入手して使用してもよい。非水系電解液電池中の電解液内のFSOLiの量を測定する場合には、非水系電解液電池から非水系電解液を含有する部材を取り出し、非水系電解液を抽出して測定すればよい。例えば、遠心分離機により抽出することもできるし、又は有機溶媒を用いて非水系電解液を抽出することができる。抽出した非水系電解液に氷冷した純水を加え、素早く混合して直ちにアニオンイオンクロマトグラフィー(例えば、Thermo Fisher Scientific、ICS-2000、カラム:AS23、溶離液:5.0mM
NaCO/0.9mM NaHCO、検出法:サプレッサー付電気伝導率検出方式(12.5mM HSO))にて分離したSO 2-イオンを検出し、FSO イオンをSO 2-イオンの検量線から、モル感度比[k(SO 2-)/k(FSO )]=2.0として換算してFSO イオンを定量することができる。非水系電解液中、FSO イオンの量をFSOLiの量とみなす。
<1-1. FSO 3 Li>
The non-aqueous electrolyte of this embodiment contains FSO 3 Li.
The content of FSO 3 Li in the non-aqueous electrolyte is preferably 0.001% by mass or more, more preferably 0.010% by mass or more, even more preferably 0.10% by mass or more, while the upper limit is not particularly limited. Although there is no limitation, it is preferably 10.0% by mass or less, more preferably 7.0% by mass or less, even more preferably 5.0% by mass or less, particularly preferably 4.0% by mass or less, especially Preferably it is 3.0% by mass or less.
When the content of FSO 3 Li in the nonaqueous electrolyte is 10.0% by mass or less, it is preferable because the negative electrode reduction reaction does not increase to the extent that the internal resistance of the nonaqueous electrolyte battery increases. When the content is 0.001% by mass or more, it is preferable because the effect of the present invention of containing FSO 3 Li is produced. Therefore, within the above range, the negative electrode reduction reaction in a high-temperature environment is suppressed, so that the charge storage characteristics in a high-temperature environment can be improved.
FSO 3 Li may be synthesized by a known method and used, or a commercially available product may be obtained and used. When measuring the amount of FSO 3 Li in the electrolyte in a non-aqueous electrolyte battery, remove the component containing the non-aqueous electrolyte from the non-aqueous electrolyte battery, extract the non-aqueous electrolyte, and then measure. Bye. For example, extraction can be performed using a centrifuge, or the non-aqueous electrolyte can be extracted using an organic solvent. Add ice-cooled pure water to the extracted nonaqueous electrolyte, mix quickly, and immediately perform anion ion chromatography (e.g., Thermo Fisher Scientific, ICS-2000, column: AS23, eluent: 5.0 mM
Na 2 CO 3 /0.9mM NaHCO 3 , Detection method: Detect SO 4 2- ions separated using suppressor-equipped electrical conductivity detection method (12.5mM H 2 SO 4 ), and detect FSO 3 - ions with SO From the calibration curve of 4 2- ions, FSO 3 - ions can be quantified by converting the molar sensitivity ratio [k(SO 4 2- )/k(FSO 3 - )]=2.0. The amount of FSO 3 ions in the non-aqueous electrolyte is regarded as the amount of FSO 3 Li.

<1-2.鉄イオン>
本発明の一実施形態に係る非水系電解液は、鉄イオンを1質量ppm以上100質量ppm以下含む。非水系電解液に含まれる鉄イオンの価数は2価であってもよいし、3価であってもよい。また、本発明の一実施形態に係る非水系電解液は2価の鉄イオン(Fe2+)と3価の鉄イオン(Fe3+)の両方を任意の比率で含んでいてもよい。本明細書において、非水系電解液中の鉄イオンの含有量とは、非水系電解液中の鉄元素のイオンの含有量である。
鉄イオンの含有量は、非水系電解液中、通常1質量ppm以上、好ましくは2質量ppm以上、より好ましくは3質量ppm以上であり、更に好ましくは5質量ppm以上、殊更に好ましくは10質量ppm以上、特に好ましくは25質量ppm以上であり、一方、上限として、通常100質量ppm以下、好ましくは90質量ppm以下、より好ましくは80質量ppm以下、更に好ましくは70質量ppm以下、特に好ましくは60質量ppm以下である。
鉄イオンの含有量が100質量ppmより高い場合には、負極還元反応が増大するために非水系電解液電池の内部抵抗が上昇し、一方、1質量ppmより低い場合には、鉄イオンを含有しない場合との差異が小さくなるため効果が低くなる。
鉄イオン源となる化合物は、1種を単独で用いても、2種以上を任意の組み合わせ及び
比率で併用してもよい。鉄イオン源となる化合物としては、Fe(EC)(PF(EC=エチレンカーボネート配位子、n=0~6、m=2~3)、トリス(2,4-ペンタンジオナト)鉄、フェロセン類などのFe錯体が挙げられる。配位子としては、電池を構成する要素が好ましく挙げられ、例えば、非水溶媒として用いられる、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、フルオロエチレンカーボネート等の環状カーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジエチルカーボネート等の鎖状カーボネート;酢酸メチル等のカルボン酸エステル;エーテル系化合物;及びスルホン系化合物;等の有機溶媒が挙げられる。また、鉄イオン源となる化合物としては、Fe(CHCOO)(n=2~3);Fe(CFCOO)(n=2~3);Fe(FSO(n=2~3);Fe(CFSO(n=2~3);FeSO;塩化鉄等の鉄ハロゲン化物;等も挙げられる。また、鉄イオンは、Feを含みうる、正極活物質、負極活物質、正極集電体、負極集電体又は外装体等、電池の構成要素から溶出したものであってもよい。
鉄イオンは非水系電解液中、通常カウンターアニオンと塩を形成している。本実施形態においては、FSO イオン以外のカウンターアニオンが鉄イオンに配位して錯体を形成していてもよく、鉄イオンと1種以上のカウンターアニオンとが塩を形成していてもよい。カウンターアニオンとしては、電池を構成する要素が好ましく挙げられ、例えば、LiPF由来のPF イオン、LiPO由来のPO イオン等のフルオロリン酸イオン、FSOLi由来のFSO イオン、フッ化物イオン、炭酸イオン、カルボン酸イオン、スルホン酸イオン、スルホニルイミドイオン、(オキサラート)ホウ酸イオン等が挙げられ、より好ましくは、PF イオン、FSO イオン又はフッ化物イオンが挙げられる。中でも、FSO イオンはPF イオンより、鉄イオンへの配位力が高く、特に好ましい。
本実施形態においては、FSO イオンが鉄イオンと配位し、高温環境下での負極還元反応が抑制される等により、高温環境下での充電保存特性を向上することができると推定される。非水系電解液電池中の電解液内の鉄イオンの量を測定する場合には、非水系電解液電池から非水系電解液を含有する部材を取り出し、非水系電解液を抽出して測定すればよい。例えば、遠心分離機により非水系電解液を抽出することもできるし、又は有機溶媒を用いて非水系電解液を抽出することができる。抽出した非水系電解液を用いて誘導結合高周波プラズマ発光分光分析(ICP-AES、たとえばThermo Fischer Scientific、iCAP 7600duo)によりLi及び酸濃度マッチング検量線法で鉄元素、すなわち鉄イオンを定量する。
<1-2. Iron ion>
The non-aqueous electrolyte according to one embodiment of the present invention contains iron ions in an amount of 1 ppm or more and 100 ppm or less by mass. The valence of iron ions contained in the non-aqueous electrolyte may be divalent or trivalent. Further, the non-aqueous electrolyte according to an embodiment of the present invention may contain both divalent iron ions (Fe 2+ ) and trivalent iron ions (Fe 3+ ) in any ratio. In this specification, the content of iron ions in the non-aqueous electrolyte is the content of iron element ions in the non-aqueous electrolyte.
The content of iron ions in the nonaqueous electrolyte is usually 1 mass ppm or more, preferably 2 mass ppm or more, more preferably 3 mass ppm or more, still more preferably 5 mass ppm or more, and particularly preferably 10 mass ppm. ppm or more, particularly preferably 25 mass ppm or more, while the upper limit is usually 100 mass ppm or less, preferably 90 mass ppm or less, more preferably 80 mass ppm or less, still more preferably 70 mass ppm or less, particularly preferably It is 60 mass ppm or less.
When the iron ion content is higher than 100 mass ppm, the internal resistance of the non-aqueous electrolyte battery increases due to an increase in the negative electrode reduction reaction, whereas when it is lower than 1 mass ppm, the iron ion content increases. The effect becomes lower because the difference from the case without it becomes smaller.
The compounds serving as iron ion sources may be used alone or in combination of two or more in any combination and ratio. Compounds that serve as iron ion sources include Fe(EC) n (PF 6 ) m (EC = ethylene carbonate ligand, n = 0 to 6, m = 2 to 3), tris(2,4-pentanedionate), ) Examples include Fe complexes such as iron and ferrocenes. Preferred examples of the ligand include elements constituting batteries, such as cyclic carbonates such as ethylene carbonate, propylene carbonate, and fluoroethylene carbonate, dimethyl carbonate, ethylmethyl carbonate, and diethyl carbonate, which are used as nonaqueous solvents. Examples include organic solvents such as chain carbonates; carboxylic acid esters such as methyl acetate; ether compounds; and sulfone compounds. In addition, compounds that serve as iron ion sources include Fe(CH 3 COO) n (n=2-3); Fe(CF 3 COO) n (n=2-3); Fe(FSO 3 ) n (n= 2-3); Fe(CF 3 SO 3 ) n (n=2-3); FeSO 4 ; iron halides such as iron chloride; and the like. Further, the iron ion may be eluted from battery components such as a positive electrode active material, a negative electrode active material, a positive electrode current collector, a negative electrode current collector, or an exterior body that may contain Fe.
Iron ions usually form a salt with a counter anion in a non-aqueous electrolyte. In this embodiment, a counter anion other than the FSO 3 ion may be coordinated with an iron ion to form a complex, or an iron ion and one or more counter anions may form a salt. . Preferable examples of the counter anion include elements constituting a battery, such as fluorophosphate ions such as PF 6 - ions derived from LiPF 6 and PO 2 F 2 - ions derived from LiPO 2 F 2 , and fluorophosphate ions derived from FSO 3 Li. Examples include FSO 3 - ion, fluoride ion, carbonate ion, carboxylate ion, sulfonate ion, sulfonylimide ion, (oxalate)borate ion, etc., and more preferably PF 6 - ion, FSO 3 - ion, or fluoride ion. Examples include compound ions. Among these, FSO 3 ion is particularly preferable because it has a higher coordination ability to iron ions than PF 6 ion.
In this embodiment, it is estimated that the FSO 3 - ion coordinates with iron ions and suppresses the negative electrode reduction reaction in a high temperature environment, thereby improving charge storage characteristics in a high temperature environment. Ru. To measure the amount of iron ions in the electrolyte in a non-aqueous electrolyte battery, remove the component containing the non-aqueous electrolyte from the non-aqueous electrolyte battery, extract the non-aqueous electrolyte, and measure. good. For example, the non-aqueous electrolyte can be extracted using a centrifuge, or the non-aqueous electrolyte can be extracted using an organic solvent. Using the extracted non-aqueous electrolyte, iron elements, that is, iron ions, are quantified by inductively coupled radio frequency plasma emission spectroscopy (ICP-AES, for example, Thermo Fischer Scientific, iCAP 7600duo) using Li and acid concentration matching calibration curve method.

<1-3.電解質>
本実施形態の非水系電解液は、一般的な非水系電解液と同様、通常はその成分として、電解質を含有する。本実施形態の非水系電解液に用いられる電解質について特に制限は無く、公知の電解質を用いることができる。以下、電解質の具体例について詳述する。
<1-3-1.リチウム塩>
本実施形態の非水系電解液における電解質としては、通常、リチウム塩が用いられる。リチウム塩としては、この用途に用いることが知られているものであれば特に制限がなく、任意のものを1種以上用いることができ、具体的には以下のものが挙げられる。
<1-3. Electrolyte>
The non-aqueous electrolytic solution of this embodiment usually contains an electrolyte as a component, like a general non-aqueous electrolytic solution. There are no particular limitations on the electrolyte used in the non-aqueous electrolyte of this embodiment, and any known electrolyte can be used. Hereinafter, specific examples of the electrolyte will be described in detail.
<1-3-1. Lithium salt>
As the electrolyte in the non-aqueous electrolyte of this embodiment, a lithium salt is usually used. The lithium salt is not particularly limited as long as it is known to be used for this purpose, and one or more arbitrary salts can be used, and specific examples include the following.

例えば、LiBF等のフルオロホウ酸リチウム塩類;
LiPF、LiPO等のフルオロリン酸リチウム塩類;
LiWOF等のタングステン酸リチウム塩類;
CFCOLi等のカルボン酸リチウム塩類;
CHSOLi等のスルホン酸リチウム塩類;
LiN(FSO、LiN(CFSO等のリチウムイミド塩類;
LiC(FSO等のリチウムメチド塩類;
リチウムジフルオロオキサラトボレート等のリチウムオキサラート塩類;
その他、LiPF(CF等の含フッ素有機リチウム塩類;
等が挙げられる。
For example, lithium fluoroborate salts such as LiBF4 ;
Lithium fluorophosphate salts such as LiPF 6 and LiPO 2 F 2 ;
Lithium tungstate salts such as LiWOF 5 ;
Carboxylic acid lithium salts such as CF 3 CO 2 Li;
Sulfonic acid lithium salts such as CH 3 SO 3 Li;
Lithium imide salts such as LiN( FSO2 ) 2 , LiN ( CF3SO2 ) 2 ;
Lithium methide salts such as LiC(FSO 2 ) 3 ;
Lithium oxalate salts such as lithium difluorooxalatoborate;
Other fluorine-containing organic lithium salts such as LiPF 4 (CF 3 ) 2 ;
etc.

本発明で得られる高温環境下での充電保存特性向上の効果に加え、充放電レート特性、インピーダンス特性の向上効果を更に高める点から、フルオロホウ酸リチウム塩類、フルオロリン酸リチウム塩類、スルホン酸リチウム塩類、リチウムイミド塩類、リチウムオキサラート塩類、の中から選ばれるものが好ましく、フルオロホウ酸リチウム塩類、フルオロリン酸リチウム塩類、リチウムイミド塩類、及びリチウムオキサラート塩類の中から選ばれるものが好ましい。 In addition to the effect of improving charge storage characteristics in a high-temperature environment obtained by the present invention, lithium fluoroborate salts, lithium fluorophosphate salts, and lithium sulfonate salts can further enhance the effect of improving charge/discharge rate characteristics and impedance characteristics. , lithium imide salts, and lithium oxalate salts, and those selected from fluoroborate lithium salts, fluorophosphate lithium salts, lithium imide salts, and lithium oxalate salts are preferred.

非水系電解液中のこれらの電解質の総濃度は、特に制限はないが、非水系電解液の全量に対して、通常8質量%以上、好ましくは8.5質量%以上、より好ましくは9質量%以上である。また、その上限は、通常18質量%以下、好ましくは17質量%以下、より好ましくは16質量%以下である。電解質の総濃度が上記範囲内であると、電気伝導率が電池動作に適正となるため、十分な出力特性が得られる傾向にある。 The total concentration of these electrolytes in the nonaqueous electrolyte is not particularly limited, but is usually 8% by mass or more, preferably 8.5% by mass or more, and more preferably 9% by mass based on the total amount of the nonaqueous electrolyte. % or more. Moreover, the upper limit is usually 18% by mass or less, preferably 17% by mass or less, and more preferably 16% by mass or less. When the total concentration of the electrolyte is within the above range, the electrical conductivity becomes appropriate for battery operation, and therefore sufficient output characteristics tend to be obtained.

<1-4.非水溶媒>
本実施形態の非水系電解液は、一般的な非水系電解液と同様、通常はその主成分として、上述した電解質を溶解する非水溶媒を含有する。ここで用いる非水溶媒について特に制限はなく、公知の有機溶媒を用いることができる。有機溶媒としては、飽和環状カーボネート、鎖状カーボネート、カルボン酸エステル、エーテル系化合物又はスルホン系化合物等が挙げられる。これらに特に限定されないが、好ましくは飽和環状カーボネート、鎖状カーボネート又はカルボン酸エステルであり、より好ましくは飽和環状カーボネート又は鎖状カーボネートである。これらは、1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。2種以上の非水溶媒の組み合わせとして、飽和環状カーボネート、鎖状カーボネート、及びカルボン酸エステルからなる群より選択される2種以上の組み合わせが好ましく、飽和環状カーボネート又は鎖状カーボネートの組み合わせがより好ましい。
<1-4. Non-aqueous solvent>
The non-aqueous electrolytic solution of this embodiment, like a general non-aqueous electrolytic solution, usually contains a non-aqueous solvent that dissolves the above-mentioned electrolyte as its main component. There are no particular limitations on the nonaqueous solvent used here, and any known organic solvent can be used. Examples of the organic solvent include saturated cyclic carbonates, chain carbonates, carboxylic acid esters, ether compounds, and sulfone compounds. Although not particularly limited thereto, saturated cyclic carbonates, chain carbonates, or carboxylic acid esters are preferred, and saturated cyclic carbonates or chain carbonates are more preferred. These can be used alone or in combination of two or more. As the combination of two or more types of nonaqueous solvents, a combination of two or more types selected from the group consisting of saturated cyclic carbonates, chain carbonates, and carboxylic acid esters is preferable, and a combination of saturated cyclic carbonates or chain carbonates is more preferable. .

<1-4-1.飽和環状カーボネート>
飽和環状カーボネートとしては、通常炭素数2~4のアルキレン基を有するものが挙げられ、リチウムイオン解離度の向上に由来する電池特性向上の点から炭素数2~3の飽和環状カーボネートが好ましく用いられる。また、飽和環状カーボネートはモノフルオロエチレンカーボネートのようにフッ素原子を有する環状カーボネートであってもよい。
<1-4-1. Saturated cyclic carbonate>
Examples of the saturated cyclic carbonate include those having an alkylene group having 2 to 4 carbon atoms, and saturated cyclic carbonates having 2 to 3 carbon atoms are preferably used from the viewpoint of improving battery characteristics due to improved degree of lithium ion dissociation. . Further, the saturated cyclic carbonate may be a cyclic carbonate having a fluorine atom, such as monofluoroethylene carbonate.

飽和環状カーボネートとしては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート等が挙げられる。中でも、エチレンカーボネートとプロピレンカーボネートが好ましく、酸化・還元されにくいエチレンカーボネートがより好ましい。飽和環状カーボネートは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。 Examples of the saturated cyclic carbonate include ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, and the like. Among these, ethylene carbonate and propylene carbonate are preferred, and ethylene carbonate, which is less likely to be oxidized and reduced, is more preferred. One type of saturated cyclic carbonate may be used alone, or two or more types may be used in combination in any combination and ratio.

飽和環状カーボネートの含有量は、特に制限されず、本発明の効果を著しく損なわない限り任意であるが、下限は、非水系電解液の溶媒全量に対して、通常3体積%以上、好ましくは5体積%以上である。この範囲とすることで、非水系電解液の誘電率の低下に由来する電気伝導率の低下を回避し、非水系電解液電池の大電流放電特性、負極に対する安定性、サイクル特性を良好な範囲としやすくなる。また上限は、通常90体積%以下、好ましくは85体積%以下、より好ましくは80体積%以下である。この範囲とすることで、非水系電解液の酸化・還元耐性が向上し、高温保存時の安定性が向上する傾向にある。
尚、本発明における体積%とは25℃、1気圧における体積を意味する。
The content of the saturated cyclic carbonate is not particularly limited and is arbitrary as long as it does not significantly impair the effects of the present invention, but the lower limit is usually 3% by volume or more, preferably 5% by volume, based on the total amount of the solvent in the non-aqueous electrolyte. % by volume or more. By setting this range, a decrease in electrical conductivity due to a decrease in the dielectric constant of the nonaqueous electrolyte can be avoided, and the large current discharge characteristics, stability with respect to the negative electrode, and cycle characteristics of the nonaqueous electrolyte battery can be maintained within a good range. It becomes easier to The upper limit is usually 90% by volume or less, preferably 85% by volume or less, more preferably 80% by volume or less. Within this range, the oxidation/reduction resistance of the non-aqueous electrolyte tends to improve, and the stability during high-temperature storage tends to improve.
Incidentally, the volume % in the present invention means the volume at 25° C. and 1 atmosphere.

<1-4-2.鎖状カーボネート>
鎖状カーボネートとしては、通常炭素数3~7のものが用いられ、電解液の粘度を適切な範囲に調整するために、炭素数3~5の鎖状カーボネートが好ましく用いられる。
<1-4-2. Chain carbonate>
As the chain carbonate, one having 3 to 7 carbon atoms is usually used, and in order to adjust the viscosity of the electrolytic solution to an appropriate range, a chain carbonate having 3 to 5 carbon atoms is preferably used.

具体的には、鎖状カーボネートとしては、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、ジ-n-プロピルカーボネート、ジイソプロピルカーボネート、n-プロピルイソプロピルカーボネート、エチルメチルカーボネート、メチル-n-プロピルカーボネート、n-ブチルメチルカーボネート、イソブチルメチルカーボネート、t-ブチルメチルカーボネート、エチル-n-プロピルカーボネート、n-ブチルエチルカーボネート、イソブチルエチルカーボネート、t-ブチルエチルカーボネート等が挙げられる。 Specifically, the chain carbonates include dimethyl carbonate, diethyl carbonate, di-n-propyl carbonate, diisopropyl carbonate, n-propyl isopropyl carbonate, ethyl methyl carbonate, methyl-n-propyl carbonate, n-butyl methyl carbonate, Examples include isobutyl methyl carbonate, t-butyl methyl carbonate, ethyl-n-propyl carbonate, n-butylethyl carbonate, isobutylethyl carbonate, t-butylethyl carbonate, and the like.

中でも、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、ジ-n-プロピルカーボネート、ジイソプロピルカーボネート、n-プロピルイソプロピルカーボネート、エチルメチルカーボネート、メチル-n-プロピルカーボネートが好ましく、特に好ましくはジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネートである。 Among them, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, di-n-propyl carbonate, diisopropyl carbonate, n-propylisopropyl carbonate, ethylmethyl carbonate, and methyl-n-propyl carbonate are preferred, and dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and ethylmethyl carbonate are particularly preferred. be.

また、フッ素原子を有する鎖状カーボネート類(以下、「フッ素化鎖状カーボネート」と略記する場合がある。)も好適に用いることができる。フッ素化鎖状カーボネートが有するフッ素原子の数は、1以上であれば特に制限されないが、通常6以下であり、好ましくは4以下である。フッ素化鎖状カーボネートが複数のフッ素原子を有する場合、それらは互いに同一の炭素に結合していてもよく、異なる炭素に結合していてもよい。フッ素化鎖状カーボネートとしては、フッ素化ジメチルカーボネート誘導体、フッ素化エチルメチルカーボネート誘導体、フッ素化ジエチルカーボネート誘導体等が挙げられる。 Furthermore, chain carbonates having a fluorine atom (hereinafter sometimes abbreviated as "fluorinated chain carbonates") can also be suitably used. The number of fluorine atoms that the fluorinated chain carbonate has is not particularly limited as long as it is 1 or more, but it is usually 6 or less, preferably 4 or less. When the fluorinated chain carbonate has a plurality of fluorine atoms, they may be bonded to the same carbon or different carbons. Examples of the fluorinated chain carbonate include fluorinated dimethyl carbonate derivatives, fluorinated ethylmethyl carbonate derivatives, and fluorinated diethyl carbonate derivatives.

フッ素化ジメチルカーボネート誘導体としては、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、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)カーボネート等が挙げられる。 Examples of the fluorinated dimethyl carbonate derivative include fluoromethylmethyl carbonate, difluoromethylmethyl carbonate, trifluoromethylmethyl carbonate, bis(fluoromethyl) carbonate, bis(difluoro)methyl carbonate, bis(trifluoromethyl) carbonate, and the like.

フッ素化エチルメチルカーボネート誘導体としては、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等が挙げられる。 Examples of fluorinated ethylmethyl carbonate derivatives include 2-fluoroethylmethyl carbonate, ethylfluoromethyl carbonate, 2,2-difluoroethylmethyl carbonate, 2-fluoroethylfluoromethyl carbonate, ethyldifluoromethyl carbonate, and 2,2,2-trifluoromethyl carbonate. Examples include fluoroethyl methyl carbonate, 2,2-difluoroethyl fluoromethyl carbonate, 2-fluoroethyl difluoromethyl carbonate, and ethyl trifluoromethyl carbonate.

フッ素化ジエチルカーボネート誘導体としては、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)カーボネート等が挙げられる。 Examples of fluorinated diethyl carbonate derivatives include ethyl-(2-fluoroethyl) carbonate, ethyl-(2,2-difluoroethyl) carbonate, bis(2-fluoroethyl) carbonate, and ethyl-(2,2,2-trifluoroethyl) carbonate. ethyl) carbonate, 2,2-difluoroethyl-2'-fluoroethyl carbonate, bis(2,2-difluoroethyl) carbonate, 2,2,2-trifluoroethyl-2'-fluoroethyl carbonate, 2,2, Examples include 2-trifluoroethyl-2',2'-difluoroethyl carbonate and bis(2,2,2-trifluoroethyl) carbonate.

鎖状カーボネートは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。 One type of chain carbonate may be used alone, or two or more types may be used in combination in any combination and ratio.

鎖状カーボネートの含有量は特に限定されないが、非水系電解液の溶媒全量に対して、通常15体積%以上であり、好ましくは20体積%以上、より好ましくは25体積%以上である。また、通常90体積%以下、好ましくは85体積%以下、より好ましくは80体積%以下である。鎖状カーボネートの含有量を上記範囲とすることによって、非水系電解
液の粘度を適切な範囲とし、イオン伝導度の低下を抑制し、ひいては非水系電解液電池の出力特性を良好な範囲としやすくなる。鎖状カーボネートを2種以上併用する場合には、鎖状カーボネートの合計量が上記範囲を満たすようにすればよい。
The content of chain carbonate is not particularly limited, but is usually 15% by volume or more, preferably 20% by volume or more, more preferably 25% by volume or more, based on the total amount of the solvent in the nonaqueous electrolyte. Moreover, it is usually 90 volume% or less, preferably 85 volume% or less, and more preferably 80 volume% or less. By setting the content of chain carbonate within the above range, it is possible to maintain the viscosity of the non-aqueous electrolyte in an appropriate range, suppress a decrease in ionic conductivity, and, in turn, make it easier to maintain the output characteristics of the non-aqueous electrolyte battery in a favorable range. Become. When two or more types of chain carbonates are used in combination, the total amount of chain carbonates may be made to satisfy the above range.

さらに、特定の鎖状カーボネートに対して、エチレンカーボネートを特定の含有量で組み合わせることにより、電池性能を著しく向上させることができる。 Furthermore, by combining ethylene carbonate in a specific content with a specific linear carbonate, battery performance can be significantly improved.

例えば、特定の鎖状カーボネートとしてジメチルカーボネートとエチルメチルカーボネートを選択した場合、エチレンカーボネートの含有量は、特に制限されず、本発明の効果を著しく損なわない限り任意であるが、非水系電解液の溶媒全量に対して、通常15体積%以上、好ましくは20体積%、また通常45体積%以下、好ましくは40体積%以下であり、ジメチルカーボネートの含有量は、非水系電解液の溶媒全量に対して、通常20体積%以上、好ましくは30体積%以上、また通常50体積%以下、好ましくは45体積%以下であり、エチルメチルカーボネートの含有量は通常20体積%以上、好ましくは30体積%以上、また通常50体積%以下、好ましくは45体積%以下である。エチレンカーボネート、ジメチルカーボネート及びエチルメチルカーボネートの含有量を上記範囲内とすることで、高温安定性に優れ、ガス発生が抑制される傾向がある。 For example, when dimethyl carbonate and ethyl methyl carbonate are selected as specific chain carbonates, the content of ethylene carbonate is not particularly limited and can be set arbitrarily as long as it does not significantly impair the effects of the present invention. The content of dimethyl carbonate is usually 15% by volume or more, preferably 20% by volume, and usually 45% by volume or less, preferably 40% by volume or less, based on the total amount of the solvent. The content of ethyl methyl carbonate is usually 20 volume% or more, preferably 30 volume% or more, and usually 50 volume% or less, preferably 45 volume% or less, and the content of ethyl methyl carbonate is usually 20 volume% or more, preferably 30 volume% or more. , and usually 50% by volume or less, preferably 45% by volume or less. When the contents of ethylene carbonate, dimethyl carbonate, and ethyl methyl carbonate are within the above ranges, high temperature stability is excellent and gas generation tends to be suppressed.

<1-4-3.エーテル系化合物>
エーテル系化合物としては、炭素数3~10の鎖状エーテル、及び炭素数3~6の環状エーテルが好ましい。
<1-4-3. Ether compounds>
As the ether compound, chain ethers having 3 to 10 carbon atoms and cyclic ethers having 3 to 6 carbon atoms are preferred.

エーテル系化合物は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
エーテル系化合物の含有量は、特に制限されず、本発明の効果を著しく損なわない限り任意であるが、非水溶媒100体積%中、通常1体積%以上、好ましくは2体積%以上、より好ましくは3体積%以上、また、通常30体積%以下、好ましくは25体積%以下、より好ましくは20体積%以下である。エーテル系化合物を2種以上併用する場合には、エーテル系化合物の合計量が上記範囲を満たすようにすればよい。エーテル系化合物の含有量が前記好ましい範囲内であれば、鎖状エーテルのリチウムイオン解離度の向上と粘度低下に由来するイオン伝導度の向上効果を確保しやすい。また、負極活物質が炭素質材料の場合、鎖状エーテルがリチウムイオンと共に共挿入される現象を抑制できることから、入出力特性や充放電レート特性を適正な範囲とすることができる。
The ether compounds may be used alone or in combination of two or more in any desired ratio.
The content of the ether compound is not particularly limited and is arbitrary as long as it does not significantly impair the effects of the present invention, but it is usually at least 1% by volume, preferably at least 2% by volume, more preferably at least 2% by volume based on 100% by volume of the nonaqueous solvent. is 3% by volume or more, and usually 30% by volume or less, preferably 25% by volume or less, more preferably 20% by volume or less. When two or more types of ether compounds are used in combination, the total amount of the ether compounds may satisfy the above range. If the content of the ether compound is within the above-mentioned preferred range, it is easy to ensure the effect of improving the ionic conductivity resulting from the improvement in the degree of lithium ion dissociation of the chain ether and the reduction in viscosity. Furthermore, when the negative electrode active material is a carbonaceous material, the phenomenon in which chain ether is co-inserted with lithium ions can be suppressed, so that input/output characteristics and charge/discharge rate characteristics can be kept within appropriate ranges.

<1-4-4.スルホン系化合物>
スルホン系化合物としては、環状スルホン、鎖状スルホンであっても特に制限されないが、環状スルホンの場合、通常炭素数が3~6、好ましくは炭素数が3~5であり、鎖状スルホンの場合、通常炭素数が2~6、好ましくは炭素数が2~5である化合物が好ましい。また、スルホン系化合物1分子中のスルホニル基の数は、特に制限されないが、通常1又は2である。
<1-4-4. Sulfone compounds>
The sulfone compound is not particularly limited, even if it is a cyclic sulfone or a chain sulfone, but in the case of a cyclic sulfone, the number of carbon atoms is usually 3 to 6, preferably 3 to 5, and in the case of a chain sulfone. , compounds having usually 2 to 6 carbon atoms, preferably 2 to 5 carbon atoms are preferred. Further, the number of sulfonyl groups in one molecule of the sulfone compound is not particularly limited, but is usually 1 or 2.

環状スルホンとしては、モノスルホン化合物であるトリメチレンスルホン類、テトラメチレンスルホン類、ヘキサメチレンスルホン類;ジスルホン化合物であるトリメチレンジスルホン類、テトラメチレンジスルホン類、ヘキサメチレンジスルホン類等が挙げられる。中でも誘電率と粘性の観点から、テトラメチレンスルホン類、テトラメチレンジスルホン類、ヘキサメチレンスルホン類、ヘキサメチレンジスルホン類がより好ましく、テトラメチレンスルホン類(スルホラン類)が特に好ましい。 Examples of the cyclic sulfone include monosulfone compounds such as trimethylene sulfones, tetramethylene sulfones, and hexamethylene sulfones; disulfone compounds such as trimethylene disulfones, tetramethylene disulfones, and hexamethylene disulfones. Among them, from the viewpoint of dielectric constant and viscosity, tetramethylene sulfones, tetramethylene disulfones, hexamethylene sulfones, and hexamethylene disulfones are more preferable, and tetramethylene sulfones (sulfolanes) are particularly preferable.

スルホラン類としては、スルホラン又はスルホラン誘導体(以下、スルホランも含めて「スルホラン類」と略記する場合がある。)が好ましい。スルホラン誘導体としては、ス
ルホラン環を構成する炭素原子上に結合した水素原子の1以上がフッ素原子やアルキル基で置換されたものが好ましい。
As the sulfolane, sulfolane or a sulfolane derivative (hereinafter, sulfolane may also be abbreviated as "sulfolane") is preferable. As the sulfolane derivative, one in which one or more of the hydrogen atoms bonded to the carbon atoms constituting the sulfolane ring is substituted with a fluorine atom or an alkyl group is preferable.

スルホン系化合物は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
スルホン系化合物の含有量は、特に制限されず、本発明の効果を著しく損なわない限り任意であるが、非水系電解液の溶媒全量に対して、通常0.3体積%以上、好ましくは0.5体積%以上、より好ましくは1体積%以上であり、また、通常40体積%以下、好ましくは35体積%以下、より好ましくは30体積%以下である。スルホン系化合物を2種以上併用する場合には、スルホン系化合物の合計量が上記範囲を満たすようにすればよい。スルホン系化合物の含有量が前記範囲内であれば、高温保存安定性に優れた電解液が得られる傾向にある。
One type of sulfone compound may be used alone, or two or more types may be used in combination in any combination and ratio.
The content of the sulfone compound is not particularly limited and may be arbitrary as long as it does not significantly impair the effects of the present invention, but is usually 0.3% by volume or more, preferably 0.3% by volume or more, based on the total amount of the solvent in the non-aqueous electrolyte. The content is 5% by volume or more, more preferably 1% by volume or more, and usually 40% by volume or less, preferably 35% by volume or less, more preferably 30% by volume or less. When two or more types of sulfone compounds are used in combination, the total amount of the sulfone compounds may satisfy the above range. If the content of the sulfone compound is within the above range, an electrolytic solution with excellent high-temperature storage stability tends to be obtained.

<1-4-5.カルボン酸エステル>
カルボン酸エステルとしては、好ましくは鎖状カルボン酸エステルであり、より好ましくは飽和鎖状カルボン酸エステルである。また、カルボン酸エステルの総炭素数は、通常3~7であり、出力特性向上に由来する電池特性改善の点から3~5のカルボン酸エステルが好ましく用いられる。
<1-4-5. Carboxylic acid ester>
The carboxylic acid ester is preferably a chain carboxylic ester, more preferably a saturated chain carboxylic ester. Further, the total number of carbon atoms in the carboxylic acid ester is usually 3 to 7, and carboxylic esters having 3 to 5 carbon atoms are preferably used from the viewpoint of improving battery characteristics due to improved output characteristics.

カルボン酸エステルとしては、酢酸メチル、酢酸エチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、ピバル酸メチル、ピバル酸エチル等の飽和鎖状カルボン酸エステル、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル等の不飽和鎖状カルボン酸エステル等が挙げられる。中でも、酢酸メチル、酢酸エチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、ピバル酸メチル、ピバル酸エチルが好ましく、出力特性向上の点から、酢酸メチル、酢酸エチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチルがより好ましい。カルボン酸エステルは、一種を単独で用いてもよく、二種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。 Examples of carboxylic acid esters include saturated chain carboxylic esters such as methyl acetate, ethyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, methyl pivalate, and ethyl pivalate, methyl acrylate, ethyl acrylate, methyl methacrylate, and methacrylic acid. Examples include unsaturated chain carboxylic acid esters such as ethyl. Among them, methyl acetate, ethyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, methyl pivalate, and ethyl pivalate are preferred, and from the viewpoint of improving output characteristics, methyl acetate, ethyl acetate, methyl propionate, and ethyl propionate are more preferred. One type of carboxylic acid ester may be used alone, or two or more types may be used in combination in any combination and ratio.

カルボン酸エステルの含有量は、特に制限されず、本発明の効果を著しく損なわない限り任意であるが、下限は、非水系電解液の溶媒全量に対して、通常3体積%以上、好ましくは5体積%以上である。この範囲とすることで、非水系電解液の誘電率の低下に由来する電気伝導率の低下を回避し、非水系電解液電池の大電流放電特性、負極に対する安定性、サイクル特性を良好な範囲としやすくなる。また上限は、通常90体積%以下、好ましくは85体積%以下、より好ましくは80体積%以下である。この範囲とすることで、非水系電解液の酸化・還元耐性が向上し、高温保存時の安定性が向上する傾向にある。
尚、本発明における体積%とは25℃、1気圧における体積を意味する。
The content of the carboxylic acid ester is not particularly limited and is arbitrary as long as it does not significantly impair the effects of the present invention, but the lower limit is usually 3% by volume or more, preferably 5% by volume, based on the total amount of the solvent in the non-aqueous electrolyte. % by volume or more. By setting this range, a decrease in electrical conductivity due to a decrease in the dielectric constant of the nonaqueous electrolyte can be avoided, and the large current discharge characteristics, stability with respect to the negative electrode, and cycle characteristics of the nonaqueous electrolyte battery can be maintained within a good range. It becomes easier to The upper limit is usually 90% by volume or less, preferably 85% by volume or less, more preferably 80% by volume or less. Within this range, the oxidation/reduction resistance of the non-aqueous electrolyte tends to improve, and the stability during high-temperature storage tends to improve.
Incidentally, the volume % in the present invention means the volume at 25° C. and 1 atmosphere.

<1-5.FSOLi以外のフルオロスルホン酸塩>
FSOLi以外のフルオロスルホン酸塩(以下、単に「フルオロスルホン酸塩」という)のカウンターカチオンとしては特に限定はないが、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、マグネシウム、カルシウム、バリウム、及び、NR13141516(式中、R13~R16は、各々独立に、水素原子又は炭素数1~12の有機基を表わす。)で表されるアンモニウム等がその例として挙げられる。
<1-5. Fluorosulfonates other than FSO 3 Li>
Counter cations of fluorosulfonates other than FSO 3 Li (hereinafter simply referred to as "fluorosulfonates") are not particularly limited, but include sodium, potassium, rubidium, cesium, magnesium, calcium, barium, and NR 13 Examples include ammonium represented by R 14 R 15 R 16 (wherein R 13 to R 16 each independently represent a hydrogen atom or an organic group having 1 to 12 carbon atoms).

フルオロスルホン酸塩の具体例としては、
フルオロスルホン酸ナトリウム、フルオロスルホン酸カリウム、フルオロスルホン酸ルビジウム、フルオロスルホン酸セシウム等が挙げられる。
Specific examples of fluorosulfonates include:
Examples include sodium fluorosulfonate, potassium fluorosulfonate, rubidium fluorosulfonate, and cesium fluorosulfonate.

フルオロスルホン酸塩は、1種を単独で用いても、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。また、本実施形態の非水系電解液全体に対するフルオロスルホン酸
塩とFSOLiの合計含有量は、非水系電解液100質量%中、通常0.001質量%以上、好ましくは0.01質量%以上、より好ましくは0.1質量%以上、また、通常15質量%以下、好ましくは10質量%以下、より好ましくは5質量%以下、さらに好ましくは3質量%以下、殊更に好ましくは2質量%以下、特に好ましくは1質量%以下である。フルオロスルホン酸塩を2種以上併用する場合には、FSOLiとフルオロスルホン酸塩の合計量が上記範囲を満たすようにすればよい。
この範囲内であれば、充放電に伴う非水系電解液電池の膨れを好適に抑制できる。
The fluorosulfonate salts may be used alone or in combination of two or more in any combination and ratio. Further, the total content of fluorosulfonate and FSO 3 Li in the entire nonaqueous electrolyte of this embodiment is usually 0.001% by mass or more, preferably 0.01% by mass in 100% by mass of the nonaqueous electrolyte. Above, more preferably 0.1% by mass or more, and usually 15% by mass or less, preferably 10% by mass or less, more preferably 5% by mass or less, still more preferably 3% by mass or less, particularly preferably 2% by mass. The content is particularly preferably 1% by mass or less. When using two or more types of fluorosulfonate salts, the total amount of FSO 3 Li and fluorosulfonate salts may satisfy the above range.
Within this range, swelling of the non-aqueous electrolyte battery due to charging and discharging can be suitably suppressed.

<1-6.助剤>
本実施形態の非水系電解液において、本発明の効果を奏する範囲で以下の助剤を含有してもよい。
ビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネート又はエチニルエチレンカーボネート等の不飽和環状カーボネート;
メトキシエチル-メチルカーボネート等のカーボネート化合物;
メチル-2-プロピニルオギザレート等のスピロ化合物;
エチレンサルファイト等の含硫黄化合物;
1,3-ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン等のシクロアルキレン基を有するジイソシアネート等のイソシアネート化合物;
1-メチル-2-ピロリジノン等の含窒素化合物;
シクロヘプタン等の炭化水素化合物;
フルオロベンゼン等の含フッ素芳香族化合物;
ホウ酸トリス(トリメチルシリル)等のシラン化合物;
2-(メタンスルホニルオキシ)プロピオン酸2-プロピニル、等のエステル化合物;
リチウムエチルメチルオキシカルボニルホスホネート等のリチウム塩;
トリアリルイソシアヌレート等のイソシアン酸エステル;
等が挙げられる。これらは1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。これらの助剤を添加することにより、高温保存後の容量維持特性やサイクル特性を向上させることができる。
<1-6. Auxiliary agent>
The non-aqueous electrolytic solution of this embodiment may contain the following auxiliary agents within a range that achieves the effects of the present invention.
Unsaturated cyclic carbonates such as vinylene carbonate, vinylethylene carbonate or ethynylethylene carbonate;
Carbonate compounds such as methoxyethyl-methyl carbonate;
Spiro compounds such as methyl-2-propynyl oxalate;
Sulfur-containing compounds such as ethylene sulfite;
Isocyanate compounds such as diisocyanates having a cycloalkylene group such as 1,3-bis(isocyanatomethyl)cyclohexane;
Nitrogen-containing compounds such as 1-methyl-2-pyrrolidinone;
Hydrocarbon compounds such as cycloheptane;
Fluorine-containing aromatic compounds such as fluorobenzene;
Silane compounds such as tris(trimethylsilyl) borate;
Ester compounds such as 2-propynyl 2-(methanesulfonyloxy)propionate;
Lithium salts such as lithium ethylmethyloxycarbonylphosphonate;
Isocyanate esters such as triallyl isocyanurate;
etc. These may be used alone or in combination of two or more. By adding these auxiliaries, capacity retention characteristics and cycle characteristics after high-temperature storage can be improved.

助剤の含有量は、特に制限されず、本発明の効果を著しく損なわない限り任意である。助剤の含有量は、非水系電解液の全量に対して、通常0.01質量%以上、好ましくは0.1質量%以上、より好ましくは0.2質量%以上であり、また、通常5質量%以下、好ましくは3質量%以下、より好ましくは1質量%以下である。この範囲であれば、助剤の効果が十分に発現させやすく、高温保存安定性が向上する傾向にある。助剤を2種以上併用する場合には、助剤の合計量が上記範囲を満たすようにすればよい。 The content of the auxiliary agent is not particularly limited, and is arbitrary as long as it does not significantly impair the effects of the present invention. The content of the auxiliary agent is usually 0.01% by mass or more, preferably 0.1% by mass or more, more preferably 0.2% by mass or more, and usually 5% by mass or more, based on the total amount of the nonaqueous electrolyte. It is at most 3% by mass, preferably at most 3% by mass, and more preferably at most 1% by mass. Within this range, the effect of the auxiliary agent is likely to be fully expressed, and high-temperature storage stability tends to be improved. When two or more types of auxiliary agents are used in combination, the total amount of the auxiliary agents may be made to satisfy the above range.

<2.非水系電解液電池>
本発明の一実施形態に係る非水系電解液電池は、金属イオンを吸蔵及び放出可能な正極並びに負極と、非水系電解液とを備える非水系電解液電池であって、上述した本発明の一実施形態に係る非水系電解液とを備える。より詳細には、集電体及び該集電体上に設けられた正極活物質層を有しかつ金属イオンを吸蔵及び放出し得る正極と、集電体及び該集電体上に設けられた負極活物質層を有しかつ金属イオンを吸蔵及び放出し得る負極と、FSOLiを含み、鉄イオンを1質量ppm以上100質量ppm以下含む非水系電解液とを備える。
<2. Non-aqueous electrolyte battery>
A non-aqueous electrolyte battery according to an embodiment of the present invention is a non-aqueous electrolyte battery comprising a positive electrode and a negative electrode capable of occluding and releasing metal ions, and a non-aqueous electrolyte, and a non-aqueous electrolyte according to the embodiment. More specifically, a positive electrode has a current collector and a positive electrode active material layer provided on the current collector and is capable of occluding and releasing metal ions, and a current collector and a positive electrode active material layer provided on the current collector. The present invention includes a negative electrode having a negative electrode active material layer and capable of occluding and releasing metal ions, and a non-aqueous electrolytic solution containing FSO 3 Li and containing iron ions in an amount of 1 mass ppm or more and 100 mass ppm or less.

<2-1.電池構成>
本実施形態の非水系電解液電池は、上記の非水系電解液以外の構成については、従来公知の非水系電解液電池と同様である。通常は上記の非水系電解液が含浸されている多孔膜(セパレータ)を介して正極と負極とが積層され、これらがケース(外装体)に収納された形態を有する。従って、本実施形態の非水系電解液電池の形状は特に制限されるもので
はなく、円筒型、角形、ラミネート型、コイン型、大型等の何れであってもよい。
<2-1. Battery configuration>
The non-aqueous electrolyte battery of this embodiment has the same structure as a conventionally known non-aqueous electrolyte battery except for the above-mentioned non-aqueous electrolyte. Usually, a positive electrode and a negative electrode are laminated via a porous membrane (separator) impregnated with the above-mentioned non-aqueous electrolyte, and these are housed in a case (exterior body). Therefore, the shape of the non-aqueous electrolyte battery according to the present embodiment is not particularly limited, and may be any of a cylindrical shape, a square shape, a laminate shape, a coin shape, a large size, and the like.

<2-2.非水系電解液>
非水系電解液としては、上述の本発明の一実施形態に係る非水系電解液を用いる。なお、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上記非水系電解液に対し、その他の非水系電解液を配合して用いることも可能である。
<2-2. Non-aqueous electrolyte>
As the non-aqueous electrolyte, the above-described non-aqueous electrolyte according to one embodiment of the present invention is used. Note that it is also possible to mix and use other non-aqueous electrolytes with the above-mentioned non-aqueous electrolytes without departing from the spirit of the present invention.

<2-3.正極>
本発明の一実施形態においては、正極は集電体及び該集電体上に設けられた正極活物質層を有する。
以下に本実施形態の非水系電解液電池に使用される正極について詳細に説明する。
<2-3. Positive electrode>
In one embodiment of the present invention, the positive electrode includes a current collector and a positive electrode active material layer provided on the current collector.
The positive electrode used in the non-aqueous electrolyte battery of this embodiment will be described in detail below.

<2-3-1.正極活物質>
以下に正極に使用される正極活物質について説明する。
(1)組成
正極活物質としては、リン酸鉄リチウム、コバルト酸リチウムや、少なくともNiとCoを含有し、遷移金属のうち50モル%以上がNiとCoである遷移金属酸化物であり、電気化学的に金属イオンを吸蔵・放出可能なものであれば特に制限はないが、例えば、電気化学的にリチウムイオンを吸蔵・放出可能なものが好ましく、リチウムと少なくともNiとCoを含有し、遷移金属のうち60モル%以上がNiとCoである遷移金属酸化物が好ましい。Ni及びCoは、酸化還元の電位が二次電池の正極材として用いるのに好適であり、高容量用途に適しているためである。
<2-3-1. Cathode active material>
The positive electrode active material used in the positive electrode will be explained below.
(1) Composition The positive electrode active material is lithium iron phosphate, lithium cobalt oxide, or a transition metal oxide containing at least Ni and Co, with Ni and Co accounting for 50 mol% or more of the transition metals. There is no particular restriction as long as it can chemically occlude and desorb metal ions, but for example, it is preferable to use a substance that can electrochemically occlude and desorb lithium ions, and contains lithium and at least Ni and Co. A transition metal oxide in which 60 mol% or more of the metals are Ni and Co is preferred. This is because Ni and Co have a redox potential suitable for use as a positive electrode material of a secondary battery and are suitable for high capacity applications.

リチウム遷移金属酸化物の金属成分としては、必須遷移金属元素として、Fe、Ni及びCoからなる群より選ばれる少なくとも1種が含まれることが好ましく、NiとCoが含まれることが好ましく、その他の金属元素としてMn、V、Ti、Cr、Fe、Cu、Al、Mg、Zr、Er等が挙げられ、Mn、Ti、Fe、Al、Mg、Zr等が好ましい。リチウム遷移金属酸化物の具体例としては、例えば、LiFePO、LiCoO、LiNi0.85Co0.10Al0.05、LiNi0.80Co0.15Al0.05、LiNi0.33Co0.33Mn0.33、Li1.05Ni0.33Mn0.33Co0.33、LiNi0.5Co0.2Mn0.3、Li1.05Ni0.50Mn0.29Co0.21、LiNi0.6Co0.2Mn0.2、LiNi0.8Co0.1Mn0.1等が挙げられる。 The metal component of the lithium transition metal oxide preferably contains at least one element selected from the group consisting of Fe, Ni, and Co as an essential transition metal element, preferably Ni and Co, and other elements. Examples of the metal elements include Mn, V, Ti, Cr, Fe, Cu, Al, Mg, Zr, Er, etc., and Mn, Ti, Fe, Al, Mg, Zr, etc. are preferable. Specific examples of lithium transition metal oxides include, for example, LiFePO 4 , LiCoO 2 , LiNi 0.85 Co 0.10 Al 0.05 O 2 , LiNi 0.80 Co 0.15 Al 0.05 O 2 , LiNi 0.33 Co 0.33 Mn 0.33 O 2 , Li 1.05 Ni 0.33 Mn 0.33 Co 0.33 O 2 , LiNi 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 O 2 , Li 1 .05 Ni 0.50 Mn 0.29 Co 0.21 O 2 , LiNi 0.6 Co 0.2 Mn 0.2 O 2 , LiNi 0.8 Co 0.1 Mn 0.1 O 2 etc. .

とりわけ、正極活物質が下記組成式(1)で示される遷移金属酸化物である態様が好ましい。
Lia1Nib1Coc1d1・・・(1)
(上記式(1)中、a1、b1、c1及びd1は、0.90≦a1≦1.10、0<b1<0.4、b1+c1+d1=1を満たす。MはMn、Al、Mg、Zr、Fe、Ti及びErからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を表す。)
組成式(1)中、0.1≦d1<0.5の数値を示すことが好ましい。
NiやCoの組成比およびその他の金属種の組成比が特定の範囲であることで、正極から遷移金属が溶出しにくく、かつ、たとえ溶出したとしてもNiやCoは非水系二次電池内での悪影響が小さいためである。
Particularly preferred is an embodiment in which the positive electrode active material is a transition metal oxide represented by the following compositional formula (1).
Li a1 Ni b1 Co c1 M d1 O 2 ...(1)
(In the above formula (1), a1, b1, c1 and d1 satisfy 0.90≦a1≦1.10, 0<b1<0.4, b1+c1+d1=1. M is Mn, Al, Mg, Zr , represents at least one element selected from the group consisting of Fe, Ti, and Er.)
In the compositional formula (1), it is preferable that 0.1≦d1<0.5.
Because the composition ratios of Ni and Co and other metal species are within specific ranges, transition metals are difficult to elute from the positive electrode, and even if they are eluted, Ni and Co will not remain in the non-aqueous secondary battery. This is because the negative effects of

とりわけ、正極活物質が下記組成式(2)で示される遷移金属酸化物である態様が好ましい。
Lia2Nib2Coc2d2・・・(2)
(上記式(2)中、a2、b2、c2及びd2は、0.90≦a2≦1.10、0.4≦b2<1.0、b2+c2+d2=1を満たす。MはMn、Al、Mg、Zr、Fe、T
i及びErからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を表す。)
組成式(2)中、0.10≦d2<0.40の数値を示すことが好ましい。また、0.50≦b2≦0.96の数値を示すことが好ましい。
NiおよびCoが主成分であり、かつNiの組成比がCoの組成比より大きいことで、非水系電解液電池の正極として用いた際に、安定であり、かつ高容量を取り出すことが可能となるからである。
Particularly preferred is an embodiment in which the positive electrode active material is a transition metal oxide represented by the following compositional formula (2).
Li a2 Ni b2 Co c2 M d2 O 2 ...(2)
(In the above formula (2), a2, b2, c2 and d2 satisfy 0.90≦a2≦1.10, 0.4≦b2<1.0, b2+c2+d2=1. M is Mn, Al, Mg , Zr, Fe, T
Represents at least one element selected from the group consisting of i and Er. )
In compositional formula (2), it is preferable that the numerical value is 0.10≦d2<0.40. Moreover, it is preferable to show a numerical value of 0.50≦b2≦0.96.
Since Ni and Co are the main components and the composition ratio of Ni is larger than the composition ratio of Co, it is stable and can provide high capacity when used as a positive electrode in a non-aqueous electrolyte battery. Because it will be.

とりわけ、正極活物質が下記組成式(3)で示される遷移金属酸化物である態様が好ましい。
Lia3Nib3Coc3d3・・・(3)
(式(3)中、0.90≦a3≦1.10、0.50≦b3≦0.94、0.05≦c3≦0.2、0.01≦d3≦0.3の数値を示し、b3+c3+d3=1を満たす。MはMn、Al、Mg、Zr、Fe、Ti及びErからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を表す。)
組成式(3)中、0.10≦d3≦0.3の数値を示すことが好ましい。
正極活物質が上記の組成であることで、非水系二次電池正極として用いた際に、特に高容量を取り出すことが可能となるからである。
Particularly preferred is an embodiment in which the positive electrode active material is a transition metal oxide represented by the following compositional formula (3).
Li a3 Ni b3 Co c3 M d3 O 2 ...(3)
(In formula (3), the numerical values are 0.90≦a3≦1.10, 0.50≦b3≦0.94, 0.05≦c3≦0.2, 0.01≦d3≦0.3. , b3+c3+d3=1.M represents at least one element selected from the group consisting of Mn, Al, Mg, Zr, Fe, Ti, and Er.)
In compositional formula (3), it is preferable that the numerical value satisfies 0.10≦d3≦0.3.
This is because the positive electrode active material having the above composition makes it possible to obtain particularly high capacity when used as a positive electrode for a non-aqueous secondary battery.

また、上記の正極活物質のうち2種類以上を混合して使用してもよい。同様に、上記の正極活物質のうち少なくとも1種と他の正極活物質を混合して使用してもよい。他の正極活物質の例としては、上記に挙げられていない遷移金属酸化物、遷移金属燐酸化合物、遷移金属ケイ酸化合物、遷移金属ホウ酸化合物が挙げられる。
中でも、スピネル型構造を有するリチウムマンガン複合酸化物やオリビン型構造を有するリチウム含有遷移金属燐酸化合物が好ましい。具体的にはスピネル型構造を有するリチウムマンガン複合酸化物として、LiMn、LiMn1.8Al0.2、LiMn1.5Ni0.5等が挙げられる。これらのリチウムマンガン複合酸化物は最も安定した構造を有し、非水系電解液電池の異常時にも酸素放出しにくく、安全性に優れるためである。
また、リチウム含有遷移金属燐酸化合物の遷移金属としては、V、Ti、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu等が好ましく、具体例としては、例えば、LiFePO、LiFe(PO、LiFeP等の燐酸鉄類、LiCoPO等の燐酸コバルト類、LiMnPO等の燐酸マンガン類、これらのリチウム遷移金属燐酸化合物の主体となる遷移金属原子の一部をAl、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Li、Ni、Cu、Zn、Mg、Ga、Zr、Si、Nb、Mo、Sn、W等の他の金属で置換したもの等が挙げられる。
リチウム含有遷移金属燐酸化合物の中でも、リチウム鉄燐酸化合物が好ましい。鉄は資源量も豊富で極めて安価な金属であり、かつ有害性も少ないためである。すなわち、上記の具体例のうち、LiFePOをより好ましい具体例として挙げることができる。
Furthermore, two or more of the above positive electrode active materials may be used in combination. Similarly, at least one of the above positive electrode active materials and other positive electrode active materials may be mixed and used. Examples of other positive electrode active materials include transition metal oxides, transition metal phosphate compounds, transition metal silicate compounds, and transition metal borate compounds not listed above.
Among these, lithium-manganese composite oxides having a spinel-type structure and lithium-containing transition metal phosphoric acid compounds having an olivine-type structure are preferred. Specifically, examples of the lithium manganese composite oxide having a spinel structure include LiMn 2 O 4 , LiMn 1.8 Al 0.2 O 4 , LiMn 1.5 Ni 0.5 O 4 and the like. This is because these lithium manganese composite oxides have the most stable structure, are less likely to release oxygen even in the event of an abnormality in a nonaqueous electrolyte battery, and are excellent in safety.
Further, as the transition metal of the lithium-containing transition metal phosphate compound, V, Ti, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, etc. are preferable, and specific examples include, for example, LiFePO 4 , Li 3 Fe 2 (PO 4 ) 3 , iron phosphates such as LiFeP 2 O 7 , cobalt phosphates such as LiCoPO 4 , manganese phosphates such as LiMnPO 4 , and some of the transition metal atoms that are the main components of these lithium transition metal phosphate compounds are replaced with Al, Ti. , V, Cr, Mn, Fe, Co, Li, Ni, Cu, Zn, Mg, Ga, Zr, Si, Nb, Mo, Sn, W, and other metals substituted.
Among the lithium-containing transition metal phosphate compounds, lithium iron phosphate compounds are preferred. This is because iron is an extremely inexpensive metal with abundant resources, and is also less harmful. That is, among the above specific examples, LiFePO 4 can be cited as a more preferable specific example.

本発明の一実施形態においては、正極がNMC正極であり、該NMC正極中、ニッケル元素の含有量が30モル%以上である態様が好ましく、40モル%以上である態様が非水系電解液電池の高容量化の観点からより好ましい。
ここで、本明細書において、NMC正極とは、正極活物質がニッケル・マンガン・コバルト(NMC)を含み下記式(I)で表される材料である、正極を意味する。
LiNiCoMn・・・(I)
(上記式(I)中、a、b、c及びdは、0.90≦a≦1.10、b+c+d=1を満たす。)
In one embodiment of the present invention, the positive electrode is an NMC positive electrode, and the content of the nickel element in the NMC positive electrode is preferably 30 mol% or more, and the content of nickel element is 40 mol% or more in a non-aqueous electrolyte battery. It is more preferable from the viewpoint of increasing the capacity.
Here, in this specification, the NMC positive electrode means a positive electrode whose positive electrode active material includes nickel manganese cobalt (NMC) and is a material represented by the following formula (I).
Li a Ni b Co c Mn d O 2 ...(I)
(In the above formula (I), a, b, c and d satisfy 0.90≦a≦1.10, b+c+d=1.)

(2)表面被覆
上記の正極活物質の表面に、主体となる正極活物質を構成する物質とは異なる組成の物
質(以後、適宜「表面付着物質」という)が付着したものを用いることもできる。表面付着物質の例としては酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化ホウ素、酸化アンチモン、酸化ビスマス等の酸化物;硫酸リチウム、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、硫酸マグネシウム、硫酸カルシウム、硫酸アルミニウム等の硫酸塩;炭酸リチウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム等の炭酸塩;炭素;等が挙げられる。
(2) Surface coating It is also possible to use a cathode active material with a substance (hereinafter referred to as a "surface-adhering substance" as appropriate) attached to the surface of the cathode active material having a composition different from that of the substance constituting the main cathode active material. . Examples of surface-attached substances include oxides such as aluminum oxide, silicon oxide, titanium oxide, zirconium oxide, magnesium oxide, calcium oxide, boron oxide, antimony oxide, and bismuth oxide; lithium sulfate, sodium sulfate, potassium sulfate, magnesium sulfate, Sulfates such as calcium sulfate and aluminum sulfate; carbonates such as lithium carbonate, calcium carbonate, and magnesium carbonate; carbon; and the like.

これら表面付着物質は、例えば、溶媒に溶解又は懸濁させて正極活物質に含浸添加させた後に乾燥する方法、表面付着物質前駆体を溶媒に溶解又は懸濁させて正極活物質に含浸添加させた後に加熱等により反応させる方法、正極活物質前駆体に添加して同時に焼成する方法等により、正極活物質表面に付着させることができる。なお、炭素を付着させる場合には、炭素質を、例えば、活性炭等の形で後から機械的に付着させる方法も用いることができる。 These surface-adhering substances can be prepared, for example, by dissolving or suspending them in a solvent, impregnating them into the positive electrode active material, and then drying them, or by dissolving or suspending a surface-adhering substance precursor in a solvent and impregnating them into the positive electrode active material. It can be attached to the surface of the positive electrode active material by a method of reacting it by heating or the like after heating, or by a method of adding it to the positive electrode active material precursor and baking it at the same time. In addition, when attaching carbon, it is also possible to use a method of mechanically attaching carbonaceous matter in the form of activated carbon or the like afterwards.

正極活物質の表面に付着している表面付着物質の質量は、正極活物質の質量に対して、好ましくは0.1ppm以上であり、1ppm以上がより好ましく、10ppm以上が更に好ましい。また、好ましくは20%以下であり、10%以下がより好ましく、5%以下が更に好ましい。
表面付着物質により、正極活物質表面での非水系電解液の酸化反応を抑制することができ、電池寿命を向上させることができる。また、付着量が上記範囲内にあると、その効果を十分に発現することができ、リチウムイオンの出入りを阻害することなく抵抗も増加し難くなる。
The mass of the surface-attached substance adhering to the surface of the positive electrode active material is preferably 0.1 ppm or more, more preferably 1 ppm or more, and even more preferably 10 ppm or more, based on the mass of the positive electrode active material. Moreover, it is preferably 20% or less, more preferably 10% or less, and even more preferably 5% or less.
The surface-attached substance can suppress the oxidation reaction of the non-aqueous electrolyte on the surface of the positive electrode active material, and can improve battery life. Further, when the amount of adhesion is within the above range, the effect can be fully exhibited, and the resistance will not increase easily without inhibiting the ingress and egress of lithium ions.

(3)形状
正極活物質は、粒子の形態を有していてもよい。正極活物質粒子の形状は、従来用いられるような、塊状、多面体状、球状、楕円球状、板状、針状、柱状等が用いられる。また、一次粒子が凝集して、二次粒子を形成して成り、その二次粒子の形状が球状又は楕円球状であってもよい。
(3) Shape The positive electrode active material may have a particle shape. The shape of the positive electrode active material particles may be a lump, a polyhedron, a sphere, an ellipsoid, a plate, a needle, a column, etc., which are conventionally used. Moreover, primary particles aggregate to form secondary particles, and the shape of the secondary particles may be spherical or ellipsoidal.

(4)正極活物質の製造法
正極活物質の製造法としては、本発明の要旨を超えない範囲で特には制限されないが、いくつかの方法が挙げられ、無機化合物の製造法として一般的な方法が用いられる。
特に球状ないし楕円球状の活物質を作製するには種々の方法が考えられるが、例えばその1例として、遷移金属硝酸塩、硫酸塩等の遷移金属原料物質と、必要に応じ他の元素の原料物質を水等の溶媒中に溶解ないし粉砕分散して、攪拌をしながらpHを調節して球状の前駆体を作製回収し、これを必要に応じて乾燥した後、LiOH、LiCO、LiNO等のLi源を加えて高温で焼成して活物質を得る方法が挙げられる。
(4) Method for manufacturing the positive electrode active material The method for manufacturing the positive electrode active material is not particularly limited as long as it does not go beyond the gist of the present invention, but there are several methods that can be used. method is used.
In particular, various methods can be considered to produce a spherical or ellipsoidal active material. For example, one method is to use a transition metal raw material such as a transition metal nitrate or sulfate, and raw materials of other elements as necessary. is dissolved or pulverized and dispersed in a solvent such as water, and the pH is adjusted while stirring to prepare and collect a spherical precursor. After drying this as necessary, LiOH, Li 2 CO 3 , LiNO A method of obtaining an active material by adding a Li source such as No. 3 and firing at a high temperature can be mentioned.

また、別の方法の例として、遷移金属硝酸塩、硫酸塩、水酸化物、酸化物等の遷移金属原料物質と、必要に応じ他の元素の原料物質を水等の溶媒中に溶解ないし粉砕分散して、それをスプレードライヤー等で乾燥成型して球状ないし楕円球状の前駆体とし、これにLiOH、LiCO、LiNO等のLi源を加えて高温で焼成して活物質を得る方法が挙げられる。 In addition, as an example of another method, transition metal raw materials such as transition metal nitrates, sulfates, hydroxides, oxides, etc., and raw materials of other elements as necessary, are dissolved or pulverized and dispersed in a solvent such as water. Then, it is dried and molded using a spray dryer or the like to obtain a spherical or ellipsoidal precursor, and a Li source such as LiOH, Li 2 CO 3 , or LiNO 3 is added thereto and fired at a high temperature to obtain an active material. can be mentioned.

更に別の方法の例として、遷移金属硝酸塩、硫酸塩、水酸化物、酸化物等の遷移金属原料物質と、LiOH、LiCO、LiNO等のLi源と、必要に応じ他の元素の原料物質とを水等の溶媒中に溶解ないし粉砕分散して、それをスプレードライヤー等で乾燥成型して球状ないし楕円球状の前駆体とし、これを高温で焼成して活物質を得る方法が挙げられる。 As an example of yet another method, a transition metal raw material such as a transition metal nitrate, sulfate, hydroxide, or oxide, a Li source such as LiOH, Li 2 CO 3 , LiNO 3 , and other elements as necessary The active material is obtained by dissolving or pulverizing and dispersing the raw material in a solvent such as water, drying and molding it with a spray dryer, etc. to obtain a spherical or ellipsoidal precursor, and baking this at a high temperature to obtain the active material. Can be mentioned.

<2-3-2.正極構造と作製法>
以下に、本発明に使用される正極の構成及びその作製法について説明する。
(正極の作製法)
正極は、正極活物質粒子と結着剤とを含有する正極活物質層を、集電体上に形成して作製される。正極活物質を用いる正極の製造は、公知のいずれの方法で行ってもよい。例えば、正極活物質と結着剤、並びに必要に応じて導電材及び増粘剤等を乾式で混合してシート状にしたものを正極集電体に圧着するか、又はこれらの材料を液体媒体に溶解又は分散させてスラリーとして、これを正極集電体に塗布し、乾燥することにより、正極活物質層を集電体上に形成させることにより正極を得ることができる。
<2-3-2. Positive electrode structure and manufacturing method>
Below, the structure of the positive electrode used in the present invention and its manufacturing method will be explained.
(Production method of positive electrode)
The positive electrode is produced by forming a positive electrode active material layer containing positive electrode active material particles and a binder on a current collector. A positive electrode using a positive electrode active material may be manufactured by any known method. For example, a positive electrode active material, a binder, and if necessary a conductive material, a thickener, etc., are mixed together in a dry manner and formed into a sheet, which is then pressed onto a positive electrode current collector, or these materials are mixed in a liquid medium. A positive electrode can be obtained by dissolving or dispersing the slurry in a slurry, applying it to a positive electrode current collector, and drying it to form a positive electrode active material layer on the current collector.

正極活物質層中の正極活物質の含有量は、好ましくは60質量%以上であり、70質量%以上がより好ましく、80質量%以上が更に好ましく、また、好ましくは99.9質量%以下であり、99質量%以下がより好ましい。正極活物質の含有量が、上記範囲内であると、非水系電解液電池の電気容量を十分確保できる。さらに、正極の強度も十分なものとなる。なお、本実施形態において正極活物質粉体(粒子)は、1種を単独で用いてもよく、異なる組成又は異なる粉体物性の2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。2種以上の活物質を組み合わせて用いる際は、前記リチウムとマンガンを含有する複合酸化物を粉体の成分として用いることが好ましい。コバルト又はニッケルは、資源量も少なく高価な金属であり、自動車用途等の高容量が必要とされる大型電池では活物質の使用量が大きくなることから、コストの点で好ましくない。そのため、大型電池では、正極活物質には、より安価な遷移金属としてマンガンを主成分に用いることが望ましいためである。 The content of the positive electrode active material in the positive electrode active material layer is preferably 60% by mass or more, more preferably 70% by mass or more, even more preferably 80% by mass or more, and preferably 99.9% by mass or less. Yes, and more preferably 99% by mass or less. When the content of the positive electrode active material is within the above range, a sufficient electrical capacity of the non-aqueous electrolyte battery can be ensured. Furthermore, the strength of the positive electrode is also sufficient. In this embodiment, the positive electrode active material powder (particles) may be used alone, or two or more types having different compositions or different powder physical properties may be used in any combination and ratio. When using two or more types of active materials in combination, it is preferable to use the composite oxide containing lithium and manganese as a powder component. Cobalt or nickel is an expensive metal with few resources, and in large batteries that require high capacity, such as those used in automobiles, the amount of active material used becomes large, which is not preferable from the point of view of cost. Therefore, in large batteries, it is desirable to use manganese as a main component as a cheaper transition metal in the positive electrode active material.

<導電材>
導電材としては、公知の導電材を任意に用いることができる。具体例としては、銅、ニッケル等の金属材料;天然黒鉛、人造黒鉛等の黒鉛(グラファイト);アセチレンブラック等のカーボンブラック;ニードルコークス等の無定形炭素等の炭素質材料が挙げられる。なお、これらは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
<Conductive material>
As the conductive material, any known conductive material can be used. Specific examples include metal materials such as copper and nickel; graphite such as natural graphite and artificial graphite; carbon black such as acetylene black; and carbonaceous materials such as amorphous carbon such as needle coke. In addition, these may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together in arbitrary combinations and ratios.

正極活物質層中の導電材の含有量は、好ましくは0.01質量%以上であり、0.1質量%以上がより好ましく、1質量%以上が更に好ましく、また、好ましくは50質量%以下であり、30質量%以下がより好ましく、15質量%以下が更に好ましい。導電材の含有量が上記範囲内であると、導電性を十分確保できる。さらに、電池容量の低下も防ぎやすい。 The content of the conductive material in the positive electrode active material layer is preferably 0.01% by mass or more, more preferably 0.1% by mass or more, even more preferably 1% by mass or more, and preferably 50% by mass or less. The content is more preferably 30% by mass or less, and even more preferably 15% by mass or less. When the content of the conductive material is within the above range, sufficient conductivity can be ensured. Furthermore, it is easy to prevent a decrease in battery capacity.

<結着剤>
正極活物質層の製造に用いる結着剤は、非水系電解液や電極製造時用いる溶媒に対して安定な材料であれば、特に限定されない。
塗布法の場合は、結着剤は電極製造時に用いる液体媒体に対して溶解又は分散される材料であれば特に限定されないが、具体例としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリメチルメタクリレート、芳香族ポリアミド、セルロース、ニトロセルロース等の樹脂系高分子;SBR(スチレン・ブタジエンゴム)、NBR(アクリロニトリル・ブタジエンゴム)、フッ素ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、エチレン・プロピレンゴム等のゴム状高分子;スチレン・ブタジエン・スチレンブロック共重合体又はその水素添加物、EPDM(エチレン・プロピレン・ジエン三元共重合体)、スチレン・エチレン・ブタジエン・エチレン共重合体、スチレン・イソプレン・スチレンブロック共重合体又はその水素添加物等の熱可塑性エラストマー状高分子;シンジオタクチック-1,2-ポリブタジエン、ポリ酢酸ビニル、エチレン・酢酸ビニル共重合体、プロピレン・α-オレフィン共重合体等の軟質樹脂状高分子;ポリフッ化ビニリデン(PV
dF)、ポリテトラフルオロエチレン、フッ素化ポリフッ化ビニリデン、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体等のフッ素系高分子;アルカリ金属イオン(特にリチウムイオン)のイオン伝導性を有する高分子組成物等が挙げられる。なお、これらの物質は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
<Binder>
The binder used for producing the positive electrode active material layer is not particularly limited as long as it is a material that is stable to the non-aqueous electrolyte and the solvent used during electrode production.
In the case of the coating method, the binder is not particularly limited as long as it is a material that can be dissolved or dispersed in the liquid medium used during electrode manufacturing, but specific examples include polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate, polymethyl methacrylate, and aromatic. Resin-based polymers such as group polyamides, cellulose, and nitrocellulose; Rubber-like polymers such as SBR (styrene-butadiene rubber), NBR (acrylonitrile-butadiene rubber), fluororubber, isoprene rubber, butadiene rubber, and ethylene-propylene rubber; Styrene/butadiene/styrene block copolymer or its hydrogenated product, EPDM (ethylene/propylene/diene terpolymer), styrene/ethylene/butadiene/ethylene copolymer, styrene/isoprene/styrene block copolymer, or Thermoplastic elastomeric polymers such as hydrogenated products; soft resinous polymers such as syndiotactic-1,2-polybutadiene, polyvinyl acetate, ethylene/vinyl acetate copolymers, propylene/α-olefin copolymers, etc. ; Polyvinylidene fluoride (PV
dF), fluorinated polymers such as polytetrafluoroethylene, fluorinated polyvinylidene fluoride, and tetrafluoroethylene/ethylene copolymer; polymer compositions having ionic conductivity for alkali metal ions (particularly lithium ions), etc. It will be done. Note that these substances may be used alone or in combination of two or more in any combination and ratio.

正極活物質層中の結着剤の含有量は、好ましくは0.1質量%以上であり、1質量%以上がより好ましく、3質量%以上が更に好ましく、また、好ましくは80質量%以下であり、60質量%以下がより好ましく、40質量%以下が更に好ましく、10質量%以下が特に好ましい。結着剤の割合が、上記範囲内であると、正極活物質を十分保持でき、正極の機械的強度を確保できるため、サイクル特性等の電池性能が良好となる。さらに、電池容量や導電性の低下を回避することにもつながる。 The content of the binder in the positive electrode active material layer is preferably 0.1% by mass or more, more preferably 1% by mass or more, even more preferably 3% by mass or more, and preferably 80% by mass or less. The content is more preferably 60% by mass or less, even more preferably 40% by mass or less, and particularly preferably 10% by mass or less. When the ratio of the binder is within the above range, the positive electrode active material can be sufficiently retained and the mechanical strength of the positive electrode can be ensured, resulting in good battery performance such as cycle characteristics. Furthermore, it also helps avoid deterioration in battery capacity and conductivity.

<液体媒体>
正極活物質層を形成するためのスラリーの調製に用いる液体媒体としては、正極活物質、導電材、結着剤、並びに必要に応じて使用される増粘剤を溶解又は分散することが可能な溶媒であれば、その種類に特に制限はなく、水系溶媒と有機系溶媒のどちらを用いてもよい。
水系溶媒の例としては、例えば、水、アルコールと水との混合溶媒等が挙げられる。有機系溶媒の例としては、ヘキサン等の脂肪族炭化水素類;ベンゼン、トルエン、キシレン、メチルナフタレン等の芳香族炭化水素類;キノリン、ピリジン等の複素環化合物;アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類;酢酸メチル、アクリル酸メチル等のエステル類;ジエチレントリアミン、N,N-ジメチルアミノプロピルアミン等のアミン類;ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン(THF)等のエーテル類;N-メチルピロリドン(NMP)、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド等のアミド類;ヘキサメチルホスファルアミド、ジメチルスルフォキシド等の非プロトン性極性溶媒等を挙げることができる。なお、これらは、1種を単独で用いてもよく、また2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
<Liquid medium>
The liquid medium used to prepare the slurry for forming the positive electrode active material layer is capable of dissolving or dispersing the positive electrode active material, the conductive material, the binder, and the thickener used as necessary. There is no particular restriction on the type of solvent as long as it is a solvent, and either an aqueous solvent or an organic solvent may be used.
Examples of the aqueous solvent include water, a mixed solvent of alcohol and water, and the like. Examples of organic solvents include aliphatic hydrocarbons such as hexane; aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene, xylene, and methylnaphthalene; heterocyclic compounds such as quinoline and pyridine; ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, and cyclohexanone. esters such as methyl acetate and methyl acrylate; amines such as diethylenetriamine and N,N-dimethylaminopropylamine; ethers such as diethyl ether and tetrahydrofuran (THF); N-methylpyrrolidone (NMP) and dimethylformamide , amides such as dimethylacetamide; aprotic polar solvents such as hexamethylphosphalamide and dimethylsulfoxide; and the like. In addition, these may be used individually by 1 type, or may use 2 or more types together in arbitrary combinations and ratios.

<増粘剤>
スラリーを形成するための液体媒体として水系溶媒を用いる場合、増粘剤と、スチレンブタジエンゴム(SBR)等のラテックスを用いてスラリー化するのが好ましい。増粘剤は、通常、スラリーの粘度を調整するために使用される。
増粘剤としては、本発明の効果を著しく制限しない限り制限はないが、具体的には、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、エチルセルロース、ポリビニルアルコール、酸化スターチ、燐酸化スターチ、カゼイン及びこれらの塩等が挙げられる。これらは、1種を単独で用いても、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
<Thickener>
When using an aqueous solvent as the liquid medium for forming a slurry, it is preferable to form the slurry using a thickener and a latex such as styrene butadiene rubber (SBR). Thickeners are commonly used to adjust the viscosity of slurries.
The thickener is not limited as long as it does not significantly limit the effect of the present invention, but specific examples include carboxymethyl cellulose, methyl cellulose, hydroxymethyl cellulose, ethyl cellulose, polyvinyl alcohol, oxidized starch, phosphorylated starch, casein, and salts thereof. etc. These may be used alone or in combination of two or more in any combination and ratio.

増粘剤を使用する場合には、正極活物質に対する増粘剤の割合は、好ましくは0.1質量%以上であり、0.5質量%以上がより好ましく、0.6質量%以上が更に好ましく、また、好ましくは5質量%以下であり、3質量%以下がより好ましく、2質量%以下が更に好ましい。増粘剤の割合が上記範囲内であると、スラリーの塗布性が良好となり、さらに、正極活物質層に占める活物質の割合が十分なものとなるため、電池の容量が低下する問題や正極活物質間の抵抗が増大する問題を回避し易くなる。 When using a thickener, the ratio of the thickener to the positive electrode active material is preferably 0.1% by mass or more, more preferably 0.5% by mass or more, and even more preferably 0.6% by mass or more. Preferably, the content is preferably 5% by mass or less, more preferably 3% by mass or less, and even more preferably 2% by mass or less. When the ratio of the thickener is within the above range, the coating properties of the slurry will be good, and the ratio of the active material in the positive electrode active material layer will be sufficient, which will reduce the problem of battery capacity reduction and the positive electrode. This makes it easier to avoid the problem of increased resistance between active materials.

<圧密化>
集電体への上記スラリーの塗布、乾燥によって得られた正極活物質層は、正極活物質の充填密度を上げるために、ハンドプレス、ローラープレス等により圧密化することが好ましい。正極活物質層の密度は、1g・cm-3以上が好ましく、1.5g・cm-3以上が更に好ましく、2g・cm-3以上が特に好ましく、また、4g・cm-3以下が好ま
しく、3.5g・cm-3以下が更に好ましく、3g・cm-3以下が特に好ましい。
正極活物質層の密度が、上記範囲内であると、集電体/活物質界面付近への非水系電解液の浸透性が低下することなく、特に高電流密度での充放電特性が良好となる。さらに、活物質間の導電性が低下し難くなり、電池抵抗が増大し難くなる。
<Consolidation>
The positive electrode active material layer obtained by coating and drying the slurry on the current collector is preferably compacted by hand pressing, roller pressing, etc. in order to increase the packing density of the positive electrode active material. The density of the positive electrode active material layer is preferably 1 g·cm -3 or more, more preferably 1.5 g·cm -3 or more, particularly preferably 2 g·cm -3 or more, and preferably 4 g·cm -3 or less, It is more preferably 3.5 g·cm -3 or less, particularly preferably 3 g·cm -3 or less.
When the density of the positive electrode active material layer is within the above range, the permeability of the non-aqueous electrolyte near the current collector/active material interface will not decrease, and the charge/discharge characteristics will be particularly good at high current densities. Become. Furthermore, the conductivity between active materials is less likely to decrease, and battery resistance is less likely to increase.

<集電体>
正極集電体の材質としては特に制限は無く、公知のものを任意に用いることができる。具体例としては、アルミニウム、ステンレス鋼、ニッケルメッキ、チタン、タンタル等の金属材料;カーボンクロス、カーボンペーパー等の炭素質材料が挙げられる。中でも金属材料、特にアルミニウムが好ましい。
<Current collector>
There are no particular limitations on the material of the positive electrode current collector, and any known material can be used. Specific examples include metal materials such as aluminum, stainless steel, nickel plating, titanium, and tantalum; carbonaceous materials such as carbon cloth and carbon paper. Among these, metal materials, particularly aluminum, are preferred.

集電体の形状としては、金属材料の場合、金属箔、金属円柱、金属コイル、金属板、金属薄膜、エキスパンドメタル、パンチメタル、発泡メタル等が挙げられ、炭素質材料の場合、炭素板、炭素薄膜、炭素円柱等が挙げられる。これらのうち、金属薄膜が好ましい。なお、薄膜は適宜メッシュ状に形成してもよい。
集電体の厚さは任意であるが、好ましくは1μm以上であり、3μm以上がより好ましく、5μm以上が更に好ましく、また、好ましくは1mm以下であり、100μm以下がより好ましく、50μm以下が更に好ましい。集電体の厚さが、上記範囲内であると、集電体として必要な強度を十分確保することができる。さらに、取り扱い性も良好となる。
In the case of metal materials, examples of the shape of the current collector include metal foil, metal cylinder, metal coil, metal plate, metal thin film, expanded metal, punch metal, foamed metal, etc. In the case of carbonaceous materials, examples include carbon plate, Examples include carbon thin films and carbon cylinders. Among these, metal thin films are preferred. Note that the thin film may be formed into a mesh shape as appropriate.
The thickness of the current collector is arbitrary, but is preferably 1 μm or more, more preferably 3 μm or more, even more preferably 5 μm or more, and preferably 1 mm or less, more preferably 100 μm or less, and even more preferably 50 μm or less. preferable. When the thickness of the current collector is within the above range, the strength required for the current collector can be sufficiently ensured. Furthermore, handling properties are also improved.

集電体と正極活物質層の厚さの比は特には限定されないが、(非水系電解液注液直前の片面の活物質層厚さ)/(集電体の厚さ)が、好ましくは150以下であり、20以下がより好ましく、10以下が特に好ましく、また、好ましくは0.1以上であり、0.4以上がより好ましく、1以上が特に好ましい。
集電体と正極活物質層の厚さの比が、上記範囲内であると、高電流密度充放電時に集電体がジュール熱による発熱を生じ難くなる。さらに、正極活物質に対する集電体の体積比が増加し難くなり、電池容量の低下を防ぐことができる。
Although the ratio of the thickness of the current collector to the positive electrode active material layer is not particularly limited, it is preferably (thickness of the active material layer on one side immediately before pouring the non-aqueous electrolyte)/(thickness of the current collector). It is 150 or less, more preferably 20 or less, particularly preferably 10 or less, also preferably 0.1 or more, more preferably 0.4 or more, and particularly preferably 1 or more.
When the ratio of the thickness of the current collector to the positive electrode active material layer is within the above range, the current collector is less likely to generate heat due to Joule heat during high current density charging and discharging. Furthermore, the volume ratio of the current collector to the positive electrode active material becomes difficult to increase, and a decrease in battery capacity can be prevented.

<電極面積>
高出力かつ高温時の安定性を高める観点から、正極活物質層の面積は、電池外装ケースの外表面積に対して大きくすることが好ましい。具体的には、非水系電解液電池の外装の表面積に対する前記正極の電極面積の総和を、面積比で20倍以上とすることが好ましく、更に40倍以上とすることがより好ましい。外装ケースの外表面積とは、有底角型形状の場合には、端子の突起部分を除いた発電要素が充填されたケース部分の縦と横と厚さの寸法から計算で求める総面積をいう。有底円筒形状の場合には、端子の突起部分を除いた発電要素が充填されたケース部分を円筒として近似する幾何表面積である。正極の電極面積の総和とは、負極活物質を含む合材層に対向する正極合材層の幾何表面積であり、集電体箔を介して両面に正極合材層を形成してなる構造では、それぞれの面を別々に算出する面積の総和をいう。
<Electrode area>
From the viewpoint of increasing stability at high output and high temperature, it is preferable that the area of the positive electrode active material layer be larger than the outer surface area of the battery outer case. Specifically, the total area of the positive electrode relative to the surface area of the exterior of the non-aqueous electrolyte battery is preferably 20 times or more, more preferably 40 times or more, in terms of area ratio. In the case of a square shape with a bottom, the outer surface area of the outer case refers to the total area calculated from the length, width, and thickness of the case filled with the power generation element, excluding the protruding parts of the terminals. . In the case of a cylindrical shape with a bottom, the geometric surface area is approximated by assuming that the case portion filled with the power generation element excluding the protruding portion of the terminal is a cylinder. The total electrode area of the positive electrode is the geometric surface area of the positive electrode composite material layer facing the composite material layer containing the negative electrode active material. , refers to the sum of the areas calculated for each surface separately.

<放電容量>
上記の非水系電解液を用いる場合、非水系電解液電池の1個の電池外装に収納される電池要素のもつ電気容量(電池を満充電状態から放電状態まで放電したときの電気容量)が、1アンペアーアワー(Ah)以上であると、低温放電特性の向上効果が大きくなるため好ましい。そのため、正極板は、放電容量が満充電で、好ましくは3Ah(アンペアアワー)以上であり、より好ましくは4Ah以上、また、好ましくは100Ah以下であり、より好ましくは70Ah以下であり、特に好ましくは50Ah以下になるように設計する。
<Discharge capacity>
When using the above non-aqueous electrolyte, the electric capacity of the battery element housed in one battery exterior of the non-aqueous electrolyte battery (the electric capacity when the battery is discharged from a fully charged state to a discharged state) is If it is 1 ampere hour (Ah) or more, the effect of improving low-temperature discharge characteristics becomes large, so it is preferable. Therefore, the discharge capacity of the positive electrode plate is preferably 3Ah (ampere hour) or more, more preferably 4Ah or more, and preferably 100Ah or less, more preferably 70Ah or less, and particularly preferably 70Ah or less when fully charged. Design to be 50Ah or less.

上記範囲内であると、大電流の取り出し時に電極反応抵抗による電圧低下が大きくなり
過ぎず、電力効率の悪化を防ぐことができる。さらに、パルス充放電時の電池内部発熱による温度分布が大きくなり過ぎず、充放電繰り返しの耐久性が劣り、また、過充電や内部短絡等の異常時の急激な発熱に対して放熱効率も悪くなるといった現象を回避することができる。
Within the above range, voltage drop due to electrode reaction resistance does not become too large when drawing a large current, and deterioration of power efficiency can be prevented. Furthermore, the temperature distribution due to heat generated inside the battery during pulse charging and discharging does not become too large, resulting in poor durability for repeated charging and discharging, and heat dissipation efficiency is poor in response to sudden heat generation during abnormalities such as overcharging and internal short circuits. It is possible to avoid this phenomenon.

<正極板の厚さ>
正極板の厚さは、特に限定されないが、高容量かつ高出力、高レート特性の観点から、集電体の厚さを差し引いた正極活物質層の厚さは、集電体の片面に対して、10μm以上が好ましく、20μm以上がより好ましく、また、200μm以下が好ましく、100μm以下がより好ましい。
<Thickness of positive electrode plate>
The thickness of the positive electrode plate is not particularly limited, but from the viewpoint of high capacity, high output, and high rate characteristics, the thickness of the positive electrode active material layer after subtracting the thickness of the current collector should be The thickness is preferably 10 μm or more, more preferably 20 μm or more, and preferably 200 μm or less, and more preferably 100 μm or less.

<2-4.負極>
本発明の一実施形態においては、負極は集電体及び該集電体上に設けられた負極活物質層を有する。
以下に負極に使用される負極活物質について述べる。負極活物質としては、電気化学的に金属イオンを吸蔵・放出可能なものであれば、特に制限はない。具体例としては、炭素質材料などの構成元素として炭素を有するもの、合金系材料等が挙げられる。これらは1種を単独で用いてもよく、また2種以上を任意に組み合わせて併用してもよい。
<2-4. Negative electrode>
In one embodiment of the present invention, the negative electrode includes a current collector and a negative electrode active material layer provided on the current collector.
The negative electrode active material used in the negative electrode will be described below. The negative electrode active material is not particularly limited as long as it can electrochemically occlude and release metal ions. Specific examples include carbonaceous materials having carbon as a constituent element, alloy materials, and the like. These may be used alone or in any combination of two or more.

<2-4-1.負極活物質>
負極活物質としては、前記の通り炭素質材料、合金系材料等が挙げられる。
<2-4-1. Negative electrode active material>
As described above, examples of the negative electrode active material include carbonaceous materials, alloy materials, and the like.

前記炭素質材料としては、(1)天然黒鉛、(2)人造黒鉛、(3)非晶質炭素、(4)炭素被覆黒鉛、(5)黒鉛被覆黒鉛、(6)樹脂被覆黒鉛等が挙げられる。 Examples of the carbonaceous material include (1) natural graphite, (2) artificial graphite, (3) amorphous carbon, (4) carbon-coated graphite, (5) graphite-coated graphite, (6) resin-coated graphite, etc. It will be done.

(1)天然黒鉛としては、鱗状黒鉛、鱗片状黒鉛、土壌黒鉛及び/又はこれらの黒鉛を原料に球形化や緻密化等の処理を施して得られた黒鉛粒子等が挙げられる。これらの中でも、粒子の充填性や充放電レート特性の観点から、球形化処理を施した球状もしくは楕円体状の黒鉛が特に好ましい。 (1) Examples of natural graphite include scaly graphite, flaky graphite, soil graphite, and/or graphite particles obtained by subjecting these graphites as raw materials to processes such as spheroidization and densification. Among these, from the viewpoint of particle filling properties and charge/discharge rate characteristics, spherical or ellipsoidal graphite that has been subjected to spheroidization treatment is particularly preferred.

前記球形化処理に用いる装置としては、例えば、衝撃力を主体に粒子の相互作用も含めた圧縮、摩擦、せん断力等の機械的作用を繰り返し粒子に与える装置を用いることができる。 As the device used for the spheroidization process, for example, a device that repeatedly applies mechanical effects such as compression, friction, and shear force, mainly impact force but also particle interaction, to the particles can be used.

具体的には、ケーシング内部に多数のブレードを設置したローターを有し、そのローターが高速回転することによって、内部に導入された天然黒鉛(1)の原料に対して衝撃圧縮、摩擦、せん断力等の機械的作用を与え、球形化処理を行なう装置が好ましい。また、原料を循環させることによって機械的作用を繰り返して与える機構を有する装置が好ましい。 Specifically, the casing has a rotor with many blades installed inside it, and as the rotor rotates at high speed, it applies impact compression, friction, and shear forces to the raw material of natural graphite (1) introduced inside. It is preferable to use an apparatus that applies a mechanical action such as the above to perform a spheronization process. Moreover, an apparatus having a mechanism for repeatedly applying mechanical action by circulating the raw material is preferable.

例えば前述の装置を用いて球形化処理する場合は、回転するローターの周速度を30~100m/秒に設定するのが好ましく、40~100m/秒に設定するのがより好ましく、50~100m/秒に設定するのが更に好ましい。また、球形化処理は、単に原料を通過させるだけでも可能であるが、30秒以上装置内を循環又は滞留させて処理するのが好ましく、1分以上装置内を循環又は滞留させて処理するのがより好ましい。 For example, when performing spheronizing treatment using the above-mentioned apparatus, the circumferential speed of the rotating rotor is preferably set to 30 to 100 m/sec, more preferably 40 to 100 m/sec, and 50 to 100 m/sec. More preferably, it is set to seconds. Although the spheroidization process can be carried out by simply passing the raw material through, it is preferable to circulate or retain the material in the apparatus for 30 seconds or more, and it is preferable to perform the process by circulating or retaining the raw material in the apparatus for 1 minute or more. is more preferable.

(2)人造黒鉛としては、コールタールピッチ、石炭系重質油、常圧残油、石油系重質油、芳香族炭化水素、窒素含有環状化合物、硫黄含有環状化合物、ポリフェニレン、ポリ塩化ビニル、ポリビニルアルコール、ポリアクリロニトリル、ポリビニルブチラール、天然高分子、ポリフェニレンサイルファイド、ポリフェニレンオキシド、フルフリルアルコ
ール樹脂、フェノール-ホルムアルデヒド樹脂、イミド樹脂等の有機化合物を、通常2500℃以上、通常3200℃以下の範囲の温度で黒鉛化し、必要に応じて粉砕及び/又は分級して製造されたものが挙げられる。
(2) Artificial graphite includes coal tar pitch, coal-based heavy oil, atmospheric residual oil, petroleum-based heavy oil, aromatic hydrocarbons, nitrogen-containing cyclic compounds, sulfur-containing cyclic compounds, polyphenylene, polyvinyl chloride, Organic compounds such as polyvinyl alcohol, polyacrylonitrile, polyvinyl butyral, natural polymers, polyphenylene sulfide, polyphenylene oxide, furfuryl alcohol resin, phenol-formaldehyde resin, imide resin, etc. are heated at a temperature usually above 2500°C and usually below 3200°C. Examples include those manufactured by graphitizing at high temperature and pulverizing and/or classifying as necessary.

この際、ケイ素含有化合物やホウ素含有化合物等を黒鉛化触媒として用いることもできる。また、ピッチの熱処理過程で分離したメソカーボンマイクロビーズを黒鉛化して得た人造黒鉛が挙げられる。更に一次粒子からなる造粒粒子の人造黒鉛も挙げられる。例えば、メソカーボンマイクロビーズや、コークス等の黒鉛化可能な炭素質材料粉体とタール、ピッチ等の黒鉛化可能な結着剤と黒鉛化触媒を混合し、黒鉛化し、必要に応じて粉砕することで得られる、扁平状の粒子を複数、配向面が非平行となるように集合又は結合した黒鉛粒子が挙げられる。 At this time, a silicon-containing compound, a boron-containing compound, or the like can also be used as a graphitization catalyst. Another example is artificial graphite obtained by graphitizing mesocarbon microbeads separated during the heat treatment process of pitch. Furthermore, artificial graphite in the form of granulated particles consisting of primary particles may also be mentioned. For example, a graphitizable carbonaceous material powder such as mesocarbon microbeads or coke, a graphitizable binder such as tar or pitch, and a graphitization catalyst are mixed, graphitized, and crushed as necessary. Examples include graphite particles obtained by aggregating or bonding a plurality of flat particles such that their orientation planes are non-parallel.

(3)非晶質炭素としては、タール、ピッチ等の易黒鉛化性炭素前駆体を原料に用い、黒鉛化しない温度領域(400~2200℃の範囲)で1回以上熱処理した非晶質炭素粒子や、樹脂等の難黒鉛化性炭素前駆体を原料に用いて熱処理した非晶質炭素粒子が挙げられる。 (3) Amorphous carbon is amorphous carbon that has been heat-treated at least once in a temperature range that does not cause graphitization (range 400 to 2200°C) using a graphitizable carbon precursor such as tar or pitch as a raw material. Examples include particles and amorphous carbon particles heat-treated using a non-graphitizable carbon precursor such as a resin as a raw material.

(4)炭素被覆黒鉛としては、以下のようにして得られるものが挙げられる。天然黒鉛及び/又は人造黒鉛と、タール、ピッチや樹脂等の有機化合物である炭素前駆体とを混合し、400~2300℃の範囲で1回以上熱処理する。熱処理後の天然黒鉛及び/又は人造黒鉛を核黒鉛とし、これを非晶質炭素により被覆して炭素黒鉛複合体を得る。この炭素黒鉛複合体が炭素被覆黒鉛(4)として挙げられる。 (4) Examples of carbon-coated graphite include those obtained as follows. Natural graphite and/or artificial graphite and a carbon precursor, which is an organic compound such as tar, pitch, or resin, are mixed and heat-treated at least once in the range of 400 to 2300°C. The heat-treated natural graphite and/or artificial graphite is used as core graphite, and this is coated with amorphous carbon to obtain a carbon-graphite composite. This carbon-graphite composite is listed as carbon-coated graphite (4).

また、前記複合の形態は、核黒鉛の表面全体又は一部を非晶質炭素が被覆した形態でも、複数の一次粒子を前記炭素前駆体起源の炭素を結着剤として複合させた形態であってもよい。また、天然黒鉛及び/又は人造黒鉛にベンゼン、トルエン、メタン、プロパン、芳香族系の揮発分等の炭化水素系ガス等を高温で反応させ、黒鉛表面に炭素を堆積(CVD)させることでも、前記炭素黒鉛複合体を得ることができる。 Further, the composite form may be a form in which the entire or part of the surface of nuclear graphite is coated with amorphous carbon, or a form in which a plurality of primary particles are combined with carbon originating from the carbon precursor as a binder. It's okay. Alternatively, natural graphite and/or artificial graphite can be reacted with hydrocarbon gas such as benzene, toluene, methane, propane, aromatic volatiles, etc. at high temperature to deposit carbon on the graphite surface (CVD). The carbon graphite composite can be obtained.

(5)黒鉛被覆黒鉛としては、以下のようにして得られるものが挙げられる。天然黒鉛及び/又は人造黒鉛と、タール、ピッチや樹脂等の易黒鉛化性の有機化合物の炭素前駆体とを混合し、2400~3200℃程度の温度範囲で1回以上熱処理する。熱処理後の天然黒鉛及び/又は人造黒鉛を核黒鉛とし、黒鉛化物でその核黒鉛の表面全体又は一部を被覆して黒鉛被覆黒鉛(5)が得られる。 (5) Examples of graphite-coated graphite include those obtained as follows. Natural graphite and/or artificial graphite and a carbon precursor of an easily graphitizable organic compound such as tar, pitch or resin are mixed and heat-treated at least once in a temperature range of about 2400 to 3200°C. Heat-treated natural graphite and/or artificial graphite is used as core graphite, and graphite-coated graphite (5) is obtained by covering the whole or part of the surface of the core graphite with a graphitized material.

(6)樹脂被覆黒鉛は、例えば、天然黒鉛及び/又は人造黒鉛と、樹脂等を混合し、400℃未満の温度で乾燥して得られる天然黒鉛及び/又は人造黒鉛を核黒鉛とし、樹脂等でその核黒鉛を被覆することで得られる。 (6) Resin-coated graphite is, for example, natural graphite and/or artificial graphite obtained by mixing natural graphite and/or artificial graphite with resin, etc., and drying at a temperature of less than 400°C as core graphite, and resin etc. It can be obtained by coating the nuclear graphite with

また、以上説明した(1)~(6)の炭素質材料は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。 Furthermore, the carbonaceous materials (1) to (6) described above may be used alone or in combination of two or more in any combination and ratio.

上記(2)~(5)の炭素質材料に用いられるタール、ピッチや樹脂等の有機化合物としては、石炭系重質油、直流系重質油、分解系石油重質油、芳香族炭化水素、N環化合物、S環化合物、ポリフェニレン、有機合成高分子、天然高分子、熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂からなる群より選ばれた炭化可能な有機化合物等が挙げられる。また、原料有機化合物は混合時の粘度を調整するため、低分子有機溶媒に溶解させて用いてもよい。 Organic compounds such as tar, pitch, and resin used in the carbonaceous materials (2) to (5) above include coal-based heavy oil, DC-based heavy oil, cracked petroleum heavy oil, and aromatic hydrocarbons. , N-ring compounds, S-ring compounds, polyphenylene, organic synthetic polymers, natural polymers, thermoplastic resins, and thermosetting resins. Further, the raw material organic compound may be used after being dissolved in a low-molecular organic solvent in order to adjust the viscosity during mixing.

また、核黒鉛の原料となる天然黒鉛及び/又は人造黒鉛としては、球形化処理を施した天然黒鉛が好ましい。 Furthermore, as the natural graphite and/or artificial graphite that is a raw material for nuclear graphite, natural graphite subjected to spheroidization treatment is preferable.

次に、負極活物質として用いられる上記合金系材料は、リチウムを吸蔵・放出可能であれば、リチウム単体、リチウム合金を形成する単体金属及び合金、又はそれらの酸化物、炭化物、窒化物、ケイ化物、硫化物若しくはリン化物等の化合物のいずれであってもよく、特に制限されない。リチウム合金を形成する単体金属及び合金は、13族及び14族の金属・半金属元素(即ち炭素を除く)を含む材料であることが好ましく、より好ましくはアルミニウム、ケイ素及びスズの単体金属及びこれら原子を含む合金又は化合物であり、更に好ましくはケイ素及びスズの単体金属及びこれら原子を含む合金又は化合物などの、ケイ素又はスズを構成元素として有るものである。
これらは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
Next, the alloy material used as the negative electrode active material may be lithium alone, a single metal or alloy forming a lithium alloy, or their oxides, carbides, nitrides, silicones, etc., as long as they can absorb and release lithium. It may be any compound such as a compound, a sulfide or a phosphide, and is not particularly limited. The elemental metals and alloys forming the lithium alloy are preferably materials containing metals and metalloid elements of groups 13 and 14 (that is, excluding carbon), and more preferably elemental metals of aluminum, silicon, and tin, and materials containing these elements. It is an alloy or compound containing atoms, and more preferably one having silicon or tin as a constituent element, such as elemental metals of silicon and tin, and alloys or compounds containing these atoms.
One type of these may be used alone, or two or more types may be used in combination in any combination and ratio.

<Liと合金化可能な金属粒子>
リチウム合金を形成する単体金属及び合金、又はそれらの酸化物、炭化物、窒化物、ケイ化物、硫化物若しくはリン化物等の化合物を負極活物質として使用する場合、Liと合金化可能な金属は、粒子形態である。金属粒子が、Liと合金化可能な金属粒子であることを確認するための手法としては、X線回折による金属粒子相の同定、電子顕微鏡による粒子構造の観察及びEDX元素分析、蛍光X線による元素分析等が挙げられる。
<Metal particles that can be alloyed with Li>
When using single metals and alloys forming lithium alloys, or compounds such as their oxides, carbides, nitrides, silicides, sulfides, or phosphides as negative electrode active materials, the metals that can be alloyed with Li are: It is in particle form. Methods for confirming that the metal particles are metal particles that can be alloyed with Li include identification of the metal particle phase by X-ray diffraction, observation of the particle structure by an electron microscope, EDX elemental analysis, and fluorescent X-ray analysis. Examples include elemental analysis.

Liと合金化可能な金属粒子としては、従来公知のいずれのものも使用可能であるが、非水系電解液電池の容量とサイクル寿命の点から、前記金属粒子は、例えば、Fe、Co、Sb、Bi、Pb、Ni、Ag、Si、Sn、Al、Zr、Cr、P、S、V、Mn、As、Nb、Mo、Cu、Zn、Ge、In、Ti及びWからなる群から選ばれる金属又はその化合物であることが好ましい。また、2種以上の金属からなる合金を使用してもよく、金属粒子が、2種以上の金属元素により形成された合金粒子であってもよい。これらの中でも、Si、Sn、As、Sb、Al、Zn及びWからなる群から選ばれる金属又はその金属化合物が好ましい。 Any conventionally known metal particles that can be alloyed with Li can be used, but from the viewpoint of the capacity and cycle life of the non-aqueous electrolyte battery, the metal particles include, for example, Fe, Co, and Sb. , Bi, Pb, Ni, Ag, Si, Sn, Al, Zr, Cr, P, S, V, Mn, As, Nb, Mo, Cu, Zn, Ge, In, Ti, and W. Preferably, it is a metal or a compound thereof. Moreover, an alloy consisting of two or more types of metals may be used, and the metal particles may be alloy particles formed of two or more types of metal elements. Among these, metals selected from the group consisting of Si, Sn, As, Sb, Al, Zn and W or metal compounds thereof are preferred.

前記金属化合物としては、金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物等が挙げられる。また、2種以上の金属からなる合金を使用してもよい。 Examples of the metal compound include metal oxides, metal nitrides, metal carbides, and the like. Furthermore, an alloy consisting of two or more metals may be used.

Liと合金可能な金属粒子の中でも、Si又はSi金属化合物が好ましい。Si金属化合物は、Si金属酸化物であることが好ましい。Si又はSi金属化合物は、電池の高容量化の点で、好ましい。本明細書では、Si又はSi金属化合物を総称してSi化合物と呼ぶ。Si化合物としては、具体的には、SiO,SiN,SiC、SiZ(Z=C、N)等が挙げられる。Si化合物は、好ましくは、Si金属酸化物であり、Si金属酸化物は、一般式で表すとSiOである。この一般式SiOは、二酸化Si(SiO)と金属Si(Si)とを原料として得られるが、そのxの値は通常0≦x<2である。SiOは、黒鉛と比較して理論容量が大きく、更に非晶質SiあるいはナノサイズのSi結晶は、リチウムイオン等のアルカリイオンの出入りがしやすく、高容量の電池を得ることが可能となる。 Among metal particles that can be alloyed with Li, Si or a Si metal compound is preferred. The Si metal compound is preferably a Si metal oxide. Si or a Si metal compound is preferable from the viewpoint of increasing the capacity of the battery. In this specification, Si or Si metal compounds are collectively referred to as Si compounds. Specific examples of the Si compound include SiO x , SiN x , SiC x , SiZ x O y (Z=C, N), and the like. The Si compound is preferably a Si metal oxide, and the Si metal oxide is represented by the general formula SiO x . This general formula SiO x is obtained using Si dioxide (SiO 2 ) and metal Si (Si) as raw materials, and the value of x is usually 0≦x<2. SiO x has a larger theoretical capacity than graphite, and amorphous Si or nano-sized Si crystals allow alkali ions such as lithium ions to enter and exit easily, making it possible to obtain batteries with high capacity. .

Si金属酸化物は、具体的には、SiOと表されるものであり、xは0≦x<2であり、より好ましくは、0.2以上1.8以下、更に好ましくは、0.4以上1.6以下、特に好ましくは、0.6以上1.4以下である。この範囲であれば、電池が高容量であると同時に、Liと酸素との結合による不可逆容量を低減させることが可能となる。 The Si metal oxide is specifically expressed as SiO x , where x is 0≦x<2, more preferably 0.2 or more and 1.8 or less, and even more preferably 0. It is 4 or more and 1.6 or less, particularly preferably 0.6 or more and 1.4 or less. Within this range, the battery has a high capacity and at the same time it is possible to reduce the irreversible capacity due to the combination of Li and oxygen.

<Liと合金化可能な金属粒子の含有酸素量>
Liと合金化可能な金属粒子の含有酸素量は、特に制限はないが、通常0.01質量%以上8質量%以下であり、0.05質量%以上5質量%以下であることが好ましい。粒子
内の酸素分布状態は、表面近傍に存在、粒子内部に存在、粒子内一様に存在のいずれでもかまわないが、特に表面近傍に存在していることが好ましい。Liと合金化可能な金属粒子の含有酸素量が前記範囲内であると、金属粒子とO(酸素原子)との強い結合により、非水系電解液電池の二次充放電に伴う体積膨張が抑制され、また、サイクル特性に優れる非水系電解液電池とすることが出来るので好ましい。
<Amount of oxygen contained in metal particles that can be alloyed with Li>
The amount of oxygen contained in the metal particles that can be alloyed with Li is not particularly limited, but is usually 0.01% by mass or more and 8% by mass or less, preferably 0.05% by mass or more and 5% by mass or less. The oxygen distribution within the particles may be present near the surface, within the particles, or uniformly within the particles, but oxygen is preferably present near the surface. When the amount of oxygen contained in the metal particles that can be alloyed with Li is within the above range, the strong bond between the metal particles and O (oxygen atoms) suppresses the volumetric expansion associated with secondary charging and discharging of the non-aqueous electrolyte battery. Moreover, it is preferable because it can provide a non-aqueous electrolyte battery with excellent cycle characteristics.

<Liと合金可能な金属粒子と黒鉛粒子とを含有する負極活物質>
負極活物質は、Liと合金化可能な金属粒子と黒鉛粒子とを含有するものであってもよい。その負極活物質とは、Liと合金化可能な金属粒子と黒鉛粒子とが互いに独立した粒子の状態で混合されている混合物でもよいし、Liと合金化可能な金属粒子が黒鉛粒子の表面及び/又は内部に存在している複合体でもよい。
<Negative electrode active material containing metal particles and graphite particles that can be alloyed with Li>
The negative electrode active material may contain metal particles and graphite particles that can be alloyed with Li. The negative electrode active material may be a mixture in which metal particles that can be alloyed with Li and graphite particles are mixed in the state of independent particles, or metal particles that can be alloyed with Li can be mixed on the surface of graphite particles. /or it may be a complex existing internally.

上記Liと合金化可能な金属粒子と黒鉛粒子との複合体(複合粒子ともいう)とは、特に、Liと合金化可能な金属粒子及び黒鉛粒子が含まれている粒子であれば特に制限はないが、好ましくは、Liと合金化可能な金属粒子及び黒鉛粒子が物理的及び/又は化学的な結合によって一体化した粒子である。より好ましい形態としては、Liと合金化可能な金属粒子及び黒鉛粒子が、少なくとも複合粒子表面及びバルク内部の何れにも存在する程度に各々の固体成分が粒子内で分散して存在している状態にあり、それらを物理的及び/又は化学的な結合によって一体化させるために、黒鉛粒子が存在しているような形態である。更に具体的な好ましい形態は、Liと合金化可能な金属粒子と黒鉛粒子から少なくとも構成される複合材であって、黒鉛粒子、好ましくは、天然黒鉛が曲面を有する折り畳まれた構造を持つ粒子内に、該構造内の間隙にLiと合金化可能な金属粒子が存在していることを特徴とする複合材(負極活物質)である。また、間隙は空隙であってもよいし、非晶質炭素や黒鉛質物、樹脂等、Liと合金化可能な金属粒子の膨張、収縮を緩衝するような物質が、前記間隙中に存在していてもよい。 The above-mentioned composite of metal particles and graphite particles that can be alloyed with Li (also referred to as composite particles) is not particularly limited as long as it contains metal particles and graphite particles that can be alloyed with Li. However, particles in which metal particles and graphite particles that can be alloyed with Li are integrated through physical and/or chemical bonding are preferable. A more preferable form is a state in which the metal particles and graphite particles that can be alloyed with Li are dispersed within the particles to the extent that the metal particles and graphite particles are present at least both on the surface of the composite particle and inside the bulk. It is in such a form that graphite particles are present to unite them through physical and/or chemical bonding. A more specific preferred form is a composite material composed of at least metal particles that can be alloyed with Li and graphite particles, wherein the graphite particles, preferably natural graphite, have a curved surface and a folded structure. The composite material (negative electrode active material) is characterized in that metal particles capable of alloying with Li are present in the gaps within the structure. Further, the gap may be a void, or a substance such as amorphous carbon, graphite material, resin, etc. that buffers the expansion and contraction of metal particles that can be alloyed with Li is present in the gap. It's okay.

<Liと合金化可能な金属粒子の含有割合>
Liと合金化可能な金属粒子と黒鉛粒子の合計に対するLiと合金化可能な金属粒子の含有割合は、通常0.1質量%以上、好ましくは0.5質量%以上、より好ましくは、1.0質量%以上、更に好ましくは2.0質量%以上である。また、通常99質量%以下、好ましくは50質量%以下、より好ましくは40質量%以下、更に好ましくは30質量%以下、より更に好ましくは25質量%以下、より更に好ましくは20質量%以下、特に好ましくは15質量%以下、最も好ましくは10質量%以下である。Liと合金化可能な金属粒子の含有割合がこの範囲内であると、Si表面での副反応の制御が可能であり、非水系電解液電池において十分な容量を得ることが可能となる点で好ましい。
<Content ratio of metal particles that can be alloyed with Li>
The content ratio of metal particles that can be alloyed with Li to the total of metal particles that can be alloyed with Li and graphite particles is usually 0.1% by mass or more, preferably 0.5% by mass or more, more preferably 1. It is 0% by mass or more, more preferably 2.0% by mass or more. Also, usually 99% by mass or less, preferably 50% by mass or less, more preferably 40% by mass or less, even more preferably 30% by mass or less, even more preferably 25% by mass or less, even more preferably 20% by mass or less, especially Preferably it is 15% by mass or less, most preferably 10% by mass or less. When the content ratio of metal particles that can be alloyed with Li is within this range, it is possible to control side reactions on the Si surface, and it is possible to obtain sufficient capacity in a non-aqueous electrolyte battery. preferable.

<被覆率>
本実施形態において、負極活物質は、炭素質物又は黒鉛質物で被覆されていてもよい。この中でも非晶質炭素質物で被覆されていることが、リチウムイオンの受入性の点から好ましい。この被覆率は、通常0.5%以上30%以下、好ましくは1%以上25%以下、より好ましくは、2%以上20%以下である。被覆率の上限は、電池を組んだ際の可逆容量の観点から、被覆率の下限は、核となる炭素質材料が非晶質炭素によって均一にコートされ強固な造粒がされるという観点、焼成後に粉砕した際、得られる粒子の粒径の観点から、上記範囲とすることが好ましい。
<Coverage rate>
In this embodiment, the negative electrode active material may be coated with a carbonaceous material or a graphite material. Among these, coating with an amorphous carbonaceous material is preferable from the viewpoint of acceptability of lithium ions. This coverage is usually 0.5% or more and 30% or less, preferably 1% or more and 25% or less, and more preferably 2% or more and 20% or less. The upper limit of the coverage rate is determined from the viewpoint of reversible capacity when the battery is assembled, and the lower limit of the coverage rate is determined from the viewpoint that the core carbonaceous material is uniformly coated with amorphous carbon and formed into strong granules. From the viewpoint of the particle size of the particles obtained when pulverized after firing, the above range is preferable.

なお、最終的に得られる負極活物質の有機化合物由来の炭化物の被覆率(含有率)は、負極活物質の量と、有機化合物の量及びJIS K 2270に準拠したミクロ法により測定される残炭率により、下記式で算出することができる。 Note that the coverage (content) of carbides derived from organic compounds in the finally obtained negative electrode active material is determined by the amount of negative electrode active material, the amount of organic compounds, and the residual amount measured by the micro method in accordance with JIS K 2270. It can be calculated using the following formula depending on the charcoal ratio.

式:有機化合物由来の炭化物の被覆率(%)=(有機化合物の質量×残炭率×100)
/{負極活物質の質量+(有機化合物の質量×残炭率)}
Formula: Coverage rate (%) of carbide derived from organic compound = (mass of organic compound x residual carbon rate x 100)
/{mass of negative electrode active material + (mass of organic compound x residual carbon percentage)}

<内部間隙率>
負極活物質の内部間隙率は通常1%以上、好ましくは3%以上、より好ましく5%以上、更に好ましくは7%以上である。また通常50%未満、好ましくは40%以下、より好ましくは30%以下、更に好ましくは20%以下である。この内部間隙率が小さすぎると、非水系電解液電池において負極活物質の粒子内の液量が少なくなる傾向がある。一方、内部間隙率が大きすぎると、電極にした場合に粒子間間隙が少なくなる傾向にある。内部間隙率の下限は充放電特性の観点から、上限は非水系電解液の拡散の観点から上記範囲とすることが好ましい。また、上述したように、この間隙は空隙であってもよいし、非晶質炭素や黒鉛質物、樹脂等、Liと合金化可能な金属粒子の膨張、収縮を緩衝するような物質が、間隙中に存在又は間隙がこれらにより満たされていてもよい。
<Internal porosity>
The internal porosity of the negative electrode active material is usually 1% or more, preferably 3% or more, more preferably 5% or more, still more preferably 7% or more. Further, it is usually less than 50%, preferably 40% or less, more preferably 30% or less, even more preferably 20% or less. If this internal porosity is too small, the amount of liquid within the particles of the negative electrode active material tends to decrease in a non-aqueous electrolyte battery. On the other hand, if the internal porosity is too large, the interparticle gaps tend to decrease when used as an electrode. It is preferable that the lower limit of the internal porosity is in the above range from the viewpoint of charge/discharge characteristics, and the upper limit is in the above range from the viewpoint of diffusion of the non-aqueous electrolyte. Further, as described above, this gap may be a void, or a material such as amorphous carbon, graphite material, resin, etc. that buffers the expansion and contraction of metal particles that can be alloyed with Li may be used in the gap. They may exist or gaps may be filled with these.

<2-4-2.負極の構成と作製法>
負極の製造は、本発明の効果を著しく損なわない限り、公知のいずれの方法をも用いることができる。例えば、負極活物質に、結着剤、溶媒、必要に応じて、増粘剤、導電材、充填材等を加えてスラリーとし、これを集電体に塗布、乾燥した後にプレスすることによって形成することができる。
<2-4-2. Configuration and manufacturing method of negative electrode>
For producing the negative electrode, any known method can be used as long as the effects of the present invention are not significantly impaired. For example, it is formed by adding a binder, a solvent, and if necessary, a thickener, a conductive material, a filler, etc. to a negative electrode active material to form a slurry, applying this to a current collector, drying it, and then pressing it. can do.

また、合金系材料負極は、公知のいずれの方法を用いても製造することが可能である。具体的に、負極の製造方法としては、例えば、上述の負極活物質に結着剤や導電材等を加えたものをそのままロール成型してシート電極とする方法や、圧縮成形してペレット電極とする方法も挙げられるが、通常は負極用の集電体(以下「負極集電体」という場合がある。)上に塗布法、蒸着法、スパッタ法、メッキ法等の手法により、上述の負極活物質を含有する薄膜層(負極活物質層)を形成する方法が用いられる。この場合、上述の負極活物質に結着剤、増粘剤、導電材、溶媒等を加えてスラリー状とし、これを負極集電体に塗布、乾燥した後にプレスして高密度化することにより、負極集電体上に負極活物質層を形成する。 Further, the alloy material negative electrode can be manufactured using any known method. Specifically, negative electrode manufacturing methods include, for example, adding a binder, a conductive material, etc. to the negative electrode active material described above and then roll-molding it as it is to make a sheet electrode, or compression molding it to make a pellet electrode. Although methods such as coating, vapor deposition, sputtering, plating, etc. on a negative electrode current collector (hereinafter sometimes referred to as "negative electrode current collector"), the above-mentioned negative electrode A method of forming a thin film layer (negative electrode active material layer) containing an active material is used. In this case, a binder, a thickener, a conductive material, a solvent, etc. are added to the above-mentioned negative electrode active material to form a slurry, and this is applied to the negative electrode current collector, dried, and then pressed to increase the density. , forming a negative electrode active material layer on the negative electrode current collector;

負極集電体の材質としては、鋼、銅、銅合金、ニッケル、ニッケル合金、ステンレス等が挙げられる。これらのうち、薄膜に加工し易いという点及びコストの点から、銅が好ましく、銅箔を用いることがより好ましい。 Examples of the material of the negative electrode current collector include steel, copper, copper alloy, nickel, nickel alloy, stainless steel, and the like. Among these, copper is preferred, and copper foil is more preferably used, from the viewpoint of ease of processing into a thin film and cost.

負極集電体の厚さは、通常1μm以上、好ましくは5μm以上であり、通常100μm以下、好ましくは50μm以下である。負極集電体の厚さが厚過ぎると、非水系電解液電池全体の容量が低下し過ぎることがあり、逆に薄過ぎると取り扱いが困難になることがある。 The thickness of the negative electrode current collector is usually 1 μm or more, preferably 5 μm or more, and usually 100 μm or less, preferably 50 μm or less. If the negative electrode current collector is too thick, the capacity of the nonaqueous electrolyte battery as a whole may decrease too much, while if it is too thin, it may become difficult to handle.

なお、表面に形成される負極活物質層との結着効果を向上させるため、これら負極集電体の表面は、予め粗面化処理しておくことが好ましい。表面の粗面化方法としては、ブラスト処理、粗面ロールによる圧延、研磨剤粒子を固着した研磨布紙、砥石、エメリバフ、鋼線等を備えたワイヤーブラシ等で集電体表面を研磨する機械的研磨法、電解研磨法、化学研磨法等が挙げられる。 Note that in order to improve the binding effect with the negative electrode active material layer formed on the surface, the surfaces of these negative electrode current collectors are preferably roughened in advance. Surface roughening methods include blasting, rolling with a rough roll, coated abrasive paper to which abrasive particles are fixed, a grindstone, an emery buff, a machine that polishes the current collector surface with a wire brush equipped with a steel wire, etc. Examples include a mechanical polishing method, an electrolytic polishing method, a chemical polishing method, and the like.

また、負極集電体の質量を低減させて電池の質量当たりのエネルギー密度を向上させるために、エキスパンドメタルやパンチングメタルのような穴あきタイプの負極集電体を使用することもできる。このタイプの負極集電体は、その開口率を変更することで、質量も自在に変更可能である。また、このタイプの負極集電体の両面に負極活物質層を形成させた場合、この穴を通してのリベット効果により、負極活物質層の剥離が更に起こり難くなる。しかし、開口率があまりに高くなった場合には、負極活物質層と負極集電体との接触
面積が小さくなるため、かえって接着強度は低くなることがある。
Furthermore, in order to reduce the mass of the negative electrode current collector and improve the energy density per mass of the battery, a perforated negative electrode current collector such as expanded metal or punched metal can also be used. The mass of this type of negative electrode current collector can be freely changed by changing its aperture ratio. Further, when negative electrode active material layers are formed on both sides of this type of negative electrode current collector, peeling of the negative electrode active material layer becomes more difficult to occur due to the rivet effect through the holes. However, if the aperture ratio becomes too high, the contact area between the negative electrode active material layer and the negative electrode current collector becomes small, so that the adhesive strength may decrease on the contrary.

負極活物質層を形成するためのスラリーは、通常は負極材に対して結着剤、増粘剤等を加えて作製される。なお、本明細書における「負極材」とは、負極活物質と導電材とを合わせた材料を指すものとする。 A slurry for forming a negative electrode active material layer is usually prepared by adding a binder, a thickener, etc. to the negative electrode material. Note that the "negative electrode material" in this specification refers to a material that is a combination of a negative electrode active material and a conductive material.

負極材中における負極活物質の含有量は、通常70質量%以上、特に75質量%以上、また、通常97質量%以下、特に95質量%以下であることが好ましい。負極活物質の含有量が少な過ぎると、得られる負極を用いた二次電池の容量が不足する傾向があり、多過ぎると相対的に導電材の含有量が不足することにより、負極としての電気伝導性を確保しづらい傾向にある。なお、二以上の負極活物質を併用する場合には、負極活物質の合計量が上記範囲を満たすようにすればよい。 The content of the negative electrode active material in the negative electrode material is usually preferably 70% by mass or more, particularly 75% by mass or more, and usually 97% by mass or less, particularly preferably 95% by mass or less. If the content of the negative electrode active material is too small, the capacity of the secondary battery using the obtained negative electrode tends to be insufficient, and if it is too large, the content of the conductive material is relatively insufficient, resulting in a lack of electricity as a negative electrode. It tends to be difficult to ensure conductivity. Note that when two or more negative electrode active materials are used together, the total amount of the negative electrode active materials may satisfy the above range.

負極に用いられる導電材としては、銅やニッケル等の金属材料;黒鉛、カーボンブラック等の炭素材料等が挙げられる。これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。特に、導電材として炭素材料を用いると、炭素材料が活物質としても作用するため好ましい。負極材中における導電材の含有量は、通常3質量%以上、好ましくは5質量%以上、また、通常30質量%以下であり、25質量%以下であることが好ましい。導電材の含有量が少な過ぎると導電性が不足する傾向があり、多過ぎると相対的に負極活物質等の含有量が不足することにより、電池容量や強度が低下する傾向となる。なお、二以上の導電材を併用する場合には、導電材の合計量が上記範囲を満たすようにすればよい。 Examples of the conductive material used for the negative electrode include metal materials such as copper and nickel; carbon materials such as graphite and carbon black. One type of these may be used alone, or two or more types may be used in combination in any combination and ratio. In particular, it is preferable to use a carbon material as the conductive material because the carbon material also acts as an active material. The content of the conductive material in the negative electrode material is usually 3% by mass or more, preferably 5% by mass or more, and usually 30% by mass or less, preferably 25% by mass or less. If the content of the conductive material is too small, the conductivity tends to be insufficient, and if the content is too large, the content of the negative electrode active material etc. tends to be relatively insufficient, resulting in a tendency for the battery capacity and strength to decrease. In addition, when two or more electrically conductive materials are used together, the total amount of the electrically conductive materials may satisfy the above range.

負極に用いられる結着剤としては、電極製造時に使用する溶媒や電解液に対して安定な材料であれば、任意のものを使用することができる。例えば、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、スチレン・ブタジエンゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、エチレン・アクリル酸共重合体、エチレン・メタクリル酸共重合体等が挙げられる。これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。結着剤の含有量は、負極材100質量部に対して通常0.5質量部以上、好ましくは1質量部以上、また、通常10質量部以下であり、8質量部以下であることが好ましい。結着剤の含有量が少な過ぎると得られる負極の強度が不足する傾向があり、多過ぎると相対的に負極活物質等の含有量が不足することにより、電池容量や導電性が不足する傾向となる。なお、二以上の結着剤を併用する場合には、結着剤の合計量が上記範囲を満たすようにすればよい。 As the binder used for the negative electrode, any material can be used as long as it is stable to the solvent and electrolyte used during electrode manufacture. Examples include polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, polyethylene, polypropylene, styrene-butadiene rubber, isoprene rubber, butadiene rubber, ethylene-acrylic acid copolymer, ethylene-methacrylic acid copolymer, and the like. One type of these may be used alone, or two or more types may be used in combination in any combination and ratio. The content of the binder is usually 0.5 parts by mass or more, preferably 1 part by mass or more, and usually 10 parts by mass or less, preferably 8 parts by mass or less, based on 100 parts by mass of the negative electrode material. . If the binder content is too low, the resulting negative electrode tends to lack strength, and if it is too high, the battery capacity and conductivity tend to be insufficient due to a relative lack of negative electrode active material, etc. becomes. In addition, when using two or more binders together, the total amount of the binders may satisfy the above range.

負極に用いられる増粘剤としては、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、エチルセルロース、ポリビニルアルコール、酸化スターチ、リン酸化スターチ、カゼイン等が挙げられる。これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。増粘剤は必要に応じて使用すればよいが、使用する場合には、負極活物質層中における増粘剤の含有量が通常0.5質量%以上、5質量%以下の範囲で用いることが好ましい。 Examples of the thickener used in the negative electrode include carboxymethyl cellulose, methyl cellulose, hydroxymethyl cellulose, ethyl cellulose, polyvinyl alcohol, oxidized starch, phosphorylated starch, and casein. One type of these may be used alone, or two or more types may be used in combination in any combination and ratio. A thickener may be used as necessary, but when used, the content of the thickener in the negative electrode active material layer should generally be in the range of 0.5% by mass or more and 5% by mass or less. is preferred.

負極活物質層を形成するためのスラリーは、上記負極活物質に、必要に応じて導電材や結着剤、増粘剤を混合して、水系溶媒又は有機溶媒を分散媒として用いて調製される。水系溶媒としては、通常、水が用いられるが、これにエタノール等のアルコール類、N-メチルピロリドン等の環状アミド類等の有機溶媒を、水に対して30質量%以下の範囲で併用することもできる。また、有機溶媒としては、N-メチルピロリドン等の環状アミド類;N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド等の直鎖状アミド類;アニソール、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類;ブタノール、シクロヘキサノール等のアルコール類;が挙げられ、中でも、N-メチルピロリドン等の環状アミド類;N
,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド等の直鎖状アミド類が好ましい。なお、これらは何れか1種を単独で使用してもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
The slurry for forming the negative electrode active material layer is prepared by mixing the above negative electrode active material with a conductive material, a binder, and a thickener as necessary, and using an aqueous solvent or an organic solvent as a dispersion medium. Ru. Water is usually used as the aqueous solvent, but alcohols such as ethanol and organic solvents such as cyclic amides such as N-methylpyrrolidone may be used in combination in an amount of 30% by mass or less based on water. You can also do it. In addition, organic solvents include cyclic amides such as N-methylpyrrolidone; linear amides such as N,N-dimethylformamide and N,N-dimethylacetamide; aromatic hydrocarbons such as anisole, toluene, and xylene. alcohols such as butanol and cyclohexanol; among them, cyclic amides such as N-methylpyrrolidone;
, N-dimethylformamide, N,N-dimethylacetamide and the like are preferred. In addition, any one type of these may be used alone, or two or more types may be used in combination in any combination and ratio.

得られたスラリーを上述の負極集電体上に塗布し、乾燥した後、プレスすることにより、負極活物質層が形成され、負極が得られる。塗布の手法は特に制限されず、それ自体既知の方法を用いることができる。乾燥の手法も特に制限されず、自然乾燥、加熱乾燥、減圧乾燥等の公知の手法を用いることができる。 The obtained slurry is applied onto the above-mentioned negative electrode current collector, dried, and then pressed to form a negative electrode active material layer and obtain a negative electrode. The coating method is not particularly limited, and any known method can be used. The drying method is not particularly limited either, and known methods such as natural drying, heat drying, reduced pressure drying, etc. can be used.

<電極密度>
負極活物質を電極化した際の電極構造は特に制限されないが、集電体上に存在している負極活物質の密度は、1g・cm-3以上が好ましく、1.2g・cm-3以上がさらに好ましく、1.3g・cm-3以上が特に好ましく、また、2.2g・cm-3以下が好ましく、2.1g・cm-3以下がより好ましく、2.0g・cm-3以下がさらに好ましく、1.9g・cm-3以下が特に好ましい。集電体上に存在している負極活物質の密度が、上記範囲を上回ると、負極活物質粒子が破壊され、非水系電解液電池の初期不可逆容量の増加や、集電体/負極活物質界面付近への非水系電解液の浸透性低下による高電流密度充放電特性悪化を招く場合がある。また、負極活物質の密度が上記範囲を下回ると、負極活物質間の導電性が低下し、電池抵抗が増大し、単位容積当たりの容量が低下する場合がある。
<Electrode density>
The electrode structure when the negative electrode active material is made into an electrode is not particularly limited, but the density of the negative electrode active material present on the current collector is preferably 1 g·cm -3 or more, and 1.2 g·cm -3 or more. is more preferably 1.3 g·cm -3 or more, particularly preferably 2.2 g·cm -3 or less, more preferably 2.1 g·cm -3 or less, and 2.0 g·cm -3 or less. More preferably, it is 1.9 g·cm −3 or less. If the density of the negative electrode active material present on the current collector exceeds the above range, the negative electrode active material particles will be destroyed, resulting in an increase in the initial irreversible capacity of the non-aqueous electrolyte battery, or a decrease in the current collector/negative electrode active material. This may lead to deterioration of high current density charge/discharge characteristics due to decreased permeability of the non-aqueous electrolyte near the interface. Furthermore, if the density of the negative electrode active material is below the above range, the conductivity between the negative electrode active materials may decrease, battery resistance may increase, and the capacity per unit volume may decrease.

<2-5.セパレータ>
正極と負極との間には、短絡を防止するために、通常はセパレータを介在させる。この場合、本発明の非水系電解液は、通常はこのセパレータに含浸させて用いる。
<2-5. Separator>
A separator is usually interposed between the positive electrode and the negative electrode to prevent short circuits. In this case, the non-aqueous electrolytic solution of the present invention is usually used by impregnating the separator.

セパレータの材料や形状については特に制限は無く、本発明の効果を著しく損なわない限り、公知のものを任意に採用することができる。中でも、本発明の非水系電解液に対し安定な材料で形成された、樹脂、ガラス繊維、無機物等が用いられ、保液性に優れた多孔性シート又は不織布状の形態の物等を用いるのが好ましい。 There are no particular restrictions on the material or shape of the separator, and any known material can be used as long as it does not significantly impair the effects of the present invention. Among them, resins, glass fibers, inorganic materials, etc., which are made of materials that are stable to the non-aqueous electrolyte of the present invention, and which are in the form of porous sheets or non-woven fabrics with excellent liquid retention properties are used. is preferred.

樹脂、ガラス繊維セパレータの材料としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエーテルスルホン、ガラスフィルター等を用いることができる。中でも好ましくはガラスフィルター、ポリオレフィンであり、さらに好ましくはポリオレフィンである。これらの材料は1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。 As materials for the resin and glass fiber separators, for example, polyolefins such as polyethylene and polypropylene, polytetrafluoroethylene, polyethersulfone, glass filters, etc. can be used. Among them, glass filters and polyolefins are preferred, and polyolefins are more preferred. One type of these materials may be used alone, or two or more types may be used in combination in any combination and ratio.

上記セパレータの厚さは任意であるが、通常1μm以上であり、5μm以上が好ましく、10μm以上がより好ましく、また、通常50μm以下であり、40μm以下が好ましく、30μm以下がより好ましい。セパレータが、上記範囲より薄過ぎると、絶縁性や機械的強度が低下する場合がある。また、上記範囲より厚過ぎると、レート特性等の電池性能が低下する場合があるばかりでなく、非水系電解液電池全体としてのエネルギー密度が低下する場合がある。 The thickness of the separator is arbitrary, but is usually 1 μm or more, preferably 5 μm or more, more preferably 10 μm or more, and usually 50 μm or less, preferably 40 μm or less, and more preferably 30 μm or less. If the separator is too thin than the above range, the insulation properties and mechanical strength may decrease. Moreover, if the thickness is too thick than the above range, not only battery performance such as rate characteristics may deteriorate, but also the energy density of the non-aqueous electrolyte battery as a whole may decrease.

さらに、セパレータとして多孔性シートや不織布等の多孔質のものを用いる場合、セパレータの空孔率は任意であるが、通常20%以上であり、35%以上が好ましく、45%以上がより好ましく、また、通常90%以下であり、85%以下が好ましく、75%以下がより好ましい。空孔率が、上記範囲より小さ過ぎると、膜抵抗が大きくなってレート特性が悪化する傾向がある。また、上記範囲より大き過ぎると、セパレータの機械的強度が低下し、絶縁性が低下する傾向にある。 Furthermore, when using a porous material such as a porous sheet or nonwoven fabric as a separator, the porosity of the separator is arbitrary, but is usually 20% or more, preferably 35% or more, more preferably 45% or more, Further, it is usually 90% or less, preferably 85% or less, and more preferably 75% or less. If the porosity is too smaller than the above range, the membrane resistance tends to increase and the rate characteristics tend to deteriorate. Moreover, if it is too large than the above range, the mechanical strength of the separator tends to decrease and the insulation properties tend to decrease.

また、セパレータの平均孔径も任意であるが、通常0.5μm以下であり、0.2μm以下が好ましく、また、通常0.05μm以上である。平均孔径が、上記範囲を上回ると、短絡が生じ易くなる。また、上記範囲を下回ると、膜抵抗が大きくなりレート特性が低下する場合がある。 Further, the average pore diameter of the separator is also arbitrary, but it is usually 0.5 μm or less, preferably 0.2 μm or less, and usually 0.05 μm or more. When the average pore diameter exceeds the above range, short circuits tend to occur. Moreover, if it falls below the above range, the film resistance may increase and the rate characteristics may deteriorate.

一方、無機物の材料としては、例えば、アルミナや二酸化ケイ素等の酸化物類、窒化アルミや窒化ケイ素等の窒化物類、硫酸バリウムや硫酸カルシウム等の硫酸塩類が用いられ、粒子形状若しくは繊維形状のものが用いられる。 On the other hand, as inorganic materials, for example, oxides such as alumina and silicon dioxide, nitrides such as aluminum nitride and silicon nitride, and sulfates such as barium sulfate and calcium sulfate are used. things are used.

形態としては、不織布、織布、微多孔性フィルム等の薄膜形状のものが用いられる。薄膜形状では、孔径が0.01~1μm、厚さが5~50μmのものが好適に用いられる。前記の独立した薄膜形状以外に、樹脂製の結着剤を用いて前記無機物の粒子を含有する複合多孔層を正極及び/又は負極の表層に形成させてなるセパレータを用いることができる。例えば、正極の両面に90%粒径が1μm未満のアルミナ粒子を、フッ素樹脂を結着剤として多孔層を形成させることが挙げられる。 As for the form, those in the form of a thin film such as nonwoven fabric, woven fabric, and microporous film are used. In the case of a thin film, one having a pore diameter of 0.01 to 1 μm and a thickness of 5 to 50 μm is preferably used. In addition to the independent thin film shape described above, a separator can be used in which a composite porous layer containing the inorganic particles is formed on the surface layer of the positive electrode and/or negative electrode using a resin binder. For example, a porous layer may be formed on both sides of the positive electrode using alumina particles having a 90% particle size of less than 1 μm and a fluororesin as a binder.

<2-6.電池設計>
[電極群]
電極群は、前述の正極板と負極板とを前述のセパレータを介してなる積層構造のもの、及び前述の正極板と負極板とを前述のセパレータを介して渦巻き状に捲回した構造のものの何れでもよい。電極群の体積が電池内容積に占める割合(以下、電極群占有率と称する。)は、通常40%以上であり、50%以上が好ましく、また、通常90%以下であり、80%以下が好ましい。電極群占有率の下限は、電池容量の観点から、上記範囲とすることが好ましい。また、電極群占有率の上限は、電池としての充放電繰り返し性能や高温保存等の諸特性の観点、内部圧力を外に逃がすガス放出弁の作動回避の観点から、間隙スペースを確保するために上記範囲とすることが好ましい。間隙スペースが少な過ぎると、電池が高温になることによって部材が膨張したり電解質の液成分の蒸気圧が高くなったりして内部圧力が上昇し、電池としての充放電繰り返し性能や高温保存等の諸特性を低下させたり、さらには、内部圧力を外に逃がすガス放出弁が作動する場合がある。
<2-6. Battery design>
[Electrode group]
The electrode group has a laminated structure in which the above-mentioned positive electrode plate and negative electrode plate are interposed with the above-mentioned separator in between, and an electrode group in which the above-mentioned positive electrode plate and negative electrode plate are spirally wound with the above-mentioned separator interposed in between. Either is fine. The ratio of the volume of the electrode group to the internal battery volume (hereinafter referred to as electrode group occupancy) is usually 40% or more, preferably 50% or more, and usually 90% or less, and 80% or less. preferable. The lower limit of the electrode group occupancy is preferably within the above range from the viewpoint of battery capacity. In addition, the upper limit of the electrode group occupancy rate is set in order to secure the gap space, from the viewpoint of various characteristics such as the repeated charging and discharging performance of the battery and high temperature storage, and from the viewpoint of avoiding activation of the gas release valve that releases internal pressure to the outside. It is preferable to set it as the said range. If the gap space is too small, the battery's high temperature will cause the components to expand and the vapor pressure of the liquid electrolyte to increase, increasing the internal pressure, which will affect the battery's charge/discharge cycle performance and high-temperature storage. This may reduce properties or even activate a gas release valve that releases internal pressure to the outside.

[集電構造]
集電構造は特に限定されるものではないが、上記の非水系電解液による放電特性の向上をより効果的に実現するには、配線部分や接合部分の抵抗を低減する構造にすることが好ましい。この様に内部抵抗を低減させた場合、上記の非水系電解液を使用した効果は特に良好に発揮される。
[Current collection structure]
Although the current collection structure is not particularly limited, in order to more effectively achieve the improvement in discharge characteristics by the non-aqueous electrolyte described above, it is preferable to have a structure that reduces the resistance of wiring parts and joint parts. . When the internal resistance is reduced in this way, the effects of using the above-mentioned non-aqueous electrolyte are particularly well exhibited.

電極群が前述の積層構造のものでは、各電極層の金属芯部分を束ねて端子に溶接して形成される構造が好適に用いられる。1枚の電極面積が大きくなる場合には、内部抵抗が大きくなるので、電極内に複数の端子を設けて抵抗を低減することも好適に用いられる。電極群が前述の捲回構造のものでは、正極及び負極にそれぞれ複数のリード構造を設け、端子に束ねることにより、内部抵抗を低くすることができる。 When the electrode group has the above-mentioned laminated structure, a structure in which the metal core portions of each electrode layer are bundled and welded to a terminal is preferably used. When the area of one electrode becomes large, the internal resistance becomes large, so it is also suitable to provide a plurality of terminals within the electrode to reduce the resistance. When the electrode group has the above-mentioned wound structure, the internal resistance can be lowered by providing a plurality of lead structures on each of the positive and negative electrodes and bundling them into a terminal.

[保護素子]
保護素子として、異常発熱や過大電流が流れた時に抵抗が増大するPTC(Positive Temperature Coefficient)素子、温度ヒューズ、サーミスター、異常発熱時に電池内部圧力や内部温度の急激な上昇により回路に流れる電流を遮断する弁(電流遮断弁)等が挙げられる。前記保護素子は高電流の通常使用で作動しない条件のものを選択することが好ましく、高出力の観点から、保護素子がなくても異常発熱や熱暴走に至らない設計にすることがより好ましい。
[Protective element]
Protection elements include PTC (Positive Temperature Coefficient) elements, which increase resistance when abnormal heat generation or excessive current flows, thermal fuses, thermistors, and devices that prevent current flowing through the circuit due to a sudden rise in battery internal pressure or internal temperature during abnormal heat generation. Examples include a valve that shuts off (current cutoff valve). It is preferable that the protection element is selected so that it does not operate under normal use of high current, and from the viewpoint of high output, it is more preferable to use a design that does not lead to abnormal heat generation or thermal runaway even without the protection element.

[外装体]
本実施形態の非水系電解液電池は、通常、上記の非水系電解液、負極、正極、セパレータ等を外装体(外装ケース)内に収納して構成される。この外装体に制限は無く、本発明の効果を著しく損なわない限り公知のものを任意に採用することができる。
[Exterior body]
The non-aqueous electrolyte battery of this embodiment is usually configured by housing the above-mentioned non-aqueous electrolyte, a negative electrode, a positive electrode, a separator, etc. in an exterior body (exterior case). There is no limit to this exterior body, and any known exterior body can be used as long as it does not significantly impair the effects of the present invention.

外装ケースの材質は用いられる非水系電解液に対して安定な物質であれば特に限定されるものではない。具体的に、ニッケルメッキ鋼板、ステンレス、アルミニウム若しくはアルミニウム合金、マグネシウム合金、ニッケル、チタン等の金属類、又は、樹脂とアルミ箔との積層フィルム(ラミネートフィルム)が好適に用いられる。 The material of the outer case is not particularly limited as long as it is stable to the non-aqueous electrolyte used. Specifically, metals such as nickel-plated steel sheets, stainless steel, aluminum or aluminum alloys, magnesium alloys, nickel, and titanium, or laminated films of resin and aluminum foil are preferably used.

上記金属類を用いる外装ケースでは、レーザー溶接、抵抗溶接、超音波溶接により金属同士を溶着して封止密閉構造とするもの、又は、樹脂製ガスケットを介して上記金属類を用いてかしめ構造とするものが挙げられる。上記ラミネートフィルムを用いる外装ケースでは、樹脂層同士を熱融着することにより封止密閉構造とするもの等が挙げられる。シール性を上げるために、上記樹脂層の間にラミネートフィルムに用いられる樹脂と異なる樹脂を介在させてもよい。特に、集電端子を介して樹脂層を熱融着して密閉構造とする場合には、金属と樹脂との接合になるので、介在する樹脂として極性基を有する樹脂や極性基を導入した変成樹脂が好適に用いられる。 For exterior cases using the above metals, the metals are welded together using laser welding, resistance welding, or ultrasonic welding to create a hermetically sealed structure, or the metals are caulked using a resin gasket. There are things that do. Examples of exterior cases using the above-mentioned laminate film include those in which resin layers are heat-sealed to each other to form a hermetically sealed structure. In order to improve sealing performance, a resin different from the resin used for the laminate film may be interposed between the resin layers. In particular, when creating a sealed structure by heat-sealing a resin layer via a current collector terminal, the metal and resin are joined, so the intervening resin may be a resin with a polar group or a modified resin with a polar group introduced. Resin is preferably used.

また、外装体の形状も任意であり、例えば円筒型、角形、ラミネート型、コイン型、大型等の何れであってもよい。 Further, the shape of the exterior body is also arbitrary, and may be, for example, cylindrical, square, laminated, coin-shaped, large-sized, or the like.

以下、実施例及び参考例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、本発明は、その要旨を超えない限り、これらの実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be explained in more detail with reference to Examples and Reference Examples, but the present invention is not limited to these Examples unless it exceeds the gist thereof.

[Fe(PFを含むEC溶液の調製]
アルゴングローブボックス中、50mLビーカーにFeCl 0.25g(2.0mmol)を秤量し、アセトニトリル(AN)に懸濁させた。これを撹拌しながら、AgPF 1.01g(4.0mmol)を細かく分けてゆっくりと加え、その後40℃にて6時間撹拌した。反応進行とともにAgClの白色固体が生成した。そのまま一晩放置した後、AgClをろ別し、得られたろ液を減圧濃縮することで、[Fe(AN)](PF(n=0~6)の白色固体を1.09g得た。得られた白色固体0.79gに対し、45℃で融解させたエチレンカーボネート(EC)約3gを加えて固体を溶解させ、40℃で8時間真空引きすることで、配位溶媒であったANを除去した。生じた不溶成分をろ別し、Fe(PFを含むEC溶液3.08gを得た。
[Preparation of EC solution containing Fe(PF 6 ) 2 ]
In an argon glove box, 0.25 g (2.0 mmol) of FeCl 2 was weighed into a 50 mL beaker and suspended in acetonitrile (AN). While stirring this, 1.01 g (4.0 mmol) of AgPF 6 was slowly added in small portions, followed by stirring at 40° C. for 6 hours. As the reaction progressed, a white solid of AgCl was produced. After leaving it as it is overnight, AgCl was filtered off and the obtained filtrate was concentrated under reduced pressure to obtain 1.09 g of a white solid of [Fe(AN) n ](PF 6 ) 2 (n=0 to 6). Obtained. Approximately 3 g of ethylene carbonate (EC) melted at 45°C was added to 0.79 g of the obtained white solid to dissolve the solid, and by vacuuming at 40°C for 8 hours, AN, which was the coordinating solvent, was removed. was removed. The resulting insoluble components were filtered off to obtain 3.08 g of an EC solution containing Fe(PF 6 ) 2 .

[正極の作製]
正極活物質としてLi(Ni0.5Mn0.3Co0.2)O90質量部と、導電材としてアセチレンブラック7質量部と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン(PVdF)3質量部とを、N-メチルピロリドン溶媒中で、ディスパーザーで混合してスラリー化した。これを厚さ15μmのアルミニウム箔の片面に均一に塗布、乾燥した後、プレスして正極とした。
[Preparation of positive electrode]
90 parts by mass of Li(Ni 0.5 Mn 0.3 Co 0.2 )O 2 as a positive electrode active material, 7 parts by mass of acetylene black as a conductive material, and 3 parts by mass of polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder. were mixed in an N-methylpyrrolidone solvent using a disperser to form a slurry. This was coated uniformly on one side of a 15 μm thick aluminum foil, dried, and then pressed to form a positive electrode.

[負極の作製]
天然黒鉛98質量部に、増粘剤及び結着剤として、カルボキシメチルセルロースナトリウムの水性ディスパージョン(カルボキシメチルセルロースナトリウムの濃度1質量%)1質量部及びスチレン-ブタジエンゴムの水性ディスパージョン(スチレン-ブタジエンゴムの濃度50質量%)1質量部を加え、ディスパーザーで混合してスラリー化した。得られたスラリーを厚さ10μmの銅箔の両面に塗布して乾燥した後、プレスして負極とし
た。
[Preparation of negative electrode]
98 parts by mass of natural graphite, 1 part by mass of an aqueous dispersion of sodium carboxymethylcellulose (concentration of sodium carboxymethylcellulose 1% by mass) and an aqueous dispersion of styrene-butadiene rubber (styrene-butadiene rubber) as thickeners and binders. 1 part by mass (concentration 50% by mass) was added and mixed with a disperser to form a slurry. The obtained slurry was applied to both sides of a 10 μm thick copper foil, dried, and then pressed to form a negative electrode.

[非水系電解液の調製]
乾燥アルゴン雰囲気下、Fe(PFを含むEC溶液を基に、混合溶媒中の鉄イオン濃度が表1となるように、及び溶媒組成がエチレンカーボネート(EC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、ジメチルカーボネート(DMC)の混合物の体積比が3:4:3となるように、EC、EMC、DMCで希釈し、十分に乾燥させたLiPFを1モル/L(12.3質量%、非水系電解液中の濃度として)溶解させた。なお、Fe(PFを含まない非水系電解液を基準電解液1と呼ぶ。上記で作製したFe(PF含有非水系電解液又は基準電解液1に対して、FSOLiを加えて、下記表1に記載の実施例1-1~1-2の非水系電解液、比較例1-2~1-3の非水系電解液を調製した。比較例1-1は基準電解液1そのものである。また、FSOLiを加えなかったものを、比較例1-4~1-5の非水系電解液とした。表中、FSOLiの含有量は添加量を示し、Fe元素(鉄イオン)の含有量は、後述する誘導結合高周波プラズマ発光分光分析(ICP-AES)の測定結果に基づき求めた値である。なお、表中の「含有量(質量%)」及び「含有量(質量ppm)」は、基準電解液1を100質量%とした時の含有量である。
[Preparation of non-aqueous electrolyte]
Under a dry argon atmosphere, based on an EC solution containing Fe(PF 6 ) 2 , the iron ion concentration in the mixed solvent was as shown in Table 1, and the solvent composition was ethylene carbonate (EC) and ethyl methyl carbonate (EMC). , dimethyl carbonate (DMC) at a volume ratio of 3:4:3, LiPF 6 was diluted with EC, EMC, and DMC, and thoroughly dried. 1 mol/L (12.3% by mass, (as a concentration in a non-aqueous electrolyte). Note that the non-aqueous electrolyte that does not contain Fe(PF 6 ) 2 is referred to as reference electrolyte 1. FSO 3 Li was added to the Fe(PF 6 ) 2 -containing non-aqueous electrolyte solution prepared above or reference electrolyte 1, and the non-aqueous electrolyte of Examples 1-1 to 1-2 described in Table 1 below was prepared. Non-aqueous electrolyte solutions of Comparative Examples 1-2 and 1-3 were prepared. Comparative Example 1-1 is the reference electrolytic solution 1 itself. In addition, the non-aqueous electrolytes of Comparative Examples 1-4 and 1-5 were prepared without adding FSO 3 Li. In the table, the content of FSO 3 Li indicates the amount added, and the content of Fe element (iron ion) is a value determined based on the measurement results of inductively coupled radio frequency plasma emission spectroscopy (ICP-AES) described below. . In addition, "content (mass %)" and "content (mass ppm)" in the table are contents when reference electrolyte solution 1 is 100 mass %.

<非水系電解液中におけるFe元素の含有量の測定>
非水系電解液100μL(約130mg)を分取した。分取した非水系電解液をPTFEビーカーに秤り取り、適切な量の濃硝酸を加えてホットプレート上で湿式分解した後に50mL定容し、誘導結合高周波プラズマ発光分光分析(ICP-AES、Thermo
Fischer Scientific、iCAP 7600duo)を用いてLi及び酸濃度マッチング検量線法でFe元素(鉄イオン)の含有量を測定した。
<Measurement of Fe element content in non-aqueous electrolyte>
100 μL (approximately 130 mg) of the non-aqueous electrolyte was collected. The fractionated non-aqueous electrolyte was weighed into a PTFE beaker, added with an appropriate amount of concentrated nitric acid, and subjected to wet decomposition on a hot plate.
The content of Fe element (iron ion) was measured using Li and acid concentration matching calibration curve method using Fischer Scientific, iCAP 7600duo).

[非水系電解液二次電池の製造]
上記の正極、負極、及びポリエチレン製のセパレータを、負極、セパレータ、正極の順に積層して電池要素を作製した。この電池要素をアルミニウム(厚さ40μm)の両面を樹脂層で被覆したラミネートフィルムからなる袋内に正極と負極の端子が突設するように挿入した後、上記調製後の非水系電解液を袋内に注入し、真空封止を行い、ラミネート型の非水系電解液二次電池を作製した。
[Manufacture of non-aqueous electrolyte secondary battery]
A battery element was produced by laminating the above positive electrode, negative electrode, and polyethylene separator in the order of negative electrode, separator, and positive electrode. This battery element was inserted into a bag made of a laminate film made of aluminum (40 μm thick) coated with a resin layer on both sides, with the positive and negative terminals protruding, and then the prepared non-aqueous electrolyte was poured into the bag. A laminate-type non-aqueous electrolyte secondary battery was produced by injecting the solution into the battery and vacuum-sealing it.

<非水系電解液二次電池の評価>
[初期コンディショニング]
25℃の恒温槽中、非水系電解液二次電池を1/6C(1Cとは、充電または放電に1時間かかる電流値のことを示す。以下同様。)に相当する電流で4.2Vまで定電流-定電圧充電(以下、CC-CV充電と記載)した後、1/6Cで2.5Vまで放電した。1/6Cで4.1VまでCC-CV充電を行った。その後、60℃、12時間の条件でエージングを実施した。その後、1/6Cで2.5Vまで放電し、非水系電解液二次電池を安定させた。さらに、1/6Cで4.2VまでCC-CV充電を行った後、1/6Cで2.5Vまで放電し、初期コンディショニングを行った。
<Evaluation of non-aqueous electrolyte secondary batteries>
[Initial conditioning]
In a constant temperature bath at 25°C, the non-aqueous electrolyte secondary battery was heated to 4.2V at a current equivalent to 1/6C (1C refers to the current value that takes 1 hour to charge or discharge. The same applies hereinafter). After constant current-constant voltage charging (hereinafter referred to as CC-CV charging), the battery was discharged to 2.5V at 1/6C. CC-CV charging was performed at 1/6C to 4.1V. Thereafter, aging was performed at 60° C. for 12 hours. Thereafter, the battery was discharged to 2.5V at 1/6C to stabilize the non-aqueous electrolyte secondary battery. Furthermore, after performing CC-CV charging to 4.2V at 1/6C, initial conditioning was performed by discharging to 2.5V at 1/6C.

[充電保存試験]
初期コンディショニング後の非水系電解液二次電池を再度、1/6Cで4.2VまでCC-CV充電を行った後、60℃、168時間の条件で高温保存を行った。高温保存後、電池を冷却させた後、非水系電解液二次電池を25℃において1/6Cで2.5Vまで放電させた時の放電容量を求め、これを「残存容量(1週間)」とした。下記表1に、比較例1-1の残存容量(1週間)を100とした際の、実施例1-1~実施例1-2、比較例1-1~比較例1-5の残存容量(1週間)の値を示す。
充電保存試験後の非水系電解液二次電池を再度、1/6Cで4.2VまでCC-CV充
電を行った後、60℃、336時間の条件で高温保存を行った。非水系電解液二次電池を25℃において1/6Cで2.5Vまで放電させた時の放電容量を求め、これを「残存容量(2週間)」とした。下記表1に、比較例1-1の残存容量(2週間)を100とした際の、実施例1-1~実施例1-2、比較例1-1~比較例1-5の残存容量(2週間)残存容量(2週間)の値を示す。
[Charge storage test]
After initial conditioning, the nonaqueous electrolyte secondary battery was again CC-CV charged to 4.2V at 1/6C, and then stored at high temperature at 60°C for 168 hours. After storing at high temperature and cooling the battery, calculate the discharge capacity when discharging the non-aqueous electrolyte secondary battery to 2.5V at 1/6C at 25℃, and calculate this as the "residual capacity (1 week)". And so. Table 1 below shows the remaining capacity of Examples 1-1 to 1-2 and Comparative Examples 1-1 to 1-5, when the remaining capacity (1 week) of Comparative Example 1-1 is 100. (1 week) values are shown.
After the charge storage test, the non-aqueous electrolyte secondary battery was again CC-CV charged to 4.2V at 1/6C, and then stored at high temperature at 60°C for 336 hours. The discharge capacity when the non-aqueous electrolyte secondary battery was discharged to 2.5V at 1/6C at 25°C was determined, and this was defined as the "residual capacity (2 weeks)". Table 1 below shows the remaining capacity of Examples 1-1 to 1-2 and Comparative Examples 1-1 to 1-5, when the remaining capacity (2 weeks) of Comparative Example 1-1 is 100. (2 weeks) Shows the value of remaining capacity (2 weeks).

Figure 0007398326000001
Figure 0007398326000001

比較例1-1と比較例1-2との比較から、電解液がFSOLiを含むことにより、電池の残存容量が増加することが示された。一方、比較例1-1~比較例1-3及び実施例1-1から、電解液がFSOLiを含んでいても、特定の量を超える鉄イオンを含むと、残存容量が低下することが示された。一方、実施例1-1~実施例1-2から、電解液がFSOLiを含む場合、比較例1-4及び比較例1-5と同様の量の鉄イオンを含む場合であっても、FSOLiを単独で含む場合よりも残存容量が向上する効果が示された。また、2週間保存後の残存容量からも、電解液が特定の量の鉄イオンを含みかつFSOLiを含むことにより、経時変化による非水系電解液電池の劣化が抑制される、すなわち、非水系電解液がFSOLi及び特定の量の鉄イオンを含むことで、非水系電解液二次電池の高温環境下での充電保存特性が向上することが示された。また、比較例1-2と比較例1-3との比較から、電解液が含む鉄イオンの量が特定の範囲外であると、FSOLiの添加効果が損なわれ、非水系電解液電池の残存容量が低下することがわかる。 A comparison between Comparative Example 1-1 and Comparative Example 1-2 showed that the remaining capacity of the battery increased when the electrolytic solution contained FSO 3 Li. On the other hand, from Comparative Examples 1-1 to 1-3 and Example 1-1, even if the electrolytic solution contains FSO 3 Li, if it contains iron ions exceeding a certain amount, the remaining capacity will decrease. It has been shown. On the other hand, from Examples 1-1 and 1-2, even when the electrolyte contains FSO 3 Li and the same amount of iron ions as in Comparative Examples 1-4 and 1-5, , it was shown that the residual capacity was improved more than when FSO 3 Li was contained alone. In addition, the remaining capacity after two weeks of storage shows that the deterioration of the non-aqueous electrolyte battery due to changes over time is suppressed by the electrolyte containing a specific amount of iron ions and FSO 3 Li. It has been shown that when the aqueous electrolyte contains FSO 3 Li and a specific amount of iron ions, the charge storage characteristics of a nonaqueous electrolyte secondary battery in a high-temperature environment are improved. Furthermore, from a comparison between Comparative Examples 1-2 and 1-3, it was found that when the amount of iron ions contained in the electrolyte solution is outside a specific range, the effect of adding FSO 3 Li is impaired, and the non-aqueous electrolyte battery It can be seen that the remaining capacity of

<実施例2-1~実施例2-6、比較例2-1~比較例2-6>
[正極の作製]
実施例1-1と同様の方法で、正極を作製した。
<Example 2-1 to Example 2-6, Comparative Example 2-1 to Comparative Example 2-6>
[Preparation of positive electrode]
A positive electrode was produced in the same manner as in Example 1-1.

[負極の作製]
実施例1-1と同様の方法で、負極を作製した。
[Preparation of negative electrode]
A negative electrode was produced in the same manner as in Example 1-1.

[非水系電解液の調液]
Fe(PFに代えてトリス(2,4-ペンタンジオナト)鉄(III)(Fe(acac))もしくはトリフルオロメタンスルホン酸鉄(III)(Fe(OTf))を用い、実施例1-1等と同様に調製した鉄イオン含有非水系電解液又は基準電解液1に対して、FSOLiを加えて、下記表2に記載の実施例2-1~2-6の非水系電解液を調製した。比較例1-1は基準電解液1そのものである。また、FSOLiを加えなかったものを比較例2-1~比較例2-6の非水系電解液とした。なお、表中の「含有量(質量%)」及び「含有量(質量ppm)」は、基準電解液1を100質量%とした時の含
有量である。また、表中、FSOLiの含有量は添加量を示し、Fe元素(鉄イオン)の含有量は、実施例1と同様に、誘導結合高周波プラズマ発光分光分析(ICP-AES)の測定結果に基づき求めた値である。
[Preparation of non-aqueous electrolyte]
Performed using tris(2,4-pentanedionato)iron(III) (Fe(acac) 3 ) or iron(III) trifluoromethanesulfonate (Fe(OTf) 3 ) in place of Fe(PF 6 ) 2 FSO 3 Li was added to the iron ion-containing non-aqueous electrolytic solution or reference electrolyte 1 prepared in the same manner as in Example 1-1, etc., and the non-aqueous electrolyte of Examples 2-1 to 2-6 shown in Table 2 below An aqueous electrolyte was prepared. Comparative Example 1-1 is the reference electrolytic solution 1 itself. In addition, the non-aqueous electrolytes of Comparative Examples 2-1 to 2-6 were prepared without adding FSO 3 Li. In addition, "content (mass %)" and "content (mass ppm)" in the table are contents when reference electrolyte solution 1 is 100 mass %. In addition, in the table, the content of FSO 3 Li indicates the amount added, and the content of Fe element (iron ion) is determined based on the measurement results of inductively coupled radio frequency plasma emission spectroscopy (ICP-AES), as in Example 1. This is the value calculated based on.

[非水系電解液二次電池の製造]
上記の正極、負極及び非水系電解液を用いたこと以外は、実施例1-1と同様にラミネート型の非水系電解液二次電池を作製した。
[Manufacture of non-aqueous electrolyte secondary battery]
A laminate type non-aqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 1-1, except that the above-mentioned positive electrode, negative electrode, and non-aqueous electrolyte were used.

<非水系電解液二次電池の評価>
実施例1-1と同様の方法で、初期コンディショニング及び充電保存試験を行った。実施例1-1と同様の方法で残存容量(1週間)および残存容量(2週間)を求めた。下記表2に、比較例1-1の残存容量(1週間)を100とした際の実施例2-1~実施例2-6、比較例2-1~比較例2-6の残存容量(1週間)の値、比較例1-1の残存容量(2週間)を100とした際の実施例2-1~実施例2-6、比較例2-1~比較例2-6の残存容量(2週間)の値を、比較例1-1及び比較例1-2の結果と合わせて示す。
<Evaluation of non-aqueous electrolyte secondary batteries>
Initial conditioning and charge storage tests were conducted in the same manner as in Example 1-1. The remaining capacity (1 week) and remaining capacity (2 weeks) were determined in the same manner as in Example 1-1. Table 2 below shows the residual capacity (1 week) of Examples 2-1 to 2-6 and Comparative Examples 2-1 to 2-6 when the residual capacity (1 week) of Comparative Example 1-1 is 100. 1 week), the remaining capacity of Examples 2-1 to 2-6 and Comparative Examples 2-1 to 2-6 when the remaining capacity (2 weeks) of Comparative Example 1-1 is set to 100 (2 weeks) are shown together with the results of Comparative Example 1-1 and Comparative Example 1-2.

Figure 0007398326000002
Figure 0007398326000002

実施例2-1~実施例2-6及び比較例2-1~比較例2-6から、電解液が特定の量の鉄イオンを含み、かつFSOLiを含む場合には、FSOLiを単独で含む場合よりも残存容量が増加することが示された。また、2週間保存後の残存容量からも、電解液が特定の量の鉄イオンを含みかつFSOLiを含むことにより、経時変化による非水系電解液電池の劣化が抑制されることがわかった。すなわち、非水系電解液二次電池の高温環境下での充電保存特性が向上することが示された。実施例1-1~実施例1-2及び実施例2-1~実施例2-6から、鉄イオンの価数及びカウンターアニオンの種類に関わらず、すわなち、鉄イオン源に関わらず、非水系電解液がFSOLi及び特定の量の鉄イオンを含むことで、非水系電解液二次電池の高温環境下での充電保存特性が向上することが示された。 From Examples 2-1 to 2-6 and Comparative Examples 2-1 to 2-6, when the electrolytic solution contains a specific amount of iron ions and also contains FSO 3 Li, FSO 3 Li It was shown that the residual capacity was increased compared to the case of containing alone. Additionally, the remaining capacity after two weeks of storage showed that deterioration of non-aqueous electrolyte batteries due to changes over time was suppressed by the electrolyte containing a specific amount of iron ions and FSO 3 Li. . That is, it was shown that the charge storage characteristics of a non-aqueous electrolyte secondary battery in a high-temperature environment are improved. From Examples 1-1 to 1-2 and 2-1 to 2-6, regardless of the valence of the iron ion and the type of counter anion, that is, regardless of the iron ion source, It has been shown that when the non-aqueous electrolyte contains FSO 3 Li and a specific amount of iron ions, the charge storage characteristics of the non-aqueous electrolyte secondary battery in a high-temperature environment are improved.

電池の保存期間は、例えば車両メーカーであれば、通常200日程度である。1週間、2週間保存後の残存容量の差は、経時的に大きくなるため、保存期間が長期化すればするほど、本願発明の効果が一層顕著になるといえる。 For example, the shelf life of a battery is usually about 200 days for vehicle manufacturers. Since the difference in remaining capacity after storage for one week and two weeks increases over time, it can be said that the longer the storage period is, the more pronounced the effects of the present invention will be.

本発明によれば、高温環境下で優れた充電保存特性を有する非水系電解液電池を実現でき、有用である。
また、本発明の非水系電解液及び非水系電解液電池は、非水系電解液又は非水系電解液電池を用いる公知の各種用途に用いることが可能である。具体例としては、例えば、ノートパソコン、ペン入力パソコン、モバイルパソコン、電子ブックプレーヤー、携帯電話、携帯ファックス、携帯コピー、携帯プリンター、ヘッドフォンステレオ、ビデオムービー、液晶テレビ、ハンディークリーナー、ポータブルCD、ミニディスク、トランシーバー、電子手帳、電卓、メモリーカード、携帯テープレコーダー、ラジオ、バックアップ電源、モーター、バイク、原動機付自転車、自転車、照明器具、玩具、ゲーム機器、時計、電動工具、ストロボ、カメラ、家庭用バックアップ電源、事業所用バックアップ電源、負荷平準化用電源、自然エネルギー貯蔵電源、リチウムイオンキャパシタ等が挙げられる。
According to the present invention, it is possible to realize a non-aqueous electrolyte battery having excellent charge storage characteristics in a high-temperature environment, which is useful.
Furthermore, the non-aqueous electrolyte and non-aqueous electrolyte battery of the present invention can be used in various known applications using a non-aqueous electrolyte or a non-aqueous electrolyte battery. Specific examples include notebook computers, pen input computers, mobile computers, e-book players, mobile phones, mobile fax machines, mobile copiers, mobile printers, headphone stereos, video movies, LCD televisions, handy cleaners, portable CDs, and mini discs. , transceivers, electronic organizers, calculators, memory cards, portable tape recorders, radios, backup power supplies, motors, motorcycles, motorized bicycles, bicycles, lighting equipment, toys, game equipment, watches, power tools, strobes, cameras, home backups Examples include power sources, backup power sources for business offices, power sources for load leveling, natural energy storage power sources, and lithium ion capacitors.

Claims (6)

FSOLiを含み、鉄イオンを1質量ppm以上100質量ppm以下含み、FSO Liの含有量が0.001質量%以上10.0質量%以下である、非水系電解液。 A non-aqueous electrolytic solution containing FSO 3 Li, containing iron ions in an amount of 1 mass ppm or more and 100 mass ppm or less, and having an FSO 3 Li content of 0.001 mass % or more and 10.0 mass % or less . 金属イオンを吸蔵及び放出可能な正極並びに負極と、非水系電解液とを備える非水系電解液電池であって、該非水系電解液がFSOLiを含み、鉄イオンを1質量ppm以上100質量ppm以下含み、該非水系電解液中のFSO Liの含有量が、0.001質量%以上10.0質量%以下である、非水系電解液電池。 A non-aqueous electrolyte battery comprising a positive electrode and a negative electrode capable of occluding and releasing metal ions, and a non-aqueous electrolyte, the non-aqueous electrolyte containing FSO 3 Li and containing iron ions in an amount of 1 mass ppm or more and 100 mass ppm. A non-aqueous electrolyte battery , wherein the content of FSO 3 Li in the non-aqueous electrolyte is 0.001% by mass or more and 10.0% by mass or less. 前記正極は集電体及び該集電体上に設けられた正極活物質層を有し、該正極活物質が、下記組成式(1)で表される金属酸化物である、請求項に記載の非水系電解液電池。
Lia1Nib1Coc1d1・・・(1)
(上記式(1)中、a1、b1、c1及びd1は、0.90≦a1≦1.10、0<b1<0.4、b1+c1+d1=1を満たす。MはMn、Al、Mg、Zr、Fe、Ti及びErからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を表す。)
The positive electrode has a current collector and a positive electrode active material layer provided on the current collector, and the positive electrode active material is a metal oxide represented by the following composition formula ( 1 ). The described non-aqueous electrolyte battery.
Li a1 Ni b1 Co c1 M d1 O 2 ...(1)
(In the above formula (1), a1, b1, c1 and d1 satisfy 0.90≦a1≦1.10, 0<b1<0.4, b1+c1+d1=1. M is Mn, Al, Mg, Zr , represents at least one element selected from the group consisting of Fe, Ti, and Er.)
前記正極は集電体及び該集電体上に設けられた正極活物質層を有し、該正極活物質が、下記組成式(2)で表される金属酸化物である、請求項に記載の非水系電解液電池。
Lia2Nib2Coc2d2・・・(2)
(上記式(2)中、a2、b2、c2及びd2は、0.90≦a2≦1.10、0.4≦b2<1.0、b2+c2+d2=1を満たす。MはMn、Al、Mg、Zr、Fe、Ti及びErからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を表す。)
The positive electrode has a current collector and a positive electrode active material layer provided on the current collector, and the positive electrode active material is a metal oxide represented by the following compositional formula ( 2 ). The described non-aqueous electrolyte battery.
Li a2 Ni b2 Co c2 M d2 O 2 ...(2)
(In the above formula (2), a2, b2, c2 and d2 satisfy 0.90≦a2≦1.10, 0.4≦b2<1.0, b2+c2+d2=1. M is Mn, Al, Mg , represents at least one element selected from the group consisting of Zr, Fe, Ti, and Er.)
前記正極がNMC正極であり、該NMC正極中、ニッケル元素の含有量が30モル%以上である、請求項2~4のいずれか1項に記載の非水系電解液電池。 The nonaqueous electrolyte battery according to any one of claims 2 to 4 , wherein the positive electrode is an NMC positive electrode, and the content of nickel element in the NMC positive electrode is 30 mol% or more. 前記正極がNMC正極であり、該NMC正極中、ニッケル元素の含有量が40モル%以
上である、請求項2、4又は5に記載の非水系電解液電池。
6. The nonaqueous electrolyte battery according to claim 2 , wherein the positive electrode is an NMC positive electrode, and the content of nickel element in the NMC positive electrode is 40 mol% or more.
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