JP5441221B2 - 非水電解質二次電池及び非水電解質二次電池用非水電解液 - Google Patents

Description

本発明は、粉末状のシリコン及び／またはシリコン合金を負極活物質として用いた非水電解質二次電池及び非水電解質二次電池用非水電解液に関するものである。

携帯電子機器や電力貯蔵用等の電源として、非水電解液を用い、リチウムイオンを正極と負極との間で移動させて、充放電を行うようにした非水電解質二次電池が利用されている。このような非水電解質二次電池においては、その負極における負極活物質として黒鉛材料が広く利用されている。

一方、近年においては、携帯電話、ノートパソコン、ＰＤＡ等のモバイル機器の小型化・軽量化が著しく進行しており、また多機能化に伴って消費電力も増加しており、これらの電源として使用される非水電解質二次電池においても、軽量化及び高容量化の要望が高まっている。

しかし、負極活物質に黒鉛材料を用いた場合、黒鉛材料における容量が必ずしも十分であるとは言えず、上記のような要望に十分に対応することができないという問題があった。

このため、高容量の負極活物質として、シリコン、ゲルマニウム、スズなど、リチウムと合金化する材料を用いることが検討されている。特に、シリコンは１ｇ当り約４０００ｍＡｈの高い理論容量を示すことから、負極活物質として、シリコンやシリコン合金を使用することが検討されている。

しかし、リチウムと合金を形成するシリコン等の材料を負極活物質に使用した場合、黒鉛材料を負極活物質として使用した場合と比較して、リチウムの吸蔵・放出に伴う体積変化が大きく、充放電により膨張・収縮して劣化するという問題がある。また、リチウムと合金を形成するシリコンなどの材料は、一般に使用されている非水電解液と反応しやすく、非水電解液との反応により、シリコンなどの負極活物質が劣化して、充放電サイクル特性が低下する問題がある。

本発明においては、後述するように、モノフルオロ燐酸リチウム、ジフルオロ燐酸リチウム、トリフルオロ燐酸リチウムからなる群より選ばれる少なくとも１種のフッ素化燐酸リチウム、及びジイソシアネート化合物を非水電解液の添加剤として含有させている。

特許文献１においては、ジフルオロ燐酸リチウムを含む電解液を用いた非水電解質二次電池が開示されている。しかしながら、粉末状のシリコン及び／またはシリコン合金を負極活物質として用いた非水電解質二次電池における作用効果については検討されていない。

また、特許文献２においては、ジイソシアネート化合物を含む電解液を用いた非水電解質二次電池が開示されている。しかしながら、粉末状のシリコン及び／またはシリコン合金を負極活物質として用いた場合の効果や、前記フッ素化燐酸リチウムと併用した場合の効果については何ら開示されていない。

特開２００８−２７７００４号公報 特開２００７−２４２４１１号公報

本発明は、粉末状のシリコン及び／またはシリコン合金を負極活物質として用いた非水電解質二次電池において、充放電時における負極活物質と電解液との間の副反応を抑制し、サイクル特性を向上させることにある。

本発明の非水電解質二次電池は、正極活物質を含む正極と、負極活物質を含む負極と、非水系溶媒に溶質を溶解させた非水電解液とを備える非水電解質二次電池であって、負極活物質として、粉末状のシリコン及び／またはシリコン合金が用いられ、非水電解液に、モノフルオロ燐酸リチウム、ジフルオロ燐酸リチウム、トリフルオロ燐酸リチウムからなる群より選ばれる少なくとも１種のフッ素化燐酸リチウム、及びジイソシアネート化合物が添加剤として含まれ、鎖状カーボネート化合物が非水系溶媒として含まれていることを特徴としている。

本発明においては、非水電解液に、前記フッ素化燐酸リチウム、及びジイソシアネート化合物が添加剤として含まれている。さらに、鎖状カーボネート化合物が非水系溶媒として含まれている。これらの成分が、非水電解液中に含まれることにより、充放電時における負極活物質と電解液との間の副反応を抑制することができ、サイクル特性を向上させることができる。

本発明において用いる前記フッ素化燐酸リチウムとしては、ジフルオロ燐酸リチウムが特に好ましく用いられる。

非水電解液中におけるモノフルオロ燐酸リチウム、ジフルオロ燐酸リチウム、トリフルオロ燐酸リチウムからなる群より選ばれる少なくとも１種のフッ素化燐酸リチウムの含有量は非水電解液全体に対して、０．００１質量％〜５質量％の範囲内が好ましく、さらに好ましくは０．０１質量％〜３質量％の範囲内であり、最も好ましくは０．１質量％〜２質量％の範囲内である。これらの化合物の含有量が少なすぎると、負極活物質の上に十分な被膜を形成することができず、充放電時における負極活物質と電解液との間の副反応を十分に抑制できない場合がある。また、これらの化合物の含有量が多すぎると、充放電効率の低下を招く場合がある。

本発明において用いるジイソシアネート化合物としては、各種のジイソシアネート化合物を用いることができる。特に、アルキレンジイソシアネート化合物を用いることが好ましい。

アルキレンジイソシアネート化合物における脂肪族炭化水素基の炭素数は、６以上１２以下であることが好ましい。このようなアルキレンジイソシアネート化合物の具体例としては、１，６−ジイソシアナトヘキサン、１，７−ジイソシアナトヘプタン、１，８−ジイソシアナトオクタン、１，９‐ジイソシアナトノナン、１，１０−ジイソシアナトデカン、１，１１−ジイソシアナトウンデカン、１，１２−ジイソシアナトドデカンなどが挙げられる。

非水電解液中におけるジイソシアネート化合物の含有量は溶質を除く前記非水電解液に対して、０．０１体積％〜１０体積％の範囲内であることが好ましく、さらに好ましくは０．１体積〜５体積％の範囲内であり、特に好ましくは０．５体積％〜３体積％の範囲内である。ジイソシアネート化合物の含有量が少なすぎると、負極活物質の上に十分な被膜を形成することができず、充放電時における負極活物質と電解液との間の副反応を十分に抑制できない場合がある。また、ジイソシアネート化合物の含有量が多すぎると、電池内部の抵抗が大きくなり電池容量の低下を招く場合がある。

本発明において、非水系溶媒として用いる鎖状カーボネート化合物としては、ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルプロピルカーボネート、エチルプロピルカーボネート、ジプロピルカーボネートなどが挙げられる。これらの化合物は、鎖状カーボネート化合物として１種を用いてもよいし、２種以上を混合して用いてもよい。また、これらの化合物中の水素の一部あるいは全てが、フッ素で置換された鎖状カーボネート化合物を用いてもよい。

非水電解液中における鎖状カーボネート化合物の含有量は、５０体積％〜９５体積％の範囲内であることが好ましく、さらに好ましくは６０体積％〜９０体積％の範囲内であり、特に好ましくは７０体積〜８５体積％の範囲内である。鎖状カーボネート化合物の含有量が少なすぎると、前記フッ素化燐酸リチウム及びジイソシアネート化合物による負極活物質上の被膜を安定に保つことができず、充放電時における負極活物質と電解液との間の副反応を十分に抑制できない場合がある。また、鎖状カーボネート化合物の含有量が多すぎると、電解液の伝導度が低下する場合がある。

本発明においては、非水系溶媒として、フッ素化環状カーボネートがさらに含有されていることが好ましい。フッ素化環状カーボネートの具体例としては、４−フルオロ−１，３−ジオキソラン−２−オン、４，５−ジフルオロ−１，３−ジオキソラン−２−オン、４，４−ジフルオロ−１，３−ジオキソラン−２−オン、４−フルオロ−５−メチル−１，３−ジオキソラン−２−オン、４−フルオロ‐４−メチル−１，３−ジオキソラン−２−オン、４−トリフルオロメチル−１，３−ジオキソラン−２−オンなどのフッ素化環状カーボネート誘導体が挙げられる。

フッ素化環状カーボネート誘導体としては、４−フルオロ−１，３−ジオキソラン−２−オン、４，５−ジフルオロ−１，３−ジオキソラン−２−オンが好ましく用いられ、４−フルオロ−１，３−ジオキソラン−２−オンが特に好ましく用いられる。これらのフッ素化エチレンカーボネートを用いることにより、充放電サイクル特性をさらに向上させることができる。

非水電解液中のフッ素化環状カーボネートの含有量としては、５体積％〜５０体積％の範囲内であることが好ましく、さらに好ましくは１０体積％〜４０体積％の範囲内であり、特に好ましくは１５体積％〜３０体積％の範囲内である。フッ素化環状カーボネートの含有量が少なすぎると、サイクル特性が低下する場合がある。また、フッ素化環状カーボネートの含有量が多すぎると、高温保存によるガス発生が多くなる場合がある。

本発明において、非水系溶媒に溶解させる溶質としては、非水電解質二次電池において一般に使用されているリチウム塩を用いることができる。このようなリチウム塩としては、例えば、ＬｉＰＦ_６，ＬｉＢＦ_４，ＬｉＣＦ_３ＳＯ_３，ＬｉＮ（ＣＦ_３ＳＯ_２）_２，ＬｉＮ（Ｃ_２Ｆ_５ＳＯ_２）_２，ＬｉＮ（ＣＦ_３ＳＯ_２）（Ｃ_４Ｆ_９ＳＯ_２），ＬｉＣ（ＣＦ_３ＳＯ_２）_３，ＬｉＣ（Ｃ_２Ｆ_５ＳＯ_２）_３，ＬｉＡｓＦ_６，ＬｉＣｌＯ_４，Ｌｉ_２Ｂ_１０Ｃｌ_１０，Ｌｉ_２Ｂ_１２Ｃｌ_１２や、これらの混合物等を用いることができる。また、これらのリチウム塩に加えて、オキサラト錯体をアニオンとするリチウム塩を含ませることが好ましい。また、このようなオキサラト錯体をアニオンとするリチウム塩としては、リチウム−ビス（オキサラト）ボレートなどを用いることができる。

非水電解液中における溶質の含有量は、特に限定されるものではないが、一般に、０．５モル／リットル〜２モル／リットルの範囲内であることが好ましく、さらに好ましくは０．６モル／リットル〜１．８モル／リットルの範囲内であり、特に好ましくは０．７モル／リットル〜１．７モル／リットルの範囲内である。

本発明においては、負極活物質として、粉末状のシリコン及び／またはシリコン合金を用いている。前記フッ素化燐酸リチウム及びジイソシアネート化合物から形成される被膜は、このような負極活物質の表面上に形成され、負極活物質と電解液との間の副反応を抑制し、サイクル特性を向上させる。

負極活物質に用いる上記のシリコン合金としては、シリコンと他の１種以上の元素との固溶体、シリコンと他の１種以上の元素との金属間化合物、シリコンと他の１種以上の元素との共晶合金などが挙げられる。

このようなシリコン合金の製造方法としては、公知の方法を用いることができ、例えば、アーク溶解法、液体急冷法、メカニカルアロイング法、スパッタリング法、化学気相成長法、焼成法などを用いることができる。また、液体急冷法としては、単ロール急冷法、双ロール急冷法、及びガスアトマイズ法、水アトマイズ法、ディスクアトマイズ法などの各種アトマイズ法を用いることができる。

本発明における負極は、負極集電体の上に、粉末状のシリコン及び／またはシリコン合金からなる負極活物質と、結着剤からなる負極合剤層を設けたものであることが好ましい。そして、負極集電体の上に、負極活物質と結着剤からなる負極合剤層を設けた後、非酸化性雰囲気中で上記結着剤のガラス転移温度以上の温度で焼結させて負極を作製することが好ましい。結着剤のガラス転移温度以上の温度で焼結させることにより、負極活物質間及び負極活物質と負極集電体間の密着性を向上させることができる。また、負極活物質間の密着性及び負極活物質と負極集電体との間の密着性を高め、充放電における負極活物質の膨張・収縮によって負極活物質が負極集電体から剥離するのを抑制するため、負極集電体の上に負極合剤層を設けた後、これを圧延し、その後焼結させることが好ましい。

結着剤としては、ポリイミド樹脂を用いることが好ましい。ポリイミド樹脂を用いることにより、結着剤のガラス転移温度以上の温度で負極を焼結させることができるため、負極活物質間及び負極活物質と負極集電体の間の密着性を向上させることができ、充放電による粉末状のシリコン及び／またはシリコン合金からなる負極活物質の膨張による劣化を抑制することができる。

負極を焼結させる温度は、上述のように結着剤のガラス転移温度以上であることが好ましく、ポリイミド樹脂を用いる場合、２００〜５００℃の範囲内であることが好ましい。

非酸化性雰囲気としては、アルゴンなどの不活性ガスの雰囲気や窒素ガスの雰囲気であることが好ましい。水素ガスなどの還元性雰囲気であってもよい。

上記の負極集電体としては、その表面粗さＲａが０．２μｍ以上のものを用いることが好ましい。表面粗さＲａが０．２μｍ以上の負極集電体を用いると、負極活物質と負極集電体との接触面積が大きくなると共に、負極集電体の表面の凹凸部分に結着剤が入り込む。この状態で焼結させると、アンカー効果も発現して、負極活物質と負極集電体との密着性が大きく向上し、充放電時における負極活物質の膨張・収縮によって負極活物質が負極集電体から剥離したりするのが一層抑制されるようになる。

本発明の非水電解質二次電池において、その正極に用いる正極活物質としては、一般に使用されている公知の正極活物質を用いることができる。例えば、ＬｉＣｏＯ_２等のリチウム・コバルト複合酸化物、ＬｉＮｉＯ_２等のリチウム・ニッケル複合酸化物、ＬｉＭｎ_２Ｏ_４，ＬｉＭｎＯ_２等のリチウム・マンガン複合酸化物、ＬｉＮｉ_１−ｘＣｏ_ｘＯ_２（０＜ｘ＜１）等のリチウム・ニッケル・コバルト複合酸化物、ＬｉＭｎ_１−ｘＣｏ_ｘＯ_２（０＜ｘ＜１）等のリチウム・マンガン・コバルト複合酸化物、ＬｉＮｉ_ｘＣｏ_ｙＭｎ_ｚＯ_２（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）等のリチウム・ニッケル・コバルト・マンガン複合酸化物、ＬｉＮｉ_ｘＣｏ_ｙＡｌ_ｚＯ_２（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）等のリチウム・ニッケル・コバルト・アルミニウム複合酸化物等のリチウム含有遷移金属酸化物などを用いることができる。

ここで、正極活物質にコバルト酸リチウムＬｉＣｏＯ_２を用いる場合、その表面にジルコニウムを固着させることが望ましい。これにより、コバルト酸リチウムの結晶構造を安定化させて充放電サイクル特性を向上させると共に、非水電解液との界面とにおいて充放電反応以外の副反応が生じるのを抑制することができる。

本発明の非水電解液は、非水系溶媒と、非水系溶媒に溶解させた溶質とを含み、粉末状のシリコン及び／またはシリコン合金を活物質として用いる非水電解質二次電池に用いられる非水電解液であり、モノフルオロ燐酸リチウム、ジフルオロ燐酸リチウム、トリフルオロ燐酸リチウムからなる群より選ばれる少なくとも１種のフッ素化燐酸リチウム及びジイソシアネート化合物を添加剤として含み、鎖状カーボネート化合物を非水系溶媒として含むことを特徴としている。

本発明の非水電解液を用いることにより、充放電時における負極活物質と電解液との間の副反応を抑制し、サイクル特性を向上させることができる。

本発明によれば、粉末状のシリコン及び／またはシリコン合金を負極活物質として用いた非水電解質二次電池において、モノフルオロ燐酸リチウム、ジフルオロ燐酸リチウム、トリフルオロ燐酸リチウムからなる群より選ばれる少なくとも１種のフッ素化燐酸リチウム及びジイソシアネート化合物による被膜を、負極活物質の上に形成することができる。また、鎖状カーボネート化合物が非水系溶媒として含まれているので、この被膜を非水電解液中において安定に存在させることができる。被膜の存在により、充放電時における負極活物質と電解液との間の副反応を抑制することができる。従って、非水電解質二次電池の充放電サイクル特性を向上させることができる。

本発明に従う実施例において作製した非水電解質二次電池を示す平面図。 本発明に従う実施例において作製した電極体を示す平面図。 本発明に従う実施例において作製した電極体を示す部分断面図。

以下、本発明を具体的な実施例により説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において適宜変更して実施することができるものである。

（実施例１）
〔正極の作製〕
正極活物質としては、ＬｉＣｏＯ_２で表されるコバルト酸リチウム（平均粒子径１３μｍ、ＢＥＴ比表面積０．３５ｍ^２／ｇ）の表面にジルコニウム化合物を固着させたものを用いた。表面にジルコニウム化合物が付着したコバルト酸リチウムは、原料中にジルコニウム化合物を添加し焼成することにより製造することができる。

この正極活物質と、導電剤の炭素材料粉末と、結着剤のポリフッ化ビニリデンとが９５：２．５：２．５の質量比になるようにし、これにＮ−メチル−２−ピロリドン溶液を加えて混練し、正極合剤スラリーを調製した。

次いで、厚み１５μｍ，長さ４０２ｍｍ，幅５０ｍｍのアルミニウム箔からなる正極集電体を用い、上記の正極合剤スラリーを、この正極集電体の片面には長さ３４０ｍｍ，幅５０ｍｍで塗布し、反対側の面には長さ２７１ｍｍ，幅５０ｍｍで塗布した。これを乾燥させて圧延して、正極を作製した。ここで、上記の正極の厚みは１４３μｍであり、正極集電体上の正極合剤の量は４８ｍｇ／ｃｍ^２であり、正極合剤の充填密度は３．７５ｇ／ｃｍ^３であった。

そして、上記の正極において、正極合剤が塗布されていない部分に、厚み７０μｍ，長さ３５ｍｍ，幅４ｍｍのアルミニウム平板からなる正極集電タブを取り付けた。

〔負極の作製〕
負極活物質としては、平均粒子径が１０μｍのシリコン粉末（純度９９．９質量％）を用いた。

この負極活物質と、導電剤である黒鉛粉末と、結着剤であるガラス転移温度が２９５℃の熱可塑性ポリイミドとを、８７：３：７．５の質量比になるようにして、これらにＮ−メチル−２−ピロリドン溶液を加え、これを混練して負極合剤スラリーを調製した。

そして、この負極合剤スラリーを、表面粗さＲａが０．３μｍで、厚みが２０μｍのＣｕ−Ｎｉ−Ｓｉ−Ｍｇ（Ｎｉ：３質量％，Ｓｉ：０．６５質量％，Ｍｇ：０．１５質量％）合金箔からなる負極集電体である両面に塗布し、これを乾燥させた。なお、負極集電体上の負極合剤の量は５．６ｍｇ／ｃｍ^２であった。

次いで、上記のように負極合剤を設けた負極集電体を、長さ３８０ｍｍ，幅５２ｍｍの長方形状に切り抜いて圧延させ、アルゴン雰囲気中において４００℃で１０時間熱処理して焼結させて負極を作製した。なお、焼結後の負極の厚みは５６μｍであった。

そして、上記の負極の端部に厚み７０μｍ，長さ３５ｍｍ，幅４ｍｍのニッケル平板からなる負極集電タブを取り付けた。

〔非水電解液の作製〕
非水系溶媒として、４−フルオロ−１，３−ジオキラン−２−オン（フルオロエチレンカーボネート：ＦＥＣ）と、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）とを用いた。添加剤として、１，６−ジイソシアナトヘキサン（ＨＭＤＩ）とを用いた。ＦＥＣ：ＤＭＣ：ＨＭＤＩが２０：７９：１の体積比となるように混合し、混合溶媒を作製した。この混合溶媒に、溶質としてＬｉＰＦ_６を１．０モル／リットルの濃度となるように溶解させ、さらにジフルオロ燐酸リチウム（ＬｉＰＦ_２Ｏ_２）を１．０質量％となるように溶解させた。これに炭酸ガスを０．４質量％溶解させて、非水電解液を作製した。

〔非水電解質二次電池の作製〕
上記で作製した正極、負極、及び非水電解液を用いて非水電解質二次電池を作製した。正極と負極とはセパレータを介して対向するように配置し、これらを所定の位置で折り曲げるようにして巻回し、これをプレスして扁平形状の電極体を作製した。

図２は作製した電極体１０を示しており、図３は電極体１０の部分断面図である。図３に示すように、正極１と負極２との間にセパレータ３を介在させ、これを巻回している。セパレータ３としては、厚さ２２μｍ、長さ４３０ｍｍ、幅５４．５ｍｍのポリエチレン製多孔体からなるセパレータを２枚用いた。

図２に示すように、電極体１０から、正極１に接続した正極集電タブ１ａと、負極２に接続した負極集電タブ２ａとが突き出るように電極体１０を作製した。

図１は、図２に示す電極体を用いて作製した非水電解質二次電池を示す平面図である。図１に示すように、アルミニウムラミネートフィルムで構成された電池容器２０内に、電極体１０を収納させ、電池容器２０内に上記の非水電解液を加え、正極集電タブ１ａ及び負極集電タブ２ａとが外部に取り出されるようにして、電池容器２０の開口部を封口させ、非水電解質二次電池を作製した。作製した非水電解質二次電池の設計容量は、９５０ｍＡｈである。

（実施例２）
ジイソシアネート化合物として、ＨＭＤＩに代えて、１，１２−ジイソシアナトドデカン（ＤＭＤＩ）を用いる以外は、上記実施例１と同様にして非水電解質二次電池を作製した。

（実施例３）
ＬｉＰＦ_２Ｏ_２の非水電解液中での含有量を０．５質量％とする以外は、実施例１と同様にして非水電解質二次電池を作製した。

（実施例４）
ＦＥＣ：ＤＭＣ：ＨＭＤＩを２０：７９．５：０．５の体積比とし、ＬｉＰＦ_２Ｏ_２を０．５質量％とする以外は、実施例１と同様にして非水電解質二次電池を作製した。

（比較例１）
ＬｉＰＦ_２Ｏ_２及びＨＭＤＩを添加せずに、ＤＭＣの含有量を８０体積％とする以外は、実施例１と同様にして非水電解質二次電池を作製した。

（比較例２）
添加剤としてＬｉＰＦ_２Ｏ_２のみを１質量％添加した以外は、実施例１と同様にして非水電解質二次電池を作製した。

（比較例３）
添加剤としてＨＭＤＩのみを１体積％添加し、ＤＭＣの含有量を７９体積％とする以外は、実施例１と同様にして非水電解質二次電池を作製した。

（比較例４）
添加剤として、ＨＭＤＩに代えてイソシアン酸ヘキシルを用いること以外は、実施例１と同様にして非水電解質二次電池を作製した。

（比較例５）
ＤＭＣに代えて、プロピオン酸メチル（ＭＰ）を７９体積％となるように用いる以外は、実施例１と同様にして非水電解質二次電池を作製した。

（比較例６）
ＬｉＰＦ_２Ｏ_２及びＨＭＤＩを添加せず、ＤＭＣに代えてＭＰを８０体積％用いる以外は、実施例１と同様にして非水電解質二次電池を作製した。

〔非水電解質二次電池の評価〕
実施例１〜４及び比較例１〜６の各非水電解質二次電池について、それぞれ２５℃の室温条件において、１９０ｍＡの定電流で４．２Ｖになるまで充電し、さらに４．２Ｖの定電圧で電流値が４８ｍＡになるまで定電圧充電させた後、１９０ｍＡの定電流で２．７５Ｖになるまで放電させて、初期充放電を行った。

次に、上記のように初期充放電させた実施例１〜４及び比較例１〜６の各非水電解質二次電池を、それぞれ２５℃の温度条件において、９５０ｍＡの定電流で４．２Ｖになるまで充電し、さらに４．２Ｖの定電圧で電流値が４８ｍＡになるまで定電圧充電させた後、９５０ｍＡの定電流で２．７５Ｖになるまで放電させ、これを１サイクルとして３００サイクルの充放電を繰り返して行った。

実施例１〜４及び比較例１〜６の各非水電解質二次電池について、それぞれ１サイクル目の放電容量Ｑ１と３００サイクル目の放電容量Ｑ３００とを求めて、下記の式により、それぞれ２５℃の室温条件での３００サイクル目の容量維持率を求めた。

容量維持率＝（Ｑ３００／Ｑ１）×１００
実施例１〜４及び比較例１〜６の各電池の電解液組成と共に、容量維持率を表１に示す。

表１に示すように、非水電解液に、フッ素化燐酸リチウムであるＬｉＰＦ_２Ｏ_２及びジイソシアネート化合物であるＨＭＤＩまたはＤＭＤＩを添加剤として含み、鎖状カーボネート化合物としてのＤＭＣを非水系溶媒として含む電解液組成である実施例１〜４は、前記フッ素化燐酸リチウム及びジイソシアネート化合物を添加剤として含んでいない比較例１に比べ、高い容量維持率を示しており、充放電サイクル特性に優れていることがわかる。

また、実施例１〜４は、前記フッ素化燐酸リチウムのみを含有する比較例２及びジイソシアネート化合物のみを含有する比較例３に比べても、高い容量維持率が得られており、前記フッ素化燐酸リチウムとジイソシアネート化合物の両方を添加剤として含むことにより、充放電サイクル特性を高め得ることがわかる。

なお、比較例２及び比較例３に係る非水電解質二次電池は、比較例１に係る非水電解質二次電池よりも充放電サイクル特性が低下する。これより、粉末状のシリコン及び／またはシリコン合金を負極活物質として用いた場合には、前記フッ素化燐酸リチウム及びジイソシアネート化合物の内の一方のみを添加すると、充放電サイクル特性が低下することがわかる。

また、比較例４より、イソシアネート化合物としてモノイソシアネートであるイソシアン酸ヘキシルを用いた場合にはサイクル特性が改善されない。

また、比較例５と比較例６の比較から明らかなように、鎖状カーボネート化合物が含まれていない場合には、前記フッ素化燐酸リチウム及びジイソシアネート化合物を添加剤として添加しても、充放電サイクル特性の向上が認められないことがわかる。これは、前記フッ素化燐酸リチウム及びジイソシアネート化合物により形成された被膜が、鎖状カーボネート化合物の存在下では安定に存在することができるが、鎖状カーボネート化合物が含まれていない場合には、安定して存在することができず、充放電サイクル特性が向上しなかったものと考えられる。

従って、本発明によれば、モノフルオロ燐酸リチウム、ジフルオロ燐酸リチウム、トリフルオロ燐酸リチウムからなる群より選ばれる少なくとも１種のフッ素化燐酸リチウム及びジイソシアネート化合物を添加剤として非水電解液に添加することにより、負極活物質の表面に、負極活物質と電解液との間の副反応を抑制することができる被膜が形成され、この被膜が、鎖状カーボネート化合物の存在により安定して存在することができる。この被膜により、充放電時における負極活物質と電解液との間の副反応を抑制することができ、充放電サイクル特性を向上させることができるものと思われる。

１…正極
１ａ…正極集電タブ
２…負極
２ａ…負極集電タブ
３…セパレータ
１０…電極体
２０…電池容器

Claims (4)

1. 正極活物質を含む正極と、負極活物質を含む負極と、非水系溶媒に溶質を溶解させた非水電解液とを備える非水電解質二次電池であって、
   前記負極活物質として、粉末状のシリコン及び／またはシリコン合金が用いられ、前記非水電解液に、モノフルオロ燐酸リチウム、ジフルオロ燐酸リチウム、トリフルオロ燐酸リチウムからなる群より選ばれる少なくとも１種のフッ素化燐酸リチウム、及び脂肪族炭化水素基の炭素数が６以上１２以下であるアルキレンジイソシアネート化合物が添加剤として含まれ、鎖状カーボネート化合物が前記非水系溶媒として含まれていることを特徴とする非水電解質二次電池。
2. 前記鎖状カーボネート化合物が、ジメチルカーボネートであることを特徴とする請求項１に記載の非水電解質二次電池。
3. 前記非水系溶媒として、フッ素化環状カーボネートがさらに含有されていることを特徴とする請求項１または２に記載の非水電解質二次電池。
4. 非水系溶媒と、非水系溶媒に溶解させた溶質とを含み、粉末状のシリコン及び／またはシリコン合金を負極活物質として用いる非水電解質二次電池に用いられる非水電解液であって、
   モノフルオロ燐酸リチウム、ジフルオロ燐酸リチウム、トリフルオロ燐酸リチウムからなる群より選ばれる少なくとも１種のフッ素化燐酸リチウム、及び脂肪族炭化水素基の炭素数が６以上１２以下であるアルキレンジイソシアネート化合物を添加剤として含み、鎖状カーボネート化合物を前記非水系溶媒として含むことを特徴とする非水電解質二次電池用非水電解液。

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