CN107078352A - 非水电解液及使用了该非水电解液的非水电解质二次电池 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于提供一种能够在非水电解质二次电池中改善高温保存特性及负载特性的非水电解液,并提供使用了该非水电解液的非水电解质二次电池。本发明的非水电解液是具备能够吸留和放出金属离子的正极及负极的非水电解质二次电池用非水电解液,该非水电解液含有电解质及非水溶剂,同时含有下述通式(A)表示的化合物。(式(A)中,R1、R2及Y分别表示任选具有取代基的碳原子数1~12的烃基,X表示氢或氟原子,R1、R2及Y各自相同或不同。)。
Description
技术领域
本发明涉及非水电解液及使用了该非水电解液的非水电解质二次电池。
背景技术
伴随着手机、笔记本电脑等便携电子设备的快速发展,对其主电源及备用电源所使用的电池的高容量化的要求不断提高。伴随着该要求的提高,与镍镉电池、镍氢电池相比能量密度更高的锂离子二次电池等非水电解质电池备受瞩目。
作为锂离子二次电池的电解液,其代表例可以举出将LiPF6、LiBF4、LiN(CF3SO2)2、LiCF3(CF2)3SO3等电解质溶解于碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯等高介电常数溶剂和碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯等低粘度溶剂的混合溶剂中而成的非水电解液。
另外,作为锂离子二次电池的负极活性物质,主要使用了能够吸留和放出锂离子的碳质材料。作为上述碳质材料的代表例,可举出天然石墨、人造石墨、非晶质碳等。此外,还已知使用了硅、锡等作为负极活性物质的金属或合金系的负极来谋求高容量化。另一方面,作为正极活性物质,主要使用了能够吸留和放出锂离子的过渡金属复合氧化物。作为上述过渡金属复合氧化物中的过渡金属的代表例,可以举出钴、镍、锰、铁等。
例如,对于使用了上述说明的非水电解液的非水电解质二次电池而言,由于其反应性根据其非水电解液的组成而不同,因此可以通过非水电解液而使电池特性大幅改变。为了改进非水电解质二次电池的保存特性等电池特性、或者提高过充电时的电池安全性,对于非水溶剂及电解质进行了各种研究。
专利文献1进行了以下的研究:在包含以钴酸锂为代表的锂过渡金属氧化物作为活性物质的正极、使用石墨的负极、以及非水电解液的锂二次电池中,通过向电解液中添加丙二酸酯化合物来改善循环特性。
专利文献2进行了通过在面向双电层电容器的电解液中添加丙二酸酯、三羧酸酯化合物来提高电解液的耐还原性的研究及抑制恒定电压充电时的漏电流的研究。
专利文献3进行了以下的研究:在包含以由V2O5、P2O5构成的非晶质材料作为活性物质的正极、使用金属锂的负极、以及非水电解液的锂二次电池中,通过向电解液中添加二羧酸化合物来改善循环特性。
专利文献4进行了以下的研究:在包含以钴酸锂为代表的锂过渡金属氧化物作为活性物质的正极、使用人造石墨的负极、以及非水电解液的锂二次电池中,通过向电解液中添加特定的羧酸酯化合物来改善高温循环后的容量保持率。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开平11-135148号公报
专利文献2:国际公开WO2008-001955号公报
专利文献3:日本特开昭64-30178号公报
专利文献4:国际公开WO2011-034067号公报
发明内容
发明要解决的课题
但是,近年来对锂非水电解质二次电池特性改善的要求不断提高。具体来说,对电池要求以高水平兼备高温保存特性、能量密度、输出特性、寿命、高速充放电特性、低温特性等所有性能,但目前仍未实现。这是由于,以高温保存特性为代表的耐久性能与容量、电阻、输出特性等性能存在折衷选择的关系,以往的电池存在难以良好地使这些所有的性能综合地平衡的问题。
如果使用专利文献1、3、4中记载的含有以丙二酸二甲酯为代表的丙二酸酯化合物、以琥珀酸为代表的二羧酸化合物、或以2-(甲磺酰氧基)丙酸甲酯为代表的特性化合物的电解液,如这些文献所公开那样,循环特性得到提高。但是,这样的电解液在电极上的反应性高,高温保存时的保存气体膨胀存在改善的余地。
专利文献2中实施或记载的电解质仅为季铵盐,对于使用以锂盐为代表的碱金属盐作为电解质盐时的效果没有任何明确记载。另外,发明的用途限于双电层电容器,专利文献2中没有作为锂二次电池用途这样的记载。
解决课题的方法
本发明是鉴于上述课题而进行的。即,本发明的目的在于提供一种非水电解液,该非水电解液能够在非水电解质二次电池中使耐久性与容量、电阻、输出特性等性能良好地综合平衡,并改善高温保存特性及负载特性。另外,本发明的目的还在于,提供使用了这样的非水电解液的非水电解质电池。
本发明的发明人等进行了深入研究的结果发现,通过在非水电解液中含有特定的化合物,可以解决上述课题,从而完成了本发明。
本发明的要点如以下所示。
(a)一种非水电解液,其是用于非水电解质二次电池的非水电解液,该非水电解质二次电池具备能够吸留和放出金属离子的正极及负极,该非水电解液含有电解质及非水溶剂,同时含有下述通式(A)表示的化合物,
[化学式1]
(式(A)中,R1、R2及Y分别表示任选具有取代基的碳原子数1~12的烃基,X表示氢或氟原子,R1、R2及Y各自相同或不同)。
(b)上述(a)所述的非水电解液,其中,所述通式(A)中,X为氢原子。
(c)上述(a)或(b)所述的非水电解液,其中,所述通式(A)中,R1、R2及Y分别为不具有取代基的碳原子数1~12的烃基。
(d)上述(a)或(b)所述的非水电解液,其中,所述通式(A)中,R1、R2及Y分别为不具有取代基的碳原子数1~12的烷基。
(e)上述(a)~(d)中任一项所述的非水电解液,其中,所述通式(A)表示的化合物的添加量相对于非水电解液总量为0.001质量%以上且10质量%以下。
(f)上述(a)~(e)中任一项所述的非水电解液,其中,所述非水电解液还含有选自下组中的至少一种添加剂:具有碳-碳不饱和键的环状碳酸酯、具有氟原子的环状碳酸酯、腈化合物、异氰酸酯化合物、具有异氰尿酸骨架的化合物、被氟化的盐、酸酐化合物、丙烯酸酯化合物、芳香族化合物、环状醚化合物、草酸盐及环状磺酸酯。
(g)上述(a)~(f)中任一项所述的非水电解液,其中,所述非水溶剂包含链状羧酸酯。
(h)一种非水电解质二次电池,其具备能够吸留和放出金属离子的正极及负极、以及非水电解液,其中,该非水电解液是(a)~(g)中任一项所述的非水电解液。
(i)上述(h)所述的非水电解质二次电池,其中,所述能够吸留和放出金属离子的负极的负极活性物质具有碳作为构成元素。
(j)上述(h)所述的非水电解质二次电池,其中,所述能够吸留和放出金属离子的负极的负极活性物质具有硅(Si)或锡(Sn)作为构成元素。
(k)上述(h)所述的非水电解质二次电池,其中,所述能够吸留和放出金属离子的负极的负极活性物质是能够与Li形成合金的金属粒子和石墨粒子的混合体或复合体。
发明的效果
根据本发明,关于非水电解质二次电池,可以提供高温保存特性、负载特性等性能优异、且综合性能的平衡良好的电池。
使用本发明的非水电解液制作的非水电解质二次电池为综合性能的平衡良好二次电池的作用/原理虽然并不明确,但可认为如以下所述。但本发明并不限定于以下所述的作用/原理。
通式(A)表示的化合物在被羰基夹持的碳原子上(α位)具有活性的氢原子等。由于该氢的质子互变异构而产生酮式与烯醇式的互变异构体。另外,通式(A)的化合物在α位不仅具有氢原子,还具有烃基Y。由于烃基的供电子性比氢原子高,前面所述的氢原子的酸度下降。由此,在非水电解质二次电池中,通式(A)表示的化合物与在负极上生成的醇盐等碱成分的副反应被抑制,同时,在非水电解液的负极上的还原反应性也下降,因此,以氢为代表的气体的产生也受到抑制。
可认为前面所述的烃基Y不仅会对α位的氢原子的反应性带来影响,而且会对酮式与烯醇式的平衡状态带来影响。与α位未被烃基取代的化合物相比,通式(A)表示的化合物的反应性虽然下降,但在负极上也有少量被还原。可认为由于该还原而在α位上生成自由基阴离子,该自由基阴离子也与氢原子同样地会引起酮式-烯醇式互变异构。由于在α位上键合有供电性的烃基,α位的自由基阴离子的稳定性差,可认为平衡向烯醇式一侧转移。烯醇式由于在羰基的氧原子上具有阴离子,可认为与正极活性物质的过渡金属元素发生强烈的相互作用。由此,可认为会使正极表面的活性下降,在正极活性物质表面的非水电解液的分解反应被抑制。
具体实施方式
下面,对本发明的实施方式进行说明,但本发明并不受以下实施方式的限定,可以在不脱离本发明要点的范围内任意变形后实施。
另外,这里所说的“重量%”、“重量ppm”及“重量份”与“质量%”、“质量ppm”及“质量份”分别同义。另外,仅记载为ppm的情况下,表示的是“重量ppm”。
1.非水电解液
1-1.本发明的非水电解液
本发明的非水电解液的特征在于,含有下述通式(A)表示的化合物。
1-1-1.通式(A)表示的化合物
[化学式2]
式(A)中,R1、R2及Y分别表示任选具有取代基的碳原子数1~12的烃基,X表示氢或氟原子,R1、R2及Y各自可以相同也可以不同。需要说明的是,R1、R2及Y不会相互键合而形成环。
这里,作为上述取代基,可以举出:氰基、异氰酸酯基、酰基(-(C=O)-Ra)、酰氧基(-O(C=O)-Ra)、烷氧羰基(-(C=O)O-Ra)、磺酰基(-SO2-Ra)、磺酰氧基(-O(SO2)-Ra)、烷氧基磺酰基(-(SO2)-O-Ra)、烷氧基羰氧基(-O-(C=O)-O-Ra)、醚基(-O-Ra)、丙烯酰基、甲基丙烯酰基、卤素(优选氟)、三氟甲基等。需要说明的是,Ra表示碳原子数1~10的烷基、碳原子数2~10的烯基或碳原子数2~10的炔基。需要说明的是,这些取代基中的碳不包括R1、R2及Y的碳原子数1~12的烃基中的碳的数目。
这些取代基中,优选为氰基、异氰酸酯基、酰基(-(C=O)-Ra)、酰氧基(-O(C=O)-Ra)、烷氧羰基(-(C=O)O-Ra),更优选为氰基、酰基(-(C=O)-Ra)、烷氧羰基(-(C=O)O-Ra),特别优选为氰基、烷氧羰基(-(C=O)O-Ra),最优选为氰基。
另外,如上所述,式(A)中,R1、R2及Y分别表示任选具有取代基的碳原子数1~12的烃基。
作为该烃基的具体例,可以举出:烷基、环烷基、烯基、炔基、任选经由亚烷基的芳基。这些当中,优选为烷基、烯基、炔基,更优选为烷基、烯基,特别优选为烷基。R1、R2及Y为以上说明的烃基时,可以抑制通式(A)表示的化合物与非水电解液的分解物反应而使电极的电阻过度增加。
作为上述烷基的具体例,可以举出:甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、仲丁基、异丁基、叔丁基、正戊基、叔戊基、己基、庚基、辛基、壬基、癸基等。这些当中,优选举出乙基、正丙基、正丁基、正戊基、己基,更优选举出乙基、正丙基、正丁基。从化合物的制造难度、工业品的获取性的观点考虑,作为烷基,特别优选为乙基、正丁基。另外,使用烷基作为Y的化合物的情况下,从同样的观点考虑,作为烷基,特别优选为乙基、正丁基,最优选为正丁基。
作为上述环烷基的具体例,可以举出:环戊基、环己基、环庚基、环辛基、金刚烷基等,优选环己基、金刚烷基。
作为上述烯基的具体例,可以举出:乙烯基、烯丙基、甲代烯丙基、2-丁烯基、3-甲基-2-丁烯基、3-丁烯基、4-戊烯基等。这些当中,优选为乙烯基、烯丙基、甲代烯丙基、2-丁烯基,更优选为乙烯基、烯丙基、甲代烯丙基,特别优选为烯丙基、甲代烯丙基,最优选为烯丙基。这是由于,烃基为这样的烯基时,立体障害适当,且可以将通式(A)的化合物在电极上进行反应而使电极电阻增大调整为合适的程度。
作为上述炔基的具体例,可以举出:乙炔基、2-丙炔基、2-丁炔基、3-丁炔基、4-戊炔基、5-己炔基等。这些当中,优选为乙炔基、2-丙炔基、2-丁炔基、3-丁炔基,更优选为2-丙炔基、3-丁炔基,特别优选为2-丙炔基。这是由于,烃基为这样的炔基时,立体障害适当,且可以将通式(A)的化合物在电极上进行反应而使电极电阻增大调整为合适的程度。
作为上述任选经由亚烷基的芳基的具体例,可以举出:苯基、甲苯基、苄基、苯乙基等。
接着,在通式(A)中,X表示氢或氟原子。从非水电解液的反应性、由其形成的被膜的电阻的观点考虑,作为X,优选氢原子。
从通式(A)表示的化合物与电极的反应性的观点考虑,该式中作为R1、R2、Y的碳原子数1~12的烃基优选为未取代。由此,通式(A)表示的化合物在电极上的反应性及与在电极上生成的非水电解液的还原产物等碱成分的反应性下降。由此,可抑制因副反应带来的使用本发明的非水电解液得到的非水电解质二次电池(以下,有时只记载为“非水电解质二次电池”或“本发明的非水电解质二次电池”)的劣化。尤其是,在R1、R2、Y中,Y优选为未取代的烃基。
作为本发明的非水电解液中使用的通式(A)表示的化合物的具体例子,可以举出以下结构的化合物。
[化学式3]
[化学式4]
[化学式5]
[化学式6]
[化学式7]
[化学式8]
[化学式9]
[化学式10]
[化学式11]
[化学式12]
[化学式13]
由于能够将化合物在正极上的反应调整为合适的程度,因此,作为通式(A)表示的化合物,优选以下结构的化合物。
[化学式14]
[化学式15]
[化学式16]
[化学式17]
[化学式18]
由于能够将化合物在负极上的反应调整为合适的程度,作为通式(A)表示的化合物更优选为以下结构的化合物。
[化学式19]
[化学式20]
[化学式21]
[化学式22]
由于能够将化合物在电极上发生反应而使电极电阻增大调整为合适的程度,作为通式(A)表示的化合物进一步优选为以下结构的化合物。
[化学式23]
[化学式24]
由于能够将化合物在电极上发生反应而使电极电阻增大调整为合适的程度,作为通式(A)表示的化合物特别优选为以下结构的化合物。
[化学式25]
由于化合物的立体障碍小,能够抑制电解液粘度的上升,作为通式(A)表示的化合物,最优选以下结构的化合物。
[化学式26]
这些化合物比较容易获取、制备,且具有适度的反应性,因此电池特性的提高效果也大。本发明的非水电解液的特征在于,含有通式(A)表示的化合物,其含有的通式(A)表示的化合物并不限定于一种,也可以组合使用多种。
相对于本发明的非水电解液总量,通式(A)表示的化合物的配合量没有限制,只要不明显损害本发明的效果,则可以为任意配合量,相对于本发明的非水电解液总量(即,以非水电解液的质量作为100的情况下),通常为0.001质量%以上、优选为0.01质量%以上、更优选为0.1质量%以上、进一步优选为0.5质量%以上、特别优选为1质量%以、最优选为2质量%以上,并且通常为30质量%以下、优选为20质量%以下、更优选为10质量%以下、进一步优选为8质量%以下、更进一步优选为5质量%以下、特别优选为4质量%以下、最优选为3质量%以下。如果为上述浓度,则可以调节在电极上的反应性以及与电极上生成的非水电解液的还原产物等碱成分的反应性,从而能够使电池特性达到最佳。
即,在满足上述范围的情况下,高温保存特性、放电保存特性等效果进一步提高。
1-2.选自具有碳-碳不饱和键的环状碳酸酯、具有氟原子的环状碳酸酯、腈化合物、异氰酸酯化合物、具有异氰尿酸骨架的化合物、被氟化的盐、酸酐化合物、丙烯酸酯化合物、芳香族化合物、环状醚化合物、草酸盐及环状磺酸酯中的至少一种特定添加剂
对于本发明的非水电解液而言,从提高电池特性方面考虑,除了含有通式(A)表示的化合物以外,还含有选自具有碳-碳不饱和键的环状碳酸酯、具有氟原子的环状碳酸酯、腈化合物、异氰酸酯化合物、具有异氰尿酸骨架的化合物、被氟化的盐、酸酐化合物、丙烯酸酯化合物、芳香族化合物、环状醚化合物、草酸盐及环状磺酸酯中的至少一种特定添加剂。
这些当中,从提高电池特性的观点考虑,更优选具有碳-碳不饱和键的环状碳酸酯、具有氟原子的环状碳酸酯、腈化合物、具有异氰尿酸骨架的化合物,进一步优选具有碳-碳不饱和键的环状碳酸酯、具有氟原子的环状碳酸酯、具有异氰尿酸骨架的化合物,特别优选具有碳-碳不饱和键的环状碳酸酯、具有氟原子的环状碳酸酯,最优选具有氟原子的环状碳酸酯。
通式(A)表示的化合物及特定添加剂在电极的活性物质上发生还原反应,在其结构内形成阴离子(亲核种)。另外,这些物质由于在分子结构中具有亲核攻击接受部位,因此可认为通过通式(A)表示的化合物及特定添加剂的还原产物、以及非水溶剂的还原产物而形成复合被膜。
如上所述,通过在非水电解液中同时添加这些特定添加剂与通式(A)表示的化合物,在活性物质上相互间发生反应而形成复合被膜。因此,与单独添加各自的化合物时相比,可进一步抑制在活性物质表面的非水电解液的反应,因此电池特性得到提高。下面,对于上述的特定添加剂分别进行说明。
1-2-1.具有碳-碳不饱和键的环状碳酸酯
作为具有碳-碳不饱和键的环状碳酸酯(以下,有时记作“不饱和环状碳酸酯”),只要是具有碳-碳双键或碳-碳三键的环状碳酸酯即可,没有特别限制。作为不饱和环状碳酸酯,可以使用任意的不饱和碳酸酯。需要说明的是,具有芳香环的环状碳酸酯也包括在不饱和环状碳酸酯中。另外,不饱和环状碳酸酯也可以具有氟原子(也称为氟代不饱和碳酸酯),该情况下,氟原子通常为6个以下,优选为4个以下,最优选为1或2个。
作为不饱和环状碳酸酯,可以举出:碳酸亚乙烯酯类、被具有芳香环、碳-碳双键或碳-碳三键的取代基取代的碳酸亚乙酯类、碳酸苯酯类、乙烯基碳酸酯类、碳酸烯丙酯类、邻苯二酚碳酸酯类等。
作为上述碳酸亚乙烯酯类,可以举出:碳酸亚乙烯酯、甲基碳酸亚乙烯酯、4,5-二甲基碳酸亚乙烯酯、苯基碳酸亚乙烯酯、4,5-二苯基碳酸亚乙烯酯、乙烯基碳酸亚乙烯酯、4,5-二乙烯基碳酸亚乙烯酯、烯丙基碳酸亚乙烯酯、4,5-二烯丙基碳酸亚乙烯酯、4-氟碳酸亚乙烯酯、4-氟-5-甲基碳酸亚乙烯酯、4-氟-5-苯基碳酸亚乙烯酯、4-氟-5-乙烯基碳酸亚乙烯酯、4-烯丙基-5-氟碳酸亚乙烯酯等。
作为上述被具有芳香环或碳-碳双键或碳-碳三键的取代基取代的碳酸亚乙酯类的具体例,可以举出:乙烯基碳酸亚乙酯、4,5-二乙烯基碳酸亚乙酯、4-甲基-5-乙烯基碳酸亚乙酯、4-烯丙基-5-乙烯基碳酸亚乙酯、乙炔基碳酸亚乙酯、4,5-二乙炔基碳酸亚乙酯、4-甲基-5-乙炔基碳酸亚乙酯、4-乙烯基-5-乙炔基碳酸亚乙酯、4-烯丙基-5-乙炔基碳酸亚乙酯、苯基碳酸亚乙酯、4,5-二苯基碳酸亚乙酯、4-苯基-5-乙烯基碳酸亚乙酯、4-烯丙基-5-苯基碳酸亚乙酯、烯丙基碳酸亚乙酯、4,5-二烯丙基碳酸亚乙酯、4-甲基-5-烯丙基碳酸亚乙酯、4-氟-4-乙烯基碳酸亚乙酯、4-氟-4-烯丙基碳酸亚乙酯、4-氟-5-乙烯基碳酸亚乙酯、4-氟-5-烯丙基碳酸亚乙酯、4,4-二氟-4-乙烯基碳酸亚乙酯、4,4-二氟-4-烯丙基碳酸亚乙酯、4,5-二氟-4-乙烯基碳酸亚乙酯、4,5-二氟-4-烯丙基碳酸亚乙酯、4-氟-4,5-二乙烯基碳酸亚乙酯、4-氟-4,5-二烯丙基碳酸亚乙酯、4,5-二氟-4,5-二乙烯基碳酸亚乙酯、4,5-二氟-4,5-二烯丙基碳酸亚乙酯、4-氟-4-苯基碳酸亚乙酯、4-氟-5-苯基碳酸亚乙酯、4,4-二氟-5-苯基碳酸亚乙酯、4,5-二氟-4-苯基碳酸亚乙酯等。
以上列举的物质中,作为优选的不饱和环状碳酸酯,可以举出:碳酸亚乙烯酯、甲基碳酸亚乙烯酯、4,5-二甲基碳酸亚乙烯酯、乙烯基碳酸亚乙烯酯、4,5-乙烯基碳酸亚乙烯酯、烯丙基碳酸亚乙烯酯、4,5-二烯丙基碳酸亚乙烯酯、乙烯基碳酸亚乙酯、4,5-二乙烯基碳酸亚乙酯、4-甲基-5-乙烯基碳酸亚乙酯、烯丙基碳酸亚乙酯、4,5-二烯丙基碳酸亚乙酯、4-甲基-5-烯丙基碳酸亚乙酯、4-烯丙基-5-乙烯基碳酸亚乙酯、乙炔基碳酸亚乙酯、4,5-二乙炔基碳酸亚乙酯、4-甲基-5-乙炔基碳酸亚乙酯、4-乙烯基-5-乙炔基碳酸亚乙酯、4-氟碳酸亚乙烯酯、4-氟-5-甲基碳酸亚乙烯酯、4-氟-5-乙烯基碳酸亚乙烯酯、4-烯丙基-5-氟碳酸亚乙烯酯、4-氟-4-乙烯基碳酸亚乙酯、4-氟-4-烯丙基碳酸亚乙酯、4-氟-5-乙烯基碳酸亚乙酯、4-氟-5-烯丙基碳酸亚乙酯、4,4-二氟-4-乙烯基碳酸亚乙酯、4,4-二氟-4-烯丙基碳酸亚乙酯、4,5-二氟-4-乙烯基碳酸亚乙酯、4,5-二氟-4-烯丙基碳酸亚乙酯、4-氟-4,5-二乙烯基碳酸亚乙酯、4-氟-4,5-二烯丙基碳酸亚乙酯、4,5-二氟-4,5-二乙烯基碳酸亚乙酯、4,5-二氟-4,5-二烯丙基碳酸亚乙酯。
另外,碳酸亚乙烯酯、乙烯基碳酸亚乙酯、乙炔基碳酸亚乙酯由于形成特别稳定的界面保护被膜,因此特别优选。
不饱和环状碳酸酯的分子量没有特别限制,在不明显破坏本发明效果的范围内可以为任意分子量。上述分子量优选为80以上且250以下。分子量在该范围内时,容易确保不饱和环状碳酸酯在非水电解液中的溶解性,易于充分表现出本发明的效果。不饱和环状碳酸酯的分子量更优选为85以上,并且,更优选为150以下。
以上说明的不饱和环状碳酸酯的制造方法没有特别限制,可以任意选择公知的方法来制造。
本发明的非水电解液中,不饱和环状碳酸酯可以单独使用一种,也可以以任意的组合及比率组合使用2种以上。另外,不饱和环状碳酸酯的配合量没有特别限制,在不明显破坏本发明效果的范围内可以为任意配合量。在非水电解液100质量%中,上述配合量通常为0.001质量%以上、优选为0.01质量%以上、更优选为0.1质量%以上、进一步优选为0.5质量%以上、特别优选为1质量%以上,并且通常为10质量%以下、优选为5质量%以下、更优选为3质量%以下。在该范围内时,非水电解质二次电池容易显示出充分的循环特性提高效果,并且容易避免高温保存特性降低、气体发生量增多、放电容量保持率下降的问题。
1-2-2.具有氟原子的环状碳酸酯
作为具有氟原子的环状碳酸酯化合物(其为特定添加剂),可以举出具有碳原子数2~6的亚烷基的环状碳酸酯的氟化物及其衍生物。作为它们的例子,可以举出碳酸亚乙酯的氟化物及其衍生物。作为上述碳酸亚乙酯的氟化物的衍生物,可列举例如被烷基(例如,碳原子数1~4个的烷基)取代的碳酸亚乙酯的氟化物。作为具有氟原子的环状碳酸酯,优选具有1~8个氟原子的碳酸亚乙酯及其衍生物。需要说明的是,关于具有氟原子、且具有不饱和键的环状碳酸酯,记载于上述1-2-1中。
作为它们的具体例,可以举出:单氟碳酸亚乙酯、4,4-二氟碳酸亚乙酯、4,5-二氟碳酸亚乙酯、4-氟-4-甲基碳酸亚乙酯、4,5-二氟-4-甲基碳酸亚乙酯、4-氟-5-甲基碳酸亚乙酯、4,4-二氟-5-甲基碳酸亚乙酯、4-(氟甲基)碳酸亚乙酯、4-(二氟甲基)碳酸亚乙酯、4-(三氟甲基)碳酸亚乙酯、4-(氟甲基)-4-氟碳酸亚乙酯、4-(氟甲基)-5-氟碳酸亚乙酯、4-氟-4,5-二甲基碳酸亚乙酯、4,5-二氟-4,5-二甲基碳酸亚乙酯、4,4-二氟-5,5-二甲基碳酸亚乙酯等。
这些当中,从赋予高离子传导性、并且可适宜地形成界面保护被膜方面考虑,更优选选自单氟碳酸亚乙酯、4,4-二氟碳酸亚乙酯及4,5-二氟碳酸亚乙酯中的至少一种。
具有氟原子的环状碳酸酯可以单独使用一种,也可以以任意的组合及比率组合使用2种以上。
具有氟原子的环状碳酸酯相对于本发明的非水电解液全体的配合量没有特别限制,在不明显破坏本发明效果的范围内可以为任意配合量。在非水电解液100质量%中,上述配合量通常为0.001质量%以上、优选为0.01质量%以上、更优选为0.1质量%以上、进一步优选为0.5质量%以上、特别优选为1质量%以上,并且通常为10质量%以下、优选为7质量%以下、更优选为5质量%以下、进一步优选为3质量%以下。其中,单氟碳酸亚乙酯也可以作为溶剂使用,该情况下,上述含量不受限定。
1-2-3.腈化合物
作为特定添加剂的腈化合物只要是分子内具有氰基的化合物即可,其种类没有特别限定。
作为腈化合物的具体例,可以举出例如:
乙腈、丙腈、丁腈、异丁腈、戊腈、异戊腈、癸腈、月桂腈、2-甲基丁腈、三甲基乙腈、己腈、环戊甲腈、环己甲腈、丙烯腈、甲基丙烯腈、巴豆腈、3-甲基巴豆腈、2-甲基-2-丁烯腈、2-戊烯腈、2-甲基-2-戊烯腈、3-甲基-2-戊烯腈、2-己烯腈、氟乙腈、二氟乙腈、三氟乙腈、2-氟丙腈、3-氟丙腈、2,2-二氟丙腈、2,3-二氟丙腈、3,3-二氟丙腈、2,2,3-三氟丙腈、3,3,3-三氟丙腈、3,3’-氧联二丙腈、3,3’-硫联二丙腈、1,2,3-丙三甲腈、1,3,5-戊三甲腈、五氟丙腈等具有一个腈基的化合物;
丙二腈、丁二腈、戊二腈、己二腈、庚二腈、辛二腈、壬二腈、癸二腈、十一烷二腈、十二烷二腈、甲基丙二腈、乙基丙二腈、异丙基丙二腈、叔丁基丙二腈、甲基丁二腈、2,2-二甲基丁二腈、2,3-二甲基丁二腈、2,3,3-三甲基丁二腈、2,2,3,3-四甲基丁二腈、2,3-二乙基-2,3-二甲基丁二腈、2,2-二乙基-3,3-二甲基丁二腈、双环己基-1,1-二腈、双环己基-2,2-二腈、双环己基-3,3-二腈、2,5-二甲基-2,5-己二腈、2,3-二异丁基-2,3-二甲基丁二腈、2,2-二异丁基-3,3-二甲基丁二腈、2-甲基戊二腈、2,3-二甲基戊二腈、2,4-二甲基戊二腈、2,2,3,3-四甲基戊二腈、2,2,4,4-四甲基戊二腈、2,2,3,4-四甲基戊二腈、2,3,3,4-四甲基戊二腈、顺丁烯二腈、反丁烯二腈、1,4-二氰基戊烷、2,6-二氰基庚烷、2,7-二氰基辛烷、2,8-二氰基壬烷、1,6-二氰基癸烷、1,2-二氰基苯、1,3-二氰基苯、1,4-二氰基苯、3,3’-(亚乙基二氧)二丙腈、3,3’-(亚乙基二硫)二丙腈、3,9-双(2-氰基乙基)-2,4,8,10-四氧杂螺[5,5]十一碳烷等具有2个腈基的化合物;
环己烷三甲腈、三氰基乙基胺、三氰基乙氧基丙烷、三氰基乙烯、戊三甲腈、丙三甲腈、庚三甲腈等具有三个氰基的化合物;等等。
这些当中,从提高非水电解液的保存特性方面考虑,优选戊腈、癸腈、月桂腈、巴豆腈、丁二腈、戊二腈、己二腈、庚二腈、辛二腈、壬二腈、癸二腈、十一烷二腈、十二烷二腈、反丁烯二腈、3,9-双(2-氰基乙基)-2,4,8,10-四氧杂螺[5,5]十一碳烷。另外,特别优选戊腈、癸腈、月桂腈、丁二腈、戊二腈、己二腈、庚二腈、辛二腈、壬二腈、癸二腈、十一烷二腈、十二烷二腈、反丁烯二腈、3,9-双(2-氰基乙基)-2,4,8,10-四氧杂螺[5,5]十一碳烷等二腈化合物。
腈化合物可以单独使用一种,也可以以任意的组合及比率组合使用2种以上。腈化合物相对于本发明的非水电解液全体的配合量没有限制,在不明显破坏本发明效果的范围内可以为任意配合量。在非水电解液100质量%中,上述配合量通常为0.001质量%以上、优选为0.01质量%以上、更优选为0.1质量%以上,并且通常为10质量%以下、优选为5质量%以下、更优选为3质量%以下、进一步优选为2质量%以下、最优选为1质量%以下。在满足上述范围的情况下,非水电解质二次电池的输出特性、负载特性、低温特性、循环特性、高温保存特性等效果进一步提高。
1-2-4.异氰酸酯化合物
作为特定添加剂的异氰酸酯化合物只要是分子内具有异氰酸酯基的化合物即可,其种类没有特别限定。
作为异氰酸酯化合物的具体例,可以举出例如:
甲基异氰酸酯、乙基异氰酸酯、丙基异氰酸酯、异丙基异氰酸酯、丁基异氰酸酯、叔丁基异氰酸酯、戊基异氰酸酯、己基异氰酸酯、环己基异氰酸酯、苯基异氰酸酯、氟苯基异氰酸酯等单异氰酸酯化合物;
乙烯基异氰酸酯、烯丙基异氰酸酯、乙炔基异氰酸酯、丙炔基异氰酸酯等具有碳-碳不饱和键的单异氰酸酯化合物;
单亚甲基二异氰酸酯、二亚甲基二异氰酸酯、三亚甲基二异氰酸酯、四亚甲基二异氰酸酯、五亚甲基二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、七亚甲基二异氰酸酯、八亚甲基二异氰酸酯、九亚甲基二异氰酸酯、十亚甲基二异氰酸酯、十二亚甲基二异氰酸酯、1,3-亚丙基二异氰酸酯、1,4-二异氰酸酯-2-丁烯、1,4-二异氰酸酯-2-氟丁烷、1,4-二异氰酸酯-2,3-二氟丁烷、1,5-二异氰酸酯-2-戊烯、1,5-二异氰酸酯-2-甲基戊烷、1,6-二异氰酸酯-2-己烯、1,6-二异氰酸酯-3-己烯、1,6-二异氰酸酯-3-氟己烷、1,6-二异氰酸酯-3,4-二氟己烷、甲苯二异氰酸酯、二甲苯二异氰酸酯、亚苄基二异氰酸酯、1,2-双(异氰酸酯基甲基)环己烷、1,3-双(异氰酸酯基甲基)环己烷、1,4-双(异氰酸酯基甲基)环己烷、1,2-二异氰酸酯环己烷、1,3-二异氰酸酯环己烷、1,4-二异氰酸酯环己烷、二环己基甲烷-1,1’-二异氰酸酯、二环己基甲烷-2,2’-二异氰酸酯、二环己基甲烷-3,3’-二异氰酸酯、二环己基甲烷-4,4’-二异氰酸酯、双环[2.2.1]庚烷-2,5-二基双(甲基异氰酸酯)、双环[2.2.1]庚烷-2,6-二基双(甲基异氰酸酯)、异佛尔酮二异氰酸酯、碳酰二异氰酸酯、1,4-亚丁基二异氰酸酯-1,4-二酮、1,5-亚戊基二异氰酸酯-1,5-二酮、2,2,4-三甲基六亚甲基二异氰酸酯、2,4,4-三甲基六亚甲基二异氰酸酯等烃类二异氰酸酯化合物;
硫酰二异氰酸酯、(邻-、间-、对-)甲苯磺酰异氰酸酯、苯磺酰异氰酸酯、氟磺酰异氰酸酯、苯氧基磺酰异氰酸酯、五氟苯氧基磺酰异氰酸酯、甲氧基磺酰异氰酸酯等异氰酸酯化合物;等等。
上述当中,从提高非水电解质二次电池的循环特性、保存特性方面考虑,优选乙烯基异氰酸酯、烯丙基异氰酸酯、乙炔异氰酸酯、丙炔异氰酸酯等具有碳-碳不饱和键的单异氰酸酯化合物;
单亚甲基二异氰酸酯、二亚甲基二异氰酸酯、三亚甲基二异氰酸酯、四亚甲基二异氰酸酯、五亚甲基二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、七亚甲基二异氰酸酯、八亚甲基二异氰酸酯、九亚甲基二异氰酸酯、十亚甲基二异氰酸酯、十二亚甲基二异氰酸酯、1,3-双(异氰酸酯基甲基)环己烷、二环己基甲烷-4,4’-二异氰酸酯、双环[2.2.1]庚烷-2,5-二基双(甲基异氰酸酯)、双环[2.2.1]庚烷-2,6-二基双(甲基异氰酸酯)、异佛尔酮二异氰酸酯、2,2,4-三甲基六亚甲基二异氰酸酯、2,4,4-三甲基六亚甲基二异氰酸酯等烃类二异氰酸酯化合物;
硫酰二异氰酸酯、(邻-、间-、对-)甲苯磺酰异氰酸酯、苯磺酰异氰酸酯、氟磺酰异氰酸酯、苯氧基磺酰异氰酸酯、五氟苯氧基磺酰异氰酸酯、甲氧基磺酰异氰酸酯等异氰酸酯化合物。
进一步优选烯丙基异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、1,3-双(异氰酸酯基甲基)环己烷、硫酰二异氰酸酯、(邻-、间-、对-)甲苯磺酰异氰酸酯,特别优选六亚甲基二异氰酸酯、1,3-双(异氰酸酯基甲基)环己烷、(邻-、间-、对-)甲苯磺酰异氰酸酯,最优选六亚甲基二异氰酸酯、1,3-双(异氰酸酯基甲基)环己烷。
另外,作为异氰酸酯化合物,优选具有支链的异氰酸酯化合物。
另外,本发明中使用的异氰酸酯化合物也可以是由分子内具有至少2个异氰酸酯基的化合物衍生的三聚体化合物、或者在其与多元醇加成而成的脂肪族多异氰酸酯。作为这样的脂肪族多异氰酸酯,可以举出例如下述式(1-2-1)~(1-2-4)的基本结构所示的双缩脲、三聚异氰酸酯、加合物及二官能型的改性多异氰酸酯等(下述通式(1-2-1)~(1-2-4)中,R及R’各自独立地为任意的烃基)。
[化学式27]
[化学式28]
[化学式29]
[化学式30]
本发明使用的异氰酸酯化合物中,分子内具有至少2个异氰酸酯基的化合物也包括用封端剂封端而提高了保存稳定性的所谓封端异氰酸酯。作为上述封端剂,可列举醇类、酚类、有机胺类、肟类、内酰胺类,作为它们的具体例子,可列举正丁醇、苯酚、三丁基胺、二乙基乙醇胺、甲基乙基酮肟、ε-己内酰胺等。
为了促进基于上述分子内具有至少2个异氰酸酯基的化合物的反应,获得更高的效果,还优选组合使用诸如二月桂酸二丁基锡等这样的金属催化剂、诸如1,8-二氮杂双环[5.4.0]十一碳-7-烯这样的胺类催化剂等。
以上说明的异氰酸酯化合物可以单独使用一种,也可以以任意的组合及比率组合使用2种以上。
异氰酸酯化合物相对于本发明的非水电解液全体的配合量没有限制,只要不明显损害本发明的效果则可以为任意配合量。对于上述配合量而言,相对于本发明的非水电解液,通常为0.001质量%以上、优选为0.01质量%以上、更优选为0.1质量%以上,并且通常为10质量%以下、优选为5质量%以下、更优选为3质量%以下、进一步优选为2质量%以下、特别优选为1质量%以下、最优选为0.5质量%以下。
满足上述范围的情况下,非水电解质二次电池的输出特性、负载特性、低温特性、循环特性、高温保存特性等效果进一步提高。
1-2-5.具有异氰尿酸骨架的化合物
作为具有异氰尿酸骨架的化合物(其为特定添加剂),可以举出下述通式(U)表示的化合物。
[化学式31]
式(U)中,R1~R3是任选具有取代基的碳原子数1~20的有机基团,且它们可以相同也可以互不相同。其中,R1~R3中的至少一个具有碳-碳不饱和键或氰基。优选式(U)中的R1~R3是任选具有取代基的碳原子数1~20的有机基团,且它们可以相同也可以互不相同。更优选式(U)中的R1~R3中的至少一个是具有碳-碳不饱和键的有机基团。
在此,所谓有机基团是指由选自碳原子、氢原子、氮原子、氧原子、硅原子、硫原子及卤原子中的原子构成的官能团。
作为任选具有取代基的有机基团的具体例,可以举出碳原子数1~20的烷基、烯基、炔基、芳基、氰基、丙烯酰基、甲基丙烯酰基、乙烯基磺酰基、乙烯基磺基等。
作为这里所说的取代基,可以举出卤原子、亚烷基等。另外,不饱和键等也可以包含在上述亚烷基的一部分中。卤原子中,优选氟原子。
作为任选具有取代基的烷基的具体例,可以举出甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、仲丁基、叔丁基等直链状或支链状的烷基、以及环丙基、环戊基、环己基等环状烷基等。
作为任选具有取代基的烯基的具体例,可以举出乙烯基、烯丙基、甲代烯丙基、1-丙烯基等。
作为任选具有取代基的炔基的具体例,可以举出乙炔基、炔丙基、1-丙炔基等。
作为任选具有取代基的芳基的具体例,可以举出苯基、甲苯基、苄基、苯乙基等。
作为以上说明的任选具有取代基的取代基,进一步优选为任选具有取代基的烷基、烯基、炔基、丙烯酰基、甲基丙烯酰基、氰基。
特别优选为任选具有取代基德烷基、烯基、丙烯酰基、甲基丙烯酰基、氰基。
最优选任选具有取代基的甲基、乙基、丙基、烯丙基、甲代烯丙基。尤其优选未取代的烯丙基及甲代烯丙基。从被膜形成能力的观点考虑,优选烯丙基。
作为通式(U)表示的化合物的具体例子,可以举出以下结构的化合物。
[化学式32]
[化学式33]
[化学式34]
上述通式(U)表示的化合物中,优选以下结构的化合物。
[化学式35]
[化学式36]
进一步优选以下结构的化合物。
[化学式37]
特别优选以下结构的化合物。
[化学式38]
最优选以下结构的化合物。
[化学式39]
另外,这些最优选的化合物中,从被膜形成能力的观点考虑,优选以下结构的化合物。
[化学式40]
以上说明的具有异氰尿酸骨架的化合物(通式(U)表示的化合物)相对于本发明的非水电解液全体的配合量没有限制,只要不明显损害本发明的效果则可以为任意配合量。对于上述配合量而言,相对于本发明的非水电解液全体,通常为0.001质量%以上、优选为0.01质量%以上、更优选为0.1质量%以上,并且通常为10质量%以下、优选为5质量%以下、更优选为3质量%以下、进一步优选为2质量%以下、特别优选为1质量%以下、最优选为0.5质量%以下。
满足上述范围的情况下,非水电解质二次电池的输出特性、负载特性、循环特性、高温保存特性、电池膨胀等效果进一步提高。
1-2-6.被氟化的盐
作为特定添加剂的被氟化的盐没有特别限制,由于在结构内具有脱离性高的氟原子,优选例如二氟磷酸盐、氟磺酸盐、氟硼酸盐及氟酰亚胺盐,因为这些物质能够与通式(A)表示的化合物发生还原反应而生成的阴离子(亲核种)适当地进行反应而形成复合被膜。更优选氟硼酸盐、氟磺酸盐,因为这些物质的氟原子的脱离性特别高、适合进行与亲核种的反应。以下,对上述各种盐进行说明。
(二氟磷酸盐)
作为上述二氟磷酸盐的抗衡阳离子,没有特别限定,可以举出锂、钠、钾、铷、铯、镁、钙、钡及NR13R14R15R16(式中,R13~R16各自独立地表示氢原子或碳原子数1~12的有机基团)表示的铵等作为其例子。
作为上述铵的R13~R16所表示的碳原子数1~12的有机基团,没有特别限定,可以举出例如:任选被卤原子取代的烷基、任选被卤原子或烷基取代的环烷基、任选被卤原子或烷基取代的芳基、任选具有取代基的含氮原子的杂环基团等。其中,优选R13~R16各自独立地为氢原子、烷基、环烷基或含氮原子的杂环基团。
作为二氟磷酸盐的具体例,可以举出二氟磷酸锂、二氟磷酸钠、二氟磷酸钾等,优选二氟磷酸锂。
二氟磷酸盐可以单独使用一种,也可以以任意的组合及比率将2种以上组合使用。另外,二氟磷酸盐的配合量没有特别限制,只要不明显损害本发明的效果,则其配合量为任意的。
对于二氟磷酸盐的配合量而言,在非水电解液100质量%中通常为0.001质量%以上、优选为0.01质量%以上、更优选为0.1质量%以上,并且通常为10质量%以下、优选为5质量%以下、更优选为3质量%以下、进一步优选为2质量%以下、最优选为1质量%以下。
如果为该范围内,则非水电解质二次电池容易表现出充分的循环特性提高效果,并且容易避免高温保存特性下降、气体产生量增多、放电容量保持率下降这样的情况。
(氟磺酸盐)
作为上述氟磺酸盐的抗衡阳离子,没有特别限定,可以举出锂、钠、钾、铷、铯、镁、钙、钡及NR13R14R15R16(式中,R13~R16各自独立地表示氢原子或碳原子数1~12的有机基团)表示的铵等作为其例子。
作为上述铵的R13~R16所表示的碳原子数1~12的有机基团,没有特别限定,可以举出例如:任选被卤原子取代的烷基、任选被卤原子或烷基取代的环烷基、任选被卤原子或烷基取代的芳基、任选具有取代基的含氮原子的杂环基团等。其中,优选R13~R16各自独立地为氢原子、烷基、环烷基或含氮原子的杂环基团。
作为氟磺酸盐的具体例,可以举出氟磺酸锂、氟磺酸钠、氟磺酸钾、氟磺酸铷、氟磺酸铯等,优选氟磺酸锂。
氟磺酸盐可以单独使用一种,也可以以任意的组合及比率将2种以上组合使用。另外,氟磺酸盐的配合量没有特别限制,只要不明显损害本发明的效果,则其配合量为任意的。
对于氟磺酸盐的配合量而言,在非水电解液100质量%中通常为0.001质量%以上、优选为0.01质量%以上、更优选为0.1质量%以上,并且通常为10质量%以下、优选为5质量%以下、更优选为3质量%以下、进一步优选为2质量%以下、最优选为1质量%以下。
如果为该范围内,则非水电解质二次电池容易表现出充分的循环特性提高效果,并且容易避免高温保存特性下降、气体产生量增多、放电容量保持率下降这样的情况。
(氟硼酸盐)
作为上述氟硼酸盐的抗衡阳离子,没有特别限定,可以举出锂、钠、钾、铷、铯、镁、钙、钡及NR13R14R15R16(式中,R13~R16各自独立地表示氢原子或碳原子数1~12的有机基团)表示的铵等作为其例子。
作为上述铵的R13~R16所表示的碳原子数1~12的有机基团,没有特别限定,可以举出例如:任选被卤原子取代的烷基、任选被卤原子或烷基取代的环烷基、任选被卤原子或烷基取代的芳基、任选具有取代基的含氮原子的杂环基团等。其中,优选R13~R16各自独立地为氢原子、烷基、环烷基或含氮原子的杂环基团。
作为氟硼酸盐的具体例,可以举出LiBF4、LiB(CiF2i+1)j(F)4-j等,优选LiBF4。需要说明的是,i表示1~10的整数,j表示1~4的整数。
氟硼酸盐可以单独使用一种,也可以以任意的组合及比率将2种以上组合使用。另外,氟硼酸盐的配合量没有特别限制,只要不明显损害本发明的效果,则其配合量为任意的。
对于氟硼酸盐的配合量而言,在非水电解液100质量%中通常为0.001质量%以上、优选为0.01质量%以上、更优选为0.1质量%以上,并且通常为3质量%以下、优选为1质量%以下、更优选为0.8质量%以下、进一步优选为0.5质量%以下、最优选为0.3质量%以下。
如果为该范围内,则非水电解质二次电池容易表现出充分的循环特性提高效果,并且容易避免高温保存特性下降、气体产生量增多、放电容量保持率下降这样的情况。
(氟酰亚胺盐)
作为上述氟酰亚胺盐的抗衡阳离子,没有特别限定,可以举出锂、钠、钾、铷、铯、镁、钙、钡及NR13R14R15R16(式中,R13~R16各自独立地表示氢原子或碳原子数1~12的有机基团)表示的铵等作为其例子。
作为上述铵的R13~R16所表示的碳原子数1~12的有机基团,没有特别限定,可以举出例如:任选被卤原子取代的烷基、任选被卤原子或烷基取代的环烷基、任选被卤原子或烷基取代的芳基、任选具有取代基的含氮原子的杂环基团等。其中,优选R13~R16各自独立地为氢原子、烷基、环烷基或含氮原子的杂环基团。
作为氟酰亚胺盐的具体例,可以举出LiN(FCO)2、LiN(FCO)(FSO2)、LiN(FSO2)2、LiN(FSO2)(CF3SO2)、LiN(CF3SO2)2、LiN(C2F5SO2)2、环状1,2-全氟乙烷二磺酰亚胺锂、环状1,3-全氟丙烷二磺酰亚胺锂、LiN(CF3SO2)(C4F9SO2),优选LiN(FSO2)2、LiN(CF3SO2)2、LiN(C2F5SO2)2。
氟酰亚胺盐可以单独使用一种,也可以以任意的组合及比率将2种以上组合使用。另外,氟酰亚胺盐的配合量没有特别限制,只要不明显损害本发明的效果,则其配合量为任意的。
对于氟酰亚胺盐的配合量而言,在非水电解液100质量%中通常为0.001质量%以上、优选为0.01质量%以上、更优选为0.1质量%以上,并且通常为10质量%以下、优选为5质量%以下、更优选为3质量%以下、进一步优选为2质量%以下、最优选为1质量%以下。
如果为该范围内,则非水电解质二次电池容易表现出充分的循环特性提高效果,并且容易避免高温保存特性下降、气体产生量增多、放电容量保持率下降这样的情况。
1-2-7.酸酐化合物
对于上述酸酐化合物而言,其结构没有特别限定。作为酸酐化合物的例子,可以举出羧酸酐、硫酸酐、硝酸酐、磺酸酐、磷酸酐、亚磷酸酐、环状酸酐、链状酸酐等。
作为酸酐化合物的具体例,可以举出例如:丙二酸酐、丁二酸酐、戊二酸酐、己二酸酐、马来酸酐、柠康酸酐、2,3-二甲基马来酸酐、戊烯二酸酐、衣康酸酐、邻苯二甲酸酐、苯基马来酸酐、2,3-二苯基马来酸酐、环己烷-1,2-二羧酸酐、4-环己烯-1,2-二羧酸酐、3,4,5,6-四氢邻苯二甲酸酐、4,4’-氧联二邻苯二甲酸酐、5-降冰片烯-2,3-二羧酸酐、甲基-5-降冰片烯-2,3-二羧酸酐、苯基丁二酸酐、2-苯基戊二酸酐、烯丙基丁二酸酐、2-丁烯-1-基丁二酸酐、(2-甲基-2-丙烯基)丁二酸酐、四氟丁二酸酐、二乙酰基酒石酸酐、双环[2.2.2]辛-7-烯-2,3,5,6-四羧酸二酐、5-(2,5-二氧代四氢呋喃基)-3-甲基-3-环己烯-1,2-二羧酸酐、甲基丙烯酸酐、丙烯酸酐、丁烯酸酐、甲磺酸酐、三氟甲磺酸酐、九氟丁磺酸酐、乙酸酐等。
上述当中,特别优选丁二酸酐、马来酸酐、柠康酸酐、苯基马来酸酐、双环[2.2.2]辛-7-烯-2,3,5,6-四羧酸二酐、5-(2,5-二氧代四氢呋喃基)-3-甲基-3-环己烯-1,2-二羧酸酐、烯丙基丁二酸酐、乙酸酐、甲基丙烯酸酐、丙烯酸酐、甲磺酸酐。
酸酐化合物可以单独使用一种,也可以以任意的组合及比率组合使用2种以上。
酸酐化合物相对于本发明的非水电解液全体的配合量没有特别限制,只要不明显损害本发明的效果,则可以为任意的配合量。对于上述配合量而言,相对于本发明的非水电解液全体,通常为0.001质量%以上、优选为0.01质量%以上、更优选为0.1质量%以上,并且通常为10质量%以下、优选为5质量%以下、更优选为3质量%以下、进一步优选为2质量%以下、特别优选为1质量%以下、最优选为0.5质量%以下。
满足上述范围的情况下,非水电解质二次电池的输出特性、负载特性、循环特性、高温保存特性等效果进一步提高。
1-2-8.丙烯酸酯化合物
上述丙烯酸酯化合物由下述通式(1)表示。
[化学式41]
(R21~R23各自独立,它们可以相同也可以不同,表示氢或碳原子数1~6的烃基,n表示4~8的整数,A表示碳原子数1~12且任选具有杂元素的有机基团。)
R21~R23各自独立,它们可以相同也可以不同,表示氢或碳原子数1~6的烃基。该烃基是指由选自碳原子及氢原子的原子构成的官能团。R21~R23是氢或碳原子数为1以上且通常为6以下的烃基,优选为碳原子数4以下的烃基、更优选为碳原子数2以下的烃基。如果为该范围,则立体障害小、可以使被膜稳定化。
作为优选的烃基,可以举出氢基、甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、叔丁基。
另外,在通式(1)中,A为碳原子数1~12且任选具有杂元素的有机基团,所述有机基团表示的是由选自碳原子及氢原子的原子构成的官能团,所述任选具有杂元素的有机基团表示的是由选自碳原子、氢原子、氮原子、磷原子、硼原子、硫原子、硅原子及氧原子中的一种以上原子构成的官能团。
作为由A表示的碳原子数1~12且任选具有杂元素的有机基团的具体例,可以举出:亚烷基或其衍生物、亚烯基或其衍生物、亚环烷基或其衍生物、亚炔基或其衍生物、亚环烯基或其衍生物、亚芳基或其衍生物、羰基或其衍生物、磺酰基或其衍生物、亚磺酰基或其衍生物、磷酰基(phosphonyl)或其衍生物、膦酰基(phosphinyl)或其衍生物、氨基或其衍生物、酰胺基或其衍生物、亚胺基或其衍生物、醚基或其衍生物、硫醚基或其衍生物、硼酸基或其衍生物、甲硼烷基或其衍生物等。所述衍生物表示的是被卤原子、烷基、芳基、烯基、炔基或烷氧基取代而成的官能团。
上述当中,从提高电池特性方面考虑,优选亚烷基或其衍生物、亚烯基或其衍生物、亚芳基或其衍生物、醚基或其衍生物。A的碳原子数为1以上,优选为4以上,更优选为5以上。另外,上述碳原子数为12以下,优选为11以下,更优选为10以下。如果为该范围,则可以保持电极的耐氧化性,同时还可以抑制电阻的上升。
在通式(1)中,n的下限为4,另一方面,其上限为8,优选为7,更优选为6。如果为该范围,则可以形成稳定的负极SEI(Solid electrolyte interface),且界面电阻也不会过于提高。
作为以上说明的丙烯酸酯化合物(通式(1)表示的化合物)的优选的具体例,可以举出以下所示的化合物。
[化学式42]
为了提高分子的自由度、抑制生成的负极SEI的电阻,更优选以下列举结构的化合物。
[化学式43]
丙烯酸酯化合物(通式(1)表示的化合物)可以单独使用一种,也可以以任意的组合及比率组合使用2种以上。丙烯酸酯化合物相对于本发明的非水电解液全体的配合量没有特别限制,只要不明显损害本发明的效果,则可以为任意的配合量。对于上述配合量而言,相对于本发明的非水电解液全体,通常为0.001质量%以上、优选为0.01质量%以上、更优选为0.02质量%以上,并且通常为5质量%以下、优选为4质量%以下、更优选为2质量%以下。满足上述范围的情况下,非水电解质二次电池的输出特性、负载特性、低温特性、循环特性、高温保存特性等效果进一步提高。
1-2-9.芳香族化合物
上述芳香族化合物是具有下述通式(※)表示的至少1个取代基的芳香族化合物。
[化学式44]
式(※)中,取代基T表示卤原子、或者任选具有卤原子或杂原子的有机基团。
所述任选具有杂原子的有机基团表示的是碳原子数3~12的直链或支链或环状的饱和烃基、具有羧酸酯结构的基团、具有碳酸酯结构的基团、含有磷的基团、含有硫的基团、含有硅的基团。
另外,各个取代基T可以进一步被卤原子、烃基、芳香族基、含有卤素的烃基、含有卤素的芳香族基等取代。另外,取代基T的数量为1以上且6以下,具有多个取代基的情况下,各个取代基可以相同也可以不同,另外,多个取代基可以彼此键合而形成环。)
其中,作为取代基T,从电池特性的观点考虑,优选碳原子数3~12的直链或支链或环状的饱和烃基、具有羧酸酯结构的基团、具有碳酸酯结构的基团,更优选碳原子数3~12的直链或支链或环状的饱和烃基、以及具有碳酸酯结构的基团。
如上所述,取代基T表示的是卤原子、或者任选具有卤原子或杂原子的有机基团。
作为上述卤原子,可以举出氯、氟等,优选为氟。
作为不具有杂原子的有机基团,可以举出碳原子数3~12的直链状、支链状、环状的饱和烃基,直链状、支链状的饱和烃基也包括具有环结构的烃基。作为碳原子数3~12的直链状、支链状、环状的饱和烃基,具体可以举出:丙基、异丙基、丁基、异丁基、叔丁基、戊基、叔戊基、环戊基、环己基、丁基环己基等。不具有杂原子的有机基团的碳原子数优选为3以上且12以下、更优选为3以上且10以下、进一步优选为3以上且8以下、更进一步优选为3以上且6以下、最优选为3以上且5以下。
作为构成具有杂原子的有机基团的杂原子,可以举出氧原子、硫原子、磷原子、硅原子等。
作为具有氧原子的有机基团,可以举出具有羧酸酯结构的基团、具有碳酸酯结构的基团等。
作为具有硫原子的有机基团,可以举出具有磺酸酯结构的基团等。
作为具有磷原子的有机基团,可以举出具有磷酸酯结构的基团、具有膦酸酯结构的基团等。
作为具有硅原子的有机基团,可以举出具有硅-碳结构的基团等。
作为通式(※)表示的芳香族化合物,可以举出例如以下的具体例。
作为T为卤原子或任选具有卤原子的有机基团的例子,可以举出氯苯、氟苯、二氟苯、三氟苯、四氟苯、五氟苯、六氟苯、三氟甲基苯等,优选为氟苯、六氟苯,更优选为氟苯。
关于取代基T,作为碳原子数3~12的烃基的例子,可以举出:2,2-二苯基丙烷、1,4-二苯基环己烷、环戊基苯、环己基苯、顺式-1-丙基-4-苯基环己烷、反式-1-丙基-4-苯基环己烷、顺式-1-丁基-4-苯基环己烷、反式-1-丁基-4-苯基环己烷、2,2-二苯基丁烷、1,1-二苯基环己烷、1,1-二苯基-4-甲基环己烷、2,2-二(对氟苯基)丙烷、1,1-二(对氟苯基)环己烷、2,2-双(4-叔丁基苯基)丙烷、1,3-双(1-甲基-1-苯基乙基)苯、1,4-双(1-甲基-1-苯基乙基)苯、1-苯基-1,3,3-三甲基茚满、2,3-二氢-1,3-二甲基-1-(2-甲基-2-苯基丙基)-3-苯基-1H-茚满、丙基苯、丁基苯、叔丁基苯、叔戊基苯等;
优选为2,2-二苯基丙烷、1,4-二苯基环己烷、环戊基苯、环己基ル苯、顺式-1-丙基-4-苯基环己烷、反式-1-丙基-4-苯基环己烷、顺式-1-丁基-4-苯基环己烷、反式-1-丁基-4-苯基环己烷、1,1-二苯基环己烷、1,1-二苯基-4-甲基环己烷、2,2-二(对氟苯基)丙烷、1,1-二(对氟苯基)环己烷、2,2-双(4-叔丁基苯基)丙烷、1,3-双(1-甲基-1-苯基乙基)苯、1,4-双(1-甲基-1-苯基乙基)苯、1-苯基-1,3,3-三甲基茚满、2,3-二氢-1,3-二甲基-1-(2-甲基-2-苯基丙基)-3-苯基-1H-茚满、丁基苯、叔丁基苯、叔戊基苯;
更优选为2,2-二苯基丙烷、三联苯的部分氢化物、环戊基苯、环己基苯、1,1-二苯基环己烷、1-苯基-1,3,3-三甲基茚满、甲苯、叔丁基苯、叔戊基苯;
进一步优选为环己基苯、1-苯基-1,3,3-三甲基茚满、叔丁基苯、叔戊基苯;
特别优选为环己基苯、1-苯基-1,3,3-三甲基茚满。
关于取代基T,作为具有羧酸酯结构的基团的例子,可以举出:乙酸苯酯、乙酸苄酯、乙酸2-苯基乙酯、乙酸3-苯基丙酯、丙酸3-苯基丙酯、苯甲酸甲酯、苯基乙酸甲酯基、α,α-二甲基苯基乙酸甲酯、1-苯基环戊酸甲酯、苯基乙酸乙酯、苯基丙酸甲酯、苯基丁酸甲酯、苯基戊酸甲酯、苯基乙酸乙酯、苯基丙酸乙酯、苯基丁酸乙酯、苯基戊酸乙酯、苯基乙酸苯酯、苯基乙酸苄酯、苯基乙酸2-苯基乙酯、苯基丙酸苯酯、苯基丙酸苄酯、苯基丙酸2-苯基乙酯、双酚A的乙酸酯等;
优选为乙酸2-苯基乙酯、乙酸3-苯基丙酯、丙酸3-苯基丙酯、苯基乙酸甲酯、α,α-二甲基苯基乙酸甲酯、1-苯基环戊酸甲酯、苯基乙酸乙酯、苯基丙酸甲酯、苯基丁酸甲酯、苯基乙酸乙酯、苯基丙酸乙酯、苯基丁酸乙酯、苯基乙酸苄酯、苯基乙酸2-苯基乙酯、苯基丙酸苄酯、苯基丙酸2-苯基乙酯、双酚A的乙酸酯;
更优选为乙酸2-苯基乙酯、乙酸3-苯基丙酯、丙酸3-苯基丙酯、苯基乙酸甲酯、α,α-二甲基苯基乙酸甲酯、1-苯基环戊酸甲酯、苯基丙酸甲酯、苯基丁酸甲酯、苯基乙酸苄酯、苯基乙酸2-苯基乙酯、苯基丙酸苄酯、苯基丙酸2-苯基乙酯、双酚A的乙酸酯,进一步优选为乙酸2-苯基乙酯、乙酸3-苯基丙酯、α,α-二甲基苯基乙酸甲酯、1-苯基环戊酸甲酯、苯基丙酸甲酯、苯基乙酸2-苯基乙酯、苯基丙酸苄酯、苯基丙酸2-苯基乙酯。
关于取代基T,作为具有碳酸酯结构的基团的例子,可以举出:双酚A的碳酸酯、双酚Z的碳酸酯、碳酸二苯酯、甲基苯基碳酸酯、2-叔丁基苯基甲基碳酸酯、4-叔丁基苯基甲基碳酸酯等;
优选为双酚A的碳酸酯、双酚Z的碳酸酯、碳酸二苯酯、甲基苯基碳酸酯;
更优选为碳酸二苯酯、甲基苯基碳酸酯;
进一步优选为甲基苯基碳酸酯。
关于取代基T,作为具有磺酸酯结构的基团的例子,可以举出:甲基苯基磺酸酯、乙基苯基磺酸酯、二苯基磺酸酯、2-叔丁基苯基甲基磺酸酯、4-叔丁基苯基甲基磺酸酯、环己基苯基甲基磺酸酯等;
优选为甲基苯基磺酸酯、二苯基磺酸酯、2-叔丁基苯基甲基磺酸酯、4-叔丁基苯基甲基磺酸酯、环己基苯基甲基磺酸酯;
更优选为甲基苯基磺酸酯、2-叔丁基苯基甲基磺酸酯、4-叔丁基苯基甲基磺酸酯、环己基苯基甲基磺酸酯。
关于取代基T,作为具有硅-碳结构的基团的例子,可以举出:三甲基苯基硅烷、二苯基硅烷、二苯基四甲基二硅烷等,优选为三甲基苯基硅烷。
关于取代基T,作为具有磷酸酯结构的基团的例子,可以举出:磷酸三苯酯、三(2-叔丁基苯基)磷酸酯、三(3-叔丁基苯基)磷酸酯、三(4-叔丁基苯基)磷酸酯、三(2-叔戊基苯基)磷酸酯、三(3-叔戊基苯基)磷酸酯、三(4-叔戊基苯基)磷酸酯、三(2-环己基苯基)磷酸酯、三(3-环己基苯基)磷酸酯、三(4-环己基苯基)磷酸酯、二乙基(4-甲基苄基)磷酸酯等;
优选为磷酸三苯酯、三(2-叔丁基苯基)磷酸酯、三(3-叔丁基苯基)磷酸酯、三(4-叔丁基苯基)磷酸酯、三(2-叔戊基苯基)磷酸酯、三(3-叔戊基苯基)磷酸酯、三(4-叔戊基苯基)磷酸酯、三(2-环己基苯基)磷酸酯、三(3-环己基苯基)磷酸酯、三(4-环己基苯基)磷酸酯;
更优选为三(2-叔丁基苯基)磷酸酯、三(4-叔丁基苯基)磷酸酯、三(2-环己基苯基)磷酸酯、三(4-环己基苯基)磷酸酯。
关于取代基T,作为具有膦酸酯结构的基团的例子,可以举出:二甲基苯基膦酸酯、二乙基苯基膦酸酯、甲基苯基苯基膦酸酯、乙基苯基苯基膦酸酯、二苯基苯基膦酸酯、二甲基(4-氟苯基)膦酸酯、二甲基苄基膦酸酯、二乙基苄基膦酸酯、甲基苯基苄基膦酸酯、乙基苯基苄基膦酸酯、二苯基苄基膦酸酯、二甲基(4-氟苄基)膦酸酯、二乙基(4-氟苄基)膦酸酯等;
优选为二甲基苯基膦酸酯、二乙基苯基膦酸酯、二甲基(4-氟苯基)膦酸酯、二甲基苄基膦酸酯、二乙基苄基膦酸酯、二甲基(4-氟苄基)膦酸酯、二乙基(4-氟苄基)膦酸酯;
更优选为二甲基苯基膦酸酯、二乙基苯基膦酸酯、二甲基苄基膦酸酯、二乙基苄基膦酸酯、二甲基(4-氟苄基)膦酸酯、二乙基(4-氟苄基)膦酸酯。
以上说明的芳香族化合物也可以是氟代物,作为该氟代物的例子,可以举出:邻环己基氟苯、对环己基氟苯等具有烃基的芳香族化合物的部分氟代物;2-氟苯基乙酸酯、4-氟苯基乙酸酯等具有羧酸酯结构的芳香族化合物的部分氟代物等;
优选为2-氟苯基乙酸酯、4-氟苯基乙酸酯等具有羧酸酯结构的芳香族化合物的部分氟代物等。
上述芳香族化合物可以单独使用,也可以组合2种以上使用。芳香族化合物在非水电解液全体中所占的比例通常为0.001质量%以上、优选为0.01质量%以上、更优选为0.1质量%以上、进一步优选为0.5质量%以上,并且通常为10质量%以下、优选为8质量%以下、更优选为5质量%以下、进一步优选为4质量%以下、特别优选为3质量%以下。通过使其在上述范围内,可以容易地表现出本发明的效果,另外,可以防止非水电解质二次电池的电阻增大。
1-2-10.环状醚化合物
作为特定添加剂的环状醚化合物,可以举出作为分子内具有氧原子的脂肪族化合物的环状醚化合物、以及作为分子内具有氧原子的芳香族化合物的环状醚化合物。优选作为分子内具有氧原子的脂肪族化合物的环状醚化合物,因为其氧化电位适度、可以减少在常温的副反应量。
作为环状醚化合物的具体化合物,可以举出以下的化合物。
环氧乙烷、环氧丙烷、环氧丁烷、氧化苯乙烯、氧杂环丁烷、2-甲基氧杂环丁烷、3-甲基氧杂环丁烷、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、2-乙基四氢呋喃、3-甲基四氢呋喃、3-乙基四氢呋喃、2,2-二甲基四氢呋喃、2,3-二甲基四氢呋喃、2-乙烯基四氢呋喃、3-乙烯基四氢呋喃、2-乙炔基四氢呋喃、3-乙炔基四氢呋喃、2-苯基四氢呋喃、3-苯基四氢呋喃、四氢吡喃、2-甲基四氢吡喃、2-乙基四氢吡喃、3-甲基四氢吡喃、3-乙基四氢吡喃、4-甲基四氢吡喃、4-乙基四氢吡喃、2,2-二甲基四氢吡喃、2,3-二甲基四氢吡喃、2,4-二甲基四氢吡喃、3,3-二甲基四氢吡喃、3,4-二甲基四氢吡喃、4,4-二甲基四氢吡喃、2-乙烯基四氢吡喃、3-乙烯基四氢吡喃、4-乙烯基四氢吡喃、2-乙炔基四氢吡喃、3-乙炔基四氢吡喃、4-乙炔基四氢吡喃、2-苯基四氢吡喃、3-苯基四氢吡喃、4-苯基四氢吡喃、环氧己烷、2-甲基环氧己烷、3-甲基环氧己烷、4-乙基环氧己烷、2-乙烯基环氧己烷、3-乙炔基环氧己烷、4-苯基环氧己烷、环氧庚烷、2-甲基环氧庚烷、3-甲基环氧庚烷、4-乙基环氧庚烷、环氧辛烷、环氧壬烷、环氧癸烷、1,3-二氧杂戊环、2-甲氧基-1,3-二氧杂戊环、2-甲基-1,3-二氧杂戊环、2,2-二甲基-1,3-二氧杂戊环、4-甲基-1,3-二氧杂戊环、2-乙氧基-1,3-二氧杂戊环、2-乙基-1,3-二氧杂戊环、2,2-二乙基-1,3-二氧杂戊环、4-乙基-1,3-二氧杂戊环、2,2,4-三甲基-1,3-二氧杂戊环、2,2,4-三乙基-1,3-二氧杂戊环、1,3-二氧杂环己烷、4-甲基-1,3-二氧杂环己烷、2,4-二甲基-1,3-二氧杂环己烷、2,2,4-三甲基-1,3-二氧杂环己烷、4-乙基-1,3-二氧杂环己烷、2,4-二乙基-1,3-二氧杂环己烷、2,2,4-三乙基-1,3-二氧杂环己烷、4-苯基-1,3-二氧杂环己烷、3-甲基-1,3-二氧杂环己烷、5,5-二甲基-1,3-二氧杂环己烷、2,5,5-三甲基-1,3-二氧杂环己烷、4,6-二甲基-1,3-二氧杂环己烷、2,5-二甲基-1,3-二氧杂环己烷、1,4-二氧杂环己烷。
上述当中,优选环氧丙烷、环氧丁烷、氧化苯乙烯、氧杂环丁烷、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、2-乙基四氢呋喃、3-甲基四氢呋喃、3-乙基四氢呋喃、2,2-二甲基四氢呋喃、四氢吡喃、2-甲基四氢吡喃、2-乙基四氢吡喃、3-甲基四氢吡喃、3-乙基四氢吡喃、4-甲基四氢吡喃、4-乙基四氢吡喃、2,2-二甲基四氢吡喃、环氧己烷、1,3-二氧杂环己烷、4-甲基-1,3-二氧杂环己烷;
更优选环氧丙烷、氧化苯乙烯、氧杂环丁烷、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、2-乙基四氢呋喃、2,2-二甲基四氢呋喃、四氢吡喃、2-甲基四氢吡喃、2-乙基四氢吡喃、2,2-二甲基四氢吡喃、环氧己烷、1,3-二氧杂环己烷、4-甲基-1,3-二氧杂环己烷;
特别优选氧杂环丁烷、四氢呋喃、四氢吡喃、环氧己烷、1,3-二氧杂环己烷、4-甲基-1,3-二氧杂环己烷;
更进一步优选四氢呋喃、四氢吡喃、1,3-二氧杂环己烷;
最优选四氢吡喃。
这是由于,如果使用优选例子所列举的化合物,则抑制气体产生的效果特别大。
环状醚化合物可以单独使用一种,也可以以任意的组合及比率组合使用2种以上。环状醚化合物相对于本发明的非水电解液全体的配合量没有特别限制,只要不明显损害本发明的效果,则可以为任意配合量。对于上述配合量而言,在非水电解液100质量%中通常为0.001质量%以上、优选为0.01质量%以上、更优选为0.1质量%以上,并且通常为10质量%以下、优选为5质量%以下、更优选为3质量%以下、进一步优选为1.5质量%以下、最优选为1.0质量%以下。通过以上述含量使用环状醚化合物,可以充分发挥抑制气体产生的效果,同时可以抑制不需要的电阻上升。
1-2-11.草酸盐
作为特定添加剂的草酸盐的抗衡阳离子,没有特别限定,可以举出锂、钠、钾、铷、铯、镁、钙、钡及NR13R14R15R16(式中,R13~R16各自独立地表示氢原子或碳原子数1~12的有机基团)表示的铵等作为其例子。
作为上述铵的R13~R16所表示的碳原子数1~12的有机基团,没有特别限定,可以举出例如:任选被卤原子取代的烷基、任选被卤原子或烷基取代的环烷基、任选被卤原子或烷基取代的芳基、任选具有取代基的含氮原子的杂环基团等。其中,优选R13~R16各自独立地为氢原子、烷基、环烷基或含氮原子的杂环基团。
作为草酸盐的具体例,可以举出:二氟草酸根合硼酸锂、双(草酸根合)硼酸锂、四氟草酸根合磷酸锂、二氟双(草酸根合)磷酸锂、三(草酸根合)磷酸锂等,优选双(草酸根合)硼酸锂、二氟双(草酸根合)磷酸锂。
草酸盐可以单独使用一种,也可以以任意的组合及比率组合使用2种以上。另外,草酸盐的配合量没有特别限制,只要不明显损害本发明的效果,则可以为任意配合量。
对于草酸盐的配合量而言,在非水电解液100质量%中通常为0.001质量%以上、优选为0.01质量%以上、更优选为0.1质量%以上,并且通常为10质量%以下、优选为5质量%以下、更优选为3质量%以下、进一步优选为2质量%以下、最优选为1.5质量%以下。
如果为该范围内,则非水电解质二次电池容易表现出充分的循环特性提高效果,并且容易避免高温保存特性下降、气体产生量增多、放电容量保持率下降这样的情况。
1-2-12.环状磺酸酯
对于作为特定添加剂的环状磺酸酯而言,其种类没有特别限定。
作为环状磺酸酯的具体例,可以举出例如:
1,3-丙磺酸内酯、1-氟-1,3-丙磺酸内酯、2-氟-1,3-丙磺酸内酯、3-氟-1,3-丙磺酸内酯、1-甲基-1,3-丙磺酸内酯、2-甲基-1,3-丙磺酸内酯、3-甲基-1,3-丙磺酸内酯、1-丙烯-1,3-磺酸内酯、2-丙烯-1,3-磺酸内酯、1-氟-1-丙烯-1,3-磺酸内酯、2-氟-1-丙烯-1,3-磺酸内酯、3-氟-1-丙烯-1,3-磺酸内酯、1-氟-2-丙烯-1,3-磺酸内酯、2-氟-2-丙烯-1,3-磺酸内酯、3-氟-2-丙烯-1,3-磺酸内酯、1-甲基-1-丙烯-1,3-磺酸内酯、2-甲基-1-丙烯-1,3-磺酸内酯、3-甲基-1-丙烯-1,3-磺酸内酯、1-甲基-2-丙烯-1,3-磺酸内酯、2-甲基-2-丙烯-1,3-磺酸内酯、3-甲基-2-丙烯-1,3-磺酸内酯、1,4-丁磺酸内酯、1-氟-1,4-丁磺酸内酯、2-氟-1,4-丁磺酸内酯、3-氟-1,4-丁磺酸内酯、4-氟-1,4-丁磺酸内酯、1-甲基-1,4-丁磺酸内酯、2-甲基-1,4-丁磺酸内酯、3-甲基-1,4-丁磺酸内酯、4-甲基-1,4-丁磺酸内酯、1-丁烯-1,4-磺酸内酯、2-丁烯-1,4-磺酸内酯、3-丁烯-1,4-磺酸内酯、1-氟-1-丁烯-1,4-磺酸内酯、2-氟-1-丁烯-1,4-磺酸内酯、3-氟-1-丁烯-1,4-磺酸内酯、4-氟-1-丁烯-1,4-磺酸内酯、1-氟-2-丁烯-1,4-磺酸内酯、2-氟-2-丁烯-1,4-磺酸内酯、3-氟-2-丁烯-1,4-磺酸内酯、4-氟-2-丁烯-1,4-磺酸内酯、1-氟-3-丁烯-1,4-磺酸内酯、2-氟-3-丁烯-1,4-磺酸内酯、3-氟-3-丁烯-1,4-磺酸内酯、4-氟-3-丁烯-1,4-磺酸内酯、1-甲基-1-丁烯-1,4-磺酸内酯、2-甲基-1-丁烯-1,4-磺酸内酯、3-甲基-1-丁烯-1,4-磺酸内酯、4-甲基-1-丁烯-1,4-磺酸内酯、1-甲基-2-丁烯-1,4-磺酸内酯、2-甲基-2-丁烯-1,4-磺酸内酯、3-甲基-2-丁烯-1,4-磺酸内酯、4-甲基-2-丁烯-1,4-磺酸内酯、1-甲基-3-丁烯-1,4-磺酸内酯、2-甲基-3-丁烯-1,4-磺酸内酯、3-甲基-3-丁烯-1,4-磺酸内酯、4-甲基-3-丁烯-1,4-磺酸内酯、1,5-戊磺酸内酯、1-氟-1,5-戊磺酸内酯、2-氟-1,5-戊磺酸内酯、3-氟-1,5-戊磺酸内酯、4-氟-1,5-戊磺酸内酯、5-氟-1,5-戊磺酸内酯、1-甲基-1,5-戊磺酸内酯、2-甲基-1,5-戊磺酸内酯、3-甲基-1,5-戊磺酸内酯、4-甲基-1,5-戊磺酸内酯、5-甲基-1,5-戊磺酸内酯、1-戊烯-1,5-磺酸内酯、2-戊烯-1,5-磺酸内酯、3-戊烯-1,5-磺酸内酯、4-戊烯-1,5-磺酸内酯、1-氟-1-戊烯-1,5-磺酸内酯、2-氟-1-戊烯-1,5-磺酸内酯、3-氟-1-戊烯-1,5-磺酸内酯、4-氟-1-戊烯-1,5-磺酸内酯、5-氟-1-戊烯-1,5-磺酸内酯、1-氟-2-戊烯-1,5-磺酸内酯、2-氟-2-戊烯-1,5-磺酸内酯、3-氟-2-戊烯-1,5-磺酸内酯、4-氟-2-戊烯-1,5-磺酸内酯、5-氟-2-戊烯-1,5-磺酸内酯、1-氟-3-戊烯-1,5-磺酸内酯、2-氟-3-戊烯-1,5-磺酸内酯、3-氟-3-戊烯-1,5-磺酸内酯、4-氟-3-戊烯-1,5-磺酸内酯、5-氟-3-戊烯-1,5-磺酸内酯、1-氟-4-戊烯-1,5-磺酸内酯、2-氟-4-戊烯-1,5-磺酸内酯、3-氟-4-戊烯-1,5-磺酸内酯、4-氟-4-戊烯-1,5-磺酸内酯、5-氟-4-戊烯-1,5-磺酸内酯、1-甲基-1-戊烯-1,5-磺酸内酯、2-甲基-1-戊烯-1,5-磺酸内酯、3-甲基-1-戊烯-1,5-磺酸内酯、4-甲基-1-戊烯-1,5-磺酸内酯、5-甲基-1-戊烯-1,5-磺酸内酯、1-甲基-2-戊烯-1,5-磺酸内酯、2-甲基-2-戊烯-1,5-磺酸内酯、3-甲基-2-戊烯-1,5-磺酸内酯、4-甲基-2-戊烯-1,5-磺酸内酯、5-甲基-2-戊烯-1,5-磺酸内酯、1-甲基-3-戊烯-1,5-磺酸内酯、2-甲基-3-戊烯-1,5-磺酸内酯、3-甲基-3-戊烯-1,5-磺酸内酯、4-甲基-3-戊烯-1,5-磺酸内酯、5-甲基-3-戊烯-1,5-磺酸内酯、1-甲基-4-戊烯-1,5-磺酸内酯、2-甲基-4-戊烯-1,5-磺酸内酯、3-甲基-4-戊烯-1,5-磺酸内酯、4-甲基-4-戊烯-1,5-磺酸内酯、5-甲基-4-戊烯-1,5-磺酸内酯等磺酸内酯化合物;
硫酸亚甲酯、硫酸亚乙酯、硫酸亚丙酯等硫酸酯化合物;
甲烷二磺酸亚甲酯、甲烷二磺酸亚乙酯等二磺酸酯化合物;
1,2,3-氧杂四氢噻唑(oxathiazolidine)-2,2-二氧化物、3-甲基-1,2,3-氧杂四氢噻唑-2,2-二氧化物、3H-1,2,3-氧杂噻唑(oxathiazole)-2,2-二氧化物、5H-1,2,3-氧杂噻唑-2,2-二氧化物、1,2,4-氧杂四氢噻唑-2,2-二氧化物、4-甲基-1,2,4-氧杂四氢噻唑-2,2-二氧化物、3H-1,2,4-氧杂噻唑-2,2-二氧化物、5H-1,2,4-氧杂噻唑-2,2-二氧化物、1,2,5-氧杂四氢噻唑-2,2-二氧化物、5-甲基-1,2,5-氧杂四氢噻唑-2,2-二氧化物、3H-1,2,5-氧杂噻唑-2,2-二氧化物、5H-1,2,5-氧杂噻唑-2,2-二氧化物、1,2,3-氧杂噻嗪烷(oxathiazinane)-2,2-二氧化物、3-甲基-1,2,3-氧杂噻嗪烷-2,2-二氧化物、5,6-二氢-1,2,3-氧杂噻嗪-2,2-二氧化物、1,2,4-氧杂噻嗪烷-2,2-二氧化物、4-甲基-1,2,4-氧杂噻嗪烷-2,2-二氧化物、5,6-二氢-1,2,4-氧杂噻嗪-2,2-二氧化物、3,6-二氢-1,2,4-氧杂噻嗪-2,2-二氧化物、3,4-二氢-1,2,4-氧杂噻嗪-2,2-二氧化物、1,2,5-氧杂噻嗪烷-2,2-二氧化物、5-甲基-1,2,5-氧杂噻嗪烷-2,2-二氧化物、5,6-二氢-1,2,5-氧杂噻嗪-2,2-二氧化物、3,6-二氢-1,2,5-氧杂噻嗪-2,2-二氧化物、3,4-二氢-1,2,5-氧杂噻嗪-2,2-二氧化物、1,2,6-氧杂噻嗪烷-2,2-二氧化物、6-甲基-1,2,6-氧杂噻嗪烷-2,2-二氧化物、5,6-二氢-1,2,6-氧杂噻嗪-2,2-二氧化物、3,4-二氢-1,2,6-氧杂噻嗪-2,2-二氧化物、5,6-二氢-1,2,6-氧杂噻嗪-2,2-二氧化物等含氮化合物;
1,2,3-氧硫磷杂戊环(oxathiaphospholane)-2,2-二氧化物、3-甲基-1,2,3-氧硫磷杂戊环-2,2-二氧化物、3-甲基-1,2,3-氧硫磷杂戊环-2,2,3-三氧化物、3-甲氧基-1,2,3-氧硫磷杂戊环-2,2,3-三氧化物、1,2,4-氧硫磷杂戊环-2,2-二氧化物、4-甲基-1,2,4-氧硫磷杂戊环-2,2-二氧化物、4-甲基-1,2,4-氧硫磷杂戊环-2,2,4-三氧化物、4-甲氧基-1,2,4-氧硫磷杂戊环-2,2,4-三氧化物、1,2,5-氧硫磷杂戊环-2,2-二氧化物、5-甲基-1,2,5-氧硫磷杂戊环-2,2-二氧化物、5-甲基-1,2,5-氧硫磷杂戊环-2,2,5-三氧化物、5-甲氧基-1,2,5-氧硫磷杂戊环-2,2,5-三氧化物、1,2,3-氧硫磷杂己环(oxathiaphosphinane)-2,2-二氧化物、3-甲基-1,2,3-氧硫磷杂己环-2,2-二氧化物、3-甲基-1,2,3-氧硫磷杂己环-2,2,3-三氧化物、3-甲氧基-1,2,3-氧硫磷杂己环-2,2,3-三氧化物、1,2,4-氧硫磷杂己环-2,2-二氧化物、4-甲基-1,2,4-氧硫磷杂己环-2,2-二氧化物、4-甲基-1,2,4-氧硫磷杂己环-2,2,3-三氧化物、4-甲基-1,5,2,4-二氧硫磷杂己环-2,4-二氧化物、4-甲氧基-1,5,2,4-二氧硫磷杂己环-2,4-二氧化物、3-甲氧基-1,2,4-氧硫磷杂己环-2,2,3-三氧化物、1,2,5-氧硫磷杂己环-2,2-二氧化物、5-甲基-1,2,5-氧硫磷杂己环-2,2-二氧化物、5-甲基-1,2,5-氧硫磷杂己环-2,2,3-三氧化物、5-甲氧基-1,2,5-氧硫磷杂己环-2,2,3-三氧化物、1,2,6-氧硫磷杂己环-2,2-二氧化物、6-甲基-1,2,6-氧硫磷杂己环-2,2-二氧化物、6-甲基-1,2,6-氧硫磷杂己环-2,2,3-三氧化物、6-甲氧基-1,2,6-氧硫磷杂己环-2,2,3-三氧化物等含磷化合物。
这些当中,从提高非水电解液的保存特性方面考虑,优选1,3-丙磺酸内酯、1-氟-1,3-丙磺酸内酯、2-氟-1,3-丙磺酸内酯、3-氟-1,3-丙磺酸内酯、1-丙烯-1,3-磺酸内酯、1-氟-1-丙烯-1,3-磺酸内酯、2-氟-1-丙烯-1,3-磺酸内酯、3-氟-1-丙烯-1,3-磺酸内酯、1,4-丁磺酸内酯、甲烷二磺酸亚甲酯、甲烷二磺酸亚乙酯,更优选1,3-丙磺酸内酯、1-氟-1,3-丙磺酸内酯、2-氟-1,3-丙磺酸内酯、3-氟-1,3-丙磺酸内酯、1-丙烯-1,3-磺酸内酯。
环状磺酸酯可以单独使用一种,也可以以任意的组合及比率组合使用2种以上。环状磺酸酯相对于本发明的非水电解液全体的配合量没有特别限制,只要不明显损害本发明的效果,则可以为任意配合量。对于上述配合量而言,在非水电解液100质量%中通常为0.001质量%以上、优选为0.01质量%以上、更优选为0.1质量%以上,并且通常为10质量%以下、优选为5质量%以下、更优选为3质量%以下、特别优选为2质量%以下、最优选为1质量%以下。在满足上述范围的情况下,非水电解质二次电池的输出特性、负载特性、低温特性、循环特性、高温保存特性等效果进一步提高。
1-3.电解质
本发明的非水电解液中所含的电解质没有特别限制,可以使用以往在非水电解质二次电池中所使用的各种电解质。
需要说明的是,在下述电解质中,也存在与上述说明的特定添加剂相同的化合物,根据其使用量,作为该特定添加剂记载的化合物也能够作为电解质使用。
作为电解质,通常使用碱金属盐,作为其具体例,可以举出锂盐、钠盐,优选使用锂盐。作为锂盐,只要是已知在该用途中使用的物质就没有特别限制,可以使用任意的锂盐,作为其具体例,可以举出以下的物质。
LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiAlF4、LiSbF6、LiTaF6、LiWF7等无机锂盐;
LiWOF5等钨酸锂类;
HCO2Li、CH3CO2Li、CH2FCO2Li、CHF2CO2Li、CF3CO2Li、CF3CH2CO2Li、CF3CF2CO2Li、CF3CF2CF2CO2Li、CF3CF2CF2CF2CO2Li等羧酸锂盐类;
FSO3Li、CH3SO3Li、CH2FSO3Li、CHF2SO3Li、CF3SO3Li、CF3CF2SO3Li、CF3CF2CF2SO3Li、CF3CF2CF2CF2SO3Li等磺酸锂盐类;
LiN(FCO)2、LiN(FCO)(FSO2)、LiN(FSO2)2、LiN(FSO2)(CF3SO2)、LiN(CF3SO2)2、LiN(C2F5SO2)2、环状1,2-全氟乙烷二磺酰亚胺锂、环状1,3-全氟丙烷二磺酰亚胺锂、LiN(CF3SO2)(C4F9SO2)等酰亚胺锂盐类;
LiC(FSO2)3、LiC(CF3SO2)3、LiC(C2F5SO2)3等甲基化锂盐类;
二氟草酸根合硼酸锂、双(草酸根合)硼酸锂等草酸根合硼酸锂盐类;
四氟草酸根合磷酸锂、二氟双(草酸根合)磷酸锂、三(草酸根合)磷酸锂等草酸根合磷酸锂盐类;
以及LiPF4(CF3)2、LiPF4(C2F5)2、LiPF4(CF3SO2)2、LiPF4(C2F5SO2)2、LiBF3CF3、LiBF3C2F5、LiBF3C3F7、LiBF2(CF3)2、LiBF2(C2F5)2、LiBF2(CF3SO2)2、LiBF2(C2F5SO2)2等含氟有机锂盐类。
这些当中,从具有使非水电解质二次电池的输出特性、高速充放电特性、高温保存特性、循环特性等提高的效果方面考虑,特别优选LiPF6、LiBF4、LiSbF6、LiTaF6、FSO3Li、CF3SO3Li、LiN(FSO2)2、LiN(FSO2)(CF3SO2)、LiN(CF3SO2)2、LiN(C2F5SO2)2、环状1,2-全氟乙烷二磺酰亚胺锂、环状1,3-全氟丙烷二磺酰亚胺锂、LiC(FSO2)3、LiC(CF3SO2)3、LiC(C2F5SO2)3、二草酸根合硼酸锂、二氟草酸根合硼酸锂、四氟草酸根合磷酸锂、二氟双草酸根合磷酸锂、LiBF3CF3、LiBF3CF3、LiBF3C2F5、LiPF3(CF3)3、LiPF3(C2F5)3等。
这些锂盐可以单独使用,也可以将2种以上组合使用。组合使用2种以上的情况下的优选的一例是将LiPF6与LiBF4、LiPF6与LiN(FSO2)2、或LiPF6与FSO3Li等组合使用,这样的组合具有使非水电解质二次电池的负载特性、循环特性提高的效果。
该情况下,相对于非水电解液全体100质量%,LiBF4或FSO3Li的配合量没有特别限制,只要不明显损害本发明的效果,则可以为任意配合量。对于上述配合量而言,相对于本发明的非水电解液全体通常为0.01质量%以上、优选为0.1质量%以上,并且通常为30质量%以下、优选为20质量%以下。
此外,另一例是将无机锂盐与有机锂盐组合使用,这两者的组合使用具有抑制非水电解质二次电池的高温保存引起的劣化的效果。
作为上述有机锂盐,优选CF3SO3Li、LiN(FSO2)2、LiN(FSO2)(CF3SO2)、LiN(CF3SO2)2、LiN(C2F5SO2)2、环状1,2-全氟乙烷二磺酰亚胺锂、环状1,3-全氟丙烷二磺酰亚胺锂、LiC(FSO2)3、LiC(CF3SO2)3、LiC(C2F5SO2)3、二草酸根合硼酸锂、二氟草酸根合硼酸锂、四氟草酸根合磷酸锂、二氟双草酸根合磷酸锂、LiBF3CF3、LiBF3C2F5、LiPF3(CF3)3、LiPF3(C2F5)3等。
该情况下,相对于非水电解液全体100质量%,有机锂盐的比例优选为0.1质量%以上、特别优选为0.5质量%以上,并且优选为30质量%以下、特别优选为20质量%以下。
就非水电解液中的以上说明的电解质的浓度而言,在不损害本发明效果的范围内,其含量没有特别限制。从使电解液的电导率为良好的范围、从而确保良好的电池性能方面考虑,非水电解液中的电解质的总摩尔浓度优选为0.3mol/L以上、更优选为0.4mol/L以上、进一步优选为0.5mol/L以上,特别优选为1.0mol/L以上,并且优选为3mol/L以下、更优选为2.5mol/L以下、进一步优选为2.0mol/L以下。
通过使电解质的总摩尔浓度在上述范围内,可使非水电解液的电导率变得充分,另外,可防止粘度上升所导致的电导率降低、从而防止由其引起的电池性能的下降。
1-4.非水溶剂
对于本发明的非水电解液中的非水溶剂没有特别限制,可以使用公知的有机溶剂。作为这些有机溶剂的例子,可列举不具有氟原子的环状碳酸酯、链状碳酸酯、链状羧酸酯、环状羧酸酯、醚化合物、砜类化合物等。这些当中,从提高高温保存特性方面考虑,优选链状羧酸酯。
下面,对上述列举的各非水溶剂进行说明。需要说明的是,下述非水溶剂中也存在与上述说明的特定添加剂相同的化合物,根据其使用量,作为该特定添加剂记载的化合物也能够作为非水溶剂使用。
<不具有氟原子的环状碳酸酯>
作为上述不具有氟原子的环状碳酸酯,可以举出具有碳原子数2~4的亚烷基的环状碳酸酯。
作为具有碳原子数2~4的亚烷基且不具有氟原子的环状碳酸酯的具体例,可列举:碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯、碳酸亚丁酯。其中,从来自于锂离子离解度的提高而带来的电池特性提高方面考虑,特别优选碳酸亚乙酯和碳酸亚丙酯。
不具有氟原子的环状碳酸酯可以单独使用一种,也可以以任意的组合及比率组合使用2种以上。
不具有氟原子的环状碳酸酯的配合量没有特殊限制,只要不明显损害本发明效果,则可以是任意的配合量。在单独使用一种的情况下,其配合量在非水溶剂100体积%中通常为5体积%以上、更优选为10体积%以上。通过使配合量为该范围,可避免因非水电解液的介电常数下降引起的电导率的降低,从而容易使非水电解质电池的大电流放电特性、对负极的稳定性、循环特性达到良好的范围。另外,其配合量在非水溶剂100体积%中通常为95体积%以下、更优选为90体积%以下、进一步优选为85体积%以下。通过在该范围,可以使非水电解液的粘度为合适的范围、抑制离子传导度的下降,进而容易使非水电解质二次电池的负载特性为良好的范围。
<链状碳酸酯>
作为上述链状碳酸酯,优选碳原子数3~7的链状碳酸酯,更优选碳原子数3~7的碳酸二烷基酯。
作为链状碳酸酯的具体例,可以举出:碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸二正丙酯、碳酸二异丙酯、碳酸正丙基异丙基酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲基正丙基酯、碳酸正丁基甲基酯、碳酸异丁基甲基酯、碳酸叔丁基甲基酯、碳酸乙基正丙基酯、碳酸正丁基乙基酯、碳酸异丁基乙基酯、碳酸叔丁基乙基酯等。
其中,优选碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸二正丙酯、碳酸二异丙酯、碳酸正丙基异丙基酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲基正丙基酯,特别优选为碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯。
另外,还可以优选使用具有氟原子的链状碳酸酯(以下,有时记作“氟代链状碳酸酯”)。
氟代链状碳酸酯所具有的氟原子数只要为1以上即可,没有特别限制,但通常为6以下、优选为4以下。氟代链状碳酸酯具有多个氟原子的情况下,它们可以键合在同一个碳上,也可以键合在不同的碳上。
作为氟代链状碳酸酯,可以举出:氟代碳酸二甲酯及其衍生物、氟代碳酸甲乙酯及其衍生物、氟代碳酸二乙酯及其衍生物等。
作为上述氟代碳酸二甲酯及其衍生物,可以举出:碳酸氟甲基甲基酯、碳酸二氟甲基甲基酯、碳酸三氟甲基甲基酯、碳酸双(氟甲基)酯、碳酸双(二氟甲基)酯、碳酸双(三氟甲基)酯等。
作为上述氟代碳酸甲乙酯及其衍生物,可以举出:碳酸2-氟乙基甲基酯、碳酸乙基氟甲基酯、碳酸2,2-二氟乙基甲基酯、碳酸2-氟乙基氟甲基酯、碳酸乙基二氟甲基酯、碳酸2,2,2-三氟乙基甲基酯、碳酸2,2-二氟乙基氟甲基酯、碳酸2-氟乙基二氟甲基酯、碳酸乙基三氟甲基酯等。
作为上述氟代碳酸二乙酯及其衍生物,可以举出:碳酸乙基(2-氟乙基)酯、碳酸乙基(2,2-二氟乙基)酯、碳酸双(2-氟乙基)酯、碳酸乙基(2,2,2-三氟乙基)酯、碳酸2,2-二氟乙基-2’-氟乙基酯、碳酸双(2,2-二氟乙基)酯、碳酸2,2,2-三氟乙基-2’-氟乙基酯、碳酸2,2,2-三氟乙基-2’,2’-二氟乙基酯、碳酸双(2,2,2-三氟乙基)酯等。
以上说明的链状碳酸酯可以单独使用一种,也可以以任意组合及比率组合使用2种以上。
链状碳酸酯的配合量在非水溶剂100体积%中优选为5体积%以上、更优选为10体积%以上、进一步优选为15体积%以上。通过这样地设定下限,可以使非水电解液的粘度为合适的范围、抑制离子传导度的下降,进而容易使非水电解质二次电池的大电流放电特性为良好的范围。另外,链状碳酸酯的配合量在非水溶剂100体积%中优选为90体积%以下、更优选为85体积%以下、特别优选为80体积%以下。通过这样地设定上限,可以避免因非水电解液的介电常数下降引起的电导率的降低,容易使非水电解质二次电池的大电流放电特性为良好的范围。
<链状羧酸酯>
作为上述链状羧酸酯,优选碳原子数3~7的链状羧酸酯。具体可列举:
乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸正丙酯、乙酸异丙酯、乙酸正丁酯、乙酸异丁酯、乙酸叔丁酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸正丙酯、丙酸异丙酯、丙酸正丁酯、丙酸异丁酯、丙酸叔丁酯、丁酸甲酯、丁酸乙酯、丁酸正丙酯、丁酸异丙酯、异丁酸甲酯、异丁酸乙酯、异丁酸正丙酯、异丁酸异丙酯等。
其中,从粘度降低引起的离子传导度提高方面考虑,优选乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸正丙酯、乙酸正丁酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸正丙酯、丙酸异丙酯、丁酸甲酯、丁酸乙酯等。
链状羧酸酯可以单独使用一种,也可以以任意组合及比率组合使用2种以上。
链状羧酸酯的配合量通常在非水溶剂100体积%中优选为10体积%以上、更优选为15体积%以上。通过这样地设定下限,可改善非水电解液的电导率,容易使非水电解质二次电池的大电流放电特性提高。另外,链状羧酸酯的配合量在非水溶剂100体积%中优选为60体积%以下、更优选为50体积%以下。通过这样地设定上限,可抑制负极电阻的增大,容易使非水电解质二次电池的大电流放电特性、循环特性为良好的范围。
<环状羧酸酯>
作为上述环状羧酸酯,优选碳原子数为3~12的环状羧酸酯。
作为其具体例,可以举出:γ-丁内酯、γ-戊内酯、γ-己内酯、ε-己内酯等。其中,从锂离子离解度的提高带来的电池特性提高方面考虑,特别优选γ-丁内酯。
环状羧酸酯可以单独使用一种,也可以以任意组合及比率组合使用2种以上。
环状羧酸酯的配合量在非水溶剂100体积%中优选为5体积%以上、更优选为10体积%以上。如果在该范围,则可以改善非水电解液的电导率,容易使非水电解质二次电池的大电流放电特性提高。另外,环状羧酸酯的配合量优选为50体积%以下、更优选为40体积%以下。通过这样地设定上限,可以使非水电解液的粘度为合适的范围,避免电导率的下降、抑制负极电阻的增大,容易使非水电解质二次电池的大电流放电特性为良好的范围。
<醚类化合物>
作为上述醚类化合物,优选任选有部分氢被氟取代的碳原子数3~10的链状醚、及碳原子数3~6的环状醚。
作为上述碳原子数3~10的链状醚,可以举出:
乙醚、二(2-氟乙基)醚、二(2,2-二氟乙基)醚、二(2,2,2-三氟乙基)醚、乙基(2-氟乙基)醚、乙基(2,2,2-三氟乙基)醚、乙基(1,1,2,2-四氟乙基)醚、(2-氟乙基)(2,2,2-三氟乙基)醚、(2-氟乙基)(1,1,2,2-四氟乙基)醚、(2,2,2-三氟乙基)(1,1,2,2-四氟乙基)醚、乙基正丙基醚、乙基(3-氟正丙基)醚、乙基(3,3,3-三氟正丙基)醚、乙基(2,2,3,3-四氟正丙基)醚、乙基(2,2,3,3,3-五氟正丙基)醚、2-氟乙基正丙基醚、(2-氟乙基)(3-氟正丙基)醚、(2-氟乙基)(3,3,3-三氟正丙基)醚、(2-氟乙基)(2,2,3,3-四氟正丙基)醚、(2-氟乙基)(2,2,3,3,3-五氟正丙基)醚、2,2,2-三氟乙基正丙基醚、(2,2,2-三氟乙基)(3-氟正丙基)醚、(2,2,2-三氟乙基)(3,3,3-三氟正丙基)醚、(2,2,2-三氟乙基)(2,2,3,3-四氟正丙基)醚、(2,2,2-三氟乙基)(2,2,3,3,3-五氟正丙基)醚、1,1,2,2-四氟乙基正丙基醚、(1,1,2,2-四氟乙基)(3-氟正丙基)醚、(1,1,2,2-四氟乙基)(3,3,3-三氟正丙基)醚、(1,1,2,2-四氟乙基)(2,2,3,3-四氟正丙基)醚、(1,1,2,2-四氟乙基)(2,2,3,3,3-五氟正丙基)醚、二正丙基醚、(正丙基)(3-氟正丙基)醚、(正丙基)(3,3,3-三氟正丙基)醚、(正丙基)(2,2,3,3-四氟正丙基)醚、(正丙基)(2,2,3,3,3-五氟正丙基)醚、二(3-氟正丙基)醚、(3-氟正丙基)(3,3,3-三氟正丙基)醚、(3-氟正丙基)(2,2,3,3-四氟正丙基)醚、(3-氟正丙基)(2,2,3,3,3-五氟正丙基)醚、二(3,3,3-三氟正丙基)醚、(3,3,3-三氟正丙基)(2,2,3,3-四氟正丙基)醚、(3,3,3-三氟正丙基)(2,2,3,3,3-五氟正丙基)醚、二(2,2,3,3-四氟正丙基)醚、(2,2,3,3-四氟正丙基)(2,2,3,3,3-五氟正丙基)醚、二(2,2,3,3,3-五氟正丙基)醚、二正丁基醚、二甲氧基甲烷、甲氧基乙氧基甲烷、甲氧基(2-氟乙氧基)甲烷、甲氧基(2,2,2-三氟乙氧基)甲烷、甲氧基(1,1,2,2-四氟乙氧基)甲烷、二乙氧基甲烷、乙氧基(2-氟乙氧基)甲烷、乙氧基(2,2,2-三氟乙氧基)甲烷、乙氧基(1,1,2,2-四氟乙氧基)甲烷、二(2-氟乙氧基)甲烷、(2-氟乙氧基)(2,2,2-三氟乙氧基)甲烷、(2-氟乙氧基)(1,1,2,2-四氟乙氧基)甲烷、二(2,2,2-三氟乙氧基)甲烷、(2,2,2-三氟乙氧基)(1,1,2,2-四氟乙氧基)甲烷、二(1,1,2,2-四氟乙氧基)甲烷、二甲氧基乙烷、甲氧基乙氧基乙烷、甲氧基(2-氟乙氧基)乙烷、甲氧基(2,2,2-三氟乙氧基)乙烷、甲氧基(1,1,2,2-四氟乙氧基)乙烷、二乙氧基乙烷、乙氧基(2-氟乙氧基)乙烷、乙氧基(2,2,2-三氟乙氧基)乙烷、乙氧基(1,1,2,2-四氟乙氧基)乙烷、二(2-氟乙氧基)乙烷、(2-氟乙氧基)(2,2,2-三氟乙氧基)乙烷、(2-氟乙氧基)(1,1,2,2-四氟乙氧基)乙烷、二(2,2,2-三氟乙氧基)乙烷、(2,2,2-三氟乙氧基)(1,1,2,2-四氟乙氧基)乙烷、二(1,1,2,2-四氟乙氧基)乙烷、乙二醇二正丙基醚、乙二醇二正丁基醚、二乙二醇二甲基醚等。
作为上述碳原子数3~6的环状醚,可以举出:四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、3-甲基四氢呋喃、1,3-二氧杂环己烷、2-甲基-1,3-二氧杂环己烷、4-甲基-1,3-二氧杂环己烷、1,4-二氧杂环己烷等、以及它们的氟代化合物。
以上列举的醚类化合物中,从对锂离子的溶剂化能力高、使离子离解性提高方面考虑,优选二甲氧基甲烷、二乙氧基甲烷、乙氧基甲氧基甲烷、乙二醇二正丙基醚、乙二醇二正丁基醚、二乙二醇二甲基醚。从粘性低、可赋予高离子传导度方面考虑,特别优选为二甲氧基甲烷、二乙氧基甲烷、乙氧基甲氧基甲烷。
醚类化合物可以单独使用一种,也可以以任意组合及比率组合使用2种以上。
醚类化合物的配合量在非水溶剂100体积%中优选为5体积%以上、更优选为10体积%以上、进一步优选为15体积%以上,并且优选为70体积%以下、更优选为60体积%以下、进一步优选为50体积%以下。
如果为该范围,则容易确保醚类化合物的锂离子离解度的提高和粘度降低带来的离子传导度的提高效果,在负极活性物质为碳质材料的情况下,容易避免醚类化合物与锂离子一起发生共嵌入而使容量降低这样的情况。
<砜类化合物>
作为上述砜类化合物,优选碳原子数3~6的环状砜、及碳原子数2~6的链状砜。1分子中的磺酰基数优选为1或2。
作为上述碳原子数3~6的环状砜,可以举出:
作为单砜化合物的三亚甲基砜类、四亚甲基砜类、六亚甲基砜类;
作为二砜化合物的三亚甲基二砜类、四亚甲基二砜类、六亚甲基二砜类等。
其中,从介电常数和粘性的观点考虑,更优选四亚甲基砜类、四亚甲基二砜类、六亚甲基砜类、六亚甲基二砜类,特别优选四亚甲基砜类(环丁砜类)。
作为上述四亚甲基砜类,优选环丁砜和/或环丁砜衍生物(以下,有时将包括环丁砜在内记作“环丁砜类”)。作为环丁砜衍生物,优选键合在构成环丁砜环的碳原子上的氢原子的1个以上被氟原子、烷基取代而得到的化合物。
其中,从离子传导度高、非水电解质二次电池的输入输出特性高方面考虑,优选2-甲基环丁砜、3-甲基环丁砜、2-氟环丁砜、3-氟环丁砜、2,2-二氟环丁砜、2,3-二氟环丁砜、2,4-二氟环丁砜、2,5-二氟环丁砜、3,4-二氟环丁砜、2-氟-3-甲基环丁砜、2-氟-2-甲基环丁砜、3-氟-3-甲基环丁砜、3-氟-2-甲基环丁砜、4-氟-3-甲基环丁砜、4-氟-2-甲基环丁砜、5-氟-3-甲基环丁砜、5-氟-2-甲基环丁砜、2-氟甲基环丁砜、3-氟甲基环丁砜、2-二氟甲基环丁砜、3-二氟甲基环丁砜、2-三氟甲基环丁砜、3-三氟甲基环丁砜、2-氟-3-(三氟甲基)环丁砜、3-氟-3-(三氟甲基)环丁砜、4-氟-3-(三氟甲基)环丁砜、5-氟-3-(三氟甲基)环丁砜等。
另外,作为上述碳原子数2~6的链状砜,可以举出:
二甲基砜、乙基甲基砜、二乙基砜、正丙基甲基砜、正丙基乙基砜、二正丙基砜、异丙基甲基砜、异丙基乙基砜、二异丙基砜、正丁基甲基砜、正丁基乙基砜、叔丁基甲基砜、叔丁基乙基砜、单氟甲基甲基砜、二氟甲基甲基砜、三氟甲基甲基砜、单氟乙基甲基砜、二氟乙基甲基砜、三氟乙基甲基砜、五氟乙基甲基砜、乙基单氟甲基砜、乙基二氟甲基砜、乙基三氟甲基砜、全氟乙基甲基砜、乙基三氟乙基砜、乙基五氟乙基砜、二(三氟乙基)砜、全氟二乙基砜、氟甲基正丙基砜、二氟甲基正丙基砜、三氟甲基正丙基砜、氟甲基异丙基砜、二氟甲基异丙基砜、三氟甲基异丙基砜、三氟乙基正丙基砜、三氟乙基异丙基砜、五氟乙基正丙基砜、五氟乙基异丙基砜、三氟乙基正丁基砜、三氟乙基叔丁基砜、五氟乙基正丁基砜、五氟乙基叔丁基砜等。
其中,从离子传导度高、非水电解质二次电池的输入输出特性高方面考虑,优选二甲基砜、乙基甲基砜、二乙基砜、正丙基甲基砜、异丙基甲基砜、正丁基甲基砜、叔丁基甲基砜、单氟甲基甲基砜、二氟甲基甲基砜、三氟甲基甲基砜、单氟乙基甲基砜、二氟乙基甲基砜、三氟乙基甲基砜、五氟乙基甲基砜、乙基单氟甲基砜、乙基二氟甲基砜、乙基三氟甲基砜、乙基三氟乙基砜、乙基五氟乙基砜、三氟甲基正丙基砜、三氟甲基异丙基砜、三氟乙基正丁基砜、三氟乙基叔丁基砜、三氟甲基正丁基砜、三氟甲基叔丁基砜等。
以上说明的砜类化合物可以单独使用一种,也可以以任意组合及比率组合使用2种以上。
砜类化合物的配合量在非水溶剂100体积%中优选为0.3体积%以上、更优选为1体积%以上、进一步优选为5体积%以上,并且优选为40体积%以下、更优选为35体积%以下、进一步优选为30体积%以下。
如果为该范围,则对于非水电解质二次电池而言,容易获得循环特性、保存特性等耐久性的提高效果,另外,可以使非水电解液的粘度为合适的范围,避免电导率的下降。作为其结果,在以高电流密度进行非水电解质二次电池的充放电的情况下,容易避免充放电容量保持率下降这样的情况。
<使用具有氟原子的环状碳酸酯作为非水溶剂的情况>
在本发明的非水电解液中,如1-2.所示那样,具有氟原子的环状碳酸酯也作为特定添加剂被使用,还可以作为非水溶剂使用。
在本发明中,将具有氟原子的环状碳酸酯作为非水溶剂使用的情况下,作为具有氟原子的环状碳酸酯以外的非水溶剂,可以将上述列举的非水溶剂的一种与具有氟原子的环状碳酸酯组合使用,也可以将上述列举的非水溶剂的2种以上与具有氟原子的环状碳酸酯组合使用。
例如,作为非水溶剂的优选组合之一,可列举以具有氟原子的环状碳酸酯和链状碳酸酯为主体的组合。在该组合中,具有氟原子的环状碳酸酯和链状碳酸酯的总量在非水溶剂中所占的比例优选为60体积%以上、更优选为80体积%以上、进一步优选为90体积%以上,并且,具有氟原子的环状碳酸酯在具有氟原子的环状碳酸酯和链状碳酸酯的总量中所占的比例为3体积%以上、优选为5体积%以上、更优选为10体积%以上、进一步优选为15体积%以上,并且通常为60体积%以下、优选为50体积%以下、更优选为40体积%以下、进一步优选为35体积%以下、特别优选为30体积%以下、最优选为20体积%以下。
如果使用这些非水溶剂的组合,则使用其制作的非水电解质二次电池的循环特性和高温保存特性(特别是高温保存后的残存容量及高负载放电容量)的平衡有时变得良好。
例如,作为具有氟原子的环状碳酸酯和链状碳酸酯的优选组合的具体例,可以举出:
单氟碳酸亚乙酯和碳酸二甲酯、单氟碳酸亚乙酯和碳酸二乙酯、单氟碳酸亚乙酯和碳酸甲乙酯、单氟碳酸亚乙酯和碳酸二甲酯和碳酸二乙酯、单氟碳酸亚乙酯和碳酸二甲酯和碳酸甲乙酯、单氟碳酸亚乙酯和碳酸二乙酯和碳酸甲乙酯、单氟碳酸亚乙酯和碳酸二甲酯和碳酸二乙酯和碳酸甲乙酯等。
在具有氟原子的环状碳酸酯和链状碳酸酯的组合中,进一步优选含有对称链状烷基碳酸酯类作为链状碳酸酯的组合。特别是,由于非水电解质二次电池的循环特性和大电流放电特性的平衡良好,因此优选单氟碳酸亚乙酯和碳酸二甲酯和碳酸甲乙酯、单氟碳酸亚乙酯和碳酸二乙酯和碳酸甲乙酯、单氟碳酸亚乙酯和碳酸二甲酯和碳酸二乙酯和碳酸甲乙酯这样的含有单氟碳酸亚乙酯和对称链状碳酸酯类和不对称链状碳酸酯类的组合。其中,优选对称链状碳酸酯类为碳酸二甲酯,另外,优选链状碳酸酯的烷基的碳原子数为1~2。
在这些具有氟原子的环状碳酸酯和链状碳酸酯类的组合中,作为优选的组合,还可列举进一步加入了不具有氟原子的环状碳酸酯的组合。其中,具有氟原子的环状碳酸酯和不具有氟原子的环状碳酸酯的总量在非水溶剂中所占的比例优选为10体积%以上、更优选为15体积%以上、进一步优选为20体积%以上,并且,具有氟原子的环状碳酸酯相对于具有氟原子的环状碳酸酯和不具有氟原子的环状碳酸酯的总量的比例通常为1体积%以上、优选为3体积%以上、更优选为5体积%以上、进一步优选为10体积%以上、特别优选为20体积%以上,并且优选为95体积%以下、更优选为85体积%以下、进一步优选为75体积%以下、特别优选为60体积%以下。
以该浓度范围含有不具有氟原子的环状碳酸酯时,能够在负极形成稳定的保护被膜,同时可以保持非水电解液的电导率。
作为具有氟原子的环状碳酸酯和不具有氟原子的环状碳酸酯和链状碳酸酯的优选组合的具体例,可以举出:
单氟碳酸亚乙酯和碳酸亚乙酯和碳酸二甲酯、单氟碳酸亚乙酯和碳酸亚乙酯和碳酸二乙酯、单氟碳酸亚乙酯和碳酸亚乙酯和碳酸甲乙酯、单氟碳酸亚乙酯和碳酸亚乙酯和碳酸二甲酯和碳酸二乙酯、单氟碳酸亚乙酯和碳酸亚乙酯和碳酸二甲酯和碳酸甲乙酯、单氟碳酸亚乙酯和碳酸亚乙酯和碳酸二乙酯和碳酸甲乙酯、单氟碳酸亚乙酯和碳酸亚乙酯和碳酸二甲酯和碳酸二乙酯和碳酸甲乙酯、单氟碳酸亚乙酯和碳酸亚丙酯和碳酸二甲酯、单氟碳酸亚乙酯和碳酸亚丙酯和碳酸二乙酯、单氟碳酸亚乙酯和碳酸亚丙酯和碳酸甲乙酯、单氟碳酸亚乙酯和碳酸亚丙酯和碳酸二甲酯和碳酸二乙酯、单氟碳酸亚乙酯和碳酸亚丙酯和碳酸二甲酯和碳酸甲乙酯、单氟碳酸亚乙酯和碳酸亚丙酯和碳酸二乙酯和碳酸甲乙酯、单氟碳酸亚乙酯和碳酸亚丙酯和碳酸二甲酯和碳酸二乙酯和碳酸甲乙酯、单氟碳酸亚乙酯和碳酸亚乙酯和碳酸亚丙酯和碳酸二甲酯、单氟碳酸亚乙酯和碳酸亚乙酯和碳酸亚丙酯和碳酸二乙酯、单氟碳酸亚乙酯和碳酸亚乙酯和碳酸亚丙酯和碳酸甲乙酯、单氟碳酸亚乙酯和碳酸亚乙酯和碳酸亚丙酯和碳酸二甲酯和碳酸二乙酯、单氟碳酸亚乙酯和碳酸亚乙酯和碳酸亚丙酯和碳酸二甲酯和碳酸甲乙酯、单氟碳酸亚乙酯和碳酸亚乙酯和碳酸亚丙酯和碳酸二乙酯和碳酸甲乙酯、单氟碳酸亚乙酯和碳酸亚乙酯和碳酸亚丙酯和碳酸二甲酯和碳酸二乙酯和碳酸甲乙酯等。
在具有氟原子的环状碳酸酯和不具有氟原子的环状碳酸酯和链状碳酸酯的组合中,进一步优选含有不对称链状烷基碳酸酯类作为链状碳酸酯的组合,特别是,由于非水电解质二次电池的循环特性和大电流放电特性的平衡良好,因此优选单氟碳酸亚乙酯和碳酸亚乙酯和碳酸甲乙酯、单氟碳酸亚乙酯和碳酸亚丙酯和碳酸甲乙酯、单氟碳酸亚乙酯和碳酸亚乙酯和碳酸二甲酯和碳酸甲乙酯、单氟碳酸亚乙酯和碳酸亚丙酯和碳酸二甲酯和碳酸甲乙酯、单氟碳酸亚乙酯和碳酸亚乙酯和碳酸亚丙酯和碳酸二甲酯和碳酸甲乙酯、单氟碳酸亚乙酯和碳酸亚乙酯和碳酸二乙酯和碳酸甲乙酯、单氟碳酸亚乙酯和碳酸亚丙酯和碳酸二乙酯和碳酸甲乙酯、单氟碳酸亚乙酯和碳酸亚乙酯和碳酸亚丙酯和碳酸二乙酯和碳酸甲乙酯、单氟碳酸亚乙酯和碳酸亚乙酯和碳酸二甲酯和碳酸二乙酯和碳酸甲乙酯、单氟碳酸亚乙酯和碳酸亚丙酯和碳酸二甲酯和碳酸二乙酯和碳酸甲乙酯、单氟碳酸亚乙酯和碳酸亚乙酯和碳酸亚丙酯和碳酸二甲酯和碳酸二乙酯和碳酸甲乙酯这样的含有单氟碳酸亚乙酯和不对称链状碳酸酯类的组合。其中,优选不对称链状碳酸酯类为碳酸甲乙酯,另外,优选链状碳酸酯的烷基的碳原子数为1~2。
非水溶剂中含有碳酸甲乙酯的情况下,碳酸甲乙酯在全部非水溶剂中所占的比例优选为10体积%以上、更优选为20体积%以上、进一步优选为25体积%以上、特别优选为30体积%以上,并且优选为95体积%以下、更优选为90体积%以下、进一步优选为85体积%以下、特别优选为80体积%以下,如果以这样的范围含有碳酸甲乙酯,则有时会使非水电解质二次电池的负载特性提高。
在上述以具有氟原子的环状碳酸酯和链状碳酸酯为主体的组合中,除了上述不具有氟原子的环状碳酸酯以外,还可以混合环状羧酸酯类、链状羧酸酯类、环状醚类、链状醚类、含硫有机溶剂、含磷有机溶剂、含氟芳香族溶剂等其它溶剂。
<使用具有氟原子的环状碳酸酯作为特定添加剂的情况>
在本发明中,如1-2.所说明的那样,将具有氟原子的环状碳酸酯用作特定添加剂的情况下,作为具有氟原子的环状碳酸酯以外的非水溶剂,上述列举的非水溶剂可以单独使用一种,也可以以任意组合及比率组合使用2种以上。
例如,作为非水溶剂的优选组合之一,可列举以不具有氟原子的环状碳酸酯和链状碳酸酯为主体的组合。
其中,不具有氟原子的环状碳酸酯和链状碳酸酯的总量在非水溶剂中所占的比例优选为70体积%以上、更优选为80体积%以上、进一步优选为90体积%以上,并且,不具有氟原子的环状碳酸酯在环状碳酸酯和链状碳酸酯的总量中所占的比例优选为5体积%以上、更优选为10体积%以上、进一步优选为15体积%以上,并且优选为50体积%以下、更优选为35体积%以下、进一步优选为30体积%以下、特别优选为25体积%以下。
如果使用这些非水溶剂的组合,使用其制作的非水电解质二次电池的循环特性和高温保存特性(特别是高温保存后的残存容量及高负载放电容量)的平衡有时变得良好。
例如,作为不具有氟原子的环状碳酸酯和链状碳酸酯的优选组合的具体例,可以举出:
碳酸亚乙酯和碳酸二甲酯、碳酸亚乙酯和碳酸二乙酯、碳酸亚乙酯和碳酸甲乙酯、碳酸亚乙酯和碳酸二甲酯和碳酸二乙酯、碳酸亚乙酯和碳酸二甲酯和碳酸甲乙酯、碳酸亚乙酯和碳酸二乙酯和碳酸甲乙酯、碳酸亚乙酯和碳酸二甲酯和碳酸二乙酯和碳酸甲乙酯、碳酸亚丙酯和碳酸甲乙酯、碳酸亚丙酯和碳酸甲乙酯和碳酸二乙酯、碳酸亚丙酯和碳酸甲乙酯和碳酸二甲酯等。
在不具有氟原子的环状碳酸酯和链状碳酸酯的组合中,进一步优选含有不对称链状烷基碳酸酯类作为链状碳酸酯的组合。特别是,由于非水电解质二次电池的循环特性和大电流放电特性的平衡良好,因此优选碳酸亚乙酯和碳酸甲乙酯、碳酸亚丙酯和碳酸甲乙酯、碳酸亚乙酯和碳酸甲乙酯和碳酸二甲酯、碳酸亚乙酯和碳酸甲乙酯和碳酸二乙酯、碳酸亚丙酯和碳酸甲乙酯和碳酸二甲酯、碳酸亚丙酯和碳酸甲乙酯和碳酸二乙酯这样的组合。
其中,优选不对称链状碳酸酯类为碳酸甲乙酯的组合,另外,优选链状碳酸酯的烷基的碳原子数为1~2。
非水溶剂中含有碳酸二甲酯的情况下,碳酸二甲酯在全部非水溶剂中所占的比例优选为10体积%以上、更优选为20体积%以上、进一步优选为25体积%以上、特别优选为30体积%以上,并且优选为90体积%以下、更优选为80体积%以下、进一步优选为75体积%以下、特别优选为70体积%以下,如果以这样的范围含有碳酸二甲酯,则有时会使非水电解质二次电池的负载特性提高。
其中,通过含有碳酸二甲酯和碳酸甲乙酯、并使碳酸二甲酯的含有比例高于碳酸甲乙酯的含有比例,可以保持非水电解液的电导率,同时可能会使高温保存后的电池特性提高,故优选这样的含有比例的组合。
从提高非水电解液的电导率及提高保存后的电池特性方面考虑,非水溶剂中的碳酸二甲酯相对于碳酸甲乙酯的体积比(碳酸二甲酯/碳酸甲乙酯)优选为1.1以上、更优选1.5以上、进一步优选2.5以上。从提高电池特性方面考虑,上述体积比(碳酸二甲酯/碳酸甲乙酯)优选为40以下、更优选20以下、进一步优选10以下、特别优选8以下。
在上述以不具有氟原子的环状碳酸酯和链状碳酸酯为主体的组合中,还可以混合环状羧酸酯类、链状羧酸酯类、环状醚类、链状醚类、含硫有机溶剂、含磷有机溶剂、芳香族含氟溶剂等其它溶剂。
需要说明的是,在本说明书中,非水溶剂的体积是在25℃下的测定值,但对于如碳酸亚乙酯这样的在25℃下为固体的物质,使用的是在熔点时的测定值。
1-5.助剂
在本发明的非水电解液中,除了通式(A)表示的化合物及特定添加剂以外,还可以根据目的适宜使用助剂。作为助剂,可以举出以下所示的具有三键的化合物、其它助剂等。
1-5-1.具有三键的化合物
对于上述具有三键的化合物而言,只要是分子内具有1个以上三键的化合物即可,对其种类没有特殊限定。
作为具有三键的化合物的具体例,可列举例如以下的化合物。
1-戊炔、2-戊炔、1-己炔、2-己炔、3-己炔、1-庚炔、2-庚炔、3-庚炔、1-辛炔、2-辛炔、3-辛炔、4-辛炔、1-壬炔、2-壬炔、3-壬炔、4-壬炔、1-十二碳炔、2-十二碳炔、3-十二碳炔、4-十二碳炔、5-十二碳炔、苯基乙炔、1-苯基-1-丙炔、1-苯基-2-丙炔、1-苯基-1-丁炔、4-苯基-1-丁炔、4-苯基-1-丁炔、1-苯基-1-戊炔、5-苯基-1-戊炔、1-苯基-1-己炔、6-苯基-1-己炔、二苯基乙炔、4-乙炔基甲苯、二环己基乙炔等烃化合物;
碳酸2-丙炔基甲基酯、碳酸2-丙炔基乙基酯、碳酸2-丙炔基丙基酯、碳酸2-丙炔基丁基酯、碳酸2-丙炔基苯基酯、碳酸2-丙炔基环己基酯、碳酸二(2-丙炔基)酯、碳酸1-甲基-2-丙炔基甲基酯、碳酸1,1-二甲基-2-丙炔基甲基酯、碳酸2-丁炔基甲基酯、碳酸3-丁炔基甲基酯、碳酸2-戊炔基甲基酯、碳酸3-戊炔基甲基酯、碳酸4-戊炔基甲基酯等单碳酸酯;
2-丁炔-1,4-二醇二甲基二碳酸酯、2-丁炔-1,4-二醇二乙基二碳酸酯、2-丁炔-1,4-二醇二丙基二碳酸酯、2-丁炔-1,4-二醇二丁基二碳酸酯、2-丁炔-1,4-二醇二苯基二碳酸酯、2-丁炔-1,4-二醇二环己基二碳酸酯等二碳酸酯;
乙酸2-丙炔酯、丙酸2-丙炔酯、丁酸2-丙炔酯、苯甲酸2-丙炔酯、环己基甲酸2-丙炔酯、乙酸1,1-二甲基-2-丙炔酯、丙酸1,1-二甲基-2-丙炔酯、丁酸1,1-二甲基-2-丙炔酯、苯甲酸1,1-二甲基-2-丙炔酯、环己基甲酸1,1-二甲基-2-丙炔酯、乙酸2-丁炔酯、乙酸3-丁炔酯、乙酸2-戊炔酯、乙酸3-戊炔酯、乙酸4-戊炔酯、2-丙炔酸甲酯、2-丙炔酸乙酯、2-丙炔酸丙酯、2-丙炔酸乙烯酯、2-丙炔酸2-丙烯酯、2-丙炔酸2-丁烯酯、2-丙炔酸3-丁烯酯、2-丁炔酸甲酯、2-丁炔酸乙酯、2-丁炔酸丙酯、2-丁炔酸乙烯酯、2-丁炔酸2-丙烯酯、2-丁炔酸2-丁烯酯、2-丁炔酸3-丁烯酯、3-丁炔酸甲酯、3-丁炔酸乙酯、3-丁炔酸丙酯、3-丁炔酸乙烯酯、3-丁炔酸2-丙烯酯、3-丁炔酸2-丁烯酯、3-丁炔酸3-丁烯酯、2-戊炔酸甲酯、2-戊炔酸乙酯、2-戊炔酸丙酯、2-戊炔酸乙烯酯、2-戊炔酸2-丙烯酯、2-戊炔酸2-丁烯酯、2-戊炔酸3-丁烯酯、3-戊炔酸甲酯、3-戊炔酸乙酯、3-戊炔酸丙酯、3-戊炔酸乙烯酯、3-戊炔酸2-丙烯酯、3-戊炔酸2-丁烯酯、3-戊炔酸3-丁烯酯、4-戊炔酸甲酯、4-戊炔酸乙酯、4-戊炔酸丙酯、4-戊炔酸乙烯酯、4-戊炔酸2-丙烯酯、4-戊炔酸2-丁烯酯、4-戊炔酸3-丁烯酯等单羧酸酯;
2-丁炔-1,4-二醇二乙酸酯、2-丁炔-1,4-二醇二丙酸酯、2-丁炔-1,4-二醇二丁酸酯、2-丁炔-1,4-二醇二苯甲酸酯、2-丁炔-1,4-二醇二环己烷甲酸酯等二羧酸酯;
乙二酸甲基2-丙炔基酯、乙二酸乙基2-丙炔基酯、乙二酸丙基2-丙炔基酯、乙二酸2-丙炔基乙烯基酯、乙二酸烯丙基2-丙炔基酯、乙二酸二(2-丙炔基)酯、乙二酸2-丁炔基甲基酯、乙二酸2-丁炔基乙基酯、乙二酸2-丁炔基丙基酯、乙二酸2-丁炔基乙烯基酯、乙二酸烯丙基2-丁炔基酯、乙二酸二(2-丁炔基)酯、乙二酸3-丁炔基甲基酯、乙二酸3-丁炔基乙基酯、乙二酸3-丁炔基丙基酯、乙二酸3-丁炔基乙烯基酯、乙二酸烯丙基3-丁炔基酯、乙二酸二(3-丁炔基)酯等乙二酸二酯;
甲基(2-丙炔基)(乙烯基)氧化膦、二乙烯基(2-丙炔基)氧化膦、二(2-丙炔基)(乙烯基)氧化膦、二(2-丙烯基)(2-丙炔基)氧化膦、二(2-丙炔基)(2-丙烯基)氧化膦、二(3-丁烯基)(2-丙炔基)氧化膦、及二(2-丙炔基)(3-丁烯基)氧化膦等氧化膦;
甲基(2-丙烯基)次膦酸2-丙炔酯、2-丁烯基(甲基)次膦酸2-丙炔酯、二(2-丙烯基)次膦酸2-丙炔酯、二(3-丁烯基)次膦酸2-丙炔酯、甲基(2-丙烯基)次膦酸1,1-二甲基-2-丙炔酯、2-丁烯基(甲基)次膦酸1,1-二甲基-2-丙炔酯、二(2-丙烯基)次膦酸1,1-二甲基-2-丙炔酯、及二(3-丁烯基)次膦酸1,1-二甲基-2-丙炔酯、甲基(2-丙炔基)次膦酸2-丙烯酯、甲基(2-丙炔基)次膦酸3-丁烯酯、二(2-丙炔基)次膦酸2-丙烯酯、二(2-丙炔基)次膦酸3-丁烯酯、2-丙炔基(2-丙烯基)次膦酸2-丙烯酯、及2-丙炔基(2-丙烯基)次膦酸3-丁烯酯等次膦酸酯;
2-丙烯基膦酸甲基2-丙炔基酯、2-丁烯基膦酸甲基(2-丙炔基)酯、2-丙烯基膦酸(2-丙炔基)(2-丙烯基)酯、3-丁烯基膦酸(3-丁烯基)(2-丙炔基)酯、2-丙烯基膦酸(1,1-二甲基-2-丙炔基)(甲基)酯、2-丁烯基膦酸(1,1-二甲基-2-丙炔基)(甲基)酯、2-丙烯基膦酸(1,1-二甲基-2-丙炔基)(2-丙烯基)酯、及3-丁烯基膦酸(3-丁烯基)(1,1-二甲基-2-丙炔基)酯、甲基膦酸(2-丙炔基)(2-丙烯基)酯、甲基膦酸(3-丁烯基)(2-丙炔基)酯、甲基膦酸(1,1-二甲基-2-丙炔基)(2-丙烯基)酯、甲基膦酸(3-丁烯基)(1,1-二甲基-2-丙炔基)酯、乙基膦酸(2-丙炔基)(2-丙烯基)酯、乙基膦酸(3-丁烯基)(2-丙炔基)酯、乙基膦酸(1,1-二甲基-2-丙炔基)(2-丙烯基)酯、及乙基膦酸(3-丁烯基)(1,1-二甲基-2-丙炔基)酯等膦酸酯;
磷酸(甲基)(2-丙烯基)(2-丙炔基)酯、磷酸(乙基)(2-丙烯基)(2-丙炔基)酯、磷酸(2-丁烯基)(甲基)(2-丙炔基)酯、磷酸(2-丁烯基)(乙基)(2-丙炔基)酯、磷酸(1,1-二甲基-2-丙炔基)(甲基)(2-丙烯基)酯、磷酸(1,1-二甲基-2-丙炔基)(乙基)(2-丙烯基)酯、磷酸(2-丁烯基)(1,1-二甲基-2-丙炔基)(甲基)酯、及磷酸(2-丁烯基)(乙基)(1,1-二甲基-2-丙炔基)酯等磷酸酯。
这些当中,具有炔氧基的化合物由于在非水电解液中更稳定地形成负极被膜,因此优选。
此外,从提高保存特性的观点考虑,特别优选碳酸2-丙炔基甲基酯、碳酸二(2-丙炔基)酯、2-丁炔-1,4-二醇二甲基二碳酸酯、乙酸2-丙炔酯、2-丁炔-1,4-二醇二乙酸酯、乙二酸甲基2-丙炔基酯、乙二酸二(2-丙炔基)酯等化合物。
上述具有三键的化合物可以单独使用一种,也可以以任意组合及比率组合使用2种以上。具有三键的化合物相对于本发明的非水电解液全体的配合量没有限制,在不明显损害本发明效果的范围内可以是任意的。上述配合量相对于本发明的非水电解液全体通常为0.01质量%以上、优选为0.05质量%以上、更优选为0.1质量%以上,并且通常为5质量%以下、优选为3质量%以下、更优选为1质量%以下。在满足上述范围的情况下,非水电解质二次电池的输出特性、负载特性、低温特性、循环特性、高温保存特性等效果进一步提高。
1-5-2.其它助剂
作为其它助剂,可使用上述特定添加剂、氟代不饱和环状碳酸酯及具有三键的化合物以外的公知助剂。作为其它助剂,可以举出:
赤藓醇碳酸酯、螺-双-二亚甲基碳酸酯(spiro-bis-dimethylene-carbonate)、碳酸甲氧基乙基-甲基酯等碳酸酯化合物;
2,4,8,10-四氧杂螺[5.5]十一碳烷、3,9-二乙烯基-2,4,8,10-四氧杂螺[5.5]十一碳烷等螺环化合物;
亚硫酸乙二醇酯、氟磺酸甲酯、氟磺酸乙酯、甲磺酸甲酯、甲磺酸乙酯、甲磺酸丁二醇二酯(Busulfan)、环丁烯砜、二苯基砜、N,N-二甲基甲磺酰胺、N,N-二乙基甲磺酰胺、乙烯基磺酸甲酯、乙烯基磺酸乙酯、乙烯基磺酸烯丙酯、乙烯基磺酸丙炔酯、烯丙基磺酸甲酯、烯丙基磺酸乙酯、烯丙基磺酸烯丙酯、烯丙基磺酸丙炔酯、1,2-双(乙烯基磺酰氧基)乙烷等含硫化合物;
1-甲基-2-吡咯烷酮、1-甲基-2-哌啶酮、3-甲基-2-唑啉酮、1,3-二甲基-2-咪唑啉酮及N-甲基琥珀酰亚胺等含氮化合物;
亚磷酸三甲酯、亚磷酸三乙酯、亚磷酸三苯酯、磷酸三甲酯、磷酸三乙酯、磷酸三苯酯、甲基膦酸二甲酯、乙基膦酸二乙酯、乙烯基膦酸二甲酯、乙烯基膦酸二乙酯、二甲基次膦酸甲酯、二乙基次膦酸乙酯、三甲基氧化膦、三乙基氧化膦等含磷化合物;
庚烷、辛烷、壬烷、癸烷、环庚烷等烃化合物;
氟苯、二氟苯、六氟苯、三氟甲基苯等含氟芳香族化合物;等等。
上述其它助剂可以单独使用一种,也可以将2种以上组合使用。通过在非水电解液中添加这些助剂,可以使非水电解质二次电池的高温保存后的容量保持特性、循环特性提高。
其它助剂的配合量没有特殊限制,只要不明显损害本发明效果,则可以为任意配合量。其它助剂的配合量在非水电解液100质量%中优选为0.01质量%以上,并且通常为5质量%以下。如果为该范围,则容易充分表现出其它助剂的效果,并且容易避免高负载放电特性等非水电解质二次电池的特性降低这样的情况。
以上,对本发明的非水电解液进行了说明,上述非水电解液也包括存在于本发明的非水电解质二次电池内部的电解液。
非水电解液存在于非水电解质二次电池内部的情况具体包括下述情况:另外合成电解质、非水溶剂、特定添加剂等非水电解液的构成要素,实质上由分离的构成要素来制备非水电解液,并利用下述记载的方法注入到另外组装得到的电池内而获得非水电解质电池内的非水电解液的情况;将本发明的非水电解液的构成要素分别放入到电池内并在电池内混合,由此获得与本发明的非水电解液相同的组成的情况;以及在该非水电解质电池内产生构成本发明的非水电解液的化合物,从而获得与本发明的非水电解液同样的组成的情况。
2.电池构成
本发明的非水电解液适合在非水电解质二次电池中作为例如锂二次电池的电解液使用。下面,对于使用了本发明的非水电解液的非水电解质二次电池进行说明。
本发明的非水电解质二次电池可以采用公知的结构,典型的结构是具备能够吸留和放出金属离子(例如锂离子)的负极及正极、以及上述本发明的非水电解液的结构。下面,按照负极及正极、以及非水电解质二次电池中的其它构成的顺序进行说明。
2-1.负极
以下,针对用于负极的负极活性物质进行说明。作为负极活性物质,只要是能够电化学地吸留和放出金属离子的物质即可,并无特殊限制。作为其具体例,可列举碳质材料等具有碳作为构成元素的材料、合金类材料等。这些物质可以单独使用一种,也可以任意将2种以上组合使用。
<负极活性物质>
作为负极活性物质,可列举如上所述的碳质材料、合金类材料等。
作为上述碳质材料,可以举出:(1)天然石墨、(2)人造石墨、(3)非晶质碳、(4)碳包覆石墨、(5)石墨包覆石墨、(6)树脂包覆石墨等。
作为(1)天然石墨,可以举出鳞状石墨、鳞片状石墨、土状石墨和/或对这些石墨的原料实施了球形化、致密化等处理而得到的石墨粒子等。这些当中,从粒子的填充性、充放电倍率特性的观点考虑,特别优选实施了球形化处理而得到的球状或椭圆体状的石墨。
作为用于上述球形化处理的装置,可使用例如反复向粒子施加以冲击力为主体也包括粒子的相互作用的压缩、摩擦、剪切力等机械作用的装置。
具体而言,优选在壳体内部具有设置有多个叶片的转子,且利用该转子的高速旋转对导入至内部的天然石墨(1)施加冲击压缩、摩擦、剪切力等机械作用,从而进行球形化处理的装置。另外,优选为具有通过使原料循环而反复施加机械作用的机构的装置。
例如,在使用上述装置进行球形化处理的情况下,优选将旋转的转子的圆周速度设定为30~100m/秒、更优选设定为40~100m/秒、进一步优选设定为50~100m/秒。另外,对于球形化处理而言,可以仅使原料通过,但优选使其在装置内循环或滞留30秒钟以上来进行处理,更优选使其在装置内循环或滞留1分钟以上来进行处理。
作为(2)人造石墨,可以举出将煤焦油沥青、煤系重质油、常压渣油、石油系重质油、芳香烃、含氮环状化合物、含硫环状化合物、聚苯、聚氯乙烯、聚乙烯醇、聚丙烯腈、聚乙烯醇缩丁醛、天然高分子、聚苯硫醚、聚苯醚、糠醇树脂、酚醛树脂、酰亚胺树脂等有机化合物在通常为2500℃以上、且通常为3200℃以下范围的温度进行石墨化,再根据需要进行粉碎和/或分级而制造的人造石墨。
此时,还可以使用含硅化合物、含硼化合物等作为石墨化催化剂。另外,可以举出将在沥青的热处理过程中分离出的中间相碳微珠进行石墨化而得到的人造石墨。还可以举出由初级粒子形成的造粒粒子的人造石墨。例如可以举出将中间相碳微珠、焦炭等能够石墨化的碳质材料粉体、焦油、沥青等能够石墨化的粘合剂和石墨化催化剂混合并进行石墨化,再根据需要进行粉碎而得到的多个扁平状的粒子以取向面不平行的方式聚集或结合而成的石墨粒子。
作为(3)非晶质碳,可以举出使用焦油、沥青等易石墨化性碳前体为原料、在不发生石墨化的温度区域(400~2200℃的范围)进行1次以上热处理而得到的非晶质碳粒子;以及使用树脂等难石墨化性碳前体为原料进行热处理而得到的非晶质碳粒子。
作为(4)碳包覆石墨,可以举出如下获得的碳包覆石墨。将天然石墨和/或人造石墨与碳前体(为焦油、沥青、树脂等有机化合物)进行混合、并在400~2300℃范围下进行1次以上热处理,得到天然石墨和/或人造石墨,将得到的天然石墨和/或人造石墨作为核石墨,且由非晶质碳包覆核石墨,得到碳石墨复合体,将该碳石墨复合体作为(4)碳包覆石墨。
另外,上述复合的形态可以是非晶质碳包覆核石墨的整个表面,或者是包覆部分表面的形态,也可以是将来源于上述碳前体的碳作为粘合剂使多个初级粒子复合而成的形态。另外,还可以通过使苯、甲苯、甲烷、丙烷、芳香族类的挥发成分等烃类气体等在高温下与天然石墨和/或人造石墨反应,使碳沉积(CVD)于石墨表面而得到上述碳-石墨复合体。
作为(5)石墨包覆石墨,可以举出如下获得的石墨包覆石墨。将天然石墨和/或人造石墨与焦油、沥青、树脂等易石墨化的有机化合物的碳前体混合、并在2400~3200℃左右的范围进行1次以上热处理,得到天然石墨和/或人造石墨,将得到的天然石墨和/或人造石墨作为核石墨,且由石墨化物包覆该核石墨的整个表面或部分表面而得到(5)石墨包覆石墨。
作为(6)树脂包覆石墨,例如可以将天然石墨和/或人造石墨与树脂等混合、并在低于400℃的温度下干燥而得到的天然石墨和/或人造石墨作为核石墨,且由树脂等包覆该核石墨而得到。
另外,以上说明的(1)~(6)的碳质材料可以单独使用一种,也可以以任意组合及比率组合使用2种以上。
作为上述(2)~(5)的碳质材料中使用的焦油、沥青、树脂等有机化合物,可以举出从煤系重质油、直馏系重质油、裂解系石油重质油、芳香烃、N环化合物、S环化合物、聚苯、有机合成高分子、天然高分子、热塑性树脂及热固性树脂中选择的能够碳化的有机化合物等。另外,为了调整混合时的粘度,原料有机化合物也可以溶解在低分子有机溶剂中使用。
另外,作为成为核石墨原料的天然石墨和/或人造石墨,优选实施了球形化处理的天然石墨。
接着,用作负极活性物质的上述合金类材料只要能够吸留和放出锂即可,可以是锂单质、用来形成锂合金的单质金属及合金、或它们的氧化物、碳化物、氮化物、硅化物、硫化物或磷化物等化合物中的任意化合物,没有特别限制。作为用来形成锂合金的单质金属及合金,优选包含13族及14族的金属/准金属元素(即,碳除外)的材料,更优选铝、硅及锡的单质金属及包含这些原子的合金或化合物,进一步优选硅及锡的单质金属及包含这些原子的合金或化合物具有硅或锡作为构成元素的物质。
它们可以单独使用一种,也可以以任意的组合及比率组合2种以上使用。
<碳质材料的物性>
使用碳质材料作为负极活性物质的情况下,希望该碳质材料具有以下物性。
(X射线参数)
通过采用学振法对碳质材料进行X射线衍射而求出的晶格面(002)的d值(层间距离)通常为0.335nm以上,另外,通常为0.360nm以下、优选为0.350nm以下、进一步优选0.345nm以下。另外,通过采用学振法的X射线衍射求出的碳质材料的微晶尺寸(Lc)优选为1.0nm以上,更优选为1.5nm以上。
(体积基准平均粒径)
碳质材料的体积基准平均粒径是利用激光衍射/散射法求出的体积基准的平均粒径(中值粒径),其通常为1μm以上、优选为3μm以上、进一步优选为5μm以上、特别优选为7μm以上,并且通常为100μm以下、优选为50μm以下、更优选为40μm以下、进一步优选为30μm以下、特别优选为25μm以下。
如果体积基准平均粒径低于上述范围,则可能会导致非水电解质二次电池的不可逆容量增大而引起初期电池容量的损失。此外,超过上述范围时,在通过涂布来制作电极(的负极活性物质层)时,容易形成不均匀的涂布面,在电池制作工序中可能是不理想的。
体积基准平均粒径的测定如下进行:使碳质材料分散在作为表面活性剂的聚氧乙烯(20)山梨糖醇酐单月桂酸酯的0.2质量%水溶液(约10mL)中,并利用激光衍射/散射式粒度分布计(例如,株式会社堀场制作所制LA-700)进行测定。将通过该测定求出的中值粒径定义为碳质材料的体积基准平均粒径。
(拉曼R值)
碳质材料的拉曼R值是使用激光拉曼光谱法测定的值,通常为0.01以上、优选为0.03以上、进一步优选为0.1以上,并且通常为1.5以下、优选为1.2以下、进一步优选为1以下、特别优选为0.5以下。
拉曼R值低于上述范围时,可能导致粒子表面的结晶性变得过高,伴随非水电解质二次电池的充放电而引起Li进入层间的位点减少。即,可能导致充电接受性降低。另外,可能导致在将包含碳质材料的负极材料涂布于集电体之后通过进行压制来对负极进行高密度化的情况下,容易使结晶沿着与电极板平行的方向取向,引起电池的负载特性下降。
另一方面,超过上述范围时,可能导致粒子表面的结晶性降低,与非水电解液的反应性增加,导致电池的效率的下降、气体发生的增加。
拉曼光谱的测定如下进行:使用拉曼分光器(日本分光株式会社制造的拉曼分光器),使试样(碳质材料)自然落下并填充于测定池(cell)内,对池内样品的表面照射氩离子激光(或半导体激光),同时使测定池在与激光垂直的面内旋转。针对得到的拉曼光谱,测定在1580cm-1附近的峰PA的强度IA、和在1360cm-1附近的峰PB的强度IB,并计算出其强度比R(R=IB/IA)。将在该测定中计算出的拉曼R值定义为碳质材料的拉曼R值。
另外,上述的拉曼测定条件如下所述。
·激光波长:Ar离子激光514.5nm(半导体激光532nm)
·测定范围:1100cm-1~1730cm-1
·拉曼R值:本底(background)处理
·光滑(smoothing)处理:单纯平均、卷积5点(コンボリュション5ポイント,convolution 5point)
(BET比表面积)
碳质材料的BET比表面积是采用BET法测定的比表面积的值,其通常为0.1m2·g-1以上、优选为0.7m2·g-1以上、进一步优选为1.0m2·g-1以上、特别优选为1.5m2·g-1以上,并且通常为100m2·g-1以下、优选为25m2·g-1以下、进一步优选为15m2·g-1以下、特别优选为10m2·g-1以下。
BET比表面积的值低于该范围时,在将这样的碳质材料作为负极材料使用的情况下,容易导致非水电解质二次电池充电时锂的接受性变差,锂容易在电极表面析出,可能导致电池的稳定性下降。另一方面,若BET比表面积的值高于该范围,在将这样的碳质材料作为负极材料使用时,容易导致与非水电解液的反应性增加、气体发生增多,可能难以获得理想的电池。
采用BET法进行的比表面积的测定如下进行:使用表面积计(例如,大仓理研制造的全自动表面积测定装置),在氮气流通下、于350℃对试样(碳质材料)进行15分钟预干燥,然后使用氮气相对于大气压的相对压力值准确调节为0.3的氮氦混合气体,通过采用气体流动法的氮吸附BET 1点法进行测定。
(圆度)
在测定作为碳质材料的球形程度的圆度的情况下,优选圆度落在下述范围。需要说明的是,圆度定义为“圆度=(具有与粒子投影形状相同面积的等效圆的周长)/(粒子投影形状的实际周长)”,圆度为1时,成为理论上的真球。
碳质材料的粒径在3~40μm范围内的情况下的圆度越接近于1越理想,另外,优选为0.1以上、其中优选为0.5以上、更优选为0.8以上、进一步优选为0.85以上、特别优选为0.9以上。圆度越大,非水电解质二次电池的高电流密度充放电特性越是提高。因此,如果圆度低于上述范围,则负极活性物质的填充性降低,粒子间的电阻增大,短时间高电流密度充放电特性有时会降低。
圆度的测定使用流动式粒子图像分析装置(例如,Sysmex Industrial公司制造的FPIA)进行。将约0.2g试样(碳质材料)分散于作为表面活性剂的聚氧乙烯(20)山梨糖醇酐单月桂酸酯的0.2质量%水溶液(约50mL)中,以60W的输出功率照射1分钟28kHz的超声波后,指定0.6~400μm为检测范围,对粒径3~40μm范围的粒子进行测定。
用于提高圆度的方法没有特别限制,但通过实施球形化处理而使粒子成为球形的碳质材料在应用于电极体时可实现粒子间空隙的形状的统一,因此优选。作为球形化处理的实例,可列举通过施加剪切力、压缩力来机械地接近球形的方法、利用粘合剂或粒子本身所具有的附着力进行多个微粒的造粒的机械/物理处理方法等。
(振实密度)
碳质材料的振实密度通常为0.1g·cm-3以上、优选为0.5g·cm-3以上、进一步优选为0.7g·cm-3以上、特别优选为1g·cm-3以上,并且优选为2g·cm-3以下、进一步优选为1.8g·cm-3以下、特别优选为1.6g·cm-3以下。如果振实密度低于上述范围,则在使用该碳质材料制成负极时负极活性物质的填充密度难以提高,有时无法获得高容量的非水电解质二次电池。另外,如果高于上述范围,则可能导致电极中粒子间的空隙变得过少,难以确保粒子间的导电性,难以获得理想的电池特性。
振实密度的测定如下进行:使试样(碳质材料)在通过网眼为300μm的筛子后落下至20cm3的振实容器中,直到试样充满至容器的上端面。然后,利用粉体密度测定器(例如,Seishin企业公司制造的Tap densor)对充满试样的容器进行1000次冲程长度为10mm的振动,由此时的体积和试样的质量求出振实密度。
(取向比)
碳质材料的取向比通常为0.005以上、优选为0.01以上、进一步优选为0.015以上,并且通常为0.67以下。如果取向比低于上述范围,则有时非水电解质二次电池的高电流密度充放电特性降低。需要说明的是,上述范围的上限是碳质材料取向比的理论上限值。
取向比是在对试样(碳质材料)进行加压成型后利用X射线衍射而测定的。将试样0.47g填充在直径17mm的成型机中,在58.8MN·m-2下进行压缩而得到成型体,再用粘土固定所得到的成型体,并使其与测定用试样架的面为同一面,从而进行X射线衍射测定。由得到的碳的(110)衍射与(004)衍射的峰强度计算出以(110)衍射峰强度/(004)衍射峰强度表示的取向比。
X射线衍射测定条件如下所示。需要说明的是,“2θ”表示衍射角。
·靶:Cu(Kα射线)石墨单色光度仪
·狭缝:
发散狭缝=0.5度
受光狭缝=0.15mm
散射狭缝=0.5度
·测定范围及步进角/计测时间:
(110)面:75度≤2θ≤80度1度/60秒
(004)面:52度≤2θ≤57度1度/60秒
(长径比(粉末))
碳质材料的长径比通常为1以上,并且通常为10以下、优选为8以下、进一步优选为5以下。如果长径比高于上述范围,则在制成极板时产生条纹、无法得到均匀的涂布面,有时会使非水电解质二次电池的高电流密度充放电特性降低。需要说明的是,上述范围的下限是碳质材料的长径比的理论下限值。
长径比的测定利用扫描电子显微镜对碳质材料的粒子进行放大观察来进行。选择固定在厚度50μm以下的金属端面上的任意50个碳质材料粒子,对于这些碳质材料粒子,分别旋转、倾斜固定有粒子的载物台,并测定进行三维观察。测定此时的碳质材料粒子的最长粒径A和与其垂直的最短粒径B,然后求出50个粒子的A/B的平均值。
<能够与Li形成合金的金属粒子>
在将用于形成锂合金的金属单质及合金、或它们的氧化物、碳化物、氮化物、硅化物、硫化物或磷化物等化合物作为负极活性物质使用的情况下,能够与Li形成合金的金属为粒子形态。作为用于确认金属粒子是能够与Li形成合金的金属粒子的方法,可以举出利用X射线衍射的金属粒子相的鉴定、利用电子显微镜的粒子结构的观察及元素分析、利用荧光X射线的元素分析等。
作为能够与Li形成合金的金属粒子,可使用以往公知的任意金属粒子,但从非水电解质二次电池的容量和循环寿命方面考虑,上述金属粒子优选为例如选自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W中的金属或其化合物。另外,也可以使用由2种以上金属形成的合金,金属粒子还可以是由2种以上金属元素形成的合金粒子。这些当中,优选选自Si、Sn、As、Sb、Al、Zn及W中的金属或其金属化合物。
作为上述金属化合物,可以举出金属氧化物、金属氮化物、金属碳化物等。另外,也可以使用由2种以上金属形成的合金。
在能够与Li形成合金的金属粒子中,优选Si或Si金属化合物。Si金属化合物优选为Si金属氧化物。从电池的高容量化方面考虑,优选Si或Si金属化合物。在本说明书中,将Si或Si金属化合物统称为Si化合物。作为Si化合物,具体可列举SiOx、SiNx、SiCx、SiZxOy(Z=C、N)等。Si化合物优选为Si金属氧化物,Si金属氧化物以通式SiOx表示。该通式SiOx可以以二氧化硅(SiO2)和金属硅(Si)为原料而获得,其x值通常为0≤x<2。SiOx与石墨相比,其理论容量大,并且,非晶质Si或纳米尺度的Si晶体更易于锂离子等碱金属离子的进出,能够得到高容量。
具体而言,Si金属氧化物是表示为SiOx的化合物,x为0≤x<2,更优选为0.2以上且1.8以下、进一步优选为0.4以上且1.6以下、特别优选为0.6以上且1,4以下。如果为该范围,则不仅电池为高容量,同时还能够因Li和氧的键合而使不可逆容量降低。
·能够与Li形成合金的金属粒子的平均粒径(d50)
从非水电解质二次电池的循环寿命的观点出发,能够与Li形成合金的金属粒子的平均粒径(d50)通常为0.01μm以上、优选为0.05μm以上、更优选为0.1μm以上、进一步优选为0.3μm以上,且通常为10μm以下、优选为9μm以下、更优选为8μm以下。如果平均粒径(d50)为上述范围内,则伴随着电池的充放电的体积膨胀减小,可以保持充放电容量,同时获得良好的循环特性。
需要说明的是,平均粒径(d50)可通过激光衍射/散射式粒度分布测定方法等求出。
·能够与Li形成合金的金属粒子的BET法比表面积
通过BET法求出的能够与Li形成合金的金属粒子的比表面积通常为0.5~60m2/g,优选为1~40m2/g。如果通过BET法求出的能够与Li形成合金的金属粒子的比表面积为上述范围内、则电池的充放电效率及放电容量高、高速充放电时的锂的进出迅速、倍率特性优异,因此优选。
·能够与Li形成合金的金属粒子的含氧量
能够与Li形成合金的金属粒子的含氧量没有特别限制,通常为0.01~8质量%,优选为0.05~5质量%。对于粒子内的氧分布状态而言,可以为存在于表面附近、存在于粒子内部、均匀地存在于粒子内的任意状态,特别优选存在于表面附近。如果能够与Li形成合金的金属粒子的含氧量为上述范围内,则在金属粒子和O的强键合的作用下,伴随着非水电解质二次电池的充放电的体积膨胀被抑制,循环特性优异,因此优选。
<含有能够与Li形成合金的金属粒子和石墨粒子的负极活性物质>
负极活性物质也可以是含有能够与Li形成合金的金属粒子和石墨粒子而成的。作为该负极活性物质,可以是能够与Li形成合金的金属粒子和石墨粒子以相互独立的粒子的状态混合而成的混合物,也可以是能够与Li形成合金的金属粒子存在于石墨粒子的表面和/或内部而成的复合体。
上述能够与Li形成合金的金属粒子和石墨粒子形成的复合体(也称为复合粒子)只要是包含能够与Li形成合金的金属粒子及石墨粒子的粒子即可,没有特别限制,但优选能够与Li形成合金的金属粒子及石墨粒子通过物理结合和/或化学键合而一体化的粒子。作为更优选的形态,是如下的形态:能够与Li形成合金的金属粒子及石墨粒子处于各固体成分分散存在于粒子内的状态,且达到它们至少存在于复合粒子表面及主体内部的任意位置的程度,且存在有石墨粒子,以使它们通过物理结合和/或化学键合而一体化。作为更具体的优选形态,是如下的复合材料(负极活性物质),其是至少由能够与Li形成合金的金属粒子和石墨粒子构成的复合材料,其特征在于,石墨粒子、优选天然石墨存在于具有折叠结构的粒子内,所述折叠结构具有曲面,且能够与Li形成合金的金属粒子存在于该结构内的间隙中。另外,间隙可以是空隙,非晶质碳、石墨质物质、树脂等缓冲能够与Li形成合金的金属粒子的膨胀、收缩的物质可以存在于间隙中。
·能够与Li形成合金的金属粒子的含有比例
相对于能够与Li形成合金的金属粒子と石墨粒子的总量,能够与Li形成合金的金属粒子的含有比例通常为0.1质量%以上、优选为0.5质量%以上、更优选为1.0质量%以上、进一步优选为2.0质量%以上,并且通常为99质量%以下、优选为50质量%以下、更优选为40质量%以下、进一步优选为30质量%以下、更进一步优选为25质量%以下、再进一步优选为20质量%以下、特别优选为15质量%以下、最优选为10质量%以下。如果为该范围,则在非水电解质二次电池中能够得到足够的容量,从这点来看是优选的。
(包覆率)
本发明的负极活性物质也可以被碳质物质或石墨质物质包覆。其中,从锂离子的接受性方面考虑,优选被非晶质碳质物质包覆。该包覆率通常为0.5%以上且30%以下、优选为1%以上且25%以下、更优选为2%以上且20%以下。如果该包覆率过大,则存在导致碳质材料的非晶质碳部分增多、组装电池时的可逆容量减小的倾向。如果包覆率过小,则存在下述倾向:成为核的碳质材料无法均匀地被非晶质碳包覆,并且无法进行强固的造粒,在烧成后进行粉碎时,粒径变得过小。
需要说明的是,最终得到的负极活性物质的来源于有机化合物的碳化物的包覆率(含有率)可以由负极活性物质的量、有机化合物的量、以及基于JIS K 2270标准的微型(micro)法测定的残碳率,用下述式子算出。
式:来源于有机化合物的碳化物的包覆率(%)=(有机化合物的质量×残碳率×100)/{负极活性物质的质量+(有机化合物的质量×残碳率)}
(内部间隙率)
负极活性物质的内部间隙率通常为1%以上、优选为3%以上、更优选为5%以上、进一步优选为7%以上。另外,通常低于50%、优选为40%以下、更优选为30%以下、进一步优选为20%以下。如果该内部间隙率过小,则存在废水电解质二次电池中负极活性物质的粒子内的液量减少、充放电特性变差的倾向。另一方面,如果内部间隙率过大,则存在导致在形成电极时粒子间间隙少、非水电解液的扩散变得不充分的倾向。另外,对于该空隙而言,非晶质碳、石墨质物质、树脂等缓冲能够与Li形成合金的金属粒子的膨胀、收缩的物质可以存在于空隙中或者由它们充满空隙。
<负极的构成和制作方法>
在不明显损害本发明效果的范围内,负极的制造可以采用公知的任意方法。例如,可以通过向负极活性物质中添加粘合剂、溶剂、根据需要而加入的增稠剂、导电材料、填充材料等,制成浆料,并将该浆料涂布在集电体上、使其干燥之后进行压制来形成负极。
另外,合金系材料负极也可以使用公知的任意方法来制造。具体来说,作为负极的制造方法,虽然也可以举出例如在上述负极活性物质中加入粘结剂、导电材料等,并将该混合物直接进行辊成型而制成片状电极的方法;以及进行压缩成型而制成颗粒电极的方法,但通常使用如下方法:通过涂布法、蒸镀法、溅射法、镀覆法等方法在负极用集电体(以下,有时称为“负极集电体”)上形成含有上述负极活性物质的薄膜层(负极活性物质层)的方法。该情况下,在上述负极活性物质中加入粘结剂、增稠剂、导电材料、溶剂等而制成浆料,再将其涂布于负极集电体上并进行干燥,然后进行压制而高密度化,由此在负极集电体上形成负极活性物质层。
作为负极集电体的材质,可以举出钢、铜、铜合金、镍、镍合金、不锈钢等。这些当中,从容易加工成薄膜这点及成本方面考虑,优选铜箔。
负极集电体的厚度通常为1μm以上、优选为5μm以上,且通常为100μm以下、优选为50μm以下。如果负极集电体的厚度过厚,则有时非水电解质二次电池整体的容量过于降低,相反,如果负极集电体的厚度过薄,则有时操作会变得困难。
需要说明的是,为了使与形成于表面的负极活性物质层的粘结效果提高,优选这些负极集电体的表面预先进行了表面粗糙化处理。作为表面粗糙化方法,可以举出喷砂处理、利用表面粗糙的辊进行压延、使用粘固有研磨剂粒子的研磨布纸、磨石、金刚砂研磨、具备钢线等的钢丝刷等对集电体表面进行研磨的机械研磨法、电解研磨法、化学研磨法等。
另外,为了降低负极集电体的质量而使电池单位质量的能量密度提高,还可以使用膨胀合金、穿孔金属这样的开孔类型的负极集电体。该类型的负极集电体可以通过改变其开口率而自由地变更其质量。另外,在该类型的负极集电体的两面形成有负极活性物质层的情况下,由于穿过该孔的铆钉效果,更加不易发生负极活性物质层的剥离。但是,开口率过高的情况下,由于负极活性物质层与负极集电体的接触面积变小,反而有时会使粘接强度降低。
用于形成负极活性物质层的浆料通常是在负极材料中加入粘结剂、增稠剂等而制作。需要说明的是,本说明书中的“负极材料”是指负极活性物质和导电材料组合而成的材料。
负极活性物质在负极材料中的含量通常为70质量%以上、特别优选为75质量%以上,并且通常为97质量%以下、特别优选为95质量%以下。如果负极活性物质的含量过少,则使用了所得到的负极的二次电池的容量有不足的倾向,如果负极活性物质的含量过多,则导电材料的含量相对不足,由此存在难以确保作为负极的导电性的倾向。需要说明的是,在组合使用2种以上负极活性物质的情况下,只要负极活性物质的总量满足上述范围即可。
作为负极中使用的导电材料,可以举出铜及镍等金属材料;石墨、炭黑等碳材料等。这些导电材料可以单独使用一种,也可以以任意的组合和比率组合2种以上使用。特别是,使用碳材料作为导电材料时,碳材料还作为活性物质起作用,因此优选。导电材料在负极材料中的含量通常为3质量%以上、特别优选为5质量%以上,并且通常为30质量%以下、特别优选为25质量%以下。如果导电材料的含量过少,则存在导电性不足的倾向,如果导电材料的含量过多,则负极活性物质等的含量相对不足,存在电池容量、强度降低的倾向。需要说明的是,在组合使用2种以上导电材料的情况下,只要导电材料的总量满足上述范围即可。
作为负极中使用的粘结剂,只要是对电极制造时所使用的溶剂及电解液来说是安全的材料,就可以使用任意的粘结剂。可以举出例如:聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、苯乙烯-丁二烯橡胶、异戊橡胶、丁二烯橡胶、乙烯-丙烯酸共聚物、乙烯-甲基丙烯酸共聚物等。上述粘结剂可以单独使用一种,也可以以任意组合及比率组合2种以上使用。相对于负极材100质量份,粘结剂的含量通常为0.5质量份以上、优选为1质量份以上,并且通常为10质量份以下、优选为8质量份以下。如果粘结剂的含量过少,则存在所得到的负极的强度不足的倾向,如果粘结剂的含量过多,则负极活性物质等的含量相对不足,从而存在电池容量、导电性不足的倾向。需要说明的是,组合使用2种以上粘结剂的情况下,只要粘结剂的总量满足上述范围即可。
作为负极中使用的增稠剂,可以举出羧甲基纤维素、甲基纤维素、羟甲基纤维素、乙基纤维素、聚乙烯醇、氧化淀粉、磷酸化淀粉、酪蛋白等。上述增稠剂可以单独使用一种,也可以以任意组合及比率组合2种以上使用。增稠剂可以根据需要使用,在使用增稠剂的情况下,所使用的增稠剂在负极活性物质层中的含量通常优选为0.5质量%以上且5质量%以下的范围。
用于形成负极活性物质层的浆料是在上述负极活性物质中根据需要混合导电材料、粘结剂、增稠剂,并使用水系溶剂或有机溶剂作为分散介质来制备。作为水系溶剂,通常使用水,但也可以将水与乙醇等醇类、N-甲基吡咯烷酮等环状酰胺类等有机溶剂以相对于水为30质量%以下的范围组合使用。另外,作为有机溶剂,可以举出:N-甲基吡咯烷酮等环状酰胺类、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺等直链状酰胺类、苯甲醚、甲苯、二甲苯等芳香烃类、丁醇、环己醇等醇类,其中,优选N-甲基吡咯烷酮等环状酰胺类、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺等直链状酰胺类等。需要说明的是,上述水系溶剂可以单独使用一种,也可以以任意组合及比率组合2种以上使用。
将所得到的浆料涂布在上述负极集电体上并进行干燥,然后进行压制,由此形成负极活性物质层,得到负极。涂布的方法没有特别限制,可以使用其本身已经公知的方法。干燥的方法也没有特别限制,可以使用自然干燥、加热干燥、减压干燥等公知的方法。
(电极密度)
对于将负极活性物质制成电极时的电极结构没有特别限制,但存在于集电体上的负极活性物质的密度优选为1g·cm-3以上、进一步优选为1.2g·cm-3以上、特别优选为1.3g·cm-3以上,并且优选为2.2g·cm-3以下、更优选为2.1g·cm-3以下、进一步优选为2.0g·cm-3以下、特别优选为1.9g·cm-3以下。存在于集电体上的负极活性物质的密度高于上述范围时,可能引起下述情况:负极活性物质粒子被破坏、非水电解质二次电池的初期不可逆容量增加、因非水电解液在集电体/负极活性物质界面附近的浸透性降低而导致高电流密度充放电特性劣化。另外,低于上述范围时,可能导致负极活性物质间的导电性降低、电池电阻增大、每单位容积的容量降低。
2-2.正极
<正极活性物质>
下面,针对正极中使用的正极活性物质(锂过渡金属类化合物)进行说明。
〈锂过渡金属类化合物〉
所述锂过渡金属类化合物是指具有能够使Li离子脱离、嵌入的结构的化合物,可列举例如:硫化物、磷酸盐化合物、锂过渡金属复合氧化物等。作为硫化物,可列举TiS2、MoS2等具有二维层状结构的化合物、通式MexMo6S8(Me是以Pb、Ag、Cu为代表的各种过渡金属)表示的具有牢固的三维骨架结构的谢弗雷尔化合物(Chevrel compound)等。作为磷酸盐化合物,可列举属于橄榄石结构的化合物,通常以LiMePO4(Me为至少一种过渡金属)表示,具体可列举LiFePO4、LiCoPO4、LiNiPO4、LiMnPO4等。作为锂过渡金属复合氧化物,可列举具有能够三维扩散的尖晶石结构、能够进行锂离子的二维扩散的层状结构的化合物。具有尖晶石结构的锂过渡金属复合氧化物通常表示为LiMe2O4(Me为至少一种过渡金属),具体可列举LiMn2O4、LiCoMnO4、LiNi0.5Mn1.5O4、LiCoVO4等。具有层状结构的锂过渡金属复合氧化物通常表示为LiMeO2(Me为至少一种过渡金属)。具体可列举:LiCoO2、LiNiO2、LiNi1-xCoxO2、LiNi1-x-yCoxMnyO2、LiNi0.5Mn0.5O2、Li1.2Cr0.4Mn0.4O2、Li1.2Cr0.4Ti0.4O2、LiMnO2等。
<组成>
另外,锂过渡金属类化合物可列举例如以下述组成式(F)或(G)表示的化合物。
1)下述组成式(F)表示的锂过渡金属类化合物
Li1+xMO2…(F)
其中,x通常为0以上且0.5以下。M是由Ni及Mn、或者由Ni、Mn及Co构成的元素,Mn/Ni摩尔比通常为0.1以上且5以下。Ni/M摩尔比通常为0以上且0.5以下。Co/M摩尔比通常为0以上且0.5以下。需要说明的是,也包括x表示的Li的过量(rich)部分置换为过渡金属位点M的情况。
需要说明的是,在上述组成式(F)中,为了便于说明,氧量的原子比记为2,但也可以具有一定的非化学计量性。另外,上述组成式中的x是锂过渡金属类化合物的制造阶段中的加料组成。通常,待推向市场的非水电解质二次电池在组装电池之后进行了熟化。因此,伴随着充放电的进行,存在正极的Li量发生缺损的情况。该情况下,在组成分析上,放电至3V时的x有时被测定为-0.65以上且1以下。
另外,为了提高正极活性物质的结晶性而在含氧气体氛围下对锂过渡金属类化合物进行高温烧成而得到的烧成物的电池特性优异。
进一步,组成式(F)表示的锂过渡金属类化合物也可以为下述通式(F’)表示的被称为213层的与Li2MO3形成的固溶体。
αLi2MO3·(1-α)LiM’O2…(F’)
通式中,α是满足0<α<1的数。
M是平均氧化值为4+的至少一种金属元素,具体为选自Mn、Zr、Ti、Ru、Re及Pt中的至少一种金属元素。
M’是平均氧化值为3+的至少一种金属元素,优选为选自V、Mn、Fe、Co及Ni中的至少一种金属元素,更优选为选自Mn、Co及Ni中的至少一种金属元素。
2)下述组成式(G)表示的锂过渡金属类化合物
Li[LiaMbMn2-b-a]O4+δ…(G)
其中,M是由选自Ni、Cr、Fe、Co、Cu、Zr、Al及Mg的过渡金属中的至少一种构成的元素。
b的值通常为0.4以上且0.6以下。
b的值如果为该范围,则锂过渡金属类化合物中每单位重量的能量密度高。
另外,a的值通常为0以上且0.3以下。另外,上述组成式中的a是锂过渡金属类化合物的制造阶段中的加料组成。通常,待推向市场的电池在组装电池之后进行了熟化。因此,伴随着充放电的进行,存在正极的Li量发生缺损的情况。该情况下,在组成分析上,放电至3V时的a有时被测定为-0.65以上且1以下。
a的值如果为该范围,则不会明显破坏锂过渡金属类化合物中每单位重量的能量密度,并且可获得良好的负载特性。
此外,δ的值通常为±0.5的范围。
δ的值如果为该范围,则作为晶体结构的稳定性高,具有使用该锂过渡金属类化合物制作的正极的电池的循环特性、高温保存良好。
这里,关于作为锂过渡金属类化合物的组成的上述组成式(G)中的锂组成的化学意义,在以下进行详细说明。
为了求出上述锂过渡金属类化合物的组成式中的a、b,可以利用电感耦合等离子体发射光谱装置(ICP-AES)对各过渡金属和锂进行分析,并通过求出Li/Ni/Mn比而计算出a、b。
从结构方面来看,可认为与a有关的锂被置换而进入到同一过渡金属位点。在此,由于a与锂相关,由于电荷守恒的原理,M与锰的平均价数大于3.5价。
另外,上述锂过渡金属类化合物还可以被氟取代,这样的化合物记为LiMn2O4-xF2x。
<掺混>
作为上述组成的锂过渡金属类化合物的具体例,可以举出例如:Li1+xNi0.5Mn0.5O2、Li1+xNi0.85Co0.10Al0.05O2、Li1+xNi0.33Mn0.33Co0.33O2、Li1+xNi0.45Mn0.45Co0.1O2、Li1+xMn1.8Al0.2O4、Li1+xMn1.5Ni0.5O4等。这些锂过渡金属类化合物可以单独使用一种,也可以掺混2种以上使用。
<异种元素导入>
另外,锂过渡金属类化合物中也可以导入异种元素。作为异种元素,可选自B、Na、Mg、Al、K、Ca、Ti、V、Cr、Fe、Cu、Zn、Sr、Y、Zr、Nb、Ru、Rh、Pd、Ag、In、Sb、Te、Ba、Ta、Mo、W、Re、Os、Ir、Pt、Au、Pb、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Bi、N、F、S、Cl、Br、I、As、Ge、P、Pb、Sb、Si及Sn中的任意一种以上。这些异种元素可以被导入至锂过渡金属类化合物的晶体结构内,或者也可以不进入至锂过渡金属类化合物的晶体结构内、而是以单质或化合物的形式集中存在于粒子表面、晶界等。
[非水电解质二次电池用正极]
非水电解质二次电池用正极是在集电体上形成正极活性物质层而得到的,所述正极活性物质层含有上述锂过渡金属类化合物粉体及粘结剂。
正极活性物质层通常如下制作:将正极材料、粘结剂、以及根据需要使用的导电材料及增稠剂等进行干式混合,制成片状,将得到的片状物压粘在正极集电体上,从而制作正极活性物质层;或者将上述材料溶解或分散于液体介质中而制成浆料状,将该浆料状物涂布在正极集电体上并进行干燥,从而制作正极活性物质层。
作为正极集电体的材质,通常使用铝、不锈钢、镀覆镍、钛、钽等金属材料、碳布、碳纸等碳材料。另外,作为形状,在金属材料的情况下,可以举出:金属箔、金属圆柱、金属线圈、金属板、金属薄膜、膨胀合金、穿孔金属、发泡金属等,在碳材料的情况下,可以举出碳板、碳薄膜、碳圆柱等。需要说明的是,上述金属薄膜也可以适宜地形成为网状。
使用金属薄膜作为正极集电体的情况下,其厚度可以为任意厚度,通常优选1μm以上且100mm以下的范围。如果其厚度比上述范围更薄,则有可能作为集电体的必要强度不足,另一方面,如果其厚度比上述范围更厚,则操作性有可能受损。
作为用于制造正极活性物质层的粘结剂,没有特别限定,在涂布法的情况下,只要是相对于电极制造时所使用的液体介质稳定的材料即可,作为具体例,可以举出:聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯、芳香族聚酰胺、纤维素、硝基纤维素等树脂类高分子、SBR(苯乙烯-丁二烯橡胶)、NBR(丁腈橡胶)、氟橡胶、异戊二烯橡胶、丁二烯橡胶、乙丙橡胶等橡胶状高分子、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物及其加氢产物、EPDM(乙烯-丙烯-二烯三元共聚物)、苯乙烯-乙烯-丁二烯-乙烯共聚物、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物及其加氢产物等热塑性弹性体状高分子、间规立构1,2-聚丁二烯、聚乙酸乙烯酯、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、丙烯-α-烯烃共聚物等软质树脂状高分子、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、氟化聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯-乙烯共聚物等氟类高分子、具有碱金属离子(特别是锂离子)的离子传导性的高分子组合物等。需要说明的是,这些物质可以单独使用一种,也可以以任意组合及比率将两种以上组合使用。
粘结剂在正极活性物质层中的比例通常为0.1质量%以上且80质量%以下。如果粘结剂的比例过低,则无法充分保持正极活性物质,正极的机械强度不足,有可能使循环特性等电池性能恶化,如果粘结剂的比例过高,则可能会导致电池容量、导电性降低。
为了提高导电性,通常使正极活性物质层中含有导电材料。其种类没有特别限制,作为具体例,可以举出:铜、镍等金属材料、天然石墨、人造石墨等石墨(graphite)、乙炔黑等炭黑、针状焦等无定形碳等碳材料,等等。需要说明的是,这些物质可以单独使用一种,也可以以任意组合及比率将两种以上组合使用。正极活性物质层中导电材料的比例通常为0.01质量%以上且50质量%以下。如果导电材料的比例过低,则导电性有时不充分,相反,如果导电材料的比例过高,则电池容量有时降低。
作为用于形成浆料的液体介质,只要是能够溶解或分散作为正极材料的锂过渡金属类化合物粉体、粘结剂、以及根据需要使用的导电材料及增稠剂的溶剂即可,对其种类没有特别限制,可以使用水系溶剂和有机系溶剂中的任意溶剂。作为水系溶剂的例子,可以举出水、醇等,作为有机系溶剂的例子,可以举出:N-甲基吡咯烷酮(NMP)、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、甲乙酮、环己酮、乙酸甲酯、丙烯酸甲酯、二乙基三胺、N,N-二甲基氨基丙胺、环氧乙烷、四氢呋喃(THF)、甲苯、丙酮、二甲基醚、二甲基乙酰胺、六甲基磷酰胺、二甲亚砜、苯、二甲苯、喹啉、吡啶、甲基萘、己烷等。特别是使用水系溶剂的情况下,在增稠剂中同时加入分散剂,使用SBR等的胶乳进行浆料化。
需要说明的是,以上说明的溶剂可以单独使用一种,也可以以任意组合及比率将两种以上组合使用。
作为正极材料的锂过渡金属类化合物粉体在正极活性物质层中的含有比例通常为10质量%以上且99.9质量%以下。如果锂过渡金属类化合物粉体在正极活性物质层中的比例过多,则存在正极的强度不足的倾向,如果锂过渡金属类化合物粉体在正极活性物质层中的比例过少,则在容量方面有时不充分。
另外,正极活性物质层的厚度通常为10~200μm左右。
正极压制后的电极密度通常为2.2g/cm3以上且4.2g/cm3以下。
需要说明的是,为了提高正极活性物质的填充密度,通过涂布、干燥而得到的正极活性物质层优选用辊压机等进行压实化。
这样,可以制备非水电解质二次电池用正极。
2-3.隔板
为了防止短路,通常在正极和负极之间夹入隔板。此时,通常使该隔板中浸渗有本发明的非水电解液后使用。
对于隔板的材料及形状没有特殊限制,在不明显损害本发明效果的范围内,可任意采用公知的隔板。其中,可使用由对本发明的非水电解液稳定的材料形成的树脂、玻璃纤维、无机物等形成的隔板,优选使用保液性优异的多孔片或无纺布状形态的隔板等。
作为树脂、玻璃纤维隔板的材料,可使用例如聚乙烯、聚丙烯等聚烯烃、芳香族聚酰胺、聚四氟乙烯、聚醚砜、玻璃过滤器等。其中,优选玻璃过滤器、聚烯烃,进一步优选聚烯烃。上述材料可单独使用一种,也可以以任意组合及比率将2种以上组合使用。
隔板可以为任意厚度,但通常为1μm以上、优选为5μm以上、更优选为10μm以上,且通常为50μm以下、优选为40μm以下、更优选为30μm以下。如果隔板比上述范围更薄,则存在绝缘性、机械强度降低的情况。另外,如果隔板比上述范围更厚,则不仅存在倍率特性等电池性能降低的情况,而且存在作为非水电解质二次电池整体的能量密度降低的情况。
此外,使用多孔片、无纺布等多孔材料作为隔板的情况下,隔板的空隙率是任意的,但通常为20%以上、优选为35%以上、更优选为45%以上,且通常为90%以下、优选为85%以下、更优选为75%以下。如果空隙率比上述范围更小,则存在膜电阻增大而使倍率特性恶化的倾向。另外,如果空隙率比上述范围更大,则存在隔板的机械强度降低、绝缘性降低的倾向。
另外,隔板的平均孔径也是任意的,但通常为0.5μm以下、优选为0.2μm以下,且通常为0.05μm以上。如果平均孔径超过上述范围,则容易发生短路。另外,如果平均孔径低于上述范围,则存在膜电阻增大而使倍率特性降低的情况。
另一方面,作为无机物的材料,可使用例如氧化铝、二氧化硅等氧化物、氮化铝、氮化硅等氮化物、硫酸钡、硫酸钙等硫酸盐,可使用粒子形状或纤维形状的无机物材料。
作为形态,可采用无纺布、织布、微多孔膜等薄膜形状。在薄膜形状中,优选使用孔径为0.01~1μm、厚度为5~50μm的薄膜。除了上述独立的薄膜形状的隔板以外,还可以使用下述隔板:使用树脂制粘结材料在正极和/或负极的表层形成含有上述无机物粒子的复合多孔层而得到的隔板。例如,可列举如下:使用氟树脂作为粘结材料,使90%粒径小于1μm的氧化铝粒子在正极的两面形成多孔层而得到的隔板。
可以用Gurley值来把握隔板在非水电解质二次电池中的特性。Gurley值表示空气在膜厚度方向透过的难易程度,用100ml的空气透过该膜所需要的秒数来表示,因此,数值小者表示容易透过,数值大者表示不易透过。即,该数值小时,表示膜厚度方向上的连通性良好,该数值大时,表示膜厚度方向上的连通性差。所述连通性是指膜厚度方向上的孔的连接程度。隔板的Gurley值低时,可以用于各种用途。例如,在作为非水电解质二次电池的隔板使用的情况下,Gurley值低表示锂离子的迁移容易,电池性能优异,因此优选。隔板的Gurley值为任意值,优选为10~1000秒/100ml,更优选为15~800秒/100ml,进一步优选为20~500秒/100ml。如果Gurley值为1000秒/100ml以下,则实质上电阻较低,作为隔板是理想的。
2-4.电池设计
<电极组>
电极组可以是由上述正极板和负极板隔着上述隔板而成的叠层结构、以及由上述正极板和负极板隔着上述隔板卷绕成螺旋状而得到的结构中的任意结构。电极组的体积在电池内容积中所占的比例(以下称为电极组占有率)通常为40%以上、优选为50%以上,并且通常为90%以下、优选为80%以下。
如果电极组占有率低于上述范围,则电池容量变小。另外,如果高于上述范围,则空隙空间少,可能导致下述情况:由于电池达到高温而使部件膨胀或电解质的液体成分的蒸气压增高而使内部压力升高,其结果,在制成电池后的反复充放电性能及高温保存等各种特性的降低、以及将内部压力释放于外部的气体释放阀工作。
<外装壳体>
作为外装壳体的材质,只要是相对于所使用的非水电解液稳定的材质即可,没有特殊限制。具体可使用:镀镍钢板、不锈钢、铝或铝合金、镁合金等金属类、或者树脂与铝箔形成的叠层膜(层压膜)。从轻质化的观点考虑,优选使用铝或铝合金的金属、层压膜。
作为上述使用金属类的外装壳体,可列举具有下述结构的壳体:通过激光焊接、电阻焊接、超声波焊接将金属彼此熔粘而形成了封装密闭结构的外装壳体;或隔着树脂制垫圈使用上述金属类而形成了铆接结构的外装壳体。在使用上述层压膜的外装壳体中,可列举通过将树脂层之间热熔合而制成了封装密闭结构的外装壳体等。为了提高密封性,还可以在上述树脂层之间夹入与层压膜中所使用的树脂不同的树脂。特别是,在通过集电端子将树脂层热熔合来形成密闭结构时,由于金属和树脂之间的接合,优选使用具有极性基团的树脂或导入了极性基团的改性树脂作为夹入到树脂层之间的树脂。
<保护元件>
作为保护元件,可列举在异常发热或过大电流流过时电阻增加的PTC(PositiveTemperature Coefficient,正温度系数)、热敏电阻、温度熔断器、在异常发热时通过使电池内部压力或内部温度急剧上升而切断在电路中流过的电流的阀(电流切断阀)等。上述保护元件优选选择在高电流的常规使用中不工作的条件的元件,更优选设计成即使不存在保护元件也不至于发生异常发热或热逃逸的形式。
(外装体)
本发明的非水电解质二次电池通常将上述非水电解液、负极、正极、隔板等收纳在外装体(外装壳体)内而构成。对于该外装体没有限制,只要不明显损害本发明的效果,则可以任意采用公知的外装体。
作为外装体的材质,只要是相对于所使用的非水电解液稳定的材质即可,没有特殊限制。具体可使用:镀镍钢板、不锈钢、铝或铝合金、镁合金、镍、钛等金属类、或者树脂与铝箔形成的叠层膜(层压膜)。从轻质化的观点考虑,优选使用铝或铝合金的金属、层压膜。
作为上述使用金属类的外装体,可列举具有下述结构的外装体:通过激光焊接、电阻焊接、超声波焊接将金属彼此熔粘而形成了封装密闭结构的外装体;或隔着树脂制垫圈使用上述金属类而形成了铆接结构的外装体。在使用上述层压膜的外装体中,可列举通过将树脂层之间热熔合而制成了封装密闭结构的外装体等。为了提高密封性,还可以在上述树脂层之间夹入与层压膜中所使用的树脂不同的树脂。特别是,在通过集电端子将树脂层热熔合来形成密闭结构时,由于金属和树脂之间的接合,优选使用具有极性基团的树脂或导入了极性基团的改性树脂作为夹入到树脂层之间的树脂。
此外,外装体的形状也是任意的,可以是例如圆筒形、方形、层压型、硬币形、大型等中的任意形状。
实施例
以下,列举实施例及比较例更具体地说明本发明,但本发明并不限定于这些实施例。
本实施例及比较例中使用的化合物如下所示。
[化学式45]
化合物1:乙基丙二酸二乙酯
[化学式46]
化合物2:丁基丙二酸二乙酯
[化学式47]
化合物3:丙二酸二乙酯
[化学式48]
化合物4:二乙基丙二酸二乙酯
[化学式49]
化合物5:异氰尿酸三烯丙酯
[化学式50]
化合物6:1,1,2-乙烷三羧酸三乙酯
[化学式51]
化合物7:2-(2-氰乙基)丙二酸二乙酯
[化学式52]
化合物8:甲烷三羧酸三乙酯
[化学式53]
化合物9:甲氧基丙二酸二甲酯
[化学式54]
化合物10:氟代丙二酸二乙酯
[化学式55]
化合物11:2-(甲磺酰氧基)丙酸乙酯
[化学式56]
化合物12:乙酰乙酸乙酯
[化学式57]
化合物13:2-乙基乙酰乙酸乙酯
[化学式58]
化合物14:四氟硼酸锂
LiBF4
[化学式59]
化合物15:甲基丙烯酸酐
[化学式60]
化合物16:1,3-双(异氰酸酯基甲基)环己烷
[化学式61]
化合物17:二季戊四醇六丙烯酸酯
[化学式62]
化合物18:1,3-丙磺酸内酯
[化学式63]
化合物19:己二腈
[化学式64]
化合物20:戊腈
[化学式65]
化合物21:四氢呋喃
[化学式66]
化合物22:丙酸乙酯
[化学式67]
化合物23:乙基丙二酸二烯丙酯
[化学式68]
化合物24:乙基丙二酸二炔丙酯
[化学式69]
化合物25:仲丁基丙二酸二乙酯
[化学式70]
化合物26:双(草酸根合)硼酸锂
[化学式71]
化合物27:氟磺酸锂
[化学式72]
化合物28:膦酰基乙酸三乙酯
[化学式73]
化合物29:1-苯基-1,3,3-三甲基茚满
<实施例1-1~1-19、比较例1-1~1-15、参考例1-1~1-2>
[非水电解液的制备]
在干燥氩气氛围中,在碳酸亚乙酯(EC)、碳酸甲乙酯(EMC)及碳酸二乙酯(DEC)的混合物(体积容量比3:4:3)中溶解1.2摩尔/L(以非水电解液中的浓度计)经过了充分干燥的LiPF6(将其称为预备溶液)。
在所得到的预备溶液中进一步分别添加碳酸亚乙烯酯(VC)和单氟碳酸亚乙酯(MFEC)各2.0质量%(在溶液的总计100质量%中),得到了电解液(将其称为基准电解液1);
在上述预备溶液中添加了5.0质量%(在溶液的总计100质量%中)的VC,得到了电解液(将其称为基准电解液2);
在上述预备溶液添加了5.0质量%(在溶液的总计100质量%中)的MFEC,制备了电解液(将其称为基准电解液3)。
对于基准电解液1~3,分别以下述表1所记载的比例加入各化合物,制备了非水电解液。其中,比较例1-1为基准电解液1本身、比较例1-14为基准电解液2本身、比较例1-15为基准电解液3本身。需要说明的是,表中的“添加量(重量%)”是在非水电解液100重量%中的浓度。
[正极的制作]
将作为正极活性物质的钴酸锂(LiCoO2)97质量%、作为导电材料的乙炔黑1.5质量%、及作为粘结材料的聚偏氟乙烯(PVdF)1.5质量%在N-甲基吡咯烷酮溶剂中利用分散混合器进行混合,制作了浆料。将该浆料均匀涂布在厚度21μm的铝箔的两面并进行干燥之后,进行压制而制作了正极。
[负极的制作]
利用分散混合器在作为负极活性物质的天然石墨粉末中混合作为增稠剂的羧甲基纤维素钠的水性分散液(羧甲基纤维素钠的浓度为1质量%)、作为粘合剂的丁苯橡胶的水性分散液(丁苯橡胶的浓度为50质量%),制成了浆料。将该浆料均匀涂布在厚度12μm的铜箔的一面并进行干燥,然后进行压制,制成了负极。需要说明的是,在制作负极时,使得在干燥后的负极中天然石墨:羧甲基纤维素钠:丁苯橡胶=98:1:1的质量比。
[非水电解质二次电池(层压型)的制造]
将上述的正极、负极及聚烯烃制隔板按照负极、隔板、正极、隔板、负极的顺序进行了叠层。用铝层压膜包入上述得到的电池要素,注入上述的非水电解液后,进行真空密封,制作了片状的非水电解质二次电池。
<非水电解质二次电池的评价>
[初期调整(conditioning)]
在25℃的恒温槽中,以相当于0.05C的电流对层压型电池的非水电解质二次电池进行了6小时恒定电流充电,然后以0.2C放电至3.0V。接着,以0.2C进行了电池的CC-CV充电直至4.1V。然后,以45℃、72小时的条件实施了熟化。然后,以0.2C放电至3.0V,使非水电解质二次电池稳定。再以0.2C进行了电池的CC-CV充电直至4.4V,然后以0.2C放电至3.0V,进行了电池的初期调整。
[充电保存试验]
对于初期调整后的电池,再次以0.2C进行了电池的CC-CV充电直至4.4V,然后以85℃、24小时的条件进行了高温保存。使电池充分冷却后,浸于乙醇浴中来测定体积,由保存试验前后的体积变化求出产生气体量,将其作为“充电保存气体量”。
下述表1示出的是以比较例1-1的值进行了标准化的各实施例及比较例的充电保存气体量。
[表1]
由表1可以明确,使用了包含通式(A)表示的化合物的本发明的非水电解液的情况下,与不含上述化合物的比较例1-1、比较例1-14、比较例1-15相比,可以抑制充电保存气体。另外,比较例1-2~1-9这样的添加通式(A)表示的化合物以外的化合物时,显示出会导致充电保存气体增加。由此可知,通过使用在非水电解液中添加了通式(A)表示的化合物而成的非水电解液,可以抑制充电保存时的电池膨胀。
另外可知,将通式(A)表示的化合物与异氰酸酯化合物、酸酐、丙烯酸酯化合物、腈化合物、被氟化的硼酸盐为代表的特定添加剂组合使用的情况下,与单独使用各化合物的情况相比,可抑制充电保存气体量。由此,显示了组合使用所带来的协同效果。
<实施例2-1~2-2、比较例2-1~2-2>
在基准电解液1中以下述表2所记载的比例加入各化合物,制备了非水电解液。其中,比较例2-1为基准电解液1本身。需要说明的是,表中的“添加量(重量%)”是在非水电解液100重量%中的浓度。制作与实施例1同样的正极、负极及非水电解质二次电池并进行了实验。
<非水电解质二次电池的评价>
[初期调整]
在25℃的恒温槽中,以相当于0.05C的电流对层压型电池的非水电解质二次电池进行了6小时恒定电流充电,然后以0.2C放电至3.0V。接着,以0.2C进行了电池的CC-CV充电直至4.1V。然后,以45℃、72小时的条件实施了熟化。然后,以0.2C放电至3.0V,使非水电解质二次电池稳定。再以0.2C进行了电池的CC-CV充电直至4.4V,然后以0.2C放电至3.0V,进行了电池的初期调整。
[保存后1.0C/0.2C负载试验]
对于初期调整后的电池再次以0.2C进行了CC-CV充电直至4.4V后,以85℃、24小时的条件进行了高温保存。然后以0.2C放电至3.0V,接着,以0.2C对电池进行了CC-CV充电直至4.4V,然后以0.2C·1.0C放电至3.0V,将得到的0.2C·1.0C容量之比(1.0C/0.2C)的百分率作为“保存后1.0C/0.2C负载”。
下述表2示出的是以比较例2-1的值进行了标准化的各实施例及比较例的保存后1.0C/0.2C负载。
[表2]
由表2可以明确,将通式(A)表示的化合物与具有异氰尿酸骨架的化合物组合使用的情况下,与单独使用各化合物的情况相比,可知保存后1.0C/0.2C负载特性得到了提高。特别是,单独使用具有异氰尿酸骨架的化合物时,未确认到特性的改善效果。由此,显示出组合使用带来的协同效果。
<实施例3-1~3-2、比较例3-1>
[非水电解液的制备]
在基准电解液3中以下述表3所记载的比例加入各化合物,制备了非水电解液。其中,比较例3-1是基准电解液3本身。需要说明的是,表中的“添加量(重量%)”是在非水电解液100重量%中的浓度。
[正极的制作]
制作与实施例1同样的正极并使用。
[负极的制作]
制作与实施例1同样的负极并使用。
[非水电解质二次电池(层压型)的制造]
制作与实施例1同样的非水电解质二次电池并使用。
<非水电解质二次电池的评价>
[初期调整]
在25℃的恒温槽中,以相当于0.05C的电流对层压型电池的非水电解质二次电池进行了6小时恒定电流充电,然后以0.2C放电至3.0V。接着,以0.2C进行了电池的CC-CV充电直至4.1V。然后,以45℃、72小时的条件实施了熟化。然后,以0.2C放电至3.0V,使非水电解质二次电池稳定。再以0.2C进行了电池的CC-CV充电直至4.4V,然后以0.2C放电至3.0V,进行了电池的初期调整。
[60℃充电保存试验]
对于初期调整后的电池再次以0.2C进行了CC-CV充电直至4.4V,然后以60℃、168小时的条件进行了高温保存。使电池充分冷却后,浸于乙醇浴中来测定体积,由保存试验前后的体积变化求出产生气体量,将其作为“60℃充电保存气体量”。
下述表3示出的是以比较例3-1的值进行了标准化的各实施例及比较例的60℃充电保存气体量。
[表3]
由表3可以明确,使用包含通式(A)表示的特定物的本发明的非水电解液的情况下,与不含上述化合物的比较例3-1相比,可以抑制60℃充电保存气体量。
<实施例4-1~4-5、比较例4-1~4-3>
在基准电解液1中以下述表4所记载的比例加入各化合物,制备了非水电解液。其中,比较例4-1是基准电解液1本身。需要说明的是,表中的“添加量(重量%)”是在非水电解液100重量%中的浓度。制作与实施例1同样的正极、负极及非水电解质电池并进行了评价。
<非水电解质二次电池的评价>
[初期调整]
在25℃的恒温槽中,以相当于0.05C的电流对层压型电池的非水电解质二次电池进行了6小时恒定电流充电,然后以0.2C放电至3.0V。接着,以0.2C进行了电池的CC-CV充电直至4.1V。然后,以45℃、72小时的条件实施了熟化。然后,以0.2C放电至3.0V,使非水电解质二次电池稳定。再以0.2C进行了电池的CC-CV充电直至4.4V,然后以0.2C放电至3.0V,进行了电池的初期调整。
[连续充电试验]
通过将进行了初期调整后的非水电解质电池在60℃下以0.2C进行CC-CV充电(168小时截止)直至4.4V,实施了连续充电试验。试验结束后,使电池充分冷却,然后浸于乙醇浴中来测定体积,由连续充电试验前后的体积变化求出产生气体量,将其作为“连续充电试验气体量”。
下述表4示出的是以比较例4-1的值进行了标准化的各实施例及比较例的连续充电试验气体量。
[表4]
由表4可以明确,在将通式(A)表示的化合物与腈化合物组合使用的情况下,与单独使用各化合物的情况相比,可以抑制连续充电试验气体。由此,显示出组合使用带来的协同效果。
<实施例5-1~5-2、比较例5-1~5-2>
在基准电解液1中以下述表5所记载的比例加入各化合物,制备了非水电解液。其中,比较例5-1是基准电解液1本身。需要说明的是,表中的“添加量(重量%)”是在非水电解液100重量%中的浓度。制作与实施例1同样的正极、负极及非水电解质二次电池并进行了实验。
<非水电解质二次电池的评价>
[初期的电池特性评价]
将非水电解质二次电池浸于乙醇浴中,由此时的浮力求出初期电池体积(阿基米德原理)。然后,在用玻璃板夹持进行加压的状态下,于25℃以相当于0.05C的电流进行6小时恒定电流充电后,以0.2C进行了恒定电流放电直至3.0V。进而,以相当于0.2C的电流进行了恒定电流-恒定电压充电(也称为“CC-CV充电”)(0.05C截止)直至4.1V,然后以45℃、72小时的条件下进行了放置。然后,以0.2C的恒定电流放电至3.0V,接着,以0.2C进行了CC-CV充电(0.05C截止)直至4.4V后,再次以0.2C放电至3.0V,使初期的电池特性稳定。
对于初期的电池特性评价后的非水电解质二次电池,在25℃下以0.2C进行了CC-CV充电(0.05C截止)直至4.4V后,浸于乙醇浴中,由此时的浮力求出电池体积,将相对于初期电池体积的变化部分作为保存前状态的“初期气体量”。
下述表5示出的是以比较例5-1的值进行了标准化的各实施例及比较例的初期气体量。
[表5]
由表5可以明确,在使用了包含通式(A)表示的化合物的本发明的非水电解液的情况下,与不含上述化合物的比较例5-1相比,可以抑制初期气体量。另外可知,对于组合使用了通式(A)表示的化合物和环状磺酸酯的实施例5-2而言,与单独使用各化合物的情况相比,初期气体量被抑制。特别是,单独添加了环状磺酸酯的情况下(比较例5-2),初期气体量增大,因此,显示出了组合使用所带来的协同效果。
<实施例6-1~6-2、比较例6-1~6-2>
[非水电解液的制备]
在干燥氩气氛围中,在EC、EMC及DEC的混合物(体积容量比3:4:3)中溶解1.2摩尔/L(以非水电解液中的浓度计)经过了充分干燥的LiPF6,再分别以2.0质量%、2.0质量%、1.0质量%添加VC、MFEC和化合物19(将其称为基准电解液4)。以相对于基准电解液4全体为下述表6所记载的比例加入各化合物,制备了电解液。其中,比较例6-1是基准电解液4本身。需要说明的是,表中的“添加量(重量%)”是在非水电解液100重量%中的浓度。
[正极的制作]
制作与实施例1同样的正极并使用。
[负极的制作]
制作与实施例1同样的负极并使用。
[非水电解质二次电池(层压型)的制造]
制作与实施例1同样的非水电解质二次电池并使用。
<非水电解质二次电池的评价>
[初期调整]
在25℃的恒温槽中,以相当于0.05C的电流对层压型电池的非水电解质二次电池进行了6小时恒定电流充电,然后以0.2C放电至3.0V。接着,以0.2C进行了电池的CC-CV充电直至4.1V。然后,以45℃、72小时的条件实施了熟化。然后,以0.2C放电至3.0V,使非水电解质二次电池稳定。再以0.2C进行了电池的CC-CV充电直至4.4V,然后以0.2C放电至3.0V,进行了电池的初期调整。
[充电保存试验]
对于初期调整后的电池,再次以0.2C进行了CC-CV充电直至4.4V,然后以80℃、72小时的条件进行了高温保存。使电池充分冷却后,浸于乙醇浴中来测定体积,由保存试验前后的体积变化求出产生气体量,将其作为“80℃充电保存气体量”。
下述表6示出的是以比较例6-1的值进行了标准化的各实施例及比较例的80℃充电保存气体量。
[表6]
由表6可以明确,将通式(A)表示的化合物和环状醚化合物组合使用的情况下,与单独使用各化合物的情况相比,可以抑制80℃充电保存气体量。由此,显示出组合使用带来的协同效果。
<实施例7-1~7-2、比较例7-1~7-2>
[非水电解液的制备]
在干燥氩气氛围中,在EC、化合物22和DEC的混合物(体积容量比3:4:3)中溶解1.2摩尔/L(以非水电解液中的浓度计)经过了充分干燥的LiPF6,进一步添加了5.0质量%(在溶液的总计100质量%中)的MFEC(将其称为基准电解液5)。以相对于基准电解液3全体或相对于基准电解液5全体为下述表7所记载的比例加入各化合物,制备了电解液。其中,比较例7-1是基准电解液3本身、比较例7-2是基准电解液5本身。需要说明的是,表中的“添加量(重量%)”是在非水电解液100重量%中的浓度。
[正极的制作]
制作与实施例1同样的正极并使用。
[负极的制作]
制作与实施例1同样的负极并使用。
[非水电解质二次电池(层压型)的制造]
制作与实施例1同样的非水电解质二次电池并使用。
<非水电解质二次电池的评价>
[初期调整]
在25℃的恒温槽中,以相当于0.05C的电流对层压型电池的非水电解质二次电池进行了6小时恒定电流充电,然后以0.2C放电至3.0V。接着,以0.2C进行了电池的CC-CV充电直至4.1V。然后,以45℃、72小时的条件实施了熟化。然后,以0.2C放电至3.0V,使非水电解质二次电池稳定。再以0.2C进行了电池的CC-CV充电直至4.4V,然后以0.2C放电至3.0V,进行了电池的初期调整。
[60℃充电保存试验]
对于初期调整后的电池再次以0.2C进行了CC-CV充电直至4.4V,然后以60℃、168小时的条件进行了高温保存。然后,在25℃以0.2C放电至3V,再于25℃以0.2C的恒定电流进行了电池的CC-CV充电(0.05C截止)直至4.40V,然后以0.2C再次放电至3V,将其作为“恢复0.2C容量”。
下述表7示出的是以比较例7-1的值进行了标准化的各实施例及比较例的恢复0.2C容量。
[表7]
由表7可以明确,在使用了通式(A)表示的化合物的情况下,恢复0.2C容量提高。特别是将使用了作为链状羧酸酯的化合物22的电解液和通式(A)表示的化合物组合使用时,可知其提高效果更高。
<实施例8-1、比较例8-1>
[非水电解液的制备]
在干燥氩气氛围中,在EC、碳酸二甲酯(DMC)和EMC的混合物(体积容量比3:3:4)中溶解1.0摩尔/L(以非水电解液中的浓度计)经过了充分干燥的LiPF6,进一步添加了1.2质量%(溶液的总计100质量%中)的VC(将其称为基准电解液6)。以相对于基准电解液6全体为下述表8所记载的比例加入各化合物,制备了电解液。其中,比较例8-1是基准电解液6本身。需要说明的是,表中的“添加量(重量%)”是在非水电解液100重量%中的浓度。
[正极的制作]
使用磷酸铁锂(LiFePO4)83.5质量份作为正极活性物质,并混合了炭黑10质量份和聚偏氟乙烯6.5质量份。在该混合物中加入N-甲基-2-吡咯烷酮,制成浆料,将该浆料以13.8mg·cm-2的方式均匀涂布在厚度15μm的铝箔两面并进行干燥,然后进行压制,并使得正极活性物质层的密度为1.85g·cm-3,制成了正极。
[负极的制作]
在石墨中加入作为增稠剂的羧甲基纤维素钠的水性分散液(羧甲基纤维素钠的浓度为1质量%)、和作为粘合剂的丁苯橡胶的水性分散液(丁苯橡胶的浓度为50质量%),用分散混合器进行混合,制成了浆料。将得到的浆料以6.0mg·cm-2的方式均匀涂布在厚度12μm的铜箔的一面并进行干燥,然后进行压制,并使得负极活性物质层的密度为1.36g·cm-3,制成了负极。所使用的石墨的d50值为10.9μm、比表面积为3.41m2·g-1、振实密度为0.985g·cm-3。另外,在制作浆料时,使得在干燥后的负极中达到石墨:羧甲基纤维素钠:丁苯橡胶=97.5:1.5:1的质量比。
[非水电解质二次电池(层压型)的制造]
将上述的正极、负极及隔板按照负极、隔板、正极的顺序进行了叠层。隔板使用的是厚度20μm、空隙率54%的聚丙烯制隔板。用筒状的铝层压膜包入上述得到的电池要素,注入上述电解液后,进行真空密封,制作了片状的非水电解质二次电池。此外,为了提高电极间的密合性,用玻璃板夹持片状电池并进行了加压。
<非水电解质二次电池的评价>
[初期调整]
在25℃气体氛围中,以0.05C对片状的非水电解质二次电池充电10小时后,中止3小时,然后以0.2C进行了恒定电流充电直至3.8V。再中止3小时后,以0.2C进行恒定电流-恒定电压充电直至3.8V,接着以1/3C进行了恒定电流放电直至2.5V。然后,进行2次充放电循环,所述充放电循环为:进行1/3C恒定电流-恒定电压充电直至3.8V,接着进行1/3C恒定电流放电直至2.5V,将其作为1个循环。再以1/3C进行了恒定电流-恒定电压充电直至3.8V,然后将电池在60℃下保管12小时,由此使电池稳定。然后,在25℃下进行2次充放电循环,所述充放电循环为:进行1/3C恒定电流-恒定电压充电直至3.8V,接着进行1/3C恒定电流放电直至2.5V。将此时的最后的放电容量作为初期容量。
[高温保存试验]
将初期调整后的电池调整为3.8V,在60℃下保存了1周。使初期调整后高温保存前、以及高温保存后的电池完全浸渍于乙醇中,用电子天平分别测定了此时所产生的浮力A(g)及浮力B(g)。将浮力B与浮力A之差除以乙醇的比重(=0.789g·mL-1)而得到的值作为“保存后电池膨胀”。
下述表8示出的是以比较例8-1的值进行了标准化的各实施例及比较例的保存后电池膨胀。
[表8]
由表8可以明确,使用了通式(A)表示的化合物的情况下,保存后电池膨胀得到抑制。
<实施例9-1~9-2、比较例9-1>
[非水电解液的制备]
在干燥氩气氛围中,在EC和DEC的混合物(体积容量比3:7)中溶解1.0摩尔/L(以非水电解液中的浓度计)经过了充分干燥的LiPF6,进一步分别以2.0质量%(溶液的总计100质量%中)添加了VC、MFEC(将其称为基准电解液7)。以相对于基准电解液7全体为下述表10所记载的比例加入各化合物,制备了电解液。其中,比较例9-1是基准电解液7本身。需要说明的是,表中的“添加量(重量%)”是在非水电解液100重量%中的浓度。
[正极的制作]
利用分散混合器在N-甲基吡咯烷酮溶剂中将作为正极活性物质的锂镍钴锰复合氧化物(Li1.05Ni0.33Mn0.33Co0.33O2)85质量%、作为导电材料的乙炔黑10质量%、作为粘结材料的聚偏氟乙烯(PVdF)5质量%混合,制成了浆料。将该浆料均匀涂布在厚度21μm的铝箔的两面并进行干燥,然后进行压制,制成了正极。
[含有Si的负极活性物质的制作]
使平均粒径0.2μm的Si微粒50g分散于平均粒径35μm的鱗片状石墨2000g中,投入到混合系统(Hybridization System)(奈良机械制作所制)中,使其在转子转速7000rpm的装置内循环或滞留180秒钟来进行处理,得到了Si和石墨粒子的复合体。将所得到的复合体与作为有机化合物的煤焦油沥青混合,利用双螺杆混炼机进行混炼、分散,并使得烧成后的包覆率为7.5%。将所得到的分散物导入到烧成炉中,在氮气氛围下、于1000℃烧成了3小时。所得到的烧成物进一步用锤磨机粉碎后,实施过筛(45μm),制作了负极活性物质1。用上述测定法测得的硅元素的含量、平均粒径d50、振实密度、比表面积分别为2.0质量%、20μm、1.0g/cm3、7.2m2/g。
按照与负极活性物质1同样的方法,制作了下述表9所示的各种Si含量的负极活性物质2及3。Si含量是Si微粒相对于Si微粒与石墨粒子的总计(100质量%)的质量浓度(质量%)。
[表9]
[使用了Si含量为0、2.0、12.0、17.0质量%的活性物质的负极的制作]
在负极活性物质(天然石墨)及负极活性物质1~3的各负极活性物质中加入作为增稠剂的羧甲基纤维素钠的水性分散液(羧甲基纤维素钠的浓度为1质量%)、以及作为粘合剂的丁苯橡胶的水性分散液(丁苯橡胶的浓度为50质量%),用分散混合器进行混合,制成了浆料。将该浆料均匀涂布在厚度10μm的铜箔的一面并进行干燥,然后进行压制,得到了使用Si含量为0、2.0、12.0、17.0质量%的活性物质的负极。需要说明的是,在制作负极时,使得干燥后的负极中达到负极活性物质:羧甲基纤维素钠:丁苯橡胶=97.5:1.5:1的质量比。
[非水电解质二次电池(层压型)的制造]
将上述的正极、各Si含量的负极及聚烯烃制隔板按照负极、隔板、正极的顺序进行了叠层。用铝层压膜包入上述得到的电池要素,注入上述的非水电解液后,进行真空密封,制作了具有各Si含量的负极的片状的非水电解质二次电池。
<非水电解质二次电池的评价>
[初期调整]
在25℃的恒温槽中,以相当于0.05C的电流对具有上述各Si含量的负极的层压型电池的非水电解质二次电池进行了恒定电流-恒定电压充电直至4.0V,然后以0.05C放电至2.5V。接着以0.2C对电池进行了CC-CV直至4.0V,然后以0.2C放电至2.5V。再以0.2C对电池进行了CC-CV直至4.2V,然后以0.2C放电至2.5V,使非水电解质二次电池稳定。然后以0.2C进行了电池的CC-CV充电直至4.3V,然后以0.2C放电至2.5V,进行了初期的调整。
[高温保存试验]
对于初期调整后的电池,再次以0.2C进行CC-CV充电直至4.3V,以60℃、168小时的条件进行了高温保存。使电池充分冷却后,浸于乙醇浴中来测定体积,由保存试验前后的体积变化求出产生气体量,将其作为“保存气体量”。
下述表10示出的是以比较例9-1的值进行了标准化的各实施例及比较例的保存气体量。
[表10]
由表10可以明确,使用了通式(A)表示的化合物的情况下,保存时的气体得到抑制。特别是,可知使用了将Si微粒和石墨粒子组合而成的负极活性物质时,保存时的气体抑制效果更高。
<实施例10-1~10-2、比较例10-1>
[非水电解液的制备]
与实施例9同样地,以相对于基准电解液7全体为下述表11所记载的比例加入各化合物,制备了电解液。其中,比较例10-1是基准电解液7本身。需要说明的是,表中的“添加量(重量%)”是在非水电解液100重量%中的浓度。
[正极的制作]
制作与实施例9同样的正极并使用。
[负极的制作]
在负极活性物质(石墨:SiO(质量比)=100:0、95:5、90:10)中加入作为增稠剂的羧甲基纤维素钠的水性分散液(羧甲基纤维素钠的浓度为1质量%)、以及作为粘合剂的丁苯橡胶的水性分散液(丁苯橡胶的浓度为50质量%),用分散混合器进行混合,制成了浆料。将该浆料均匀涂布在厚度10μm的铜箔的一面并进行干燥,然后进行压制,制成了负极。需要说明的是,在制作负极时,使得按照干燥后的负极中达到负极活性物质:羧甲基纤维素钠:丁苯橡胶=97.5:1.5:1的质量比。
[非水电解质二次电池(层压型)的制造]
制作与实施例9同样的非水电解质二次电池并使用。
<非水电解质二次电池的评价>
[初期调整]
在25℃的恒温槽中,以相当于0.05C的电流对层压型电池的非水电解质二次电池进行了恒定电流-恒定电压充电直至4.0V,然后以0.05C放电至2.5V。接着,以0.2C进行了CC-CV直至4.0V,然后以0.2C放电至2.5V。再以0.2C进行了CC-CV直至4.2V,然后以0.2C放电至2.5V,使非水电解质二次电池稳定。然后,以0.2C进行了CC-CV充电直至4.3V后,以0.2C放电至2.5V,进行了初期的调整。
[高温保存试验]
对于初期调整后的电池再次以0.2C进行CC-CV充电直至4.3V,以60℃、168小时的条件进行了高温保存。然后在25℃下以0.2C进行了CC-CV直至4.3V后,以0.2C·0.5C放电至2.5V,将所得到的0.2C·0.5C容量之比(0.5C/0.2C)作为“保存后0.5C/0.2C负载”。
下述表11示出的是以比较例10-1的值进行了标准化的各实施例及比较例的保存后0.5C/0.2C负载。
[表11]
由表11可以明确,在使用了通式(A)表示的化合物的情况下,保存后的0.5C/0.2C负载得到提高。特别是,可知使用了将SiO微粒和石墨粒子组合而成的负极活性物质时,保存后0.5C/0.2C负载的改善效果更高。
<实施例11-1、比较例11-1~11-2>
[非水电解液的制备]
在干燥氩气氛围中,在EC、DMC和EMC的混合物(体积容量比3:3:4)中溶解1.0摩尔/L(以非水电解液中的浓度计)经过了充分干燥的LiPF6,再分别以3.0、1.5、1.0质量%(溶液的总计100质量%中)添加MFEC、化合物26、化合物27(将其称为基准电解液8)。以相对于基准电解液8全体为下述表12所记载的比例加入各化合物,制备了电解液。其中,比较例11-1是基准电解液8本身。需要说明的是,表中的“添加量(重量%)”是在非水电解液100重量%中的浓度。
[正极的制作]
利用分散混合器在N-甲基吡咯烷酮溶剂中混合作为正极活性物质的锂镍钴锰复合氧化物(Li1.05Ni0.33Mn0.33Co0.33O2)90质量%、作为导电材料的乙炔黑7质量%、作为粘结材料的聚偏氟乙烯(PVdF)3质量%,制成了浆料。将该浆料均匀涂布在厚度15μm的铝箔的两面并进行干燥,然后进行压制,制成了正极。
[负极的制作]
在石墨中加入作为增稠剂的羧甲基纤维素钠的水性分散液(羧甲基纤维素钠的浓度为1质量%)、作为粘合剂的丁苯橡胶的水性分散液(丁苯橡胶的浓度为50质量%),用分散混合器进行混合,制成了浆料。将所得到的浆料均匀涂布在厚度12μm的铜箔的一面并进行干燥,然后进行压制,制成了负极。另外,在制作浆料时,使得在干燥后的负极中达到石墨:羧甲基纤维素钠:丁苯橡胶=97.5:1.5:1的质量比。
[非水电解质电池(层压型)的制造]
将上述的正极、负极及聚烯烃制隔板按照负极、隔板、正极、隔板、负极的顺序进行了叠层。用铝层压膜包入上述得到的电池要素,注入前面叙述的电解液后,进行真空密封,制作了片状的非水电解质二次电池。
<非水电解质二次电池的评价>
[初期调整]
在25℃气体氛围中,以0.05C对片状的非水电解质二次电池充电10小时后,中止3小时,然后以0.2C进行了恒定电流充电直至3.8V。再中止3小时后,以0.2C进行恒定电流-恒定电压充电直至4.3V,接着以1/3C进行了恒定电流放电直至3.0V。然后,进行2次充放电循环,所述充放电循环为:进行1/3C恒定电流-恒定电压充电直至4.3V,接着进行1/3C恒定电流放电直至3.0V,将其作为1个循环,作为初期调整。
[高温保存试验]
将初期调整后的电池以0.2C进行CC-CV充电直至4.3V,以60℃、30天的条件进行了高温保存试验。使电池充分冷却后,浸于乙醇浴中来测定体积,由保存试验前后的体积变化求出产生气体量,将其作为“60℃保存气体量”。
下述表12示出的是以比较例11-1的值进行了标准化的各实施例及比较例的60℃保存气体量。
[表12]
由表12可以明确,使用了通式(A)表示的化合物的情况下,60℃保存气体量得到抑制。
<实施例12-1~12-2、比较例12-1~12-2>
[非水电解液的制备]
以下述表13所记载的比例在基准电解液1中加入各化合物,制备了非水电解液。其中,比较例12-1是基准电解液1本身。需要说明的是,表中的“添加量(重量%)”是在非水电解液100重量%中的浓度。
[正极的制作]
制作与实施例1同样的正极并使用。
[负极的制作]
制作与实施例1同样的负极并使用。
[非水电解质二次电池(硬币型)的制造]
将上述正极收纳在兼作正极导电体的不锈钢制罐体中,并在其上隔着浸渗有上述非水电解液的聚丙烯制隔板载置上述负极。将该罐体和兼作负极导电体的封口板隔着绝缘用垫片铆接密封,制作了非水电解质二次电池(硬币型)。
<非水电解质二次电池的评价>
[初期调整]
在25℃的恒温槽中,以相当于0.05C的电流对上述的非水电解质二次电池进行了6小时恒定电流充电,然后以0.2C放电至3.0V。接着,以0.2C进行了电池的CC-CV充电(0.05C截止)直至4.1V。然后,以45℃、72小时的条件实施了熟化。然后,以0.2C放电至3.0V,使非水电解质二次电池稳定。再以0.2C进行了电池的CC-CV充电(0.05C截止)直至4.4V,然后以0.2C放电至3.0V,求出了初期放电容量。
[高温保存特性的评价]
对于初期调整后的电池,再次以0.2C进行了CC-CV充电(0.05C截止)直至4.4V后,以85℃、24小时的条件进行了高温保存。然后,在25℃下以0.2C的恒定电流放电至3V,测定了高温保存试验后的残存容量。求出保存试验后的残存放电容量相对于初期容量的比例((保存试验后的残存放电容量/初期容量)×100),将其作为“高温保存容量残留率(%)”。
下述表13示出的是以比较例12-1的值进行了标准化的各实施例及比较例的“高温保存容量残留率(%)”。
[表13]
由表13可以明确,使用了通式(A)表示的化合物的情况下,高温保存容量残留率得到改善。另外,通过将通式(A)表示的化合物与化合物29组合使用,显示出特性得到进一步改善。另一方面,在单独添加化合物29的情况下(比较例12-2),特性降低,该结果显示了组合使用所带来的协同效果。
工业实用性
根据本发明的非水电解液,放电保存特性及高温保存特性平衡性良好地得到改善,因此,可适用于使用非水电解质二次电池的电子设备等的所有领域。另外,还可适用于使用非水电解液的锂离子电容器等电解电容器。
本发明的非水电解液及非水电解质二次电池的用途没有特别限定,可以用于公知的各种用途。作为其用途的具体例,可列举:平板电脑、电子书播放器、手机、便携式传真机、便携式复印机、便携式打印机、便携式音频播放器、小型摄像机、液晶电视、手提式吸尘器、无线电收发两用机、电子记事本、计算器、存储卡、便携式磁带录音机、收音机、备用电源、汽车、摩托车、电动自行车、自行车、照明器具、玩具、游戏机、表、电动工具、闪光灯、照相机等。
Claims (11)
1.一种非水电解液,其是用于非水电解质二次电池的非水电解液,该非水电解质二次电池具备能够吸留和放出金属离子的正极及负极,该非水电解液含有电解质及非水溶剂,同时含有下述通式(A)表示的化合物,
式(A)中,R1、R2及Y分别表示任选具有取代基的碳原子数1~12的烃基,X表示氢或氟原子,R1、R2及Y各自相同或不同。
2.根据权利要求1所述的非水电解液,其中,所述通式(A)中,X为氢原子。
3.根据权利要求1或2所述的非水电解液,其中,所述通式(A)中,R1、R2及Y分别为不具有取代基的碳原子数1~12的烃基。
4.根据权利要求1或2所述的非水电解液,其中,所述通式(A)中,R1、R2及Y分别为不具有取代基的碳原子数1~12的烷基。
5.根据权利要求1~4中任一项所述的非水电解液,其中,所述通式(A)表示的化合物的添加量相对于非水电解液总量为0.001质量%以上且10质量%以下。
6.根据权利要求1~5中任一项所述的非水电解液,其中,所述非水电解液还含有选自下组中的至少一种添加剂:具有碳-碳不饱和键的环状碳酸酯、具有氟原子的环状碳酸酯、腈化合物、异氰酸酯化合物、具有异氰尿酸骨架的化合物、被氟化的盐、酸酐化合物、丙烯酸酯化合物、芳香族化合物、环状醚化合物、草酸盐及环状磺酸酯。
7.根据权利要求1~6中任一项所述的非水电解液,其中,所述非水溶剂包含链状羧酸酯。
8.一种非水电解质二次电池,其具备能够吸留和放出金属离子的正极及负极、以及非水电解液,其中,该非水电解液是权利要求1~7中任一项所述的非水电解液。
9.根据权利要求8所述的非水电解质二次电池,其中,所述能够吸留和放出金属离子的负极的负极活性物质具有碳作为构成元素。
10.根据权利要求8所述的非水电解质二次电池,其中,所述能够吸留和放出金属离子的负极的负极活性物质具有硅(Si)或锡(Sn)作为构成元素。
11.根据权利要求8所述的非水电解质二次电池,其中,所述能够吸留和放出金属离子的负极的负极活性物质是能够与Li形成合金的金属粒子和石墨粒子的混合体或复合体。
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