CN108352570B - 电解液、电化学器件、锂离子二次电池和组件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够获得即使在高温下保存也难以产生气体、在高温保存后容量维持率也高的锂离子二次电池等的电化学器件或组件的电解液。本发明的电解液的特征在于含有通式Y21R21C-CY22R22所示的化合物等,式中,R21和R22可以相同或不同,为H、烷基或卤代烷基;Y21和Y22可以相同或不同,为-OR23或卤原子,R23为H、烷基或卤代烷基。

Description

电解液、电化学器件、锂离子二次电池和组件
技术领域
本发明涉及电解液、电化学器件、锂离子二次电池和组件。
背景技术
近年来,伴随着电气制品的轻量化、小型化,具有高能量密度的锂离子二次电池的开发逐步推进。并且,随着锂离子二次电池的应用领域的扩大,需求电池特性的改善。特别是在今后,在将锂离子二次电池用于车载用途的情况下,电池特性越来越重要。
专利文献1中记载了一种非水系电解液二次电池,其包括:正极;由锂或能够实现锂的吸留释放的负极材料构成的负极;由有机溶剂和溶质构成的非水系电解液,该非水系电解液二次电池的特征在于:上述有机溶剂含有单氟磷酸锂和/或二氟磷酸锂的添加剂。
在先技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开平11-67270号公报
发明内容
发明所要解决的课题
本发明的课题在于提供一种电解液,该电解液能够获得即使在高温下保存也难以产生气体、在高温保存后容量维持率也高的锂离子二次电池等的电化学器件或组件。
用于解决课题的手段
本发明的电解液的特征在于:含有选自通式(1)所示的化合物(1)和通式(2)所示的化合物(2)中的至少一种化合物(X)。
通式(1):
Figure BDA0001635278710000021
(式中,R11~R14可以相同或不同,为H、烷基或卤代烷基,X11和X12可以相同或不同,为第16族元素。)
通式(2):
Figure BDA0001635278710000022
(式中,R21和R22可以相同或不同,为H、烷基或卤代烷基,Y21和Y22可以相同或不同,为-OR23或卤原子,R23为H、烷基或卤代烷基。)
化合物(X)的含量相对于电解液优选为0.001~10000质量ppm。
上述电解液优选还含有溶剂。上述溶剂优选含有碳酸酯。并且,上述溶剂优选含有链状醚。
上述电解液优选还含有选自通式(3)所示的化合物(3)、通式(4)所示的化合物(4)、通式(5)所示的化合物(5)和通式(6)所示的化合物(6)中的至少一种锂盐(X)。
通式(3):
Figure BDA0001635278710000023
(式中,X31和X32相同或不同,分别为-H、-F、-O、-OCN、可以具有醚键的烷基、可以具有醚键的氟代烷基、可以具有醚键的烷氧基或可以具有醚键的氟代烷氧基,X31和X32可以相互键合形成环,a为1~3的整数。)
通式(4):
Figure BDA0001635278710000031
(式中,X41为-H、-F、-Cl、可以具有醚键的烷基、可以具有醚键的氟代烷基、可以具有醚键的烷氧基或可以具有醚键的氟代烷氧基。)
通式(5):
Figure BDA0001635278710000032
(式中,X51为-H、-F、-Cl、可以具有醚键的烷基、可以具有醚键的氟代烷基、可以具有醚键的烷氧基或可以具有醚键的氟代烷氧基。)
通式(6):
Figure BDA0001635278710000033
(式中,X61为-H、-F、-Cl、可以具有醚键的烷基、可以具有醚键的氟代烷基、可以具有醚键的烷氧基或可以具有醚键的氟代烷氧基。)
上述电解液优选还含有选自通式(7)所示的化合物(7)和通式(8)所示的化合物(8)中的至少一种环状二羰基化合物。
通式(7):
Figure BDA0001635278710000034
(Aa+为金属离子、氢离子或鎓离子,a为1~3的整数,b为1~3的整数,p为b/a,n73为1~4的整数,n71为0~8的整数,n72为0或1,Z71为过渡金属、元素周期表的Ⅲ族、Ⅳ族或Ⅴ族的元素。
X71为O、S、碳原子数为1~10的亚烷基、碳原子数为1~10的卤代亚烷基、碳原子数为6~20的亚芳基或碳原子数为6~20的卤代亚芳基(亚烷基、卤代亚烷基、亚芳基和卤代亚芳基可以在其结构中具有取代基、杂原子,并且在n72为1、n73为2~4时,n73个X71可以分别键合)。
L71为卤原子、氰基、碳原子数为1~10的烷基、碳原子数为1~10的卤代烷基、碳原子数为6~20的芳基、碳原子数为6~20的卤代芳基(亚烷基、卤代亚烷基、亚芳基和卤代亚芳基可以在其结构中具有取代基、杂原子,并且在n71为2~8时,n71个L71可以分别键合形成环)或-Z73Y73
Y71、Y72和Z73分别独立地为O、S、NY74、烃基或氟代烃基。Y73和Y74分别独立地为H、F、碳原子数为1~10的烷基、碳原子数为1~10的卤代烷基、碳原子数为6~20的芳基或碳原子数为6~20的卤代芳基(烷基、卤代烷基、芳基和卤代芳基可以在其结构中具有取代基、杂原子,Y73或Y74在存在多个的情况下,可以分别键合形成环))。
通式(8):
Figure BDA0001635278710000041
(式中,n81为0或1,n82为0或1,Z81为过渡金属、元素周期表的Ⅲ族、Ⅳ族或Ⅴ族的元素。
X81为O、S、碳原子数为1~10的亚烷基、碳原子数为1~10的卤代亚烷基、碳原子数为6~20的亚芳基或碳原子数为6~20的卤代亚芳基(亚烷基、卤代亚烷基、亚芳基和卤代亚芳基可以在其结构中具有取代基、杂原子)。
Y81和Y82分别独立地为O、S、NY84、烃基或氟代烃基。Y84为H、碳原子数为1~10的烷基、碳原子数为1~10的卤代烷基、碳原子数为6~20的芳基、碳原子数为6~20的卤代芳基(烷基、卤代烷基、芳基和卤代芳基可以在其结构中具有取代基、杂原子,Y84在存在多个的情况下,可以分别键合形成环))。
上述电解液优选还含有化合物(9),该化合物(9)在分子内含有杂原子(但不包括氧原子)与邻接原子的多重键。化合物(9)优选为选自通式(9-1)~通式(9-3)所示的化合物中的至少一种。
通式(9-1):
Figure BDA0001635278710000051
通式(9-2):
Figure BDA0001635278710000052
通式(9-3):
Figure BDA0001635278710000053
(式(9-1)、(9-2)和(9-3)中,X91为O或N,M91为C、P、S或N,Z91为N或可以不存在,但不包括L91-C=O(没有N、M91为C、X91为O的情况),
L91由卤原子、氧原子、可以含有卤原子的R、OR、ORR′、ORR′O、SR、NR、SiR、OSiR表示,
其中,R和R′分别为碳原子数为1~10的烷基、亚烷基、烯基、炔基、碳原子数为1~10的卤代烷基、卤代亚烷基、卤代烯基、卤代炔基、碳原子数为1~10的环烷基,上述R和R′也可以一起形成环,n91为1~3的整数,m91为1或2)。
上述电解液优选还含有化合物(9),该化合物(9)在分子内含有杂原子(但不包括氧原子)与邻接原子的多重键。化合物(9)优选具有由-C≡N、-N=C=O、
Figure BDA0001635278710000054
Figure BDA0001635278710000061
中的任一项表示的结构。
上述电解液还含有化合物(9),该化合物(9)在分子内含有杂原子(但不包括氧原子)与邻接原子的多重键。化合物(9)优选为选自通式(10)所示的化合物(10)、通式(11)所示的化合物(11)、通式(12)所示的化合物(12)、通式(13)所示的化合物(13)、通式(14)所示的化合物(14)、通式(15)所示的化合物(15)、通式(16)所示的化合物(16)和通式(17)所示的化合物(17)中的至少一种。
通式(10):
NC-R101-(CN)n101
(式中,R101为1~3价的烃基或1~3价的卤代烃基,n101为0~2的整数)。
通式(11):
OCN-R111-(NCO)n111
(式中,R111为1价或2价的烃基或者1价或2价的卤代烃基,n111为0或1)。
通式(12):
Figure BDA0001635278710000062
(式中,R121和R122可以相同或不同,为卤原子、1价或2价的烃基或者1价或2价的卤代烃基,R121和R122可以相互键合形成环)。
通式(13):
Figure BDA0001635278710000071
(式中,R131和R132可以相同或不同,为卤原子、1价或2价的烃基或者1价或2价的卤代烃基,R131和R132可以相互键合形成环)。
通式(14):
Figure BDA0001635278710000072
(式中,R141和R142可以相同或不同,为卤原子、1价或2价的烃基或者1价或2价的卤代烃基,R141和R142可以相互键合形成环,Z为氧原子或碳原子数为1~10的亚烷基)。
通式(15):
Figure BDA0001635278710000073
(式中,R151~R153可以相同或不同,为有机基团)。
通式(16):
Figure BDA0001635278710000074
(式中,R161~R166可以相同或不同,为卤原子或有机基团)。
通式(17):
Figure BDA0001635278710000081
(式中,R171~R178可以相同或不同,为卤原子或有机基团)。
本发明还为具有上述电解液的电化学器件。
本发明还为具有上述电解液的锂离子二次电池。
本发明还为具有上述电化学器件或上述锂离子二次电池的组件。
发明效果
若使用本发明的电解液,则能够实现即使在高温下保存也难以产生气体、在高温保存后容量维持率也高的电化学器件或组件。
具体实施方式
以下,具体地说明本发明。
本发明的电解液的特征在于:含有选自化合物(1)和化合物(2)中的至少一种化合物(X)。
化合物(1)由通式(1):
Figure BDA0001635278710000082
表示。
(式中,R11~R14可以相同或不同,为H、烷基或卤代烷基,X11和X12可以相同或不同,为第16族元素)。
作为R11~R14的上述烷基的碳原子数的下限值优选为1。上述烷基的碳原子数的上限值优选为5,更优选为4。
作为R11~R14的上述卤代烷基的碳原子数的下限值优选为1。上述卤代烷基的碳原子数的上限值优选为5,更优选为4。
作为R11~R14的上述卤代烷基优选为氟代烷基。上述氟代烷基的碳原子数的下限值优选为1。上述氟代烷基的碳原子数的上限值优选为5,更优选为4。
作为化合物(1),优选R11和R13独立地为卤代烷基、且R12和R14为H的化合物。
更优选R11和R13独立地为氟代烷基、且R12和R14为H的化合物。
进一步优选R11和R13独立地为碳原子数为1~5的氟代烷基、且R12和R14为H的化合物。
作为X11和X12,优选独立地为O或S,更优选均为O。
化合物(2)由通式(2):
Figure BDA0001635278710000091
表示。
(式中,R21和R22可以相同或不同,为H、烷基或卤代烷基,Y21和Y22可以相同或不同,为-OR23或卤原子,R23为H、烷基或卤代烷基)。
作为R21~R23的上述烷基的碳原子数的下限值优选为1。上述烷基的碳原子数的上限值优选为5,更优选为4。
作为R21~R23的上述卤代烷基的碳原子数的下限值优选为1。上述卤代烷基的碳原子数的上限值优选为5,更优选为4。
作为R21~R23的上述卤代烷基,优选氟代烷基。上述氟代烷基的碳原子数的下限值优选为1。上述氟代烷基的碳原子数的上限值优选为5,更优选为4。
作为上述卤原子,优选属于第2~5周期的元素,更优选Br。
作为R23,优选H。
作为化合物(2),优选R21和R22中的一方为H、另一方为卤代烷基、且Y21和Y22中的一方为-OR23、另一方为-OR23或卤原子的化合物。
更优选R21和R22中的一方为H、另一方为氟代烷基、且Y21和Y22中的一方为-OH、另一方为-OH或卤原子的化合物。
化合物(X)的含量相对于电解液优选为0.001~10000质量ppm、更优选为0.1质量ppm以上、进一步优选为0.5质量ppm以上,更优选为150质量ppm以下、进一步优选为30质量ppm以下。化合物(X)的含量能够通过GC-MS分析方法来测定。
本发明的电解液优选还含有锂盐(X)。通过含有锂盐(X),在将本发明的电解液应用于锂离子二次电池等的情况下,能够提高Li离子在电解液中的传输速度,即使在高温下保存也难以产生气体,在高温保存后也能够获得高的容量维持率。
锂盐(X)的含量优选为电解液中的0.001~5质量%。锂盐(X)的含量更优选为电解液中的0.01质量%以上,进一步优选为0.08质量%以上,更优选为3质量%以下,进一步优选为1质量%以下。锂盐(X)的含量能够通过GC-MS分析方法来测定。
锂盐(X)为选自后述的化合物(3)~(6)中的至少一种。作为锂盐(X),优选为选自化合物(3)~(5)中的至少一种,更优选为选自化合物(3)和(4)中的至少一种,进一步优选为化合物(3)。
化合物(3)由通式(3):
Figure BDA0001635278710000101
表示。
(式中,X31和X32相同或不同,分别为-H、-F、-O、-OCN、可以具有醚键的烷基、可以具有醚键的氟代烷基、可以具有醚键的烷氧基或可以具有醚键的氟代烷氧基,X31和X32可以相互键合形成环,a为1~3的整数。)
在本说明书中,“醚键”是以-O-表示的键。
上述烷基、上述氟代烷基、上述烷氧基和上述氟代烷氧基的碳原子数优选为1~10,更优选为1~3。上述烷基、上述氟代烷基、上述烷氧基和上述氟代烷氧基优选不具有醚键。
X31和X32优选其中的任一方或双方为-F、可以具有醚键的氟代烷基或可以具有醚键的氟代烷氧基,更优选双方为-F、不具有醚键的碳原子数为1~3的氟代烷基或不具有醚键的碳原子数为1~3的氟代烷氧基。
上述烷基、上述氟代烷基、上述烷氧基和上述氟代烷氧基可以由-C≡N、-S(=O)2-、-S(=O)2-O-、-OM(M为金属原子)等取代。作为M,可以列举碱金属原子,可以为Li。
作为化合物(3),可以列举LiPO2F2、Li2PO3F、Li3PO4、LiOP(O)(CH3)F、LiOP(O)(CF3)F、LiOP(O)(C2H5)F、LiOP(O)(CH2CF3)F、LiOP(O)(CF2CF3)F、LiOP(O)(OCH3)F、LiOP(O)(OCF3)F、LiOP(O)(OC2H5)F、LiOP(O)(OCH2CF3)F、LiOP(O)(OCF2CF3)F、LiOP(O)(OCH3)2、LiOP(O)(OCH3)(OCF3)、LiOP(O)(OCF3)2、LiOP(O)(OCH2CF3)2、LiOP(O)(OCH2CF3)(OCH2CH3)、LiOP(O)(OCH2CF2CF3)2、LiOP(O)(OCH2CH2F)2、LiOP(O)(OCH2CHF2)2、LiOP(O)(OCH2CF3)(OCN)、LiOP(O)(OCH2CHF2)(OCN)、LiOP(O)(OCH2CN)2、LiOP(O)(OCH2CF3)(OCH2CN)等。
作为化合物(3),从耐氧化性的观点出发,可以为含F原子的化合物;从电阻的观点出发,优选为选自LiPO2F2、LiOP(O)(OCF3)2和LiOP(O)(OCH2CF3)2中的至少一种。
化合物(4)由通式(4):
Figure BDA0001635278710000111
表示。
(式中,X41为-H、-F、-Cl、可以具有醚键的烷基、可以具有醚键的氟代烷基、可以具有醚键的烷氧基或可以具有醚键的氟代烷氧基)。
上述烷基、上述氟代烷基、上述烷氧基和上述氟代烷氧基的碳原子数优选为1~10,更优选为1~3。上述烷基、上述氟代烷基、上述烷氧基和上述氟代烷氧基优选不具有醚键。
X41优选为-F、可以具有醚键的烷基、可以具有醚键的氟代烷基、可以具有醚键的烷氧基或可以具有醚键的氟代烷氧基,更优选为-F、不具有醚键的碳原子数为1~3的烷基或不具有醚键的碳原子数为1~3的氟代烷氧基。
上述烷基、上述氟代烷基、上述烷氧基和上述氟代烷氧基可以由-C≡N、-S(=O)2-、-S(=O)2-O-、-OM(M为金属原子)等取代。作为M,可以列举碱金属原子,可以为Li。
作为化合物(4),可以列举LiOSO2F、LiOSO2CH3、LiOSO2CF3、LiOSO2(OCH3)、LiOSO2(OCF3)、LiOSO2(OCH2CH3)、LiOSO2(OCH2CF3)、LiOSO2(OCF2CF3)、LiOSO2(OCH2CH2CH3)LiOSO2(OCH2CH2CF3)等。
作为化合物(4),优选为选自LiOSO2F、LiOSO2CH3和LiOSO2(OCH2CH3)中的至少一种。
化合物(5)由通式(5):
Figure BDA0001635278710000121
表示。
(式中,X51为-H、-F、-Cl、可以具有醚键的烷基、可以具有醚键的氟代烷基、可以具有醚键的烷氧基或可以具有醚键的氟代烷氧基)。
上述烷基、上述氟代烷基、上述烷氧基和上述氟代烷氧基的碳原子数优选为1~10,更优选为1~3。上述烷基、上述氟代烷基、上述烷氧基和上述氟代烷氧基优选不具有醚键。
上述烷基、上述氟代烷基、上述烷氧基和上述氟代烷氧基可以由-C≡N、-S(=O)2-、-S(=O)2-O-、-OM(M为金属原子)等取代。作为M,可以列举碱金属原子,可以为Li。
X51优选为-F、不具有醚键的碳原子数为1~3的氟代烷基或不具有醚键的碳原子数为1~3的氟代烷氧基。
作为化合物(5),可以列举LiOSOF、LiOSOCH3、LiOSOCF3、LiOSO(OCH3)、LiOSO(OCF3)、LiOSO(OCH2CH3)、LiOSO(OCH2CF3)、LiOSO(OCF2CF3)、LiOSO(OCH2CH2CH3)LiOSO(OCH2CH2CF3)等。
作为化合物(5),优选为选自LiOSOF、LiOSOCF3和LiOSO(OCF3)中的至少一种。
化合物(6)由通式(6):
Figure BDA0001635278710000131
表示。
(式中,X61为-H、-F、-Cl、可以具有醚键的烷基、可以具有醚键的氟代烷基、可以具有醚键的烷氧基或可以具有醚键的氟代烷氧基)。
上述烷基、上述氟代烷基、上述烷氧基和上述氟代烷氧基的碳原子数优选为1~10,更优选为1~3。上述烷基、上述氟代烷基、上述烷氧基和上述氟代烷氧基优选不具有醚键。
上述烷基、上述氟代烷基、上述烷氧基和上述氟代烷氧基可以由-C≡N、-S(=O)2-、-S(=O)2-O-、-OM(M为金属原子)等取代。作为M,可以列举碱金属原子,可以为Li。
X61优选为-F或不具有醚键的碳原子数为1~3的氟代烷氧基。
作为化合物(6),可以列举LiOCOF、LiOCO(CH3)、LiOCO(CF3)、LiOCO(CFH2)、LiOCO(CF2H)、LiOCO(CH2CH3)、LiOCO(CH2CF3)、LiOCO(CH2CF2H)、LiOCO(CF2CF3)、LiOCO(CH2CH2CH3)、LiOCO(CH2CH2CF3)、LiOCO(CH2CF2CF3)、LiOCO(CH2CF2CF2H)、LiOCO(OCF3)、LiOCO(OCH2CH3)等。
作为化合物(6),优选选自LiOCOF和LiOCO(CF3)中的至少一种。
本发明的电解液优选还含有环状二羰基化合物。通过含有上述环状二羰基化合物,在将本发明的电解液应用于锂离子二次电池等的情况下,即使在高温下保存也难以产生气体,在高温保存后也能够获得高的容量维持率。
上述环状二羰基化合物的含量优选为0.001~10质量%,更优选为0.01质量%以上,进一步优选为0.05质量%以上,特别优选为0.08质量%以上,更优选为3质量%以下,进一步优选为2质量%以下。上述环状二羰基化合物的含量能够通过GC-MS分析方法来测定。
上述环状二羰基化合物优选为选自化合物(7)和化合物(8)中的至少一种。
化合物(7)由通式(7):
Figure BDA0001635278710000141
表示。
(Aa+为金属离子、氢离子或鎓离子。a为1~3的整数,b为1~3的整数,p为b/a,n73为1~4的整数,n71为0~8的整数,n72为0或1,Z71为过渡金属、元素周期表的Ⅲ族、Ⅳ族或Ⅴ族的元素。
X71为O、S、碳原子数为1~10的亚烷基、碳原子数为1~10的卤代亚烷基、碳原子数为6~20的亚芳基或碳原子数为6~20的卤代亚芳基(亚烷基、卤代亚烷基、亚芳基和卤代亚芳基可以在其结构中具有取代基、杂原子,并且在n72为1、n73为2~4时,n73个X71可以分别键合)。
L71为卤原子、氰基、碳原子数为1~10的烷基、碳原子数为1~10的卤代烷基、碳原子数为6~20的芳基、碳原子数为6~20的卤代芳基(亚烷基、卤代亚烷基、亚芳基和卤代亚芳基可以在其结构中具有取代基、杂原子,并且在n71为2~8时,n71个L71可以分别键合形成环)或-Z73Y73
Y71、Y72和Z73分别独立地为O、S、NY74、烃基或氟代烃基。Y73和Y74分别独立地为H、F、碳原子数为1~10的烷基、碳原子数为1~10的卤代烷基、碳原子数为6~20的芳基或碳原子数为6~20的卤代芳基(烷基、卤代烷基、芳基和卤代芳基可以在其结构中具有取代基、杂原子,Y73或Y74在存在多个的情况下,可以分别键合形成环))。
作为Aa+,可以列举锂离子、钠离子、钾离子、镁离子、钙离子、钡离子、铯离子、银离子、锌离子、铜离子、钴离子、铁离子、镍离子、锰离子、钛离子、铅离子、铬离子、钒离子、钌离子、钇离子、镧系离子、锕系离子、四丁基铵离子、四乙基铵离子、四甲基铵离子、三乙基甲基铵离子、三乙基铵离子、吡啶鎓离子、咪唑鎓离子、氢离子、四乙基鏻离子、四甲基鏻离子、四苯基鏻离子、三苯基锍离子、三乙基锍离子等。
在用于电化学器件等用途的情况下,Aa+优选为锂离子、钠离子、镁离子、四烷基铵离子、氢离子,特别优选为锂离子。Aa+的阳离子的价数a为1~3的整数。在大于3的情况下,由于晶格能增大,所以会引起在溶剂中溶解变得困难的问题。因此在需要溶解度的情况下,更优选为1。阴离子的价数b也同样为1~3的整数,特别优选为1。表示阳离子与阴离子之比的常数p,必然由两者的价数之比b/a来决定。
接着,对于通式(7)的配体的部分进行说明。在本说明书中,将通式(7)中的与Z71键合的有机或无机的部分称为配体。
Z71优选为Al、B、V、Ti、Si、Zr、Ge、Sn、Cu、Y、Zn、Ga、Nb、Ta、Bi、P、As、Sc、Hf或Sb,更优选为Al、B或P。
X71表示O、S、碳原子数为1~10的亚烷基、碳原子数为1~10的卤代亚烷基、碳原子数为6~20的亚芳基或碳原子数为6~20的卤代亚芳基。这些亚烷基和亚芳基可以在其结构中具有取代基、杂原子。具体而言,可以具有卤原子、链状或环状的烷基、芳基、烯基、烷氧基、芳氧基、磺酰基、氨基、氰基、羰基、酰基、酰胺基、羟基作为取代基来代替亚烷基和亚芳基上的氢;也可以为导入了氮、硫、氧以代替亚烷基和亚芳基上的碳的结构。并且在n72为1、n73为2~4时,n73个X71可以分别键合。作为这样的例子,能够列举乙二胺四乙酸这样的配体。
L71表示卤原子、氰基、碳原子数为1~10的烷基、碳原子数为1~10的卤代烷基、碳原子数为6~20的芳基、碳原子数为6~20的卤代芳基或-Z73Y73(关于Z73、Y73后述)。其中的烷基和芳基也与X71同样,可以在其结构中具有取代基、杂原子,并且在n71为2~8时,n71个L71可以分别键合形成环。作为L71,优选为氟原子或氰基。这是因为在为氟原子的情况下,阴离子化合物的盐的溶解度或离解度提高,伴随于此,离子传导度提高,并且,耐氧化性提高,由此能够抑制副反应的发生。
Y71、Y72和Z73分别独立地表示O、S、NY74、烃基或氟代烃基。Y71和Y72优选为O、S或NY74,更优选为O。作为化合物(7)的特征,由于在同一配体内具有Y71和Y72的与Z71的键,所以这些配体与Z71构成螯合结构。由于该螯合的效果,该化合物的耐热性、化学稳定性、耐水解性提高。该配体中的常数n72为0或1,特别是为0时,该螯合环成为五元环,发挥出最强的螯合效果,稳定性增大,故而优选。
其中,在本说明书中,氟代烃基是烃基的氢原子的至少一个被氟原子取代而形成的基团。
Y73和Y74分别独立地为H、碳原子数为1~10的烷基、碳原子数为1~10的卤代烷基、碳原子数为6~20的芳基或碳原子数为6~20的卤代芳基,这些烷基和芳基可以在其结构中具有取代基或杂原子,并且Y73或Y74在存在多个的情况下,可以分别键合形成环。
另外,与上述的配体数有关的常数n73为1~4的整数,优选为1或2,更优选为2。并且,与上述的配体数有关的常数n71为0~8的整数,优选为0~4的整数,更优选为0、2或4。而且,优选在n73为1时n71为2,n73为2时n71为0。
在通式(7)中,烷基、卤代烷基、芳基、卤代芳基还包括具有支链、羟基或醚键等其它官能团的基团。
作为化合物(7),优选为通式:
Figure BDA0001635278710000161
(式中,Aa+、a、b、p、n71、Z71和L71同上)所示的化合物、或通式:
Figure BDA0001635278710000171
(式中,Aa+、a、b、p、n71、Z71和L71同上)所示的化合物。
作为化合物(7),可以列举锂的草酸根硼酸盐类,可以列举
下述式:
Figure BDA0001635278710000172
所示的双(草酸根)硼酸锂、
下述式:
Figure BDA0001635278710000173
所示的二氟草酸根硼酸锂、
下述式:
Figure BDA0001635278710000174
所示的二氰基草酸根硼酸锂等。
作为化合物(7),还可以列举
下述式:
Figure BDA0001635278710000175
所示的四氟草酸根磷酸锂、
下述式:
Figure BDA0001635278710000181
所示的双(草酸根)二氟磷酸锂等。
化合物(8)由通式(8):
Figure BDA0001635278710000182
表示。
(式中,n81为0或1,n82为0或1,Z81为过渡金属、元素周期表的Ⅲ族、Ⅳ族或Ⅴ族的元素。
X81为O、S、碳原子数为1~10的亚烷基、碳原子数为1~10的卤代亚烷基、碳原子数为6~20的亚芳基或碳原子数为6~20的卤代亚芳基(亚烷基、卤代亚烷基、亚芳基和卤代亚芳基可以在其结构中具有取代基、杂原子)。
Y81和Y82分别独立地为O、S、NY84、烃基或氟代烃基。Y84为H、碳原子数为1~10的烷基、碳原子数为1~10的卤代烷基、碳原子数为6~20的芳基、碳原子数为6~20的卤代芳基(烷基、卤代烷基、芳基和卤代芳基可以在其结构中具有取代基、杂原子,Y84在存在多个的情况下,可以分别键合形成环))。
Z81可以为Al、B、V、Ti、Si、Zr、Ge、Sn、Cu、Y、Zn、Ga、Nb、Ta、Bi、P、As、Sc、Hf、Sb等。但是,n81优选为0。
n82优选为1。X81优选为O或S,更优选为O。
Y81和Y82分别独立地优选为烃基或氟代烃基,更优选为碳原子数为1~3的烃基或碳原子数为1~3的氟代烃基。优选n81为0、Y81和Y82相互键合形成环。
化合物(8)优选为通式:
Figure BDA0001635278710000191
(式中,R81~R84相同或不同,为H、F、烷基或氟代烷基)所示的化合物或通式:
Figure BDA0001635278710000192
(式中,R85和R86相同或不同,为H、F、烷基或氟代烷基,R87为烯基或氟化烯基)所示的化合物。
烷基、氟代烷基、烯基和氟化烯基的碳原子数优选为1~10,从在电解液中的相溶性良好的观点出发,更优选为1~3。
作为R81~R86,例如可以列举H-、F-、CH3-、CH3CH2-、CH3CH2CH2-、CF3-、CF3CF2-、CH2FCH2-、CF3CF2CF2-等。
作为R87,例如可以列举CH2=、CH3CH2=等。
化合物(8)优选为通式:
Figure BDA0001635278710000193
(式中,R88和R89相同或不同,为H、F、烷基或氟代烷基)所示的化合物。
烷基和氟代烷基的碳原子数优选为1~10,从在电解液中的相溶性良好的观点出发,更优选为1~3。
作为R88和R89,例如可以列举H-、F-、CH3-、CH3CH2-、CH3CH2CH2-、CF3-、CF3CF2-、CH2FCH2-、CF3CF2CF2-等。
作为化合物(8),可以列举丁二酸酐、戊二酸酐、衣康酸酐、二甘醇酸酐、环己烷甲酸酐、环戊烷四甲酸酐、苯基丁二酸酐、二甲基丁二酸酐、三氟甲基丁二酸酐、单氟丁二酸酐、四氟丁二酸酐、马来酸酐、柠康酸酐、三氟甲基马来酸酐等。
其中,优选马来酸酐、三氟甲基马来酸酐。
本发明的电解液优选含有化合物(9)。通过含有化合物(9),在将本发明的电解液应用于锂离子二次电池等的情况下,即使在高温下保存也难以产生气体,在高温保存后也能够获得高的容量维持率。
化合物(9)的含量相对于电解液优选为0.001~20质量%,更优选为0.01质量%以上,进一步优选为0.08质量%以上,特别优选为0.5质量%以上;更优选为10质量%以下,进一步优选为5质量%以下。化合物(9)的含量能够利用GC-MS分析方法来测定。
化合物(9)在分子内含有杂原子(但不包括氧原子)与相邻原子的多重键。上述杂原子为除碳和氢以外的原子。上述杂原子优选为选自S、P和N中的至少一种。上述多重键为上述杂原子与和上述杂原子相邻的原子所形成的多重键。作为上述多重键,优选为双键或三键,更优选为双键。作为上述多重键,可以列举上述杂原子与碳原子的多重键、上述杂原子与氧原子的多重键、上述杂原子彼此之间的多重键等。
化合物(9)优选为选自通式(9-1):
Figure BDA0001635278710000201
通式(9-2):
Figure BDA0001635278710000202
和通式(9-3):
Figure BDA0001635278710000203
所示的化合物中的至少一种。
(在式(9-1)、(9-2)和(9-3)中,X91为O或N,M91为C、P、S或N,Z91为N或可以不存在,但不包括L91-C=O(没有N、M91为C、X91为O的情况),
L91由卤原子、氧原子、可以含有卤原子的R、OR、ORR′、ORR′O、SR、NR、SiR、OSiR表示,
其中,R和R′分别为碳原子数为1~10的烷基、亚烷基、烯基、炔基、碳原子数为1~10的卤代烷基、卤代亚烷基、卤代烯基、卤代炔基、碳原子数为1~10的环烷基,上述R和R′也可以一起形成环,n91为1~3的整数,m91为1或2)。
化合物(9)优选具有由-C≡N、-N=C=O、
Figure BDA0001635278710000211
中的任一项表示的结构。
作为化合物(9),优选为选自化合物(10)~(17)中的至少一种,更优选为选自化合物(10)和(12)~(17)中的至少一种,进一步优选为选自化合物(10)和(12)~(15)中的至少一种,特别优选为选自化合物(10)和(15)中的至少一种,最优选为化合物(10)。
化合物(10)由通式(10):
NC-R101-(CN)n101表示。
(式中,R101为1~3价的烃基或1~3价的卤代烃基,n101为0~2的整数)。
作为上述烃基或上述卤代烃基,可以列举碳原子数为1~10的烷基、碳原子数为3~10的环烷基、碳原子数为1~10的亚烷基、碳原子数为3~10的亚环烷基、碳原子数为1~10的次烷基、碳原子数为3~10的环次烷基等。上述烃基可以含有-S(=O)2-、-S(=O)2-O-、-P=O。
作为上述环烷基,可以列举环己基等。上述环烷基的氢原子的一部分或全部可以由-S(=O)2-、-S(=O)2-O-、-P=O或-OM102(M102为金属原子)等取代。
作为上述环次烷基,可以列举环次己基等。上述环次烷基的氢原子的一部分或全部可以由-S(=O)2-、-S(=O)2-O-、-P=O或-OM102(M102为金属原子)等取代。
作为化合物(10),优选为选自通式(10-1):
R102-CN
(式中,R102为碳原子数为1~10的烷基或式:-R103-CN(R103为碳原子数为1~10的亚烷基))所示的化合物、
通式(10-2):
NC-R104-CN
(式中,R104为碳原子数为1~10的亚烷基)所示的化合物、和
通式(10-3):
Figure BDA0001635278710000221
(式中,R104为碳原子数为1~10的次烷基或碳原子数为3~10的环次烷基)所示的化合物中的至少一种,更优选为选自通式(10-2)和通式(10-3)所示的化合物中的至少一种。
作为化合物(10),可以列举乙腈、丙腈、丁腈、丁二腈、戊二腈、己二腈、八氟己二腈、1,3,5-戊三甲腈、1,3,6-己三甲腈(1,3,6-hexanetricarbonyl)、1,3,5-环己三甲腈、CH3SO3C2H5CN等。这些之中,优选具有多个CN基的化合物。
化合物(11)由通式(11):
OCN-R111-(NCO)n111
表示。
(式中,R111为1价或2价的烃基或者1价或2价的卤代烃基,n111为0或1)。
作为上述烃基或上述卤代烃基,可以列举碳原子数为1~10的烷基、碳原子数为1~10的卤代烷基、碳原子数为3~10的环烷基、碳原子数为1~10的亚烷基、碳原子数为1~10的卤代亚烷基、碳原子数为3~10的亚环烷基等。
作为化合物(11),优选选自通式(11-1):
R112-NCO
(式中,R112为可以具有环状结构的碳原子数为1~10的烷基或可以具有环状结构的碳原子数为1~10的卤代烷基)和通式(11-2):
OCN-R113-NCO
(式中,R113为可以具有环状结构的碳原子数为1~10的亚烷基或可以具有环状结构的碳原子数为1~10的卤代亚烷基)中的至少一种。
作为化合物(11),可以列举己烷亚甲基二异氰酸酯(hexanemethylenediisocyanate)、1,3-双(异氰酸根合甲基)环己烷等。
化合物(12)由通式(12):
Figure BDA0001635278710000231
表示。
(式中,R121和R122可以相同或不同,为卤原子、1价或2价的烃基或者1价或2价的卤代烃基,R121和R122可以相互键合形成环)。
作为上述烃基或上述卤代烃基,可以列举碳原子数为1~10的烷基、碳原子数为1~10的氟代烷基、碳原子数为1~10的烷氧基、碳原子数为1~10的氟代烷氧基、碳原子数为1~10的亚烷基、碳原子数为1~10的氟代亚烷基、碳原子数为1~10的氟代氧亚烷基、碳原子数为2~10的亚烯基(alkenylidene)、碳原子数为2~10的氟代亚烯基等。碳原子数为2以上时可以具有醚键。
作为化合物(12),优选通式(12-1):
Figure BDA0001635278710000232
(式中,R123为碳原子数为2或3的亚烷基、或者碳原子数为2或3的氟代亚烷基)所示的化合物。
化合物(13)由通式(13):
Figure BDA0001635278710000241
表示。
(式中,R131和R132可以相同或不同,为卤原子、1价或2价的烃基或者1价或2价的卤代烃基,R131和R132可以相互键合形成环)。
作为上述烃基或上述卤代烃基,可以列举碳原子数为1~10的烷基、碳原子数为1~10的氟代烷基、碳原子数为1~10的烷氧基、碳原子数为1~10的氟代烷氧基、碳原子数为1~10的亚烷基、碳原子数为1~10的氟代亚烷基、碳原子数为1~10的氟代氧亚烷基、碳原子数为2~10的亚烯基等。碳原子数为2以上时可以具有醚键。
作为化合物(13),优选选自通式(13-1):
Figure BDA0001635278710000242
(式中,n131为0或1,n132为0或1,R133为碳原子数为2~6的亚烷基、碳原子数为2~6的氟代亚烷基或碳原子数为2~6的亚烯基)所示的化合物、和通式(13-2):
Figure BDA0001635278710000243
(式中,R134为F、碳原子数为1~5的烷基或碳原子数为1~5的氟代烷基,R135为F、碳原子数为1~5的烷基或碳原子数为1~5的氟代烷基)所示的化合物中的至少一种。
化合物(14)由通式(14):
Figure BDA0001635278710000244
表示。
(式中,R141和R142可以相同或不同,为卤原子、1价或2价的烃基或者1价或2价的卤代烃基,R141和R142可以相互键合形成环,Z为氧原子或碳原子数为1~10的亚烷基)。
作为上述烃基或上述卤代烃基,可以列举碳原子数为1~10的烷基、碳原子数为1~10的氟代烷基、碳原子数为1~10的烷氧基、碳原子数为1~10的氟代烷氧基、碳原子数为1~10的亚烷基、碳原子数为1~10的氟代亚烷基、碳原子数为1~10的氟代氧亚烷基等。碳原子数为2以上时可以具有醚键。
作为化合物(14),优选选自通式(14-1):
Figure BDA0001635278710000251
(式中,R143和R144可以相同或不同,为碳原子数为1~3的亚烷基)所示的化合物、和通式(14-2):
Figure BDA0001635278710000252
(式中,R145和R146可以相同或不同,为碳原子数为1~3的烷基)所示的化合物中的至少一种。
作为化合物(12)~(14),可以列举1,3-丙磺酸内酯、2,4-丁磺酸内酯、1,4-丁磺酸内酯、1,3-乙烯磺酸内酯、甲磺酸酐、甲磺酸丙酯、甲磺酸四氟丙酯、二甲基亚砜、环丁砜、亚硫酸乙烯酯、硫酸乙二醇酯、甲烷二磺酸亚甲酯、3-氟环丁砜、3-氟-1,3-丙磺酸内酯、单氟硫酸乙二醇酯等。
化合物(15)由通式(15):
Figure BDA0001635278710000253
表示。
(式中,R151~R153可以相同或不同,为有机基团)。
作为上述有机基团,可以列举碳原子数为1~10的烷基、碳原子数为1~10的氟代烷基、碳原子数为1~10的烷氧基、碳原子数为1~10的氟代烷氧基、式:-N(R154)2所示的基团、式:-Si(R155)3所示的基团、式:-OSi(R156)3所示的基团、式:-R158-S-R157、式:-O-R159-CN所示的基团等。
R154~R157为碳原子数为1~4的烷基或碳原子数为1~4的氟代烷基,R158和R159为碳原子数为1~3的亚烷基或碳原子数为1~3的氟代烷基。
作为化合物(15),可以列举(CH3CH2O)3P=O、(CF3CH2O)3P=O、(CF3CF2CH2O)3P=O、(HCF2CF2CH2O)3P=O、(CH3CH2O)2(CH3CH2)P=O、(CH3CH2)2(CH3O)P=O、[(CH3)2N]3P=O、[(CH3)3Si](CH3O)2P=O、[(CH3)SiO]3P=O、[(CH3CH2)]2(CH3CH2SCH2)P=O、(CF3CH2O)2(NCCH2CH2O)P=O等。
化合物(16)由通式(16):
Figure BDA0001635278710000261
表示。
(式中,R161~R166可以相同或不同,为卤原子或有机基团)。
作为卤原子,优选F。作为有机基团,可以列举甲氧基或乙氧基等烷氧基、苯氧基或甲基苯氧基等芳氧基、甲基或乙基等烷基、苯基或甲苯基等芳基、甲氨基等包含取代型氨基的氨基、甲硫基或乙硫基等烷硫基、苯硫基等芳硫基。
作为化合物(16),可以列举六氟环三磷腈、五氟(苯氧基)环三磷腈、乙氧基(五氟)环三磷腈、乙氧基(七氟)环三磷腈等。
化合物(17)由通式(17):
Figure BDA0001635278710000271
表示。
(式中,R171~R178可以相同或不同,为卤原子或有机基团)。
作为卤原子,优选F。作为有机基团,可以列举甲氧基或乙氧基等烷氧基、苯氧基或甲基苯氧基等芳氧基、甲基或乙基等烷基、苯基或甲苯基等芳基、甲氨基等包含取代型氨基的氨基、甲硫基或乙硫基等烷硫基、苯硫基等芳硫基。
作为化合物(17),可以列举乙氧基(七氟)环四磷腈。
本发明的电解液优选含有溶剂。
上述溶剂的含量在电解液中优选为70~99.999质量%,更优选为80质量%以上,更优选为92质量%以下。
上述溶剂优选含有碳酸酯。
上述溶剂优选含有环状碳酸酯和链状碳酸酯。
上述环状碳酸酯可以为非氟代环状碳酸酯,也可以为氟代环状碳酸酯。
上述链状碳酸酯可以为非氟代链状碳酸酯,也可以为氟代链状碳酸酯。
上述溶剂优选含有选自非氟代饱和环状碳酸酯、氟代饱和环状碳酸酯、氟代链状碳酸酯和非氟代链状碳酸酯中的至少一种。其中,更优选含有选自氟代饱和环状碳酸酯和氟代链状碳酸酯中的至少一种。
上述溶剂优选为非水溶剂,本发明的电解液优选为非水电解液。
作为上述非氟代饱和环状碳酸酯,例如可以列举碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸丁烯酯等。
其中,作为上述非氟代饱和环状碳酸酯,从介电常数高、粘度适当的观点出发,优选为选自碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯和碳酸丁烯酯中的至少一种的化合物。
作为上述非氟代饱和环状碳酸酯,可以使用上述化合物的1种,也可以将2种以上并用。
上述非氟代饱和环状碳酸酯的含量相对于上述溶剂优选为0~99体积%,更优选为1体积%以上,更优选为90体积%以下。
上述氟代饱和环状碳酸酯为加成有氟原子的饱和环状碳酸酯,具体而言,可以列举下述通式(A):
Figure BDA0001635278710000281
所示的化合物。
(式中,X1~X4相同或不同,分别表示-H、-CH3、-F、可以具有醚键的氟代烷基或可以具有醚键的氟代烷氧基。其中,X1~X4中的至少一个为-F、可以具有醚键的氟代烷基或可以具有醚键的氟代烷氧基)。
当含有上述氟代饱和环状碳酸酯时,在将本发明的电解液应用于锂离子二次电池等的情况下,能够在负极形成稳定的覆膜,能够充分地抑制电解液在负极上的副反应。其结果,能够获得极其稳定且优异的充放电特性。
其中,在本说明书中,“醚键”是以-O-表示的键。
从介电常数、耐氧化性良好的观点出发,优选X1~X4中的1个或2个为-F、可以具有醚键的氟代烷基或可以具有醚键的氟代烷氧基。
由于能够期待低温下的粘性的下降、闪点的上升、以及电解质盐的溶解性的提高,所以优选X1~X4为-H、-F、氟代烷基(a)、具有醚键的氟代烷基(b)或氟代烷氧基(c)。
上述氟代烷基(a)是由氟原子取代烷基所具有的氢原子中的至少一个而得到的基团。氟代烷基(a)的碳原子数优选为1~20,更优选为1~17,进一步优选为1~7,特别优选为1~5。
当碳原子数过大时,可能导致低温特性降低或者电解质盐的溶解性降低,当碳原子数过少时,有时会导致电解质盐的溶解性降低、放电效率降低、以及粘性增大等。
上述氟代烷基(a)中,作为碳原子数为1的基团,可以列举CFH2-、CF2H-和CF3-。
上述氟代烷基(a)中,作为碳原子数为2以上的基团,从电解质盐的溶解性良好的观点出发,优选例示下述通式(a-1)所示的氟代烷基。
R1-R2- (a-1)
(式中,R1为可以具有氟原子的碳原子数为1以上的烷基;R2为可以具有氟原子的碳原子数为1~3的亚烷基;其中,R1和R2中的至少一方具有氟原子)。
而且,R1和R2还可以具有除碳原子、氢原子和氟原子以外的其它的原子。
R1为可以具有氟原子的碳原子数为1以上的烷基。作为R1,优选碳原子数为1~16的直链状或支链状的烷基。作为R1的碳原子数,优选为1~6,更优选为1~3。
作为R1,具体而言,作为直链状或支链状的烷基,可以列举CH3-、CH3CH2-、CH3CH2CH2-、CH3CH2CH2CH2-、
Figure BDA0001635278710000291
等。
另外,在R1为具有氟原子的直链状的烷基时,可以列举CF3-、CF3CH2-、CF3CF2-、CF3CH2CH2-、CF3CF2CH2-、CF3CF2CF2-、CF3CH2CF2-、CF3CH2CH2CH2-、CF3CF2CH2CH2-、CF3CH2CF2CH2-、CF3CF2CF2CH2-、CF3CF2CF2CF2-、CF3CF2CH2CF2-、CF3CH2CH2CH2CH2-、CF3CF2CH2CH2CH2-、CF3CH2CF2CH2CH2-、CF3CF2CF2CH2CH2-、CF3CF2CF2CF2CH2-、CF3CF2CH2CF2CH2-、CF3CF2CH2CH2CH2CH2-、CF3CF2CF2CF2CH2CH2-、CF3CF2CH2CF2CH2CH2-、HCF2-、HCF2CH2-、HCF2CF2-、HCF2CH2CH2-、HCF2CF2CH2-、HCF2CH2CF2-、HCF2CF2CH2CH2-、HCF2CH2CF2CH2-、HCF2CF2CF2CF2-、HCF2CF2CH2CH2CH2-、HCF2CH2CF2CH2CH2-、HCF2CF2CF2CF2CH2-、HCF2CF2CF2CF2CH2CH2-、FCH2-、FCH2CH2-、FCH2CF2-、FCH2CF2CH2-、FCH2CF2CF2-、CH3CF2CH2-、CH3CF2CF2-、CH3CF2CH2CF2-、CH3CF2CF2CF2-、CH3CH2CF2CF2-、CH3CF2CH2CF2CH2-、CH3CF2CF2CF2CH2-、CH3CF2CF2CH2CH2-、CH3CH2CF2CF2CH2-、CH3CF2CH2CF2CH2CH2-、CH3CF2CH2CF2CH2CH2-、HCFClCF2CH2-、HCF2CFClCH2-、HCF2CFClCF2CFClCH2-、HCFClCF2CFClCF2CH2-等。
并且,在R1为具有氟原子的支链状的烷基时,优选列举
Figure BDA0001635278710000301
Figure BDA0001635278710000311
等。其中,当具有CH3-或CF3-这样的支链时,粘性容易升高,所以更优选其个数少(1个)或为0。
R2为可以具有氟原子的碳原子数为1~3的亚烷基。R2可以为直链状,也可以为支链状。以下例示构成这样的直链状或支链状的亚烷基的最小结构单元的一例。R2由它们单独构成或由它们的组合构成。
(i)直链状的最小结构单元:
-CH2-、-CHF-、-CF2-、-CHCl-、-CFCl-、-CCl2
(ii)支链状的最小结构单元:
Figure BDA0001635278710000312
其中,在以上的例示中,从不因碱而引发脱HCl反应,且更稳定的观点考虑,优选由不含Cl的结构单元构成。
R2为直链状的情况下,仅由上述的直链状的最小结构单元构成。其中,优选-CH2-、-CH2CH2-或-CF2-。从能够进一步提高电解质盐的溶解性的观点出发,更优选-CH2-或-CH2CH2-。
R2为支链状的情况下,至少含有一个上述的支链状的最小结构单元。优选例示通式-(CXaXb)-(Xa为H、F、CH3或CF3;Xb为CH3或CF3。其中,Xb为CF3时,Xa为H或CH3)所示的基团。它们能够特别地更进一步提高电解质盐的溶解性。
作为优选的氟代烷基(a),例如可以列举CF3CF2-、HCF2CF2-、H2CFCF2-、CH3CF2-、CF3CHF-、CF3CF2CF2-、HCF2CF2CF2-、H2CFCF2CF2-、CH3CF2CF2-、
Figure BDA0001635278710000321
等。
上述具有醚键的氟代烷基(b)是用氟原子取代具有醚键的烷基所具有的氢原子中的至少一个而得到的基团。上述具有醚键的氟代烷基(b)优选碳原子数为2~17。当碳原子数过多时,上述氟代饱和环状碳酸酯的粘性增高,并且含氟基增多,因此有时因介电常数降低而导致电解质盐的溶解性下降、与其它溶剂的相溶性降低。从该观点出发,上述具有醚键的氟代烷基(b)的碳原子数更优选为2~10,进一步优选为2~7。
上述具有醚键的氟代烷基(b)的构成醚部分的亚烷基可以为直链状或支链状的亚烷基。以下例示构成这样的直链状或支链状的亚烷基的最小结构单元的一例。
(i)直链状的最小结构单元:
-CH2-、-CHF-、-CF2-、-CHCl-、-CFCl-、-CCl2
(ii)支链状的最小结构单元:
Figure BDA0001635278710000331
亚烷基可以由这些最小结构单元单独构成,也可以由直链状(i)彼此、支链状(ii)彼此、或者直链状(i)与支链状(ii)的组合构成。优选的具体例后述。
其中,在以上的示例中,从不因碱而引发脱HCl反应,且更稳定的观点考虑,优选由不含Cl的结构单元构成。
作为更优选的具有醚键的氟代烷基(b),可以列举通式(b-1):
R3-(OR4)n1- (b-1)
所示的基团。
(式中,R3为可以具有氟原子的、优选碳原子数为1~6的烷基;R4为可以具有氟原子的、优选碳原子数为1~4的亚烷基;n1为1~3的整数;其中,R3和R4中的至少一个具有氟原子)。
作为R3和R4可以例示以下基团,能够将它们适当组合构成上述通式(b-1)所示的具有醚键的氟代烷基(b),但是并不仅限于这些。
(1)作为R3,优选通式:Xc 3C-(R5)n2-(三个Xc相同或不同,均为H或F;R5为碳原子数为1~5的可以具有氟原子的亚烷基;n2为0或1)所示的烷基。
在n2为0的情况下,作为R3,可以列举CH3-、CF3-、HCF2-和H2CF-。
作为n2为1时的具体例,作为R3为直链状的基团,可以例示CF3CH2-、CF3CF2-、CF3CH2CH2-、CF3CF2CH2-、CF3CF2CF2-、CF3CH2CF2-、CF3CH2CH2CH2-、CF3CF2CH2CH2-、CF3CH2CF2CH2-、CF3CF2CF2CH2-、CF3CF2CF2CF2-、CF3CF2CH2CF2-、CF3CH2CH2CH2CH2-、CF3CF2CH2CH2CH2-、CF3CH2CF2CH2CH2-、CF3CF2CF2CH2CH2-、CF3CF2CF2CF2CH2-、CF3CF2CH2CF2CH2-、CF3CF2CH2CH2CH2CH2-、CF3CF2CF2CF2CH2CH2-、CF3CF2CH2CF2CH2CH2-、HCF2CH2-、HCF2CF2-、HCF2CH2CH2-、HCF2CF2CH2-、HCF2CH2CF2-、HCF2CF2CH2CH2-、HCF2CH2CF2CH2-、HCF2CF2CF2CF2-、HCF2CF2CH2CH2CH2-、HCF2CH2CF2CH2CH2-、HCF2CF2CF2CF2CH2-、HCF2CF2CF2CF2CH2CH2-、FCH2CH2-、FCH2CF2-、FCH2CF2CH2-、CH3CF2-、CH3CH2-、CH3CF2CH2-、CH3CF2CF2-、CH3CH2CH2-、CH3CF2CH2CF2-、CH3CF2CF2CF2-、CH3CH2CF2CF2-、CH3CH2CH2CH2-、CH3CF2CH2CF2CH2-、CH3CF2CF2CF2CH2-、CH3CF2CF2CH2CH2-、CH3CH2CF2CF2CH2-、CH3CF2CH2CF2CH2CH2-、CH3CH2CF2CF2CH2CH2-、CH3CF2CH2CF2CH2CH2-等。
作为n2为1且R3为支链状的基团,可以列举:
Figure BDA0001635278710000351
等。
其中,当具有CH3-或CF3-这样的支链时,粘性容易增高,所以更优选R3为直链状的基团。
(2)上述通式(b-1)的-(OR4)n1-中,n1为1~3的整数,优选为1或2。其中,在n1=2或3时,R4可以相同也可以不同。
作为R4的优选的具体例,能够例示如下的直链状或支链状的基团。
作为直链状的基团,可以例示-CH2-、-CHF-、-CF2-、-CH2CH2-、-CF2CH2-、-CF2CF2-、-CH2CF2-、-CH2CH2CH2-、-CH2CH2CF2-、-CH2CF2CH2-、-CH2CF2CF2-、-CF2CH2CH2-、-CF2CF2CH2-、-CF2CH2CF2-、-CF2CF2CF2-等。
作为支链状的基团,可以列举:
Figure BDA0001635278710000361
等。
上述氟代烷氧基(c)是由氟原子取代烷氧基所具有的氢原子中的至少一个而得到的基团。上述氟代烷氧基(c)优选碳原子数为1~17。更优选碳原子数为1~6。
作为上述氟代烷氧基(c),特别优选通式:Xd 3C-(R6)n3-O-(三个Xd相同或不同,均为H或F;R6优选碳原子数为1~5的可以具有氟原子的亚烷基;n3为0或1;其中,三个Xd中的任意个含有氟原子)所示的氟代烷氧基。
作为上述氟代烷氧基(c)的具体例,可以列举上述通式(a-1)中作为R1例示的烷基的末端键合有氧原子的氟代烷氧基。
上述氟代饱和环状碳酸酯中的氟代烷基(a)、具有醚键的氟代烷基(b)和氟代烷氧基(c)的含氟率优选为10质量%以上。当含氟率过低时,可能无法充分地得到低温下的粘性降低效果或闪点的上升效果。从该观点出发,上述含氟率更优选为12质量%以上,进一步优选为15质量%以上。上限通常为76质量%。
氟代烷基(a)、具有醚键的氟代烷基(b)和氟代烷氧基(c)的含氟率是根据各基团的结构式由{(氟原子的个数×19)/各基团的式量}×100(%)算出的值。
另外,从介电常数、耐氧化性良好的观点出发,上述氟代饱和环状碳酸酯整体的含氟率优选为10质量%以上,更优选为15质量%以上。上限通常为76质量%。
其中,上述氟代饱和环状碳酸酯的含氟率是根据氟代饱和环状碳酸酯的结构式由{(氟原子的个数×19)/氟代饱和环状碳酸酯的分子量}×100(%)算出的值。
作为上述氟代饱和环状碳酸酯,具体而言,例如列举如下。
作为X1~X4中的至少一个为-F的氟代饱和环状碳酸酯的具体例,可以列举:
Figure BDA0001635278710000371
等。这些化合物的耐电压高,电解质盐的溶解性也好。
除此之外,还可以使用
Figure BDA0001635278710000372
等。
作为X1~X4中的至少一个为氟代烷基(a)、且剩余的全部为-H的氟代饱和环状碳酸酯的具体例,可以列举:
Figure BDA0001635278710000381
Figure BDA0001635278710000391
Figure BDA0001635278710000401
等。
作为X1~X4中的至少一个为具有醚键的氟代烷基(b)或氟代烷氧基(c)、且剩余的全部为-H的氟代饱和环状碳酸酯的具体例,可以列举:
Figure BDA0001635278710000411
Figure BDA0001635278710000421
Figure BDA0001635278710000431
Figure BDA0001635278710000441
Figure BDA0001635278710000451
Figure BDA0001635278710000461
等。
其中,作为上述氟代饱和环状碳酸酯,优选任意的以下的化合物。
Figure BDA0001635278710000471
Figure BDA0001635278710000481
作为上述氟代饱和环状碳酸酯,其中更优选氟代碳酸乙烯酯、二氟碳酸乙烯酯。
但是,上述氟代饱和环状碳酸酯不仅限定于上述的具体例。并且,上述氟代饱和环状碳酸酯可以单独地使用一种,也可以以任意的组合和比率将2种以上并用。例如,能够使用氟代碳酸乙烯酯与三氟碳酸乙烯酯的组合。
上述氟代饱和环状碳酸酯的含量在溶剂中优选为0~99体积%,更优选为1体积%以上,进一步优选为5体积%以上,更优选为95体积%以下,进一步优选为90体积%以下。
作为上述氟代链状碳酸酯,可以列举通式(B)所示的化合物。
Rf2OCOOR6 (B)
(式中,Rf2为碳原子数为1~7的氟代烷基,R6为碳原子数为1~7的可以含有氟原子的烷基。)
本发明的电解液中,从即使在高电压下也适合使用的观点出发,优选含有上述氟代链状碳酸酯。
Rf2是碳原子数为1~7的氟代烷基,R6是碳原子数为1~7的可以含有氟原子的烷基。
上述氟代烷基是由氟原子取代烷基所具有的氢原子中的至少一个而得到的基团。R6在为含有氟原子的烷基时,为氟代烷基。
从低粘性的观点出发,Rf2和R6的碳原子数优选为2~7,更优选为2~4。
当碳原子数过多时,可能导致低温特性降低或电解质盐的溶解性降低。当碳原子数过少时,有时导致电解质盐的溶解性降低、放电效率降低、以及粘性增大等。
作为碳原子数为1的氟代烷基,可以列举CFH2-、CF2H-和CF3-。
作为碳原子数为2以上的氟代烷基,从电解质盐的溶解性好的观点出发,优选例示下述通式(d-1)所示的氟代烷基。
R1-R2- (d-1)
(式中,R1为可以具有氟原子的碳原子数为1以上的烷基;R2为可以具有氟原子的碳原子数为1~3的亚烷基;其中,R1和R2中的至少一方具有氟原子)。
并且,R1和R2还可以具有除碳原子、氢原子和氟原子以外的其它的原子。
R1为可以具有氟原子的碳原子数为1以上的烷基。作为R1,优选碳原子数为1~6的直链状或支链状的烷基。作为R1的碳原子数,更优选为1~4,进一步优选为1~3。
作为R1,具体而言,作为直链状或支链状的烷基,可以列举CH3-、CH3CH2-、CH3CH2CH2-、CH3CH2CH2CH2-、
Figure BDA0001635278710000491
等。
另外,在R1为具有氟原子的直链状的烷基的情况下,可以列举CF3-、CF3CH2-、CF3CF2-、CF3CH2CH2-、CF3CF2CH2-、CF3CF2CF2-、CF3CH2CF2-、CF3CH2CH2CH2-、CF3CF2CH2CH2-、CF3CH2CF2CH2-、CF3CF2CF2CH2-、CF3CF2CF2CF2-、CF3CF2CH2CF2-、CF3CH2CH2CH2CH2-、CF3CF2CH2CH2CH2-、CF3CH2CF2CH2CH2-、CF3CF2CF2CH2CH2-、CF3CF2CF2CF2CH2-、CF3CF2CH2CF2CH2-、CF3CF2CH2CH2CH2CH2-、CF3CF2CF2CF2CH2CH2-、CF3CF2CH2CF2CH2CH2-、HCF2-、HCF2CH2-、HCF2CF2-、HCF2CH2CH2-、HCF2CF2CH2-、HCF2CH2CF2-、HCF2CF2CH2CH2-、HCF2CH2CF2CH2-、HCF2CF2CF2CF2-、HCF2CF2CH2CH2CH2-、HCF2CH2CF2CH2CH2-、HCF2CF2CF2CF2CH2-、HCF2CF2CF2CF2CH2CH2-、FCH2-、FCH2CH2-、FCH2CF2-、FCH2CF2CH2-、FCH2CF2CF2-、CH3CF2CH2-、CH3CF2CF2-、CH3CF2CH2CF2-、CH3CF2CF2CF2-、CH3CH2CF2CF2-、CH3CF2CH2CF2CH2-、CH3CF2CF2CF2CH2-、CH3CF2CF2CH2CH2-、CH3CH2CF2CF2CH2-、CH3CF2CH2CF2CH2CH2-、CH3CF2CH2CF2CH2CH2-、HCFClCF2CH2-、HCF2CFClCH2-、HCF2CFClCF2CFClCH2-、HCFClCF2CFClCF2CH2-等。
另外,在R1为具有氟原子的支链状的烷基的情况下,优选列举:
Figure BDA0001635278710000501
Figure BDA0001635278710000511
等。其中,当具有CH3-或CF3-这样的支链时,粘性容易增高,所以更优选其个数少(1个)或为0。
R2为可以具有氟原子的碳原子数为1~3的亚烷基。R2可以为直链状,也可以为支链状。以下例示构成这样的直链状或支链状的亚烷基的最小结构单元的一例。R2由这些基团单独构成或由它们的组合构成。
(i)直链状的最小结构单元:
-CH2-、-CHF-、-CF2-、-CHCl-、-CFCl-、-CCl2
(ii)支链状的最小结构单元:
Figure BDA0001635278710000521
其中,在以上的例示中,从不因碱而引发脱HCl反应,且更稳定的观点出发,优选由不含Cl的结构单元构成。
R2为直链状的情况下,仅由上述的直链状的最小结构单元构成,其中,优选-CH2-、-CH2CH2-或-CF2-。从更进一步提高电解质盐的溶解性的观点出发,更优选-CH2-或-CH2CH2-。
R2为支链状的情况下,至少含有一个上述的支链状的最小结构单元,优选例示通式-(CXaXb)-(Xa为H、F、CH3或CF3;Xb为CH3或CF3。其中,在Xb为CF3时,Xa为H或CH3)所示的基团。它们能够特别地更进一步提高电解质盐的溶解性。
作为优选的氟代烷基,具体而言,例如可以列举CF3CF2-、HCF2CF2-、H2CFCF2-、CH3CF2-、CF3CH2-、CF3CF2CF2-、HCF2CF2CF2-、H2CFCF2CF2-、CH3CF2CF2-、
Figure BDA0001635278710000531
等。
其中,作为Rf2和R6的氟代烷基,优选CF3-、CF3CF2-、(CF3)2CH-、CF3CH2-、C2F5CH2-、HCF2CF2CH2-、CF3CFHCF2CH2-。从阻燃性高、速率特性和耐氧化性好的观点出发,更优选CF3CH2-、CF3CF2CH2-、HCF2CF2CH2-。
R6为不含氟原子的烷基时,为碳原子数为1~7的烷基。从低粘性的观点出发,R6的碳原子数优选为1~4,更优选为1~3。
作为上述不含氟原子的烷基,例如可以列举CH3-、CH3CH2-、(CH3)2CH-、C3H7-等。其中,从粘度低、速率特性好的观点出发,优选CH3-、CH3CH2-。
上述氟代链状碳酸酯的含氟率优选为20~70质量%。当含氟率为上述范围时,能够维持与溶剂的相溶性、盐的溶解性。上述含氟率更优选为30质量%以上,进一步优选为35质量%以上,更优选为60质量%以下,进一步优选为50质量%以下。
其中,在本发明中,含氟率是根据上述氟代链状碳酸酯的结构式由{(氟原子的个数×19)/氟代链状碳酸酯的分子量}×100(%)算出的值。
作为上述氟代链状碳酸酯,从低粘性的观点出发,优选任意的以下的化合物。
Figure BDA0001635278710000551
上述氟代链状碳酸酯的含量在溶剂中优选为1~90体积%。上述含量在上述的范围内时,能够维持相溶性。
从能够维持盐的溶解性的观点出发,上述氟代链状碳酸酯的含量在电解液中更优选为30体积%以上,进一步优选为40体积%以上,更优选为85体积%以下,进一步优选为80体积%以下。
作为上述非氟代链状碳酸酯,例如可以列举CH3OCOOCH3(碳酸二甲酯:DMC)、CH3CH2OCOOCH2CH3(碳酸二乙酯:DEC)、CH3CH2OCOOCH3(碳酸甲乙酯:EMC)、CH3OCOOCH2CH2CH3(碳酸甲丙酯)、碳酸甲丁酯、碳酸乙丙酯、碳酸乙丁酯等烃系链状碳酸酯。其中,优选选自碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯和碳酸二甲酯中的至少一种。
上述非氟代链状碳酸酯的含量在溶剂中优选为0~99体积%,更优选为1体积%以上,更优选为90体积%以下。
作为上述溶剂,在含有氟代饱和环状碳酸酯和氟代链状碳酸酯的情况下,氟代饱和环状碳酸酯的下限值优选为0.1质量%,更优选为0.2质量%。氟代饱和环状碳酸酯的上限值优选为60质量%,更优选为40质量%。氟代链状碳酸酯的下限值优选为30质量%,更优选为40质量%。氟代链状碳酸酯的上限值优选为90质量%,更优选为80质量%。
上述溶剂优选含有链状醚。上述链状醚可以为非氟代链状醚,也可以为氟代链状醚。上述溶剂更优选含有氟代链状醚。
作为上述非氟代链状醚,优选碳原子数为3~10。
作为上述非氟代链状醚,可以列举二乙醚、二正丁醚、二甲氧基甲烷、甲氧基乙氧基甲烷、二乙氧基甲烷、二甲氧基乙烷、甲氧基乙氧基乙烷、二乙氧基乙烷、乙二醇二正丙醚、乙二醇二正丁醚、二乙二醇二甲醚等。
作为上述氟代链状醚,可以列举下述通式(K)所示的氟代链状醚(K)。
Rf1-O-Rf2 (K)
(式中,Rf1和Rf2相同或不同,为碳原子数为1~10的烷基或碳原子数为1~10的氟代烷基。其中,Rf1和Rf2中的至少一方为氟代烷基)。通过含有氟代链状醚(K),电解液的阻燃性提高,并且高温高电压下的稳定性、安全性也提高。
在上述通式(K)中,Rf1和Rf2中的至少一方为碳原子数为1~10的氟代烷基即可,但从进一步提高电解液的阻燃性和高温高电压下的稳定性、安全性的观点出发,优选Rf1和Rf2均为碳原子数为1~10的氟代烷基。此时,Rf1和Rf2可以相同,也可以相互不同。
其中,Rf1和Rf2相同或不同,优选Rf1为碳原子数为3~6的氟代烷基、且Rf2为碳原子数为2~6的氟代烷基。
当Rf1和Rf2的合计碳原子数过少时,氟代链状醚的沸点过低,而当Rf1或Rf2的碳原子数过多时,电解质盐的溶解性下降,与其它溶剂的相溶性也开始出现不良影响,并且粘度升高,因而速率特性降低。在Rf1的碳原子数为3或4、Rf2的碳原子数为2或3时,沸点和速率特性优异,在这一点上有利。
上述氟代链状醚(K)的含氟率优选为40~75质量%。当具有该范围的含氟率时,不燃性与相溶性的平衡特别优异。并且,从耐氧化性、安全性良好的观点出发也优选。
上述含氟率的下限更优选为45质量%,进一步优选为50质量%,特别优选为55质量%。上限更优选为70质量%,进一步优选为66质量%。
其中,氟代链状醚(K)的含氟率是根据氟代链状醚(K)的结构式由{(氟原子的个数×19)/氟代链状醚(K)的分子量}×100(%)算出的值。
作为Rf1,例如可以列举CF3CF2CH2-、CF3CFHCF2-、HCF2CF2CF2-、HCF2CF2CH2-、CF3CF2CH2CH2-、CF3CFHCF2CH2-、HCF2CF2CF2CF2-、HCF2CF2CF2CH2-、HCF2CF2CH2CH2-、HCF2CF(CF3)CH2-等。
另外,作为Rf2,例如可以列举CF3CF2CH2-、CF3CFHCF2-、CF2HCF2CF2-、CF2HCF2CH2-、CF3CF2CH2CH2-、CF3CFHCF2CH2-、CF2HCF2CF2CF2-、CF2HCF2CF2CH2-、CF2HCF2CH2CH2-、CF2HCF(CF3)CH2-、CF2HCF2-、CF2HCH2-、CH3CF2-等。
作为上述氟代链状醚(K)的具体例,例如可以列举HCF2CF2CH2OCF2CF2H、CF3CF2CH2OCF2CF2H、HCF2CF2CH2OCF2CFHCF3、CF3CF2CH2OCF2CFHCF3、C6F13OCH3、C6F13OC2H5、C8F17OCH3、C8F17OC2H5、CF3CFHCF2CH(CH3)OCF2CFHCF3、HCF2CF2OCH(C2H5)2、HCF2CF2OC4H9、HCF2CF2OCH2CH(C2H5)2、HCF2CF2OCH2CH(CH3)2等。
其中,在单末端或两末端含有HCF2-或CF3CFH-的化合物,能够提供极化性优异、沸点高的氟代链状醚(K)。氟代链状醚(K)的沸点优选为67~120℃,更优选为80℃以上,进一步优选为90℃以上。
作为这样的氟代链状醚(K),例如可以列举CF3CH2OCF2CFHCF3、CF3CF2CH2OCF2CFHCF3、HCF2CF2CH2OCF2CFHCF3、HCF2CF2CH2OCH2CF2CF2H、CF3CFHCF2CH2OCF2CFHCF3、HCF2CF2CH2OCF2CF2H、CF3CF2CH2OCF2CF2H等中的1种或2种以上。
其中,从高沸点、与其它溶剂的相溶性和电解质盐的溶解性良好方面有利的观点出发,优选选自HCF2CF2CH2OCF2CFHCF3(沸点106℃)、CF3CF2CH2OCF2CFHCF3(沸点82℃)、HCF2CF2CH2OCF2CF2H(沸点92℃)和CF3CF2CH2OCF2CF2H(沸点68℃)中的至少一种,更优选选自HCF2CF2CH2OCF2CFHCF3(沸点106℃)、HCF2CF2CH2O CF2CF2H(沸点92℃)和CF3CF2CH2OCF2CF2H(沸点68℃)中的至少一种。
上述链状醚的含量相对于上述溶剂优选为0~99.9体积%,更优选为0.1体积%以上,更优选为90体积%以下。
上述氟代链状醚的含量相对于上述溶剂优选为0~99.9体积%,更优选为0.1体积%以上,更优选为90体积%以下。
上述溶剂还可以含有选自上述氟代饱和环状碳酸酯和上述氟代链状碳酸酯中的至少一种、以及上述氟代链状醚。
作为上述溶剂,在含有选自上述氟代饱和环状碳酸酯和上述氟代链状碳酸酯中的至少一种的氟代碳酸酯、以及上述氟代链状醚的情况下,上述氟代碳酸酯的下限值优选为40质量%,更优选为50质量%。上述氟代碳酸酯的上限值优选为90质量%,更优选为80质量%。上述氟代链状醚的下限值优选为0.1质量%,更优选为0.2质量%。上述氟代链状醚的上限值优选为70质量%,更优选为60质量%。
并且,上述溶剂还可以含有上述氟代饱和环状碳酸酯、上述氟代链状碳酸酯和上述氟代链状醚。
作为上述溶剂,在含有氟代饱和环状碳酸酯、氟代链状碳酸酯和上述氟代链状醚的情况下,氟代饱和环状碳酸酯的下限值优选为0.1质量%,更优选为0.2质量%。氟代饱和环状碳酸酯的上限值优选为60质量%,更优选为40质量%。氟代链状碳酸酯的下限值优选为30质量%,更优选为40质量%。氟代链状碳酸酯的上限值优选为90质量%,更优选为80质量%。氟代链状醚的下限值优选为0.1质量%,更优选为0.2质量%。氟代链状醚的上限值优选为60质量%,更优选为40质量%。
本发明的电解液优选含有电解质盐(但不包括锂盐(X)和化合物(7))。
作为上述电解质盐,除了可以使用锂盐、铵盐、金属盐之外,还可以使用液态的盐(离子性液体)、无机高分子型的盐、有机高分子型的盐等能够在电解液中使用的任意的物质。
作为锂离子二次电池用电解液的电解质盐,优选锂盐(但不包括锂盐(X)和化合物(7))。
作为上述锂盐,例如可以列举LiClO4、LiPF6和LiBF4等无机锂盐;LiCF3SO3、LiN(CF3SO2)2、LiN(C2F5SO2)2、LiN(CF3SO2)(C4F9SO2)、LiC(CF3SO2)3、LiPF4(CF3)2、LiPF4(C2F5)2、LiPF4(CF3SO2)2、LiPF4(C2F5SO2)2、LiBF2(CF3)2、LiBF2(C2F5)2、LiBF2(CF3SO2)2、LiBF2(C2F5SO2)2和式:LiPFa(CnF2n+1)6-a(式中,a为0~5的整数,n为1~6的整数)所示的盐等含氟有机酸锂盐等。它们可以单独使用或者将2种以上组合使用。
其中,从能够抑制电解液高温保存之后的劣化的观点出发,上述锂盐优选为选自LiPF6、LiBF4、LiCF3SO3、LiN(CF3SO2)2、LiN(C2F5SO2)2和式:LiPFa(CnF2n+1)6-a(式中,a为0~5的整数,n为1~6的整数)所示的盐中的至少一种。
作为式:LiPFa(CnF2n+1)6-a所示的盐,例如可以列举LiPF3(CF3)3、LiPF3(C2F5)3、LiPF3(C3F7)3、LiPF3(C4F9)3、LiPF4(CF3)2、LiPF4(C2F5)2、LiPF4(C3F7)2、LiPF4(C4F9)2(其中,式中的C3F7、C4F9所示的烷基可以为直链、支链结构的任一种)等。
电解液中的上述锂盐的浓度优选为0.5~3摩尔/升。处于该范围外时,存在电解液的导电率下降、电池性能降低的倾向。
上述电解质盐的浓度更优选为0.9摩尔/升以上,更优选为1.5摩尔/升以下。
作为双电荷层电容器用电解液的电解质盐,优选铵盐。
作为上述铵盐,可以列举以下的(IIa)~(IIe)。
(IIa)四烷基季铵盐
优选例示通式(IIa)所示的四烷基季铵盐:
Figure BDA0001635278710000601
(式中,R1a、R2a、R3a和R4a相同或不同,均为碳原子数为1~6的可以含有醚键的烷基;X为阴离子)。并且,从提高耐氧化性的观点出发,也优选该铵盐的氢原子中的一部分或全部被氟原子和/或碳原子数为1~4的氟代烷基取代而成的铵盐。
作为具体例,可以列举通式(IIa-1)所示的四烷基季铵盐、通式(IIa-2)所示的含有烷醚基的三烷基铵盐等。
Figure BDA0001635278710000602
(式中,R1a、R2a和X同上;x和y相同或不同,为0~4的整数,且x+y=4)。
Figure BDA0001635278710000603
(式中,R5a为碳原子数为1~6的烷基;R6a为碳原子数为1~6的2价的烃基;R7a为碳原子数为1~4的烷基;z为1或2;X为阴离子)。通过导入烷醚基,能够实现粘性的降低。
阴离子X可以为无机阴离子也可以为有机阴离子。作为无机阴离子,例如可以列举AlCl4 、BF4 、PF6 、AsF6 、TaF6 、I、SbF6 。作为有机阴离子,例如可以列举CF3COO、CF3SO3 、(CF3SO2)2N、(C2F5SO2)2N等。
其中,从耐氧化性和离子离解性良好的观点出发,优选BF4 、PF6 、AsF6 、SbF6
作为四烷基季铵盐的优选的具体例,可以使用Et4NBF4、Et4NClO4、Et4NPF6、Et4NAsF6、Et4NSbF6、Et4NCF3SO3、Et4N(CF3SO2)2N、Et4NC4F9SO3、Et3MeNBF4、Et3MeNClO4、Et3MeNPF6、Et3MeNAsF6、Et3MeNSbF6、Et3MeNCF3SO3、Et3MeN(CF3SO2)2N、Et3MeNC4F9SO3,可以特别地列举Et4NBF4、Et4NPF6、Et4NSbF6、Et4NAsF6、Et3MeNBF4、N,N-二乙基-N-甲基-N-(2-甲氧基乙基)铵盐等。
(IIb)螺环联吡咯烷鎓盐
优选列举通式(IIb-1)所示的螺环联吡咯烷鎓盐、通式(IIb-2)所示的螺环联吡咯烷鎓盐或通式(IIb-3)所示的螺环联吡咯烷鎓盐。
Figure BDA0001635278710000611
(式中,R8a和R9a相同或不同,均为碳原子数为1~4的烷基;X为阴离子;n1为0~5的整数;n2为0~5的整数)。
Figure BDA0001635278710000612
(式中,R10a和R11a相同或不同,均为碳原子数为1~4的烷基;X为阴离子;n3为0~5的整数;n4为0~5的整数)。
Figure BDA0001635278710000613
(式中,R12a和R13a相同或不同,均为碳原子数为1~4的烷基;X为阴离子;n5为0~5的整数;n6为0~5的整数)。并且,从提高耐氧化性的观点出发,也优选该螺环联吡咯烷鎓盐的氢原子中的一部分或全部被氟原子和/或碳原子数为1~4的氟代烷基取代而成的螺环联吡咯烷鎓盐。
阴离子X的优选的具体例与(IIa)时相同。其中,从离解性高、高电压下的内部电阻低的观点出发,优选BF4 、PF6 、(CF3SO2)2N或(C2F5SO2)2N
作为螺环联吡咯烷鎓盐的优选的具体例,例如可以列举:
Figure BDA0001635278710000621
等。
该螺环联吡咯烷鎓盐在溶剂中的溶解性、耐氧化性、离子传导性的方面优异。
(IIc)咪唑鎓盐
优选例示通式(IIc)所示的咪唑鎓盐。
Figure BDA0001635278710000622
(式中,R14a和R15a相同或不同,均为碳原子数为1~6的烷基;X为阴离子)。并且,从提高耐氧化性的观点出发,也优选该咪唑鎓盐的氢原子中的一部分或全部被氟原子和/或碳原子数为1~4的氟代烷基取代而成的咪唑鎓盐。
阴离子X的优选的具体例与(IIa)相同。
作为优选的具体例,例如可以列举:
Figure BDA0001635278710000631
等。
该咪唑鎓盐在粘性低、且溶解性良好的方面优异。
(IId):N-烷基吡啶鎓盐
优选例示通式(IId)所示的N-烷基吡啶鎓盐。
Figure BDA0001635278710000632
(式中,R16a为碳原子数为1~6的烷基;X为阴离子)。并且,从提高耐氧化性的观点出发,也优选该N-烷基吡啶鎓盐的氢原子中的一部分或全部被氟原子和/或碳原子数为1~4的氟代烷基取代而成的N-烷基吡啶鎓盐。
作为阴离子X的优选的具体例,与(IIa)相同。
作为优选的具体例,例如可以列举:
Figure BDA0001635278710000633
等。
该N-烷基吡啶鎓盐在粘性低、且溶解性良好的方面优异。
(IIe)N,N-二烷基吡咯烷鎓盐
优选例示通式(IIe)所示的N,N-二烷基吡咯烷鎓盐。
Figure BDA0001635278710000641
(式中,R17a和R18a相同或不同,均为碳原子数为1~6的烷基;X为阴离子)。并且,从提高耐氧化性的观点出发,也优选该N,N-二烷基吡咯烷鎓盐的氢原子中的一部分或全部被氟原子和/或碳原子数为1~4的氟代烷基取代而成的N,N-二烷基吡咯烷鎓盐。
阴离子X的优选的具体例与(IIa)相同。
作为优选的具体例,例如可以列举:
Figure BDA0001635278710000642
Figure BDA0001635278710000651
等。
该N,N-二烷基吡咯烷鎓盐在粘性低、且溶解性良好方面优异。
这些铵盐中,从溶解性、耐氧化性、离子传导性良好的观点出发,优选(IIa)、(IIb)和(IIc),更优选
Figure BDA0001635278710000661
(式中,Me为甲基;Et为乙基;X、x、y与式(IIa-1)相同)。
并且,作为双电荷层电容器用电解质盐,可以使用锂盐。作为锂盐,例如优选LiPF6、LiBF4、LiAsF6、LiSbF6、LiN(SO2C2H5)2
为了进一步提高容量,可以使用镁盐。作为镁盐,例如优选Mg(ClO4)2、Mg(OOC2H5)2等。
在电解质盐为上述铵盐的情况下,浓度优选为1.1摩尔/升以上。当小于1.1摩尔/升时,不仅低温特性变差,初始内部电阻也增高。上述电解质盐的浓度更优选为1.25摩尔/升以上。
从低温特性的观点出发,上述浓度优选为1.7摩尔/升以下,更优选为1.5摩尔/升以下。
在上述铵盐为四氟硼酸三乙基甲基铵(TEMABF4)的情况下,从低温特性优异的观点出发,其浓度优选为1.1~1.4摩尔/升。
另外,在为四氟硼酸螺联吡咯烷鎓盐(SBPBF4)的情况下,优选为1.3~1.7摩尔/升。
本发明的电解液优选进一步含有重均分子量为2000~4000、末端具有-OH、-OCOOH或-COOH的聚氧化乙烯。
通过含有这样的化合物,能够提高电极界面的稳定性、提高电池特性。
作为上述聚氧化乙烯,例如可以列举聚氧化乙烯单醇、聚氧化乙烯羧酸、聚氧化乙烯二醇、聚氧化乙烯二羧酸、聚氧化乙烯三醇、聚氧化乙烯三羧酸等。它们可以单独使用,也可以将2种以上并用。
其中,从电池特性更好的观点出发,优选聚氧化乙烯单醇与聚氧化乙烯二醇的混合物、以及聚氧化乙烯羧酸(polyethylene carboxylate)与聚氧化乙烯二羧酸(polyethylene dicarboxylate)的混合物。
当上述聚氧化乙烯的重均分子量过小时,容易发生氧化分解。上述重均分子量更优选为3000~4000。
上述重均分子量能够利用凝胶渗透色谱(GPC)法通过聚苯乙烯换算来进行测定。
上述聚氧化乙烯的含量在电解液中优选为1×10-6~1×10-2mol/kg。当上述聚氧化乙烯的含量过多时,可能会损害电池特性。
上述聚氧化乙烯的含量更优选为5×10-6mol/kg以上。
本发明的电解液,可以进一步含有不饱和环状碳酸酯作为添加剂。通过含有这些化合物,能够抑制电池特性的降低。
上述不饱和环状碳酸酯是含有不饱和键的环状碳酸酯,即,其为环状碳酸酯,且在分子内至少具有一个碳-碳不饱和键。具体而言,例如可以列举碳酸亚乙烯酯、甲基碳酸亚乙烯酯、乙基碳酸亚乙烯酯、4,5-二甲基碳酸亚乙烯酯、4,5-二乙基碳酸亚乙烯酯等碳酸亚乙烯酯化合物;4-乙烯基碳酸乙烯酯(VEC)、4-甲基-4-乙烯基碳酸乙烯酯、4-乙基-4-乙烯基碳酸乙烯酯、4-正丙基-4-乙烯基碳酸乙烯酯、5-甲基-4-乙烯基碳酸乙烯酯、4,4-二乙烯基碳酸乙烯酯、4,5-二乙烯基碳酸乙烯酯、4,4-二甲基-5-亚甲基碳酸乙烯酯、4,4-二乙基-5-亚甲基碳酸乙烯酯等乙烯基碳酸乙烯酯化合物等。其中,优选碳酸亚乙烯酯、4-乙烯基碳酸乙烯酯、4-甲基-4-乙烯基碳酸乙烯酯或4,5-二乙烯基碳酸乙烯酯,特别优选碳酸亚乙烯酯或4-乙烯基碳酸乙烯酯。
不饱和环状碳酸酯的分子量没有特别限制,只要不显著地损害本发明的效果就是任意的。分子量优选为50以上250以下。在该范围内时,容易确保不饱和环状碳酸酯相对于电解液的溶解性,容易充分地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80以上,并且更优选为150以下。
另外,作为不饱和环状碳酸酯,还适合使用氟代不饱和环状碳酸酯。
氟代不饱和环状碳酸酯所具有的氟原子的个数为1以上即可,没有特别的限制。其中,氟原子通常为6以下,优选为4以下,最优选为1个或2个。
作为氟代不饱和环状碳酸酯,可以列举氟代碳酸亚乙烯酯衍生物、由具有芳香环或碳-碳双键的取代基取代而得到的氟代碳酸乙烯酯衍生物等。
作为氟代碳酸亚乙烯酯衍生物,可以列举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-烯丙基-5-氟碳酸亚乙烯酯、4-氟-5-乙烯基碳酸亚乙烯酯等。
作为由具有芳香环或碳-碳双键的取代基取代而得到的氟代碳酸乙烯酯衍生物,可以列举4-氟-4-乙烯基碳酸乙烯酯、4-氟-4-烯丙基碳酸乙烯酯、4-氟-5-乙烯基碳酸乙烯酯、4-氟-5-烯丙基碳酸乙烯酯、4,4-二氟-4-乙烯基碳酸乙烯酯、4,4-二氟-4-烯丙基碳酸乙烯酯、4,5-二氟-4-乙烯基碳酸乙烯酯、4,5-二氟-4-烯丙基碳酸乙烯酯、4-氟-4,5-二乙烯基碳酸乙烯酯、4-氟-4,5-二烯丙基碳酸乙烯酯、4,5-二氟-4,5-二乙烯基碳酸乙烯酯、4,5-二氟-4,5-二烯丙基碳酸乙烯酯、4-氟-4-苯基碳酸乙烯酯、4-氟-5-苯基碳酸乙烯酯、4,4-二氟-5-苯基碳酸乙烯酯、4,5-二氟-4-苯基碳酸乙烯酯等。
氟代不饱和环状碳酸酯的分子量没有特别限制,只要不显著地损害本发明的效果就是任意的。分子量优选为50以上,且为500以下。在该范围内时,容易确保氟代环状碳酸酯相对于电解液的溶解性,容易充分地表现出本发明的效果。
上述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和比率并用2种以上。
在将上述不饱和环状碳酸酯作为添加剂使用的情况下,其含量在电解液中优选为0.1~10质量%,更优选为1质量%以上,更优选为5质量%以下。
在不损害本发明的效果的范围内,本发明的电解液可以进一步含有环状和链状羧酸酯、环状醚、含氮化合物、含硼化合物、有机含硅化合物、不燃(阻燃)剂、表面活性剂、高介电化添加剂、循环特性及速率特性改善剂、或者防过充电剂等其它的溶剂或添加剂。
作为上述环状羧酸酯,可以列举其结构式中的总碳原子数为3~12的环状羧酸酯。具体而言,可以列举γ-丁内酯、γ-戊内酯、γ-己内酯、ε-己内酯等。其中,从因锂离子离解度提高而使得电池特性提高的观点出发,特别优选γ-丁内酯。
环状羧酸酯的配合量通常在溶剂100质量%中优选为0.1质量%以上,更优选为1质量%以上。在该范围内时,容易改善电解液的导电率、提高电解液电池的大电流放电特性。并且,环状羧酸酯的配合量优选为10质量%以下,更优选为5质量%以下。通过这样地限定上限,容易将电解液的粘度调节成适当的范围,避免导电率降低,抑制负极电阻增大,将电解液电池的大电流放电特性调节成良好的范围。
另外,作为上述环状羧酸酯,也适合使用氟代环状羧酸酯(含氟内酯)。作为含氟内酯,例如可以列举下述式(E)所示的含氟内酯。
Figure BDA0001635278710000691
(式中,X15~X20相同或不同,均为-H、-F、-Cl、-CH3或氟代烷基;其中,X15~X20中的至少一个为氟代烷基)。
作为X15~X20中的氟代烷基,例如可以列举-CFH2、-CF2H、-CF3、-CH2CF3、-CF2CF3、-CH2CF2CF3、-CF(CF3)2等。从耐氧化性高、具有安全性提高效果的观点出发,优选-CH2CF3、-CH2CF2CF3
X15~X20中的至少一个为氟代烷基时,-H、-F、-Cl、-CH3或氟代烷基可以仅在X15~X20中的1个部位取代,也可以在多个部位取代。从电解质盐的溶解性良好的观点出发,优选为1~3个部位,更优选为1~2个部位。
氟代烷基的取代位置没有特别限制,从合成收率良好的观点出发,X17和/或X18、特别是X17或X18为氟代烷基,其中,优选为-CH2CF3、-CH2CF2CF3。氟代烷基以外的X15~X20为-H、-F、-Cl或CH3,特别是从电解质盐的溶解性良好的观点出发,优选-H。
作为含氟内酯,除了上述式所示的物质以外,例如还可以列举下述式(F)所示的含氟内酯等。
Figure BDA0001635278710000701
(式中,A和B中的任一方为CX26X27(X26和X27相同或不同,均为-H、-F、-Cl、-CF3、-CH3或者氢原子可以被卤原子取代的链中可以含有杂原子的亚烷基),另一方为氧原子;Rf12为可以具有醚键的氟代烷基或氟代烷氧基;X21和X22相同或不同,均为-H、-F、-Cl、-CF3或CH3;X23~X25相同或不同,均为-H、-F、-Cl或者氢原子可以被卤原子取代的链中可以含有杂原子的烷基;n=0或1)。
作为式(F)所示的含氟内酯,从合成容易的观点、化学稳定性良好的观点出发,优选列举下述式(G)所示的五元环结构。
Figure BDA0001635278710000702
(式中,A、B、Rf12、X21、X22和X23与式(F)相同)。而且,通过A与B的组合,存在下述式(H)所示的含氟内酯和下述式(I)所示的含氟内酯。
Figure BDA0001635278710000711
(式中,Rf12、X21、X22、X23、X26和X27与式(F)相同)。
Figure BDA0001635278710000712
(式中,Rf12、X21、X22、X23、X26和X27与式(F)相同)。
其中,在能够特别地发挥高介电常数、高耐电压这样的优异特性的方面、以及电解质盐的溶解性、内部电阻的降低良好的方面,从本发明中的作为电解液的特性提高的观点出发,可以列举:
Figure BDA0001635278710000721
等。
通过含有氟代环状羧酸酯,获得了离子传导度的提高、安全性的提高、高温时的稳定性提高这样的效果。
作为上述链状羧酸酯,可以列举其结构式中的总碳原子数为3~7的链状羧酸酯。具体而言,可以列举乙酸甲酯、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,从因粘度降低而使离子传导度提高的观点出发,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。
另外,也适合使用氟代链状羧酸酯。作为含氟酯,从阻燃性高、且与其它溶剂的相溶性和耐氧化性良好的观点出发,优选下述式(J)所示的氟代链状羧酸酯。
Rf10COORf11 (J)
(式中,Rf10为碳原子数为1~2的氟代烷基,Rf11为碳原子数为1~4的氟代烷基)。
作为Rf10,例如可以列举CF3-、CF3CF2-、HCF2CF2-、HCF2-、CH3CF2-、CF3CH2-等。其中,从速率特性良好的观点出发,特别优选CF3-、CF3CF2-。
作为Rf11,例如可以列举CF3-、CF3CF2-、(CF3)2CH-、CF3CH2-、CF3CH2CH2-、CF3CFHCF2CH2-、C2F5CH2-、CF2HCF2CH2-、C2F5CH2CH2-、CF3CF2CH2-、CF3CF2CF2CH2-等。其中,从与其它溶剂的相溶性良好的观点出发,特别优选CF3CH2-、(CF3)2CH-、C2F5CH2-、CF2HCF2CH2-。
作为氟代链状羧酸酯的具体例,例如可以列举CF3C(=O)OCH2CF3、CF3C(=O)OCH2CH2CF3、CF3C(=O)OCH2C2F5、CF3C(=O)OCH2CF2CF2H、CF3C(=O)OCH(CF3)2等中的1种或2种以上。其中,从与其它溶剂的相溶性和速率特性良好的观点出发,特别优选CF3C(=O)OCH2C2F5、CF3C(=O)OCH2CF2CF2H、CF3C(=O)OCH2CF3、CF3C(=O)OCH(CF3)2
作为上述环状醚,优选碳原子数为3~6的环状醚。
作为碳原子数为3~6的环状醚,可以列举1,3-二噁烷、2-甲基-1,3-二噁烷、4-甲基-1,3-二噁烷、1,4-二噁烷等以及它们的氟代化合物。其中,从对于锂离子的溶剂合能力高、提高离子离解度的观点出发,优选二甲氧基甲烷、二乙氧基甲烷、乙氧基甲氧基甲烷、乙二醇正丙醚、乙二醇二正丁醚、二乙二醇二甲醚。从粘性低、提供高的离子传导度的观点出发,特别优选二甲氧基甲烷、二乙氧基甲烷、乙氧基甲氧基甲烷。
作为上述含氮化合物,可以列举羧酸酰胺、含氟羧酸酰胺、磺酸酰胺和含氟磺酸酰胺等。并且,还可以使用1-甲基-2-吡咯烷酮、1-甲基-2-哌啶酮、3-甲基-2-噁唑啉酮(3-methyl-2-oxazilidinone)、1,3-二甲基-2-咪唑啉酮(1,3-dimethyl-2-imidazolidinone)和N-甲基琥珀酰亚胺等。
作为上述含硼化合物,例如可以列举硼酸三甲酯、硼酸三乙酯等硼酸酯、硼酸醚和烷基硼酸等。
作为上述有机含硅化合物,例如可以列举(CH3)4-Si、(CH3)3-Si-Si(CH3)3等。
作为上述不燃(阻燃)剂,可以列举磷酸酯或磷腈系化合物。作为上述磷酸酯,例如可以列举含氟烷基磷酸酯、非氟系烷基磷酸酯、芳基磷酸酯等。其中,从能够以少量发挥不燃效果的观点出发,优选含氟烷基磷酸酯。
作为上述含氟烷基磷酸酯,具体可以列举日本特开平11-233141号公报中记载的含氟二烷基磷酸酯、日本特开平11-283669号公报中记载的环状的烷基磷酸酯或含氟三烷基磷酸酯等。
作为上述表面活性剂,阳离子性表面活性剂、阴离子性表面活性剂、非离子性表面活性剂、两性表面活性剂中的任一种均可,但从循环特性、速率特性良好的观点出发,优选含有氟原子的表面活性剂。
作为这样的含氟原子的表面活性剂,例如优选下述式:
Rf1COOM+
(式中,Rf1为碳原子数为3~10的可以含有醚键的氟代烷基;M+为Li+、Na+、K+或NHR′3 +(R′相同或不同,均为H或碳原子数为1~3的烷基))所示的含氟羧酸盐、或下述式:
Rf2SO3 M+
(式中,Rf2为碳原子数为3~10的可以含有醚键的氟代烷基;M+为Li+、Na+、K+或NHR′3 +(R′相同或不同,均为H或碳原子数为1~3的烷基))所示的含氟磺酸盐等。
从降低电解液的表面张力而不使充放电循环特性降低的观点出发,上述表面活性剂的含量在电解液中优选为0.01~2质量%。
作为上述高介电化添加剂,例如可以列举环丁砜、甲基环丁砜、γ-丁内酯、γ-戊内酯、乙腈、丙腈等。
作为上述循环特性和速率特性改善剂,例如可以列举乙酸甲酯、乙酸乙酯、四氢呋喃、1,4-二噁烷等。
作为上述防过充电剂,从在过充电等时能够抑制电池破裂、着火的观点出发,优选具有芳香环的防过充电剂。作为上述具有芳香环的防过充电剂,例如可以列举:环己基苯、联苯、烷基联苯、联三苯、联三苯的部分氢化物、叔丁基苯、叔戊基苯、二苯基醚、苯并呋喃、二苯并呋喃、二氯苯胺、甲苯等的芳香族化合物;六氟苯、氟苯、2-氟联苯、邻环己基氟苯、对环己基氟苯等的芳香族化合物的氟代物;2,4-二氟苯甲醚、2,5-二氟苯甲醚、2,6-二氟苯甲醚、3,5-二氟苯甲醚等的含氟苯甲醚化合物等。其中,优选联苯、烷基联苯、联三苯、联三苯的部分氢化物、环己基苯、叔丁基苯、叔戊基苯、二苯基醚、二苯并呋喃等的芳香族化合物。它们可以单独使用1种,也可以2种以上并用。在2种以上并用的情况下,从防过充电特性与高温保存特性的平衡的观点出发,特别优选环己基苯与叔丁基苯或叔戊基苯的组合,或者将选自联苯、烷基联苯、联三苯、联三苯的部分氢化物、环己基苯、叔丁基苯、叔戊基苯等不含氧的芳香族化合物中的至少一种与选自二苯基醚、二苯并呋喃等含氧芳香族化合物中的至少一种并用。
从在过充电等时能够防止电池破裂或着火的观点出发,上述防过充电剂的含量在电解液中优选为0.1~5质量%。
在不损害本发明的效果的范围内,本发明的电解液还可以含有公知的其它的助剂。作为上述公知的其它的助剂,例如可以列举赤藓糖醇碳酸酯(erythritan carbonate)、螺-双-二亚甲基碳酸酯、甲氧基乙基-甲基碳酸酯等的碳酸酯化合物;2,4,8,10-四氧杂螺[5,5]十一烷、3,9-二乙烯基-2,4,8,10-四氧杂螺[5,5]十一烷等的螺环化合物;庚烷、辛烷、壬烷、癸烷、环庚烷等的烃化合物等。它们可以单独使用1种,也可以2种以上并用。通过添加这些助剂,能够提高高温保存后的容量维持特性和循环特性。
并且,本发明的电解液还可以与高分子材料组合制成凝胶状(可塑化)的凝胶电解液。
作为这样的高分子材料,可以列举现有公知的聚氧化乙烯或聚氧化丙烯、它们的改性物(日本特开平8-222270号公报、日本特开2002-100405号公报);聚丙烯酸酯系聚合物、聚丙烯腈或聚偏氟乙烯、偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物等含氟树脂(日本特表开4-506726号公报、日本特表开8-507407号公报、日本特开平10-294131号公报);这些含氟树脂与烃系树脂的复合体(日本特开平11-35765号公报、日本特开平11-86630号公报)等。特别优选使用聚偏氟乙烯、偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物作为凝胶电解质用高分子材料。
除此以外,本发明的电解液还可以含有日本特愿2004-301934号说明书中记载的离子传导性化合物。
该离子传导性化合物为式(1-1)所示的侧链具有含氟基的非晶性含氟聚醚化合物。
A-(D)-B (1-1)
[式中,D为式(2-1)所示的基团,
-(D1)n-(FAE)m-(AE)p-(Y)q- (2-1)
(式中,D1为式(2a)所示的侧链具有含氟醚基的醚单元,
Figure BDA0001635278710000761
(式中,Rf为可以具有交联性官能团的含氟醚基;R10为使Rf与主链键合的基团或价键);
FAE为式(2b)所示的侧链具有氟代烷基的醚单元,
Figure BDA0001635278710000762
(式中,Rfa为氢原子、可以具有交联性官能团的氟代烷基;R11为使Rfa与主链键合的基团或价键);
AE为式(2c)所示的醚单元,
Figure BDA0001635278710000763
(式中,R13为氢原子、可以具有交联性官能团的烷基、可以具有交联性官能团的脂肪族环式烃基或可以具有交联性官能团的芳香族烃基;R12为使R13与主链键合的基团或价键);
Y为含有式(2d-1)~(2d-3)中的至少一种的单元,
Figure BDA0001635278710000771
n为0~200的整数;m为0~200的整数;p为0~10000的整数;q为1~100的整数;其中,n+m不为0,D1、FAE、AE和Y的键合顺序没有规定);
A和B相同或不同,为氢原子、可以含有氟原子和/或交联性官能团的烷基、可以含有氟原子和/或交联性官能团的苯基、-COOH基、-OR(R为氢原子或可以含有氟原子和/或交联性官能团的烷基)、酯基或碳酸酯基(其中,在D的末端为氧原子时,不为-COOH基、-OR、酯基和碳酸酯基)]。
在本发明的电解液中,还可以根据需要进一步配合其它的添加剂。作为其它的添加剂,例如可以列举金属氧化物、玻璃等。
本发明的电解液优选含有0.5~70ppm的HF。通过含有HF,能够促进添加剂被膜的形成。当HF的含量过少时,存在添加剂在负极上的被膜形成能力下降、电池特性降低的倾向。并且,当HF的含量过多时,存在因HF的影响而使得电解液的耐氧化性降低的倾向。本发明的电解液中即使含有上述范围的HF,也不会使电池的高温保存性恢复容量率降低。
HF的含量更优选为1ppm以上,进一步优选为2.5ppm以上。并且,HF的含量更优选为60ppm以下,进一步优选为50ppm以下,特别优选为30ppm以下。
HF的含量能够采用中和滴定法进行测定。
本发明的电解液使用上述的成分、采用任意的方法调制即可。
本发明的电解液例如适合用于锂离子二次电池或双电荷层电容器等电化学器件。具有这样的本发明的电解液的电化学器件也是本发明之一。
作为电化学器件,可以列举锂离子二次电池、电容器(双电荷层电容器)、自由基电池、太阳能电池(特别是染料敏化型太阳能电池)、燃料电池、各种电化学传感器、电致变色元件、电化学开关元件、铝电解电容器、钽电解电容器等。优选锂离子二次电池、双电荷层电容器。
上述锂离子二次电池可以具有正极、负极和上述的电解液。
<正极>
正极由含有作为正极材料的正极活性物质的正极合剂和集电体构成。
作为上述正极活性物质,只要是能够以电化学的方式吸留和释放锂离子的物质即可,没有特别的限制,例如优选含有锂和至少一种过渡金属的物质。作为具体例,可以列举含锂的过渡金属复合氧化物、含锂的过渡金属磷酸化合物。其中,作为正极活性物质,特别优选产生高电压的含锂的过渡金属复合氧化物。
作为上述含锂的过渡金属复合氧化物,例如可以列举:
式:LiaMn2-bM1 bO4(式中,0.9≤a;0≤b≤1.5;M1为选自Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Al、Sn、Cr、V、Ti、Mg、Ca、Sr、B、Ga、In、Si和Ge中的至少一种的金属)所示的锂-锰尖晶石复合氧化物、
式:LiNi1-cM2 cO2(式中,0≤c≤0.5;M2为选自Fe、Co、Mn、Cu、Zn、Al、Sn、Cr、V、Ti、Mg、Ca、Sr、B、Ga、In、Si和Ge中的至少一种的金属)所示的锂-镍复合氧化物、或者、
式:LiCO1-dM3 dO2(式中,0≤d≤0.5;M3为选自Fe、Ni、Mn、Cu、Zn、Al、Sn、Cr、V、Ti、Mg、Ca、Sr、B、Ga、In、Si和Ge中的至少一种的金属)所示的锂-钴复合氧化物。
其中,从能够提供能量密度高、高输出的锂离子二次电池的观点出发,优选LiCoO2、LiMnO2、LiNiO2、LiMn2O4、LiNi0.8Co0.15Al0.05O2或LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2
作为其它的上述正极活性物质,可以列举LiFePO4、LiNi0.8Co0.2O2、Li1.2Fe0.4Mn0.4O2、LiNi0.5Mn0.5O2、LiV3O6等。
并且,当正极活性物质中含有磷酸锂时,连续充电特性提高,因而优选。磷酸锂的使用没有限制,优选将上述的正极活性物质与磷酸锂混合使用。关于所使用的磷酸锂的量,相对于上述正极活性物质与磷酸锂的合计,下限优选为0.1质量%以上、更优选为0.3质量%以上、进一步优选为0.5质量%以上,上限优选为10质量%以下、更优选为8质量%以下、进一步优选为5质量%以下。
并且,可以使用在上述正极活性物质的表面附着有组成与其不同的物质的材料。作为表面附着物质,可以列举氧化铝、氧化硅、氧化钛、氧化锆、氧化镁、氧化钙、氧化硼、氧化锑、氧化铋等氧化物、硫酸锂、硫酸钠、硫酸钾、硫酸镁、硫酸钙、硫酸铝等硫酸盐、碳酸锂、碳酸钙、碳酸镁等碳酸盐、碳等。
这些表面附着物质例如能够采用如下方法附着在该正极活性物质的表面:将其溶解或悬浮于溶剂中,在该正极活性物质中含浸添加、并进行干燥的方法;将表面附着物质前体溶解或悬浮于溶剂中,在该正极活性物质中含浸添加,之后利用加热等使其反应的方法;添加于正极活性物质前体中,同时进行烧制的方法等。其中,在附着碳的情况下,也可以采用将碳质加工成例如活性炭等形态之后以机械方式进行附着的方法。
作为表面附着物质的用量,相对于上述正极活性物质,以质量计,下限优选为0.1ppm以上、更优选为1ppm以上、进一步优选为10ppm以上,上限优选为20%以下、更优选为10%以下、进一步优选为5%以下。利用表面附着物质,能够抑制电解液在正极活性物质表面的氧化反应,能够提高电池寿命。当其附着量过少时,其效果不能充分地表现。当过多时,阻碍锂离子的出入,因而有时电阻增加。
正极活性物质的颗粒的形状可以列举一直以来使用的块状、多面体状、球状、椭球状、板状、针状、柱状等。并且,一次颗粒可以凝聚形成二次颗粒。
正极活性物质的振实密度优选为0.5g/cm3以上,更优选为0.8g/cm3以上,进一步优选为1.0g/cm3以上。该正极活性物质的振实密度低于上述下限时,在形成正极活性物质层时,有时所需的分散介质的量增加,并且导电剂或粘结剂的需要量增加,正极活性物质在正极活性物质层中的填充率受到制约,电池容量受到制约。通过使用振实密度高的复合氧化物粉体,能够形成高密度的正极活性物质层。振实密度通常越大越好,没有特别的上限。但是,当过大时,有时以正极活性物质层内的电解液为媒介的锂离子的扩散成为决速步,负荷特性容易降低,因此,上限优选为4.0g/cm3以下,更优选为3.7g/cm3以下,进一步优选为3.5g/cm3以下。
其中,在本发明中,振实密度通过将正极活性物质粉体5~10g放入10ml的玻璃制量筒中、以行程约20mm振实200次,求取此时的粉体填充密度(振实密度)g/cm3
正极活性物质的颗粒的中位径d50(在一次颗粒凝聚形成二次颗粒时为二次粒径)优选为0.3μm以上,更优选为0.5μm以上,进一步优选为0.8μm以上,最优选为1.0μm以上,并且,优选为30μm以下,更优选为27μm以下,进一步优选为25μm以下,最优选为22μm以下。当低于上述下限时,有时不能获得高振实密度品。当高于上限时,颗粒内的锂扩散耗费时间,所以有时会产生以下问题:导致电池性能降低,或者在制成电池的正极时,即利用溶剂将活性物质和导电材料或粘接剂等制成浆料、并涂布为薄膜状时,产生条纹等。在此,通过混合2种以上的具有不同中位径d50的上述正极活性物质,能够进一步提高制作正极时的填充性。
其中,在本发明中,中位径d50利用公知的激光折射/散射式粒度分布测定装置来测定。在作为粒度分布计使用HORIBA公司生产的LA-920的情况下,作为测定时所使用的分散介质,使用0.1质量%六偏磷酸钠水溶液,在5分钟的超声波分散后,设定测定折射率为1.24进行测定。
在一次颗粒凝聚形成二次颗粒的情况下,作为上述正极活性物质的平均一次粒径,优选为0.05μm以上,更优选为0.1μm以上,进一步优选为0.2μm以上,上限优选为5μm以下,更优选为4μm以下,进一步优选为3μm以下,最优选为2μm以下。当高于上述上限时,难以形成球状的二次颗粒,对于粉体填充性造成不良影响,比表面积大幅下降,因此有时输出特性等电池性能降低的可能性增高。反之当低于上述下限时,通常结晶未成长完全,因此有时会出现充放电的可逆性变差等问题。
其中,在本发明中,一次粒径使用扫描电子显微镜(SEM)通过观察测定。具体而言,在倍率为10000倍的照片中,对于任意50个一次颗粒,求取一次颗粒的左右的分界线相对于水平方向直线的切片的最长的值,然后取平均值来求得。
正极活性物质的BET比表面积优选为0.1m2/g以上,更优选为0.2m2/g以上,进一步优选为0.3m2/g以上,上限优选为50m2/g以下,更优选为40m2/g以下,进一步优选为30m2/g以下。当BET比表面积低于该范围时,有时电池性能容易降低,当高于该范围时,有时振实密度难以提高,形成正极活性物质层时的涂布性容易出现问题。
其中,在本发明中,BET比表面积使用表面积计(例如大仓理研社生产的全自动表面积测定装置),在氮流通下以150℃、30分钟对试样进行预干燥,之后,使用精确地调整为氮相对于大气压的相对压力的值为0.3的氮氦混合气体,通过利用气体流动法的氮吸附BET1点法进行测定,由测得的值进行定义。
本发明的锂离子二次电池在作为混合动力汽车用或分散电源用的大型锂离子二次电池使用的情况下,由于需求高输出,所以上述正极活性物质的颗粒优选二次颗粒为主体。
上述正极活性物质的颗粒优选含有0.5~7.0体积%的二次颗粒的平均粒径为40μm以下且平均一次粒径为1μm以下的微粒。通过含有平均一次粒径为1μm以下的微粒,与电解液的接触面积增大,能够进一步加速锂离子在电极与电解液之间的扩散。结果,能够提高电池的输出性能。
作为正极活性物质的制造方法,可以使用作为无机化合物的制造方法的通常的方法。特别是为了制成球状或椭球状的活性物质,可以考虑各种的方法,例如可以列举如下等方法:将过渡金属的原料物质溶解或者粉碎分散在水等溶剂中,一边搅拌一边调节pH,制作球状的前体并回收,根据需要将其干燥,之后,添加LiOH、Li2CO3、LiNO3等Li源,在高温下进行烧制,获得活性物质。
为了制造正极,上述的正极活性物质可以单独使用,也可以将2种以上不同的组成以任意的组合或比率并用。作为此时的优选的组合,可以列举LiCoO2与LiNi0.33Co0.33Mn0.33O2等的LiMn2O4或该Mn的一部分被其它过渡金属等置换而成的化合物的组合、或者与LiCoO2或该Co的一部分被其它过渡金属等置换而成的化合物的组合。
从电池容量高的观点出发,上述正极活性物质的含量优选为正极合剂的50~99质量%,更优选为80~99质量%。并且,正极活性物质在正极活性物质层中的含量优选为80质量%以上,更优选为82质量%以上,特别优选为84质量%以上。并且上限优选为99质量%以下,更优选为98质量%以下。当正极活性物质层中的正极活性物质的含量低时,有时电容量变得不充分。反之当含量过高时,有时正极的强度不足。
上述正极合剂优选还含有粘结剂、增粘剂、导电材料。
作为上述粘结剂,只要是相对于制造电极时所使用的溶剂或电解液安全的材料即可,可以使用任意的粘结剂,例如可以列举聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、SBR(苯乙烯-丁二烯橡胶)、异戊二烯橡胶、丁二烯橡胶、乙烯-丙烯酸共聚物、乙烯-甲基丙烯酸共聚物、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰亚胺、芳香族聚酰胺、纤维素、硝化纤维素、NBR(丙烯腈-丁二烯橡胶)、含氟橡胶、乙烯-丙烯橡胶、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物或其加氢物、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-苯乙烯嵌段共聚物或其加氢物、间规-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、氟化聚偏氟乙烯、四氟乙烯-乙烯共聚物、碱金属离子(特别是锂离子)的具有离子传导性的高分子组合物等。并且,这些物质可以单独使用1种,也可以将2种以上以任意的组合和比率并用。
关于粘结剂的含量,以正极活性物质层中的粘结剂的比例计,通常为0.1质量%以上,优选为1质量%以上,进一步优选为1.5质量%以上,并且,通常为80质量%以下,优选为60质量%以下,进一步优选为40质量%以下,最优选为10质量%以下。当粘结剂的比例过低时,有时无法充分地保持正极活性物质,正极的机械强度不足,循环特性等电池性能变差。另一方面,当过高时,有时会导致电池容量或导电性降低。
作为上述增粘剂,可以列举羧甲基纤维素、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、酪蛋白以及它们的盐等。既可以单独地使用1种,也可以将2种以上以任意的组合和比率并用。
增粘剂相对于活性物质的比例,通常为0.1质量%以上、优选为0.2质量%以上、更优选为0.3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2质量%以下的范围。当低于该范围时,有时涂布性明显地下降。当高于该范围时,活性物质在正极活性物质层中所占的比例下降,有时会出现电池的容量降低的问题或正极活性物质间的电阻增大的问题。
作为上述导电材料,能够任意地使用公知的导电材料。作为具体例,可以列举铜、镍等金属材料、天然石墨、人造石墨等石墨(黑铅,graphite)、乙炔黑等炭黑、针状焦等无定形碳等的碳材料等。并且,它们可以单独使用1种,也可以将2种以上以任意的组合和比率并用。使用导电材料使其在正极活性物质层中的含量通常为0.01质量%以上,优选为0.1质量%以上,更优选为1质量%以上,并且通常为50质量%以下,优选为30质量%以下,更优选为15质量%以下。当含量低于该范围时,有时导电性变得不充分。反之当含量高于该范围时,有时电池容量降低。
作为用于形成浆料的溶剂,只要是正极活性物质、导电材料、粘结剂和根据需要使用的增粘剂能够溶解或分散的溶剂即可,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,例如可以列举水、醇与水的混合溶剂等。作为有机系溶剂,例如可以列举己烷等脂肪族烃类;苯、甲苯、二甲苯、甲基萘等芳香族烃类;喹啉、吡啶等杂环化合物;丙酮、甲乙酮、环己酮等酮类;乙酸甲酯、丙烯酸甲酯等酯类;二亚乙基三胺、N,N-二甲氨基丙胺等胺类;二乙醚、环氧丙烷、四氢呋喃(THF)等醚类;N-甲基吡咯烷酮(NMP)、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺等酰胺类;六甲基磷酰胺、二甲基亚砜等非质子性极性溶剂等。
作为正极用集电体的材质,可以列举铝、钛、钽、不锈钢、镍等金属、或其合金等金属材料;碳布、碳纸等碳材料。其中,优选金属材料,特别优选铝或其合金。
作为集电体的形状,在为金属材料的情况下,可以列举金属箔、金属圆柱、金属线圈、金属板、金属薄膜、膨胀金属、冲孔金属、发泡金属等;在为碳材料的情况下,可以列举碳板、碳薄膜、碳圆柱等。其中,优选金属薄膜。并且,薄膜可以适当地形成为网状。薄膜的厚度是任意的,通常为1μm以上、优选为3μm以上、更优选为5μm以上,并且通常为1mm以下、优选为100μm以下、更优选为50μm以下。当薄膜比该范围薄时,有时作为集电体所需要的强度不足。反之当薄膜比该范围厚时,有时会损害操作性。
并且,从降低集电体与正极活性物质层的电接触电阻的观点出发,还优选在集电体的表面涂布导电助剂。作为导电助剂,可以列举碳或金、铂、银等贵金属类。
集电体与正极活性物质层的厚度之比没有特别限定,但(即将注入电解液前的单面的正极活性物质层的厚度)/(集电体的厚度)的值优选为20以下、更优选为15以下、最优选为10以下,并且优选为0.5以上、更优选为0.8以上、最优选为1以上的范围。当高于该范围时,有时在高电流密度充放电时集电体会产生因焦耳热引起的放热。当低于该范围时,有时集电体相对于正极活性物质的体积比增大,电池的容量减少。
正极的制造按照常规方法即可。例如可以列举在上述正极活性物质中添加上述的粘结剂、增粘剂、导电材料、溶剂等,制成浆料状的正极合剂,将其涂布到集电体上,干燥之后进行压制从而实现高密度化的方法。
上述高密度化能够利用手压机、辊压机等进行。正极活性物质层的密度优选为1.5g/cm3以上、更优选为2g/cm3以上、进一步优选为2.2g/cm3以上,并且优选为5g/cm3以下、更优选为4.5g/cm3以下、进一步优选为4g/cm3以下的范围。当高于该范围时,有时电解液向集电体/活性物质界面附近的浸透性降低,特别是高电流密度下的充放电特性降低,无法获得高输出。而当低于该范围时,有时活性物质间的导电性降低,电池电阻增大,无法获得高输出。
在使用本发明的电解液的情况下,从高输出且提高高温时的稳定性的观点出发,优选相对于电池外装壳体的外表面积增大正极活性物质层的面积。具体而言,正极的电极面积的总和相对于二次电池的外装的表面积以面积比计优选为15倍以上,更进一步优选为40倍以上。所谓电池外装壳体的外表面积,在为有底方型形状的情况下,是指根据不包括端子的突起部分的填充有发电元件的壳体部分的长、宽和厚度的尺寸计算求出的总面积。在为有底圆筒形状的情况下,是指将不包括端子的突起部分的填充有发电元件的壳体部分近似成圆筒的几何表面积。所谓正极的电极面积的总和是指与含有负极活性物质的合材层相对的正极合材层的几何表面积,在隔着集电体箔在两面形成正极合剂层而形成的结构中,分别地计算各面而得到的面积的总和。
正极板的厚度没有特别限定,从高容量且高输出的观点出发,减去芯材的金属箔厚度的合材层的厚度,对于集电体的单面,下限优选为10μm以上,更优选为20μm以上,并且优选为500μm以下,更优选为450μm以下。
并且,可以使用在上述正极板的表面附着有组成与其不同的物质的正极板。作为表面附着物质,可以列举氧化铝、氧化硅、氧化钛、氧化锆、氧化镁、氧化钙、氧化硼、氧化锑、氧化铋等氧化物、硫酸锂、硫酸钠、硫酸钾、硫酸镁、硫酸钙、硫酸铝等硫酸盐、碳酸锂、碳酸钙、碳酸镁等碳酸盐、碳等。
<负极>
负极由含有负极活性物质的负极合剂和集电体构成。
作为上述负极活性物质,可以列举各种的热分解条件下的有机物的热分解物或人造石墨、天然石墨等能够吸留、释放锂的碳质材料;氧化锡、氧化硅等能够吸留、释放锂的金属氧化物材料;锂金属;各种的锂合金;含锂的金属复合氧化物材料等。这些负极活性物质可以将2种以上混合使用。
作为能够吸留、释放锂的碳质材料,优选由各种原料得到的通过易石墨性沥青的高温处理制得的人造石墨或精制天然石墨、或者利用沥青或其他的有机物对这些石墨进行表面处理之后再进行碳化所得到的材料,由于初始不可逆容量、高电流密度充放电特性的平衡好,更优选选自:天然石墨;人造石墨;在400~3200℃的范围内对人造碳质物质和人造石墨质物质进行1次以上热处理所得到的碳质材料;负极活性物质层由具有至少2种以上的不同的结晶性的碳质构成、且/或具有该不同的结晶性的碳质相接触的界面的碳质材料;负极活性物质层具有至少2种以上的不同取向性的碳质相接触的界面的碳质材料。并且,这些碳材料可以单独使用1种,也可以将2种以上以任意的组合和比率并用。
作为上述的在400~3200℃的范围内对人造碳质物质和人造石墨质物质进行1次以上热处理所得到的碳质材料,可以列举煤系焦炭、石油系焦炭、煤系沥青、石油系沥青以及对这些沥青进行氧化处理而得到的物质、针状焦、沥青焦以及对它们进行部分石墨化而得到的碳剂、炉法炭黑、乙炔黑、沥青系碳纤维等有机物的热分解物、能够碳化的有机物以及它们的碳化物、或将能够碳化的有机物溶于苯、甲苯、二甲苯、喹啉、正己烷等低分子有机溶剂中而得到的溶液以及它们的碳化物等。
作为用作上述负极活性物质的金属材料(但不包括锂钛复合氧化物),只要能够吸留、释放锂即可,可以为锂单质、形成锂合金的单质金属以及合金、或它们的氧化物、碳化物、氮化物、硅化物、硫化物或磷化物等任意的化合物,没有特别的限制。作为形成锂合金的单质金属以及合金,优选含有第13族和第14族的金属-准金属元素的材料,更优选为铝、硅和锡(以下简称为“特定金属元素”)的单质金属以及含有这些原子的合金或化合物。它们可以单独地使用1种,也可以将2种以上以任意的组合和比率并用。
作为具有选自特定金属元素中的至少一种原子的负极活性物质,可以列举任意1种特定金属元素的金属单质、由2种以上的特定金属元素构成的合金、由1种或2种以上的特定金属元素与其它的1种或2种以上的金属元素构成的合金、以及含有1种或2种以上的特定金属元素的化合物、以及该化合物的氧化物、碳化物、氮化物、硅化物、硫化物或磷化物等复合化合物。通过使用这些金属单质、合金或金属化合物作为负极活性物质,能够实现电池的高容量化。
并且,还可以列举这些复合化合物与金属单质、合金或非金属元素等的多种元素复杂结合而成的化合物。具体而言,例如在为硅或锡的情况下,可以使用这些元素与不作为负极工作的金属的合金。例如在为锡的情况下,也可以使用以除锡和硅以外的作为负极起作用的金属、以及不作为负极工作的金属和非金属元素的组合含有5~6种元素的复杂的化合物。
具体而言,可以列举Si单质、SiB4、SiB6、Mg2Si、Ni2Si、TiSi2、MoSi2、CoSi2、NiSi2、CaSi2、CrSi2、Cu6Si、FeSi2、MnSi2、NbSi2、TaSi2、VSi2、WSi2、ZnSi2、SiC、Si3N4、Si2N2O、SiOv(0<v≤2)、LiSiO、或锡单质、SnSiO3、LiSnO、Mg2Sn、SnOw(0<w≤2)。
并且,可以列举将Si或Sn作为第一构成元素、除此以外还含有第二、第三构成元素的复合材料。第二构成元素例如为钴、铁、镁、钛、钒、铬、锰、镍、铜、锌、镓和锆中的至少一种。第三构成元素例如为硼、碳、铝和磷中的至少一种。
特别是从能够获得高电池容量和优异的电池特性的观点出发,作为上述金属材料,优选硅或锡的单质(可以含有微量的杂质)、SiOv(0<v≤2)、SnOw(0≤w≤2)、Si-Co-C复合材料、Si-Ni-C复合材料、Sn-Co-C复合材料、Sn-Ni-C复合材料。
作为用作负极活性物质的含锂的金属复合氧化物材料,只要能够吸留、释放锂即可,没有特别的限制,从高电流密度充放电特性的观点出发,优选含有钛和锂的材料,更优选含有钛的含锂的复合金属氧化物材料,进一步优选锂与钛的复合氧化物(以下简称为“锂钛复合氧化物”)。即,当在电解液电池用负极活性物质中含有具有尖晶石结构的锂钛复合氧化物时,输出电阻大幅降低,故而特别优选。
作为上述锂钛复合氧化物,优选通式:
LixTiyMzO4
所示的化合物。
[式中,M表示选自Na、K、Co、Al、Fe、Ti、Mg、Cr、Ga、Cu、Zn和Nb中的至少一种的元素。]
在上述组成中,下述结构(i)(ii)(iii)因电池性能的平衡良好而特别优选。
(i)1.2≤x≤1.4、1.5≤y≤1.7、z=0
(ii)0.9≤x≤1.1、1.9≤y≤2.1、z=0
(iii)0.7≤x≤0.9、2.1≤y≤2.3、z=0
关于上述化合物的特别优选的代表性的组成,(i)中为Li4/3Ti5/3O4,(ii)中为Li1Ti2O4,(iii)中为Li4/5Ti11/5O4。并且,对于Z≠0的结构,作为优选例,例如可以列举Li4/ 3Ti4/3Al1/3O4
上述负极合剂优选还含有粘结剂、增粘剂、导电材料。
作为上述粘结剂,可以列举与上述的能够在正极中使用的粘结剂同样的物质。粘结剂相对于负极活性物质的比例优选为0.1质量%以上,更优选为0.5质量%以上,特别优选为0.6质量%以上,并且优选为20质量%以下,更优选为5质量%以下,进一步优选为10质量%以下,特别优选为8质量%以下。当粘结剂相对于负极活性物质的比例高于上述范围时,粘结剂量对电池容量没有贡献的粘结剂比例增加,有时会导致电池容量的降低。并且,当低于上述范围时,有时会导致负极电极的强度降低。
特别在主要成分含有以SBR为代表的橡胶状高分子的情况下,粘结剂相对于负极活性物质的比例通常为0.1质量%以上,优选为0.5质量%以上,更优选为0.6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2质量%以下。并且,在主要成分含有以聚偏氟乙烯为代表的氟系高分子的情况下,其相对于负极活性物质的比例通常为1质量%以上,优选为2质量%以上,更优选为3质量%以上,并且通常为15质量%以下,优选为10质量%以下,更优选为8质量%以下。
作为上述增粘剂,可以列举与上述的能够在正极中使用的增粘剂同样的物质。增粘剂相对于负极活性物质的比例通常为0.1质量%以上,优选为0.5质量%以上,更优选为0.6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2质量%以下。当增粘剂相对于负极活性物质的比例低于上述范围时,有时涂布性明显地降低。而当高于上述范围时,负极活性物质在负极活性物质层中所占的比例下降,有时会出现电池的容量降低的问题或负极活性物质间的电阻增大的问题。
作为负极的导电材料,可以列举铜或镍等金属材料;石墨、炭黑等碳材料等。
作为用于形成浆料的溶剂,只要是负极活性物质、粘结剂以及根据需要使用的增粘剂和导电材料能够溶解或分散的溶剂即可,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,可以列举水、醇等。作为有机系溶剂,可以列举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、二乙三胺、N,N-二甲氨基丙胺、四氢呋喃(THF)、甲苯、丙酮、二乙醚、二甲基乙酰胺、六甲基磷酰胺、二甲基亚砜、苯、二甲苯、喹啉、吡啶、甲基萘、己烷等。
作为负极用集电体的材质,可以列举铜、镍或不锈钢等。其中,从容易加工成薄膜的观点以及成本的观点出发,优选铜箔。
集电体的厚度通常为1μm以上,优选为5μm以上,通常为100μm以下,优选为50μm以下。当负极集电体的厚度过厚时,有时电池整体的容量过低,反之当过薄时,有时操作变得困难。
负极的制造按照常规方法即可。例如可以列举在上述负极材料中添加上述的粘结剂、增粘剂、导电材料、溶剂等,制成浆料状,涂布到集电体上,干燥之后进行压制从而实现高密度化的方法。并且,在使用合金材料的情况下,还可以采用利用蒸镀法、溅射法、镀敷法等手法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。
将负极活性物质制成电极时的电极结构没有特别限制,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,更优选为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。当存在于集电体上的负极活性物质的密度高于上述范围时,有时负极活性物质颗粒被破坏,导致初始不可逆容量增加或因电解液向集电体/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变差。而当低于上述范围时,有时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。
负极板的厚度与所使用的正极板匹配设计,没有特别限制。减去芯材的金属箔厚度的合材层的厚度通常为15μm以上,优选为20μm以上,更优选为30μm以上,并且通常为300μm以下,优选为280μm以下,更优选为250μm以下。
并且,可以使用在上述负极板的表面附着有组成与其不同的物质的负极板。作为表面附着物质,可以列举氧化铝、氧化硅、氧化钛、氧化锆、氧化镁、氧化钙、氧化硼、氧化锑、氧化铋等氧化物、硫酸锂、硫酸钠、硫酸钾、硫酸镁、硫酸钙、硫酸铝等硫酸盐、碳酸锂、碳酸钙、碳酸镁等碳酸盐等。
<隔膜>
本发明的锂离子二次电池优选还具有隔膜。
关于上述隔膜的材质和形状,只要对电解液稳定、且保液性优异即可,没有特别限定,能够使用公知的隔膜。其中,优选使用由相对于本发明的电解液稳定的材料形成的、使用了树脂、玻璃纤维、无机物等的保液性优异的多孔性片材或无纺布形态的隔膜等。
作为树脂、玻璃纤维隔膜的材料,例如可以使用聚乙烯、聚丙烯等聚烯烃、芳香族聚酰胺、聚四氟乙烯、聚醚砜、玻璃滤纸等。聚丙烯/聚乙烯二层膜、聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯三层膜等这些材料可以单独使用1种,也可以将2种以上以任意的组合和比率并用。其中,从电解液的浸透性和切断效果(shut-down effect)良好的观点出发,上述隔膜优选为以聚乙烯、聚丙烯等聚烯烃为原料的多孔性片材或无纺布等。
隔膜的厚度是任意的,通常为1μm以上,优选为5μm以上,更优选为8μm以上,并且通常为50μm以下,优选为40μm以下,更优选为30μm以下。当隔膜与上述范围相比过薄时,有时绝缘性或机械强度降低。而当与上述范围相比过厚时,不仅有时速率特性等电池性能降低,还有时作为电解液电池整体的能量密度降低。
而且,在使用多孔性片材或无纺布等多孔材料作为隔膜的情况下,隔膜的孔隙率是任意的,通常为20%以上,优选为35%以上,更优选为45%以上,并且通常为90%以下,优选为85%以下,更优选为75%以下。当孔隙率与上述范围相比过小时,存在膜电阻增大、速率特性变差的倾向。而当与上述范围相比过大时,存在隔膜的机械强度降低、绝缘性下降的倾向。
并且,隔膜的平均孔径也是任意的,通常为0.5μm以下,优选为0.2μm以下,并且通常为0.05μm以上。当平均孔径高于上述范围时,容易发生短路。而当低于上述范围时,有时膜电阻增大、速率特性降低。
另一方面,作为无机物的材料,例如可以使用氧化铝或二氧化硅等氧化物、氮化铝或氮化硅等氮化物、硫酸钡或硫酸钙等硫酸盐,可以使用颗粒形状或纤维形状的材料。
作为形态,可以使用无纺布、织布、微多孔性膜等薄膜形状的材料。在薄膜形状中,适合使用孔径为0.01~1μm、厚度为5~50μm的薄膜。除了上述的单独的薄膜形状以外,还可以使用利用树脂制的粘结剂在正极和/或负极的表层形成有含上述无机物颗粒的复合多孔层而得到的隔膜。例如可以列举以含氟树脂为粘结剂,在正极的两面形成90%粒径小于1μm的氧化铝颗粒的多孔层。
<电池设计>
就电极组而言,上述的正极板和负极板隔着上述隔膜而成的叠层结构的电极组、以及上述的正极板和负极板隔着上述隔膜卷绕成旋涡状的结构的电极组均可。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。
当电极组占有率低于上述范围时,电池容量减小。而当高于上述范围时,有时空隙空间减小,电池达到高温,从而导致部件膨胀、电解质的液体成分的蒸气压升高,内部压力上升,作为电池的充放电反复性能或高温保存等诸特性下降,甚至将内部压力向外泄出的气体放出阀工作。
集电结构没有特别限制,为了更有效地利用本发明的电解液实现高电流密度的充放电特性的提高,优选减小布线部分和接合部分的电阻的结构。在这样减小内部电阻的情况下,能够特别良好地发挥使用本发明的电解液的效果。
在电极组为上述的叠层结构时,适合采用将各电极层的金属芯部分捆扎在一起将其焊接于端子而形成的结构。在单片的电极面积增大的情况下,内部电阻增大,所以还优选在电极内设置多个端子以减小电阻。在电极组为上述的卷绕结构时,通过在正极和负极分别设置多个引线结构并捆扎于端子,能够降低内部电阻。
外装壳体的材质只要是对于所使用的电解液稳定的物质即可,没有特别限制。具体而言,可以使用镀镍钢板、不锈钢、铝或铝合金、镁合金等金属类或者树脂与铝箔的叠层膜(层压膜)。从轻量化的观点出发,适合使用铝或铝合金的金属、层压膜。
在使用金属类的外装壳体中,可以列举通过激光焊接、电阻焊接、超声波焊接将金属彼此焊接制成密封密闭结构的壳体、或者借助树脂制密封垫使用上述金属类制成铆接结构的壳体。在使用上述层压膜的外装壳体中,可以列举通过将树脂层彼此热熔接而制成密封密闭结构的壳体等。为了提高密封性,上述树脂层之间可以介入与层压膜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接而制成密闭结构的情况下,由于金属与树脂接合,所以作为介入的树脂,适合使用具有极性基团的树脂或导入了极性基团的改性树脂。
本发明的锂离子二次电池的形状是任意的,例如可以列举圆筒型、方型、层压型、硬币型、大型等形状。而且,正极、负极、隔膜的形状和构成可以根据各电池的形状变更使用。
并且,具备本发明的锂离子二次电池的组件也是本发明之一。
上述双电荷层电容器可以具有正极、负极和上述的电解液。
在上述双电荷层电容器中,正极和负极中的至少一方是极化性电极,作为极化性电极和非极化性电极,可以使用日本特开平9-7896号公报中详细记载的以下的电极。
本发明中使用的以活性炭为主体的极化性电极,优选含有大比表面积的非活性炭和赋予电子传导性的炭黑等导电剂的极化性电极。极化性电极可以由各种方法形成。例如,将活性炭粉末、炭黑和酚醛系树脂混合,压制成型后在非活性气体气氛中和水蒸气气氛中进行烧制、活化,由此能够形成由活性炭和炭黑构成的极化性电极。优选该极化性电极利用导电性粘接剂等与集电体接合。
另外,也可以在醇的存在下对活性炭粉末、炭黑和结合剂进行混炼成型为片状,干燥制成极化性电极。该结合剂例如可以使用聚四氟乙烯。另外,还可以将活性炭粉末、炭黑、结合剂和溶剂混合制成浆料,将该浆料涂布于集电体的金属箔,进行干燥,制成与集电体一体化的极化性电极。
可以将以活性炭为主体的极化性电极用于两极而制成双电荷层电容器,也可以为单侧使用非极化性电极的构成,例如,将以金属氧化物等电池活性物质为主体的正极和以活性炭为主体的极化性电极的负极组合而成的构成;将以能够可逆地吸留、释放锂离子的碳材料为主体的负极、或者锂金属或锂合金的负极、和以活性炭为主体的极化性的正极组合而成的构成。
并且,也可以代替活性炭或者与其并用地使用炭黑、石墨、膨胀石墨、多孔碳、碳纳米管、碳纳米角、科琴黑等碳质材料。
作为非极化性电极,优选以能够可逆地吸留、释放锂离子的碳材料为主体,将该碳材料中吸留有锂离子的材料用于电极。此时,电解质使用锂盐。根据该构成的双电荷层电容器,还能够获得超过4V的高的耐电压。
用于调制电极制作时的浆料的溶剂优选将结合剂溶解的溶剂,可以根据结合剂的种类,适当地选择N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、甲苯、二甲苯、异佛尔酮、甲乙酮、乙酸乙酯、乙酸甲酯、邻苯二甲酸二甲酯、乙醇、甲醇、丁醇或水。
作为极化性电极所使用的活性炭,有酚醛树脂系活性炭、椰壳系活性炭、石油焦系活性炭等。其中,从获得大容量的观点出发,优选使用石油焦系活性炭或酚醛树脂系活性炭。另外,活性炭的活化处理方法有水蒸气活化处理法、熔融KOH活化处理法等,从获得更大容量的观点出发,优选使用利用熔融KOH活化处理法得到的活性炭。
作为极化性电极所使用的优选的导电剂,可以列举炭黑、科琴黑、乙炔黑、天然石墨、人造石墨、金属纤维、导电性氧化钛、氧化钌。关于极化性电极中使用的炭黑等导电剂的混合量,为了获得良好的导电性(低的内部电阻),并且当过多时制品的容量降低,因此优选在与活性炭的合计量中为1~50质量%。
另外,作为极化性电极所使用的活性炭,为了获得大容量且低内部电阻的双电荷层电容器,优选使用平均粒径为20μm以下且比表面积为1500~3000m2/g的活性炭。并且,作为用于构成以能够可逆地吸留、释放锂离子的碳材料为主体的电极的优选的碳材料,可以列举天然石墨、人造石墨、石墨化炭空心球、石墨化晶须、气层成长碳纤维、糠醇树脂的烧制品或酚醛清漆树脂的烧制品。
集电体只要是具有化学、电化学的耐腐蚀性的物质即可。作为以活性炭为主体的极化性电极的集电体,优选使用不锈钢、铝、钛或钽。其中,不锈钢或铝在所得到的双电荷层电容器的特性和价格两方面是特别优选的材料。作为以能够可逆地吸留、释放锂离子的碳材料为主体的电极的集电体,优选使用不锈钢、铜或镍。
并且,为了使能够可逆地吸留、释放锂离子的碳材料预先吸留锂离子,有以下的方法:(1)将粉末状的锂预先混入能够可逆地吸留、释放锂离子的碳材料中的方法;(2)在由能够可逆地吸留、释放锂离子的碳材料和结合剂形成的电极上载置锂箔,在与电极电接触的状态下,将该电极浸渍到溶有锂盐的电解液中,从而使锂离子化,使锂离子进入碳材料中的方法;(3)将由能够可逆地吸留、释放锂离子的碳材料和结合剂形成的电极置于负极侧,将锂金属置于正极侧,浸渍于以锂盐为电解质的非水系电解液中,流通电流,以电化学的方式使锂以离子化的状态进入碳材料中的方法。
作为双电荷层电容器,通常已知卷绕型双电荷层电容器、层压型双电荷层电容器、硬币型双电荷层电容器等,上述双电荷层电容器也能够制成这些形式。
例如,卷绕型双电荷层电容器通过如下操作组装:将由集电体与电极层的叠层体(电极)构成的正极和负极隔着隔膜卷绕,制作卷绕元件,将该卷绕元件放入铝制等的壳体中,充满电解液、优选非水系电解液之后,用橡胶制的封口体封住进行密封。
作为隔膜,能够使用现有公知的材料和构成的隔膜。例如可以列举聚乙烯多孔膜、聚丙烯纤维或玻璃纤维、纤维素纤维的无纺布等。
另外,也可以利用公知的方法,制成将片状的正极和负极隔着电解液和隔膜叠层而成的层压型双电荷层电容器、或者用密封垫固定并隔着电解液和隔膜将正极和负极构成为硬币型的硬币型双电荷层电容器。
本发明的电解液作为混合动力汽车用或分散电源用的大型锂离子二次电池用或双电荷层电容器用的电解液极为有用。
实施例
下面列举实施例对本发明进行说明,但本发明不限于这些实施例。
(电解液的制备)
按照表中记载的组成将各成分混合,在其中以1.0摩尔/升的浓度添加LiPF6,得到电解液。
其中,表中的化合物如下。
溶剂
Figure BDA0001635278710000961
化合物A
Figure BDA0001635278710000962
化合物B
Figure BDA0001635278710000963
使用所得到的电解液,按照下述方法制作锂离子二次电池。
(正极的制作)
使用LiNi0.5Mn1.5O4作为正极活性物质,使用乙炔黑作为导电材料,使用聚偏氟乙烯(PVdF)的N-甲基-2-吡咯烷酮分散体作为粘结剂,准备活性物质、导电材料、粘结剂以固态成分比92/3/5(质量%比)混合而成的正极合剂浆料。将所得到的正极合剂浆料均匀地涂布在厚度为20μm的铝箔集电体上,干燥之后,利用压力机进行压缩成型,制成正极。
(负极的制作)
使用人造石墨粉末作为负极活性物质,使用羧甲基纤维素钠的水性分散体(羧甲基纤维素钠的浓度为1质量%)作为增粘剂,使用苯乙烯-丁二烯橡胶的水性分散体(苯乙烯-丁二烯橡胶的浓度为50质量%)作为粘结剂,准备活性物质、增粘剂、粘结剂以固体成分比97.6/1.2/1.2(质量%比)在水溶剂中混合制成浆料状的负极合剂浆料。均匀地涂布在厚度为20μm的铜箔上,干燥之后,利用压力机进行压缩成型,制成负极。
(锂离子二次电池的制作)
将如上所述制造的负极、正极和聚乙烯制隔膜按照负极、隔膜、正极的顺序叠层,制作电池元件。
将该电池元件插入利用树脂层包覆铝片(厚度40μm)的两面的层压膜构成的袋内,并使正极和负极的端子突出,然后,将电解液分别注入袋内,进行真空密封,制成片状的锂离子二次电池。
<高温保存前后气体量评价>
将以规定的充放电条件(以0.5C、规定的电压进行充电,直至充电电流达到0.1C,再以相当于1C的电流放电至3.0V)进行的充放电循环作为1个循环,由第3循环的放电容量求出初始放电容量,之后,测定再次进行CC/CV充电(0.1C切断)至4.75V之后的气体量。测定气体量后,将制造的二次电池在85℃、24小时的条件下进行高温保存。保存结束后,测定二次电池的高温保存试验后的气体量。气体量的测定温度为25℃。根据下式求出气体量。
产生气体量(ml)=高温保存后的气体量(ml)-高温保存前的气体量(ml)
<高温保存特性评价试验>
用板夹住上述制造的二次电池进行加压,在该状态下,在25℃,以相当于0.2C的电流进行恒电流-恒电压充电(以下记作CC/CV充电)(0.1C切断)至4.35V之后,以0.2C的恒电流放电至3V,将其作为1个循环,由第3循环的放电容量求出初始放电容量。在此,1C表示以1小时将电池的基准容量放电的电流值,例如,0.2C表示其1/5的电流值。再次进行CC/CV充电(0.1C切断)至4.35V之后,在60℃、3天的条件下进行高温保存。接着,在25℃、以0.2C放电至3V,测定高温保存后的残余容量,求得残余容量相对于初始放电容量的比例,将其作为保存容量维持率(%)。
(残余容量)÷(初始放电容量)×100=保存容量维持率(%)
将结果示于表1~3中。
Figure BDA0001635278710000991
Figure BDA0001635278710001001
Figure BDA0001635278710001011

Claims (12)

1.一种电解液,其特征在于:
含有通式(1)所示的化合物(1),化合物(1)的含量相对于电解液为0.001~10000质量ppm,
通式(1):
Figure FDA0002796456030000011
式(1)中,R11和R13独立地为卤代烷基,R12和R14为H,X11和X12独立地为O或S。
2.如权利要求1所述的电解液,其特征在于:
所述电解液还含有溶剂,所述溶剂含有碳酸酯。
3.如权利要求1或2所述的电解液,其特征在于:
所述电解液还含有溶剂,所述溶剂含有链状醚。
4.如权利要求1或2所述的电解液,其特征在于:
所述电解液还含有选自通式(3)所示的化合物(3)、通式(4)所示的化合物(4)、通式(5)所示的化合物(5)和通式(6)所示的化合物(6)中的至少一种锂盐(X),
通式(3):
Figure FDA0002796456030000012
式(3)中,X31和X32相同或不同,分别为-H、-F、-O、-OCN、具有醚键的烷基或不具有醚键的烷基、具有醚键的氟代烷基或不具有醚键的氟代烷基、具有醚键的烷氧基或不具有醚键的烷氧基或者具有醚键的氟代烷氧基或不具有醚键的氟代烷氧基,X31和X32相互键合形成环或不相互键合,a为1~3的整数,
通式(4):
Figure FDA0002796456030000021
式(4)中,X41为-H、-F、-Cl、具有醚键的烷基或不具有醚键的烷基、具有醚键的氟代烷基或不具有醚键的氟代烷基、具有醚键的烷氧基或不具有醚键的烷氧基或者具有醚键的氟代烷氧基或不具有醚键的氟代烷氧基,
通式(5):
Figure FDA0002796456030000022
式(5)中,X51为-H、-F、-Cl、具有醚键的烷基或不具有醚键的烷基、具有醚键的氟代烷基或不具有醚键的氟代烷基、具有醚键的烷氧基或不具有醚键的烷氧基或者具有醚键的氟代烷氧基或不具有醚键的氟代烷氧基,
通式(6):
Figure FDA0002796456030000023
式(6)中,X61为-H、-F、-Cl、具有醚键的烷基或不具有醚键的烷基、具有醚键的氟代烷基或不具有醚键的氟代烷基、具有醚键的烷氧基或不具有醚键的烷氧基或者具有醚键的氟代烷氧基或不具有醚键的氟代烷氧基。
5.如权利要求1或2所述的电解液,其特征在于:
所述电解液还含有选自通式(7)所示的化合物(7)和通式(8)所示的化合物(8)中的至少一种环状二羰基化合物,
通式(7):
Figure FDA0002796456030000031
Aa+为金属离子、氢离子或鎓离子,a为1~3的整数,b为1~3的整数,p为b/a,n73为1~4的整数,n71为0~8的整数,n72为0或1,Z71为过渡金属、元素周期表的Ⅲ族、Ⅳ族或Ⅴ族的元素,
X71为O、S、碳原子数为1~10的亚烷基、碳原子数为1~10的卤代亚烷基、碳原子数为6~20的亚芳基或碳原子数为6~20的卤代亚芳基,其中,亚烷基、卤代亚烷基、亚芳基和卤代亚芳基在其结构中具有或不具有取代基、杂原子,并且在n72为1、n73为2~4时,n73个X71分别键合或不键合,
L71为卤原子、氰基、碳原子数为1~10的烷基、碳原子数为1~10的卤代烷基、碳原子数为6~20的芳基、碳原子数为6~20的卤代芳基或-Z73Y73,其中,亚烷基、卤代亚烷基、亚芳基和卤代亚芳基在其结构中具有或不具有取代基、杂原子,并且在n71为2~8时,n71个L71分别键合形成环或不键合,
Y71、Y72和Z73分别独立地为O、S、NY74、烃基或氟代烃基,Y73和Y74分别独立地为H、F、碳原子数为1~10的烷基、碳原子数为1~10的卤代烷基、碳原子数为6~20的芳基或碳原子数为6~20的卤代芳基,其中,烷基、卤代烷基、芳基和卤代芳基在其结构中具有或不具有取代基、杂原子,Y73或Y74在存在多个的情况下,分别键合形成环或不键合,
通式(8):
Figure FDA0002796456030000041
式(8)中,n81为0或1,n82为0或1,Z81为过渡金属、元素周期表的Ⅲ族、Ⅳ族或Ⅴ族的元素,
X81为O、S、碳原子数为1~10的亚烷基、碳原子数为1~10的卤代亚烷基、碳原子数为6~20的亚芳基或碳原子数为6~20的卤代亚芳基,其中,亚烷基、卤代亚烷基、亚芳基和卤代亚芳基在其结构中具有或不具有取代基、杂原子,
Y81和Y82分别独立地为O、S、NY84、烃基或氟代烃基,Y84为H、碳原子数为1~10的烷基、碳原子数为1~10的卤代烷基、碳原子数为6~20的芳基、碳原子数为6~20的卤代芳基,其中,烷基、卤代烷基、芳基和卤代芳基在其结构中具有或不具有取代基、杂原子,Y84在存在多个的情况下,分别键合形成环或不键合。
6.如权利要求1或2所述的电解液,其特征在于:
所述电解液还含有化合物(9),该化合物(9)在分子内含有杂原子与邻接原子的多重键,其中,该杂原子不包括氧原子,
化合物(9)是选自通式(9-1)~通式(9-3)所示的化合物中的至少一种,
通式(9-1):
Figure FDA0002796456030000042
通式(9-2):
Figure FDA0002796456030000043
通式(9-3):
Figure FDA0002796456030000044
式(9-1)、(9-2)和(9-3)中,X91为O或N,M91为C、P、S或N,Z91为N或不存在,但不包括L91-C=O,其中,上述L91-C=O表示没有N、M91为C、X91为O的情况,
L91由卤原子、氧原子、含有卤原子的R、OR、ORR′、ORR′O、SR、NR、SiR、OSiR、或者不含卤原子的R、OR、ORR′、ORR′O、SR、NR、SiR、OSiR表示,
其中,R和R′分别为碳原子数为1~10的烷基、亚烷基、烯基、炔基、碳原子数为1~10的卤代烷基、卤代亚烷基、卤代烯基、卤代炔基、碳原子数为1~10的环烷基,上述R和R′一起形成环或不形成环,n91为1~3的整数,m91为1或2。
7.如权利要求1或2所述的电解液,其特征在于:
所述电解液还含有化合物(9),该化合物(9)在分子内含有杂原子与邻接原子的多重键,其中,该杂原子不包括氧原子,
化合物(9)具有由-C≡N、-N=C=O、
Figure FDA0002796456030000051
中的任一项表示的结构。
8.如权利要求1或2所述的电解液,其特征在于:
所述电解液还含有化合物(9),该化合物(9)在分子内含有杂原子与邻接原子的多重键,其中,该杂原子不包括氧原子,
化合物(9)为选自通式(10)所示的化合物(10)、通式(11)所示的化合物(11)、通式(12)所示的化合物(12)、通式(13)所示的化合物(13)、通式(14)所示的化合物(14)、通式(15)所示的化合物(15)、通式(16)所示的化合物(16)和通式(17)所示的化合物(17)中的至少一种,
通式(10):
NC-R101-(CN)n101
式(10)中,R101为1~3价的烃基或1~3价的卤代烃基,n101为0~2的整数,
通式(11):
OCN-R111-(NCO)n111
式(11)中,R111为1价或2价的烃基或者1价或2价的卤代烃基,n111为0或1,
通式(12):
Figure FDA0002796456030000061
式(12)中,R121和R122相同或不同,为卤原子、1价或2价的烃基或者1价或2价的卤代烃基,R121和R122相互键合形成环或不相互键合,
通式(13):
Figure FDA0002796456030000062
式(13)中,R131和R132相同或不同,为卤原子、1价或2价的烃基或者1价或2价的卤代烃基,R131和R132相互键合形成环或不相互键合,
通式(14):
Figure FDA0002796456030000063
式(14)中,R141和R142相同或不同,为卤原子、1价或2价的烃基或者1价或2价的卤代烃基,R141和R142相互键合形成环或不相互键合,Z为氧原子或碳原子数为1~10的亚烷基,
通式(15):
Figure FDA0002796456030000071
式(15)中,R151~R153相同或不同,为有机基团,
通式(16):
Figure FDA0002796456030000072
式(16)中,R161~R166相同或不同,为卤原子或有机基团,
通式(17):
Figure FDA0002796456030000073
式(17)中,R171~R178相同或不同,为卤原子或有机基团。
9.一种电化学器件,其特征在于:
具有权利要求1、2、3、4、5、6、7或8所述的电解液。
10.一种锂离子二次电池,其特征在于:
具有权利要求1、2、3、4、5、6、7或8所述的电解液。
11.一种组件,其特征在于:
具有权利要求9所述的电化学器件。
12.一种组件,其特征在于:
具有权利要求10所述的锂离子二次电池。
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