CN110495042A - 锂离子二次电池用电解液、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提供低电阻且循环特性优异的锂离子二次电池的电解液。一种锂离子二次电池用电解液,其特征在于,含有由通式(1)表示的化合物(1),通式(1)中,R1和R2独立地为碳原子数1~4的可具有醚键的烷基。通式(1):

Description

锂离子二次电池用电解液、锂离子二次电池和组件
技术领域
本发明涉及锂离子二次电池用电解液、锂离子二次电池和组件。
背景技术
随着近年来电器制品的轻量化、小型化,正在进行具有高能量密度的锂离子二次电池等电化学器件的开发。另外,随着锂离子二次电池等电化学器件的应用领域扩大,要求特性的改善。特别是今后在车载用途中使用锂离子二次电池的情况下,电池特性的改善变得越来越重要。
另一方面,对于电容器也进行了目的在于改善特性的研究,例如在专利文献1中记载了一种电解电容器用电解液,其特征在于,使用特定的含硼阴离子的季铵盐或季鏻盐作为溶质。
另外,专利文献2中记载了一种电化学电容器用电解液,其含有由特定的含硼阴离子和2位被烷基取代的咪唑鎓阳离子构成的脒鎓盐。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开平1-194313号公报
专利文献2:日本特开2008-218487号公报
发明内容
对于锂离子二次电池,要求低电阻、循环特性优异,寻求能够改善这些特性的电解液。
本发明是鉴于上述现状而完成的,其目的在于提供一种能够提供低电阻且循环特性优异的锂离子二次电池的电解液、以及具备该电解液的锂离子二次电池。
本发明为一种锂离子二次电池用电解液(以下,也称为本发明的第1电解液),其特征在于,含有由通式(1)表示的化合物(1),
通式(1):
(通式(1)中,R1和R2独立地为碳原子数1~4的可具有醚键的烷基。)
通式(1)中,优选的是R1和R2中的至少一者为甲基。
化合物(1)优选为选自由式(1-a)表示的化合物(1-a)和由式(1-b)表示的化合物(1-b)中的至少一种。
式(1-a):
式(1-b):
本发明还是一种锂离子二次电池用电解液(以下,也称为本发明的第2电解液),其特征在于,含有由通式(1-1)表示的咪唑鎓阳离子(1-1)、双草酸硼酸根阴离子和六氟磷酸根阴离子。
通式(1-1):
(通式(1-1)中,R1和R2独立地为碳原子数1~4的可具有醚键的烷基。)
通式(1-1)中,优选的是R1和R2中的至少一者为甲基。
咪唑鎓阳离子(1-1)优选为选自由
表示的咪唑鎓阳离子(1-1a)和由
表示的咪唑鎓阳离子(1-1b)中的至少一种。
本发明的第2电解液优选咪唑鎓阳离子(1-1)的浓度为1.0×10-5~1.0mol/L,双草酸硼酸根阴离子的浓度为1.0×10-5~1.0mol/L,六氟磷酸根阴离子的浓度为0.01~1.5mol/L。
本发明的第1和第2电解液优选进一步含有氯离子。
本发明的第1和第2电解液优选氯离子的浓度为1.0×10-6~1.0×103ppm。
本发明也是一种锂离子二次电池,其特征在于,具备本发明的第1和第2电解液。
本发明也是一种组件,其特征在于,具备上述锂离子二次电池。
发明的效果
根据本发明的电解液,可以提供低电阻且循环特性优异的锂离子二次电池。
本发明的锂离子二次电池为低电阻且循环特性优异。
具体实施方式
以下,具体地说明本发明。
本发明的第1电解液的特征在于,含有由通式(1)表示的化合物(1)。
通式(1):
通过含有化合物(1),本发明的第1电解液可以提供低电阻且循环特性优异的锂离子二次电池。
通式(1)中,R1和R2独立地为碳原子数1~4的可具有醚键的烷基。作为上述烷基,可举出甲基(Me)、乙基(Et)、丙基(Pr)、丁基(Bu)等。优选的是R1和R2中的至少一者为甲基,也优选R1和R2中的一者为甲基而另一者为乙基、丙基或丁基。
作为化合物(1),其中,优选为选自由式(1-a)表示的化合物(1-a)和由式(1-b)表示的化合物(1-b)中的至少一种。
式(1-a):
式(1-b):
化合物(1)的含量相对于上述电解液,优选为4.0×10-6~6.0×10-1mol/L。通过使化合物(1)的含量为上述范围,能够提供进一步低电阻且循环特性更优异的锂离子二次电池。作为化合物(1)的含量,相对于上述电解液,更优选为4.0×10-4mol/L以上,进一步优选为4.0×10-3mol/L以上,特别优选为1.6×10-2mol/L以上。此外,更优选为4.0×10-1mol/L以下,进一步优选为3.2×10-1mol/L以下,更进一步优选为2.0×10-1mol/L以下,特别优选为1.2×10-1mol/L以下。
本发明的第1电解液优选进一步含有氯离子(Cl)。
化合物(1)可以通过使
由下述通式:
(式中,R1和R2如上所述)表示的氯化咪唑鎓与
由下述式:
表示的双草酸硼酸锂(LIBOB)反应进行合成,因此有时来自上述氯化咪唑鎓的氯离子作为杂质残留。化合物(1)中的氯离子的含量例如可以通过以硅胶柱色谱法对化合物(1)进行精制来进行调整。
本发明的第1电解液中优选氯离子的浓度为1.0×10-6~1.0×103ppm。若氯离子的浓度为上述范围内,则能够提供进一步低电阻且循环特性更优异的锂离子二次电池。作为氯离子的浓度,更优选为1.0×10-5ppm以上,进一步优选为1.0×10-3ppm以上,更进一步优选为1.0×10-2ppm以上,特别优选为3.0×10-2ppm以上,最优选为6.0×10-1ppm以上。此外,更优选为100ppm以下,进一步优选为55ppm以下,更进一步优选为30ppm以下,更进一步优选为15ppm以下,特别优选为8.0ppm以下,最优选为3.0ppm以下。
本发明的第1电解液优选进一步含有LiPF6作为含有锂离子的化合物。
LiPF6的含量相对于上述电解液,优选为0.01~5.0mol/L。通过使LiPF6的含量为上述范围,能够提供进一步低电阻且循环特性更优异的锂离子二次电池。作为LiPF6的含量,相对于上述电解液,更优选为0.5mol/L以上,进一步优选为0.7mol/L以上,特别优选为0.8mol/L以上。此外,LiPF6更优选为1.8mol/L以下,进一步优选为1.5mol/L以下,特别优选为1.2mol/L以下。
本发明的第2电解液的特征在于,含有由通式(1-1)表示的咪唑鎓阳离子(1-1)、双草酸硼酸根阴离子和六氟磷酸根阴离子。
通式(1-1):
通过含有上述的特定的离子,本发明的第2电解液能够提供低电阻且循环特性优异的锂离子二次电池。
应予说明,双草酸硼酸根阴离子为由下述式表示的阴离子,六氟磷酸根阴离子为由PF6 表示的阴离子。
通式(1-1)中,R1和R2独立地为碳原子数1~4的可具有醚键的烷基。R1和R2的具体例和优选组合如针对通式(1)所说明的那样。
作为咪唑鎓阳离子(1-1),其中,优选为选自由
表示的咪唑鎓阳离子(1-1a)和由
表示的咪唑鎓阳离子(1-1b)中的至少一种。
本发明的第2电解液中,优选的是,咪唑鎓阳离子(1-1)的浓度为1.0×10-5~1.0mol/L,双草酸硼酸根阴离子的浓度为1.0×10-5~1.0mol/L,六氟磷酸根阴离子的浓度为0.01~1.5mol/L。若这些离子的浓度为上述范围内,则能够提供进一步低电阻且循环特性更优异的锂离子二次电池。
作为咪唑鎓阳离子(1-1)的浓度,更优选为1.0×10-4mol/L以上,进一步优选为5.0×10-3mol/L以上,更进一步优选为1.0×10-2mol/L以上,特别优选为3.0×10-2mol/L以上。此外,更优选为5.0×10-1mol/L以下,进一步优选为4.5×10-1mol/L以下,更进一步优选为3.0×10-1mol/L以下,特别优选为1.5×10-1mol/L以下,最优选为1.0×10-1mol/L以下。
作为双草酸硼酸根阴离子的浓度,更优选为1.0×10-4mol/L以上,进一步优选为5.0×10-3mol/L以上,更进一步优选为1.0×10-2mol/L以上,特别优选为3.0×10-2mol/L以上。此外,更优选为5.0×10-1mol/L以下,进一步优选为4.5×10-1mol/L以下,更进一步优选为3.0×10-1mol/L以下,特别优选为1.5×10-1mol/L以下,最优选为1.0×10-1mol/L以下。
作为六氟磷酸根阴离子的浓度,更优选为0.10mol/L以上,进一步优选为0.50mol/L以上,特别优选为0.80mol/L以上。此外,更优选为1.2mol/L以下,进一步优选为1.1mol/L以下。
本发明的第2电解液优选进一步含有氯离子。此时,氯离子的浓度优选为1.0×10-6~1.0×103ppm。若氯离子的浓度为上述范围内,则能够提供进一步低电阻且循环特性更优异的锂离子二次电池。作为氯离子的浓度,更优选为1.0×10-5ppm以上,进一步优选为1.0×10-3ppm以上,更进一步优选为1.0×10-2ppm以上,特别优选为3.0×10-2ppm以上,最优选为6.0×10-1ppm以上。此外,更优选为100ppm以下,进一步优选为55ppm以下,更进一步优选为30ppm以下,更进一步优选为15ppm以下,特别优选为8.0ppm以下,最优选为3.0ppm以下。
作为提供本发明的第2电解液所含的各离子的离子源,可以使用含有各离子且可溶于构成电解液的溶剂的化合物。上述离子源各自可以使用1种或2种以上。
作为咪唑鎓阳离子(1-1)的离子源,可举出由上述的化合物(1)、咪唑鎓阳离子(1-1)与抗衡阴离子(其中,不包括双草酸硼酸根阴离子)构成的化合物。
作为上述抗衡阴离子(其中,不包括双草酸硼酸根阴离子),可举出PF6 、N(FSO2)2 、N(CF3SO2)2 、ClO4 、Cl、BF4 等,其中优选为PF6
作为双草酸硼酸根阴离子的离子源,可举出由上述的化合物(1)、双草酸硼酸根阴离子与抗衡阳离子(其中,不包括咪唑鎓阳离子(1-1))构成的化合物。
作为上述抗衡阳离子(其中,不包括咪唑鎓阳离子(1-1)),可举出Li+、铵阳离子、吡啶鎓阳离子、吡咯烷鎓阳离子、哌啶鎓阳离子等,其中优选为Li+
从能够提供进一步低电阻且循环特性更优异的锂离子二次电池的方面考虑,优选使用化合物(1)作为咪唑鎓阳离子(1-1)和双草酸硼酸根阴离子这两者的离子源。
作为六氟磷酸根阴离子的离子源,可举出由六氟磷酸根阴离子和抗衡阳离子构成的化合物。
作为上述抗衡阳离子,可举出咪唑鎓阳离子(1-1)、Li+、铵阳离子、吡啶鎓阳离子、吡咯烷鎓阳离子、哌啶鎓阳离子等,其中优选为咪唑鎓阳离子(1-1)、Li+,更优选为Li+
如上所述,氯离子可以作为杂质包含在化合物(1)中。因此,作为氯离子的离子源,可使用化合物(1)。此时,化合物(1)中的氯离子的含量例如可以通过以硅胶柱色谱法对化合物(1)进行精制来进行调整。
此外,作为氯离子的其它离子源,也可以使用氯化锂、氯化铵、氯化吡啶鎓、氯化吡咯烷鎓、氯化哌啶鎓等氯化物。
本发明的第2电解液优选进一步含有锂离子(Li+)。上述电解液中的锂离子的浓度优选为0.01~1.5mol/L。作为锂离子的浓度,更优选为0.10mol/L以上,进一步优选为0.50mol/L以上,特别优选为0.80mol/L以上。此外,更优选为1.2mol/L以下,进一步优选为1.1mol/L以下。
作为锂离子的离子源,可举出由锂离子和抗衡阴离子构成的化合物,具体而言,可举出后述的化合物(5)(其中,Aa+为锂离子)、锂盐(其中,不包括化合物(5))。其中,优选为LiPF6、双草酸硼酸锂、氯化锂,更优选为LiPF6、双草酸硼酸锂,进一步优选为LiPF6
本发明的电解液(第1和第2电解液)优选含有溶剂。
上述溶剂优选含有碳酸酯或酯。
上述溶剂可以含有环状碳酸酯或链状碳酸酯。
上述环状碳酸酯可以为未氟代环状碳酸酯,也可以为氟代环状碳酸酯。
上述链状碳酸酯可以为未氟代链状碳酸酯,也可以为氟代链状碳酸酯。
上述溶剂优选含有选自未氟代饱和环状碳酸酯、氟代饱和环状碳酸酯,氟代链状碳酸酯和未氟代链状碳酸酯酯中的至少1种。
作为上述未氟代饱和环状碳酸酯,可举出具有碳原子数2~4的亚烷基的未氟代饱和环状碳酸酯。
其中,作为上述未氟代饱和环状碳酸酯,从介电常数高、粘度适当的方面考虑,优选为选自碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯、碳酸二丙酯、碳酸二丁酯、顺式-2,3-亚戊基碳酸酯、顺式-2,3-亚丁基碳酸酯、2,3-亚戊基碳酸酯、2,3-亚丁基碳酸酯、1,2-亚戊基碳酸酯、1,2-亚丁基碳酸酯、甲基异丙基碳酸酯和碳酸亚丁酯中的至少1种。
上述未氟代饱和环状碳酸酯可以单独使用1种,也可以以任意的组合和比率并用2种以上。
在含有上述未氟代饱和环状碳酸酯时,上述未氟代饱和环状碳酸酯的含量相对于上述溶剂优选为5~90体积%,更优选为10~60体积%,进一步优选为15~45体积%。
作为上述未氟代链状碳酸酯,例如可举出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、甲基-2-苯基苯基碳酸酯、苯基-2-苯基苯基碳酸酯、反式-2,3-亚戊基碳酸酯、反式-2,3-亚丁基碳酸酯、乙基苯基碳酸酯等烃系链状碳酸酯。其中,优选为选自碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯和碳酸二甲酯中的至少1种。
上述未氟代链状碳酸酯可以单独使用1种,也可以以任意的组合和比率并用2种以上。
在含有上述未氟代链状碳酸酯时,上述未氟代链状碳酸酯的含量相对于上述溶剂优选为10~90体积%,更优选为40~85体积%,进一步优选为50~80体积%。
上述溶剂优选含有上述未氟代链状碳酸酯和上述未氟代环状碳酸酯这两者。含有该组成的溶剂的电解液能够适宜地用于在较低的电压下使用的电化学器件。
上述溶剂优选含有合计20~100体积%的上述未氟代饱和环状碳酸酯和上述未氟代链状碳酸酯,更优选含有30~95体积%,进一步优选含有50~90体积%。
上述电解液含有上述未氟代环状碳酸酯和上述未氟代链状碳酸酯这两者时,作为上述未氟代环状碳酸酯与上述未氟代链状碳酸酯的体积比,优选为5/95~95/5,更优选为10/90以上,进一步优选为15/85以上,特别优选为20/80以上,更优选为90/10以下,进一步优选为60/40以下。
在上述溶剂含有选自上述未氟代链状碳酸酯和上述未氟代环状碳酸酯中的至少1种时,本发明的电解液也可以含有上述氟代饱和环状碳酸酯作为添加剂。作为此时的上述氟代饱和环状碳酸酯,优选为氟代碳酸亚乙酯、二氟代碳酸亚乙酯,上述氟代饱和环状碳酸酯的含量,相对于上述溶剂,优选为0.1~5质量%。
上述溶剂可以含有环状酯或链状酯。
上述环状酯可以为未氟代环状酯,也可以为氟代环状酯。
上述链状碳酸酯可以为未氟代链状酯,也可以为氟代链状酯。
上述溶剂优选含有选自未氟代饱和环状酯、氟代饱和环状酯、氟代链状酯和未氟代链状酯中的至少1种。
作为未氟代饱和环状酯,可举出具有碳原子数2~4的亚烷基的未氟代饱和环状酯。
作为具有碳原子数2~4的亚烷基的未氟代饱和环状酯的具体例,可举出β-丙内酯、γ-丁内酯、ε-己内酯、δ-戊内酯、α甲基-γ-丁内酯。其中,γ-丁内酯、δ-戊内酯从提高锂离子解离度和提高负载特性的方面出发特别优选。
未氟代饱和环状酯可以单独使用1种,也可以以任意的组合和比率并用2种以上。
作为未氟代链状酯,例如,可举出乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、丙酸丁酯、丙酸叔丁酯、丁酸叔丁酯、丙酸仲丁酯、丁酸仲丁酯、丁酸正丁酯、焦磷酸甲酯、焦磷酸乙酯、甲酸叔丁酯、乙酸叔丁酯、甲酸仲丁酯、乙酸仲丁酯、新戊酸正己酯、甲酸正丙酯、乙酸正丙酯、甲酸正丁酯、新戊酸正丁酯、新戊酸正辛酯、2-(二甲氧基磷酰基)乙酸乙酯、2-(二甲基磷酰基)乙酸乙酯、2-(二乙氧基磷酰基)乙酸乙酯、2-(二乙基磷酰基)乙酸乙酯、丙酸异丙酯、乙酸异丙酯、甲酸乙酯、2-丙炔基草酸乙酯、甲酸异丙酯、丁酸异丙酯、甲酸异丁酯、丙酸异丁酯、丁酸异丁酯、乙酸异丁酯等。
其中,优选为乙酸丁酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、丙酸丁酯,特别优选为丙酸乙酯、丙酸丙酯。
未氟代链状酯可以单独使用1种,也可以以任意的组合和比率并用2种以上。
未氟代饱和环状酯相对于溶剂,优选为0~90体积%,更优选为0.001~90体积%,进一步优选为1~60体积%,特别优选为5~40体积%。
未氟代链状酯相对于溶剂,优选为0~90体积%,更优选为0.001~90体积%,进一步优选为1~60体积%,特别优选为5~40体积%。
此外,未氟代饱和环状酯和未氟代链状酯的合计相对于溶剂,优选为0~90体积%,更优选为1~60体积%,进一步优选为5~40体积%。
从即使在高电压下也能够适宜地使用的方面考虑,上述溶剂优选含有氟代环状碳酸酯。上述氟代环状碳酸酯可以为氟代饱和环状碳酸酯,也可以为氟代不饱和环状碳酸酯。
应予说明,本说明书中“高电压”是指4.2V以上的电压。此外,“高电压”的上限优选为4.9V。
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,可举出由下述通式(A)表示的化合物。
(式中,X1~X4相同或不同,各自表示-H、-CH3、-C2H5、-F、可具有醚键的氟代烷基、或可具有醚键的氟代烷氧基。其中,X1~X4中的至少1个为-F、可具有醚键的氟代烷基、或可具有醚键的氟代烷氧基)。上述氟代烷基为-CF3、-CF2H、-CH2F等。
若含有上述氟代饱和环状碳酸酯,则将本发明的电解液应用于高电压锂离子二次电池等时电解液的耐氧化性提高,可得到稳定且优异的充放电特性。
应予说明,本说明书中“醚键”是由-O-表示的键。
从介电常数、耐氧化性良好的方面出发,X1~X4中的1个或2个优选为-F、可具有醚键的氟代烷基、或可具有醚键的氟代烷氧基。
从可以期待低温下的粘性的降低、闪点的上升、以及电解质盐的溶解性的提高出发,X1~X4优选为-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)是烷基所具有的氢原子的至少1个被氟原子取代而成的基团。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。
若碳原子数变得过大,则有可能低温特性降低,或者电解质盐的溶解性降低,若碳原子数过少,则有时会看到电解质盐的溶解性的降低、放电效率的降低、以及粘性的增大等。
上述氟代烷基(a)中,作为碳原子数为1的基团,可举出CFH2-、CF2H-、CF3-。在高温保存特性方面,特别优选CF2H-或CF3-,最优选为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方面出发,可优选例示由下述通式(a-1)表示的氟代烷基。
R1-R2-(a-1)
(式中,R1为可具有氟原子的碳原子数1以上的烷基;R2为可具有氟原子的碳原子数1~3的亚烷基;其中,R1和R2中的至少一者具有氟原子)。
应予说明,R1和R2可以进一步具有碳原子、氢原子和氟原子以外的其它原子。
R1为可具有氟原子的碳原子数1以上的烷基。作为R1,优选为碳原子数1~16的直链状或支链状的烷基。作为R1的碳原子数,更优选为1~6,进一步优选为1~3。
作为R1,具体而言,可举出作为直链状或支链状的烷基的如下基团:CH3-、CH3CH2-、CH3CH2CH2-、CH3CH2CH2CH2-、
等。
此外,R1为具有氟原子的直链状的烷基时,可举出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。
此外,在R1为具有氟原子的支链状的烷基时,优选可举出如下基团等。
但是,如果具有CH3-、CF3-这样的支链,则粘性容易变高,因此,更优选其数量少(1个)或为零。
R2为可具有氟原子的碳原子数1~3的亚烷基。R2可以为直链状,也可以为支链状。以下示出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个例子。R2由它们的单独一种或组合构成。
(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:
应予说明,在以上的例示中,从不发生基于碱的脱HCl反应、更稳定的观点出发,优选由不含Cl的结构单元构成。
R2为直链状时,仅由上述直链状的最小结构单元构成,其中优选为-CH2-、-CH2CH2-或-CF2-。从能够进一步提高电解质盐的溶解性的方面出发,更优选-CH2-或-CH2CH2-。
R2为支链状时,包含至少1个上述支链状的最小结构单元,优选可例示由通式-(CXaXb)-表示的基团(Xa为H、F、CH3或CF3;Xb为CH3或CF3。其中,Xb为CF3时,Xa为H或CH3)。它们特别是能够进一步提高电解质盐的溶解性。
作为优选的氟代烷基(a),例如可举出CF3CF2-、HCF2CF2-、H2CFCF2-、CH3CF2-、CF3CHF-、CH3CF2-、CF3CF2CF2-、HCF2CF2CF2-、H2CFCF2CF2-、CH3CF2CF2-、
等。
上述具有醚键的氟代烷基(b)是具有醚键的烷基所具有的氢原子的至少1个被氟原子取代而成的。上述具有醚键的氟代烷基(b)优选碳原子数为2~17。若碳原子数过多,则上述氟代饱和环状碳酸酯的粘性变高,此外,含氟基团变多,因此有时可看到因介电常数的降低所致的电解质盐的溶解性降低、与其它溶剂的相容性的降低。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。
构成上述具有醚键的氟代烷基(b)的醚部分的亚烷基可以为直链状或支链状的亚烷基。以下示出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个例子。
(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:
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、或直链状(i)与支链状(ii)的组合构成。优选的具体例如后所述。
应予说明,在以上的例示中,从不发生基于碱的脱HCl反应、更稳定的观点出发,优选由不含Cl的结构单元构成。
作为进一步优选的具有醚键的氟代烷基(b),可举出由通式(b-1)表示的基团。
R3-(OR4)n1- (b-1)
(式中,R3为可具有氟原子的、优选碳原子数为1~6的烷基;R4为可具有氟原子的、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1个具有氟原子)
作为R3和R4,可例示以下的基团,可以将它们适当组合而构成由上述通式(b-1)表示的具有醚键的氟代烷基(b),但并不仅限于这些。
(1)作为R3,优选为由通式:Xc 3C-(R5)n2-表示的烷基(3个Xc相同或不同,均为H或F;R5为碳原子数1~5的可具有氟原子的亚烷基;n2为0或1)。
n2为0时,作为R3,可举出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,可举出如下基团:
等。
但是,如果具有CH3-或CF3-这样的支链,则粘性容易变高,因此更优选R3为直链状。
(2)上述通式(b-1)的-(OR4)n1-中,n1为1~3的整数,优选为1或2。应予说明,n1=2或3时,R4可以相同也可以不同。
作为R4的优选具体例,可以例示接下来的直链状或支链状的基团。
作为直链状的基团,可例示-CH2-、-CHF-、-CF2-、-CH2CH2-、-CF2CH2-、-CF2CF2-、-CH2CF2-、-CH2CH2CH2-、-CH2CH2CF2-、-CH2CF2CH2-、-CH2CF2CF2-、-CF2CH2CH2-、-CF2CF2CH2-、-CF2CH2CF2-、-CF2CF2CF2-等。
作为支链状的基团,可举出如下基团:
等。
上述氟代烷氧基(c)是用氟原子取代烷氧基所具有的氢原子的至少1个而成的。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),特别优选为由Xd 3C-(R6)n3-O-表示的氟代烷氧基(3个Xd相同或不同,均为H或F;R6优选为碳原子数1~5的可具有氟原子的亚烷基;n3为0或1;其中,3个Xd中的任一个包含氟原子)。
作为上述氟代烷氧基(c)的具体例,可举出在作为上述通式(a-1)中的R1而例示的烷基的末端键合氧原子而成的氟代烷氧基。
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。若含氟率过低,则有可能无法充分获得低温下的粘性降低效果、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)的含氟率是基于各基团的结构式,根据{(氟原子的个数×19)/各基团的式量}×100(%)而算出的值。
此外,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%。
应予说明,上述氟代饱和环状碳酸酯的含氟率是基于氟代饱和环状碳酸酯的结构式,根据{(氟原子的个数×19)/氟代饱和环状碳酸酯的分子量}×100(%)而算出的值。
作为上述氟代饱和环状碳酸酯,具体而言,例如,可举出以下化合物。
作为X1~X4中的至少1个为-F的氟代饱和环状碳酸酯的具体例,可举出如下化合物等。
这些化合物的耐电压高,电解质盐的溶解性也良好。
另外,也可以使用如下化合物:
等。
作为X1~X4中的至少1个为氟代烷基(a)、且其余全部为-H的氟代饱和环状碳酸酯的具体例,可举出如下化合物:
等。
作为X1~X4中的至少1个为具有醚键的氟代烷基(b)、或氟代烷氧基(c),且其余全部为-H的氟代饱和环状碳酸酯的具体例,可举出如下化合物:
等。
其中,作为上述氟代饱和环状碳酸酯,优选为以下化合物中的任一者。
作为上述氟代饱和环状碳酸酯,其中,更优选为氟代碳酸亚乙酯、二氟代碳酸亚乙酯、三氟甲基碳酸亚乙酯(3,3,3-三氟碳酸亚丙酯)、2,2,3,3,3-五氟丙基碳酸亚乙酯。
作为上述氟代饱和环状碳酸酯,另外还可举出反式-4,5-二氟-1,3-二氧戊环-2-酮、5-(1,1-二氟乙基)-4,4-二氟-1,3-二氧戊环-2-酮、4-亚甲基-1,3-二氧戊环-2-酮、4-甲基-5-三氟甲基-1,3-二氧戊环-2-酮、4-乙基-5-氟-1,3-二氧戊环-2-酮、4-乙基-5,5-二氟-1,3-二氧戊环-2-酮、4-乙基-4,5-二氟-1,3-二氧戊环-2-酮、4-乙基-4,5,5-三氟-1,3-二氧戊环-2-酮、4,4-二氟-5-甲基-1,3-二氧戊环-2-酮、4-氟-5-甲基-1,3-二氧戊环-2-酮、4-氟-5-三氟甲基-1,3-二氧戊环-2-酮、4,4-二氟-1,3-二氧戊环-2-酮、三氟甲基碳酸亚乙酯等。
上述氟代不饱和环状碳酸酯为具有不饱和键和氟原子的环状碳酸酯,优选为被具有芳香环或碳-碳双键的取代基取代而成的氟代碳酸亚乙酯衍生物,具体而言,可举出4,4-二氟-5-苯基碳酸亚乙酯、4,5-二氟-4-苯基碳酸亚乙酯、4-氟-5-苯基碳酸亚乙酯、4-氟-5-乙烯基碳酸亚乙酯、4-氟-4-苯基碳酸亚乙酯、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-氟-4-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-乙烯基碳酸亚乙酯、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等。
应予说明,上述氟代环状碳酸酯并不仅限定于上述具体例。另外,上述氟代环状碳酸酯可以单独使用1种,也可以以任意的组合和比率并用2种以上。
上述氟代环状碳酸酯的含量相对于上述溶剂优选为5~90体积%,更优选为10~60体积%,进一步优选为15~45体积%。
从即使在高电压下也能够适宜地使用的方面考虑,上述溶剂优选含有氟代链状碳酸酯。
作为上述氟代链状碳酸酯,可举出由通式(B)表示的化合物。
Rf2OCOOR7 (B)
(式中,Rf2为碳原子数1~7的氟代烷基,R7为碳原子数1~7的可含有氟原子的烷基。)
Rf2为碳原子数1~7的氟代烷基,R7为碳原子数1~7的可含有氟原子的烷基。
上述氟代烷基是烷基所具有的氢原子的至少1个被氟原子取代而成的。在R7为含有氟原子的烷基时成为氟代烷基。
从低粘性的方面考虑,Rf2和R7优选碳原子数为1~7,更优选为1~2。
若碳原子数过大,则有可能低温特性降低,或者电解质盐的溶解性降低,若碳原子数过少,则有时看到电解质盐的溶解性的降低、放电效率的降低、以及粘性的增大等。
作为碳原子数为1的氟代烷基,可举出CFH2-、CF2H-、CF3-等。在高温保存特性方面特别优选CFH2-或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良好的方面出发,优选可例示由下述通式(d-1)表示的氟代烷基。
R1-R2-(d-1)
(式中,R1为可具有氟原子的碳原子数1以上的烷基;R2为可具有氟原子的碳原子数1~3的亚烷基;其中,R1和R2中的至少一者具有氟原子)
应予说明,R1和R2可进一步具有除碳原子、氢原子和氟原子以外的其它原子。
R1为可具有氟原子的碳原子数1以上的烷基。作为R1,优选为碳原子数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1~6,进一步优选为1~3。
作为R1,具体而言,可举出作为直链状或支链状的烷基的CH3-、CF3-、CH3CH2-、CH3CH2CH2-、CH3CH2CH2CH2-、
等。
此外,在R1为具有氟原子的直链状的烷基时,可举出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。
此外,在R1为具有氟原子的支链状的烷基时,优选举出如下基团等。
但是,如果具有CH3-或CF3-这样的支链,则粘性容易变高,因此,更优选其数量少(1个)或为零。
R2为可具有氟原子的碳原子数1~3的亚烷基。R2可以为直链状,也可以为支链状。以下示出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个例子。R2由它们的单独一种或组合构成。
(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:
应予说明,在以上的例示中,从不发生基于碱的脱HCl反应、更稳定的观点出发,优选由不含Cl的结构单元构成。
R2为直链状时,仅由上述直链状的最小结构单元构成,其中优选为-CH2-、-CH2CH2-或-CF2-。从能够更进一步提高电解质盐的溶解性的方面出发,更优选为-CH2-或-CH2CH2-。
R2为支链状时,包含至少1个上述支链状的最小结构单元,可优选例示由通式-(CXaXb)-表示的基团(Xa为H、F、CH3或CF3;Xb为CH3或CF3。其中,在Xb为CF3时,Xa为H或CH3)。它们特别是能够更进一步提高电解质盐的溶解性。
作为优选氟代烷基,具体而言,例如,可举出CF3CF2-、HCF2CF2-、H2CFCF2-、CH3CF2-、CF3CH2-、CF3CF2CF2-、HCF2CF2CF2-、H2CFCF2CF2-、CH3CF2CF2-、
等。
其中,作为Rf2和R7的氟代烷基,优选为CF3-、CF3CF2-、(CF3)2CH-、CF3CH2-、C2F5CH2-、CF3CF2CH2-、HCF2CF2CH2-、CF3CFHCF2CH2-、CFH2-、CF2H-,从阻燃性高、倍率特性、耐氧化性良好的方面出发,更优选为CF3CH2-、CF3CF2CH2-、HCF2CF2CH2-、CFH2-、CF2H-。
R7为不含氟原子的烷基时为碳原子数1~7的烷基。从低粘性的方面考虑,R7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,可举出CH3-、CH3CH2-、(CH3)2CH-、C3H7-等。其中,从粘度低、倍率特性良好的方面出发,优选为CH3-、CH3CH2-。
上述氟代链状碳酸酯优选含氟率为20~70质量%。若含氟率为上述的范围,则可以维持与溶剂的相容性、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。
应予说明,本发明中含氟率是基于上述氟代链状碳酸酯的结构式,根据下式算出的值。
{(氟原子的个数×19)/氟代链状碳酸酯的分子量}×100(%)
作为上述氟代链状碳酸酯,从低粘性的方面考虑,优选为以下的化合物中的任一者。
作为上述氟代链状碳酸酯,更优选为2,2,2-三氟乙基甲基碳酸酯。
上述氟代链状碳酸酯的含量相对于上述溶剂优选为10~90体积%,更优选为40~85体积%,进一步优选为50~80体积%。
上述溶剂优选含有选自上述氟代链状碳酸酯和上述氟代环状碳酸酯中的至少1种,更优选含有上述氟代链状碳酸酯和上述氟代环状碳酸酯这两者。含有该组成的溶剂的电解液可以适宜地用于在较高电压下使用的电化学器件。
上述溶剂优选含有合计10~100体积%的上述氟代环状碳酸酯和上述氟代链状碳酸酯。作为上述含量,合计更优选为20体积%以上,进一步优选为30体积%以上,特别优选为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。
上述溶剂含有上述氟代环状碳酸酯和上述氟代链状碳酸酯这两者时,作为上述氟代环状碳酸酯与上述氟代链状碳酸酯的体积比,优选为5/95~95/5,更优选为10/90以上,进一步优选为20/80以上,特别优选为30/70以上,更优选为80/20以下,进一步优选为60/40以下。
从即使在高电压下也能够适宜地使用的方面考虑,上述溶剂还优选含有氟代链状酯。作为上述氟代链状酯,从与其它溶剂的相容性、耐氧化性良好的方面出发,优选为由下述通式表示的氟代链状酯。
Rf31COORf32
(式中,Rf31为碳原子数1~4的氟代烷基,Rf32为碳原子数1~4的可含有氟原子的烷基。)
作为Rf31,例如可例示HCF2-、CF3-、CF3CF2-、HCF2CF2-、CH3CF2-、CF3CH2-等,其中,从粘度、耐氧化性良好的方面出发,特别优选HCF2-、CF3-、CF3CF2-、CF3CH2-。
作为Rf32,例如可例示CH3-、C2H5-、CF3-、CF3CF2-、(CF3)2CH-、CF3CH2-、CF3CH2CH2-、CF3CFHCF2CH2-、C2F5CH2-、CF2HCF2CH2-、C2F5CH2CH2-、CF3CF2CH2-、CF3CF2CF2CH2-等,其中从与其它溶剂的相容性良好的方面出发,特别优选为CH3-、C2H5-、CF3CH2-、CF3CH2CH2-。
作为上述氟代链状酯的具体例,例如可例示CF3CH2C(=O)OCH3、HCF2C(=O)OCH3、CF3C(=O)OCH2CH2CF3、CF3C(=O)OCH2C2F5、CF3C(=O)OCH2CF2CF2H、CF3C(=O)OCH2CF3、CF3C(=O)OCH(CF3)2等中的1种或2种以上,其中,从与其它溶剂的相容性及倍率特性良好的方面考虑,特别优选为CF3CH2C(=O)OCH3、HCF2C(=O)OCH3、CF3C(=O)OCH2C2F5、CF3C(=O)OCH2CF2CF2H、CF3C(=O)OCH2CF3、CF3C(=O)OCH(CF3)2、五氟丁酸乙酯、五氟丙酸甲酯、五氟丙酸乙酯、五氟异丁酸甲酯、三氟丁酸异丙酯、三氟乙酸乙酯、三氟乙酸叔丁酯、三氟乙酸正丁酯、三氟乙酸2,2,3,3-四氟丙酯、四氟-2-(甲氧基)丙酸甲酯、二氟乙酸甲酯、二氟乙酸乙酯、乙酸2,2-二氟乙酯、乙酸2,2,3,3-四氟丙酯、乙酸2,2,2-三氟乙酯、乙酸1H,1H-七氟丁酯、4,4,4-三氟丁酸甲酯、4,4,4-三氟丁酸乙酯、3,3,3-三氟丙酸甲酯、3,3,3-三氟丙酸乙酯、3,3,3-三氟丙酸3,3,3-三氟丙酯、3-(三氟甲基)丁酸乙酯、2,3,3,3-四氟丙酸甲酯、2,2-二氟乙酸丁酯、2,2,3,3-四氟丙酸甲酯、2-(三氟甲基)-3,3,3-三氟丙酸甲酯、七氟丁酸甲酯。
上述氟代链状酯的含量相对于溶剂,优选为5~90体积%,更优选为15~70体积%。
上述溶剂也可以含有选自上述氟代链状碳酸酯和上述氟代环状碳酸酯中的至少一种氟代碳酸酯以及上述氟代链状酯。含有该组成的溶剂的电解液可以适宜地用于在较高电压下使用的电化学器件。
上述溶剂含有上述氟代碳酸酯和上述氟代链状酯时,优选含有合计10~100体积%的上述氟代碳酸酯和上述氟代链状酯。作为上述含量,合计更优选为20体积%以上,进一步优选为30体积%以上,特别优选为40体积%以上,更优选为95体积%以下,进一步优选为90体积%以下,特别优选为85体积%以下。
上述溶剂含有上述氟代碳酸酯和上述氟代链状酯时,作为上述氟代碳酸酯与上述氟代链状酯的体积比,优选为5/95~95/5,更优选为10/90以上,进一步优选为20/80以上,特别优选为30/70以上,更优选为90/10以下。
上述溶剂优选仅由不具有氟原子的化合物(非氟代溶剂)构成。
此外,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。
本发明的电解液也可以进一步含有由通式(5)表示的化合物(5)。
通式(5):
(式中,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,n203为1~4的整数,n201为0~8的整数,n202为0或1,Z201为过渡金属、元素周期表的III族、IV族或V族的元素。
X201为O、S、碳原子数1~10的亚烷基、碳原子数1~10的卤代亚烷基、碳原子数6~20的亚芳基或碳原子数6~20的卤代亚芳基(亚烷基、卤代亚烷基、亚芳基、和卤代亚芳基在其结构中可以具有取代基、杂原子,此外,在n202为1、n203为2~4时,n203个X201各自可以键合)。
L201为卤素原子、氰基、碳原子数1~10的烷基、碳原子数1~10的卤代烷基、碳原子数6~20的芳基、碳原子数6~20的卤代芳基(亚烷基、卤代亚烷基、亚芳基和卤代亚芳基在其结构中可以具有取代基、杂原子,此外,在n201为2~8时,n201个L201可以各自键合而形成环)或-Z203Y203
Y201、Y202和Z203各自独立地为O、S、NY204、烃基或氟代烃基。Y203和Y204各自独立地为H、F、碳原子数1~10的烷基、碳原子数1~10的卤代烷基、碳原子数6~20的芳基或碳原子数6~20的卤代芳基(烷基、卤代烷基、芳基和卤代芳基在其结构中可以具有取代基、杂原子,在存在多个Y203或Y204时,可以各自键合而形成环))。
作为Aa+,可举出锂离子、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、镧系元素离子、锕系元素离子、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时,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时,晶格能变大,因此会引起难以溶解于溶剂的问题。因此,在需要溶解度时,更优选为1。阴离子的价数b也同样地为1~3的整数,特别优选为1。表示阳离子与阴离子的比的常数p必然由两者的价数的比b/a决定。
接着,对通式(5)的配体的部分进行说明。本说明书中,将通式(5)中的与Z201键合的有机或无机的部分称为配体。
Z201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。
X201表示O、S、碳原子数1~10的亚烷基、碳原子数1~10的卤代亚烷基、碳原子数6~20的亚芳基或碳原子数6~20的卤代亚芳基。这些亚烷基和亚芳基在其结构中可以具有取代基、杂原子。具体而言,可以具有卤素原子、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,也可以是导入有氮、硫、氧来代替亚烷基和亚芳基上的碳的结构。此外,在n202为1、n203为2~4时,n203个X201可以各自键合。作为这样的例子,可举出乙二胺四乙酸这样的配体。
L201表示卤素原子、氰基、碳原子数1~10的烷基、碳原子数1~10的卤代烷基、碳原子数6~20的芳基、碳原子数6~20的卤代芳基或-Z203Y203(关于Z203、Y203在以后叙述)。此处的烷基和芳基也可以与X201同样地在其结构中具有取代基、杂原子,另外,在n201为2~8时,n201个L201可以各自键合而形成环。作为L201,优选为氟原子或氰基。其原因在于,在氟原子的情况下,阴离子化合物的盐的溶解度、解离度提高,与此相伴,离子传导率提高。另外,耐氧化性提高,由此能够抑制副反应的发生。
Y201、Y202和Z203各自独立地表示O、S、NY204、烃基或氟代烃基。Y201和Y202优选为O、S或NY204,更优选为O。作为化合物(5)的特征,由于在同一配体内存在由Y201和Y202构成的与Z201的键,因此这些配体与Z201构成螯合结构。通过该螯合的效果,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n202为0或1,特别是在0的情况下,该螯合环为五元环,因此螯合效果得到最强烈地发挥,稳定性增加,因此优选。
应予说明,本说明书中,氟代烃基是烃基的氢原子中的至少1个被氟原子取代而成的基团。
Y203和Y204各自独立地为H、F、碳原子数1~10的烷基、碳原子数1~10的卤代烷基、碳原子数6~20的芳基或碳原子数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,此外,在存在多个Y203或Y204时,可以各自键合而形成环。
另外,与上述配体的数量相关的常数n203为1~4的整数,优选为1或2,更优选为2。另外,与上述配体的数量相关的常数n201为0~8的整数,优选为0~4的整数,更优选为0、2或4。进而,在n203为1时n201优选为2,在n203为2时,n201优选为0。
通式(5)中,烷基、卤代烷基、芳基、卤代芳基也包括具有支链、羟基或醚键等其它官能团的基团。
作为化合物(5),优选为由如下通式表示的化合物:
(式中,Aa+、a、b、p、n201、Z201和L201如上所述),或者,
(式中,Aa+、a、b、p、n201、Z201和L201如上所述)。
作为化合物(5),可举出草酸硼酸锂盐类,可举出由下述式:
表示的双草酸硼酸锂(LIBOB)、由下述式:
表示的二氟草酸硼酸锂(LIDFOB),
作为化合物(5),还可举出由下述式:
表示的二氟草酸磷酸锂(LIDFOP)、由下述式:
表示的四氟草酸磷酸锂(LITFOP)、由下述式:
表示的二氟双草酸磷酸锂等。
另外,作为络合物中心元素为硼的二羧酸络合物盐的具体例,可举出双(丙二酸)硼酸锂、二氟(丙二酸)硼酸锂、双(甲基丙二酸)硼酸锂、二氟(甲基丙二酸)硼酸锂、双(二甲基丙二酸)硼酸锂、二氟(二甲基丙二酸)硼酸锂等。
作为络合物中心元素为磷的二羧酸络合物盐的具体例,可举出三草酸磷酸锂、三(丙二酸)磷酸锂、二氟双(丙二酸)磷酸锂、四氟(丙二酸)磷酸锂、三(甲基丙二酸)磷酸锂、二氟双(甲基丙二酸)磷酸锂、四氟(甲基丙二酸)磷酸锂、三(二甲基丙二酸)磷酸锂、二氟双(二甲基丙二酸)磷酸锂、四氟(二甲基丙二酸)磷酸锂等。
作为络合物中心元素为铝的二羧酸络合物盐的具体例,可举出LiAl(C2O4)2、LiAlF2(C2O4)等。
其中,从获得的容易性、可有助于形成稳定的被膜状的结构物的方面考虑,更优选使用双草酸硼酸锂、二氟草酸硼酸锂、三草酸磷酸锂、二氟双草酸磷酸锂、四氟草酸磷酸锂。
作为化合物(5)的含量,从得到更加优异的循环特性出发,相对于上述溶剂,优选为0.001质量%以上,更优选为0.01质量%以上,优选为10质量%以下,更优选为3质量%以下。
本发明的电解液优选进一步含有电解质盐(其中,不包括化合物(5)和LiPF6)。作为上述电解质盐,可使用锂离子二次电池用电解液中可使用的任意的电解质盐。
作为上述电解质盐,优选为锂盐(其中,不包括化合物(5)和LiPF6)。
作为上述锂盐,可使用任意的锂盐,具体而言,可举出以下的锂盐。例如可举出LiBF4、LiClO4、LiAlF4、LiSbF6、LiTaF6、LiWF7、LiAsF6、LiAlCl4、LiI、LiBr、LiCl、LiB10Cl10、Li2SiF6、Li2PFO3、LiPO2F2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、甲基硫酸锂、乙基硫酸锂、2,2,2-三氟乙基硫酸锂等具有S=O基的锂盐类;
LiN(FCO)2、LiN(FCO)(FSO2)、LiN(FSO2)2、LiN(FSO2)(CF3SO2)、LiN(CF3SO2)2、LiN(C2F5SO2)2、双全氟乙烷磺酰亚胺锂、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、环状1,2-乙烷二磺酰亚胺锂、环状1,3-丙烷二磺酰亚胺锂、环状1,4-全氟丁烷二磺酰亚胺锂、LiN(CF3SO2)(FSO2)、LiN(CF3SO2)(C3F7SO2)、LiN(CF3SO2)(C4F9SO2)、LiN(POF2)2等锂酰亚胺盐类;
LiC(FSO2)3、LiC(CF3SO2)3、LiC(C2F5SO2)3等甲基化锂盐类;
另外,可举出由式:LiPFa(CnF2n+1)6-a(式中,a为0~5的整数,n为1~6的整数)表示的盐(例如LiPF3(C2F5)3、LiPF3(CF3)3、LiPF3(iso-C3F7)3、LiPF5(iso-C3F7)、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、LiSCN、LiB(CN)4、LiB(C6H5)4、Li2(C2O4)、LiP(C2O4)3、Li2B12FbH12-b(b为0~3的整数)等。
其中,从具有提高功率特性、高倍率充放电特性、高温保存特性、循环特性等的效果的观点出发,特别优选LiBF4、LiSbF6、LiTaF6、LiPO2F2、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、LiBF3CF3、LiBF3C2F5、LiPF3(CF3)3、LiPF3(C2F5)3等。
这些电解质盐可以单独使用,也可以并用2种以上。此外,还优选并用上述LiPF6与LiBF4、FSO3Li、LiPO2F2等,具有提高负载特性、循环特性的效果。
此时,LiBF4、FSO3Li或LiPO2F2相对于电解液整体100质量%的配合量没有限制,只要不显著损害本发明的效果则是任意的,相对于本发明的电解液,通常为0.01质量%以上,优选为0.1质量%以上,此外,通常为30质量%以下,优选为20质量%以下。
此外,另一个例子是无机锂盐与有机锂盐的并用,该两者的并用具有抑制因高温保存所致的劣化的效果。作为有机锂盐,优选为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、LiBF3CF3、LiBF3C2F5、LiPF3(CF3)3、LiPF3(C2F5)3等。此时,相对于电解液整体100质量%的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,此外,优选为30质量%以下,特别优选为20质量%以下。
电解液中的这些电解质盐的浓度只要不损害本发明的效果就没有特别限制。从使电解液的电导率为良好的范围、确保良好的电池性能的方面出发,电解液中的锂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,另外,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。
锂的总摩尔浓度过低时,有时电解液的电导率不充分,另一方面,若浓度过高,则有时由于粘度上升而导致电导率降低,有时电池性能降低。
本发明的电解液优选进一步含有由通式(2)表示的化合物(2)。
(式中,X21为至少含有H或C的基团,n21为1~3的整数,Y21和Z21相同或不同,为至少含有H、C、O或F的基团,n22为0或1,Y21和Z21可以彼此键合而形成环)。若上述电解液含有化合物(2),则即使在高温下保存的情况下,容量保持率也难以进一步降低,气体的产生量难以进一步增加。
n21为2或3时,2个或3个X21可以相同也可以不同。
在存在多个Y21和Z21时,存在多个的Y21和Z21可以相同也可以不同。
作为X21,优选为由-CY21Z21-(式中,Y21和Z21如上所述)或-CY21=CZ21-(式中,Y21和Z21如上所述)表示的基团。
作为Y21,优选为选自H-、F-、CH3-、CH3CH2-、CH3CH2CH2-、CF3-、CF3CF2-、CH2FCH2-和CF3CF2CF2-中的至少1种。
作为Z21,优选为选自H-、F-、CH3-、CH3CH2-、CH3CH2CH2-、CF3-、CF3CF2-、CH2FCH2-和CF3CF2CF2-中的至少1种。
或者,Y21和Z21可彼此键合而形成可包含不饱和键且可具有芳香族性的碳环或杂环。环的碳原子数优选为3~20。
接下来,对化合物(2)的具体例进行说明。应予说明,以下的例示中“相似物”是指在不违反本发明的主旨的范围内通过将所例示的酸酐的结构的一部分替换为其它结构而得到的酸酐,例如可举出由多个酸酐构成的二聚体、三聚体和四聚体等,或取代基的碳原子数相同但具有支链的等结构异构体,取代基与酸酐键合的部位不同的酸酐等。
作为形成有五元环结构的酸酐的具体例,可举出琥珀酸酐、甲基琥珀酸酐(4-甲基琥珀酸酐)、二甲基琥珀酸酐(4,4-二甲基琥珀酸酐、4,5-二甲基琥珀酸酐等)、4,4,5-三甲基琥珀酸酐、4,4,5,5-四甲基琥珀酸酐、4-乙烯基琥珀酸酐、4,5-二乙烯基琥珀酸酐、苯基琥珀酸酐(4-苯基琥珀酸酐)、4,5-二苯基琥珀酸酐、4,4-二苯基琥珀酸酐、柠康酸酐、马来酸酐、甲基马来酸酐(4-甲基马来酸酐)、4,5-二甲基马来酸酐、苯基马来酸酐(4-苯基马来酸酐)、4,5-二苯基马来酸酐、衣康酸酐、5-甲基衣康酸酐、5,5-二甲基衣康酸酐、邻苯二甲酸酐、3,4,5,6-四氢邻苯二甲酸酐等、以及它们的相似物等。
作为形成有六元环结构的酸酐的具体例,可举出环己烷二羧酸酐(环己烷-1,2-二羧酸酐等)、4-环己烯-1,2-二羧酸酐、戊二酸酐、戊烯二酸酐、2-苯基戊二酸酐等、以及它们的相似物等。
作为形成有其它环状结构的酸酐的具体例,可举出5-降冰片烯-2,3-二羧酸酐、环戊烷四羧酸二酐、均苯四甲酸酐、二甘醇酸酐等、以及它们的相似物等。
作为形成有环状结构且被卤素原子取代的酸酐的具体例,可举出单氟琥珀酸酐(4-氟琥珀酸酐等)、4,4-二氟琥珀酸酐、4,5-二氟琥珀酸酐、4,4,5-三氟琥珀酸酐、三氟甲基琥珀酸酐、四氟琥珀酸酐(4,4,5,5-四氟琥珀酸酐)、4-氟马来酸酐、4,5-二氟马来酸酐、三氟甲基马来酸酐、5-氟衣康酸酐、5,5-二氟衣康酸酐等、以及它们的相似物等。
作为化合物(2),其中,优选为戊二酸酐、柠康酸酐、戊烯二酸酐、衣康酸酐、二甘醇酸酐、环己烷二羧酸酐、环戊烷四羧酸二酐、4-环己烯-1,2-二羧酸酐、3,4,5,6-四氢邻苯二甲酸酐、5-降冰片烯-2,3-二羧酸酐、苯基琥珀酸酐、2-苯基戊二酸酐、马来酸酐、甲基马来酸酐、三氟甲基马来酸酐、苯基马来酸酐、琥珀酸酐、甲基琥珀酸酐、二甲基琥珀酸酐、三氟甲基琥珀酸酐、单氟琥珀酸酐、四氟琥珀酸酐等,更优选为马来酸酐、甲基马来酸酐、三氟甲基马来酸酐、琥珀酸酐、甲基琥珀酸酐、三氟甲基琥珀酸酐、四氟琥珀酸酐,进一步优选为马来酸酐、琥珀酸酐。
化合物(2)优选为选自由通式(3)表示的化合物(3)和由通式(4)表示的化合物(4)中的至少1种。
通式(3):
(式中,X31~X34相同或不同,为至少含有H、C、O或F的基团。)通式(4):
(式中,X41和X42相同或不同,为至少含有H、C、O或F的基团。)
作为X31~X34,相同或不同,优选为选自烷基、氟代烷基、烯基和氟代烯基中的至少一种。X31~X34的碳原子数优选为1~10,更优选为1~3。
作为X31~X34,相同或不同,更优选为选自H-、F-、CH3-、CH3CH2-、CH3CH2CH2-、CF3-、CF3CF2-、CH2FCH2-和CF3CF2CF2-中的至少1种。
作为X41和X42,相同或不同,优选为选自烷基、氟代烷基、烯基和氟代烯基中的至少1种。X41和X42的碳原子数优选为1~10,更优选为1~3。
作为X41和X42,相同或不同,更优选为选自H-、F-、CH3-、CH3CH2-、CH3CH2CH2-、CF3-、CF3CF2-、CH2FCH2-和CF3CF2CF2-中的至少1种。
作为化合物(3),优选为以下化合物中的任一者。
作为化合物(4),优选为以下化合物中的任一者。
上述电解液即使在高温下保管的情况下,容量保持率也难以进一步降低,气体的产生量难以进一步增加,因此优选相对于上述电解液含有0.0001~15质量%的化合物(2)。作为化合物(2)的含量,更优选为0.01~10质量%,进一步优选为0.1~3质量%,特别优选为0.1~1.0质量%。
在上述电解液含有化合物(3)和(4)这两者的情况下,即使在高温下保管的情况下,容量保持率也难以进一步降低,气体的产生量难以进一步增加,因此上述电解液优选相对于上述电解液含有0.08~2.50质量%的化合物(3)和0.02~1.50质量%的化合物(4),更优选含有0.80~2.50质量%的化合物(3)和0.08~1.50质量%的化合物(4)。
本发明的电解液还可以含有选自由下述通式(1a)、(1b)和(1c)表示的腈化合物中的至少1种。
(式中,Ra和Rb各自独立地表示氢原子、氰基(CN)、卤素原子、烷基、或烷基的至少一部分的氢原子被卤素原子取代而成的基团。n表示1~10的整数。)
(式中,Rc表示氢原子、卤素原子、烷基、烷基的至少一部分的氢原子被卤素原子取代而成的基团、或由NC-Rc1-Xc1-(Rc1表示亚烷基,Xc1表示氧原子或硫原子)表示的基团。Rd和Re各自独立地表示氢原子、卤素原子、烷基、或烷基的至少一部分的氢原子被卤素原子取代而成的基团。m表示1~10的整数。)
(式中,Rf、Rg、Rh和Ri各自独立地表示包含氰基(CN)的基团、氢原子(H)、卤素原子、烷基、或烷基的至少一部分的氢原子被卤素原子取代而成的基团。其中,Rf、Rg、Rh和Ri中的至少1个为包含氰基的基团。l表示1~3的整数。)
由此,可以提高电化学器件的高温保存特性。可以单独使用上述腈化合物,也可以以任意的组合和比率并用2种以上。
上述通式(1a)中,Ra和Rb各自独立地为氢原子、氰基(CN)、卤素原子、烷基、或烷基的至少一部分的氢原子被卤素原子取代而成的基团。
作为卤素原子,例如,可举出氟原子、氯原子、溴原子、碘原子。其中优选为氟原子。
作为烷基,优选为碳原子数1~5的烷基。作为烷基的具体例,可举出甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、叔丁基等。
作为烷基的至少一部分的氢原子被卤素原子取代而成的基团,可举出将上述烷基的至少一部分的氢原子以上述卤素原子取代而成的基团。
在Ra和Rb为烷基、或烷基的至少一部分的氢原子被卤素原子取代而成的基团时,Ra与Rb可以彼此键合而形成环结构(例如,环己烷环)。
Ra和Rb优选为氢原子或烷基。
上述通式(1a)中,n为1~10的整数。n为2以上时,n个Ra可以完全相同,也可以至少一部分不同。对于Rb也是同样的。n优选为1~7的整数,更优选为2~5的整数。
作为由上述通式(1a)表示的腈化合物,优选为二腈和三腈。
作为二腈的具体例,可例示丙二腈、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、联环己烷-1,1-二甲腈、联环己烷-2,2-二甲腈、联环己烷-3,3-二甲腈、2,5-二甲基-2、5-己烷二甲腈、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、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’-(亚乙二氧基)二丙腈、3,3’-(亚乙二硫基)二丙腈、3,9-双(2-氰基乙基)-2,4,8,10-四氧杂螺[5,5]十一烷、丁腈、邻苯二甲腈等。这些之中,特别优选为丁二腈、戊二腈、己二腈,最优选为己二腈。
此外,作为三腈的具体例,可举出戊三甲腈、丙三甲腈、1,3,5-己三甲腈、1,3,6-己三甲腈、庚三甲腈、1,2,3-丙三甲腈、1,3,5-戊三甲腈、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、三(2-氰基乙基)胺等,特别优选为1,3,6-己三甲腈、环己烷三甲腈,最优选为环己烷三甲腈。
上述通式(1b)中,Rc为氢原子、卤素原子、烷基、烷基的至少一部分的氢原子被卤素原子取代而成的基团、或由NC-Rc1-Xc1-(Rc1表示亚烷基,Xc1表示氧原子或硫原子)表示的基团,Rd和Re各自独立地为氢原子、卤素原子、烷基、或烷基的至少一部分的氢原子被卤素原子取代而成的基团。
关于卤素原子、烷基和烷基的至少一部分的氢原子被卤素原子取代而成的基团,可举出上述通式(1a)所例示的基团。
上述NC-Rc1-Xc1-中的Rc1为亚烷基。作为亚烷基,优选为碳原子数1~3的亚烷基。
Rc、Rd和Re优选各自独立地为氢原子、卤素原子、烷基、或烷基的至少一部分的氢原子被卤素原子取代而成的基团。
Rc、Rd和Re中的至少1个优选为卤素原子、或烷基的至少一部分的氢原子被卤素原子取代而成的基团,更优选为氟原子、或烷基的至少一部分的氢原子被氟原子取代而成的基团。
在Rd和Re为烷基、或烷基的至少一部分的氢原子被卤素原子取代而成的基团时,Rd与Re可以彼此键合而形成环结构(例如,环己烷环)。
上述通式(1b)中,m为1~10的整数。在m为2以上时,m个Rd可以完全相同,也可以至少一部分不同。对于Re也是同样的。m优选为2~7的整数,更优选为2~5的整数。
作为由上述通式(1b)表示的腈化合物,可例示乙腈、丙腈、丁腈、异丁腈、戊腈、异戊腈、月桂腈、3-甲氧基丙腈、2-甲基丁腈、三甲基乙腈、己腈、环戊烷甲腈、环己烷甲腈、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’-氧二丙腈、3,3’-硫代二丙腈、五氟丙腈、甲氧基乙腈、苯甲腈等。这些之中,特别优选为3,3,3-三氟丙腈。
上述通式(1c)中,Rf、Rg、Rh和Ri各自独立地为包含氰基(CN)的基团、氢原子、卤素原子、烷基、或烷基的至少一部分的氢原子被卤素原子取代而成的基团。
关于卤素原子、烷基和烷基的至少一部分的氢原子被卤素原子取代而成的基团,可举出上述通式(1a)所例示的基团。
作为包含氰基的基团,除了氰基以外,还可举出烷基的至少一部分的氢原子被氰基取代而成的基团。作为此时的烷基,可举出针对上述通式(1a)所例示的烷基。
Rf、Rg、Rh和Ri中的至少1个为包含氰基的基团。优选的是,Rf、Rg、Rh和Ri中的至少2个为包含氰基的基团,更优选的是,Rh和Ri为包含氰基的基团。在Rh和Ri为包含氰基的基团时,Rf和Rg优选为氢原子。
上述通式(1c)中,l优选为1~3的整数。l为2以上时,l个Rf可以完全相同,也可以至少一部分不同。对于Rg也是同样的。l优选为1~2的整数。
作为由上述通式(1c)表示的腈化合物,可例示3-己烯二腈、己二烯二腈、马来二腈、富马二腈、丙烯腈、甲基丙烯腈、丁烯腈、3-甲基丁烯腈、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-己烯腈等,优选为3-己烯二腈、己二烯二腈,特别优选为3-己烯二腈。
上述腈化合物的含量相对于电解液优选为0.2~7质量%。由此,能够进一步提高电化学器件在高电压下的高温保存特性、安全性。上述腈化合物的含量的合计的下限更优选为0.3质量%,进一步优选为0.5质量%。上限更优选为5质量%,进一步优选为2质量%,特别优选为0.5质量%。
本发明的电解液也可以含有具有异氰酸酯基的化合物(以下,有时简写为“异氰酸酯”)。作为上述异氰酸酯,没有特别限定,可使用任意的异氰酸酯。作为异氰酸酯的例子,可举出单异氰酸酯类、二异氰酸酯类、三异氰酸酯类等。
作为单异氰酸酯类的具体例,可举出异氰酸基甲烷、异氰酸基乙烷、1-异氰酸基丙烷、1-异氰酸基丁烷、1-异氰酸基戊烷、1-异氰酸基己烷、1-异氰酸基庚烷、1-异氰酸基辛烷、1-异氰酸基壬烷、1-异氰酸基癸烷、异氰酸基环己烷、甲氧基羰基异氰酸酯、乙氧基羰基异氰酸酯、丙氧基羰基异氰酸酯、丁氧基羰基异氰酸酯、甲氧基磺酰基异氰酸酯、乙氧基磺酰基异氰酸酯、丙氧基磺酰基异氰酸酯、丁氧基磺酰基异氰酸酯、氟磺酰基异氰酸酯、异氰酸甲酯、异氰酸丁酯、异氰酸苯酯、丙烯酸2-异氰酸基乙酯、甲基丙烯酸2-异氰酸基乙酯、异氰酸乙酯等。
作为二异氰酸酯类的具体例,可举出1,4-二异氰酸基丁烷、1,5-二异氰酸基戊烷、1,6-二异氰酸基己烷、1,7-二异氰酸基庚烷、1,8-二异氰酸基辛烷、1,9-二异氰酸基壬烷、1,10-二异氰酸基癸烷、1,3-二异氰酸基丙烯、1,4-二异氰酸基-2-丁烯、1,4-二异氰酸基-2-氟丁烷、1,4-二异氰酸基-2,3-二氟丁烷、1,5-二异氰酸基-2-戊烯、1,5-二异氰酸基-2-甲基戊烷、1,6-二异氰酸基-2-己烯、1,6-二异氰酸基-3-己烯、1,6-二异氰酸基-3-氟己烷、1,6-二异氰酸基-3,4-二氟己烷、甲苯二异氰酸酯、二甲苯二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、1,2-双(异氰酸基甲基)环己烷、1,3-双(异氰酸基甲基)环己烷、1,4-双(异氰酸基甲基)环己烷、1,2-二异氰酸基环己烷、1,3-二异氰酸基环己烷、1,4-二异氰酸基环己烷、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、异佛尔酮二异氰酸酯、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)、2,4,4-三甲基六亚甲基二异氰酸酯、2,2,4-三甲基六亚甲基二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、1,4-亚苯基二异氰酸酯、八亚甲基二异氰酸酯、四亚甲基二异氰酸酯等。
作为三异氰酸酯类的具体例,可举出1,6,11-三异氰酸基十一烷、4-异氰酸基甲基-1,8-八亚甲基二异氰酸酯、1,3,5-三异氰酸酯甲基苯、1,3,5-三(6-异氰酸基己-1-基)-1,3,5-三嗪-2,4,6(1H,3H,5H)-三酮、4-(异氰酸基甲基)八亚甲基=二异氰酸酯等。
其中,1,6-二异氰酸基己烷、1,3-双(异氰酸基甲基)环己烷、1,3,5-三(6-异氰酸基己-1-基)-1,3,5-三嗪-2,4,6(1H,3H,5H)-三酮、2,4,4-三甲基六亚甲基二异氰酸酯、2,2,4-三甲基六亚甲基二异氰酸酯从在工业上容易获得,将电解液的制造成本抑制得较低的方面考虑是优选的,此外,从技术观点出发,也有助于稳定的被膜状的结构物的形成,更优选使用。
异氰酸酯的含量没有特别限定,只要不显著损害本发明的效果则是任意的,相对于电解液,优选为0.001质量%~1.0质量%。若异氰酸酯的含量为该下限以上,则能够对非水系电解液二次电池带来充分的循环特性提高效果。此外,若为该上限以下,则可以避免非水系电解液二次电池的初始的电阻的增加。异氰酸酯的含量更优选为0.01质量%以上,进一步优选为0.1质量%以上,特别优选为0.2质量%以上,此外,更优选为0.8质量%以下,进一步优选为0.7质量%以下,特别优选为0.6质量%以下。
本发明的电解液也可以含有环状磺酸酯。作为环状磺酸酯,没有特别限定,可使用任意的环状磺酸酯。作为环状磺酸酯的例子,可举出饱和环状磺酸酯、不饱和环状磺酸酯、饱和环状二磺酸酯、不饱和环状二磺酸酯等。
作为饱和环状磺酸酯的具体例,可举出1,3-丙烷磺内酯、1-氟-1,3-丙烷磺内酯、2-氟-1,3-丙烷磺内酯、3-氟-1,3-丙烷磺内酯、1-甲基-1,3-丙烷磺内酯、2-甲基-1,3-丙烷磺内酯、3-甲基-1,3-丙烷磺内酯、1,3-丁烷磺内酯、1,4-丁烷磺内酯、1-氟-1,4-丁烷磺内酯、2-氟-1,4-丁烷磺内酯、3-氟-1,4-丁烷磺内酯、4-氟-1,4-丁烷磺内酯、1-甲基-1,4-丁烷磺内酯、2-甲基-1,4-丁烷磺内酯、3-甲基-1,4-丁烷磺内酯、4-甲基-1,4-丁烷磺内酯、2,4-丁烷磺内酯等。
作为不饱和环状磺酸酯的具体例,可举出1-丙烯-1,3-磺内酯、2-丙烯-1,3-磺内酯、1-氟-1-丙烯-1,3-磺内酯、2-氟-1-丙烯-1,3-磺内酯、3-氟-1-丙烯-1,3-磺内酯、1-氟-2-丙烯-1,3-磺内酯、2-氟-2-丙烯-1,3-磺内酯、3-氟-2-丙烯-1,3-磺内酯、1-甲基-1-丙烯-1,3-磺内酯、2-甲基-1-丙烯-1,3-磺内酯、3-甲基-1-丙烯-1,3-磺内酯、1-甲基-2-丙烯-1,3-磺内酯、2-甲基-2-丙烯-1,3-磺内酯、3-甲基-2-丙烯-1,3-磺内酯、1-丁烯-1,4-磺内酯、2-丁烯-1,4-磺内酯、3-丁烯-1,4-磺内酯、1-氟-1-丁烯-1,4-磺内酯、2-氟-1-丁烯-1,4-磺内酯、3-氟-1-丁烯-1,4-磺内酯、4-氟-1-丁烯-1,4-磺内酯、1-氟-2-丁烯-1,4-磺内酯、2-氟-2-丁烯-1,4-磺内酯、3-氟-2-丁烯-1,4-磺内酯、4-氟-2-丁烯-1,4-磺内酯、1,3-丙烯磺内酯、1-氟-3-丁烯-1,4-磺内酯、2-氟-3-丁烯-1,4-磺内酯、3-氟-3-丁烯-1,4-磺内酯、4-氟-3-丁烯-1,4-磺内酯、1-甲基-1-丁烯-1,4-磺内酯、2-甲基-1-丁烯-1,4-磺内酯、3-甲基-1-丁烯-1,4-磺内酯、4-甲基-1-丁烯-1,4-磺内酯、1-甲基-2-丁烯-1,4-磺内酯、2-甲基-2-丁烯-1,4-磺内酯、3-甲基-2-丁烯-1,4-磺内酯、4-甲基-2-丁烯-1,4-磺内酯、1-甲基-3-丁烯-1,4-磺内酯、2-甲基-3-丁烯-1,4-磺内酯、3-甲基-3-丁烯-1,4-磺内酯、4-甲基-3-丁烯-14-磺内酯等。
其中,从可有助于获得的容易性、稳定的被膜状的结构物的形成的方面考虑,更优选使用1,3-丙烷磺内酯、1-氟-1,3-丙烷磺内酯、2-氟-1,3-丙烷磺内酯、3-氟-1,3-丙烷磺内酯、1-丙烯-1,3-磺内酯。环状磺酸酯的含量没有特别限定,只要不显著损害本发明的效果则是任意的,相对于电解液,优选为0.001质量%~3.0质量%。
若环状磺酸酯的含量为该下限以上,则能够对非水系电解液二次电池带来充分的循环特性提高效果。此外,若为该上限以下,则可以避免非水系电解液二次电池的制造成本的增加。环状磺酸酯的含量更优选为0.01质量%以上,进一步优选为0.1质量%以上,特别优选为0.2质量%以上,此外,更优选为2.5质量%以下,进一步优选为2.0质量%以下,特别优选为1.8质量%以下。
本发明的电解液可以进一步含有重均分子量为2000~4000、末端具有-OH、-OCOOH、或-COOH的聚环氧乙烷。
通过含有这样的化合物,电极界面的稳定性提高,可以使电化学器件的特性提高。
作为上述聚环氧乙烷,例如,可举出聚环氧乙烷单醇、聚环氧乙烷羧酸、聚环氧乙烷二醇、聚环氧乙烷二羧酸、聚环氧乙烷三醇、聚环氧乙烷三羧酸等。它们可以单独使用,也可以并用2种以上。
其中,从电化学器件的特性更加良好的方面考虑,优选为聚环氧乙烷单醇与聚环氧乙烷二醇的混合物、以及聚乙烯羧酸与聚乙烯二羧酸的混合物。
若上述聚环氧乙烷的重均分子量过小,则有可能容易氧化分解。上述重均分子量更优选为3000~4000。
上述重均分子量可以通过基于凝胶渗透色谱(GPC)法的聚苯乙烯换算进行测定。
上述聚环氧乙烷的含量在电解液中优选为1×10-6~1×10-2mol/kg。若上述聚环氧乙烷的含量过多,则有可能会损害电化学器件的特性。
上述聚环氧乙烷的含量更优选为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、防过充剂、其它公知的助剂等。由此,可以抑制电化学器件的特性的降低。
作为不饱和环状碳酸酯,可举出碳酸亚乙烯酯类、被具有芳香环或碳-碳双键或碳-碳三键的取代基取代而成的碳酸亚乙酯类、碳酸苯酯类、碳酸乙烯酯类、碳酸烯丙酯类、儿茶酚碳酸酯类等。
作为碳酸亚乙烯酯类,可举出碳酸亚乙烯酯、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、乙炔基碳酸亚乙酯、炔丙基碳酸亚乙酯、甲基碳酸亚乙烯酯、二甲基碳酸亚乙烯酯等。
作为被具有芳香环或碳-碳双键或碳-碳三键的取代基取代而成的碳酸亚乙酯类的具体例,可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-亚甲基-1,3-二氧戊环-2-酮、4,5-二亚甲基-1,3-二氧戊环-2-酮、4-甲基-5-烯丙基碳酸亚乙酯等。
其中,作为不饱和环状碳酸酯,优选为碳酸亚乙烯酯、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。此外,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更稳定的界面保护被膜,因此特别优选,最优选为碳酸亚乙烯酯、乙烯基碳酸亚乙酯。
不饱和环状碳酸酯的分子量没有特别限制,只要不显著损害本发明的效果则是任意的。分子量优选为50~250。若为该范围,则容易确保不饱和环状碳酸酯在电解液中的溶解性,容易充分体现本发明的效果。不饱和环状碳酸酯的分子量更优选为80以上,此外,更优选为150以下。
不饱和环状碳酸酯的制造方法没有特别限制,可以任意地选择公知方法进行制造。
不饱和环状碳酸酯可以单独使用1种,也可以以任意的组合和比率并用2种以上。
上述不饱和环状碳酸酯的含量没有特别限制,只要不显著损害本发明的效果则是任意的。上述不饱和环状碳酸酯的含量在本发明中的溶剂100质量%中优选为0.001质量%以上,更优选为0.01质量%以上,进一步优选为0.1质量%以上。此外,上述含量优选为5质量%以下,更优选为4质量%以下,进一步优选为3质量%以下。若为上述范围内,则使用电解液的电化学器件容易体现充分的循环特性提高效果,此外,容易避免高温保存特性降低、气体产生量变多、放电容量维持率降低这样的情况。
作为不饱和环状碳酸酯,除了如上述的未氟代不饱和环状碳酸酯以外,也可以优选使用氟代不饱和环状碳酸酯。
氟代不饱和环状碳酸酯为具有不饱和键和氟原子的环状碳酸酯。若氟代不饱和环状碳酸酯所具有的氟原子的数量为1以上,则没有特别限制。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,可举出氟代碳酸亚乙烯酯衍生物、被具有芳香环或碳-碳双键的取代基取代而成的氟代碳酸亚乙酯衍生物等。
作为氟代碳酸亚乙烯酯衍生物,可举出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。
作为被具有芳香环或碳-碳双键的取代基取代而成的氟代碳酸亚乙酯衍生物,可举出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。
其中,作为氟代不饱和环状碳酸酯,由于可形成稳定的界面保护被膜,因此更优选使用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。
氟代不饱和环状碳酸酯的分子量没有特别限制,只要不显著损害本发明的效果则是任意的。分子量优选为50以上,并且500以下。若为该范围,则容易确保氟代不饱和环状碳酸酯在电解液中的溶解性。
氟代不饱和环状碳酸酯的制造方法没有特别限制,可以任意地选择公知的方法进行制造。分子量更优选为100以上,此外,更优选为200以下。
氟代不饱和环状碳酸酯可以单独使用1种,也可以以任意的组合和比率并用2种以上。此外,氟代不饱和环状碳酸酯的含量没有特别限制,只要不显著损害本发明的效果则是任意的。氟代不饱和环状碳酸酯的含量通常在电解液100质量%中优选为0.01质量%以上,更优选为0.1质量%以上,进一步优选为0.2质量%以上,此外,优选为5质量%以下,更优选为4质量%以下,进一步优选为3质量%以下。若为该范围内,则使用电解液的电化学器件容易体现充分的循环特性提高效果,此外,容易避免高温保存特性降低、气体产生量变多、放电容量维持率降低这样的情况。
本发明的电解液可以含有具有三键的化合物。只要是在分子内具有1个以上的三键的化合物则其种类没有特别限定。
作为具有三键的化合物的具体例,例如,可举出以下的化合物。
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、1-十二炔、2-十二炔、3-十二炔、4-十二炔、5-十二炔、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;
2-丙炔基甲基碳酸酯、2-丙炔基乙基碳酸酯、2-丙炔基丙基碳酸酯、2-丙炔基丁基碳酸酯、2-丙炔基苯基碳酸酯、2-丙炔基环己基碳酸酯、二-2-丙炔基碳酸酯、1-甲基-2-丙炔基甲基碳酸酯、1,1-二甲基-2-丙炔基甲基碳酸酯、2-丁炔基甲基碳酸酯、3-丁炔基甲基碳酸酯、2-戊炔基甲基碳酸酯、3-戊炔基甲基碳酸酯、4-戊炔基甲基碳酸酯等单碳酸酯;2-丁炔-1,4-二醇二碳酸二甲酯、2-丁炔-1,4-二醇二碳酸二乙酯、2-丁炔-1,4-二醇二碳酸二丙酯、2-丁炔-1,4-二醇二碳酸二丁酯、2-丁炔-1,4-二醇二碳酸二苯酯、2-丁炔-1,4-二醇二碳酸二环己酯等二碳酸酯;
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、环己基羧酸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、环己基羧酸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、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸乙烯酯、丙烯酸2-丙烯酯、丙烯酸2-丁烯酯、丙烯酸3-丁烯酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸乙烯酯、甲基丙烯酸2-丙烯酯、甲基丙烯酸2-丁烯酯、甲基丙烯酸3-丁烯酯、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、富马酸酯、三甲基乙酸甲酯、三甲基乙酸乙酯;
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-1,4-二醇二环己烷羧酸酯、六氢苯并[1,3,2]二氧硫杂环戊烷-2-氧化物(1,2-环己烷二醇、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基乙酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基乙酸酯等二羧酸酯;
草酸甲基2-丙炔基酯、草酸乙基2-丙炔基酯、草酸丙基2-丙炔基酯、草酸2-丙炔基乙烯基酯、草酸烯丙基2-丙炔基酯、草酸二-2-丙炔酯、草酸2-丁炔基甲基酯、草酸2-丁炔基乙基酯、草酸2-丁炔基丙基酯、草酸2-丁炔基乙烯基酯、草酸烯丙基2-丁炔基酯、草酸二-2-丁炔酯、草酸3-丁炔基甲基酯、草酸3-丁炔基乙基酯、草酸3-丁炔基丙基酯、草酸3-丁炔基乙烯基酯、草酸烯丙基3-丁炔基酯、草酸二-3-丁炔酯等草酸二酯;
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)氧化膦和二(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-丙炔酯和二(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-丙烯酯和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)酯和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)酯和乙基膦酸(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)酯和磷酸(2-丁烯基)(乙基)(1,1-二甲基-2-丙炔基)酯等磷酸酯。
这些之中,具有炔氧基的化合物在电解液中可更稳定地形成负极被膜,因此优选。
此外,2-丙炔基甲基碳酸酯、二-2-丙炔基碳酸酯、2-丁炔-1,4-二醇二碳酸二甲酯、乙酸2-丙炔酯、2-丁炔-1,4-二醇二乙酸酯、草酸甲基2-丙炔酯、草酸二-2-丙炔酯等化合物从提高保存特性的方面出发特别优选。
上述具有三键的化合物可以单独使用1种,也可以以任意的组合和比率并用2种以上。相对于本发明的电解液整体的具有三键的化合物的配合量没有限制,只要不显著损害本发明的效果则是任意的,相对于本发明的电解液,以通常为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、且通常为5质量%以下、优选为3质量%以下、更优选为1质量%以下的浓度含有。在满足上述范围时,功率特性、负载特性、循环特性、高温保存特性等效果进一步提高。
本发明的电解液中,为了在使用电解液的电化学器件成为过充电等状态时有效地抑制电池的破裂·起火,可以使用防过充剂。
作为防过充剂,可举出联苯、邻三联苯、间三联苯、对三联苯等未取代或被烷基取代的三联苯衍生物、未取代或被烷基取代的三联苯衍生物的部分氢化物、环己基苯、叔丁基苯、叔戊基苯、二苯基醚、二苯并呋喃、二苯基环己烷、1,1,3-三甲基-3-苯基茚满、环戊基苯、环己基苯、枯烯、1,3-二异丙基苯、1,4-二异丙基苯、叔丁基苯、叔戊基苯、叔己基苯、苯甲醚等芳香族化合物;2-氟联苯、4-氟联苯、邻环己基氟苯、对环己基氟苯、邻环己基氟苯、对环己基氟苯氟苯、氟甲苯、三氟甲苯等上述芳香族化合物的部分氟代物;2,4-二氟苯甲醚、2,5-二氟苯甲醚、1,6-二氟苯甲醚、2,6-二氟苯甲醚、3,5-二氟苯甲醚等含氟苯甲醚化合物;乙酸3-丙基苯酯、乙酸2-乙基苯酯、乙酸苄基苯酯、乙酸甲基苯酯、乙酸苄酯、乙酸苯乙基苯酯等芳香族乙酸酯类;二苯基碳酸酯、甲基苯基碳酸酯等芳香族碳酸酯类;甲苯、二甲苯等甲苯衍生物、2-甲基联苯、3-甲基联苯、4-甲基联苯、邻环己基联苯等未取代或被烷基取代的联苯衍生物等。其中,优选为联苯、烷基联苯、三联苯、三联苯的部分氢化物、环己基苯、叔丁基苯、叔戊基苯、二苯基醚、二苯并呋喃等芳香族化合物、二苯基环己烷、1,1,3-三甲基-3-苯基茚满、乙酸3-丙基苯酯、乙酸2-乙基苯酯、乙酸苄基苯酯、乙酸甲基苯酯、乙酸苄酯、二苯基碳酸酯、甲基苯基碳酸酯等。它们可以单独使用1种,也可以并用2种以上。在并用2种以上时,从防过充特性与高温保存特性的平衡的方面出发,特别优选并用选自环己基苯与叔丁基苯或叔戊基苯的组合、联苯、烷基联苯、三联苯、三联苯的部分氢化物、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1种、以及选自二苯基醚、二苯并呋喃等含氧芳香族化合物中的至少1种。
本发明中使用的电解液中也可使用羧酸酐(其中,不包括化合物(2))。优选为由下述通式(6)表示的化合物。羧酸酐的制造方法没有特别限制,可以任意地选择公知方法进行制造。
(通式(6)中,R61、R62各自独立地表示可具有取代基的碳原子数1以上且15以下的烃基。)
若R61、R62为一价的烃基,则其种类没有特别限制。例如,可以为脂肪族烃基也可以为芳香族烃基,也可以是脂肪族烃基与芳香族烃基键合而成的基团。脂肪族烃基可以为饱和烃基,也可以包含不饱和键(碳-碳双键或碳-碳三键)。此外,脂肪族烃基可以是链状也可以是环状,在链状的情况下,可以为直链状也可以为支链状。另外,也可以为链状与环状键合而成的基团。应予说明,R61和R62彼此可以相同,也可以不同。
此外,R61、R62的烃基具有取代基时,该取代基的种类只要不违反本发明的主旨就没有特别限制,作为例子,可举出氟原子、氯原子、溴原子、碘原子等卤素原子,优选为氟原子。或者,作为卤素原子以外的取代基,还可举出具有酯基、氰基、羰基、醚基等官能团的取代基等,优选为氰基、羰基。R61、R62的烃基可以仅具有1个这些取代基,也可以具有2个以上。在具有2个以上取代基时,这些取代基可以相同,也可以彼此不同。
R61、R62的各个烃基的碳原子数通常为1以上,此外,通常为15以下,优选为12以下,更优选为10以下,进一步优选为9以下。在R1与R2彼此键合而形成二价的烃基时,该二价的烃基的碳原子数通常为1以上,此外,通常为15以下,优选为13以下,更优选为10以下,进一步优选为8以下。另外,在R61、R62的烃基具有含有碳原子的取代基时,优选的是连该取代基也包括在内的R61、R62整体的碳原子数满足上述范围。
接着,对由上述通式(6)表示的酸酐的具体例进行说明。应予说明,在以下的例示中,“相似物”是指通过在不违反本发明的主旨的范围内将例示的酸酐的结构的一部分置换为其它结构而得到的酸酐,例如可举出由多个酸酐形成的二聚体、三聚体及四聚体等、或者取代基的碳数相同但具有支链的同分异构体的酸酐、取代基与酸酐键合的部位不同的酸酐等。
首先,在以下举出R61、R62相同的酸酐的具体例。
作为R61、R62为链状烷基的酸酐的具体例,可举出乙酸酐、丙酸酐、丁酸酐、2-甲基丙酸酐、2,2-二甲基丙酸酐、2-甲基丁酸酐、3-甲基丁酸酐、2,2-二甲基丁酸酐、2,3-二甲基丁酸酐、3,3-二甲基丁酸酐、2,2,3-三甲基丁酸酐、2,3,3-三甲基丁酸酐、2,2,3,3-四甲基丁酸酐、2-乙基丁酸酐等、以及它们的相似物等。
作为R61、R62为环状烷基的酸酐的具体例,可举出环丙烷羧酸酐、环戊烷羧酸酐、环己烷羧酸酐等、以及它们的相似物等。
作为R61、R62为烯基的酸酐的具体例,可举出丙烯酸酐、2-甲基丙烯酸酐、3-甲基丙烯酸酐、2,3-二甲基丙烯酸酐、3,3-二甲基丙烯酸酐、2,3,3-三甲基丙烯酸酐、2-苯基丙烯酸酐、3-苯基丙烯酸酐、2,3-二苯基丙烯酸酐、3,3-二苯基丙烯酸酐、3-丁烯酸酐、2-甲基-3-丁烯酸酐、2,2-二甲基-3-丁烯酸酐、3-甲基-3-丁烯酸酐、2-甲基-3-甲基-3-丁烯酸酐、2,2-二甲基-3-甲基-3-丁烯酸酐、3-戊烯酸酐、4-戊烯酸酐、2-环戊烯羧酸酐、3-环戊烯羧酸酐、4-环戊烯羧酸酐等、以及它们的相似物等。
作为R61、R62为炔基的酸酐的具体例,可举出丙炔酸酐、3-苯基丙炔酸酐、2-丁炔酸酐、2-戊炔酸酐、3-丁炔酸酐、3-戊炔酸酐、4-戊炔酸酐等、以及它们的相似物等。
作为R61、R62为芳基的酸酐的具体例,可举出苯甲酸酐、4-甲基苯甲酸酐、4-乙基苯甲酸酐、4-叔丁基苯甲酸酐、2-甲基苯甲酸酐、2,4,6-三甲基苯甲酸酐、1-萘羧酸酐、2-萘羧酸酐等、以及它们的相似物等。
此外,作为R61、R62为被卤素原子取代的酸酐的例子,以下主要举出被氟原子取代的酸酐的例子,但将这些氟原子的一部分或全部取代为氯原子、溴原子、碘原子而得到的酸酐也包含于例示化合物中。
作为R61、R62为被卤素原子取代的链状烷基的酸酐的例子,可举出氟乙酸酐、二氟乙酸酐、三氟乙酸酐、2-氟丙酸酐、2,2-二氟丙酸酐、2,3-二氟丙酸酐、2,2,3-三氟丙酸酐、2,3,3-三氟丙酸酐、2,2,3,3-四丙酸酐、2,3,3,3-四丙酸酐、3-氟丙酸酐、3,3-二氟丙酸酐、3,3,3-三氟丙酸酐、全氟丙酸酐等、以及它们的相似物等。
作为R61、R62为被卤素原子取代的环状烷基的酸酐的例子,可举出2-氟环戊烷羧酸酐、3-氟环戊烷羧酸酐、4-氟环戊烷羧酸酐等、以及它们的相似物等。
作为R61、R62为被卤素原子取代的烯基的酸酐的例子,可举出2-氟丙烯酸酐、3-氟丙烯酸酐、2,3-二氟丙烯酸酐、3,3-二氟丙烯酸酐、2,3,3-三氟丙烯酸酐、2-(三氟甲基)丙烯酸酐、3-(三氟甲基)丙烯酸酐、2,3-双(三氟甲基)丙烯酸酐、2,3,3-三(三氟甲基)丙烯酸酐、2-(4-氟苯基)丙烯酸酐、3-(4-氟苯基)丙烯酸酐、2,3-双(4-氟苯基)丙烯酸酐、3,3-双(4-氟苯基)丙烯酸酐、2-氟-3-丁烯酸酐、2,2-二氟-3-丁烯酸酐、3-氟-2-丁烯酸酐、4-氟-3-丁烯酸酐、3,4-二氟-3-丁烯酸酐、3,3,4-三氟-3-丁烯酸酐等、以及它们的相似物等。
作为R61、R62为被卤素原子取代的炔基的酸酐的例子,可举出3-氟-2-丙炔酸酐、3-(4-氟苯基)-2-丙炔酸酐、3-(2,3,4,5,6-五氟苯基)-2-丙炔酸酐、4-氟-2-丁炔酸酐、、4,4-二氟-2-丁炔酸酐、4,4,4-三氟-2-丁炔酸酐等、以及它们的相似物等。
作为R61、R62为被卤素原子取代的芳基的酸酐的例子,可举出4-氟苯甲酸酐、2,3,4,5,6-五氟苯甲酸酐、4-三氟甲基苯甲酸酐等、以及它们的相似物等。
作为R61、R62具有具有酯、腈、酮、醚等官能团的取代基的酸酐的例子,可举出甲氧基甲酸酐、乙氧基甲酸酐、甲基草酸酐、乙基草酸酐、2-氰基乙酸酐、2-氧代丙酸酐、3-氧代丁酸酐、4-乙酰基苯甲酸酐、甲氧基乙酸酐、4-甲氧基苯甲酸酐等、以及它们的相似物等。
接着,以下举出R61、R62彼此不同的酸酐的具体例。
可以考虑以上作为R61、R62而举出的例子以及它们的相似物的全部组合,而以下举出代表性的例子。
作为链状烷基彼此的组合的例子,可举出乙酸丙酸酐、乙酸丁酸酐、丁酸丙酸酐、乙酸2-甲基丙酸酐等。
作为链状烷基与环状烷基的组合的例子,可举出乙酸环戊烷酸酐、乙酸环己烷酸酐、环戊烷酸丙酸酐等。
作为链状烷基与烯基的组合的例子,可举出乙酸丙烯酸酐、乙酸3-甲基丙烯酸酐、乙酸3-丁烯酸酐、丙烯酸丙酸酐等。
作为链状烷基与炔基的组合的例子,可举出乙酸丙炔酸酐、乙酸2-丁炔酸酐、乙酸3-丁炔酸酐、乙酸3-苯基丙炔酸酐、丙酸丙炔酸酐等。
作为链状烷基与芳基的组合的例子,可举出乙酸苯甲酸酐、乙酸4-甲基苯甲酸酐、乙酸1-萘羧酸酐、苯甲酸丙酸酐等。
作为链状烷基与具有官能团的烃基的组合的例子,可举出乙酸氟乙酸酐、乙酸三氟乙酸酐、乙酸4-氟苯甲酸酐、氟乙酸丙酸酐、乙酸烷基草酸酐、乙酸2-氰基乙酸酐、乙酸2-氧代丙酸酐、乙酸甲氧基乙酸酐、甲氧基乙酸丙酸酐等。
作为环状烷基彼此的组合的例子,可举出环戊烷酸环己烷酸酐等。
作为环状烷基与烯基的组合的例子,可举出丙烯酸环戊烷酸酐、3-甲基丙烯酸环戊烷酸酐、3-丁烯酸环戊烷酸酐、丙烯酸环己烷酸酐等。
作为环状烷基与炔基的组合的例子,可举出丙炔酸环戊烷酸酐、2-丁炔酸环戊烷酸酐、丙炔酸环己烷酸酐等。
作为环状烷基与芳基的组合的例子,可举出苯甲酸环戊烷酸酐、4-甲基苯甲酸环戊烷酸酐、苯甲酸环己烷酸酐等。
作为环状烷基与具有官能团的烃基的组合的例子,可举出氟乙酸环戊烷酸酐、环戊烷酸三氟乙酸酐、环戊烷酸2-氰基乙酸酐、环戊烷酸甲氧基乙酸酐、环己烷酸氟乙酸酐等。
作为烯基彼此的组合的例子,可举出丙烯酸2-甲基丙烯酸酐、丙烯酸3-甲基丙烯酸酐、丙烯酸3-丁烯酸酐、2-甲基丙烯酸3-甲基丙烯酸酐等。
作为烯基与炔基的组合的例子,可举出丙烯酸丙炔酸酐、丙烯酸2-丁炔酸酐、2-甲基丙烯酸丙炔酸酐等。
作为烯基与芳基的组合的例子,可举出丙烯酸苯甲酸酐、丙烯酸4-甲基苯甲酸酐、2-甲基丙烯酸苯甲酸酐等。
作为烯基与具有官能团的烃基的组合的例子,可举出丙烯酸氟乙酸酐、丙烯酸三氟乙酸酐、丙烯酸2-氰基乙酸酐、丙烯酸甲氧基乙酸酐、2-甲基丙烯酸氟乙酸酐等。
作为炔基彼此的组合的例子,可举出丙炔酸2-丁炔酸酐、丙炔酸3-丁炔酸酐、2-丁炔酸3-丁炔酸酐等。
作为炔基与芳基的组合的例子,可举出苯甲酸丙炔酸酐、4-甲基苯甲酸丙炔酸酐、苯甲酸2-丁炔酸酐等。
作为炔基与具有官能团的烃基的组合的例子,举出丙炔酸氟乙酸酐、丙炔酸三氟乙酸酐、丙炔酸2-氰基乙酸酐、丙炔酸甲氧基乙酸酐、2-丁炔酸氟乙酸酐等。
作为芳基彼此的组合的例子,可举出苯甲酸4-甲基苯甲酸酐、苯甲酸1-萘羧酸酐、4-甲基苯甲酸1-萘羧酸酐等。
作为芳基与具有官能团的烃基的组合的例子,可举出苯甲酸氟乙酸酐、苯甲酸三氟乙酸酐、苯甲酸2-氰基乙酸酐、苯甲酸甲氧基乙酸酐、4-甲基苯甲酸氟乙酸酐等。
作为具有官能团的烃基彼此的组合的例子,可举出氟乙酸三氟乙酸酐、氟乙酸2-氰基乙酸酐、氟乙酸甲氧基乙酸酐、三氟乙酸2-氰基乙酸酐等。
上述的形成有链状结构的酸酐中,优选为乙酸酐、丙酸酐、2-甲基丙酸酐、环戊烷羧酸酐、环己烷羧酸酐等、丙烯酸酐、2-甲基丙烯酸酐、3-甲基丙烯酸酐、2,3-二甲基丙烯酸酐、3,3-二甲基丙烯酸酐、3-丁烯酸酐、2-甲基-3-丁烯酸酐、丙炔酸酐、2-丁炔酸酐、苯甲酸酐、2-甲基苯甲酸酐、4-甲基苯甲酸酐、4-叔丁基苯甲酸酐、三氟乙酸酐、3,3,3-三氟丙酸酐、2-(三氟甲基)丙烯酸酐、2-(4-氟苯基)丙烯酸酐、4-氟苯甲酸酐、2,3,4,5,6-五氟苯甲酸酐、甲氧基甲酸酐、乙氧基甲酸酐,更优选为丙烯酸酐、2-甲基丙烯酸酐、3-甲基丙烯酸酐、苯甲酸酐、2-甲基苯甲酸酐、4-甲基苯甲酸酐、4-叔丁基苯甲酸酐、4-氟苯甲酸酐、2,3,4,5,6-五氟苯甲酸酐、甲氧基甲酸酐、乙氧基甲酸酐。
这些化合物从通过适当地形成与锂草酸盐的键而形成耐久性优异的皮膜、特别是能够使耐久试验后的充放电倍率特性、输入输出特性、阻抗特性提高的观点考虑为优选。
另外,上述羧酸酐的分子量没有限制,只要不显著损害本发明的效果则是任意的,通常为90以上,优选为95以上,另一方面,通常为300以下,优选为200以下。若羧酸酐的分子量为上述范围内,则可以抑制电解液的粘度上升,且使皮膜密度适当化,因此可以适当地提高耐久性。
此外,上述羧酸酐的制造方法也没有特别限制,可以任意地选择公知方法进行制造。以上说明的羧酸酐在本发明的非水系电解液中可以单独含有任一种,也可以以任意的组合和比率并有2种以上。
此外,上述羧酸酐相对于本发明的电解液的含量没有特别限制,只要不显著损害本发明的效果则是任意的,期望的是,相对于本发明的电解液,以通常为0.01质量%以上、优选为0.1质量%以上、且通常为5质量%以下、优选为3质量%以下的浓度含有。若羧酸酐的含量为上述范围内,则容易体现循环特性提高效果,此外,反应性良好,因此电池特性容易提高。
本发明的电解液可使用公知的其它助剂。作为其它助剂,可举脱水赤藓糖醇碳酸酯、螺双二亚甲基碳酸酯、甲氧基乙基-甲基碳酸酯等碳酸酯化合物;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]十一烷等螺环化合物;亚硫酸亚乙酯、氟磺酸甲酯、氟磺酸乙酯、甲磺酸甲酯、甲磺酸乙酯、白消安、环丁烯砜、硫酸亚乙酯、硫酸亚乙烯酯、二苯砜、N,N-二甲基甲烷磺酰胺、N,N-二乙基甲烷磺酰胺、乙酰胺、N-甲基甲酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、乙烯基磺酸甲酯、乙烯基磺酸乙酯、乙烯基磺酸烯丙酯、乙烯基磺酸炔丙酯、烯丙基磺酸甲酯、烯丙基磺酸乙酯、烯丙基磺酸烯丙酯、烯丙基磺酸炔丙酯、1,2-双(乙烯基磺酰氧基)乙烷、丙烷二磺酸酐、磺基丁酸酐、磺基苯甲酸酐、磺基丙酸酐、乙烷二磺酸酐、亚甲基甲烷二磺酸酯、甲磺酸2-丙炔酯、亚硫酸亚戊酯、五氟苯基甲磺酸酯、硫酸亚丙酯、亚硫酸亚丙酯、丙磺酸内酯、亚硫酸亚丁酯、丁烷-2,3-二基二甲磺酸酯、2-丁炔-1,4-二基二甲磺酸酯、2-苯基联环己烷、2-丁炔-1,4-二基二甲酸酯、乙烯基磺酸2-丙炔酯、双(2-乙烯基磺酰基乙基)醚、5-乙烯基-六氢-1,3,2-苯并二氧杂硫杂环戊烷(Benzodioxathiole)-2-氧化物、2-(甲磺酰氧基)丙酸2-丙炔酯、5,5-二甲基-1,2-氧杂硫杂环戊烷-4-酮2,2-二氧化物、3-磺基-丙酸酐三亚甲基甲烷二磺酸酯2-甲基四氢呋喃、三亚甲基甲烷二磺酸酯、四亚甲基亚砜、二亚甲基甲烷二磺酸酯、二氟乙基甲基砜、二乙烯基砜、1,2-双(乙烯基磺酰基)乙烷、亚乙基双膦酸甲酯、亚乙基双膦酸乙酯、硫酸亚乙酯等含硫化合物;1-甲基-2-吡咯烷酮、1-甲基-2-哌啶酮、3-甲基-2-噁唑烷酮、1,3-二甲基-2-咪唑烷酮和N-甲基琥珀酰亚胺、硝基甲烷、硝基乙烷、噻吩1-氧化物、乙二胺等含氮化合物;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、二乙基膦酰基乙酸乙酯、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、磷酸双(2,2-二氟乙基)2,2,2-三氟乙基酯、磷酸双(2,2,3,3-四氟丙基)2,2,2-三氟乙基酯、磷酸双(2,2,2-三氟乙基)甲基酯、磷酸双(2,2,2-三氟乙基)乙酯、磷酸双(2,2,2-三氟乙基)2,2-二氟乙基酯、磷酸双(2,2,2-三氟乙基)2,2,3,3-四氟丙基酯、磷酸三丁酯、磷酸三(2,2,2-三氟乙基)酯、磷酸三(1,1,1,3,3,3-六氟丙烷-2-基)酯、磷酸三辛酯、磷酸2-苯基苯基二甲基酯、磷酸2-苯基苯基二乙基酯、磷酸(2,2,2-三氟乙基)(2,2,3,3-四氟丙基)甲基酯、磷酸三酯、亚甲基双膦酸甲酯、亚甲基双膦酸乙酯、2-(二甲氧基磷酰基)乙酸甲酯、2-(二甲基磷酰基)乙酸甲酯、2-(二乙氧基磷酰基)乙酸甲酯、2-(二乙基磷酰基)乙酸甲酯、亚丁基双膦酸甲酯、亚丁基双膦酸乙酯、2-丙炔基2-(二甲氧基磷酰基)乙酸酯、2-丙炔基2-(二甲基磷酰基)乙酸酯、2-丙炔基2-(二乙氧基磷酰基)乙酸酯、2-丙炔基2-(二乙基磷酰基)乙酸酯、三(三甲基硅基)磷酸酯、三(三甲基硅基)亚磷酸酯、三(三乙基硅基)磷酸酯、三(三乙基硅基)亚磷酸酯等含磷化合物;庚烷、辛烷、壬烷、癸烷、环庚烷、甲酸甲酯、2-丙炔基草酸甲酯、甲基丙烯酸2-丙炔酯、丙二酸二甲酯、丙二酸酯、戊烷、苯、呋喃、萘、2,5,8,11-四氧杂十二烷、2,5,8,11,14-五氧杂十五烷、3-戊酮、2-苯基联环己烷、3-烯丙基琥珀酸酐、乙氧基甲氧基乙烷、三甲氧基甲烷、环己烷等烃化合物、氟苯、二氟苯、六氟苯、三氟甲苯、单氟苯、1-氟-2-环己基苯、1-氟-4-叔丁基苯、1-氟-3-环己基苯、1-氟-2-环己基苯、氟代联苯等含氟芳香族化合物、三(三甲基硅基)硼酸酯、三(三甲氧基硅基)硼酸酯、三(三甲基硅基)磷酸酯、三(三甲氧基硅基)磷酸酯、二甲氧基铝氧基三甲氧基硅烷、二乙氧基铝氧基三乙氧基硅烷、二丙氧基铝氧基三乙氧基硅烷、二丁氧基铝氧基三甲氧基硅烷、二丁氧基铝氧基三乙氧基硅烷、四(三甲基硅氧基)钛、四(三乙基硅氧基)钛1、三(三甲基硅基)亚磷酸酯、三甲基硅基多磷酸酯、四甲基硅烷等硅烷化合物、草酸二甲酯、二氧戊环、二噁烷、二甲基酮、二乙基酮、草酸二乙酯、草酸二(2-丙炔基)酯、琥珀酸二甲酯、戊二酸二(2-丙炔基)酯、甲酸2-丙炔酯、甲酸乙酯、乙二醇二甲醚、乙二醇二乙醚、乙基甲基草酸酯、甲酸乙酯等含氧化合物等。它们可以单独使用1种,也可以并用2种以上。通过添加这些助剂,可以使高温保存后的容量维持特性、循环特性提高。
作为上述其它助剂,其中,优选为含磷化合物,优选为三(三甲基硅基)磷酸酯。
其它助剂的配合量没有特别限制,只要不显著损害本发明的效果则是任意的。其它助剂在电解液100质量%中优选为0.01质量%以上,且5质量%以下。若为该范围,则容易充分体现其它助剂的效果,也容易避免高负载放电特性等电池的特性降低这样的情况。其它助剂的配合量更优选为0.1质量%以上,进一步优选为0.2质量%以上,此外,更优选为3质量%以下,进一步优选为1质量%以下。
本发明的电解液在不损害本发明的效果的范围内可以进一步含有环状和链状羧酸酯、醚化合物、含氮化合物、含硼化合物、含有机硅化合物、不燃(阻燃)化剂、表面活性剂、高介电添加剂、循环特性和倍率特性改善剂、砜系化合物等作为添加剂。
作为上述环状羧酸酯,可举出其结构式中的全部碳原子数为3~12的化合物。具体而言,可举出γ-丁内酯、γ-戊内酯、γ-己内酯、ε-己内酯、3-甲基-γ-丁内酯等。其中,从因锂离子解离度的提高所致的电化学器件的特性的提高的方面出发,特别优选为γ-丁内酯。
作为添加剂的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。若为该范围,则可改善电解液的电导率,容易提高电化学器件的大电流放电特性。此外,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。通过如此设定上限,使电解液的粘度为适当的范围,避免电导率的降低,抑制负极电阻的增大,容易使电化学器件的大电流放电特性为良好的范围。
此外,作为上述环状羧酸酯,也可以优选使用氟代环状羧酸酯(含氟内酯)。作为含氟内酯,例如,可举出由下述式(C)表示的含氟内酯。
(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1个为氟代烷基。)
作为X15~X20中的氟代烷基,例如,可举出-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方面出发,优选为-CH2CF3、-CH2CF2CF3
若X15~X20中的至少1个为氟代烷基,则-H、-F、-Cl、-CH3或氟代烷基可以仅在X15~X20的1处取代,也可以在多处取代。从电解质盐的溶解性良好的方面出发,优选为1~3处,进一步优选为1~2处。
氟代烷基的取代位置没有特别限定,从合成收率良好出发,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,从电解质盐的溶解性良好的方面出发,特别优选为-H。
作为含氟内酯,除了由上述式表示的化合物以外,例如还可举出由下述式(D)表示的含氟内酯等。
(式中,A和B中的任一者为CX226X227(X226和X227相同或不同,均为-H、-F、-Cl、-CF3、-CH3或氢原子可以被卤素原子取代且可以在链中含有杂原子的亚烷基),另一者为氧原子;Rf12为可具有醚键的氟代烷基或氟代烷氧基;X221和X222相同或不同,均为-H、-F、-Cl、-CF3或CH3;X223~X225相同或不同,均为-H、-F、-Cl或氢原子可以被卤素原子取代且可以在链中含有杂原子的烷基;n=0或1。)
作为由式(D)表示的含氟内酯,从合成容易的方面、化学稳定性良好的方面出发,优选可举出由下述式(E)表示的五元环结构。
(式中,A、B、Rf12、X221、X222和X223与式(D)相同。)
进而,通过A与B的组合,有由下述式(F)表示的含氟内酯和由下述式(G)表示的含氟内酯。
(式中,Rf12、X221、X222、X223、X226和X227与式(D)相同。)
(式中,Rf12、X221、X222、X223、X226和X227与式(D)相同。)
这些之中,从能够特别发挥高介电常数、高耐电压这样的优异的特性的方面、以及电解质盐的溶解性、内部电阻的降低良好的方面、提高作为本发明中的电解液的特性的方面出发,可举出:
等。
通过含有氟代环状羧酸酯,可得到离子传导率的提高、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,可举出其结构式中的全部碳原子数为3~7的化合物。具体而言,可举出乙酸甲酯、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、丙酸异丁酯、丙酸正丁酯、丁酸甲酯、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,从因粘度降低所致的离子传导率的提高的方面出发,优选为乙酸甲酯、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。
作为上述醚化合物,优选为碳原子数2~10的链状醚和碳原子数3~6的环状醚。
作为碳原子数2~10的链状醚,可举出二甲基醚、二乙基醚、二正丁基醚、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、二乙二醇二甲醚、五乙二醇、三乙二醇二甲醚、三乙二醇、四乙二醇、四乙二醇二甲醚、二异丙基醚等。
此外,作为上述醚化合物,也可以优选使用氟代醚。
作为上述氟代醚,可举出由下述通式(I)表示的氟代醚(I)。
Rf3-O-Rf4 (I)
(式中,Rf3和Rf4相同或不同,为碳原子数1~10的烷基或碳原子数1~10的氟代烷基。其中,Rf3和Rf4中的至少一者为氟代烷基。)
通过含有氟代醚(I),电解液的阻燃性提高,并且高温高电压下的稳定性、安全性提高。
上述通式(I)中,Rf3和Rf4中的至少一者为碳原子数1~10的氟代烷基即可,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,Rf3和Rf4优选均为碳原子数1~10的氟代烷基。此时,Rf3和Rf4可以相同,也可以彼此不同。
其中,Rf3和Rf4相同或不同,更优选Rf3为碳原子数3~6的氟代烷基且Rf4为碳原子数2~6的氟代烷基。
若Rf3和Rf4的合计碳原子数过少,则氟代醚的沸点变得过低,另外,若Rf3或Rf4的碳原子数过多,则电解质盐的溶解性降低,也开始对与其它溶剂的相容性产生不良影响,此外,由于粘度上升,因此倍率特性降低。在Rf3的碳原子数为3或4、Rf4的碳原子数为2或3时,在沸点和倍率特性优异的方面是有利的。
上述氟代醚(I)优选含氟率为40~75质量%。在具有该范围的含氟率时,不燃性与相容性的平衡特别优异。此外,从耐氧化性、安全性良好的方面出发也优选。
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%。
应予说明,氟代醚(I)的含氟率是基于氟代醚(I)的结构式,根据{(氟原子的个数×19)/氟代醚(I)的分子量}×100(%)而算出的值。
作为Rf3,例如可举出CF3CF2CH2-、CF3CFHCF2-、HCF2CF2CF2-、HCF2CF2CH2-、CF3CF2CH2CH2-、CF3CFHCF2CH2-、HCF2CF2CF2CF2-、HCF2CF2CF2CH2-、HCF2CF2CH2CH2-、HCF2CF(CF3)CH2-等。此外,作为Rf4,例如可举出-CH2CF2CF3、-CF2CFHCF3、-CF2CF2CF2H、-CH2CF2CF2H、-CH2CH2CF2CF3、-CH2CF2CFHCF3、-CF2CF2CF2CF2H、-CH2CF2CF2CF2H、-CH2CH2CF2CF2H、-CH2CF(CF3)CF2H、-CF2CF2H、-CH2CF2H、-CF2CH3等。
作为上述氟代醚(I)的具体例,例如可举出HCF2CF2CH2OCF2CF2H、CF3CF2CH2OCF2CF2H、HCF2CF2CH2OCF2CFHCF3、CF3CF2CH2OCF2CFHCF3、C6F13OCH3、C6F13OC2H5、C8F17OCH3、C8F17OC2H5、CF3CFHCF2CH(CH3)OCF2CFHCF3、HCF2CF2OCH(C2H5)2、HCF2CF2OC4H9、HCF2CF2OCH2CH(C2H5)2、HCF2CF2OCH2CH(CH3)2等。
其中,在单末端或两末端包含HCF2-或CF3CFH-的化合物能够提供极化性优异、沸点高的氟代醚(I)。氟代醚(I)的沸点优选为67~120℃。更优选为80℃以上,进一步优选为90℃以上。
作为这样的氟代醚(I),例如可举出CF3CH2OCF2CFHCF3、CF3CF2CH2OCF2CFHCF3、HCF2CF2CH2OCF2CFHCF3、HCF2CF2CH2OCH2CF2CF2H、CF3CFHCF2CH2OCF2CFHCF3、HCF2CF2CH2OCF2CF2H、CF3CF2CH2OCF2CF2H等中的1种或2种以上。
其中,从在高沸点、与其它溶剂的相容性、电解质盐的溶解性良好的方面是有利的考虑,优选为选自HCF2CF2CH2OCF2CFHCF3(沸点106℃)、CF3CF2CH2OCF2CFHCF3(沸点82℃)、HCF2CF2CH2OCF2CF2H(沸点92℃)和CF3CF2CH2OCF2CF2H(沸点68℃)中的至少一种,更优选为选自HCF2CF2CH2OCF2CFHCF3(沸点106℃)和HCF2CF2CH2OCF2CF2H(沸点92℃)中的至少一种。
作为碳原子数3~6的环状醚,可举出1,2-二噁烷、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、三聚甲醛、2-甲基-1,3-二氧戊环、1,3-二氧戊环、4-甲基-1,3-二氧戊环、2-(三氟乙基)二氧戊环、2,2-双(三氟甲基)-1,3-二氧戊环等、以及它们的氟代化合物。其中,从在锂离子中的溶剂化能力高、提高离子解离度的方面考虑,优选为二甲氧基甲烷、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、冠醚,从粘性低、提供高的离子传导率出发,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。
作为上述含氮化合物,可举出腈、含氟腈、羧酸酰胺、含氟羧酸酰胺、磺酸酰胺和含氟磺酸酰胺、乙酰胺、甲酰胺等。此外,也可以使用1-甲基-2-吡咯烷酮、1-甲基-2-哌啶酮、3-甲基-2-噁唑烷酮、1,3-二甲基-2-咪唑烷酮和N-甲基琥珀酰亚胺等。其中,由上述通式(1a)、(1b)和(1c)表示的腈化合物不包含于上述含氮化合物。
作为上述含硼化合物,例如可举出硼酸三甲酯、硼酸三乙酯等硼酸酯、硼酸醚、以及烷基硼烷等。
作为上述含有机硅化合物,例如,可举出(CH3)4-Si、(CH3)3-Si-Si(CH3)3、硅油等。
作为上述不燃(阻燃)化剂,可举出磷酸酯、磷腈系化合物。作为上述磷酸酯,例如,可举出含氟烷基磷酸酯、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方面考虑,优选为含氟烷基磷酸酯。
上述磷腈系化合物例如可举出甲氧基五氟环三磷腈、苯氧基五氟环三磷腈、二甲基氨基五氟环三磷腈、二乙基氨基五氟环三磷腈、乙氧基五氟环三磷腈、乙氧基七氟环四磷腈等。
作为上述含氟烷基磷酸酯,具体而言,可举出日本特开平11-233141号公报所记载的含氟二烷基磷酸酯、日本特开平11-283669号公报所记载的环状的烷基磷酸酯、或含氟三烷基磷酸酯等。
作为上述不燃(阻燃)化剂,优选为(CH3O)3P=O、(CF3CH2O)3P=O、(HCF2CH2O)3P=O、(CF3CF2CH2)3P=O、(HCF2CF2CH2)3P=O等。
作为上述表面活性剂,可以是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者,从循环特性、倍率特性良好的方面出发,优选含有氟原子。
作为这样的含有氟原子的表面活性剂,例如,优选为由下述式(30)表示的含氟羧酸盐、由下述式(40)表示的含氟磺酸盐等。
Rf5COOM+ (30)
(式中,Rf5为碳原子数3~10的可含有醚键的含氟烷基;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))
Rf6SO3 M+ (40)
(式中,Rf6为碳原子数3~10的可含有醚键的含氟烷基;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))
从能够不降低充放电循环特性而降低电解液的表面张力的方面出发,上述表面活性剂的含量优选在电解液中为0.01~2质量%。
作为上述高介电添加剂,例如,可举出环丁砜、甲基环丁砜、γ-丁内酯、γ-戊内酯等。
作为上述循环特性和倍率特性改善剂,例如,可举出乙酸甲酯、乙酸乙酯、四氢呋喃、1,4-二噁烷等。
此外,本发明的电解液可以进一步与高分子材料组合而制成凝胶状(经增塑的)的凝胶电解液。
作为上述高分子材料,可举出以往公知的聚环氧乙烷、聚环氧丙烷、它们的改性体(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、聚偏二氟乙烯、偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物等氟树脂(日本特表平4-506726号公报、日本特表平8-507407号公报、日本特开平10-294131号公报);这些氟树脂与烃系树脂的复合物(日本特开平11-35765号公报、日本特开平11-86630号公报)等。特别优选使用聚偏二氟乙烯、偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物作为凝胶电解质用高分子材料。
另外,本发明的电解液还可以含有日本特愿2004-301934号说明书所记载的离子传导性化合物。
该离子传导性化合物为由式(101)表示的在侧链具有含氟基的非晶性含氟聚醚化合物。
A-(D)-B (101)
[式中,D为式(201):
-(D1)n-(FAE)m-(AE)p-(Y)q-(201)
(式中,D1为由式(2a)表示的在侧链具有含氟醚基的醚单元,
(式中,Rf为可具有交联性官能团的含氟醚基;R10为键合Rf与主链的基团或连接键)
FAE为由式(2b)表示的在侧链具有氟代烷基的醚单元;
(式中,Rfa为氢原子、可具有交联性官能团的氟代烷基;R11为键合Rfa与主链的基团或连接键)
AE为由式(2c)表示的醚单元;
(式中,R13为氢原子、可具有交联性官能团的烷基、可具有交联性官能团的脂肪族环式烃基或可具有交联性官能团的芳香族烃基;R12为键合R13与主链的基团或连接键)
Y为含有式(2d-1)~(2d-3)中的至少1种的单元;
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不是0,D1、FAE、AE和Y的键合顺序没有特定);
A和B相同或不同,为氢原子、可含有氟原子和/或交联性官能团的烷基、可含有氟原子和/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的末端为氧原子的情况下不是-COOH基、-OR、酯基和碳酸酯基)]
本发明的电解液可以含有砜系化合物。作为砜系化合物,优选为碳原子数3~6的环状砜和碳原子数2~6的链状砜。1分子中的磺酰基的数量优选为1或2。
作为环状砜,可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出发,更优选为四亚甲基砜类、四亚甲基二砜类、六亚甲基砜类、六亚甲基二砜类,特别优选为四亚甲基砜类(环丁砜类)。
作为环丁砜类,优选为环丁砜和/或环丁砜衍生物(以下,有时也包含环丁砜而简写为“环丁砜类”)。作为环丁砜衍生物,优选在构成环丁砜环的碳原子上键合的氢原子中的1个以上被氟原子、烷基取代而成的化合物。
其中,从离子传导率高、输入输出高的方面出发,优选为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、3-环丁烯砜、5-氟-3-(三氟甲基)环丁砜等。
此外,作为链状砜,可举出二甲基砜、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,从离子传导率高、输入输出高的方面出发,优选为二甲基砜、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。
砜系化合物的含量没有特别限制,只要不显著损害本发明的效果则是任意的,在上述溶剂100体积%中,通常为0.3体积%以上,优选为0.5体积%以上,更优选为1体积%以上,此外,通常为40体积%以下,优选为35体积%以下,更优选为30体积%以下。若砜系化合物的含量为上述范围内,则容易得到循环特性、保存特性等耐久性的提高效果,此外,若将非水系电解液的粘度设为适当的范围,则可以避免电导率的降低,可以使非水系电解液二次电池的输入输出特性、充放电倍率特性为适当的范围。
本发明的电解液可以根据需要进一步配合其它添加剂。作为其它添加剂,例如,可举出金属氧化物、玻璃等。
本发明的电解液优选氟化氢(HF)的含量为5~200ppm。通过含有HF,可以促进上述的添加剂的被膜形成。若HF的含量过少,则存在负极上的被膜形成能力下降,电化学器件的特性降低的趋势。此外,若HF含量过多,则存在由于HF的影响而电解液的耐氧化性降低的趋势。本发明的电解液即使含有上述范围的HF,也不会降低电化学器件的高温保存性容量恢复率。
HF的含量更优选为10ppm以上,进一步优选为20ppm以上。此外,HF的含量更优选为100ppm以下,进一步优选为80ppm以下,特别优选为50ppm以下。
HF的含量可以通过中和滴定法进行测定。
本发明的电解液可以使用上述成分通过任意的方法进行制备。
本发明的电解液是用于锂离子二次电池的电解液。
本发明也是具备本发明的电解液的锂离子二次电池。本发明的锂离子二次电池为低电阻且循环特性优异。
本发明的锂离子二次电池具备正极、负极和上述电解液。
<正极>
正极由含有正极活性物质的正极活性物质层以及集电体构成。
作为上述正极活性物质,只要能够电化学地吸纳·释放锂离子则没有特别限制,例如,可举出含锂的过渡金属复合氧化物、含锂的过渡金属磷酸化合物、硫化物、导电性高分子等。其中,作为正极活性物质,优选为含锂的过渡金属复合氧化物、含锂的过渡金属磷酸化合物,特别优选为产出高电压的含锂的过渡金属复合氧化物。
作为含锂的过渡金属复合氧化物的过渡金属,优选为V、Ti、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu等,作为具体例,可举出LiCoO2等锂·钴复合氧化物、LiNiO2等锂·镍复合氧化物、LiMnO2、LiMn2O4、Li2MnO4等锂·锰复合氧化物、将成为这些锂过渡金属复合氧化物的主体的过渡金属原子的一部分以Na、K、B、F、Al、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Li、Ni、Cu、Zn、Mg、Ga、Zr、Si、Nb、Mo、Sn、W等其它元素取代而成的化合物等。作为被取代而成的化合物的具体例,例如可举出LiNi0.5Mn0.5O2、LiNi0.85Co0.10Al0.05O2、LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2、LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2、LiNi0.33Co0.33Mn0.33O2、LiNi0.45Co0.10Al0.45O2、LiMn1.8Al0.2O4、LiMn1.5Ni0.5O4等。
其中,作为上述含锂的过渡金属复合氧化物,优选为即使在设为高电压的情况下能量密度也高的LiMn1.5Ni0.5O4、LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2、LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2
作为含锂的过渡金属磷酸化合物的过渡金属,优选为V、Ti、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu等,作为具体例,例如,可举出LiFePO4、Li3Fe2(PO4)3、LiFeP2O7等磷酸铁类、LiCoPO4等磷酸钴类、将成为这些锂过渡金属磷酸化合物的主体的过渡金属原子的一部分以Al、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Li、Ni、Cu、Zn、Mg、Ga、Zr、Nb、Si等其它元素置换而成的化合物等。
作为上述含锂的过渡金属复合氧化物,例如可举出
由式: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1种金属)表示的锂·锰尖晶石复合氧化物、
由式: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1种金属)表示的锂·镍复合氧化物、或
由式: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1种金属)表示的锂·钴复合氧化物。
其中,从能够提供能量密度高、高输出功率的锂离子二次电池的方面出发,优选为LiCoO2、LiMnO2、LiNiO2、LiMn2O4、LiNi0.8Co0.15Al0.05O2、或LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2
作为其它上述正极活性物质,可举出LiFePO4、LiNi0.8Co0.2O2、Li1.2Fe0.4Mn0.4O2、LiNi0.5Mn0.5O2、LiV3O6等。
作为硫化物,可举出具有TiS2、MoS2等二维层状结构的化合物、由通式MexMo6S8(Me为以Pb、Ag或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Chevrel化合物等。另外,还可举出硫单质、由LiSx表示的有机锂硫化物等。
作为导电性高分子,可举出p-掺杂型的导电性高分子、n-掺杂型的导电性高分子。作为导电性高分子,可举出聚乙炔系、聚苯系、杂环聚合物、离子性聚合物、梯形和网状聚合物等。
此外,如果在正极活性物质中包含磷酸锂,则连续充电特性提高,故而优选。磷酸锂的使用没有限制,优选混合使用上述的正极活性物质和磷酸锂。所使用的磷酸锂的量相对于上述正极活性物质和磷酸锂的总计,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。
此外,可以使用在上述正极活性物质的表面上附着与其不同组成的物质而得到的物质。作为表面附着物质,可以举出氧化铝、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。
这些表面附着物质可以通过例如在溶剂中溶解或悬浮而浸渗添加至该正极活性物质并干燥的方法、使表面附着物质前体在溶剂溶解或悬浮而浸渗添加至该正极活性物质后通过加热等使之反应的方法、添加至正极活性物质前体并同时进行煅烧的方法等而附着在该正极活性物质表面上。应予说明,要附着碳的情况下,还可以使用使碳质以例如活性炭等形态在之后进行机械附着的方法。
作为表面附着物质的量,相对于上述正极活性物质,以质量计,作为使用下限优选为0.1ppm以上、更优选为1ppm以上、进一步优选为10ppm以上,且作为使用上限优选为20%以下、更优选为10%以下、进一步优选为5%以下。通过表面附着物质,能够抑制在正极活性物质表面的电解液的氧化反应,能够提高电池寿命,但在其附着量过少的情况下,其效果无法充分表现,过多的情况下,阻碍锂离子的出入,因此有时电阻增加。
正极活性物质的颗粒的形状可以举出以往使用那样的块状、多面体状、球状、椭球状、板状、针状、柱状等。此外,一次颗粒可以凝聚而形成二次颗粒。
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。如果该正极活性物质的振实密度低于上述下限,则在正极活性物质层形成时,所需的分散介质量增加,并且导电材料或粘结剂的所需量增加,制约了正极活性物质在正极活性物质层中的填充率,有时电池容量受到制约。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。振实密度一般越大越优选,没有特别上限,但如果过大,则在正极活性物质层内的以电解液为介质的锂离子的扩散成为控速,有时负载特性容易降低,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。
应予说明,本发明中,振实密度是将正极活性物质粉体5~10g加入10ml的玻璃制容量瓶中,作为以约20mm的冲程振实200次时的粉体填充密度(振实密度)g/cm3而求出。
正极活性物质的颗粒的中值径d50(一次颗粒凝聚而形成二次颗粒的情况下为二次粒径)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,此外,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。如果低于上述下限,则有时无法得到高振实密度产品,如果大于上限,则颗粒内的锂的扩散耗费时间,因此有时发生电池性能的降低;或者电池的正极制作、即将活性物质与导电材料或粘接剂等在溶剂中浆料化并涂布为薄膜状时发生条纹等问题。在此,通过混合2种以上的具有不同中值径d50的上述正极活性物质,能够进一步提高正极制作时的填充性。
应予说明,本发明中,中值径d50通过公知的激光衍射/散射式粒度分布测定装置而测定。作为粒度分布计而使用HORIBA公司制LA-920的情况下,作为测定时使用的分散介质,使用0.1质量%六偏磷酸钠水溶液,在5分钟超声分散后,将测定折射率设定为1.24而测定。
一次颗粒凝聚而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。如果大于上述上限,则难以形成球状的二次颗粒,有时对粉体填充性造成负面影响;或者由于比表面积大幅降低而导致功率特性等电池性能降低的可能性变高。相反,如果低于上述下限,则通常晶体未发展,因此有时产生充放电的可逆性差等问题。
应予说明,本发明中,一次粒径通过使用扫描电子显微镜(SEM)的观察而测定。具体而言,在10000倍的倍率的照片中,针对任意的50个一次颗粒,求出相对于水平方向的直线而言基于一次颗粒的左右的分界线的切片的最长的值,通过取平均值而求出。
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。如果BET比表面积小于该范围,则电池性能容易降低,如果大,则难以提高振实密度,有时容易在正极活性物质层形成时的涂布性方面产生问题。
应予说明,本发明中,BET比表面积由下述值定义:使用表面积计(例如大仓理研公司制全自动表面积测定装置),对试样在氮气流通下于150℃进行预干燥30分钟后,使用以氮气相对于大气压的相对压力的值达到0.3的方式准确调整而成的氮氦混合气体,通过利用气体流动法的氮气吸附BET单点法而测定的值。
本发明的锂离子二次电池在用作混合动力汽车用或分散电源用的大型锂离子二次电池的情况下,要求高功率,因此上述正极活性物质的颗粒优选二次颗粒成为主体。
上述正极活性物质的颗粒优选包含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变大,能够加快在电极与电解液之间的锂离子的扩散,其结果是能够提高电池的功率性能。
作为正极活性物质的制造法,使用作为无机化合物的制造方法而言常规的方法。特别地,为了制作球状或椭球状的活性物质,考虑各种各样的方法,可以举出例如下述方法等:将过渡金属的原料物质溶解或粉碎分散在水等溶剂中,一边搅拌一边调节pH,制作并回收球状的前体,将其根据需要干燥后,添加LiOH、Li2CO3、LiNO3等Li源,在高温下煅烧,得到活性物质。
为了制造正极,可以单独使用上述的正极活性物质,也可以以任意的组合或比率组合使用不同组成的2种以上。作为此时的优选的组合,可以举出LiCoO2与LiNi0.33Co0.33Mn0.33O2等LiMn2O4或其Mn中的一部分被其他过渡金属等取代而得到的物质的组合;或者与LiCoO2或其Co中的一部分被其他过渡金属等取代而得到的物质的组合。
在电池容量高方面,上述正极活性物质的含量优选为正极合剂的50~99.5质量%、更优选为80~99质量%。此外,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。此外,上限优选为99质量%以下、更优选为98质量%以下。如果正极活性物质层中的正极活性物质的含量低,则有时电容量不充分。相反,如果含量过高,则有时正极的强度不足。
上述正极合剂优选进一步包含粘结剂、增稠剂、导电材料。
作为上述粘结剂,只要是对于在电极制造时使用的溶剂、电解液而言安全的材料,则可以使用任意粘结剂,可以举出例如聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯、芳族聚酰胺、壳聚糖、海藻酸、聚丙烯酸、聚酰亚胺、纤维素、硝基纤维素等树脂系高分子;SBR(苯乙烯·丁二烯橡胶)、异戊二烯橡胶、丁二烯橡胶、氟橡胶、NBR(丙烯腈·丁二烯橡胶)、乙烯·丙烯橡胶等橡胶状高分子;苯乙烯·丁二烯·苯乙烯嵌段共聚物或其氢化物;EPDM(乙烯·丙烯·二烯三元共聚物)、苯乙烯·乙烯·丁二烯·苯乙烯共聚物、苯乙烯·异戊二烯·苯乙烯嵌段共聚物或其氢化物等热塑性弹性体状高分子;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-烯烃共聚物等软质树脂状高分子;聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯、偏二氟乙烯共聚物、四氟乙烯·乙烯共聚物等氟系高分子;具有碱金属离子(特别锂离子)的离子导电性的高分子组合物等。它们可以单独使用1种,也可以以任意的组合和比率组合使用2种以上。
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,此外,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。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,有时循环特性等电池性能恶化。另一方面,如果过高,则有时导致电池容量或导电性的降低。
作为上述增稠剂,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、聚乙烯基吡咯烷酮和它们的盐等。可以单独使用1种,也可以以任意的组合和比率组合使用2种以上。
增稠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,此外,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。如果低于该范围,则有时涂布性显著降低。如果大于该范围,则活性物质在正极活性物质层中所占的比例降低,有时产生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,可以任意地使用公知的导电材料。作为具体例,可举出铜、镍等金属材料、天然石墨、人造石墨等石墨(graphite)、乙炔黑、科琴黑、槽法炭黑、炉法炭黑、灯黑、热裂法炭黑等炭黑、针状焦炭、碳纳米管、富勒烯、VGCF等无定形碳等碳材料等。应予说明,它们可以单独使用1种,也可以以任意的组合和比率并用2种以上。导电材料在正极活性物质层中以通常为0.01质量%以上、优选为0.1质量%以上、更优选为1质量%以上、此外通常为50质量%以下、优选为30质量%以下、更优选为15质量%以下含有而使用。若含量低于该范围,则有时导电性不充分。反过来,若含量高于该范围,则有时电池容量降低。
作为用于形成浆料的溶剂,只要是能够溶解或分散正极活性物质、导电材料、粘结剂、以及根据需要使用的增稠剂的溶剂,则其种类没有特别限制,可以使用水系溶剂和有机系溶剂中任一者。作为水系溶剂,可以举出例如水、醇与水的混合溶剂等。作为有机系溶剂,可以举出例如己烷等脂肪族烃类;苯、甲苯、二甲苯、甲基萘等芳族烃类;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-二甲基氨基丙基胺等胺类;二乙基醚、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,可以举出铝、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,优选为金属材料、特别优选铝或其合金。
作为集电体的形状,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、延展金属、冲压金属、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。这些之中,优选为金属薄膜。应予说明,薄膜可以适当形成为网状。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,此外,通常为1mm以下、优选为100μm以下、更优选为50μm以下。如果薄膜比该范围更薄,则作为集电体所需的强度有时不足。相反,如果薄膜比该范围更厚,则有时处理性受损。
此外,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上涂布导电助剂。作为导电助剂,可以举出碳、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,(即将进行电解液注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,此外,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。如果大于该范围,则在高电流密度充放电时有时集电体发生因焦耳热而导致的发热。如果低于该范围,则集电体相对于正极活性物质的体积比增加,有时电池的容量减少。
正极的制造按照常规方法即可。可以举出例如,向上述正极活性物质中添加上述粘结剂、增稠剂、导电材料、溶剂等而制成浆料状的正极合剂,将其涂布在集电体上并干燥后压制,从而达到高密度化的方法。
上述高密度化可以通过手工压制、辊压制等而进行。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,此外,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。如果大于该范围,则在集电体/活性物质界面附近的电解液的渗透性降低,特别是高电流密度下的充放电特性降低,有时无法得到高功率。此外,如果低于该范围,则活性物质间的导电性降低,电池电阻增大,有时无法得到高功率。
使用本发明的电解液的情况下,从高功率且提高高温时的稳定性的观点出发,正极活性物质层的面积优选设置得大于电池外装壳体的外表面积。具体而言,相对于二次电池的外装的表面积而言的正极的电极面积的总和以面积比计优选设为15倍以上、进一步更优选设为40倍以上。电池外装壳体的外表面积是指在有底长方体型形状的情况下,由除了端子的突起部分之外的填充有发电元件的壳体部分的纵、横和厚度的尺寸所计算求出的总面积。在有底圆筒形状的情况下,是将除了端子的突起部分之外的填充有发电元件的壳体部分近似为圆筒的几何表面积。正极的电极面积的总和是指与包含负极活性物质的合剂层相对的正极合剂层的几何表面积,在隔着集电体箔而在双面上形成正极合剂层而成的结构中,是指分别算出的各个面的面积的总和。
正极板的厚度没有特别限定,从高容量且高功率的观点出发,对于集电体的单面而言,减去芯材的金属箔厚度后的合剂层的厚度的下限优选为10μm以上、更优选为20μm以上,且此外优选为500μm以下、更优选为450μm以下。
此外,可以使用在上述正极板的表面上附着与其不同组成的物质而得到的正极板。作为表面附着物质,可以举出氧化铝、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>
负极由包含负极活性物质的负极活性物质层、和集电体构成。
作为负极材料,只要能够电化学地吸纳·释放锂离子,则没有特别限制。作为具体例,可举出碳材料、合金系材料、含锂金属复合氧化物材料、导电性高分子等。它们可以单独使用1种,此外,也可以任意地组合而并用2种以上。
作为上述负极活性物质,可以举出在各种各样的热分解条件下的有机物的热解产物、或者人造石墨、天然石墨等能够吸纳·释放锂的碳质材料;氧化锡、氧化硅等能够吸纳·释放锂的金属氧化物材料;锂金属;各种各样的锂合金;含锂金属复合氧化物材料等。这些负极活性物质可以混合使用2种以上。
作为能够吸纳·释放锂的碳质材料,优选为由各种各样的原料得到的易石墨性沥青通过高温处理而制造的人造石墨或精制天然石墨、或者对这些石墨用除了沥青之外的有机物实施了表面处理后进行碳化而得到的物质,选自天然石墨、人造石墨、将人造碳质物质以及人造石墨质物质在400~3200℃的范围内进行1次以上热处理而得到的碳质材料、负极活性物质层包含具有至少2种以上的具有不同结晶性的碳质和/或具有该不同结晶性的碳质相接的界面的碳质材料、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的界面的碳质材料中的碳质材料的初始不可逆容量、高电流密度充放电特性的平衡良好,是更优选的。此外,这些碳材料可以单独使用1种,也可以以任意的组合和比率组合使用2种以上。
作为上述的将人造碳质物质以及人造石墨质物质在400~3200℃的范围内进行1次以上热处理而得到的碳质材料,可以举出煤系焦炭、石油系焦炭、煤系沥青、石油系沥青和对这些沥青进行氧化处理而得到的物质、针状焦炭、沥青焦炭和对它们进行部分石墨化而得到的碳剂、炉黑、乙炔黑、沥青系碳纤维等有机物的热解产物、可碳化的有机物和它们的碳化物、或使可碳化的有机物溶解在苯、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和它们的碳化物等。
作为用作上述负极活性物质的金属材料(其中,锂钛复合氧化物除外),只要能够吸纳·释放锂,则可以是锂单质、形成锂合金的单质金属和合金、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任一种,没有特别限制。作为形成锂合金的单质金属和合金,优选为包含IIIA族和IVA族的金属·半金属元素的材料,更优选为铝、硅和锡(以下简称为“特定金属元素”)的单质金属和包含这些原子的合金或化合物。它们可以单独使用1种,也可以以任意的组合和比率组合使用2种以上。
作为具有选自特定金属元素中的至少1种原子的负极活性物质,可以举出任一种特定金属元素的金属单质、包含2种以上的特定金属元素的合金、包含1种或2种以上的特定金属元素与其他1种或2种以上的金属元素的合金、以及含有1种或2种以上的特定金属元素的化合物、和该化合物的氧化物、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。
此外,还可以举出这些复合化合物与金属单质、合金或非金属元素等多种元素复杂地键合而得到的化合物。具体而言,例如硅或锡的情况下,还可以使用这些元素与不发挥作为负极的作用的金属的合金。例如,锡的情况下,还可以使用通过组合除了锡和硅之外且发挥作为负极的作用的金属、以及不发生作为负极的作用的金属、和非金属元素从而包含5~6种元素的复杂化合物。
具体而言,可以举出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或者锡单质、SnSiO3、LiSnO、Mg2Sn、SnOw(0<w≤2)。
此外,可以举出以Si或Sn作为第1构成元素,除此之外还包含第2、第3构成元素的复合材料。第2构成元素是例如钴、铁、镁、钛、钒、铬、锰、镍、铜、锌、镓和锆之中的至少1种。第3构成元素是例如硼、碳、铝和磷之中的至少1种。
特别地,从得到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,优选为硅或锡的单质(可以包含微量的杂质)、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金属复合氧化物材料,只要能够吸纳·释放锂,则没有特别限制,从高电流密度充放电特性的观点出发,优选为含有钛和锂的材料,更优选为包含钛的含锂复合金属氧化物材料,进一步优选为锂与钛的复合氧化物(以下简称为“锂钛复合氧化物”)。即,如果在电解液电池用负极活性物质中含有而使用具有尖晶石结构的锂钛复合氧化物,则输出电阻大幅减少,故而是特别优选的。
作为上述锂钛复合氧化物,优选为通式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1种元素]
上述组成之中,
(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的结构的电池性能的平衡良好,故而是特别优选的。
上述化合物的特别优选的代表性组成在(i)中是Li4/3Ti5/3O4,在(ii)中是Li1Ti2O4,在(iii)中是Li4/5Ti11/5O4。此外,针对Z≠0的结构,可以举出例如Li4/3Ti4/3Al1/3O4作为优选的物质。
上述负极合剂优选进一步含有粘结剂、增稠剂、导电材料。
作为上述粘结剂,可以举出与上述的在正极中能够使用的粘结剂相同的物质。粘结剂相对于负极活性物质的比例优选为0.1质量%以上、进一步优选为0.5质量%以上、特别优选为0.6质量%以上,此外,优选为20质量%以下、更优选为15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。粘结剂相对于负极活性物质的比例如果大于上述范围,则粘结剂量的对电池容量无贡献的粘结剂比例增加,有时导致电池容量的降低。此外,如果低于上述范围,则有时导致负极电极的强度降低。
特别地,在含有以SBR为代表的橡胶状高分子作为主要成分的情况下,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、进一步优选为0.6质量%以上,此外,通常为5质量%以下、优选为3质量%以下、进一步优选为2质量%以下。此外,含有以聚偏二氟乙烯为代表的氟系高分子作为主要成分的情况下,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、进一步优选为3质量%以上,此外,通常为15质量%以下、优选为10质量%以下、进一步优选为8质量%以下。
作为上述增稠剂,可以举出与上述的在正极中能够使用的增稠剂相同的物质。增稠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、进一步优选为0.6质量%以上,此外,通常为5质量%以下、优选为3质量%以下、进一步优选为2质量%以下。增稠剂相对于负极活性物质的比例如果低于上述范围,则有时涂布性显著降低。此外,如果大于上述范围,则负极活性物质在负极活性物质层中所占的比例降低,有时存在电池的容量降低的问题、或负极活性物质间的电阻增大。
作为负极的导电材料,可以举出铜或镍等金属材料;石墨、炭黑等碳材料等。
作为用于形成浆料的溶剂,只要是能够溶解或分散负极活性物质、粘结剂、以及根据需要使用的增稠剂和导电材料的溶剂,则其种类没有特别限制,可以使用水系溶剂和有机系溶剂中任一者。
作为水系溶剂,可以举出水、醇等,作为有机系溶剂,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、二亚乙基三胺、N,N-二甲基氨基丙基胺、四氢呋喃(THF)、甲苯、丙酮、二乙基醚、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,可以举出铜、镍或不锈钢等。其中,从容易加工为薄膜的观点、和成本的观点出发,优选为铜箔。
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。如果负极集电体的厚度过厚,则电池整体的容量有时过度降低,相反如果过薄,则有时处理变得困难。
负极的制造按照常规方法即可。可以举出例如,向上述负极中添加上述粘结剂、增稠剂、导电材料、溶剂等而制成浆料状,涂布在集电体上并干燥后压制,从而达到高密度化的方法。此外,使用合金材料的情况下,还可以使用通过蒸镀法、溅射法、镀敷法等手段而形成含有上述的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,集电体上存在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,此外,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。集电体上存在的负极活性物质的密度如果大于上述范围,则负极活性物质颗粒被破坏,有时导致初始不可逆容量的增加、或在集电体/负极活性物质界面附近的电解液的渗透性降低所导致的高电流密度充放电特性恶化。此外,如果低于上述范围,则负极活性物质间的导电性降低,电池电阻增大,有时每单位容积的容量降低。
负极板的厚度根据所使用的正极板相应地进行设计,没有特别限制,减去芯材的金属箔厚度后的合剂层的厚度期望通常为15μm以上、优选为20μm以上、更优选为30μm以上,此外,通常为300μm以下、优选为280μm以下、更优选为250μm以下。
此外,可以使用在上述负极板的表面上附着与其不同组成的物质而得到的负极板。作为表面附着物质,可以举出氧化铝、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。
<隔离件>
本发明的锂离子二次电池优选进一步具有隔离件。
上述隔离件的材质或形状只要在电解液中稳定、且保液性优异,则没有特别限定,可以使用公知的材质或形状。其中,可以使用由在本发明的电解液中稳定的材料形成的树脂、玻璃纤维、无机物等,优选使用保液性优异的多孔性片或无纺布状形态的物体等。
作为树脂、玻璃纤维隔离件的材料,可以使用例如聚乙烯、聚丙烯等聚烯烃、芳族聚酰胺、聚四氟乙烯、聚醚砜、玻璃过滤器等。聚丙烯/聚乙烯双层膜、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,也可以以任意的组合和比率组合使用2种以上。其中,在电解液的渗透性或关闭(shut down)效果良好方面考虑,上述隔离件优选为以聚乙烯、聚丙烯等聚烯烃作为原料的多孔性片或无纺布等。
隔离件的厚度是任意的,通常为1μm以上、优选为5μm以上、进一步优选为8μm以上,此外,通常为50μm以下、优选为40μm以下、进一步优选为30μm以下。隔离件如果比上述范围过薄,则有时绝缘性或机械强度降低。此外,如果比上述范围过厚,则不仅有时倍率特性等电池性能降低,而且有时电解液电池整体的能量密度降低。
此外,作为隔离件而使用多孔性片、无纺布等多孔物体的情况下,隔离件的孔隙率是任意的,通常为20%以上、优选为35%以上、进一步优选为45%以上,此外,通常为90%以下、优选为85%以下、进一步优选为75%以下。孔隙率如果比上述范围过小,则存在膜电阻变大而倍率特性恶化的倾向。此外,如果比上述范围过大,则存在隔离件的机械强度降低、绝缘性降低的倾向。
此外,隔离件的平均孔径也是任意的,通常为0.5μm以下、优选为0.2μm以下,此外,通常为0.05μm以上。平均孔径如果大于上述范围,则容易发生短路。此外,如果低于上述范围,则有时膜电阻变大而倍率特性降低。
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、纺织布、微多孔性膜等薄膜形状。薄膜形状的情况下,适合使用孔径为0.01~1μm、厚度为5~50μm的材料。除了上述的独立薄膜形状之外,还可以使用利用树脂制的粘结剂在正极和/或负极的表层上形成含有上述无机物的颗粒的复合多孔层而成的隔离件。例如,可以举出将90%粒径低于1μm的氧化铝颗粒以氟树脂作为粘结剂而在正极的双面上形成多孔层。
<电池设计>
电极组可以是将上述的正极板和负极板隔着上述的隔离件而形成的层叠结构的电极组、和将上述的正极板和负极板隔着上述的隔离件以旋涡状卷绕而成的结构的电极组中任一者。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,此外,通常为90%以下、优选为80%以下。
电极组占有率如果低于上述范围,则电池容量变小。此外,如果大于上述范围,则空隙空间少,因电池达到高温而导致构件膨胀,或电解质的液体成分的蒸气压变高,从而内部压力上升,有时作为电池的反复充放电性能或高温保存等各种特性降低,此外有时会使将内部压力向外释放的气体释放阀运转。
集电结构没有特别限制,为了更有效地实现利用本发明的电解液提高高电流密度的充放电特性,优选设为减少了配线部分、接合部分的电阻的结构。像这样减少了内部电阻的情况下,特别良好地发挥使用本发明的电解液的效果。
电极组为上述的层叠结构的情况下,适合使用捆扎各电极层的金属芯部分并焊接于端子而形成的结构。单张的电极面积变大的情况下,内部电阻变大,因此还适合使用在电极内设置多个端子而减少电阻。电极组为上述的卷绕结构的情况下,分别在正极和负极上设置多个引线结构,通过捆扎于端子,能够降低内部电阻。
外装壳体的材质只要是相对于所使用的电解液稳定的物质则没有特别限制。具体而言,可以使用镀镍的钢板、不锈钢、铝或铝合金、镁合金等金属类、或树脂与铝箔的层叠膜(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。
使用金属类的外装壳体的情况下,可以举出通过激光焊接、电阻焊接、超声焊接而将金属彼此熔接形成密封密闭结构而成的外装壳体;或者,经由树脂制密封垫片而使用上述金属类制成铆接结构而成的外装壳体。使用上述层压膜的外装壳体的情况下,可以举出通过将树脂层彼此热熔接而制成密封密闭结构而成的外装壳体等。为了提高密封性,可以在上述树脂层之间夹有与层压膜中使用的树脂不同的树脂。特别地,经由集电端子而将树脂层热熔接从而制成密闭结构的情况下,形成金属与树脂的接合,因此作为间隔树脂,适合使用具有极性基团的树脂或导入了极性基团而成的改性树脂。
本发明的锂离子二次电池的形状是任意的,可以举出例如圆筒型、长方体型、层压型、硬币型、巨大型等形状。应予说明,正极、负极、隔离件的形状和构成可以根据各自的电池的形状而变更使用。
此外,具有本发明的锂离子二次电池的组件也是本发明之一。
此外,下述锂离子二次电池也是优选方式之一,所述锂离子二次电池的特征在于,具有正极、负极、和上述的电解液,上述正极具有正极集电体和包含正极活性物质的正极活性物质层,上述正极活性物质包含Mn。由于具有包含含Mn的正极活性物质的正极活性物质层,因此上述锂离子二次电池的高温保存特性更进一步优异。
作为上述含Mn的正极活性物质,从能够提供能量密度高、高功率的锂离子二次电池的观点出发,优选为LiMn1.5Ni0.5O4、LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2、LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2
上述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。此外,上限优选为99质量%以下、更优选为98质量%以下。如果正极活性物质层中的正极活性物质的含量低,则有时电容量不充分。相反,如果含量过高,则有时正极的强度不足。
上述正极活性物质层可以进一步包含导电材料、增稠剂和粘结剂。
作为上述粘结剂,只要是对于电极制造时使用的溶剂或电解液而言安全的材料,则可以使用任意粘结剂,可以举出例如聚偏二氟乙烯、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、芳族聚酰胺、纤维素、硝基纤维素、NBR(丙烯腈-丁二烯橡胶)、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氢化物、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氢化物、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、氟代聚偏二氟乙烯、四氟乙烯·乙烯共聚物、具有碱金属离子(特别锂离子)的离子导电性的高分子组合物等。应予说明,这些物质可以单独使用1种,也可以以任意的组合和比率组合使用2种以上。
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,此外,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。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,有时循环特性等电池性能恶化。另一方面,如果过高,则有时导致电池容量或导电性的降低。
作为上述增稠剂,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、酪蛋白和它们的盐等。可以单独使用1种,也可以以任意的组合和比率组合使用2种以上。
增稠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,此外,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。如果低于该范围,则有时涂布性显著降低。如果高于该范围,则活性物质在正极活性物质层中所占的比例降低,有时产生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,可以任意使用公知的导电材料。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(石墨)、乙炔黑等炭黑、针状焦炭等无定形碳等碳材料等。应予说明,它们可以单独使用1种,也可以以任意的组合和比率组合使用2种以上。导电材料的含量在正极活性物质层中通常使用0.01质量%以上、优选为0.1质量%以上、更优选为1质量%以上,此外,通常使用50质量%以下、优选为30质量%以下、更优选为15质量%以下。如果含量低于该范围,则有时导电性不充分。相反,如果含量高于该范围,则有时电池容量降低。
从更进一步改善高温保存特性的观点出发,上述正极集电体优选由阀金属或其合金构成。作为上述阀金属,可以举出铝、钛、钽、铬等。上述正极集电体更优选由铝或铝的合金构成。
从更进一步改善高温保存特性的观点出发,上述锂离子二次电池中的与上述正极集电体电连接的部分之中与电解液接触的部分也优选由阀金属或其合金构成。特别优选的是,电池外装壳体、和上述电池外装壳体中容纳的引线、安全阀等之中与正极集电体电连接且与非水电解液接触的部分由阀金属或其合金构成。可以使用通过阀金属或其合金覆盖的不锈钢。
上述正极的制造方法如上所述,可以举出例如:向上述正极活性物质中添加上述粘结剂、增稠剂、导电材料、溶剂等而制成浆料状的正极合剂,将其涂布在正极集电体上并干燥后压制,从而达到高密度化的方法。
上述负极的构成如上所述。
本发明的电解液作为混合动力汽车用、分散电源用的大型锂离子二次电池用的电解液是有用的。
实施例
接着,举出实施例说明本发明,但本发明不仅限定于上述实施例。
实施例和比较例
(EMImBOB的合成)
在反应容器中装入脱水二氯甲烷和1-乙基-3-甲基氯化咪唑鎓,添加双草酸硼酸锂使其进行反应。其后,进行减压浓缩,以硅胶柱色谱法进行精制而得到由下式表示的化合物(EMImBOB)。
(BMImBOB的合成)
将起始物质从1-乙基-3-甲基氯化咪唑鎓变更为1-丁基-3-甲基氯化咪唑鎓,除此以外,与上述合成方法同样地得到由下式表示的化合物(BMImBOB)。
(电解液的制备)
将碳酸亚乙酯(EC)、碳酸甲乙酯(EMC)和碳酸二甲酯(DMC)以体积比为30/30/40的方式混合,在其中添加离子源以使电解液中的各离子为表1所记载的浓度,得到非水电解液。具体而言,以如下方式添加。
实施例1中添加了4.0×10-4M的化合物(I)、1.0M的LiPF6。
实施例2中添加了4.0×10-3M的化合物(I)、1.0M的LiPF6
实施例3中添加了2.0×10-2M的化合物(I)、1.0M的LiPF6
实施例4中添加了4.0×10-2M的化合物(I)、1.0M的LiPF6
实施例5中添加了8.0×10-2M的化合物(I)、1.0M的LiPF6
实施例6中添加了2.0×10-1M的化合物(I)、1.0M的LiPF6
实施例7中添加了4.0×10-1M的化合物(I)、1.0M的LiPF6
实施例8中添加了4.8×10-1M的化合物(I)、1.0M的LiPF6
实施例9中添加了2.0×10-2M的化合物(II)、1.0M的LiPF6
实施例12、13中添加了2.0×10-2M的化合物(I)、1.0M的LiPF6
实施例14~20中添加了2.0×10-2M的化合物(II)、1.0M的LiPF6
表1所记载的缩写如下所述。
BOB:
(I)(EMImBOB):
(II)(BMImBOB):
(III):
(IV):
(V):
(VI):
(VII):
VC:碳酸亚乙烯酯
VEC:乙烯基碳酸亚乙酯
FEC:氟代碳酸亚乙酯
DFEC:二氟代碳酸亚乙酯
(铝层压型锂离子二次电池的制作)
[正极的制作]
将作为正极活性物质的Li(Ni1/3Mn1/3Co1/3)O2(NMC)93质量%、作为导电材料的乙炔黑3质量%和作为粘结剂的聚偏二氟乙烯(PVdF)4质量%在N-甲基吡咯烷酮溶剂中混合,形成浆料。将所得的浆料涂布于预先涂布有导电助剂的厚度15μm的铝箔的单面,进行干燥,用加压机进行辊压,将所得的材料切成宽度为50mm、长度为30mm作为活性物质层的尺寸且具有宽度5mm、长度9mm的未涂敷部的形状,制成正极。
[负极的制作]
在碳质材料(石墨)98质量份中加入作为增稠剂和粘合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1质量%)1质量份和苯乙烯-丁二烯橡胶的水性分散液(苯乙烯-丁二烯橡胶的浓度50质量%)1质量份,以分散器进行混合而形成浆料。将所得的浆料涂布于厚度10μm的铜箔并进行干燥,以加压机进行压制,将所得的材料切成宽度为52mm、长度为32mm作为活性物质层的尺寸且具有宽度5mm、长度9mm的未涂敷部的形状,制成负极。
[铝层压电池的制作]
将上述正极隔着厚度20μm的微孔性聚乙烯膜(隔离件)使正极与负极对置,注入上述得到的非水电解液,上述非水电解液充分渗透于隔离件等后,进行封装并进行预备充电、熟化,制作锂离子二次电池。
(电池特性的测定)
[高温循环特性试验]
将上述制造的锂离子二次电池在用板夹持并加压的状态下在60℃以相当于1C的电流进行恒定电流-恒定电压充电(以下,标记为CC/CV充电)(0.1C截止)至4.3V后,以1C的恒定电流放电至3V,将其作为1次循环,由第3次循环的放电容量求出初始放电容量。再次进行循环,将200次循环后的放电容量作为循环后的容量。求出200次循环后的放电容量相对于初始放电容量的比例,将其作为循环容量保持率(%)。
(200次循环后的放电容量)÷(初始放电容量)×100=容量保持率(%)
将结果示于表1。
[IV电阻的评价]
将结束了初始放电容量的评价的电池在25℃以1C的恒定电流充电使其达到初始放电容量的一半的容量。以2.0C使其放电,测定其10秒时的电压。由放电时的电压的下降算出电阻,作为IV电阻。
将结果示于表1。
【表1】

Claims (11)

1.一种锂离子二次电池用电解液,其特征在于,含有由通式(1)表示的化合物(1),
通式(1):
通式(1)中,R1和R2独立地为碳原子数1~4的、具有或不具有醚键的烷基。
2.根据权利要求1所述的锂离子二次电池用电解液,其中,在通式(1)中,R1和R2中的至少一者为甲基。
3.根据权利要求1或2所述的锂离子二次电池用电解液,其中,化合物(1)为选自由式(1-a)表示的化合物(1-a)和由式(1-b)表示的化合物(1-b)中的至少一种:
式(1-a):
式(1-b):
4.一种锂离子二次电池用电解液,其特征在于,含有由通式(1-1)表示的咪唑鎓阳离子(1-1)、双草酸硼酸根阴离子和六氟磷酸根阴离子,
通式(1-1):
通式(1-1)中,R1和R2独立地为碳原子数1~4的、具有或不具有醚键的烷基。
5.根据权利要求4所述的锂离子二次电池用电解液,其中,在通式(1-1)中,R1和R2中的至少一者为甲基。
6.根据权利要求4或5所述的锂离子二次电池用电解液,其中,咪唑鎓阳离子(1-1)为选自
表示的咪唑鎓阳离子(1-1a)、以及
表示的咪唑鎓阳离子(1-1b)
中的至少一种。
7.根据权利要求4、5或6所述的锂离子二次电池用电解液,其中,咪唑鎓阳离子(1-1)的浓度为1.0×10-5~1.0mol/L,双草酸硼酸根阴离子的浓度为1.0×10-5~1.0mol/L,六氟磷酸根阴离子的浓度为0.01~1.5mol/L。
8.根据权利要求1、2、3、4、5、6或7所述的锂离子二次电池用电解液,其中,所述锂离子二次电池用电解液进一步含有氯离子。
9.根据权利要求8所述的锂离子二次电池用电解液,其中,氯离子的浓度为1.0×10-6~1.0×103ppm。
10.一种锂离子二次电池,其特征在于,具备权利要求1、2、3、4、5、6、7、8或9所述的电解液。
11.一种组件,其特征在于,具备权利要求10所述的锂离子二次电池。
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