CN110998957B - 电池用非水电解液及锂二次电池 - Google Patents
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Abstract
Description
技术领域
本公开文本涉及电池用非水电解液及锂二次电池。
背景技术
近年来,锂二次电池已作为移动电话、笔记本电脑等电子设备、或电动汽车、电力储存用的电源而被广泛使用。尤其是,最近,可搭载于混合动力汽车、电动汽车的高容量且高输出功率并且能量密度高的电池的需求正在快速增大。
以往,已对包含非水电解液的锂二次电池(也被称为非水电解液二次电池等)进行了各种研究。
例如,专利文献1中,在以锂、或锂合金为负极活性物质、以二氧化锰为正极活性物质的非水电解液电池中,作为对在使放电容量的大部分已被放电后的电池长期放置并想要再次使用的情况下、或者在作为存储器备用电源而以数μA左右的低电流长期使用的情况下发生的内电阻的上升进行抑制,从而能得到良好的电池性能的非水电解液电池,公开了下述非水电解液电池,其由包含锂或锂合金的负极、以二氧化锰为主体的正极及非水电解液构成,该非水电解液以0.01摩尔/升以上、且0.5摩尔/升以下的比例包含锂硼氧化物。
另外,专利文献2中,作为保护正极活性物质以使其免受氢氟酸的作用、从而能提高循环特性的非水电解质二次电池,公开了下述非水电解质二次电池,其是具备在非水溶剂中包含LiPF6作为电解质盐的非水电解液的非水电解质二次电池,前述非水电解液包含硼酸锂。专利文献2中,作为正极活性物质,公开了使用锰酸锂的实施例。
另外,专利文献3中,作为即使在夏季的汽车内这样的高温环境下使用、或被保存的情况下,也能维持高电池容量的非水电解液二次电池,公开了下述的非水电解液二次电池,其中,以锂锰复合氧化物为正极活性物质,以锂、锂合金或可逆地吸藏、释出锂的碳材料为负极活性物质,在非水电解液中包含0.01摩尔%以上且2摩尔%以下的锂硼氧化物。
专利文献1:日本特开2000-48828号公报
专利文献2:日本特开2005-71617号公报
专利文献3:日本专利第4366724号公报
发明内容
发明所要解决的课题
针对使用了非水电解液的电池,有时要求减小保存电池之前的初始的电池电阻,并且抑制因保存而导致的电池电阻的上升。
本公开文本的目的在于提供:能减小保存电池之前的初始的电池电阻、并且能抑制因保存而导致的电池电阻的上升的电池用非水电解液、及使用了该电池用非水电解液的锂二次电池。
用于解决课题的手段
用于解决上述课题的手段包括以下的方式。
<1>电池用非水电解液,其含有:
由下述式(1)表示的硼化合物形成的添加剂A,和
由还原分解电位低于前述添加剂A的化合物形成的添加剂B。
[化学式1]
式(1)中,n表示1~5的整数。M+表示Li+离子或H+离子。n为2~5的整数时,多个M+可以相同也可以不同。
<2>如<1>所述的电池用非水电解液,其中,将构成前述添加剂A的硼化合物的还原分解电位的绝对值作为还原分解电位A,将构成前述添加剂B的化合物的还原分解电位的绝对值作为还原分解电位B时,从还原分解电位A减去还原分解电位B而得到的值为0.1V~1.5V。
<3>如<1>或<2>所述的电池用非水电解液,其中,将构成前述添加剂B的化合物的还原分解电位的绝对值作为还原分解电位B时,前述还原分解电位B为0.5V~2.0V。
<4>如<1>~<3>中任一项所述的电池用非水电解液,其中,前述添加剂B是由选自由具有碳-碳不饱和键的碳酸酯化合物、磺内酯化合物、环状硫酸酯化合物、磷酸酯化合物、草酸盐化合物、被氟原子取代的芳香族化合物、被氟原子取代的脂肪族化合物、二腈化合物、具有氟原子的磺酰基化合物、及具有氟原子的碳酸酯化合物组成的组中的至少1种形成的。
<5>如<1>~<4>中任一项所述的电池用非水电解液,其中,前述添加剂B是由选自由碳酸亚乙烯酯、乙烯基碳酸亚乙酯、1,3-丙烷磺内酯、1,3-丙烯磺内酯、4-甲基磺酰氧基甲基-2,2-二氧代-1,3,2-二氧硫杂环戊烷、4,4’-双(2,2-二氧代-1,3,2-二氧硫杂环戊烷)、4-丙基-2,2-二氧代-1,3,2-二氧硫杂环戊烷、二氟磷酸锂、磷酸三(三甲基甲硅烷基)酯、二氟双(草酸)磷酸锂、双(草酸)硼酸锂、邻氟甲苯、(全氟己基)乙烯、丁二腈、己二腈、甲磺酰氟、三氟甲磺酸锂、双(氟磺酰基)酰亚胺锂、及4-氟碳酸亚乙酯组成的组中的至少1种形成的。
<6>如<1>~<5>中任一项所述的电池用非水电解液,其中,前述式(1)中的前述M+为Li+离子。
<7>如<1>~<6>中任一项所述的电池用非水电解液,其中,相对于电池用非水电解液的总量而言的前述添加剂A的含量为0.001质量%~10质量%。
<8>如<1>~<7>中任一项所述的电池用非水电解液,其中,相对于电池用非水电解液的总量而言的前述添加剂B的含量为0.001质量%~10质量%。
<9>如<1>~<8>中任一项所述的电池用非水电解液,其中,相对于前述添加剂A而言的前述添加剂B的含有质量比大于1且为20以下。
<10>锂二次电池,其包含:
正极,
负极,所述负极包含选自由金属锂、含有锂的合金、可与锂进行合金化的金属或合金、可进行锂离子的掺杂·脱掺杂的氧化物、可进行锂离子的掺杂·脱掺杂的过渡金属氮化物、及可进行锂离子的掺杂·脱掺杂的碳材料组成的组中的至少1种作为负极活性物质,知
<1>~<9>中任一项所述的电池用非水电解液。
<11>锂二次电池,其是使<10>所述的锂二次电池进行充放电而得到的。
发明的效果
通过本公开文本,可提供:能减小保存电池之前的初始的电池电阻、并且能抑制因保存而导致的电池电阻的上升的电池用非水电解液、及使用了该电池用非水电解液的锂二次电池。
附图说明
[图1]为表示作为本公开文本的锂二次电池的一例的、层压型电池的一例的概略立体图。
[图2]为图1所示的层压型电池中容纳的层叠型电极体的、厚度方向的概略截面图。
[图3]为表示作为本公开文本的锂二次电池的另一例的、纽扣型电池的一例的概略截面图。
具体实施方式
本说明书中,使用“~”表示的数值范围是指包含“~”的前后记载的数值作为下限值及上限值的范围。
本说明书中,对于组合物中的各成分的量而言,属于各成分的物质在组合物中存在多种时,只要没有特别说明,是指在组合物中存在的该多种物质的总量。
〔电池用非水电解液〕
本公开文本的电池用非水电解液(以下,也简称为“非水电解液”)含有由下述式(1)表示的硼化合物形成的添加剂A、和由还原分解电位低于添加剂A的化合物形成的添加剂B。
[化学式2]
式(1)中,n表示1~5的整数。M+表示Li+离子或H+离子。n为2~5的整数时,多个M+可以相同也可以不同。
通过本公开文本的非水电解液,能减小保存电池之前的初始的电池电阻,并且,能抑制因保存而导致的电池电阻的上升。发挥上述效果的原因虽不明确,但可推测如下。
对于添加剂A(即,式(1)表示的硼化合物)而言,由于基于循环伏安法(CV)的还原分解电位高,因此认为,在电池的充放电时,在负极上快速分解。结果,认为在负极上形成基于添加剂A的分解物的低电阻被膜。本公开文本的非水电解液除了含有所述添加剂A之外、还含有由还原分解电位低于添加剂A的化合物形成的添加剂B。认为由此在电池的充放电时,首先,在负极上快速形成基于添加剂A的分解物的被膜,接下来,添加剂B的分解物对该被膜进行增强,由此,在负极上形成低电阻且耐久性优异的被膜。推测通过在负极上形成的低电阻且耐久性优异的被膜,能够带来减小初始的电池电阻的效果、及抑制因保存而导致的电池电阻的上升的效果。
对于本公开文本的非水电解液,上述专利文献1(日本特开2000-48828号公报)、上述专利文献2(日本特开2005-71617号公报)、及上述专利文献3(日本专利第4366724号公报)中,公开了包含四硼酸锂(Li2B4O7)(其被包含在添加剂A的范围内)的非水电解液。专利文献1的0018~0023段、专利文献2的0005段、及专利文献3的0012段中,公开了非水电解液中含有的四硼酸锂对锰离子从正极的溶出、或溶出后的锰离子在负极中的析出进行抑制,并公开了通过这些机制能够起到发明的效果。
相对于上述专利文献1~3中记载的非水电解液,对于本公开文本的非水电解液而言,认为通过添加剂A与添加剂B的组合,基于与这些专利文献1~3中记载的机制完全不同的前述机制,能够发挥减小初始的电池电阻,并且,抑制因保存而导致的电池电阻的上升的效果。
本说明书中,添加剂的还原分解电位是指利用循环伏安法(CV)、并通过以下的方法测定的值。
首先,如下所述地操作,制备样品溶液。
作为非水溶剂,使碳酸亚乙酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)和碳酸甲乙酯(EMC)以分别为34∶33∶33(质量比)的比例混合,得到混合溶剂。以最终制备的样品溶液中的电解质浓度成为1摩尔/升的方式,使作为电解质的LiPF6溶解于得到的混合溶剂中。通过以最终制备的样品溶液中的添加剂浓度成为0.5质量%的方式,向得到的溶液中添加作为还原分解电位的测定对象的添加剂,从而得到样品溶液。
接下来,作为循环伏安法(CV),使用ALS电化学分析仪(BAS公司),在将作为工作电极(WE)的石墨电极、作为对电极(CE)的Li金属电极、和作为参比电极(RE)的Li金属电极浸渍在上述样品溶液中的状态下,以1mV/sec的扫描速度对电极电位从3V扫描至0V。期间,将0.1mA的电流(即,与添加剂的还原分解相伴随的电流)流过时的电极电位作为添加剂的还原分解电位。
以下,对添加剂A及添加剂B进行说明。
<添加剂A>
本公开文本的非水电解液含有由下述式(1)表示的硼化合物形成的添加剂A。
本公开文本的非水电解液中含有的添加剂A可以为1种,也可以为2种以上。
[化学式3]
式(1)中,n表示1~5的整数。M+表示Li+离子或H+离子。n为2~5的整数时,多个M+可以相同也可以不同。
式(1)中,作为n,优选为1~3的整数,特别优选为2。
式(1)中,作为M+,特别优选为Li+离子。
作为式(1)表示的硼化合物,可举出:
三硼酸锂(还原分解电位为2.1V,n为1,M+为Li+离子的化合物)、
四硼酸锂(还原分解电位为2.1V,n为2,2个M+为Li+离子的化合物)、
五硼酸锂(还原分解电位为2.2V,n为3,3个M+为Li+离子的化合物)、
六硼酸锂(还原分解电位为2.2V,n为4,4个M+为Li+离子的化合物)、
七硼酸锂(还原分解电位为2.3V,n为5,5个M+为Li+离子的化合物)等。
作为式(1)表示的硼化合物,优选还原分解电位为2.0V~2.5V的范围内的硼化合物。
作为相对于本公开文本的非水电解液的总量而言的添加剂A的含量(为2种以上时,为总含量),优选为0.001质量%~10质量%,更优选为0.005质量%~5质量%,进一步优选为0.01质量%~1质量%,特别优选为0.01质量%~0.5质量%。
<添加剂B>
本公开文本的非水电解液含有由还原分解电位低于添加剂A的化合物形成的添加剂B。
作为添加剂B,没有特别限制,为还原分解电位低于添加剂A的化合物即可。只要添加剂B为还原分解电位低于添加剂A的化合物,那么最初形成的由添加剂A的分解物形成的被膜得以被添加剂B的分解物增强,从而能形成低电阻且耐久性优异的被膜。结果,能起到减小初始的电池电阻、并且抑制因保存而导致的电池电阻的上升的效果。
非水电解液中含有的添加剂B可以仅为1种,也可以为2种以上。
将构成添加剂A的硼化合物的还原分解电位的绝对值作为还原分解电位A,将构成添加剂B的化合物的还原分解电位的绝对值作为还原分解电位B时,从还原分解电位A减去还原分解电位B而得到的值(即,还原分解电位A-还原分解电位B)大于0即可,优选为0.1V~1.5V,更优选为0.2V~1.3V,特别优选为0.3V~1.2V。
另外,上述的还原分解电位B优选为0.5V~2.0V,更优选为0.9V~1.8V。
添加剂B更优选为选自由具有碳-碳不饱和键的碳酸酯化合物、磺内酯化合物、环状硫酸酯化合物、磷酸酯化合物、草酸盐化合物、被氟原子取代的芳香族化合物、被氟原子取代的脂肪族化合物、二腈化合物、具有氟原子的磺酰基化合物、及具有氟原子的碳酸酯化合物组成的组中的至少1种。
另外,作为添加剂B,优选为分子量为1000以下的化合物,更优选为分子量为500以下的化合物。
(具有碳-碳不饱和键的碳酸酯化合物)
作为具有碳-碳不饱和键的碳酸酯化合物,可举出碳酸甲基乙烯基酯、碳酸乙基乙烯基酯、碳酸二乙烯基酯、碳酸甲基丙炔基酯、碳酸乙基丙炔基酯、碳酸二丙炔基酯、碳酸甲基苯基酯、碳酸乙基苯基酯、碳酸二苯基酯等链状碳酸酯类;碳酸亚乙烯酯、甲基碳酸亚乙烯酯、4,4-二甲基碳酸亚乙烯酯、4,5-二甲基碳酸亚乙烯酯、乙烯基碳酸亚乙酯、4,4-二乙烯基碳酸亚乙酯、4,5-二乙烯基碳酸亚乙酯、乙炔基碳酸亚乙酯、4,4-二乙炔基碳酸亚乙酯、4,5-二乙炔基碳酸亚乙酯、丙炔基碳酸亚乙酯、4,4-二丙炔基碳酸亚乙酯、4,5-二丙炔基碳酸亚乙酯等环状碳酸酯类;等等。
这些化合物中,优选为碳酸甲基苯基酯、碳酸乙基苯基酯、碳酸二苯基酯、碳酸亚乙烯酯、乙烯基碳酸亚乙酯、4,4-二乙烯基碳酸亚乙酯、4,5-二乙烯基碳酸亚乙酯,更优选为碳酸亚乙烯酯(还原分解电位为1.1V)、乙烯基碳酸亚乙酯(还原分解电位为1.0V),特别优选为碳酸亚乙烯酯。
(磺内酯化合物)
作为磺内酯化合物,可举出1,3-丙烷磺内酯、1,4-丁烷磺内酯、1,3-丙烯磺内酯、1-甲基-1,3-丙烯磺内酯、2-甲基-1,3-丙烯磺内酯、3-甲基-1,3-丙烯磺内酯等。
这些化合物中,优选为1,3-丙烷磺内酯(还原分解电位为1.2V)、1,3-丙烯磺内酯(还原分解电位为1.4V),特别优选为1,3-丙烯磺内酯(还原分解电位为1.4V)。
(环状硫酸酯化合物)
作为环状硫酸酯化合物,可举出:
邻苯二酚硫酸酯、
1,2-环己基硫酸酯、
2,2-二氧代-1,3,2-二氧硫杂环戊烷、
4-甲基-2,2-二氧代-1,3,2-二氧硫杂环戊烷、
4-乙基-2,2-二氧代-1,3,2-二氧硫杂环戊烷、
4-丙基-2,2-二氧代-1,3,2-二氧硫杂环戊烷、
4-丁基-2,2-二氧代-1,3,2-二氧硫杂环戊烷、
4-戊基-2,2-二氧代-1,3,2-二氧硫杂环戊烷、
4-己基-2,2-二氧代-1,3,2-二氧硫杂环戊烷、
4-甲基磺酰氧基甲基-2,2-二氧代-1,3,2-二氧硫杂环戊烷、
4-乙基磺酰氧基甲基-2,2-二氧代-1,3,2-二氧硫杂环戊烷、
硫酸双((2,2-二氧代-1,3,2-二氧硫杂环戊烷-4-基)甲基)酯、
4,4’-双(2,2-二氧代-1,3,2-二氧硫杂环戊烷)等等。
这些化合物中,优选为4-甲基磺酰氧基甲基-2,2-二氧代-1,3,2-二氧硫杂环戊烷(还原分解电位为1.3V)、4,4’-双(2,2-二氧代-1,3,2-二氧硫杂环戊烷)(还原分解电位为1.2V)、4-丙基-2,2-二氧代-1,3,2-二氧硫杂环戊烷(还原分解电位为1.4V),特别优选为4,4’-双(2,2-二氧代-1,3,2-二氧硫杂环戊烷)(还原分解电位为1.2V)。
关于环状硫酸酯化合物,可参见国际公开文本第2012/053644号。
(磷酸酯化合物)
作为磷酸酯化合物,可举出二氟磷酸锂、单氟磷酸锂、磷酸三(三甲基甲硅烷基)酯、磷酸二甲基三甲基甲硅烷基酯、磷酸甲基二(三甲基甲硅烷基)酯、磷酸三甲酯、磷酸三(三乙基甲硅烷基)酯、磷酸三乙酯、磷酸三辛酯等。
这些化合物中,优选为二氟磷酸锂(还原分解电位为1.1V)、磷酸三(三甲基甲硅烷基)酯(还原分解电位为0.9V)。
需要说明的是,此处所谓磷酸酯化合物的概念,不包含后述的作为草酸盐化合物的磷酸酯化合物。作为草酸盐化合物的磷酸酯化合物被包含在草酸盐化合物的概念中。
(草酸盐化合物)
作为草酸盐化合物,可举出二氟双(草酸)磷酸锂、四氟(草酸)磷酸锂、三(草酸)磷酸锂、二氟(草酸)硼酸锂、双(草酸)硼酸锂等。
这些化合物中,优选为二氟双(草酸)磷酸锂(还原分解电位为2.0V)、双(草酸)硼酸锂(还原分解电位为1.8V),特别优选为双(草酸)硼酸锂(还原分解电位为1.8V)。
(被氟原子取代的芳香族化合物)
作为被氟原子取代的芳香族化合物,优选为至少被1个氟原子取代的苯。此处,至少被1个氟原子取代的苯可以被2个以上氟原子取代,也可被氟原子以外的取代基取代。
作为被氟原子取代的芳香族化合物,可举出邻氟甲苯、间氟甲苯、对氟甲苯、二氟甲苯、三氟甲苯、四氟甲苯、五氟甲苯、氟苯、邻二氟苯、间二氟苯、对二氟苯、1-氟-4-叔丁基苯、2-氟联苯、氟环己基苯(例如,1-氟-2-环己基苯、1-氟-3-环己基苯、1-氟-4-环己基苯)、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。
这些化合物中,优选为邻氟甲苯、间氟甲苯、对氟甲苯,更优选为邻氟甲苯(还原分解电位为1.5V)。
(被氟原子取代的脂肪族化合物)
作为被氟原子取代的脂肪族化合物,优选为氟代烯烃。此处,所谓氟代烯烃,是指至少被1个氟原子取代的烯烃。
作为氟代烯烃,更优选为碳原子数为3~15的氟代烯烃。
作为氟代烯烃,优选为被碳原子数为1~12的氟代烷基取代的乙烯。此处,所谓氟代烷基,是指至少被1个氟原子取代的烷基。
作为氟代烯烃,可举出(全氟甲基)乙烯、(全氟乙基)乙烯、(全氟丙基)乙烯、(全氟丁基)乙烯、(全氟戊基)乙烯、(全氟己基)乙烯、(全氟庚基)乙烯、(全氟辛基)乙烯、(全氟壬基)乙烯、(全氟癸基)乙烯、(全氟十一烷基)乙烯、(全氟十二烷基)乙烯等。
这些化合物中,优选为(全氟己基)乙烯(还原分解电位为1.2V)。
(二腈化合物)
作为二腈化合物,优选碳原子数为2~10的二腈化合物。
作为二腈化合物,可举出丙二腈、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、三甲基丁二腈、四甲基丁二腈、3,3’-氧二丙腈、3,3’-硫二丙腈、3,3’-(亚乙基二氧基)二丙腈、3,3’-(亚乙基二硫基)二丙腈、1,2-苯二腈、1,3-苯二腈、1,4-苯二腈、1,2-二氰基环丁烷、乙酸1,1-二氰基乙酯、2,3-二氰基氢醌、4,5-二氰基咪唑、2,4-二氰基-3-甲基谷氨酰胺、9-二氰基亚甲基-2,4,7-三硝基芴、2,6-二氰基甲苯等。
这些化合物中,优选为丁二腈(还原分解电位为1.2V)或己二腈(还原分解电位为1.2V)。
(具有氟原子的磺酰基化合物)
作为具有氟原子的磺酰基化合物,可举出磺酰氟化合物、氟代烷基磺酸锂化合物、双(氟磺酰基)酰亚胺化合物等。
作为磺酰氟化合物,可举出甲磺酰氟、乙磺酰氟、丙磺酰氟、2-丙磺酰氟、丁磺酰氟、2-丁磺酰氟、己磺酰氟、三氟甲磺酰氟、全氟乙磺酰氟、全氟丙磺酰氟、全氟丁磺酰氟、乙烯磺酰氟、1-丙烯-1-磺酰氟、2-丙烯-1-磺酰氟等。
这些化合物中,优选甲磺酰氟、乙磺酰氟、丙磺酰氟、2-丙磺酰氟、丁磺酰氟、2-丁磺酰氟、己磺酰氟、三氟甲磺酰氟、全氟乙磺酰氟、全氟丙磺酰氟、或全氟丁磺酰氟,
更优选甲磺酰氟、乙磺酰氟、丙磺酰氟、2-丙磺酰氟、丁磺酰氟、2-丁磺酰氟、或己磺酰氟,
进一步优选甲磺酰氟、乙磺酰氟、或丙磺酰氟,
特别优选甲磺酰氟(还原分解电位为1.3V)。
作为氟代烷基磺酸锂化合物,可举出三氟甲磺酸锂、五氟乙磺酸锂。
这些化合物中,优选为三氟甲磺酸锂(还原分解电位为1.3V)。
作为双(氟磺酰基)酰亚胺化合物,可举出双(氟磺酰基)酰亚胺锂。该化合物的还原分解电位为1.4V。
(具有氟原子的碳酸酯化合物)
作为具有氟原子的碳酸酯化合物,可举出甲基三氟甲基碳酸酯、乙基三氟甲基碳酸酯、双(三氟甲基)碳酸酯、甲基(2,2,2-三氟乙基)碳酸酯、乙基(2,2,2-三氟乙基)碳酸酯、双(2,2,2-三氟乙基)碳酸酯等链状碳酸酯类;4-氟碳酸亚乙酯、4,4-二氟碳酸亚乙酯、4,5-二氟碳酸亚乙酯、4-三氟甲基碳酸亚乙酯等环状碳酸酯类;等等。
这些化合物中,优选为4-氟碳酸亚乙酯(还原分解电位为1.3V)。
添加剂B进一步优选为:
选自由碳酸亚乙烯酯、乙烯基碳酸亚乙酯、1,3-丙烷磺内酯、1,3-丙烯磺内酯、4-甲基磺酰氧基甲基-2,2-二氧代-1,3,2-二氧硫杂环戊烷、4,4’-双(2,2-二氧代-1,3,2-二氧硫杂环戊烷)、4-丙基-2,2-二氧代-1,3,2-二氧硫杂环戊烷、二氟磷酸锂、磷酸三(三甲基甲硅烷基)酯、二氟双(草酸)磷酸锂、双(草酸)硼酸锂、邻氟甲苯、(全氟己基)乙烯、丁二腈、己二腈、甲磺酰氟、三氟甲磺酸锂、双(氟磺酰基)酰亚胺锂、及4-氟碳酸亚乙酯组成的组中的至少1种,
特别优选为选自由碳酸亚乙烯酯、1,3-丙烯磺内酯、4,4’-双(2,2-二氧代-1,3,2-二氧硫杂环戊烷)、二氟磷酸锂、磷酸三(三甲基甲硅烷基)酯、及双(草酸)硼酸锂组成的组中的至少1种。
作为相对于本公开文本的非水电解液的总量而言的添加剂B的含量(为2种以上时,为总含量),优选为0.001质量%~10质量%,更优选为0.05质量%~5质量%,进一步优选为0.1质量%~4质量%,进一步优选为0.1质量%~2质量%,特别优选为0.1质量%~1质量%。
本公开文本的非水电解液中,相对于添加剂A而言的添加剂B的含有质量比(即,比值〔添加剂B的含有质量/添加剂A的含有质量〕)优选大于1且为20以下,更优选为1.2~15,特别优选为1.4~10。
接下来,对非水电解液的其他成分进行说明。非水电解液通常含有电解质和非水溶剂。
(非水溶剂)
非水电解液通常含有非水溶剂。
作为非水溶剂,可适当选择各种已知的非水溶剂,优选使用选自环状的非质子性溶剂及链状的非质子性溶剂中的至少一方。
在为了提高电池的安全性、而想要提高溶剂的闪燃点的情况下,作为非水溶剂,优选使用环状的非质子性溶剂。
(环状的非质子性溶剂)
作为环状的非质子性溶剂,可使用环状碳酸酯、环状羧酸酯、环状砜、环状醚。
环状的非质子性溶剂可以单独使用,也可混合多种而使用。
环状的非质子性溶剂在非水溶剂中的混合比例为10质量%~100质量%,进一步优选为20质量%~90质量%,特别优选为30质量%~80质量%。通过成为这样的比率,能提高与电池的充放电特性有关的电解液的传导率。
作为环状碳酸酯的例子,具体而言,可举出碳酸亚乙酯、碳酸1,2-亚丙酯、碳酸1,2-亚丁酯、碳酸2,3-亚丁酯、碳酸1,2-亚戊酯、碳酸2,3-亚戊酯等。这些中,可以合适地使用介电常数高的碳酸亚乙酯和碳酸1,2-亚丙酯。对于在负极活性物质中使用了石墨的电池而言,更优选碳酸亚乙酯。另外,这些环状碳酸酯可以混合2种以上而使用。
作为环状羧酸酯,具体而言,可例举γ-丁内酯、δ-戊内酯、或甲基γ-丁内酯、乙基γ-丁内酯、乙基δ-戊内酯等烷基取代体等。
对于环状羧酸酯而言,蒸气压低,粘度低,并且介电常数高,能在不降低电解液的闪燃点和电解质的解离度的情况下降低电解液的粘度。因此,具有能在不提高电解液的易燃性的情况下、提高作为与电池的放电特性有关的指标的电解液的传导率这样的特征,因此,在想要提高溶剂的闪燃点的情况下,作为前述环状的非质子性溶剂,优选使用环状羧酸酯。最优选为γ-丁内酯。
另外,环状羧酸酯优选与其他环状的非质子性溶剂混合使用。例如,可举出环状羧酸酯、与环状碳酸酯及/或链状碳酸酯的混合物。
作为环状羧酸酯与环状碳酸酯及/或链状碳酸酯的组合的例子,具体而言,可举出γ-丁内酯与碳酸亚乙酯、γ-丁内酯与碳酸亚乙酯与碳酸二甲酯、γ-丁内酯与碳酸亚乙酯与碳酸甲乙酯、γ-丁内酯与碳酸亚乙酯与碳酸二乙酯、γ-丁内酯与碳酸1,2-亚丙酯、γ-丁内酯与碳酸1,2-亚丙酯与碳酸二甲酯、γ-丁内酯与碳酸1,2-亚丙酯与碳酸甲乙酯、γ-丁内酯与碳酸1,2-亚丙酯与碳酸二乙酯、γ-丁内酯与碳酸亚乙酯与碳酸1,2-亚丙酯、γ-丁内酯与碳酸亚乙酯与碳酸1,2-亚丙酯与碳酸二甲酯、γ-丁内酯与碳酸亚乙酯与碳酸1,2-亚丙酯与碳酸甲乙酯、γ-丁内酯与碳酸亚乙酯与碳酸1,2-亚丙酯与碳酸二乙酯、γ-丁内酯与碳酸亚乙酯与碳酸二甲酯与碳酸甲乙酯、γ-丁内酯与碳酸亚乙酯与碳酸二甲酯与碳酸二乙酯、γ-丁内酯与碳酸亚乙酯与碳酸甲乙酯与碳酸二乙酯、γ-丁内酯与碳酸亚乙酯与碳酸二甲酯与碳酸甲乙酯与碳酸二乙酯、γ-丁内酯与碳酸亚乙酯与碳酸1,2-亚丙酯与碳酸二甲酯与碳酸甲乙酯、γ-丁内酯与碳酸亚乙酯与碳酸1,2-亚丙酯与碳酸二甲酯与碳酸二乙酯、γ-丁内酯与碳酸亚乙酯与碳酸1,2-亚丙酯与碳酸甲乙酯与碳酸二乙酯、γ-丁内酯与碳酸亚乙酯与碳酸1,2-亚丙酯与碳酸二甲酯与碳酸甲乙酯与碳酸二乙酯、γ-丁内酯与环丁砜、γ-丁内酯与碳酸亚乙酯与环丁砜、γ-丁内酯与碳酸1,2-亚丙酯与环丁砜、γ-丁内酯与碳酸亚乙酯与碳酸1,2-亚丙酯与环丁砜、γ-丁内酯与环丁砜与碳酸二甲酯等。
作为环状砜的例子,可举出环丁砜、2-甲基环丁砜、3-甲基环丁砜、二甲基砜、二乙基砜、二丙基砜、甲基乙基砜、甲基丙基砜等。
作为环状醚的例子,可举出二氧杂环戊烷。
(链状的非质子性溶剂)
作为链状的非质子性溶剂,可使用链状碳酸酯、链状羧酸酯、链状醚、链状磷酸酯等。
链状的非质子性溶剂在非水溶剂中的混合比例为10质量%~100质量%,进一步优选为20质量%~90质量%,特别优选为30质量%~80质量%。
作为链状碳酸酯,具体而言,可举出碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、碳酸甲丙酯、碳酸甲基异丙基酯、碳酸乙丙酯、碳酸二丙酯、碳酸甲丁酯、碳酸乙丁酯、碳酸二丁酯、碳酸甲戊酯、碳酸乙戊酯、碳酸二戊酯、碳酸甲庚酯、碳酸乙庚酯、碳酸二庚酯、碳酸甲己酯、碳酸乙己酯、碳酸二己酯、碳酸甲辛酯、碳酸乙辛酯、碳酸二辛酯、碳酸甲基三氟乙基酯等。这些链状碳酸酯可以混合2种以上而使用。
作为链状羧酸酯,具体而言,可举出特戊酸甲酯等。
作为链状醚,具体而言,可举出二甲氧基乙烷等。
作为链状磷酸酯,具体而言,可举出磷酸三甲酯等。
(溶剂的组合)
本公开文本的非水电解液中含有的非水溶剂可以仅为1种,也可以为2种以上。
另外,可使用环状的非质子性溶剂中的仅1种或多种,可使用链状的非质子性溶剂中的仅1种或多种,或者,也可将环状的非质子性溶剂及链状的质子性溶剂混合使用。在特别地想要提高电池的负荷特性、低温特性的情况下,作为非水溶剂,优选将环状的非质子性溶剂和链状的非质子性溶剂组合而使用。
此外,从电解液的电化学的稳定性考虑,环状的非质子性溶剂中,最优选应用环状碳酸酯,链状的非质子性溶剂中,最优选应用链状碳酸酯。另外,通过环状羧酸酯与环状碳酸酯及/或链状碳酸酯的组合,也能提高与电池的充放电特性有关的电解液的传导率。
作为环状碳酸酯与链状碳酸酯的组合,具体而言,可举出碳酸亚乙酯与碳酸二甲酯、碳酸亚乙酯与碳酸甲乙酯、碳酸亚乙酯与碳酸二乙酯、碳酸1,2-亚丙酯与碳酸二甲酯、碳酸1,2-亚丙酯与碳酸甲乙酯、碳酸1,2-亚丙酯与碳酸二乙酯、碳酸亚乙酯与碳酸1,2-亚丙酯与碳酸甲乙酯、碳酸亚乙酯与碳酸1,2-亚丙酯与碳酸二乙酯、碳酸亚乙酯与碳酸二甲酯与碳酸甲乙酯、碳酸亚乙酯与碳酸二甲酯与碳酸二乙酯、碳酸亚乙酯与碳酸甲乙酯与碳酸二乙酯、碳酸亚乙酯与碳酸二甲酯与碳酸甲乙酯与碳酸二乙酯、碳酸亚乙酯与碳酸1,2-亚丙酯与碳酸二甲酯与碳酸甲乙酯、碳酸亚乙酯与碳酸1,2-亚丙酯与碳酸二甲酯与碳酸二乙酯、碳酸亚乙酯与碳酸1,2-亚丙酯与碳酸甲乙酯与碳酸二乙酯、碳酸亚乙酯与碳酸1,2-亚丙酯与碳酸二甲酯与碳酸甲乙酯与碳酸二乙酯等。
环状碳酸酯与链状碳酸酯的混合比例以质量比表示,环状碳酸酯∶链状碳酸酯为5∶95~80∶20,进一步优选为10∶90~70∶30,特别优选为15∶85~55∶45。通过成为这样的比率,能抑制电解液的粘度上升,能提高电解质的解离度,因此,能提高与电池的充放电特性有关的电解液的传导率。另外,能进一步提高电解质的溶解度。因此,能形成常温或低温时的导电性优异的电解液,因此,能改善常温~低温时的电池的负荷特性。
(其他溶剂)
作为非水溶剂,还可举出上述以外的其他溶剂。
作为其他溶剂,具体而言,可举出二甲基甲酰胺等酰胺、N,N-二甲基氨基甲酸甲酯等链状氨基甲酸酯、N-甲基吡咯烷酮等环状酰胺、N,N-二甲基咪唑啉酮等环状脲、硼酸三甲酯、硼酸三乙酯、硼酸三丁酯、硼酸三辛酯、硼酸三甲基甲硅烷基酯等硼化合物、及下述的通式表示的聚乙二醇衍生物等。
HO(CH2CH2O)aH
HO[CH2CH(CH3)O]bH
CH3O(CH2CH2O)cH
CH3O[CH2CH(CH3)O]dH
CH3O(CH2CH2O)eCH3
CH3O[CH2CH(CH3)O]fCH3
C9H19PhO(CH2CH2O)g[CH(CH3)O]hCH3
(Ph为苯基)
CH3O[CH2CH(CH3)O]iCO[OCH(CH3)CH2]jOCH3
前述式中,a~f为5~250的整数,g~j为2~249的整数,5≤g+h≤250,5≤i+j≤250。
(电解质)
关于本公开文本的非水电解液,可使用各种已知的电解质,只要是通常作为非水电解液用电解质使用的物质,均可使用。
作为电解质的具体例,可举出(C2H5)4NPF6、(C2H5)4NBF4、(C2H5)4NClO4、(C2H5)4NAsF6、(C2H5)4N2SiF6、(C2H5)4NOSO2CkF(2k+1)(k=1~8的整数)、(C2H5)4NPFn[CkF(2k+1)](6-n)(n=1~5,k=1~8的整数)等四烷基铵盐、LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiAsF6、Li2SiF6、LiOSO2CkF(2k+1)(k=1~8的整数)、LiPFn[CkF(2k+1)](6-n)(n=1~5,k=1~8的整数)等锂盐。另外,也可使用下述通式表示的锂盐。
LiC(SO2R7)(SO2R8)(SO2R9)、LiN(SO2OR10)(SO2OR11)、LiN(SO2R12)(SO2R13)(此处,R7~R13相互可以相同也可以不同,为碳原子数为1~8的全氟烷基)。这些电解质可以单独使用,另外,也可混合2种以上。
这些中,特别优选为锂盐,进一步优选为LiPF6、LiBF4、LiOSO2CkF(2k+1)(k=1~8的整数)、LiClO4、LiAsF6、LiNSO2[CkF(2k+1)]2(k=1~8的整数)、LiPFn[CkF(2k+1)](6-n)(n=1~5,k=1~8的整数)。
电解质通常优选以0.1mol/L~3mol/L、优选0.5mol/L~2mol/L的浓度被包含在非水电解液中。
本公开文本的非水电解液中,在并用γ-丁内酯等环状羧酸酯作为非水溶剂的情况下,特别优选含有LiPF6。对于LiPF6而言,由于解离度高,因而能提高电解液的传导率,而且,具有抑制负极上的电解液的还原分解反应的作用。LiPF6可以单独使用,也可将LiPF6与除此之外的电解质组合使用。作为除此之外的电解质,只要是通常作为非水电解液用电解质使用的物质,均可使用,前述的锂盐的具体例中,优选LiPF6以外的锂盐。
作为具体例,可例举LiPF6与LiBF4、LiPF6与LiN[SO2CkF(2k+1)]2(k=1~8的整数)、LiPF6与LiBF4与LiN[SO2CkF(2k+1)](k=1~8的整数)等。
LiPF6在锂盐中所占的比率优选为1质量%~100质量%,更优选为10质量%~100质量%,进一步优选为50质量%~100质量%。这样的电解质优选以0.1mol/L~3mol/L、优选0.5mol/L~2mol/L的浓度被包含在非水电解液中。
本公开文本的非水电解液不仅作为锂二次电池用的非水电解液是合适的,而且也可作为一次电池用的非水电解液、电化学电容器用的非水电解液、双电层电容器、铝电解电容器用的电解液使用。
〔锂二次电池〕
本公开文本的锂二次电池包含正极、负极、和本公开文本的非水电解液。
<负极>
负极可包含负极活性物质及负极集电体。
作为负极中的负极活性物质,可使用选自由金属锂、含有锂的合金、可与锂进行合金化的金属或合金、可进行锂离子的掺杂·脱掺杂的氧化物、可进行锂离子的掺杂·脱掺杂的过渡金属氮化物、及可进行锂离子的掺杂·脱掺杂的碳材料组成的组中的至少1种(可以单独使用,也可使用包含它们中2种以上的混合物)。
作为可与锂(或锂离子)进行合金化的金属或合金,可举出硅、硅合金、锡、锡合金等。另外,可以是钛酸锂。
这些中,优选可将锂离子进行掺杂·脱掺杂的碳材料。作为这样的碳材料,可举出炭黑、活性炭、石墨材料(人造石墨、天然石墨)、非晶质碳材料等。上述碳材料的形态可以为纤维状、球状、马铃薯状、小片状中的任意形态。
作为上述非晶质碳材料,具体而言,可例举硬碳、焦炭、在1500℃以下烧成而得到的中间相碳微球(MCMB)、中间相沥青碳纤维(MCF)等。
作为上述石墨材料,可举出天然石墨、人造石墨。作为人造石墨,可使用石墨化MCMB、石墨化MCF等。另外,作为石墨材料,也可使用含有硼的石墨材料等。另外,作为石墨材料,也可使用经金、铂、银、铜、锡等金属被覆的石墨材料、经非晶质碳被覆的石墨材料、将非晶质碳和石墨混合而成的石墨材料。
这些碳材料可以使用1种,也可混合使用2种以上。
作为上述碳材料,特别优选利用X射线来分析测定的(002)面的面间隔d(002)为0.340nm以下的碳材料。另外,作为碳材料,还优选真密度为1.70g/cm3以上的石墨或具有与其接近的性质的高结晶性碳材料。使用以上这样的碳材料时,能进一步提高电池的能量密度。
对负极中的负极集电体的材质没有特别限制,可任意地采用已知的材质。
作为负极集电体的具体例,可举出铜、镍、不锈钢、镀镍钢等金属材料。其中,从加工容易程度方面考虑,特别优选铜。
<正极>
正极可包含正极活性物质及正极集电体。
作为正极中的正极活性物质,可举出MoS2、TiS2、MnO2、V2O5等过渡金属氧化物或过渡金属硫化物、LiCoO2、LiMnO2、LiMn2O4、LiNiO2、LiNixCo(1-x)O2〔0<X<1〕、具有a-NaFeO2型结晶结构的Li1+αMe1-αO2(Me为包含Mn、Ni及Co的过渡金属元素,1.0≤(1+α)/(1-α)≤1.6)、LiNixCoyMnzO2〔x+y+z=1、0<x<1、0<y<1、0<z<1〕(例如,LiNi0.33Co0.33Mn0.33O2、LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2等)、LiFePO4、LiMnPO4等由锂和过渡金属形成的复合氧化物、聚苯胺、聚噻吩、聚吡咯、聚乙炔、多并苯、二巯基噻二唑、聚苯胺复合体等导电性高分子材料等。这些中,特别优选由锂和过渡金属形成的复合氧化物。负极为锂金属或锂合金时,也可使用碳材料作为正极。另外,作为正极,也可使用锂与过渡金属的复合氧化物、与碳材料的混合物。
正极活性物质可以使用1种,也可混合2种以上而使用。正极活性物质的导电性不充分时,可与导电性助剂一同使用来构成正极。作为导电性助剂,可例举炭黑、非晶须、石墨等碳材料。
对正极中的正极集电体的材质没有特别限制,可任意地采用已知的材质。
作为正极集电体的具体例,可举出例如铝、铝合金、不锈钢、镍、钛、钽等金属材料;碳布、炭纸等碳材料;等等。
<隔膜>
本公开文本的锂二次电池优选在负极与正极之间包含隔膜。
隔膜是将正极与负极电绝缘、并且使锂离子透过的膜,可例举多孔性膜、高分子电解质。
作为多孔性膜,可以合适地使用微多孔性高分子膜,作为材质,可例举聚烯烃、聚酰亚胺、聚偏二氟乙烯、聚酯等。
特别优选多孔性聚烯烃,具体而言,可例举多孔性聚乙烯膜、多孔性聚丙烯膜、或多孔性的聚乙烯膜与聚丙烯膜的多层膜。可在多孔性聚烯烃膜上涂布热稳定性优异的其他树脂。
作为高分子电解质,可举出溶解有锂盐的高分子、用电解液溶胀过的高分子等。
本公开文本的非水电解液可以出于使高分子溶胀而得到高分子电解质的目的来使用。
<电池的结构>
本公开文本的锂二次电池可采用各种已知的形状,可形成为圆筒型、纽扣型、矩形、层压型、膜型等任意的形状。然而,无论形状如何,电池的基本结构相同,可根据目的实施设计变更。
作为本公开文本的锂二次电池的例子,可举出层压型电池。
图1为表示作为本公开文本的锂二次电池的一例的、层压型电池的一例的概略立体图,图2为图1所示的层压型电池中容纳的层叠型电极体的、厚度方向的概略截面图。
图1所示的层压型电池具备通过在内部收纳非水电解液(图1中未图示)及层叠型电极体(图1中未图示)、并且将周缘部密封、从而将内部密闭的层压外装体1。作为层压外装体1,例如可使用铝制的层压外装体。
对于层压外装体1中容纳的层叠型电极体而言,如图2所示那样,具备正极板5与负极板6隔着隔膜7交替层叠而成的层叠体、和围绕该层叠体的周围的隔膜8。在正极板5、负极板6、隔膜7、及隔膜8中,含浸有本公开文本的非水电解液。
上述层叠型电极体中的多个正极板5均介由正极极耳与正极端子2电连接(未图示),该正极端子2的一部分从上述层压外装体1的周端部向外侧突出(图1)。在层压外装体1的周端部的、正极端子2突出的部分被绝缘密封材料4密封。
同样,上述层叠型电极体中的多个负极板6均介由负极极耳与负极端子3电连接(未图示),该负极端子3的一部分从上述层压外装体1的周端部向外侧突出(图1)。在层压外装体1的周端部的、负极端子3突出的部分被绝缘密封材料4密封。
需要说明的是,对于上述例子涉及的层压型电池而言,以下述方式配置并层叠:正极板5的数目成为5片,负极板6的数目成为6片,正极板5与负极板6隔着隔膜7,两侧的最外层均成为负极板6。然而,关于层压型电池中的正极板的数目、负极板的数目、及配置,不言而喻,不受上述例子的限制,可进行各种变更。
作为本公开文本的锂二次电池的另一例,还可举出纽扣型电池。
图3为表示作为本公开文本的锂二次电池的另一例的、纽扣型电池的一例的概略立体图。
对于图3所示的纽扣型电池而言,圆盘状负极12、注入了非水电解液的隔膜15、圆盘状正极11、根据需要的不锈钢、或铝等的隔板17、18在依次层叠的状态下被收纳至正极壳13(以下,也称为“电池壳”)与封口板14(以下,也称为“电池壳盖”)之间。将正极壳13与封口板14隔着衬垫16敛缝密封。
该例子中,作为被注入至隔膜15的非水电解液,使用了本公开文本的非水电解液。
需要说明的是,本公开文本的锂二次电池可以是使包含负极、正极、和上述本公开文本的非水电解液的锂二次电池(充放电前的锂二次电池)充放电而得到的锂二次电池。
即,本公开文本的锂二次电池可以是通过以下方式制作的锂二次电池(经充放电的锂二次电池):首先,制作包含负极、正极、和上述本公开文本的非水电解液的充放电前的锂二次电池,接下来,使该充放电前的锂二次电池进行1次以上充放电。
本公开文本的锂二次电池的用途没有特别限制,可用于各种已知的用途。例如,可广泛应用于笔记本电脑、移动电脑、移动电话、立体声耳机、视频电影播放器、液晶电视机、手持吸尘器、电子记事本、计算器、收音机、备用电源用途、发动机、汽车、电动汽车、摩托车、电动摩托车、自行车、电动自行车、照明器具、游戏机、钟表、电动工具、照相机等无论是小型携带机器还是大型机器的用途。
实施例
以下,示出本公开文本的实施例,但本公开文本不受以下的实施例的限制。
需要说明的是,以下的实施例中,“添加量”表示最终得到的非水电解液中的含量(即,相对于最终得到的非水电解液总量而言的量)。
另外,“wt%”是指质量%。
〔实施例1〕
按照以下的步骤,制作具有图3所示的结构的纽扣型的锂二次电池(以下,也称为“纽扣型电池”)。
<负极的制作>
用水溶剂将天然石墨系石墨97质量份、羧甲基纤维素(1质量份)及SBR胶乳(2质量份)混炼,制备糊状的负极合剂浆料。
接下来,将该负极合剂浆料涂布于厚度为18μm的带状铜箔制的负极集电体并进行干燥,然后,用辊压机进行压缩,得到由负极集电体和负极活性物质层形成的片状的负极。此时的负极活性物质层的涂布密度为10mg/cm2,填充密度为1.5g/ml。
<正极的制作>
以N-甲基吡咯烷酮为溶剂将LiCoO2(90质量份)、乙炔黑(5质量份)及聚偏二氟乙烯(5质量份)混炼,制备糊状的正极合剂浆料。
接下来,将该正极合剂浆料涂布于厚度为20μm的带状铝箔的正极集电体并进行干燥,然后,用辊压机进行压缩,得到由正极集电体和正极活性物质形成的片状的正极。此时的正极活性物质层的涂布密度为30mg/cm2,填充密度为2.5g/ml。
<非水电解液的制备>
作为非水溶剂,将碳酸亚乙酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)和碳酸甲乙酯(EMC)以分别为34∶33∶33(质量比)的比例混合,得到混合溶剂。
以最终制备的非水电解液中的电解质浓度成为1摩尔/升的方式,将作为电解质的LiPF6溶解于得到的混合溶剂中。
向得到的溶液中,以相对于最终制备的非水电解液总质量而言的含量成为0.1质量%的方式添加(即,以0.1质量%的添加量添加)作为添加剂A的四硼酸锂(即,式(1)中n为2、2个M+均为Li+离子的化合物),以相对于最终制备的非水电解液总质量而言的含量成为0.5质量%的方式添加(即,以0.5质量%的添加量添加)作为添加剂B的4,4’-双(2,2-二氧代-1,3,2-二氧硫杂环戊烷)(以下,也称为“环状硫酸酯(1)”),得到非水电解液。
<纽扣型电池的制作>
分别地,以14mm的直径将上述的负极冲裁成圆盘状,以13mm的直径将上述的正极冲裁成圆盘状,分别得到纽扣状的负极及纽扣状的正极。另外,将厚度为20μm的微多孔性聚乙烯膜冲裁成直径为17mm的圆盘状,得到隔膜。
将得到的纽扣状的负极、隔膜、及纽扣状的正极按照该顺序层叠在不锈钢制的电池壳(2032尺寸)内,接下来,在该电池壳内注入非水电解液20μl,使其含浸至隔膜、正极和负极中。
接下来,在正极上放置铝制的板(厚度为1.2mm,直径为16mm)及弹簧,隔着聚丙烯制的衬垫,将电池壳盖敛缝,由此将电池密封。
通过上述方式,得到直径为20mm、高度为3.2mm的具有图3所示的结构的纽扣型电池(即,纽扣型的锂二次电池)。
<评价>
针对得到的纽扣型电池,实施以下的评价。
(初始的电池电阻(25℃))
针对通过上述方式得到的纽扣型电池,以4.2V的恒电压反复进行3次充放电,然后充电至恒电压为3.9V。在恒温槽内将充电后的纽扣型电池于25℃保温,于25℃以0.2mA的恒电流进行放电,对放电开始后10秒的电位下降进行测定,由此,测定纽扣型电池的25℃时的直流电阻[Ω]。将得到的值作为初始的电池电阻(25℃)。
针对后述的比较例1的纽扣型电池,也同样地测定初始的电池电阻(25℃)。
表1中,以将比较例1的初始的电池电阻(25℃)作为100时的相对值的形式示出实施例1的初始的电池电阻(25℃)。
(初始的电池电阻(-20℃))
针对通过上述方式得到的纽扣型电池,以4.2V的恒电压反复进行3次充放电,然后充电至恒电压为3.9V。在恒温槽内将充电后的纽扣型电池于-20℃保温,于-20℃以0.2mA恒电流进行放电,对放电开始后1O秒的电位下降进行测定,由此,测定纽扣型电池的-20℃时的直流电阻[Ω]。将得到的值作为初始的电池电阻(-20℃)。
针对后述的比较例1的纽扣型电池,也同样地测定初始的电池电阻(-20℃)。
表1中,以将比较例1的初始的电池电阻(-20℃)作为100时的相对值的形式示出实施例1的初始的电池电阻(-20℃)。
表1~3中,环状硫酸酯(1)表示作为环状硫酸酯化合物的、4,4’-双(2,2-二氧代-1,3,2-二氧硫杂环戊烷)。
表1~9中,一并记载各添加剂的还原分解电位。
〔比较例1〕
除了未使用添加剂A之外,进行与实施例1同样的操作。
将结果示于表1。
[表1]
如表1所示那样,对于使用了含有添加剂A和添加剂B的非水电解液的实施例1而言,与使用了不含有添加剂A、含有添加剂B的非水电解液的比较例1相比较,初始的电池电阻得以减小。
〔实施例2及比较例2〕
除了如表2所示那样地变更添加剂B的添加量之外,进行与实施例1及比较例1分别同样的评价。
表2中,以将比较例2的初始的电池电阻(25℃)作为100时的相对值的形式表示实施例2的初始的电池电阻(25℃),以将比较例2的初始的电池电阻(-20℃)作为100时的相对值的形式表示实施例2的初始的电池电阻(-20℃)。
[表2]
如表2所示那样,对于使用了含有添加剂A和添加剂B的非水电解液的实施例2而言,与使用了不含有添加剂A、含有添加剂B的非水电解液的比较例2相比较,初始的电池电阻得以减小。
〔实施例3及比较例3〕
除了如表3所示那样地变更添加剂B的种类及添加量之外,进行与实施例1及比较例1分别同样的评价。
表3中,以将比较例3的初始的电池电阻(25℃)作为100时的相对值的形式表示实施例3的初始的电池电阻(25℃),以将比较例3的初始的电池电阻(-20℃)作为100时的相对值的形式表示实施例3的初始的电池电阻(-20℃)。
表3、表5、表8、及表9中,VC表示作为具有碳-碳不饱和键的碳酸酯化合物的碳酸亚乙烯酯。
[表3]
如表3所示那样,对于使用了含有添加剂A和添加剂B的非水电解液的实施例3而言,与使用了不含有添加剂A、含有添加剂B的非水电解液的比较例3相比较,初始的电池电阻得以减小。
〔实施例4及比较例4〕
除了如表4所示那样地变更添加剂B的种类及添加量之外,进行与实施例1及比较例1分别同样的评价。
表4中,以将比较例4的初始的电池电阻(25℃)作为100时的相对值的形式表示实施例4的初始的电池电阻(25℃),以将比较例4的初始的电池电阻(-20℃)作为100时的相对值的形式表示实施例4的初始的电池电阻(-20℃)。
表4中,TMSP表示作为磷酸酯化合物的磷酸三(三甲基甲硅烷基)酯。
[表4]
如表4所示那样,对于使用了含有添加剂A和添加剂B的非水电解液的实施例4而言,与使用了不含有添加剂A、含有添加剂B的非水电解液的比较例4相比较,初始的电池电阻得以减小。
〔实施例5及比较例5〕
除了如表5所示那样地变更添加剂B的种类之外,进行与实施例1及比较例1分别同样的评价。
表5中,以将比较例5的初始的电池电阻(25℃)作为100时的相对值的形式表示实施例5的初始的电池电阻(25℃),以将比较例5的初始的电池电阻(-20℃)作为100时的相对值的形式表示实施例5的初始的电池电阻(-20℃)。
[表5]
如表5所示那样,对于使用了含有添加剂A和添加剂B的非水电解液的实施例5而言,与使用了不含有添加剂A、含有添加剂B的非水电解液的比较例5相比较,初始的电池电阻得以减小。
〔实施例6及比较例6〕
除了如表6所示那样地变更添加剂B的种类之外,进行与实施例1及比较例1分别同样的评价。
表6中,以将比较例6的初始的电池电阻(25℃)作为100时的相对值的形式表示实施例6的初始的电池电阻(25℃),以将比较例6的初始的电池电阻(-20℃)作为100时的相对值的形式表示实施例6的初始的电池电阻(-20℃)。
表6中,LiDFP表示作为磷酸酯化合物的二氟磷酸锂。
[表6]
如表6所示那样,对于使用了含有添加剂A和添加剂B的非水电解液的实施例6而言,与使用了不含有添加剂A、含有添加剂B的非水电解液的比较例6相比较,初始的电池电阻得以减小。
〔实施例7及比较例7〕
除了如表7所示那样地变更添加剂B的种类及添加量之外,进行与实施例1及比较例1分别同样的评价。
表7中,以将比较例7的初始的电池电阻(25℃)作为100时的相对值的形式表示实施例7的初始的电池电阻(25℃),以将比较例7的初始的电池电阻(-20℃)作为100时的相对值的形式表示实施例7的初始的电池电阻(-20℃)。
表7中,LiBOB表示作为草酸盐化合物的双(草酸)硼酸锂。
[表7]
如表7所示那样,对于使用了含有添加剂A和添加剂B的非水电解液的实施例7而言,与使用了不含有添加剂A、含有添加剂B的非水电解液的比较例7相比较,初始的电池电阻得以减小。
〔实施例8及比较例8〕
除了如表8所示那样地变更添加剂B的种类及添加量之外,进行与实施例1及比较例1分别同样的评价。
表8中,以将比较例8的初始的电池电阻(25℃)作为100时的相对值的形式表示实施例8的初始的电池电阻(25℃),以将比较例8的初始的电池电阻(-20℃)作为100时的相对值的形式表示实施例8的初始的电池电阻(-20℃)。
表8中,PRS表示作为磺内酯化合物的1,3-丙烯磺内酯。
[表8]
如表8所示那样,对于使用了含有添加剂A和添加剂B的非水电解液的实施例8而言,与使用了不含有添加剂A、含有添加剂B的非水电解液的比较例8相比较,初始的电池电阻得以减小。
〔因保存而导致的电阻上升的评价〕
对于实施例1~8,如下所述地操作,测定电池电阻(-20℃)上升率〔保存后/初始〕。
首先,利用前述的方法,测定初始的电池电阻(-20℃)。
接下来,以4.2V的恒电压对测定了初始的电池电阻(-20℃)的纽扣型电池充电,将已充电的纽扣型电池在80℃的恒温槽内保存2天。
将上述保存2天后的纽扣型电池设定为恒电压3.9V,利用与初始的电池电阻(-20℃)同样的方法,对纽扣型电池的-20℃时的直流电阻[Ω]进行测定。将得到的值作为保存后的电池电阻(-20℃)。
对于各实施例的纽扣型电池,将保存后的电池电阻(-20℃)除以初始的电池电阻(-20℃),由此,求出电池电阻(-20℃)上升率〔保存后/初始〕。
将以上的结果示于表9。
〔参考例〕
除了未使用添加剂B之外,与实施例1同样地操作,制作纽扣型电池,与实施例1同样地操作,求出电池电阻(-20℃)上升率〔保存后/初始〕。
将结果示于表9。
[表9]
如表9所示那样,对于使用了含有添加剂A和添加剂B的非水电解液的实施例1~8而言,与使用了不含有添加剂B、含有添加剂A的非水电解液的参考例相比,电池电阻(-20℃)上升率〔保存后/初始〕得以减小(即,抑制了因保存而导致的电池电阻上升)。
将于2017年8月24日提出申请的日本专利申请2017-161287中公开的全部内容通过参照并入本说明书中。
本说明书中记载的所有文献、专利申请、及技术标准通过参照被并入本说明书中,各文献、专利申请、及技术标准通过参照被并入的程度与具体且分别地记载的情况的程度相同。
Claims (8)
1.电池用非水电解液,其含有:
由下述式(1)表示的硼化合物形成的添加剂A,和
由还原分解电位低于所述添加剂A的化合物形成的添加剂B,
所述添加剂B是由选自由乙烯基碳酸亚乙酯、1,3-丙烯磺内酯、4-甲基磺酰氧基甲基-2,2-二氧代-1,3,2-二氧硫杂环戊烷、4,4’-双(2,2-二氧代-1,3,2-二氧硫杂环戊烷)、4-丙基-2,2-二氧代-1,3,2-二氧硫杂环戊烷、二氟磷酸锂、磷酸三(三甲基甲硅烷基)酯、二氟双(草酸)磷酸锂、邻氟甲苯、(全氟己基)乙烯、丁二腈、己二腈、甲磺酰氟及三氟甲磺酸锂组成的组中的至少1种形成的,
相对于所述添加剂A而言的所述添加剂B的含有质量比大于1且为20以下,
[化学式1]
式(1)中,n表示1~5的整数;M+表示Li+离子或H+离子;n为2~5的整数时,多个M+可以相同也可以不同。
2.如权利要求1所述的电池用非水电解液,其中,将构成所述添加剂A的硼化合物的还原分解电位的绝对值作为还原分解电位A,将构成所述添加剂B的化合物的还原分解电位的绝对值作为还原分解电位B时,从还原分解电位A减去还原分解电位B而得到的值为0.1V~1.5V。
3.如权利要求1或2所述的电池用非水电解液,其中,将构成所述添加剂B的化合物的还原分解电位的绝对值作为还原分解电位B时,所述还原分解电位B为0.5V~2.0V。
4.如权利要求1或2所述的电池用非水电解液,其中,所述式(1)中的所述M+为Li+离子。
5.如权利要求1或2所述的电池用非水电解液,其中,相对于电池用非水电解液的总量而言的所述添加剂A的含量为0.001质量%~10质量%。
6.如权利要求1或2所述的电池用非水电解液,其中,相对于电池用非水电解液的总量而言的所述添加剂B的含量为0.001质量%~10质量%。
7.锂二次电池,其包含:
正极,
负极,所述负极包含选自由金属锂、含有锂的合金、可与锂进行合金化的金属或合金、可进行锂离子的掺杂·脱掺杂的氧化物、可进行锂离子的掺杂·脱掺杂的过渡金属氮化物、及可进行锂离子的掺杂·脱掺杂的碳材料组成的组中的至少1种作为负极活性物质,和
如权利要求1~6中任一项所述的电池用非水电解液。
8.锂二次电池,其是使权利要求7所述的锂二次电池进行充放电而得到的。
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