CN117321824A - 非水电解液及二次电池 - Google Patents
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Abstract
非水电解液含有LiN(FSO2)2作为电解质,且含有从由通式(2):Si(R5)2(OR6)2表示的含硅原子化合物、由通式(3):B(OR6)3表示的含硼原子化合物、由通式(4):C(=O)(R5)(OR6)表示的含碳原子化合物、由通式(5):{S(=O)2(R5)y}x(OR6)x(2-y)表示的含硫原子化合物、以及由通式(6):P(=O)(R5)y(OR6)2表示的含磷原子化合物所组成的化合物组中选出的至少一种作为添加剂。
Description
技术领域
本公开涉及一种非水电解液及二次电池。
背景技术
为了提高锂离子二次电池等二次电池的电池性能,人们对用于二次电池的非水电解液进行了各种研究。例如,专利文献1提出了一种非水电解质(非水电解液),该非水电解质含有双(氟磺酰亚胺)锂等酰亚胺盐、甘醇二甲醚及氟化醚,且进一步含有硝酸锂。专利文献2提出了一种非水性电解液,该非水性电解液含有双氟磺酰亚胺锂及磷酸三甲基硅酯(TMSPa)添加剂。专利文献3提出了一种含有六氟磷酸锂及环硼氧烷化合物的非水电解液。专利文献4提出了一种非水蓄电装置用电解液,该非水蓄电装置用电解液含有:非水溶剂;锂盐;含硫化合物;以及将从由质子酸、磺酸及羧酸组成的组中选出的酸当中的至少一个氢原子置换为三甲基硅基等而形成的化合物,这些酸具有从磷原子及硼原子组成的组中选出的原子。专利文献5提出了一种非水蓄电装置用电解液添加剂,该非水蓄电装置用电解液添加剂含有一种化合物,该化合物在1个分子内含有两个以上且四个以下P原子,且含有由规定的化学式表示的构成单位。
专利文献1:日本公开专利公报特开2018-67501号公报
专利文献2:日本公表专利公报特表2017-529671号公报
专利文献3:日本公开专利公报特开2016-152140号公报
专利文献4:日本公开专利公报特开2015-156372号公报
专利文献5:日本公开专利公报特开2016-192401号公报
发明内容
-发明要解决的技术问题-
本申请人通过迄今为止的研究发现:含有双(氟磺酰)亚胺锂(lithium bis(fluorosulfonyl)imide)等磺酰亚胺化合物(sulfonylimide compound)作为电解质盐的非水电解液可以提高锂离子二次电池的高温耐久性、充放电循环特性等电池性能。另外,还发现:与使用了单独含有除磺酰亚胺化合物以外的锂化合物(例如,LiPF6、LiBF4等)作为电解质的非水电解液的电池相比,使用含有该磺酰亚胺化合物的非水电解液的电池具有低温(例如-30℃)下的电荷转移电阻(阻抗)较小、电池直流电阻(DCR)也较小的有利效果。
不过,在专利文献1所记载的非水电解液中,虽然通过添加硝酸锂而使得电荷转移电阻变小,但在高温耐久性方面还有改善的余地。另外,在专利文献2所记载的非水电解液中,虽然通过添加三甲基硅基磷酸酯〔磷酸三(三甲基硅基)酯〕而改善了电池性能,但在降低低温下的电荷转移电阻、电池直流电阻方面,效果不充分。需要说明的是,在专利文献3~5中,根本没有对含有磺酰亚胺化合物的非水电解液进行研究。另外,在专利文献5所记载的含有具有三甲基硅基(trimethylsilyl group)的磷化合物的电解液中,虽然抑制了高温循环时的直流电阻增加,但其效果并不充分,另外,还存在在低温下的充放电循环中电池性能下降的技术问题。
像这样,在专利文献1~5所记载的非水电解液中,电池性能都存在不足之处,都还有改善的余地。
本公开正是为了解决上述问题而完成的,其目的在于:提供一种非水电解液及包括该非水电解液的二次电池,该非水电解液含有磺酰亚胺化合物,能够改善电池性能。
-用于解决技术问题的技术方案-
本申请人进一步进行了研究,结果发现:与使用了单独含有除磺酰亚胺化合物以外的锂化合物(例如LiPF6、LiBF4等)作为电解质盐的非水电解液的电池相比,使用了含有磺酰亚胺化合物的非水电解液的电池从满电状态开始的自放电较大,在电池的保存特性方面存在改善的余地。另外,本申请人发现:如果将硝酸锂添加到含有磺酰亚胺化合物的非水电解液中,则电池在保存过程中的自放电增大。
这些见解是由本申请人首次发现的,在专利文献1~5及其他文献中都没有提及使用了含有磺酰亚胺化合物(特别是双(氟磺酰)亚胺锂)的非水电解液的电池的自放电。
需要说明的是,即使将专利文献2所记载的三甲基硅基磷酸酯〔磷酸三(三甲基硅基)酯〕添加到含有磺酰亚胺化合物的非水电解液中,自放电抑制效果也不充分。
另外,在专利文献4中,记载了通过将磷酸三(三甲基硅基)酯、亚磷酸三(三甲基硅)酯等添加到含有LiPF6的非水电解液中来抑制电池自放电的方案。在该专利文献4中,使用在50℃下以4.55V进行240小时的恒压充电的过程中所充电的充电容量作为电池的自放电指标。不过,该指标是以由于在50℃下以4.55V连续充电240小时而使得电解液在正极上被氧化分解的这种副反应所引起的电荷消耗作为自放电的。这是用来评估电解液的耐久性的指标,与将正负极之间没有电负载的状态下的电荷消耗作为自放电的这种原本的指标不同。如果对实际情况下的高温时的自放电进行评估,则自放电抑制效果并不充分。
为了改善上述电池的保存特性及电池性能,在本公开技术中,在含有磺酰亚胺化合物的非水电解液中使用特定的化合物,从而在抑制电池自放电的同时,降低电荷转移电阻(阻抗)及电池直流电阻(DCR)。本公开具体如下。
本公开的非水电解液含有LiN(FSO2)2(磺酰亚胺化合物)作为电解质,且含有从由通式(2)表示的含硅原子化合物、由通式(14)表示的含硅原子化合物、由通式(3)表示的含硼原子化合物、由通式(4)表示的含碳原子化合物、由通式(5)表示的含硫原子化合物、以及由通式(6)表示的含磷原子化合物所组成的化合物组中选出的至少一种作为添加剂。该非水电解液也可以溶解有二氧化碳(CO2)、一氧化碳(CO)、碳酸氢根离子(HCO3 -)以及碳酸根离子(CO3 2-)中的至少一种。
其中,通式(2):Si(R5)2(OR6)2 (2)
(在通式(2)中,R5及R6是同一种或不同种基团,R5及R6表示碳原子数为1~6的烷基(也可以具有取代基)、碳原子数为1~6的氟烷基(也可以具有取代基)、芳基(也可以具有取代基)、甲硅烷基(也可以具有取代基)、碱金属原子、鎓盐或氢原子。)
通式(14):Si(R5)4 (14)
(在通式(14)中,R5表示与上述相同的基团。)
通式(3):B(OR6)3 (3)
(在通式(3)中,R6表示与上述相同的基团。)
通式(4):C(=O)(R5)(OR6) (4)
(在通式(4)中,R5及R6表示与上述相同的基团。)
通式(5):{S(=O)2(R5)y}x(OR6)x(2-y) (5)
(在通式(5)中,R5及R6表示与上述相同的基团,x表示整数1或2,y表示整数0或1,需要说明的是,当x为2且y为1时,(OR6)2为(-O-R6-O-),通式(5)表示S(=O)2(R5)-O-R6-O-S(=O)2(R5)。)
通式(6):P(=O)(R5)y(OR6)2 (6)
(在通式(6)中,R5、R6及y表示与上述相同的含义,需要说明的是,在通式(6)为聚合物基团的情况下,y为0,(OR6)中的一者为(-O-),通式((6)表示[-P(=O)(OR6)O-]n。)
另外,本公开的非水电解液含有LiN(FSO2)2作为电解质,且含有从由所述通式(2)表示的含硅原子化合物、由所述通式(14)表示的含硅原子化合物、由所述通式(3)表示的含硼原子化合物、由所述通式(4)表示的含碳原子化合物、由所述通式(5)表示的含硫原子化合物、由所述通式(6)表示的含磷原子化合物、由通式(7)表示的含磷原子化合物、由通式(8)表示的含磷原子化合物、以及由通式(9)表示的环硼氧烷化合物所组成的化合物组中选出的至少一种作为添加剂。
其中,通式(7):P(OR6)3(7)
(在通式(7)中,R6表示与上述相同的基团。)
通式(8):P(=O)(OR6)3(8)
(在通式(8)中,R6表示与上述相同的基团。)
通式(9):
[化学式1]
(在通式(9)中,R7是同一种或不同种基团,R7表示碳原子数为1~6的烷基(也可以具有取代基)、碳原子数为1~6的氟烷基(也可以具有取代基)或环烷基(也可以具有取代基)。)
该非水电解液溶解有二氧化碳(CO2)、一氧化碳(CO)、碳酸氢根离子(HCO3 -)以及碳酸根离子(CO3 2-)中的至少一种。
所述非水电解液也可以是:所述二氧化碳(CO2)、一氧化碳(CO))、碳酸氢根离子(HCO3 -)以及碳酸根离子(CO3 2-)中的至少一种的总溶解量为20质量ppm以上。
在所述非水电解液中,所述电解质还可以含有从由通式(10)表示的化合物、由通式(11)表示的化合物、以及LiAsF6所组成的化合物组中选出的至少一种。
其中,通式(10):LiPFa(CmF2m+1)6-a(a:0≤a≤6,m:1≤m≤4) (10)
通式(11):LiBFb(CnF2n+1)4-b(b:0≤b≤4,n:1≤n≤4) (11)
所述非水电解液还可以含有从由通式(12)表示的化合物、以及由通式(13)表示的化合物所组成的化合物组中选出的至少一种。
其中,通式(12):M1NO3(M1表示碱金属元素) (12)
通式(13):
[化学式2]
(在通式(13)中,M3表示B或P,Af+表示金属离子、H或鎓离子,f:1≤f≤3,g:1≤g≤3,h=g/f,i:1≤i≤3,j:0≤j≤4,k为0或1,R3表示碳原子数为1~10的亚烷基或碳原子数为1~10的卤代亚烷基,R4表示F或碳原子数为1~10的氟代烷基,T1、T2各自独立地表示O或S。)
另外,本公开的非水电解液含有电解质,并且含有从聚磷酸乙酯、聚磷酸(三异丙基硅)酯(triisopropylsilyl polyphosphate)及聚磷酸[(叔丁基)二甲基硅]酯(tert-butyldimethylsilyl polyphosphate)所组成的组中选出的至少一种作为添加剂。
本公开的二次电池是使用所述非水电解液而构成的。
-发明的效果-
根据本公开,能够提供一种可改善电池性能的非水电解液及包括该非水电解液的二次电池,该非水电解液中含有磺酰亚胺化合物。
附图说明
图1示出在实施例5-2系列中所使用的作为试剂的聚磷酸三甲基硅酯(化合物M)的31P-NMR谱图;
图2示出在实施例5-2(2)系列中合成得到的聚磷酸三甲基硅酯(化合物M2)的31P-NMR谱图;
图3示出在实施例5-2(3)系列中合成得到的聚磷酸三甲基硅酯(化合物M3)的31P-NMR谱图。
具体实施方式
下面,对本公开的实施方式进行详细的说明。以下对优选实施方式的说明本质上只不过是举例说明而已,并没有限制本公开、其应用对象或其用途的意图。
<第一非水电解液>
本实施方式所涉及的第一非水电解液含有电解质和特定的化合物。
(电解质)
电解质包含:由通式(1)表示的磺酰亚胺化合物(以下称为“磺酰亚胺化合物(1)”的、含氟磺酰亚胺盐)。
[化学式3]
LiN(R1SO2)(R2SO2) (1)
在通式(1)中,R1及R2是同一种或不同种基团(彼此独立),R1及R2表示氟原子、碳原子数为1~6的烷基或者碳原子数为1~6的氟烷基。
作为碳原子数为1~6的烷基,能够列举出:甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、戊基、己基。在碳原子数为1~6的烷基中,优选的是碳原子数为1~6的直链状或者支链状烷基,更优选的是碳原子数为1~6的直链状烷基。
作为碳原子数为1~6的氟烷基,能够列举出:碳原子数为1~6的烷基所具有的一部分氢原子或全部氢原子被氟原子取代后的氟烷基。作为碳原子数为1~6的氟烷基,能够列举出:氟甲基、二氟甲基、三氟甲基、氟乙基、二氟乙基、三氟乙基、五氟乙基等。特别是,氟烷基可以是全氟烷基。
作为取代基R1及R2,优选为氟原子及全氟烷基(例如,三氟甲基、五氟乙基、七氟丙基等碳原子数为1~6的全氟烷基等),更优选为氟原子、三氟甲基及五氟乙基,进一步优选为氟原子及三氟甲基,更进一步优选为氟原子。需要说明的是,取代基R1及R2可以是同一种基团,也可以是不同种基团。
作为磺酰亚胺化合物(1),例如能够列举出:双(氟磺酰)亚胺锂(LiN(FSO2)2,以下也称为“LiFSI”)、双(三氟甲基磺酰)亚胺锂(LiN(CF3SO2)2,以下也称为“LiTFSI”)、(氟磺酰基)(甲基磺酰基)亚胺锂、(氟磺酰基)(乙基磺酰基)亚胺锂、(氟磺酰基)(三氟甲基磺酰基)亚胺锂、(氟磺酰基)(五氟乙基磺酰基)亚胺锂、(氟磺酰基)(七氟丙基磺酰基)亚胺锂、双(五氟乙基磺酰基)亚胺锂、双(七氟丙基磺酰基)亚胺锂等。磺酰亚胺化合物(1)可以各自单独使用,也可以同时使用两种以上。另外,磺酰亚胺化合物(1)可以使用市售品,也可以使用通过现有的公知方法合成得到的化合物。
从降低电池的阻抗及DCR(直流电阻)、提高低温充放电特性及充放电循环特性的观点出发,在磺酰亚胺化合物(1)中,优选的是LiN(FSO2)2及LiN(CF3SO2)2,更优选的是LiN(FSO2)2。换句话说,在非水电解液中,优选含有LiN(FSO2)2及LiN(CF3SO2)2中的至少一种,更优选含有LiN(FSO2)2。
电解质只要含有磺酰亚胺化合物(1)即可,但也可以含有其他电解质(磺酰亚胺化合物(1)以外的电解质)。作为其他电解质,能够列举出:酰亚胺盐、非酰亚胺盐等。
作为酰亚胺盐,能够列举出:与磺酰亚胺化合物(1)不同的其他含氟磺酰亚胺盐(以下称为“其他磺酰亚胺化合物”)等。作为其他磺酰亚胺化合物,能够列举出:作为磺酰亚胺化合物(1)列举出的含氟磺酰亚胺的非锂盐(例如,在磺酰亚胺化合物(1)中,锂(离子)被锂离子以外的阳离子取代后的盐)等。作为锂(离子)被锂离子以外的阳离子取代后的盐,能够列举出:钠盐、钾盐、铷盐、铯盐等碱金属盐;铍盐、镁盐、钙盐、锶盐、钡盐等碱土金属盐;铝盐;铵盐;鏻盐等。其他磺酰亚胺化合物可以各自单独使用,也可以同时使用两种以上。其他磺酰亚胺化合物可以使用市售品,也可以使用通过现有的公知方法合成得到的化合物。
作为非酰亚胺盐,能够列举出:非酰亚胺类阴离子与阳离子(锂离子及上述示例的阳离子)所构成的盐。作为非酰亚胺盐,能够列举出:由通式(10)表示的化合物(以下称为“氟磷酸盐化合物(10)”)、由通式(11)表示的化合物(以下称为“氟硼酸盐化合物(11)”)、六氟砷酸锂(LiAsF6)、LiSbF6、LiClO4、LiSCN、LiAlF4、CF3SO3Li、LiC[(CF3SO2)3]、LiN(NO2)、LiN[(CN)2]等锂盐;非锂盐(例如,这些锂盐中的锂(离子)被上述示例的阳离子取代后的盐(例如,NaBF4、NaPF6、NaPF3(CF3)3等)等。非酰亚胺盐可以分别单独使用,也可以同时使用两种以上。另外,非酰亚胺盐可以使用市售品,也可以使用通过现有的公知方法合成得到的化合物。
其中,通式(10):
[化学式4]
LiPFa(CmF2m+1)6-a (a:0≤a≤6,m:1≤m≤4) (10)
通式(11):
[化学式5]
LiBFb(CnF2n+1)4-b (b:0≤b≤4、n:1≤n≤4) (11)
在其他电解质中,从离子电导率、成本等观点出发,优选非酰亚胺盐,其中,优选的是氟磷酸盐化合物(10)、氟硼酸盐化合物(11)和LiAsF6,更优选的是氟磷酸盐化合物(10)。
作为氟磷酸盐化合物(10),能够列举出:LiPF6、LiPF3(CF3)3、LiPF3(C2F5)3、LiPF3(C3F7)3、LiPF3(C4F9)3等。在氟磷酸盐化合物(10)中,优选的是LiPF6及LiPF3(C2F5)
3,更优选的是LiPF6。
作为氟硼酸盐化合物(11),能够列举出:LiBF4、LiBF(CF3)3、LiBF(C2F5)3、LiBF(C3F7)3等。在氟硼酸盐化合物(11)中,优选的是LiBF4及LiBF(CF3)3,更优选的是LiBF4。
需要说明的是,这些电解质(磺酰亚胺化合物(1)、其他电解质等)也可以以离子的形态存在(含有)于非水电解液中。
从降低电池的阻抗及DCR的观点出发,非水电解液中的磺酰亚胺化合物(1)的浓度优选为0.01mol/L以上,更优选为0.05mol/L以上,进一步优选为0.1mol/L以上,更进一步优选为0.2mol/L以上,再更进一步优选为0.5mol/L以上。另外,从抑制因电解液粘度上升而引起电池性能降低的观点出发,该浓度优选为5mol/L以下,更优选为3mol/L以下,进一步优选为2mol/L以下。
从降低电池的阻抗及DCR的观点出发,在非水电解液中所含的电解质盐的总量100mol%中,非水电解液中的磺酰亚胺化合物(1)的含量优选为10mol%以上,更优选为20mol%以上,进一步优选为30mol%以上,特别优选为50mol%以上。
作为电解质的盐组成,可以是磺酰亚胺化合物(1)这一单类盐组成的电解质盐,也可以是含有磺酰亚胺化合物(1)及其他电解质的混合盐组成的电解质盐。在使用混合盐组成的电解质盐的情况下,优选的是含有磺酰亚胺化合物(1)及氟磷酸盐化合物(10)的混合盐组成的电解质盐,更优选的是含有LiN(FSO2)2及LiN(CF3SO2)2中的至少一种与LiPF6的混合盐组成的电解质盐,特别优选的是含有LiN(FSO2)2及LiPF6的混合盐组成的电解质盐。
在使用含有磺酰亚胺化合物(1)及其他电解质的混合盐组成的电解质盐的情况下,从降低电池的阻抗及DCR的观点出发,非水电解液中的其他电解质各自的浓度优选为0.1mol/L以上,更优选为0.2mol/L以上,进一步优选为0.5mol/L以上。另外,从降低电池的阻抗及DCR的观点出发,该浓度优选为1.5mol/L以下,更优选为1mol/L以下,进一步优选为0.8mol/L以下。
从降低电池的阻抗及DCR的观点出发,非水电解液中的电解质的总浓度优选为0.8mol/L以上,更优选为1mol/L以上,进一步优选为1.2mol/L以上。另外,从抑制因电解液粘度上升而引起电池性能降低的观点出发,该浓度优选为5mol/L以下,更优选为3mol/L以下,进一步优选为2mol/L以下。
从降低电池的阻抗及DCR的观点出发,优选提高磺酰亚胺化合物(1)的浓度。磺酰亚胺化合物(1):其他电解质(磺酰亚胺化合物浓度与其他电解质浓度的摩尔比)优选为1:25以上,更优选为1:10以上,进一步优选为1:8以上,更进一步优选为1:5以上,再更进一步优选为1:2以上,特别优选为1:1以上;且优选为25:1以下,更优选为10:1以下,进一步优选为5:1以下,更进一步优选为2:1以下。
(特定的化合物)
第一非水电解液在含有磺酰亚胺化合物(1)的同时,作为添加剂,还含有以下所示的各种特定的化合物中的至少一种。像这样,第一非水电解液同时使用了磺酰亚胺化合物(1)和一种以上的特定的化合物,因此能够兼顾抑制电池自放电、和降低电荷转移电阻(阻抗)及电池直流电阻(DCR)这两方面。也就是说,能够改善电池的保存特性、提高电池性能。
<按中心原子分类>
(含硅原子化合物)
作为含有硅原子作为中心原子的特定的化合物,能够列举出:由通式(2)表示的含硅原子化合物(以下称为“含硅原子化合物(2)”)、由通式(14)表示的含硅原子化合物(以下称为“含硅原子化合物(14)”)等。
其中,通式(2):
[化学式6]
Si(R5)2(OR6)2(2)
通式(14):
[化学式7]
Si(R5)4(14)
在通式(2)中,R5及R6是同一种或不同种基团(彼此独立),R5及R6表示碳原子数为1~6的烷基(也可以具有取代基)、碳原子数为1~6的氟烷基(也可以具有取代基)、芳基(也可以具有取代基)、甲硅烷基(也可以具有取代基)、碱金属原子(锂原子、钠原子、钾原子、铷原子等)、鎓盐或氢原子。
在通式(2)中,R5优选为芳基(苯基、甲苯基、邻二甲苯基等),更优选为苯基。R5优选为同一种基团。
另外,在通式(2)中,R6优选为碳原子数为1~6的直链状或支链状烷基(也可以具有取代基),更优选为碳原子数为1~3的直链状烷基(也可以具有取代基),进一步优选为甲基。R6优选为同一种基团。
作为含硅原子化合物(2)的具体示例,能够列举出:二苯基硅二醇(R5表示苯基,R6表示氢原子)、二苯基二甲氧基硅烷(R5表示苯基,R6表示甲基)等。
通过在含有磺酰亚胺化合物(1)的非水电解液中添加含硅原子化合物(2),从而使用该电解液的电池在降低阻抗及DCR的同时,也能够抑制含有磺酰亚胺化合物(1)的非水电解液所特有的问题即自放电。另外,通过使下述CO2等溶解在该电解液中,能够进一步提高添加含硅原子化合物(2)所带来的效果。换句话说,通过添加含硅原子化合物(2)并且使CO2等溶解在电解液中,从而能够获得抑制电池自放电和降低阻抗及DCR的协同效果。
在通式(14)中,R5表示与上述相同的基团。在通式(14)中,R5优选为碳原子数为1~6的三烷基硅基(trialkylsilyl group)(也可以具有取代基),更优选为碳原子数为1~3的三烷基硅基(也可以具有取代基),更进一步优选为三甲基硅基。需要说明的是,在本说明书中,碳原子数为1~6或1~3的三烷基硅基是指由三个碳原子数为1~6或1~3的烷基结合而成的甲硅烷基。R5优选为同一种基团。
作为含硅原子化合物(14)的具体示例,能够列举出:四(三甲基硅基)硅烷(R5表示三甲基硅基)等。
通过在含有磺酰亚胺化合物(1)的非水电解液中添加含硅原子化合物(14),从而使用该电解液的电池在降低阻抗及DCR的同时,也能够抑制含有磺酰亚胺化合物(1)的非水电解液所特有的问题即自放电。另外,通过使下述CO2等溶解在该电解液中,能够进一步提高添加含硅原子化合物(14)所带来的效果。换句话说,通过添加含硅原子化合物(14)并且使CO2等溶解在电解液中,能够获得抑制电池自放电和降低阻抗及DCR的协同效果。
(含硼原子化合物)
作为含有硼原子作为中心原子的特定的化合物,能够列举出:由通式(3)表示的含硼原子化合物(以下称为“含硼原子化合物(3)”)等。
其中,通式(3):
[化学式8]
B(OR6)3(3)
在通式(3)中,R6表示与上述相同的基团。在通式(3)中,R6优选为碳原子数为1~6的直链状或支链状烷基(也可以具有取代基)、碳原子数为1~6的三氟烷基(也可以具有取代基)及碳原子数为1~6的三烷基硅基(也可以具有取代基),更优选为碳原子数为1~4的直链状烷基(也可以具有取代基)、碳原子数为1~4的三氟烷基(也可以具有取代基)及碳原子数为1~3的三烷基硅基(也可以具有取代基),进一步优选为甲基、乙基、丁基、三氟甲基、三氟乙基及三甲基硅基,更进一步优选为三甲基硅基。需要说明的是,在本说明书中,碳原子数为1~6或1~3的三烷基硅基是指由三个碳原子数为1~6或1~3的烷基结合而成的甲硅烷基。R6优选为同一种基团。
作为含硼原子化合物(3)的具体示例,能够列举出:硼酸三甲酯(trimethylborate,R6表示甲基)、硼酸三乙酯(triethyl borate,R6表示乙基)、硼酸三异丙酯(triisopropyl borate,R6表示异丙基)、硼酸三丁酯(tributyl borate,R6表示丁基)、硼酸三(2,2,2)三氟乙基酯〔tris(2,2,2)trifluoroethyl borate,R6表示三氟乙基〕、三(三甲基硅基)硼酸酯〔tris(trimethylsilyl)borate,R6表示三甲基硅基〕。含硼原子化合物(3)可以各自单独使用,也可以同时使用两种以上。在含硼原子化合物(3)中,优选的是三(三甲基硅基)硼酸酯。
通过在含有磺酰亚胺化合物(1)的非水电解液中添加含硼原子化合物(3),从而使用该电解液的电池在降低阻抗及DCR的同时,也能够抑制含有磺酰亚胺化合物(1)的非水电解液所特有的问题即自放电。另外,通过使下述CO2等溶解在该电解液中,能够进一步提高添加含硼原子化合物(3)所带来的效果。换句话说,通过添加含硼原子化合物(3)并且使CO2等溶解在电解液中,能够获得抑制电池自放电和降低阻抗及DCR的协同效果。
(含碳原子化合物)
作为含有碳原子作为中心原子的特定的化合物,能够列举出:由通式(4)表示的含碳原子化合物(以下称为“含碳原子化合物(4)”)等。
其中,通式(4):
[化学式9]
C(=O)(R5)(OR6) (4)
在通式(4)中,R5及R6表示与上述相同的基团。在通式(4)中,R5优选为碳原子数为1~6的直链状或支链状烷基(也可以具有取代基)及碳原子数为1~6的三氟烷基(也可以具有取代基),更优选为碳原子数为1~3的直链状烷基(也可以具有取代基)及碳原子数为1~3的三氟烷基(也可以具有取代基),进一步优选为甲基及三氟甲基,更进一步优选为三氟甲基。
另外,在通式(4)中,R6优选为碳原子数为1~6的三烷基硅基(也可以具有取代基),更优选为碳原子数为1~3的三烷基硅基(也可以具有取代基),进一步优选为三甲基硅基。需要说明的是,在本说明书中,碳原子数为1~6或1~3的三烷基硅基是指由三个碳原子数为1~6或1~3的烷基结合而成的甲硅烷基。
作为含碳原子化合物(4)的具体示例,能够列举出:三甲基硅乙酸酯(R5表示甲基,R6表示三甲基硅基)、三氟乙酸三甲基硅酯(trimethylsilyl trifluoroacetate,R5表示三氟甲基,R6表示三甲基硅基)等。含碳原子化合物(4)可以各自单独使用,也可以同时使用两种以上。在含碳原子化合物(4)中,优选的是三氟乙酸三甲基硅酯。
通过在含有磺酰亚胺化合物(1)的非水电解液中添加含碳原子化合物(4),从而使用该电解液的电池在降低阻抗及DCR的同时,也能够抑制含有磺酰亚胺化合物(1)的非水电解液所特有的问题即自放电。另外,通过使下述CO2等溶解在该电解液中,能够进一步提高添加含碳原子化合物(4)所带来的效果。换句话说,通过添加含碳原子化合物(4)并且使CO2等溶解在电解液中,能够获得抑制电池自放电和降低阻抗及DCR的协同效果。
(含硫原子化合物)
作为含有硫原子作为中心原子的特定的化合物,能够列举出:由通式(5)表示的含硫原子化合物(以下称为“含硫原子化合物(5)”)等。
其中,通式(5):
[化学式10]
{S(=O)2(R5)y}x(OR6)x(2-y) (5)
在通式(5)中,R5及R6表示与上述相同的基团。x表示整数1或2,y表示整数0或1。
在通式(5)中,当x为2且y为1时,(OR6)2表示(-O-R6-O-)。也就是说,含硫原子化合物(5)也可以用通式(5a)表示。
其中,通式(5a):
[化学式11]
S(=O)2(R5)-O-R6-O-S(=O)2(R5) (5a)
在通式(5)和通式(5a)中,R5优选为碳原子数为1~6的三氟烷基(也可以具有取代基),更优选为碳原子数为1~3的三氟烷基(也可以具有取代基),进一步优选为三氟甲基。
另外,在通式(5)中,R6优选为碳原子数为1~6的三烷基硅基(也可以具有取代基)、及由碳原子数为1~6的烷基(也可以具有取代基)与碳原子数、结构(链状、环状等)等不同的两个碳原子数为1~6的烷基(也可以具有取代基)结合而成的甲硅烷基,更优选为碳原子数为1~4的三烷基硅基(也可以具有取代基)、及由碳原子数为1~2的烷基(也可以具有取代基)与碳原子数、结构(链状、环状等)等不同的两个碳原子数为1~4的烷基(也可以具有取代基)结合而成的甲硅烷基,进一步优选为三甲基硅基及叔(tert-)丁基二甲基甲硅烷基(也可以具有取代基),更进一步优选为三甲基硅基。需要说明的是,在本说明书中,碳原子数为1~6或1~4的三烷基硅基是指由三个碳原子数为1~6或1~4的烷基结合而成的甲硅烷基。在通式(5a)中,R6优选为碳原子数为1~6的直链状或支链状二烷基硅基(也可以具有取代基),更优选为碳原子数为1~4的直链状二烷基硅基(也可以具有取代基),进一步优选为二叔(tert-)丁基硅基(也可以具有取代基)。需要说明的是,在本说明书中,碳原子数为1~6或1~4的二烷基硅基是指由两个碳原子数为1~6或1~4的烷基结合而成的甲硅烷基。
作为含硫原子化合物(5)的具体示例,能够列举出:三氟甲基磺酸三甲基硅酯(trimethylsilyl trifluoromethanesulfonate。在通式(5)中,R5表示三氟甲基,R6表示三甲基硅基,x及y为1);双三甲基硅基硫酸酯〔bis(trimethylsilyl)sulfate。在通式(5)中,R6表示三甲基硅基,x为1,y为0〕;双三氟甲基磺酸二叔丁基硅基酯〔di-tert-butylsilylbis(trifluoromethanesulfonate))。在通式(5a)中,R5表示三氟甲基,R6表示二叔丁基硅基〕;三氟甲磺酸叔丁基二甲基硅酯(在通式(5)中,R5表示三氟甲基,R6表示叔丁基二甲基硅基,x及y为1)等。含硫原子化合物(5)可以各自单独使用,也可以同时使用两种以上。在含硫原子化合物(5)中,优选的是双三甲基硅基硫酸酯及三氟甲磺酸叔丁基二甲基硅酯。
通过在含有磺酰亚胺化合物(1)的非水电解液中添加含硫原子化合物(5),从而使用该电解液的电池在降低阻抗及DCR的同时,也能够抑制含有磺酰亚胺化合物(1)的非水电解液所特有的问题即自放电。另外,通过使下述CO2等溶解在该电解液中,从而能够进一步提高添加含硫原子化合物(5)所带来的效果。换句话说,通过添加含硫原子化合物(5)并且使CO2等溶解在电解液中,从而能够获得抑制电池自放电和降低阻抗及DCR的协同效果。
(含磷原子化合物)
作为含有磷原子作为中心原子的特定的化合物,能够列举出:由通式(6)表示的含磷原子化合物(以下称为“含磷原子化合物(6)”)、由通式(7)表示的含磷原子化合物(以下称为“含磷原子化合物(7)”)等。
其中,通式(6):
[化学式12]
P(=O)(R5)y(OR6)2 (6)
通式(7):
[化学式13]
P(OR6)3 (7)
在通式(6)中,R5及R6表示与上述相同的基团,y表示与上述相同的数。
在通式(6)为聚合物基团(聚合物)的情况下,y为0(不含R5),两个(OR6)中的一个表示(-O-)。也就是说,含磷原子化合物(6)也可以用通式(6a)表示。
其中,通式(6a):
[化学式14]
[-P(=O)(OR6)O-]n(6a)
在通式(6)中,R5优选为氢原子。
另外,在通式(6)和通式(6a)中,R6优选为碳原子数为1~6的直链状烷基(也可以具有取代基)、碳原子数为1~6的三氟烷基(也可以具有取代基)、碳原子数为1~6的三烷基硅基(也可以具有取代基)、及由碳原子数为1~6的烷基(也可以具有取代基)与碳原子数、结构(链状、环状等)等不同的两个碳原子数为1~6的烷基(也可以具有取代基)结合而成的甲硅烷基,更优选为碳原子数为1~3的直链状烷基(也可以具有取代基)、碳原子数为1~3的三氟烷基(也可以具有取代基)、碳原子数为1~4的三烷基硅基(也可以具有取代基)、及由碳原子数为1~4的烷基(也可以具有取代基)与碳原子数、结构(链状、环状等)等不同的两个碳原子数为1~6的烷基(也可以具有取代基)结合而成的甲硅烷基,进一步优选为乙基、三氟乙基、三甲基硅基、三乙基硅基、三异丙基硅基、(叔(tert-)丁基)二甲基硅基及(叔丁基)二苯基硅基,更进一步优选为三甲基硅基。需要说明的是,在本说明书中,碳原子数为1~6或1~4的三烷基硅基是指由三个碳原子数为1~6或1~4的烷基结合而成的甲硅烷基。另外,在通式(6)和通式(6a)中,R6也可以是在甲硅烷基上经由氧原子结合三个碳原子数为1~6或1~4的烷基(R)而构成的三烷氧基硅基(-Si(-OR)3)。作为三烷氧基硅基,例如能够列举:三甲氧基硅基、三乙氧基硅基、三异丙氧基硅基、(叔丁氧基)二甲氧基硅基、(叔丁氧基)二苯氧基硅基等。需要说明的是,三个烷基或烷氧基可以相同,也可以不同。在通式(6)中,R6优选为同一种基团。
在通式(6a)中,n表示聚合度。优选的是,n=1~200。
作为含磷原子化合物(6)的具体示例,能够列举出:双(2,2,2-三氟乙基)亚磷酸酯〔在通式(6)中,R5表示氢原子,R6表示三氟乙基,y为1〕、聚磷酸乙酯(在通式(6a)中,R6表示乙基)、聚磷酸三甲基硅酯(TMS,在通式(6a)中,R6表示三甲基硅基)、聚磷酸三乙基硅酯(TES,在通式(6a)中,R6表示三乙基硅基)、聚磷酸(三异丙基硅)酯〔TIPS,在通式(6a)中,R6表示三异丙基硅基〕、聚磷酸[(叔丁基)二甲基硅]酯〔TBDMS,在通式(6a)中,R6表示(叔丁基)二甲基硅基〕、聚磷酸[(叔丁基)二苯基硅]酯〔TBDPS,在通式(6a)中,R6表示(叔丁基)二苯基硅基〕、聚磷酸三甲氧基硅酯(在通式(6a)中,R6表示三甲氧基硅基)、聚磷酸三乙氧基硅酯(在通式(6a)中,R6表示三乙氧基硅基)、聚磷酸(三异丙氧基硅)酯〔在通式(6a)中,R6表示三异丙氧基硅基。〕、聚磷酸[(叔丁氧基)二甲氧基硅]酯〔在通式(6a)中,R6表示(叔丁氧基)二甲氧基硅基〕、聚磷酸[(叔丁氧基)二苯氧基硅]酯〔在通式(6a)中,R6表示(叔丁氧基)二苯氧基硅基〕等。含磷原子化合物(6)可以各自单独使用,也可以同时使用两种以上。在含磷原子化合物(6)中,优选的是聚磷酸三甲基硅酯。
对于聚磷酸三甲基硅酯,例如利用31P-NMR(核磁共振磷谱)等,通过测量表示磷原子与其周围基团之间的键合的峰是否存在及其存在比例(各峰的积分比),能够对由结构式(6a-1)表示的链状结构、由结构式(6a-2)表示的环状结构、以及由结构式(6a-3)表示的支链结构等结构进行分析。需要说明的是,作为31P-NMR的测量条件,能够列举在下述实施例中所记载的条件等。
[化学式15]
[化学式16]
[化学式17]
在结构式(6a-1)~(6a-3)中,“TMS”表示三甲基硅基,n表示聚合度,Pt、Pm及Pb表示磷原子的峰。Pt表示位于末端、支链等的磷原子的峰,具体而言,表示这样的磷原子的峰:该磷原子具有一个由羟基中的氢原子被相邻的其他磷原子取代而得到的基(以下也称为“-O-P基”)。Pm表示直链结构中的磷原子的峰,具体而言,表示具有两个“-O-P基”的磷原子的峰。Pb表示支链结构中的磷原子的峰,具体而言,表示具有三个“-O-P基”的磷原子的峰。像这样,根据Pt、Pm及Pb是否存在及其积分比,可以推测出支链结构是否存在及其存在比例、聚合度n等。例如,在聚磷酸三甲基硅酯全部是由结构式(6a-1)表示的链状结构(不存在Pb峰的结构)的情况下,如果将Pt的区域的积分值设为1,则其聚合度n用2×{(Pt的积分值)+(Pm的积分值)}=2×{1+(Pm的积分值)}表示。另外,如果将Pt的区域的积分值设为2,则其聚合度n用(Pt的积分值)+(Pm的积分值)=2+(Pm的积分值)表示。例如,在为下述实施例5-2系列中所使用的聚磷酸三甲基硅酯的情况下,计算出聚合度平均值为4.87。需要说明的是,在聚磷酸三甲基硅酯中含有由结构式(6a-2)表示的环状结构的情况下,推测聚合度n会小于上述情况。。从抑制电池自放电、进一步改善电池性能的观点出发,在聚磷酸三甲基硅酯中优选的是具有Pb峰的聚磷酸三甲基硅酯,即包含由结构式(6a-3)表示的支链结构的聚磷酸三甲基硅酯。在该情况下,优选的Pt、Pm及Pb的积分比为Pt:Pm:Pb=1.0:3.0:0.2~1.0:9.0:3.0,更优选为Pt:Pm:Pb=1.0:6.0:0.7~1.0:7.0:1.2。
通过在含有磺酰亚胺化合物(1)的非水电解液中添加含磷原子化合物(6),从而使用该电解液的电池在降低阻抗及DCR的同时,也能够抑制含有磺酰亚胺化合物(1)的非水电解液所特有的问题即自放电。另外,通过使下述CO2等溶解在该电解液中,能够进一步提高添加含磷原子化合物(6)所带来的效果。换句话说,通过添加含磷原子化合物(6)并且使CO2等溶解在电解液中,能够获得抑制电池自放电和降低阻抗及DCR的协同效果。
在通式(7)中,R6表示与上述相同的基团。在通式(7)中,R6优选为碳原子数为1~6的直链状或支链状烷基(也可以具有取代基)及碳原子数为1~6的三烷基硅基(也可以具有取代基),更优选为碳原子数为1~4的直链状烷基(也可以具有取代基)及碳原子数为1~3的三烷基硅基(也可以具有取代基),进一步优选为甲基及三甲基硅基,更进一步优选为三甲基硅基。需要说明的是,在本说明书中,碳原子数为1~6或1~3的三烷基硅基是指由三个碳原子数为1~6或1~3的烷基结合而成的甲硅烷基。R6优选为同一种基团。
作为含磷原子化合物(7)的具体示例,能够列举出:亚磷酸三甲酯(R6表示甲基)、亚磷酸三(三甲基硅)酯〔tris(trimethylsilyl)phosphite,R6表示三甲基硅基〕等。含磷原子化合物(7)可以各自单独使用,也可以同时使用两种以上。在含磷原子化合物(7)中,优选的是亚磷酸三(三甲基硅)酯。
通过在含有磺酰亚胺化合物(1)的非水电解液中添加含磷原子化合物(7),从而使用该电解液的电池在降低阻抗及DCR的同时,也能够抑制含有磺酰亚胺化合物(1)的非水电解液所特有的问题即自放电。另外,通过使下述CO2等溶解在该电解液中,能够进一步提高添加含磷原子化合物(7)所带来的效果。换句话说,通过添加含磷原子化合物(7)并且使CO2等溶解在电解液中,能够获得抑制电池自放电和降低阻抗及DCR的协同效果。
含硅原子化合物(2)、含硼原子化合物(3)、含碳原子化合物(4)、含硫原子化合物(5)、含磷原子化合物(6)以及含磷原子化合物(7)等特定的化合物可以各自单独使用,也可以同时使用两种以上。在同时使用两种以上的情况下,既可以从由同一通式表示的化合物中选用两种以上,也可以将由不同通式表示的多种化合物组合起来使用。
在上述特定化合物(2)~(7)中,优选的是含硼原子化合物(3)、含碳原子化合物(4)、含硫原子化合物(5)、含磷原子化合物(6)及含磷原子化合物(7);更优选的是硼酸三甲酯(trimethyl borate)、硼酸三乙酯(triethyl borate)、硼酸三异丙酯、硼酸三丁酯、硼酸三(2,2,2)三氟乙基酯、三(三甲基硅基)硼酸酯、三氟乙酸三甲基硅酯、三氟甲基磺酸三甲基硅酯、双三甲基硅基硫酸酯、双三氟甲基磺酸二叔丁基硅基酯、三氟甲磺酸叔丁基二甲基硅酯、聚磷酸三甲基硅酯及亚磷酸三(三甲基硅)酯;进一步优选的是三(三甲基硅基)硼酸酯、三氟乙酸三甲基硅酯、三氟甲基磺酸三甲基硅酯、双三甲基硅基硫酸酯、双三氟甲基磺酸二叔丁基硅基酯、三氟甲磺酸叔丁基二甲基硅酯、聚磷酸三甲基硅酯及亚磷酸三(三甲基硅)酯;更进一步优选的是三氟乙酸三甲基硅酯、三氟甲基磺酸三甲基硅酯、双三甲基硅基硫酸酯、双三氟甲基磺酸二叔丁基硅基酯、三氟甲磺酸叔丁基二甲基硅酯、聚磷酸三甲基硅酯及亚磷酸三(三甲基硅)酯;特别优选的是聚磷酸三甲基硅酯。
从抑制电池自放电、进一步改善电池性能的观点出发,非水电解液中的特定的化合物(2)~(7)各自的含量(特定的一种化合物的含量)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,更进一步优选为0.3质量%以上,再更进一步优选为0.5质量%以上;且优选为3质量%以下,更优选为2质量%以下,进一步优选为1质量%以下。
从抑制电池自放电、进一步改善电池性能的观点出发,在使用多种特定的化合物(2)~(7)的情况下,非水电解液中的特定的化合物的总含量优选为5质量%以下,更优选为3质量%以下,进一步优选为2质量%以下。
<按中心原子周围的氧原子数分类>
也可以根据中心原子周围的氧原子数,将特定的化合物(2)~(7)按照以下进行分类。
(中心原子周围的氧原子数为两个的化合物)
作为中心原子周围的氧原子数为两个的化合物,能够列举出:由通式(20)表示的化合物(以下也称为“含O2化合物(20)”)等。
其中,通式(20):
Q1(R5)x(…OR6)2(20)
在通式(20)中,Q1表示碳原子或硅原子。R5及R6是同一种或不同种基团(彼此独立),R5及R6表示碳原子数为1~6的烷基(也可以具有取代基)、碳原子数为1~6的氟烷基(也可以具有取代基)、芳基(也可以具有取代基)、甲硅烷基(也可以具有取代基)、碱金属原子、鎓盐或氢原子。x表示整数1或2。“…”表示至少一个为单键而其余为双键,当“…”为双键时(…OR6)表示(=O)。
在通式(20)中,R5优选为碳原子数为1~6的直链状或支链状烷基(也可以具有取代基)、碳原子数为1~6的三氟烷基(也可以具有取代基)及芳基(苯基、甲苯基、邻二甲苯基等),更优选为碳原子数为1~3的直链状烷基(也可以具有取代基)、碳原子数为1~3的三氟烷基(也可以具有取代基)及苯基,进一步优选为甲基、三氟甲基及苯基,更进一步优选为三氟甲基。当x为2时,即在有两个R5的情况下,R5优选为同一种基团。
另外,在通式(20)中,R6优选为碳原子数为1~6的直链状或支链状烷基(也可以具有取代基)及碳原子数为1~6的三烷基硅基(也可以具有取代基),更优选为碳原子数为1~3的直链状烷基(也可以具有取代基)及碳原子数为1~3的三烷基硅基(也可以具有取代基),进一步优选为甲基及三甲基硅基,更进一步优选为三甲基硅基。需要说明的是,在本说明书中,碳原子数为1~6或1~3的三烷基硅基是指由三个碳原子数为1~6或1~3的烷基结合而成的甲硅烷基。R6优选为同一种基团。
作为含O2化合物(20)的具体示例,三氟乙酸三甲基硅酯(trimethylsilyltrifluoroacetate,在通式(20)中,“(…OR6)2”表示“(-OR6)和(=O)”,R5表示三氟甲基,R6表示三甲基硅基,x为1)、二苯基硅二醇(在通式(20)中,“(…OR6)2”表示“(-OR6)2”,R5表示苯基,R6表示氢原子,x为2)、二苯基二甲氧基硅烷(在通式(20)中,“(…OR6)2”表示“(-OR6)2”,R5表示苯基,R6表示甲基,x为2)、三甲基硅乙酸酯(在通式(20)中,“(…OR6)2”表示“(-OR6)和(=O)”,R5表示甲基,R6表示三甲基硅基,x为1)等。含O2化合物(20)可以各自单独使用,也可以同时使用两种以上。在含O2化合物(20)中,优选的是三氟乙酸三甲基硅酯。
(中心原子周围的氧原子数为三个的化合物)
作为中心原子周围的氧原子数为三个的化合物,能够列举出:由通式(30)表示的化合物(以下也称为“含O3化合物(30)”)、由通式(35)表示的化合物(以下也称为“含O3化合物(35)”)等。
其中,通式(30):
Q2(…OR6)3(30)
通式(35):
{Q3(R5)}x{(…OR6)3}x(35)
在通式(30)中,Q2表示硼原子或磷原子。R6及“…”表示与上述相同的含义。
作为含O3化合物(30)的优选结构,能够列举出“…”全部为单键的通式(31)等。
其中,通式(31):
Q2(OR6)3(31)
在通式(30)为聚合物基团(聚合物)的情况下,三个(…OR6)中的一个表示(-O-)。也就是说,含O3化合物(30)也可以用通式(32)等表示,更具体而言,也可以用通式(33)等表示。
其中,通式(32):
[-Q2[(…OR6)2]O-]n(32)
通式(33):
[-Q2(OR6)(=O)O-]n (33)
在通式(30)中,R6优选为碳原子数为1~6的直链状或支链状烷基(也可以具有取代基)、碳原子数为1~6的三氟烷基(也可以具有取代基)及碳原子数为1~6的三烷基硅基(也可以具有取代基),更优选为碳原子数为1~4的直链状烷基(也可以具有取代基)、碳原子数为1~3的三氟烷基(也可以具有取代基)及碳原子数为1~3的三烷基硅基(也可以具有取代基),进一步优选为甲基、乙基、丁基、三氟乙基及三甲基硅基。需要说明的是,在本说明书中,碳原子数为1~6或1~3的三烷基硅基是指由三个碳原子数为1~6或1~3的烷基结合而成的甲硅烷基。R6优选为同一种基团。
在通式(32)和通式(33)中,n表示聚合度。优选的是,n=1~200。
作为含O3化合物(30)的具体示例,能够列举出:亚磷酸三(三甲基硅)酯〔tris(trimethylsilyl)phosphite,在通式(30)中,“(…OR6)3”表示“(-OR6)3”、R6表示三甲基硅基〕、聚磷酸乙酯(在通式(33)中,R6表示乙基)、聚磷酸三甲基硅酯(TMS,在通式(33)中,R6表示三甲基硅基)、聚磷酸三乙基硅酯(TES,在通式(33)中,R6表示三乙基硅基)、聚磷酸(三异丙基硅)酯〔TIPS,在通式(33)中,R6表示三异丙基硅基〕、聚磷酸[(叔丁基)二甲基硅]酯〔TBDMS,在通式(33)中,R6表示(叔丁基)二甲基硅基〕、聚磷酸[(叔丁基)二苯基硅]酯〔TBDPS,在通式(33)中,R6表示(叔丁基)二苯基硅基〕、聚磷酸三甲氧基硅酯(在通式(33)中,R6表示三甲氧基硅基)、聚磷酸三乙氧基硅酯(在通式(33)中,R6表示三乙氧基硅基)、聚磷酸(三异丙氧基硅)酯〔在通式(33)中,R6表示三异丙氧基硅基〕、聚磷酸[(叔丁氧基)二甲氧基硅]酯〔在通式(33)中,R6表示(叔丁氧基)二甲氧基硅基〕、聚磷酸[(叔丁氧基)二苯氧基硅]酯〔在通式(33)中,R6表示(叔丁氧基)二苯氧基硅基〕、硼酸三甲酯(trimethylborate,在通式(30)中,“(…OR6)3”表示“(-OR6)3”,R6表示甲基)、硼酸三乙酯(triethylborate,在通式(30)中,“(…OR6)3”表示“(-OR6)3”,R6表示乙基)、硼酸三异丙酯(triisopropyl borate,在通式(30)中,“(…OR6)3”表示“(-OR6)3”,R6表示异丙基)、硼酸三丁酯(tributyl borate,在通式(30)中,“(…OR6)3”表示“(-OR6)3”,R6表示丁基)、硼酸三(2,2,2)三氟乙基酯〔tris(2,2,2)trifluoroethyl borate,在通式(30)中,“(…OR6)3”表示“(-OR6)3”,R6表示三氟乙基〕、三(三甲基硅基)硼酸酯〔tris(trimethylsilyl)borate,在通式(30)中,“(…OR6)3”表示“(-OR6)3”,R6表示三甲基硅基〕、亚磷酸三甲酯(在通式(30)中,“(…OR6)3”表示“(-OR6)3”,R6表示甲基)等。含O3化合物(30)可以各自单独使用,也可以同时使用两种以上。在含O3化合物(30)中,优选的是亚磷酸三(三甲基硅)酯、聚磷酸三甲基硅酯、硼酸三甲酯、硼酸三乙酯、硼酸三丁酯、硼酸三(2,2,2)三氟乙基酯及三(三甲基硅基)硼酸酯,更优选的是亚磷酸三(三甲基硅)酯、聚磷酸三甲基硅酯及三(三甲基硅基)硼酸酯,进一步优选的是亚磷酸三(三甲基硅)酯及聚磷酸三甲基硅酯,更进一步优选的是聚磷酸三甲基硅酯。
在通式(35)中,Q3表示磷原子或硫原子。x表示整数1或2。R5、R6及“…”表示与上述相同的含义。
在通式(35)中,当x=2时,六个(…OR6)中的两个表示(-O-R6-O-)。也就是说,含O3化合物(35)也可以用通式(36)等表示,更具体而言,也可以用通式(37)等表示。
其中,通式(36):
Q3(R5)(…OR6)2-O-R6-O-Q3(R5)(…OR6)2(36)
通式(37):
Q3(R5)(=O)2-O-R6-O-Q3(=O)(OR6)2 (37)
在通式(35)中,R5优选为碳原子数为1~6的三氟烷基(也可以具有取代基)及氢原子,更优选为碳原子数为1~3的三氟烷基(也可以具有取代基)及氢原子,进一步优选为三氟甲基及氢原子。R5优选为同一种基团。
另外,在通式(35)中,R6优选为碳原子数为1~6的三氟烷基(也可以具有取代基)及碳原子数为1~6的三烷基硅基(也可以具有取代基),更优选为碳原子数为1~4的三氟烷基(也可以具有取代基)及碳原子数为1~4的三烷基硅基(也可以具有取代基),进一步优选为三氟乙基、三甲基硅基及叔(tert-)丁基硅基。需要说明的是,在本说明书中,碳原子数为1~6或1~4的三烷基硅基是指由三个碳原子数为1~6或1~4的烷基结合而成的甲硅烷基。R6优选为同一种基团。
作为含O3化合物(35)的具体示例,能够列举出:三氟甲基磺酸三甲基硅酯(trimethylsilyl trifluoromethanesulfonate,在通式(35)中,R5表示三氟甲基,“(…OR6)3”表示“(-OR6)和(=O)2”,R6表示三甲基硅基,x为1)、双三氟甲基磺酸二叔丁基硅基酯〔di-tert-butylsilyl bis(trifluoromethanesulfonate),在通式(37)中,R5表示三氟甲基,R6表示二叔丁基硅基〕、三氟甲磺酸叔丁基二甲基硅酯(在通式(35)中,R5表示三氟甲基,“(…OR6)3”表示“(-OR6)和(=O)2”,R6表示叔丁基二甲基硅基)、双(2,2,2-三氟乙基)亚磷酸酯〔在通式(35)中,R5表示氢原子,“(…OR6)3”表示“(-OR6)2和(=O)”,R6表示三氟乙基,y为1〕等。含O3化合物(35)可以各自单独使用,也可以同时使用两种以上。在含O3化合物(35)中,优选的是三氟甲基磺酸三甲基硅酯、双三氟甲基磺酸二叔丁基硅基酯及三氟甲磺酸叔丁基二甲基硅酯。
(中心原子周围的氧原子数为四个的化合物)
作为中心原子周围的氧原子数为四个的化合物,能够列举出:由通式(40)表示的化合物(以下也称为“含O4化合物(40)”)等。
其中,通式(40):
S(…OR6)4 (40)
在通式(40)中,R6及“…”表示与上述相同的含义。在通式(40)中,R6优选为碳原子数为1~6的三烷基硅基(也可以具有取代基),更优选为碳原子数为1~3的三烷基硅基(也可以具有取代基),进一步优选为三甲基硅基。需要说明的是,在本说明书中,碳原子数为1~6或1~3的三烷基硅基是指由三个碳原子数为1~6或1~3的烷基结合而成的甲硅烷基。R6优选为同一种基团。
作为含O4化合物(40)的具体示例,能够列举出:双三甲基硅基硫酸酯〔bistrimethylsilyl sulfate,在通式(40)中,“(…OR6)4”表示“(-OR6)2和(=O)2”,R6表示三甲基硅基〕等。
含O2化合物(20)、含O3化合物(30)、含O3化合物(35)以及含O4化合物(40)等特定的化合物可以各自单独使用,也可以同时使用两种以上。在同时使用两种以上的情况下,既可以从由同一通式表示的化合物中选用两种以上,也可以将由不同通式表示的多种化合物组合起来使用。
(添加剂)
为了改善各种电池性能,第一非水电解液在含有特定的化合物(2)~(7)的同时,还可以含有与特定的化合物(2)~(7)不同的添加剂。
作为添加剂,能够列举出:由通式(12)表示的化合物(以下也称为“硝酸化合物(12)”)、由通式(13)表示的化合物(以下也称为“氟草酸化合物(13)”)等。
其中,通式(12):
[化学式18]
M1NO3 (12)
通式(13):
[化学式19]
在通式(12)中,作为由M1表示的碱金属元素,能够列举出:锂、钠、钾、铷、铯等。在这些碱金属元素中,优选的是锂。
作为硝酸化合物(12)的具体示例,能够列举出:硝酸锂(LiNO3)、硝酸钠(NaNO3)、硝酸钾(KNO3)等。硝酸化合物(12)可以各自单独使用,也可以同时使用两种以上。在硝酸化合物(12)中,优选的是硝酸锂。
此处,本申请人发现:通过在含有磺酰亚胺化合物(1)的非水电解液中添加硝酸化合物(12),虽然使用该电解液的电池的阻抗及DCR降低,但其自放电较大,在电池的保存特性方面存在改善的余地。并且,本申请人发现:通过在含有磺酰亚胺化合物(1)的非水电解液中添加硝酸化合物(12)并且使下述的CO2等溶解在该非水电解液中,会改善上述电池的保存特性。具体而言,可知:使用了添加LiNO3并且溶解有CO2的、、含有磺酰亚胺化合物(1)的非水电解液的电池,能够获得阻抗及DCR的降低效果和自放电抑制效果这两者的协同效果。
根据上文所述,在使CO2溶解在非水电解液中的情况下,硝酸化合物(12)也可以单独使用,而不与特定的化合物(2)~(7)同时使用。另一方面,在将特定的化合物(2)~(7)和硝酸化合物(12)同时使用的情况下,有望获得更好的阻抗及DCR的降低效果。
在通式(13)中,M3表示B(硼)或P(磷)。
在通式(13)中,Af+表示金属离子、H(氢)或鎓离子。作为金属离子,能够列举出:碱金属离子、碱土金属离子、3价金属离子等。作为碱金属及碱土金属,能够列举出与上述相同的元素。作为3价金属,能够列举出:硼(B)、铝(Al)、镓(Ga)、铟(In)、铊(Tl)等。在金属离子中,优选的是Li+、Na+、Mg2+及Ca2+,更优选的是Li+。作为鎓离子,能够列举出:四乙基铵、四丁基铵、三乙基甲基铵等链状季铵,三乙基铵、三丁基铵、二丁基甲基铵(dibutylmethylammonium)、二甲基乙基铵(dimethylethyl ammonium)等链状叔铵,1-乙基-3-甲基咪唑鎓、1,2,3-三甲基咪唑鎓等咪唑鎓,N,N-二甲基吡咯烷鎓、N-乙基-N-甲基吡咯烷鎓等吡咯烷鎓等。其中,优选的是链状季铵及咪唑鎓,更优选的是链状季铵。也就是说,在通式(13)中,f、g及h优选为1。
在通式(13)中,R3表示碳原子数为1~10的亚烷基或碳原子数为1~10的卤代亚烷基。作为碳原子数为1~10的亚烷基,能够列举出:亚甲基、亚乙基、亚丙基、亚丁基、亚戊基、亚己基、亚庚基、亚辛基、亚壬基、亚癸基,它们可以是支链状。作为碳原子数为1~10的卤代亚烷基,能够列举出:碳原子数为1~10的亚烷基中的一部分氢或全部氢被F、Cl、Br或I取代后的基团(其中,优选的是F,例如氟亚甲基、氟亚乙基等)。在R3中,优选的是碳原子数为1~4的亚烷基及碳原子数为1~4的氟代亚烷基,更优选的是碳原子数为1~2的亚烷基及碳原子数为1~2的氟代亚烷基。k为0或1,在k为0的情况下,表示羰基的直接键合,通式(13)的化合物为草酸硼酸盐或草酸磷。k优选为0。
在通式(13)中,R4表示F(氟)或碳原子数为1~10的氟代烷基。作为碳原子数为1~10的氟代烷基,能够列举出:氟甲基、二氟甲基、三氟甲基、氟乙基、二氟乙基、三氟乙基、四氟乙基、全氟乙基、氟丙基、全氟丙基、全氟丁基、全氟辛基等。在R4中,优选的是碳原子数为1~2的氟代烷基及F,更优选的是F。
在通式(13)中,T1及T2各自独立地(同一种或不同种)表示O(氧)或S(硫)。从容易获得的观点出发,T1及T2都优选为O。
在通式(13)中,当M3为B(硼)时,i优选为1或2,当i为1时,j为2,R4更优选为F。另外,当i为2时,j为0。另一方面,当M3为P(磷)时,i为1~3,当i为1时,j为4;当i为2时,j为2;当i为3时,j为0。
作为氟草酸化合物(13),例如能够列举出:二氟草酸硼酸盐、双草酸硼酸盐、四氟鏻盐、二氟双草酸鏻盐、三草酸鏻盐。更具体而言,能够列举出:双草酸硼酸锂(LiBOB)、二氟草酸硼酸锂(LiDFOB)、二氟二草酸磷酸锂(LIDFOP)、四氟草酸磷酸锂(LITFOP)、二氟双(草酸)磷酸锂(LiDFOP)、三(草酸)磷酸锂等具有草酸架构的锂盐等。氟草酸化合物(13)可以各自单独使用,也可以同时使用两种以上。在氟草酸化合物(13)中,优选的是LiBOB及LiDFOB,从降低电池的阻抗及DCR的观点出发,更优选的是LiDFOB。
硝酸化合物(12)、氟草酸化合物(13)等添加剂可以各自单独使用,也可以同时使用两种以上。在同时使用两种以上的情况下,既可以从硝酸化合物(12)或氟草酸化合物(13)中选用两种以上,也可以将硝酸化合物(12)及氟草酸化合物(13)多种组合起来使用。
从抑制电池自放电、进一步改善电池性能的观点出发,非水电解液中的添加剂各自的含量(一种添加剂的含量)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,更进一步优选为0.3质量%以上,再更进一步优选为0.5质量%以上;且优选为3质量%以下,更优选为2质量%以下,进一步优选为1质量%以下。
从抑制电池自放电、进一步改善电池性能的观点出发,在使用多种添加剂的情况下,非水电解液中的添加剂的总含量优选为5质量%以下,更优选为3质量%以下,进一步优选为2质量%以下。
(其他成分)
本实施方式所涉及的第一非水电解液也可以含有以提高锂离子二次电池的各种特性为目的的其他添加剂(与特定的化合物(2)~(7)及添加剂(12)~(13)不同的化合物)。作为其他添加剂,能够列举出:琥珀酸酐、戊二酸酐、马来酸酐、柠康酸酐、戊二酸酐、衣康酸酐、二甘醇酸酐、环己烷二羧酸酐、环戊烷四羧酸二酐、苯基琥珀酸酐等羧酸酐;亚硫酸亚乙酯、1,3-丙烷磺内酯、1,4-丁烷磺内酯、甲磺酸甲酯、白消安、环丁砜、环丁烯砜、二甲砜、一硫化四甲基秋兰姆、三亚甲基二醇硫酸酯(trimethylene glycol sulfate)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-恶唑烷酮、1,3-二甲基-2-咪唑啉酮、N-甲基琥珀酰亚胺等含氮化合物;庚烷、辛烷、环庚烷等饱和烃化合物;氟代碳酸乙烯酯(FEC)、三氟代碳酸丙烯酯、碳酸苯乙烯酯及碳酸赤藓酯等碳酸酯化合物;氨基磺酸(酰胺硫酸、H3NSO3);氨基磺酸盐(锂盐、钠盐、钾盐等碱金属盐;钙盐、锶盐、钡盐等碱土金属盐;锰盐、铜盐、锌盐、铁盐、钴盐、镍盐等其他金属盐;铵盐;胍盐等);单氟磷酸锂(Li2PO3F)、二氟磷酸锂(LiPO2F2)等氟磷酸盐化合物;氟磺酸锂(LiFSO3)、氟磺酸钠(NaFSO3)、氟磺酸钾(KFSO3)、氟磺酸镁(Mg(FSO3)2)等氟磺酸化合物等。其他添加剂可以各自单独使用,也可以同时使用两种以上。
在非水电解液100质量%中,其他添加剂优选以0.1质量%以上且10质量%以下的范围使用,更优选以0.2质量%以上且8质量%以下的范围使用,进一步优选以0.3质量%以上且5质量%以下的范围使用。当其他添加剂的使用量过少时,有时难以获得由其他添加剂所带来的效果,另一方面,即使大量使用其他添加剂,可能也难以得到与添加量相称的效果,而且,非水电解液的粘度变高,电导率可能降低。
(CO2、CO、HCO3 -及CO3 2-中的至少一种)
本实施方式所涉及的第一非水电解液中也可以溶解有二氧化碳(CO2)、一氧化碳(CO)、碳酸氢根离子(HCO3 -)及碳酸根离子(CO3 2-)中的至少一种(以下也称为“CO2等”)。
如上所述,本申请人发现:与使用了单独含有上述其他电解质(LiPF6、LiBF4等)的非水电解液的电池相比,使用了含有磺酰亚胺化合物(1)的非水电解液的电池从满电状态开始的自放电较大。更具体而言,可知:就使用了含有磺酰亚胺化合物(1)的非水电解液的电池而言,其自放电根据磺酰亚胺化合物(1)的浓度而变大。并且,为了解决含有磺酰亚胺化合物(1)的非水电解液所特有的技术问题,本申请人经过深入研究发现:在含有磺酰亚胺化合物(1)的非水电解液中添加上述特定的化合物(2)~(7)并且使CO2等以规定量以上溶解在该电解液中,能够进一步提高添加特定的化合物(2)~(7)所带来的、抑制自放电和降低电池的电荷转移电阻及电池直流电阻的协同效果。另外,如下述的实施例所示,与单独含有LiPF6的非水电解液相比,含有磺酰亚胺化合物(1)的非水电解液通过向电解液中溶解CO2,不仅能够进一步抑制自放电(自放电抑制效果(保存特性)优异),而且对各种电池性能的改善效果也较高,比如降低电池的DCR和阻抗、提高低温充放电特性和充放电循环特性等。
在本说明书中,虽然CO2等溶解在含有磺酰亚胺化合物(1)的非水电解液中是指有意地使CO2等溶解在该非水电解液中,但并不排除例如电解液溶剂等非水电解液的原料中所含的CO2等、或者在非水电解液或二次电池的通常的制造工序中CO2不可避免地溶解在非水电解液中的情况等。换句话说,在下述的CO2等的总溶解量中,在包含有意地使之溶解的CO2等的同时,也可以包含原料中的CO2等、或者不可避免地溶解的CO2等。
需要说明的是,溶解在非水电解液中的CO2等的形态没有特别限定,只要以CO2、CO、HCO3 -及CO3 2-中的至少一种形态存在即可,既可以以某一种形态存在,也可以以多种形态存在。
关于非水电解液中的CO2等的总溶解量,在例如以与电解液之比计的情况下,优选为20质量ppm以上,更优选为50质量ppm以上,进一步优选为100质量ppm以上,更进一步优选为150质量ppm以上,再更进一步优选为200质量ppm以上,特别优选为250质量ppm以上。需要说明的是,该总溶解量的上限值没有特别限定,例如为25℃下的饱和浓度以下。该总溶解量能够利用下述实施例中所记载的方法,例如气相色谱法等进行测量。
在本说明书中,非水电解液中的CO2等的总溶解量是指:在非水电解液的制备工序中,在制备电解液后(刚制备后)电解液中的CO2等的总溶解量、或是在根据需要经过了用于使CO2等的溶解量稳定的陈化期(例如1周)后电解液中的CO2等的总溶解量;或者,在二次电池的制造工序中,在进行电池的陈化工序后,在例如氮气气氛中从该电池抽出的电解液中的CO2等的总溶解量。需要说明的是,作为陈化工序,例如能够列举出以下工序以及在下述实施例中所记载的条件等。
(I)在注液后对电池进行部分充电,然后在30℃以上的温度下对电池进行6小时以上且28天以内的高温处理(保存)。在进行脱气和再次密封后,通过充放电来确认初始性能无缺陷,然后,以充电深度50%保持1周以上来确认没有由自放电引起的缺陷的工序。
(II)除了在进行部分充电后不进行高温处理这一点以外,其他与(I)相同的工序。
(III)除了在进行高温处理后不进行脱气这一点以外,其他与(I)相同的工序。
作为使CO2等溶解在含有磺酰亚胺化合物(1)的非水电解液中的方法,例如能够列举出:(A)在非水电解液的制备工序中使CO2等溶解在非水电解液中的方法;(B)在二次电池的制造工序中使CO2等溶解在非水电解液中的方法等。
上述的(A)在非水电解液的制备工序中使CO2等溶解在非水电解液中的方法,换句话说是:使用含有磺酰亚胺化合物(1)且预先溶解有20质量ppm以上的CO2等的非水电解液(以下也称为“CO2等溶解电解液”或“CO2溶解电解液”),并将该电解液注入到二次电池内的方法。作为使CO2等溶解在非水电解液中的方法(溶解工序),例如能够列举出:使含有CO2等的气体与非水电解液接触的方法(接液工序)、将含有CO2等的气体吹入到非水电解液中的方法(鼓泡工序)、在含有CO2等的气体气氛下对非水电解液进行搅拌的方法(搅拌工序)、使高压的含有CO2等的气体与非水电解液接触的方法(将含有CO2等的气体加压到非水电解液中的方法、加压工序)、将产生含有CO2等的气体的物质添加到非水电解液中的方法(添加工序)等。需要说明的是,作为产生含有CO2等的气体的物质,能够列举出:碳酸氢盐、碳酸盐、干冰等。另外,由于CO2等能够溶解在通常用于非水电解液的电解液溶剂中,因此可以通过使磺酰亚胺化合物(1)溶解在预先已溶解有CO2等的电解液溶剂中来制备非水电解液。需要说明的是,使CO2等溶解在电解液溶剂中的方法能够使用与上述相同的方法。另外,作为其他方法,能够列举出以下方法等:将预先调制好的非水电解液装入密闭容器中,使其占密闭容器容积的1/10左右,在使该容器内成为近似真空状态后,用CO2等充满该容器,反复进行多次这样的操作来将该容器内的空气置换为CO2等,最后将该容器以密闭状态低温保存数日(置换工序)。溶解工序只要包含上述工序中的至少一种工序即可,也可以将多种工序组合起来。在溶解工序中,优选包含加压工序、接液工序、鼓泡工序及置换工序中的至少一者,更优选包含加压工序、接液工序及鼓泡工序中的至少一者,进一步优选的是加压工序及置换工序(加压工序与置换工序的组合)。
另外,在上述方法(A)中,从将非水电解液中的CO2等的总溶解量控制为恒定的观点出发,也可以在CO2气氛下或含有CO2的气氛下组装二次电池。具体而言,可以在CO2气氛下或含有CO2的气氛下进行将预先已溶解了CO2等的非水电解液注入到电池内的工序和注液后的工序。另外,也可以在注入该电解液后使电池暴露在高压CO2气氛下。
上述方法(A)中使用的CO2等溶解电解液能够利用本实施方式所涉及的非水电解液的制备方法获得。该制备方法为了使CO2等以20质量ppm以上溶解在含有磺酰亚胺化合物(1)的非水电解液中而包括溶解工序,该溶解工序包含上述工序中的至少一者。
在上述(B)二次电池的制造工序中,作为使CO2等溶解在非水电解液中的方法,例如能够列举出:在CO2气氛下组装二次电池,向该电池内注入非水电解液的方法(具体而言,在使三边密封的电池外装内成为近似真空状态后,用CO2充满,然后从未密封的一边注入非水电解液并进行常压密封的方法);在将非水电解液注入到二次电池内后,将该电池内的空气置换为CO2的方法等。将电池内的空气置换为CO2的方法能够使用与将上述容器内的空气置换为CO2的方法相同的方法。具体而言,通过在使已注入非水电解液的外装内成为近似真空状态后用CO2充满,并反复进行多次这样的操作,从而将该外装内的空气置换为CO2。
由于非水电解液中的CO2等的总溶解量会根据非水电解液的温度而变化,因此在非水电解液的制备工序和/或二次电池的制造工序中,优选将温度控制为恒定。
(电解液溶剂)
本实施方式所涉及的第一非水电解液也可以含有电解液溶剂。电解液溶剂只要能够使上述电解质盐溶解、分散即可,没有特别限定,作为电解液溶剂,能够列举出:非水系溶剂、代替电解液溶剂而使用的聚合物和聚合物凝胶等介质等,电池中通常使用的溶剂均能够使用。
作为非水系溶剂,优选的是介电常数大、上述电解质盐的溶解性好、沸点为60℃以上、且电化学稳定范围宽的溶剂。更优选的是含水量低的有机溶剂。作为这样的有机溶剂,能够列举出:乙二醇二甲醚、乙二醇二乙醚、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、2,6-二甲基四氢呋喃、四氢吡喃、冠醚、三乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚、1,4-二恶烷、1,3-二氧戊环等醚类溶剂;碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、碳酸二苯酯、碳酸甲基苯酯等链状碳酸酯(carbonate)类溶剂;碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、2,3-二甲基碳酸乙烯酯、1,2-碳酸丁烯酯及碳酸赤藓酯(erythritan carbonate)等饱和环状碳酸酯类溶剂;碳酸亚乙烯酯、甲基碳酸亚乙烯酯、乙基碳酸亚乙烯酯、2-乙烯碳酸亚乙酯、苯基碳酸亚乙酯等具有不饱和键的环状碳酸酯类溶剂;氟代碳酸乙烯酯、4,5-二氟碳酸乙烯酯、三氟碳酸丙烯酯等含氟环状碳酸酯类溶剂;苯甲酸甲酯、苯甲酸乙酯等芳香族羧酸酯类溶剂;γ-丁内酯、γ-戊内酯、δ-戊内酯等内酯类溶剂;磷酸三甲酯、磷酸乙基二甲酯、磷酸二乙甲酯、磷酸三乙酯等磷酸酯类溶剂;乙腈、丙腈、甲氧基丙腈、戊二腈、己二腈、2-甲基戊二腈、戊腈、丁腈、异丁腈等腈类溶剂;二甲基砜、乙基甲基砜、二乙基砜、环丁砜、3-甲基环丁砜、2,4-二甲基环丁砜等硫化合物类溶剂;苯甲腈、甲苯腈等芳香族腈类溶剂;硝基甲烷、1,3-二甲基-2-咪唑啉酮、1,3-二甲基-3,4,5,6-四氢-2(1H)-嘧啶酮、3-甲基-2-恶唑烷酮等。这些溶剂可以各自单独使用,也可以同时使用两种以上。
在电解液溶剂中,优选的是链状碳酸酯类溶剂、环状碳酸酯类溶剂等碳酸酯类溶剂、内酯类溶剂、醚类溶剂,更优选的是碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、γ-丁内酯、γ-戊内酯等,进一步优选的是碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯等碳酸酯类溶剂。
在使用聚合物或聚合物凝胶代替电解液溶剂的情况下,采用以下方法即可。也就是说,能够列举出:将在溶剂中溶解有电解质盐的溶液滴落到用现有公知方法形成膜后的聚合物上,使电解质盐及非水系溶剂浸渗到聚合物膜中,以使聚合物承载电解质盐及非水系溶剂的方法;在聚合物的熔点以上的温度下将聚合物和电解质盐熔融、混合后,形成膜,并使溶剂浸渗到该膜中的方法(以上为凝胶电解质);将预先在有机溶剂中溶解有电解质盐的非水电解液和聚合物混合后,利用流延法、涂布法使其形成膜,并使有机溶剂挥发的方法;在聚合物的熔点以上的温度下将聚合物和电解质盐熔融、混合并成型的方法(本征聚合物电解质)等。
作为代替电解液溶剂而使用的聚合物,能够列举出:环氧化合物(环氧乙烷、环氧丙烷、环氧丁烷、烯丙基缩水甘油醚等)的均聚物或共聚物即聚环氧乙烷(PEO);聚环氧丙烷等聚醚类聚合物;聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等甲基丙烯酸类聚合物;聚丙烯腈(PAN)等腈类聚合物;聚偏二氟乙烯(PVdF)、聚偏二氟乙烯-六氟丙烯等氟类聚合物;以及它们的共聚物等。这些聚合物可以各自单独使用,也可以同时使用两种以上。
<第二非水电解液>
下面,对第二非水电解液进行如下说明。本实施方式所涉及的第二非水电解液含有电解质和特定的化合物,并且溶解有CO2等。具体而言,第二非水电解液与上述第一非水电解液在构成上的不同点在于:特定的化合物的种类不同、以及第二非水电解液中溶解有CO2等。其他方面是与上述第一非水电解液相同的构成,因此此处省略详细的说明。也就是说,上述第一非水电解液中的电解质、添加剂、其他成分、电解液溶剂、CO2等的溶解量和溶解方法等也全部适用于第二非水电解液。另外,关于特定的化合物,也对于相同种类的化合物省略详细的说明。
(特定的化合物)
<按中心原子分类>
第二非水电解液在含有磺酰亚胺化合物(1)的同时,作为添加剂,还含有以下所示的各种特定的化合物中的至少一种。像这样,第二非水电解液同时使用了磺酰亚胺化合物(1)和一种以上的特定的化合物,因此能够兼顾抑制电池自放电、和降低电荷转移电阻(阻抗)及电池直流电阻(DCR)这两方面。也就是说,能够改善电池的保存特性、提高电池性能。在第二非水电解液中,除了使用含硅原子化合物(2)、含硅原子化合物(14)、含硼原子化合物(3)、含碳原子化合物(4)、含硫原子化合物(5)、含磷原子化合物(6)、含磷原子化合物(7)等以外,还可以使用以下所示的化合物。
(含磷原子化合物)
就含有磷原子以作为中心原子的特定的化合物而言,能够列举出:由通式(8)表示的含磷原子化合物(以下也称为“含磷原子化合物(8)”)等。
其中,通式(8):
[化学式20]
P(=O)(OR6)3 (8)
在通式(8)中,R6表示与上述相同的基团。在通式(8)中,三个R6优选为相同的碳原子数为1~6的三烷基硅基(也可以具有取代基),更优选为相同的碳原子数为1~3的三烷基硅基(也可以具有取代基),进一步优选同为三甲基硅基。需要说明的是,在本说明书中,碳原子数为1~6或1~3的三烷基硅基是指由三个碳原子数为1~6或1~3的烷基结合而成的甲硅烷基。
作为含磷原子化合物(8)的具体示例,能够列举出:磷酸三(三甲基硅基)酯〔tris(trimethylsilyl)phosphate〕等。
即使如上述那样在含有磺酰亚胺化合物(1)的非水电解液中添加磷酸三(三甲基硅基)酯等含磷原子化合物(8),自放电抑制效果也不充分,但通过同时添加含磷原子化合物(8)并溶解CO2等,在获得添加含磷原子化合物(8)所带来的降低电荷转移电阻(阻抗)和电池直流电阻(DCR)的效果的基础上,还能够获得抑制电池自放电的效果。也就是说,能够改善电池的保存特性、提高电池性能。
(环硼氧烷化合物)
作为环硼氧烷化合物,能够列举出:由通式(9)表示的环硼氧烷化合物(以下也称为“环硼氧烷化合物(9)”)等。
其中,通式(9):
[化学式21]
在通式(9)中,R7是同一种或不同种基团(彼此独立),R7表示碳原子数为1~6的烷基(也可以具有取代基)、碳原子数为1~6的氟烷基(也可以具有取代基)或环烷基(也可以具有取代基)。R7也可以根据需要而含有卤素、氮、硫、氧等。
在通式(9)中,三个R7优选为相同的碳原子数为1~6的直链状或支链状烷基(也可以具有取代基)、相同的碳原子数为1~6的氟烷基(也可以具有取代基)及相同的环烷基(也可以具有取代基),更优选为相同的碳原子数为1~4的直链状或支链状烷基(也可以具有取代基)及相同的环烷基(也可以具有取代基)。
作为环硼氧烷化合物(9)的具体示例,能够列举出:2,4,6-三甲氧基环硼氧烷(trimethoxycyclotriboroxane)、2,4,6-三异丙氧基环硼氧烷、2,4,6-三苯基环硼氧烷等。环硼氧烷化合物(9)可以各自单独使用,也可以同时使用两种以上。
即使在含有磺酰亚胺化合物(1)的非水电解液中添加环硼氧烷化合物(9),自放电抑制效果也不充分,但通过添加环硼氧烷化合物(9)并溶解CO2等,在获得添加环硼氧烷化合物(9)所带来的降低电荷转移电阻(阻抗)和电池直流电阻(DCR)的效果的基础上,还能够获得抑制电池自放电的效果。也就是说,能够改善电池的保存特性、提高电池性能。
含硅原子化合物(2)、含硼原子化合物(3)、含碳原子化合物(4)、含硫原子化合物(5)、含磷原子化合物(6)、含磷原子化合物(7)、含磷原子化合物(8)、环硼氧烷化合物(9)等特定的化合物可以各自单独使用,也可以同时使用两种以上。在同时使用两种以上的情况下,既可以从由同一通式表示的化合物中选用两种以上,也可以将由不同通式表示的多种化合物组合起来使用。
从抑制电池自放电、进一步改善电池性能的观点出发,非水电解液中的特定的化合物(2)~(9)各自的含量(特定的一种化合物的含量)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,更进一步优选为0.3质量%以上,再更进一步优选为0.5质量%以上;且优选为3质量%以下,更优选为2质量%以下,进一步优选为1质量%以下。
从抑制电池自放电、进一步改善电池性能的观点出发,在使用多种特定的化合物(2)~(9)的情况下,非水电解液中的特定的化合物的总含量优选为5质量%以下,更优选为3质量%以下,进一步优选为2质量%以下。
<按中心原子周围的氧原子数分类>
也可以根据中心原子周围的氧原子数,将特定的化合物(2)~(9)按照以下进行分类。具体而言,能够按照上述含O2化合物(20)、含O3化合物(30)、含O3化合物(35)、含O4化合物(40)以及由通式(45)表示的化合物(以下也称为“含O4化合物(45)”)进行分类,由通式(45)表示的化合物为中心原子周围的氧原子数为四个的化合物。
其中,通式(45):
P(…OR6)4(45)
在通式(45)中,R6及“…”表示与上述相同的含义。在通式(45)中,R6优选为碳原子数为1~6的三烷基硅基(也可以具有取代基),更优选为碳原子数为1~3的三烷基硅基(也可以具有取代基),进一步优选为三甲基硅基。R6优选为同一种基团。需要说明的是,在本说明书中,碳原子数为1~6或1~3的三烷基硅基是指由三个碳原子数为1~6或1~3的烷基结合而成的甲硅烷基。
作为含O4化合物(45)的具体示例,能够列举出:磷酸三(三甲基硅基)酯〔tris(trimethylsilyl)phosphate,在通式(45)中,“(…OR6)4”表示“(-OR6)3和(=O)1”,R6表示三甲基硅基〕等。
含O2化合物(20)、含O3化合物(30)、含O3化合物(35)、含O4化合物(40)、含O4化合物(45)等特定的化合物可以各自单独使用,也可以同时使用两种以上。在同时使用两种以上的情况下,既可以从由同一通式表示的化合物中选用两种以上,也可以将由不同通式表示的多种化合物组合起来使用。
<第三非水电解液>
下面,对第三非水电解液进行说明。本实施方式所涉及的第三非水电解液含有电解质和特定的化合物。具体而言,第三非水电解液与上述第一非水电解液或第二非水电解液在构成上的不同点在于:第三非水电解液的电解质的种类没有特别限定、以及特定的化合物的种类不同。其他方面的构成与上述第一非水电解液或第二非水电解液相同,因此此处省略详细的说明。
(电解质)
电解质没有特别限定,例如能够采用第一非水电解液或第二非水电解液所使用的电解质等。作为电解质的具体示例,能够列举出磺酰亚胺化合物(1),作为除了磺酰亚胺化合物(1)以外的电解质,能够列举出:酰亚胺盐、非酰亚胺盐(氟磷酸盐化合物(10)、氟硼酸盐化合物(11)、LiAsF6等)等。电解质的浓度也没有特别限定,可以使用与第一非水电解液或第二非水电解液相同的浓度。
(特定的化合物)
第三非水电解液在含有上述电解质的同时,作为添加剂,还含有上述含磷原子化合物(6)中的以下所示的特定的化合物中的至少一种。像这样,第三非水电解液同时使用了上述电解质和一种以上的特定的含磷原子化合物(6),因此能够兼顾抑制电池自放电、和降低电荷转移电阻(阻抗)及电池直流电阻(DCR)这两方面。也就是说,能够改善电池的保存特性、提高电池性能。
具体而言,在第三非水电解液中,作为由通式(6a)表示的含磷原子化合物(6),包含从由聚磷酸乙酯、聚磷酸(三异丙基硅)酯〔TIPS〕及聚磷酸[(叔丁基)二甲基硅]酯〔TBDMS〕组成的组中选出的至少一种。
(其他)
除了上述构成以外,上述第一非水电解液或第二非水电解液中所说明的添加剂、其他成分、电解液溶剂、CO2等的溶解量和溶解方法等也全部适用于第三非水电解液。例如,第三非水电解液也可以溶解有CO2等。
如上所述构成的第一非水电解液~第三非水电解液例如能够用于:电池(具有充放电机构的电池)、蓄电(电化学)装置(或构成它们的离子导体的材料)等。具体而言,电解液能作为构成例如一次电池、二次电池(例如:锂(离子)二次电池)、燃料电池、电解电容器、双电层电容器、太阳能电池、电致变色显示元件等的电解液使用。以下,以电池(特别是二次电池)为例进行说明。
<二次电池>
本实施方式所涉及的二次电池包括正极、负极以及非水电解液。在该二次电池中,作为非水电解液,使用上述第一非水电解液~第三非水电解液。
(正极)
正极包含正极集电体及正极复合材料层,正极复合材料层形成在正极集电体上,通常成型为片状。
作为用于正极集电体的金属,例如能够列举出:铁、铜、铝、镍、不锈钢、钛、钽、金、铂等。其中,优选的是铝。需要说明的是,正极集电体的形状和尺寸没有特别限制。
正极复合材料层由正极复合材料(正极组合物)形成。正极复合材料包含正极活性物质、导电助剂、粘结剂、以及用于使这些成分分散的溶剂等。
在本实施方式所涉及的二次电池中,正极(正极复合材料)能够优选使用LiNi1/ 3Co1/3Mn1/3O2、LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2、LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2、LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2等三元系正极活性物质;以及LiFePO4、LiFe0.995Mn0.005PO4等具有橄榄石结构的磷酸铁系正极活性物质等。这些正极活性物质可以各自单独使用,也可以同时使用两种以上。
正极优选含有上述三元系正极活性物质及磷酸铁系正极活性物质中的至少一种即可,但也可以含有其他正极活性物质。作为其他正极活性物质,只要能够吸纳和释放各种离子(锂离子、钠离子等)即可,例如能够使用现有公知的二次电池(锂离子二次电池、钠离子二次电池)等中所使用的正极活性物质等。
作为在锂离子二次电池中使用的正极活性物质,例如能够使用:钴酸锂;镍酸锂;锰酸锂;由LiNi1-v-wCoxAlyO2(0≤v≤1、0≤w≤1)表示的上述三元系正极活性物质以外的三元系氧化物等过渡金属氧化物;LiAPO4(A=Mn、Ni、Co)等具有橄榄石结构的化合物;含有多种过渡金属的固溶材料(电化学惰性的层状Li2MnO3与电化学活性的层状LiMO2(M=Co、Ni等过渡金属)的固溶体);LiCoxMn1-xO2(0≤x≤1);LiNixMn1-xO2(0≤x≤1);Li2APO4F(A=Fe、Mn、Ni、Co)等具有氟化橄榄石结构的化合物;硫等。它们可以各自单独使用,也可以同时使用两种以上。
作为在钠离子二次电池中使用的正极活性物质,例如能够列举出:NaNiO2、NaCoO2、NaMnO2、NaVO2、NaFeO2、Na(NiXMn1-X)O2(0<X<1)、Na(FeXMn1-X)O2(0<X<1)、NaVPO4F、Na2FePO4F、Na3V2(PO4)3等。它们可以各自单独使用,也可以同时使用两种以上。
在其他正极活性物质中,尤其是,也可以适当地使用能够吸纳和释放锂离子的正极活性物质。这样的正极活性物质例如用于利用了非水系电解液的锂离子二次电池等。与水系电解液相比,这样的非水系电解液的离子电导率通常较低,但在本公开中,即使在这种情况下也能有效地改善放电容量。
从提高二次电池的输出特性及电气特性的观点出发,相对于正极复合材料所含的成分的总量100质量%,正极活性物质的含量(在含有多种正极活性物质的情况下为总含量)优选为75质量%以上,更优选为85质量%以上,进一步优选为90质量%以上;且优选为99质量%以下,更优选为98质量%以下,进一步优选为95质量%以下。
导电助剂用于提高锂离子二次电池的输出。主要使用导电性碳作为导电助剂。作为导电性碳,能够列举出:碳黑、纤维状碳、石墨等。导电助剂可以各自单独使用,也可以同时使用两种以上。在导电助剂中,优选的是碳黑。作为碳黑,能够列举出:科琴黑、乙炔黑等。从提高锂离子二次电池的输出特性及电气特性的观点出发,正极复合材料的不挥发成分中的导电助剂的含有率优选为1~20质量%,更优选为1.5~10质量%。
作为粘结剂,能够列举出:聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯等氟类树脂;丁苯橡胶、丁腈橡胶等合成橡胶;聚酰胺酰亚胺等聚酰胺类树脂;聚乙烯、聚丙烯等聚烯烃类树脂;聚(甲基)丙烯酸树脂;聚丙烯酸;羧甲基纤维素等纤维素类树脂等。粘结剂可以各自单独使用,也可以同时使用两种以上。另外,粘结剂可以是在使用时溶解在溶剂中的状态,也可以是分散在溶剂中的状态。
作为溶剂,能够列举出:N-甲基吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、甲基乙基酮、四氢呋喃、乙腈、丙酮、乙醇、乙酸乙酯、水等。溶剂可以各自单独使用,也可以同时使用两种以上。溶剂的使用量没有特别限定,根据制备方法、使用的材料适当决定即可。
在正极复合材料中,作为其他成分,还可以根据需要含有例如:(甲基)丙烯酸类聚合物、腈类聚合物、二烯类聚合物等非氟类聚合物、聚四氟乙烯等氟类聚合物等聚合物;阴离子性乳化剂、非离子性乳化剂、阳离子性乳化剂等乳化剂;苯乙烯-马来酸共聚物、聚乙烯吡咯烷酮等高分子分散剂等分散剂;羧甲基纤维素、羟乙基纤维素、聚乙烯醇、聚丙烯酸(盐)、碱可溶型(甲基)丙烯酸-(甲基)丙烯酸酯共聚物等增粘剂、防腐剂等。正极复合材料的不挥发成分中的其他成分的含有率优选为0~15质量%,更优选为0~10质量%。
正极复合材料,例如能够通过将正极活性物质、导电助剂、粘结剂、溶剂根据需要与其他成分混合在一起,使用珠磨机(bead mill)、球磨机(ball mill)、搅拌型混合机等使其分散来制备。
正极的形成方法(涂布方法)没有特别限定,例如能够列举出:(1)用惯用的涂布法(例如刮刀法等)将正极复合材料涂布(进而干燥)在正极集电体上的方法;(2)将正极集电体浸渍(进而干燥)在正极复合材料中的方法;(3)将由正极复合材料形成的片与正极集电体接合(例如,经由导电性粘接剂接合),进行压制(进而干燥)的方法;(4)将添加了液体润滑剂的正极复合材料涂布或流延到正极集电体上,成型为所需要的形状后,再去除液体润滑剂(进而接着在单轴或多轴方向上延伸)的方法;(5)用电解液将正极复合材料(或形成正极复合材料层的固体成分)制成浆料,以半固体状态转印到集电体(正极集电体)上,不进行干燥便作为电极(正极)使用的方法等。
需要说明的是,正极复合材料可以根据需要在形成或涂布(coating)后进行干燥,也可以进行加压(压制)。
(负极)
负极包含负极集电体及负极复合材料层,负极复合材料层形成在负极集电体上,通常成型为片状。
作为用于负极集电体的金属,例如能够列举出:铁、铜、铝、镍、不锈钢(SUS)、钛、钽、金、铂等。其中,优选的是铜。需要说明的是,负极集电体的形状、尺寸没有特别限制。
负极复合材料层是由负极复合材料(负极组合物)形成的。负极复合材料含有负极活性物质、导电助剂、粘结剂、以及用于使这些成分分散的溶剂等。
作为负极活性物质,能够使用各种电池(例如,锂二次电池)等中所使用的现有公知的负极活性物质等,只要能够吸纳和释放各种离子(例如,锂离子)即可。作为具体的负极活性物质,能够使用:人造石墨、天然石墨等石墨材料、由煤、石油沥青制成的中间相烧结体、难石墨化碳等碳材料;Si、Si合金、SiO等Si类负极材料;Sn合金等Sn类负极材料;锂金属、锂-铝合金等锂合金。负极活性物质可以各自单独使用,也可以同时使用两种以上。
负极复合材料可以进一步含有导电助剂(导电物质)、粘结剂、溶剂等。作为导电助剂、粘结剂、溶剂等,能够使用与上述相同的成分。另外,其使用比例等也与上述相同。
作为负极的制造方法,可以采用与正极的制造方法相同的方法。
(隔膜)
二次电池也可以包括隔膜。隔膜以将正极和负极隔开的方式布置。隔膜没有特别限制,在本公开中能够使用任何现有公知的隔膜。作为具体的隔膜,例如能够列举出:由可吸收并保持电解液(非水电解液)的聚合物形成的多孔性薄片(例如,聚烯烃类微多孔质隔膜、纤维素类隔膜等)、无纺布隔膜、多孔质金属体等。
作为多孔性薄片的材质,能够列举出:聚乙烯、聚丙烯、具有聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯的三层构造的层叠体等。
作为无纺布隔膜的材质,例如能够列举出:棉、人造丝、醋酸酯、尼龙、聚酯、聚丙烯、聚乙烯、聚酰亚胺、芳香族聚酰胺、玻璃等,根据所要求的机械强度等,上述示例的材质可以各自单独使用,也可以同时使用两种以上。
(电池外装材)
为了在使用电池时保护电池元件免受来自外部的冲击、免于环境劣化的影响等,通常将包括正极、负极以及非水电解液(进而包括隔膜)的电池元件收纳在电池外装材中。电池外装材的原材料没有特别限定,能够使用任何现有公知的外装材。
在电池外装材中,可以根据需要加入多孔金属网、保险丝、PTC元件等防过流元件、引线板等,以防止电池内部的压力上升、过度充放电。
电池(锂离子二次电池等)的形状没有特别限定,能够使用圆筒型、方形、叠片型、硬币型、大型等任何现有公知的电池(锂离子二次电池)形状。另外,在作为安装于电动汽车、混合动力电动汽车等上的高电压电源(几十伏~几百伏)使用的情况下,也能将各个电池串联构成电池模组。
二次电池(锂离子二次电池等)的额定充电电压没有特别限定,在二次电池包括含有上述三元系正极活性物质作为主要成分的正极的情况下,额定充电电压可以为3.6V以上,优选为4.0V以上,更优选为4.1V以上,进一步优选为4.2V以上。额定充电电压越高,越能够提高能量密度,但从安全性等观点出发,额定充电电压可以为4.6V以下(例如,4.5V以下)等。
<二次电池的制造方法>
本实施方式所涉及的二次电池例如可以通过将正极和负极(根据需要设置隔膜)重合,将得到的层叠体放入电池外装材中,向电池外装材中注入非水电解液并封口,从而能够容易地制造本实施方式所涉及的二次电池。
此处,在本实施方式所涉及的二次电池的制造方法中,根据需要,为了使二次电池所含有的非水电解液溶解有CO2等,如上所述,(A)在非水电解液的制备工序中使CO2等溶解在非水电解液中,具体而言,使用本实施方式所涉及的非水电解液(溶解有CO2等的电解液)作为非水电解液;或者(B)在二次电池的制造工序中使CO2等溶解在非水电解液中,具体而言,在CO2气氛下将非水电解液注入到电池内、或者将已注入非水电解液后的电池内的空气置换为CO2。
【实施例】
下面,基于实施例对本公开进行说明。需要说明的是,本公开并不限定于以下实施例,能够根据本公开的主旨对以下实施例进行变形、变更,不应把这些变形、变更排除在本公开的范围之外。
<参考例系列>
[参考实施例1~10]
〔非水电解液的制备〕
将含有LiFSI(NIPPON SHOKUBAI CO.,LTD.制)及LiPF6(STELLACHEMIFACORPORATION制)的混合盐组成的电解质盐分别以成为表1所示的浓度的方式,溶解到作为电解液溶剂的碳酸乙烯酯(EC):碳酸甲乙酯(EMC)=3:7(体积比)组成的混合溶剂(KISHIDACHEMICAL Co.,Ltd.制)中。然后,将硝酸锂(LiNO3,Tokyo Chemical IndustryCo.,Ltd.制)作为硝酸化合物(12),以成为表1所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,搅拌1天,用膜过滤器过滤掉不溶成分,由此制备出非水电解液(以下也简称“电解液”)。需要说明的是,在参考实施例5中,进一步将双草酸硼酸锂(LiBOB,Tokyo Chemical IndustryCo.,Ltd.制)作为氟草酸化合物(13),以成为表1所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中。在参考实施例6中,进一步将二氟草酸硼酸锂(LiDFOB,Tokyo Chemical Industry Co.,Ltd.制)作为氟草酸化合物(13),以成为表1所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中。
在以下说明中,将并非有意地使CO2等溶解在其中的非水电解液称为“参比电解液”。该参比电解液是不经过溶解工序(在溶解工序前)而得到的,也可以包含原料中的CO2等、或者不可避免地溶解的CO2等。
〔向电解液中溶解CO2(溶解工序:加压工序和置换工序)〕
将上述所得到的各参比电解液装入密闭瓶中,使其占该瓶容积的1/10左右。接着,将该瓶以其开口部位于上方的方式以开封状态静置在高压釜内后,用CO2加压到0.5MPa。接下来,将释压阀半开放,使高压釜内压下降到0.1MPa(1个大气压)。重复进行三次该处理,将高压釜内的空气置换为CO2。置换后,再次用CO2加压到0.5MPa,并静置30分钟。将静置30分钟后的电解液从高压釜中取出,以密闭状态在常温(25℃左右)下再静置2周。静置2周后,分取出在0.5MPa下静置时间为30分钟的电解液(例如表1中的参考实施例3)中的一部分,用相同盐组成的参比电解液进行稀释,由此制备出溶解有不同量的CO2的电解液(例如表1中的参考实施例7~10)。
〔电解液中CO2溶解量的定量〕
用气相色谱法对上述所得到的各CO2溶解电解液进行分析,并通过以下方法对该电解液中的CO2溶解量(初始CO2溶解量)进行定量。
需要说明的是,非水电解液中CO2溶解量是采用气相色谱法(装置:GC-2010plus,SHIMADZU CORPORATION制,色谱柱:Micropacked ST,Shinwa Chemical Industries Ltd.制),通过以下方法进行定量的。
(气相色谱法的测量条件)
在用气相色谱法进行测量时,为了不使大气混入到测量系统中,在已用氮气清扫了气相色谱装置的状态下(氮气气氛下),将电解液直接投入到该装置中。气相色谱法的具体测量条件如下。
色谱柱温度程序:
气化室温度:130℃
检测器温度:300℃(BID)
载气:氦气(色谱柱流量1.33mL/分钟)
注入量:1μL(分流法,分流比:5.0)
(CO2溶解量的定量方法)
将上述注入量(1μL)变更为1mL,除此以外,在与上述气相色谱法的测量条件相同的条件下对已知CO2混合比的多种标准氦气进行分析,由所得到的CO2气体的峰面积制作出表示CO2混合量(溶解量)与CO2气体的峰面积的关系的校准曲线。接着,用气相色谱法对在各参考实施例中得到的非水电解液进行分析。最后,利用外标法对各非水电解液中的CO2的溶解量进行定量。
(叠片电池的制作)
(正极的制作)
使三元系正极活性物质即LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2(Umicore Corporation制,型号:MX7h)、乙炔黑(AB,Denka Company Limited制,产品名:Denka Black(注册商标))、石墨(Nippon Graphite Industries,Co.,Ltd.制,型号:SP270)以及聚偏二氟乙烯(PVdF,KUREHA Corporation制,型号:KF1120)分散于N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)中,制作出正极复合材料浆料(正极活性物质:AB:石墨:PVdF=93:2:2:3(固体成分质量比))。接着,用涂布器将所得到的正极复合材料浆料以干燥后的涂布重量为19.4mg/cm2的方式单面涂布在铝箔(正极集电体,Nippon Foil Mfg.Co.,Ltd.制,厚度15μm)上,并在110℃的热板上干燥10分钟。进一步,在110℃的真空干燥炉中干燥12小时。然后,利用辊压机加压成型至密度为3.1g/cm3,由此得到片状(厚度为83μm)的正极。
(负极的制作)
将作为负极活性物质的石墨(天然石墨(Showa Denko Materials Co.,Ltd.制,型号:SMG):人造石墨(TIMCAL Ltd.制、型号:SFG15)=85:15(固体成分质量比))、丁苯橡胶(SBR,粘结剂)及羧甲基纤维素(CMC,粘结剂)分散在超纯水中,制作出负极复合材料浆料(负极活性物质:SBR:CMC=97.3:1.5:1.2(固体成分质量比))。接着,用涂布器将所得到的负极复合材料浆料以干燥后的涂布重量为9.8mg/cm2的方式单面涂布在铜箔(负极集电体,FUKUDA METAL FOIL&POWDER Co.,Ltd.制,厚度15μm)上,并在80℃的热板上干燥10分钟。进一步,在100℃的真空干燥炉中干燥12小时。然后,利用辊压机加压成型至密度为1.3g/cm3,由此得到片状(厚度为90μm)的负极。
(叠片电池的制作)
对所得到的正极及负极分别进行切割,用超声波对极性导出引线进行焊接,使该正极与负极隔着16μm的聚乙烯(PE)隔膜相对,利用叠片外装将三边密封起来,由此制作出未注液电池。接着,从未注液电池的未密封的一边添加700μL的表1所示的各电解液。
在开封状态下对注液后的电池以0.2C(6mA)进行预充电2小时。然后,对电池进行真空密封,并在常温下放置3天。3天后,以0.5C(15mA)、4.2V充电5小时,接着以0.2C(6mA)进行截止电压为2.75V的充放电,使1片叠片开裂,并再次对电池进行真空密封,由此对电池进行脱气。在以下条件下对进行脱气后的电池进行充放电,将该操作作为调节工序。通过以上方法,制作出4.2V、容量30mAh的叠片电池(电池单体)。
(调节条件)
充电:
〔电池的评估〕
(阻抗)
使用充放电试验装置(ASKA ELECTRONIC CO.,LTD.制,型号:ACD-01,以下相同),在常温下以4.2V、1C(30mA)对经过调节工序后的电池单体进行30分钟的恒电流充电,使充电深度为(SOC)50%。接着,使用阻抗分析仪(Bio Logic制,型号:VSP-300),在-30℃的条件下对该电池单体进行从频率1GHz到1mHz的阻抗测量。根据得到的测量值的圆弧发散的频率求出实轴电阻(界面电阻)。需要说明的是,圆弧发散的频率是指:在频率10Hz~0.001Hz之间虚轴数值为极小值的频率。
(初始DCR)
在常温下以1C(30mA)、4.2V对经过阻抗测量后的电池单体进行0.02C(0.6mA)截止的恒流恒压充电,使其成为满电状态(SOC100%)。接着,从满电状态开始,在放置30分钟后以6mA放电10秒钟,继续放置30分钟后以30mA放电10秒钟,再放置30分钟后以60mA放电10秒钟。以各放电电流为横轴,以各放电电流下的放电开始时的电压与10秒后的闭路电压之差(ΔV)为纵轴作图,将该I-V直线的斜率作为电池单体的“初始DCR”。
(300次循环后DCR)
在45℃下,以下述充放电条件(循环条件)对经过初始DCR测量后的电池单体进行共300次循环的循环试验。在300次循环后,用同样的方法测量25℃满电状态下的DCR(“300次循环后DCR”)。
(循环条件)
充电:以4.2V、1C(30mA)进行恒流恒压充电,0.02C(0.6mA)截止,停歇10分钟。
放电:以1C(30mA)恒流(CC)放电,2.75V截止,停歇10分钟。
(300次循环后的DCR上升率)
另外,使用“初始DCR”及“300次循环后DCR”的测量结果,利用以下数式(1)求出“300次循环后的DCR上升率”。
[数式1]
“300次循环后的DCR上升率”=“300次循环后DCR”/“初始DCR” (1)。
(自放电)
在常温下以1C(30mA)、4.2V对经过调节工序后的电池单体进行0.02C(0.6mA)截止的恒流恒压充电,使其成为满电状态(SOC100%)。充电后,在常温下测量电池单体的开路电压(OCV:Open Circuit Voltage),并将该测量值作为“初始OCV”。
接着,将电池单体在60℃下保存4周。将保存后的电池单体在常温下冷却3小时后,在常温下测量电池单体的OCV,并将该测量值作为“保存后OCV”。
另外,使用“初始OCV”及“保存后OCV”的测量结果,利用以下数式(2)求出“保存前后的OCV差(ΔV)”。
[数式2]
“保存前后的OCV差(ΔV)”=“初始OCV”―“保存后OCV” (2)
需要说明的是,“保存前后的OCV差(ΔV)”越小,即相对于“初始OCV”,“保存后OCV”的降低幅度越小,则意味着电池的自放电越受到抑制。
(60℃下耐久4周后DCR)
对于在常温下以1C(30mA)、4.2V对经过初始DCR测量后的电池单体进行0.02C(0.6mA)截止的恒流恒压充电并以满电状态(SOC100%)在60℃下保存4周后的电池单体,在常温下进行1C(30mA)、截止电压2.75V的恒流放电,并测量残存容量。然后,在常温下以1C(30mA)、4.2V进行了0.02C(0.6mA)截止的恒流恒压充电后,再以1C(30mA)进行2.75V截止的恒流放电,并测量恢复容量。在与初始DCR测量相同的条件下对经过恢复容量测量后的电池单体的DCR进行测量,并将该测量值作为“60℃下耐久4周后DCR”。
(60℃下耐久4周后的DCR上升率)
另外,使用“初始DCR”及“60℃下耐久4周后DCR”的测量结果,利用以下数式(3)求出“60℃下耐久4周后的DCR上升率”。
[数式3]
“60℃下耐久4周后的DCR上升率”=“60℃下耐久4周后DCR”/“初始DCR” (3)
〔调节工序后的电解液中CO2溶解量的定量〕
使调节工序后的电池单体为SOC50%,并在常温下保存4周。将保存后的电池单体在氩气中解体,并采集电解液。通过与上述相同的方法,用气相色谱法对采集到的电解液进行分析,从而对调节工序后的CO2溶解电解液中的CO2溶解量(“调节工序后CO2溶解量”)进行定量。
将通过以上方法测量阻抗、循环前后的DCR(初始DCR、300次循环后DCR)及其DCR上升率、60℃下耐久4周前后的DCR(初始DCR、60℃下耐久4周后DCR)及其DCR上升率、保存前后的OCV(初始OCV、保存后OCV)及其OCV差(ΔV)、调节工序前后的非水电解液中CO2溶解量(初始CO2溶解量、调节工序后CO2溶解量)的结果示于表1中。
[参考比较例1~6、8]
将含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成的电解质盐、或仅含有LiPF6的单类盐组成的电解质盐分别以成为表1所示的浓度的方式溶解在与上述相同的混合溶剂中。在参考比较例1~4中,将上述所得的溶液作为非水电解液(参比电解液)使用。在参考比较例5中,进一步将LiBOB以成为表1所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,并搅拌1天,由此制备出非水电解液。在参考比较例6中,进一步将LiDFOB以成为表1所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,并搅拌1天,由此制备出非水电解液。在参考比较例8中,进一步将LiNO3以成为表1所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,搅拌1天,并用膜过滤器进行过滤,由此制备出非水电解液。接着,按照除了不进行电解液的溶解工序这一点以外都与上述相同的方式,使用上述所得到的各参比电解液制作电池单体,并对电池单体进行了评估。其结果示于表1中。
[参考比较例7]
将仅含有LiPF6的单类盐组成的电解质盐以成为表1所示的浓度的方式溶解在与上述相同的混合溶剂中,由此制备出非水电解液(参比电解液)。接着,使用上述所得的参比电解液,以与上述相同的方式进行溶解工序。使用所得到的CO2溶解电解液,以与上述相同的方式制作电池单体,并对电池单体进行了评估。其结果示于表1中。
【表1】
〔对表1(参考例系列)的考察〕
根据参考实施例1~4(或参考比较例1~4)的比较,可知:依赖于LiFSI的浓度,阻抗及DCR(初始DCR、300次循环后DCR及60℃下耐久4周后DCR)降低,另一方面,保存前后的OCV差(ΔV)较大,即自放电增大。
根据相同盐组成的参考比较例3与参考比较例8的比较,可知:通过将LiNO3添加到电解液中,阻抗及DCR显著降低,300次循环后及60℃下耐久4周后的DCR上升率也降低,另一方面,自放电增大。
根据相同盐组成的参考实施例3、7~10与参考比较例8的比较,可知:通过使CO2溶解在电解液中,保存前后的OCV差(ΔV)较小,也就是说,抑制了因添加LiNO3而引起的自放电,并且进一步降低了阻抗及DCR。
像这样,可知:在使用了添加LiNO3且溶解有CO2的电解液的电池中,能够获得阻抗及DCR的降低效果和自放电抑制效果这两者的协同效果。另外,可知:在电解液中的CO2溶解量超过10质量ppm(例如20质量ppm以上)时,该协同效果变得显著。
根据相同盐组成的参考实施例3、5、6与参考比较例3、5、6的比较,可知:虽然进一步将LiBOB或LIDFOB添加到含有LiNO3的电解液中会使阻抗及DCR显著增大(特别是LiBOB),但通过添加LiNO3且使CO2溶解在电解液中,则能够抑制阻抗及DCR增大。
根据相同盐组成的参考实施例3、5、6(或参考比较例3、5、6)的比较,可知:通过进一步将LiBOB或LIDFOB添加到含有LiNO3的电解液中,300次循环后的DCR上升率较小,也就是说,抑制了300次循环后DCR增大,且抑制了自放电。
<实施例1系列>
[实施例1~4]
将含有LiFSI(NIPPON SHOKUBAI CO.,LTD.制)及LiPF6(STELLACHEMIFACORPORATION制)的混合盐组成的电解质盐分别以成为表2所示的浓度的方式,溶解到作为电解液溶剂的碳酸乙烯酯(EC):碳酸甲乙酯(EMC)=3:7(体积比)组成的混合溶剂(KISHIDACHEMICAL Co.,Ltd.制)中。将二苯基二甲氧基硅烷(化合物A,Tokyo Chemical IndustryCo.,Ltd.制)作为由通式(2)表示的含硅原子化合物(2),以成为表2所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,并搅拌1天,由此制备出非水电解液(参比电解液)。接着,按照除了不进行电解液的溶解工序这一点以外都与上述相同的方式,使用上述所得到的各参比电解液制作电池单体,并对电池单体进行了评估。其结果示于表2中。
[实施例5~10]
以与上述相同的方式制备出非水电解液(参比电解液)。需要说明的是,在实施例9中,进一步将三氟甲基磺酸三甲基硅酯(化合物I,Tokyo Chemical Industry Co.,Ltd.制)作为由通式(5)表示的含硫原子化合物(5),以成为表2所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中。在实施例10中,将硝酸锂(LiNO3,Tokyo Chemical Industry Co.,Ltd.制)作为硝酸化合物(12),以成为表2所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,搅拌1天后用膜过滤器进行过滤。接着,使用上述所得的各参比电解液,以与上述相同的方式进行溶解工序。使用所得到的CO2溶解电解液,以与上述相同的方式制作电池单体,并对电池单体进行了评估。其结果示于表2中。
[比较例1~6、8、9]
将含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成的电解质盐、或仅含有LiPF6的单类盐组成的电解质盐分别以成为表2所示的浓度的方式溶解在与上述相同的混合溶剂中。在比较例1~4中,将上述所得的溶液作为非水电解液(参比电解液)使用。在比较例5中,将双草酸硼酸锂(LiBOB,Tokyo Chemical Industry Co.,Ltd.制)作为氟草酸化合物(13),以成为表2所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,并搅拌1天,由此制备出非水电解液。在比较例6中,将二氟草酸硼酸锂(LiDFOB,Tokyo Chemical Industry Co.,Ltd.制)作为氟草酸化合物(13),以成为表2所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,并搅拌1天,由此制备出非水电解液。在比较例8中,将LiNO3以成为表2所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,搅拌1天后用膜过滤器进行过滤,由此制备出非水电解液。在比较例9中,将二苯基二甲氧基硅烷(化合物A)以成为表2所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,并搅拌1天,由此制备出非水电解液。接着,按照除了不进行电解液的溶解工序这一点以外都与上述相同的方式,使用上述所得到的各参比电解液制作电池单体,并对电池单体进行了评估。其结果示于表2中。
[比较例7]
将仅含有LiPF6的单类盐组成的电解质盐以成为表2所示的浓度的方式溶解在与上述相同的混合溶剂中,由此制备出非水电解液(参比电解液)。接着,使用上述所得的参比电解液,以与上述相同的方式进行溶解工序。使用所得到的CO2溶解电解液,以与上述相同的方式制作电池单体,并对电池单体进行了评估。其结果示于表2中。
〔电池的评估(追加)〕
(相同盐组成下的DCR上升率)
利用以下数式(4),求出在相同盐组成的非水电解液中因添加特定的化合物而引起的“60℃下耐久4周后DCR”的上升率(相同盐组成下的DCR上升率)。需要说明的是,“相同盐组成下的DCR上升率”记载在含有特定的化合物的各实施例或比较例的栏中。
[数式4]
“相同盐组成下的DCR上升率”=“相同盐组成且含有特定的化合物的非水电解液的60℃下耐久4周后DCR”/“相同盐组成且不含有特定的化合物的非水电解液的60℃下耐久4周后DCR”(4)
例如,在表2中,“1.2M LiPF6”这种相同盐组成下的DCR上升率能够通过“比较例9的60℃下耐久4周后DCR”/“比较例1的60℃下耐久4周后DCR”求出。
(低温循环后的锂电沉积量)
使用充放电试验装置,在常温下对经过调节工序后的各电池单体以4.2V、1C(30mA)进行0.6mA截止的恒流恒压充电后,再以0.2C(6mA)进行2.75V截止的恒流放电,并测量初始容量。然后,将在-10℃的环境下进行4.2V、2C(60mA)的恒流充电后再以1C(30mA)进行2.75V截止的恒流放电作为1次循环,在该条件下进行200次循环。以与测量初始容量时相同的条件,在常温下对200次循环后的电池单体测量200次循环后容量。将初始容量与200次循环后容量之间的容量差△C,按照每1g正极活性物质进行换算,并将该换算值作为“低温循环后的负极上的锂电沉积量”(低温循环后的电沉积量)。
【表2】
〔对表2(实施例1系列)的考察〕
根据实施例1~4与比较例2~4的比较,可知:依赖于LiFSI的浓度,阻抗及DCR(初始DCR、300次循环后DCR及60℃下耐久4周后DCR)降低,但通过将二苯基二甲氧基硅烷(化合物A)添加到电解液中,上述降低效果变得显著。
根据相同盐组成的实施例2~4与比较例2~4的比较以及相同盐组成的比较例9与比较例1的比较,可知:与仅含有LiPF6的单类盐组成相比,含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成的因添加二苯基二甲氧基硅烷而得到的阻抗及DCR降低效果较高。另外,可知:300次循环后及60℃下耐久4周后的DCR上升率也较低。
根据实施例1~8的比较,可知:依赖于LiFSI的浓度,保存前后的OCV差(ΔV)较大,即自放电增大,但通过使CO2溶解在含有二苯基二甲氧基硅烷的电解液中,保存前后的OCV差(ΔV)较小,也就是说,抑制了自放电,并且进一步降低了阻抗及DCR。
将比较例1~4、比较例7、比较例9、实施例2~9进行比较可知:依赖于LiFSI浓度,低温循环后的电沉积量减少,因低温充电而引起的负极的劣化受到抑制。且可知:如果将二苯基二甲氧基硅烷添加到仅含有LiPF6的单类盐组成中,则在低温循环中负极上的锂电沉积量会增加,因低温充电而引起的负极的劣化加剧。且可知:在含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成中,通过添加二苯基二甲氧基硅烷,低温循环后的电沉积量减少,抑制了因低温充电而引起的负极的劣化。
将实施例1~4、比较例2~4、比较例1、9进行比较可知:就添加二苯基二甲氧基硅烷所带来的自放电抑制效果、阻抗降低效果及DCR上升率抑制效果而言,与仅含有LiPF6的单类盐组成相比,含有LiFSI及LiPF6的混合盐的效果更高。作为提高二苯基二甲氧基硅烷的添加效果的原因,可以考虑到以下因素等:来源于LiFSI的阴离子成分的被膜形成于正负极界面,因此LiFSI的溶解性高,从而低温下的电解液粘度降低。
且可知:阻抗及DCR降低效果和自放电抑制效果在电解液中的CO2溶解量超过10质量ppm(例如20质量ppm以上)时变得显著。
关于在含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成的电解液中溶解CO2所带来的自放电抑制效果高于在LiPF6单类盐组成的电解液中溶解CO2所带来的自放电抑制效果的原因,可以考虑到与以下因素有关:在充电时形成于正负极上的FSI阴离子成分的被膜与由CO2形成的碳酸锂成分的被膜之间的形成顺序。
根据相同盐组成的实施例5与实施例10的比较,可知:通过将LiNO3添加到含有二苯基二甲氧基硅烷且溶解有CO2的电解液中,而使得阻抗及DCR显著降低。
将相同盐组成下的、由于添加二苯基二甲氧基硅烷而引起的60℃下耐久4周后的DCR上升率进行比较,可知:与LiPF6单类盐组成相比,含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成的电解液的60℃下耐久4周后的DCR上升率显著降低,DCR上升率抑制效果较高。相同盐组成下的、由于添加二苯基二甲氧基硅烷而引起的300次循环后的DCR上升率也是如此。另外,可知:通过溶解CO2或添加三氟甲基磺酸三甲基硅酯(化合物I),DCR上升率抑制效果进一步提高。其原因也可以考虑到以下因素:由于LiFSI的阴离子被膜形成于正负极上。
<实施例2-1系列>
[实施例1~4、10、12]
将含有LiFSI(NIPPON SHOKUBAI CO.,LTD.制)及LiPF6(STELLACHEMIFACORPORATION制)的混合盐组成的电解质盐分别以成为表3所示的浓度的方式,溶解到作为电解液溶剂的碳酸乙烯酯(EC):碳酸甲乙酯(EMC)=3:7(体积比)组成的混合溶剂(KISHIDACHEMICAL Co.,Ltd.制)中。将硼酸三甲酯(化合物B,Tokyo Chemical Industry Co.,Ltd.制)作为由通式(3)表示的含硼原子化合物(3),以成为表3所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,并搅拌1天,由此制备出非水电解液(参比电解液)。需要说明的是,在实施例10中,进一步将双三甲基硅基硫酸酯(化合物J,Tokyo Chemical Industry Co.,Ltd.制)作为由通式(5)表示的含硫原子化合物(5),以成为表3所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中。在实施例12中,进一步将磷酸三(三甲基硅基)酯(化合物N,Tokyo ChemicalIndustry Co.,Ltd.制)作为由通式(8)表示的含磷原子化合物(8),以成为表3所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中。接着,按照除了不进行电解液的溶解工序这一点以外都与上述相同的方式,使用上述所得到的各参比电解液制作电池单体,并对电池单体进行了评估。其结果示于表3中。
[实施例5~9、11]
以与上述相同的方式制备出非水电解液(参比电解液)。需要说明的是,在实施例9中,进一步将硝酸锂(LiNO3,Tokyo Chemical Industry Co.,Ltd.制)作为硝酸化合物(12),以成为表3所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,搅拌1天后用膜过滤器进行过滤。在实施例11中,进一步将双三甲基硅基硫酸酯(化合物J)以成为表3所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中。接着,使用上述所得的各参比电解液,以与上述相同的方式进行溶解工序。使用所得到的CO2溶解电解液,以与上述相同的方式制作电池单体,并对电池单体进行了评估。其结果示于表3中。
[比较例1~6、8、9]
将含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成的电解质盐、或仅含有LiPF6的单类盐组成的电解质盐分别以成为表3所示的浓度的方式溶解在与上述相同的混合溶剂中。在比较例1~4中,将上述所得的溶液作为非水电解液(参比电解液)使用。在比较例5中,进一步将双草酸硼酸锂(LiBOB,Tokyo Chemical IndustryCo.,Ltd.制)作为氟草酸化合物(13),以成为表3所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,并搅拌1天,由此制备出非水电解液。在比较例6中,进一步将二氟草酸硼酸锂(LiDFOB,Tokyo Chemical Industry Co.,Ltd.制)作为氟草酸化合物(13),以成为表3所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,并搅拌1天,由此制备出非水电解液。在比较例8中,进一步将LiNO3以成为表3所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,搅拌1天后用膜过滤器进行过滤,由此制备出非水电解液。在比较例9中,进一步将硼酸三甲酯(化合物B)以成为表3所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,并搅拌1天,由此制备出非水电解液。接着,按照除了不进行电解液的溶解工序这一点以外都与上述相同的方式,使用上述所得到的各参比电解液制作电池单体,并对电池单体进行了评估。其结果示于表3中。
[比较例7]
将仅含有LiPF6的单类盐组成的电解质盐以成为表3所示的浓度的方式溶解在与上述相同的混合溶剂中,由此制备出非水电解液(参比电解液)。接着,使用上述所得的参比电解液,以与上述相同的方式进行溶解工序。使用所得到的CO2溶解电解液,以与上述相同的方式制作电池单体,并对电池单体进行了评估。其结果示于表3中。
【表3】
〔对表3(实施例2-1系列)的考察〕
根据实施例1~4与比较例2~4的比较,可知:依赖于LiFSI的浓度,阻抗及DCR(初始DCR、300次循环后DCR及60℃下耐久4周后DCR)降低,但通过将硼酸三甲酯(化合物B)添加到电解液中,上述降低效果变得显著。
另外,根据实施例1~4与比较例2~4的比较,可知:依赖于LiFSI的浓度,保存前后的OCV差(ΔV)较大,即自放电增大,但通过将硼酸三甲酯添加到电解液中,保存前后的OCV差(ΔV)较小,也就是说,抑制了自放电。
根据相同盐组成的实施例2~4与比较例2~4的比较、以及相同盐组成的比较例9与比较例1的比较,可知:与仅含有LiPF6的单类盐组成相比,含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成的因添加硼酸三甲酯而得到的阻抗降低效果、自放电抑制效果及DCR上升率抑制效果较高。
将比较例1~4、比较例7、比较例9、实施例2~9进行比较可知:依赖于LiFSI浓度,低温循环后的电沉积量减少,因低温充电而引起的负极的劣化受到抑制。且可知:如果将硼酸三甲酯添加到仅含有LiPF6的单类盐组成中,则在低温循环中负极上的锂电沉积量会增加,因低温充电而引起的负极的劣化加剧。且可知:在含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成中,通过添加硼酸三甲酯,低温循环后的电沉积量减少,抑制了因低温充电而引起的负极的劣化。
关于与这些仅含有LiPF6的单类盐组成相比,含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成的硼酸三甲酯的添加效果较高的原因,可以考虑到以下因素等:来源于LiFSI的阴离子成分的被膜形成于正负极界面,因而提高了硼酸三甲酯的添加效果;由于LiFSI的溶解性高,所以低温下的电解液粘度降低。
根据相同盐组成的实施例3与实施例5~8的比较,可知:通过使CO2溶解在含有硼酸三甲酯的电解液中,阻抗及DCR降低效果和自放电抑制效果进一步提高。另外,可知:在电解液中的CO2溶解量超过10质量ppm(例如20质量ppm以上)时,这些效果变得显著。
关于在含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成的电解液中溶解CO2所带来的自放电抑制效果高于在LiPF6单类盐组成的电解液中溶解CO2所带来的自放电抑制效果的原因,可以考虑到与以下因素有关:在充电时形成于正负极上的FSI阴离子成分的被膜与由CO2形成的碳酸锂成分的被膜之间的形成顺序。
根据相同盐组成的实施例5、9及比较例8的比较,可知:通过进一步将LiNO3添加到含有硼酸三甲酯的电解液中,阻抗及DCR显著降低。另一方面,虽然自放电增大,但通过使CO2溶解在该电解液中,而能够抑制因添加LiNO3而引起的自放电。
根据相同盐组成的实施例3与实施例10、12的比较(没有溶解CO2)、以及相同盐组成的实施例5与实施例11的比较(溶解有CO2),可知:通过进一步将双三甲基硅基硫酸酯(化合物J)或磷酸三(三甲基硅基)酯(化合物N)添加到含有硼酸三甲酯的电解液中,从而阻抗及DCR显著降低。
将相同盐组成下的、由于添加硼酸三甲酯而引起的60℃下耐久4周后的DCR上升率进行比较,可知:与LiPF6单类盐组成相比,含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成的电解液的60℃下耐久4周后的DCR上升率显著降低,DCR上升率抑制效果较高。相同盐组成下的、由于添加硼酸三甲酯而引起的300次循环后的DCR上升率也是如此。其原因也可以考虑到以下因素:由于LiFSI的阴离子被膜形成于正负极上。
<实施例2-2系列>
[实施例1~4、11、12]
将含有LiFSI(NIPPON SHOKUBAI CO.,LTD.制)及LiPF6(STELLACHEMIFACORPORATION制)的混合盐组成的电解质盐分别以成为表4所示的浓度的方式,溶解到作为电解液溶剂的碳酸乙烯酯(EC):碳酸甲乙酯(EMC)=3:7(体积比)组成的混合溶剂(KISHIDACHEMICAL Co.,Ltd.制)中。将三(三甲基硅基)硼酸酯(化合物C,Tokyo ChemicalIndustry Co.,Ltd.制)作为由通式(3)表示的含硼原子化合物(3),以成为表4所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,并搅拌1天,由此制备出非水电解液(参比电解液)。需要说明的是,在实施例11中,进一步将聚磷酸三甲基硅酯(化合物M,Sigma-Aldrich Co.LLC制)作为由通式(6)表示的含磷原子化合物(6),以成为表4所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中。在实施例12中,进一步将磷酸三(三甲基硅基)酯(化合物N,Tokyo ChemicalIndustry Co.,Ltd.制)作为由通式(8)表示的含磷原子化合物(8),以成为表4所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中。接着,按照除了不进行电解液的溶解工序这一点以外都与上述相同的方式,使用上述所得到的各参比电解液制作电池单体,并对电池单体进行了评估。其结果示于表4中。
[实施例5~10]
以与上述相同的方式制备出非水电解液(参比电解液)。需要说明的是,在实施例9中,进一步将硝酸锂(LiNO3,Tokyo Chemical Industry Co.,Ltd.制)作为硝酸化合物(12),以成为表4所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,搅拌1天后用膜过滤器进行过滤。在实施例10中,将LiNO3、以及作为由通式(2)表示的含硅原子化合物(2)的二苯基二甲氧基硅烷(化合物A),分别以成为表4所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,搅拌1天后用膜过滤器进行过滤。接着,使用上述所得的各参比电解液,以与上述相同的方式进行溶解工序。使用所得到的CO2溶解电解液,以与上述相同的方式制作电池单体,并对电池单体进行了评估。其结果示于表4中。
[比较例1~6、8、9]
将含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成的电解质盐、或仅含有LiPF6的单类盐组成的电解质盐分别以成为表4所示的浓度的方式溶解在与上述相同的混合溶剂中。在比较例1~4中,将上述所得的溶液作为非水电解液(参比电解液)使用。在比较例5中,进一步将双草酸硼酸锂(LiBOB,Tokyo Chemical Industry Co.,Ltd.制)作为氟草酸化合物(13),以成为表4所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,并搅拌1天,由此制备出非水电解液。在比较例6中,进一步将二氟草酸硼酸锂(LiDFOB,Tokyo Chemical Industry Co.,Ltd.制)作为氟草酸化合物(13),以成为表4所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,并搅拌1天,由此制备出非水电解液。在比较例8中,进一步将LiNO3以成为表4所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,搅拌1天后用膜过滤器进行过滤,由此制备出非水电解液。在比较例9中,进一步将三(三甲基硅基)硼酸酯(化合物C)以成为表4所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,并搅拌1天,由此制备出非水电解液。接着,按照除了不进行电解液的溶解工序这一点以外都与上述相同的方式,使用上述所得到的各参比电解液制作电池单体,并对电池单体进行了评估。其结果示于表4中。
[比较例7]
将仅含有LiPF6的单类盐组成的电解质盐以成为表4所示的浓度的方式溶解在与上述相同的混合溶剂中,由此制备出非水电解液(参比电解液)。接着,使用上述所得的参比电解液,以与上述相同的方式进行溶解工序。使用所得到的CO2溶解电解液,以与上述相同的方式制作电池单体,并对电池单体进行了评估。其结果示于表4中。
【表4】
〔对表4(实施例2-2系列)的考察〕
根据实施例1~4与比较例2~4的比较,可知:依赖于LiFSI的浓度,阻抗及DCR(初始DCR、300次循环后DCR及60℃下耐久4周后DCR)降低,但通过将三(三甲基硅基)硼酸酯(化合物C)添加到电解液中,上述降低效果变得显著。
另外,根据实施例1~4与比较例2~4的比较,可知:依赖于LiFSI的浓度,保存前后的OCV差(ΔV)较大,即自放电增大,但通过将三(三甲基硅基)硼酸酯添加到电解液中,保存前后的OCV差(ΔV)较小,也就是说,抑制了自放电。
根据相同盐组成的实施例2~4与比较例2~4的比较、以及相同盐组成的比较例9与比较例1的比较,可知:与仅含有LiPF6的单类盐组成相比,含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成的因添加三(三甲基硅基)硼酸酯而得到的阻抗降低效果、自放电抑制效果及DCR上升率抑制效果较高。
将比较例1~4、比较例7、比较例9、实施例2~9进行比较可知:依赖于LiFSI浓度,低温循环后的电沉积量减少,因低温充电而引起的负极的劣化程度降低。且可知:如果将三(三甲基硅基)硼酸酯添加到仅含有LiPF6的单类盐组成中,则在低温循环中负极上的锂电沉积量会增加,因低温充电而引起的负极的劣化加剧。且可知:在含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成中,通过添加三(三甲基硅基)硼酸酯,低温循环后的电沉积量减少,抑制了因低温充电而引起的负极的劣化。
关于与这些仅含有LiPF6的单类盐组成相比,含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成的三(三甲基硅基)硼酸酯的添加效果较高的原因,可以考虑到以下因素等:来源于LiFSI的阴离子成分的被膜形成于正负极界面,因而LiFSI的溶解性高,所以低温下的电解液粘度降低。
根据相同盐组成的实施例3与实施例5~8的比较,可知:通过使CO2溶解在含有三(三甲基硅基)硼酸酯的电解液中,阻抗及DCR降低效果、自放电抑制效果以及低温电沉积抑制效果进一步提高。另外,可知:在电解液中的CO2溶解量超过10质量ppm(例如20质量ppm以上)时,这些效果变得显著。
关于通过溶解CO2可改善这些效果的原因,可以考虑到以下因素等:通过在正负极上形成来源于CO2的被膜,抑制了在保存过程中锂离子向正极的嵌入(插层(插入)反应);抑制了在正极上的副反应;以及改善了负极的低温充电接受性。
关于在含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成的电解液中溶解CO2所带来的自放电抑制效果高于在LiPF6单类盐组成的电解液中溶解CO2所带来的自放电抑制效果的原因,可以考虑到与以下因素有关:在充电时形成于正负极上的FSI阴离子成分的被膜与由CO2形成的碳酸锂成分的被膜之间的形成顺序等。
根据相同盐组成的实施例5、9及比较例8的比较,可知:通过进一步将LiNO3添加到含有三(三甲基硅基)硼酸酯的电解液中,阻抗及DCR显著降低。另一方面,虽然自放电增大,但通过使CO2溶解在该电解液中,能够抑制因添加LiNO3而引起的自放电。
根据相同盐组成的实施例3与实施例11、12的比较(没有溶解CO2),可知:通过进一步将聚磷酸三甲基硅酯(化合物M)或磷酸三(三甲基硅基)酯(化合物N)添加到含有三(三甲基硅基)硼酸酯的电解液中,从而使得阻抗及DCR降低。
将相同盐组成下的、由于添加三(三甲基硅基)硼酸酯而引起的60℃下耐久4周后的DCR上升率进行比较,可知:与LiPF6单类盐组成相比,含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成的电解液的60℃下耐久4周后的DCR上升率显著降低,DCR上升率抑制效果较高。相同盐组成下的、由于添加三(三甲基硅基)硼酸酯而引起的300次循环后的DCR上升率也是如此。其原因也可以考虑到以下因素:由于LiFSI的阴离子被膜形成于正负极上。
<实施例2-3系列>
[实施例1~4、10]
将含有LiFSI(NIPPON SHOKUBAI CO.,LTD.制)及LiPF6(STELLACHEMIFACORPORATION制)的混合盐组成的电解质盐分别以成为表5所示的浓度的方式,溶解到作为电解液溶剂的碳酸乙烯酯(EC):碳酸甲乙酯(EMC)=3:7(体积比)组成的混合溶剂(KISHIDACHEMICAL Co.,Ltd.制)中。将硼酸三乙酯(化合物D,Tokyo Chemical IndustryCo.,Ltd.制)作为由通式(3)表示的含硼原子化合物(3),以成为表5所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,并搅拌1天,由此制备出非水电解液(参比电解液)。需要说明的是,在实施例10中,进一步将双三甲基硅基硫酸酯(化合物J,Tokyo Chemical Industry Co.,Ltd.制)作为由通式(5)表示的含硫原子化合物(5),以成为表5所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中。接着,按照除了不进行电解液的溶解工序这一点以外都与上述相同的方式,使用上述所得到的各参比电解液制作电池单体,并对电池单体进行了评估。其结果示于表5中。
[实施例5~9、11]
以与上述相同的方式制备非水电解液(参比电解液)。需要说明的是,在实施例9中,进一步将硝酸锂(LiNO3,Tokyo Chemical Industry Co.,Ltd.制)作为硝酸化合物(12),以成为表5所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,搅拌1天后用膜过滤器进行过滤。在实施例11中,进一步将双三甲基硅基硫酸酯(化合物J)以成为表5所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中。接着,使用上述所得的各参比电解液,以与上述相同的方式进行溶解工序。使用所得到的CO2溶解电解液,以与上述相同的方式制作电池单体,并对电池单体进行了评估。其结果示于表5中。
[比较例1~6、8、9]
将含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成的电解质盐、或仅含有LiPF6的单类盐组成的电解质盐分别以成为表5所示的浓度的方式溶解在与上述相同的混合溶剂中。在比较例1~4中,将上述所得的溶液作为非水电解液(参比电解液)使用。在比较例5中,进一步将双草酸硼酸锂(LiBOB,Tokyo Chemical Industry Co.,Ltd.制)作为氟草酸化合物(13),以成为表5所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,并搅拌1天,由此制备出非水电解液。在比较例6中,进一步将二氟草酸硼酸锂(LiDFOB,Tokyo Chemical Industry Co.,Ltd.制)作为氟草酸化合物(13),以成为表5所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,并搅拌1天,由此制备出非水电解液。在比较例8中,进一步将LiNO3以成为表5所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,搅拌1天后用膜过滤器进行过滤,由此制备出非水电解液。在比较例9中,进一步将硼酸三乙酯(化合物D)以成为表5所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,并搅拌1天,由此制备出非水电解液。接着,按照除了不进行电解液的溶解工序这一点以外都与上述相同的方式,使用上述所得到的各参比电解液制作电池单体,并对电池单体进行了评估。其结果示于表5中。
[比较例7]
将仅含有LiPF6的单类盐组成的电解质盐以成为表5所示的浓度的方式溶解在与上述相同的混合溶剂中,由此制备出非水电解液(参比电解液)。接着,使用上述所得的参比电解液,以与上述相同的方式进行溶解工序。使用所得到的CO2溶解电解液,以与上述相同的方式制作电池单体,并对电池单体进行了评估。其结果示于表5中。
【表5】
〔对表5(实施例2-3系列)的考察〕
根据实施例1~4与比较例2~4的比较,可知:依赖于LiFSI的浓度,阻抗及DCR(初始DCR、300次循环后DCR及60℃下耐久4周后DCR)降低,但通过将硼酸三乙酯(化合物D)添加到电解液中,上述降低效果变得显著。
另外,根据实施例1~4与比较例2~4的比较,可知:依赖于LiFSI的浓度,保存前后的OCV差(ΔV)较大,即自放电增大,但通过将硼酸三乙酯添加到电解液中,保存前后的OCV差(ΔV)较小,也就是说,抑制了自放电。
根据相同盐组成的实施例2~4与比较例2~4的比较、以及相同盐组成的比较例9与比较例1的比较,可知:与仅含有LiPF6的单类盐组成相比,含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成的因添加硼酸三乙酯而得到的阻抗降低效果、自放电抑制效果及DCR上升率抑制效果较高。
将比较例1~4、比较例7、比较例9、实施例2~9进行比较可知:依赖于LiFSI浓度,低温循环后的电沉积量减少,因低温充电而引起的负极的劣化程度降低。且可知:如果将硼酸三乙酯添加到仅含有LiPF6的单类盐组成中,则在低温循环中负极上的锂电沉积量会增加,因低温充电而引起的负极的劣化加剧。且可知:在含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成中,通过添加硼酸三乙酯,低温循环后的电沉积量减少,抑制了因低温充电而引起的负极的劣化。
关于与这些仅含有LiPF6的单类盐组成相比,含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成的硼酸三乙酯的添加效果较高的原因,可以考虑到以下因素等:来源于LiFSI的阴离子成分的被膜形成于正负极界面,因而LiFSI的溶解性高,所以低温下的电解液粘度降低。
根据相同盐组成的实施例3与实施例5~8的比较,可知:通过使CO2溶解在含有硼酸三乙酯的电解液中,阻抗及DCR降低效果、自放电抑制效果以及低温电沉积抑制效果进一步提高。另外,可知:在电解液中的CO2溶解量超过10质量ppm(例如20质量ppm以上)时,这些效果变得显著。
关于通过溶解CO2可改善这些效果的原因,可以考虑到以下因素等:通过在正负极上形成来源于CO2的被膜,抑制了在保存过程中锂离子向正极的嵌入(插层(插入)反应);抑制了在正极上的副反应;以及改善了负极的低温充电接受性。
根据相同盐组成的实施例5、9及比较例8的比较,可知:通过进一步将LiNO3添加到含有硼酸三乙酯的电解液中,阻抗及DCR显著降低。另一方面,虽然自放电增大,但通过使CO2溶解在该电解液中,能够抑制因添加LiNO3而引起的自放电。
关于在含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成的电解液中溶解CO2所带来的自放电抑制效果高于在LiPF6单类盐组成的电解液中溶解CO2所带来的自放电抑制效果的原因,可以考虑到与以下因素有关:在充电时形成于正负极上的FSI阴离子成分的被膜与由CO2形成的碳酸锂成分的被膜之间的形成顺序。
根据相同盐组成的实施例3与实施例10的比较(没有溶解CO2)、以及相同盐组成的实施例5与实施例11的比较(溶解有CO2),可知:通过进一步将双三甲基硅基硫酸酯(化合物J)添加到含有硼酸三乙酯的电解液中,阻抗及DCR降低。
将相同盐组成下的、由于添加硼酸三乙酯而引起的60℃下耐久4周后的DCR上升率进行比较,可知:与LiPF6单类盐组成相比,含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成的电解液的60℃下耐久4周后的DCR上升率显著降低,DCR上升率抑制效果较高。相同盐组成下的、由于添加硼酸三乙酯而引起的300次循环后的DCR上升率也是如此。其原因也可以考虑到以下因素:由于LiFSI的阴离子被膜形成于正负极上。
<实施例2-4系列>
[实施例1~4、10]
将含有LiFSI(NIPPON SHOKUBAI CO.,LTD.制)及LiPF6(STELLACHEMIFACORPORATION制)的混合盐组成的电解质盐分别以成为表6所示的浓度的方式,溶解到作为电解液溶剂的碳酸乙烯酯(EC):碳酸甲乙酯(EMC)=3:7(体积比)组成的混合溶剂(KISHIDACHEMICAL Co.,Ltd.制)中。将硼酸三(2,2,2)三氟乙基酯(化合物E,Tokyo ChemicalIndustry Co.,Ltd.制)作为由通式(3)表示的含硼原子化合物(3),以成为表6所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,并搅拌1天,由此制备出非水电解液(参比电解液)。需要说明的是,在实施例10中,进一步将三氟甲基磺酸三甲基硅酯(化合物I,Tokyo ChemicalIndustry Co.,Ltd.制)作为由通式(5)表示的含硫原子化合物(5),以成为表6所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中。接着,按照除了不进行电解液的溶解工序这一点以外都与上述相同的方式,使用上述所得的各参比电解液制作电池单体,并对电池单体进行了评估。其结果示于表6中。
[实施例5~9、11]
以与上述相同的方式制备出非水电解液(参比电解液)。需要说明的是,在实施例9中,进一步将硝酸锂(LiNO3,Tokyo Chemical Industry Co.,Ltd.制)作为硝酸化合物(12),以成为表6所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,搅拌1天后用膜过滤器进行过滤。在实施例11中,进一步将三氟甲基磺酸三甲基硅酯(化合物I)以成为表6所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中。接着,使用上述所得的各参比电解液,以与上述相同的方式进行溶解工序。使用所得到的CO2溶解电解液,以与上述相同的方式制作电池单体,并对电池单体进行了评估。其结果示于表6中。
[比较例1~6、8、9]
将含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成的电解质盐、或仅含有LiPF6的单类盐组成的电解质盐分别以成为表6所示的浓度的方式溶解在与上述相同的混合溶剂中。在比较例1~4中,将上述所得的溶液作为非水电解液(参比电解液)使用。在比较例5中,进一步将双草酸硼酸锂(LiBOB,Tokyo Chemical Industry Co.,Ltd.制)作为氟草酸化合物(13),以成为表6所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,并搅拌1天,由此制备出非水电解液。在比较例6中,进一步将二氟草酸硼酸锂(LiDFOB,Tokyo Chemical Industry Co.,Ltd.制)作为氟草酸化合物(13),以成为表6所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,并搅拌1天,由此制备出非水电解液。在比较例8中,进一步将LiNO3以成为表6所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,搅拌1天后用膜过滤器进行过滤,由此制备出非水电解液。在比较例9中,进一步将硼酸三(2,2,2)三氟乙基酯(化合物E)以成为表6所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,并搅拌1天,由此制备出非水电解液。接着,按照除了不进行电解液的溶解工序这一点以外都与上述相同的方式,使用上述所得的各参比电解液制作电池单体,并对电池单体进行了评估。其结果示于表6中。
[比较例7]
将仅含有LiPF6的单类盐组成的电解质盐以成为表6所示的浓度的方式溶解在与上述相同的混合溶剂中,由此制备出非水电解液(参比电解液)。接着,使用上述所得的参比电解液,以与上述相同的方式进行溶解工序。使用所得到的CO2溶解电解液,以与上述相同的方式制作电池单体,并对电池单体进行了评估。其结果示于表6中。
【表6】
〔对表6(实施例2-4系列)的考察〕
根据实施例1~4与比较例2~4的比较,可知:依赖于LiFSI的浓度,阻抗及DCR(初始DCR及300次循环后DCR)降低,但通过将硼酸三(2,2,2)三氟乙基酯(化合物E)添加到电解液中,上述降低效果变得显著。
另外,根据实施例1~4与比较例2~4的比较,可知:依赖于LiFSI的浓度,保存前后的OCV差(ΔV)较大,即自放电增大,但通过将硼酸三(2,2,2)三氟乙基酯添加到电解液中,保存前后的OCV差(ΔV)较小,也就是说,抑制了自放电。
根据相同盐组成的实施例2~4与比较例2~4的比较、以及相同盐组成的比较例9与比较例1的比较,可知:与仅含有LiPF6的单类盐组成相比,含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成的因添加硼酸三(2,2,2)三氟乙基酯而得到的阻抗降低效果、自放电抑制效果及DCR上升率抑制效果较高。
将比较例1~4、比较例7、比较例9、实施例2~9进行比较可知:依赖于LiFSI浓度,低温循环后的电沉积量减少,因低温充电而引起的负极的劣化程度降低。且可知:如果将硼酸三(2,2,2)三氟乙基酯添加到仅含有LiPF6的单类盐组成中,则在低温循环中负极上的锂电沉积量会增加,因低温充电而引起的负极的劣化加剧。且可知:在含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成中,通过添加硼酸三(2,2,2)三氟乙基酯,低温循环后的电沉积量减少,抑制了因低温充电而引起的负极的劣化。
关于与这些仅含有LiPF6的单类盐组成相比,含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成的硼酸三(2,2,2)三氟乙基酯的添加效果较高的原因,可以考虑到以下因素等:来源于LiFSI的阴离子成分的被膜形成于正负极界面,因而LiFSI的溶解性高,所以低温下的电解液粘度降低。
根据相同盐组成的实施例3与实施例5~8的比较,可知:通过使CO2溶解在含有硼酸三(2,2,2)三氟乙基酯的电解液中,阻抗及DCR降低效果、自放电抑制效果以及低温电沉积抑制效果进一步提高。另外,可知:在电解液中的CO2溶解量超过10质量ppm(例如20质量ppm以上)时,这些效果变得显著。
关于通过溶解CO2可改善这些效果的原因,可以考虑到以下因素等:通过在正负极上形成来源于CO2的被膜,抑制了在保存过程中锂离子向正极的嵌入(插层(插入)反应);抑制了在正极上的副反应;以及改善了负极的低温充电接受性。
根据相同盐组成的实施例5、9及比较例8的比较,可知:通过进一步将LiNO3添加到含有硼酸三(2,2,2)三氟乙基酯的电解液中,阻抗及DCR显著降低。另一方面,虽然自放电增大,但通过使CO2溶解在该电解液中,能够抑制因添加LiNO3而引起的自放电。
关于在含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成的电解液中溶解CO2所带来的自放电抑制效果高于在LiPF6单类盐组成的电解液中溶解CO2所带来的自放电抑制效果的原因,可以考虑到与以下因素有关:在充电时形成于正负极上的FSI阴离子成分的被膜与由CO2形成的碳酸锂成分的被膜之间的形成顺序。
根据相同盐组成的实施例3与实施例10的比较(没有溶解CO2)、以及相同盐组成的实施例5与实施例11的比较(溶解有CO2),可知:通过进一步将三氟甲基磺酸三甲基硅酯(化合物I)添加到含有硼酸三(2,2,2)三氟乙基酯的电解液中,阻抗及DCR降低。
将相同盐组成下的、由于添加硼酸三(2,2,2)三氟乙基酯而引起的60℃下耐久4周后的DCR上升率进行比较,可知:与LiPF6单类盐组成相比,含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成的电解液的60℃下耐久4周后的DCR上升率显著降低,DCR上升率抑制效果较高。相同盐组成下的、由于添加硼酸三(2,2,2)三氟乙基酯而引起的300次循环后的DCR上升率也是如此。其原因也可以考虑到以下因素:由于LiFSI的阴离子被膜形成于正负极上。
<实施例2-5系列>
[实施例1~4、10]
将含有LiFSI(NIPPON SHOKUBAI CO.,LTD.制)及LiPF6(STELLACHEMIFACORPORATION制)的混合盐组成的电解质盐分别以成为表7所示的浓度的方式,溶解到作为电解液溶剂的碳酸乙烯酯(EC):碳酸甲乙酯(EMC)=3:7(体积比)组成的混合溶剂(KISHIDACHEMICAL Co.,Ltd.制)中。将硼酸三丁酯(化合物F,Tokyo Chemical IndustryCo.,Ltd.制)作为由通式(3)表示的含硼原子化合物(3),以成为表7所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,并搅拌1天,由此制备出非水电解液(参比电解液)。需要说明的是,在实施例10中,进一步将双三甲基硅基硫酸酯(化合物J,Tokyo Chemical Industry Co.,Ltd.制)作为由通式(5)表示的含硫原子化合物(5),以成为表7所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中。接着,按照除了不进行电解液的溶解工序这一点以外都与上述相同的方式,使用上述所得到的各参比电解液制作电池单体,并对电池单体进行了评估。其结果示于表7中。
[实施例5~9、11]
以与上述相同的方式制备出非水电解液(参比电解液)。需要说明的是,在实施例9中,进一步将硝酸锂(LiNO3,Tokyo Chemical Industry Co.,Ltd.制)作为硝酸化合物(12),以成为表7所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,搅拌1天后用膜过滤器进行过滤。在实施例11中,进一步将双三甲基硅基硫酸酯(化合物J)以成为表7所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中。接着,使用上述所得的各参比电解液,以与上述相同的方式进行溶解工序。使用所得到的CO2溶解电解液,以与上述相同的方式制作电池单体,并对电池单体进行了评估。其结果示于表7中。
[比较例1~6、8、9]
将含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成的电解质盐、或仅含有LiPF6的单类盐组成的电解质盐分别以成为表7所示的浓度的方式溶解在与上述相同的混合溶剂中。在比较例1~4中,将上述所得的溶液作为非水电解液(参比电解液)使用。在比较例5中,进一步将双草酸硼酸锂(LiBOB,Tokyo Chemical Industry Co.,Ltd.制)作为氟草酸化合物(13),以成为表7所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,并搅拌1天,由此制备出非水电解液。在比较例6中,进一步将二氟草酸硼酸锂(LiDFOB,Tokyo Chemical Industry Co.,Ltd.制)作为氟草酸化合物(13),以成为表7所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,并搅拌1天,由此制备出非水电解液。在比较例8中,进一步将LiNO3以成为表7所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,搅拌1天后用膜过滤器进行过滤,由此制备出非水电解液。在比较例9中,进一步将硼酸三丁酯(化合物F)以成为表7所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,并搅拌1天,由此制备出非水电解液。接着,按照除了不进行电解液的溶解工序这一点以外都与上述相同的方式,使用上述所得到的各参比电解液制作电池单体,并对电池单体进行了评估。其结果示于表7中。
[比较例7]
将仅含有LiPF6的单类盐组成的电解质盐以成为表7所示的浓度的方式溶解在与上述相同的混合溶剂中,由此制备出非水电解液(参比电解液)。接着,使用上述所得的参比电解液,以与上述相同的方式进行溶解工序。使用所得到的CO2溶解电解液,以与上述相同的方式制作电池单体,并对电池单体进行了评估。其结果示于表7中。
【表7】
〔对表7(实施例2-5系列)的考察〕
根据实施例1~4与比较例2~4的比较,可知:依赖于LiFSI的浓度,阻抗及DCR(初始DCR、300次循环后DCR及60℃下耐久4周后DCR)降低,但通过将硼酸三丁酯(化合物F)添加到电解液中,上述降低效果变得显著。
另外,根据实施例1~4与比较例2~4的比较,可知:依赖于LiFSI的浓度,保存前后的OCV差(ΔV)较大,即自放电增大,但通过将硼酸三丁酯添加到电解液中,保存前后的OCV差(ΔV)较小,也就是说,抑制了自放电。
根据相同盐组成的实施例2~4与比较例2~4的比较、以及相同盐组成的比较例9与比较例1的比较,可知:与仅含有LiPF6的单类盐组成相比,含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成的因添加硼酸三丁酯而得到的阻抗降低效果、自放电抑制效果及DCR上升率抑制效果较高。
将比较例1~4、比较例7、比较例9、实施例2~9进行比较可知:依赖于LiFSI浓度,低温循环后的电沉积量减少,因低温充电而引起的负极的劣化程度降低。且可知:如果将硼酸三丁酯添加到仅含有LiPF6的单类盐组成中,则在低温循环中负极上的锂电沉积量会增加,因低温充电而引起的负极的劣化加剧。且可知:在含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成中,通过添加硼酸三丁酯,低温循环后的电沉积量减少,抑制了因低温充电而引起的负极的劣化。
关于与这些仅含有LiPF6的单类盐组成相比,含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成的硼酸三丁酯的添加效果较高的原因,可以考虑到以下因素等:来源于LiFSI的阴离子成分的被膜形成于正负极界面,因而LiFSI的溶解性高,所以低温下的电解液粘度降低。
根据相同盐组成的实施例3与实施例5~8的比较,可知:通过使CO2溶解在含有硼酸三丁酯的电解液中,阻抗及DCR降低效果、自放电抑制效果以及低温电沉积抑制效果进一步提高。另外,可知:在电解液中的CO2溶解量超过10质量ppm(例如20质量ppm以上)时,这些效果变得显著。
关于通过溶解CO2可改善这些效果的原因,可以考虑到以下因素等:通过在正负极上形成来源于CO2的被膜,抑制了在保存过程中锂离子向正极的嵌入(插层(插入)反应);抑制了在正极上的副反应;以及改善了负极的低温充电接受性。
根据相同盐组成的实施例5、9及比较例8的比较,可知:通过进一步将LiNO3添加到含有硼酸三丁酯的电解液中,阻抗及DCR显著降低。另一方面,虽然自放电增大,但通过使CO2溶解在该电解液中,能够抑制因添加LiNO3而引起的自放电。
关于在含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成的电解液中溶解CO2所带来的自放电抑制效果高于在LiPF6单类盐组成的电解液中溶解CO2所带来的自放电抑制效果的原因,可以考虑到与以下因素有关:在充电时形成于正负极上的FSI阴离子成分的被膜与由CO2形成的碳酸锂成分的被膜之间的形成顺序。
根据相同盐组成的实施例3与实施例10的比较(没有溶解CO2)、以及相同盐组成的实施例5与实施例11的比较(溶解有CO2),可知:通过进一步将双三甲基硅基硫酸酯(化合物J)添加到含有硼酸三丁酯的电解液中,阻抗及DCR降低。
将相同盐组成下的、由于添加硼酸三丁酯而引起的60℃下耐久4周后的DCR上升率进行比较,可知:与LiPF6单类盐组成相比,含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成的电解液的60℃下耐久4周后的DCR上升率显著降低,DCR上升率抑制效果较高。相同盐组成下的、由于添加硼酸三丁酯而引起的300次循环后的DCR上升率也是如此。其原因也可以考虑到以下因素:由于LiFSI的阴离子被膜形成于正负极上。
<实施例3-1系列>
[实施例1~4]
将含有LiFSI(NIPPON SHOKUBAI CO.,LTD.制)及LiPF6(STELLACHEMIFACORPORATION制)的混合盐组成的电解质盐分别以成为表8所示的浓度的方式,溶解到作为电解液溶剂的碳酸乙烯酯(EC):碳酸甲乙酯(EMC)=3:7(体积比)组成的混合溶剂(KISHIDACHEMICAL Co.,Ltd.制)中。将三甲基硅乙酸酯(化合物G,Tokyo Chemical Industry Co.,Ltd.制)作为由通式(4)表示的含碳原子化合物(4),以成为表8所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,并搅拌1天,由此制备出非水电解液(参比电解液)。接着,按照除了不进行电解液的溶解工序这一点以外都与上述相同的方式,使用上述所得到的各参比电解液制作电池单体,并对电池单体进行了评估。其结果示于表8中。
[实施例5~8]
以与上述相同的方式制备非水电解液(参比电解液)。接着,使用上述所得的各参比电解液,以与上述相同的方式进行溶解工序。使用所得到的CO2溶解电解液,以与上述相同的方式制作电池单体,并对电池单体进行了评估。其结果示于表8中。
[比较例1~6、8、9]
将含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成的电解质盐、或仅含有LiPF6的单类盐组成的电解质盐分别以成为表8所示的浓度的方式溶解在与上述相同的混合溶剂中。在比较例1~4中,将上述所得的溶液作为非水电解液(参比电解液)使用。在比较例5中,进一步将双草酸硼酸锂(LiBOB,Tokyo Chemical Industry Co.,Ltd.制)作为氟草酸化合物(13),以成为表8所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,并搅拌1天,由此制备出非水电解液。在比较例6中,进一步将二氟草酸硼酸锂(LiDFOB,Tokyo Chemical Industry Co.,Ltd.制)作为氟草酸化合物(13),以成为表8所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,并搅拌1天,由此制备出非水电解液。在比较例8中,进一步将硝酸锂(LiNO3,Tokyo Chemical IndustryCo.,Ltd.制)作为硝酸化合物(12),以成为表8所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,搅拌1天后用膜过滤器进行过滤,由此制备出非水电解液。在比较例9中,进一步将三甲基硅乙酸酯(化合物G)以成为表8所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,并搅拌1天,由此制备出非水电解液。接着,按照除了不进行电解液的溶解工序这一点以外都与上述相同的方式,使用上述所得到的各参比电解液制作电池单体,并对电池单体进行了评估。其结果示于表8中。
[比较例7]
将仅含有LiPF6的单类盐组成的电解质盐以成为表8所示的浓度的方式溶解在与上述相同的混合溶剂中,由此制备出非水电解液(参比电解液)。接着,使用上述所得的参比电解液,以与上述相同的方式进行溶解工序。使用所得到的CO2溶解电解液,以与上述相同的方式制作电池单体,并对电池单体进行了评估。其结果示于表8中。
【表8】
〔对表8(实施例3-1系列)的考察〕
根据实施例1~4与比较例2~4的比较,可知:依赖于LiFSI的浓度,阻抗及DCR(初始DCR、300次循环后DCR及60℃下耐久4周后DCR)降低,但通过将三甲基硅乙酸酯(化合物G)添加到电解液中,上述降低效果变得显著。
另外,根据实施例1~4与比较例2~4的比较,可知:依赖于LiFSI的浓度,保存前后的OCV差(ΔV)较大,即自放电增大,但通过将三甲基硅乙酸酯添加到电解液中,保存前后的OCV差(ΔV)较小,也就是说,抑制了自放电。
根据相同盐组成的实施例2~4与比较例2~4的比较、以及相同盐组成的比较例9与比较例1的比较,可知:与仅含有LiPF6的单类盐组成相比,含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成的因添加三甲基硅乙酸酯而得到的阻抗降低效果、自放电抑制效果及DCR上升率抑制效果较高。
将比较例1~4、比较例7、比较例9、实施例2~9进行比较可知:依赖于LiFSI浓度,低温循环后的电沉积量减少,因低温充电而引起的负极的劣化程度降低。且可知:如果将三甲基硅乙酸酯添加到仅含有LiPF6的单类盐组成中,则在低温循环中负极上的锂电沉积量会增加,因低温充电而引起的负极的劣化加剧。且可知:在含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成中,通过添加三甲基硅乙酸酯,低温循环后的电沉积量减少,抑制了负极的劣化。
关于与这些仅含有LiPF6的单类盐组成相比,含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成的三甲基硅乙酸酯的添加效果较高的原因,可以考虑到以下因素等:来源于LiFSI的阴离子成分的被膜形成于正负极界面,因而LiFSI的溶解性高,所以低温下的电解液粘度降低。
根据实施例1~8的比较,可知:依赖于LiFSI的浓度,保存前后的OCV差(ΔV)较大,即自放电增大,但通过使CO2溶解在含有三甲基硅乙酸酯的电解液中,保存前后的OCV差(ΔV)较小,也就是说,抑制了自放电,并且进一步降低了阻抗及DCR、和低温电沉积。
关于在含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成的电解液中溶解CO2所带来的自放电抑制效果高于在LiPF6单类盐组成的电解液中溶解CO2所带来的自放电抑制效果的原因,可以考虑到与以下因素有关:在充电时形成于正负极上的FSI阴离子成分的被膜与由CO2形成的碳酸锂成分的被膜之间的形成顺序。
且可知:阻抗及DCR降低效果和自放电抑制效果在电解液中的CO2溶解量超过10质量ppm(例如20质量ppm以上)时变得显著。
关于通过溶解CO2可改善这些效果的原因,可以考虑到以下因素等:通过在正负极上形成来源于CO2的被膜,抑制了在保存过程中锂离子向正极的嵌入(插层(插入)反应);抑制了在正极上的副反应;以及改善了负极的低温充电接受性。
将相同盐组成下的、由于添加三甲基硅乙酸酯而引起的60℃下耐久4周后的DCR上升率进行比较,可知:与LiPF6单类盐组成相比,含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成的电解液的60℃下耐久4周后的DCR上升率显著降低,DCR上升率抑制效果较高。相同盐组成下的、由于添加三甲基硅乙酸酯而引起的300次循环后的DCR上升率也是如此。其原因也可以考虑到以下因素:由于LiFSI的阴离子被膜形成于正负极上。
<实施例3-2系列>
[实施例1~4]
将含有LiFSI(NIPPON SHOKUBAI CO.,LTD.制)及LiPF6(STELLACHEMIFACORPORATION制)的混合盐组成的电解质盐分别以成为表9所示的浓度的方式,溶解到作为电解液溶剂的碳酸乙烯酯(EC):碳酸甲乙酯(EMC)=3:7(体积比)组成的混合溶剂(KISHIDACHEMICAL Co.,Ltd.制)中。将三氟乙酸三甲基硅酯(化合物H,Tokyo Chemical IndustryCo.,Ltd.制)作为由通式(4)表示的含碳原子化合物(4),以成为表9所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,并搅拌1天,由此制备出非水电解液(参比电解液)。接着,按照除了不进行电解液的溶解工序这一点以外都与上述相同的方式,使用上述所得到的各参比电解液制作电池单体,并对电池单体进行了评估。其结果示于表9中。
[实施例5~8]
以与上述相同的方式制备非水电解液(参比电解液)。接着,使用上述所得的各参比电解液,以与上述相同的方式进行溶解工序。使用所得到的CO2溶解电解液,以与上述相同的方式制作电池单体,并对电池单体进行了评估。其结果示于表9中。
[比较例1~6、8、9]
将含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成的电解质盐、或仅含有LiPF6的单类盐组成的电解质盐分别以成为表9所示的浓度的方式溶解在与上述相同的混合溶剂中。在比较例1~4中,将上述所得的溶液作为非水电解液(参比电解液)使用。在比较例5中,进一步将双草酸硼酸锂(LiBOB,Tokyo Chemical Industry Co.,Ltd.制)作为氟草酸化合物(13),以成为表9所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,并搅拌1天,由此制备出非水电解液。在比较例6中,进一步将二氟草酸硼酸锂(LiDFOB,Tokyo Chemical Industry Co.,Ltd.制)作为氟草酸化合物(13),以成为表9所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,并搅拌1天,由此制备出非水电解液。在比较例8中,进一步将硝酸锂(LiNO3,Tokyo Chemical IndustryCo.,Ltd.制)作为硝酸化合物(12),以成为表9所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,搅拌1天后用膜过滤器进行过滤,由此制备出非水电解液。在比较例9中,进一步将三氟乙酸三甲基硅酯(化合物H)以成为表9所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,并搅拌1天,由此制备出非水电解液。接着,除了不进行电解液的溶解工序这一点以外都与上述相同,使用上述所得的各参比电解液制作电池单体,并对电池单体进行了评估。其结果示于表9中。
[比较例7]
将仅含有LiPF6的单类盐组成的电解质盐以成为表9所示的浓度的方式溶解在与上述相同的混合溶剂中,由此制备出非水电解液(参比电解液)。接着,使用上述所得的参比电解液,以与上述相同的方式进行溶解工序。使用所得到的CO2溶解电解液,以与上述相同的方式制作电池单体,并对电池单体进行了评估。其结果示于表9中。
【表9】
〔对表9(实施例3-2系列)的考察〕
根据实施例1~4与比较例2~4的比较,可知:依赖于LiFSI的浓度,阻抗及DCR(初始DCR、300次循环后DCR及60℃下耐久4周后DCR)降低,但通过将三氟乙酸三甲基硅酯(化合物H)添加到电解液中,上述降低效果变得显著。
另外,根据实施例1~4与比较例2~4的比较,可知:依赖于LiFSI的浓度,保存前后的OCV差(ΔV)较大,即自放电增大,但通过将三氟乙酸三甲基硅酯添加到电解液中,保存前后的OCV差(ΔV)较小,也就是说,抑制了自放电。
根据相同盐组成的实施例2~4与比较例2~4的比较、以及相同盐组成的比较例9与比较例1的比较,可知:与仅含有LiPF6的单类盐组成相比,含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成的因添加三氟乙酸三甲基硅酯而得到的阻抗及自放电抑制效果、以及DCR上升率抑制效果较高。
将比较例1~4、比较例7、比较例9、实施例2~9进行比较可知:依赖于LiFSI浓度,低温循环后的电沉积量减少,因低温充电而引起的负极的劣化程度降低。且可知:如果将三氟乙酸三甲基硅酯添加到仅含有LiPF6的单类盐组成中,则在低温循环中负极上的锂电沉积量会增加,因低温充电而引起的负极的劣化加剧。且可知:在含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成中,通过添加三氟乙酸三甲基硅酯,低温循环后的电沉积量减少,抑制了因低温充电而引起的负极的劣化。
关于与这些仅含有LiPF6的单类盐组成相比,含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成的三氟乙酸三甲基硅酯的添加效果较高的原因,可以考虑到以下因素等:来源于LiFSI的阴离子成分的被膜形成于正负极界面,因而LiFSI的溶解性高,所以低温下的电解液粘度降低。
根据实施例1~8的比较,可知:依赖于LiFSI的浓度,保存前后的OCV差(ΔV)较大,即自放电增大,但通过使CO2溶解在含有三氟乙酸三甲基硅酯的电解液中,保存前后的OCV差(ΔV)较小,也就是说,抑制了自放电,并且进一步降低了阻抗及DCR。
关于在含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成的电解液中溶解CO2所带来的自放电抑制效果高于在LiPF6单类盐组成的电解液中溶解CO2所带来的自放电抑制效果的原因,可以考虑到与以下因素有关:在充电时形成于正负极上的FSI阴离子成分的被膜与由CO2形成的碳酸锂成分的被膜之间的形成顺序。
且可知:阻抗及DCR降低效果和自放电抑制效果在电解液中的CO2溶解量超过10质量ppm(例如20质量ppm以上)时变得显著。
关于通过溶解CO2可改善这些效果的原因,可以考虑到以下因素等:通过在正负极上形成来源于CO2的被膜,抑制了在保存过程中锂离子向正极的嵌入(插层(插入)反应);抑制了在正极上的副反应;以及改善了负极的低温充电接受性。
将相同盐组成下的、由于添加三氟乙酸三甲基硅酯而引起的60℃下耐久4周后的DCR上升率进行比较,可知:与LiPF6单类盐组成相比,含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成的电解液的60℃下耐久4周后的DCR上升率显著降低,DCR上升率抑制效果较高。相同盐组成下的、由于添加三氟乙酸三甲基硅酯而引起的300次循环后的DCR上升率也是如此。其原因也可以考虑到以下因素:由于LiFSI的阴离子被膜形成于正负极上。
<实施例4-1系列>
[实施例1~4]
将含有LiFSI(NIPPON SHOKUBAI CO.,LTD.制)及LiPF6(STELLACHEMIFACORPORATION制)的混合盐组成的电解质盐分别以成为表10所示的浓度的方式,溶解到作为电解液溶剂的碳酸乙烯酯(EC):碳酸甲乙酯(EMC)=3:7(体积比)组成的混合溶剂(KISHIDACHEMICAL Co.,Ltd.制)中。将三氟甲基磺酸三甲基硅酯(化合物I,Tokyo ChemicalIndustry Co.,Ltd.制)作为由通式(5)表示的含硫原子化合物(5),以成为表10所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,并搅拌1天,由此制备出非水电解液(参比电解液)。接着,按照除了不进行电解液的溶解工序这一点以外都与上述相同的方式,使用上述所得到的各参比电解液制作电池单体,并对电池单体进行了评估。其结果示于表10中。
[实施例5~8]
以与上述相同的方式制备非水电解液(参比电解液)。接着,使用上述所得的各参比电解液,以与上述相同的方式进行溶解工序。使用所得到的CO2溶解电解液,以与上述相同的方式制作电池单体,并对电池单体进行了评估。其结果示于表10中。
[比较例1~6、8、9]
将含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成的电解质盐、或仅含有LiPF6的单类盐组成的电解质盐分别以成为表10所示的浓度的方式溶解在与上述相同的混合溶剂中。在比较例1~4中,将上述所得的溶液作为非水电解液(参比电解液)使用。在比较例5中,进一步将双草酸硼酸锂(LiBOB,Tokyo Chemical Industry Co.,Ltd.制)作为氟草酸化合物(13),以成为表10所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,并搅拌1天,由此制备出非水电解液。在比较例6中,进一步将二氟草酸硼酸锂(LiDFOB,Tokyo Chemical Industry Co.,Ltd.制)作为氟草酸化合物(13),以成为表10所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,并搅拌1天,由此制备出非水电解液。在比较例8中,进一步将硝酸锂(LiNO3,Tokyo ChemicalIndustryCo.,Ltd.制)作为硝酸化合物(12),以成为表10所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,搅拌1天后用膜过滤器进行过滤,由此制备出非水电解液。在比较例9中,进一步将三氟甲基磺酸三甲基硅酯(化合物I)以成为表10所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,并搅拌1天,由此制备出非水电解液。接着,按照除了不进行电解液的溶解工序这一点以外都与上述相同的方式,使用上述所得到的各参比电解液制作电池单体,并对电池单体进行了评估。其结果示于表10中。
[比较例7]
将仅含有LiPF6的单类盐组成的电解质盐以成为表10所示的浓度的方式溶解在与上述相同的混合溶剂中,由此制备出非水电解液(参比电解液)。接着,使用上述所得的参比电解液,以与上述相同的方式进行溶解工序。使用所得到的CO2溶解电解液,以与上述相同的方式制作电池单体,并对电池单体进行了评估。其结果示于表10中。
【表10】
〔对表10(实施例4-1系列)的考察〕
根据实施例1~4与比较例2~4的比较,可知:依赖于LiFSI的浓度,阻抗及DCR(初始DCR、300次循环后DCR及60℃下耐久4周后DCR)降低,但通过将三氟甲基磺酸三甲基硅酯(化合物I)添加到电解液中,上述降低效果变得显著。
另外,根据实施例1~4与比较例2~4的比较,可知:依赖于LiFSI的浓度,保存前后的OCV差(ΔV)较大,即自放电增大,但通过将三氟甲基磺酸三甲基硅酯添加到电解液中,保存前后的OCV差(ΔV)较小,也就是说,抑制了自放电。
根据相同盐组成的实施例2~4与比较例2~4的比较、以及相同盐组成的比较例9与比较例1的比较,可知:与仅含有LiPF6的单类盐组成相比,含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成的因添加三氟甲基磺酸三甲基硅酯而得到的阻抗及自放电抑制效果、以及DCR上升率抑制效果较高。
将比较例1~4、比较例7、比较例9、实施例2~9进行比较可知:依赖于LiFSI浓度,低温循环后的电沉积量减少,因低温充电而引起的负极的劣化程度降低。且可知:如果将三氟甲基磺酸三甲基硅酯添加到仅含有LiPF6的单类盐组成中,则在低温循环中负极上的锂电沉积量会增加,因低温充电而引起的负极的劣化加剧。且可知:在含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成中,通过添加三氟甲基磺酸三甲基硅酯,低温循环后的电沉积量减少,抑制了因低温充电而引起的负极的劣化。
关于与这些仅含有LiPF6的单类盐组成相比,含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成的三氟甲基磺酸三甲基硅酯的添加效果较高的原因,可以考虑到以下因素等:来源于LiFSI的阴离子成分的被膜形成于正负极界面,因而LiFSI的溶解性高,所以低温下的电解液粘度降低。
根据实施例1~8的比较,可知:依赖于LiFSI的浓度,保存前后的OCV差(ΔV)较大,即自放电增大,但通过使CO2溶解在含有三氟甲基磺酸三甲基硅酯的电解液中,保存前后的OCV差(ΔV)较小,也就是说,抑制了自放电,并且进一步降低了阻抗及DCR。
关于在含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成的电解液中溶解CO2所带来的自放电抑制效果高于在LiPF6单类盐组成的电解液中溶解CO2所带来的自放电抑制效果的原因,可以考虑到与以下因素有关:在充电时形成于正负极上的FSI阴离子成分的被膜与由CO2形成的碳酸锂成分的被膜之间的形成顺序。
且可知:阻抗及DCR降低效果和自放电抑制效果在电解液中的CO2溶解量超过10质量ppm(例如20质量ppm以上)时变得显著。
关于通过溶解CO2可改善这些效果的原因,可以考虑到以下因素等:通过在正负极上形成来源于CO2的被膜,抑制了在保存过程中锂离子向正极的嵌入(插层(插入)反应);抑制了在正极上的副反应;以及改善了负极的低温充电接受性。
将相同盐组成下的、由于添加三氟甲基磺酸三甲基硅酯而引起的60℃下耐久4周后的DCR上升率进行比较,可知:与LiPF6单类盐组成相比,含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成的电解液的60℃下耐久4周后的DCR上升率显著降低,DCR上升率抑制效果较高。相同盐组成下的、由于添加三氟甲基磺酸三甲基硅酯而引起的300次循环后的DCR上升率也是如此。其原因也可以考虑到以下因素:由于LiFSI的阴离子被膜形成于正负极上。
<实施例4-2系列>
[实施例1~4]
将含有LiFSI(NIPPON SHOKUBAI CO.,LTD.制)及LiPF6(STELLACHEMIFACORPORATION制)的混合盐组成的电解质盐分别以成为表11所示的浓度的方式,溶解到作为电解液溶剂的碳酸乙烯酯(EC):碳酸甲乙酯(EMC)=3:7(体积比)组成的混合溶剂(KISHIDACHEMICAL Co.,Ltd.制)中。将双三甲基硅基硫酸酯(化合物J,Tokyo Chemical IndustryCo.,Ltd.制)作为由通式(5)表示的含硫原子化合物(5),以成为表11所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,并搅拌1天,由此制备出非水电解液(参比电解液)。接着,按照除了不进行电解液的溶解工序这一点以外都与上述相同的方式,使用上述所得到的各参比电解液制作电池单体,并对电池单体进行了评估。其结果示于表11中。
[实施例5~10]
以与上述相同的方式制备非水电解液(参比电解液)。需要说明的是,在实施例9中,进一步将硝酸锂(LiNO3,Tokyo Chemical Industry Co.,Ltd.制)作为硝酸化合物(12),以成为表11所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,搅拌1天后用膜过滤器进行过滤。另外,在实施例10中,进一步将LiNO3和作为氟草酸化合物(13)的二氟草酸硼酸锂(LiDFOB,Tokyo Chemical Industry Co.,Ltd.制)分别以成为表11所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,搅拌1天后用膜过滤器进行过滤。接着,使用上述所得的各参比电解液,以与上述相同的方式进行溶解工序。使用所得到的CO2溶解电解液,以与上述相同的方式制作电池单体,并对电池单体进行了评估。其结果示于表11中。
[比较例1~6、8、9]
将含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成的电解质盐、或仅含有LiPF6的单类盐组成的电解质盐分别以成为表11所示的浓度的方式溶解在与上述相同的混合溶剂中。在比较例1~4中,将上述所得的溶液作为非水电解液(参比电解液)使用。在比较例5中,进一步将双草酸硼酸锂(LiBOB,Tokyo Chemical Industry Co.,Ltd.制)作为氟草酸化合物(13),以成为表11所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,并搅拌1天,由此制备出非水电解液。在比较例6中,进一步将二氟草酸硼酸锂(LiDFOB,Tokyo Chemical Industry Co.,Ltd.制)作为氟草酸化合物(13),以成为表11所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,并搅拌1天,由此制备出非水电解液。在比较例8中,进一步将硝酸锂(LiNO3,Tokyo ChemicalIndustryCo.,Ltd.制)作为硝酸化合物(12),以成为表11所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,搅拌1天后用膜过滤器进行过滤,由此制备出非水电解液。在比较例9中,进一步将双三甲基硅基硫酸酯(化合物J)以成为表11所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,并搅拌1天,由此制备出非水电解液。接着,按照除了不进行电解液的溶解工序这一点以外都与上述相同的方式,使用上述所得到的各参比电解液制作电池单体,并对电池单体进行了评估。其结果示于表11中。
[比较例7]
将仅含有LiPF6的单类盐组成的电解质盐以成为表11所示的浓度的方式溶解在与上述相同的混合溶剂中,由此制备出非水电解液(参比电解液)。接着,使用上述所得的参比电解液,以与上述相同的方式进行溶解工序。使用所得到的CO2溶解电解液,以与上述相同的方式制作电池单体,并对电池单体进行了评估。其结果示于表11中。
【表11】
〔对表11(实施例4-2系列)的考察〕
根据实施例1~4与比较例2~4的比较,可知:依赖于LiFSI的浓度,阻抗及DCR(初始DCR、300次循环后DCR及60℃下耐久4周后DCR)降低,但通过将双三甲基硅基硫酸酯(化合物J)添加到电解液中,上述降低效果变得显著。
另外,根据实施例1~4与比较例2~4的比较,可知:依赖于LiFSI的浓度,保存前后的OCV差(ΔV)较大,即自放电增大,但通过将双三甲基硅基硫酸酯添加到电解液中,保存前后的OCV差(ΔV)较小,也就是说,抑制了自放电。
根据相同盐组成的实施例2~4与比较例2~4的比较、以及相同盐组成的比较例9与比较例1的比较,可知:与仅含有LiPF6的单类盐组成相比,含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成的因添加双三甲基硅基硫酸酯而得到的阻抗降低效果、自放电抑制效果及DCR上升率抑制效果较高。
将比较例1~4、比较例7、比较例9、实施例2~9进行比较可知:依赖于LiFSI浓度,低温循环后的电沉积量减少,负极的劣化程度降低。且可知:如果将双三甲基硅基硫酸酯添加到仅含有LiPF6的单类盐组成中,则在低温循环中负极上的锂电沉积量会增加,负极的劣化加剧。且可知:在含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成中,通过添加双三甲基硅基硫酸酯,低温循环后的电沉积量减少,抑制了负极的劣化。
关于与这些仅含有LiPF6的单类盐组成相比,含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成的双三甲基硅基硫酸酯的添加效果较高的原因,可以考虑到以下因素等:来源于LiFSI的阴离子成分的被膜形成于正负极界面,因而LiFSI的溶解性高,所以低温下的电解液粘度降低。
根据相同盐组成的实施例3与实施例5~8的比较,可知:通过使CO2溶解在含有双三甲基硅基硫酸酯的电解液中,阻抗及DCR降低效果和自放电抑制效果进一步提高。另外,可知:在电解液中的CO2溶解量超过10质量ppm(例如20质量ppm以上)时,这些效果变得显著。
关于通过溶解CO2可改善这些效果的原因,可以考虑到以下因素等:通过在正负极上形成来源于CO2的被膜,抑制了在保存过程中锂离子向正极的嵌入(插层(插入)反应);抑制了在正极上的副反应;以及改善了负极的低温充电接受性。
关于在含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成的电解液中溶解CO2所带来的自放电抑制效果高于在LiPF6单类盐组成的电解液中溶解CO2所带来的自放电抑制效果的原因,可以考虑到与以下因素有关:在充电时形成于正负极上的FSI阴离子成分的被膜与由CO2形成的碳酸锂成分的被膜之间的形成顺序。
根据相同盐组成的实施例5、9及比较例8的比较,可知:通过进一步将LiNO3添加到含有双三甲基硅基硫酸酯的电解液中,阻抗及DCR显著降低。另一方面,虽然自放电增大,但通过使CO2溶解在该电解液中,能够抑制因添加LiNO3而引起的自放电。
将相同盐组成下的、由于添加双三甲基硅基硫酸酯而引起的60℃下耐久4周后的DCR上升率进行比较,可知:与LiPF6单类盐组成相比,含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成的电解液的60℃下耐久4周后的DCR上升率显著降低,DCR上升率抑制效果较高。相同盐组成下的、由于添加双三甲基硅基硫酸酯而引起的300次循环后的DCR上升率也是如此。其原因也可以考虑到以下因素:由于LiFSI的阴离子被膜形成于正负极上。
<实施例4-3系列>
[实施例1~4]
将含有LiFSI(NIPPON SHOKUBAI CO.,LTD.制)及LiPF6(STELLACHEMIFACORPORATION制)的混合盐组成的电解质盐分别以成为表12所示的浓度的方式,溶解到作为电解液溶剂的碳酸乙烯酯(EC):碳酸甲乙酯(EMC)=3:7(体积比)组成的混合溶剂(KISHIDACHEMICAL Co.,Ltd.制)中。将双三氟甲基磺酸二叔丁基硅基酯(化合物K,Tokyo ChemicalIndustry Co.,Ltd.制)作为由通式(5)表示的含硫原子化合物(5),以成为表12所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,并搅拌1天,由此制备出非水电解液(参比电解液)。接着,按照除了不进行电解液的溶解工序这一点以外都与上述相同的方式,使用上述所得到的各参比电解液制作电池单体,并对电池单体进行了评估。其结果示于表12中。
[实施例5~9]
以与上述相同的方式制备非水电解液(参比电解液)。需要说明的是,在实施例9中,进一步将硝酸锂(LiNO3,Tokyo Chemical Industry Co.,Ltd.制)作为硝酸化合物(12),以成为表12所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,搅拌1天后用膜过滤器进行过滤。接着,使用上述所得的各参比电解液,以与上述相同的方式进行溶解工序。使用所得到的CO2溶解电解液,以与上述相同的方式制作电池单体,并对电池单体进行了评估。其结果示于表12中。
[比较例1~6、8、9]
将含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成的电解质盐、或仅含有LiPF6的单类盐组成的电解质盐分别以成为表12所示的浓度的方式溶解在与上述相同的混合溶剂中。在比较例1~4中,将上述所得的溶液作为非水电解液(参比电解液)使用。在比较例5中,进一步将双草酸硼酸锂(LiBOB,Tokyo Chemical Industry Co.,Ltd.制)作为氟草酸化合物(13),以成为表12所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,并搅拌1天,由此制备出非水电解液。在比较例6中,进一步将二氟草酸硼酸锂(LiDFOB,Tokyo Chemical Industry Co.,Ltd.制)作为氟草酸化合物(13),以成为表12所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,并搅拌1天,由此制备出非水电解液。在比较例8中,进一步将硝酸锂(LiNO3,Tokyo ChemicalIndustryCo.,Ltd.制)作为硝酸化合物(12),以成为表12所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,搅拌1天后用膜过滤器进行过滤,由此制备出非水电解液。在比较例9中,进一步将双三氟甲基磺酸二叔丁基硅基酯(化合物K)以成为表12所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,并搅拌1天,由此制备出非水电解液。接着,按照除了不进行电解液的溶解工序这一点以外都与上述相同的方式,使用上述所得到的各参比电解液制作电池单体,并对电池单体进行了评估。其结果示于表12中。
[比较例7]
将仅含有LiPF6的单类盐组成的电解质盐以成为表12所示的浓度的方式溶解在与上述相同的混合溶剂中,由此制备出非水电解液(参比电解液)。接着,使用上述所得的参比电解液,以与上述相同的方式进行溶解工序。使用所得到的CO2溶解电解液,以与上述相同的方式制作电池单体,并对电池单体进行了评估。其结果示于表12中。
【表12】
〔对表12(实施例4-3系列)的考察〕
根据实施例1~4与比较例2~4的比较,可知:依赖于LiFSI的浓度,阻抗及DCR(初始DCR及300次循环后DCR、60℃下耐久4周后的DCR)降低,但通过将双三氟甲基磺酸二叔丁基硅基酯(化合物K)添加到电解液中,上述降低效果变得显著。
另外,根据实施例1~4与比较例2~4的比较,可知:依赖于LiFSI的浓度,保存前后的OCV差(ΔV)较大,即自放电增大,但通过将双三氟甲基磺酸二叔丁基硅基酯添加到电解液中,保存前后的OCV差(ΔV)较小,也就是说,抑制了自放电。
根据相同盐组成的实施例2~4与比较例2~4的比较、以及相同盐组成的比较例9与比较例1的比较,可知:与仅含有LiPF6的单类盐组成相比,含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成的因添加双三氟甲基磺酸二叔丁基硅基酯而得到的阻抗及DCR降低效果、自放电抑制效果较高。
将比较例1~4、比较例7、比较例9、实施例2~9进行比较可知:依赖于LiFSI浓度,低温循环后的电沉积量减少,因低温充电而引起的负极的劣化程度降低。且可知:如果将双三氟甲基磺酸二叔丁基硅基酯添加到仅含有LiPF6的单类盐组成中,则在低温循环中负极上的锂电沉积量会增加,因低温充电而引起的负极的劣化加剧。且可知:在含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成中,通过添加双三氟甲基磺酸二叔丁基硅基酯,低温循环后的电沉积量减少,抑制了因低温充电而引起的负极的劣化。
关于与这些仅含有LiPF6的单类盐组成相比,含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成的双三氟甲基磺酸二叔丁基硅基酯的添加效果较高的原因,可以考虑到以下因素等:来源于LiFSI的阴离子成分的被膜形成于正负极界面,因而LiFSI的溶解性高,所以低温下的电解液粘度降低。
根据实施例1~8的比较,可知:依赖于LiFSI的浓度,保存前后的OCV差(ΔV)较大,即自放电增大,但通过使CO2溶解在含有双三氟甲基磺酸二叔丁基硅基酯的电解液中,保存前后的OCV差(ΔV)较小,也就是说,进一步抑制了自放电,并且进一步降低了阻抗及DCR。
关于通过溶解CO2可改善这些效果的原因,可以考虑到以下因素等:通过在正负极上形成来源于CO2的被膜,抑制了在保存过程中锂离子向正极的嵌入(插层(插入)反应);抑制了在正极上的副反应;以及改善了负极的低温充电接受性。
且可知:阻抗及DCR降低效果和自放电抑制效果在电解液中的CO2溶解量超过10质量ppm(例如20质量ppm以上)时变得显著。
关于在含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成的电解液中溶解CO2所带来的自放电抑制效果高于在LiPF6单类盐组成的电解液中溶解CO2所带来的自放电抑制效果的原因,可以考虑到与以下因素有关:在充电时形成于正负极上的FSI阴离子成分的被膜与由CO2形成的碳酸锂成分的被膜之间的形成顺序。
根据相同盐组成的实施例5、9及比较例8的比较,可知:通过进一步将LiNO3添加到含有双三氟甲基磺酸二叔丁基硅基酯的电解液中,阻抗及DCR显著降低。另一方面,虽然自放电增大,但通过使CO2溶解在该电解液中,能够抑制因添加LiNO3而引起的自放电。
将相同盐组成下的、由于添加双三氟甲基磺酸二叔丁基硅基酯而引起的60℃下耐久4周后的DCR上升率进行比较,可知:与LiPF6单类盐组成相比,含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成的电解液的60℃下耐久4周后的DCR上升率显著降低,DCR上升率抑制效果较高。相同盐组成下的、由于添加双三氟甲基磺酸二叔丁基硅基酯而引起的300次循环后的DCR上升率也是如此。其原因也可以考虑到以下因素:由于LiFSI的阴离子被膜形成于正负极上。
<实施例4-4系列>
[实施例1~4]
将含有LiFSI(NIPPON SHOKUBAI CO.,LTD.制)及LiPF6(STELLACHEMIFACORPORATION制)的混合盐组成的电解质盐分别以成为表13所示的浓度的方式,溶解到作为电解液溶剂的碳酸乙烯酯(EC):碳酸甲乙酯(EMC)=3:7(体积比)组成的混合溶剂(KISHIDACHEMICAL Co.,Ltd.制)中。将三氟甲磺酸叔丁基二甲基硅酯(化合物Z,Tokyo ChemicalIndustry Co.,Ltd.制)作为由通式(5)表示的含硫原子化合物(5),以成为表13所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,并搅拌1天,由此制备出非水电解液(参比电解液)。接着,按照除了不进行电解液的溶解工序这一点以外都与上述相同的方式,使用上述所得到的各参比电解液制作电池单体,并对电池单体进行了评估。其结果示于表13中。
[实施例5~9]
以与上述相同的方式制备非水电解液(参比电解液)。需要说明的是,在实施例9中,进一步将硝酸锂(LiNO3,Tokyo Chemical Industry Co.,Ltd.制)作为硝酸化合物(12),以成为表13所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,搅拌1天后用膜过滤器进行过滤。接着,使用上述所得的各参比电解液,以与上述相同的方式进行溶解工序。使用所得到的CO2溶解电解液,以与上述相同的方式制作电池单体,并对电池单体进行了评估。其结果示于表13中。
[比较例1~6、8、9]
将含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成的电解质盐、或仅含有LiPF6的单类盐组成的电解质盐分别以成为表13所示的浓度的方式溶解在与上述相同的混合溶剂中。在比较例1~4中,将上述所得的溶液作为非水电解液(参比电解液)使用。在比较例5中,进一步将双草酸硼酸锂(LiBOB,Tokyo Chemical Industry Co.,Ltd.制)作为氟草酸化合物(13),以成为表13所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,并搅拌1天,由此制备出非水电解液。在比较例6中,进一步将二氟草酸硼酸锂(LiDFOB,Tokyo Chemical Industry Co.,Ltd.制)作为氟草酸化合物(13),以成为表13所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,并搅拌1天,由此制备出非水电解液。在比较例8中,进一步将硝酸锂(LiNO3,Tokyo ChemicalIndustryCo.,Ltd.制)作为硝酸化合物(12),以成为表13所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,搅拌1天后用膜过滤器进行过滤,由此制备出非水电解液。在比较例9中,进一步将三氟甲磺酸叔丁基二甲基硅酯(化合物Z)以成为表13所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,并搅拌1天,由此制备出非水电解液。接着,按照除了不进行电解液的溶解工序这一点以外都与上述相同的方式,使用上述所得到的各参比电解液制作电池单体,并对电池单体进行了评估。其结果示于表13中。
[比较例7]
将仅含有LiPF6的单类盐组成的电解质盐以成为表13所示的浓度的方式溶解在与上述相同的混合溶剂中,由此制备出非水电解液(参比电解液)。接着,使用上述所得的参比电解液,以与上述相同的方式进行溶解工序。使用所得到的CO2溶解电解液,以与上述相同的方式制作电池单体,并对电池单体进行了评估。其结果示于表13中。
【表13】
〔对表13(实施例4-4系列)的考察〕
根据实施例1~4与比较例2~4的比较,可知:依赖于LiFSI的浓度,阻抗及DCR(初始DCR、300次循环后DCR及60℃下耐久4周后DCR)降低,但通过将三氟甲磺酸叔丁基二甲基硅酯(化合物Z)添加到电解液中,上述降低效果变得显著。另外,根据实施例1~4与比较例2~4的比较,可知:依赖于LiFSI的浓度,保存前后的OCV差(ΔV)较大,即自放电增大,但通过将三氟甲磺酸叔丁基二甲基硅酯添加到电解液中,保存前后的OCV差(ΔV)较小,也就是说,抑制了自放电。
根据相同盐组成的实施例2~4与比较例2~4的比较、以及相同盐组成的比较例9与比较例1的比较,可知:与仅含有LiPF6的单类盐组成相比,含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成的因添加三氟甲磺酸叔丁基二甲基硅酯而得到的阻抗及DCR降低效果、以及自放电抑制效果较高。
将比较例1~4、比较例7、比较例9、实施例2~9进行比较可知:依赖于LiFSI浓度,低温循环后的电沉积量减少,因低温充电而引起的负极的劣化程度降低。且可知:如果将三氟甲磺酸叔丁基二甲基硅酯添加到仅含有LiPF6的单类盐组成中,则在低温循环中负极上的锂电沉积量会增加,因低温充电而引起的负极的劣化加剧。且可知:在含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成中,通过添加三氟甲磺酸叔丁基二甲基硅酯,低温循环后的电沉积量减少,抑制了因低温充电而引起的负极的劣化。
关于与这些仅含有LiPF6的单类盐组成相比,含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成的三氟甲磺酸叔丁基二甲基硅酯的添加效果较高的原因,可以考虑到以下因素等:来源于LiFSI的阴离子成分的被膜形成于正负极界面,因而LiFSI的溶解性高,所以低温下的电解液粘度降低。
根据实施例1~8的比较,可知:依赖于LiFSI的浓度,保存前后的OCV差(ΔV)较大,即自放电增大,但通过使CO2溶解在含有三氟甲磺酸叔丁基二甲基硅酯的电解液中,保存前后的OCV差(ΔV)较小,也就是说,进一步抑制了自放电,并且进一步降低了阻抗及DCR。
关于通过溶解CO2可改善这些效果的原因,可以考虑到以下因素等:通过在正负极上形成来源于CO2的被膜,抑制了在保存过程中锂离子向正极的嵌入(插层(插入)反应);抑制了在正极上的副反应;以及改善了负极的低温充电接受性。
且可知:阻抗及DCR降低效果和自放电抑制效果在电解液中的CO2溶解量超过10质量ppm(例如20质量ppm以上)时变得显著。
关于在含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成的电解液中溶解CO2所带来的自放电抑制效果高于在LiPF6单类盐组成的电解液中溶解CO2所带来的自放电抑制效果的原因,可以考虑到与以下因素有关:在充电时形成于正负极上的FSI阴离子成分的被膜与由CO2形成的碳酸锂成分的被膜之间的形成顺序等。
根据相同盐组成的实施例5、9及比较例8的比较,可知:通过进一步将LiNO3添加到含有三氟甲磺酸叔丁基二甲基硅酯的电解液中,阻抗及DCR显著降低。另一方面,虽然自放电增大,但通过使CO2溶解在该电解液中,能够抑制因添加LiNO3而引起的自放电。
将相同盐组成下的、由于添加三氟甲磺酸叔丁基二甲基硅酯而引起的60℃下耐久4周后的DCR上升率进行比较,可知:与LiPF6单类盐组成相比,含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成的电解液的60℃下耐久4周后的DCR上升率显著降低,DCR上升率抑制效果较高。相同盐组成下的、由于添加三氟甲磺酸叔丁基二甲基硅酯而引起的300次循环后的DCR上升率也是如此。其原因也可以考虑到以下因素:由于LiFSI的阴离子被膜形成于正负极上。
<实施例5-1系列>
[实施例1~4]
将含有LiFSI(NIPPON SHOKUBAI CO.,LTD.制)及LiPF6(STELLACHEMIFACORPORATION制)的混合盐组成的电解质盐分别以成为表14所示的浓度的方式,溶解到作为电解液溶剂的碳酸乙烯酯(EC):碳酸甲乙酯(EMC)=3:7(体积比)组成的混合溶剂(KISHIDACHEMICAL Co.,Ltd.制)中。将双(2,2,2-三氟乙基)亚磷酸酯(化合物L,Tokyo ChemicalIndustry Co.,Ltd.制)作为由通式(6)表示的含磷原子化合物(6),以成为表14所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,并搅拌1天,由此制备出非水电解液(参比电解液)。接着,按照除了不进行电解液的溶解工序这一点以外都与上述相同的方式,使用上述所得到的各参比电解液制作电池单体,并对电池单体进行了评估。其结果示于表14中。
[实施例5~9]
以与上述相同的方式制备非水电解液(参比电解液)。需要说明的是,在实施例9中,进一步将硝酸锂(LiNO3,Tokyo Chemical Industry Co.,Ltd.制)作为硝酸化合物(12),以成为表14所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,搅拌1天后用膜过滤器进行过滤。接着,使用上述所得的各参比电解液,以与上述相同的方式进行溶解工序。使用所得到的CO2溶解电解液,以与上述相同的方式制作电池单体,并对电池单体进行了评估。其结果示于表14中。
[比较例1~6、8、9]
将含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成的电解质盐、或仅含有LiPF6的单类盐组成的电解质盐分别以成为表14所示的浓度的方式溶解在与上述相同的混合溶剂中。在比较例1~4中,将上述所得的溶液作为非水电解液(参比电解液)使用。在比较例5中,进一步将双草酸硼酸锂(LiBOB,Tokyo Chemical Industry Co.,Ltd.制)作为氟草酸化合物(13),以成为表14所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,并搅拌1天,由此制备出非水电解液。在比较例6中,进一步将二氟草酸硼酸锂(LiDFOB,Tokyo Chemical Industry Co.,Ltd.制)作为氟草酸化合物(13),以成为表14所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,并搅拌1天,由此制备出非水电解液。在比较例8中,进一步将硝酸锂(LiNO3,Tokyo ChemicalIndustryCo.,Ltd.制)作为硝酸化合物(12),以成为表14所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,搅拌1天后用膜过滤器进行过滤,由此制备出非水电解液。在比较例9中,进一步将双(2,2,2-三氟乙基)亚磷酸酯(化合物L)以成为表14所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,并搅拌1天,由此制备出非水电解液。接着,按照除了不进行电解液的溶解工序这一点以外都与上述相同的方式,使用上述所得到的各参比电解液制作电池单体,并对电池单体进行了评估。其结果示于表14中。
[比较例7]
将仅含有LiPF6的单类盐组成的电解质盐以成为表14所示的浓度的方式溶解在与上述相同的混合溶剂中,由此制备出非水电解液(参比电解液)。接着,使用上述所得的参比电解液,以与上述相同的方式进行溶解工序。使用所得到的CO2溶解电解液,以与上述相同的方式制作电池单体,并对电池单体进行了评估。其结果示于表14中。
【表14】
〔对表14(实施例5-1系列)的考察〕
根据实施例1~4与比较例2~4的比较,可知:依赖于LiFSI的浓度,阻抗及DCR(初始DCR、300次循环后DCR及60℃下耐久4周后DCR)降低,但通过将双(2,2,2-三氟乙基)亚磷酸酯(化合物L)添加到电解液中,上述降低效果变得显著。
另外,根据实施例1~4与比较例2~4的比较,可知:依赖于LiFSI的浓度,保存前后的OCV差(ΔV)较大,即自放电增大,但通过将双(2,2,2-三氟乙基)亚磷酸酯添加到电解液中,保存前后的OCV差(ΔV)较小,也就是说,抑制了自放电。
根据相同盐组成的实施例2~4与比较例2~4的比较、以及相同盐组成的比较例9与比较例1的比较,可知:与仅含有LiPF6的单类盐组成相比,含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成的因添加双(2,2,2-三氟乙基)亚磷酸酯而得到的阻抗降低效果、自放电抑制效果及DCR上升率抑制效果较高。
将比较例1~4、比较例7、比较例9、实施例2~9进行比较可知:依赖于LiFSI浓度,低温循环后的电沉积量减少,因低温充电而引起的负极的劣化程度降低。且可知:如果将双(2,2,2-三氟乙基)亚磷酸酯添加到仅含有LiPF6的单类盐组成中,则在低温循环中负极上的锂电沉积量会增加,因低温充电而引起的负极的劣化加剧。且可知:在含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成中,通过添加双(2,2,2-三氟乙基)亚磷酸酯,低温循环后的电沉积量减少,抑制了因低温充电而引起的负极的劣化。
关于与这些仅含有LiPF6的单类盐组成相比,含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成的双(2,2,2-三氟乙基)亚磷酸酯的添加效果较高的原因,可以考虑到以下因素等:来源于LiFSI的阴离子成分的被膜形成于正负极界面,因而LiFSI的溶解性高,所以低温下的电解液粘度降低。
根据相同盐组成的实施例3与实施例5~8的比较,可知:通过使CO2溶解在含有双(2,2,2-三氟乙基)亚磷酸酯的电解液中,阻抗及DCR降低效果和自放电抑制效果进一步提高。另外,可知:在电解液中的CO2溶解量超过10质量ppm(例如20质量ppm以上)时,这些效果变得显著。
关于通过溶解CO2可改善这些效果的原因,可以考虑到以下因素等:通过在正负极上形成来源于CO2的被膜,抑制了在保存过程中锂离子向正极的嵌入(插层(插入)反应);抑制了在正极上的副反应;以及改善了负极的低温充电接受性。
根据相同盐组成的实施例5、9及比较例8的比较,可知:通过进一步将LiNO3添加到含有双(2,2,2-三氟乙基)亚磷酸酯的电解液中,阻抗及DCR显著降低。另一方面,虽然自放电增大,但通过使CO2溶解在该电解液中,能够抑制因添加LiNO3而引起的自放电。
关于在含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成的电解液中溶解CO2所带来的自放电抑制效果高于在LiPF6单类盐组成的电解液中溶解CO2所带来的自放电抑制效果的原因,可以考虑到与以下因素有关:在充电时形成于正负极上的FSI阴离子成分的被膜与由CO2形成的碳酸锂成分的被膜之间的形成顺序等。
将相同盐组成下的、由于添加双(2,2,2-三氟乙基)亚磷酸酯而引起的60℃下耐久4周后的DCR上升率进行比较,可知:与LiPF6单类盐组成相比,含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成的电解液的60℃下耐久4周后的DCR上升率显著降低,DCR上升率抑制效果较高。相同盐组成下的、由于添加双(2,2,2-三氟乙基)亚磷酸酯而引起的300次循环后的DCR上升率也是如此。其原因也可以考虑到以下因素:由于LiFSI的阴离子被膜形成于正负极上。
<实施例5-2系列>
[实施例1~4]
将含有LiFSI(NIPPON SHOKUBAI CO.,LTD.制)及LiPF6(STELLACHEMIFACORPORATION制)的混合盐组成的电解质盐分别以成为表15所示的浓度的方式,溶解到作为电解液溶剂的碳酸乙烯酯(EC):碳酸甲乙酯(EMC)=3:7(体积比)组成的混合溶剂(KISHIDACHEMICAL Co.,Ltd.制)中。将聚磷酸三甲基硅酯(化合物M,Sigma-AldrichCo.LLC制)作为由通式(6)表示的含磷原子化合物(6),以成为表15所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,并搅拌1天,由此制备出非水电解液(参比电解液)。接着,按照除了不进行电解液的溶解工序这一点以外都与上述相同的方式,使用上述所得到的各参比电解液制作电池单体,并对电池单体进行了评估。其结果示于表15中。
(31P-NMR分析)
通过31P-NMR对上述Sigma-Aldrich Co.LLC制试剂的聚磷酸三甲基硅酯(化合物M)进行分析,结果确认到2个峰,即:在化学位移-28ppm~-33ppm处出现的峰(Pt)、以及在化学位移-35ppm~-41ppm处出现的峰(Pm)。2个峰的积分比为Pt:Pm=1.00:1.43。另一方面,没有确认到在-41ppm~-45ppm处出现的峰(Pb)。需要说明的是,31P-NMR测量使用JEOL(日本电子)制造的JNM-ECA500装置,使用双样品管作为试样管进行测量,并将加入到其中一支管中的H3PO4的磷的峰作为0ppm,来确定化学位移。
[实施例5~9]
以与上述相同的方式制备非水电解液(参比电解液)。需要说明的是,在实施例9中,进一步将硝酸锂(LiNO3,Tokyo Chemical Industry Co.,Ltd.制)作为硝酸化合物(12),以成为表15所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,搅拌1天后用膜过滤器进行过滤。接着,使用上述所得的各参比电解液,以与上述相同的方式进行溶解工序。使用所得到的CO2溶解电解液,以与上述相同的方式制作电池单体,并对电池单体进行了评估。其结果示于表15中。
[比较例1~6、8、9]
将含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成的电解质盐、或仅含有LiPF6的单类盐组成的电解质盐分别以成为表15所示的浓度的方式溶解在与上述相同的混合溶剂中。在比较例1~4中,将上述所得的溶液作为非水电解液(参比电解液)使用。在比较例5中,进一步将双草酸硼酸锂(LiBOB,Tokyo Chemical Industry Co.,Ltd.制)作为氟草酸化合物(13),以成为表15所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,并搅拌1天,由此制备出非水电解液。在比较例6中,进一步将二氟草酸硼酸锂(LiDFOB,Tokyo Chemical Industry Co.,Ltd.制)作为氟草酸化合物(13),以成为表15所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,并搅拌1天,由此制备出非水电解液。在比较例8中,进一步将硝酸锂(LiNO3,Tokyo ChemicalIndustryCo.,Ltd.制)作为硝酸化合物(12),以成为表15所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,搅拌1天后用膜过滤器进行过滤,由此制备出非水电解液。在比较例9中,进一步将聚磷酸三甲基硅酯(化合物M)以成为表15所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,并搅拌1天,由此制备出非水电解液。接着,按照除了不进行电解液的溶解工序这一点以外都与上述相同的方式,使用上述所得到的各参比电解液制作电池单体,并对电池单体进行了评估。其结果示于表15中。
[比较例7]
将仅含有LiPF6的单类盐组成的电解质盐以成为表15所示的浓度的方式溶解在与上述相同的混合溶剂中,由此制备出非水电解液(参比电解液)。接着,使用上述所得的参比电解液,以与上述相同的方式进行溶解工序。使用所得到的CO2溶解电解液,以与上述相同的方式制作电池单体,并对电池单体进行了评估。其结果示于表15中。
【表15】
〔对表15(实施例5-2系列)的考察〕
根据实施例1~4与比较例2~4的比较,可知:依赖于LiFSI的浓度,阻抗及DCR(初始DCR、300次循环后DCR及60℃下耐久4周后DCR)降低,但通过将聚磷酸三甲基硅酯(化合物M)添加到电解液中,上述降低效果变得显著。
另外,根据实施例1~4与比较例2~4的比较,可知:依赖于LiFSI的浓度,保存前后的OCV差(ΔV)较大,即自放电增大,但通过将聚磷酸三甲基硅酯添加到电解液中,保存前后的OCV差(ΔV)较小,也就是说,抑制了自放电。
根据相同盐组成的实施例2~4与比较例2~4的比较、以及相同盐组成的比较例9与比较例1的比较,可知:与仅含有LiPF6的单类盐组成相比,含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成的因添加聚磷酸三甲基硅酯而得到的阻抗降低效果、自放电抑制效果及DCR上升率抑制效果较高。
将比较例1~4、比较例7、比较例9、实施例2~9进行比较可知:依赖于LiFSI浓度,低温循环后的电沉积量减少,因低温充电而引起的负极的劣化程度降低。且可知:如果将聚磷酸三甲基硅酯添加到仅含有LiPF6的单类盐组成中,则在低温循环中负极上的锂电沉积量会增加,因低温充电而引起的负极的劣化加剧。且可知:在含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成中,通过添加聚磷酸三甲基硅酯,低温循环后的电沉积量减少,抑制了因低温充电而引起的负极的劣化。
关于与这些仅含有LiPF6的单类盐组成相比,含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成的聚磷酸三甲基硅酯的添加效果较高的原因,可以考虑到以下因素等:来源于LiFSI的阴离子成分的被膜形成于正负极界面,因而LiFSI的溶解性高,所以低温下的电解液粘度降低。
根据相同盐组成的实施例3与实施例5~8的比较,可知:通过使CO2溶解在含有聚磷酸三甲基硅酯的电解液中,阻抗及DCR降低效果和自放电抑制效果进一步提高。另外,可知:在电解液中的CO2溶解量超过10质量ppm(例如20质量ppm以上)时,这些效果变得显著。
关于通过溶解CO2可改善这些效果的原因,可以考虑到以下因素等:通过在正负极上形成来源于CO2的被膜,抑制了在保存过程中锂离子向正极的嵌入(插层(插入)反应);抑制了在正极上的副反应;以及改善了负极的低温充电接受性。
根据相同盐组成的实施例5、9及比较例8的比较,可知:通过进一步将LiNO3添加到含有聚磷酸三甲基硅酯的电解液中,阻抗及DCR显著降低。另一方面,虽然自放电增大,但通过使CO2溶解在该电解液中,能够抑制因添加LiNO3而引起的自放电。
关于在含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成的电解液中溶解CO2所带来的自放电抑制效果高于在LiPF6单类盐组成的电解液中溶解CO2所带来的自放电抑制效果的原因,可以考虑到与以下因素有关:在充电时形成于正负极上的FSI阴离子成分的被膜与由CO2形成的碳酸锂成分的被膜之间的形成顺序等。
将相同盐组成下的、由于添加聚磷酸三甲基硅酯而引起的60℃下耐久4周后的DCR上升率进行比较,可知:与LiPF6单类盐组成相比,含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成的电解液的60℃下耐久4周后的DCR上升率显著降低,DCR上升率抑制效果较高。相同盐组成下的、由于添加聚磷酸三甲基硅酯而引起的300次循环后的DCR上升率也是如此。其原因也可以考虑到以下因素:由于LiFSI的阴离子被膜形成于正负极上。
<实施例5-2(2)系列>
(聚磷酸三甲基硅酯的合成)
使1.553g五氧化二磷分散在作为溶剂的10mL二氯甲烷中,一边搅拌一边缓缓滴入1.710g六亚甲基二硅氧烷(hexamethylenedisiloxane)后,在室温下搅拌1天左右。然后,通过蒸馏去除掉溶剂,从而合成聚磷酸三甲基硅酯(化合物M2)。
(31P-NMR分析)
通过31P-NMR以与上述相同的方式对合成得到的聚磷酸三甲基硅酯(化合物M2)进行分析,结果确认到3个峰,即:在化学位移-28ppm~-33ppm处出现的峰(Pt)、在化学位移-35ppm~-41ppm处出现的峰(Pm)、以及在化学位移-41ppm~-45ppm处出现的峰(Pb)。3个峰的积分比为Pt:Pm:Pb=1.00:6.73:1.00。根据该分析结果,可以推测出:化合物M2是含有较多支链结构(由上述结构式(6a-3)表示的支链结构)的聚磷酸三甲基硅酯。
[实施例1~4]
将含有LiFSI(NIPPON SHOKUBAI CO.,LTD.制)及LiPF6(STELLACHEMIFACORPORATION制)的混合盐组成的电解质盐分别以成为表15-2所示的浓度的方式,溶解到作为电解液溶剂的碳酸乙烯酯(EC):碳酸甲乙酯(EMC)=3:7(体积比)组成的混合溶剂(KISHIDA CHEMICAL Co.,Ltd.制)中。将聚磷酸三甲基硅酯(化合物M2)作为由通式(6)表示的含磷原子化合物(6),以成为表15-2所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,并搅拌1天,由此制备出非水电解液(参比电解液)。接着,按照除了不进行电解液的溶解工序这一点以外都与上述相同的方式,使用上述所得到的各参比电解液制作电池单体,并对电池单体进行了评估。其结果示于表15-2中。
[实施例5~8]
以与上述相同的方式制备非水电解液(参比电解液)。接着,使用上述所得的各参比电解液,以与上述相同的方式进行溶解工序。使用所得到的CO2溶解电解液,以与上述相同的方式制作电池单体,并对电池单体进行了评估。其结果示于表15-2中。
[比较例1~5]
将含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成的电解质盐、或仅含有LiPF6的单类盐组成的电解质盐分别以成为表15-2所示的浓度的方式溶解在与上述相同的混合溶剂中。在比较例1~4中,将上述所得的溶液作为非水电解液(参比电解液)使用。在比较例5中,进一步将聚磷酸三甲基硅酯(化合物M2)以成为表15-2所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,并搅拌1天,由此制备出非水电解液。接着,除了不进行电解液的溶解工序这一点以外都与上述相同,使用上述所得的各参比电解液制作电池单体,并对电池单体进行了评估。其结果示于表15-2中。
【表15-2】
〔对表15-2(实施例5-2(2)系列)的考察〕
根据实施例1~4与比较例2~4的比较,可知:依赖于LiFSI的浓度,阻抗及DCR(初始DCR、300次循环后DCR及60℃下耐久4周后DCR)降低,但通过将聚磷酸三甲基硅酯(化合物M2)添加到电解液中,上述降低效果变得显著。
另外,根据实施例1~4与比较例2~4的比较,可知:依赖于LiFSI的浓度,保存前后的OCV差(ΔV)较大,即自放电增大,但通过将聚磷酸三甲基硅酯添加到电解液中,保存前后的OCV差(ΔV)较小,也就是说,抑制了自放电。另外,虽然原因不明,但可知:即使在聚磷酸三甲基硅酯中,经31P-NMR分析而确认到Pb峰的合成物(化合物M2)比经31P-NMR分析而未确认到Pb峰的Sigma-Aldrich Co.LLC制试剂(化合物M)更能抑制自放电。
根据相同盐组成的实施例2~4与比较例2~4的比较、以及相同盐组成的比较例5与比较例1的比较,可知:与仅含有LiPF6的单类盐组成相比,含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成的因添加聚磷酸三甲基硅酯而得到的阻抗降低效果、自放电抑制效果及DCR上升率抑制效果较高。
将比较例1~5、实施例2~8进行比较可知:依赖于LiFSI浓度,低温循环后的电沉积量减少,因低温充电而引起的负极的劣化程度降低。且可知:如果将聚磷酸三甲基硅酯添加到仅含有LiPF6的单类盐组成中,则在低温循环中负极上的锂电沉积量会增加,因低温充电而引起的负极的劣化加剧。且可知:在含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成中,通过添加聚磷酸三甲基硅酯,低温循环后的电沉积量减少,抑制了因低温充电而引起的负极的劣化。
关于与这些仅含有LiPF6的单类盐组成相比,含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成的聚磷酸三甲基硅酯的添加效果较高的原因,可以考虑到以下因素等:来源于LiFSI的阴离子成分的被膜形成于正负极界面,因而LiFSI的溶解性高,所以低温下的电解液粘度降低。
根据相同盐组成的实施例3与实施例5~8的比较,可知:通过使CO2溶解在含有聚磷酸三甲基硅酯的电解液中,阻抗及DCR降低效果和自放电抑制效果进一步提高。另外,可知:在电解液中的CO2溶解量超过10质量ppm(例如20质量ppm以上)时,这些效果变得显著。
关于通过溶解CO2可改善这些效果的原因,可以考虑到以下因素等:通过在正负极上形成来源于CO2的被膜,抑制了在保存过程中锂离子向正极的嵌入(插层(插入)反应);抑制了在正极上的副反应;以及改善了负极的低温充电接受性。
将相同盐组成下的、由于添加聚磷酸三甲基硅酯而引起的60℃下耐久4周后的DCR上升率进行比较,可知:与LiPF6单类盐组成相比,含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成的电解液的60℃下耐久4周后的DCR上升率显著降低,DCR上升率抑制效果较高。相同盐组成下的、由于添加聚磷酸三甲基硅酯而引起的300次循环后的DCR上升率也是如此。其原因也可以考虑到以下因素:由于LiFSI的阴离子被膜形成于正负极上。
<实施例5-2(3)系列>
(聚磷酸三甲基硅酯的合成)
使1.553g五氧化二磷分散在作为溶剂的10mL甲苯中,一边搅拌一边缓缓滴入1.710g六亚甲基二硅氧烷(hexamethylenedisiloxane)后,在室温下搅拌1天左右。然后,通过蒸馏去除掉溶剂,从而合成聚磷酸三甲基硅酯(化合物M3)。
(31P-NMR分析)
通过31P-NMR以与上述相同的方式对合成得到的聚磷酸三甲基硅酯(化合物M3)进行分析,结果确认到3个峰,即:在化学位移-28ppm~-33ppm处出现的峰(Pt)、在化学位移-35ppm~-41ppm处出现的峰(Pm)、以及在化学位移-41ppm~-45ppm处出现的峰(Pb)。3个峰的积分比为Pt:Pm:Pb=1.00:6.51:0.81。根据该分析结果,可以推测出:化合物M3是含有较多支链结构(由上述结构式(6a-3)表示的支链结构)的聚磷酸三甲基硅酯。
[实施例1~4]
将含有LiFSI(NIPPON SHOKUBAI CO.,LTD.制)及LiPF6(STELLACHEMIFACORPORATION制)的混合盐组成的电解质盐分别以成为表15-3所示的浓度的方式,溶解到作为电解液溶剂的碳酸乙烯酯(EC):碳酸甲乙酯(EMC)=3:7(体积比)组成的混合溶剂(KISHIDA CHEMICAL Co.,Ltd.制)中。将聚磷酸三甲基硅酯(化合物M3)作为由通式(6)表示的含磷原子化合物(6),以成为表15-3所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,并搅拌1天,由此制备出非水电解液(参比电解液)。接着,按照除了不进行电解液的溶解工序这一点以外都与上述相同的方式,使用上述所得到的各参比电解液制作电池单体,并对电池单体进行了评估。其结果示于表15-3中。
[实施例5~8]
以与上述相同的方式制备非水电解液(参比电解液)。接着,使用上述所得的各参比电解液,以与上述相同的方式进行溶解工序。使用得到的CO2溶解电解液,以与上述相同的方式制作电池单体,并对电池单体进行了评估。其结果示于表15-3中。
[比较例1~5]
将含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成的电解质盐、或仅含有LiPF6的单类盐组成的电解质盐分别以成为表15-3所示的浓度的方式溶解在与上述相同的混合溶剂中。在比较例1~4中,将上述所得的溶液作为非水电解液(参比电解液)使用。在比较例5中,进一步将聚磷酸三甲基硅酯(化合物M3)以成为表15-3所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,并搅拌1天,由此制备出非水电解液。接着,除了不进行电解液的溶解工序这一点以外都与上述相同,使用上述所得的各参比电解液制作电池单体,并对电池单体进行了评估。其结果示于表15-3中。
【表15-3】
〔对表15-3(实施例5-2(3)系列)的考察〕
根据实施例1~4与比较例2~4的比较,可知:依赖于LiFSI的浓度,阻抗及DCR(初始DCR、300次循环后DCR及60℃下耐久4周后DCR)降低,但通过将聚磷酸三甲基硅酯(化合物M3)添加到电解液中,上述降低效果变得显著。
另外,根据实施例1~4与比较例2~4的比较,可知:依赖于LiFSI的浓度,保存前后的OCV差(ΔV)较大,即自放电增大,但通过将聚磷酸三甲基硅酯添加到电解液中,保存前后的OCV差(ΔV)较小,也就是说,抑制了自放电。另外,虽然原因不明,但可知:即使在聚磷酸三甲基硅酯中,经31P-NMR分析而确认到Pb峰的合成物(化合物M3)比经31P-NMR分析而未确认到Pb峰的Sigma-Aldrich Co.LLC制试剂(化合物M)更能抑制自放电。
根据相同盐组成的实施例2~4与比较例2~4的比较、以及相同盐组成的比较例5与比较例1的比较,可知:与仅含有LiPF6的单类盐组成相比,含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成的因添加聚磷酸三甲基硅酯而得到的阻抗降低效果、自放电抑制效果及DCR上升率抑制效果较高。
将比较例1~5、实施例2~8进行比较可知:依赖于LiFSI浓度,低温循环后的电沉积量减少,因低温充电而引起的负极的劣化程度降低。且可知:如果将聚磷酸三甲基硅酯添加到仅含有LiPF6的单类盐组成中,则在低温循环中负极上的锂电沉积量会增加,因低温充电而引起的负极的劣化加剧。且可知:在含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成中,通过添加聚磷酸三甲基硅酯,低温循环后的电沉积量减少,抑制了因低温充电而引起的负极的劣化。
关于与这些仅含有LiPF6的单类盐组成相比,含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成的聚磷酸三甲基硅酯的添加效果较高的原因,可以考虑到以下因素等:来源于LiFSI的阴离子成分的被膜形成于正负极界面,因而LiFSI的溶解性高,所以低温下的电解液粘度降低。
根据相同盐组成的实施例3与实施例5~8的比较,可知:通过使CO2溶解在含有聚磷酸三甲基硅酯的电解液中,阻抗及DCR降低效果和自放电抑制效果进一步提高。另外,可知:在电解液中的CO2溶解量超过10质量ppm(例如20质量ppm以上)时,这些效果变得显著。
关于通过溶解CO2可改善这些效果的原因,可以考虑到以下因素等:通过在正负极上形成来源于CO2的被膜,抑制了在保存过程中锂离子向正极的嵌入(插层(插入)反应);抑制了在正极上的副反应;以及改善了负极的低温充电接受性。
将相同盐组成下的、由于添加聚磷酸三甲基硅酯而引起的60℃下耐久4周后的DCR上升率进行比较,可知:与LiPF6单类盐组成相比,含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成的电解液的60℃下耐久4周后的DCR上升率显著降低,DCR上升率抑制效果较高。相同盐组成下的、由于添加聚磷酸三甲基硅酯而引起的300次循环后的DCR上升率也是如此。其原因也可以考虑到以下因素:由于LiFSI的阴离子被膜形成于正负极上。
<实施例5-2(4)系列>
(聚磷酸乙酯的合成)
将10g五氧化二磷、作为溶剂的10g氯仿及20g乙醚放入试管中,在35℃下以900rpm搅拌3天。然后,用蒸发器蒸馏去除掉溶剂,并进行24小时真空干燥,从而合成聚磷酸乙酯(化合物T)。
(31P-NMR分析)
通过31P-NMR以与上述相同的方式对合成得到的聚磷酸乙酯(化合物T)进行分析,结果确认到3个峰,即:在化学位移-12ppm~-15ppm处出现的峰(Pt)、在化学位移-25ppm~-31ppm处出现的峰(Pm)、以及在化学位移-39ppm~-46ppm处出现的峰(Pb)。3个峰的积分比为Pt:Pm:Pb=1.00:3.59:0.42。根据该分析结果,可以推测出:化合物T是含有较多支链结构(由上述结构式(6a-3)表示的支链结构)的聚磷酸乙酯。
[实施例1~4]
将含有LiFSI(NIPPON SHOKUBAI CO.,LTD.制)及LiPF6(STELLACHEMIFACORPORATION制)的混合盐组成的电解质盐分别以成为表15-4所示的浓度的方式,溶解到作为电解液溶剂的碳酸乙烯酯(EC):碳酸甲乙酯(EMC)=3:7(体积比)组成的混合溶剂(KISHIDA CHEMICAL Co.,Ltd.制)中。将聚磷酸乙酯(化合物T)作为由通式(6)表示的含磷原子化合物(6),以成为表15-4所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,并搅拌1天,由此制备出非水电解液(参比电解液)。接着,按照除了不进行电解液的溶解工序这一点以外都与上述相同的方式,使用上述所得到的各参比电解液制作电池单体,并对电池单体进行了评估。其结果示于表15-4中。
[实施例5~8]
以与上述相同的方式制备非水电解液(参比电解液)。接着,使用上述所得的各参比电解液,以与上述相同的方式进行溶解工序。使用所得到的CO2溶解电解液,以与上述相同的方式制作电池单体,并对电池单体进行了评估。其结果示于表15-4中。
[比较例1~5]
将含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成的电解质盐、或仅含有LiPF6的单类盐组成的电解质盐分别以成为表15-4所示的浓度的方式溶解在与上述相同的混合溶剂中。在比较例1~4中,将上述所得的溶液作为非水电解液(参比电解液)使用。在比较例5中,进一步将聚磷酸乙酯(化合物T)以成为表15-4所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,并搅拌1天,由此制备出非水电解液。接着,按照除了不进行电解液的溶解工序这一点以外都与上述相同的方式,使用上述所得到的各参比电解液制作电池单体,并对电池单体进行了评估。其结果示于表15-4中。
【表15-4】
〔对表15-4(实施例5-2(4)系列)的考察〕
根据实施例1~4与比较例2~4的比较,可知:依赖于LiFSI的浓度,阻抗及DCR(初始DCR、300次循环后DCR及60℃下耐久4周后DCR)降低,但通过将聚磷酸乙酯(化合物T)添加到电解液中,上述降低效果变得显著。
另外,根据实施例1~4与比较例2~4的比较,可知:依赖于LiFSI的浓度,保存前后的OCV差(ΔV)较大,即自放电增大,但通过将聚磷酸乙酯添加到电解液中,保存前后的OCV差(ΔV)较小,也就是说,抑制了自放电。
根据相同盐组成的实施例2~4与比较例2~4的比较、以及相同盐组成的比较例5与比较例1的比较,可知:与仅含有LiPF6的单类盐组成相比,含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成的因添加聚磷酸乙酯而得到的阻抗降低效果、自放电抑制效果及DCR上升率抑制效果较高。
关于与这些仅含有LiPF6的单类盐组成相比,含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成的聚磷酸乙酯的添加效果较高的原因,可以考虑到以下因素等:来源于LiFSI的阴离子成分的被膜形成于正负极界面,因而LiFSI的溶解性高,所以低温下的电解液粘度降低。
根据相同盐组成的实施例3与实施例5~8的比较,可知:通过使CO2溶解在含有聚磷酸乙酯的电解液中,阻抗及DCR降低效果和自放电抑制效果进一步提高。另外,可知:在电解液中的CO2溶解量超过10质量ppm(例如20质量ppm以上)时,这些效果变得显著。
关于通过溶解CO2可改善这些效果的原因,可以考虑到以下因素等:通过在正负极上形成来源于CO2的被膜,抑制了在保存过程中锂离子向正极的嵌入(插层(插入)反应);抑制了在正极上的副反应;以及改善了负极的低温充电接受性。
将相同盐组成下的、由于添加聚磷酸乙酯而引起的60℃下耐久4周后的DCR上升率进行比较,可知:与LiPF6单类盐组成相比,含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成的电解液的60℃下耐久4周后的DCR上升率显著降低,DCR上升率抑制效果较高。相同盐组成下的、由于添加聚磷酸乙酯而引起的300次循环后的DCR上升率也是如此。其原因也可以考虑到以下因素:由于LiFSI的阴离子被膜形成于正负极上。
<实施例5-2(5)系列>
(聚磷酸(三异丙基硅)酯的合成)
在使0.53g溴化铟(III)溶解在30mL四氢呋喃中后,加入4.75g三异丙基硅烷,在室温下搅拌1天,使其进行反应。向反应后的溶液中加入30mL己烷并静置,溶液分离成2层。对分液回収到的上层进行减压浓缩,得到无色液体即4.01g六异丙基二硅氧烷。接着,将五氧化磷1.55g和上述所得的1.70g六异丙基二硅氧烷加入到10mL二氯甲烷中,在35℃下搅拌3天,使其进行反应。对反应后的溶液进行过滤,并进行减压浓缩,由此合成得到粘稠性液体即2.10g聚磷酸(三异丙基硅)酯(化合物W)。
[实施例1~4]
将含有LiFSI(NIPPON SHOKUBAI CO.,LTD.制)及LiPF6(STELLACHEMIFACORPORATION制)的混合盐组成的电解质盐分别以成为表15-5所示的浓度的方式,溶解到作为电解液溶剂的碳酸乙烯酯(EC):碳酸甲乙酯(EMC)=3:7(体积比)组成的混合溶剂(KISHIDA CHEMICAL Co.,Ltd.制)中。将聚磷酸(三异丙基硅)酯(化合物W)作为由通式(6)表示的含磷原子化合物(6),以成为表15-5所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,并搅拌1天,由此制备出非水电解液(参比电解液)。接着,按照除了不进行电解液的溶解工序这一点以外都与上述相同的方式,使用上述所得到的各参比电解液制作电池单体,并对电池单体进行了评估。其结果示于表15-5中。
[实施例5~8]
以与上述相同的方式制备非水电解液(参比电解液)。接着,使用上述所得的各参比电解液,以与上述相同的方式进行溶解工序。使用所得到的CO2溶解电解液,以与上述相同的方式制作电池单体,并对电池单体进行了评估。其结果示于表15-5中。
[比较例1~5]
将含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成的电解质盐、或仅含有LiPF6的单类盐组成的电解质盐分别以成为表15-5所示的浓度的方式溶解在与上述相同的混合溶剂中。在比较例1~4中,将上述所得的溶液作为非水电解液(参比电解液)使用。在比较例5中,进一步将聚磷酸(三异丙基硅)酯(化合物W)以成为表15-5所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,并搅拌1天,由此制备出非水电解液。接着,按照除了不进行电解液的溶解工序这一点以外都与上述相同的方式,使用上述所得到的各参比电解液制作电池单体,并对电池单体进行了评估。其结果示于表15-5中。
【表15-5】
〔对表15-5(实施例5-2(5)系列)的考察〕
根据实施例1~4与比较例2~4的比较,可知:依赖于LiFSI的浓度,阻抗及DCR(初始DCR、300次循环后DCR及60℃下耐久4周后DCR)降低,但通过将聚磷酸(三异丙基硅)酯(化合物W)添加到电解液中,上述降低效果变得显著。
另外,根据实施例1~4与比较例2~4的比较,可知:依赖于LiFSI的浓度,保存前后的OCV差(ΔV)较大,即自放电增大,但通过将聚磷酸(三异丙基硅)酯添加到电解液中,保存前后的OCV差(ΔV)较小,也就是说,抑制了自放电。
根据相同盐组成的实施例2~4与比较例2~4的比较、以及相同盐组成的比较例5与比较例1的比较,可知:与仅含有LiPF6的单类盐组成相比,含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成的因添加聚磷酸(三异丙基硅)酯而得到的阻抗降低效果、自放电抑制效果及DCR上升率抑制效果较高。
关于与这些仅含有LiPF6的单类盐组成相比,含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成的聚磷酸乙酯的添加效果较高的原因,可以考虑到以下因素等:来源于LiFSI的阴离子成分的被膜形成于正负极界面,因而LiFSI的溶解性高,所以低温下的电解液粘度降低。
根据相同盐组成的实施例3与实施例5~8的比较,可知:通过使CO2溶解在含有聚磷酸(三异丙基硅)酯的电解液中,阻抗及DCR降低效果和自放电抑制效果进一步提高。另外,可知:在电解液中的CO2溶解量超过10质量ppm(例如20质量ppm以上)时,这些效果变得显著。
关于通过溶解CO2可改善这些效果的原因,可以考虑到以下因素等:通过在正负极上形成来源于CO2的被膜,抑制了在保存过程中锂离子向正极的嵌入(插层(插入)反应);抑制了在正极上的副反应;以及改善了负极的低温充电接受性。
将相同盐组成下的、由于添加聚磷酸(三异丙基硅)酯而引起的60℃下耐久4周后的DCR上升率进行比较,可知:与LiPF6单类盐组成相比,含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成的电解液的60℃下耐久4周后的DCR上升率显著降低,DCR上升率抑制效果较高。相同盐组成下的、由于添加聚磷酸乙酯而引起的300次循环后的DCR上升率也是如此。其原因也可以考虑到以下因素:由于LiFSI的阴离子被膜形成于正负极上。
<实施例5-2(6)系列>
(聚磷酸[(叔丁基)二甲基硅]酯的合成)
除了将在实施例5-2(5)系列中合成聚磷酸(三异丙基硅)酯(化合物W)时所使用的三异丙基硅烷变更为叔丁基二甲基硅烷这一点以外,进行与该合成时相同的步骤,由此合成得到聚磷酸[(叔丁基)二甲基硅]酯(化合物X)。
[实施例1~4]
将含有LiFSI(NIPPON SHOKUBAI CO.,LTD.制)及LiPF6(STELLACHEMIFACORPORATION制)的混合盐组成的电解质盐分别以成为表15-6所示的浓度的方式,溶解到作为电解液溶剂的碳酸乙烯酯(EC):碳酸甲乙酯(EMC)=3:7(体积比)组成的混合溶剂(KISHIDA CHEMICAL Co.,Ltd.制)中。将聚磷酸[(叔丁基)二甲基硅]酯(化合物X)作为由通式(6)表示的含磷原子化合物(6),以成为表15-6所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,并搅拌1天,由此制备出非水电解液(参比电解液)。接着,除了不进行电解液的溶解工序这一点以外都与上述相同,使用上述所得的各参比电解液制作电池单体,并对电池单体进行了评估。其结果示于表15-6中。
[实施例5~8]
以与上述相同的方式制备非水电解液(参比电解液)。接着,使用上述所得的各参比电解液,以与上述相同的方式进行溶解工序。使用所得到的CO2溶解电解液,以与上述相同的方式制作电池单体,并对电池单体进行了评估。其结果示于表15-6中。
[比较例1~5]
将含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成的电解质盐、或仅含有LiPF6的单类盐组成的电解质盐分别以成为表15-6所示的浓度的方式溶解在与上述相同的混合溶剂中。在比较例1~4中,将上述所得的溶液作为非水电解液(参比电解液)使用。在比较例5中,进一步将聚磷酸[(叔丁基)二甲基硅]酯(化合物X)以成为表15-6所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,并搅拌1天,由此制备出非水电解液。接着,按照除了不进行电解液的溶解工序这一点以外都与上述相同的方式,使用上述所得到的各参比电解液制作电池单体,并对电池单体进行了评估。其结果示于表15-6中。
【表15-6】
〔对表15-6(实施例5-2(6)系列)的考察〕
根据实施例1~4与比较例2~4的比较,可知:依赖于LiFSI的浓度,阻抗及DCR(初始DCR、300次循环后DCR及60℃下耐久4周后DCR)降低,但通过将聚磷酸[(叔丁基)二甲基硅]酯(化合物X)添加到电解液中,上述降低效果变得显著。
另外,根据实施例1~4与比较例2~4的比较,可知:依赖于LiFSI的浓度,保存前后的OCV差(ΔV)较大,即自放电增大,但通过将聚磷酸[(叔丁基)二甲基硅]酯添加到电解液中,保存前后的OCV差(ΔV)较小,也就是说,抑制了自放电。
根据相同盐组成的实施例2~4与比较例2~4的比较、以及相同盐组成的比较例5与比较例1的比较,可知:与仅含有LiPF6的单类盐组成相比,含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成的因添加聚磷酸[(叔丁基)二甲基硅]酯而得到的阻抗降低效果、自放电抑制效果及DCR上升率抑制效果较高。
关于与这些仅含有LiPF6的单类盐组成相比,含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成的聚磷酸[(叔丁基)二甲基硅]酯的添加效果较高的原因,可以考虑到以下因素等:来源于LiFSI的阴离子成分的被膜形成于正负极界面,因而LiFSI的溶解性高,所以低温下的电解液粘度降低。
根据相同盐组成的实施例3与实施例5~8的比较,可知:通过使CO2溶解在含有聚磷酸[(叔丁基)二甲基硅]酯的电解液中,阻抗及DCR降低效果和自放电抑制效果进一步提高。另外,可知:在电解液中的CO2溶解量超过10质量ppm(例如20质量ppm以上)时,这些效果变得显著。
关于通过溶解CO2可改善这些效果的原因,可以考虑到以下因素等:通过在正负极上形成来源于CO2的被膜,抑制了在保存过程中锂离子向正极的嵌入(插层(插入)反应);抑制了在正极上的副反应;以及改善了负极的低温充电接受性。
将相同盐组成下的、由于添加聚磷酸[(叔丁基)二甲基硅]酯而引起的60℃下耐久4周后的DCR上升率进行比较,可知:与LiPF6单类盐组成相比,含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成的电解液的60℃下耐久4周后的DCR上升率显著降低,DCR上升率抑制效果较高。相同盐组成下的、由于添加聚磷酸[(叔丁基)二甲基硅]酯而引起的300次循环后的DCR上升率也是如此。其原因也可以考虑到以下因素:由于LiFSI的阴离子被膜形成于正负极上。
<实施例5-3系列>
[实施例1~8]
将含有LiFSI(NIPPON SHOKUBAI CO.,LTD.制)及LiPF6(STELLACHEMIFACORPORATION制)的混合盐组成的电解质盐分别以成为表16所示的浓度的方式,溶解到作为电解液溶剂的碳酸乙烯酯(EC):碳酸甲乙酯(EMC)=3:7(体积比)组成的混合溶剂(KISHIDACHEMICAL Co.,Ltd.制)中。将磷酸三(三甲基硅基)酯(化合物N,Tokyo Chemical IndustryCo.,Ltd.制)作为由通式(8)表示的含磷原子化合物(8),以成为表16所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,并搅拌1天,由此制备出非水电解液(参比电解液)。需要说明的是,在实施例8中,进一步将硝酸锂(LiNO3,Tokyo Chemical Industry Co.,Ltd.制)作为硝酸化合物(12),以成为表16所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,搅拌1天后用膜过滤器进行过滤。接着,使用上述所得的各参比电解液,以与上述相同的方式进行溶解工序。使用所得到的CO2溶解电解液,以与上述相同的方式制作电池单体,并对电池单体进行了评估。其结果示于表16中。
[比较例1~6、8~12]
将含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成的电解质盐、或仅含有LiPF6的单类盐组成的电解质盐分别以成为表16所示的浓度的方式溶解在与上述相同的混合溶剂中。在比较例1~4中,将上述所得的溶液作为非水电解液(参比电解液)使用。在比较例5中,进一步将双草酸硼酸锂(LiBOB,Tokyo Chemical Industry Co.,Ltd.制)作为氟草酸化合物(13),以成为表16所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,并搅拌1天,由此制备出非水电解液。在比较例6中,进一步将二氟草酸硼酸锂(LiDFOB,Tokyo Chemical Industry Co.,Ltd.制)作为氟草酸化合物(13),以成为表16所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,并搅拌1天,由此制备出非水电解液。在比较例8中,进一步将硝酸锂(LiNO3,Tokyo ChemicalIndustryCo.,Ltd.制)作为硝酸化合物(12),以成为表16所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,搅拌1天后用膜过滤器进行过滤,由此制备出非水电解液。在比较例9~11中,进一步将磷酸三(三甲基硅基)酯(化合物N)以分别成为表16所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,并搅拌1天,由此制备出非水电解液。在比较例12中,进一步将聚磷酸三甲基硅酯(化合物M)以成为表16所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,并搅拌1天,由此制备出非水电解液。接着,按照除了不进行电解液的溶解工序这一点以外都与上述相同的方式,使用上述所得到的各参比电解液制作电池单体,并对电池单体进行了评估。其结果示于表16中。
[比较例7]
将仅含有LiPF6的单类盐组成的电解质盐以成为表16所示的浓度的方式溶解在与上述相同的混合溶剂中,由此制备出非水电解液(参比电解液)。接着,使用上述所得的参比电解液,以与上述相同的方式进行溶解工序。使用所得到的CO2溶解电解液,以与上述相同的方式制作电池单体,并对电池单体进行了评估。其结果示于表16中。
【表16】
〔对表16(实施例5-3系列)的考察〕
根据相同盐组成的比较例2~3与比较例10~11的比较,可知:依赖于LiFSI的浓度,阻抗及DCR(初始DCR、300次循环后DCR及60℃下耐久4周后DCR)降低,但通过将磷酸三(三甲基硅基)酯(化合物N)添加到电解液中,上述降低效果变得显著。
根据实施例1~7与比较例10~11的比较,可知:依赖于LiFSI的浓度,保存前后的OCV差(ΔV)较大,即自放电增大,但通过使CO2溶解在含有磷酸三(三甲基硅基)酯的电解液中,保存前后的OCV差(ΔV)较小,也就是说,抑制了自放电,并且进一步降低了阻抗及DCR。将比较例1~3与比较例9~11进行比较,可知:如果仅添加磷酸三(三甲基硅基)酯,则没有自放电抑制效果。
将比较例1~3、比较例9~11、实施例2~7进行比较,可知:依赖于LiFSI浓度,低温循环后的电沉积量减少,因低温充电而引起的负极的劣化程度降低。且可知:如果将磷酸三(三甲基硅基)酯添加到仅含有LiPF6的单类盐组成中,则在低温循环中负极上的锂电沉积量会增加,因低温充电而引起的负极的劣化加剧。且可知:在含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成中,通过添加磷酸三(三甲基硅基)酯,低温循环后的电沉积量减少,抑制了因低温充电而引起的负极的劣化。另外,可知:如果使CO2溶解在电解液中,则能够抑制低温电沉积。
关于与这些仅含有LiPF6的单类盐组成相比,含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成的磷酸三(三甲基硅基)酯的添加效果较高的原因,可以考虑到以下因素等:来源于LiFSI的阴离子成分的被膜形成于正负极界面,因而LiFSI的溶解性高,所以低温下的电解液粘度降低。
且可知:阻抗及DCR降低效果、自放电抑制效果以及低温电沉积抑制效果在电解液中的CO2溶解量超过10质量ppm(例如20质量ppm以上)时变得显著。
关于通过溶解CO2可改善这些效果的原因,可以考虑到以下因素等:通过在正负极上形成来源于CO2的被膜,抑制了在保存过程中锂离子向正极的嵌入(插层(插入)反应);抑制了在正极上的副反应;以及改善了负极的低温充电接受性。
根据相同盐组成的实施例3、8及比较例8的比较,可知:通过进一步将LiNO3添加到含有磷酸三(三甲基硅基)酯的电解液中,阻抗及DCR显著降低。另一方面,虽然自放电增大,但通过使CO2溶解在该电解液中,能够抑制因添加LiNO3而引起的自放电。
关于在含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成的电解液中溶解CO2所带来的自放电抑制效果高于在LiPF6单类盐组成的电解液中溶解CO2所带来的自放电抑制效果的原因,可以考虑到与以下因素有关:在充电时形成于正负极上的FSI阴离子成分的被膜与由CO2形成的碳酸锂成分的被膜之间的形成顺序。
通过相同盐组成的比较例11与比较例12的比较,可知:通过进一步将聚磷酸三甲基硅酯(化合物M)添加到含有磷酸三(三甲基硅基)酯的电解液中,阻抗及DCR降低,还能够抑制自放电。
将相同盐组成下的、由于添加磷酸三(三甲基硅基)酯而引起的60℃下耐久4周后的DCR上升率进行比较,可知:与LiPF6单类盐组成相比,含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成的电解液的60℃下耐久4周后的DCR上升率显著降低,DCR上升率抑制效果较高。相同盐组成下的、由于添加磷酸三(三甲基硅基)酯而引起的300次循环后的DCR上升率也是如此。其原因也可以考虑到以下因素:由于LiFSI的阴离子被膜形成于正负极上。
<实施例6-1系列>
[实施例1~4、10]
将含有LiFSI(NIPPON SHOKUBAI CO.,LTD.制)及LiPF6(STELLACHEMIFACORPORATION制)的混合盐组成的电解质盐分别以成为表17所示的浓度的方式,溶解到作为电解液溶剂的碳酸乙烯酯(EC):碳酸甲乙酯(EMC)=3:7(体积比)组成的混合溶剂(KISHIDACHEMICAL Co.,Ltd.制)中。将亚磷酸三甲酯(化合物O,Tokyo Chemical IndustryCo.,Ltd.制)作为由通式(7)表示的含磷原子化合物(7),以成为表17所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,并搅拌1天,由此制备出非水电解液(参比电解液)。需要说明的是,在实施例10中,进一步将磷酸三(三甲基硅基)酯(化合物N)作为由通式(8)表示的含磷原子化合物(8),以成为表17所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中。接着,按照除了不进行电解液的溶解工序这一点以外都与上述相同的方式,使用上述所得到的各参比电解液制作电池单体,并对电池单体进行了评估。其结果示于表17中。
[实施例5~9、11]
以与上述相同的方式制备非水电解液(参比电解液)。需要说明的是,在实施例9中,进一步将硝酸锂(LiNO3,Tokyo Chemical Industry Co.,Ltd.制)作为硝酸化合物(12),以成为表17所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,搅拌1天后用膜过滤器进行过滤。在实施例11中,进一步将磷酸三(三甲基硅基)酯(化合物N)以成为表17所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中。接着,使用上述所得的各参比电解液,以与上述相同的方式进行溶解工序。使用所得到的CO2溶解电解液,以与上述相同的方式制作电池单体,并对电池单体进行了评估。其结果示于表17中。
[比较例1~6、8~12]
将含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成的电解质盐、或仅含有LiPF6的单类盐组成的电解质盐分别以成为表17所示的浓度的方式溶解在与上述相同的混合溶剂中。在比较例1~4中,将上述所得的溶液作为非水电解液(参比电解液)使用。在比较例5中,进一步将双草酸硼酸锂(LiBOB,Tokyo Chemical Industry Co.,Ltd.制)以成为表17所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,并搅拌1天,由此制备出非水电解液。在比较例6中,进一步将二氟草酸硼酸锂(LiDFOB,Tokyo Chemical Industry Co.,Ltd.制)作为氟草酸化合物(13),以成为表17所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,并搅拌1天,由此制备出非水电解液。在比较例8中,进一步将硝酸锂(LiNO3,Tokyo Chemical Industry Co.,Ltd.制)作为硝酸化合物(12),以成为表17所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,搅拌1天后用膜过滤器进行过滤,由此制备出非水电解液。在比较例9~11中,进一步将磷酸三(三甲基硅基)酯(化合物N)以分别成为表17所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,并搅拌1天,由此制备出非水电解液。在比较例12中,进一步将亚磷酸三甲酯(化合物O)以成为表17所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,并搅拌1天,由此制备出非水电解液。接着,按照除了不进行电解液的溶解工序这一点以外都与上述相同的方式,使用上述所得到的各参比电解液制作电池单体,并对电池单体进行了评估。其结果示于表17中。
[比较例7]
将仅含有LiPF6的单类盐组成的电解质盐以成为表17所示的浓度的方式溶解在与上述相同的混合溶剂中,由此制备出非水电解液(参比电解液)。接着,使用上述所得的参比电解液,以与上述相同的方式进行溶解工序。使用所得到的CO2溶解电解液,以与上述相同的方式制作电池单体,并对电池单体进行了评估。其结果示于表17中。
【表17】
〔对表17(实施例6-1系列)的考察〕
根据实施例1~4与比较例2~4的比较,可知:依赖于LiFSI的浓度,阻抗及DCR(初始DCR、300次循环后DCR及60℃下耐久4周后DCR)降低,但通过将亚磷酸三甲酯(化合物O)添加到电解液中,上述降低效果变得显著。
另外,根据实施例1~4与比较例2~4的比较,可知:依赖于LiFSI的浓度,保存前后的OCV差(ΔV)较大,即自放电增大,但通过将亚磷酸三甲酯添加到电解液中,保存前后的OCV差(ΔV)较小,也就是说,抑制了自放电。
根据相同盐组成的实施例2~4与比较例2~4的比较、以及相同盐组成的比较例9与比较例1的比较,可知:与仅含有LiPF6的单类盐组成相比,含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成的因添加亚磷酸三甲酯而得到的阻抗降低效果、自放电抑制效果及DCR上升率抑制效果较高。
将比较例1~3、比较例9、12、实施例2~7进行比较,可知:依赖于LiFSI浓度,低温循环后的电沉积量减少,负极的劣化程度降低。且可知:如果将亚磷酸三甲酯添加到仅含有LiPF6的单类盐组成中,则在低温循环中负极上的锂电沉积量会增加,负极的劣化加剧。且可知:在含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成中,通过添加亚磷酸三甲酯,低温循环后的电沉积量减少,抑制了负极的劣化。另外,可知:如果使CO2溶解在电解液中,则能够抑制低温电沉积。
关于与这些仅含有LiPF6的单类盐组成相比,含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成的亚磷酸三甲酯的添加效果较高的原因,可以考虑到以下因素等:来源于LiFSI的阴离子成分的被膜形成于正负极界面,因而LiFSI的溶解性高,所以低温下的电解液粘度降低。
根据相同盐组成的实施例3与实施例5~8的比较,可知:通过使CO2溶解在含有亚磷酸三甲酯的电解液中,阻抗及DCR降低效果和自放电抑制效果进一步提高。另外,可知:在电解液中的CO2溶解量超过10质量ppm(例如20质量ppm以上)时,这些效果变得显著。
关于通过溶解CO2可改善这些效果的原因,可以考虑到以下因素等:通过在正负极上形成来源于CO2的被膜,抑制了在保存过程中锂离子向正极的嵌入(插层(插入)反应);抑制了在正极上的副反应;以及改善了负极的低温充电接受性。
根据相同盐组成的实施例5、9及比较例8的比较,可知:通过进一步将LiNO3添加到含有亚磷酸三甲酯的电解液中,阻抗及DCR显著降低。另一方面,虽然自放电增大,但通过使CO2溶解在该电解液中,能够抑制因添加LiNO3而引起的自放电。
关于在含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成的电解液中溶解CO2所带来的自放电抑制效果高于在LiPF6单类盐组成的电解液中溶解CO2所带来的自放电抑制效果的原因,可以考虑到与以下因素有关:在充电时形成于正负极上的FSI阴离子成分的被膜与由CO2形成的碳酸锂成分的被膜之间的形成顺序。
根据实施例3、5、10、11的比较,可知:通过进一步将磷酸三(三甲基硅基)酯(化合物N)添加到含有亚磷酸三甲酯的电解液中,阻抗及DCR进一步降低。
将相同盐组成下的、由于添加亚磷酸三甲酯而引起的60℃下耐久4周后的DCR上升率进行比较,可知:与LiPF6单类盐组成相比,含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成的电解液的60℃下耐久4周后的DCR上升率显著降低,DCR上升率抑制效果较高。相同盐组成下的、由于添加亚磷酸三甲酯而引起的300次循环后的DCR上升率也是如此。其原因也可以考虑到以下因素:由于LiFSI的阴离子被膜形成于正负极上。
<实施例6-2系列>
[实施例1~4、10]
将含有LiFSI(NIPPON SHOKUBAI CO.,LTD.制)及LiPF6(STELLACHEMIFACORPORATION制)的混合盐组成的电解质盐分别以成为表18所示的浓度的方式,溶解到作为电解液溶剂的碳酸乙烯酯(EC):碳酸甲乙酯(EMC)=3:7(体积比)组成的混合溶剂(KISHIDACHEMICAL Co.,Ltd.制)中。将亚磷酸三(三甲基硅)酯(化合物P,Tokyo Chemical IndustryCo.,Ltd.制)作为由通式(7)表示的含磷原子化合物(7),以成为表18所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,并搅拌1天,由此制备出非水电解液(参比电解液)。需要说明的是,在实施例10中,进一步将磷酸三(三甲基硅基)酯(化合物N)作为由通式(8)表示的含磷原子化合物(8),以成为表18所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中。接着,按照除了不进行电解液的溶解工序这一点以外都与上述相同的方式,使用上述所得到的各参比电解液制作电池单体,并对电池单体进行了评估。其结果示于表18中。
[实施例5~9、11]
以与上述相同的方式制备非水电解液(参比电解液)。需要说明的是,在实施例9中,进一步将硝酸锂(LiNO3,Tokyo Chemical Industry Co.,Ltd.制)作为硝酸化合物(12),以成为表18所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,搅拌1天后用膜过滤器进行过滤。在实施例11中,将聚磷酸三甲基硅酯(化合物M)以成为表18所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中。接着,使用上述所得的各参比电解液,以与上述相同的方式进行溶解工序。使用所得到的CO2溶解电解液,以与上述相同的方式制作电池单体,并对电池单体进行了评估。其结果示于表18中。
[比较例1~6、8~12]
将含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成的电解质盐、或仅含有LiPF6的单类盐组成的电解质盐分别以成为表18所示的浓度的方式溶解在与上述相同的混合溶剂中。在比较例1~4中,将上述所得的溶液作为非水电解液(参比电解液)使用。在比较例5中,进一步将双草酸硼酸锂(LiBOB,Tokyo Chemical Industry Co.,Ltd.制)作为氟草酸化合物(13),以成为表18所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,并搅拌1天,由此制备出非水电解液。在比较例6中,进一步将二氟草酸硼酸锂(LiDFOB,Tokyo Chemical Industry Co.,Ltd.制)作为氟草酸化合物(13),以成为表18所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,并搅拌1天,由此制备出非水电解液。在比较例8中,进一步将硝酸锂(LiNO3,Tokyo ChemicalIndustryCo.,Ltd.制)作为硝酸化合物(12),以成为表18所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,搅拌1天后用膜过滤器进行过滤,由此制备出非水电解液。在比较例9~11中,进一步将磷酸三(三甲基硅基)酯(化合物N)以分别成为表18所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,并搅拌1天,由此制备出非水电解液。在比较例12中,进一步将亚磷酸三(三甲基硅)酯(化合物P)以成为表18所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,并搅拌1天,由此制备出非水电解液。接着,按照除了不进行电解液的溶解工序这一点以外都与上述相同的方式,使用上述所得到的各参比电解液制作电池单体,并对电池单体进行了评估。其结果示于表18中。
[比较例7]
将仅含有LiPF6的单类盐组成的电解质盐以成为表18所示的浓度的方式溶解在与上述相同的混合溶剂中,由此制备出非水电解液(参比电解液)。接着,使用上述所得的参比电解液,以与上述相同的方式进行溶解工序。使用所得到的CO2溶解电解液,以与上述相同的方式制作电池单体,并对电池单体进行了评估。其结果示于表18中。
【表18】
〔对表18(实施例6-2系列)的考察〕
根据实施例1~4与比较例2~4的比较,可知:依赖于LiFSI的浓度,阻抗及DCR(初始DCR、300次循环后DCR及60℃下耐久4周后DCR)降低,但通过将亚磷酸三(三甲基硅)酯(化合物P)添加到电解液中,上述降低效果变得显著。
另外,根据实施例1~4与比较例2~4的比较,可知:依赖于LiFSI的浓度,保存前后的OCV差(ΔV)较大,即自放电增大,但通过将亚磷酸三(三甲基硅)酯添加到电解液中,保存前后的OCV差(ΔV)较小,也就是说,抑制了自放电。
根据相同盐组成的实施例2~4与比较例2~4的比较、以及相同盐组成的比较例12与比较例1的比较,可知:与仅含有LiPF6的单类盐组成相比,含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成的因添加亚磷酸三(三甲基硅)酯而得到的阻抗降低效果、自放电抑制效果及DCR上升率抑制效果较高。
将比较例1~3、比较例9、12、实施例2~7进行比较,可知:依赖于LiFSI浓度,低温循环后的电沉积量减少,因低温充电而引起的负极的劣化程度降低。且可知:如果将亚磷酸三(三甲基硅)酯添加到仅含有LiPF6的单类盐组成中,则在低温循环中负极上的锂电沉积量会增加,因低温充电而引起的负极的劣化加剧。且可知:在含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成中,通过添加亚磷酸三(三甲基硅)酯,低温循环后的电沉积量减少,抑制了因低温充电而引起的负极的劣化。另外,可知:如果使CO2溶解在电解液中,则能够抑制低温电沉积。
关于与这些仅含有LiPF6的单类盐组成相比,含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成的亚磷酸三(三甲基硅)酯的添加效果较高的原因,可以考虑到以下因素等:来源于LiFSI的阴离子成分的被膜形成于正负极界面,因而LiFSI的溶解性高,所以低温下的电解液粘度降低。
根据相同盐组成的实施例3与实施例5~8的比较,可知:通过使CO2溶解在含有亚磷酸三(三甲基硅)酯的电解液中,阻抗及DCR降低效果和自放电抑制效果进一步提高。另外,可知:在电解液中的CO2溶解量超过10质量ppm(例如20质量ppm以上)时,这些效果变得显著。
关于通过溶解CO2可改善这些效果的原因,可以考虑到以下因素等:通过在正负极上形成来源于CO2的被膜,抑制了在保存过程中锂离子向正极的嵌入(插层(插入)反应);抑制了在正极上的副反应;以及改善了负极的低温充电接受性。
根据实施例3、5、10、11的比较,可知:通过进一步将磷酸三甲基硅酯(化合物N)或聚磷酸三甲基硅酯(化合物M)添加到含有亚磷酸三(三甲基硅)酯的电解液中,阻抗及DCR进一步降低。
关于在含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成的电解液中溶解CO2所带来的自放电抑制效果高于在LiPF6单类盐组成的电解液中溶解CO2所带来的自放电抑制效果的原因,可以考虑到与以下因素有关:在充电时形成于正负极上的FSI阴离子成分的被膜与由CO2形成的碳酸锂成分的被膜之间的形成顺序。
根据相同盐组成的实施例5、9及比较例8的比较,可知:通过进一步将LiNO3添加到含有亚磷酸三(三甲基硅)酯的电解液中,阻抗及DCR显著降低。另一方面,虽然自放电增大,但通过使CO2溶解在该电解液中,能够抑制因添加LiNO3而引起的自放电。
将相同盐组成下的、由于添加亚磷酸三(三甲基硅)酯而引起的60℃下耐久4周后的DCR上升率进行比较,可知:与LiPF6单类盐组成相比,含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成的电解液的60℃下耐久4周后的DCR上升率显著降低,DCR上升率抑制效果较高。相同盐组成下的、由于添加亚磷酸三(三甲基硅)酯而引起的300次循环后的DCR上升率也是如此。其原因也可以考虑到以下因素:由于LiFSI的阴离子被膜形成于正负极上。
<实施例7-1系列>
[实施例1~9]
将含有LiFSI(NIPPON SHOKUBAI CO.,LTD.制)及LiPF6(STELLACHEMIFACORPORATION制)的混合盐组成的电解质盐分别以成为表19所示的浓度的方式,溶解到作为电解液溶剂的碳酸乙烯酯(EC):碳酸甲乙酯(EMC)=3:7(体积比)组成的混合溶剂(KISHIDACHEMICAL Co.,Ltd.制)中。将2,4,6-三甲氧基环硼氧烷(Bx(OMe)3,化合物Q,TokyoChemical Industry Co.,Ltd.制)作为由通式(9)表示的环硼氧烷化合物(9),以成为表19所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,并搅拌1天,由此制备出非水电解液(参比电解液)。需要说明的是,在实施例8中,进一步将硝酸锂(LiNO3,Tokyo Chemical IndustryCo.,Ltd.制)作为硝酸化合物(12),以成为表19所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,搅拌1天后用膜过滤器进行过滤。接着,使用上述所得的各参比电解液,以与上述相同的方式进行溶解工序。使用所得到的CO2溶解电解液,以与上述相同的方式制作电池单体,并对电池单体进行了评估。其结果示于表19中。
[比较例1~6、8~12]
将含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成的电解质盐、或仅含有LiPF6的单类盐组成的电解质盐分别以成为表19所示的浓度的方式溶解在与上述相同的混合溶剂中。在比较例1~4中,将上述所得的溶液作为非水电解液(参比电解液)使用。在比较例5中,进一步将双草酸硼酸锂(LiBOB,Tokyo Chemical Industry Co.,Ltd.制)作为氟草酸化合物(13),以成为表19所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,并搅拌1天,由此制备出非水电解液。在比较例6中,进一步将二氟草酸硼酸锂(LiDFOB,Tokyo Chemical Industry Co.,Ltd.制)作为氟草酸化合物(13),以成为表19所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,并搅拌1天,由此制备出非水电解液。在比较例8中,进一步将硝酸锂(LiNO3,Tokyo ChemicalIndustryCo.,Ltd.制)作为硝酸化合物(12),以成为表19所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,搅拌1天后用膜过滤器进行过滤,由此制备出非水电解液。在比较例9~11中,进一步将2,4,6-三甲氧基环硼氧烷(化合物Q)以分别成为表19所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,并搅拌1天,由此制备出非水电解液。在比较例12中,将磷酸三(三甲基硅基)酯(化合物N)以成为表19所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,并搅拌1天,由此制备出非水电解液。接着,按照除了不进行电解液的溶解工序这一点以外都与上述相同的方式,使用上述所得到的各参比电解液制作电池单体,并对电池单体进行了评估。其结果示于表19中。
[比较例7]
将仅含有LiPF6的单类盐组成的电解质盐以成为表19所示的浓度的方式溶解在与上述相同的混合溶剂中,由此制备出非水电解液(参比电解液)。接着,使用上述所得的参比电解液,以与上述相同的方式进行溶解工序。使用所得到的CO2溶解电解液,以与上述相同的方式制作电池单体,并对电池单体进行了评估。其结果示于表19中。
【表19】
〔对表19(实施例7-1系列)的考察〕
根据相同盐组成的比较例2~3与比较例10~11的比较,可知:依赖于LiFSI的浓度,阻抗及DCR(初始DCR、300次循环后DCR及60℃下耐久4周后DCR)降低,但通过将2,4,6-三甲氧基环硼氧烷(化合物Q)添加到电解液中,上述降低效果变得显著。
根据实施例1~7与比较例10~11的比较,可知:依赖于LiFSI的浓度,保存前后的OCV差(ΔV)较大,即自放电增大,但通过使CO2溶解在含有2,4,6-三甲氧基环硼氧烷的电解液中,保存前后的OCV差(ΔV)较小,也就是说,抑制了自放电,并且进一步降低了阻抗及DCR。将比较例1~3与比较例9~11进行比较,可知:如果仅添加2,4,6-三甲氧基环硼氧烷,则自放电抑制效果不充分。
将比较例1~3、比较例9~11、实施例2~7进行比较,可知:依赖于LiFSI浓度,低温循环后的电沉积量减少,因低温充电而引起的负极的劣化程度降低。且可知:如果将2,4,6-三甲氧基环硼氧烷添加到仅含有LiPF6的单类盐组成中,则在低温循环中负极上的锂电沉积量会增加,因低温充电而引起的负极的劣化加剧。且可知:在含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成中,通过添加2,4,6-三甲氧基环硼氧烷,低温循环后的电沉积量减少,抑制了因低温充电而引起的负极的劣化。另外,可知:如果使CO2溶解在电解液中,则能够进一步抑制低温电沉积。
关于与这些仅含有LiPF6的单类盐组成相比,含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成的2,4,6-三甲氧基环硼氧烷的添加效果较高的原因,可以考虑到以下因素等:来源于LiFSI的阴离子成分的被膜形成于正负极界面,因而LiFSI的溶解性高,所以低温下的电解液粘度降低。
且可知:阻抗及DCR降低效果、自放电抑制效果以及低温电沉积抑制效果在电解液中的CO2溶解量超过10质量ppm(例如20质量ppm以上)时变得显著。
关于通过溶解CO2可改善这些效果的原因,可以考虑到以下因素等:通过在正负极上形成来源于CO2的被膜,抑制了在保存过程中锂离子向正极的嵌入(插层(插入)反应);抑制了在正极上的副反应;以及改善了负极的低温充电接受性。
根据相同盐组成的实施例3、8及比较例8的比较,可知:通过进一步将LiNO3添加到含有2,4,6-三甲氧基环硼氧烷的电解液中,阻抗及DCR显著降低。另一方面,虽然自放电增大,但通过使CO2溶解在该电解液中,能够抑制因添加LiNO3而引起的自放电。
关于在含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成的电解液中溶解CO2所带来的自放电抑制效果高于在LiPF6单类盐组成的电解液中溶解CO2所带来的自放电抑制效果的原因,可以考虑到与以下因素有关:在充电时形成于正负极上的FSI阴离子成分的被膜与由CO2形成的碳酸锂成分的被膜之间的形成顺序。
通过相同盐组成的比较例11与比较例12的比较,可知:通过进一步将磷酸三(三甲基硅基)酯(化合物N)添加到含有2,4,6-三甲氧基环硼氧烷的电解液中,阻抗及DCR降低。
将相同盐组成下的、由于添加2,4,6-三甲氧基环硼氧烷而引起的60℃下耐久4周后的DCR上升率进行比较,可知:与LiPF6单类盐组成相比,含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成的电解液的60℃下耐久4周后的DCR上升率显著降低,DCR上升率抑制效果较高。相同盐组成下的、由于添加2,4,6-三甲氧基环硼氧烷而引起的300次循环后的DCR上升率也是如此。另外,可知:通过使CO2溶解在电解液中,DCR上升率抑制效果进一步提高。其原因也可以考虑到以下因素:由于LiFSI的阴离子被膜形成于正负极上。
<实施例7-2系列>
[实施例1~9]
将含有LiFSI(NIPPON SHOKUBAI CO.,LTD.制)及LiPF6(STELLACHEMIFACORPORATION制)的混合盐组成的电解质盐分别以成为表20所示的浓度的方式,溶解到作为电解液溶剂的碳酸乙烯酯(EC):碳酸甲乙酯(EMC)=3:7(体积比)组成的混合溶剂(KISHIDACHEMICAL Co.,Ltd.制)中。将2,4,6-三异丙氧基环硼氧烷(Bx(OiPr)3,化合物R,TokyoChemical Industry Co.,Ltd.制)作为由通式(9)表示的环硼氧烷化合物(9),以成为表20所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,并搅拌1天,由此制备出非水电解液(参比电解液)。需要说明的是,在实施例8中,进一步将硝酸锂(LiNO3,Tokyo Chemical IndustryCo.,Ltd.制)作为硝酸化合物(12),以成为表20所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,搅拌1天后用膜过滤器进行过滤。接着,使用上述所得的各参比电解液,以与上述相同的方式进行溶解工序。使用所得到的CO2溶解电解液,以与上述相同的方式制作电池单体,并对电池单体进行了评估。其结果示于表20中。
[比较例1~6、8~12]
将含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成的电解质盐、或仅含有LiPF6的单类盐组成的电解质盐分别以成为表20所示的浓度的方式溶解在与上述相同的混合溶剂中。在比较例1~4中,将上述所得的溶液作为非水电解液(参比电解液)使用。在比较例5中,进一步将双草酸硼酸锂(LiBOB,Tokyo Chemical Industry Co.,Ltd.制)作为氟草酸化合物(13),以成为表20所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,并搅拌1天,由此制备出非水电解液。在比较例6中,进一步将二氟草酸硼酸锂(LiDFOB,Tokyo Chemical Industry Co.,Ltd.制)作为氟草酸化合物(13),以成为表20所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,并搅拌1天,由此制备出非水电解液。在比较例8中,进一步将硝酸锂(LiNO3,Tokyo ChemicalIndustryCo.,Ltd.制)作为硝酸化合物(12),以成为表20所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,搅拌1天后用膜过滤器进行过滤,由此制备出非水电解液。在比较例9~11中,进一步将2,4,6-三异丙氧基环硼氧烷(化合物R)以分别成为表20所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,并搅拌1天,由此制备出非水电解液。在比较例12中,将磷酸三(三甲基硅基)酯(化合物N)以成为表20所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,并搅拌1天,由此制备出非水电解液。接着,按照除了不进行电解液的溶解工序这一点以外都与上述相同的方式,使用上述所得到的各参比电解液制作电池单体,并对电池单体进行了评估。其结果示于表20中。
[比较例7]
将仅含有LiPF6的单类盐组成的电解质盐以成为表20所示的浓度的方式溶解在与上述相同的混合溶剂中,由此制备出非水电解液(参比电解液)。接着,使用上述所得的参比电解液,以与上述相同的方式进行溶解工序。使用所得到的CO2溶解电解液,以与上述相同的方式制作电池单体,并对电池单体进行了评估。其结果示于表20中。
【表20】
〔对表20(实施例7-2系列)的考察〕
根据相同盐组成的比较例2~3与比较例10~11的比较,可知:依赖于LiFSI的浓度,阻抗及DCR(初始DCR、300次循环后DCR及60℃下耐久4周后DCR)降低,但通过将2,4,6-三异丙氧基环硼氧烷(化合物R)添加到电解液中,上述降低效果变得显著。
根据实施例1~7与比较例10~11的比较,可知:依赖于LiFSI的浓度,保存前后的OCV差(ΔV)较大,即自放电增大,但通过使CO2溶解在含有2,4,6-三异丙氧基环硼氧烷的电解液中,保存前后的OCV差(ΔV)较小,也就是说,抑制了自放电,并且进一步降低了阻抗及DCR。将比较例1~3与比较例9~11进行比较,可知:如果仅添加2,4,6-三异丙氧基环硼氧烷,则自放电抑制效果不充分。
将比较例1~3、比较例9~11、实施例2~7进行比较,可知:依赖于LiFSI浓度,低温循环后的电沉积量减少,因低温充电而引起的负极的劣化程度降低。且可知:如果将2,4,6-三异丙氧基环硼氧烷添加到仅含有LiPF6的单类盐组成中,则在低温循环中负极上的锂电沉积量会增加,因低温充电而引起的负极的劣化加剧。且可知:在含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成中,通过添加2,4,6-三异丙氧基环硼氧烷,低温循环后的电沉积量减少,抑制了因低温充电而引起的负极的劣化。另外,可知:如果使CO2溶解在电解液中,则能够进一步抑制低温电沉积。
关于与这些仅含有LiPF6的单类盐组成相比,含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成的2,4,6-三异丙氧基环硼氧烷的添加效果较高的原因,可以考虑到以下因素等:来源于LiFSI的阴离子成分的被膜形成于正负极界面,因而LiFSI的溶解性高,所以低温下的电解液粘度降低。
且可知:阻抗及DCR降低效果、自放电抑制效果以及低温电沉积抑制效果在电解液中的CO2溶解量超过10质量ppm(例如20质量ppm以上)时变得显著。
关于通过溶解CO2可改善这些效果的原因,可以考虑到以下因素等:通过在正负极上形成来源于CO2的被膜,抑制了在保存过程中锂离子向正极的嵌入(插层(插入)反应);抑制了在正极上的副反应;以及改善了负极的低温充电接受性。
关于在含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成的电解液中溶解CO2所带来的自放电抑制效果高于在LiPF6单类盐组成的电解液中溶解CO2所带来的自放电抑制效果的原因,可以考虑到与以下因素有关:在充电时形成于正负极上的FSI阴离子成分的被膜与由CO2形成的碳酸锂成分的被膜之间的形成顺序等。
根据相同盐组成的实施例3、8及比较例8的比较,可知:通过进一步将LiNO3添加到含有2,4,6-三异丙氧基环硼氧烷的电解液中,阻抗及DCR显著降低。另一方面,虽然自放电增大,但通过使CO2溶解在该电解液中,能够抑制因添加LiNO3而引起的自放电。
通过相同盐组成的比较例11与比较例12的比较,可知:通过进一步将磷酸三(三甲基硅基)酯添加到含有2,4,6-三异丙氧基环硼氧烷的电解液中,阻抗及DCR降低。
将相同盐组成下的、由于添加2,4,6-三异丙氧基环硼氧烷而引起的60℃下耐久4周后的DCR上升率进行比较,可知:与LiPF6单类盐组成相比,含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成的电解液的60℃下耐久4周后的DCR上升率显著降低,DCR上升率抑制效果较高。相同盐组成下的、由于添加2,4,6-三异丙氧基环硼氧烷而引起的300次循环后的DCR上升率也是如此。另外,可知:通过使CO2溶解在电解液中,DCR上升率抑制效果进一步提高。其原因也可以考虑到以下因素:由于LiFSI的阴离子被膜形成于正负极上。
<实施例7-3系列>
[实施例1~9]
将含有LiFSI(NIPPON SHOKUBAI CO.,LTD.制)及LiPF6(STELLACHEMIFACORPORATION制)的混合盐组成的电解质盐分别以成为表21所示的浓度的方式,溶解到作为电解液溶剂的碳酸乙烯酯(EC):碳酸甲乙酯(EMC)=3:7(体积比)组成的混合溶剂(KISHIDACHEMICAL Co.,Ltd.制)中。将2,4,6-三苯基环硼氧烷(Bx(OcHx)3,化合物S,TokyoChemical Industry Co.,Ltd.制)作为由通式(9)表示的环硼氧烷化合物(9),以成为表21所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,并搅拌1天,由此制备出非水电解液(参比电解液)。需要说明的是,在实施例8中,进一步将硝酸锂(LiNO3,Tokyo Chemical IndustryCo.,Ltd.制)作为硝酸化合物(12),以成为表21所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,搅拌1天后用膜过滤器进行过滤。接着,使用上述所得的各参比电解液,以与上述相同的方式进行溶解工序。使用所得到的CO2溶解电解液,以与上述相同的方式制作电池单体,并对电池单体进行了评估。其结果示于表21中。
[比较例1~6、8~12]
将含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成的电解质盐、或仅含有LiPF6的单类盐组成的电解质盐分别以成为表21所示的浓度的方式溶解在与上述相同的混合溶剂中。在比较例1~4中,将上述所得的溶液作为非水电解液(参比电解液)使用。在比较例5中,进一步将双草酸硼酸锂(LiBOB,Tokyo Chemical Industry Co.,Ltd.制)作为氟草酸化合物(13),以成为表21所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,并搅拌1天,由此制备出非水电解液。在比较例6中,进一步将二氟草酸硼酸锂(LiDFOB,Tokyo Chemical Industry Co.,Ltd.制)作为氟草酸化合物(13),以成为表21所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,并搅拌1天,由此制备出非水电解液。在比较例8中,进一步将硝酸锂(LiNO3,Tokyo ChemicalIndustryCo.,Ltd.制)作为硝酸化合物(12),以成为表21所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,搅拌1天后用膜过滤器进行过滤,由此制备出非水电解液。在比较例9~11中,进一步将2,4,6-三苯基环硼氧烷(化合物S)以分别成为表21所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,并搅拌1天,由此制备出非水电解液。在比较例12中,将磷酸三(三甲基硅基)酯(化合物N)以成为表21所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,并搅拌1天,由此制备出非水电解液。接着,按照除了不进行电解液的溶解工序这一点以外都与上述相同的方式,使用上述所得到的各参比电解液制作电池单体,并对电池单体进行了评估。其结果示于表21中。
[比较例7]
将仅含有LiPF6的单类盐组成的电解质盐以成为表21所示的浓度的方式溶解在与上述相同的混合溶剂中,由此制备出非水电解液(参比电解液)。接着,使用上述所得的参比电解液,以与上述相同的方式进行溶解工序。使用所得到的CO2溶解电解液,以与上述相同的方式制作电池单体,并对电池单体进行了评估。其结果示于表21中。
【表21】
〔对表21(实施例7-3系列)的考察〕
根据相同盐组成的比较例2~3与比较例10~11的比较,可知:依赖于LiFSI的浓度,阻抗及DCR(初始DCR、300次循环后DCR及60℃下耐久4周后DCR)降低,但通过将2,4,6-三苯基环硼氧烷(化合物S)添加到电解液中,上述降低效果变得显著。
根据实施例1~7与比较例10~11的比较,可知:依赖于LiFSI的浓度,保存前后的OCV差(ΔV)较大,即自放电增大,但通过使CO2溶解在含有2,4,6-三苯基环硼氧烷的电解液中,保存前后的OCV差(ΔV)较小,也就是说,抑制了自放电,并且进一步降低了阻抗及DCR。将比较例1~3与比较例9~11进行比较,可知:如果仅添加2,4,6-三苯基环硼氧烷,则自放电抑制效果不充分。
将比较例1~3、比较例9~11、实施例2~7进行比较,可知:依赖于LiFSI浓度,低温循环后的电沉积量减少,因低温充电而引起的负极的劣化程度降低。且可知:如果将2,4,6-三苯基环硼氧烷添加到仅含有LiPF6的单类盐组成中,则在低温循环中负极上的锂电沉积量会增加,因低温充电而引起的负极的劣化加剧。且可知:在含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成中,通过添加2,4,6-三苯基环硼氧烷,低温循环后的电沉积量减少,抑制了因低温充电而引起的负极的劣化。另外,可知:如果使CO2溶解在电解液中,则能够进一步抑制低温电沉积。
关于与这些仅含有LiPF6的单类盐组成相比,含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成的2,4,6-三苯基环硼氧烷的添加效果较高的原因,可以考虑到以下因素等:来源于LiFSI的阴离子成分的被膜形成于正负极界面,因而LiFSI的溶解性高,所以低温下的电解液粘度降低。
且可知:阻抗及DCR降低效果、自放电抑制效果以及低温电沉积抑制效果在电解液中的CO2溶解量超过10质量ppm(例如20质量ppm以上)时变得显著。
关于通过溶解CO2可改善这些效果的原因,可以考虑到以下因素等:通过在正负极上形成来源于CO2的被膜,抑制了在保存过程中锂离子向正极的嵌入(插层(插入)反应);抑制了在正极上的副反应;以及改善了负极的低温充电接受性。
关于在含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成的电解液中溶解CO2所带来的自放电抑制效果高于在LiPF6单类盐组成的电解液中溶解CO2所带来的自放电抑制效果的原因,可以考虑到与以下因素有关:在充电时形成于正负极上的FSI阴离子成分的被膜与由CO2形成的碳酸锂成分的被膜之间的形成顺序等。
根据相同盐组成的实施例3、8及比较例8的比较,可知:通过进一步将LiNO3添加到含有2,4,6-三苯基环硼氧烷的电解液中,阻抗及DCR显著降低。另一方面,虽然自放电增大,但通过使CO2溶解在该电解液中,能够抑制因添加LiNO3而引起的自放电。
通过相同盐组成的比较例11与比较例12的比较,可知:通过进一步将磷酸三(三甲基硅基)酯(化合物N)添加到含有2,4,6-三苯基环硼氧烷的电解液中,阻抗及DCR降低。
将相同盐组成下的、由于添加2,4,6-三苯基环硼氧烷而引起的60℃下耐久4周后的DCR上升率进行比较,可知:与LiPF6单类盐组成相比,含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成的电解液的60℃下耐久4周后的DCR上升率显著降低,DCR上升率抑制效果较高。相同盐组成下的、由于添加2,4,6-三苯基环硼氧烷而引起的300次循环后的DCR上升率也是如此。另外,可知:通过使CO2溶解在电解液中,DCR上升率抑制效果进一步提高。其原因也可以考虑到以下因素:由于LiFSI的阴离子被膜形成于正负极上。
<实施例8系列>
[实施例1~4]
将含有LiFSI(NIPPON SHOKUBAI CO.,LTD.制)及LiPF6(STELLACHEMIFACORPORATION制)的混合盐组成的电解质盐分别以成为表22所示的浓度的方式,溶解到作为电解液溶剂的碳酸乙烯酯(EC):碳酸甲乙酯(EMC)=3:7(体积比)组成的混合溶剂(KISHIDACHEMICAL Co.,Ltd.制)中。将四(三甲基硅基)硅烷(化合物Y,Tokyo Chemical IndustryCo.,Ltd.制)作为由通式(14)表示的含硅原子化合物(14),以成为表22所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,搅拌1天,并过滤掉不溶成分,由此制备出非水电解液(参比电解液)。接着,按照除了不进行电解液的溶解工序这一点以外都与上述相同的方式,使用上述所得到的各参比电解液制作电池单体,并对电池单体进行了评估。其结果示于表22中。
[实施例5~8]
以与上述相同的方式制备非水电解液(参比电解液)。接着,使用上述所得的各参比电解液,以与上述相同的方式进行溶解工序。使用所得到的CO2溶解电解液,以与上述相同的方式制作电池单体,并对电池单体进行了评估。其结果示于表22中。
[比较例1~5]
将含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成的电解质盐、或仅含有LiPF6的单类盐组成的电解质盐分别以成为表22所示的浓度的方式溶解在与上述相同的混合溶剂中。在比较例1~4中,将上述所得的溶液作为非水电解液(参比电解液)使用。在比较例5中,将四(三甲基硅基)硅烷(化合物Y)以成为表22所示的含量的方式添加到上述所得的溶液中,并搅拌1天,由此制备出非水电解液。接着,按照除了不进行电解液的溶解工序这一点以外都与上述相同的方式,使用上述所得到的各参比电解液制作电池单体,并对电池单体进行了评估。其结果示于表22中。
【表22】
〔对表22(实施例8系列)的考察〕
根据实施例1~4与比较例2~4的比较,可知:依赖于LiFSI的浓度,阻抗及DCR(初始DCR、300次循环后DCR及60℃下耐久4周后DCR)降低,但通过将四(三甲基硅基)硅烷(化合物Y)添加到电解液中,上述降低效果变得显著。
另外,根据实施例1~4与比较例2~4的比较,可知:依赖于LiFSI的浓度,保存前后的OCV差(ΔV)较大,即自放电增大,但通过将四(三甲基硅基)硅烷添加到电解液中,保存前后的OCV差(ΔV)较小,也就是说,抑制了自放电。
根据相同盐组成的实施例2~4与比较例2~4的比较、以及相同盐组成的比较例5与比较例1的比较,可知:与仅含有LiPF6的单类盐组成相比,含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成的因添加四(三甲基硅基)硅烷而得到的阻抗降低效果、自放电抑制效果及DCR上升率抑制效果较高。
将比较例1~5、实施例2~8进行比较可知:依赖于LiFSI浓度,低温循环后的电沉积量减少,因低温充电而引起的负极的劣化程度降低。且可知:如果将四(三甲基硅基)硅烷添加到仅含有LiPF6的单类盐组成中,则在低温循环中负极上的锂电沉积量会增加,因低温充电而引起的负极的劣化加剧。且可知:在含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成中,通过添加四(三甲基硅基)硅烷,低温循环后的电沉积量减少,抑制了因低温充电而引起的负极的劣化。
关于与这些仅含有LiPF6的单类盐组成相比,含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成的四(三甲基硅基)硅烷的添加效果较高的原因,可以考虑到以下因素等:来源于LiFSI的阴离子成分的被膜形成于正负极界面,因而LiFSI的溶解性高,所以低温下的电解液粘度降低。
根据相同盐组成的实施例3与实施例5~8的比较,可知:通过使CO2溶解在含有四(三甲基硅基)硅烷的电解液中,阻抗及DCR降低效果和自放电抑制效果进一步提高。另外,可知:在电解液中的CO2溶解量超过10质量ppm(例如20质量ppm以上)时,这些效果变得显著。
关于通过溶解CO2可改善这些效果的原因,可以考虑到以下因素等:通过在正负极上形成来源于CO2的被膜,抑制了在保存过程中锂离子向正极的嵌入(插层(插入)反应);抑制了在正极上的副反应;以及改善了负极的低温充电接受性。
将相同盐组成下的、由于添加四(三甲基硅基)硅烷而引起的60℃下耐久4周后的DCR上升率进行比较,可知:与LiPF6单类盐组成相比,含有LiFSI及LiPF6的混合盐组成的电解液的60℃下耐久4周后的DCR上升率显著降低,DCR上升率抑制效果较高。相同盐组成下的、由于添加四(三甲基硅基)硅烷而引起的300次循环后的DCR上升率也是如此。其原因也可以考虑到以下因素:由于LiFSI的阴离子被膜形成于正负极上。
-产业实用性-
综上所述,本公开对用于锂离子二次电池的非水电解液很适合。
Claims (8)
1.一种非水电解液,其特征在于:
所述非水电解液含有LiN(FSO2)2作为电解质,并且含有从由通式(2)表示的含硅原子化合物、由通式(14)表示的含硅原子化合物、由通式(3)表示的含硼原子化合物、由通式(4)表示的含碳原子化合物、由通式(5)表示的含硫原子化合物以及由通式(6)表示的含磷原子化合物所组成的化合物组中选出的至少一种作为添加剂,
Si(R5)2(OR6)2(2)
在通式(2)中,R5及R6是同一种或不同种基团,R5及R6表示碳原子数为1~6的烷基、碳原子数为1~6的氟烷基、芳基、甲硅烷基、碱金属原子、鎓盐或氢原子,所述烷基、所述氟烷基、所述芳基以及所述甲硅烷基也可以具有取代基,
Si(R5)4(14)
在通式(14)中,R5表示与上述相同的基团,
B(OR6)3(3)
在通式(3)中,R6表示与上述相同的基团,
C(=O)(R5)(OR6) (4)
在通式(4)中,R5及R6表示与上述相同的基团,
{S(=O)2(R5)y}x(OR6)x(2-y) (5)
在通式(5)中,R5及R6表示与上述相同的基团,x表示整数1或2,y表示整数0或1,需要说明的是,当x为2且y为1时,(OR6)2为(-O-R6-O-),通式(5)表示S(=O)2(R5)-O-R6-O-S(=O)2(R5),
P(=O)(R5)y(OR6)2 (6)
在通式(6)中,R5、R6及y表示与上述相同的含义,需要说明的是,在通式(6)为聚合物基团的情况下,y为0,(OR6)中的一者为(-O-),通式(6)表示[-P(=O)(OR6)O-]n。
2.根据权利要求1所述的非水电解液,其特征在于:
所述非水电解液中溶解有二氧化碳(CO2)、一氧化碳(CO)、碳酸氢根离子(HCO3 -)以及碳酸根离子(CO3 2-)中的至少一种。
3.一种非水电解液,其特征在于:
所述非水电解液含有LiN(FSO2)2作为电解质,并且含有从由通式(2)表示的含硅原子化合物、由通式(14)表示的含硅原子化合物、由通式(3)表示的含硼原子化合物、由通式(4)表示的含碳原子化合物、由通式(5)表示的含硫原子化合物、由通式(6)表示的含磷原子化合物、由通式(7)表示的含磷原子化合物、由通式(8)表示的含磷原子化合物以及由通式(9)表示的环硼氧烷化合物所组成的化合物组中选出的至少一种作为添加剂,
所述非水电解液中溶解有二氧化碳(CO2)、一氧化碳(CO)、碳酸氢根离子(HCO3 -)以及碳酸根离子(CO3 2-)中的至少一种,
Si(R5)2(OR6)2(2)
在通式(2)中,R5及R6是同一种或不同种基团,R5及R6表示碳原子数为1~6的烷基、碳原子数为1~6的氟烷基、芳基、甲硅烷基、碱金属原子、鎓盐或氢原子,所述烷基、所述氟烷基、所述芳基以及所述甲硅烷基也可以具有取代基,
Si(R5)4(14)
在通式(14)中,R5表示与上述相同的基团,
B(OR6)3(3)
在通式(3)中,R6表示与上述相同的基团,
C(=O)(R5)(OR6) (4)
在通式(4)中,R5及R6表示与上述相同的基团,
{S(=O)2(R5)y}x(OR6)x(2-y) (5)
在通式(5)中,R5及R6表示与上述相同的基团,x表示整数1或2,y表示整数0或1,需要说明的是,当x为2且y为1时,(OR6)2为(-O-R6-O-),通式(5)表示S(=O)2(R5)-O-R6-O-S(=O)2(R5),
P(=O)(R5)y(OR6)2 (6)
在通式(6)中,R5、R6及y表示与上述相同的含义,需要说明的是,在通式(6)为聚合物基团的情况下,y为0,(OR6)中的一者为(-O-),通式(6)表示[-P(=O)(OR6)O-]n,
P(OR6)3(7)
在通式(7)中,R6表示与上述相同的基团,
P(=O)(OR6)3 (8)
在通式(8)中,R6表示与上述相同的基团,
[化学式1]
在通式(9)中,R7是同一种或不同种基团,R7表示碳原子数为1~6的烷基、碳原子数为1~6的氟烷基或环烷基,所述烷基、所述氟烷基以及所述环烷基也可以具有取代基。
4.根据权利要求2或权利要求3所述的非水电解液,其特征在于:
所述二氧化碳(CO2)、一氧化碳(CO)、碳酸氢根离子(HCO3 -)以及碳酸根离子(CO3 2-)中的至少一种的总溶解量为20质量ppm以上。
5.根据权利要求1到4中任一项权利要求所述的非水电解液,其特征在于:
所述电解质还含有从由通式(10)表示的化合物、由通式(11)表示的化合物以及LiAsF6所组成的化合物组中选出的至少一种,
LiPFa(CmF2m+1)6-a(10)
其中,a:0≤a≤6、m:1≤m≤4,
LiBFb(CnF2n+1)4-b(11)
其中,b:0≤b≤4、n:1≤n≤4。
6.根据权利要求1到5中任一项权利要求所述的非水电解液,其特征在于:
所述非水电解液还含有从由通式(12)表示的化合物和由通式(13)表示的化合物所组成的化合物组中选出的至少一种,
M1NO3(12)
其中,M1表示碱金属元素,
[化学式2]
在通式(13)中,M3表示B或P,Af+表示金属离子、H或鎓离子,1≤f≤3,1≤g≤3,h为g/f,1≤i≤3,0≤j≤4,k为0或1,R3表示碳原子数为1~10的亚烷基或碳原子数为1~10的卤代亚烷基,R4表示F或碳原子数为1~10的氟代烷基,T1、T2各自独立地表示O或S。
7.一种非水电解液,其特征在于:
所述非水电解液含有电解质,并且含有从聚磷酸乙酯、聚磷酸(三异丙基硅)酯及聚磷酸[(叔丁基)二甲基硅]酯所组成的组中选出的至少一种作为添加剂。
8.一种二次电池,其特征在于:
所述二次电池是使用权利要求1到7中任一项权利要求所述的非水电解液而构成的。
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