JP2000058123A - 非水電解液およびそれを用いた電池 - Google Patents
非水電解液およびそれを用いた電池Info
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Abstract
(57)【要約】
【課題】 化学的安定性および熱化学的安定性に優れた
非水電解液およびそれを用いた電池を提供する。 【解決手段】 セパレータ１５を介して負極１２と正極
１４とが対向しており、その間に非水電解液１６が存在
する。非水電解液１６は化７に示したシロキサン誘導体
と少なくとも１種の軽金属塩とを含んでいる。シロキサ
ン誘導体は化学的安定性が高く難燃性または低蒸気圧で
あるために熱化学的にも優れている。 【化７】
非水電解液およびそれを用いた電池を提供する。 【解決手段】 セパレータ１５を介して負極１２と正極
１４とが対向しており、その間に非水電解液１６が存在
する。非水電解液１６は化７に示したシロキサン誘導体
と少なくとも１種の軽金属塩とを含んでいる。シロキサ
ン誘導体は化学的安定性が高く難燃性または低蒸気圧で
あるために熱化学的にも優れている。 【化７】
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電解質である軽金
属塩と溶媒とを含む非水電解液およびそれを用いた電池
に関する。
属塩と溶媒とを含む非水電解液およびそれを用いた電池
に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年になり、カメラ一体型ビデオテープ
レコーダ、携帯電話あるいはラップトップコンピュータ
などの携帯用電気製品が急速に普及しつつある。また、
環境問題の観点からＮＯx などの排気ガスを空気中に排
出しない電気自動車の開発が社会的課題として取り上げ
られるようになってきた。このような状況の下、ポータ
ブル電源およびクリーンなエネルギー源としての電池、
特に、二次電池についての研究開発が活発に進められて
いる。中でも、リチウム（Ｌｉ）またはリチウムイオン
（Ｌｉ+ ）を用いた二次電池（リチウム二次電池）は、
従来の水系電解液二次電池である鉛（Ｐｂ）二次電池ま
たはニッケルカドミウム（Ｎｉ−Ｃｄ）二次電池と比較
して高いエネルギー密度が得られるので、大きな期待を
集めている。
レコーダ、携帯電話あるいはラップトップコンピュータ
などの携帯用電気製品が急速に普及しつつある。また、
環境問題の観点からＮＯx などの排気ガスを空気中に排
出しない電気自動車の開発が社会的課題として取り上げ
られるようになってきた。このような状況の下、ポータ
ブル電源およびクリーンなエネルギー源としての電池、
特に、二次電池についての研究開発が活発に進められて
いる。中でも、リチウム（Ｌｉ）またはリチウムイオン
（Ｌｉ+ ）を用いた二次電池（リチウム二次電池）は、
従来の水系電解液二次電池である鉛（Ｐｂ）二次電池ま
たはニッケルカドミウム（Ｎｉ−Ｃｄ）二次電池と比較
して高いエネルギー密度が得られるので、大きな期待を
集めている。
【０００３】このリチウム二次電池の電解液としては、
低分子のエチレンカーボネートあるいはプロピレンカー
ボネートまたは炭酸ジエチルなどの炭酸エステルなどの
非水溶媒に、電解質としてＬｉＰＦ6 などのリチウム系
電解質塩を溶解させたものが、比較的導電率も高く、電
位的にも安定であることから広く用いられている。
低分子のエチレンカーボネートあるいはプロピレンカー
ボネートまたは炭酸ジエチルなどの炭酸エステルなどの
非水溶媒に、電解質としてＬｉＰＦ6 などのリチウム系
電解質塩を溶解させたものが、比較的導電率も高く、電
位的にも安定であることから広く用いられている。
【０００４】ところが、このような非水電解液を用いた
リチウム二次電池は高性能であるものの、可燃性の有機
溶媒を電解液として用いているため、安全性において問
題が起こる場合がある。例えば、電流の短絡時に急激に
大電流が電池内に流れて発熱し、これにより有機溶媒を
含む電解液が気化または分解を起こし、これによるガス
発生のために、電池の破損、破裂あるいは発火が起こる
可能性があった。そこで、従来は、これらを防止するた
めに、電池内の圧力が上昇すると開裂する安全弁または
電流遮断装置などを設けることにより安全対策を行って
いた。
リチウム二次電池は高性能であるものの、可燃性の有機
溶媒を電解液として用いているため、安全性において問
題が起こる場合がある。例えば、電流の短絡時に急激に
大電流が電池内に流れて発熱し、これにより有機溶媒を
含む電解液が気化または分解を起こし、これによるガス
発生のために、電池の破損、破裂あるいは発火が起こる
可能性があった。そこで、従来は、これらを防止するた
めに、電池内の圧力が上昇すると開裂する安全弁または
電流遮断装置などを設けることにより安全対策を行って
いた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来
は、安全弁などの構造機構を改良することで安全性を確
保していたので、構造が複雑となってしまうと共に、そ
れらの構造の分だけ電池の大きさが大きくなってしまう
という問題があった。そこで、電池材料を根本的に改善
することが望まれている。
は、安全弁などの構造機構を改良することで安全性を確
保していたので、構造が複雑となってしまうと共に、そ
れらの構造の分だけ電池の大きさが大きくなってしまう
という問題があった。そこで、電池材料を根本的に改善
することが望まれている。
【０００６】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
ので、その第１の目的は、化学的安定性および熱化学的
安定性に優れた非水電解液を提供することにある。
ので、その第１の目的は、化学的安定性および熱化学的
安定性に優れた非水電解液を提供することにある。
【０００７】また、本発明の第２の目的は、電解液の気
化または分解を抑制することにより、ガスの発生による
電池の破損または発火を防止し、かつ電池性能に優れた
電池を提供することにある。
化または分解を抑制することにより、ガスの発生による
電池の破損または発火を防止し、かつ電池性能に優れた
電池を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明による非水電解液
は、下記の化３にて示されるシロキサン誘導体と、少な
くとも１種の軽金属塩とを含むものである。
は、下記の化３にて示されるシロキサン誘導体と、少な
くとも１種の軽金属塩とを含むものである。
【化３】 （式中、ａは１から５０の整数を表し、ｍは０から４０
の整数を表し、ｎは０から４０の整数を表し、Ｒは水素
原子またはアルキル基を表す。なお、ａ＞１のときａ個
のＤは同じでも異なっていてもよい。また、ＤおよびＲ
に含まれる水素原子はハロゲン原子で置き換えられても
よい。）
の整数を表し、ｎは０から４０の整数を表し、Ｒは水素
原子またはアルキル基を表す。なお、ａ＞１のときａ個
のＤは同じでも異なっていてもよい。また、ＤおよびＲ
に含まれる水素原子はハロゲン原子で置き換えられても
よい。）
【０００９】本発明による電池は、正極と、負極と、正
極と負極との間に設けられたセパレータと、下記の化４
にて示されるシロキサン誘導体および少なくとも１種の
軽金属塩を含む非水電解液とを備えたものである。
極と負極との間に設けられたセパレータと、下記の化４
にて示されるシロキサン誘導体および少なくとも１種の
軽金属塩を含む非水電解液とを備えたものである。
【化４】 （式中、ａは１から５０の整数を表し、ｍは０から４０
の整数を表し、ｎは０から４０の整数を表し、Ｒは水素
原子またはアルキル基を表す。なお、ａ＞１のときａ個
のＤは同じでも異なっていてもよい。また、ＤおよびＲ
に含まれる水素原子はハロゲン原子で置き換えられても
よい。）
の整数を表し、ｎは０から４０の整数を表し、Ｒは水素
原子またはアルキル基を表す。なお、ａ＞１のときａ個
のＤは同じでも異なっていてもよい。また、ＤおよびＲ
に含まれる水素原子はハロゲン原子で置き換えられても
よい。）
【００１０】本発明による非水電解液では、化３に示し
たシロキサン誘導体を含んでいるので、化学的安定性が
高く、難燃性または低蒸気圧であるために熱化学的にも
優れるという特性を有している。よって、この非水電解
液を用いて電池を構成すれば、電流の短絡時においても
気化または分解が起こりにくく、電池の破損または発火
が防止され、高電圧においても優れた電池性能が示され
る。
たシロキサン誘導体を含んでいるので、化学的安定性が
高く、難燃性または低蒸気圧であるために熱化学的にも
優れるという特性を有している。よって、この非水電解
液を用いて電池を構成すれば、電流の短絡時においても
気化または分解が起こりにくく、電池の破損または発火
が防止され、高電圧においても優れた電池性能が示され
る。
【００１１】本発明による電池では、充電により非水電
解液中を軽金属イオンがセパレータを介して正極から負
極へ移動し、放電により非水電解液中を軽金属イオンが
セパレータを介して負極から正極へ移動する。ここで
は、非水電解液が化４に示したシロキサン誘導体を含ん
でいるので、電流の短絡時においても気化または分解が
起こりにくく、電池の破損または発火が防止され、高電
圧においても優れた電池性能が示される。
解液中を軽金属イオンがセパレータを介して正極から負
極へ移動し、放電により非水電解液中を軽金属イオンが
セパレータを介して負極から正極へ移動する。ここで
は、非水電解液が化４に示したシロキサン誘導体を含ん
でいるので、電流の短絡時においても気化または分解が
起こりにくく、電池の破損または発火が防止され、高電
圧においても優れた電池性能が示される。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。
て図面を参照して詳細に説明する。
【００１３】本発明の一実施の形態に係る非水電解液
は、溶媒である化５に示したシロキサン誘導体と、電解
質である少なくとも１種の軽金属塩とからなる。
は、溶媒である化５に示したシロキサン誘導体と、電解
質である少なくとも１種の軽金属塩とからなる。
【化５】 （式中、ａは１から５０の整数を表し、ｍは０から４０
の整数を表し、ｎは０から４０の整数を表し、Ｒは水素
原子またはアルキル基を表す。なお、ａ＞１のときａ個
のＤは同じでも異なっていてもよい。また、ＤおよびＲ
に含まれる水素原子はハロゲン原子で置き換えられても
よい。）
の整数を表し、ｎは０から４０の整数を表し、Ｒは水素
原子またはアルキル基を表す。なお、ａ＞１のときａ個
のＤは同じでも異なっていてもよい。また、ＤおよびＲ
に含まれる水素原子はハロゲン原子で置き換えられても
よい。）
【００１４】このシロキサン誘導体は、珪素（Ｓｉ）と
酸素（Ｏ）との鎖状結合を基本骨格にもち、珪素に１価
の有機基である側鎖が付加された鎖状型の無機高分子で
ある。このシロキサン誘導体は、化学的安定性が高く、
難燃性または低蒸気圧であるために熱化学的安定性にも
優れるという特性を有している。
酸素（Ｏ）との鎖状結合を基本骨格にもち、珪素に１価
の有機基である側鎖が付加された鎖状型の無機高分子で
ある。このシロキサン誘導体は、化学的安定性が高く、
難燃性または低蒸気圧であるために熱化学的安定性にも
優れるという特性を有している。
【００１５】なお、このシロキサン誘導体の温度２５℃
における動粘性率は５０００ｃＳｔ以下であり、平均分
子量は１００００以下であることが好ましい。電解液の
溶媒として用いるには、粘度が比較的低く、かつ軽金属
塩を溶解し得ることが必要だからである。これらは化５
に示した化学式におけるＤの側鎖基と化学式におけるａ
の数とを適度に選択することにより調整される。その
際、この化学式におけるａは１から２０の範囲内の整数
であることが好ましい。
における動粘性率は５０００ｃＳｔ以下であり、平均分
子量は１００００以下であることが好ましい。電解液の
溶媒として用いるには、粘度が比較的低く、かつ軽金属
塩を溶解し得ることが必要だからである。これらは化５
に示した化学式におけるＤの側鎖基と化学式におけるａ
の数とを適度に選択することにより調整される。その
際、この化学式におけるａは１から２０の範囲内の整数
であることが好ましい。
【００１６】一方、軽金属塩にはリチウム塩あるいはナ
トリウム（Ｎａ）塩などのアルカリ金属塩またはアルミ
ニウム（Ａｌ）塩などがあり、この非水電解液を使用す
る電池の種類に応じて便宜に選択される。例えば、リチ
ウム電池を構成する場合には、ＬｉＢＦ4 、ＬｉＣｌＯ
4 、ＬｉＰＦ6 、ＬｉＡｓＦ6 、ＣＦ3 ＳＯ3 Ｌｉ、
（ＣＦ3 ＳＯ2 ）2 ＮＬｉ、Ｃ4 Ｆ9 ＳＯ3 Ｌｉ、ＣＦ
3 ＣＯ2 Ｌｉ、（ＣＦ3ＣＯ2 ）2 ＮＬｉ、Ｃ6 Ｆ5 Ｓ
Ｏ3 Ｌｉ、Ｃ8 Ｆ17ＳＯ3 Ｌｉ、（Ｃ2 Ｆ5 ＳＯ2 ）2
ＮＬｉ、（Ｃ4 Ｆ9 ＳＯ2 ）（ＣＦ3 ＳＯ2 ）ＮＬｉ、
（ＦＳＯ2 Ｃ6 Ｆ4 ）（ＣＦ3 ＳＯ2 ）ＮＬｉ、（（Ｃ
Ｆ3 ）2 ＣＨＯＳＯ2 ）2 ＮＬｉ、（ＣＦ3 ＳＯ2 ）3
ＣＬｉ、（Ｃ6 Ｆ3 （ＣＦ3 ）2 −３，５）4 ＢＬｉあ
るいはＬｉＣＦ3 、ＬｉＡｌＣｌ4 などのリチウム塩が
使用される。
トリウム（Ｎａ）塩などのアルカリ金属塩またはアルミ
ニウム（Ａｌ）塩などがあり、この非水電解液を使用す
る電池の種類に応じて便宜に選択される。例えば、リチ
ウム電池を構成する場合には、ＬｉＢＦ4 、ＬｉＣｌＯ
4 、ＬｉＰＦ6 、ＬｉＡｓＦ6 、ＣＦ3 ＳＯ3 Ｌｉ、
（ＣＦ3 ＳＯ2 ）2 ＮＬｉ、Ｃ4 Ｆ9 ＳＯ3 Ｌｉ、ＣＦ
3 ＣＯ2 Ｌｉ、（ＣＦ3ＣＯ2 ）2 ＮＬｉ、Ｃ6 Ｆ5 Ｓ
Ｏ3 Ｌｉ、Ｃ8 Ｆ17ＳＯ3 Ｌｉ、（Ｃ2 Ｆ5 ＳＯ2 ）2
ＮＬｉ、（Ｃ4 Ｆ9 ＳＯ2 ）（ＣＦ3 ＳＯ2 ）ＮＬｉ、
（ＦＳＯ2 Ｃ6 Ｆ4 ）（ＣＦ3 ＳＯ2 ）ＮＬｉ、（（Ｃ
Ｆ3 ）2 ＣＨＯＳＯ2 ）2 ＮＬｉ、（ＣＦ3 ＳＯ2 ）3
ＣＬｉ、（Ｃ6 Ｆ3 （ＣＦ3 ）2 −３，５）4 ＢＬｉあ
るいはＬｉＣＦ3 、ＬｉＡｌＣｌ4 などのリチウム塩が
使用される。
【００１７】なお、この非水電解液の温度２５℃におけ
る導電率は０．１ｍＳ／ｃｍ以上であることが好まし
く、軽金属塩の種類あるいはその濃度により調整され
る。
る導電率は０．１ｍＳ／ｃｍ以上であることが好まし
く、軽金属塩の種類あるいはその濃度により調整され
る。
【００１８】また、この非水電解液は、シロキサン誘導
体に加えて他の溶媒を含んでいてもよい。他の溶媒とし
ては、例えば、プロピレンカーボネート、エチレンカー
ボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボ
ネート、１，２−ジメトキシエタン、１，２−ジエトキ
シエタン、γーブチロラクトン、テトラヒドロフラン、
１，３−ジオキソラン、ジプロピルカーボネート、ジエ
チルエーテル、スルホラン、メチルスルホラン、アセト
ニトリル、プロピオニトリル、アニソール、酢酸エステ
ルあるいはプロピオン酸エステルなどがあり、これらの
いずれか１種または２種以上が混合されて含まれていて
もよい。
体に加えて他の溶媒を含んでいてもよい。他の溶媒とし
ては、例えば、プロピレンカーボネート、エチレンカー
ボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボ
ネート、１，２−ジメトキシエタン、１，２−ジエトキ
シエタン、γーブチロラクトン、テトラヒドロフラン、
１，３−ジオキソラン、ジプロピルカーボネート、ジエ
チルエーテル、スルホラン、メチルスルホラン、アセト
ニトリル、プロピオニトリル、アニソール、酢酸エステ
ルあるいはプロピオン酸エステルなどがあり、これらの
いずれか１種または２種以上が混合されて含まれていて
もよい。
【００１９】このような構成を有する非水電解液は、次
のようにして電池に用いられる。ここでは、リチウム二
次電池の例を挙げ、図面を参照して、以下に説明する。
のようにして電池に用いられる。ここでは、リチウム二
次電池の例を挙げ、図面を参照して、以下に説明する。
【００２０】図１は、本実施の形態に係る非水電解液を
用いた二次電池の断面構造を表すものである。なお、図
１に示したものは、いわゆるコイン型といわれるもので
ある。この二次電池は、外装カップ１１内に収容された
円板状の負極１２と外装缶１３内に収容された円板状の
正極１４とが、セパレータ１５を介して積層されたもの
である。外装カップ１１および外装缶１３の内部は本実
施の形態に係る非水電解液１６により満たされており、
外装カップ１１および外装缶１３の周縁部は絶縁ガスケ
ット１７を介してかしめられることにより密閉されてい
る。
用いた二次電池の断面構造を表すものである。なお、図
１に示したものは、いわゆるコイン型といわれるもので
ある。この二次電池は、外装カップ１１内に収容された
円板状の負極１２と外装缶１３内に収容された円板状の
正極１４とが、セパレータ１５を介して積層されたもの
である。外装カップ１１および外装缶１３の内部は本実
施の形態に係る非水電解液１６により満たされており、
外装カップ１１および外装缶１３の周縁部は絶縁ガスケ
ット１７を介してかしめられることにより密閉されてい
る。
【００２１】負極１２は、例えば、リチウムあるいはリ
チウムイオンまたはＬｉ−Ａｌ合金などのリチウム合金
を吸蔵および脱離することが可能な炭素材料を含有して
いる。この炭素材料は、所定の温度および雰囲気にて調
製されたものであり、例えば、熱分解炭素類、石油コー
クスもしくはピッチコークスなどのコークス類、人造黒
鉛類、天然黒鉛類、アセチレンブラックなどのカーボン
ブラック、ガラス状炭素類、有機高分子材料焼成体ある
いは炭素繊維などが用いられている。なお、有機高分子
材料焼成体というのは、有機高分子材料を不活性ガス雰
囲気中または真空中において５００℃以上の適当な温度
で焼成したものである。
チウムイオンまたはＬｉ−Ａｌ合金などのリチウム合金
を吸蔵および脱離することが可能な炭素材料を含有して
いる。この炭素材料は、所定の温度および雰囲気にて調
製されたものであり、例えば、熱分解炭素類、石油コー
クスもしくはピッチコークスなどのコークス類、人造黒
鉛類、天然黒鉛類、アセチレンブラックなどのカーボン
ブラック、ガラス状炭素類、有機高分子材料焼成体ある
いは炭素繊維などが用いられている。なお、有機高分子
材料焼成体というのは、有機高分子材料を不活性ガス雰
囲気中または真空中において５００℃以上の適当な温度
で焼成したものである。
【００２２】正極１４は、例えば、正極活物質として、
ＴｉＳ2 、ＭｏＳ2 、ＮｂＳｅ2 あるいはＶ2 Ｏ5 など
のリチウムを含有しない金属硫化物もしくは酸化物、ま
たはリチウムを含有するリチウム複合酸化物を含有して
いる。特に、エネルギー密度を高くするには、Ｌｉx Ｍ
Ｏ2 を主体とするリチウム複合酸化物を含んでいること
が好ましい。なお、Ｍは１種類以上の遷移金属が好まし
く、具体的には、コバルト（Ｃｏ），ニッケル（Ｎｉ）
およびマンガン（Ｍｎ）のうちの少なくとも１種が好ま
しい。また、ｘは、通常、０．０５≦ｘ≦１．１０の範
囲内の値である。このようなリチウム複合酸化物の具体
例としては、ＬｉＣｏＯ2 、ＬｉＮｉＯ2 、Ｌｉx Ｎｉ
y Ｃｏ1-y Ｏ2 （但し、ｘおよびｙの値は電池の充放電
状態によって異なり、通常、０＜ｘ＜１、０．７＜ｙ≦
１である。）あるいはＬｉＭｎ2Ｏ4 などが挙げられ
る。
ＴｉＳ2 、ＭｏＳ2 、ＮｂＳｅ2 あるいはＶ2 Ｏ5 など
のリチウムを含有しない金属硫化物もしくは酸化物、ま
たはリチウムを含有するリチウム複合酸化物を含有して
いる。特に、エネルギー密度を高くするには、Ｌｉx Ｍ
Ｏ2 を主体とするリチウム複合酸化物を含んでいること
が好ましい。なお、Ｍは１種類以上の遷移金属が好まし
く、具体的には、コバルト（Ｃｏ），ニッケル（Ｎｉ）
およびマンガン（Ｍｎ）のうちの少なくとも１種が好ま
しい。また、ｘは、通常、０．０５≦ｘ≦１．１０の範
囲内の値である。このようなリチウム複合酸化物の具体
例としては、ＬｉＣｏＯ2 、ＬｉＮｉＯ2 、Ｌｉx Ｎｉ
y Ｃｏ1-y Ｏ2 （但し、ｘおよびｙの値は電池の充放電
状態によって異なり、通常、０＜ｘ＜１、０．７＜ｙ≦
１である。）あるいはＬｉＭｎ2Ｏ4 などが挙げられ
る。
【００２３】なお、このリチウム複合酸化物は、例え
ば、リチウムの炭酸塩、硝酸塩、酸化物あるいは水酸化
物と、遷移金属の炭酸塩、硝酸塩、酸化物あるいは水酸
化物とを所望の組成に応じて粉砕混合し、酸素雰囲気中
において６００〜１０００℃の範囲内の温度で焼成する
ことにより調製される。
ば、リチウムの炭酸塩、硝酸塩、酸化物あるいは水酸化
物と、遷移金属の炭酸塩、硝酸塩、酸化物あるいは水酸
化物とを所望の組成に応じて粉砕混合し、酸素雰囲気中
において６００〜１０００℃の範囲内の温度で焼成する
ことにより調製される。
【００２４】セパレータ１５は、負極１２と正極１４と
を隔離し、両極の接触による電流の短絡を防止しつつリ
チウムイオンを通過させるものであり、例えば、ポリテ
トラフルオロエチレン、ポリプロピレンあるいはポリエ
チレンなどの合成樹脂製の不織布またはセラミックフィ
ルムまたは多孔質薄膜フィルムなどにより構成されてい
る。
を隔離し、両極の接触による電流の短絡を防止しつつリ
チウムイオンを通過させるものであり、例えば、ポリテ
トラフルオロエチレン、ポリプロピレンあるいはポリエ
チレンなどの合成樹脂製の不織布またはセラミックフィ
ルムまたは多孔質薄膜フィルムなどにより構成されてい
る。
【００２５】このような構成を有する二次電池は次のよ
うに作用する。
うに作用する。
【００２６】この二次電池では、充電を行うと、正極１
４に含まれるリチウムはイオンとなって脱離し、非水電
解液１６を介してセパレータ１５を通過して負極１２に
含まれる炭素材料に吸蔵される。その後、放電を行う
と、負極１２に含まれる炭素材料に吸蔵されたリチウム
がイオンとなって脱離し、非水電解液１６を介してセパ
レータ１５を通過して正極１４に戻り吸蔵される。ここ
で、非水電解液１６は、溶媒として化５に示したシロキ
サン誘導体を含んでいるので、化学的安定性が高く、難
燃性または低蒸気圧であるために熱化学的にも優れてい
る。よって、電流の短絡時においても気化または分解が
起こりにくく、電池の破損または発火が防止され、高電
圧においても優れた電池性能が示される。
４に含まれるリチウムはイオンとなって脱離し、非水電
解液１６を介してセパレータ１５を通過して負極１２に
含まれる炭素材料に吸蔵される。その後、放電を行う
と、負極１２に含まれる炭素材料に吸蔵されたリチウム
がイオンとなって脱離し、非水電解液１６を介してセパ
レータ１５を通過して正極１４に戻り吸蔵される。ここ
で、非水電解液１６は、溶媒として化５に示したシロキ
サン誘導体を含んでいるので、化学的安定性が高く、難
燃性または低蒸気圧であるために熱化学的にも優れてい
る。よって、電流の短絡時においても気化または分解が
起こりにくく、電池の破損または発火が防止され、高電
圧においても優れた電池性能が示される。
【００２７】このように、本実施の形態に係る非水電解
液によれば、溶媒として化５に示したシロキサン誘導体
を含んでいるので、化学的安定性および熱化学的安定性
を高くすることができる。よって、この非水電解液を用
いて電池を構成すれば、電流の短絡時に急激に大電流が
流れても、非水電解液の気化または分解を抑制すること
ができる。従って、電池の破損または発火を防止でき、
安全性を向上させるととができると共に、高電圧におい
ても優れた電池性能を得ることができる。
液によれば、溶媒として化５に示したシロキサン誘導体
を含んでいるので、化学的安定性および熱化学的安定性
を高くすることができる。よって、この非水電解液を用
いて電池を構成すれば、電流の短絡時に急激に大電流が
流れても、非水電解液の気化または分解を抑制すること
ができる。従って、電池の破損または発火を防止でき、
安全性を向上させるととができると共に、高電圧におい
ても優れた電池性能を得ることができる。
【００２８】また、シロキサン誘導体の温度２５℃にお
ける動粘性率を５０００ｃＳｔ以下あるいは平均分子量
を１００００以下とするようにすれば、高い導電率を引
き出すのに充分な軽金属塩を溶解することができ、かつ
軽金属イオンが移動することができる良好な非水電解液
を得ることができる。
ける動粘性率を５０００ｃＳｔ以下あるいは平均分子量
を１００００以下とするようにすれば、高い導電率を引
き出すのに充分な軽金属塩を溶解することができ、かつ
軽金属イオンが移動することができる良好な非水電解液
を得ることができる。
【００２９】
【実施例】更に、本発明の具体的な実施例について詳細
に説明する。ここでは、化６に示したシロキサン誘導体
にリチウム塩として（ＣＦ3 ＳＯ2 ）2 ＮＬｉを添加し
た４種類の非水電解液を作製した。（ＣＦ3 ＳＯ2 ）2
ＮＬｉの添加量は表１に示したように各実施例において
変化させ、シロキサン誘導体１ｇに対してそれぞれ実施
例１では０．５ｍｏｌ、実施例２では１．０ｍｏｌ、実
施例３では１．５ｍｏｌ、実施例３では３．０ｍｏｌと
した。
に説明する。ここでは、化６に示したシロキサン誘導体
にリチウム塩として（ＣＦ3 ＳＯ2 ）2 ＮＬｉを添加し
た４種類の非水電解液を作製した。（ＣＦ3 ＳＯ2 ）2
ＮＬｉの添加量は表１に示したように各実施例において
変化させ、シロキサン誘導体１ｇに対してそれぞれ実施
例１では０．５ｍｏｌ、実施例２では１．０ｍｏｌ、実
施例３では１．５ｍｏｌ、実施例３では３．０ｍｏｌと
した。
【００３０】
【化６】
【００３１】
【表１】
【００３２】これら各実施例の非水電解液について、イ
オン導電度試験をそれぞれ行った。イオン導電度試験で
は、各非水電解液を厚さ０．１４５ｃｍおよび面積０．
７８５４ｃｍ2 のステンレス板で挟んで電圧を印加し、
その印加する正弦波交流電圧を記号法（複素表示）で表
現したいわゆるコール・コール（Cole-Cole ）プロット
から導電率を求めた。得られた結果を表１に示す。な
お、各実施例の非水電解液における化６に示したシロキ
サン誘導体の温度２５℃での動粘性率は２０ｃＳｔであ
った。
オン導電度試験をそれぞれ行った。イオン導電度試験で
は、各非水電解液を厚さ０．１４５ｃｍおよび面積０．
７８５４ｃｍ2 のステンレス板で挟んで電圧を印加し、
その印加する正弦波交流電圧を記号法（複素表示）で表
現したいわゆるコール・コール（Cole-Cole ）プロット
から導電率を求めた。得られた結果を表１に示す。な
お、各実施例の非水電解液における化６に示したシロキ
サン誘導体の温度２５℃での動粘性率は２０ｃＳｔであ
った。
【００３３】これらの結果から、各実施例の非水電解液
はいずれも電池に使用することができる導電性を有する
ことが分かった。
はいずれも電池に使用することができる導電性を有する
ことが分かった。
【００３４】また、更に、実施例２の非水電解液につい
て酸化安定性試験および放電特性試験を行った。酸化安
定性試験では、サイクリック・ボルタモグラムを測定し
て酸化安定性を調べた。測定は３電極製の電気化学セル
を使用し、作用極に直径０．５ｍｍのニッケル電極を、
対極と参照極にリチウム金属をそれぞれ使用した。その
際の安定な電位の範囲は、１００μＡ／ｃｍ2 の酸化電
流が発生するまでとした。その結果、酸化安定電位は
４．８Ｖと十分に高い値が得られた。この結果から、こ
の非水電解液によれば高電圧においても優れた電池性能
を得られることが分かった。
て酸化安定性試験および放電特性試験を行った。酸化安
定性試験では、サイクリック・ボルタモグラムを測定し
て酸化安定性を調べた。測定は３電極製の電気化学セル
を使用し、作用極に直径０．５ｍｍのニッケル電極を、
対極と参照極にリチウム金属をそれぞれ使用した。その
際の安定な電位の範囲は、１００μＡ／ｃｍ2 の酸化電
流が発生するまでとした。その結果、酸化安定電位は
４．８Ｖと十分に高い値が得られた。この結果から、こ
の非水電解液によれば高電圧においても優れた電池性能
を得られることが分かった。
【００３５】放電特性試験では、図１に示したようなコ
イン型のテストセルを作製し、充放電を行った。テスト
セルの正極にはＬｉＣｏＯ2 を用い、負極には炭素材料
を用いた。充放電は、上限電圧を４．２Ｖ、下限電圧を
３．０Ｖ、放電電流を１００μＡとして２０サイクルま
で繰り返した。その結果得られた充放電曲線を図２に示
す。図２から、この非水電解液を用いた電池は十分な充
放電特性を有することが分かった。よって、この非水電
解液を用いれば、優れた電池性能を得られることが分か
った。
イン型のテストセルを作製し、充放電を行った。テスト
セルの正極にはＬｉＣｏＯ2 を用い、負極には炭素材料
を用いた。充放電は、上限電圧を４．２Ｖ、下限電圧を
３．０Ｖ、放電電流を１００μＡとして２０サイクルま
で繰り返した。その結果得られた充放電曲線を図２に示
す。図２から、この非水電解液を用いた電池は十分な充
放電特性を有することが分かった。よって、この非水電
解液を用いれば、優れた電池性能を得られることが分か
った。
【００３６】すなわち、以上の結果から、各実施例の非
水電解液によれば、十分な導電率が得られると共に、十
分な充放電特性を得ることができ、更に、高電圧におい
ても安定していることが分かった。よって、この非水電
解液を用いれば、優れた電池性能を得ることができる。
水電解液によれば、十分な導電率が得られると共に、十
分な充放電特性を得ることができ、更に、高電圧におい
ても安定していることが分かった。よって、この非水電
解液を用いれば、優れた電池性能を得ることができる。
【００３７】以上、実施の形態および実施例を挙げて本
発明を説明したが、本発明は上記実施の形態および各実
施例に限定されるものではなく、種々変形可能である。
例えば、上記実施の形態および各実施例においては、リ
チウム二次電池について説明したが、本発明は、ナトリ
ウムあるいはアルミニウムなど他の軽金属を用いた二次
電池についても同様に適用することができる。その場
合、非水電解液の軽金属塩および正極の正極活物質は、
それに応じて適宜に選択される。
発明を説明したが、本発明は上記実施の形態および各実
施例に限定されるものではなく、種々変形可能である。
例えば、上記実施の形態および各実施例においては、リ
チウム二次電池について説明したが、本発明は、ナトリ
ウムあるいはアルミニウムなど他の軽金属を用いた二次
電池についても同様に適用することができる。その場
合、非水電解液の軽金属塩および正極の正極活物質は、
それに応じて適宜に選択される。
【００３８】また、上記実施の形態においては、コイン
型の二次電池について説明したが、本発明は、ボタン
型、ペーパー型、角型あるいはスパイラル構造を有する
筒型など他の形状のものについても同様に適用すること
ができる。
型の二次電池について説明したが、本発明は、ボタン
型、ペーパー型、角型あるいはスパイラル構造を有する
筒型など他の形状のものについても同様に適用すること
ができる。
【００３９】更に、上記実施の形態においては、二次電
池について説明したが、本発明は、一次電池などの他の
電池にも適用することができる。
池について説明したが、本発明は、一次電池などの他の
電池にも適用することができる。
【００４０】
【発明の効果】以上説明したように請求項１ないし請求
項５のいずれか１に記載の非水電解液によれば、化１に
示したシロキサン誘導体を含んでいるので、化学的安定
性および熱化学的安定性を高くすることができる。よっ
て、この非水電解液を用いて電池を構成すれば、電流の
短絡時に急激に大電流が流れても、気化または分解を抑
制することができる。従って、電池の破損または発火を
防止でき、安全性を向上させるととができると共に、高
電圧においても優れた電池性能を得ることができるとい
う効果を奏する。
項５のいずれか１に記載の非水電解液によれば、化１に
示したシロキサン誘導体を含んでいるので、化学的安定
性および熱化学的安定性を高くすることができる。よっ
て、この非水電解液を用いて電池を構成すれば、電流の
短絡時に急激に大電流が流れても、気化または分解を抑
制することができる。従って、電池の破損または発火を
防止でき、安全性を向上させるととができると共に、高
電圧においても優れた電池性能を得ることができるとい
う効果を奏する。
【００４１】また、請求項２または請求項４に記載の非
水電解液によれば、シロキサン誘導体の温度２５℃にお
ける動粘性率を５０００ｃＳｔ以下あるいは平均分子量
を１００００以下とするようにしたので、高い導電率を
引き出すのに充分な軽金属塩を溶解することができ、か
つ軽金属イオンが移動することができる良好な非水電解
液を得ることができるという効果を奏する。
水電解液によれば、シロキサン誘導体の温度２５℃にお
ける動粘性率を５０００ｃＳｔ以下あるいは平均分子量
を１００００以下とするようにしたので、高い導電率を
引き出すのに充分な軽金属塩を溶解することができ、か
つ軽金属イオンが移動することができる良好な非水電解
液を得ることができるという効果を奏する。
【００４２】また、請求項６ないし請求項１０のいずれ
か１に記載の電池によれば、化２に示したシロキサン誘
導体を含む非水電解液を備えているので、電流の短絡時
に急激に大電流が流れても、非水電解液の気化または分
解を抑制することができる。よって、電池の破損または
発火を防止でき、安全性を向上させることができると共
に、高電圧においても優れた電池性能を得ることができ
るという効果を奏する。
か１に記載の電池によれば、化２に示したシロキサン誘
導体を含む非水電解液を備えているので、電流の短絡時
に急激に大電流が流れても、非水電解液の気化または分
解を抑制することができる。よって、電池の破損または
発火を防止でき、安全性を向上させることができると共
に、高電圧においても優れた電池性能を得ることができ
るという効果を奏する。
【図１】本発明の一実施の形態に係る非水電解液を用い
た二次電池の構成を表す断面図である。
た二次電池の構成を表す断面図である。
【図２】本発明の実施例２に係る非水電解液の放電特性
試験における充放電曲線を示す特性図である。
試験における充放電曲線を示す特性図である。
１１…外装カップ、１２…負極、１３…外装缶、１４…
正極、１５…セパレータ、１６…電解液、１７…絶縁ガ
スケット
正極、１５…セパレータ、１６…電解液、１７…絶縁ガ
スケット
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山田 心一郎 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内 Ｆターム(参考） 4J002 CP051 DD056 DE196 DG046 DH006 DK006 GQ00 5H029 AJ07 AJ12 AK02 AK05 AL06 AL12 AM01 AM07 AM16 EJ11 HJ02 HJ10 HJ11 HJ20
Claims (10)
- 【請求項１】 下記の化１にて示されるシロキサン誘導
体と、 少なくとも１種の軽金属塩とを含むことを特徴とする非
水電解液。 【化１】 （式中、ａは１から５０の整数を表し、ｍは０から４０
の整数を表し、ｎは０から４０の整数を表し、Ｒは水素
原子またはアルキル基を表す。なお、ａ＞１のときａ個
のＤは同じでも異なっていてもよい。また、ＤおよびＲ
に含まれる水素原子はハロゲン原子で置き換えられても
よい。） - 【請求項２】 前記シロキサン誘導体は、温度２５℃に
おける動粘性率が５０００ｃＳｔ以下であることを特徴
とする請求項１記載の非水電解液。 - 【請求項３】 前記シロキサン誘導体は、平均分子量が
１００００以下であることを特徴とする請求項１記載の
非水電解液。 - 【請求項４】 前記軽金属塩は、リチウム金属塩である
ことを特徴とする請求項１記載の非水電解液。 - 【請求項５】 温度２５℃における導電率が０．１ｍＳ
／ｃｍ以上であることを特徴とする請求項１記載の非水
電解液。 - 【請求項６】 正極と、 負極と、 前記正極と前記負極との間に設けられたセパレータと、 下記の化２にて示されるシロキサン誘導体および少なく
とも１種の軽金属塩を含む非水電解液とを備えたことを
特徴とする電池。 【化２】 （式中、ａは１から５０の整数を表し、ｍは０から４０
の整数を表し、ｎは０から４０の整数を表し、Ｒは水素
原子またはアルキル基を表す。なお、ａ＞１のときａ個
のＤは同じでも異なっていてもよい。また、ＤおよびＲ
に含まれる水素原子はハロゲン原子で置き換えられても
よい。） - 【請求項７】 前記非水電解液は、温度２５℃における
動粘性率が５０００ｃＳｔ以下のシロキサン誘導体を含
むことを特徴とする請求項６記載の電池。 - 【請求項８】 前記非水電解液は、平均分子量が１００
００以下のシロキサン誘導体を含むことを特徴とする請
求項６記載の電池。 - 【請求項９】 前記非水電解液は、温度２５℃における
導電率が０．１ｍＳ／ｃｍ以上であることを特徴とする
請求項６記載の電池。 - 【請求項１０】 前記正極は、リチウムイオンを吸蔵お
よび脱離することができる酸化物もしくは硫化物を含む
と共に、前記負極は、リチウム、リチウム合金あるいは
リチウムイオンを吸蔵および脱離することができる炭素
材料を含むことを特徴とする請求項６記載の電池。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10222150A JP2000058123A (ja) | 1998-08-05 | 1998-08-05 | 非水電解液およびそれを用いた電池 |
| US09/233,910 US6124062A (en) | 1998-01-26 | 1999-01-21 | Non-aqueous electrolytic solution, and non-aqueous electrolyte cell comprising it |
| KR1019990002315A KR100540112B1 (ko) | 1998-01-26 | 1999-01-25 | 비수성 전해액 및 이를 이용한 비수성 전해액 전지 |
| EP99101301A EP0932215B1 (en) | 1998-01-26 | 1999-01-25 | Non-aqueous electrolytic solution, and non-aqueous electrolyte cell comprising it |
| DE69900104T DE69900104T2 (de) | 1998-01-26 | 1999-01-25 | Nichtwässrige Elektrolytlösung und diese enthaltende elektrochemische Zelle |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10222150A JP2000058123A (ja) | 1998-08-05 | 1998-08-05 | 非水電解液およびそれを用いた電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000058123A true JP2000058123A (ja) | 2000-02-25 |
Family
ID=16777973
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10222150A Pending JP2000058123A (ja) | 1998-01-26 | 1998-08-05 | 非水電解液およびそれを用いた電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000058123A (ja) |
Cited By (26)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001073884A1 (fr) * | 2000-03-28 | 2001-10-04 | Ngk Insulators, Ltd. | Accumulateur au lithium |
| US6887619B2 (en) | 2002-04-22 | 2005-05-03 | Quallion Llc | Cross-linked polysiloxanes |
| JP2006093064A (ja) * | 2004-08-24 | 2006-04-06 | Shin Etsu Chem Co Ltd | 非水電解液及びこれを用いた電池 |
| KR100684729B1 (ko) * | 2004-07-09 | 2007-02-20 | 삼성에스디아이 주식회사 | 리튬 이차 전지 |
| JP2007087935A (ja) * | 2005-08-23 | 2007-04-05 | Shin Etsu Chem Co Ltd | 非水電解液、二次電池及び電気化学キャパシタ |
| US7211353B2 (en) | 2005-04-04 | 2007-05-01 | Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. | Non-aqueous electrolytic solution and secondary battery |
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| JP2007141496A (ja) * | 2005-11-15 | 2007-06-07 | Samsung Sdi Co Ltd | リチウム二次電池 |
| CN100341197C (zh) * | 2003-01-09 | 2007-10-03 | 三星Sdi株式会社 | 可再充电锂电池用的电解质和含该电解质的可再充电锂电池 |
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| US7498102B2 (en) | 2002-03-22 | 2009-03-03 | Bookeun Oh | Nonaqueous liquid electrolyte |
| US7544759B2 (en) | 2004-10-15 | 2009-06-09 | Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. | Cyclic carbonate-modified organosilicon compound, non-aqueous electrolytic solution, secondary battery and capacitor |
| US7588859B1 (en) | 2004-02-11 | 2009-09-15 | Bookeun Oh | Electrolyte for use in electrochemical devices |
| US7695860B2 (en) | 2002-03-22 | 2010-04-13 | Quallion Llc | Nonaqueous liquid electrolyte |
| US7718321B2 (en) | 2004-02-04 | 2010-05-18 | Quallion Llc | Battery having electrolyte including organoborate salt |
| US7722995B2 (en) | 2005-08-23 | 2010-05-25 | Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. | Non-aqueous electrolytic solution, secondary battery, and electrochemical capacitor |
| US7883801B2 (en) | 2005-11-15 | 2011-02-08 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Electrolyte for rechargeable lithium battery, and rechargeable lithium battery including the same |
| US7914931B2 (en) | 2005-12-21 | 2011-03-29 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Separator for rechargeable lithium battery, rechargeable lithium battery including the same, and method for preparing rechargeable lithium battery |
| US8076031B1 (en) | 2003-09-10 | 2011-12-13 | West Robert C | Electrochemical device having electrolyte including disiloxane |
| US8153307B1 (en) | 2004-02-11 | 2012-04-10 | Quallion Llc | Battery including electrolyte with mixed solvent |
| US8715863B2 (en) | 2004-05-20 | 2014-05-06 | Quallion Llc | Battery having electrolyte with mixed solvent |
| US8753775B2 (en) | 2004-07-09 | 2014-06-17 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Rechargeable lithium battery with an electrode active material including a multi-phase alloy powder |
| US8765295B2 (en) | 2004-02-04 | 2014-07-01 | Robert C. West | Electrolyte including silane for use in electrochemical devices |
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| US11695154B2 (en) | 2019-01-03 | 2023-07-04 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Electrolyte containing siloxane compound and lithium secondary battery including the electrolyte |
-
1998
- 1998-08-05 JP JP10222150A patent/JP2000058123A/ja active Pending
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