JP2001052743A - 非水電解液及びそれを用いた二次電池 - Google Patents

非水電解液及びそれを用いた二次電池

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JP2001052743A
JP2001052743A JP11229506A JP22950699A JP2001052743A JP 2001052743 A JP2001052743 A JP 2001052743A JP 11229506 A JP11229506 A JP 11229506A JP 22950699 A JP22950699 A JP 22950699A JP 2001052743 A JP2001052743 A JP 2001052743A
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aqueous electrolyte
phosphate
carbon atoms
compound
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JP11229506A
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Takehiko Onomi
毅彦 尾身
Masahiro Toriida
昌弘 鳥井田
Hiroaki Tan
弘明 丹
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Mitsui Chemicals Inc
Original Assignee
Mitsui Chemicals Inc
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 難燃性が高く、高電圧を発生でき、かつ
電池充放電性能に優れた非水電解液を提供すること、お
よびその非水電解液を含む二次電池を提供すること。 【解決手段】 一般式(1)で表されるエステル誘導
体とリン酸エステル化合物を含む非水溶媒と、電解質と
よりなる非水電解液 R1((O)kCOO(CH2mCR2=CR34n (1) (式中、R1は水素または炭素数1〜30の炭化水素基
であり、R2、R3およびR4は水素、または同じでも異
なっていてもよい炭素数1〜8のアルキル基であり、k
は0または1であり、mは0または1であり、nは1〜
4の整数である。)、およびその非水電解液を含む二次
電池。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の技術分野】本発明は、電池等に用いられる非水
電解液およびそれを利用した二次電池に関する。更に詳
しくは難燃性が高く、高電圧を発生でき、かつ電池の充
放電特性に優れた非水電解液に関するとともに、この電
解液を含む二次電池に関する。
【0002】
【発明の技術的背景】非水電解液は、リチウム電池など
エネルギー貯蔵デバイスの電解液として使用され、これ
らのデバイスは高電圧かつ高エネルギー密度を有し、信
頼性が高いことから、広く民生用電子機器の電源などに
用いられている。非水電解液は、非水溶媒と電解質とか
ら構成され、非水溶媒としては、一般に高誘電率の有機
溶媒であるプロピレンカーボネート、γ−ブチロラクト
ン、スルホラン、あるいは低粘度の有機溶媒であるジメ
チルカーボネート、ジメトキシエタン、テトラヒドロフ
ラン、1,3-ジオキソランなどが用いられている。また電
解質としてはLiBF4、LiPF6、LiClO4、L
iAsF6、LiCF3SO3、LiAlCl4、LiSi
6などが用いられている。
【0003】最近この二次電池の分野で、エネルギー密
度の高い電池へのニーズが強いことから、高電圧電池に
ついて研究が進められている。例えば,電池の正極にL
iCoO2、LiNiO2、LiMn24等のリチウムと
遷移金属の複合酸化物を使用し、負極に炭素材料を使用
した、ロッキングチェア型と呼ばれる二次電池がある。
この電池は4V以上の電池電圧を発生することができ、
しかも金属リチウムの析出がないため、過充電、外部シ
ョート、釘刺し、押しつぶし等の実験によって優れた結
果が得られており、民生用として流通している。
【0004】しかしながら、今後一層の高エネルギー密
度化、大型化が期待されており、その実現のためには、
可燃性の非水電解液に自己消火性を付与することが求め
られている。その一方法として、特開平4−18487
0号公報には、自己消火性のある化合物として知られて
いるリン酸エステル類を電解液に添加することが提案さ
れている。
【0005】ところが、リン酸トリエチルなどの一般的
なリン酸エステル類を電解液に添加すると、難燃性は向
上するが、リン酸エステルの種類や添加量によっては、
電池の充放電効率、電池のエネルギー密度、電池寿命が
低下する現象がみられた。そのため、リン酸エステルの
添加量を限定することなどが提案されている(特開平7
−114940号公報)。これらの対策により、電池の
難燃性、充放電効率、エネルギー密度、あるいは電池寿
命などの向上が認めらてはいるが、現在なお一層の電解
液性能の改良が求められている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は前記の要請に
応えるために、難燃性が高く、高電圧を発生でき、かつ
電池充放電性能に優れた非水電解液を提供することを目
的し、またその非水電解液を含む二次電池の提供を目的
とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、下記一
般式(1)で表されるエステル誘導体およびリン酸エス
テル化合物とからなる非水溶媒と、電解質とからなる非
水電解液が提供される。 R1((O)kCOO(CH2mCR2=CR34n (1) (式中、R1は水素または炭素数1〜30の炭化水素基
であり、R2、R3およびR4は水素、または同じでも異
なっていてもよい炭素数1〜8のアルキル基であり、k
は0または1であり、mは0または1であり、nは1〜
4の整数である。)
【0008】前記一般式(1)で表されるエステル誘導
体が下記式(2)で表される化合物である非水電解液
は、本発明の好ましい態様である。 R56C=CR7(CH2p(OCOO(CH2mCR2=CR34n (2) (式中、R2〜R4およびR5〜R7は水素または同じでも
異なっていてもよい炭素数1〜8の炭化水素基であり、
pおよびqはそれぞれ0または1であり、mは0または
1であり、nは1〜4の整数である。)
【0009】前記一般式(1)で表されるエステル誘導
体が下記式(3)で表される化合物である非水電解液
も、本発明の好ましい態様である。 R1(COO(CH2mCR2=CR34n (3) (式中、R1は水素または炭素数1〜10の炭化水素基
であり、R2〜R4は水素、または同じでも異なっていて
もよい炭素数1〜8のアルキル基でありmは0または1
であり、nは1〜4の整数である。)
【0010】前記リン酸エステル化合物が下記一般式
(4)〜(6)で表されるリン酸エステルから選ばれた
化合物である非水電解液は、本発明の好ましい態様であ
る。
【化11】
【化12】
【化13】 (式中、R11〜R14は互いに同一であっても異なってい
てもよく、炭素数1〜6のアルキル基またはフッ素置換
アルキル基を示す。−(C)−は、直鎖状または分岐状の
炭化水素基であり、r、s、t、uは炭素数を示し、r
は2〜8の整数であり、s、t、uは互いに同一であっ
ても異なっていてもよく0〜12の整数であり、 s、
t、uの少なくとも1つは1以上の整数である。)
【0011】また本発明は前記一般式(1)で表される
エステル誘導体が、非水溶媒中に少なくとも0.001
重量%以上含まれている非水電解液を提供する。
【0012】前記電解質がリチウム塩である非水電解液
は本発明の好ましい態様である。
【0013】本発明はまた、前記した非水電解液からな
るリチウムイオン二次電池用電解液を提供する。
【0014】本発明はさらにまた、前記した非水電解液
含む二次電池を提供する。
【0015】本発明は、負極活物質として金属リチウ
ム、リチウム含有合金、リチウムイオンのドープ・脱ド
ープが可能な炭素材料のいずれかを含む負極と、正極活
物質としてリチウムと遷移金属の複合酸化物、炭素材料
またはこれらの混合物のいずれかを含む正極と、前記し
た非水電解液よりなる電解液を有する非水電解液二次電
池を提供する。
【0016】
【発明の具体的説明】次に本発明に係る非水電解液およ
びこの非水電解液を用いた非水電解液二次電池について
具体的に説明する。
【0017】非 水 電 解 液 本発明に係る非水電解液は、特定のエステル誘導体とリ
ン酸エステル化合物を含む非水溶媒と、電解質とからな
っている。次にその各々について詳述する。
【0018】エ ス テ ル 誘 導 体 本発明で用いられるエステル誘導体は、下記一般式
(1)で表される化合物である。 R1((O)kCOO(CH2mCR2=CR34n (1) (式中、R1は水素または炭素数1〜30の炭化水素基
であり、R2、R3およびR4は水素、または同じでも異
なっていてもよい炭素数1〜8のアルキル基であり、k
は0または1であり、mは0または1であり、nは1〜
4の整数である。)
【0019】R1は水素または炭素数1〜30、好まし
くは1〜10の炭化水素基である。R1の例としては、
炭素数1〜30、好ましくは1〜10の置換もしくは非
置換のアルキル基、アルキレン基;炭素数1〜30、好
ましくは1〜10の不飽和炭化水素基;炭素数6〜3
0、好ましくは6から15の芳香族炭化水素基が挙げら
れる。
【0020】前記不飽和炭化水素基の好適な例として、
56C=CR7(CH2p−基(ここでR5〜R7は水
素または炭素数1〜8の炭化水素基であり、pは0また
は1である)で表されるアルケニル基を挙げることがで
きる。
【0021】さらに具体的には、R1は例えば、(1)
炭素数1のとき、メチル、メチレンまたはメチリジン基
であり、(2)炭素数2のとき、エチル、ビニル、エチ
ニル、エチレン、エチリデン、ビニレンまたはビニリデ
ン基であり、(3)炭素数3のとき、プロピル、イソプ
ロピル、1−プロペニル、2−プロペニル、メタクリ
ル、1−プロピニル、2−プロピニル、プロピリデン、
プロピレン基等の炭素数3の同族体であり、(4)炭素
数4のとき、ブチル、イソブチル、sec−ブチル、t
−ブチル、1−ブテニル、2−ブテニル、3−ブテニ
ル、2−メチル−2−プロペニル、1−メチレンプロピ
ル、1−メチル−2−プロペニル、1,2−ジメチルビ
ニル、1−ブチニル、2−ブチニル、3−ブチニル、ブ
チレン、イソブチレン、sec‐ブチレン、t−ブチレン基
等の炭素数4の同族体であり、(5)炭素数4のとき、
ペンチル、1−メチルブチル、2−メチルブチル、3−
メチルブチル、1−メチル−2−メチルプロピル、2,
2−ジメチルプロピル、ペンチレン、1−メチルブチレ
ン、2−メチルブチレン、3−メチルブチレン、2−メ
チルブチリデン、1−メチル−2−メチルプロピリデ
ン、1,3−シクロペンチレン基等の炭素数5の同族体
であり、(6)その他炭素数6以上のとき、ヘキシル
基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ドデシル基等の
直鎖または分岐アルキル基、あるいはそれらのアルキレ
ン基、シクロヘキシル基、フェニル基、フェニレン基、
ベンジル基、さらに前記の炭素数1〜10、好ましくは
1〜4のアルキル基がフェニル基に結合した置換フェニ
ル基などである。中でも炭素数1ないし6のアルキル基
およびアルケニル基、フェニル基、および炭素数1〜4
のアルキル基がフェニル基に結合した置換フェニル基が
好ましい。
【0022】R2、R3およびR4は互いに同じでも異な
っていてもよく、水素もしくは炭素数1〜8のアルキル
基である。具体的には、水素、メチル基、エチル基、プ
ロピル基、ブチル基、ヘキシル基、オクチル基を挙げる
ことができるが、中でも水素またはメチル基、エチル
基、プロピル基、ブチル基などの炭素数1〜4のアルキ
ル基が好ましく、中でも水素がより好ましい。
【0023】上記式(1)において、kが1のとき化合
物は下記式(A)のごとく炭酸エステルである。 R1(OCOO(CH2mCR2=CR34n
(A) 式中R1,並びにR2、R3およびR4は、前記のとおりで
ある。mは0または1であり、より好ましくは0であ
る。nは1〜4の整数であり、好ましくは1または2で
ある。
【0024】前記の式(A)で表される炭酸エステルの
具体例としては、次式で示される化合物を挙げることが
できる。
【化14】
【0025】R1の具体例は前記のとおりである。R1
好ましい例としてR56C=CR7(CH2p−基(こ
こでR5〜R7は水素または炭素数1〜8の炭化水素基で
あり、pは0または1である)で表されるアルケニル基
を挙げることができるが、この場合式(2)の化合物は
次のようになる。 R56C=CR7(CH2p(OCOO(CH2mCR2=CR34n(2) (式中、R2〜R4およびR5〜R7は水素または同じでも
異なっていてもよい炭素数1〜8の炭化水素基であり、
pおよびqはそれぞれ0または1であり、mは0または
1であり、nは1〜4の整数である。)
【0026】式(2)で表される化合物の具体例として
は、次のような化合物を挙げることができる。
【化15】
【0027】上記式(1)においてkが0のときには、
化合物は下記式(3)のようなカルボン酸エステルであ
る。 R1(COO(CH2mCR2=CR34n (3) (式中、R1は水素または炭素数1〜10の炭化水素基
であり、R2、R3およびR4は水素、または同じでも異
なっていてもよい炭素数1〜8のアルキル基でありmは
0または1であり、nは1〜4の整数である。) R1並びにR2、R3およびR4の好ましい例は前述のとお
りである。
【0028】前記式(3)で表される具体的な化合物と
しては、次式で示される化合物を挙げることができる。 CH3COOCH=CH2、 CH3CH2COOCH=CH2、 CH3(CH26COOCH=CH2、 CH3COOC(CH3)=CH2
【化16】 CH3COOCH2CH=CH2、 CH3CH2COOCH2CH=CH2、 CH3(CH26COOCH2CH=CH2
【化17】
【化18】
【0029】上記式(1)においては、kが0で、mが
0で、R2、R3およびR4がともに水素である化合物
1(COOCH=CH2nが好ましく、これらの中で
も特に好ましい化合物としては、CH3COOCH=C
2を挙げることができる。
【0030】このような式(1)で表されるエステル誘
導体には、リン酸エステル化合物を添加する際に生じる
電池の充放電効率および負荷特性の低下を改善する効果
がある。
【0031】リン酸エステル化合物 本発明で用いられるリン酸エステル化合物として、下記
一般式(4)〜(6)で表されるリン酸エステルから選
ばれる化合物が好ましく使用される。
【化19】
【化20】
【化21】 (式中、R11〜R14は互いに同一であっても異なってい
てもよく、炭素数1〜6のアルキル基またはフッ素置換
アルキル基を示す。−(C)−は、直鎖状または分岐状の
炭化水素基であり、r、s、t、uは炭素数を示し、r
は2〜8の整数であり、s、t、uは互いに同一であっ
ても異なっていてもよく0〜12の整数であり、s、t、
uの少なくとも1つは1以上の整数である。)
【0032】式(4)で表されるリン酸エステルとし
て、具体的には、トリメチルホスフェート、トリエチル
ホスフェート、トリプロピルホスフェート、トリブチル
ホスフェート、ジメチルエチルホスフェート、メチルジ
エチルホスフェートなどが挙げられる。
【0033】式(5)で表されるリン酸エステルとし
て、具体的には、メチルエチレンホスフェート、
【化22】 メチルトリメチレンホスフェート、
【化23】 などが挙げられる。
【0034】式[6]で表されるリン酸エステルとし
て、具体的には、
【化24】
【化25】 トリメチロールエタンホスフェート、
【化26】 などが挙げられる。これらのうち、トリメチルホスフェ
ート、トリエチルホスフェートが難燃性付与の点で効果
が大きいため好ましく、とくにトリメチルホスフェート
が好ましい。
【0035】他の非水溶媒 本発明において、上記のような一般式(1)で表される
エステル誘導体とリン酸エステル化合物とからなる非水
溶媒に添加してもよい他の溶媒としては、誘電率の高い
有機溶媒が通常使用される。他の溶媒を添加する場合に
は、環状炭酸エステル、鎖状炭酸エステル等の炭酸エス
テルの使用が好ましく、これらの炭酸エステルを他の溶
媒として使用すると、電池の充放電効率および負荷特性
の改善が認められる。
【0036】好適な環状炭酸エステルは、次の一般式
(8)で表される化合物が選ばれる。
【化27】 ここで、R17およびR18は水素原子または炭素数1〜3
のアルキル基を示し、それぞれ互いに同一であっても異
なっていてもよい。アルキル基としては、メチル基、エ
チル基、n−プロピル基を例示することができる。
【0037】このような式(8)で表される環状炭酸エ
ステルの例としては、エチレンカーボネート、プロピレ
ンカーボネート、1,2-ブチレンカーボネート、2,3-ブチ
レンカーボネート、1,2-ペンチレンカーボネート、2,3-
ペンチレンカーボネートなどが挙げられる。これら環状
炭酸エステルは2種以上混合して使用してもよい。特
に、誘電率が高く、粘度及び凝固点の低いエチレンカー
ボネート、プロピレンカーボネート、あるいはエチレン
カーボネートとプロピレンカーボネートとの混合溶媒が
好ましく使用される。これらの環状炭酸エステルが含ま
れていると、低温における電解質の溶解度を高めること
が可能であり、電解質の輸送が容易となり、さらに電解
液の電気伝導度を向上させることができる。
【0038】鎖状炭酸エステルとしては、ジメチルカー
ボネート、メチルエチルカーボネート、ジエチルカーボ
ネート、メチルプロピルカーボネート、メチルイソプロ
ピルカーボネート、エチルプロピルカーボネートなどが
挙げられる。これら鎖状炭酸エステルは2種以上混合し
て使用してもよい。
【0039】このような鎖状炭酸エステルが非水溶媒中
に含まれていると、非水電解液の粘度を低くすることが
可能となり、電解質の溶解度をさらに高め、常温または
低温での電気伝導性に優れた電解液とすることできる。
鎖状炭酸エステル、特にジメチルカーボネートは、電解
液の自己消火性を高める作用があるので、好適に使用さ
れる。
【0040】環状炭酸エステルおよび/または鎖状炭酸
エステルを使用する時には、非水溶媒中の、一般式
[8]で表される環状炭酸エステルと鎖状炭酸エステル
との混合割合は、重量比で表して、環状炭酸エステル:
鎖状炭酸エステルが、0:100〜100:0、好まし
くは5:95〜95:5、特に好ましくは20:80〜
85:15である。このような量で非水溶媒中に環状炭
酸エステルが含まれていると、非水電解液の電気伝導度
を高めることが可能であり、また鎖状炭酸エステルが含
まれていると、自己消火性に優れた非水電解液を得るこ
とができる。
【0041】さらに本発明では、さらに環状炭酸エステ
ルとして、下記一般式(7)の化合物を用いることがで
きる。
【化28】 (式中、R15〜R16は水素原子または同一であっても異
なっていてもよい炭素数1〜6のアルキル基を示す。)
【0042】この化合物(7)を、前記炭酸エステル全
量に対して、0.001重量%以上、好ましくは0.0
5から30重量%の量で含むことにより、電池の充放電
効率および負荷特性の低下をさらに改善する効果があ
る。
【0043】炭酸エステル以外に使用可能な他の溶媒と
しては、次に示す化合物を挙げることができる。 1) 蟻酸メチル、蟻酸エチル、蟻酸プロピル、酢酸メ
チル、酢酸エチル、酢酸プロピル、プロピオン酸メチ
ル、プロピオン酸エチルなどの鎖状エステル類、 2) ジメトキシエタンなどの鎖状エーテル類、 3) テトラヒドロフランなどの環状エーテル類、 4) ジメチルホルムアミドなどのアミド類、 5) メチル-N,N-ジメチルカーバメートなどの鎖状力
―バメート類、 6) γ-ブチロラクトンなどの環状エステル類、 7) スルホランなどの環状スルホン類、 8) N-メチルオキサソリジノンなどの環状カーバメー
ト、 9) N-メチルピロリドンなどの環状アミド、 10)N,N-ジメチルイミダゾリドンなどの環状ウレア
等。
【0044】電解質 電解質の具体例としては、LiPF6、LiBF4、Li
ClO4、LiAsF6、LiSiF6、LiC49
3、LiC817SO3などのリチウム塩があげられ
る。また次の一般式で示されるリチウム塩も使用するこ
とができる。LiSO 219、LiC(SO224)(S
225)(SO226)式中、R19〜R26は互いに同一
であっても異なっていてもよく、炭素数1〜6のパーフ
ルオロアルキル基である。これらのリチウム塩は単独で
使用してもよく、また2種以上を混合して使用してもよ
い。
【0045】これらのうち、特に、LiPF6、LiB
4、LiSO219、LiN(SO220)(SO
221)、LiN(SO2OR22)(SO2OR23)、、
LiC(SO224)(SO225)(SO226)が好
ましい。これらリチウム塩のうち、LiPF6およびL
iBF4は、リン酸エステルとの相乗作用で難燃性がよ
り一層高くなることから特に好ましい。
【0046】非 水 電 解 液 本発明に係る非水電解液では、一般式(1)で表される
エステル誘導体と、リン酸エステル化合物とを含む非水
溶媒、および電解質とからなっており、好ましくはさら
に前述した他の溶媒を加えてもよい。これらの各成分は
次に説明する量割合で配合される。
【0047】本発明において、非水溶媒が、エステル誘
導体およびリン酸エステルとからなる場合、一般式
(1)で表されるエステル誘導体は、非水溶媒中に、
0.001〜40重量%、好ましくは0.01〜20重
量%、さらに好ましくは0.1〜10重量%の量で添加
されていることが望ましい。このような配合割合量で非
水溶媒中にエステル誘導体が添加されていると、リン酸
エステル化合物を添加する際に生じる電池の充放電効率
および負荷特性の低下を改善することができる。
【0048】また、リン酸エスデル化合物は、非水溶媒
中に、60〜99.999重量%、好ましくは80〜9
9.99重量%、さらに好ましくは90〜99.9重量
%の量で含まれていることが望ましい。このような量割
合で非水溶媒中にリン酸エステル化合物が含まれている
と、非水電解液に難燃性を付与することができる。
【0049】環状炭酸エステルや鎖状炭酸エステル等の
他の溶媒をさらに混合して使用する場合には、一般式
(1)で表わされるエステル誘導体は、非水媒体全量、
すなわちにエステル誘導体、リン酸エステル化合物およ
び他の溶媒の合計量、に対し通常0.001〜40重量
%、好ましくは0.01〜20重量%、さらに好ましく
は0.1〜10重量%の割合で使用される。また同様の
場合、リン酸エステル化合物は、非水媒体全量に対し通
常0.1〜99.999重量%、好ましくは1〜99.
99重量%、さらに好ましくは3〜60重量%の割合で
使用される。
【0050】環状炭酸エステルや鎖状炭酸エステル等の
他の溶媒は、非水媒体全量に対し通常99.899重量
%以下、好ましくは98.9重量%以下、さらに好まし
くは30〜96.9重量%の割合で使用される。本発明
においては、一般式(1)で表わされるエステル誘導体
およびリン酸エステル化合物は上記した量割合の範囲内
で選択されればよく、他の溶媒の量は合計割合が100
重量%となるように選択される。
【0051】本発明の電解質は、他の非水溶媒、エステ
ル誘導体、リン酸エステル化合物および電解質の合計体
積を基準として、通常、0.1〜3モル/リットル、好
ましくは0.5〜2モル/リットルの濃度で非水電解液
中に含まれていることが望ましい。なお、本発明の目的
を損なわない範囲内で、他の添加物を配合することがで
きる。
【0052】二次電池 本発明に係る二次電池は、負極と、正極と、前記の非水
電解液とを基本的に含んで構成されており、通常負極と
正極との間にセパレータが設けられている。
【0053】負極を構成する負極活物質としては、金属
リチウム、リチウム合金、リチウムイオンをドーブ・脱
ドーブすることが可能な炭素材料のいずれを用いること
ができる。これらの中でもリチウムイオンをドーブ・脱
ドーブすることが可能な炭素材料が好ましい。このよう
な炭素材料は、グラファイトであっても非晶質炭素であ
ってもよく、活性炭、炭素繊維、カーボンブラック、メ
ソカーボンマイクロビーズなどが用いられる。
【0054】負極活物質として、特にX線解析で測定し
た(002)面の面間隔(d002)が0.340nm
以下の炭素材料が好ましく、密度が1.70g/cm3
以上である黒鉛またはそれに近い性質を有する高結晶性
炭素材料が望ましい。このような炭素材料を使用する
と、電池のエネルギー密度を高くすることができる。
【0055】正極を構成する正極活物質としては、Mo
2、TiS2、MnO2、V25などの遷移金属酸化物
または遷移金属硫化物、LiCoO2、LiMnO2、L
iMn24、LiNiO2などのリチウムと遷移金属と
からなる複合酸化物が挙げられる。これらの中でも、特
にリチウムと遷移金属とからなる複合酸化物が好まし
い。負極がリチウム金属またはリチウム合金である場合
は、正極として炭素材料を用いることもできる。また、
正極として、リチウムと遷移金属の複合酸化物と炭素材
料との混合物を用いることもできる。
【0056】セパレータは多孔性の膜であって、通常微
多孔性ポリマーフィルムが好適に使用される。特に、多
孔性ポリオレフィンフィルムが好ましく、具体的には多
孔性ポリエチレンフィルム、多孔性ポリプロピレンフィ
ルム、または多孔性のポリエチレンフィルムとポリプロ
ピレンとの多層フィルムを例示することができる。
【0057】このような非水電解液を含む二次電池は、
円筒型、コイン型、角型、その他任意の形状に形成する
ことができる。しかし、電池の基本構造は形状によらず
同じであり、目的に応じて設計変更を施すことができ
る。次に、円筒型およびコイン型電池の構造について説
明するが、各電池を構成する負極活物質、正極活物質お
よびセバレータは、前記したものが共通して使用され
る。
【0058】例えば、円筒型二次電池の場合には、負極
集電体に負極活物質を塗布した負極と、正極集電体に正
極活物質を塗布した正極とを、非水電解液を注入したセ
バレータを介して巻回し、巻回体の上下に絶縁板を載置
した状態で電池缶に収納されている。
【0059】また、本発明に係る二次電池は、コイン型
二次電池にも適用することができる。コイン型電池で
は、円盤状負極、セバレータ、円盤状正極、およびステ
ンレスの板が、この順序に積層された状態でコイン型電
池缶に収納されている。
【0060】
【実施例】次に、実施例および比較例を通して本発明を
具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に何ら限定
されるものではない。
【0061】(実施例1) <非水電解液の調製>エチレンカーボネート(EC)、
ジメチルカーボネート(DMC)、リン酸トリメチル
(TMPA)、酢酸ビニル(VA)の混合溶媒(重量比
EC:DMC:TMPA:VA=37.6:56.7:5.2:0.5)に電解質のLi
PF6を溶解し、電解質濃度1.0mol/リットルの
非水電解液を調製した。ここで使用した酢酸ビニルは、
CH3COOCH=CH2の構造を有している。
【0062】<負極の作製>(株)ペトカ製のメソフェ
ーズピッチマイクロファイバー(商品名:メンブロンミ
ルド、d002=0.33nm、密度2.21g/c
3)の炭素粉末95重量部と、結着剤のポリフッ化ビ
ニリデン(PVDF)5重量部とを混合し、溶剤のN−
メチルピロリドンに分散させ、負極合剤スラリー(ペー
スト状)を調製した。
【0063】この負極合剤スラリーを厚さ20μmの帯
状銅箔製の負極集電体に塗布し、乾燥させたのち、帯状
の炭素負極を得た。乾燥後の負極合剤の厚さは25μm
であった。さらに、この帯状電極を直径15mmの円盤
状に打ち抜いた後、圧縮成形して負極電極とした。
【0064】<正極の作製>本庄ケミカル(株)製のL
iCoO2(製品名:HLC−21、平均粒径8μm)
微粒子91重量部と、導電材のグラファイト6重量部
と、結着剤のポリフッ化ビニリデン3重量部とを混合し
て正極合剤を調製し、その後N−メチルピロリドンに分
散させることにより、正極合剤スラリーを得た。
【0065】このスラリーを厚さ20μmの帯状アルミニ
ウム箔製正極集電体に塗布し、乾燥させ、圧縮成形し
て、帯状正極を得た。乾燥後の正極合剤の厚さは40μ
mであった。さらにこの帯状電極を直径15mmの円盤
状に打ち抜くことによって正極電極とした。
【0066】<電池の作製>このようにして得られた円
盤状負極、円盤状正極、およびセパレータ(厚さ25μ
m、直径19mmの微多孔性ポリプロピレンフィルム)
をステンレス製の2032サイズの電池缶に、負極、セ
パレータ、正極の順序で積層した。その後、セパレータ
に前記非水電解液を注入し、ステンレス製の板(厚さ
2.4mm、直径15.4mm)を収納した。ポリプロ
ピレン製のガスケットを介して、電池缶(蓋)をかしめ
ることにより、電池内の気密性を保持し、直径20m
m、高さ3.2mmのコイン型非水電解液二次電池を作
製した。
【0067】<放電容量の測定>このようにして作製し
た二次電池の充放電容量を測定した。なお、本実施例で
は、負極にLi+がドープされる電流方向を充電、脱ド
ープされる電流方向を放電とした。充電は、4.2V、
1mA定電流定電圧充電方法で行い、充電電流が50μ
A以下になった時点で終了とした。放電は、1mAの定
電流で行い、電圧が2.7Vに達した時点で終了とした。こ
の充放電サイクルの充電容量と放電容量とから、次式に
より充放電効率を計算した。結果を表1に示した。 充放電効率(%)={放電容量(mAh/g)}/{充
電容量(mAh/g)}×100
【0068】く内部抵抗の測定>充放電試験時に、放電
開始直後の1分間の電圧降下を測定し、次式から内部抵
抗を求めた。結果を表1に示した。 内部抵抗[Ω]=(放電直前の電池電圧[mV]−放電1分
後電池電圧[mV])/I[mA] 本実施例では、電流量Iは1mAであった。
【0069】く非水電解液の自己消火性評価>前記非水
電解液の入ったビーカー中に、15mm、長さ30cm
の短冊状に切断した厚さ0.04mmのセパレーター用
マニラ紙を1分以上浸した。マニラ紙から滴り落ちる過
剰の非水電解液をビーカー壁で拭い、マニラ紙を2.5c
m間隔で支持針を有するサンプル台の支持針に刺して水
平に固定した。マニラ紙を固定したサンプル台を25c
m×25cm×50cmの金属製の箱に入れ、一端をラ
イターで着火し、セパレーター紙の燃えた長さを測定
し、燃焼長が1cm未満の場合を自己消火性があると評
価した。結果を表1に示した。
【0070】(実施例2)実施例1において、酢酸ビニ
ルの代わりにプロピオン酸ビニル(VP)を使用した以外
は実施例1と同様にして、電池の充放電効率と内部抵抗
および電解液の自己消火性を評価した。結果を表1に示
した。使用したプロピオン酸ビニルは、CH3CH2CO
OCH=CH2であった。
【0071】(実施例3)実施例1において、酢酸ビニ
ルの代わりにn−カプリル酸ビニル(VCa)を使用し
た以外は実施例1と同様にして、電池の充放電効率と内
部抵抗および電解液の自己消火性を評価した。結果を表
1に示した。使用したn−カプリル酸ビニルは、CH3
(CH26COOCH=CH2であった。
【0072】(実施例4)実施例1において、酢酸ビニ
ルの代わりに安息香酸ビニル(VB)を使用した以外は
実施例1と同様にして、電池の充放電効率と内部抵抗お
よび電解液の自己消火性を評価した。結果を表1に示し
た。使用したVBは、次の通りであった。
【化29】
【0073】(実施例5)実施例1において、酢酸ビニ
ルの代わりに酢酸アリル(AA)を使用した以外は実施
例1と同様にして、電池の充放電効率と内部抵抗および
電解液の自己消火性を評価した。結果を表1に示した。
使用した使用したAAは、CH3COOCH2CH=CH
2であった。 (実施例6)実施例1において、酢酸ビニルの代わりに
プロピオン酸アリル(AP)を使用した以外は実施例1
と同様にして、電池の充放電効率と内部抵抗および電解
液の自己消火性を評価した。結果を表1に示した。使用
した使用したAPは、CH3CH2COOCH2CH=C
2であった。
【0074】(実施例7)実施例1において、酢酸ビニ
ルの代わりにカプリル酸アリル(ACa)を使用した以
外は実施例1と同様にして、電池の充放電効率と内部抵
抗および電解液の自己消火性を評価した。結果を表1に
示した。使用したACaは、CH3(CH26COOC
2CH=CH2であった。
【0075】(実施例8)実施例1において、酢酸ビニ
ルの代わりにマレイン酸ジアリル(DAM)を使用した
以外は実施例1と同様にして、電池の充放電効率と内部
抵抗および電解液の自己消火性を評価した。結果を表1
に示した。使用したDAMは、次の通りであった。
【化30】
【0076】(実施例9)実施例1において、酢酸ビニ
ルの代わりにフタル酸ジアリル(DAP)を使用した以
外は実施例1と同様にして、電池の充放電効率と内部抵
抗および電解液の自己消火性を評価した。結果を表1に
示した。使用した使用したDAPは、次の通りであっ
た。
【化31】
【0077】(実施例10)実施例1において、酢酸ビ
ニルの代わりにメチルアリルカーボネート(MAC)を
使用した以外は同様にして、電池の充放電効率と内部抵
抗および電解液の自己消火性を評価した。結果を表1に
示した。使用したMACは、次の通りであった。
【化32】
【0078】(実施例10)実施例1において、酢酸ビ
ニルの代わりに酢酸イソプロペニル(IPA)を使用し
た以外は同様にして、電池の充放電効率と内部抵抗およ
び電解液の自己消火性を評価した。結果を表1に示し
た。使用したIPAは、次の通りであった。
【化33】
【0079】
【表1】
【0080】
【発明の効果】本発明に係る非水電解液は、難燃性が高
く、電池の充放電性能に優れている。またこの非水電解
液を用いた二次電池は、難燃性に優れており、高電圧を
発生させることができ、充放電特性にも優れており、リ
チウムイオン二次電池として好適である。
フロントページの続き (72)発明者 丹 弘明 千葉県袖ヶ浦市長浦字拓二号580番32 三 井化学株式会社内 Fターム(参考) 5H029 AJ02 AJ05 AJ12 AK02 AK03 AK05 AK06 AK18 AL06 AL07 AL08 AL12 AM02 AM03 AM04 AM05 AM07 BJ02 BJ03 BJ14 HJ00 HJ01 HJ02 HJ10

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】一般式(1)で表されるエステル誘導体と
    リン酸エステル化合物を含む非水溶媒と、電解質とより
    なる非水電解液。 R1((O)kCOO(CH2mCR2=CR34n (1) (式中、R1は水素または炭素数1〜30の炭化水素基
    であり、R2、R3およびR4は水素、または同じでも異
    なっていてもよい炭素数1〜8のアルキル基であり、k
    は0または1であり、mは0または1であり、nは1〜
    4の整数である。)
  2. 【請求項2】前記一般式(1)で表される化合物が、下
    記式(2)で表される化合物であることを特徴とする請
    求項1記載の非水電解液。 R56C=CR7(CH2p(OCOO(CH2mCR2=CR34n(2) (式中、R2〜R4およびR5〜R7は水素または同じでも
    異なっていてもよい炭素数1〜8の炭化水素基であり、
    pおよびqはそれぞれ0または1であり、mは0または
    1であり、nは1〜4の整数である。)
  3. 【請求項3】前記一般式(1)で表される化合物が、下
    記式(3)で表されるカルボン酸エステルであることを
    特徴とする請求項1記載の非水電解液。 R1(COO(CH2mCR2=CR34n (3) (式中、R1は水素または炭素数1〜10の炭化水素基
    であり、R2、R3およびR4は水素、または同じでも異
    なっていてもよい炭素数1〜8のアルキル基でありmは
    0または1であり、nは1〜4の整数である。)
  4. 【請求項4】前記一般式(1)で表される化合物が、 CH3COOCH=CH2、CH3CH2COOCH=CH
    2、 CH3(CH26COOCH=CH2、 【化1】 CH3COOCH2CH=CH2,CH3CH2COOCH2
    CH=CH2、 CH3(CH26COOCH2CH=CH2、 【化2】 【化3】 および 【化4】 【化5】 から選ばれた化合物であることを特徴とする請求項1に
    記載の非水電解液。
  5. 【請求項5】前記リン酸エステル化合物が下記一般式
    (4)〜(6)で表されるリン酸エステルから選ばれた
    化合物であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか
    に記載の非水電解液。 【化6】 【化7】 【化8】 (式中、R11〜R14は互いに同一であっても異なってい
    てもよく、炭素数1〜6のアルキル基またはフッ素置換
    アルキル基を示す。−(C)−は、直鎖状または分岐状の
    炭化水素基であり、r、s、t、uは炭素数を示し、r
    は2〜8の整数であり、s、t、uは互いに同一であっ
    ても異なっていてもよく0〜12の整数であり、 s、
    t、uの少なくとも1つは1以上の整数である。)
  6. 【請求項6】前記リン酸エステル化合物が、トリメチル
    ホスフェート、トリエチルホスフェート、トリプロピル
    ホスフェート、トリブチルホスフェート、ジメチルエチ
    ルホスフェート、メチルジエチルホスフェート、メチル
    トリメチレンホスフェート、およびトリメチロールエタ
    ンホスフェートから選ばれた化合物であることを特徴と
    する請求項5に記載の非水電解液。
  7. 【請求項7】前記リン酸エステル化合物が、トリメチル
    ホスフェートまたはトリエチルホスフェートであること
    を特徴とする請求項5に記載の非水電解液。
  8. 【請求項8】前記一般式(1)で表されるエステル誘導
    体が、非水溶媒中に少なくとも0.001重量%以上含
    まれていることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに
    記載の非水電解液。
  9. 【請求項9】前記非水溶媒が一般式[8]で表される環状
    炭酸エステルをさらに含むことを特徴とする請求項1〜
    8のいずれかに記載の非水電解液。 【化9】 (式中、R17〜R18は水素原子または同一であっても異
    なっていてもよい炭素数1〜3のアルキル基を示す。)
  10. 【請求項10】前記非水溶媒が一般式[7]で表される環
    状炭酸エステルをさらに含むことを特徴とする請求項1
    〜9のいずれかに記載の非水電解液。 【化10】 (式中、R15〜R16は水素原子または同一であっても異
    なっていてもよい炭素数1〜6のアルキル基を示す。)
  11. 【請求項11】電解質がリチウム塩であることを特徴と
    する請求項1〜10のいずれかに記載の非水電解液。
  12. 【請求項12】請求項1〜11のいずれかに記載の非水
    電解液からなるリチウムイオン二次電池用電解液。
  13. 【請求項13】請求項1〜11いずれかに記載の非水電
    解液を含む2次電池。
  14. 【請求項14】負極活物質として金属リチウム、リチウ
    ム含有合金、リチウムイオンのドープ・脱ドープが可能
    な炭素材料のいずれかを含む負極と、正極活物質として
    リチウムと遷移金属の複合酸化物、炭素材料またはこれ
    らの混合物のいずれかを含む正極と、請求項1〜11の
    いずれかに記載の非水電解液からなる電解液とを有する
    ことを特徴とする非水電解液二次電池。
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