JP2001167792A - 非水電解液および該電解液を含む非水電解液電池 - Google Patents

非水電解液および該電解液を含む非水電解液電池

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aqueous electrolyte
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Satoshi Asano
聡 浅野
Kazuhiro Yamada
一博 山田
Noriyuki Taki
敬之 滝
Toshiya Saito
俊哉 斎藤
Kazutoshi Takatsuna
和敏 高綱
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Tonen Chemical Corp
Original Assignee
Tonen Sekiyu Kagaku KK
Tonen Chemical Corp
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱安定性に優れ、且つ、添加直後から遊離
酸量を低減することができる化合物を含有する非水電解
液及び該電解液を含む非水電解液電池を提供する。 【解決手段】 電解質を含有する非水電解液において、S
i−H結合を有する有機珪素化合物をさらに含有すること
を特徴とする非水電解液。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は非水電解液に関し、
詳細には、非水電解液中の遊離酸量が低減された非水電
解液に関する。また、本発明は該非水電解液を含む非水
電解液電池にも関する。
【0002】
【従来の技術】リチウム電池に代表される非水電解液電
池では、電気伝導度および電気化学的(酸化還元)安定
性、さらにはサイクル特性等の電池性能の観点から、非
水溶媒に六フッ化リン酸リチウム(LiPF )など
のリチウム系電解質を溶解させた非水電解液が用いられ
ている。上記LiPF は水と反応し易く、電解液中
に存在する極微量の水分と反応し、又は、高温において
熱分解して、フッ酸などの遊離酸を発生する。これら遊
離酸は電池容量や充放電のサイクル特性を低下させ、ま
た、電池内部の腐食を引き起こすという問題がある。
【0003】電解液中の遊離酸を除去する方法として、
酸化アルミニウム等の金属酸化物吸着剤を電池に内蔵さ
せ、吸着除去する方法(特開平4−284372号、特
開平5−315006号、特開平7−211349
号)、活性炭、シリカゲルを用いて吸着除去する方法
(特開平4−355057号)、水酸化リチウム、水素
化リチウム等(特開平4−282563号)、またはア
ンモニウム塩等(特開平第3−119667号)の塩基
性処理剤を用いる方法、弗化ナトリウム等の金属弗化物
を用いる方法(特開平8−321326号)がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記方法の多
くは、固体状吸着物質を電池に内臓させるため、電池の
設計変更を要する。また、モレキュラーシーブ等による
吸着法は、効果が小さい上に使用済み吸着剤の回収分離
工程が必要となる。
【0005】上記設計変更等の問題を回避するために、
種々の有機化合物を電解液に添加する方法が知られてい
る。例えば、ペンタフルオロフェニルリチウム等の有機
リチウム化合物(特開平1−286262号)、(N,N
−ジエチルアミノ)トリメチルシラン等のSi−N結合を
有する有機ケイ素化合物(特開平11−16602号)が
ある。
【0006】しかし、有機リチウム化合物は熱安定性が
悪く、電解質として使用されるLiPF 自体が徐々に分解
して遊離酸を発生する高温、例えば60℃、においては、
遊離酸が十分に除去されないという問題がある。
【0007】特開平11−16602号に記載される(N,
N−ジエチルアミノ)トリメチルシラン、1,1,1,3,3,3−
ヘキサメチルジシラザン等の化合物は熱安定性に優れる
が、本発明者らの検討したところによれば、遊離酸との
反応速度が遅く、遊離酸を除去する効果が添加後すぐに
は発揮されないという問題がある。
【0008】そこで本発明は、熱安定性に優れ、且つ、
添加直後から遊離酸量を低減することができる化合物を
含有する非水電解液及び該電解液を含む非水電解液電池
を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、電解
質を含有する非水電解液において、Si−H結合を有する
有機珪素化合物をさらに含有することを特徴とする非水
電解液である。該有機珪素化合物がN−Si−H結合を有す
ることが好ましい。加えて、本発明は、上記非水電解液
を含む非水電解液電池にも関する。
【0010】本発明の好ましい態様として、さらに以下
のものを挙げることができる。 (1) 前記Si−H結合を有する有機珪素化合物が、下記
式、
【化1】 (ここでR〜Rはそれぞれ独立して水素原子、炭素数
1〜20の炭化水素残基、−OR、−NRR、又
は、−SiRRR、ここでR〜Rはそれぞれ独立し
て水素原子、炭素数1〜20の炭化水素残基、又は、ア
リールオキシ基である。)で表される化合物であること
を特徴とする前記非水電解液。 (2)前記Si−H結合を有する有機珪素化合物が、トリ
エチルシラン、ジイソプロピルシラン、オクチルシラ
ン、トリエトキシシラン、テトラメチルジシラザン、N,
N−ジメチルアミノジメチルシラン、ビスジメチルアミ
ノメチルシラン、トリスジメチルアミノシランよりなる
群から選ばれた少なくとも1種の化合物であることを特
徴とする前記非水電解液。 (3)前記Si−H結合を有する有機珪素化合物が、ポリ
シラザンまたはポリシロキサンであることを特徴とする
前記非水電解液。 (4)前記Si−H結合を有する有機珪素化合物が、非水
電解液に対して0.02〜20重量%含有されていることを特
徴とする前記非水電解液。 (5)前記非水電解液に使用される非水溶媒が、エチレ
ンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメチルカ
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、γ−ブチロラクトンからなる群より選ばれた
少なくとも1種の非水溶媒であることを特徴とする前記
非水電解液。 (6)非水電解液に使用される電解質が、LiPF 、LiC
LO 、LiBF 、LiAsF 、LiCF SO 、LiN(SOC
F 、LiN(SOCFからなる群より選ばれ
た少なくとも1種の電解質であることを特徴とする前記
非水電解液。 (7)前記非水電解液電池が、リチウムを吸蔵及び放出
する炭素系材料を負極とし、リチウム遷移金属化合物を
正極とするリチウムイオン二次電池であることを特徴と
する前記非水電解液電池。
【0011】
【発明の実施の形態】本発明の非水電解液に使用される
非水溶媒には特に制限がなく、公知の種々の溶媒であっ
てよい。例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカ
ーボネート、γ−ブチロラクトン、スルホラン、ジメチ
ルカーボネート、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、1,2−ジブトキシエタン、エトキシ
メトキシエタン等が単独で、あるいは混合されて使用さ
れる。好ましくは、誘電率が高い環状カーボネート、特
にエチレンカーボネート又はプロピレンカーボネート
と、粘性の低い鎖状カーボネート、特にジメチルカーボ
ネート又はジエチルカーボネート、を体積比1:9〜
9:1、より好ましくは1:2〜2:1で混合したもの
が用いられる。
【0012】本発明の非水電解液に使用される電解質に
ついても特に制限がなく、公知の種々の電解質であって
よい。例えばLiPF 、LiCLO 、LiBF 、LiAsF
LiSbF 、LiAlCl 、LiCF SO 、LiN(SOCF
、LiN(SOCF等のリチウム系電解質などが
使用される。なかでも電池の性能の点からLiPF が好
ましい。
【0013】非水電解液は、非水溶媒に電解質を約0.
5〜2.0モル/l、好ましくは0.8〜1.2モル/
lの濃度になるように、好ましくは不活性ガス雰囲気下
で溶解させて調製する。また、LiPFを溶解させる場合
には、溶解熱による遊離酸の発生を防ぐために、電解液
の温度を20℃以下にすることが好ましい。
【0014】本発明の非水電解液は、Si−H結合を有す
る有機珪素化合物をさらに含有することを特徴とする。
Si−H結合を有する有機珪素化合物として好ましい物と
して下記の化合物が挙げられる。 (i)下記式で表される化合物;
【化2】 (ここでR〜Rはそれぞれ独立して水素原子、炭素数
1〜20の炭化水素残基、−OR、−NRR、又
は、−SiRRR、ここでR〜Rはそれぞれ独立し
て水素原子、炭素数1〜20の炭化水素残基、又は、ア
リールオキシ基である。) (ii)化学式(HSiNH)n(n=500〜5000)で表される
ポリシラザン;及び、 (iii)化学式(HSiO)n(n=500〜5000)で表される
ポリシロキサン。 これらのSi−H結合を有する化合物は、遊離酸との反応
速度が速く、電解液に添加した直後、例えば1分間の攪
拌後から遊離酸量が低くなる。特に、トリエチルシラ
ン、ジイソプロピルシラン、オクチルシラン、トリエト
キシシラン、テトラメチルジシラザン、N,N−ジメチル
アミノジメチルシラン、ビスジメチルアミノメチルシラ
ン、及びトリスジメチルアミノシランが好ましい。
【0015】上記化合物のうちの1種を、あるいは2種
以上を電解液に添加する。添加は、電池組付け前であっ
ても電池組付け後の封缶前に行なってもよい。添加方法
としては公知の方法を使用することができるが、好まし
くは不活性ガス雰囲気下で攪拌しながら添加する。
【0016】上記化合物の添加量は、非水電解液に対し
て0.01〜20重量%、好ましくは0.01〜5重量%である。
上記下限値未満の量では、遊離酸除去の効果が不足し、
一方、上記上限値を超える添加すると、電導度が低下す
るので好ましくない。
【0017】本発明の非水電解液は、リチウムイオン2
次電池に特に適しているが、リチウム1次電池、2次電
池又はリチウムイオンポリマー二次電池用の電解液とし
ても使用することができる。
【0018】本発明は、上記非水電解液を含む電池にも
関する。該電池は、上記非水電解液、負極合剤、正極合
剤、及びセパレーターから主としてなる。負極活物質と
しては、リチウムイオンを吸蔵及び放出する材料、例え
ば金属リチウム、炭素系材料、例えば天然黒鉛、不定形
炭素等、有機高分子焼成体等を、正極活物質としては、
LiCoO LiNiO、LiMnO等のリチウム遷移金属化合
物、二酸化マンガン、フッ化黒鉛を用いることができ
る。セパレーターとしてはポリエチレン等のポリオレフ
ィン系微孔性フィルム又は不織布を用いることができ
る。
【0019】本発明の電池は、公知の工程、すなわち、
電極を製造し、該電極の間にセパレーターを挿入して巻
き取り、所定の缶に挿入し、次いで電解液を充填して封
缶することにより作ることができる。
【0020】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。遊離酸の定量方法 実施例及び比較例において遊離酸は、試料20gを採り、
指示薬0.1%ブロモチモールブルー/エタノール溶液を
数滴加え、0.01規定のナトリウムメトキシド/メタノー
ル溶液を用いて滴定し、得られた酸当量をフッ酸量に換
算して求めた。
【0021】無添加電解液の調製 ジメチルカーボネートとプロピレンカーボネートを体積
比4:6で混合した溶媒(溶媒A)に、LiPFを1モル
/リットルの濃度になるように溶解させて電解液を調製
した。該電解液を無添加電解液とした。該無添加電解液
の初期遊離酸濃度は24ppm(フッ酸換算)であった。
【0022】実施例1〜6、及び比較例1及び2 無添加電解液に、表1に示す濃度で添加剤を加えて電解
液を調製し、1分間攪拌後の遊離酸を求めた。
【0023】実施例7 無添加電解液に使用する非水溶媒をγ−ブチロラクトン
(溶媒B)とした以外は、実施例4と同様に電解液を調
製し、1分間攪拌後の遊離酸を求めた。なお、この場合
の無添加電解液の初期遊離酸濃度は18ppm(フッ酸換算)
であった。
【0024】比較例3〜5 無添加電解液に、それぞれ活性アルミナ(窒素雰囲気
下、500℃で焼成したもの)、活性炭(窒素雰囲気
下、500℃で焼成したもの)、モレキュラーシーブ
(窒素雰囲気下、500℃で焼成したもの)を、5重量
%の濃度になるように、窒素雰囲気下、室温にて添加し
て電解液を調製し、1分間攪拌後の遊離酸を求めた。
【0025】
【表1】 表1に示すように、本発明の電解液は、調製直後から遊
離酸量が顕著に低い。
【0026】
【発明の効果】本発明の電解液は、Si−H結合を有する
有機珪素化合物を電解液に溶解させて得られるので、電
池の設計変更や吸着剤の回収分離工程を要しない。ま
た、本発明における化合物は、電解液に添加直後から遊
離酸量を低減する効果が発揮される。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 斎藤 俊哉 埼玉県入間郡大井町西鶴ヶ岡1−4−3− 334 (72)発明者 高綱 和敏 埼玉県川口市仲町4−25−804 Fターム(参考) 5H024 AA00 AA01 FF11 5H029 AJ14 AK03 AL06 AM03 AM04 AM05 AM07 DJ09

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電解質を含有する非水電解液において、
    Si−H結合を有する有機珪素化合物をさらに含有するこ
    とを特徴とする非水電解液。
  2. 【請求項2】 有機珪素化合物がN−Si−H結合を有する
    ことを特徴とする請求項1記載の非水電解液。
  3. 【請求項3】 請求項1または2記載の非水電解液を含
    む非水電解液電池。
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