JP2003031260A - 電解液および/または電極表面被膜形成剤。 - Google Patents
電解液および/または電極表面被膜形成剤。Info
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Abstract
炭素数1〜15のアルキル基またはハロアルキル基、炭
素数2〜15のアルコキシアルキル基またはハロアルコ
キシアルキル基、炭素数6〜20のアリール基またはハ
ロアリール基、炭素数7〜20のアリール置換アルキル
基またはハロアリール置換アルキル基、炭素数1〜15
のアシル基を表す。また、R1とR2は互いに結合して環を
形成してもよい。)で表される部分構造を分子内に1個
以上有する少なくとも1種の化合物を含む電解液および
/または電極表面被膜形成剤。
Description
を有する化合物を用いた電解液および/または電極表面
被膜形成剤に関する。
合金あるいはリチウムイオンを吸蔵・放出できる化合物
を備えたいわゆるリチウムイオン電池はそのエネルギー
密度の高さから需要が大幅に拡大している。
ショート、外部発熱などがトリガーとなり発熱し、電池
の発火、発煙などが起こることがあり、リチウムイオン
電池安全性の向上のために高温での電解液の安定性の向
上が求められている。
〜6日、予稿集24頁、2B21)および第41回電池
討論会(2000年11月20日〜22日、予稿集29
6頁、2C10)において、ジフルオロ酢酸メチルエス
テルがリチウム電池の熱安定性を高めることが報告され
た。それによると、通常、電池に用いられる電解液がリ
チウム金属の融点(180℃)かそれ以下で発熱を開始
するのに対し、ジフルオロ酢酸メチルはリチウム金属共
存下に250℃まで発熱が起こらないことが示された。
また、正極活物質であるコバルト酸リチウムの共存下に
おいてもこれらの化合物は300℃まで発熱が起こらな
いことが示された。この効果はジフルオロ酢酸メチルお
よびジメチルジフルオロマロネートがリチウム金属やコ
バルト酸リチウムなどの負極および正極活物質の表面で
良好な被膜を形成したためと考えられる。
ルオロ酢酸メチルを、通常電解液として用いられている
誘電率の高いエチレンカーボネート(EC)、γ−ブチロ
ラクトン(GBL)、プロピレンカーボネート(PC)およ
び炭酸ジメチル(DMC)などといっしょに混合して用い
る必要がある。しかしながら、電解液中のジフルオロ酢
酸メチルの含有量が低下すると、発熱を抑制する効果が
著しく減少するという問題点が発生した。これはリチウ
ム金属とジフルオロ酢酸メチルによって形成した保護膜
がEC、GBL、PCおよびDMCなどの溶媒によって溶かされ、
保護膜の一部または大部分がはがれたためであると考え
られる。
ているような有機溶媒系の非水電解液の共存下でも正
極、負極の表面上で強固に保護膜として作用し、電池の
熱安定性を高める電極表面被膜形成剤が求められてい
る。
を高める電解液および/または電極表面被膜形成剤を提
供することを目的とする。
の製造方法をも提供することを目的とする。
れている電池に用いられているような有機溶媒系の非水
電解液の共存下でも高い電解液の熱安定性を有する電池
を得るべく検討を行った結果、分子内にアミド基を有す
る化合物および含フッ素ポリマーが、電池の熱安定性の
向上に寄与し得ることを見い出した。
および含フッ素ポリマーを用いた電解液および/または
電極を保護するための電極表面被膜形成剤に関するもの
であり、また、それらを用いた電池製造方法、特にリチ
ウムイオン電池の製造方法に関するものである。
に関する。
て水素原子、炭素数1〜15のアルキル基またはハロア
ルキル基、炭素数2〜15のアルコキシアルキル基また
はハロアルコキシアルキル基、炭素数6〜20のアリー
ル基またはハロアリール基、炭素数7〜20のアリール
置換アルキル基またはハロアリール置換アルキル基、炭
素数1〜15のアシル基を表す。また、R1とR2は互いに
結合して環を形成してもよい。)で表される部分構造を
分子内に1個以上有する少なくとも1種の化合物を含む電
解液および/または電極表面被膜形成剤。
てハロゲン原子または炭素数1〜10のパーフルオロア
ルキル基を表し、R1およびR2は同じかまたは異なって水
素原子、炭素数1〜15のアルキル基またはハロアルキ
ル基、炭素数2〜15のアルコキシアルキル基またはハ
ロアルコキシアルキル基、炭素数6〜20のアリール基
またはハロアリール基、炭素数7〜20のアリール置換
アルキル基またはハロアリール置換アルキル基、炭素数
1〜15のアシル基を表す。また、R1とR2は互いに結合
して環を形成してもよい。)で表される部分構造を分子
内に1個以上有する少なくとも1種の化合物を含む項1記
載の電解液および/または電極表面被膜形成剤。
てハロゲン原子または炭素数1〜10のパーフルオロア
ルキル基を表し、R1およびR2は同じかまたは異なって水
素原子、炭素数1〜15のアルキル基またはハロアルキ
ル基、炭素数2〜15のアルコキシアルキル基またはハ
ロアルコキシアルキル基、炭素数6〜20のアリール基
またはハロアリール基、炭素数7〜20のアリール置換
アルキル基またはハロアリール置換アルキル基、炭素数
1〜15のアシル基を表す。また前記式(III)におい
てR3は水素原子、ハロゲン原子、炭素数1から20の置
換基を有しても良いアルキル基、ハロアルキル基、アル
コキシ基、アリールオキシ基、アシル基、炭素数6から
20の置換基を有しても良いアリール基、ハロアリール
基、炭素数4〜20の置換基を有しても良いヘテロアリ
ール基またはハロヘテロアリール基を表す。また、R1と
R2、R1とR3、R2とR3は互いに結合して環を形成してもよ
い。)で表される少なくとも1種の化合物を含む項1記
載の電解液および/または電極表面被膜形成剤。
て水素原子、炭素数1〜15のアルキル基またはハロア
ルキル基、炭素数2〜15のアルコキシアルキル基また
はハロアルコキシアルキル基、炭素数6〜20のアリー
ル基またはハロアリール基、炭素数7〜20のアリール
置換アルキル基またはハロアリール置換アルキル基、炭
素数1〜15のアシル基を表す。また、R1とR2は互いに
結合して環を形成しても良い。Arは炭素数6〜20の置
換基を有しても良いアリール基またはハロアリール基、
炭素数4〜20の置換基を有しても良いヘテロアリール
基またはハロヘテロアリール基を表し、nは1から4の
整数を表す。)で表される少なくとも1種の化合物を含
む項1記載の電解液および/または電極表面被膜形成
剤。
て水素原子、炭素数1〜15のアルキル基またはハロア
ルキル基、炭素数2〜15のアルコキシアルキル基また
はハロアルコキシアルキル基、炭素数6〜20のアリー
ル基またはハロアリール基、炭素数7〜20のアリール
置換アルキル基またはハロアリール置換アルキル基、炭
素数1〜15のアシル基を表す。また、R1とR2は互いに
結合して環を形成しても良い。R4〜R8は同じかまたは異
なって水素、フッ素、トリフルオロメチル基のいずれか
である。)で表される項1記載の電解液および/または
電極表面被膜形成剤。
a)の部分構造をその側鎖に1個以上有する含フッ素繰り
返し単位を構成要素とする含フッ素ポリマーからなる項
1記載の電解液および/または電極表面被膜形成剤。
a)において、R1およびR2は同じかまたは異なって水素
原子、炭素数1〜15のアルキル基またはハロアルキル
基、炭素数2〜15のアルコキシアルキル基またはハロ
アルコキシアルキル基、炭素数6〜20のアリール基ま
たはハロアリール基、炭素数7〜20のアリール置換ア
ルキル基またはハロアリール置換アルキル基、炭素数1
〜15のアシル基を表す。また、R1とR2は互いに結合し
て環を形成してもよい。式(II)、(IIIa)において、
X1およびX2は同じかまたは異なってハロゲン原子または
炭素数1〜10のパーフルオロアルキル基を表す。式
(IIIa)においてR3'は炭素数1から20の置換基を有
しても良いアルキレン基、ハロアルキレン基を表す。式
(IVa)においてAr'は炭素数6〜20の置換基を有して
も良いアリーレン基またはハロアリーレン基、炭素数4
〜20の置換基を有しても良いヘテロアリーレン基また
はハロヘテロアリーレン基を表し、nは1から4の整数
を表す。) 項7、上記式(II)、(III)および(IIIa)においてX
1およびX2がともにフッ素原子である項2、3または6
記載の電解液および/または電極表面被膜形成剤。
a)においてX1、X2の一方がフッ素原子で、もう一方が
トリフルオロメチル基である項2、3または6記載の電
解液および/または電極表面被膜形成剤。
CF2CON(CH3)2である項3に記載の電解液および/または
電極表面被膜形成剤。
がCF3CON(CH3)2である項3に記載の電解液および/また
は電極表面被膜形成剤。
用時に、電極材料表面に保護膜として作用することを特
徴とする項1〜10のいずれかに記載の電極表面被膜形
成剤。
ンターカレート化合物またはリチウム合金からなる負極
である項11記載の電極表面被膜形成剤。
合物の少なくとも1種を電解液に添加することを特徴と
する電池製造方法。
合物の少なくとも1種を用いて電池の製造前にあるいは
製造過程で負極を処理することを特徴とする電池製造方
法。
ンターカレート化合物またはリチウム合金である項13
または14記載の電池製造方法。
剤は、リチウム一次電池およびリチウム二次電池等の一
次電池および二次電池のいずれにも用いることができ
る。
(I)または(II)で表される部分構造を少なくとも1つ
有する化合物、式(III)、(IV)または(V)で表され
る化合物、および/または式(I)、(II)、(IIIa)また
は(IVa)をその側鎖に有する含フッ素繰り返し単位を
構成要素とする含フッ素ポリマーを含む。これらの化合
物及びポリマーは、電解液及び電極被膜形成剤のいずれ
にも使用することができる。
びnは前記に定義したとおりである)式(II)、(II
I)、(IIIa)、(IV)、(IVa)及び(V)の構造は、
いずれも式(I)の構造が含まれるため、式(I)の構造
は式(II)、(III)、(IIIa)、(IV)、(IVa)、
(V)の構造の上位概念に相当する。また、式(I)、
(II)、(III)、(IIIa)、(IV)、(IVa)及び
(V)は、いずれもアミド基を有する点で共通する。
て、X1、X2およびR3のハロゲン原子としては、フッ素、
塩素、臭素またはヨウ素原子があげられるが、高い極性
効果を引き出し、低い融点および低い粘度を維持するた
めには、フッ素または塩素原子が好ましく、さらにはフ
ッ素原子が特に好ましい。
a)、(IV)、(IVa)、(V)においてR1およびR2は同
じかまたは異なって水素原子、炭素数1〜15のアルキ
ル基またはハロアルキル基、炭素数2〜15のアルコキ
シアルキル基またはハロアルコキシアルキル基、炭素数
6〜20のアリール基またはハロアリール基、炭素数7
〜20のアリール置換アルキル基またはハロアリール置
換アルキル基、炭素数1〜15のアシル基を表す。ま
た、R1とR2は互いに結合して環を形成してもよい。
は、たとえばメチル、エチル、n−プロピル、イソプロ
ピル、n−ブチル、イソブチル、sec−ブチル、t−
ブチル、ペンチル、ヘキシル、オクチル、デシル、ドデ
シル、ペンタデシル等の炭素数1〜15,好ましくは炭
素数1〜6の直鎖又は分枝を有するアルキル基が挙げら
れる。
ては、前記アルキル基の水素原子の1個ないし全てがハ
ロゲン原子で置換された基を意味し、たとえば CH2F, C
HF2,CF3, CH2Cl, CHCl2, CCl3, CH2Br, CHBr2, CBr3, C
H2I, CHI2, C2H4F, C2H4Cl,CF3CH2, C2F4H, C2F5, C3H6
F, C3H6Cl, C3F6H, CF3CF2CH2, (CF3)2CH, C3F7, C 4H
8F, C4H8Cl, C3F7CH2, C4F9、CnF2n+1(n=5〜1
5)、CnF2nH(n=5〜15)などの炭素数1〜15,
好ましくは炭素数1〜6の直鎖又は分枝を有するハロア
ルキル基が挙げられる。ハロアルキル基としては、ポリ
クロロアルキル基、クロロフルオロアルキル基、ポリフ
ルオロアルキル基、パーフルオロアルキル基等の塩素又
はフッ素置換アルキル基、好ましくはフッ素置換アルキ
ル基が例示される。
基としては、たとえばCH3OCH2, C2H 5OCH2, C3H7OCH2, C
H3OCH2CH2, CH3OCH2CH2CH2, CH3OCH2CH(CH3), C2H5OCH2
CH2,C3H7OCH2CH2, C3H7OCH2CH2CH2などの直鎖又は分枝
を有する炭素数2〜15,好ましくは炭素数2〜6のア
ルコキシアルキル基が挙げられる。
キル基としては、たとえばFCH2OCH2, ClCH2OCH2, CH3OC
HF, CF3OCF2, CCl3CH2OCH2, CF3CH2OCH2,(CF3)2CHOCH2,
CF2HCF2OCH2, CF3CH2OCH2CH2, CF3CFHCF2OCH2などの直
鎖又は分枝を有する炭素数2〜15,好ましくは炭素数
2〜6のハロアルコキシアルキル基が挙げられる。
は、たとえばC6H5, CH3C6H4, CH3CH2C 6H4, (CH3)2C6H3
などが挙げられる。
ては、たとえばFC6H4, F2C6H3, F3C 6H2, F4C6H, F5C6,
ClC6H4, ClFC6H3, ClF2C6H2, Cl2C6H3, Cl2F3C6, BrC6H
4, BrF2C6H2, IC6H4, F(CH3)C6H3, F(CH3)2C6H2, CF3C6
H4, (CF3)2C6H3, (CF3)3C6H2, (CF3)2C6F3などが挙げら
れる。
ル基としては、たとえば C6H5CH2,C6H5CH2CH2, CH3C6H4
CH2などが挙げられる。
ルキル基としては、たとえばFC6H4CH2, ClC6H4CH2, BrC
6H4CH2, CF3C6H4CH2, FC6H4CH2CH2などが挙げられる。
たとえばCH3CO, CF3CO, CH3CH2CO,(CH3)2CHCO, (CH3)3C
O, Ph-CO-(Phはフェニル基)などの炭素数1〜15のア
ルカノイル基及び芳香族アシル基が挙げられる。
は、5員環(ピロリジン、イミダゾリジン、ピラゾリジ
ンなど)、6員環(ピペリジン、ピペラジン、N−メチ
ルピペラジンなど)が例示される。
て形成する環としては、R1とR3、あるいは、R2とR3が-C
H2CH2-、または、-CH2CH2CH2-である5員環、または、
6員環が例示される。
ロゲン原子、炭素数1から20の置換基を有しても良い
アルキル基、ハロアルキル基、アルコキシ基、アリール
オキシ基、ハロアルコキシアルキル基、アシル基、炭素
数6から20の置換基を有しても良いアリール基、ハロ
アリール基、炭素数4〜20の置換基を有しても良いヘ
テロアリール基またはハロヘテロアリール基を表す。
ル基としては、たとえばメチル、エチル、プロピル、ブ
チル、ペンチル、ヘキシル, C6H5CH2, C6H5CH2CH2, CH3
C6H4CH2, CH3OCH2, C2H5OCH2, C3H7OCH2, CH3OCH2CH2,
CH3OCH2CH2CH2, CH3OCH2CH(CH3), C2H5OCH2CH2, C3H7OC
H2CH2, C3H7OCH2CH2CH2などが挙げられる。
ルキル基としては、たとえばCH2F,CHF2, CF3, CH2Cl, C
HCl2, CCl3, CH2Br, CHBr2, CBr3, CH2I, CHI2, C2H4F,
C2H4Cl, CF3CH2, C2F4H, C2F5, C3H6F, C3H6Cl, C3F
6H, CF3CF2CH2, (CF3)2CH, C3F7, C4H8F, C4H8Cl, C3F7
CH2, C4F9, FC6H4CH2, ClC6H4CH2, BrC6H4CH2, CF3C6H 4
CH2, FC6H4CH2CH2,などが挙げられる。
キシ基としては、たとえばメトキシ基、エトキシ基、ト
リフルオロメトキシ基、ジフルオロメトキシ基、ベンジ
ルオキシ基などが挙げられる。
ルオキシ基としては、たとえばC6H5O, CH3OC6H4CH2O, C
H3C6H4O, CH3CH2C6H4O, FC6H4O, F2C6H3O, F3C6H2O, F4
C6HO, F5C6O, ClC6H4O, ClFC6H3O, ClF2C6H2O, Cl2C6H3
O, Cl2F3C6O, BrC6H4O, BrF2C6H2O, IC6H4O, F(CH3)C6H
3O, F(CH3)2C6H2O, CF3C6H4O, (CF3)2C6H3O, (CF3)3C 6H
2O, (CF3)2C6F3Oなどが挙げられる。
ルコキシアルキル基としては、FCH2OCH2, ClCH2OCH2, C
H3OCHF, CF3OCF2, CCl3CH2OCH2, CF3CH2OCH2,(CF3)2CHO
CH2,CF2HCF2OCH2, CF3CH2OCH2CH2, CF3CFHCF2OCH2など
が挙げられる。
基としては、たとえばアセチル基、プロピオニル基、ブ
チリル基、アクリロイル基、プロピオロイル基、ベンゾ
イル基、ナフトイル基、トルオイル基、フロイル基、ニ
コチノイル基などが挙げられる。
ル基としては、たとえばC6H5, CH3C 6H4, CH3CH2C6H4,
(CH3)2C6H3, が挙げられ、ヘテロアリール基としてはチ
エニル、フリル、ピロリル、イミダゾリル、ピリジルな
どが挙げられる。また、ハロヘテロアリール基として
は、クロロチエニル、フルオロチエニル、フルオロピリ
ジル、ジフルオロピリジル、トリフルオロピリジルなど
が挙げられる。
リール基としては、たとえばFC6H4,F2C6H3, F3C6H2, F4
C6H, F5C6, ClC6H4, ClFC6H3, ClF2C6H2, Cl2C6H3, Cl2
F3C 6, BrC6H4, BrF2C6H2, IC6H4, F(CH3)C6H3, F(CH3)2
C6H2, CF3C6H4, (CF3)2C6H3, (CF3)3C6H2, (CF3)2C6F3
などが挙げられる。
ら20の置換基を有しても良いアルキレン基またはハロ
アルキレン基を表す。
キレン基としては、たとえばCH2, CH(CH3), C(CH3)2, C
H2CH2, CH(CH3)CH2, C(CH3)2CH2, CH2OCH2, CH(CH3)CH
(CH3),CH2CH2CH2, CH2C(CH3)2CH2, CH2CH2CH2CH2, CH2C
H2OCH2CH2, CH2CH2CH2CH2CH2,CH2N(CH3)CH2, CH2SCH2,
CH2SOCH2, CH2SO2CH2などが挙げられる。
アルキレン基としては、たとえばCHF, CF2. CH(CF3), C
F(CF3), C(CF3)2, CHCl, CCl2, CHBr, CBr2, CHI, CI2,
CH(CF3)CH2, CH2CF2CH2, CF2OCF2, CF2OCH2, CH2CF2CF
2CH2, CH2CF2CF2CF2CH2, (CF2)2, (CF2)4, (CF2)6, (CF
2)8, (CF2)16, (CF2)20, (CF2)50, (CF2)4O(CF2)4, CF 2
CF2CF(CF3), CF2N(CH3)CF2, CF2SCF2, CF2SOCF2, CF2SO
2CF2などが挙げられる。
の置換基を有しても良いアリール基またはハロアリール
基、炭素数4〜20のヘテロアリール基またはハロヘテ
ロアリール基を表し、nは1から4の整数を表す。
ル基としては、たとえばC6H5, CH3C 6H4, CH3CH2C6H4,
(CH3)2C6H3などが挙げられ、ヘテロアリール基として
は、チエニル、フリル、ピロリル、イミダゾリル、ピリ
ジルなどが挙げられる。また、ハロヘテロアリール基と
しては、クロロチエニル、フルオロチエニル、フルオロ
ピリジル、ジフルオロピリジル、トリフルオロピリジル
などが挙げられる。
リール基としては、たとえばFC6H4,F2C6H3, F3C6H2, F4
C6H, F5C6, ClC6H4, ClFC6H3, ClF2C6H2, Cl2C6H3, Cl2
F3C 6, BrC6H4, BrF2C6H2, IC6H4, F(CH3)C6H3, F(CH3)2
C6H2, CF3C6H4, (CF3)2C6H3, (CF3)3C6H2, (CF3)2C6F3
などが挙げられる。
0の置換基を有しても良いアリーレン基またはハロアリ
ーレン基、炭素数4〜20の置換基を有しても良いヘテ
ロアリーレン基またはハロヘテロアリーレン基を表し、
nは1から4の整数を表す。
ーレン基としては、たとえばC6H4, C 6H3(CH3), C6H2(CH
3)2, C6H(CH3)3, C6H3(C2H5), C6H2(C2H5)2, C6H3(C
F3), C6H 2(CF3)2, C6(CF3)4, C6H2(C2F5)2, C6H3(C
4F9), C6H4C(CF3)2C6H4, C6H4C(CH3)2C6H4, C10H6, C10
H5(CH3), C10H4(CH3)2, C6H4OC6H4, C6H4SC6H4, C6H4SO
C6H4,C6H4SO2C6H4, C6H4N(CH3)C6H4などが挙げられ、ヘ
テロアリーレン基としては、C 5H3N, C4H2Oなどが挙げら
れる。
アリーレン基としては、たとえばC6H 3F, C6H3Cl, C6H3B
r, C6H3I, C6H2F2, C6H2Cl2, C6H2Br2, C6H2I2, C6HF3,
C6HCl3, C6HBr3, C6F4, C6Cl4, C6H3(CF3), C6H2(CF3)
2, C6(CF3)4, C6F2(C2F5)2, C 6F3(C4F9), C6F4C(CF3)2C
6F4, C6F4C(CH3)2C6F4, C10H5F, C10H5Cl, C10H5Br, C
10H5I, C10H4F2, C10H4Cl2, C10H4Br2, C10H4I2, C10H3
F3, C10H3Cl3, C10H2F4,C10H2Cl4, C10HF5, C10HCl5, C
10F6, C10Cl6, C6H4C(CF3)2C6H4, C6F4OC6F4, C 6F4SC6F
4, C6F4SOC6F4, C6F4SO2C6F4, C6F4N(CH3)C6F4などが挙
げられ、ハロヘテロアリーレン基としては、C5F3N, C4C
l2Oなどが挙げられる。
素、トリフルオロメチル基のいずれかである。
り表される化合物並びにこれらの部分構造を側鎖に有す
る含フッ素ポリマーとしては、X1、X2、R1、R2、R3、
R4、R5、R6、R7、R8、Ar、R3'、Ar'およびnが以下に示
す組み合わせに係わるものが例示されるが、これらに制
限されるものではない。
覆形成剤として用いられる含フッ素ポリマーの式
(I)、(II)、(IIIa)、(IVa)の部分構造を有す
る繰り返し単位としては、以下のものが例示できる。
(IVa)の部分構造を有する繰り返し単位のみからなっ
ていても良いが、該部分構造を有しない繰り返し単位を
含んでいても良い。このような式(I)、(II)、(II
Ia)、(IVa)の部分構造を有しない繰り返し単位とし
ては、−(CF2CF2)−,−(CF2CF(CF3))
−,−(CH2CH2)−,−(CH2CH(CH3))
−、−(CF2O)−、−(OCF2CF(CF3))
−、−(CF2CF2O)−、−(CH2CF2CF2O)
−、−(CF2CF2CF2O)−などが例示される。
具体例、及び式(I)、(II)、(IIIa)、(IVa)の
部分構造を有する繰り返し単位と該部分構造を有しない
繰り返し単位からなる含フッ素ポリマーを例示する。・
一般式(I)の化合物
の部分構造を有する繰り返し単位と該部分構造を有しな
い繰り返し単位からなる含フッ素ポリマー
す。) 本発明において前記式(I)、(II)、(III)、(III
a)、(IV)、(IVa)、(V)で表されるアミドの調製
方法については、有機合成において用いられている一般
的な方法を適宜選択することができ、たとえば、対応す
るカルボン酸エステルをNHR1R2(R1、R2は前記に定
義されたとおりである)で表されるアミンを用いてアミ
ド化することにより合成することができる。
チルジフルオロアセトアミド、N,N-ジメチルトリフルオ
ロアセトアミド、N,N-ジメチルパーフルオロオクタンア
ミド、N,N,N',N'-テトラメチルパーフルオロスベリンア
ミド、N,N-ジメチルベンズアミド、N,N-ジメチルペンタ
フルオロベンズアミドが挙げられる。これらの化合物と
比較例であるジメチルジフルオロマロネートの発熱温度
や発熱量をパーキンエルマー社の示差走査カロリーメー
ター(DSC7)を用いて測定した。結果を図1〜7に示
した。
ロネートまたは本発明のアミド化合物と1M LiPF6/EC+DM
C=1:1(vol%)電解液を体積比1:1とし、リチウム金属
1.3 mgと混合し、DSC測定したものである。これより、
ジメチルジフルオロマロネートは213℃付近で大きな
発熱が見られるが、本発明の化合物はそれを上回り、た
とえばN,N-ジメチルジフルオロアセトアミドの発熱は2
32℃となり、熱安定性の向上が見られる。これらの結
果は、本発明における該化合物がリチウムイオン電池の
熱安定性を一層向上させることを示している。
定性が得られた理由としては、例えば、N,N-ジメチルジ
フルオロアセトアミドはアミド基を有することによりジ
メチルジフルオロマロネートのエステル基よりもさらに
強固な保護膜をリチウム金属表面に作ったといえる。す
なわちリチウムに作用するアミド基を有することにより
エステル基よりもリチウムとの相互作用が強くなったと
いうことが考えられる。負極としてリチウムインターカ
レート化合物、すなわち炭素材料あるいは種々の金属酸
化物を用いた場合にも、急速充電あるいは過放電によ
り、金属リチウムが析出する場合があるので、これらを
用いた電池においても本発明における該化合物は熱安定
性、安全性を高める上で有効である。
性、安全性を高める効果がジメチルジフルオロマロネー
トで示されており(特願2001−312293)、本
化合物においても同様の効果があると考えられる。
物、リチウムニッケル酸化物、リチウムマンガン酸化
物、リチウムチタン酸化物、LiNiO2のNiの一部をCoで置
換したLiNi1-xCoxO2、二酸化マンガン、五酸化バナジウ
ム、クロム酸化物などの金属酸化物または二硫化チタ
ン、二硫化モリブデンなどの金属硫化物などが挙げら
れ、これらはそれぞれ単独で用いることができるし、ま
た、2種以上を併用することもできる。これら全般に効
果があると考えられるが、特に、安定性の低いリチウム
ニッケル酸化物に対し、有効であると考えられる。
安定な保護膜が形成されることにより、充放電効率が向
上し得る。また、リチウム金属のデンドライト現象も安
定な保護膜により抑制され得る。
分子内にアミド基を有する化合物は、単独で用いても良
いが、通常用いられている有機溶媒系電解液に対して通
常0.1〜80重量%程度、好ましくは1〜50重量%程度、よ
り好ましくは5〜30重量%程度含まれる。
る化合物とともに非水電解液二次電池の電解液として用
いられる有機溶媒系電解液としては、プロピレンカーボ
ネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート
等の環状カーボネート、ジエチルカーボネート、ジメチ
ルカーボネート、メチルエチルカーボネート等の鎖状カ
ーボネート等も用いることができる。さらには、γ−ブ
チロラクトン、テトラヒドロフラン、ジメトキシエタ
ン、ジエトキシエタン、ジメチルスルホキシド、スルホ
ラン等も用いることができるがこれらに限定されるわけ
ではない。これらは単独で分子内にアミド基を有する化
合物と混合して用いても良いし、2種類以上の有機溶媒
系電解液を用いてもよい。
少なくとも1種含む有機溶媒系電解液は下記リチウム塩
を溶解した電池の電解液および/または電極表面被膜形
成剤として用いてもよいし、特に負極表面被膜形成剤と
して電池製造前の段階で、あるいは電池を製造する過程
で、負極を処理することに用いても良い。負極の処理方
法としては、分子内にアミド基を有する化合物を少なく
とも1種含む有機溶媒に負極を浸す方法、あるいは、霧
状にして噴霧する方法、ハケなどで負極表面に塗る方法
などが例示される。処理の際には、冷却もしくは加熱を
行っても良い。
用いる場合の好ましい電解液は、分子内にアミド基を有
する化合物と有機溶媒を含む上記非水溶媒と、その溶媒
に溶解するリチウム塩から構成される。
F3)2, LiPF4(C2F5)2, LiPF4(C3F7)2, LiAsF6, LiBF4, L
iClO4, LiCF3SO3, LiC4F9SO3, LiN(CF3SO2)2, LiN(C2F5
SO2)2, LiN(C4F9SO2)2, LiN(CF3SO2)(C4F9SO2), LiC(CF
3SO2)3等を用いることができる。
する非水溶液用電解質として、およびこれをポリマーマ
トリックスで固定したゲル電解質として用いることがで
きる。
液を用いることを特徴としており、その他の条件、例え
ばリチウムイオン電池の形状や構成要素は特に限定され
ず、公知の技術を用いることができる。
型、コイン型、フィルム状等を挙げることができる。
の合金、リチウムをドープ・脱ドープできる炭素材料や
高分子材料、金属酸化物などが挙げられる。
2O4, LiMnO2などのリチウムと遷移金属の複合酸化物
や、高分子材料などが挙げられる。
リプロピレン等の高分子材料の多孔膜や、本発明の電解
液を吸蔵して固定化する高分子材料(いわゆるゲル電解
質)として用いることができる。
ンレススチール、チタン、ニッケル、タングステン鋼、
炭素材料などが用いられ、その形状は箔、網、不織布、
パンチドメタルなどが挙げられる。
より詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定さ
れない。 実施例1 DSC測定はパーキンエルマー製のDSC7を用いた。また、
測定用の試料は、チタン製耐圧密閉容器に1M LiPF6/EC+
DMC=1:1(vol%)電解液5 ml、アミド化合物5 mlをリチウ
ム金属1.3 mgと混合し調整した。昇温速度は5℃/minで
行い、発熱反応ピーク温度を測定した。種々のアミド化
合物を用いて測定した結果を図1〜7に示す。
させ得る電解液、電極表面被膜形成剤および電池製造方
法が提供できる。これにより、急速充電時にも安全性が
向上し、さらに負極にリチウム金属を用いる安全な電池
を提供することが可能になる。
ルオロマロネートの発熱温度、発熱量の測定結果を示
す。
アセトアミドの発熱温度、発熱量の測定結果を示す。
ロアセトアミドの発熱温度、発熱量の測定結果を示す。
ロオクタンアミドの発熱温度、発熱量の測定結果を示
す。
パーフルオロスベリンアミドの発熱温度、発熱量の測定
結果を示す。
ドの発熱温度、発熱量の測定結果を示す。
オロベンズアミドの発熱温度、発熱量の測定結果を示
す。
Claims (15)
- 【請求項1】式(I): 【化1】 (式中、R1およびR2は同じかまたは異なって水素原子、
炭素数1〜15のアルキル基またはハロアルキル基、炭
素数2〜15のアルコキシアルキル基またはハロアルコ
キシアルキル基、炭素数6〜20のアリール基またはハ
ロアリール基、炭素数7〜20のアリール置換アルキル
基またはハロアリール置換アルキル基、炭素数1〜15
のアシル基を表す。また、R1とR2は互いに結合して環を
形成してもよい。)で表される部分構造を分子内に1個
以上有する少なくとも1種の化合物を含む電解液および
/または電極表面被膜形成剤。 - 【請求項2】式(II): 【化2】 (式中、X1およびX2は同じかまたは異なってハロゲン原
子または炭素数1〜10のパーフルオロアルキル基を表
し、R1およびR2は同じかまたは異なって水素原子、炭素
数1〜15のアルキル基またはハロアルキル基、炭素数
2〜15のアルコキシアルキル基またはハロアルコキシ
アルキル基、炭素数6〜20のアリール基またはハロア
リール基、炭素数7〜20のアリール置換アルキル基ま
たはハロアリール置換アルキル基、炭素数1〜15のア
シル基を表す。また、R1とR2は互いに結合して環を形成
してもよい。)で表される部分構造を分子内に1個以上
有する少なくとも1種の化合物を含む請求項1記載の電
解液および/または電極表面被膜形成剤。 - 【請求項3】式(III): 【化3】 (式中、X1およびX2は同じかまたは異なってハロゲン原
子または炭素数1〜10のパーフルオロアルキル基を表
し、R1およびR2は同じかまたは異なって水素原子、炭素
数1〜15のアルキル基またはハロアルキル基、炭素数
2〜15のアルコキシアルキル基またはハロアルコキシ
アルキル基、炭素数6〜20のアリール基またはハロア
リール基、炭素数7〜20のアリール置換アルキル基ま
たはハロアリール置換アルキル基、炭素数1〜15のア
シル基を表す。また前記式(III)においてR3は水素原
子、ハロゲン原子、炭素数1から20の置換基を有して
も良いアルキル基、ハロアルキル基、アルコキシ基、ア
リールオキシ基、アシル基、炭素数6から20の置換基
を有しても良いアリール基、ハロアリール基、炭素数4
〜20の置換基を有しても良いヘテロアリール基または
ハロヘテロアリール基を表す。また、R1とR2、R1とR3、
R2とR3は互いに結合して環を形成してもよい。)で表さ
れる少なくとも1種の化合物を含む請求項1記載の電解
液および/または電極表面被膜形成剤。 - 【請求項4】式(IV): 【化4】 (式中、R1およびR2は同じかまたは異なって水素原子、
炭素数1〜15のアルキル基またはハロアルキル基、炭
素数2〜15のアルコキシアルキル基またはハロアルコ
キシアルキル基、炭素数6〜20のアリール基またはハ
ロアリール基、炭素数7〜20のアリール置換アルキル
基またはハロアリール置換アルキル基、炭素数1〜15
のアシル基を表す。また、R1とR2は互いに結合して環を
形成しても良い。Arは炭素数6〜20の置換基を有して
も良いアリール基またはハロアリール基、炭素数4〜2
0の置換基を有しても良いヘテロアリール基またはハロ
ヘテロアリール基を表し、nは1から4の整数を表
す。)で表される少なくとも1種の化合物を含む請求項
1記載の電解液および/または電極表面被膜形成剤。 - 【請求項5】式(V): 【化5】 (式中、R1およびR2は同じかまたは異なって水素原子、
炭素数1〜15のアルキル基またはハロアルキル基、炭
素数2〜15のアルコキシアルキル基またはハロアルコ
キシアルキル基、炭素数6〜20のアリール基またはハ
ロアリール基、炭素数7〜20のアリール置換アルキル
基またはハロアリール置換アルキル基、炭素数1〜15
のアシル基を表す。また、R1とR2は互いに結合して環を
形成しても良い。R4〜R8は同じかまたは異なって水素、
フッ素、トリフルオロメチル基のいずれかである。)で
表される請求項1記載の電解液および/または電極表面
被膜形成剤。 - 【請求項6】式(I)、(II)、(IIIa)、(IVa)の部
分構造をその側鎖に1個以上有する含フッ素繰り返し単
位を構成要素とする含フッ素ポリマーからなる請求項1
記載の電解液および/または電極表面被膜形成剤。 【化6】 (式(I)、(II)、(IIIa)および(IVa)において、
R1およびR2は同じかまたは異なって水素原子、炭素数1
〜15のアルキル基またはハロアルキル基、炭素数2〜
15のアルコキシアルキル基またはハロアルコキシアル
キル基、炭素数6〜20のアリール基またはハロアリー
ル基、炭素数7〜20のアリール置換アルキル基または
ハロアリール置換アルキル基、炭素数1〜15のアシル
基を表す。また、R1とR2は互いに結合して環を形成して
もよい。式(II)、(IIIa)において、X1およびX2は同
じかまたは異なってハロゲン原子または炭素数1〜10
のパーフルオロアルキル基を表す。式(IIIa)において
R3'は炭素数1から20の置換基を有しても良いアルキ
レン基、ハロアルキレン基を表す。式(IVa)においてA
r'は炭素数6〜20の置換基を有しても良いアリーレン
基またはハロアリーレン基、炭素数4〜20の置換基を
有しても良いヘテロアリーレン基またはハロヘテロアリ
ーレン基を表し、nは1から4の整数を表す。) - 【請求項7】上記式(II)、(III)および(IIIa)に
おいてX1およびX2がともにフッ素原子である請求項2、
3または6記載の電解液および/または電極表面被膜形
成剤。 - 【請求項8】上記式(II)、(III)および(IIIa)に
おいてX1、X2の一方がフッ素原子で、もう一方がトリフ
ルオロメチル基である請求項2、3または6記載の電解
液および/または電極表面被膜形成剤。 - 【請求項9】上記式(III)で表される化合物がHCF2CON
(CH3)2である請求項3に記載の電解液および/または電
極表面被膜形成剤。 - 【請求項10】上記式(III)で表される化合物がCF3CO
N(CH3)2である請求項3に記載の電解液および/または
電極表面被膜形成剤。 - 【請求項11】電池作成時および/または電池使用時
に、電極材料表面に保護膜として作用することを特徴と
する請求項1〜10のいずれかに記載の電極表面被膜形
成剤。 - 【請求項12】電極がリチウム金属、リチウムインター
カレート化合物またはリチウム合金からなる負極である
請求項11記載の電極表面被膜形成剤。 - 【請求項13】請求項1〜10のいずれかに記載の化合
物の少なくとも1種を電解液に添加することを特徴とす
る電池製造方法。 - 【請求項14】請求項1〜10のいずれかに記載の化合
物の少なくとも1種を用いて電池の製造前にあるいは製
造過程で負極を処理することを特徴とする電池製造方
法。 - 【請求項15】負極がリチウム金属、リチウムインター
カレート化合物またはリチウム合金である請求項13ま
たは14記載の電池製造方法。
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