JP2005268094A - 非水電解液及びリチウムイオン二次電池、並びにフッ素含有エステル化合物 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 電解質と非水溶媒とを含有し、更に、式(1)で表される化合物を含有する非水電解液。
R0(OCOR)n ・・・式(1)
(nは2以上6以下の整数を表し、Rはそれぞれ独立に少なくとも1個のハロゲン原子で置換された炭素数1以上10以下のアルキル基を表す。R0は置換されていてもよいn価の炭化水素基を表す。)
【選択図】 なし
Description
本発明は上記の課題に鑑みて創案されたもので、充放電に伴うガス発生量が従来よりも少ない非水電解液、及びそれを用いたリチウムイオン二次電池、並びにそれに使用できる化合物を提供することを目的とする。
即ち、本発明の要旨は、電解質と非水溶媒とを含有し、更に、下記式(1)で表される化合物を含有することを特徴とする、非水電解液に存する(請求項1)。
R0(OCOR)n ・・・式(1)
(但し、nは2以上6以下の整数を表し、Rはそれぞれ独立に、少なくとも1個のハロゲン原子で置換された炭素数1以上10以下のアルキル基を表す。また、R0は置換されていてもよいn価の炭化水素基を表す。)
さらに、該非水電解液は、非水電解液中の濃度として、該化合物を、0.01重量%以上20重量%以下含有することが好ましい(請求項3)。
CF3COO(CH2)pOCOCF3 ・・・式(2)
CF3COO(CH2CH2O)qCOCF3 ・・・式(3)
CF3COO(CF2)rOCOCF3 ・・・式(4)
CF3COOCH2C(CH3)(CH2OCOCF3)2 ・・・式(5)
CF3COOCH2C(CH2OCOCF3)3 ・・・式(6)
CH2(OCOCF3)CH(OCOCF3)CH(OCOCF3)CH2(OCOCF3) ・・・式(7)
CF3COOCH2CH=CHCH2OCOCF3 ・・・式(8)
CF3COOCH2C≡CCH2OCOCF3 ・・・式(9)
C2F5COOCH2CH2N(CH3)CH2CH2OCOC2F5 ・・・式(10)
CF3COOCH2CH2SCH2CH2OCOCF3 ・・・式(11)
CF3COOCH2CF2CF2CF2CF2CH2OCOCF3 ・・・式(12)
(但し、pは2以上10以下の自然数を表し、q及びrはそれぞれ独立に1以上10以下の自然数を表す。)
本発明の別の要旨は、上述した非水電解液と、リチウムイオンを吸蔵及び放出可能な正極及び負極とを備えることを特徴とする、リチウムイオン二次電池に存する(請求項6)。
本発明のさらに別の要旨は、上記式(5)又は式(12)で表されることを特徴とする、フッ素含有エステル化合物に存する(請求項7)。
本発明の非水電解液は、電解質と非水溶媒とからなる非水電解液であって、下記式(1)で表される化合物(以下適宜、「本発明のエステル化合物」という)を含有することを特徴とする。
R0(OCOR)n ・・・式(1)
(但し、nは2以上6以下の整数を表し、Rはそれぞれ独立に、少なくとも1個のハロゲン原子で置換された炭素数1以上10以下のアルキル基を表す。また、R0は置換されていてもよいn価の炭化水素基を表す。)
[種類]
本発明のエステル化合物は、上記式(1)で表される化合物である。
式(1)においてRは、1個又は2個以上のハロゲン原子で置換されたアルキル基、アルコキシアルキル基、又はアリール基を表す。これらの中でも、特に、アルキル基が好ましい。
また、Rの炭素数は、通常1以上、好ましくは3以上、また、通常10以下、好ましくは6以下である。この範囲の上限を越えるとリチウムの伝導性が悪化する虞がある。
以下にRの具体例を挙げるが、本発明は以下の例示物に何ら限定されるものではない。なお、下記化学式において、Aは置換基の結合部分を表す。
また、R0に置換する原子の数は、電気化学的安定性という点から、通常10以下、好ましくは4以下である。
R0が2価の場合、即ち、式(1)においてnが2の場合には、R0としては、例えば以下のものが例示される。
上記式(1)において、nが2の場合、本発明のエステル化合物の具体例としては以下のものが挙げられる。
Rがアルキル基のものとしては、エチレングリコールトリフルオロ酢酸ジエステル、ジエチレングリコールトリフルオロ酢酸ジエステル、トリエチレングリコールトリフルオロ酢酸ジエステル、2−ブテン−1,4−ジオールトリフルオロ酢酸ジエステル、2−ブチン−1,4−ジオールトリフルオロ酢酸ジエステル、オクタフルオロブタン−1,4−ジオールトリフルオロ酢酸ジエステル、ビス(2−(ペンタフルオロプロピオニルオキシ)エチル)メチルアミン、ビス(2−(トリフルオロアセトキシ)エチル)スルフィドなどが挙げられる。
また、Rがアルコキシアルキル基のものとしては、エチレングリコール2−(ペンタフルオロエトキシ)酢酸ジエステル、エチレングリコール2−(2,2,2−トリフルオロエトキシ)酢酸ジエステルなどが挙げられる。
また、Rがアリール基のものとしては、エチレングリコールペンタフルオロ安息香酸ジエステルなどが挙げられる。
Rがアルキル基のものとしては、ペンタグリセロールトリフルオロ酢酸トリエステル、グルシノールトリフルオロ酢酸トリエステル、シクロペンタン−1,2,3−トリオールトリフルオロ酢酸トリエステルなどが挙げられる。
Rがアルコキシアルキル基のものとしては、ペンタグリセロール2−(ペンタフルオロエトキシ)酢酸トリエステル、ペンタグリセロール2−(2,2,2−トリフルオロエトキシ)酢酸トリエステルなどが挙げられる。
Rがアリール基のものとしては、ペンタグリセロールペンタフルオロ安息香酸トリエステルなどが挙げられる。
Rがアルキル基のものとしては、ペンタエリスリトールトリフルオロ酢酸テトラエステル、エリスリトールトリフルオロ酢酸テトラエステル、キシローストリフルオロ酢酸テトラエステルなどが挙げられる。
Rがアルコキシアルキル基のものとしては、ペンタエリスリトール2−(2,2,2−トリフルオロエトキシ)酢酸テトラエステル、エリスリトール2−(2,2,2−トリフルオロエトキシ)酢酸テトラエステルなどが挙げられる。
Rがアリール基のものとしては、ペンタエリスリトールペンタフルオロ安息香酸テトラエステル、エリスリトールペンタフルオロ安息香酸テトラエステルなどが挙げられる。
Rがアルキル基のものとしては、ペンタキス(トリフルオロアセトキシ)ベンゼン、グルコーストリフルオロ酢酸ペンタエステルなどが挙げられる。
Rがアルコキシアルキル基のものとしては、ペンタキス(2,2,2−トリフルオロエトキシアセトキシ)ベンゼンなどが挙げられる。
Rがアリール基のものとしては、ペンタキス(ペンタフルオロベンジルオキシ)ベンゼンなどが挙げられる。
Rがアルキル基のものとしては、ヘキサキス(トリフルオロアセトキシ)ベンゼン、ヘキサキス(トリフルオロアセトキシ)ベンゼン、ガラクシトールトリフルオロ酢酸ヘキサエステルなどが挙げられる。
Rがアルコキシアルキル基のものとしては、ヘキサキス(2,2,2−トリフルオロエトキシアセトキシ)ベンゼンなどが挙げられる。
Rがアリール基のものとしては、ヘキサキス(ペンタフルオロベンジルオキシ)ベンゼンなどが挙げられる。
CF3COO(CH2)pOCOCF3 ・・・式(2)
CF3COO(CH2CH2O)qCOCF3 ・・・式(3)
CF3COO(CF2)rOCOCF3 ・・・式(4)
CF3COOCH2C(CH3)(CH2OCOCF3)2 ・・・式(5)
CF3COOCH2C(CH2OCOCF3)3 ・・・式(6)
CH2(OCOCF3)CH(OCOCF3)CH(OCOCF3)CH2(OCOCF3) ・・・式(7)
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CF3COOCH2C≡CCH2OCOCF3 ・・・式(9)
C2F5COOCH2CH2N(CH3)CH2CH2OCOC2F5 ・・・式(10)
CF3COOCH2CH2SCH2CH2OCOCF3 ・・・式(11)
CF3COOCH2CF2CF2CF2CF2CH2OCOCF3 ・・・式(12)
但し、pは通常2以上、また、通常10以下、好ましくは6以下の自然数を表す。また、q及びrはそれぞれ独立に、通常1以上、また、通常10以下、好ましくは6以下の自然数を表す。
また、本発明の非水電解液中におけるエステル化合物の濃度は、非水電解液に対して、通常0.01重量%以上、好ましくは0.1重量%以上、より好ましくは0.2重量%以上、また、通常20重量%以下、好ましくは10重量%以下、より好ましくは5重量%以下である。下限を下回ると、被膜形成のためのエステル化合物の絶対量が不足することにより、本発明のエステル化合物の効果が有効に現れない虞がある。また、上限を上回ると、本発明のエステル化合物が非水電解液中に余剰に残存し、保存後の電池特性に悪影響を及ぼしやすい。
なお、本発明のエステル化合物を非水電解液中に含有させる場合、本発明のエステル化合物は1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用しても良い。併用する場合には、本発明のエステル化合物の濃度の合計が、上記の濃度範囲内となるようにすることが望ましい。
本発明のエステル化合物の製造方法について特に制限は無く、本発明のエステル化合物は、任意の製造方法により製造することができる。製造方法の例を挙げると、本発明のエステル化合物は、例えば、ハロゲン置換カルボン酸無水物と、多価アルコール類又は糖類とを反応させることにより製造することができる。この反応を化学反応式で表すと、以下のようになる。
なお、本発明のエステル化合物の同定は、質量分析ガスクロマトグラフ法(GC−MS)のスペクトルを測定することにより行なうことが出来る。
ところで、特許文献1には、ハロゲン化カルボニル化合物と含珪素化合物とからハロゲン化多価カルボン酸を合成する方法が示されている。しかし、この方法は反応にシリケートを用いるためにコストが嵩むことから、工業的に利用することは困難である。
また、後で比較例2に示すように、特許文献1に記載されたハロゲン多価カルボン酸をリチウムイオン二次電池に用いた場合、ハロゲン多価カルボン酸が電極表面に強固な被膜を形成したとしても、充放電の初期から大きな容量劣化が生じるため、二次電池としての電池性能は低下する。そのため、特許文献1の技術は、実際のリチウムイオン二次電池に用いるには不十分であった。
さらに、実施例において後述するように、本発明のエステル化合物をリチウムイオン二次電池に用いた場合には、充放電後においても容量劣化も見られず、さらにガス発生量を抑制するなど、有用な性能が見られる。以上のように、本発明は、実際に使用するために大きなステップを越えたという点で重要である。
電解質について特に制限は無く、リチウムイオン二次電池の電解質として用いられるものであれば公知のものを任意に用いることができるが、通常は、リチウム塩を用いる。その具体例を挙げると、LiClO4、LiAsF6、LiPF6、Li2CO3及びLiBF4等の無機リチウム塩;LiCF3SO3、LiN(CF3SO2)2 、LiN(C2F5SO2)2、LiN(CF3SO2)(C2F5SO2)、LiC(CF3SO2)3、LiPF4(CF3)2、LiPF4(C2F5)2、LiPF4(CF3SO2)2、LiPF4(C2F5SO2)2、LiBF2(CF3)2、LiBF2(C2F5)2、LiBF2(CF3SO2)2及びLiBF2(C2F5SO2)2等の含フッ素有機リチウム塩;KPF6、NaPF6、NaBF4及びNaCF3SO3等のナトリウム又はカリウム塩の電解質などが挙げられる。これらのうち、特にLiPF6およびLiBF4が特に好ましい。なお、電解質は1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用しても良い。
なお、電解質を2種以上併用する場合、用いた電解質の濃度の合計が上記範囲内となるようにすることが望ましい。
非水溶媒について特に制限は無く、公知の非水溶媒を任意に用いることができるが、通常は、有機溶媒を用いる。非水溶媒の例を挙げると、鎖状及び環状カーボネート、鎖状及び環状カルボン酸エステル、鎖状及び環状エーテル等が挙げられる。
また、鎖状カーボネートの具体例としては、DEC(ジエチルカーボネート)、DMC(ジメチルカーボネート)、EMC(エチルメチルカーボネート)、ジ−n−プロピルカーボネートなどが挙げられる。
また、鎖状カルボン酸エステルの具体例としては、酢酸メチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチルなどが挙げられる。
さらに、鎖状エーテルの具体例としては、DME(ジメトキシエタン)、DEE(ジエトキシエタン)、DMM(ジメトキシメタン)などが挙げられる。
また、環状エーテルの具体例としてはTHF(テトラヒドロフラン)、2−メチルTHF(2−メチルテトラヒドロフラン)などが挙げられる。
非水溶媒としては、複数の化合物を併用するのが好ましい。一般的には、環状カーボネートや環状カルボン酸エステル等の高誘電率溶媒と、鎖状カーボネート、鎖状カルボン酸エステル、エーテル等の低粘度溶媒とを併用するのが好ましい。中でも、環状カーボネートと鎖状カーボネートとの組み合わせ、若しくは、環状カーボネートと環状エステルとの組み合わせがより好ましい。
本発明の非水電解液は、本発明の効果を損ねない範囲で、他の助剤を含有させても良い。なお、助剤は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用しても良い。
例えば、助剤として被膜形成剤を含有させても良い。被膜形成剤に制限は無く、公知のものを任意に使用することができるが、具体例としては、不飽和環状カーボネート、含硫黄化合物などが挙げられる。これらを非水電解液中に含有させることで、本発明のエステル化合物と共に電極表面に被膜を形成し、より欠点の少ない被膜の形成が可能になると考えられる。
また、含硫黄化合物の具体例を挙げると、エチレンサルファイト、プロパンスルトン、ブタンスルトン、ジメチルスルホン、スルホランなどが挙げられる。
これらの中でも特に、ビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネート、エチレンサルファイト、プロパンスルトンが好ましい。
また、芳香族化合物の部分水素化物としては、シクロヘキシルベンゼンなどが挙げられる。
また、芳香族化合物及びその部分水素化物の部分フッ素化物としては、フルオロベンゼン、1,2−ジフルオロベンゼン、1,3−ジフルオロベンゼン、1,4−ジフルオロベンゼン、ヘキサフルオロベンゼンなどが挙げられる。
また、アニソール類及びアニソール類の部分フッ素化物としては、例えば、2,3−ジフルオロアニソール、2,4−ジフルオロアニソール、ペンタフルオロアニソールなどが挙げられる。
本発明の非水電解液は、通常の電解液の用途に広く用いることができるが、特に、リチウムイオン二次電池の電解液として用いて好適である。
本発明のリチウムイオン二次電池は、上述した本発明の非水電解液と、リチウムイオンを吸蔵及び放出可能な正極及び負極とを備えることを特徴とする。また、本発明のリチウムイオン二次電池はその他の構成を備えていても良い。例えば、リチウムイオン二次電池は、通常、セパレータを備えている。
正極は、通常、集電体上に正極活物質層を設けて構成される。なお、正極は適宜その他の層を備えていてもよい。
[1−1.正極活物質層]
正極活物質層は、正極活物質を含んで構成される。正極活物質としては、リチウムイオンを吸蔵・放出可能なものであれば、その種類に制限はない。例えば、リチウムコバルト酸化物、リチウムニッケル酸化物、リチウムマンガン酸化物等のリチウム遷移金属複合酸化物材料などを用いることができる。
また、リチウム遷移金属複合酸化物は、コバルト、ニッケル、またはマンガンの一部をAl、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Li、Ni、Cu、Zn、Mg、Ga、Zr等の他の金属で置き換えることにより、その構造が安定化させることができるので好ましい。
なお、これらの正極活物質は、何れか1種を単独で用いても良く、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用しても良い。
なお、結着剤は、1種を単独で用いても良く、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用しても良い。
増粘剤としては、カルボキシルメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、エチルセルロース、ポリビニルアルコ−ル、酸化スターチ、リン酸化スターチおよびガゼイン等が挙げられる。
また、導電材としては、銅またはニッケル等の金属材料;グラファイトまたはカーボンブラック等の炭素材料などが挙げられる。
なお、これらの助剤は、1種を単独で用いても良く、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用しても良い。
集電体の素材としては、公知のものを任意に使用することができるが、通常は金属や合金が用いられる。具体的には、正極の集電体としては、アルミニウム、チタン、タンタル及びこれらの合金等が挙げられる。中でも、正極の集電体としてはアルミニウム及びその合金が好ましい。なお、これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用しても良い。
正極集電体としては、上記例示の中でも、金属薄膜が、現在工業化製品に使用されているため好ましい。なお、薄膜は適宜メッシュ状に形成しても良い。
負極は通常、正極の場合と同様に、負極集電体上に負極活物質層を設けて構成される。なお、正極同様、負極も適宜その他の層を備えていてもよい。
[2−1.負極活物質層]
負極活物質としては、リチウムイオンの吸蔵放出が可能な材料であれば他に制限は無く、公知の負極活物質を任意に用いることができる。例えば、様々な熱分解条件での有機物の熱分解物や人造黒鉛、天然黒鉛等のリチウムを吸蔵・放出可能な炭素質材料;酸化錫、酸化珪素等のリチウムを吸蔵・放出可能な金属酸化物材料;リチウム金属;種々のリチウム合金などを使用することがでくる。なお負極活物質は1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用しても良い。
ここで黒鉛は、学振法によるX線回折で求めた格子面(002面)のd値(層間距離)が0.335〜0.338nm、特に0.335〜0.337nmであるものが好ましい。灰分は、通常1重量%以下、好ましくは0.5重量%以下、より好ましくは0.1重量%以下であるものが望ましい。また、学振法によるX線回折で求めた結晶子サイズ(Lc)は、通常30nm以上である。50nm以上、特に100nm以上であるのが好ましい。
また、負極活物質層の厚さは任意であるが、その好ましい範囲は正極活物質層の厚さと同様である。
負極集電体の材質としては、公知のものを任意に用いることができるが、例えば、銅、ニッケル、ステンレス、等の金属材料が用いられる。中でも加工し易さとコストの点から特に銅が好ましい。
電極同士の短絡を防止するために、正極と負極との間には通常、セパレータが介装される。セパレータの材質や形状は特に制限されないが、上述の非水電解液に対して安定で、保液性に優れ、且つ、電極同士の短絡を確実に防止できるものが好ましい。好ましい例としては、各種の高分子材料からなる多孔性のフィルム、シート、不織布等が挙げられる。高分子材料の具体例としては、ナイロン、セルロースアセテート、ニトロセルロース、ポリスルホン、ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン等のポリオレフィン高分子が用いられる。
本発明の非水系電解液二次電池は、上述した二次電池用非水系電解液と、正極と、負極と、必要に応じて用いられるセパレータとを、適切な形状に組み立てることにより製造される。更に、必要に応じて外装ケース等の他の構成要素を用いることも可能である。
本発明のフッ素含有エステル化合物は、上記の式(5)又は式(12)で表されることを特徴とする。
これらの本発明のフッ素含有エステル化合物は、従来知られていない新規な化合物である。上述したように、この本発明のフッ素含有エステル化合物を非水電解液に混合することにより、電極表面に被膜を形成させることができる。それにより、非水電解液中の本発明のフッ素含有エステル化合物以外の化合物と電極との反応性を抑制することができ、充放電時のガスの発生量を減少させることができる。
また、(a)成分と(b)成分との使用量比{(a)成分:(b)成分}は、通常1:10以上、好ましくは1:2以上、また、通常10:1以下、好ましくは2:1以下とすることが望ましい。
反応時の温度条件は、通常0℃以上、好ましくは10℃以上、また、通常80℃以下、好ましくは60℃以下である。適切な反応速度を得るためである。
また、反応時間は、通常1分以上、好ましくは5分以上、また、通常30時間以下、好ましくは20時間以下である。
さらに、反応圧力は通常0.05MPa〜1MPaである。
また、反応溶媒は特に必要ないが、使用する場合には、反応溶媒としては任意の溶媒を使用できる。具体例を挙げると、トルエン、キシレン、ジクロロメタン、クロロホルムなどがコストの面から好ましい。
さらに、上記の反応により製造した場合の収率は、通常60%以上、好ましくは70%以上である。
目的物は、蒸留、溶媒抽出、再結晶等の公知の任意の手法により分離することができる。
なお、製造されたフッ素含有エステル化合物の同定は、質量分析ガスクロマトグラフ法(GC−MS)のスペクトルを測定することにより行なうことが出来る。
また、(c)成分と(d)成分との使用量比{(c)成分:(d)成分}は、通常1:10以上、好ましくは1:2以上、また、通常10:1以下、好ましくは2:1以下とすることが望ましい。
反応時の温度条件は、通常0℃以上、好ましくは10℃以上、また、通常80℃以下、好ましくは60℃以下である。適切な反応速度を得るためである。
また、反応時間は、通常1分以上、好ましくは5分以上、また、通常30時間以下、好ましくは20時間以下である。
さらに、反応圧力は通常0.05MPa〜1MPaである。
また、反応溶媒は特に必要ないが、使用する場合には、反応溶媒としては任意の溶媒を使用できる。具体例を挙げると、トルエン、キシレン、ジクロロメタン、クロロホルムなどがコストの面から好ましい。
さらに、上記の反応により製造した場合の収率は、通常60%以上、好ましくは70%以上である。
目的物は、蒸留、溶媒抽出、再結晶等の公知の任意の手法により分離することができる。
なお、製造されたフッ素含有エステル化合物の同定は、質量分析ガスクロマトグラフ法(GC−MS)のスペクトルを測定することにより行なうことが出来る。
負極活物質として、X線回折における格子面(002面)のd値が0.336nm、結晶子サイズ(Lc)が、652nm、灰分が0.07重量%、レーザー回折・散乱法によるメジアン径が12μm、BET法比表面積が7.5m2/g、アルゴンイオンレーザー光を用いたラマンスペクトル分析において1570〜1620cm-1の範囲のピークPA(ピーク強度IA)および1300〜1400cm-1の範囲のピークPB(ピーク強度IB)の強度比R=IB/IAが0.12、1570〜1620cm-1の範囲のピークの半値幅が19.9cm-1である天然黒鉛粉末を用いた。この黒鉛粉末94重量部にポリフッ化ビニリデン6重量部を混合し、N−メチル−2−ピロリドンで分散させてスラリー状とした。これを負極集電体である厚さ18μmの銅箔の片面に均一に塗布し、乾燥後、プレス機により負極層の密度が1.5g/cm3になるようにプレスして負極とした。
非水溶媒であるエチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートとの混合物(容量比1:2)98重量部に、式(3)においてq=2で表されるジエチレングリコールトリフルオロ酢酸ジエステル2重量部を添加し、次いで、電解質として、十分に乾燥したLiPF6を1.0mol/Lの割合となるように溶解して電解液とした。実施例1で調整した電解液の代わりに、この電解液を用いた以外は、実施例1と同様にしてシート状電池を作製した。
非水溶媒であるエチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートとの混合物(容量比1:2)98重量部に、式(3)においてq=3で表されるトリエチレングリコールトリフルオロ酢酸ジエステル2重量部を添加し、次いで、電解質として、十分に乾燥したLiPF6を1.0mol/Lの割合となるように溶解して電解液とした。実施例1で調整した電解液の代わりに、この電解液を用いた以外は、実施例1と同様にしてシート状電池を作製した。
非水溶媒であるエチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートとの混合物(容量比1:2)98重量部に、式(2)においてp=5で表されるペンタンジオールトリフルオロ酢酸ジエステル2重量部を添加し、次いで、電解質として、十分に乾燥したLiPF6を1.0mol/Lの割合となるように溶解して電解液とした。実施例1で調整した電解液の代わりに、この電解液を用いた以外は、実施例1と同様にしてシート状電池を作製した。
非水溶媒であるエチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートとの混合物(容量比1:2)98重量部に、式(4)においてr=4で表されるオクタフルオロブタンジオールトリフルオロ酢酸ジエステル2重量部を添加し、次いで、電解質として、十分に乾燥したLiPF6を1.0mol/Lの割合となるように溶解して電解液とした。実施例1で調整した電解液の代わりに、この電解液を用いた以外は、実施例1と同様にしてシート状電池を作製した。
非水溶媒であるエチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートとの混合物(容量比1:2)98重量部に、式(6)で表されるペンタエリスリトールトリフルオロ酢酸テトラエステル2重量部を添加し、次いで、電解質として、十分に乾燥したLiPF6を1.0mol/Lの割合となるように溶解して電解液とした。実施例1で調整した電解液の代わりに、この電解液を用いた以外は、実施例1と同様にしてシート状電池を作製した。
非水溶媒であるエチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートとの混合物(容量比1:2)98重量部に、式(7)で表されるエリスリトールトリフルオロ酢酸テトラエステル2重量部を添加し、次いで、電解質として、十分に乾燥したLiPF6を1.0mol/Lの割合となるように溶解して電解液とした。実施例1で調整した電解液の代わりに、この電解液を用いた以外は、実施例1と同様にしてシート状電池を作製した。
非水溶媒であるエチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートとの混合物(容量比1:2)98重量部に、式(8)で表される2−ブテン−1,4−ジオールトリフルオロ酢酸ジエステル2重量部を添加し、次いで、電解質として、十分に乾燥したLiPF6を1.0mol/Lの割合となるように溶解して電解液とした。実施例1で調整した電解液の代わりに、この電解液を用いた以外は、実施例1と同様にしてシート状電池を作製した。
非水溶媒であるエチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートとの混合物(容量比1:2)98重量部に、式(9)で表される2−ブチン−1,4−ジオールトリフルオロ酢酸ジエステル2重量部を添加し、次いで、電解質として、十分に乾燥したLiPF6を1.0mol/Lの割合となるように溶解して電解液とした。実施例1で調整した電解液の代わりに、この電解液を用いた以外は、実施例1と同様にしてシート状電池を作製した。
非水溶媒であるエチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートとの混合物(容量比1:2)98重量部に、式(10)で表されるビス(ペンタフルオロプロピオニルオキシエチル)メチルアミン2重量部を添加し、次いで、電解質として十分に乾燥したLiPF6を1.0mol/Lの割合となるように溶解して電解液とした。実施例1で調整した電解液の代わりに、この電解液を用いた以外は、実施例1と同様にしてシート状電池を作製した。
非水溶媒であるエチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートとの混合物(容量比1:2)98重量部に、式(11)で表されるビス(トリフルオロアセトキシエチル)スルフィド2重量部を添加し、次いで、電解質として、十分に乾燥したLiPF6を1.0mol/Lの割合となるように溶解して電解液とした。実施例1で調整した電解液の代わりに、この電解液を用いた以外は、実施例1と同様にしてシート状電池を作製した。
非水溶媒であるエチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートとの混合物(容量比1:2)に、電解質として、十分に乾燥したLiPF6を1.0mol/Lの割合となるように溶解し、電解液を調整した。実施例1で調整した電解液の代わりに、この電解液を用いた以外は、実施例1と同様にしてシート状電池を作製した。
非水溶媒であるエチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートとの混合物(容量比1:2)98重量部に、特許文献1に記載のエステル化合物であるヘキサフルオログルタル酸ジメチル2重量部を添加し、次いで、電解質として、十分に乾燥したLiPF6を1.0mol/Lの割合となるように溶解して電解液とした。実施例1で調整した電解液の代わりに、この電解液を用いた以外は、実施例1と同様にしてシート状電池を作製した。
非水溶媒であるエチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートとの混合物(容量比1:2)98重量部に、式(3)においてq=1で表されるエチレングリコールトリフルオロ酢酸ジエステル2重量部、及び、不飽和環状カーボネートであるビニレンカーボネート2重量部を添加し、次いで、非水溶媒として、十分に乾燥したLiPF6を1.0mol/Lの割合となるように溶解して電解液とした。実施例1で調整した電解液の代わりに、この電解液を用いた以外は、実施例1と同様にしてシート状電池を作製した。
非水溶媒であるエチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートとの混合物(容量比1:2)96重量部に、式(8)で表される2−ブテン−1,4−ジオールトリフルオロ酢酸ジエステル2重量部、及び、不飽和環状カーボネートであるビニレンカーボネート2重量部を添加し、次いで、電解質として、十分に乾燥したLiPF6を1.0mol/Lの割合となるように溶解して電解液とした。実施例1で調整した電解液の代わりに、この電解液を用いた以外は、実施例1と同様にしてシート状電池を作製した。
非水溶媒であるエチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートとの混合物(容量比1:2)98重量部に、不飽和環状カーボネートであるビニレンカーボネート2重量部を添加し、次いで、電解質として、十分に乾燥したLiPF6を1.0mol/Lの割合となるように溶解して電解液とした。実施例1で調整した電解液の代わりに、この電解液を用いた以外は、実施例1と同様にしてシート状電池を作製した。
200ミリリットル四つ口フラスコに、大気下でジクロロメタン120mLに溶解したペンタグリセロール12.0g(0.10モル)を混合し、攪拌しながらトリフルオロ酢酸無水物66.6g(0.32モル)を滴下した。反応混合物は発熱により温度上昇が見られたので、フラスコを氷浴に適宜漬け、反応混合物の温度が30℃を超えないようにした。
ペンタグリセロールの代わりに2,2,3,3,4,4,5,5−オクタフルオロヘキサン−1,6−ジオール29.8g(0.10モル)を用い、懸濁下で反応を行ない、滴下するトリフルオロ酢酸無水物の量を45.4g(0.22モル)とした他は、実施例14と同様に反応を行なった。得られたオクタフルオロヘキサンジオールトリフルオロ酢酸ジエステルは33.6gであった。生成物のGC−MSスペクトルを図2に示す。
実施例1〜15及び比較例1〜3で作製したシート状電池を、ガラス板ではさんだ状態で、25℃において0.2C相当の定電流で充電終止電圧4.2Vまで充電した後、0.2Cに相当する定電流で終止電圧3Vまで放電し、安定させた。ここで、1Cとは電池の基準容量を1時間で放電する電流値を表し、0.2Cとはその1/5の電流値を表す。以降のサイクルの充電はすべて0.7Cに相当する定電流で終止電圧4.2Vまで充電し、4.2Vに達した後は電位を4.2Vに保ち、充電電流値が0.05Cに相当する電流になるまで充電を行なう4.2V定電流−定電圧充電(CCCV充電)(0.05Cカット)により充電を行なった。放電は、0.2C、1.0C、1.5C及び2.0Cに相当する定電流で3Vまでそれぞれ1サイクルずつ行い、放電容量を調べると共に、サイクル前後の電池の体積を計ることにより発生した総ガス量を測定した。
このサイクルにおける0.2Cに相当する電流における放電容量およびサイクル後の発生ガス量を表1に示す。
これに対して、実施例1〜15では、十分な放電容量を得ることができる上に、ガスの発生を抑制することができる。
Claims (7)
- 電解質と非水溶媒とを含有し、更に、下記式(1)で表される化合物を含有することを特徴とする非水電解液。
R0(OCOR)n ・・・式(1)
(但し、nは2以上6以下の整数を表し、Rはそれぞれ独立に、少なくとも1個のハロゲン原子で置換された炭素数1以上10以下のアルキル基を表す。また、R0は置換されていてもよいn価の炭化水素基を表す。) - 上記R0が、ハロゲン原子、窒素原子、酸素原子及び硫黄原子からなる群より選ばれる基によって置換されていることを特徴とする、請求項1記載の非水電解液。
- 該化合物を、該非水電解液中の濃度として、0.01重量%以上20重量%以下含有することを特徴とする、請求項1または請求項2に記載の非水電解液。
- 該化合物が、下記式(2)〜(12)からなる群より選ばれる式で表される化合物であることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載の非水電解液。
CF3COO(CH2)pOCOCF3 ・・・式(2)
CF3COO(CH2CH2O)qCOCF3 ・・・式(3)
CF3COO(CF2)rOCOCF3 ・・・式(4)
CF3COOCH2C(CH3)(CH2OCOCF3)2 ・・・式(5)
CF3COOCH2C(CH2OCOCF3)3 ・・・式(6)
CH2(OCOCF3)CH(OCOCF3)CH(OCOCF3)CH2(OCOCF3) ・・・式(7)
CF3COOCH2CH=CHCH2OCOCF3 ・・・式(8)
CF3COOCH2C≡CCH2OCOCF3 ・・・式(9)
C2F5COOCH2CH2N(CH3)CH2CH2OCOC2F5 ・・・式(10)
CF3COOCH2CH2SCH2CH2OCOCF3 ・・・式(11)
CF3COOCH2CF2CF2CF2CF2CH2OCOCF3 ・・・式(12)
(但し、pは2以上10以下の自然数を表し、q及びrはそれぞれ独立に1以上10以下の自然数を表す。) - 不飽和環状カーボネートを含有することを特徴とする、請求項1〜4のいずれか1項に記載の非水電解液。
- 請求項1〜5のいずれか1項に記載の非水電解液と、リチウムイオンを吸蔵及び放出可能な正極及び負極とを備えることを特徴とする、リチウムイオン二次電池。
- 下記式(5)又は式(12)で表されることを特徴とする、フッ素含有エステル化合物。
CF3COOCH2C(CH3)(CH2OCOCF3)2 ・・・式(5)
CF3COOCH2CF2CF2CF2CF2CH2OCOCF3 ・・・式(12)
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