JP2006059682A - 非水電解液電池の電解液用添加剤、電池用非水電解液及び非水電解液電池 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】下記式(I):
(NPX2)n ・・・ (I)
[式中、Xはそれぞれ独立してF又はClであり、但し、総てのXが同一であることはなく;nは3又は4である]で表され、各Pに結合するClの数が0又は1であるホスファゼン化合物からなる非水電解液電池の電解液用添加剤である。上記ホスファゼン化合物の中でも、前記式(I)中のnが3で、6個のXのうち1〜3個がClであるホスファゼン化合物、及び前記式(I)中のnが4で、8個のXのうち2〜4個がClであるホスファゼン化合物が好ましい。
【選択図】図3
Description
(NPX2)n ・・・ (I)
[式中、Xはそれぞれ独立してF又はClであり、但し、総てのXが同一であることはなく;nは3又は4である]で表され、各Pに結合するClの数が0又は1であるホスファゼン化合物からなることを特徴とする。
<非水電解液電池の電解液用添加剤>
本発明の非水電解液電池の電解液用添加剤は、上記式(I)で表され、各Pに結合するClの数が0又は1である環状ホスファゼン化合物からなることを特徴とする。該ホスファゼン化合物は、非水電解液の発熱反応を抑制して、電池の熱暴走を抑制する効果を有し、該ホスファゼン化合物を含む非水電解液を備えた非水電解液電池は、熱暴走開始温度が高く、安全性が高い。また、該ホスファゼン化合物は、非水電解液電池の非常時に窒素ガス及び/又はリン酸エステル等を発生して、非水電解液を不燃性、難燃性又は自己消火性にし、電池の発火等の危険性を大幅に低減する作用も有する。
本発明の電池用非水電解液は、上述した非水電解液用添加剤と、非プロトン性有機溶媒と、支持塩とを含むことを特徴とし、熱暴走が抑制されていると共に、発火・引火の危険性が非常に低い。
本発明の非水電解液電池は、上述の電池用非水電解液と、正極と、負極とを備え、必要に応じて、セパレーター等の非水電解液電池の技術分野で通常使用されている他の部材を備え、1次電池であっても、2次電池であってもよい。本発明の非水電解液電池には、上述した添加剤を含む非水電解液が用いられているため、ARC分析における電池の熱暴走開始温度が高く、好ましくは、熱暴走開始温度が200℃以上である。
0.4Mの(NPCl2)3のニトロベンゼン溶液に、初回に2当量のNaFを反応させ、その後、極少量の水を添加した後、更に1当量のNaFを反応させた。得られた反応混合物を減圧蒸留して、式(I)で表され、n=3で、Cl/F比が1/5、2/4(geminal体及びnon-geminal体)、3/3のホスファゼン化合物をそれぞれ得た。減圧蒸留前の反応混合物のGC-MS分析のGCチャートを図1に示す。
次に、エチレンカーボネート(EC)及びエチルメチルカーボネート(EMC)の混合溶媒(EC/EMC体積比=1/2)90体積%に、表2に示す構造のホスファゼン化合物(添加剤)10体積%を加え、得られた混合溶液にLiPF6(支持塩)を1M(mol/L)の濃度で溶解させて非水電解液を調製した。なお、従来例の非水電解液は、EC及びEMCの混合溶媒(EC/EMC体積比=1/2)にLiPF6を1Mの濃度で溶解させて調製した。
LiCoO2(正極活物質)94質量部に対して、アセチレンブラック(導電剤)3質量部と、ポリフッ化ビニリデン(結着剤)3質量部とを添加し、有機溶媒(酢酸エチルとエタノールとの50/50質量%混合溶媒)で混練した後、該混練物を厚さ25μmのアルミニウム箔(集電体)にドクターブレードで塗工した後、熱風乾燥(100〜120℃)して、厚さ80μmの正極シートを作製した。また、黒鉛(炭素材料)94質量部に対して、アセチレンブラック(導電剤)3質量部と、ポリフッ化ビニリデン(結着剤)3質量部とを添加し、有機溶媒(酢酸エチルとエタノールとの50/50質量%混合溶媒)で混練した後、該混練物を厚さ25μmのアルミニウム箔(集電体)にドクターブレードで塗工した後、熱風乾燥(100〜120℃)して、厚さ150μmの負極シートを作製した。厚さ25μmのセパレーター(微孔性フィルム:ポリプロピレン製)を介して、上記正極シート及び負極シートを重ね合わせて巻き上げ、円筒型電極を作製した。該円筒型電極の正極長さは約260mmであった。該円筒型電極に、上記電解液を注入して封口し、単三型リチウム電池(非水電解液2次電池)を作製した。得られた電池を4.2V、3.7mAhの条件で充電した後、下記の方法でARC分析を行った。結果を図2及び図3、並びに表2に示す。
スタート温度=50℃、終了温度=350℃、温度ステップ=5℃、温度感度=0.02℃/分、待機時間=17分、解析ステップ温度=0.2℃の測定条件の下、Thermal Hazard Technology社製のARC装置を用いて、電池に対してARC分析を行った。なお、図2及び図3中、階段状の領域では、電池が熱暴走しておらず、外部から熱を加えて昇温を行っており、最後のステップから熱暴走開始温度を求めた。また、熱暴走開始温度での傾きから、自己発熱速度を求めた。
Claims (6)
- 下記式(I):
(NPX2)n ・・・ (I)
[式中、Xはそれぞれ独立してF又はClであり、但し、総てのXが同一であることはなく;nは3又は4である]で表され、各Pに結合するClの数が0又は1であるホスファゼン化合物からなる非水電解液電池の電解液用添加剤。 - 前記式(I)中のnが3であり、6個のXのうち1〜3個がClであることを特徴とする請求項1に記載の非水電解液電池の電解液用添加剤。
- 前記式(I)中のnが4であり、8個のXのうち2〜4個がClであることを特徴とする請求項1に記載の非水電解液電池の電解液用添加剤。
- 請求項1〜3のいずれかに記載の電解液用添加剤と、非プロトン性有機溶媒と、支持塩とを含むことを特徴とする電池用非水電解液。
- 請求項4に記載の電池用非水電解液と、正極と、負極とを備えた非水電解液電池。
- 熱暴走開始温度が200℃以上であることを特徴とする請求項5に記載の非水電解液電池。
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