JP2008146983A - 電解液および電池 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】正極21および負極22と共に電解液を備え、正極21と負極22との間に設けられたセパレータ23に電解液が含浸されている。この電解液の溶媒は、ビス(トリメチルシリル)−2,2−ジフルオロスルホアセテートなどの所定のスルホン化合物を含有している。溶媒が上記したスルホン化合物を含有していない場合と比較して、電解液の化学的安定性が向上し、その電解液の分解反応が抑制される。
【選択図】図1
Description
図1は、第1の電池の断面構成を表している。この電池は、負極の容量が電極反応物質であるリチウムの吸蔵および放出に基づく容量成分により表されるものであり、いわゆるリチウムイオン二次電池である。図1では、いわゆる円筒型と呼ばれる電池構造を示している。
第2の電池は、負極22の構成が異なる点を除き、第1の電池と同様の構成、作用および効果を有していると共に同様の手順により製造される。
第3の電池は、負極22の容量がリチウムの析出および溶解に基づく容量成分により表されるものであり、いわゆるリチウム金属二次電池である。この二次電池は、負極活物質層22Bがリチウム金属により構成されている点を除き、第1の電池と同様の構成を有していると共に同様の手順により製造される。
図3は、第4の電池の分解斜視構成を表している。この電池は、正極リード31および負極リード32が取り付けられた巻回電極体30をフィルム状の外装部材40の内部に収容したものであり、この電池構造はいわゆるラミネート型と呼ばれている。
まず、正極33を作製した。すなわち、炭酸リチウム(Li2 CO3 )と炭酸コバルト(CoCO3 )とを0.5:1のモル比で混合したのち、空気中において900℃で5時間焼成することにより、リチウム・コバルト複合酸化物(LiCoO2 )を得た。続いて、正極活物質としてリチウム・コバルト複合酸化物91質量部と、導電剤としてグラファイト6質量部と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン3質量部とを混合して正極合剤としたのち、N−メチル−2−ピロリドンに分散させることにより、ペースト状の正極合剤スラリーとした。最後に、帯状のアルミニウム箔(12μm厚)からなる正極集電体33Aの両面に正極合剤スラリーを均一に塗布して乾燥させたのち、ロールプレス機で圧縮成型することにより、正極活物質層33Bを形成した。こののち、正極集電体33Aの一端に、アルミニウム製の正極リード31を溶接して取り付けた。
化3に示したスルホン化合物として、化4(1)に代えて、化4(2)に示したスルホ化合物(実施例1−5)、化4(3)に示したスルホン化合物(実施例1−6)、化4(4)に示したスルホン化合物(実施例1−7)、化4(5)に示したスルホン化合物(実施例1−8)、化4(6)に示したスルホン化合物(実施例1−9)、化5(1)に示したスルホン化合物(実施例1−10)、化5(2)に示したスルホン化合物(実施例1−11)あるいは化5(3)に示したスルホン化合物(実施例1−12)を用いたことを除き、実施例1−2と同様の手順を経た。
溶媒として、さらに、炭酸ビニレン(VC:実施例1−13)、炭酸ビニルエチレン(VEC:実施例1−14)、4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン(FEC:実施例1−15)、4,5−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン(DFEC:実施例1−16)、プロペンスルトン(PRS:実施例1−17)、無水コハク酸(SCAH:実施例1−18)あるいは無水スルホ安息香酸(SBAH:実施例1−19)を加えたことを除き、実施例1−2と同様の手順を経た。その際、電解液中におけるVC等の含有量を1重量%とした。
溶媒に、化4(1)に示したスルホン化合物を含有させなかったことを除き、実施例1−1〜1−4と同様の手順を経た。
溶媒に、化4(1)にスルホン化合物を含有させなかったことを除き、実施例1−13,1−15,1−16,1−19と同様の手順を経た。
電解質塩として、さらに、四フッ化ホウ酸リチウム(LiBF4 :実施例2−1)、化13(6)に示したビス[オキサラト−O,O’]ホウ酸リチウム(実施例2−2)、化14(2)に示した[ビス(3,3,3−トリフルオロメチル)グリコラトオキサラト]ホウ酸リチウム(実施例2−3)あるいは化18(2)に示した1,3−パーフルオロプロパンジスルホニルイミドリチウム(実施例2−4)を加えたことを除き、実施例1−2と同様の手順を経た。その際、電解液中における六フッ化リン酸リチウムの濃度を0.9mol/kgとし、四フッ化ホウ酸リチウム等の濃度を0.1mol/kgとした。
電解質塩として、さらに、化13(6)に示したビス[オキサラト−O,O’]ホウ酸リチウムと化18(2)に示した1,3−パーフルオロプロパンジスルホニルイミドリチウムとを加えたことを除き、実施例1−2と同様の手順を経た。その際、電解液中における六フッ化リン酸リチウムの濃度を0.8mol/kgとし、ビス[オキサラト−O,O’]ホウ酸リチウムおよび1,3−パーフルオロプロパンジスルホニルイミドリチウムの濃度をいずれも0.1mol/kgとした。
溶媒に、化4(1)に示したスルホン化合物を含有させなかったことを除き、実施例2−2と同様の手順を経た。
負極34の作製手順を除き、実施例1−1〜1−19と同様の手順を経た。負極34を作製する際には、銅箔(15μm厚)からなる負極集電体34Aに、電子ビーム蒸着法によりケイ素からなる負極活物質層34Bを形成した。
実施例3−1〜3−19と同様の手順により負極34を作製したことを除き、比較例1−1〜1−5と同様の手順を経た。
実施例3−1〜3−19と同様の手順により負極34を作製したことを除き、実施例2−1〜2−5と同様の手順を経た。
実施例3−1〜3−19と同様の手順により負極34を作製し、溶媒に化4(1)に示したスルホン化合物を含有させなかったことを除き、実施例4−2と同様の手順を経た。
Claims (23)
- 化1で表されるスルホン化合物を含有する溶媒と、電解質塩とを含む
ことを特徴とする電解液。
- 前記スルホン化合物の含有量は、0.01重量%以上5重量%以下の範囲内であることを特徴とする請求項1記載の電解液。
- 前記溶媒は、不飽和結合を有する環状炭酸エステルを含有することを特徴とする請求項1記載の電解液。
- 前記溶媒は、化2で表されるハロゲンを構成元素として有する鎖状炭酸エステルおよび化3で表されるハロゲンを構成元素として有する環状炭酸エステルからなる群のうちの少なくとも1種を含有することを特徴とする請求項1記載の電解液。
- 前記ハロゲンを構成元素として有する環状炭酸エステルは、4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンおよび4,5−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンのうちの少なくとも一種を含むことを特徴とする請求項4記載の電解液。
- 前記溶媒は、スルトンを含有することを特徴とする請求項1記載の電解液。
- 前記溶媒は、酸無水物を含有することを特徴とする請求項1記載の電解液。
- 前記電解質塩は、化4、化5および化6で表される化合物からなる群のうちの少なくとも1種を含有することを特徴とする請求項1記載の電解液。
- 前記化4に示した化合物は、化7(1)で表されるジフルオロ[オキソラト−O,O’]ホウ酸リチウム、化7(2)で表されるジフルオロビス[オキソラト−O,O’]リン酸リチウム、化7(3)で表されるジフルオロ[3,3,3−トリフルオロ−2−オキシド−2−トリフルオロメチルプロピオナト(2−)−O,O’]ホウ酸リチウム、化7(4)で表されるビス[3,3,3−トリフルオロ−2−オキシド−2−トリフルオロメチルプロピオナト(2−)−O,O’]ホウ酸リチウム、化7(5)で表されるテトラフルオロ[オキソラト−O,O’]リン酸リチウムおよび化7(6)で表されるビス[オキソラト−O,O’]ホウ酸リチウムからなる群のうちの少なくとも1種を含み、
前記化5に示した化合物は、化8(1)で表される(2,2−ジフルオロマロナトオキサラト)ホウ酸リチウム、化8(2)で表される[ビス(3,3,3−トリフルオロメチル)グリコラトオキサラト]ホウ酸リチウム、化8(3)で表される(3,3,3−トリフルオロメチルプロピオナトオキサラト)ホウ酸リチウム、化8(4)で表される(2−トリフルオロメチルプロピオナトオキサラト)ホウ酸リチウム、化8(5)で表される(4,4,4−トリフルオロ−3−トリフルオロメチルブチル酸オキサラト)ホウ酸リチウム、化8(6)で表される(パーフルオロピナコラトオキサラト)ホウ酸リチウム、化8(7)で表される(4,4,4−トリフルオロ−3−メチルブチル酸オキサラト)ホウ酸リチウムおよび化8(8)で表される(4,4,4−トリフルオロブチル酸オキサラト)ホウ酸リチウムからなる群のうちの少なくとも1種を含み、
前記化6に示した化合物は、化8(9)で表されるフルオロトリフルオロメチル[オキソラト−O,O’]ホウ酸リチウムを含む
ことを特徴とする請求項8記載の電解液。
- 正極および負極と共に電解液を備えた電池であって、
前記電解液は、化12で表されるスルホン化合物を含有する溶媒と、電解質塩とを含む
ことを特徴とする電池。
- 前記電解液中における前記スルホン化合物の含有量は、0.01重量%以上5重量%以下の範囲内であることを特徴とする請求項11記載の電池。
- 前記溶媒は、不飽和結合を有する環状炭酸エステルを含有することを特徴とする請求項11記載の電池。
- 前記溶媒は、化13で表されるハロゲンを構成元素として有する鎖状炭酸エステルおよび化14で表されるハロゲンを構成元素として有する環状炭酸エステルからなる群のうちの少なくとも1種を含有することを特徴とする請求項11記載の電池。
- 前記ハロゲンを構成元素として有する環状炭酸エステルは、4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンおよび4,5−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンのうちの少なくとも1種を含むことを特徴とする請求項14記載の電池。
- 前記溶媒は、スルトンを含有することを特徴とする請求項11記載の電池。
- 前記溶媒は、酸無水物を含有することを特徴とする請求項11記載の電池。
- 前記電解質塩は、化15、化16および化17で表される化合物からなる群のうちの少なくとも1種を含有することを特徴とする請求項11記載の電池。
- 前記化15に示した化合物は、化18(1)で表されるジフルオロ[オキソラト−O,O’]ホウ酸リチウム、化18(2)で表されるジフルオロビス[オキソラト−O,O’]リン酸リチウム、化18(3)で表されるジフルオロ[3,3,3−トリフルオロ−2−オキシド−2−トリフルオロメチルプロピオナト(2−)−O,O’]ホウ酸リチウム、化18(4)で表されるビス[3,3,3−トリフルオロ−2−オキシド−2−トリフルオロメチルプロピオナト(2−)−O,O’]ホウ酸リチウム、化18(5)で表されるテトラフルオロ[オキソラト−O,O’]リン酸リチウムおよび化18(6)で表されるビス[オキソラト−O,O’]ホウ酸リチウムからなる群のうちの少なくとも1種を含み、
前記化16に示した化合物は、化19(1)で表される(2,2−ジフルオロマロナトオキサラト)ホウ酸リチウム、化19(2)で表される[ビス(3,3,3−トリフルオロメチル)グリコラトオキサラト]ホウ酸リチウム、化19(3)で表される(3,3,3−トリフルオロメチルプロピオナトオキサラト)ホウ酸リチウム、化19(4)で表される(2−トリフルオロメチルプロピオナトオキサラト)ホウ酸リチウム、化19(5)で表される(4,4,4−トリフルオロ−3−トリフルオロメチルブチル酸オキサラト)ホウ酸リチウム、化19(6)で表される(パーフルオロピナコラトオキサラト)ホウ酸リチウム、化19(7)で表される(4,4,4−トリフルオロ−3−メチルブチル酸オキサラト)ホウ酸リチウムおよび化19(8)で表される(4,4,4−トリフルオロブチル酸オキサラト)ホウ酸リチウムからなる群のうちの少なくとも1種を含み、
前記化17に示した化合物は、化19(9)で表されるフルオロトリフルオロメチル[オキソラト−O,O’]ホウ酸リチウムを含む
ことを特徴とする請求項18記載の電池。
- 前記負極は、炭素材料、リチウム金属、あるいはケイ素(Si)およびスズ(Sn)からなる群のうちの少なくとも1種を構成元素として含む材料を含有することを特徴とする請求項11記載の電池。
- 前記負極は、ケイ素の単体、合金および化合物、ならびにスズの単体、合金および化合物からなる群のうちの少なくとも1種を含有することを特徴とする請求項11記載の電池。
- 前記負極は、負極集電体と、それに設けられた負極活物質層とを含み、
前記負極活物質層は、気相法、液相法および焼成法からなる群のうちの少なくとも1種の方法により形成されたものであることを特徴とする請求項11記載の電池。
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