JP2011154783A - Method of manufacturing electrolyte for electrochemical device - Google Patents

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昌俊 長濱
Norifumi Hasegawa
規史 長谷川
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of manufacturing an electrolyte for an electrochemical device, having a wide potential window, resulting in the electrolyte being hard to deposit and having higher specific conductivity. <P>SOLUTION: The electrolyte for the electrochemical device contains an organic solvent and lithium salt or sodium salt dissolved therein, the organic solvent containing at least one nitrile compound from among a chain saturated hydrocarbon dinitrile compound having nitrile groups bonded to both terminals of a chain saturated hydrocarbon compound; a chain cyanoether compound having nitrile groups, bonded to at least one terminal of a chain ether compound; and a cyanoacetic acid ester, and at least one of cyclic carbonate, cyclic ester and chain carbonate, The method for manufacturing the electrolyte for the electrochemical device includes a mixing step of mixing the organic solvent, having water content of 100 ppm or lower and the lithium salt or the sodium salt having water content of 100 ppm or lower and form a uniform solution. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は電位窓が広く、電解質を安定な溶解状態に保つことができる電気化学デバイス用電解液の製造方法に関し、充電電圧の高い正極活物質を用いた二次電池の電解液や、耐電圧の高いキャパシタの電解液に好適に用いることができる。   The present invention relates to a method for producing an electrolytic solution for an electrochemical device that has a wide potential window and can maintain an electrolyte in a stable dissolved state, and relates to an electrolytic solution for a secondary battery using a positive electrode active material having a high charging voltage, and withstand voltage. It can be suitably used for an electrolytic solution of a capacitor having a high value.

従来のリチウムイオン電池は、正極としてコバルト酸リチウム(LiCoO2)、ニッケル酸リチウム(LiNiO2)、これらの固溶体、マンガン酸リチウム(LiMn24)等を用い、負極として黒鉛等の炭素からなる負極材料を用いている。そして、エチレンカーボネートやプロピレンカーボネート等の液状の有機化合物を溶媒に、リチウム塩を溶質として溶解させた電解液を用いている。 A conventional lithium ion battery uses lithium cobaltate (LiCoO 2 ), lithium nickelate (LiNiO 2 ), a solid solution thereof, lithium manganate (LiMn 2 O 4 ) or the like as a positive electrode, and consists of carbon such as graphite as a negative electrode. A negative electrode material is used. An electrolytic solution in which a liquid organic compound such as ethylene carbonate or propylene carbonate is dissolved in a solvent and a lithium salt as a solute is used.

こうしたリチウムイオン電池のエネルギー密度をさらに高めるべく、新たな正極活物質の探索が進められている。例えば、特許文献1や特許文献2にはLiNiPOF、LiNiPO、LiCoPO及びLiCoPOFがエネルギー密度の高い正極活物質として提案されている。これらの大きなエネルギー密度を有する正極活物質をリチウムイオン電池に利用すれば、理論的には、大きな充電容量のリチウムイオン電池となるはずである。 In order to further increase the energy density of such a lithium ion battery, a search for a new positive electrode active material is underway. For example, Li 2 NiPO 4 F in Patent Documents 1 and 2, LiNiPO 4, LiCoPO 4 and Li 2 CoPO 4 F has been proposed as a high positive electrode active material energy density. If these positive electrode active materials having a large energy density are used in a lithium ion battery, theoretically, a lithium ion battery having a large charge capacity should be obtained.

ところが、このような正極活物質の充電反応は、極めて高い電位において起こるため、環状カーボネートや鎖状カーボネート等の有機溶媒を用いた従来のリチウムイオン電池用電解液では、溶媒が酸化分解されて使用できなくなるという問題があった。このため、実際に取り出せる容量は、理論的な容量の半分以下となってしまうという問題があった(非特許文献1)。   However, since the charging reaction of such a positive electrode active material occurs at an extremely high potential, the conventional lithium ion battery electrolyte using an organic solvent such as cyclic carbonate or chain carbonate is used after the solvent is oxidized and decomposed. There was a problem that it was impossible. For this reason, there is a problem that the capacity that can be actually taken out is less than half of the theoretical capacity (Non-Patent Document 1).

一方、キャパシタ用の電解液の分野においても、耐電圧の向上を図るために、電位窓の広い電解液が求められていた。   On the other hand, in the field of electrolytic solutions for capacitors, an electrolytic solution having a wide potential window has been demanded in order to improve the withstand voltage.

こうした状況下、本発明者らは、ニトリル基を有する有機溶媒が高い正電位においても分解し難く、広い電位窓を有することを見出し、ニトリル化合物が有機溶媒の重量に対して90重量%以上含まれているリチウムイオン電池用電解液を開発した(特許文献3)。このリチウムイオン電池用電解液によれば、特に高い正電位において広い電位窓を有するため、LiCoPOF、LiNiPOF、LiCoPO、LiNiPO等の酸化還元電位の高い正極材料を利用することができる。このため、起電力の大きな電池とすることができる。 Under these circumstances, the present inventors have found that an organic solvent having a nitrile group is difficult to decompose even at a high positive potential and has a wide potential window, and the nitrile compound is contained in an amount of 90% by weight or more based on the weight of the organic solvent. A lithium-ion battery electrolyte solution has been developed (Patent Document 3). According to this electrolyte solution for lithium ion batteries, because it has a wide potential window, particularly at high positive potential, Li 2 CoPO 4 F, Li 2 NiPO 4 F, a high positive electrode material having the redox potential such LiCoPO 4, LiNiPO 4 Can be used. For this reason, it can be set as a battery with a large electromotive force.

特許第3624205号Patent No. 3624205 特許第3631202号Patent No. 3631202 特開2009−158240号JP 2009-158240 A

Journal of Power Sources 146 (2005) 565-569Journal of Power Sources 146 (2005) 565-569

さらに発明者らは、上記特許文献3に記載のリチウムイオン電池用電解液が、粘度の高いニトリル化合物を主たる溶媒成分としているため比伝導度が小さく、大電流を取り出すことが困難となっていたことに鑑み、電位窓が広いだけでなく、粘度が低くて比伝導度の大きなリチウムイオン電池用電解液とするために、環状カーボネート、環状エステル及び鎖状カーボネートのうち少なくとも一つをさらに添加したリチウムイオン電池用電解液を開発し、既に特許出願を行なっている(特願2009−046955)。
すなわち、
有機溶媒にリチウム塩が溶解しているリチウムイオン電池用電解液であって、
前記有機溶媒には、鎖式飽和炭化水素化合物の両末端にニトリル基が結合した鎖式飽和炭化水素ジニトリル化合物、鎖式エーテル化合物の末端の少なくとも一つにニトリル基が結合した鎖式シアノエーテル化合物及びシアノ酢酸エステルのうち少なくとも一つのニトリル化合物と、環状カーボネート、環状エステル及び鎖状カーボネートのうち少なくとも一つと、が含まれていることを特徴とするリチウムイオン電池用電解液である。
Furthermore, since the electrolyte solution for lithium ion batteries described in Patent Document 3 uses a nitrile compound having a high viscosity as a main solvent component, the specific conductivity is small and it is difficult to extract a large current. In view of this, not only a wide potential window, but also a low-viscosity and high specific conductivity lithium-ion battery electrolyte, a cyclic carbonate, a cyclic ester, and a chain carbonate were further added. An electrolyte for lithium ion batteries has been developed and a patent application has already been filed (Japanese Patent Application No. 2009-046955).
That is,
An electrolyte for a lithium ion battery in which a lithium salt is dissolved in an organic solvent,
The organic solvent includes a chain saturated hydrocarbon dinitrile compound having a nitrile group bonded to both ends of the chain saturated hydrocarbon compound, and a chain cyano ether compound having a nitrile group bonded to at least one terminal of the chain ether compound. And at least one nitrile compound of cyanoacetic acid ester and at least one of cyclic carbonate, cyclic ester, and chain carbonate.

また、ナトリウムイオン電池についても、電位窓が広いだけでなく、粘度が低くて比伝導度の大きな電解液を開発し、既に特許出願を行なっている(特願2009−285997)。
すなわち、
有機溶媒にナトリウム塩が溶解しているナトリウムイオン電池用電解液であって、前記有機溶媒には、鎖式飽和炭化水素化合物の両末端にニトリル基が結合した鎖式飽和炭化水素ジニトリル化合物、鎖式エーテル化合物の末端の少なくとも一つにニトリル基が結合した鎖式シアノエーテル化合物及びシアノ酢酸エステルのうち少なくとも一つのニトリル化合物と、環状カーボネート、環状エステル及び鎖状カーボネートのうち少なくとも一つと、が含まれていることを特徴とするナトリウムイオン電池用電解液である。
As for a sodium ion battery, an electrolyte solution having not only a wide potential window but also a low viscosity and a large specific conductivity has been developed and a patent application has already been filed (Japanese Patent Application No. 2009-285997).
That is,
An electrolyte solution for a sodium ion battery in which a sodium salt is dissolved in an organic solvent, wherein the organic solvent includes a chain saturated hydrocarbon dinitrile compound having a nitrile group bonded to both ends of the chain saturated hydrocarbon compound, a chain Included are at least one nitrile compound of a chain cyanoether compound and a cyanoacetate ester having a nitrile group bonded to at least one terminal of the formula ether compound, and at least one of a cyclic carbonate, a cyclic ester and a chain carbonate It is the electrolyte solution for sodium ion batteries characterized by the above-mentioned.

しかし、これらのリチウムイオン電池やナトリウムイオン電池では、調製時に電解質が有機溶媒に溶け難かったり、溶けていた電解質が析出したりする場合があった。このため電解液の比電導度が低くなって、電池の内部抵抗や過電圧が高くなるという問題があった。   However, in these lithium ion batteries and sodium ion batteries, the electrolyte may be difficult to dissolve in the organic solvent during the preparation, or the dissolved electrolyte may be deposited. For this reason, there has been a problem that the specific conductivity of the electrolytic solution is lowered and the internal resistance and overvoltage of the battery are increased.

本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであり、電位窓が広く、電解質を安定な溶解状態に保つことができる電気化学デバイス用電解液の製造方法を提供することを解決すべき課題としている。   The present invention has been made in view of the above-described conventional situation, and should solve the problem of providing a method for producing an electrolytic solution for an electrochemical device that has a wide potential window and can maintain an electrolyte in a stable dissolved state. It is an issue.

本発明者は、上記電解質の析出現象の原因について、鋭意研究を行った。その結果、電解質の有機溶媒への溶解のし難さや、電解液からの析出現象は、電解液中の水分含有率と深い関係があり、水分含有率を低くすればこれらの問題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。   The inventor has intensively studied the cause of the electrolyte deposition phenomenon. As a result, the difficulty of dissolving the electrolyte in the organic solvent and the phenomenon of precipitation from the electrolyte are closely related to the moisture content in the electrolyte, and these problems can be solved by reducing the moisture content. The headline and the present invention were completed.

すなわち、本発明の電気化学デバイス用電解液の製造方法は、有機溶媒にリチウム塩又はナトリウム塩が溶解しており、
前記有機溶媒には、
鎖式飽和炭化水素化合物の両末端にニトリル基が結合した鎖式飽和炭化水素ジニトリル化合物、鎖式エーテル化合物の末端の少なくとも一つにニトリル基が結合した鎖式シアノエーテル化合物及びシアノ酢酸エステルのうち少なくとも一つのニトリル化合物と、
環状カーボネート、環状エステル及び鎖状カーボネートのうち少なくとも一つと、
が含まれている電気化学デバイス用電解液の製造方法であって、
水分含有率が100ppm以下の前記有機溶媒と、水分含有率が100ppm以下のリチウム塩又はナトリウム塩と、を混合して均一な溶液とする混合工程を有することを特徴とする。
That is, in the method for producing an electrolytic solution for an electrochemical device of the present invention, a lithium salt or a sodium salt is dissolved in an organic solvent,
The organic solvent includes
Of chain saturated hydrocarbon dinitrile compounds having nitrile groups bonded to both ends of the chain saturated hydrocarbon compound, chain cyano ether compounds having nitrile groups bonded to at least one terminal of the chain ether compound, and cyanoacetate At least one nitrile compound;
At least one of cyclic carbonate, cyclic ester and chain carbonate;
A method for producing an electrolytic solution for an electrochemical device, comprising:
It has a mixing step of mixing the organic solvent having a water content of 100 ppm or less and a lithium salt or sodium salt having a water content of 100 ppm or less to obtain a uniform solution.

本発明の電気化学デバイス用電解液の製造方法では、混合工程において水分含有率が100ppm以下の有機溶媒と、水分含有率が100ppm以下のリチウム塩又はナトリウム塩とを混合して均一な溶液とするため、得られる溶液も水分含有率が100ppm以下となる。このため、電解質は溶け易くなり、析出も防止され、比電導度が高くなり、ひいては比抵抗及び過電圧の低い電解液となる。
さらに好ましいのは有機溶媒の水分含有率が50ppm以下、リチウム塩又はナトリウム塩の水分含有率が50ppm以下であり、最も好ましいのは有機溶媒の水分含有率が30ppm以下、リチウム塩又はナトリウム塩の水分含有率が30ppm以下である。
In the method for producing an electrolytic solution for an electrochemical device of the present invention, an organic solvent having a moisture content of 100 ppm or less and a lithium salt or a sodium salt having a moisture content of 100 ppm or less are mixed in the mixing step to obtain a uniform solution. Therefore, the obtained solution also has a water content of 100 ppm or less. For this reason, the electrolyte is easily dissolved, the precipitation is prevented, the specific conductivity is increased, and as a result, the electrolyte is low in specific resistance and overvoltage.
More preferably, the water content of the organic solvent is 50 ppm or less, the water content of the lithium salt or sodium salt is 50 ppm or less, and most preferably, the water content of the organic solvent is 30 ppm or less, and the water content of the lithium salt or sodium salt. The content is 30 ppm or less.

本発明の製造方法によって得られる電気化学デバイス用電解液は、有機溶媒として鎖式飽和炭化水素化合物の両末端にニトリル基が結合した鎖式飽和炭化水素ジニトリル化合物、鎖式エーテル化合物の末端の少なくとも一つにニトリル基が結合した鎖式エーテルニトリル化合物及びシアノ酢酸エステルのうち少なくとも一つのニトリル化合物を含む。このニトリル化合物によって電位窓を広がる。
さらに、ニトリル化合物に、環状カーボネート、環状エステル及び鎖状カーボネートのうち少なくとも一つとを混合するため、粘度が低くなり、比伝導度も大きくなる。
The electrolytic solution for electrochemical devices obtained by the production method of the present invention comprises at least the chain saturated hydrocarbon dinitrile compound having a nitrile group bonded to both ends of the chain saturated hydrocarbon compound as an organic solvent, and at least the terminal of the chain ether compound. It includes at least one nitrile compound among a chain ether nitrile compound to which a nitrile group is bonded and a cyanoacetate. This nitrile compound widens the potential window.
Furthermore, since the nitrile compound is mixed with at least one of a cyclic carbonate, a cyclic ester, and a chain carbonate, the viscosity is lowered and the specific conductivity is also increased.

本発明の製造方法によって得られる電気化学デバイス用電解液が、広い電位窓を有しない、環状カーボネート、環状エステル及び鎖状カーボネートのうち少なくとも一つを含んでいるにもかかわらず、広い電位窓を有する理由については、必ずしも明確ではないが、次のように考えられる。すなわち、電解液に含まれる有機溶媒のうち、ニトリル化合物は、電位窓を広げる役割を果たす。また、鎖状カーボネートは粘度を下げるため、比伝導度を大きくする役割を果たすと推測される。そして、環状カーボネートや環状エステルは、多くのリチウム塩やナトリウム塩を溶解する上、カーボン負極上にSEIといわれる保護皮膜を形成することで、耐還元性を向上させつつ、LiイオンやNaイオンを通過させることができる特性を付与することができる。そのため、負側および正側の電位窓拡大に効果を発揮することが可能となると考えられる。
以上の理由より、鎖状カーボネートと環状カーボネート及び/又は環状エステルとを併用することが好ましい。更に好ましくは、鎖状カーボネートと環状カーボネートとの併用である。具体的には、ジメチルカーボネートとエチレンカーボネートとを併用する。両者の配合割合は特に限定されないが、同量とすることが好ましい。
Although the electrolytic solution for an electrochemical device obtained by the production method of the present invention contains at least one of a cyclic carbonate, a cyclic ester, and a chain carbonate, which does not have a wide potential window, it has a wide potential window. Although it is not necessarily clear about the reason for having, it thinks as follows. That is, among the organic solvents contained in the electrolytic solution, the nitrile compound serves to widen the potential window. In addition, chain carbonate is presumed to play a role of increasing specific conductivity in order to lower the viscosity. Cyclic carbonates and cyclic esters dissolve many lithium salts and sodium salts, and form a protective film called SEI on the carbon negative electrode, thereby improving the reduction resistance and reducing Li ions and Na ions. The characteristic which can be passed can be provided. Therefore, it is considered that the effect can be exerted on the enlargement of the potential window on the negative side and the positive side.
For the above reasons, it is preferable to use a chain carbonate and a cyclic carbonate and / or a cyclic ester in combination. More preferably, it is a combined use of a chain carbonate and a cyclic carbonate. Specifically, dimethyl carbonate and ethylene carbonate are used in combination. The blending ratio of both is not particularly limited, but the same amount is preferable.

鎖式飽和炭化水素化合物の両末端にニトリル基が結合した鎖式飽和炭化水素ジニトリル化合物としては、例えば、スクシノニトリルNC(CHCN、グルタロニトリルNC(CHCN、アジポニトリルNC(CHCN、セバコニトリルNC(CHCN、ドデカンジニトリルNC(CH10CNなどのような直鎖状のジニトリル化合物の他、2−メチルグルタロニトリルNCCH(CH)CHCHCN等のように分枝を有していても良い。これらの鎖式飽和炭化水素ジニトリル化合物は、炭素数は特に限定されないが、7〜20であることが好ましい。更に好ましくは10〜12である。 Examples of the chain saturated hydrocarbon dinitrile compound in which nitrile groups are bonded to both ends of the chain saturated hydrocarbon compound include succinonitrile NC (CH 2 ) 2 CN, glutaronitrile NC (CH 2 ) 3 CN, adiponitrile In addition to linear dinitrile compounds such as NC (CH 2 ) 4 CN, sebaconitrile NC (CH 2 ) 8 CN, dodecanedinitrile NC (CH 2 ) 10 CN, etc., 2-methylglutaronitrile NCCH (CH 3 ) CH 2 CH 2 CN may have a branched as such. These chain saturated hydrocarbon dinitrile compounds are not particularly limited in carbon number, but are preferably 7 to 20. More preferably, it is 10-12.

また、鎖式エーテル化合物の末端の少なくとも一つにニトリル基が結合した鎖式エーテルニトリル化合物としては、オキシジプロピオニトリルNCCHCH−O−CHCHCNや、3−メトキシプロピオニトリルCH−O−CHCHCN等が挙げられる。これらの鎖式エーテルニトリル化合物は、炭素数は特に限定されないが、20以下であることが好ましい。 Examples of the chain ether nitrile compound in which a nitrile group is bonded to at least one end of the chain ether compound include oxydipropionitrile NCCH 2 CH 2 —O—CH 2 CH 2 CN and 3-methoxypropionitrile. CH 3 -O-CH 2 CH 2 CN , and the like. These chain ether nitrile compounds are not particularly limited in carbon number, but are preferably 20 or less.

さらに、シアノ酢酸エステルとしてはシアノ酢酸メチル、シアノ酢酸エチル、シアノ酢酸プロピル、シアノ酢酸ブチル等が挙げられる。これらのシアノ酢酸エステルは、炭素数は特に限定されないが、20以下であることが好ましい。   Furthermore, examples of the cyanoacetate include methyl cyanoacetate, ethyl cyanoacetate, propyl cyanoacetate, and butyl cyanoacetate. These cyanoacetic acid esters are not particularly limited in carbon number, but are preferably 20 or less.

本発明の電気化学デバイス用電解液の製造方法において添加されるリチウム塩としては、LiPF6(六フッ化リン酸リチウム),LiBF(四フッ化ホウ酸リチウム)、LiTFSI(リチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド),LiTFS(トリフルオロメタンスルホン酸リチウム)及びLiBETI(リチウムビス(ペンタフルオロエタンスルホニル)イミド)等を用いることができる。これらのリチウム塩は、本発明のリチウムイオン電池用電解液に用いられるニトリル系の有機溶媒へ溶解し、高い電位でも分解しない十分な電位窓を有している。この中でもLiPF6(六フッ化リン酸リチウム),LiBF(四フッ化ホウ酸リチウム)及びLiTFSI(リチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド)の少なくとも1種が含まれていることが好ましい。LiPF6(六フッ化リン酸リチウム)やLiBF(四フッ化ホウ酸リチウム)はリチウムイオン電池の正極の電極基板としてよく用いられるアルミニウムに対する腐食性が少ない。更に、これらはまたLiTFS(トリフルオロメタンスルホン酸リチウム)及びLiBETI(リチウムビス(ペンタフルオロエタンスルホニル)イミド)に比べて、電位窓を広げる効果が優れている。LiTFSI(リチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド)は特に分解温度が高く耐熱特性が向上する上、溶解度が高く、比伝導度を大きくすることができる。 Examples of the lithium salt added in the method for producing an electrolytic solution for an electrochemical device of the present invention include LiPF 6 (lithium hexafluorophosphate), LiBF 4 (lithium tetrafluoroborate), LiTFSI (lithium bis (trifluoromethane). (Sulfonyl) imide), LiTFS (lithium trifluoromethanesulfonate), LiBETI (lithium bis (pentafluoroethanesulfonyl) imide), and the like can be used. These lithium salts dissolve in the nitrile organic solvent used in the electrolyte for lithium ion batteries of the present invention and have a sufficient potential window that does not decompose even at high potentials. Among these, it is preferable that at least one of LiPF 6 (lithium hexafluorophosphate), LiBF 4 (lithium tetrafluoroborate) and LiTFSI (lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide) is contained. LiPF 6 (lithium hexafluorophosphate) and LiBF 4 (lithium tetrafluoroborate) are less corrosive to aluminum, which is often used as an electrode substrate for a positive electrode of a lithium ion battery. Furthermore, they are also more effective in expanding the potential window than LiTFS (lithium trifluoromethanesulfonate) and LiBETI (lithium bis (pentafluoroethanesulfonyl) imide). LiTFSI (lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide) has a particularly high decomposition temperature, improved heat resistance, high solubility, and high specific conductivity.

また、本発明の電気化学デバイス用電解液の製造方法において添加されるナトリウム塩としては、NaPF、NaBF、(CFSONNa及び(CSONNa、NaClO、NaCFSO、NaN(FSO、NaC(CFSO等を用いることができる。これらのナトリウム塩は、単独で用いてもよく、2以上の種類を混合して用いてもよい。特に好ましいのはNaPFである。 As the sodium salt added in the production method of the liquid electrolyte for electrochemical device of the present invention, NaPF 6, NaBF 4, ( CF 3 SO 2) 2 NNa and (C 2 F 5 SO 2) 2 NNa, NaClO 4 , NaCF 3 SO 3 , NaN (FSO 2 ) 2 , NaC (CF 3 SO 2 ) 3, or the like can be used. These sodium salts may be used alone or in combination of two or more kinds. Particularly preferred is NaPF 6.

リチウム塩あるいはナトリウム塩の濃度は0.01mol/L以上であって、飽和状態よりも低い濃度とされていることが好ましい。リチウム塩あるいはナトリウム塩の濃度が0.01mol/L未満では、解離したLiイオンが少ないため、極端にLiイオン伝導性が小さくなり、Liイオン伝導を確保できない。そのため、過電圧が大きくなり本来の電解液の電位が大きくずれる可能性がある。他方、リチウム塩の濃度が飽和状態とされた場合、温度の変化によって溶解しているリチウム塩が析出し、電極等を変形させたりするおそれがある。   The concentration of the lithium salt or sodium salt is preferably 0.01 mol / L or more, and is preferably lower than the saturated state. When the concentration of the lithium salt or sodium salt is less than 0.01 mol / L, since the number of dissociated Li ions is small, the Li ion conductivity becomes extremely small, and Li ion conduction cannot be secured. Therefore, there is a possibility that the overvoltage is increased and the potential of the original electrolyte is greatly shifted. On the other hand, when the concentration of the lithium salt is saturated, there is a possibility that the dissolved lithium salt precipitates due to a change in temperature and deforms the electrode or the like.

本発明の電気化学デバイス用電解液の製造方法では、混合工程は露点が−76℃以下となるように湿度が制御された区域内において行うことが好ましい。混合工程においては、水分含有率が100ppm以下の有機溶媒と、水分含有率が100ppm以下のリチウム塩又はナトリウム塩とを混合するが、混合工程において周りの雰囲気中に存在する水蒸気が電解液に吸収されて水分含有率が上昇するおそれがある。混合工程を露点が−76℃以下となるように湿度が制御された区域内において行えば、周りの雰囲気中に存在する水蒸気圧が小さく、電解液に吸収される水も極僅かとなるため、水分含有量の少ない電気化学デバイス用電解液が得られ、本発明の効果である電解質の易溶性や析出防止性が高められ、比電導度が高くなる。このため、比抵抗及び過電圧の低い電解液となる。   In the method for producing an electrolytic solution for an electrochemical device of the present invention, the mixing step is preferably performed in an area where the humidity is controlled so that the dew point is −76 ° C. or lower. In the mixing step, an organic solvent having a moisture content of 100 ppm or less is mixed with a lithium salt or a sodium salt having a moisture content of 100 ppm or less, but water vapor present in the surrounding atmosphere is absorbed by the electrolyte in the mixing step. And the moisture content may be increased. If the mixing process is performed in an area where the humidity is controlled so that the dew point is −76 ° C. or less, the water vapor pressure existing in the surrounding atmosphere is small, and the water absorbed in the electrolyte is very small. An electrolytic solution for an electrochemical device having a low water content is obtained, the easily soluble electrolyte and the precipitation preventing property, which are the effects of the present invention, are enhanced, and the specific conductivity is increased. For this reason, it becomes an electrolyte solution with low specific resistance and overvoltage.

露点が−76℃以下となるように湿度を制御するためには、グローブボックスを用い、内部を減圧した後、乾燥したガス(アルゴン、窒素など)を供給してグローブボックス内を乾燥した状態に保持すること等が挙げられる。   In order to control the humidity so that the dew point is −76 ° C. or lower, the glove box is used, the inside is depressurized, and then the dried gas (argon, nitrogen, etc.) is supplied to dry the inside of the glove box. Holding.

また、混合工程の前に有機溶媒をゼオライトによって乾燥させておくことも好ましい。こうした乾燥工程を設けることにより、有機溶媒中の水分がゼオライトによって吸着され、有機溶媒中の水分含有率がさらに低くなり、ひいては水分含有量の少ない電気化学デバイス用電解液を製造することができる。ここで、ゼオライトは、使用する有機溶媒を混合した状態の混合有機溶媒に入れておいても良く、混合する前の各有機溶媒それぞれに入れておいても良い。   It is also preferable to dry the organic solvent with zeolite before the mixing step. By providing such a drying step, the water in the organic solvent is adsorbed by the zeolite, the water content in the organic solvent is further reduced, and as a result, an electrolyte for an electrochemical device with a low water content can be produced. Here, the zeolite may be put in a mixed organic solvent in a state where the organic solvent to be used is mixed, or may be put in each organic solvent before mixing.

また、ニトリル化合物は前記混合の前に蒸留によって精製しておくことも好ましい。こうした前蒸留工程を行うことにより、ニトリル化合物の水分含有量をさらに低減させることができる。   The nitrile compound is preferably purified by distillation before the mixing. By performing such a predistillation step, the water content of the nitrile compound can be further reduced.

さらに、混合工程は、前記リチウム塩又はナトリウム塩と、前記環状カーボネート、環状エステル及び鎖状カーボネートのうち少なくとも一つとを混合して均一な溶液とする第1混合工程と、
該第1混合工程で得られた溶液にニトリル化合物を混合して均一な電解液を得る第2混合工程と、の2段階で行ってもよい。この順番でリチウム塩又はナトリウム塩を有機溶媒に溶解させた場合、その他の順番や、使用する有機溶媒を全て混合してから、最後にリチウム塩又はナトリウム塩を溶解させた場合と比べて溶解が容易となり、短時間で均一な電解液を製造することができる。
Furthermore, the mixing step is a first mixing step in which the lithium salt or sodium salt is mixed with at least one of the cyclic carbonate, cyclic ester, and chain carbonate to form a uniform solution;
The solution obtained in the first mixing step may be carried out in two stages: a second mixing step in which a nitrile compound is mixed to obtain a uniform electrolyte. When the lithium salt or sodium salt is dissolved in an organic solvent in this order, the dissolution is less than in the other order or when all the organic solvents to be used are mixed and finally the lithium salt or sodium salt is dissolved. It becomes easy and a uniform electrolyte can be produced in a short time.

また、混合工程は、摺合せ蓋付きのガラス容器内で行うことも好ましい。こうであれば、外部雰囲気からの電気化学デバイス用電解液への水分の浸入を効果的に防止することができる。   Moreover, it is also preferable to perform a mixing process in the glass container with a sliding cover. If it is like this, the penetration | invasion of the water | moisture content to the electrolyte solution for electrochemical devices from external atmosphere can be prevented effectively.

本発明の製造方法によって得られた電気化学デバイス用電解液をリチウムイオン電池やナトリウムイオン電池の電解液に用いれば、充電のための電位が5.2V(対Li/Li+)を超えた領域に存在するような高電位酸化還元正極活物質を利用することができる。このため、起電力が大きく、エネルギー密度の高い電池とすることができる。 When the electrolytic solution for an electrochemical device obtained by the production method of the present invention is used for an electrolytic solution of a lithium ion battery or a sodium ion battery, the potential for charging exceeds 5.2 V (vs. Li / Li + ). A high potential redox positive electrode active material such as that present in FIG. For this reason, it can be set as a battery with a large electromotive force and high energy density.

実施例1及び比較例1の電位−電流曲線である。2 is a potential-current curve of Example 1 and Comparative Example 1. FIG. 実施例2〜9及び比較例1の電位−電流曲線である。It is the electric potential-current curve of Examples 2-9 and Comparative Example 1. 比較例1の電位−電流曲線である。6 is a potential-current curve of Comparative Example 1. 実施例10〜14及び比較例1〜4の電位−電流曲線である。It is an electric potential-current curve of Examples 10-14 and Comparative Examples 1-4. 実施例11のリチウムイオン電池用電解液中における各種リチウムイオン電池用正極活物質のリチウム吸蔵放出の電位−電流曲線である。10 is a potential-current curve of lithium occlusion / release of various positive electrode active materials for lithium ion batteries in the electrolyte solution for lithium ion batteries of Example 11. FIG. 実施例15〜19及び比較例10の電位−電流曲線である。It is an electric potential-current curve of Examples 15-19 and Comparative Example 10. 実施例20及び比較例10の電位−電流曲線である。6 is a potential-current curve of Example 20 and Comparative Example 10. 実施例21、22及び比較例10の電位−電流曲線である。6 is a potential-current curve of Examples 21 and 22 and Comparative Example 10.

以下、本発明を具体化した実施形態について述べる。
<乾燥工程>
まず乾燥工程として、電気化学デバイス用電解液の製造に必要な有機溶媒を用意する。これらの有機溶媒は99.5質量%以上の純度のものが好ましく、水分含有量は50ppm以下のものが好ましい。さらに好ましいのは有機溶媒は99.5質量%以上の純度であって、且つ水分含有量は50ppm以下である。
そして、これらの有機溶媒を擦り合せガラス栓付きのガラス容器(例えばシュレンク管等)に入れ、乾燥したゼオライト(例えばモレキュラーシーブス3A、4A、5A等)を入れた後、蓋を閉めてシールテープを巻き、デシケータ内に保存する置き、1週間以上乾燥させる。乾燥したゼオライトを得るためには、使用直前に10−1〜10−3mmHg及び/又は乾燥窒素気流下300℃〜350℃に加熱して、吸着している水分を除去する。加熱のためには電子レンジを用いてもよい。加熱と減圧を複数回繰り返すことも好ましい。
なお、電気化学デバイス用電解液の製造に必要な有機溶媒として、100ppm以下に脱水処理がなされたものが市販されている場合は、それを用いて上記乾燥工程を省略してもよい。ただし、100ppm以下に脱水処理がなされたもの有機溶媒であっても、使用までの間保存しておく場合は、擦り合せガラス栓付きのガラス容器(例えばシュレンク管等)に入れ、乾燥したゼオライト(例えばモレキュラーシーブス3A、4A、5A等)を入れた後、蓋を閉めてシールテープを巻き、デシケータ内に保存しておくことが好ましい。また長期保存する場合は、十分露点が低い(例えば−76℃以下)グローブボックス内で保管することが好ましく、さらには、十分露点が低いグローブボックス内で、アルミラミネートフィルムで作製した袋に入れて封入した状態で保管することが特に好ましい。
Hereinafter, embodiments embodying the present invention will be described.
<Drying process>
First, as a drying process, an organic solvent necessary for producing an electrolytic solution for an electrochemical device is prepared. These organic solvents preferably have a purity of 99.5% by mass or more, and preferably have a water content of 50 ppm or less. More preferably, the organic solvent has a purity of 99.5% by mass or more and a water content of 50 ppm or less.
Then, these organic solvents are rubbed into a glass container (for example, Schlenk tube) with a glass stopper, dried zeolite (for example, molecular sieves 3A, 4A, 5A, etc.) is placed, the lid is closed, and a sealing tape is attached. Roll, store in desiccator and let dry for more than a week. In order to obtain a dried zeolite, the adsorbed water is removed by heating to 300 ° C. to 350 ° C. in a stream of 10 −1 to 10 −3 mmHg and / or dry nitrogen immediately before use. A microwave oven may be used for heating. It is also preferable to repeat heating and decompression a plurality of times.
In addition, as an organic solvent required for manufacture of the electrolyte solution for electrochemical devices, when the thing dehydrated to 100 ppm or less is marketed, the said drying process may be abbreviate | omitted using it. However, even if the organic solvent is dehydrated to 100 ppm or less, if it is stored until use, it is placed in a glass container (for example, a Schlenk tube) with a rubbed glass stopper, and dried zeolite ( For example, it is preferable to store molecular sieves 3A, 4A, 5A, etc.), then close the lid, wind a sealing tape, and store in a desiccator. For long-term storage, it is preferable to store in a glove box with a sufficiently low dew point (for example, −76 ° C. or lower), and further, in a glove box with a sufficiently low dew point, put in a bag made of an aluminum laminate film. It is particularly preferable to store it in an enclosed state.

電気化学デバイス用電解液の製造に必要な有機溶媒は、鎖式飽和炭化水素ジニトリル化合物、鎖式エーテル化合物の末端の少なくとも一つにニトリル基が結合した鎖式シアノエーテル化合物及びシアノ酢酸エステルのうち少なくとも一つのニトリル化合物と、環状カーボネート、環状エステル及び鎖状カーボネートのうち少なくとも一つである。   The organic solvent necessary for the production of the electrolytic solution for electrochemical devices is a chain saturated hydrocarbon dinitrile compound, a chain cyanoether compound in which a nitrile group is bonded to at least one end of the chain ether compound, and a cyanoacetate ester. It is at least one of at least one nitrile compound and cyclic carbonate, cyclic ester, and chain carbonate.

鎖式飽和炭化水素ジニトリル化合物としては、例えば、スクシノニトリルNC(CHCN、グルタロニトリルNC(CHCN、アジポニトリルNC(CHCN、セバコニトリルNC(CHCN、ドデカンジニトリルNC(CH10CNなどのような直鎖状のジニトリル化合物の他、2−メチルグルタロニトリルNCCH(CH)CHCHCN等のように分枝を有していても良い。これらの鎖式飽和炭化水素ジニトリル化合物は、炭素数は特に限定されないが20以下であることが好ましい。更に好ましくは7〜12である。 The chain saturated hydrocarbon dinitrile compound, for example, succinonitrile NC (CH 2) 2 CN, glutaronitrile NC (CH 2) 3 CN, adiponitrile NC (CH 2) 4 CN, sebaconitrile NC (CH 2) 8 In addition to linear dinitrile compounds such as CN and dodecandinitrile NC (CH 2 ) 10 CN, it has branches such as 2-methylglutaronitrile NCCH (CH 3 ) CH 2 CH 2 CN May be. These chain saturated hydrocarbon dinitrile compounds are not particularly limited in carbon number, but are preferably 20 or less. More preferably, it is 7-12.

また、鎖式エーテル化合物の末端の少なくとも一つにニトリル基が結合した鎖式エーテルニトリル化合物としては、オキシジプロピオニトリルNCCHCH−O−CHCHCNや、3−メトキシプロピオニトリルCH−O−CHCHCN等が挙げられる。これらの鎖式エーテルニトリル化合物は、炭素数は特に限定されないが、20以下であることが好ましい。 Examples of the chain ether nitrile compound in which a nitrile group is bonded to at least one end of the chain ether compound include oxydipropionitrile NCCH 2 CH 2 —O—CH 2 CH 2 CN and 3-methoxypropionitrile. CH 3 -O-CH 2 CH 2 CN , and the like. These chain ether nitrile compounds are not particularly limited in carbon number, but are preferably 20 or less.

さらに、シアノ酢酸エステルとしてはシアノ酢酸メチル、シアノ酢酸エチル、シアノ酢酸プロピル、シアノ酢酸ブチル等が挙げられる。これらのシアノ酢酸エステルは、炭素数は特に限定されないが、20以下であることが好ましい。   Furthermore, examples of the cyanoacetate include methyl cyanoacetate, ethyl cyanoacetate, propyl cyanoacetate, and butyl cyanoacetate. These cyanoacetic acid esters are not particularly limited in carbon number, but are preferably 20 or less.

こうして準備した有機溶媒、及びアルミラミネート製の防湿袋に入れられたリチウム塩(例えばLiPF6(六フッ化リン酸リチウム)、LiBF(四フッ化ホウ酸リチウム)、LiTFSI(リチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド)、LiTFS(トリフルオロメタンスルホン酸リチウム)、LiBETI(リチウムビス(ペンタフルオロエタンスルホニル)イミド)等)や、ナトリウム塩(例えばNaClO、NaPF、NaBF、NaCFSO、NaN(CFSO、NaN(FSO、NaN(CSO、NaC(CFSO等)をグローブボックス内に入れる。
さらに、電気化学デバイス用電解液の製造に必要な全ての資材(電子天秤、摺り合せ蓋付きガラス容器、蒸留装置、シリカゲルやモレキュラーシーブス等の乾燥剤、スパーテル、ピペット、マグネット撹拌子、スターラ等)を入れる。グローブボックスは乾燥ゼオライト(例えばモレキュラーシーブス3A、4A、5A等)入り脱水管及び乾燥シリカゲル入り脱水管を介してアルゴンボンベに接続されており、アルゴンボンベからアルゴンを導入し、グローブボックス内に乾燥したアルゴンガスを送り、乾燥状態を保ったまま1日以上放置する。これによりグローブボックス内の露点を−76℃以下とすることができる。なお、ガス循環型精製型のグローブボックスを用いる方法も有効である。予め、乾燥したモレキュラーシーブが用意されたガス循環型精製装置を用いる場合には、ボンベや配管中のアルゴンガス中の水分を予め除去しておくことが好ましい。こうすることにより、グローブボックス内の露点を−76℃以下とすることができる。
The organic solvent thus prepared, and lithium salt (for example, LiPF 6 (lithium hexafluorophosphate), LiBF 4 (lithium tetrafluoroborate), LiTFSI (lithium bis (trifluoromethane), which are put in a moisture-proof bag made of aluminum laminate, are prepared. Sulfonyl) imide), LiTFS (lithium trifluoromethanesulfonate), LiBETI (lithium bis (pentafluoroethanesulfonyl) imide) and the like, and sodium salts (eg, NaClO 4 , NaPF 6 , NaBF 4 , NaCF 3 SO 3 , NaN ( CF 3 SO 2 ) 2 , NaN (FSO 2 ) 2 , NaN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , NaC (CF 3 SO 2 ) 3, etc.) are placed in the glove box.
In addition, all materials necessary for the production of electrolytes for electrochemical devices (electronic balances, glass containers with sliding lids, distillation equipment, desiccants such as silica gel and molecular sieves, spatels, pipettes, magnetic stirrers, stirrers, etc.) Insert. The glove box is connected to an argon cylinder through a dehydration tube containing dry zeolite (for example, molecular sieves 3A, 4A, 5A, etc.) and a dehydration tube containing dry silica gel. Argon was introduced from the argon cylinder and dried in the glove box. Argon gas is sent and left for one day or more while keeping the dry state. Thereby, the dew point in a glove box can be made into -76 degrees C or less. A method using a gas circulation type purified glove box is also effective. In the case of using a gas circulation type purification apparatus in which a dried molecular sieve is prepared in advance, it is preferable to previously remove moisture in the argon gas in the cylinder or the pipe. By carrying out like this, the dew point in a glove box can be made into -76 degrees C or less.

<前蒸留工程>
そして、グローブボックス内のニトリル化合物の入ったガラス容器の蓋を開け、蒸留装置にニトリル化合物を入れ、蒸留を行う。こうして得られた蒸留済みニトリル化合物は、純度が99.9重量%以上、水分量含有は20ppm以下となる。
<Predistillation process>
And the lid | cover of the glass container containing the nitrile compound in a glove box is opened, a nitrile compound is put into a distillation apparatus, and distillation is performed. The distilled nitrile compound thus obtained has a purity of 99.9% by weight or more and a water content of 20 ppm or less.

<第1混合工程>
一方、グローブボックス内の擦り合せガラス栓付きガラス容器に乾燥ゼオライトとともに入れてある環状カーボネート、環状エステル及び鎖状カーボネートのうち、使用する有機溶媒を所定量量り取り、これらを混合する。さらに、グローブボックス内のアルミラミネート袋に入ったリチウム塩(又はナトリウム塩)の所定量を量り取り、混合液に加え、マグネチックスターラで撹拌して均一な溶液を得る。
<First mixing step>
On the other hand, a predetermined amount of the organic solvent to be used is taken out of the cyclic carbonate, cyclic ester and chain carbonate contained in the glass container with a rubbing glass stopper in the glove box together with the dry zeolite, and these are mixed. Further, a predetermined amount of lithium salt (or sodium salt) contained in an aluminum laminate bag in the glove box is weighed, added to the mixed solution, and stirred with a magnetic stirrer to obtain a uniform solution.

<第2混合工程>
前蒸留工程で得た蒸留済ニトリル化合物の所定量を量り取り、上記第1混合工程で得られた溶液に加え、マグネチックスターラで撹拌することにより実施形態のリチウム(ナトリウム)イオン電池用電解液を得る。
<Second mixing step>
A predetermined amount of the distilled nitrile compound obtained in the pre-distillation step is weighed, added to the solution obtained in the first mixing step, and stirred with a magnetic stirrer, whereby the electrolyte for the lithium (sodium) ion battery of the embodiment Get.

上記実施形態のリチウム(ナトリウム)イオン電池用電解液は、水分含有率が10〜50ppm程度となり、調製時に電解質が有機溶媒に溶け難かったり、溶けていた電解質が析出したりすることがなく、このため電解液の比電導度が低くなって、電池の内部抵抗や過電圧が高くなるという問題もない。   The electrolyte solution for lithium (sodium) ion batteries of the above embodiment has a moisture content of about 10 to 50 ppm, and it is difficult for the electrolyte to dissolve in an organic solvent at the time of preparation, or the dissolved electrolyte does not precipitate. Therefore, there is no problem that the specific conductivity of the electrolytic solution is lowered and the internal resistance and overvoltage of the battery are increased.

また、この電気化学デバイス用電解液は、鎖式飽和炭化水素化合物の両末端にニトリル基が結合した鎖式飽和炭化水素ジニトリル化合物、鎖式エーテル化合物の末端の少なくとも一つにニトリル基が結合した鎖式シアノエーテル化合物及びシアノ酢酸エステルのうち少なくとも一つのニトリル化合物を含むため、広い電位窓を有している。   In addition, this electrolytic solution for electrochemical devices has a chain saturated hydrocarbon dinitrile compound in which a nitrile group is bonded to both ends of the chain saturated hydrocarbon compound, and a nitrile group bonded to at least one of the ends of the chain ether compound. Since it contains at least one nitrile compound of a chain cyanoether compound and a cyanoacetate ester, it has a wide potential window.

さらには、環状カーボネート、環状エステル及び鎖状カーボネートのうち少なくとも一つを含有しているため、ニトリル化合物のみを有機溶媒として用いた場合に比べて粘度が低くなり、比伝導度もおおきくなるため、ひいては内部抵抗及び過電圧の小さい電池とすることができる。   Furthermore, since it contains at least one of cyclic carbonate, cyclic ester, and chain carbonate, the viscosity is lower than when only the nitrile compound is used as the organic solvent, and the specific conductivity is increased. As a result, it can be set as a battery with small internal resistance and overvoltage.

実施形態の電気化学デバイス用電解液を用いることにより、充電のための電位が5V(対Li/Li+)を超える領域に存在するような高電位酸化還元正極活物質を正極活物質として利用することができ、このため、電池の起電力及びエネルギー密度を極めて高くすることができる。このような高電位酸化還元正極活物質としては、例えば、LiCoPOF,LiNiPOF,LiCoPO,LiNiPO等が挙げられる。これらの正極活物質はエネルギー密度が高く、容量の大きなリチウムイオン電池とすることができる。例えば、LiCoPOFは正極活物質としてのエネルギー密度がLiCoOに対して理論値で2倍以上あることが予測されており、十分にポテンシャルを発揮できれば、容量の大きなリチウムイオン電池を作ることができる。また、LiCoPOFが酸化される電位は高い電位領域にまで及ぶため、起電力の大きい電池とすることができる。さらに、LiCoPOFは熱安定性に優れ、400℃という高温になっても、発熱反応は示さないことが、熱分析結果から分かっており、電池温度の上昇を防ぐことができる。
一方、ナトリウムイオン電池用の高電位酸化還元正極活物質としては、NaMPOやNaMPOF(M=Ni,Co,Mn)が考えられ、これらの正極活物質と本発明のナトリウムイオン電池用電解液とを組み合わせることにより、エネルギー密度が高く、容量の大きなナトリウムイオン電池とすることができる。
By using the electrolytic solution for an electrochemical device of the embodiment, a high potential redox positive electrode active material that exists in a region where the potential for charging exceeds 5 V (vs. Li / Li + ) is used as the positive electrode active material. Therefore, the electromotive force and energy density of the battery can be extremely increased. Such high potential redox positive electrode active material, for example, Li 2 CoPO 4 F, Li 2 NiPO 4 F, LiCoPO 4, LiNiPO 4 , and the like. These positive electrode active materials have high energy density and can be a lithium ion battery having a large capacity. For example, Li 2 CoPO 4 F is predicted to have a theoretical energy density that is at least twice that of LiCoO 2 as a positive electrode active material. If the potential density can be sufficiently exhibited, a lithium-ion battery having a large capacity can be produced. be able to. In addition, since the potential at which Li 2 CoPO 4 F is oxidized extends to a high potential region, a battery with high electromotive force can be obtained. Further, Li 2 CoPO 4 F is excellent in thermal stability, and it is known from the thermal analysis results that even when the temperature is as high as 400 ° C., it can be understood that the rise in battery temperature can be prevented.
On the other hand, NaMPO 4 and NaMPO 4 F (M = Ni, Co, Mn) are conceivable as high-potential redox positive electrode active materials for sodium ion batteries. These positive electrode active materials and electrolysis for sodium ion batteries of the present invention are considered. By combining with the liquid, a sodium ion battery having a high energy density and a large capacity can be obtained.

以下、本発明をさらに具体化した実施例について、詳細に述べる。
<リチウムイオン電池用電解液>
(実施例1)
実施例1では、有機溶媒としてアジポニトリルと、エチレンカーボネート(EC)と、ジメチルカーボネート(DMC)とを容量比で50:25:25の割合で混合した溶媒を用い、これにリチウム塩としてLiPF6(六フッ化リン酸リチウム)を0.05mol/Lとなるように溶解させてリチウムイオン電池用電解液とした。
エチレンカーボネート(EC)及びジメチルカーボネート(DMC)は99.5質量%以上の純度であって水分含有率50ppm以下のものを用い、露点が−76℃以下となるように乾燥させたグローブボックス内でモレキュラーシーブスを入れて保存しているものを用いた。
また、アジポニトリルについては、市販品を蒸留することによって99.5質量%以上の純度で水分含有率50ppm以下とした。
さらに、LiPF6は純度が99.5質量%以上、水分含有率が50ppm以下のアルミニウムラミネート袋入りのものを、露点が−76℃以下となるように乾燥させたグローブボックス内で開封し、計量してその場で用いた。
溶解の手順としては、まずECとDMCとを25容量部づつマグネチックスターラで混合しておき、そこへLiPF6を溶解させ、最後にアジポニトリルを50容量部加えてチウムイオン電池用電解液とした。
Hereinafter, examples that further embody the present invention will be described in detail.
<Electrolyte for lithium ion battery>
Example 1
In Example 1, a solvent in which adiponitrile, ethylene carbonate (EC), and dimethyl carbonate (DMC) were mixed at a volume ratio of 50:25:25 was used as the organic solvent, and LiPF 6 ( Lithium hexafluorophosphate) was dissolved at 0.05 mol / L to obtain an electrolyte for a lithium ion battery.
Ethylene carbonate (EC) and dimethyl carbonate (DMC) having a purity of 99.5% by mass or more and having a water content of 50 ppm or less are used in a glove box dried so that the dew point is -76 ° C. or less. The one stored with molecular sieves was used.
Moreover, about adiponitrile, the water content was made 50 ppm or less by the purity of 99.5 mass% or more by distilling a commercial item.
Furthermore, LiPF 6 is opened in a glove box that has been dried so that the dew point is −76 ° C. or less, in a bag with an aluminum laminate bag having a purity of 99.5% by mass or more and a water content of 50 ppm or less. And used it on the spot.
As a dissolution procedure, first, EC and DMC were mixed by 25 volume parts with a magnetic stirrer, LiPF 6 was dissolved therein, and finally 50 volumes of adiponitrile was added to obtain an electrolytic solution for a lithium ion battery.

(比較例1)
比較例1では、有機溶媒としてエチレンカーボネート50容量%、ジメチルカーボネート50容量%の混合溶媒を用い、これにリチウム塩としてLiPF6を1mol/Lとなるように溶解させてリチウムイオン電池用電解液とした。溶媒の純度、水分含有量及び電解液の調製方法については実施例1と同様であり説明を省略する。
(Comparative Example 1)
In Comparative Example 1, a mixed solvent of 50% by volume of ethylene carbonate and 50% by volume of dimethyl carbonate was used as the organic solvent, and LiPF 6 as a lithium salt was dissolved to 1 mol / L to obtain an electrolyte solution for a lithium ion battery. did. About the purity of a solvent, water content, and the preparation method of electrolyte solution, it is the same as that of Example 1, and description is abbreviate | omitted.

(実施例2〜9)
実施例2〜9では溶媒を、各種ニトリル:エチレンカーボネート:ジメチルカーボネート=50:25:25(容量比)とし、この混合溶媒に電解質をLiPF6(六フッ化リン酸リチウム)を1mol/Lとなるように溶解させたものをリチウムイオン電池用電解液とした(ただし、ニトリル化合物をオキシジプロピオニトリルにした実施例6は、LiPF6を0.5mol/Lとした)。溶媒の純度、水分含有量及び電解液の調製方法については実施例1と同様であり説明を省略する。
各実施例に用いたニトリルの種類は以下のとおりである。
実施例1 アジポニトリルNC(CHCN
実施例2 スクシノニトリルNC(CHCN
実施例3 セバコニトリルNC(CHCN
実施例4 ドデカンジニトリルNC(CH10CN
実施例5 2−メチルグルタロニトリルNCCH(CH)CHCHCN
実施例6 オキシジプロピオニトリルNCCHCH-O-CHCHCN
実施例7 3−メトキシプロピオニトリルCH-O-CHCHCN
実施例8 シアノ酢酸メチルNCCHCOOCH
実施例9 シアノ酢酸ブチルNCCHCOO(CHCH
(Examples 2-9)
In Examples 2 to 9, the solvent was various nitrile: ethylene carbonate: dimethyl carbonate = 50: 25: 25 (volume ratio), and the electrolyte was LiPF 6 (lithium hexafluorophosphate) at 1 mol / L in this mixed solvent. The so-dissolved solution was used as an electrolyte solution for a lithium ion battery (however, in Example 6 in which the nitrile compound was oxydipropionitrile, LiPF 6 was 0.5 mol / L). About the purity of a solvent, water content, and the preparation method of electrolyte solution, it is the same as that of Example 1, and description is abbreviate | omitted.
The types of nitriles used in each example are as follows.
Example 1 Adiponitrile NC (CH 2 ) 4 CN
Example 2 Succinonitrile NC (CH 2 ) 2 CN
Example 3 Sevacononitrile NC (CH 2 ) 8 CN
Example 4 Dodecanedinitrile NC (CH 2 ) 10 CN
Example 5 2-Methylglutaronitrile NCCH (CH 3 ) CH 2 CH 2 CN
Example 6-oxy dipropionate nitrile NCCH 2 CH 2 -O-CH 2 CH 2 CN
EXAMPLE 7 3-methoxy propionitrile CH 3 -O-CH 2 CH 2 CN
Example 8 Methyl cyanoacetate NCCH 2 COOCH 3
Example 9 cyanoacetate butyl NCCH 2 COO (CH 2) 3 CH 3

−評価−
(水分含有率の測定)
以上のようにして調製した実施例1〜9のリチウムイオン電池用電解液の水分含有率をカールフィッシャー法(電量滴定)によって測定した。その結果、何れも50ppm以下であることを確認した。
-Evaluation-
(Measurement of moisture content)
The water content of the electrolyte solutions for lithium ion batteries of Examples 1 to 9 prepared as described above was measured by the Karl Fischer method (coulometric titration). As a result, it was confirmed that all were 50 ppm or less.

(電解質の析出試験)
以上のようにして調製した実施例1〜9のリチウムイオン電池用電解液を摺り合せ蓋付きナスフラスコに入れ、さらにシールテープを巻き、グローブボックス内で露点が−76℃以下となる湿度条件下で1週間保存した。その結果、電解質の析出は認められなかった。
(Electrolytic deposition test)
The lithium ion battery electrolytes of Examples 1 to 9 prepared as described above were put into a eggplant flask with a lid and wrapped with a sealing tape, and humidity conditions under which the dew point was −76 ° C. or lower in the glove box And stored for 1 week. As a result, no electrolyte deposition was observed.

(電位−電流曲線の測定)
以上のようにして調製した実施例1〜9及び比較例1のリチウムイオン電池用電解液について、電位−電流曲線を測定した。測定にはポテンシオガルバノスタットを用い、作用極にはグラッシーカーボンを用い、対極には白金線を用いた。また、参照電極は(Ag/Ag+)または(Li/Li+)を用いた。測定にあたっては、正側及び負側に数回スキャンさせた後、自然電位から正方向、あるいは負方向に5mV/秒の速度で電位の掃引を行い、電位−電流曲線を測定した。結果を図1〜図3に示す。
(Measurement of potential-current curve)
With respect to the electrolyte solutions for lithium ion batteries of Examples 1 to 9 and Comparative Example 1 prepared as described above, potential-current curves were measured. A potentiogalvanostat was used for measurement, glassy carbon was used for the working electrode, and a platinum wire was used for the counter electrode. As the reference electrode, (Ag / Ag + ) or (Li / Li + ) was used. In the measurement, the positive side and the negative side were scanned several times, and then the potential was swept from the natural potential in the positive direction or the negative direction at a rate of 5 mV / sec, and the potential-current curve was measured. The results are shown in FIGS.

その結果、図1に示すように、実施例1の電解液の電位窓は、Li電位(Li/Li+)に対し6.9V(電位窓の判断基準は50μA/cmとした。以下同様)となった。これに対して、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートの混合溶媒を用いた比較例1の電位窓は、図3に示すように5.2Vであり、実施例1の電解液の電位窓は、比較例1の電解液に比べて、正側に大きく広がっていることが分かった。この結果から、実施例1の電解液を用いれば、充電のための電位が5.2Vを超えた領域に存在するような高電位酸化還元正極活物質をリチウムイオン電池の正極活物質として利用できることとなり、起電力及びエネルギー密度が高く、容量の大きなリチウムイオン電池とすることができる。例えば、比較例1の電解液では、LiCoPOFやLiNiPOFの酸化還元電位でも有機溶媒が電気分解を起こし、これらの正極酸化物質を利用することができないのに対し、実施例1の電解液を用いれば、LiCoPOFやLiNiPOFを正極活物質として利用できるだけでなく、例えば、LiCoPO,LiNiPO等も利用することができる。 As a result, as shown in FIG. 1, the potential window of the electrolyte solution of Example 1 was 6.9 V with respect to the Li potential (Li / Li + ) (the judgment criterion of the potential window was 50 μA / cm 2, and so on). It became. On the other hand, the potential window of Comparative Example 1 using a mixed solvent of ethylene carbonate and dimethyl carbonate is 5.2 V as shown in FIG. 3, and the potential window of the electrolytic solution of Example 1 is Comparative Example 1. Compared to the electrolyte solution of, it was found that it spreads greatly on the positive side. From this result, when the electrolytic solution of Example 1 is used, a high potential redox positive electrode active material that exists in a region where the potential for charging exceeds 5.2 V can be used as the positive electrode active material of the lithium ion battery. Thus, a lithium ion battery having high electromotive force and energy density and large capacity can be obtained. For example, in the electrolytic solution of Comparative Example 1, the organic solvent undergoes electrolysis even at the redox potential of Li 2 CoPO 4 F or Li 2 NiPO 4 F, and these positive electrode oxidizing substances cannot be used. If the electrolytic solution of Example 1 is used, not only Li 2 CoPO 4 F or Li 2 NiPO 4 F can be used as the positive electrode active material, but also LiCoPO 4 , LiNiPO 4, etc. can be used.

また、図2に示すように、実施例2〜9の電解液においても、実施例1と同様、いずれも比較例1の電解液と比較して、電位窓が正方向に広がることが分かった。これらの結果から、エチレンカーボネート及びジメチルカーボネートに、さらに鎖式飽和炭化水素化合物の両末端にニトリル基が結合した鎖式飽和炭化水素ジニトリル化合物(実施例1〜5)、鎖式エーテル化合物の末端の少なくとも一つにニトリル基が結合した鎖式エーテルニトリル化合物(実施例6,7)及びシアノ酢酸エステルのうち少なくとも一つのニトリル化合物(実施例8,9)を加えることによって、溶媒が高い電位まで分解することなく安定に存在できることが分かった。特に電位窓が大きく広がったのは、ニトリル化合物として鎖式飽和炭化水素化合物の両末端にニトリル基が結合した鎖式飽和炭化水素ジニトリル化合物を用いた実施例1〜5であり、分枝を有する実施例5においても大きく電位窓が正方向に広がることが分かった。また、オキシジプロピオニトリルNCCHCH-O-CHCHCNを用いた実施例6においても、大きく電位窓が正方向に広がることが分かった。 Moreover, as shown in FIG. 2, also in the electrolyte solution of Examples 2-9, it turned out that an electric potential window spreads in the positive direction as compared with the electrolyte solution of Comparative Example 1 similarly to Example 1. . From these results, the chain saturated hydrocarbon dinitrile compound (Examples 1 to 5) in which nitrile groups were bonded to both ends of the chain saturated hydrocarbon compound, ethylene carbonate and dimethyl carbonate, the end of the chain ether compound By adding a chain ether nitrile compound (Examples 6 and 7) having at least one nitrile group bonded thereto and at least one nitrile compound (Examples 8 and 9) among cyanoacetic acid esters, the solvent is decomposed to a high potential. It was found that it can exist stably without doing. In particular, the potential window greatly widened in Examples 1 to 5 using a chain saturated hydrocarbon dinitrile compound in which a nitrile group was bonded to both ends of a chain saturated hydrocarbon compound as a nitrile compound, which has branches. Also in Example 5, it was found that the potential window greatly spreads in the positive direction. Also, in Example 6 using oxydipropionitrile NCCH 2 CH 2 —O—CH 2 CH 2 CN, it was found that the potential window greatly expanded in the positive direction.

(実施例10〜14)
実施例10〜14では溶媒をセバコニトリル(実施例12ではアジポニトリル):エチレンカーボネート:ジメチルカーボネート=50:25:25(容量比)とし、この混合溶媒に各種電解質を1mol/Lとなるように溶解させたものをリチウムイオン電池用電解液とした。溶媒の純度、水分含有量及び電解液の調製方法については実施例1と同様であり説明を省略する。
各実施例に用いた電解質の種類は以下のとおりである。
実施例10 LiPF6
実施例11 LiTFSI
実施例12 LiTFSI
実施例13 LiBF
実施例14 LiBETI
(Examples 10 to 14)
In Examples 10 to 14, the solvent was sebacononitrile (adiponitrile in Example 12): ethylene carbonate: dimethyl carbonate = 50: 25: 25 (volume ratio), and various electrolytes were dissolved in this mixed solvent so as to be 1 mol / L. This was used as an electrolyte for lithium ion batteries. About the purity of a solvent, water content, and the preparation method of electrolyte solution, it is the same as that of Example 1, and description is abbreviate | omitted.
The types of electrolyte used in each example are as follows.
Example 10 LiPF 6
Example 11 LiTFSI
Example 12 LiTFSI
Example 13 LiBF 4
Example 14 LiBETI

(比較例2〜4)
比較例2〜4では、比較例1におけるリチウム塩であるLiPF6の替わりに、各種リチウム塩を添加した。すなわち、有機溶媒としてエチレンカーボネート:ジメチルカーボネート=50:50(容量比)に各種リチウム塩(比較例2ではLiTFSI、比較例3ではLiBF、比較例4ではLiBETI)を1mol/Lとなるように溶解させてリチウムイオン電池用電解液とした。
(Comparative Examples 2 to 4)
In Comparative Examples 2 to 4, various lithium salts were added instead of LiPF 6 which is the lithium salt in Comparative Example 1. That is, various lithium salts (LiTFSI in Comparative Example 2, LiBF 4 in Comparative Example 3, LiBETI in Comparative Example 4) at 1 mol / L as an organic solvent, ethylene carbonate: dimethyl carbonate = 50: 50 (volume ratio). It was made to melt | dissolve and it was set as the electrolyte solution for lithium ion batteries.

−評価−
(電位−電流曲線の測定)
実施例10〜14、比較例1〜4の電解液について、前述の方法と同様にして電位−電流曲線を測定した。結果を図4に示す。またこの図から求めた、電流密度が50μA/cmとなるときの電位の値を表1に示す。
この図4及び表1から、溶媒としてニトリル化合物以外に環状カーボネートであるエチレンカーボネートと鎖状カーボネートであるジメチルカーボネートとを溶媒として加えた実施例10〜14の電解液では、電解質の種類によらず、ニトリル化合物を入れない比較例1〜4の電解液と比較して、電位窓が正方向に大きく広がることが分かった。
-Evaluation-
(Measurement of potential-current curve)
About the electrolyte solution of Examples 10-14 and Comparative Examples 1-4, the electric potential-current curve was measured like the above-mentioned method. The results are shown in FIG. In addition, Table 1 shows the value of the potential obtained from this figure when the current density is 50 μA / cm 2 .
From this FIG. 4 and Table 1, in addition to the nitrile compound as a solvent, in the electrolyte solutions of Examples 10 to 14 where ethylene carbonate as a cyclic carbonate and dimethyl carbonate as a chain carbonate were added as solvents, regardless of the type of the electrolyte It was found that the potential window greatly expanded in the positive direction as compared with the electrolytic solutions of Comparative Examples 1 to 4 in which no nitrile compound was added.

Figure 2011154783
Figure 2011154783

同様に、リチウム塩をLiPFとした、他の実施例及び比較例の電解液について、電位−電流曲線から求めた、所定の電流密度となるときの電極電位を表2に示す。この表から、鎖式飽和炭化水素化合物の両末端にニトリル基が結合した鎖式飽和炭化水素ジニトリル化合物、鎖式エーテル化合物の末端の少なくとも一つにニトリル基が結合した鎖式エーテルニトリル化合物及びシアノ酢酸エステルのうち少なくとも一つのニトリル化合物と、環状カーボネート、環状エステル及び鎖状カーボネートのうち少なくとも一つとが含まれている場合に、正方向に電位窓が広がることが分かる。 Similarly, the lithium salt and LiPF 6, the electrolyte of the other examples and comparative examples, the potential - was determined from current curve, shown in Table 2 an electrode potential when a predetermined current density. From this table, a chain saturated hydrocarbon dinitrile compound having a nitrile group bonded to both ends of the chain saturated hydrocarbon compound, a chain ether nitrile compound having a nitrile group bonded to at least one of the ends of the chain ether compound, and cyano It can be seen that the potential window widens in the positive direction when at least one nitrile compound of acetic acid ester and at least one of cyclic carbonate, cyclic ester and chain carbonate are contained.

Figure 2011154783
Figure 2011154783

<電池特性の測定>
上記実験例の電解液を用い、正極活物質としてLi1−xCoO、Li1−xNiO、Li1−xMn4、2-1-3系マンガン酸リチウム、及びこれらの複合化物、並びにLi1-xFePO、Li1-xMnPO、Li2-yFePOF、Li2-yMnPOF(ただし前記xは0以上1以下の数であり、前記yは0以上2以下の数であり、前記Co、Ni、Mn及びFeの一部をLiを含む他の金属原子でドープしたものも含む)及びこれらの複合化物を用いることにより、本発明のリチウムイオン電池が構成される。ドープする金属原子としては、例えば、Mg、Al、Ti、V、Cu、Zn、Zr、Nb及びMoの1種又はそれ以上が挙げられる。
具体的な例として、正極活物質としてLiCoOを担持させた正極について、上記実施例11のリチウムイオン電池用電解液(すなわち、容量比でEC:DMC:セバコニトリル=25:25:50,リチウム塩としてLiTFSI(リチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド)を1.0mol/L)を用い、電位−電流曲線を測定した。また、LiTi12を担持させたリチウムイオン電池用陰極及びオリビンリン酸塩系の正極活物質であるLiCoPOを担持させたリチウムイオン電池用正極についても、電位−電流曲線を測定した。測定にはポテンシオガルバノスタットを用いた。また、参照電極は(Ag/Ag+)を用いた。測定にあたっては、正側及び負側に数回スキャンさせた後、自然電位から正方向、あるいは負方向に0.5mV/秒の速度で電位の掃引を行い、電位−電流曲線を測定した。
<Measurement of battery characteristics>
Using the electrolytic solution of the above experimental example, Li 1-x CoO 2 , Li 1-x NiO 2 , Li 1-x Mn 2 O 4, 2-1-3 lithium manganate, and composites thereof as the positive electrode active material And Li 1−x FePO 4 , Li 1−x MnPO 4 , Li 2−y FePO 4 F, Li 2−y MnPO 4 F (wherein x is a number from 0 to 1 and y is 0) A lithium ion battery according to the present invention by using the above-mentioned number of 2 or less, including those in which a part of Co, Ni, Mn and Fe is doped with other metal atoms including Li) Is configured. Examples of the metal atom to be doped include one or more of Mg, Al, Ti, V, Cu, Zn, Zr, Nb, and Mo.
As a specific example, for the positive electrode on which LiCoO 2 is supported as the positive electrode active material, the electrolyte solution for lithium ion battery of Example 11 (that is, EC: DMC: sebacononitrile in a volume ratio = 25: 25: 50, lithium salt) LiTFSI (1.0 mol / L of lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide) was used to measure the potential-current curve. The potential-current curve was also measured for the cathode for a lithium ion battery supporting Li 4 Ti 5 O 12 and the cathode for a lithium ion battery supporting LiCoPO 4 which is an olivine phosphate-based positive electrode active material. A potentiogalvanostat was used for the measurement. Further, (Ag / Ag + ) was used as the reference electrode. In the measurement, after scanning several times on the positive side and the negative side, the potential was swept from the natural potential in the positive direction or in the negative direction at a speed of 0.5 mV / sec, and the potential-current curve was measured.

その結果、図5に示すように、リチウム電池用負極としてのLiTi12、リチウム電池用正極としてのLiCoO及びLiCoPOのいずれの電極においても、リチウム(0)とリチウムイオンとの間での酸化還元に伴うほぼ可逆的な電流が観測された。この結果から、実施例11のリチウムイオン電池用電解液を用いることにより、リチウム(0)−リチウムイオン間の円滑な充放電が可能であることが分かった。 As a result, as shown in FIG. 5, Li 4 Ti 5 O 12 as the negative electrode for the lithium battery and LiCoO 2 and LiCoPO 4 as the positive electrode for the lithium battery had both lithium (0) and lithium ions. A nearly reversible current associated with redox was observed. From this result, it was found that by using the lithium ion battery electrolyte of Example 11, smooth charge / discharge between lithium (0) and lithium ions was possible.

<ナトリウムイオン電池用電解液>
以下、本発明の電気化学デバイス用電解液の製造方法をナトリウムイオン電池用電解液に具体化した実施例15〜22及び比較例10について述べる。
<Sodium ion battery electrolyte>
Hereinafter, Examples 15 to 22 and Comparative Example 10 in which the method for producing an electrolytic solution for an electrochemical device of the present invention is embodied in an electrolytic solution for a sodium ion battery will be described.

実施例15〜19は、有機溶媒として鎖式飽和炭化水素化合物の両末端をニトリル基で置換した鎖式飽和炭化水素ジニトリル化合物を含む実施例である。また、実施例20は、有機溶媒として鎖式エーテル化合物の両末端をニトリル基で置換した鎖式シアノエーテル化合物を含む実施例である。さらに、実施例21,22は有機溶媒としてシアノ酢酸エステルを含む実施例である。各実施例及び比較例の電解液の組成を表1に示す   Examples 15 to 19 are examples including a chain saturated hydrocarbon dinitrile compound in which both ends of a chain saturated hydrocarbon compound are substituted with a nitrile group as an organic solvent. Further, Example 20 is an example including a chain cyano ether compound in which both ends of the chain ether compound are substituted with nitrile groups as an organic solvent. Further, Examples 21 and 22 are examples containing cyanoacetate as an organic solvent. Table 1 shows the compositions of the electrolyte solutions of the examples and comparative examples.

Figure 2011154783
Figure 2011154783

(実施例15)
実施例15では、有機溶媒としてスクシノニトリルと、エチレンカーボネート(EC)と、ジメチルカーボネート(DMC)とを容量比で50:25:25の割合で混合した溶媒を用い、これにナトリウム塩として六フッ化リン酸ナトリウム(NaPF6)を0.5mol/Lとなるように溶解させてナトリウムイオン電池用電解液とした。溶媒の純度、水分含有量及び電解液の調製方法については実施例1と同様であり説明を省略する。
(Example 15)
In Example 15, a solvent in which succinonitrile, ethylene carbonate (EC), and dimethyl carbonate (DMC) were mixed at a volume ratio of 50:25:25 was used as the organic solvent. Sodium fluorophosphate (NaPF 6 ) was dissolved to a concentration of 0.5 mol / L to obtain a sodium ion battery electrolyte. About the purity of a solvent, water content, and the preparation method of electrolyte solution, it is the same as that of Example 1, and description is abbreviate | omitted.

(実施例16)
実施例16では、有機溶媒としてグルタロニトリルと、エチレンカーボネート(EC)と、ジメチルカーボネート(DMC)とを容量比で50:25:25の割合で混合した溶媒を用いた。溶媒の純度、水分含有量及び電解液の調製方法については実施例15と同様であり説明を省略する。
(Example 16)
In Example 16, a solvent in which glutaronitrile, ethylene carbonate (EC), and dimethyl carbonate (DMC) were mixed at a volume ratio of 50:25:25 was used as the organic solvent. The purity of the solvent, the water content, and the method for preparing the electrolytic solution are the same as in Example 15 and will not be described.

(実施例17)
実施例17では、有機溶媒としてアジポニトリルと、エチレンカーボネート(EC)と、ジメチルカーボネート(DMC)とを容量比で50:25:25の割合で混合した溶媒を用いた。溶媒の純度、水分含有量及び電解液の調製方法については実施例15と同様であり説明を省略する。
(Example 17)
In Example 17, a solvent in which adiponitrile, ethylene carbonate (EC), and dimethyl carbonate (DMC) were mixed at a volume ratio of 50:25:25 was used as the organic solvent. The purity of the solvent, the water content, and the method for preparing the electrolytic solution are the same as in Example 15 and will not be described.

(実施例18)
実施例18では、有機溶媒としてセバコニトリルと、エチレンカーボネート(EC)と、ジメチルカーボネート(DMC)とを容量比で50:25:25の割合で混合した溶媒を用いた。溶媒の純度、水分含有量及び電解液の調製方法については実施例15と同様であり説明を省略する。
(Example 18)
In Example 18, a solvent in which sebacononitrile, ethylene carbonate (EC), and dimethyl carbonate (DMC) were mixed at a volume ratio of 50:25:25 was used as the organic solvent. The purity of the solvent, the water content, and the method for preparing the electrolytic solution are the same as in Example 15 and will not be described.

(実施例19)
実施例19では、有機溶媒としてドデカンジニトリルと、エチレンカーボネート(EC)と、ジメチルカーボネート(DMC)とを容量比で50:25:25の割合で混合した溶媒を用いた。溶媒の純度、水分含有量及び電解液の調製方法については実施例15と同様であり説明を省略する。
(Example 19)
In Example 19, a solvent in which dodecandinitrile, ethylene carbonate (EC), and dimethyl carbonate (DMC) were mixed at a volume ratio of 50:25:25 was used as the organic solvent. The purity of the solvent, the water content, and the method for preparing the electrolytic solution are the same as in Example 15 and will not be described.

(実施例20)
実施例20では、有機溶媒としてオキシプロピオニトリルと、エチレンカーボネート(EC)と、ジメチルカーボネート(DMC)とを容量比で50:25:25の割合で混合した溶媒を用いた。溶媒の純度、水分含有量及び電解液の調製方法については実施例15と同様であり説明を省略する。
(Example 20)
In Example 20, a solvent in which oxypropionitrile, ethylene carbonate (EC), and dimethyl carbonate (DMC) were mixed at a volume ratio of 50:25:25 was used as the organic solvent. The purity of the solvent, the water content, and the method for preparing the electrolytic solution are the same as in Example 15 and will not be described.

(実施例21)
実施例21では、有機溶媒としてシアノ酢酸メチルと、エチレンカーボネート(EC)と、ジメチルカーボネート(DMC)とを容量比で50:25:25の割合で混合した溶媒を用いた。溶媒の純度、水分含有量及び電解液の調製方法については実施例15と同様であり説明を省略する。
(Example 21)
In Example 21, a solvent in which methyl cyanoacetate, ethylene carbonate (EC), and dimethyl carbonate (DMC) were mixed at a volume ratio of 50:25:25 was used as the organic solvent. The purity of the solvent, the water content, and the method for preparing the electrolytic solution are the same as in Example 15 and will not be described.

(実施例22)
実施例22では、有機溶媒としてシアノ酢酸ブチルと、エチレンカーボネート(EC)と、ジメチルカーボネート(DMC)とを容量比で50:25:25の割合で混合した溶媒を用いた。溶媒の純度、水分含有量及び電解液の調製方法については実施例15と同様であり説明を省略する。
(Example 22)
In Example 22, a solvent in which butyl cyanoacetate, ethylene carbonate (EC), and dimethyl carbonate (DMC) were mixed at a volume ratio of 50:25:25 was used as the organic solvent. The purity of the solvent, the water content, and the method for preparing the electrolytic solution are the same as in Example 15 and will not be described.

(比較例10)
比較例1では、有機溶媒としてエチレンカーボネート(EC)と、ジメチルカーボネート(DMC)とを容量比で50:50の割合で混合した溶媒を用い、ニトリル化合物は加えなかった。また、六フッ化リン酸ナトリウム(NaPF6)の濃度を1.0mol/Lとした。溶媒の純度、水分含有量及び電解液の調製方法については実施例15と同様であり説明を省略する。
(Comparative Example 10)
In Comparative Example 1, a solvent in which ethylene carbonate (EC) and dimethyl carbonate (DMC) were mixed at a volume ratio of 50:50 was used as the organic solvent, and no nitrile compound was added. The concentration of sodium hexafluorophosphate (NaPF 6 ) was 1.0 mol / L. The purity of the solvent, the water content, and the method for preparing the electrolytic solution are the same as in Example 15 and will not be described.

−評価−
(電位−電流曲線の測定)
以上のようにして調製した実施例15〜22及び比較例10のナトリウムイオン電池用電解液について、電位−電流曲線を測定した。測定にはポテンシオガルバノスタットを用い、作用極にはグラッシーカーボンを用い、対極には白金網を用いた。また、参照電極は金属リチウムを用いた。電位の掃引速度は5mV/秒の速度で電位の掃引を行い、電位−電流曲線を測定した。結果を図6〜図8に示す。
-Evaluation-
(Measurement of potential-current curve)
With respect to the electrolyte solutions for sodium ion batteries of Examples 15 to 22 and Comparative Example 10 prepared as described above, potential-current curves were measured. A potentiogalvanostat was used for measurement, glassy carbon was used for the working electrode, and a platinum net was used for the counter electrode. Further, metallic lithium was used for the reference electrode. The potential was swept at a rate of 5 mV / sec, and a potential-current curve was measured. The results are shown in FIGS.

図6に示すように、有機溶媒がエチレンジカーボネートとジメチルカーボネートとからなり、ニトリル化合物を含まない比較例10では5.8Vで50μA/cmとなり、それより高電圧では大きく立ち上がっているのに対し、各種の鎖式飽和炭化水素ジニトリル化合物を用いた実施例15〜19では、さらに高い電位に至らないと50μA/cmを越えない(50μA/cmにおける電流値は実施例15で6.5V、実施例16で7.0V、実施例17で7.5V、実施例18で7.2V、実施例19で7.2V)ことが分かった。 As shown in FIG. 6, the organic solvent is composed of ethylene dicarbonate and dimethyl carbonate, and in Comparative Example 10 not containing a nitrile compound, it is 50 μA / cm 2 at 5.8 V, and it rises greatly at higher voltages. On the other hand, in Examples 15 to 19 using various chain saturated hydrocarbon dinitrile compounds, 50 μA / cm 2 is not exceeded unless a higher potential is reached (the current value at 50 μA / cm 2 is 6. 5V, 7.0 V in Example 16, 7.5 V in Example 17, 7.2 V in Example 18, and 7.2 V in Example 19.

また、図7に示すように、有機溶媒が鎖式エーテル化合物の両末端をニトリル基で置換した鎖式シアノエーテル化合物を含み、さらにエチレンジカーボネートとジメチルカーボネートとを含む実施例20の電解液では、電流が50μA/cmとなる電圧は6.8Vとなり、やはり高い電圧まで電解液は安定であることが分かった。 Further, as shown in FIG. 7, in the electrolytic solution of Example 20, the organic solvent contains a chain cyanoether compound in which both ends of the chain ether compound are substituted with nitrile groups, and further contains ethylene dicarbonate and dimethyl carbonate. The voltage at which the current was 50 μA / cm 2 was 6.8 V, and it was found that the electrolyte was stable up to a high voltage.

また、図8に示すように、有機溶媒がシアノ酢酸エステルを含み、さらにエチレンジカーボネートとジメチルカーボネートとを含む実施例21及び22の電解液では、有機溶媒がエチレンジカーボネートとジメチルカーボネートとからなる比較例10と比較して、電圧6.2V以上における電流値が小さく、高電圧における電解液の耐分解性に優れていることが分かった。   Further, as shown in FIG. 8, in the electrolyte solutions of Examples 21 and 22 in which the organic solvent contains cyanoacetate and further contains ethylene dicarbonate and dimethyl carbonate, the organic solvent is composed of ethylene dicarbonate and dimethyl carbonate. Compared with Comparative Example 10, the current value at a voltage of 6.2 V or higher was small, and it was found that the electrolytic solution was excellent in resistance to decomposition at a high voltage.

以上の結果から、実施例15〜22の電解液を用いれば、充電のための電圧が6Vを超えた領域に存在するような高電位酸化還元正極活物質をナトリウムイオン電池の正極活物質として利用できることとなり、電池の電圧及びエネルギー密度が高く、容量の大きなナトリウムイオン電池とすることができることが分かった。   From the above results, when the electrolytes of Examples 15 to 22 are used, the high potential redox positive electrode active material that exists in the region where the voltage for charging exceeds 6 V is used as the positive electrode active material of the sodium ion battery. As a result, it was found that the battery voltage and energy density are high, and a sodium ion battery having a large capacity can be obtained.

この発明は、上記発明の実施形態の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様もこの発明に含まれる。   The present invention is not limited to the description of the embodiment of the invention. Various modifications may be included in the present invention as long as those skilled in the art can easily conceive without departing from the description of the scope of claims.

Claims (7)

有機溶媒にリチウム塩又はナトリウム塩が溶解しており、
前記有機溶媒には、
鎖式飽和炭化水素化合物の両末端にニトリル基が結合した鎖式飽和炭化水素ジニトリル化合物、鎖式エーテル化合物の末端の少なくとも一つにニトリル基が結合した鎖式シアノエーテル化合物及びシアノ酢酸エステルのうち少なくとも一つのニトリル化合物と、
環状カーボネート、環状エステル及び鎖状カーボネートのうち少なくとも一つと、
が含まれている電気化学デバイス用電解液の製造方法であって、
水分含有率が100ppm以下の前記有機溶媒と、水分含有率が100ppm以下の前記リチウム塩又は前記ナトリウム塩と、を混合して均一な溶液とする混合工程を有することを特徴とする電気化学デバイス用電解液の製造方法。
Lithium salt or sodium salt is dissolved in the organic solvent,
The organic solvent includes
Of chain saturated hydrocarbon dinitrile compounds having nitrile groups bonded to both ends of the chain saturated hydrocarbon compound, chain cyano ether compounds having nitrile groups bonded to at least one terminal of the chain ether compound, and cyanoacetate At least one nitrile compound;
At least one of cyclic carbonate, cyclic ester and chain carbonate;
A method for producing an electrolytic solution for an electrochemical device, comprising:
For an electrochemical device, comprising a mixing step of mixing the organic solvent having a water content of 100 ppm or less with the lithium salt or the sodium salt having a water content of 100 ppm or less to obtain a uniform solution. Manufacturing method of electrolyte solution.
前記混合工程は露点が−76℃以下となるように湿度が制御された区域内において行うことを特徴とする請求項1記載の電気化学デバイス用電解液の製造方法。   The method for producing an electrolytic solution for an electrochemical device according to claim 1, wherein the mixing step is performed in an area where the humidity is controlled so that the dew point is -76 ° C or lower. 前記混合工程の前に前記有機溶媒をゼオライトによって乾燥させておく乾燥工程を有することを特徴とする請求項1又は2記載の電気化学デバイス用電解液の製造方法。   The method for producing an electrolytic solution for an electrochemical device according to claim 1, further comprising a drying step in which the organic solvent is dried with zeolite before the mixing step. 前記ニトリル化合物は前記混合工程の前に蒸留によって精製しておく前蒸留工程を有することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項記載のする電気化学デバイス用電解液の製造方法。   The method for producing an electrolytic solution for an electrochemical device according to any one of claims 1 to 3, wherein the nitrile compound has a pre-distillation step in which the nitrile compound is purified by distillation before the mixing step. 前記混合工程は、前記リチウム塩又はナトリウム塩と前記環状カーボネート、環状エステル及び鎖状カーボネートのうち少なくとも一つとを混合して均一な溶液とする第1混合工程と、
該第1混合工程で得られた溶液にニトリル化合物を混合して均一な電解液を得る第2混合工程とを有することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項記載のする電気化学デバイス用電解液の製造方法。
The mixing step includes a first mixing step of mixing the lithium salt or sodium salt with at least one of the cyclic carbonate, cyclic ester, and chain carbonate to form a uniform solution;
5. A second mixing step in which a nitrile compound is mixed with the solution obtained in the first mixing step to obtain a uniform electrolytic solution. 5. Electrochemistry according to claim 1, A method for producing an electrolytic solution for a device.
前記混合工程は、擦り合せガラス栓付きのガラス容器内で行うことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項記載の電気化学デバイス用電解液の製造方法。   The method for producing an electrolytic solution for an electrochemical device according to any one of claims 1 to 5, wherein the mixing step is performed in a glass container with a rubbed glass stopper. 前記リチウム塩及び前記ナトリウム塩は純度が99.5質量%以上であり、前記電気化学デバイス用電解液に用いる有機溶媒は純度99.5質量%以上であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項記載のする電気化学デバイス用電解液の製造方法。   The lithium salt and the sodium salt have a purity of 99.5% by mass or more, and the organic solvent used in the electrolyte for an electrochemical device has a purity of 99.5% by mass or more. The manufacturing method of the electrolyte solution for electrochemical devices described in any one of these.
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