JP2011175959A - 非水系電解液及びそれを用いた非水系電解液電池 - Google Patents

非水系電解液及びそれを用いた非水系電解液電池 Download PDF

Info

Publication number
JP2011175959A
JP2011175959A JP2010190858A JP2010190858A JP2011175959A JP 2011175959 A JP2011175959 A JP 2011175959A JP 2010190858 A JP2010190858 A JP 2010190858A JP 2010190858 A JP2010190858 A JP 2010190858A JP 2011175959 A JP2011175959 A JP 2011175959A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
sulfone
group
carbonate
acid
aqueous electrolyte
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2010190858A
Other languages
English (en)
Other versions
JP5565212B2 (ja
Inventor
Minoru Kotado
稔 古田土
Koji Fukamizu
浩二 深水
Yumiko Machida
裕美子 町田
Yoichi Ohashi
洋一 大橋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Chemical Corp
Original Assignee
Mitsubishi Chemical Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Chemical Corp filed Critical Mitsubishi Chemical Corp
Priority to JP2010190858A priority Critical patent/JP5565212B2/ja
Publication of JP2011175959A publication Critical patent/JP2011175959A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5565212B2 publication Critical patent/JP5565212B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

【課題】過充電時の安全性、高温連続充電特性に優れる非水系電解液電池に用いる非水系電解液を提供する。
【解決手段】一般式(I)で表される化合物を含有する非水系電解液。
Figure 2011175959

(一般式(I)中、Rはフッ素原子で置換されていてもよい炭素数1〜12の炭化水素基を表し、R〜Rはそれぞれ独立して、水素原子、フッ素原子、フッ素原子で置換されていてもよい炭素数1〜12のアルキル基を表し、nは0または1の整数を表す。但し、nが0の場合、R〜Rの少なくとも一つはフッ素原子で置換されていてもよい炭素数2以上のアルキル基を表し、nが1の場合、R〜Rの少なくとも一つはフッ素原子で置換されていてもよい炭素数5以上のアルキル基を表す。)
【選択図】なし

Description

本発明は、非水系電解液、及びそれを用いた非水系電解液電池に関するものである。
携帯電話、ノートパソコンなどのいわゆる民生用の電源から自動車用などの駆動用車載電源まで広範な用途に、リチウム二次電池などの非水系電解液電池が実用化されつつある。しかしながら、近年の非水系電解液電池に対する高性能化の要求はますます高くなっており、特に、高容量、高温保存特性、サイクル特性等の種々の電池特性の改善が要望されている。
非水系電解液電池に用いる電解液は、通常、主として電解質と非水溶媒とから構成されている。非水溶媒の主成分としては、エチレンカーボネートやプロピレンカーボネート等の環状カーボネート;ジメチルカーボネートやジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート等の鎖状カーボネート;γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン等の環状カルボン酸エステルなどが用いられている。
また、こうした非水系電解液電池の負荷特性、サイクル特性、保存特性等の電池特性を改良したり、過充電時の電池の安全性を高めるために、非水溶媒や電解質について種々の検討がなされている。
特許文献1には、電解液中に電池の最大動作電圧以上の電池電圧で重合する添加剤を混合することによって電池の内部抵抗を高くして電池を保護することが提案されており、特許文献2には、電解液中に電池の最大動作電圧以上の電池電圧で重合することによって気体及び圧力を発生させる添加剤を混合することにより、過充電保護のために設けた内部電気切断装置を確実に動作させることが提案されている。また、それらの添加剤としてビフェニル、チオフェン、フラン等の芳香族化合物が開示されている。さらに、特許文献3には、ビフェニルやチオフェンを用いた場合の、電池特性の低下を抑制するために、非水系電解液中にフェニルシクロヘキサンを0.1〜20重量部の範囲で添加した非水系電解液二次電池と、電池温度の上昇を感知して、充電の回路を切断する充電制御システムとを含む非水系電解液二次電池システムが提案されている。
特許文献4には、Si原子、Sn原子及びPb原子よりなる群から選ばれる少なくとも一種の原子を有する負極活物質を含む非水系電解液二次電池のサイクル特性を向上させるために、非水系電解液に不飽和結合及びハロゲン原子のうち少なくとも一方を有するカーボネートと、特定の構造で表わされる含硫黄官能基を有する鎖状化合物を含有させることが提案されている。
高容量化する方法として、例えば、電極の活物質層を加圧して高密度化して、電池内部の活物質以外の占める体積を極力少なくする方法や、正極の利用範囲を広げて高電位まで使用する方法が検討されている。しかし、電極の活物質層を加圧して高密度化すると、活物質を均一に使用することができにくくなり、不均一な反応により一部リチウムが析出したり、活物質の劣化が促進されたりして、十分な特性が得られないという問題が発生しやすくなる。また、正極の利用範囲を広げて高電位まで使用すると、正極の活性は更に高くなり、正極と電解液との反応により劣化が促進される問題が発生しやすくなる。
更に高容量化によって電池内部の空隙が減少することにより、電解液の分解で少量のガスが発生した場合でも電池内圧は顕著に上昇してしまうという問題も発生してくる。
特に、非水系電解液二電池において、停電時のバックアップ電源や、ポータブル機器の電源として用いるほとんどの場合、電池の自己放電を補うために常に微弱電流を供給して、絶えず充電状態にしている。こうした連続充電状態では、電極活物質の活性が常に高い状態であるのと同時に、機器の発熱により、電池の容量低下が促進されたり、電解液が分解してガスが発生しやすくなる。多量のガスが発生すると、過充電等の異常により内圧が異常に上昇したときにこれを感知して安全弁を作動させる電池では、安全弁が作動してしまうことがある。また、安全弁のない電池では、発生したガスの圧力により電池が膨張して、電池自体が使用不能になる場合がある。
特許文献1〜3に記載されている電解液を用いた非水系電解液二次電池では、上記のように高温保存特性が低下してしまい未だ満足しうるものではなかった。
また、特許文献4に記載されている電解液を用いた非水系電解液二次電池では、過充電時の安全性向上の点で、満足しうるものではなかった。
特開平9−106835号公報 特開平9−171840号公報 特開2002−50398号公報 特開2007−317654号公報
本発明は上記問題に鑑み、過充電時の安全性および高温連続充電特性に優れる非水系電解液電池、及びそれを与える非水系電解液を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記目的を達成するために種々の検討を重ねた結果、特定の構造を有する化合物を、電解液中に含有させることによって、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させるに至った。
すなわち、本発明の要旨は、下記に示すとおりである。
(1)電解質及び非水溶媒を含む非水系電解液において、該非水系電解液が一般式(I)で表される化合物を含有していることを特徴とする非水系電解液。
Figure 2011175959
(一般式(I)中、R はフッ素原子で置換されていてもよい炭素数1〜12の炭化水素基を表し、R 〜R はそれぞれ独立して、水素原子、フッ素原子、フッ素原子で置換されていてもよい炭素数1〜12のアルキル基を表し、nは0または1の整数を表す。但し、nが0の場合、R 〜R の少なくとも一つはフッ素原子で置換されていてもよい炭素数2以上のアルキル基を表し、nが1の場合、R〜Rの少なくとも一つはフッ素原子で置換されていてもよい炭素数5以上のアルキル基を表す。)
(2)一般式(I)中、R はメチル基、エチル基、ビニル基、フェニル基およびトリフルオロメチル基からなる群より選ばれる基を表し、R 〜R は、それぞれ独立して、水素原子又はフッ素原子で置換されていてもよい炭素数2〜6のアルキル基を表すことを特徴とする上記(1)に記載の非水系電解液。
(3)一般式(I)中、R 〜R の少なくとも一つはフッ素原子で置換されていてもよい炭素数5以上のアルキル基を表すことを特徴とする上記(1)または(2)に記載の非水系電解液。
(4)非水系電解液に占める一般式(I)で表される化合物の割合が、0.001〜10質量%であることを特徴とする上記(1)ないし(3)のいずれかに記載の非水系電解液。
(5)更に、炭素−炭素不飽和結合を有する環状カーボネート化合物、フッ素原子を有する環状カーボネート化合物、モノフルオロリン酸塩およびジフルオロリン酸塩からなる群から選ばれる少なくとも一種の化合物を含有していることを特徴とする上記(1)ないし(4)のいずれかに記載の非水系電解液。
(6)リチウムイオンを吸蔵・放出可能な負極及び正極、並びに非水系電解液を含む非水系電解液電池であって、該非水系電解液が上記(1)ないし(5)のいずれかに記載の非水系電解液であることを特徴とする非水系電解液電池。
本発明によれば、過充電時の安全性を高めながら、高容量で、高温保存特性、特に高温連続充電特性に優れた非水系電解液電池を提供することができ、非水系電解液電池の小型化、高性能化を達成することができる。
以下、本発明の実施の形態について説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、任意に変形して実施することができる。
<非水系電解液>
本発明の非水系電解液は、一般的な非水系電解液と同様に、通常はその主成分として、電解質及びこれを溶解する非水溶媒を有し、更に一般式(I)で表される化合物を含有している。
Figure 2011175959
(一般式(I)中、R はフッ素原子で置換されていてもよい炭素数1〜12の炭化水素基を表し、R 〜R はそれぞれ独立して、水素原子、フッ素原子、フッ素原子で置換されていてもよい炭素数1〜12のアルキル基を表し、nは0または1の整数を表す。但し、nが0の場合、R 〜R の少なくとも一つはフッ素原子で置換されていてもよい炭素数2以上のアルキル基を表し、nが1の場合、R〜Rの少なくとも一つはフッ素原子で置換されていてもよい炭素数5以上のアルキル基を表す。)
一般式(I)中、R で表されるフッ素原子で置換されていてもよい炭素数1〜12の炭化水素基としては、炭素数1〜12のアルキル基、炭素数2〜12のアルケニル基、炭素数6〜12のアリール基、又は炭素数7〜12のアラルキル基等が挙げられる。
炭素数1〜12のアルキル基としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、i−ブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基、ペンチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等が挙げられ、好ましくは炭素数1〜6、特に好ましくは1〜4の鎖状又は環状アルキル基が挙げられるが、鎖状アルキル基であるのが好ましい。
炭素数2〜12のアルケニル基としては、ビニル基、プロペニル基等が挙げられ、好ましくは2〜8、特に好ましくは2〜4のものが挙げられる。
炭素数6〜12のアリール基としては、フェニル基、トリル基、キシリル基、シクロヘキシルフェニル基、t−ブチルフェニル基等が挙げられ、なかでもフェニル基、シクロヘキシルフェニル基、t−ブチルフェニル基が好ましい。
炭素数7〜12のアラルキル基としては、ベンジル基、フェネチル基等が挙げられ、なかでもベンジル基が好ましい。
また、上記アルキル基、アルケニル基、アリール基およびアラルキル基はフッ素原子で置換されていてもよく、フッ素置換されている基としては、トリフルオロメチル基、トリフルオロエチル基、ペンタフルオロエチル基等のフッ化アルキル基、2−フルオロビニル基、3−フルオロ−2−プロペニル基等のフッ化アルケニル基、2−フルオロフェニル基、3−フルオロフェニル基、4−フルオロフェニル基等のフッ化アリール基、2−フルオロベンジル基、3−フルオロベンジル基、4−フルオロベンジル基等のフッ化アラルキル基が挙げられる。
は、メチル基、エチル基、ビニル基、フェニル基およびトリフルオロメチル基よりなる群から選ばれる基であることがより好ましい。更に、メチル基、エチル基およびトリフルオロメチル基よりなる群から選ばれる基であることが好ましい。
一般式(I)中、R 〜R で表されるフッ素原子で置換されていてもよい炭素数1〜12のアルキル基としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、i−ブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基、n−ペンチル基、t−アミル基、n−ヘキシル基、1,1−ジメチルブチル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、1−メチルシクロヘキシル基、1−エチルシクロヘキシル基等が挙げられ、好ましくは炭素数1〜6の鎖状又は環状アルキル基が挙げられる。フッ素置換されている基としては、トリフルオロメチル基、トリフルオロエチル基、ペンタフルオロエチル基等が挙げられる。
一般式(I)中、R 〜R は、それぞれ独立して、水素原子又はフッ素原子で置換されていてもよい炭素数2〜6のアルキル基であることがより好ましい。
一般式(I)中、nが0の場合、R 〜R の少なくとも一つは炭素数2以上のアルキル基を表し、nが1の場合、R〜Rの少なくとも一つは炭素数5以上のアルキル基を表す。過充電時の安全性の向上および電池特性向上の点から、R 〜R の少なくとも一つは炭素数3以上のアルキル基が好ましく、炭素数4以上のアルキル基であるのがより好ましく、炭素数5以上のアルキル基であるのが更に好ましい。前記アルキル基はフッ素原子で置換されていてもよい。
炭素数4以上のアルキル基としては、n−ブチル基、i−ブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基、n−ペンチル基、t−アミル基、n−ヘキシル基、1,1−ジメチルブチル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、1−メチルシクロヘキシル基、1−エチルシクロヘキシル基等が挙げられる。
炭素数4以上のアルキル基は、2級アルキル基または3級アルキル基であるものが好ましく、中でも、sec−ブチル基、t−ブチル基、t−アミル基、1,1−ジメチルブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、1−メチルシクロヘキシル基、1−エチルシクロヘキシル基がより好ましく、t−ブチル基、t−アミル基、1,1−ジメチルブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、1−メチルシクロヘキシル基、1−エチルシクロヘキシル基が更に好ましく、炭素数5以上の2級アルキル基または3級アルキル基であるt−アミル基、1,1−ジメチルブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、1−メチルシクロヘキシル基、1−エチルシクロヘキシル基が特に好ましい。
一般式(I)で表される化合物の具体例としては、例えば、以下の化合物が挙げられる。
(n=1の化合物)
メタンスルホン酸(2−n−ペンチルフェニル)、メタンスルホン酸(3−n−ペンチルフェニル)、メタンスルホン酸(4−n−ペンチルフェニル)、メタンスルホン酸(2,4−ジ−n−ペンチルフェニル)、メタンスルホン酸(3,5−ジ−n−ペンチルフェニル)、メタンスルホン酸(2−t−アミルフェニル)、メタンスルホン酸(3−t−アミルフェニル)、メタンスルホン酸(4−t−アミルフェニル)、メタンスルホン酸(2,4−ジ−t−アミルフェニル)、メタンスルホン酸(3,5−ジ−t−アミルフェニル)、メタンスルホン酸(2−シクロペンチルフェニル)、メタンスルホン酸(3−シクロペンチルフェニル)、メタンスルホン酸(4−シクロペンチルフェニル)、メタンスルホン酸(2−シクロヘキシルフェニル)、メタンスルホン酸(3−シクロヘキシルフェニル)、メタンスルホン酸(4−シクロヘキシルフェニル)、エタンスルホン酸(2−n−ペンチルフェニル)、エタンスルホン酸(3−n−ペンチルフェニル)、エタンスルホン酸(4−n−ペンチルフェニル)、エタンスルホン酸(2,4−ジ−n−ペンチルフェニル)、エタンスルホン酸(3,5−ジ−n−ペンチルフェニル)、エタンスルホン酸(2−t−アミルフェニル)、エタンスルホン酸(3−t−アミルフェニル)、エタンスルホン酸(4−t−アミルフェニル)、エタンスルホン酸(2−シクロペンチルフェニル)、エタンスルホン酸(3−シクロペンチルフェニル)、エタンスルホン酸(4−シクロペンチルフェニル)、エタンスルホン酸(2−シクロヘキシルフェニル)、エタンスルホン酸(3−シクロヘキシルフェニル)、エタンスルホン酸(4−シクロヘキシルフェニル)、プロパンスルホン酸(2−n−ペンチルフェニル)、プロパンスルホン酸(3−n−ペンチルフェニル)、プロパンスルホン酸(4−n−ペンチルフェニル)、プロパンスルホン酸(2,4−ジ−n−ペンチルフェニル)、プロパンスルホン酸(3,5−ジ−n−ペンチルフェニル)、プロパンスルホン酸(2−t−アミルフェニル)、プロパンスルホン酸(3−t−アミルフェニル)、プロパンスルホン酸(4−t−アミルフェニル)、プロパンスルホン酸(2−シクロペンチルフェニル)、プロパンスルホン酸(3−シクロペンチルフェニル)、プロパンスルホン酸(4−シクロペンチルフェニル)、プロパンスルホン酸(2−シクロヘキシルフェニル)、プロパンスルホン酸(3−シクロヘキシルフェニル)、プロパンスルホン酸(4−シクロヘキシルフェニル)等のR が炭素数1〜12のアルキル基である化合物;
ビニルスルホン酸(2−n−ペンチルフェニル)、ビニルスルホン酸(3−ペンチルフェニル)、ビニルスルホン酸(4−n−ペンチルフェニル)、ビニルスルホン酸(2,4−ジ−n−ペンチルフェニル)、ビニルスルホン酸(3,5−ジ−n−ペンチルフェニル)、ビニルスルホン酸(2−t−アミルフェニル)、ビニルスルホン酸(3−t−アミルフェニル)、ビニルスルホン酸(4−t−アミルフェニル)、ビニルスルホン酸(2−シクロペンチルフェニル)、ビニルスルホン酸(3−シクロペンチルフェニル)、ビニルスルホン酸(4−シクロペンチルフェニル)、ビニルスルホン酸(2−シクロヘキシルフェニル)、ビニルスルホン酸(3−シクロヘキシルフェニル)、ビニルスルホン酸(4−シクロヘキシルフェニル)、アリルスルホン酸(2−n−ペンチルフェニル)、アリルスルホン酸(3−n−ペンチルフェニル)、アリルスルホン酸(4−n−ペンチルフェニル)、アリルスルホン酸(2,4−ジ−n−ペンチルフェニル)、アリルスルホン酸(3,5−ジ−n−ペンチルフェニル)、アリルスルホン酸(2−t−アミルフェニル)、アリルスルホン酸(3−t−アミルフェニル)、アリルスルホン酸(4−t−アミルフェニル)、アリルスルホン酸(2−シクロペンチルフェニル)、アリルスルホン酸(3−シクロペンチルフェニル)、アリルスルホン酸(4−シクロペンチルフェニル)、アリルスルホン酸(2−シクロヘキシルフェニル)、アリルスルホン酸(3−シクロヘキシルフェニル)、アリルスルホン酸(4−シクロヘキシルフェニル)等のR が炭素数2〜12のアルケニル基である化合物;
ベンゼンスルホン酸(2−n−ペンチルフェニル)、ベンゼンスルホン酸(3−n−ぺンチルフェニル)、ベンゼンスルホン酸(4−n−ペンチルフェニル)、ベンゼンスルホン酸(2,4−ジ−n−ペンチルフェニル)、ベンゼンスルホン酸(3,5−ジ−n−ペンチルフェニル)、ベンゼンスルホン酸(2−t−アミルフェニル)、ベンゼンスルホン酸(3−t−アミルフェニル)、ベンゼンスルホン酸(4−t−アミルフェニル)、ベンゼンスルホン酸(2−シクロペンチルフェニル)、ベンゼンスルホン酸(3−シクロペンチルフェニル)、ベンゼンスルホン酸(4−シクロペンチルフェニル)、ベンゼンスルホン酸(2−シクロヘキシルフェニル)、ベンゼンスルホン酸(3−シクロヘキシルフェニル)、ベンゼンスルホン酸(4−シクロヘキシルフェニル)、p−トルエンスルホン酸(2−n−ペンチルフェニル)、p−トルエンスルホン酸(3−n−ペンチルフェニル)、p−トルエンスルホン酸(4−n−ペンチルフェニル)、p−トルエンスルホン酸(2,4−ジ−n−ペンチルフェニル)、p−トルエンスルホン酸(3,5−ジ−n−ペンチルフェニル)、p−トルエンスルホン酸(2−t−アミルフェニル)、p−トルエンスルホン酸(3−t−アミルフェニル)、p−トルエンスルホン酸(4−t−アミルフェニル)、p−トルエンスルホン酸(2−シクロペンチルフェニル)、p−トルエンスルホン酸(3−シクロペンチルフェニル)、p−トルエンスルホン酸(4−シクロペンチルフェニル)、p−トルエンスルホン酸(2−シクロヘキシルフェニル)、p−トルエンスルホン酸(3−シクロヘキシルフェニル)、p−トルエンスルホン酸(4−シクロヘキシルフェニル)等のR が炭素数6〜12のアリール基である化合物;
ベンジルスルホン酸(2−n−ペンチルフェニル)、ベンジルスルホン酸(3−n−ペンチルフェニル)、ベンジルスルホン酸(4−n−ペンチルフェニル)、ベンジルスルホン酸(2,4−ジ−n−ペンチルフェニル)、ベンジルスルホン酸(3,5−ジ−n−ペンチルフェニル)、ベンジルスルホン酸(2−t−アミルフェニル)、ベンジルスルホン酸(3−t−アミルフェニル)、ベンジルスルホン酸(4−t−アミルフェニル)、ベンジルスルホン酸(2−シクロペンチルフェニル)、ベンジルスルホン酸(3−シクロペンチルフェニル)、ベンジルスルホン酸(4−シクロペンチルフェニル)、ベンジルスルホン酸(2−シクロヘキシルフェニル)、ベンジルスルホン酸(3−シクロヘキシルフェニル)、ベンジルスルホン酸(4−シクロヘキシルフェニル)等のR が炭素数7〜12のアラルキル基である化合物;
トリフルオロメタンスルホン酸(2−n−ペンチルフェニル)、トリフルオロメタンスルホン酸(3−n−ペンチルフェニル)、トリフルオロメタンスルホン酸(4−n−ペンチルフェニル)、トリフルオロメタンスルホン酸(2,4−ジ−n−ペンチルフェニル)、トリフルオロメタンスルホン酸(3,5−ジ−n−ペンチルフェニル)、トリフルオロメタンスルホン酸(2−t−アミルフェニル)、トリフルオロメタンスルホン酸(3−t−アミルフェニル)、トリフルオロメタンスルホン酸(4−t−アミルフェニル)、トリフルオロメタンスルホン酸(2−シクロペンチルフェニル)、トリフルオロメタンスルホン酸(3−シクロペンチルフェニル)、トリフルオロメタンスルホン酸(4−シクロペンチルフェニル)、トリフルオロメタンスルホン酸(2−シクロヘキシルフェニル)、トリフルオロメタンスルホン酸(3−シクロヘキシルフェニル)、トリフルオロメタンスルホン酸(4−シクロヘキシルフェニル)、トリフルオロエタンスルホン酸(2−n−ペンチルフェニル)、トリフルオロエタンスルホン酸(3−n−ペンチルフェニル)、トリフルオロエタンスルホン酸(4−n−ぺンチルフェニル)、トリフルオロエタンスルホン酸(2,4−ジ−n−ペンチルフェニル)、トリフルオロエタンスルホン酸(3,5−ジ−n−ペンチルフェニル)、トリフルオロエタンスルホン酸(2−t−アミルフェニル)、トリフルオロエタンスルホン酸(3−t−アミルフェニル)、トリフルオロエタンスルホン酸(4−t−アミルフェニル)、トリフルオロエタンスルホン酸(2−シクロペンチルフェニル)、トリフルオロエタンスルホン酸(3−シクロペンチルフェニル)、トリフルオロエタンスルホン酸(4−シクロペンチルフェニル)、トリフルオロエタンスルホン酸(2−シクロヘキシルフェニル)、トリフルオロエタンスルホン酸(3−シクロヘキシルフェニル)、トリフルオロエタンスルホン酸(4−シクロヘキシルフェニル)等のR がフッ素置換されている炭素数1〜12のアルキル基である化合物。
(n=0の化合物)
メチル(2−エチルフェニル)スルホン、メチル(3−エチルフェニル)スルホン、メチル(4−エチルフェニル)スルホン、メチル(2−n−プロピルフェニル)スルホン、メチル(3−n−プロピルフェニル)スルホン、メチル(4−n−プロピルフェニル)スルホン、メチル(2−i−プロピルフェニル)スルホン、メチル(3−i−プロピルフェニル)スルホン、メチル(4−i−プロピルフェニル)スルホン、メチル(2−n−ブチルフェニル)スルホン、メチル(3−n−ブチルフェニル)スルホン、メチル(4−n−ブチルフェニル)スルホン、メチル(2−i−ブチルフェニル)スルホン、メチル(3−i−ブチルフェニル)スルホン、メチル(4−i−ブチルフェニル)スルホン、メチル(2−sec−ブチルフェニル)スルホン、メチル(3−sec−ブチルフェニル)スルホン、メチル(4−sec−ブチルフェニル)スルホン、メチル(2−t−ブチルフェニル)スルホン、メチル(3−t−ブチルフェニル)スルホン、メチル(4−t−ブチルフェニル)スルホン、メチル(2,4−ジ−t−ブチルフェニル)スルホン、メチル(3,5−ジ−t−ブチルフェニル)スルホン、メチル(2−t−アミルフェニル)スルホン、メチル(3−t−アミルフェニル)スルホン、メチル(4−t−アミルフェニル)スルホン、メチル(2,4−ジ−t−アミルフェニル)スルホン、メチル(3,5−ジ−t−アミルフェニル)スルホン、メチル(2−シクロペンチルフェニル)スルホン、メチル(3−シクロペンチルフェニル)スルホン、メチル(4−シクロペンチルフェニル)スルホン、メチル(2−シクロヘキシルフェニル)スルホン、メチル(3−シクロヘキシルフェニル)スルホン、メチル(4−シクロヘキシルフェニル)スルホン、エチル(2−エチルフェニル)スルホン、エチル(3−エチルフェニル)スルホン、エチル(4−エチルフェニル)スルホン、エチル(2−n−プロピルフェニル)スルホン、エチル(3−n−プロピルフェニル)スルホン、エチル(4−n−プロピルフェニル)スルホン、エチル(2−i−プロピルフェニル)スルホン、エチル(3−i−プロピルフェニル)スルホン、エチル(4−i−プロピルフェニル)スルホン、エチル(2−n−ブチルフェニル)スルホン、エチル(3−n−ブチルフェニル)スルホン、エチル(4−n−ブチルフェニル)スルホン、エチル(2−i−ブチルフェニル)スルホン、エチル(3−i−ブチルフェニル)スルホン、エチル(4−i−ブチルフェニル)スルホン、エチル(2−sec−ブチルフェニル)スルホン、エチル(3−sec−ブチルフェニル)スルホン、エチル(4−sec−ブチルフェニル)スルホン、エチル(2−t−ブチルフェニル)スルホン、エチル(3−t−ブチルフェニル)スルホン、エチル(4−t−ブチルフェニル)スルホン、エチル(2−t−アミルフェニル)スルホン、エチル(3−t−アミルフェニル)スルホン、エチル(4−t−アミルフェニル)スルホン、エチル(2−シクロペンチルフェニル)スルホン、エチル(3−シクロペンチルフェニル)スルホン、エチル(4−シクロペンチルフェニル)スルホン、エチル(2−シクロヘキシルフェニル)スルホン、エチル(3−シクロヘキシルフェニル)スルホン、エチル(4−シクロヘキシルフェニル)スルホン等のR
が炭素数1〜12のアルキル基である化合物;
ビニル(2−エチルフェニル)スルホン、ビニル(3−エチルフェニル)スルホン、ビニル(4−エチルフェニル)スルホン、ビニル(2−n−プロピルフェニル)スルホン、ビニル(3−n−プロピルフェニル)スルホン、ビニル(4−n−プロピルフェニル)スルホン、ビニル(2−i−プロピルフェニル)スルホン、ビニル(3−i−プロピルフェニル)スルホン、ビニル(4−i−プロピルフェニル)スルホン、ビニル(2−n−ブチルフェニル)スルホン、ビニル(3−n−ブチルフェニル)スルホン、ビニル(4−n−ブチルフェニル)スルホン、ビニル(2−i−ブチルフェニル)スルホン、ビニル(3−i−ブチルフェニル)スルホン、ビニル(4−i−ブチルフェニル)スルホン、ビニル(2−sec−ブチルフェニル)スルホン、ビニル(3−sec−ブチルフェニル)スルホン、ビニル(4−sec−ブチルフェニル)スルホン、ビニル(2−t−ブチルフェニル)スルホン、ビニル(3−t−ブチルフェニル)スルホン、ビニル(4−t−ブチルフェニル)スルホン、ビニル(2−t−アミルフェニル)スルホン、ビニル(3−t−アミルフェニル)スルホン、ビニル(4−t−アミルフェニル)スルホン、ビニル(2−シクロペンチルフェニル)スルホン、ビニル(3−シクロペンチルフェニル)スルホン、ビニル(4−シクロペンチルフェニル)スルホン、ビニル(2−シクロヘキシルフェニル)スルホン、ビニル(3−シクロヘキシルフェニル)スルホン、ビニル(4−シクロヘキシルフェニル)スルホン、アリル(2−エチルフェニル)スルホン、アリル(3−エチルフェニル)スルホン、アリル(4−エチルフェニル)スルホン、アリル(2−n−プロピルフェニル)スルホン、アリル(3−n−プロピルフェニル)スルホン、アリル(4−n−プロピルフェニル)スルホン、アリル(2−i−プロピルフェニル)スルホン、アリル(3−i−プロピルフェニル)スルホン、アリル(4−i−プロピルフェニル)スルホン、アリル(2−n−ブチルフェニル)スルホン、アリル(3−n−ブチルフェニル)スルホン、アリル(4−n−ブチルフェニル)スルホン、アリル(2−i−ブチルフェニル)スルホン、アリル(3−i−ブチルフェニル)スルホン、アリル(4−i−ブチルフェニル)スルホン、アリル(2−sec−ブチルフェニル)スルホン、アリル(3−sec−ブチルフェニル)スルホン、アリル(4−sec−ブチルフェニル)スルホン、アリル(2−t−ブチルフェニル)スルホン、アリル(3−t−ブチルフェニル)スルホン、アリル(4−t−ブチルフェニル)スルホン、アリル(2−t−アミルフェニル)スルホン、アリル(3−t−アミルフェニル)スルホン、アリル(4−t−アミルフェニル)スルホン、アリル(2−シクロペンチルフェニル)スルホン、アリル(3−シクロペンチルフェニル)スルホン、アリル(4−シクロペンチルフェニル)スルホン、アリル(2−シクロヘキシルフェニル)スルホン、アリル(3−シクロヘキシルフェニル)スルホン、アリル(4−シクロヘキシルフェニル)スルホン等のR が炭素数2〜12のアルケニル基である化合物;
フェニル(2−エチルフェニル)スルホン、フェニル(3−エチルフェニル)スルホン、フェニル(4−エチルフェニル)スルホン、フェニル(2−n−プロピルフェニル)スルホン、フェニル(3−n−プロピルフェニル)スルホン、フェニル(4−n−プロピルフェニル)スルホン、フェニル(2−i−プロピルフェニル)スルホン、フェニル(3−i−プロピルフェニル)スルホン、フェニル(4−i−プロピルフェニル)スルホン、フェニル(2−n−ブチルフェニル)スルホン、フェニル(3−n−ブチルフェニル)スルホン、フェニル(4−n−ブチルフェニル)スルホン、フェニル(2−i−ブチルフェニル)スルホン、フェニル(3−i−ブチルフェニル)スルホン、フェニル(4−i−ブチルフェニル)スルホン、フェニル(2−sec−ブチルフェニル)スルホン、フェニル(3−sec−ブチルフェニル)スルホン、フェニル(4−sec−ブチルフェニル)スルホン、フェニル(2−t−ブチルフェニル)スルホン、フェニル(3−t−ブチルフェニル)スルホン、フェニル(4−t−ブチルフェニル)スルホン、フェニル(2−t−アミルフェニル)スルホン、フェニル(3−t−アミルフェニル)スルホン、フェニル(4−t−アミルフェニル)スルホン、フェニル(2−シクロペンチルフェニル)スルホン、フェニル(3−シクロペンチルフェニル)スルホン、フェニル(4−シクロペンチルフェニル)スルホン、フェニル(2−シクロヘキシルフェニル)スルホン、フェニル(3−シクロヘキシルフェニル)スルホン、フェニル(4−シクロヘキシルフェニル)スルホン、ビス(2−t−ブチルフェニル)スルホン、ビス(3−t−ブチルフェニル)スルホン、ビス(4−t−ブチルフェニル)スルホン、ビス(2−t−アミルフェニル)スルホン、ビス(3−t−アミルフェニル)スルホン、ビス(4−t−アミルフェニル)スルホン、ビス(2−シクロペンチルフェニル)スルホン、ビス(3−シクロペンチルフェニル)スルホン、ビス(4−シクロペンチルフェニル)スルホン、ビス(2−シクロヘキシルフェニル)スルホン、ビス(3−シクロヘキシルフェニル)スルホン、ビス(4−シクロヘキシルフェニル)スルホン等のR が炭素数6〜12のアリール基である化合物;
ベンジル(2−エチルフェニル)スルホン、ベンジル(3−エチルフェニル)スルホン、ベンジル(4−エチルフェニル)スルホン、ベンジル(2−n−プロピルフェニル)スルホン、ベンジル(3−n−プロピルフェニル)スルホン、ベンジル(4−n−プロピルフェニル)スルホン、ベンジル(2−i−プロピルフェニル)スルホン、ベンジル(3−i−プロピルフェニル)スルホン、ベンジル(4−i−プロピルフェニル)スルホン、ベンジル(2−n−ブチルフェニル)スルホン、ベンジル(3−n−ブチルフェニル)スルホン、ベンジル(4−n−ブチルフェニル)スルホン、ベンジル(2−i−ブチルフェニル)スルホン、ベンジル(3−i−ブチルフェニル)スルホン、ベンジル(4−i−ブチルフェニル)スルホン、ベンジル(2−sec−ブチルフェニル)スルホン、ベンジル(3−sec−ブチルフェニル)スルホン、ベンジル(4−sec−ブチルフェニル)スルホン、ベンジル(2−t−ブチルフェニル)スルホン、ベンジル(3−t−ブチルフェニル)スルホン、ベンジル(4−t−ブチルフェニル)スルホン、ベンジル(2−t−アミルフェニル)スルホン、ベンジル(3−t−アミルフェニル)スルホン、ベンジル(4−t−アミルフェニル)スルホン、ベンジル(2−シクロペンチルフェニル)スルホン、ベンジル(3−シクロペンチルフェニル)スルホン、ベンジル(4−シクロペンチルフェニル)スルホン、ベンジル(2−シクロヘキシルフェニル)スルホン、ベンジル(3−シクロヘキシルフェニル)スルホン、ベンジル(4−シクロヘキシルフェニル)スルホン等のR が炭素数7〜12のアラルキル基である化合物;
トリフルオロメチル(2−エチルフェニル)スルホン、トリフルオロメチル(3−エチルフェニル)スルホン、トリフルオロメチル(4−エチルフェニル)スルホン、トリフルオロメチル(2−n−プロピルフェニル)スルホン、トリフルオロメチル(3−n−プロピルフェニル)スルホン、トリフルオロメチル(4−n−プロピルフェニル)スルホン、トリフルオロメチル(2−i−プロピルフェニル)スルホン、トリフルオロメチル(3−i−プロピルフェニル)スルホン、トリフルオロメチル(4−i−プロピルフェニル)スルホン、トリフルオロメチル(2−n−ブチルフェニル)スルホン、トリフルオロメチル(3−n−ブチルフェニル)スルホン、トリフルオロメチル(4−n−ブチルフェニル)スルホン、トリフルオロメチル(2−i−ブチルフェニル)スルホン、トリフルオロメチル(3−i−ブチルフェニル)スルホン、トリフルオロメチル(4−i−ブチルフェニル)スルホン、トリフルオロメチル(2−sec−ブチルフェニル)スルホン、トリフルオロメチル(3−sec−ブチルフェニル)スルホン、トリフルオロメチル(4−sec−ブチルフェニル)スルホン、トリフルオロメチル(2−t−ブチルフェニル)スルホン、トリフルオロメチル(3−t−ブチルフェニル)スルホン、トリフルオロメチル(4−t−ブチルフェニル)スルホン、トリフルオロメチル(2−t−アミルフェニル)スルホン、トリフルオロメチル(3−t−アミルフェニル)スルホン、トリフルオロメチル(4−t−アミルフェニル)スルホン、トリフルオロメチル(2−シクロペンチルフェニル)スルホン、トリフルオロメチル(3−シクロペンチルフェニル)スルホン、トリフルオロメチル(4−シクロペンチルフェニル)スルホン、トリフルオロメチル(2−シクロヘキシルフェニル)スルホン、トリフルオロメチル(3−シクロヘキシルフェニル)スルホン、トリフルオロメチル(4−シクロヘキシルフェニル)スルホン、トリフルオロエチル(2−エチルフェニル)スルホン、トリフルオロエチル(3−エチルフェニル)スルホン、トリフルオロエチル(4−エチルフェニル)スルホン、トリフルオロエチル(2−n−プロピルフェニル)スルホン、トリフルオロエチル(3−n−プロピルフェニル)スルホン、トリフルオロエチル(4−n−プロピルフェニル)スルホン、トリフルオロエチル(2−i−プロピルフェニル)スルホン、トリフルオロエチル(3−i−プロピルフェニル)スルホン、トリフルオロエチル(4−i−プロピルフェニル)スルホン、トリフルオロエチル(2−n−ブチルフェニル)スルホン、トリフルオロエチル(3−n−ブチルフェニル)スルホン、トリフルオロエチル(4−n−ブチルフェニル)スルホン、トリフルオロエチル(2−i−ブチルフェニル)スルホン、トリフルオロエチル(3−i−ブチルフェニル)スルホン、トリフルオロエチル(4−i−ブチルフェニル)スルホン、トリフルオロエチル(2−sec−ブチルフェニル)スルホン、トリフルオロエチル(3−sec−ブチルフェニル)スルホン、トリフルオロエチル(4−sec−ブチルフェニル)スルホン、トリフルオロエチル(2−t−ブチルフェニル)スルホン、トリフルオロエチル(3−t−ブチルフェニル)スルホン、トリフルオロエチル(4−t−ブチルフェニル)スルホン、トリフルオロエチル(2−t−アミルフェニル)スルホン、トリフルオロエチル(3−t−アミルフェニル)スルホン、トリフルオロエチル(4−t−アミルフェニル)スルホン、トリフルオロエチル(2−シクロペンチルフェニル)スルホン、トリフルオロエチル(3−シクロペンチルフェニル)スルホン、トリフルオロエチル(4−シクロペンチルフェニル)スルホン、トリフルオロエチル(2−シクロヘキシルフェニル)スルホン、トリフルオロエチル(3−シクロヘキシルフェニル)スルホン、トリフルオロエチル(4−シクロヘキシルフェニル)スルホン等のR がフッ素置換されている炭素数1〜12のアルキル基である化合物。
上記化合物の中で、過充電時の安全性の向上および高温連続充電特性向上の点から、一般式(1)におけるR〜Rの少なくとも一つが炭素数4以上の2級アルキル基または3級アルキル基である化合物が好ましく、一般式(I)におけるR 〜R の少なくとも一つがt−ブチル基、t−アミル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基のいずれかである化合物がより好ましく、一般式(I)におけるnが1で、R 〜R の少なくとも一つがt−アミル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基のいずれかである化合物が更に好ましく、一般式(I)におけるnが1で、R がt−アミル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基のいずれかである化合物が特に好ましい。
一般式(I)におけるnが1で、R がメチル基、R 、R 、R およびR が水素原子であり、R がシクロヘキシル基またはt−アミル基である化合物がより特に好ましい。中でも、一般式(I)におけるnが1で、R がメチル基、R 、R 、R およびR が水素原子であり、R がシクロヘキシル基である化合物が最も好ましい。
一般式(I)で表される化合物は単独で用いても、2種類以上を併用してもよい。
非水系電解液に占める一般式(I)で表される化合物の割合は、好ましくは0.001質量%以上、より好ましくは0.01質量%以上、更に好ましくは0.05質量%以上、特に好ましくは0.1質量%以上である。これより低濃度では、本発明の効果が発現しにくい場合がある。逆に濃度が高すぎると、電池の容量が低下する場合があるので、好ましくは10質量%以下、より好ましくは5質量%以下、更に好ましくは3質量%以下、特に好ましくは2質量%以下、最も好ましくは1.5質量%以下である。
本発明に係る非水系電解液が、過充電時の安全性に優れ、高温連続充電特性にも優れる理由は明らかではなく、また、本発明は下記作用原理に限定されるものではないが、次のように推察される。
一般式(I)で表される化合物は、分子内に特定の含硫黄官能基と、nが0の場合、炭素数2以上のアルキル基で置換されたフェニル基を有し、nが1の場合、炭素数5以上のアルキル基で置換されたフェニル基を有する。
一般にアルキル基の電子供与性は、アルキル基の炭素数が大きくなるほど大きくなる。また、1級アルキル基よりも2級アルキル基、3級アルキル基の方が電子供与性は高い。よってアルキル基で置換されていないフェニル基を有する化合物に比べ、炭素数2以上のアルキル基で置換されたフェニル基を有する化合物は酸化電位が低くなり、過充電時により早い段階で反応して、過充電時の安全性を高めることができる。通常、酸化電位が低い化合物は、高温連続充電時においても電極の活性の高い部位で反応して、高温連続充電後の電池特性を低下させてしまうが、特定の含硫黄官能基が正極表面上に吸着することにより、活性の高い正極との副反応を抑制することができ、過充電時の安全性を高めながら、高温連続充電後の電池特性の低下を抑制できると考えられる。
特に炭素数5以上のアルキル基で置換されたフェニル基を有する場合は、アルキル基の立体障害により、活性の高い正極との副反応を更に抑制することができ、過充電時の安全性を高めながら、高温連続充電後の電池特性の低下を抑制する効果が高いと考えられる。
(電解質)
本発明の非水系電解液に用いる電解質に制限は無く、目的とする非水系電解液二次電池に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。
本発明の非水系電解液をリチウム二次電池に用いる場合には、通常は、電解質としてリチウム塩を用いる。
電解質の具体例としては、LiClO 、LiAsF 、LiPF 、LiBF 、LiFSO 等の無機リチウム塩; LiCF SO 、LiN(CF SO、LiN(C SO 、リチウム環状1,2−テトラフルオロエタンジスルホニルイミド、リチウム環状1,3−ヘキサフルオロプロパンジスルホニルイミド、LiN(CFSO )(C SO )、LiC(CF SO 、LiPF (CF 、LiPF (C 、LiPF (CF SO 、LiPF (C SO 、LiBF (CF 、LiBF (C 、LiBF (CF SO 、LiBF (C SO 等の含フッ素有機リチウム塩;リチウムビス(オキサラト)ボレート、リチウムジフルオロオキサラトボレート、リチウムトリス(オキサラト)ホスフェート、リチウムジフルオロビス(オキサラト)ホスフェート、リチウムテトラフルオロオキサラトホスフェート等のジカルボン酸錯体リチウム塩;等が挙げられる。
これらのうち、LiPF 、LiBF 、LiFSO 、LiCF SO 、LiN(CF SO 、LiN(C SO 、リチウム環状1,2−テトラフルオロエタンジスルホニルイミド、リチウム環状1,3−ヘキサフルオロプロパンジスルホニルイミド、リチウムビス(オキサラト)ボレート、リチウムジフルオロオキサラトボレート、リチウムトリス(オキサラト)ホスフェート、リチウムジフルオロビス(オキサラト)ホスフェート、リチウムテトラフルオロオキサラトホスフェートが好ましく、特にLiPF 、LiBF が好ましい。
また、これらのリチウム塩は、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よい。中でも、特定の無機リチウム塩の併用や、無機リチウム塩と含フッ素有機リチウム塩やカルボン酸錯体リチウム塩との併用により、高温保存時のガス発生が抑制され、若しくは高温保存後の劣化が抑制されるので好ましい。
特に、LiPF とLiBF との併用や、LiPF 、LiBF 等の無機リチウム塩と、LiCF SO 、LiN(CF SO 、LiN(C SO 、リチウム環状1,2−テトラフルオロエタンジスルホニルイミド、及びリチウム環状1,3−ヘキサフルオロプロパンジスルホニルイミド等の含フッ素有機リチウム塩や、リチウムビス(オキサラト)ボレート、リチウムジフルオロオキサラトボレート、リチウムトリス(オキサラト)ホスフェート、リチウムジフルオロビス(オキサラト)ホスフェート、リチウムテトラフルオロオキサラトホスフェート等のジカルボン酸錯体リチウム塩とを併用することが好ましい。
LiPF とLiBF を併用する場合には、LiPF とLiBF の合計に占めるLiBF の含有割合は、好ましくは0.01質量%以上、より好ましくは0.05質量%以上、更に好ましくは0.1質量%以上であり、好ましくは20質量%以下、より好ましくは10質量%以下、更に好ましくは5質量%以下、特に好ましくは3質量%以下である。
この範囲未満の場合には所望する効果が得られないことがあり、この範囲を超える場合は高負荷放電特性等の電池の特性が低下することがある。
一方、LiPF 、LiBF 等の無機リチウム塩と、LiCF SO 、LiN(CF SO 、LiN(C SO 、リチウム環状1,2−テトラフルオロエタンジスルホニルイミド、及びリチウム環状1,3−ヘキサフルオロプロパンジスルホニルイミド等の含フッ素有機リチウム塩や、リチウムビス(オキサラト)ボレート、リチウムジフルオロオキサラトボレート、リチウムトリス(オキサラト)ホスフェート、リチウムジフルオロビス(オキサラト)ホスフェート、リチウムテトラフルオロオキサラトホスフェート等のジカルボン酸錯体リチウム塩とを併用する場合、両者の合計に占める無機リチウム塩の含有割合は、好ましくは70質量%以上、より好ましくは80質量%以上、更に好ましくは85質量%以上であり、好ましくは99質量%以下、より好ましく95質量%以下である。
非水系電解液中のこれらの電解質の濃度は、本願発明の効果を発現するためには、特に制限はないが、好ましくは0.5モル/リットル以上、より好ましくは0.8モル/リットル以上、更に好ましくは1.0モル/リットル以上である。また、好ましくは3モル/リットル以下、より好ましくは2モル/リットル以下、更に好ましくは1.8モル/リットル以下、特に好ましくは1.6モル/リットル以下である。濃度が低すぎると、電解液の電気伝導度が不十分の場合があり、一方、濃度が高すぎると、粘度上昇のため電気伝導度が低下する場合があり、電池性能が低下する場合がある。
(非水溶媒)
非水溶媒も、従来から非水系電解液の溶媒として公知のものの中から適宜選択して用いることができる。例えば、環状カーボネート類、鎖状カーボネート類、環状カルボン酸エステル類、鎖状カルボン酸エステル類、環状エーテル類、鎖状エーテル類、含硫黄有機溶媒、含燐有機溶媒、芳香族含フッ素溶媒等が挙げられる。
環状カーボネート類としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート等の炭素数2〜4のアルキレン基を有するアルキレンカーボネート類が挙げられ、これらの中でも、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネートが電池特性向上の点から好ましく、特に、エチレンカーボネートが好ましい。また、これらの化合物の水素の一部をフッ素で置換していてもよい。
フッ素で置換した環状カーボネート類としては、フルオロエチレンカーボネート、1,2−ジフルオロエチレンカーボネート、1,1−ジフルオロエチレンカーボネート、1,1,2−トリフルオロエチレンカーボネート、テトラフルオロエチレンカーボネート、1−フルオロ−2−メチルエチレンカーボネート、1−フルオロ−1−メチルエチレンカーボネート、1,2−ジフルオロ−1−メチルエチレンカーボネート、1,1,2−トリフルオロ−2−メチルエチレンカーボネート、トリフルオロメチルエチレンカーボネート等の炭素数2〜4のフッ素で置換したアルキレン基を有するアルキレンカーボネート類が挙げられ、これらの中でもフルオロエチレンカーボネート、1,2−ジフルオロエチレンカーボネート、トリフルオロメチルエチレンカーボネートが好ましい。
鎖状カーボネート類としては、ジアルキルカーボネートが好ましく、構成するアルキル基の炭素数は、それぞれ、1〜5が好ましく、特に好ましくは1〜4である。具体的には例えば、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、ジ−n−プロピルカーボネート等の対称鎖状アルキルカーボネート類;エチルメチルカーボネート、メチル−n−プロピルカーボネート、エチル−n−プロピルカーボネート等の非対称鎖状アルキルカーボネート類が挙げられ、中でも、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネートが電池特性向上の点から好ましい。また、アルキル基の水素の一部をフッ素で置換していてもよい。フッ素で置換した鎖状カーボネート類としては、ビス(フルオロメチル)カーボネート、ビス(ジフルオロメチル)カーボネート、ビス(トリフルオロメチル)カーボネート、ビス(2−フルオロエチル)カーボネート、ビス(2,2−ジフルオロエチル)カーボネート、ビス(2,2,2−トリフルオロエチル)カーボネート、2−フルオロエチルメチルカーボネート、2,2−ジフルオロエチルメチルカーボネート、2,2,2−トリフルオロエチルメチルカーボネート等が挙げられる。
環状カルボン酸エステル類としては、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン等及びこれらの化合物の水素の一部をフッ素で置換した化合物が挙げられる。
鎖状カルボン酸エステル類としては、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸イソプロピル、酢酸ブチル、酢酸sec−ブチル、酢酸イソブチル、酢酸t−ブチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸プロピル、プロピオン酸イソプロピル、酪酸メチル、酪酸エチル、酪酸プロピル、吉草酸メチル、吉草酸エチル等及びトリフルオロ酢酸プロピル、トリフルオロ酢酸ブチル等のこれらの化合物の水素の一部をフッ素で置換した化合物等が挙げられ、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸ブチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸プロピル、酪酸メチル、酪酸エチル、吉草酸メチルがより好ましい。
環状エーテル類としては、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン等及びこれらの化合物の水素の一部をフッ素で置換した化合物等が挙げられる。
鎖状エーテル類としては、ジメトキシエタン、ジエトキシエタン等及び、これらの化合物の水素の一部をフッ素で置換した化合物として、ビス トリフルオロエトキシ エタン、エトキシトリフルオロエトキシエタン、メトキシトリフルオロエトキシエタン、1,1,1,2,2,3,4,5,5,5−デカフルオロ―3―メトキシ―4―トリフルオロメチル−ペンタン、1,1,1,2,2,3,4,5,5,5−デカフルオロ―3―エトキシ―4―トリフルオロメチル−ペンタン、1,1,1,2,2,3,4,5,5,5−デカフルオロ―3―プロポキシ―4―トリフルオロメチル−ペンタン、1,1,2,2−テトラフルオロエチル−2,2,3,3−テトラフルオロプロピルエーテル、2,2−ジフルオロエチル−2,2,3,3−テトラフルオロプロピルエーテル等が挙げられる。
含硫黄有機溶媒としては、スルホラン、2−メチルスルホラン、3−メチルスルホラン、ジエチルスルホン、エチルメチルスルホン、メチルプロピルスルホン等及びこれらの化合物の水素の一部をフッ素で置換した化合物が挙げられる。
含リン有機溶媒としては、リン酸トリメチル、リン酸トリエチル、リン酸ジメチルエチル、リン酸メチルジエチル、リン酸エチレンメチル、リン酸エチレンエチル等及びこれらの化合物の水素の一部をフッ素で置換した化合物が挙げられる。
芳香族含フッ素溶媒としては、フルオロベンゼン、ジフルオロベンゼン、トリフルオロベンゼン、テトラフルオロベンゼン、ペンタフルオロベンゼン、ヘキサフルオロベンゼン、ベンゾトリフルオライド等が挙げられる。
これらは単独で用いても、2種以上を併用してもよいが、2種以上の化合物を併用するのが好ましい。例えば、環状カーボネート類や環状カルボン酸エステル類等の高誘電率溶媒と、鎖状カーボネート類や鎖状カルボン酸エステル類等の低粘度溶媒とを併用するのが好ましい。
非水溶媒の好ましい組合せの一つは、アルキレンカーボネートとジアルキルカーボネートを主体とする組合せである。なかでも、非水溶媒に占めるアルキレンカーボネートとジアルキルカーボネートとの合計が、好ましくは70容量%以上、より好ましくは80容量%以上、更に好ましくは90容量%以上であり、かつアルキレンカーボネートとジアルキルカーボネートとの合計に対するアルキレンカーボネートの割合が好ましくは5容量%以上、より好ましくは10容量%以上、更に好ましくは15容量%以上であり、好ましくは50容量%以下、より好ましくは35容量%以下、更に好ましくは30容量%以下、特に好ましくは25容量%以下のものである。これらの非水溶媒の組み合わせを用いると、これを用いて作製された電池のサイクル特性と高温保存特性(特に、高温保存後の残存容量及び高負荷放電容量)のバランスが良くなることがある。
アルキレンカーボネートとしては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、フルオロエチレンカーボネートが電池のサイクル特性と高温保存特性向上の点から好ましい。
エチレンカーボネートとジアルキルカーボネートの好ましい組み合わせの具体例としては、エチレンカーボネートとジメチルカーボネート、エチレンカーボネートとジエチルカーボネート、エチレンカーボネートとエチルメチルカーボネート、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとジエチルカーボネート、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとエチルメチルカーボネート、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートとエチルメチルカーボネート、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとジエチルカーボネートとエチルメチルカーボネート等が挙げられる。
これらのエチレンカーボネートとジアルキルカーボネート類との組み合わせに、更にプロピレンカーボネートを加えた組み合わせも、好ましい組み合わせとして挙げられる。
プロピレンカーボネートを含有する場合には、エチレンカーボネートとプロピレンカーボネートの容量比は、99:1〜40:60が好ましく、特に好ましくは95:5〜50:50である。更に、非水溶媒全体に占めるプロピレンカーボネートの割合は、好ましくは0.1容量%以上、より好ましくは1容量%以上、更に好ましくは2容量%以上、また、好ましくは20容量%以下、より好ましくは8容量%以下、更に好ましくは5容量%以下である。この濃度範囲でプロピレンカーボネートを含有すると、エチレンカーボネートとジアルキルカーボネートとの組み合わせの特性を維持したまま、更に低温特性が優れることがあるので好ましい。
エチレンカーボネートとジアルキルカーボネートとの組み合わせの中で、ジアルキルカーボネートとして非対称鎖状アルキルカーボネート類を含有するものが更に好ましく、特に、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとエチルメチルカーボネート、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートとエチルメチルカーボネート、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとジエチルカーボネートとエチルメチルカーボネートといったエチレンカーボネートと対称鎖状アルキルカーボネート類と非対称鎖状アルキルカーボネート類を含有するものが、サイクル特性と大電流放電特性のバランスが良いので好ましい。中でも、非対称鎖状アルキルカーボネート類がエチルメチルカーボネートであるのが好ましく、又、アルキルカーボネートのアルキル基は炭素数1〜2が好ましい。
フルオロエチレンカーボネートとジアルキルカーボネートの好ましい組み合わせの具体例としては、フルオロエチレンカーボネートとジメチルカーボネート、フルオロエチレンカーボネートとジエチルカーボネート、フルオロエチレンカーボネートとエチルメチルカーボネート、フルオロエチレンカーボネートとジメチルカーボネートとジエチルカーボネート、フルオロエチレンカーボネートとジメチルカーボネートとエチルメチルカーボネート、フルオロエチレンカーボネートとジエチルカーボネートとエチルメチルカーボネート、フルオロエチレンカーボネートとジメチルカーボネートとジエチルカーボネートとエチルメチルカーボネート等が挙げられる。
これらのフルオロエチレンカーボネートとジアルキルカーボネート類との組み合わせに、更にエチレンカーボネートおよび/またはプロピレンカーボネートを加えた組み合わせも、好ましい組み合わせとして挙げられる。
また、非水溶媒中にジエチルカーボネートを含有する場合は、全非水溶媒中に占めるジエチルカーボネートの割合が、好ましくは10容量%以上、より好ましくは20容量%以上、更に好ましくは25容量%以上、特に好ましくは30容量%以上であり、また、好ましくは90容量%以下、より好ましくは80容量%以下、更に好ましくは75容量%以下、特に好ましくは、70容量%以下となる範囲で含有させると、高温保存時におけるガス発生が抑制されることがある。
また、非水溶媒中にジメチルカーボネートを含有する場合は、全非水溶媒中に占めるジメチルカーボネートの割合が、好ましくは10容量%以上、より好ましくは20容量%以上、更に好ましくは25容量%以上、特に好ましくは30容量%以上であり、また、好ましくは90容量%以下、より好ましくは80容量%以下、更に好ましくは75容量%以下、特に好ましくは、70容量%以下となる範囲で含有させると、電池の負荷特性が向上することがある。
中でも、ジメチルカーボネートとエチルメチルカーボネートを含有し、ジメチルカーボネートの含有割合をエチルメチルカーボネートの含有割合よりも多くすることにより、電解液の電気伝導度を確保しながら、高温保存後の電池特性が向上することがあり好ましい。
全非水溶媒中に占めるジメチルカーボネートのエチルメチルカーボネートに対する容量比(ジメチルカーボネート/エチルメチルカーボネート)は、電解液の電気伝導度の向上と保存後の電池特性を向上の点で、1.1以上が好ましく、1.5以上がより好ましく、2.5以上が更に好ましい。上記容量比(ジメチルカーボネート/エチルメチルカーボネート)は、低温での電池特性を向上の点で、40以下が好ましく、20以下がより好ましく、10以下が更に好ましく、8以下が特に好ましい。
また、上記アルキレンカーボネート類とジアルキルカーボネート類を主体とする組合せにおいては、上記アルキレンカーボネート類およびジアルキルカーボネート類以外の環状カーボネート類、鎖状カーボネート類、環状カルボン酸エステル類、鎖状カルボン酸エステル類、環状エーテル類、鎖状エーテル類、含硫黄有機溶媒、含燐有機溶媒、芳香族含フッ素溶媒等、他の溶媒を混合してもよい。
好ましい非水溶媒の他の例は、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネートよりなる群から選ばれた1種の有機溶媒、又は該群から選ばれた2以上の有機溶媒からなる混合溶媒を全体の60容量%以上を占めるものである。この混合溶媒を用いた非水系電解液は、高温で使用しても溶媒の蒸発や液漏れが少なくなることがある。中でも、非水溶媒に占めるエチレンカーボネートとプロピレンカーボネートとの合計が、好ましくは70容量%以上、より好ましくは80容量%以上、更に好ましくは90容量%以上であり、かつエチレンカーボネートとプロピレンカーボネートの容量比が好ましくは30:70〜60:40であるものを用いると、サイクル特性と高温保存特性等のバランスがよくなることがある。
なお、本明細書において、非水溶媒の容量は25℃での測定値であるが、エチレンカーボネートのように25℃で固体のものは融点での測定値を用いる。
(他の化合物)
本発明に係る非水系電解液は、本発明の効果を損ねない範囲で、炭素−炭素不飽和結合を有する環状カーボネート化合物、フッ素原子を有する環状カーボネート化合物、モノフルオロリン酸塩およびジフルオロリン酸塩からなる群から選ばれる少なくとも一種の化合物や従来公知の過充電防止剤などの種々の他の化合物を助剤として含有していてもよい。
これらの中でも、炭素−炭素不飽和結合を有する環状カーボネート化合物、フッ素原子を有する環状カーボネート化合物、モノフルオロリン酸塩、ジフルオロリン酸塩からなる群より選ばれる少なくとも一種の化合物を含有する場合、負極に安定な皮膜を形成するため、サイクル特性や高温保存後の電池特性が向上することがあり好ましい。
((炭素−炭素不飽和結合を有する環状カーボネート化合物))
炭素−炭素不飽和結合を有する環状カーボネート化合物としては、例えば、ビニレンカーボネート、メチルビニレンカーボネート、エチルビニレンカーボネート、1,2−ジメチルビニレンカーボネート、1,2−ジエチルビニレンカーボネート、フルオロビニレンカーボネート、トリフルオロメチルビニレンカーボネート等のビニレンカーボネート化合物;ビニルエチレンカーボネート、1−メチル−2−ビニルエチレンカーボネート、1−エチル−2−ビニルエチレンカーボネート、1−n−プロピル−2−ビニルエチレンカーボネート、1−メチル−2−ビニルエチレンカーボネート、1,1−ジビニルエチレンカーボネート、1,2−ジビニルエチレンカーボネート等のビニルエチレンカーボネート化合物;1,1−ジメチル−2−メチレンエチレンカーボネート、1,1−ジエチル−2−メチレンエチレンカーボネート等のメチレンエチレンカーボネート化合物等が挙げられる。これらのうち、ビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネート、1,2−ジビニルエチレンカーボネートがサイクル特性や高温保存後の容量維持特性向上の点から好ましく、中でもビニレンカーボネート又はビニルエチレンカーボネートがより好ましく、特にビニレンカーボネートが好ましい。これらは単独で用いても、2種以上を併用してもよい。
2種以上を併用する場合は、ビニレンカーボネートとビニルエチレンカーボネートとを併用するのが好ましい。
((フッ素原子を有する環状カーボネート化合物))
フッ素原子を有する環状カーボネート化合物としては、例えば、フルオロエチレンカーボネート、1,2−ジフルオロエチレンカーボネート、1,1−ジフルオロエチレンカーボネート、1,1,2−トリフルオロエチレンカーボネート、テトラフルオロエチレンカーボネート、1−フルオロ−2−メチルエチレンカーボネート、1−フルオロ−1−メチルエチレンカーボネート、1,2−ジフルオロ−1−メチルエチレンカーボネート、1,1,2−トリフルオロ−2−メチルエチレンカーボネート、トリフルオロメチルエチレンカーボネート等が挙げられる。これらのうち、フルオロエチレンカーボネート、1,2−ジフルオロエチレンカーボネート、1−フルオロ−2−メチルエチレンカーボネートがサイクル特性向上や高温保存特性向上の点から好ましい。これらは単独で用いても、2種類以上を併用してもよい。
また、炭素−炭素不飽和結合を有する環状カーボネート化合物や次に記載するモノフルオロリン酸塩およびジフルオロリン酸塩と併用しても良く、サイクル特性向上や高温保存特性向上の点から、併用するのが好ましい。
((モノフルオロリン酸塩およびジフルオロリン酸塩))
モノフルオロリン酸塩およびジフルオロリン酸塩のカウンターカチオンとしては特に限定はないが、リチウム、ナトリウム、カリウム、マグネシウム、カルシウム、及び、NR (式中、R 〜R は、各々独立に、水素原子又は炭素数1〜12の有機基を表わす。)で表されるアンモニウム等が例示として挙げられる。
上記アンモニウムのR 〜R で表わされる炭素数1〜12の有機基としては特に限定はないが、例えば、ハロゲン原子で置換されていてもよいアルキル基、ハロゲン原子又はアルキル基で置換されていてもよいシクロアルキル基、ハロゲン原子又はアルキル基で置換されていてもよいアリール基、置換基を有していてもよい窒素原子含有複素環基等が挙げられる。中でもR 〜R として、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、又は窒素原子含有複素環基等が好ましい。
モノフルオロリン酸塩およびジフルオロリン酸塩の具体例としては、モノフルオロリン酸リチウム、モノフルオロリン酸ナトリウム、モノフルオロリン酸カリウム、モノフルオロリン酸テトラメチルアンモニウム、モノフルオロリン酸テトラエチルアンモニウム、ジフルオロリン酸リチウム、ジフルオロリン酸ナトリウム、ジフルオロリン酸カリウム、ジフルオロリン酸テトラメチルアンモニウム、ジフルオロリン酸テトラエチルアンモニウム等が挙げられ、モノフルオロリン酸リチウム、ジフルオロリン酸リチウムが好ましく、ジフルオロリン酸リチウムがより好ましい。
これらは単独で用いても、2種類以上を併用してもよい。
また、炭素−炭素不飽和結合を有する環状カーボネート化合物やフッ素原子を有する環状カーボネート化合物と併用して用いても良く、サイクル特性向上や高温保存後の特性向上の点から併用するのが好ましい。
非水系電解液が炭素−炭素不飽和結合を有する環状カーボネート化合物を含有する場合、非水系電解液中におけるその割合は、好ましくは0.001質量%以上、より好ましくは0.01質量%以上、更に好ましくは0.1質量%以上、特に好ましくは0.3質量%以上である。炭素−炭素不飽和結合を有する環状カーボネート化合物の割合が小さすぎると、電池のサイクル特性や高温保存後の容量維持特性を向上させるという効果を十分に発揮できない場合がある。しかし、炭素−炭素不飽和結合を有する環状カーボネート化合物の割合が大きすぎると、高温保存時にガス発生量が増大したり、低温での放電特性が低下する場合があるので、好ましくは8質量%以下、より好ましくは4質量%以下、更に好ましくは3質量%以下である。
非水系電解液がフッ素原子を有する環状カーボネート化合物を助剤として含有する場合、非水系電解液中におけるその割合は、好ましくは0.001質量%以上、より好ましくは0.1質量%以上、更に好ましくは0.3質量%以上、特に好ましくは0.5質量%以上であり、好ましくは10質量%以下、より好ましくは5質量%以下、更に好ましくは4質量%以下、特に好ましくは3質量%以下である。
割合が上記範囲未満では、電池のサイクル特性や高温保存特性を向上させるという効果を十分に発揮できない可能性があり、上記範囲を超える場合は、高温保存時にガス発生量が増大したり、低温での放電特性が低下することがある。
非水系電解液がモノフルオロリン酸塩および/またはジフルオロリン酸塩を含有する場合、非水系電解液中におけるその割合は、好ましくは0.001質量%以上、より好ましくは0.01質量%以上、更に好ましくは0.1質量%以上、特に好ましくは0.2質量%以上であり、好ましくは5質量%以下、より好ましくは3質量%以下、更に好ましくは2質量%以下である。
上記割合が上記範囲未満では、電池のサイクル特性や高温保存特性を向上させるという効果を十分に発揮できない可能性があり、上記範囲を超える場合は、電解液に溶解しにくくなり、効果が飽和する傾向がある。
従来公知の過充電防止剤としては、ビフェニル、2−メチルビフェニル、2−エチルビフェニル等のアルキルビフェニル、ターフェニル、ターフェニルの部分水素化体、シクロペンチルベンゼン、シクロヘキシルベンゼン、シス−1−プロピル−4−フェニルシクロヘキサン、トランス−1−プロピル−4−フェニルシクロヘキサン、シス−1−ブチル−4−フェニルシクロヘキサン、トランス−1−ブチル−4−フェニルシクロヘキサン、t−ブチルベンゼン、t−アミルベンゼン、ジフェニルエーテル、ジベンゾフラン、メチルフェニルカーボネート、エチルフェニルカーボネート、ジフェニルカーボネート、トリフェニルホスフェート、トリス(2−t−ブチルフェニル)ホスフェート、トリス(3−t−ブチルフェニル)ホスフェート、トリス(4−t−ブチルフェニル)ホスフェート、トリス(2−t−アミルフェニル)ホスフェート、トリス(3−t−アミルフェニル)ホスフェート、トリス(4−t−アミルフェニル)ホスフェート、トリス(2−シクロヘキシルフェニル)ホスフェート、トリス(3−シクロヘキシルフェニル)ホスフェート、トリス(4−シクロヘキシルフェニル)ホスフェート等の芳香族化合物;2−フルオロビフェニル、3−フルオロビフェニル、4−フルオロビフェニル、4,4’−ジフルオロビフェニル、2,4−ジフルオロビフェニル、o−シクロヘキシルフルオロベンゼン、p−シクロヘキシルフルオロベンゼン等の上記芳香族化合物の部分フッ素化物;2,4−ジフルオロアニソール、2,5−ジフルオロアニソール、2,6−ジフルオロアニソール、3,5−ジフルオロアニソール等の含フッ素アニソール化合物等が挙げられる。
これらの中でもビフェニル、2−メチルビフェニル等のアルキルビフェニル、ターフェニル、ターフェニルの部分水素化体、シクロペンチルベンゼン、シクロヘキシルベンゼン、シス−1−プロピル−4−フェニルシクロヘキサン、トランス−1−プロピル−4−フェニルシクロヘキサン、シス−1−ブチル−4−フェニルシクロヘキサン、トランス−1−ブチル−4−フェニルシクロヘキサン、t−ブチルベンゼン、t−アミルベンゼン、ジフェニルエーテル、ジベンゾフラン、メチルフェニルカーボネート、ジフェニルカーボネート、トリフェニルホスフェート、トリス(4−t−ブチルフェニル)ホスフェート、トリス(4−シクロヘキシルフェニル)ホスフェート等の芳香族化合物;2−フルオロビフェニル、3−フルオロビフェニル、4−フルオロビフェニル、4,4’−ジフルオロビフェニル、o−シクロヘキシルフルオロベンゼン、p−シクロヘキシルフルオロベンゼン等の上記芳香族化合物の部分フッ素化物が好ましく、ターフェニルの部分水素化体、シクロペンチルベンゼン、シクロヘキシルベンゼン、シス−1−プロピル−4−フェニルシクロヘキサン、トランス−1−プロピル−4−フェニルシクロヘキサン、シス−1−ブチル−4−フェニルシクロヘキサン、トランス−1−ブチル−4−フェニルシクロヘキサン、t−ブチルベンゼン、t−アミルベンゼン、メチルフェニルカーボネート、ジフェニルカーボネート、トリフェニルホスフェート、トリス(4−t−ブチルフェニル)ホスフェート、トリス(4−シクロヘキシルフェニル)ホスフェート、o−シクロヘキシルフルオロベンゼン、p−シクロヘキシルフルオロベンゼンがより好ましく、ターフェニルの部分水素化体及びシクロヘキシルベンゼンが特に好ましい。
これらは2種以上併用して用いてもよい。2種以上併用する場合は、特に、ターフェニルの部分水素化体やシクロヘキシルベンゼンとt−ブチルベンゼンやt−アミルベンゼンとの組み合わせや、ビフェニル、アルキルビフェニル、ターフェニル、ターフェニルの部分水素化体、シクロヘキシルベンゼン、t−ブチルベンゼン、t−アミルベンゼン等の酸素を含有しない芳香族化合物から選ばれるものと、ジフェニルエーテル、ジベンゾフラン等の含酸素芳香族化合物から選ばれるものとを併用するのが過充電防止特性と高温保存特性のバランスの点から好ましい。
非水系電解液中におけるこれらの過充電防止剤の含有割合は、好ましくは0.1質量%以上、より好ましくは0.2質量%以上、更に好ましくは0.3質量%以上、特に好ましくは0.5質量%以上であり、好ましくは5質量%以下、より好ましくは3質量%以下、更に好ましくは2質量%以下である。濃度が低すぎると所望する過充電防止剤の効果がほとんど発現しない場合がある。逆に濃度が高すぎると高温保存特性等の電池の特性が低下する傾向がある。
他の助剤としては、エリスリタンカーボネート、スピロ−ビス−ジメチレンカーボネート、メトキシエチル−メチルカーボネート、メトキシエチル−エチルカーボネート、エトキシエチル−メチルカーボネート、エトキシエチル−エチルカーボネート等のカーボネート化合物;無水コハク酸、無水グルタル酸、無水マレイン酸、無水イタコン酸、無水シトラコン酸、無水グルタコン酸、無水ジグリコール酸、シクロヘキサンジカルボン酸無水物、シクロペンタンテトラカルボン酸二無水物及びフェニルコハク酸無水物等のカルボン酸無水物;コハク酸ジメチル、コハク酸ジエチル、コハク酸ジアリル、マレイン酸ジメチル、マレイン酸ジエチル、マレイン酸ジアリル、マレイン酸ジプロピル、マレイン酸ジブチル、マレイン酸ビス(トリフルオロメチル)、マレイン酸ビス(ペンタフルオロエチル)、マレイン酸ビス(2,2,2−トリフルオロエチル)等のジカルボン酸ジエステル化合物;2,4,8,10−テトラオキサスピロ[5.5]ウンデカン、3,9−ジビニル−2,4,8,10−テトラオキサスピロ[5.5]ウンデカン等のスピロ化合物;エチレンサルファイト、プロピレンサルファイト、1,3−プロパンスルトン、1,4−ブタンスルトン、1,3−プロペンスルトン、1,4−ブテンスルトン、メチルメタンスルホネート、エチルメタンスルホネート、メチル−メトキシメタンスルホネート、メチル−2−メトキシエタンスルホネート、ブスルファン、ジエチレングリコールジメタンスルホネート、1,2−エタンジオールビス(2,2,2−トリフルオロエタンスルホネート)、1,4−ブタンジオールビス(2,2,2−トリフルオロエタンスルホネート)、スルホラン、3−スルホレン、2−スルホレン、ジメチルスルホン、ジエチルスルホン、ジビニルスルホン、ジフェニルスルホン、ビス(メチルスルホニル)メタン、ビス(メチルスルホニル)エタン、ビス(エチルスルホニル)メタン、ビス(エチルスルホニル)エタン、ビス(ビニルスルホニル)メタン、ビス(ビニルスルホニル)エタン、N,N−ジメチルメタンスルホンアミド、N,N−ジエチルメタンスルホンアミド、N,N−ジメチルトリフルオロメタンスルホンアミド、N,N−ジエチルトリフルオロメタンスルホンアミド等の含硫黄化合物;1−メチル−2−ピロリジノン、1−メチル−2−ピペリドン、3−メチル−2−オキサゾリジノン、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン及びN−メチルスクシイミド等の含窒素化合物;ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、シクロヘプタン、メチルシクロヘキサン、エチルシクロヘキサン、プロピルシクロヘキサン、n−ブチルシクロヘキサン、t−ブチルシクロヘキサン、ジシクロヘキシル等の炭化水素化合物;フルオロベンゼン、ジフルオロベンゼン、ペンタフルオロベンゼン、ヘキサフルオロベンゼン等のフッ化ベンゼン;2−フルオロトルエン、3−フルオロトルエン、4−フルオロトルエン、ベンゾトリフルオライド等のフッ化トルエン;アセトニトリル、プロピオニトリル、ブチロニトリル、マロノニトリル、スクシノニトリル、グルタロニトリル、アジポニトリル、ピメロニトリル等のニトリル化合物;メチルジメチルホスフィネート、エチルジメチルホスフィネート、エチルジエチルホスフィネート、トリメチルホスホノフォルメート、トリエチルホスホノフォルメート、トリメチルホスホノアセテート、トリエチルホスホノアセテート、トリメチル−3−ホスホノプロピオネート、トリエチル−3−ホスホノプロピオネート等の含リン化合物等が挙げられる。これらの中で、高温保存後の電池特性向上の点からエチレンサルファイト、1,3−プロパンスルトン、1,4−ブタンスルトン、1,3−プロペンスルトン、1,4−ブテンスルトン、ブスルファン、1,4−ブタンジオールビス(2,2,2−トリフルオロエタンスルホネート)等の含硫黄化合物;アセトニトリル、プロピオニトリル、ブチロニトリル、マロノニトリル、スクシノニトリル、グルタロニトリル、アジポニトリル、ピメロニトリル等のニトリル化合物が好ましい。
これらは2種以上併用して用いてもよい。
非水系電解液中におけるこれらの助剤の含有割合は、特に制限はないが、好ましくは0.01質量%以上、より好ましくは0.1質量%以上、更に好ましくは0.2質量%以上であり、好ましくは8質量%以下、より好ましくは5質量%以下、更に好ましくは3質量%以下、特に好ましくは1質量%以下である。これらの助剤を添加することは、高温保存後の容量維持特性やサイクル特性を向上させる点で好ましい。この下限より低濃度では助剤の効果がほとんど発現しない場合がある。また、逆に濃度が高すぎると高負荷放電特性等の電池の特性が低下する場合がある。
(電解液の調製)
本発明に係る非水系電解液は、非水溶媒に、電解質、一般式(I)で表される化合物、必要に応じて他の化合物を溶解することにより調製することができる。非水系電解液の調製に際しては、各原料は、電解液とした場合の水分を低減させるため予め脱水しておくのが好ましい。好ましくは50ppm以下、より好ましくは30ppm以下、更に好ましくは10ppm以下までそれぞれ脱水するのがよい。また、電解液調製後に、脱水、脱酸処理等を実施してもよい。
本発明の非水系電解液は、非水系電解液電池の中でも二次電池用、即ち非水系電解液二次電池、例えばリチウム二次電池用の非水系電解液として用いるのに好適である。以下、本発明の非水系電解液を用いた非水系電解液二次電池について説明する。
<非水系電解液二次電池>
本発明の非水系電解液二次電池は、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な負極及び正極、並びに非水系電解液を含む非水系電解液電池であって、該非水系電解液が上記本発明の非水系電解液であることを特徴とするものである。
(電池構成)
本発明に係る非水系電解液二次電池は、上記本発明の非水系電解液を用いて作製される以外は従来公知の非水系電解液二次電池と同様、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な負極及び正極、並びに非水系電解液を含む非水系電解液電池であり、通常、正極と負極とを上記本発明の非水系電解液が含浸されている多孔膜を介してケースに収納することで得られる。従って、本発明の非水系電解液二次電池の形状は特に制限されるものではなく、円筒型、角型、ラミネート型、コイン型、大型等のいずれであってもよい。
(負極活物質)
負極活物質としては、リチウムイオンを吸蔵・放出可能なものであれば特に制限はない。その具体例としては、炭素質材料、合金系材料、リチウム含有金属複合酸化物材料等が挙げられる。
これらの負極活物質は、単独で用いても、2種以上を混合して用いてもよい。中でも好ましいものは炭素質材料、合金系材料である。
炭素質材料のなかでは、非晶質炭素材料、黒鉛、黒鉛の表面を黒鉛に比べて非晶質の炭素で被覆したものが好ましく、特に、黒鉛や黒鉛の表面を黒鉛に比べて非晶質の炭素で被覆したものが、一般にエネルギー密度が高く、好ましい。
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。また、学振法によるX線回折で求めた結晶子サイズ(Lc)は、好ましくは10nm以上、より好ましくは50nm以上、更に好ましくは100nm以上である。灰分は、好ましくは1質量%以下、より好ましくは0.5質量%以下、更に好ましくは0.1質量%以下である。
黒鉛の表面を非晶質の炭素で被覆したものとして好ましいのは、X線回折における格子面(002面)のd値が0.335〜0.338nmである黒鉛を核材とし、その表面に該核材よりもX線回折における格子面(002面)のd値が大きい炭素質材料が付着しており、かつ核材と核材よりもX線回折における格子面(002面)のd値が大きい炭素質材料との割合が質量比で99/1〜80/20であるものである。これを用いると、高い容量で、かつ電解液と反応しにくい負極を製造することができる。
炭素質材料の粒径は、レーザー回折・散乱法によるメジアン径で、好ましくは1μm以上、より好ましくは3μm以上、更に好ましくは5μm以上、特に好ましくは7μm以上であり、好ましくは100μm以下、より好ましくは50μm以下、更に好ましくは40μm以下、特に好ましくは30μm以下である。
炭素質材料のBET法による比表面積は、好ましくは0.3m /g以上、より好ましくは0.5m /g以上、更に好ましくは0.7m /g以上、特に好ましくは0.8m /g以上であり、好ましくは25.0m /g以下、より好ましくは20.0m /g以下、更に好ましくは15.0m /g以下、特に好ましくは10.0m /g以下である。
また、炭素質材料は、アルゴンイオンレーザー光を用いたラマンスペクトルで分析し、1570〜1620cm−1の範囲にあるピークPのピーク強度をI、1300〜140cm−1の範囲にあるピークPのピーク強度をIとした場合、IとIの比で表されるR値(=I/I)が、0.01〜0.7の範囲であるものが好ましい。また、1570〜1620cm−1の範囲にあるピークの半値幅が、26cm−1以下、特に25cm−1以下であるものが好ましい。
合金系材料としては、リチウムを吸蔵・放出可能であれば特に限定はされず、リチウム合金を形成する単体金属及び合金、又はそれらの酸化物、炭化物、窒化物、珪化物、硫化物、リン化物等の化合物のいずれであってもよい。好ましくはリチウム合金を形成する単体金属及び合金を含む材料であり、13族及び14族の金属・半金属元素(即ち炭素を除く)を含む材料あることがより好ましく、更にはアルミニウム、ケイ素、及びスズ(これらを以下「特定金属元素」という場合がある)の単体金属、及びこれらの元素を含む合金又は化合物である事が好ましい。
特定金属元素から選ばれる少なくとも1種の元素を有する負極活物質の例としては、何れか1種の特定金属元素の金属単体、2種以上の特定金属元素からなる合金、1種又は2種以上の特定金属元素とその他の1種又は2種以上の金属元素とからなる合金、並びに、1種又は2種以上の特定金属元素を含有する化合物、及びその化合物の酸化物、炭化物、窒化物、珪化物、硫化物、リン化物等の複合化合物が挙げられる。負極活物質としてこれらの金属単体、合金又は金属化合物を用いることで、電池の高容量化が可能である。
また、これらの複合化合物が、金属単体、合金、又は非金属元素等の数種の元素と複雑に結合した化合物も例として挙げることができる。より具体的には、例えばケイ素やスズでは、これらの元素と負極として動作しない金属との合金を用いることができる。また例えばスズでは、スズとケイ素以外で負極として作用する金属と、更に負極として動作しない金属と、非金属元素との組み合わせで5〜6種の元素を含むような複雑な化合物も用いることができる。
これらの負極活物質の中でも、電池にしたときに単位質量当りの容量が大きいことから、何れか1種の特定金属元素の金属単体、2種以上の特定金属元素の合金、特定金属元素の酸化物や炭化物、窒化物等が好ましく、特に、ケイ素及び/又はスズの金属単体、合金、酸化物や炭化物、窒化物等が、単位質量当りの容量が大きく好ましい。
また、金属単体又は合金を用いるよりは単位質量当りの容量には劣るものの、サイクル特性に優れることから、ケイ素及び/又はスズを含有する以下の化合物も好ましい。
・ケイ素及び/又はスズと酸素との元素比が好ましくは0.5以上、より好ましくは0.7以上、更に好ましくは0.9以上であり、また、好ましくは1.5以下、より好ましくは1.3以下、更に好ましくは1.1以下であるケイ素及び/又はスズの酸化物。
・ケイ素及び/又はスズと窒素との元素比が好ましくは0.5以上、より好ましくは0.7以上、更に好ましくは0.9以上であり、また、好ましくは1.5以下、より好ましくは1.3以下、更に好ましくは1.1以下であるケイ素及び/又はスズの窒化物。
・ケイ素及び/又はスズと炭素との元素比が好ましくは0.5以上、より好ましくは0.7以上、更に好ましくは0.9以上であり、また、好ましくは1.5以下、より好ましくは1.3以下、更に好ましくは1.1以下であるケイ素及び/又はスズの炭化物。
また、これらの合金系材料は粉末のものでも薄膜状のものでもよく、結晶質のものでもアモルファスのものでもよい。
合金系材料の平均粒径は、本願発明の効果を発現するためには、特に制限はないが、好ましくは50μm以下、より好ましくは20μm以下、更に好ましくは10μm以下、好ましくは0.1μm以上、より好ましくは1μm以上、更に好ましくは2μm以上である。粒径が大きすぎる場合、電極の膨張が大きくなり、サイクル特性が低下してしまう可能性がある。また、小さ過ぎる場合、集電が取りにくくなり、容量が十分に発現しない可能性がある。
負極活物質として用いられるリチウム含有金属複合酸化物材料としては、リチウムを吸蔵・放出可能であれば、特に限定はされないが、リチウムとチタンの複合酸化物(以下、「リチウムチタン複合酸化物」と略記する)が好ましい。
また、リチウムチタン複合酸化物のリチウムやチタンの一部が、他の金属元素、例えば、Na、K、Co、Al、Fe、Mg、Cr、Ga、Cu、Zn及びNbからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素で置換されているものも好ましい。
更に、LiTi で表されるリチウムチタン複合酸化物であり、0.7≦x≦1.5、1.5≦y≦2.3、0≦z≦1.6であることが、リチウムイオンの吸蔵・放出の際の構造が安定であることから好ましい(Mは、Na、K、Co、Al、Fe、Mg、Cr、Ga、Cu、Zn及びNbからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を表わす)。
中でも、LiTi で表されるリチウムチタン複合酸化物のZ=0の場合、x、yが以下の(a)〜(c)のいずれかを満足する場合の構造が、電池性能のバランスが良好なために好ましい。
(a)1.2≦x≦1.4、1.5≦y≦1.7、z=0
(b)0.9≦x≦1.1、1.9≦y≦2.1、z=0
(c)0.7≦x≦0.9、2.1≦y≦2.3、z=0
より好ましい代表的な組成は、(a)ではLi4/3 Ti5/3 、(b)ではLiTi 、(c)ではLi4/5 Ti11/5 である。
また、Z≠0の場合の構造については、例えば、Li4/3 Ti4/3 Al1/3 が好ましいものとして挙げられる。
(正極活物質)
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特に制限はない。リチウムと少なくとも1種の遷移金属を含有する物質が好ましく、例えば、リチウム遷移金属複合酸化物、リチウム含有遷移金属リン酸化合物が挙げられる。
リチウム遷移金属複合酸化物の遷移金属としてはV、Ti、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu等が好ましく、具体例としては、LiCoO 等のリチウム・コバルト複合酸化物、LiNiO 等のリチウム・ニッケル複合酸化物、LiMnO 、LiMn、Li MnO 等のリチウム・マンガン複合酸化物が挙げられる。また、上記リチウム遷移金属複合酸化物の主体となる遷移金属原子の一部を他の金属で置換したもの、即ち、リチウム・コバルト複合酸化物のCoの一部を、Al、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Li、Ni、Cu、Zn、Mg、Ga、Zr、Si等の他の金属で置換したもの、リチウム・ニッケル複合酸化物のNiの一部をAl、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Li、Cu、Zn、Mg、Ga、Zr、Si等の他の金属で置換したもの、リチウム・マンガン複合酸化物のMnの一部をAl、Ti、V、Cr、Fe、Co、Li、Ni、Cu、Zn、Mg、Ga、Zr、Si等の他の金属で置換したもの、等が挙げられる。リチウム遷移金属複合酸化物の主体となる遷移金属原子の一部を他の金属で置換したものの中では、LiNi1−a−b MnCo (a,bは0以上1未満の数字を表すが、a,bが共に0の場合を除く)、LiNi1−c−d−e CoAlMg (c,d,eは0以上1未満の数字を表すが、c,d,eが共に0の場合を除く)が好ましく、更にはLiNi1−a−b MnCo(0≦a<0.4、0≦b<0.4)、LiNi1−c−d−e CoAlMg (0≦c<0.3、0≦d<0.1、0≦e<0.05)が好ましく、特に、LiNi1/3 Co1/3 Mn1/3 、LiNi0.5 Co0.3 Mn0.2 、LiNi0.5
Mn0.5 、LiNi0.85Co0.10Al0.05 、LiNi0.85Co0.10Al0.03Mg0.02 が好ましい。
リチウム含有遷移金属リン酸化合物の遷移金属としては、V、Ti、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu等が好ましく、具体例としては、例えば、LiFePO 、Li(PO 、LiFeP 等のリン酸鉄類、LiCoPO 等のリン酸コバルト類が挙げられる。また、上記リチウム遷移金属リン酸化合物の主体となる遷移金属原子の一部を他の金属で置換したもの、即ち、リン酸鉄類のFeの一部をAl、Ti、V、Cr、Mn、Co、Li、Ni、Cu、Zn、Mg、Ga、Zr、Nb、Si等の他の金属で置換したもの、リン酸コバルト類のCoの一部をAl、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Li、Ni、Cu、Zn、Mg、Ga、Zr、Nb、Si等の他の金属で置換したもの、等が挙げられる。
これらの正極活物質は単独で用いても、複数を併用しても良い。
また、これら正極活物質の表面に、主体となる正極活物質を構成する物質とは異なる組成の物質(表面付着物質)が付着したものを用いることもできる。表面付着物質としては酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化ホウ素、酸化アンチモン、酸化ビスマス等の酸化物、硫酸リチウム、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、硫酸マグネシウム、硫酸カルシウム、硫酸アルミニウム等の硫酸塩、炭酸リチウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム等の炭酸塩等が挙げられる。
表面付着物質の量としては、本願発明の効果を発現するためには、特に制限はないが、正極活物質に対して質量で、好ましくは0.1ppm以上、より好ましくは1ppm以上、更に好ましくは10ppm以上、好ましくは20%以下、より好ましくは10%以下、更に好ましくは5%以下で用いられる。表面付着物質により、正極活物質表面での非水系電解液の酸化反応を抑制することができ、電池寿命を向上させることができるが、その付着量が少なすぎる場合その効果は十分に発現せず、多すぎる場合には、リチウムイオンの出入りを阻害するため抵抗が増加する場合がある。
(電極の製造)
活物質を結着する結着剤としては、電極製造時に使用する溶媒や電解液に対して安定な材料であれば、任意のものを使用することができる。例えば、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素系樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン、スチレン・ブタジエンゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム等の不飽和結合を有するポリマー、エチレン−アクリル酸共重合体、エチレン−メタクリル酸共重合体等のアクリル酸系ポリマー等が挙げられる。
電極中には、機械的強度や電気伝導度を高めるために増粘剤、導電材、充填剤等を含有させてもよい。
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、ポリビニルアルコール、酸化スターチ、リン酸化スターチ、ガゼイン等が挙げられる。
導電材としては、銅又はニッケル等の金属材料、グラファイト又はカーボンブラック等の炭素材料等が挙げられる。
電極の製造は、常法によればよい。例えば、負極又は正極活物質に、結着剤、増粘剤、導電材、溶媒等を加えてスラリー化し、これを集電体に塗布、乾燥した後に、プレスすることによって形成することができる。
また、活物質に結着剤や導電材等を加えたものをそのままロール成形してシート電極としたり、圧縮成型によりペレット電極としたり、蒸着・スパッタ・メッキ等の手法で集電体上に電極材料の薄膜を形成することもできる。
負極活物質に黒鉛を用いた場合、負極活物質層の乾燥、プレス後の密度は、好ましくは1.45g/cm 以上、より好ましくは1.55g/cm 以上、更に好ましくは1.60g/cm 以上、特に好ましくは1.65g/cm 以上、である。
また、正極活物質層の乾燥、プレス後の密度は、好ましくは2.0g/cm 以上、より好ましくは2.5g/cm以上、更に好ましくは3.0g/cm 以上である。
集電体としては各種のものが用いることができるが、通常は金属や合金が用いられる。負極の集電体としては、銅、ニッケル、ステンレス等が挙げられ、好ましいのは銅である。また、正極の集電体としては、アルミニウム、チタン、タンタル等の金属又はその合金が挙げられ、好ましいのはアルミニウム又はその合金である。
(セパレータ、外装体)
正極と負極の間には、短絡を防止するために多孔膜(セパレータ)を介在させる。この場合、電解液は多孔膜に含浸させて用いる。多孔膜の材質や形状は、電解液に安定であり、かつ保液性に優れていれば、特に制限はなく、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィンを原料とする多孔性シート又は不織布等が好ましい。
本発明に係る電池に使用する電池の外装体の材質も任意であり、ニッケルメッキを施した鉄、ステンレス、アルミニウム又はその合金、ニッケル、チタン、ラミネートフィルム等が用いられる。
上記した本発明の非水系電解液二次電池の作動電圧は通常2V〜4.9Vの範囲である。
以下に、実施例及び比較例を挙げて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は、その要旨を超えない限りこれらの実施例に限定されるものではない。
尚、下記実施例および比較例で得られた電池の各評価方法を以下に示す。
[容量評価]
シート状非水系電解液二次電池を、電極間の密着性を高めるためにガラス板で挟んだ状態で、25℃において、0.2Cに相当する定電流で4.2Vまで充電した後、0.2Cの定電流で3Vまで放電した。これを3サイクル行って電池を安定させ、4サイクル目は、0.5Cの定電流で4.2Vまで充電後、4.2Vの定電圧で電流値が0.05Cになるまで充電を実施し、0.2Cの定電流で3Vまで放電して、初期放電容量を求めた。
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、例えば、0.2Cとはその1/5の電流値を表す。
[過充電特性評価]
容量評価試験の終了した電池を、エタノール浴中に浸して体積を測定した後、45℃において、0.2Cの定電流で4.9Vまで定電流充電を行い、4.9Vに達した時点で電流をカットして、過充電試験後の電池の開回路電圧(OCV)を測定した。
次にエタノール浴中に浸して体積を測定し、過充電の前後の体積変化から発生したガス量を求めた。
過充電試験後の電池のOCVが低い方が、過充電深度が低く、過充電時の安全性が高い。
また、過充電後のガス発生量が多いほど、過充電等の異常により内圧が異常に上昇したときにこれを感知して安全弁を作動させる電池では、安全弁を早めに作動させることができるので好ましい。
また、過充電後のガス発生量と、高温連続充電時等に発生するガス量の差が大きい方が、過充電時に安全弁を確実に作動させながら、高温連続充電時等における安全弁の誤作動を防ぐことができるので好ましい。
[高温連続充電特性の評価]
容量評価試験の終了した電池を、エタノール浴中に浸して体積を測定した後、60℃において、0.5Cの定電流で定電流充電を行い、4.25Vに到達した後、定電圧充電に切り替え、1週間連続充電を行った。
連続充電試験後、電池を25℃まで冷却させた後、エタノール浴中に浸して体積を測定し、連続充電の前後の体積変化から発生したガス量を求めた。
発生ガス量の測定後、25℃において0.2Cの定電流で3Vまで放電させ、連続充電試験後の残存容量を測定し、初期放電容量に対する連続充電試験後の放電容量の割合を求め、これを連続充電試験後の残存容量(%)とした。
次に、25℃において、0.5Cの定電流で4.2Vまで充電後、4.2Vの定電圧で電流値が0.05Cになるまで充電を実施し、1Cの定電流で3Vまで放電して、連続充電試験後の1C放電容量を測定し、初期放電容量に対する連続充電試験後の1C放電容量の割合を求め、これを連続充電試験後の1C容量(%)とした。
(実施例1)
[負極の製造]
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質量部、レーザー回折・散乱法によるメジアン径が12μm、BET法による比表面積が7.5m /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から求めたR値(=I/I)が0.12、1570〜1620cm−1の範囲にあるピークの半値幅が19.9cm−1である天然黒鉛粉末94質量部とポリフッ化ビニリデン(呉羽化学社製、商品名「KF−1000」)6質量部とを混合し、N−メチル−2−ピロリドンを加えスラリー状にした。このスラリーを厚さ12μmの銅箔の片面に均一に塗布、乾燥した後、負極活物質層の密度が1.67g/cm になるようにプレスして負極とした。
[正極の製造]
LiCoO 90質量部、カーボンブラック4質量部及びポリフッ化ビニリデン(呉羽化学社製、商品名「KF−1000」)6質量部を混合し、N−メチル−2−ピロリドンを加えスラリー状にし、これを厚さ15μmのアルミニウム箔の両面に均一に塗布、乾燥した後、正極活物質層の密度が3.2g/cm になるようにプレスして正極とした。
[電解液の製造]
乾燥アルゴン雰囲気下、エチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートとジメチルカーボネートの混合物(容量比2:3:3)に、表1に示すように、非水系電解液中の含有量としてビニレンカーボネート2質量%とメタンスルホン酸(4−シクロヘキシルフェニル)1質量%を混合し、次いで十分に乾燥したLiPF を1.0モル/リットルの割合となるように溶解して電解液とした。
[非水系電解液二次電池の製造]
上記の正極、負極、及びポリエチレン製のセパレータを、負極、セパレータ、正極、セパレータ、負極の順に積層して電池要素を作製した。この電池要素をアルミニウム(厚さ40μm)の両面を樹脂層で被覆したラミネートフィルムからなる袋内に正極負極の端子を突設させながら挿入した後、上記電解液を袋内に注入し、真空封止を行い、シート状電池を作製し、過充電特性および高温連続充電特性の評価を行った。評価結果を表2に示す。
(実施例2)
実施例1の電解液において、メタンスルホン酸(4−シクロヘキシルフェニル)に代えて、表1に示すように、メタンスルホン酸(4−t−アミルフェニル)を使用した以外、実施例1と同様にしてシート状電池を作製し、過充電特性および高温連続充電特性の評価を行った。評価結果を表2に示す。
(実施例3)
エチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートとジメチルカーボネートの混合物(容量比2:3:3)に、表1に示すように、非水系電解液中の含有量としてビニレンカーボネート2質量%、ジフルオロリン酸リチウム0.5質量%及びメタンスルホン酸(4−シクロヘキシルフェニル)1質量%を混合した。次いで十分に乾燥したLiPF を1.0モル/リットルの割合となるように溶解して調製した電解液を使用した以外、実施例1と同様にしてシート状電池を作製し、過充電特性および高温連続充電特性の評価を行った。評価結果を表2に示す。
(実施例4)
実施例3の電解液において、メタンスルホン酸(4−シクロヘキシルフェニル)に代えて、表1に示すように、メタンスルホン酸(4−t−アミルフェニル)を使用した以外、実施例3と同様にしてシート状電池を作製し、過充電特性および高温連続充電特性の評価を行った。評価結果を表2に示す。
(実施例5)
エチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートとジメチルカーボネートの混合物(容量比2:3:3)に、表1に示すように、非水系電解液中の含有量としてビニレンカーボネート1質量%、フルオロエチレンカーボネート1質量%及びメタンスルホン酸(4−シクロヘキシルフェニル)1質量%を混合した。次いで十分に乾燥したLiPF を1.0モル/リットルの割合となるように溶解して調製した電解液を使用した以外、実施例1と同様にしてシート状電池を作製し、過充電特性および高温連続充電特性の評価を行った。評価結果を表2に示す。
(実施例6)
実施例1の電解液において、メタンスルホン酸(4−シクロヘキシルフェニル)に代えて、表1に示すように、エタンスルホン酸(4−シクロヘキシルフェニル)を使用した以外、実施例1と同様にしてシート状電池を作製し、過充電特性および高温連続充電特性の評価を行った。評価結果を表2に示す。
(比較例1)
エチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートとジメチルカーボネートの混合物(容量比2:3:3)に、表1に示すように、非水系電解液中の含有量としてビニレンカーボネート2質量%を混合した。次いで十分に乾燥したLiPF を1.0モル/リットルの割合となるように溶解して調製した電解液を使用した以外、実施例1と同様にしてシート状電池を作製し、過充電特性および高温連続充電特性の評価を行った。評価結果を表2に示す。
(比較例2)
実施例1の電解液において、メタンスルホン酸(4−シクロヘキシルフェニル)に代えて、表1に示すように、フェニルシクロへキサンを使用した以外、実施例1と同様にしてシート状電池を作製し、過充電特性および高温連続充電特性の評価を行った。評価結果を表2に示す。
(比較例3)
実施例1の電解液において、メタンスルホン酸(4−シクロヘキシルフェニル)に代えて、表1に示すように、メタンスルホン酸フェニルを使用した以外、実施例1と同様にしてシート状電池を作製し、過充電特性および高温連続充電特性の評価を行った。評価結果を表2に示す。
(比較例4)
実施例1の電解液において、メタンスルホン酸(4−シクロヘキシルフェニル)に代えて、表1に示すように、メタンスルホン酸(4−メチルフェニル)を使用した以外、実施例1と同様にしてシート状電池を作製し、過充電特性および高温連続充電特性の評価を行った。評価結果を表2に示す。
Figure 2011175959
Figure 2011175959
表2から明らかなように、比較例1,3,4の電池は高温連続充電後の発生ガス量、残存容量および1C放電容量には優れているが、過充電後の発生ガス量が少なく、過充電時の安全性が低い。比較例2の電池は、過充電後の発生ガス量が多く、過充電時の安全性は高いが、高温連続充電後の発生ガス量、残存容量および1C放電容量に劣る。これに対して、実施例1〜6の電池は、過充電後のガス発生量が多く、過充電時の安全性が高く、高温連続充電後のガス発生量、残存容量および1C放電容量に優れる。従って、本発明に係る非水系電解液を用いた電池は、過充電時の安全性が高く、高温連続充電特性に優れていることがわかる。
本発明の非水系電解液を用いた非水系電解液電池は、過充電時の安全性を高めながら、高容量で、高温連続充電特性に優れているため、公知の各種の用途に用いることが可能である。具体例としては、例えば、ノートパソコン、ペン入力パソコン、モバイルパソコン、電子ブックプレーヤー、携帯電話、携帯ファックス、携帯コピー、携帯プリンター、ヘッドフォンステレオ、ビデオムービー、液晶テレビ、ハンディークリーナー、ポータブルCD、ミニディスク、トランシーバー、電子手帳、電卓、メモリーカード、携帯テープレコーダー、ラジオ、バックアップ電源、モーター、自動車、バイク、原動機付自転車、自転車、照明器具、玩具、ゲーム機器、時計、電動工具、ストロボ、カメラ、負荷平準化用電源、自然エネルギー貯蔵電源等を挙げることができる。

Claims (6)

  1. 電解質及び非水溶媒を含む非水系電解液において、該非水系電解液が一般式(I)で表される化合物を含有していることを特徴とする非水系電解液。
    Figure 2011175959
    (一般式(I)中、R はフッ素原子で置換されていてもよい炭素数1〜12の炭化水素基を表し、R 〜R はそれぞれ独立して、水素原子、フッ素原子、フッ素原子で置換されていてもよい炭素数1〜12のアルキル基を表し、nは0または1の整数を表す。但し、nが0の場合、R 〜R の少なくとも一つはフッ素原子で置換されていてもよい炭素数2以上のアルキル基を表し、nが1の場合、R〜Rの少なくとも一つはフッ素原子で置換されていてもよい炭素数5以上のアルキル基を表す。)
  2. 一般式(1)中、R はメチル基、エチル基、ビニル基、フェニル基およびトリフルオロメチル基からなる群より選ばれる基を表し、R 〜R は、それぞれ独立して、水素原子又はフッ素原子で置換されていてもよい炭素数2〜6のアルキル基を表すことを特徴とする請求項1に記載の非水系電解液。
  3. 一般式(I)中、R 〜R の少なくとも一つはフッ素原子で置換されていてもよい炭素数5以上のアルキル基を表すことを特徴とする請求項1又は2に記載の非水系電解液。
  4. 非水系電解液に占める一般式(I)で表される化合物の割合が、0.001〜10質量%であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の非水系電解液。
  5. 更に、炭素−炭素不飽和結合を有する環状カーボネート化合物、フッ素原子を有する環状カーボネート化合物、モノフルオロリン酸塩およびジフルオロリン酸塩からなる群から選ばれる少なくとも一種の化合物を含有していることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の非水系電解液。
  6. リチウムイオンを吸蔵・放出可能な負極及び正極、並びに非水系電解液を含む非水系電解液電池であって、該非水系電解液が請求項1乃至5のいずれかに記載の非水系電解液であることを特徴とする非水系電解液電池。
JP2010190858A 2010-01-29 2010-08-27 非水系電解液及びそれを用いた非水系電解液電池 Active JP5565212B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010190858A JP5565212B2 (ja) 2010-01-29 2010-08-27 非水系電解液及びそれを用いた非水系電解液電池

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010019215 2010-01-29
JP2010019215 2010-01-29
JP2010190858A JP5565212B2 (ja) 2010-01-29 2010-08-27 非水系電解液及びそれを用いた非水系電解液電池

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2011175959A true JP2011175959A (ja) 2011-09-08
JP5565212B2 JP5565212B2 (ja) 2014-08-06

Family

ID=44688620

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2010190858A Active JP5565212B2 (ja) 2010-01-29 2010-08-27 非水系電解液及びそれを用いた非水系電解液電池

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5565212B2 (ja)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014192145A (ja) * 2013-03-28 2014-10-06 Fujifilm Corp 非水二次電池及び二次電池用電解液
JP2014192146A (ja) * 2013-03-28 2014-10-06 Fujifilm Corp 非水二次電池および非水二次電池用電解液
JP2017520077A (ja) * 2014-04-17 2017-07-20 ビーエーエスエフ ソシエタス・ヨーロピアBasf Se リチウムベース電池用の電解質添加剤としてのアルキルベンゾエート誘導体
WO2017130245A1 (ja) * 2016-01-25 2017-08-03 パナソニックIpマネジメント株式会社 リチウム電池
KR20190018940A (ko) * 2017-08-16 2019-02-26 삼성전자주식회사 술폰계 첨가제를 포함하는 리튬이차전지
JP2019091690A (ja) * 2017-11-15 2019-06-13 三星電子株式会社Samsung Electronics Co., Ltd. リチウム電池電解質添加剤、それを含む有機電解液、及びリチウム電池
US10468723B2 (en) 2016-01-28 2019-11-05 Samsung Sdi Co., Ltd. Electrolyte and secondary battery including the electrolyte
CN114552014A (zh) * 2022-02-25 2022-05-27 惠州锂威新能源科技有限公司 一种电解液及含有该电解液的电化学装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11126632A (ja) * 1997-08-29 1999-05-11 Alcatel Cit 有機電解質と炭素アノードを備えるリチウム蓄電池
JP2000348763A (ja) * 1999-06-07 2000-12-15 Tomiyama Pure Chemical Industries Ltd 二次電池用非水電解液
JP2006294519A (ja) * 2005-04-13 2006-10-26 Sony Corp 電解液および電池
WO2011021570A1 (ja) * 2009-08-17 2011-02-24 宇部興産株式会社 非水電解液及びそれを用いた電気化学素子
WO2011046092A1 (ja) * 2009-10-14 2011-04-21 宇部興産株式会社 リチウム二次電池及びそれに用いられる非水電解液

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11126632A (ja) * 1997-08-29 1999-05-11 Alcatel Cit 有機電解質と炭素アノードを備えるリチウム蓄電池
JP2000348763A (ja) * 1999-06-07 2000-12-15 Tomiyama Pure Chemical Industries Ltd 二次電池用非水電解液
JP2006294519A (ja) * 2005-04-13 2006-10-26 Sony Corp 電解液および電池
WO2011021570A1 (ja) * 2009-08-17 2011-02-24 宇部興産株式会社 非水電解液及びそれを用いた電気化学素子
WO2011046092A1 (ja) * 2009-10-14 2011-04-21 宇部興産株式会社 リチウム二次電池及びそれに用いられる非水電解液

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014192146A (ja) * 2013-03-28 2014-10-06 Fujifilm Corp 非水二次電池および非水二次電池用電解液
JP2014192145A (ja) * 2013-03-28 2014-10-06 Fujifilm Corp 非水二次電池及び二次電池用電解液
JP2017520077A (ja) * 2014-04-17 2017-07-20 ビーエーエスエフ ソシエタス・ヨーロピアBasf Se リチウムベース電池用の電解質添加剤としてのアルキルベンゾエート誘導体
WO2017130245A1 (ja) * 2016-01-25 2017-08-03 パナソニックIpマネジメント株式会社 リチウム電池
JPWO2017130245A1 (ja) * 2016-01-25 2018-07-19 パナソニックIpマネジメント株式会社 リチウム電池
US11211637B2 (en) 2016-01-25 2021-12-28 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Lithium battery
US10468723B2 (en) 2016-01-28 2019-11-05 Samsung Sdi Co., Ltd. Electrolyte and secondary battery including the electrolyte
KR102472907B1 (ko) * 2017-08-16 2022-12-02 삼성에스디아이 주식회사 술폰계 첨가제를 포함하는 리튬이차전지
KR20190018940A (ko) * 2017-08-16 2019-02-26 삼성전자주식회사 술폰계 첨가제를 포함하는 리튬이차전지
US11637310B2 (en) 2017-08-16 2023-04-25 Samsung Electronics Co., Ltd. Lithium secondary battery including sulfone-based additive
JP2019091690A (ja) * 2017-11-15 2019-06-13 三星電子株式会社Samsung Electronics Co., Ltd. リチウム電池電解質添加剤、それを含む有機電解液、及びリチウム電池
JP7390786B2 (ja) 2017-11-15 2023-12-04 三星電子株式会社 リチウム電池電解質添加剤、それを含む有機電解液、及びリチウム電池
CN114552014A (zh) * 2022-02-25 2022-05-27 惠州锂威新能源科技有限公司 一种电解液及含有该电解液的电化学装置

Also Published As

Publication number Publication date
JP5565212B2 (ja) 2014-08-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5223395B2 (ja) 非水系電解液電池用非水系電解液および非水系電解液電池
KR101508788B1 (ko) 비수계 전해액 및 비수계 전해액 전지
JP5589264B2 (ja) 非水系電解液及び非水系電解液電池
JP5817797B2 (ja) 非水系電解液及び非水系電解液電池
JP5338151B2 (ja) 非水系電解液及び非水系電解液電池
US20120219866A1 (en) Nonaqueous electrolytic solution and nonaqueous-electrolyte battery employing the same
JP5217200B2 (ja) 非水系電解液および非水系電解液電池
WO2009107786A1 (ja) 非水系電解液および非水系電解液電池
JP5494347B2 (ja) 非水系電解液及びそれを用いた非水系電解液二次電池
JP5471616B2 (ja) 非水系電解液及びそれを用いた非水系電解液二次電池
JP5471617B2 (ja) 非水系電解液及びそれを用いた非水系電解液二次電池
JP5565212B2 (ja) 非水系電解液及びそれを用いた非水系電解液電池
JP6107814B2 (ja) 非水系電解液及び非水系電解液電池
JP5499542B2 (ja) 非水系電解液及び非水系電解液電池
JP6064357B2 (ja) 非水系電解液及びそれを用いた非水系電解液電池
JP5978796B2 (ja) 非水系電解液及びそれを用いた非水系電解液電池
JP5348024B2 (ja) 非水系電解液及び非水系電解液電池
JP5251174B2 (ja) 非水系電解液および非水系電解液電池
JP2010113951A (ja) 非水系電解液及び非水系電解液電池
JP5651931B2 (ja) 電池用非水系電解液および非水系電解液電池
JP5842952B2 (ja) 非水系電解液及び非水系電解液電池
JP5773004B2 (ja) 非水系電解液及び非水系電解液電池
JP6024387B2 (ja) 非水系電解液及びそれを用いた非水系電解液電池
JP2012038716A (ja) 非水系電解液及び非水系電解液電池

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20130819

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20140131

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20140204

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20140404

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20140520

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20140602

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5565212

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313121

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350