JP2012216539A - リチウムイオン二次電池及びリチウムイオン二次電池用非水電解液 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】正極、負極、並びに、非水溶媒及び電解質塩を含む非水電解液を備えるリチウムイオン二次電池であって、
前記非水溶媒が、一般式(1):
Rf1−O−Rf2 (1)
(式中、Rf1及びRf2は同じか又は異なり、炭素数1〜10のアルキル基又は炭素数1〜10のフルオロアルキル基;ただし、Rf1及びRf2の少なくとも一方はフルオロアルキル基)で示される含フッ素エーテルを含有し、かつ、
下記(I)、(II)で示される化合物を、前記含フッ素エーテルに対して合計で5000ppm以下含有することを特徴とする、リチウムイオン二次電池である。
(I)含フッ素不飽和化合物
(II)一般式(2):
Rf1OH (2)
(式中、Rf1は前記同様)
で示される水酸基含有化合物。
【選択図】なし
Description
前記非水溶媒が、一般式(1):
Rf1−O−Rf2 (1)
(式中、Rf1及びRf2は同じか又は異なり、炭素数1〜10のアルキル基又は炭素数1〜10のフルオロアルキル基;ただし、Rf1及びRf2の少なくとも一方はフルオロアルキル基)で示される含フッ素エーテルを含有し、かつ、
下記(I)、(II)で示される化合物を、前記含フッ素エーテルに対して合計で5000ppm以下含有することを特徴とする、リチウムイオン二次電池に関する。
(I)含フッ素不飽和化合物
(II)一般式(2):
Rf1OH (2)
(式中、Rf1は前記同様)
で示される水酸基含有化合物。
含フッ素不飽和化合物(I)が、
(I−1)CF2=CFCH2OCF2CF2H、及び、
(I−2)HCF2CF=CHOCF2CF2H
であり、
水酸基含有化合物(II)が、
(II−1)HCF2CF2CH2OH
であることが好ましい。
含フッ素不飽和化合物(I)が、
(I−3)CF2=CFCH2OCF2CFHCF3、
(I−4)HCF2CF2CH2OCF=CFCF3、
(I−5)HCF2CF2CH2OCF2CF=CF2、及び、
(I−6)HCF2CF=CHOCF2CFHCF3
であり、
水酸基含有化合物(II)が、
(II−1)HCF2CF2CH2OH
であることが好ましい。
前記非水溶媒が、一般式(1):
Rf1−O−Rf2 (1)
(式中、Rf1及びRf2は同じか又は異なり、炭素数1〜10のアルキル基又は炭素数1〜10のフルオロアルキル基;ただし、Rf1及びRf2の少なくとも一方はフルオロアルキル基)で示される含フッ素エーテルを含有し、かつ、
下記、(I)、(II)で示される化合物を、前記含フッ素エーテルに対して合計で5000ppm以下含有することを特徴とするリチウムイオン二次電池用非水電解液に関する。
(I)含フッ素不飽和化合物
(II)一般式(2):
Rf1OH (2)
(式中、Rf1は前記同様)
で示される水酸基含有化合物。
前記非水溶媒が、一般式(1):
Rf1−O−Rf2 (1)
(式中、Rf1及びRf2は同じか又は異なり、炭素数1〜10のアルキル基又は炭素数1〜10のフルオロアルキル基;ただし、Rf1及びRf2の少なくとも一方はフルオロアルキル基)で示される含フッ素エーテルを含有し、かつ、
下記(I)、(II)で示される化合物を、前記含フッ素エーテルに対して合計で5000ppm以下含有することを特徴とするものである。
(I)含フッ素不飽和化合物
(II)一般式(2):
Rf1OH (2)
(式中、Rf1は前記同様)
で示される水酸基含有化合物。
Rf1OH (2)
で示されるものである。ここで、Rf1としては、一般式(1)と同様のものを挙げることができ、水酸基含有化合物(II)として具体的には、(II−1)HCF2CF2CH2OHを挙げることができる。
化合物(I)、(II)の含有量の上限値としては、前記含フッ素エーテルに対して合計で3500ppmであることが好ましく、2000ppmであることがより好ましい。化合物(I)、(II)の合計量の下限値としては、例えば、100ppmである。下限値としては、好ましくは300ppmであり、より好ましくは500ppmである。
前記非水溶媒が、一般式(1):
Rf1−O−Rf2 (1)
(式中、Rf1及びRf2は同じか又は異なり、炭素数1〜10のアルキル基又は炭素数1〜10のフルオロアルキル基;ただし、Rf1及びRf2の少なくとも一方はフルオロアルキル基)で示される含フッ素エーテルを含有し、かつ、
下記(I)、(II)で示される化合物を、前記含フッ素エーテルに対して合計で5000ppm以下含有することを特徴とする、リチウムイオン二次電池用非水電解液に関する。
(I)含フッ素不飽和化合物
(II)一般式(2):
Rf1OH (2)
(式中、Rf1は前記同様)
で示される水酸基含有化合物。
NMR法:BRUKER社製のAC−300を使用。
19F−NMR:
測定条件:282MHz(トリクロロフルオロメタン=0ppm)
1H−NMR:
測定条件:300MHz(テトラメチルシラン=0ppm)
ガスクロマトグラフィ(GC)法:(株)島津製作所製のGC−17Aを使用。
カラム:DB624(Length 60m、I.D. 0.32mm、Film 1.8μm)
測定限界:0.001%
ステンレススチール製の6Lオートクレーブの系内を真空状態にし、水酸化カリウム 401g(7.15モル)、水 1604mL、含フッ素アルキルアルコールとして、2,2,3,3−テトラフルオロ−1−プロパノール:HCF2CF2CH2OH(沸点109℃、比重1.4)1716g(13モル)を注入した後、室温で真空−窒素置換を20回行った。系内を真空にした後、テトラフルオロエチレン(TFE)を0.1MPaとなるように満たし、反応系内が85℃になるよう加熱した。内温が85℃に達してから、反応圧が0.5〜0.8MPaを保つようにTFEを少しずつ加えていった。系内温は75〜95℃を保つように調節した。
ミキサー−セトラー型抽出装置:(塔高3300mm、内径200mm)
段数:24段
撹拌速度:285rpm
重液供給速度:160kg/hr
軽液:純水
軽液供給速度:100kg/hr
処理温度:27℃
処理時間:0.01時間
ステンレススチール製の3Lオートクレーブの系内を真空状態にし、水酸化カリウム 84g(1.35モル)、水800ml、含フッ素アルキルアルコールとして、2,2,3,3−テトラフルオロ−1−プロパノール:HCF2CF2CH2OH(沸点109℃、比重1.4)600g(4.5モル)を注入した後、室温で真空−窒素置換を20回行った。系内を真空にした後、ヘキサフルオロプロペン:CF2=CFCF3 681g(4.5モル)を0.1MPaとなるように満たし、反応系内が85℃になるよう加熱した。内温が85℃に達してから、反応圧が0.5〜0.8MPaを保つようにCF2=CFCF3を少しずつ加えていった。系内温は91〜111℃を保つように調節した。
ミキサー−セトラー型抽出装置:(塔高3300mm、内径200mm)
段数:24段
撹拌速度:285rpm
重液供給速度:160kg/hr
軽液:純水
軽液供給速度:100kg/hr
処理温度:27℃
処理時間:0.01時間
乾燥アルゴン雰囲気下、エチレンカーボネート及びエチルメチルカーボネートの混合物(容量比3:7)97重量部に、HCF2CF2CH2OCF2CF2Hの精留液C 3重量部を添加し、次いで十分に乾燥したLiPF6を1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。
LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2とカーボンブラックとポリフッ化ビニリデン(呉羽化学(株)製、商品名:KF−7200)を92/3/5(質量%比)で混合した正極活物質をN−メチル−2−ピロリドンに分散してスラリー状とした正極合剤スラリーを準備した。アルミ集電体上に、得られた正極合剤スラリーを均一に塗布し、乾燥して正極合剤層(厚さ50μm)を形成し、その後、ローラプレス機により圧縮成形して、正極積層体を製造した。正極積層体を打ち抜き機で直径1.6mmの大きさに打ち抜き、円状の正極を作製した。
コイン型リチウムイオン二次電池について、つぎの要領で高電圧でのサイクル特性と高温保存特性を調べた。
充電:0.5C、4.3Vにて充電電流が1/10Cになるまでを保持(CC・CV充電)
放電:0.5C 3.0Vcut(CC放電)
サイクル特性については、上記の充放電条件(1.0Cで所定の電圧にて充電電流が1/10Cになるまで充電し1C相当の電流で3.0Vまで放電する)で行う充放電サイクルを1サイクルとし、5サイクル後の放電容量と100サイクル後の放電容量を測定する。サイクル特性は、つぎの計算式で求められた値を容量維持率の値とする。その結果を表3に示す。
高温保存特性については上記の充放電条件(1.0Cで所定の電圧にて充電電流が1/10Cになるまで充電し1C相当の電流で3.0Vまで放電する)により充放電を行い、放電容量を調べた。その後、再度上記の充電条件で充電をし、85℃の恒温槽の中に1日保存した。保存後の電池を25℃において、上記の放電条件で放電終止電圧3Vまで放電させて残存容量を測定し、更に上記の充電条件で充電した後、上記の放電条件での定電流で放電終止電圧3Vまで放電を行って回復容量を測定した。保存前の放電容量を100とした場合の回復容量を表3に示す。
HCF2CF2CH2OCF2CF2Hの精留液Cを、HCF2CF2CH2OCF2CF2Hの精留液Bにした以外は実施例1と同様にして電池を作製し試験を行った。
HCF2CF2CH2OCF2CF2Hの精留液Cを、HCF2CF2CH2OCF2CFHCF3の精留Fにした以外は実施例1と同様にして電池を作製し試験を行った。
HCF2CF2CH2OCF2CF2Hの精留液Cを、HCF2CF2CH2OCF2CFHCF3の精留液Eにした以外は実施例1と同様にして電池を作製し試験を行った。
HCF2CF2CH2OCF2CF2Hの精留液Cを、含フッ素エーテル粗液1にした以外は実施例1と同様にして電池を作製し試験を行った。
HCF2CF2CH2OCF2CF2Hの精留液Cを、HCF2CF2CH2OCF2CF2Hの精留液Aにした以外は実施例1と同様にして電池を作製し試験を行った。
HCF2CF2CH2OCF2CF2Hの精留液Cを、HCF2CF2CH2OCF2CF2Hの精留液Cに化合物(I−1)を7000ppmの割合で添加したものにした以外は実施例1と同様にして電池を作製し試験を行った。
HCF2CF2CH2OCF2CF2Hの精留液Cを、HCF2CF2CH2OCF2CF2Hの精留液Cに化合物(II−1)を7000ppmの割合で添加したものにした以外は実施例1と同様にして電池を作製し試験を行った。
HCF2CF2CH2OCF2CF2Hの精留液Cを、含フッ素エーテル粗液2にした以外は実施例1と同様にして電池を作製し試験を行った。
HCF2CF2CH2OCF2CF2Hの精留液Cを、HCF2CF2CH2OCF2CFHCF3の精留液Dにした以外は実施例1と同様にして電池を作製し試験を行った。
HCF2CF2CH2OCF2CF2Hの精留液Cを、HCF2CF2CH2OCF2CFHCF3の精留液Fに化合物(I−3)を7000ppmの割合で添加したものにした以外は実施例1と同様にして電池を作製し試験を行った。
HCF2CF2CH2OCF2CF2Hの精留液Cを、HCF2CF2CH2OCF2CFHCF3の精留液Fに化合物(I−4)を7000ppmの割合で添加したものにした以外は実施例1と同様にして電池を作製し試験を行った。
HCF2CF2CH2OCF2CF2Hの精留液Cを、HCF2CF2CH2OCF2CFHCF3の精留液Fに化合物(I−5)を7000ppmの割合で添加したものにした以外は実施例1と同様にして電池を作製し試験を行った。
HCF2CF2CH2OCF2CF2Hの精留液Cを、HCF2CF2CH2OCF2CFHCF3の精留液Fに化合物(I−6)を7000ppmの割合で添加したものにした以外は実施例1と同様にして電池を作製し試験を行った。
Claims (5)
- 正極、負極、並びに、非水溶媒及び電解質塩を含む非水電解液を備えるリチウムイオン二次電池であって、
前記非水溶媒が、一般式(1):
Rf1−O−Rf2 (1)
(式中、Rf1及びRf2は同じか又は異なり、炭素数1〜10のアルキル基又は炭素数1〜10のフルオロアルキル基;ただし、Rf1及びRf2の少なくとも一方はフルオロアルキル基)で示される含フッ素エーテルを含有し、かつ、
下記(I)、(II)で示される化合物を、前記含フッ素エーテルに対して合計で5000ppm以下含有することを特徴とする、リチウムイオン二次電池。
(I)含フッ素不飽和化合物
(II)一般式(2):
Rf1OH (2)
(式中、Rf1は前記同様)
で示される水酸基含有化合物。 - 一般式(1)で示される含フッ素エーテルが、HCF2CF2CH2OCF2CF2Hであり、
含フッ素不飽和化合物(I)が、
(I−1)CF2=CFCH2OCF2CF2H、及び、
(I−2)HCF2CF=CHOCF2CF2H
であり、
水酸基含有化合物(II)が、
(II−1)HCF2CF2CH2OH
である請求項1記載のリチウムイオン二次電池。 - 一般式(1)で示される含フッ素エーテルが、HCF2CF2CH2OCF2CFHCF3であり、
含フッ素不飽和化合物(I)が、
(I−3)CF2=CFCH2OCF2CFHCF3、
(I−4)HCF2CF2CH2OCF=CFCF3、
(I−5)HCF2CF2CH2OCF2CF=CF2、及び、
(I−6)HCF2CF=CHOCF2CFHCF3
であり、
水酸基含有化合物(II)が、
(II−1)HCF2CF2CH2OH
である請求項1記載のリチウムイオン二次電池。 - 一般式(1)で示される含フッ素エーテルの含有量が、非水溶媒中0.01〜90重量%である請求項1〜3のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池。
- 非水溶媒、及び、電解質塩を含むリチウムイオン二次電池用非水電解液であって、
前記非水溶媒が、一般式(1):
Rf1−O−Rf2 (1)
(式中、Rf1及びRf2は同じか又は異なり、炭素数1〜10のアルキル基又は炭素数1〜10のフルオロアルキル基;ただし、Rf1及びRf2の少なくとも一方はフルオロアルキル基)で示される含フッ素エーテルを含有し、かつ、
下記(I)、(II)で示される化合物を、前記含フッ素エーテルに対して合計で5000ppm以下含有することを特徴とする、リチウムイオン二次電池用非水電解液。
(I)含フッ素不飽和化合物
(II)一般式(2):
Rf1OH (2)
(式中、Rf1は前記同様)
で示される水酸基含有化合物。
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