JP2012216544A - 電気化学デバイス及び電気化学デバイス用非水電解液 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明は、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電気化学デバイスであって、前記非水溶媒が、一般式(1):
RfOCOOR (1)
(式中、Rfは炭素数1〜4の含フッ素アルキル基であり、Rは炭素数1〜4のアルキル基である)で示される含フッ素鎖状カーボネートを含有し、かつ、下記(I)〜(III)で示される化合物を、前記含フッ素鎖状カーボネートに対して合計で5000ppm以下含有することを特徴とする、電気化学デバイスである。
(I)一般式(2):
RfOH (2)
(式中、Rfは前記同様である)で示される化合物、
(II)一般式(3):
ROH (3)
(式中、Rは前記同様である)で示される化合物、
(III)一般式(4):
ROCOCl (4)
(式中、Rは前記同様である)で示される化合物。
【選択図】なし
Description
前記非水溶媒が、一般式(1):
RfOCOOR (1)
(式中、Rfは炭素数1〜4の含フッ素アルキル基であり、Rは炭素数1〜4のアルキル基である)で示される含フッ素鎖状カーボネートを含有し、かつ、
下記(I)〜(III)で示される化合物を、前記含フッ素鎖状カーボネートに対して合計で5000ppm以下含有することを特徴とする、電気化学デバイスに関する。
(I)一般式(2):
RfOH (2)
(式中、Rfは前記同様である)で示される化合物、
(II)一般式(3):
ROH (3)
(式中、Rは前記同様である)で示される化合物、
(III)一般式(4):
ROCOCl (4)
(式中、Rは前記同様である)で示される化合物。
前記非水溶媒が、一般式(1):
RfOCOOR (1)
(式中、Rfは炭素数1〜4の含フッ素アルキル基であり、Rは炭素数1〜4のアルキル基である)で示される含フッ素鎖状カーボネートを含有し、かつ、
下記(I)〜(III)で示される化合物を、前記含フッ素鎖状カーボネートに対して合計で5000ppm以下含有することを特徴とする、電気化学デバイス用非水電解液に関する。
(I)一般式(2):
RfOH (2)
(式中、Rfは前記同様である)で示される化合物、
(II)一般式(3):
ROH (3)
(式中、Rは前記同様である)で示される化合物、
(III)一般式(4):
ROCOCl (4)
(式中、Rは前記同様である)で示される化合物。
RfOCOOR (1−1)
(式中、RfはCF3CH2−であり、Rは−CH3、又は、−CH2CH3である)で示される含フッ素鎖状カーボネートであって、
下記(I)〜(III)で示される化合物を、合計で5000ppm以下含有する含フッ素鎖状カーボネートに関する。
(I)一般式(2−1):
RfOH (2−1)
(式中、Rfは前記同様である)で示される化合物、
(II)一般式(3−1):
ROH (3−1)
(式中、Rは前記同様である)で示される化合物、
(III)一般式(4−1):
ROCOCl (4−1)
(式中、Rは前記同様である)で示される化合物。
前記非水溶媒が、一般式(1):
RfOCOOR (1)
(式中、Rfは炭素数1〜4の含フッ素アルキル基であり、Rは炭素数1〜4のアルキル基である)で示される含フッ素鎖状カーボネートを含有し、かつ、
下記(I)〜(III)で示される化合物を、前記含フッ素鎖状カーボネートに対して合計で5000ppm以下含有することを特徴とする。
(I)一般式(2):
RfOH (2)
(式中、Rfは前記同様である)で示される化合物、
(II)一般式(3):
ROH (3)
(式中、Rは前記同様である)で示される化合物、
(III)一般式(4):
ROCOCl (4)
(式中、Rは前記同様である)で示される化合物。
一般式(1)で示される化合物の精製において、高温で蒸留を行うと、副生成物が発生する。例えば、一般式(1)で示される化合物が、CF3CH2OCO2CH3の場合、以下の反応が起こり、副生成物が発生する。
CF3CH2OCO2CH3 → CF3CH2OCO2CH2CF3
+
CH3OCO2CH3
一般式(1)で示される化合物の蒸留を減圧下で行うことにより、低温で蒸留を行うことができ、このような副生成物の発生をより抑制することができる。
この場合、蒸留の温度は、90℃以下が好ましく、70℃以下がより好ましい。
Rf1−O−Rf2 (5)
(式中、Rf1及びRf2は同じかまたは異なり、炭素数1〜10のアルキル基または炭素数1〜10のフルオロアルキル基;ただし、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することができる。但し、前記含フッ素エーテルの不純物である、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以下含有することが好ましい。
(I’)含フッ素不飽和化合物(以下、化合物(I’)ということもある)
(II’)一般式(6):
Rf1OH (6)
(式中、Rf1は前記同様)
で示される水酸基含有化合物(以下、化合物(II’)ということもある)。
Rf1OH (6)
で示されるものである。ここで、Rf1としては、一般式(5)と同様のものを挙げることができ、具体的には、(II’−1)HCF2CF2CH2OHを挙げることができる。
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
である組み合わせ、又は、
一般式(5)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
である組み合わせが好ましい。
前記非水溶媒が、一般式(1):
RfOCOOR (1)
(式中、Rfは炭素数1〜4の含フッ素アルキル基であり、Rは炭素数1〜4のアルキル基である)で示される含フッ素鎖状カーボネートを含有し、かつ、
下記(I)〜(III)で示される化合物を、前記含フッ素鎖状カーボネートに対して合計で5000ppm以下含有することを特徴とする、電気化学デバイス用非水電解液に関する。
(I)一般式(2):
RfOH (2)
(式中、Rfは前記同様である)で示される化合物、
(II)一般式(3):
ROH (3)
(式中、Rは前記同様である)で示される化合物、
(III)一般式(4):
ROCOCl (4)
(式中、Rは前記同様である)で示される化合物。
RfOCOOR (1−1)
(式中、RfはCF3CH2−であり、Rは−CH3、又は、−CH2CH3である)で示される含フッ素鎖状カーボネートであって、
下記(I)〜(III)で示される化合物を、合計で5000ppm以下含有する含フッ素鎖状カーボネートに関する。
(I)一般式(2−1):
RfOH (2−1)
(式中、Rfは前記同様である)で示される化合物、
(II)一般式(3−1):
ROH (3−1)
(式中、Rは前記同様である)で示される化合物、
(III)一般式(4−1):
ROCOCl (4−1)
(式中、Rは前記同様である)で示される化合物。
10Lの四つ口フラスコに還流管と滴下ロートを設置して反応装置を準備した。その後、氷浴下でCF3CH2OH(750g;7.5モル)とクロロギ酸メチル(708.8g;7.5モル)と溶媒としてジグライム(700mL)を加え攪拌した。その後滴下ロートを用いて、発熱に注意しながらトリエチルアミン(758.3g;7.5モル)を加えた。次第にトリエチルアミン塩酸塩が析出し反応溶液が乳白色へと変化した。
反応終了後、反応溶液を1N HCl水溶液で洗浄した。
10Lの四つ口フラスコに還流管と滴下ロートを設置して反応装置を準備した。その後、氷浴下でCF3CH2OH(750g;7.5モル)とクロロギ酸エチル(813.3g;7.5モル)と溶媒としてジグライム(1250mL)を加え攪拌した。その後滴下ロートを用いて、発熱に注意しながらトリエチルアミン(758.3g;7.5モル)を加えた。次第にトリエチルアミン塩酸塩が析出し反応溶液が乳白色へと変化した。反応終了後、反応溶液を1N HCl水溶液で洗浄した。
10Lの四つ口フラスコに還流管と滴下ロートを設置して反応装置を準備した。その後、氷浴下でCF3CH2OH(750g;7.5モル)とクロロギ酸メチル(708.8g;7.5モル)と溶媒としてジグライム(700mL)を加え攪拌した。その後滴下ロートを用いて、発熱に注意しながらトリエチルアミン(758.3g;7.5モル)を加えた。次第にトリエチルアミン塩酸塩が析出し反応溶液が乳白色へと変化した。
反応終了後、反応溶液を1N HCl水溶液で洗浄した。
乾燥アルゴン雰囲気下、エチレンカーボネートおよ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、精留CのCF3CH2OCO2CH3 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)
高電圧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。高電圧サイクル特性は、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4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、さら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4に示す。
精留CのCF3CH2OCO2CH3を精留BのCF3CH2OCO2CH3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。
精留CのCF3CH2OCO2CH3を精留FのCF3CH2OCO2C2H5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。
精留CのCF3CH2OCO2CH3を精留EのCF3CH2OCO2C2H5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。
精留CのCF3CH2OCO2CH3を精留IのCF3CH2OCO2CH3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。
精留CのCF3CH2OCO2CH3を精留AのCF3CH2OCO2CH3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。
精留CのCF3CH2OCO2CH3を、精留CのCF3CH2OCO2CH3に化合物(I−1)を10000ppm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。
精留CのCF3CH2OCO2CH3を、精留CのCF3CH2OCO2CH3に化合物(II−1)を10000ppm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。
精留CのCF3CH2OCO2CH3を、精留CのCF3CH2OCO2CH3に化合物(III−1)を10000ppm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。
精留CのCF3CH2OCO2CH3を精留DのCF3CH2OCO2C2H5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。
精留CのCF3CH2OCO2CH3を、精留FのCF3CH2OCO2C2H5に化合物(I−1)を10000ppm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。
精留CのCF3CH2OCO2CH3を、精留FのCF3CH2OCO2C2H5に化合物(II−2)を10000ppm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。
精留CのCF3CH2OCO2CH3を、精留FのCF3CH2OCO2C2H5に化合物(III−2)を10000ppm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 (6)
- 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電気化学デバイスであって、
前記非水溶媒が、一般式(1):
RfOCOOR (1)
(式中、Rfは炭素数1〜4の含フッ素アルキル基であり、Rは炭素数1〜4のアルキル基である)で示される含フッ素鎖状カーボネートを含有し、かつ、
下記(I)〜(III)で示される化合物を、前記含フッ素鎖状カーボネートに対して合計で5000ppm以下含有することを特徴とする、電気化学デバイス。
(I)一般式(2):
RfOH (2)
(式中、Rfは前記同様である)で示される化合物、
(II)一般式(3):
ROH (3)
(式中、Rは前記同様である)で示される化合物、
(III)一般式(4):
ROCOCl (4)
(式中、Rは前記同様である)で示される化合物。 - 含フッ素鎖状カーボネートが、CF3CH2OCOOCH3、又は、CF3CH2OCOOCH2CH3である請求項1記載の電気化学デバイス。
- 一般式(1)で示される含フッ素鎖状カーボネートの含有量が、非水溶媒中0.01〜90重量%である請求項1又は2記載の電気化学デバイス。
- 電気化学デバイスが、リチウムイオン二次電池である請求項1〜3のいずれかに記載の電気化学デバイス。
- 非水溶媒、及び、電解質塩を含む電気化学デバイス用非水電解液であって、
前記非水溶媒が、一般式(1):
RfOCOOR (1)
(式中、Rfは炭素数1〜4の含フッ素アルキル基であり、Rは炭素数1〜4のアルキル基である)で示される含フッ素鎖状カーボネートを含有し、かつ、
下記(I)〜(III)で示される化合物を、前記含フッ素鎖状カーボネートに対して合計で5000ppm以下含有することを特徴とする、電気化学デバイス用非水電解液。
(I)一般式(2):
RfOH (2)
(式中、Rfは前記同様である)で示される化合物、
(II)一般式(3):
ROH (3)
(式中、Rは前記同様である)で示される化合物、
(III)一般式(4):
ROCOCl (4)
(式中、Rは前記同様である)で示される化合物。 - 一般式(1−1):
RfOCOOR (1−1)
(式中、RfはCF3CH2−であり、Rは−CH3、又は、−CH2CH3である)で示される含フッ素鎖状カーボネートであって、
下記(I)〜(III)で示される化合物を、合計で5000ppm以下含有する含フッ素鎖状カーボネート。
(I)一般式(2−1):
RfOH (2−1)
(式中、Rfは前記同様である)で示される化合物、
(II)一般式(3−1):
ROH (3−1)
(式中、Rは前記同様である)で示される化合物、
(III)一般式(4−1):
ROCOCl (4−1)
(式中、Rは前記同様である)で示される化合物。
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