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Description
「四員環以上の酸素含有環」とは、炭素鎖中の炭素原子(C)とエーテル結合中の酸素原子と非酸素原子(酸素原子以外の原子)とにより画定される形状が四角形以上の多角形になる酸素含有環である。このため、四員環である1,3−プロピレンオキシドおよび五員環であるテトラヒドロフランなどは、「四員環以上の酸素含有環」に含まれるが、三員環であるエチレンオキシドは、「四員環以上の酸素含有環」に含まれない。なお、骨格に含まれる四員環以上の酸素含有環の数および種類は、特に限定されない。このため、四員環以上の酸素含有環の数は、1つでもよいし、2つ以上でもよい。また、四員環以上の酸素含有環の種類は、1種類でもよいし、2種類以上でもよい。
「四員環以上の酸素含有環」とは、炭素鎖中の炭素原子とエーテル結合中の酸素原子と非酸素原子とにより画定される形状が四角形以上の多角形になる酸素含有環である。このため、四員環である1,3−プロピレンオキシドおよび五員環であるテトラヒドロフランなどは、「四員環以上の酸素含有環」に含まれるが、三員環であるエチレンオキシドは、「四員環以上の酸素含有環」に含まれない。
この他、骨格が1つ以上の四員環以上の酸素含有環を含む場合の具体例は、式(2−13)〜式(2−61)のそれぞれで表される化合物のうちのいずれかである。
「1価の酸素含有環状飽和炭化水素基」とは、上記した1価の環状飽和炭化水素基において、環を形成する複数の炭素原子のうちの1つまたは2つ以上が酸素原子により置換されたものである。この1価の酸素含有環状飽和炭化水素基は、例えば、式(30−2)〜式(30−4)のそれぞれで表される基などのうちのいずれかである。
なお、2つ以上のRのうちの一部が1価の鎖状不飽和炭化水素基などを含んでいる場合には、残りのRの種類は、特に限定されない。具体的には、残りのRは、水素基でもよいし、1価の鎖状飽和炭化水素基でもよいし、1価の環状飽和炭化水素基でもよいし、1価の酸素含有環状飽和炭化水素基でもよいし、それらのハロゲン化基でもよいし、それらの2種類以上が結合された1価の基でもよい。もちろん、残りのRは、炭素間多重結合がエーテル結合に結合されていない1価の鎖状不飽和炭化水素基などでもよい。
X1に関する詳細は、上記したXに関する詳細と同様であると共に、R1に関する詳細は、上記したRに関する詳細と同様である。
非水溶媒は、例えば、環状炭酸エステル、鎖状炭酸エステル、ラクトン、鎖状カルボン酸エステルおよびニトリルなどである。優れた溶解性および相溶性などが得られるからである。環状炭酸エステルは、例えば、炭酸エチレン、炭酸プロピレンおよび炭酸ブチレンなどであり、鎖状炭酸エステルは、例えば、炭酸ジメチル、炭酸ジエチル、炭酸エチルメチルおよび炭酸メチルプロピルなどである。ラクトンは、例えば、γ−ブチロラクトンおよびγ−バレロラクトンなどである。鎖状カルボン酸エステルは、例えば、酢酸メチル、酢酸エチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、酪酸メチル、イソ酪酸メチル、トリメチル酢酸メチルおよびトリメチル酢酸エチルなどである。ニトリルは、例えば、アセトニトリル、グルタロニトリル、アジポニトリル、メトキシアセトニトリルおよび3−メトキシプロピオニトリルなどである。
また、非水溶媒は、ハロゲン化炭酸エステルのいずれか1種類または2種類以上でもよい。充放電時において電極の表面に安定な保護膜が形成されるため、電解液の分解反応が抑制されるからである。このハロゲン化炭酸エステルとは、1または2以上のハロゲンを構成元素として含む環状または鎖状の炭酸エステルである。より具体的には、環状ハロゲン化炭酸エステルは、式(16)で表される化合物であると共に、鎖状ハロゲン化炭酸エステルは、式(17)で表される化合物である。R28〜R31は、同じ種類の基でもよいし、異なる種類の基でもよいし、R28〜R31のうちの一部が同じ種類の基でもよい。このことは、R32〜R37に関しても同様である。溶媒中におけるハロゲン化炭酸エステルの含有量は、特に限定されないが、例えば、0.01重量%〜50重量%である。なお、ハロゲン化炭酸エステルの具体例は、以下で説明する化合物に限られない。
さらに、非水溶媒は、酸無水物でもよい。電解液の化学的安定性がより向上するからである。この酸無水物は、例えば、カルボン酸無水物、ジスルホン酸無水物、またはカルボン酸スルホン酸無水物などである。カルボン酸無水物は、例えば、無水コハク酸、無水グルタル酸または無水マレイン酸などである。ジスルホン酸無水物は、例えば、無水エタンジスルホン酸または無水プロパンジスルホン酸などである。カルボン酸スルホン酸無水物は、例えば、無水スルホ安息香酸、無水スルホプロピオン酸または無水スルホ酪酸などである。溶媒中における酸無水物の含有量は、特に限定されないが、例えば、0.5重量%〜5重量%である。なお、酸無水物の具体例は、上記した化合物に限られない。
負極22を作製する場合には、上記した正極21とほぼ同様の手順により、負極集電体22Aに負極活物質層22Bを形成する。具体的には、負極活物質と、負正極結着剤および負極導電剤などとを混合して、負極合剤としたのち、その負極合剤を有機溶剤などに分散させて、ペースト状の負極合剤スラリーとする。続いて、負極集電体22Aの両面に負極合剤スラリーを塗布してから乾燥させて負極活物質層22Bを形成したのち、ロールプレス機などを用いて負極活物質層22Bを圧縮成型する。
第2手順では、正極33に正極リード31を取り付けると共に、負極34に負極リード32を取り付ける。続いて、セパレータ35を介して正極33および負極34を積層してから巻回させて、巻回電極体30の前駆体である巻回体を作製したのち、その最外周部に保護テープ37を貼り付ける。続いて、2枚のフィルム状の外装部材40の間に巻回体を挟み込んだのち、熱融着法などを用いて一辺の外周縁部を除いた残りの外周縁部を接着させて、袋状の外装部材40の内部に巻回体を収納する。続いて、電解液と、高分子化合物の原料であるモノマーと、重合開始剤と、必要に応じて重合禁止剤などの他の材料とを含む電解質用組成物を調製して袋状の外装部材40の内部に注入したのち、熱融着法などを用いて外装部材40を密封する。続いて、モノマーを熱重合させて、高分子化合物を形成する。これにより、ゲル状の電解質層36が形成される。
この電力貯蔵システムでは、例えば、外部電源である集中型電力系統97からスマートメータ92およびパワーハブ93を介して電源91に電力が蓄積されると共に、独立電源である自家発電機95からパワーハブ93を介して電源91に電力が蓄積される。この電源91に蓄積された電力は、制御部90の指示に応じて電気機器94および電動車両96に供給されるため、その電気機器94が稼働可能になると共に、電動車両96が充電可能になる。すなわち、電力貯蔵システムは、電源91を用いて、家屋89内における電力の蓄積および供給を可能にするシステムである。
二次電池を組み立てる場合には、正極33の正極集電体33Aにアルミニウム製の正極リード31を溶接すると共に、負極34の負極集電体34Aに銅製の負極リード32を溶接した。続いて、セパレータ35(20μm厚のポリエチレンフィルム)を介して正極33と負極34とを積層してから長手方向に巻回させて巻回電極体30を作製したのち、その最外周部に保護テープ37を貼り付けた。続いて、2枚のフィルム状の外装部材40の間に巻回電極体30を挟み込んだのち、外装部材40の3辺における外周縁部同士を熱融着して、その外装部材40を袋状にした。この外装部材40は、25μm厚のナイロンフィルムと、40μm厚のアルミニウム箔と、30μm厚のポリプロピレンフィルムとが外側からこの順に積層された耐湿性のアルミラミネートフィルムである。最後に、外装部材40の内部に電解液を注入して、その電解液をセパレータ35に含浸させたのち、減圧環境中において外装部材40の残りの1辺を熱融着した。この場合には、正極リード31および負極リード32と外装部材40との間に密着フィルム41(50μm厚の酸変性プロピレンフィルム)を挿入した。
環状エーテル化合物を用いた場合(実験例1−1〜1−44)には、その環状エーテル化合物を用いない場合(実験例1−45)と比較して、容量維持率が大幅に増加すると共に、膨れ率が大幅に減少した。なお、他の化合物を用いた場合(実験例1−46〜1−51)には、その他の化合物を用いない場合(実験例1−45)と比較して、膨れ率は減少したが、容量維持率は同等であるか、大幅に減少した。
また、本技術の二次電池用非水電解液は、二次電池に限らず、他の電気化学デバイスに適用されてもよい。この他の電気化学デバイスは、例えば、キャパシタなどである。
Claims (15)
- 正極および負極と共に非水電解液を備え、
前記非水電解液は、環状エーテル化合物を含み、
前記環状エーテル化合物は、骨格と、その骨格に導入される1または2以上の置換基とを含み、
前記骨格は、1または2以上の四員環以上の酸素含有環を含み、
前記置換基は、式(1)で表される1価の基である、
二次電池。
−X−O−R ・・・(1)
(Xは、2価の鎖状飽和炭化水素基およびそのハロゲン化基のうちのいずれかである。ただし、Xはなくてもよい。Rは、1価の鎖状飽和炭化水素基、1価の鎖状不飽和炭化水素基、1価の環状飽和炭化水素基、1価の環状不飽和炭化水素基、1価の酸素含有環状飽和炭化水素基、1価の酸素含有環状不飽和炭化水素基、それらのハロゲン化基、それらの2種類以上が結合された1価の基、および水素基のうちのいずれかである。ただし、Rのうちの少なくとも1つは、1価の鎖状不飽和炭化水素基、1価の環状不飽和炭化水素基、1価の酸素含有環状不飽和炭化水素基、それらのハロゲン化基、およびそれらの2種類以上が結合された1価の基のうちの少なくとも1種を含み、そのR中の炭素間多重結合(−C=C−または−C≡C−)は、エーテル結合(−O−)に結合されている。) - 前記1または2以上の置換基のうちの少なくとも1つは、前記骨格のうち、前記四員環以上の酸素含有環に導入されている、
請求項1記載の二次電池。 - 前記置換基の数は、2以上であり、
2以上のRのうちの全ては、1価の鎖状不飽和炭化水素基、1価の環状不飽和炭化水素基、1価の酸素含有環状不飽和炭化水素基、それらのハロゲン化基、およびそれらの2種類以上が結合された1価の基のうちの少なくとも1種を含み、
その全てのR中の炭素間多重結合は、エーテル結合に結合されている、
請求項1または請求項2に記載の二次電池。 - 前記2価の鎖状飽和炭化水素基は、炭素数=1〜4のアルキレン基であり、
前記1価の鎖状飽和炭化水素基は、炭素数=1〜8のアルキル基であり、
前記1価の鎖状不飽和炭化水素基は、炭素数=2〜8のアルケニル基、および炭素数=2〜8のアルキニル基のうちのいずれかであり、
前記1価の環状飽和炭化水素基は、炭素数=3〜18のシクロアルキル基であり、
前記1価の環状不飽和炭化水素基は、炭素数=6〜18のアリール基、および式(30−1)で表される基であり、
前記1価の酸素含有環状飽和炭化水素基は、式(30−2)〜式(30−4)のそれぞれで表される基のうちのいずれかであり、
前記1価の酸素含有環状不飽和炭化水素基は、式(30−5)〜式(30−7)のそれぞれで表される基のうちのいずれかであり、
前記ハロゲン化基は、前記2価の鎖状飽和炭化水素基、前記1価の鎖状飽和炭化水素基、前記1価の鎖状不飽和炭化水素基、前記1価の環状飽和炭化水素基、前記1価の環状不飽和炭化水素基、前記1価の酸素含有環状飽和炭化水素基、および前記1価の酸素含有環状不飽和炭化水素基のそれぞれのうちの少なくとも1つの水素基がハロゲン基により置換されたものであり、
前記ハロゲン基は、フッ素基、塩素基、臭素基およびヨウ素基のうちの少なくとも1種を含む、
請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の二次電池。
- 前記環状エーテル化合物は、式(4)〜式(6)のそれぞれで表される化合物のうちの少なくとも1種を含む、
請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載の二次電池。
- 前記環状エーテル化合物は、式(7)〜式(9)のそれぞれで表される化合物のうちの少なくとも1種を含む、
請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記載の二次電池。
- 前記電解液中における前記環状エーテル化合物の含有量は、0.01重量%〜3重量%である、
請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載の二次電池。 - リチウムイオン二次電池である、
請求項1ないし請求項8のいずれか1項に記載の二次電池。 - 環状エーテル化合物を含み、
前記環状エーテル化合物は、骨格と、その骨格に導入される1または2以上の置換基とを含み、
前記骨格は、1または2以上の四員環以上の酸素含有環を含み、
前記置換基は、式(1)で表される1価の基である、
二次電池用非水電解液。
−X−O−R ・・・(1)
(Xは、2価の鎖状飽和炭化水素基およびそのハロゲン化基のうちのいずれかである。ただし、Xはなくてもよい。Rは、1価の鎖状飽和炭化水素基、1価の鎖状不飽和炭化水素基、1価の環状飽和炭化水素基、1価の環状不飽和炭化水素基、1価の酸素含有環状飽和炭化水素基、1価の酸素含有環状不飽和炭化水素基、それらのハロゲン化基、それらの2種類以上が結合された1価の基、および水素基のうちのいずれかである。ただし、Rのうちの少なくとも1つは、1価の鎖状不飽和炭化水素基、1価の環状不飽和炭化水素基、1価の酸素含有環状不飽和炭化水素基、それらのハロゲン化基、およびそれらの2種類以上が結合された1価の基のうちの少なくとも1種を含み、そのR中の炭素間多重結合(−C=C−または−C≡C−)は、エーテル結合(−O−)に結合されている。) - 二次電池と、
その二次電池の動作を制御する制御部と、
その制御部の指示に応じて前記二次電池の動作を切り換えるスイッチ部と
を備え、
前記二次電池は、正極および負極と共に非水電解液を備え、
前記非水電解液は、環状エーテル化合物を含み、
前記環状エーテル化合物は、骨格と、その骨格に導入される1または2以上の置換基とを含み、
前記骨格は、1または2以上の四員環以上の酸素含有環を含み、
前記置換基は、式(1)で表される1価の基である、
電池パック。
−X−O−R ・・・(1)
(Xは、2価の鎖状飽和炭化水素基およびそのハロゲン化基のうちのいずれかである。ただし、Xはなくてもよい。Rは、1価の鎖状飽和炭化水素基、1価の鎖状不飽和炭化水素基、1価の環状飽和炭化水素基、1価の環状不飽和炭化水素基、1価の酸素含有環状飽和炭化水素基、1価の酸素含有環状不飽和炭化水素基、それらのハロゲン化基、それらの2種類以上が結合された1価の基、および水素基のうちのいずれかである。ただし、Rのうちの少なくとも1つは、1価の鎖状不飽和炭化水素基、1価の環状不飽和炭化水素基、1価の酸素含有環状不飽和炭化水素基、それらのハロゲン化基、およびそれらの2種類以上が結合された1価の基のうちの少なくとも1種を含み、そのR中の炭素間多重結合(−C=C−または−C≡C−)は、エーテル結合(−O−)に結合されている。) - 二次電池と、
その二次電池から供給された電力を駆動力に変換する変換部と、
その駆動力に応じて駆動する駆動部と、
前記二次電池の動作を制御する制御部と
を備え、
前記二次電池は、正極および負極と共に非水電解液を備え、
前記非水電解液は、環状エーテル化合物を含み、
前記環状エーテル化合物は、骨格と、その骨格に導入される1または2以上の置換基とを含み、
前記骨格は、1または2以上の四員環以上の酸素含有環を含み、
前記置換基は、式(1)で表される1価の基である、
電動車両。
−X−O−R ・・・(1)
(Xは、2価の鎖状飽和炭化水素基およびそのハロゲン化基のうちのいずれかである。ただし、Xはなくてもよい。Rは、1価の鎖状飽和炭化水素基、1価の鎖状不飽和炭化水素基、1価の環状飽和炭化水素基、1価の環状不飽和炭化水素基、1価の酸素含有環状飽和炭化水素基、1価の酸素含有環状不飽和炭化水素基、それらのハロゲン化基、それらの2種類以上が結合された1価の基、および水素基のうちのいずれかである。ただし、Rのうちの少なくとも1つは、1価の鎖状不飽和炭化水素基、1価の環状不飽和炭化水素基、1価の酸素含有環状不飽和炭化水素基、それらのハロゲン化基、およびそれらの2種類以上が結合された1価の基のうちの少なくとも1種を含み、そのR中の炭素間多重結合(−C=C−または−C≡C−)は、エーテル結合(−O−)に結合されている。) - 二次電池と、
その二次電池から電力を供給される1または2以上の電気機器と、
前記二次電池からの前記電気機器に対する電力供給を制御する制御部と
を備え、
前記二次電池は、正極および負極と共に非水電解液を備え、
前記非水電解液は、環状エーテル化合物を含み、
前記環状エーテル化合物は、骨格と、その骨格に導入される1または2以上の置換基とを含み、
前記骨格は、1または2以上の四員環以上の酸素含有環を含み、
前記置換基は、式(1)で表される1価の基である、
電力貯蔵システム。
−X−O−R ・・・(1)
(Xは、2価の鎖状飽和炭化水素基およびそのハロゲン化基のうちのいずれかである。ただし、Xはなくてもよい。Rは、1価の鎖状飽和炭化水素基、1価の鎖状不飽和炭化水素基、1価の環状飽和炭化水素基、1価の環状不飽和炭化水素基、1価の酸素含有環状飽和炭化水素基、1価の酸素含有環状不飽和炭化水素基、それらのハロゲン化基、それらの2種類以上が結合された1価の基、および水素基のうちのいずれかである。ただし、Rのうちの少なくとも1つは、1価の鎖状不飽和炭化水素基、1価の環状不飽和炭化水素基、1価の酸素含有環状不飽和炭化水素基、それらのハロゲン化基、およびそれらの2種類以上が結合された1価の基のうちの少なくとも1種を含み、そのR中の炭素間多重結合(−C=C−または−C≡C−)は、エーテル結合(−O−)に結合されている。) - 二次電池と、
その二次電池から電力を供給される可動部と
を備え、
前記二次電池は、正極および負極と共に非水電解液を備え、
前記非水電解液は、環状エーテル化合物を含み、
前記環状エーテル化合物は、骨格と、その骨格に導入される1または2以上の置換基とを含み、
前記骨格は、1または2以上の四員環以上の酸素含有環を含み、
前記置換基は、式(1)で表される1価の基である、
電動工具。
−X−O−R ・・・(1)
(Xは、2価の鎖状飽和炭化水素基およびそのハロゲン化基のうちのいずれかである。ただし、Xはなくてもよい。Rは、1価の鎖状飽和炭化水素基、1価の鎖状不飽和炭化水素基、1価の環状飽和炭化水素基、1価の環状不飽和炭化水素基、1価の酸素含有環状飽和炭化水素基、1価の酸素含有環状不飽和炭化水素基、それらのハロゲン化基、それらの2種類以上が結合された1価の基、および水素基のうちのいずれかである。ただし、Rのうちの少なくとも1つは、1価の鎖状不飽和炭化水素基、1価の環状不飽和炭化水素基、1価の酸素含有環状不飽和炭化水素基、それらのハロゲン化基、およびそれらの2種類以上が結合された1価の基のうちの少なくとも1種を含み、そのR中の炭素間多重結合(−C=C−または−C≡C−)は、エーテル結合(−O−)に結合されている。) - 二次電池を電力供給源として備え、
前記二次電池は、正極および負極と共に非水電解液を備え、
前記非水電解液は、環状エーテル化合物を含み、
前記環状エーテル化合物は、骨格と、その骨格に導入される1または2以上の置換基とを含み、
前記骨格は、1または2以上の四員環以上の酸素含有環を含み、
前記置換基は、式(1)で表される1価の基である、
電子機器。
−X−O−R ・・・(1)
(Xは、2価の鎖状飽和炭化水素基およびそのハロゲン化基のうちのいずれかである。ただし、Xはなくてもよい。Rは、1価の鎖状飽和炭化水素基、1価の鎖状不飽和炭化水素基、1価の環状飽和炭化水素基、1価の環状不飽和炭化水素基、1価の酸素含有環状飽和炭化水素基、1価の酸素含有環状不飽和炭化水素基、それらのハロゲン化基、それらの2種類以上が結合された1価の基、および水素基のうちのいずれかである。ただし、Rのうちの少なくとも1つは、1価の鎖状不飽和炭化水素基、1価の環状不飽和炭化水素基、1価の酸素含有環状不飽和炭化水素基、それらのハロゲン化基、およびそれらの2種類以上が結合された1価の基のうちの少なくとも1種を含み、そのR中の炭素間多重結合(−C=C−または−C≡C−)は、エーテル結合(−O−)に結合されている。)
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