JP2016146238A - 非水電解液及びそれを用いたリチウムイオン二次電池 - Google Patents
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Abstract
【課題】放電レート特性に優れる非水電解液及びそれを用いたリチウムイオン二次電池の提供。【解決手段】式(I)で表されるエーテル化合物と、リチウム塩としてLiN(FSO2)2等>、LiPF6、LiBF4及びLiClO4から選ばれる少なくとも一種と、有機溶媒として炭酸エチレン及び鎖状炭酸エステルと、を含み、式(I)で表されるエーテル化合物と前記リチウム塩のモル比が0.8/1〜1.3/1であり、前記リチウム塩の濃度が0.7〜1.3モル/Lであり、前記炭酸エチレンと鎖状炭酸エステルの体積比が20/80〜45/55である非水電解液。(R1はメチル基又はエチル基;R2はメチル基、エチル基、n−プロピル基又はイソプロピル基;nは1又は2の整数)【選択図】図1
Description
本発明は、非水電解液及びそれを用いたリチウムイオン二次電池に関する。
近年、リチウムイオン電池の分野において、車載用に用いられるなどの理由から、高出力化が求められている。リチウムイオン電池の高出力化のために、リチウムイオン電池の部材である正極材、負極材、セパレータ及び電解液の改良が検討されている。
高出力化に対応可能なリチウムイオン電池として、例えば、下記特許文献1には、リチウム塩をメチルテトラグライムに溶解した非水電解液が開示されている。
しかしながら、特許文献1に記載されているようなリチウム塩をメチルテトラグライムに溶解した非水電解液は、粘度が数十mPa・secとなり、放電レート特性向上には十分でないことが予想できる。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、放電レート特性に優れる非水電解液及びそれを用いたリチウムイオン二次電池を提供することを目的とする。
本発明者は上記課題を解決するために鋭意検討した結果、電解液として特定のエーテル化合物、特定のリチウム塩、並びに炭酸エチレン及び鎖状炭酸エステルを含む組成が有効であることを見出し、本発明を完成させるに至った。即ち、前記課題を解決する本発明は以下の通りである。
(1)下記一般式(I)で表されるエーテル化合物と、リチウム塩としてLiN(FSO2)2、LiPF6、LiBF4及びLiClO4からなる群より選ばれる少なくとも一種と、有機溶媒として炭酸エチレン及び鎖状炭酸エステルと、を含む非水電解液であって、前記一般式(I)で表されるエーテル化合物と前記リチウム塩のモル比が0.8/1〜1.3/1であり、前記リチウム塩の濃度が0.7〜1.3モル/Lであり、前記炭酸エチレンと鎖状炭酸エステルの体積比が20/80〜45/55である非水電解液。
(1)下記一般式(I)で表されるエーテル化合物と、リチウム塩としてLiN(FSO2)2、LiPF6、LiBF4及びLiClO4からなる群より選ばれる少なくとも一種と、有機溶媒として炭酸エチレン及び鎖状炭酸エステルと、を含む非水電解液であって、前記一般式(I)で表されるエーテル化合物と前記リチウム塩のモル比が0.8/1〜1.3/1であり、前記リチウム塩の濃度が0.7〜1.3モル/Lであり、前記炭酸エチレンと鎖状炭酸エステルの体積比が20/80〜45/55である非水電解液。
(一般式(I)中、R1はメチル基又はエチル基を示し、R2はメチル基、エチル基、n−プロピル基又はイソプロピル基を示し、nは1又は2の整数である。)
(2)前記一般式(I)で表されるエーテル化合物が、炭素数6以下の化合物である前記(1)に記載の非水電解液。
(3)正極、負極、セパレータ、及び前記(1)又は(2)に記載の非水電解液を備えるリチウムイオン二次電池。
(2)前記一般式(I)で表されるエーテル化合物が、炭素数6以下の化合物である前記(1)に記載の非水電解液。
(3)正極、負極、セパレータ、及び前記(1)又は(2)に記載の非水電解液を備えるリチウムイオン二次電池。
本発明によれば、放電レート特性に優れる非水電解液を提供することができる。また、本発明は、このような非水電解液を用いたリチウムイオン二次電池を提供することができる。
以下、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。ただし、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
<エーテル化合物>
本実施形態のエーテル化合物は、下記一般式(I)で表される化合物であることを特徴とする。
<エーテル化合物>
本実施形態のエーテル化合物は、下記一般式(I)で表される化合物であることを特徴とする。
一般式(I)中、R1はメチル基又はエチル基を示し、R2はメチル基、エチル基、n−プロピル基又はイソプロピル基を示し、nは1又は2の整数である。
一般式(I)で表されるエーテル化合物として具体的には、1,2−ジメトキシエタン、1−エトキシ−2−メトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、1−メトキシ−2−n−プロポキシエタン、1−エトキシ−2−n−プロポキシエタン、1−イソプロポキシ−2−メトキシ−エタン、1−イソプロポキシ−2−エトキシエタン、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールエチルメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールメチル−n−プロピルエーテル、ジエチレングリコールイソプロピルメチルエーテルが挙げられる。
前記一般式(I)で表されるエーテル化合物の分子量は、放電レート特性を向上できる観点から、150以下が好ましく、135以下がより好ましい。
本発明に用いられるリチウム塩としては、LiN(FSO2)2(リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド)、LiPF6、LiBF4、LiClO4からなる群より選ばれる少なくとも一種を含むが、放電レート特性を低下させない程度にLiCF3SO3、LiN(CF3SO2)2、LiN(C2F5SO2)2等を含んでいてもよい。
サイクル特性をも向上できる観点からは、LiN(FSO2)2(リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド)、又はLiPF6が好ましい。
前記リチウム塩の非水電解液中の濃度は、0.7〜1.3モル/Lであるが、放電レート特性及びサイクル特性の観点から、0.8〜1.2モル/Lであることが好ましい。
また、前記一般式(I)で表されるエーテル化合物と前記リチウム塩のモル比は、0.8/1〜1.3/1の範囲である。具体的には、前記一般式(I)で表されるエーテル化合物のモル数をA、リチウム塩のモル数をBとすると、モル比率A/Bが、0.8≦(A/B)≦1.3である。この比率が0.8未満であると放電レート特性が低下し、電池の性能が十分に発揮できない可能性がある。この比率が1.3を超えると放電レート特性が低下し、また、リチウム塩と錯体を形成しないエーテル化合物の存在確立が増加し、初回充放電効率が低下する傾向がある。このような観点から、0.8≦(A/B)≦1.2が好ましく、0.85≦(A/B)≦1.2がより好ましく、0.9≦(A/B)≦1.1が更に好ましい。
また、前記一般式(I)で表されるエーテル化合物と前記リチウム塩のモル比は、0.8/1〜1.3/1の範囲である。具体的には、前記一般式(I)で表されるエーテル化合物のモル数をA、リチウム塩のモル数をBとすると、モル比率A/Bが、0.8≦(A/B)≦1.3である。この比率が0.8未満であると放電レート特性が低下し、電池の性能が十分に発揮できない可能性がある。この比率が1.3を超えると放電レート特性が低下し、また、リチウム塩と錯体を形成しないエーテル化合物の存在確立が増加し、初回充放電効率が低下する傾向がある。このような観点から、0.8≦(A/B)≦1.2が好ましく、0.85≦(A/B)≦1.2がより好ましく、0.9≦(A/B)≦1.1が更に好ましい。
本発明の非水電解液は、有機溶媒として、環状炭酸エステル及び鎖状炭酸エステルを含む。
前記環状炭酸エステルは、炭酸エチレンであることが好ましい。鎖状炭酸エステルとしては、例えば、炭酸ジメチル、炭酸エチルメチル、炭酸ジエチル、炭酸メチルプロピル、炭酸エチルプロピル、炭酸ジプロピル等が挙げられる。
これらの鎖状炭酸エステルは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。
炭酸エチレンの体積をC、鎖状炭酸エステルの体積をDとすると、体積比C/Dは、20/80〜45/55であるが、23/77〜42/58がより好ましい。この体積比が25/75〜45/55から外れると放電レート特性が低下し、電池の性能が十分に発揮できない可能性が有る。
本発明に用いられる鎖状炭酸エステルは前記のものであれば構わないが、鎖状炭酸エステルの含有割合40体積%以上(有機溶媒全量を基準)が、炭酸エチルメチル又は炭酸ジメチルであると好ましい。
さらには、リチウムイオン二次電池の作動が可能である環状炭酸エステル及び鎖状炭酸エステル以外の有機溶媒を含んでいてもよい。
環状炭酸エステル及び鎖状炭酸エステル以外の有機溶媒の具体例としては、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、δ−バレロラクトン、3−メチル−1,3−オキサゾリン−2−オン等のラクトン類、N−メチルホルムアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、N−メチルアセトアミド、N−メチルピロリジノン等のアミド類、炭酸プロピレン、炭酸ビニレン等のカーボネート類、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン等のイミダゾリジノン類又はこれらの各種有機溶媒の一部フッ素置換化合物、例えばフルオロエチレンカーボネート、また、1,1,2,2−テトラフルオロエチル−2,2,3,3−テトラプロピルエーテル等の含フッ素エーテル類等が挙げられる。
これらの有機溶媒は、1種単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよく、リチウムイオン二次電池の放電レート特性を著しく低下させない量を用いることができる。
本発明のリチウムイオン二次電池は、既述の本発明の非水電解液を用いてなることを特徴とし、例えば、負極と正極とをセパレータを介して対向して配置し、本発明の非水電解液を注入することにより得ることができる。
<リチウムイオン二次電池の正極>
正極は、通常、正極活物質層を設けた正極集電体である。
<リチウムイオン二次電池の正極>
正極は、通常、正極活物質層を設けた正極集電体である。
正極集電体の材料には制限はないが、正極集電体の材料としては、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼、ニッケル、チタン、タンタル等の金属材料;カーボンクロス、カーボンペーパー等の炭素材料が挙げられる。中でも金属材料、特にアルミニウムが好ましい。
正極集電体は任意の形態のものでよい。例えば、正極集電体が金属材料の場合は、金属箔、金属円柱、金属コイル、金属板、金属薄膜、エキスパンドメタル、パンチメタル、発泡メタル等が挙げられる。正極集電体が炭素材料の場合は、炭素板、炭素薄膜、炭素円柱等が挙げられる。これらのうち、金属薄膜が好ましい。なお、薄膜はメッシュ状でもよい。薄膜の厚さは任意であるが、通常1μm以上、好ましくは3μm以上、より好ましくは5μm以上、また、通常1mm以下、好ましくは100μm以下、より好ましくは50μm以下である。薄膜がこの範囲よりも薄いと、正極集電体として必要な強度が不足する場合がある。逆に、薄膜がこの範囲よりも厚いと、取り扱い性が損なわれる場合がある。
正極活物質層は、正極活物質及び結着材並びに必要に応じて正極用導電材等を含有する。
正極活物質としてはこの分野で常用されるものを使用でき、リチウム含有複合金属酸化物、オリビン型リチウム塩、カルコゲン化合物、二酸化マンガン、V2O5、MoS2、TiS、ポリアセチレン、ポリアセン、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリ(2,5−ジメルカプト−1,3,4−チアジアゾール等が挙げられる。リチウム含有複合金属酸化物は、リチウムと遷移金属とを含む金属酸化物又は該金属酸化物中の遷移金属の一部が異種元素によって置換された金属酸化物である。ここで、異種元素としては、Na、Mg、Sc、Y、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Al、Cr、Pb、Sb、B等が挙げられ、Mn、Al、Co、Ni、Mg等が好ましい。異種元素は1種でもよく、2種以上でもよい。
これらの中でも、前記正極活物質としては、リチウム含有複合金属酸化物が好ましい。
リチウム含有複合金属酸化物としては、例えば、LixCoO2、LixNiO2、LixMnO2、LixCoyNi1−yO2、LixCoyM1−yOz、LixNi1−yMyOz、LixMn2O4及びLixMn2−yMyO4(前記各式中、MはNa、Mg、Sc、Y、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Al、Cr、Pb、Sb、V及びBからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を示す。x=0〜1.2、y=0〜0.9、z=2.0〜2.3である。)が挙げられる。ここで、リチウムのモル比を示すx値は、充放電により増減する。また、オリビン型リチウム塩としては、例えば、LiFePO4が挙げられる。カルコゲン化合物としては、例えば、二硫化チタン及び二硫化モリブデンが挙げられる。正極活物質は1種を単独で使用でき又は2種以上を併用できる。
リチウム含有複合金属酸化物としては、例えば、LixCoO2、LixNiO2、LixMnO2、LixCoyNi1−yO2、LixCoyM1−yOz、LixNi1−yMyOz、LixMn2O4及びLixMn2−yMyO4(前記各式中、MはNa、Mg、Sc、Y、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Al、Cr、Pb、Sb、V及びBからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を示す。x=0〜1.2、y=0〜0.9、z=2.0〜2.3である。)が挙げられる。ここで、リチウムのモル比を示すx値は、充放電により増減する。また、オリビン型リチウム塩としては、例えば、LiFePO4が挙げられる。カルコゲン化合物としては、例えば、二硫化チタン及び二硫化モリブデンが挙げられる。正極活物質は1種を単独で使用でき又は2種以上を併用できる。
リチウム遷移金属酸化物の粒子の平均粒子径(一次粒子が凝集して二次粒子を形成している場合には二次粒子のメジアン径d50)は、次の範囲で調整可能である。範囲の下限は、1μm以上、好ましくは2μm以上、より好ましくは3μm以上であり、上限は、30μm以下、好ましくは25μm以下、より好ましくは15μm以下である。
結着材としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリメチルメタクリレート等のアクリレート系重合体、ポリイミド、芳香族ポリアミド、セルロース、ニトロセルロース等の樹脂系高分子;スチレンブタジエンゴム、アクリロニトリル−ブタジエンゴム、フッ素ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、エチレン−プロピレンゴム等のゴム状高分子;スチレン・ブタジエン・スチレンブロック共重合体又はその水素添加物、エチレン・プロピレン・ジエン三元共重合体、スチレン・エチレン・ブタジエン・エチレン共重合体、スチレン・イソプレン・スチレンブロック共重合体、又はその水素添加物等の熱可塑性エラストマー状高分子;シンジオタクチック−1,2−ポリブタジエン、ポリ酢酸ビニル、エチレン・酢酸ビニル共重合体、プロピレン・αオレフィン共重合体等の軟質樹脂状高分子;ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、フッ素化ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン・エチレン共重合体、ポリテトラフルオロエチレン・フッ化ビニリデン共重合体、等のフッ素系高分子;アルカリ金属イオン(特にリチウムイオン)のイオン伝導性を有する高分子組成物等が挙げられる。なお、これらは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の割合で併用してもよい。正極の安定性の観点からは、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン・フッ化ビニリデン共重合体等のフッ素系高分子が好ましい。スチレンブタジエンゴムやアクリレート系重合体も好適に使用できる。
結着剤の含有量は、充放電特性及びサイクル特性の観点から、正極活物質の総量に対して、0.5〜10質量%が好ましく、1〜8質量%がより好ましく、2〜7質量%がさらに好ましい。
正極用導電材に制限はないが、正極用導電材としては、例えば、銅、ニッケル等の金属材料;天然黒鉛、人造黒鉛等の黒鉛(グラファイト)、アセチレンブラック等のカーボンブラック、ニードルコークス等の無定形炭素等の炭素材料等が挙げられる。なお、これらは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の割合で併用してもよい。
前記正極用導電材を用いる場合の含有量は、充放電特性及びサイクル特性の観点から、正極活物質の総量に対して、1〜10質量%が好ましく、2〜8質量%がより好ましく、3〜7質量%が特に好ましい。
正極板は、正極集電体に正極活物質層を設けて作製してもよいし、正極集電体となる材料上に正極活物質層を設けて正極合材とし、これを適当な手段、例えば切断、で任意の形態として作製してもよい。正極活物質層を設ける方法としては、正極活物質及び結着材並びに必要に応じて正極用導電材等を乾式で混合してシート状にしたものを正極集電体に圧着する方法、又は、これらの材料をN−メチル−2−ピロリドン等の溶媒に溶解、分散させてスラリーとし、正極集電体に塗布して乾燥する方法(塗布法)が挙げられる。
塗布法の場合は、正極活物質の充填密度を上げるために、乾燥後、ハンドプレス、ロールプレス等により正極活物質層を高密度化することが好ましい。
<リチウムイオン二次電池の負極>
負極は、通常、負極活物質層を設けた負極集電体である。
<リチウムイオン二次電池の負極>
負極は、通常、負極活物質層を設けた負極集電体である。
負極集電体の材料に制限はないが、負極集電体の材料としては、銅、ニッケル、ステンレス鋼、ニッケルメッキ鋼等の金属材料が挙げられる。中でも加工し易さとコストの点から銅が負極集電体の材料として好ましい。
負極集電体は任意の形態のものでよい。例えば、負極集電体が金属材料の場合は、金属箔、金属円柱、金属コイル、金属板、金属薄膜、エキスパンドメタル、パンチングメタル、発泡メタル等が挙げられる。中でも好ましくは金属薄膜、より好ましくは銅箔であり、さらに好ましくは圧延法による圧延銅箔又は電解法による電解銅箔である。銅箔の厚さが25μmよりも薄い場合は、純銅よりも強度の高い銅合金(リン青銅、チタン銅、コルソン合金、Cu−Cr−Zr合金等)を用いることができる。
負極活物質層は、電気化学的にリチウムイオンを吸蔵放出可能な負極活物質(リチウムの挿入脱離が可能な負極活物質)及び結着材並びに必要に応じて負極用導電材等を含有する。
負極活物質としては、炭素材料、金属複合酸化物、リチウムと化合物を形成し結晶間隙に挿入されることでリチウムを吸蔵放出できる14族元素(ケイ素、ゲルマニウム、スズ等)の酸化物若しくは窒化物、リチウム金属、リチウムアルミニウム合金等のリチウム合金、スズやケイ素等のリチウムと合金形成可能な金属等が挙げられる。これらは、1種を単独で用いても、2種以上を任意の割合で併用してもよい。
炭素材料としては、天然黒鉛、天然黒鉛に乾式のCVD(Chemical Vapor Deposition)法又は湿式のスプレイ法等で被膜を形成した複合炭素材料、エポキシやフェノール等の樹脂材料又は石油・石炭由来のピッチ系材料を焼成して得られる人造黒鉛、非晶質炭素材料等が挙げられる。
負極活物質として炭素材料を用いる場合、炭素材料のレーザー回折法によって求められる平均粒子径(メジアン径d50)は、次の範囲で調整可能である。範囲の下限は、2μm以上、好ましくは3μm以上、より好ましくは4μm以上であり、上限は、50μm以下、好ましくは45μm以下、より好ましくは40μm以下である。
金属複合酸化物は、リチウムを吸蔵放出可能であれば特に制限されないが、金属成分としてチタン及び/又はリチウムを含有していることが、充放電特性、特に高速放電特性の観点から好ましい。チタン及び/又はリチウムを含有している金属複合酸化物としては、例えば、チタン酸リチウム(Li4Ti5O12)が挙げられる。
負極活物質としてチタン酸リチウムを用いる場合、チタン酸リチウムのレーザー回折法によって求められる平均粒子径(メジアン径d50)は、次の範囲で調整可能である。範囲の下限は、0.1μm以上、好ましくは0.2μm以上、より好ましくは0.3μm以上であり、上限は、50μm以下、好ましくは20μm以下、より好ましくは5μm以下である。
14族元素(ケイ素、ゲルマニウム、スズ等)の酸化物としては、酸化シリコン、酸化ゲルマニウム、酸化スズが挙げられるが、特に酸化シリコンが安定性の点で好ましい。
負極活物質として酸化シリコンを用いる場合、酸化シリコンのレーザー回折法によって求められる平均粒子径(メジアン径d50)は、次の範囲で調整可能である。範囲の下限は、0.05μm以上、好ましくは0.07μm以上、より好ましくは0.1μm以上であり、上限は、10μm以下、好ましくは8μm以下、より好ましくは7μm以下である。
酸化シリコンを炭素材料と併用する場合は,酸化シリコンの含有量は、電池容量とサイクル特性の観点から、負極活物質の総量中、0.1〜20質量%が好ましく、0.2〜15質量%がより好ましく、0.3〜12質量%であることがさらに好ましい。
負極活物質を結着する結着材としては、電解液や電極製造時に用いる溶媒に対して安定な材料であれば、特に制限はない。具体的には、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリメチルメタクリレート等のアクリレート系重合体、芳香族ポリアミド、セルロース、ニトロセルロース、カルボキシメチルセルロース等の樹脂系高分子;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、フッ素ゴム、アクリロニトリル−ブタジエンゴム、エチレン−プロピレンゴム等のゴム状高分子;スチレン・ブタジエン・スチレンブロック共重合体、又はその水素添加物;エチレン・プロピレン・ジエン三元共重合体、スチレン・エチレン・ブタジエン・スチレン共重合体、スチレン・イソプレン・スチレンブロック共重合体又はその水素添加物等の熱可塑性エラストマー状高分子;シンジオタクチック−1,2−ポリブタジエン、ポリ酢酸ビニル、エチレン・酢酸ビニル共重合体、プロピレン・αオレフィン共重合体等の軟質樹脂状高分子;ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、フッ素化ポリフッ化ビニリデン、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体等のフッ素系高分子;アルカリ金属イオン(特にリチウムイオン)のイオン伝導性を有する高分子組成物等が挙げられる。これらは、1種を単独で用いても、2種以上を任意の割合で併用してもよい。ポリフッ化ビニリデン、テトラフルオロエチレン・フッ化ビニリデン共重合体等のフッ素系高分子、スチレンブタジエンゴム、アクリレート系重合体が好ましい。
結着剤の含有量は、充放電特性及びサイクル特性の観点から、負極活物質の総量に対して、0.5〜10質量%が好ましく、1〜8質量%がより好ましく、2〜6質量%がさらに好ましい。
負極用導電材としては、例えば、天然黒鉛、人造黒鉛等の黒鉛(グラファイト)、アセチレンブラック等のカーボンブラック、ニードルコークス等の無定形炭素等の炭素材料が挙げられる。なお、これらは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の割合で併用してもよい。
前記負極用導電材を用いる場合の含有量は、充放電特性及びサイクル特性の観点から、負極活物質の総量に対して、0.3〜10質量%が好ましく、0.5〜8質量%がより好ましく、0.8〜5質量%がさらに好ましい。
負極板は、負極集電体に負極活物質層を設けて作製してもよいし、負極集電体となる材料上に負極活物質層を設けて負極合材とし、これを適当な手段、例えば切断、で任意の形態として作製してもよい。負極活物質層を設ける方法としては、負極活物質及び結着材並びに必要に応じて負極用導電材等を水等に溶解、分散させてスラリーとし、負極集電体に塗布して乾燥する方法が挙げられる。負極活物質の充填密度を上げるために、乾燥後、ハンドプレス、ロールプレス等により負極活物質層を高密度化することが好ましい。
<リチウムイオン二次電池のセパレータ>
セパレータは、公知の各種セパレータを用いることができる。具体例としては、紙セパレータ、樹脂セパレータ、ガラス繊維製セパレータ等が挙げられる。電池特性に優れる観点からは樹脂セパレータが好ましい。
<リチウムイオン二次電池のセパレータ>
セパレータは、公知の各種セパレータを用いることができる。具体例としては、紙セパレータ、樹脂セパレータ、ガラス繊維製セパレータ等が挙げられる。電池特性に優れる観点からは樹脂セパレータが好ましい。
前記樹脂セパレータは、両極間を電子的に絶縁する所定の機械的強度を有し、イオン透過度が大きく、かつ、正極に接する側における酸化性と負極側における還元性への耐性を兼ね備える樹脂が用いられる。このような樹脂としては、ポリオレフィン系が好ましい。具体的には、非水系電解液に対して安定で、保液性の優れた材料の中から選ぶのが好ましく、例えばポリプロピレン及びポリエチレンの少なくとも一つを材質として含む多孔性フィルムを用いるのが好ましい。樹脂セパレータの形態としては、薄膜形状で、孔径が0.01〜1μm、厚みが15〜50μmの多孔性フィルム等が好適に用いられる。また、樹脂セパレータの空孔率は、30〜50%が好ましく、35〜45%がより好ましい。なお、樹脂セパレータ(厚みが15〜50μmの樹脂セパレータ)は、1枚のセパレータで構成してもよく、2枚以上のセパレータを重ねて構成してもよい。
<リチウムイオン二次電池>
本発明のリチウムイオン二次電池の構造は、特に限定されないが、通常、正極および負極と、必要に応じて設けられるセパレータとを、扁平渦巻状に巻回して巻回式極板群としたり、これらを平板状として積層して積層式極板群としたりし、これら極板群を外装体中に封入した構造とするのが一般的である。
<リチウムイオン二次電池>
本発明のリチウムイオン二次電池の構造は、特に限定されないが、通常、正極および負極と、必要に応じて設けられるセパレータとを、扁平渦巻状に巻回して巻回式極板群としたり、これらを平板状として積層して積層式極板群としたりし、これら極板群を外装体中に封入した構造とするのが一般的である。
本発明のリチウムイオン二次電池は、特に限定されないが、ペーパー型電池、ボタン型電池、コイン型電池、積層型電池、円筒型電池、角型電池などとして使用される。
以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に制限するものではない。
(実施例1)
(リチウムイオン二次電池用電解液の作製)
1,2−ジメトキシエタン(関東化学株式会社製)4.51g(0.050mol)と、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(株式会社日本触媒製)9.35g(0.050mol)と、炭酸エチレン(和光純薬工業株式会社製)15.90gと、炭酸エチルメチル(和光純薬工業株式会社製)28.39gと、炭酸ビニレン(キシダ化学株式会社製)0.29gとをアルゴン雰囲気下室温で24時間攪拌し、無色透明の非水電解液(1)を得た。
(リチウムイオン二次電池用電解液の作製)
1,2−ジメトキシエタン(関東化学株式会社製)4.51g(0.050mol)と、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(株式会社日本触媒製)9.35g(0.050mol)と、炭酸エチレン(和光純薬工業株式会社製)15.90gと、炭酸エチルメチル(和光純薬工業株式会社製)28.39gと、炭酸ビニレン(キシダ化学株式会社製)0.29gとをアルゴン雰囲気下室温で24時間攪拌し、無色透明の非水電解液(1)を得た。
非水電解液(1)は、1,2−ジメトキシエタンとリチウムビス(フルオロスルホニル)イミドのモル比が1/1であり、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミドの濃度が1.0モル/Lであり、炭酸エチレンと炭酸エチルメチルの体積比が30/70である。
(リチウムイオン二次電池用正極の作製1)
正極活物質としてコバルト酸リチウム(和光純薬工業株式会社製)と、導電材(電気化学工業株式会社製「デンカブラック」)と、結着材としてポリフッ化ビニリデンと、塗工溶媒としてN−メチルピロリドン(以下、NMP)を、正極活物質:導電材:結着材:NMP=94:3:3:29(質量比)の割合で混合してペースト状にし、乾燥後に23.1mg/cm2が塗布されるよう厚さ17μmのアルミ集電箔(三菱アルミニウム株式会社製)に塗布し、105℃で乾燥させた後、圧延して合剤の密度を3.0g/cm3とし、リチウムイオン二次電池用正極電極を得た。
(コイン型リチウムイオン二次電池の作製)
コイン缶(下部)に直径14mmの円形の正極を静置し、非水電解液(1)を滴下し含浸させ、厚さ20μmのセパレータ(ポリポア株式会社製)を置き、ガスケットで固定し、非水電解液(1)を滴下後、直径16mmの円形のリチウム金属を正極と対向するように置き、スペーサーとコイン缶(上部)を置き、かしめてCR2016型(直径20mm、高さ1.6mm)のコイン型電池とした。
(リチウムイオン二次電池用正極の作製1)
正極活物質としてコバルト酸リチウム(和光純薬工業株式会社製)と、導電材(電気化学工業株式会社製「デンカブラック」)と、結着材としてポリフッ化ビニリデンと、塗工溶媒としてN−メチルピロリドン(以下、NMP)を、正極活物質:導電材:結着材:NMP=94:3:3:29(質量比)の割合で混合してペースト状にし、乾燥後に23.1mg/cm2が塗布されるよう厚さ17μmのアルミ集電箔(三菱アルミニウム株式会社製)に塗布し、105℃で乾燥させた後、圧延して合剤の密度を3.0g/cm3とし、リチウムイオン二次電池用正極電極を得た。
(コイン型リチウムイオン二次電池の作製)
コイン缶(下部)に直径14mmの円形の正極を静置し、非水電解液(1)を滴下し含浸させ、厚さ20μmのセパレータ(ポリポア株式会社製)を置き、ガスケットで固定し、非水電解液(1)を滴下後、直径16mmの円形のリチウム金属を正極と対向するように置き、スペーサーとコイン缶(上部)を置き、かしめてCR2016型(直径20mm、高さ1.6mm)のコイン型電池とした。
(比較例1)
1,2−ジメトキシエタン(関東化学株式会社製)4.51g(0.050mol)と、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(株式会社日本触媒製)9.35g(0.050mol)と、炭酸ビニレン(キシダ化学株式会社製)0.29gとをアルゴン雰囲気下室温で24時間攪拌し、無色透明の非水電解液(r1)を得た以外は、実施例1と同様に行いコイン電池を作製した。
1,2−ジメトキシエタン(関東化学株式会社製)4.51g(0.050mol)と、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(株式会社日本触媒製)9.35g(0.050mol)と、炭酸ビニレン(キシダ化学株式会社製)0.29gとをアルゴン雰囲気下室温で24時間攪拌し、無色透明の非水電解液(r1)を得た以外は、実施例1と同様に行いコイン電池を作製した。
非水電解液(r1)は、1,2−ジメトキシエタンとリチウムビス(フルオロスルホニル)イミドのモル比が1/1である。
(比較例2)
LiPF6(和光純薬工業株式会社製)7.60g(0.050mol)と、炭酸エチレン(和光純薬工業株式会社製)19.80gと、炭酸エチルメチル(和光純薬工業株式会社製)35.35gと、炭酸ビニレン(キシダ化学株式会社製)0.31gとをアルゴン雰囲気下室温で24時間攪拌し、無色透明の非水電解液(r2)を得た以外は、実施例1と同様に行いコイン電池を作製した。
(実施例2)
1−エトキシ−2−メトキシエタン(和光純薬株式会社製)5.21g(0.050mol)と、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(株式会社日本触媒製)9.35g(0.050mol)と、炭酸エチレン(和光純薬工業株式会社製)15.59gと、炭酸エチルメチル(和光純薬工業株式会社製)27.84gと、炭酸ビニレン(キシダ化学株式会社製)0.29gとをアルゴン雰囲気下室温で24時間攪拌し、無色透明の非水電解液(2)を得た以外は、実施例1と同様に行いコイン電池を作製した。
LiPF6(和光純薬工業株式会社製)7.60g(0.050mol)と、炭酸エチレン(和光純薬工業株式会社製)19.80gと、炭酸エチルメチル(和光純薬工業株式会社製)35.35gと、炭酸ビニレン(キシダ化学株式会社製)0.31gとをアルゴン雰囲気下室温で24時間攪拌し、無色透明の非水電解液(r2)を得た以外は、実施例1と同様に行いコイン電池を作製した。
(実施例2)
1−エトキシ−2−メトキシエタン(和光純薬株式会社製)5.21g(0.050mol)と、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(株式会社日本触媒製)9.35g(0.050mol)と、炭酸エチレン(和光純薬工業株式会社製)15.59gと、炭酸エチルメチル(和光純薬工業株式会社製)27.84gと、炭酸ビニレン(キシダ化学株式会社製)0.29gとをアルゴン雰囲気下室温で24時間攪拌し、無色透明の非水電解液(2)を得た以外は、実施例1と同様に行いコイン電池を作製した。
非水電解液(2)は、1−エトキシ−2−メトキシエタンとリチウムビス(フルオロスルホニル)イミドのモル比が1/1であり、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミドの濃度が1.0モル/Lであり、炭酸エチレンと炭酸エチルメチルの体積比が30/70である。
(実施例3)
1,2−ジエトキシエタン(和光純薬株式会社製)5.91g(0.050mol)と、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(株式会社日本触媒製)9.35g(0.050mol)と、炭酸エチレン(和光純薬工業株式会社製)15.32gと、炭酸エチルメチル(和光純薬工業株式会社製)27.36gと、炭酸ビニレン(キシダ化学株式会社製)0.29gとをアルゴン雰囲気下室温で24時間攪拌し、無色透明の非水電解液(3)を得た以外は、実施例1と同様に行いコイン電池を作製した。
1,2−ジエトキシエタン(和光純薬株式会社製)5.91g(0.050mol)と、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(株式会社日本触媒製)9.35g(0.050mol)と、炭酸エチレン(和光純薬工業株式会社製)15.32gと、炭酸エチルメチル(和光純薬工業株式会社製)27.36gと、炭酸ビニレン(キシダ化学株式会社製)0.29gとをアルゴン雰囲気下室温で24時間攪拌し、無色透明の非水電解液(3)を得た以外は、実施例1と同様に行いコイン電池を作製した。
非水電解液(3)は、1,2−ジエトキシエタンとリチウムビス(フルオロスルホニル)イミドのモル比が1/1であり、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミドの濃度が1.0モル/Lであり、炭酸エチレンと炭酸エチルメチルの体積比が30/70である。
(実施例4)
ジエチレングリコールジメチルエーテル(和光純薬株式会社製)6.71g(0.050mol)と、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(株式会社日本触媒製)9.35g(0.050mol)と、炭酸エチレン(和光純薬工業株式会社製)15.09gと、炭酸エチルメチル(和光純薬工業株式会社製)26.94gと、炭酸ビニレン(キシダ化学株式会社製)0.29gとをアルゴン雰囲気下室温で24時間攪拌し、無色透明の非水電解液(4)を得た以外は、実施例1と同様に行いコイン電池を作製した。
ジエチレングリコールジメチルエーテル(和光純薬株式会社製)6.71g(0.050mol)と、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(株式会社日本触媒製)9.35g(0.050mol)と、炭酸エチレン(和光純薬工業株式会社製)15.09gと、炭酸エチルメチル(和光純薬工業株式会社製)26.94gと、炭酸ビニレン(キシダ化学株式会社製)0.29gとをアルゴン雰囲気下室温で24時間攪拌し、無色透明の非水電解液(4)を得た以外は、実施例1と同様に行いコイン電池を作製した。
非水電解液(4)は、ジエチレングリコールジメチルエーテルとリチウムビス(フルオロスルホニル)イミドのモル比が1/1であり、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミドの濃度が1.0モル/Lであり、炭酸エチレンと炭酸エチルメチルの体積比が30/70である。
(実施例5)
ジエチレングリコールエチルメチルエーテル(和光純薬株式会社製)7.41g(0.050mol)と、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(株式会社日本触媒製)9.35g(0.050mol)と、炭酸エチレン(和光純薬工業株式会社製)14.72gと、炭酸エチルメチル(和光純薬工業株式会社製)26.27gと、炭酸ビニレン(キシダ化学株式会社製)0.29gとをアルゴン雰囲気下室温で24時間攪拌し、無色透明の非水電解液(5)を得た以外は、実施例1と同様に行いコイン電池を作製した。
ジエチレングリコールエチルメチルエーテル(和光純薬株式会社製)7.41g(0.050mol)と、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(株式会社日本触媒製)9.35g(0.050mol)と、炭酸エチレン(和光純薬工業株式会社製)14.72gと、炭酸エチルメチル(和光純薬工業株式会社製)26.27gと、炭酸ビニレン(キシダ化学株式会社製)0.29gとをアルゴン雰囲気下室温で24時間攪拌し、無色透明の非水電解液(5)を得た以外は、実施例1と同様に行いコイン電池を作製した。
非水電解液(5)は、ジエチレングリコールエチルメチルエーテルとリチウムビス(フルオロスルホニル)イミドのモル比が1/1であり、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミドの濃度が1.0モル/Lであり、炭酸エチレンと炭酸エチルメチルの体積比が30/70である。
(比較例3)
トリエチレングリコールジメチルエーテル(和光純薬株式会社製)8.91g(0.050mol)と、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(株式会社日本触媒製)9.35g(0.050mol)と、炭酸エチレン(和光純薬工業株式会社製)14.21gと、炭酸エチルメチル(和光純薬工業株式会社製)25.38gと、炭酸ビニレン(キシダ化学株式会社製)0.29gとをアルゴン雰囲気下室温で24時間攪拌し、無色透明の非水電解液(r3)を得た以外は、実施例1と同様に行いコイン電池を作製した。
トリエチレングリコールジメチルエーテル(和光純薬株式会社製)8.91g(0.050mol)と、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(株式会社日本触媒製)9.35g(0.050mol)と、炭酸エチレン(和光純薬工業株式会社製)14.21gと、炭酸エチルメチル(和光純薬工業株式会社製)25.38gと、炭酸ビニレン(キシダ化学株式会社製)0.29gとをアルゴン雰囲気下室温で24時間攪拌し、無色透明の非水電解液(r3)を得た以外は、実施例1と同様に行いコイン電池を作製した。
非水電解液(r3)は、トリエチレングリコールジメチルエーテルとリチウムビス(フルオロスルホニル)イミドのモル比が1/1であり、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミドの濃度が1.0モル/Lであり、炭酸エチレンと炭酸エチルメチルの体積比が30/70である。
(比較例4)
トリエチレングリコール−n−ブチルメチルエーテル(和光純薬株式会社製)11.02g(0.050mol)と、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(株式会社日本触媒製)9.35g(0.050mol)と、炭酸エチレン(和光純薬工業株式会社製)13.36gと、炭酸エチルメチル(和光純薬工業株式会社製)23.85gと、炭酸ビニレン(キシダ化学株式会社製)0.29gとをアルゴン雰囲気下室温で24時間攪拌し、無色透明の非水電解液(r4)を得た以外は、実施例1と同様に行いコイン電池を作製した。
トリエチレングリコール−n−ブチルメチルエーテル(和光純薬株式会社製)11.02g(0.050mol)と、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(株式会社日本触媒製)9.35g(0.050mol)と、炭酸エチレン(和光純薬工業株式会社製)13.36gと、炭酸エチルメチル(和光純薬工業株式会社製)23.85gと、炭酸ビニレン(キシダ化学株式会社製)0.29gとをアルゴン雰囲気下室温で24時間攪拌し、無色透明の非水電解液(r4)を得た以外は、実施例1と同様に行いコイン電池を作製した。
非水電解液(r4)は、トリエチレングリコール−n−ブチルメチルエーテルとリチウムビス(フルオロスルホニル)イミドのモル比が1/1であり、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミドの濃度が1.0モル/Lであり、炭酸エチレンと炭酸エチルメチルの体積比が30/70である。
(比較例5)
テトラエチレングリコールジメチルエーテル(和光純薬株式会社製)11.11g(0.050mol)と、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(株式会社日本触媒製)9.35g(0.050mol)と、炭酸エチレン(和光純薬工業株式会社製)13.65gと、炭酸エチルメチル(和光純薬工業株式会社製)24.38gと、炭酸ビニレン(キシダ化学株式会社製)0.29gとをアルゴン雰囲気下室温で24時間攪拌し、無色透明の非水電解液(r5)を得た以外は、実施例1と同様に行いコイン電池を作製した。
テトラエチレングリコールジメチルエーテル(和光純薬株式会社製)11.11g(0.050mol)と、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(株式会社日本触媒製)9.35g(0.050mol)と、炭酸エチレン(和光純薬工業株式会社製)13.65gと、炭酸エチルメチル(和光純薬工業株式会社製)24.38gと、炭酸ビニレン(キシダ化学株式会社製)0.29gとをアルゴン雰囲気下室温で24時間攪拌し、無色透明の非水電解液(r5)を得た以外は、実施例1と同様に行いコイン電池を作製した。
非水電解液(r5)は、テトラエチレングリコールジメチルエーテルとリチウムビス(フルオロスルホニル)イミドのモル比が1/1であり、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミドの濃度が1.0モル/Lであり、炭酸エチレンと炭酸エチルメチルの体積比が30/70である。
(比較例6)
電解液成分として用いるため、下記化学式(II)で表されるエーテル化合物を合成した。
電解液成分として用いるため、下記化学式(II)で表されるエーテル化合物を合成した。
トリフルオロエタノール(和光純薬工業株式会社製)50.02g(0.500mol)と、トリエチルアミン(和光純薬工業株式会社製)60.72g(0.600mol)と、テトラヒドロフラン(和光純薬工業株式会社製)800.00gの混合液にp−トルエンスルホン酸クロリド(和光純薬工業株式会社製)76.25g(0.400mol)を1時間かけ添加し、24時間撹拌した。生成したトリエチルアミンの塩酸塩をろ別後、反応液を濃縮し、酢酸エチルを用いて再結晶によりp−トルエンスルホン酸トリフルオロエチルを析出させ、回収後減圧乾燥した。
p−トルエンスルホン酸トリフルオロエチル63.56g(0.250mol)と、テトラエチレングリコールモノメチルエーテル(和光純薬工業株式会社製)52.06g(0.250mol)と、水酸化ナトリウム(和光純薬工業株式会社製)52.06g(0.250mol)と、アセトニトリル(和光純薬工業株式会社製)500.00gを混合し、48時間撹拌した。固形分をろ別後、カラムクロマトグラフィーにより一般式(II)で表される成分を分離し、濃縮後に減圧蒸留して一般式(II)で表されるエーテル化合物を得た。
前記化学式(II)で表されるエーテル化合物14.51g(0.050mol)と、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(株式会社日本触媒製)9.35g(0.050mol)と、炭酸エチレン(和光純薬工業株式会社製)12.95gと、炭酸エチルメチル(和光純薬工業株式会社製)23.11gと、炭酸ビニレン(キシダ化学株式会社製)0.30gとをアルゴン雰囲気下室温で24時間攪拌し、無色透明の非水電解液(r6)を得た以外は、実施例1と同様に行いコイン電池を作製した。
(比較例7)
1,3−ジメトキシプロパン(東邦化学工業株式会社製)5.21g(0.050mol)と、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(株式会社日本触媒製)9.35g(0.050mol)と、炭酸エチレン(和光純薬工業株式会社製)15.42gと、炭酸エチルメチル(和光純薬工業株式会社製)27.54gと、炭酸ビニレン(キシダ化学株式会社製)0.29gとをアルゴン雰囲気下室温で24時間攪拌し、無色透明の非水電解液(r7)を得た以外は、実施例1と同様に行いコイン電池を作製した。
1,3−ジメトキシプロパン(東邦化学工業株式会社製)5.21g(0.050mol)と、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(株式会社日本触媒製)9.35g(0.050mol)と、炭酸エチレン(和光純薬工業株式会社製)15.42gと、炭酸エチルメチル(和光純薬工業株式会社製)27.54gと、炭酸ビニレン(キシダ化学株式会社製)0.29gとをアルゴン雰囲気下室温で24時間攪拌し、無色透明の非水電解液(r7)を得た以外は、実施例1と同様に行いコイン電池を作製した。
非水電解液(r7)は、1,3−ジメトキシプロパンとリチウムビス(フルオロスルホニル)イミドのモル比が1/1であり、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミドの濃度が1.0モル/Lであり、炭酸エチレンと炭酸エチルメチルの体積比が30/70である。
(実施例6)
1,2−ジメトキシエタン(関東化学株式会社製)4.51g(0.050mol)と、LiPF6(和光純薬工業株式会社製)7.60g(0.050mol)と、炭酸エチレン(和光純薬工業株式会社製)16.28gと、炭酸エチルメチル(和光純薬工業株式会社製)29.06gと、炭酸ビニレン(キシダ化学株式会社製)0.29gとをアルゴン雰囲気下室温で24時間攪拌し、無色透明の非水電解液(6)を得た以外は、実施例1と同様に行いコイン電池を作製した。
1,2−ジメトキシエタン(関東化学株式会社製)4.51g(0.050mol)と、LiPF6(和光純薬工業株式会社製)7.60g(0.050mol)と、炭酸エチレン(和光純薬工業株式会社製)16.28gと、炭酸エチルメチル(和光純薬工業株式会社製)29.06gと、炭酸ビニレン(キシダ化学株式会社製)0.29gとをアルゴン雰囲気下室温で24時間攪拌し、無色透明の非水電解液(6)を得た以外は、実施例1と同様に行いコイン電池を作製した。
非水電解液(6)は、1,2−ジメトキシエタンとLiPF6のモル比が1/1であり、LiPF6の濃度が1.0モル/Lであり、炭酸エチレンと炭酸エチルメチルの体積比が30/70である。
(実施例7)
1,2−ジメトキシエタン(関東化学株式会社製)4.51g(0.050mol)と、LiBF4(和光純薬工業株式会社製)4.69g(0.050mol)と、炭酸エチレン(和光純薬工業株式会社製)16.90gと、炭酸エチルメチル(和光純薬工業株式会社製)30.18gと、炭酸ビニレン(キシダ化学株式会社製)0.28gとをアルゴン雰囲気下室温で24時間攪拌し、無色透明の非水電解液(7)を得た以外は、実施例1と同様に行いコイン電池を作製した。
1,2−ジメトキシエタン(関東化学株式会社製)4.51g(0.050mol)と、LiBF4(和光純薬工業株式会社製)4.69g(0.050mol)と、炭酸エチレン(和光純薬工業株式会社製)16.90gと、炭酸エチルメチル(和光純薬工業株式会社製)30.18gと、炭酸ビニレン(キシダ化学株式会社製)0.28gとをアルゴン雰囲気下室温で24時間攪拌し、無色透明の非水電解液(7)を得た以外は、実施例1と同様に行いコイン電池を作製した。
非水電解液(7)は、1,2−ジメトキシエタンとLiBF4のモル比が1/1であり、LiBF4の濃度が1.0モル/Lであり、炭酸エチレンと炭酸エチルメチルの体積比が30/70である。
(実施例8)
1,2−ジメトキシエタン(関東化学株式会社製)4.51g(0.050mol)と、LiClO4(和光純薬工業株式会社製)5.32g(0.050mol)と、炭酸エチレン(和光純薬工業株式会社製)16.74gと、炭酸エチルメチル(和光純薬工業株式会社製)29.89gと、炭酸ビニレン(キシダ化学株式会社製)0.28gとをアルゴン雰囲気下室温で24時間攪拌し、無色透明の非水電解液(8)を得た以外は、実施例1と同様に行いコイン電池を作製した。
1,2−ジメトキシエタン(関東化学株式会社製)4.51g(0.050mol)と、LiClO4(和光純薬工業株式会社製)5.32g(0.050mol)と、炭酸エチレン(和光純薬工業株式会社製)16.74gと、炭酸エチルメチル(和光純薬工業株式会社製)29.89gと、炭酸ビニレン(キシダ化学株式会社製)0.28gとをアルゴン雰囲気下室温で24時間攪拌し、無色透明の非水電解液(8)を得た以外は、実施例1と同様に行いコイン電池を作製した。
非水電解液(8)は、1,2−ジメトキシエタンとLiClO4のモル比が1/1であり、LiClO4の濃度が1.0モル/Lであり、炭酸エチレンと炭酸エチルメチルの体積比が30/70である。
(比較例8)
1,2−ジメトキシエタン(関東化学株式会社製)4.51g(0.050mol)と、LiCF3SO3(和光純薬工業株式会社製)7.84g(0.050mol)と、炭酸エチレン(和光純薬工業株式会社製)16.27gと、炭酸エチルメチル(和光純薬工業株式会社製)29.05gと、炭酸ビニレン(キシダ化学株式会社製)0.29gとをアルゴン雰囲気下室温で24時間攪拌し、無色透明の非水電解液(r8)を得た以外は、実施例1と同様に行いコイン電池を作製した。
1,2−ジメトキシエタン(関東化学株式会社製)4.51g(0.050mol)と、LiCF3SO3(和光純薬工業株式会社製)7.84g(0.050mol)と、炭酸エチレン(和光純薬工業株式会社製)16.27gと、炭酸エチルメチル(和光純薬工業株式会社製)29.05gと、炭酸ビニレン(キシダ化学株式会社製)0.29gとをアルゴン雰囲気下室温で24時間攪拌し、無色透明の非水電解液(r8)を得た以外は、実施例1と同様に行いコイン電池を作製した。
非水電解液(r8)は、1,2−ジメトキシエタンとLiCF3SO3のモル比が1/1であり、LiCF3SO3の濃度が1.0モル/Lであり、炭酸エチレンと炭酸エチルメチルの体積比が30/70である。
(比較例9)
1,2−ジメトキシエタン(関東化学株式会社製)4.51g(0.050mol)と、LiN(CF3SO2)2(キシダ化学株式会社製)14.35g(0.050mol)と、炭酸エチレン(和光純薬工業株式会社製)14.68gと、炭酸エチルメチル(和光純薬工業株式会社製)26.22gと、炭酸ビニレン(キシダ化学株式会社製)0.30gとをアルゴン雰囲気下室温で24時間攪拌し、無色透明の非水電解液(r9)を得た以外は、実施例1と同様に行いコイン電池を作製した。
1,2−ジメトキシエタン(関東化学株式会社製)4.51g(0.050mol)と、LiN(CF3SO2)2(キシダ化学株式会社製)14.35g(0.050mol)と、炭酸エチレン(和光純薬工業株式会社製)14.68gと、炭酸エチルメチル(和光純薬工業株式会社製)26.22gと、炭酸ビニレン(キシダ化学株式会社製)0.30gとをアルゴン雰囲気下室温で24時間攪拌し、無色透明の非水電解液(r9)を得た以外は、実施例1と同様に行いコイン電池を作製した。
非水電解液(r9)は、1,2−ジメトキシエタンとLiN(CF3SO2)2のモル比が1/1であり、LiN(CF3SO2)2の濃度が1.0モル/Lであり、炭酸エチレンと炭酸エチルメチルの体積比が30/70である。
(実施例9)
1,2−ジメトキシエタン(関東化学株式会社製)4.51g(0.050mol)と、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(株式会社日本触媒製)4.68g(0.025mol)と、LiPF6(和光純薬工業株式会社製)3.80g(0.025mol)と、炭酸エチレン(和光純薬工業株式会社製)16.09gと、炭酸エチルメチル(和光純薬工業株式会社製)28.73gと、炭酸ビニレン(キシダ化学株式会社製)0.29gとをアルゴン雰囲気下室温で24時間攪拌し、無色透明の非水電解液(9)を得た以外は、実施例1と同様に行いコイン電池を作製した。
1,2−ジメトキシエタン(関東化学株式会社製)4.51g(0.050mol)と、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(株式会社日本触媒製)4.68g(0.025mol)と、LiPF6(和光純薬工業株式会社製)3.80g(0.025mol)と、炭酸エチレン(和光純薬工業株式会社製)16.09gと、炭酸エチルメチル(和光純薬工業株式会社製)28.73gと、炭酸ビニレン(キシダ化学株式会社製)0.29gとをアルゴン雰囲気下室温で24時間攪拌し、無色透明の非水電解液(9)を得た以外は、実施例1と同様に行いコイン電池を作製した。
非水電解液(9)は、1,2−ジメトキシエタンと、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミドとLiPF6の合計のモル比が1/1であり、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミドとLiPF6の合計の濃度が1.0モル/Lであり、炭酸エチレンと炭酸エチルメチルの体積比が30/70である。また、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミドとLiPF6のモル比は1/1である。
(実施例10)
1,2−ジメトキシエタン(関東化学株式会社製)4.51g(0.050mol)と、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(株式会社日本触媒製)0.94g(0.005mol)と、LiPF6(和光純薬工業株式会社製)6.84g(0.045mol)と、炭酸エチレン(和光純薬工業株式会社製)16.24gと、炭酸エチルメチル(和光純薬工業株式会社製)28.99gと、炭酸ビニレン(キシダ化学株式会社製)0.29gとをアルゴン雰囲気下室温で24時間攪拌し、無色透明の非水電解液(10)を得た以外は、実施例1と同様に行いコイン電池を作製した。
1,2−ジメトキシエタン(関東化学株式会社製)4.51g(0.050mol)と、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(株式会社日本触媒製)0.94g(0.005mol)と、LiPF6(和光純薬工業株式会社製)6.84g(0.045mol)と、炭酸エチレン(和光純薬工業株式会社製)16.24gと、炭酸エチルメチル(和光純薬工業株式会社製)28.99gと、炭酸ビニレン(キシダ化学株式会社製)0.29gとをアルゴン雰囲気下室温で24時間攪拌し、無色透明の非水電解液(10)を得た以外は、実施例1と同様に行いコイン電池を作製した。
非水電解液(10)は、1,2−ジメトキシエタンと、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミドとLiPF6の合計のモル比が1/1であり、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミドとLiPF6の合計の濃度が1.0モル/Lであり、炭酸エチレンと炭酸エチルメチルの体積比が30/70である。また、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミドとLiPF6のモル比は1/9である。
(実施例11)
1,2−ジメトキシエタン(関東化学株式会社製)3.60g(0.040mol)と、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(株式会社日本触媒製)9.35g(0.050mol)と、炭酸エチレン(和光純薬工業株式会社製)16.68gと、炭酸エチルメチル(和光純薬工業株式会社製)29.78gと、炭酸ビニレン(キシダ化学株式会社製)0.30gとをアルゴン雰囲気下室温で24時間攪拌し、無色透明の非水電解液(11)を得た以外は、実施例1と同様に行いコイン電池を作製した。
1,2−ジメトキシエタン(関東化学株式会社製)3.60g(0.040mol)と、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(株式会社日本触媒製)9.35g(0.050mol)と、炭酸エチレン(和光純薬工業株式会社製)16.68gと、炭酸エチルメチル(和光純薬工業株式会社製)29.78gと、炭酸ビニレン(キシダ化学株式会社製)0.30gとをアルゴン雰囲気下室温で24時間攪拌し、無色透明の非水電解液(11)を得た以外は、実施例1と同様に行いコイン電池を作製した。
非水電解液(11)は、1,2−ジメトキシエタンとリチウムビス(フルオロスルホニル)イミドのモル比が0.8/1であり、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミドの濃度が1.0モル/Lであり、炭酸エチレンと炭酸エチルメチルの体積比が30/70である。
(実施例12)
1,2−ジメトキシエタン(関東化学株式会社製)5.41g(0.060mol)と、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(株式会社日本触媒製)9.35g(0.050mol)と、炭酸エチレン(和光純薬工業株式会社製)15.49gと、炭酸エチルメチル(和光純薬工業株式会社製)27.65gと、炭酸ビニレン(キシダ化学株式会社製)0.29gとをアルゴン雰囲気下室温で24時間攪拌し、無色透明の非水電解液(12)を得た以外は、実施例1と同様に行いコイン電池を作製した。
1,2−ジメトキシエタン(関東化学株式会社製)5.41g(0.060mol)と、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(株式会社日本触媒製)9.35g(0.050mol)と、炭酸エチレン(和光純薬工業株式会社製)15.49gと、炭酸エチルメチル(和光純薬工業株式会社製)27.65gと、炭酸ビニレン(キシダ化学株式会社製)0.29gとをアルゴン雰囲気下室温で24時間攪拌し、無色透明の非水電解液(12)を得た以外は、実施例1と同様に行いコイン電池を作製した。
非水電解液(12)は、1,2−ジメトキシエタンとリチウムビス(フルオロスルホニル)イミドのモル比が1.2/1であり、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミドの濃度が1.0モル/Lであり、炭酸エチレンと炭酸エチルメチルの体積比が30/70である。
(比較例10)
1,2−ジメトキシエタン(関東化学株式会社製)3.15g(0.035mol)と、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(株式会社日本触媒製)9.35g(0.050mol)と、炭酸エチレン(和光純薬工業株式会社製)17.07gと、炭酸エチルメチル(和光純薬工業株式会社製)30.48gと、炭酸ビニレン(キシダ化学株式会社製)0.30gとをアルゴン雰囲気下室温で24時間攪拌し、無色透明の非水電解液(r10)を得た以外は、実施例1と同様に行いコイン電池を作製した。
1,2−ジメトキシエタン(関東化学株式会社製)3.15g(0.035mol)と、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(株式会社日本触媒製)9.35g(0.050mol)と、炭酸エチレン(和光純薬工業株式会社製)17.07gと、炭酸エチルメチル(和光純薬工業株式会社製)30.48gと、炭酸ビニレン(キシダ化学株式会社製)0.30gとをアルゴン雰囲気下室温で24時間攪拌し、無色透明の非水電解液(r10)を得た以外は、実施例1と同様に行いコイン電池を作製した。
非水電解液(r10)は、1,2−ジメトキシエタンとリチウムビス(フルオロスルホニル)イミドのモル比が0.7/1であり、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミドの濃度が1.0モル/Lであり、炭酸エチレンと炭酸エチルメチルの体積比が30/70である。
(比較例11)
1,2−ジメトキシエタン(関東化学株式会社製)6.31g(0.070mol)と、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(株式会社日本触媒製)9.35g(0.050mol)と、炭酸エチレン(和光純薬工業株式会社製)14.67gと、炭酸エチルメチル(和光純薬工業株式会社製)26.18gと、炭酸ビニレン(キシダ化学株式会社製)0.29gとをアルゴン雰囲気下室温で24時間攪拌し、無色透明の非水電解液(r11)を得た以外は、実施例1と同様に行いコイン電池を作製した。
1,2−ジメトキシエタン(関東化学株式会社製)6.31g(0.070mol)と、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(株式会社日本触媒製)9.35g(0.050mol)と、炭酸エチレン(和光純薬工業株式会社製)14.67gと、炭酸エチルメチル(和光純薬工業株式会社製)26.18gと、炭酸ビニレン(キシダ化学株式会社製)0.29gとをアルゴン雰囲気下室温で24時間攪拌し、無色透明の非水電解液(r11)を得た以外は、実施例1と同様に行いコイン電池を作製した。
非水電解液(r11)は、1,2−ジメトキシエタンとリチウムビス(フルオロスルホニル)イミドのモル比が1.4/1であり、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミドの濃度が1.0モル/Lであり、炭酸エチレンと炭酸エチルメチルの体積比が30/70である。
(実施例13)
1,2−ジメトキシエタン(関東化学株式会社製)3.15g(0.035mol)と、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(株式会社日本触媒製)6.55g(0.035mol)と、炭酸エチレン(和光純薬工業株式会社製)17.07gと、炭酸エチルメチル(和光純薬工業株式会社製)30.48gと、炭酸ビニレン(キシダ化学株式会社製)0.29gとをアルゴン雰囲気下室温で24時間攪拌し、無色透明の非水電解液(13)を得た以外は、実施例1と同様に行いコイン電池を作製した。
1,2−ジメトキシエタン(関東化学株式会社製)3.15g(0.035mol)と、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(株式会社日本触媒製)6.55g(0.035mol)と、炭酸エチレン(和光純薬工業株式会社製)17.07gと、炭酸エチルメチル(和光純薬工業株式会社製)30.48gと、炭酸ビニレン(キシダ化学株式会社製)0.29gとをアルゴン雰囲気下室温で24時間攪拌し、無色透明の非水電解液(13)を得た以外は、実施例1と同様に行いコイン電池を作製した。
非水電解液(13)は、1,2−ジメトキシエタンとリチウムビス(フルオロスルホニル)イミドのモル比が1/1であり、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミドの濃度が0.7モル/Lであり、炭酸エチレンと炭酸エチルメチルの体積比が30/70である。
(実施例14)
1,2−ジメトキシエタン(関東化学株式会社製)5.86g(0.065mol)と、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(株式会社日本触媒製)12.16g(0.065mol)と、炭酸エチレン(和光純薬工業株式会社製)14.73gと、炭酸エチルメチル(和光純薬工業株式会社製)26.30gと、炭酸ビニレン(キシダ化学株式会社製)0.30gとをアルゴン雰囲気下室温で24時間攪拌し、無色透明の非水電解液(14)を得た以外は、実施例1と同様に行いコイン電池を作製した。
1,2−ジメトキシエタン(関東化学株式会社製)5.86g(0.065mol)と、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(株式会社日本触媒製)12.16g(0.065mol)と、炭酸エチレン(和光純薬工業株式会社製)14.73gと、炭酸エチルメチル(和光純薬工業株式会社製)26.30gと、炭酸ビニレン(キシダ化学株式会社製)0.30gとをアルゴン雰囲気下室温で24時間攪拌し、無色透明の非水電解液(14)を得た以外は、実施例1と同様に行いコイン電池を作製した。
非水電解液(14)は、1,2−ジメトキシエタンとリチウムビス(フルオロスルホニル)イミドのモル比が1/1であり、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミドの濃度が1.3モル/Lであり、炭酸エチレンと炭酸エチルメチルの体積比が30/70である。
(比較例12)
1,2−ジメトキシエタン(関東化学株式会社製)2.70g(0.030mol)と、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(株式会社日本触媒製)5.61g(0.030mol)と、炭酸エチレン(和光純薬工業株式会社製)17.46gと、炭酸エチルメチル(和光純薬工業株式会社製)31.17gと、炭酸ビニレン(キシダ化学株式会社製)0.28gとをアルゴン雰囲気下室温で24時間攪拌し、無色透明の非水電解液(r12)を得た以外は、実施例1と同様に行いコイン電池を作製した。
1,2−ジメトキシエタン(関東化学株式会社製)2.70g(0.030mol)と、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(株式会社日本触媒製)5.61g(0.030mol)と、炭酸エチレン(和光純薬工業株式会社製)17.46gと、炭酸エチルメチル(和光純薬工業株式会社製)31.17gと、炭酸ビニレン(キシダ化学株式会社製)0.28gとをアルゴン雰囲気下室温で24時間攪拌し、無色透明の非水電解液(r12)を得た以外は、実施例1と同様に行いコイン電池を作製した。
非水電解液(r12)は、1,2−ジメトキシエタンとリチウムビス(フルオロスルホニル)イミドのモル比が1/1であり、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミドの濃度が0.6モル/Lであり、炭酸エチレンと炭酸エチルメチルの体積比が30/70である。
(比較例13)
1,2−ジメトキシエタン(関東化学株式会社製)6.31g(0.070mol)と、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(株式会社日本触媒製)13.10g(0.070mol)と、炭酸エチレン(和光純薬工業株式会社製)14.34gと、炭酸エチルメチル(和光純薬工業株式会社製)25.60gと、炭酸ビニレン(キシダ化学株式会社製)0.30gとをアルゴン雰囲気下室温で24時間攪拌し、無色透明の非水電解液(r13)を得た以外は、実施例1と同様に行いコイン電池を作製した。
1,2−ジメトキシエタン(関東化学株式会社製)6.31g(0.070mol)と、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(株式会社日本触媒製)13.10g(0.070mol)と、炭酸エチレン(和光純薬工業株式会社製)14.34gと、炭酸エチルメチル(和光純薬工業株式会社製)25.60gと、炭酸ビニレン(キシダ化学株式会社製)0.30gとをアルゴン雰囲気下室温で24時間攪拌し、無色透明の非水電解液(r13)を得た以外は、実施例1と同様に行いコイン電池を作製した。
非水電解液(r13)は、1,2−ジメトキシエタンとリチウムビス(フルオロスルホニル)イミドのモル比が1/1であり、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミドの濃度が1.4モル/Lであり、炭酸エチレンと炭酸エチルメチルの体積比が30/70である。
(実施例15)
1,2−ジメトキシエタン(関東化学株式会社製)4.51g(0.050mol)と、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(株式会社日本触媒製)9.35g(0.050mol)と、炭酸エチレン(和光純薬工業株式会社製)10.60gと、炭酸エチルメチル(和光純薬工業株式会社製)32.44gと、炭酸ビニレン(キシダ化学株式会社製)0.28gとをアルゴン雰囲気下室温で24時間攪拌し、無色透明の非水電解液(15)を得た以外は、実施例1と同様に行いコイン電池を作製した。
1,2−ジメトキシエタン(関東化学株式会社製)4.51g(0.050mol)と、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(株式会社日本触媒製)9.35g(0.050mol)と、炭酸エチレン(和光純薬工業株式会社製)10.60gと、炭酸エチルメチル(和光純薬工業株式会社製)32.44gと、炭酸ビニレン(キシダ化学株式会社製)0.28gとをアルゴン雰囲気下室温で24時間攪拌し、無色透明の非水電解液(15)を得た以外は、実施例1と同様に行いコイン電池を作製した。
非水電解液(15)は、1,2−ジメトキシエタンとリチウムビス(フルオロスルホニル)イミドのモル比が1/1であり、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミドの濃度が1.0モル/Lであり、炭酸エチレンと炭酸エチルメチルの体積比が20/80である。
(実施例16)
1,2−ジメトキシエタン(関東化学株式会社製)4.51g(0.050mol)と、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(株式会社日本触媒製)9.35g(0.050mol)と、炭酸エチレン(和光純薬工業株式会社製)23.85gと、炭酸エチルメチル(和光純薬工業株式会社製)22.30gと、炭酸ビニレン(キシダ化学株式会社製)0.30gとをアルゴン雰囲気下室温で24時間攪拌し、無色透明の非水電解液(16)を得た以外は、実施例1と同様に行いコイン電池を作製した。
1,2−ジメトキシエタン(関東化学株式会社製)4.51g(0.050mol)と、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(株式会社日本触媒製)9.35g(0.050mol)と、炭酸エチレン(和光純薬工業株式会社製)23.85gと、炭酸エチルメチル(和光純薬工業株式会社製)22.30gと、炭酸ビニレン(キシダ化学株式会社製)0.30gとをアルゴン雰囲気下室温で24時間攪拌し、無色透明の非水電解液(16)を得た以外は、実施例1と同様に行いコイン電池を作製した。
非水電解液(16)は、1,2−ジメトキシエタンとリチウムビス(フルオロスルホニル)イミドのモル比が1/1であり、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミドの濃度が1.0モル/Lであり、炭酸エチレンと炭酸エチルメチルの体積比が45/55である。
(比較例14)
1,2−ジメトキシエタン(関東化学株式会社製)4.51g(0.050mol)と、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(株式会社日本触媒製)9.35g(0.050mol)と、炭酸エチレン(和光純薬工業株式会社製)7.95gと、炭酸エチルメチル(和光純薬工業株式会社製)34.47gと、炭酸ビニレン(キシダ化学株式会社製)0.28gとをアルゴン雰囲気下室温で24時間攪拌し、無色透明の非水電解液(r14)を得た以外は、実施例1と同様に行いコイン電池を作製した。
1,2−ジメトキシエタン(関東化学株式会社製)4.51g(0.050mol)と、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(株式会社日本触媒製)9.35g(0.050mol)と、炭酸エチレン(和光純薬工業株式会社製)7.95gと、炭酸エチルメチル(和光純薬工業株式会社製)34.47gと、炭酸ビニレン(キシダ化学株式会社製)0.28gとをアルゴン雰囲気下室温で24時間攪拌し、無色透明の非水電解液(r14)を得た以外は、実施例1と同様に行いコイン電池を作製した。
非水電解液(r14)は、1,2−ジメトキシエタンとリチウムビス(フルオロスルホニル)イミドのモル比が1/1であり、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミドの濃度が1.0モル/Lであり、炭酸エチレンと炭酸エチルメチルの体積比が15/85である。
(比較例15)
1,2−ジメトキシエタン(関東化学株式会社製)4.51g(0.050mol)と、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(株式会社日本触媒製)9.35g(0.050mol)と、炭酸エチレン(和光純薬工業株式会社製)26.50gと、炭酸エチルメチル(和光純薬工業株式会社製)20.28gと、炭酸ビニレン(キシダ化学株式会社製)0.30gとをアルゴン雰囲気下室温で24時間攪拌し、無色透明の非水電解液(r15)を得た以外は、実施例1と同様に行いコイン電池を作製した。
1,2−ジメトキシエタン(関東化学株式会社製)4.51g(0.050mol)と、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(株式会社日本触媒製)9.35g(0.050mol)と、炭酸エチレン(和光純薬工業株式会社製)26.50gと、炭酸エチルメチル(和光純薬工業株式会社製)20.28gと、炭酸ビニレン(キシダ化学株式会社製)0.30gとをアルゴン雰囲気下室温で24時間攪拌し、無色透明の非水電解液(r15)を得た以外は、実施例1と同様に行いコイン電池を作製した。
非水電解液(r15)は、1,2−ジメトキシエタンとリチウムビス(フルオロスルホニル)イミドのモル比が1/1であり、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミドの濃度が1.0モル/Lであり、炭酸エチレンと炭酸エチルメチルの体積比が50/50である。
(実施例17)
1,2−ジメトキシエタン(関東化学株式会社製)4.51g(0.050mol)と、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(株式会社日本触媒製)9.35g(0.050mol)と、炭酸エチレン(和光純薬工業株式会社製)15.90gと、炭酸エチルメチル(和光純薬工業株式会社製)19.87gと、炭酸ジメチル(和光純薬工業株式会社製)8.97gと、炭酸ビニレン(キシダ化学株式会社製)0.29gとをアルゴン雰囲気下室温で24時間攪拌し、無色透明の非水電解液(17)を得た以外は、実施例1と同様に行いコイン電池を作製した。
1,2−ジメトキシエタン(関東化学株式会社製)4.51g(0.050mol)と、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(株式会社日本触媒製)9.35g(0.050mol)と、炭酸エチレン(和光純薬工業株式会社製)15.90gと、炭酸エチルメチル(和光純薬工業株式会社製)19.87gと、炭酸ジメチル(和光純薬工業株式会社製)8.97gと、炭酸ビニレン(キシダ化学株式会社製)0.29gとをアルゴン雰囲気下室温で24時間攪拌し、無色透明の非水電解液(17)を得た以外は、実施例1と同様に行いコイン電池を作製した。
非水電解液(17)は、1,2−ジメトキシエタンとリチウムビス(フルオロスルホニル)イミドのモル比が1/1であり、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミドの濃度が1.0モル/Lであり、炭酸エチレンと炭酸エチルメチルと炭酸ジメチルの体積比が30/49/21である。
(実施例18)
1,2−ジメトキシエタン(関東化学株式会社製)4.51g(0.050mol)と、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(株式会社日本触媒製)9.35g(0.050mol)と、炭酸エチレン(和光純薬工業株式会社製)15.90gと、炭酸ジメチル(和光純薬工業株式会社製)11.95gと、炭酸ジエチル(和光純薬工業株式会社製)16.46gと、炭酸ビニレン(キシダ化学株式会社製)0.29gとをアルゴン雰囲気下室温で24時間攪拌し、無色透明の非水電解液(18)を得た以外は、実施例1と同様に行いコイン電池を作製した。
1,2−ジメトキシエタン(関東化学株式会社製)4.51g(0.050mol)と、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(株式会社日本触媒製)9.35g(0.050mol)と、炭酸エチレン(和光純薬工業株式会社製)15.90gと、炭酸ジメチル(和光純薬工業株式会社製)11.95gと、炭酸ジエチル(和光純薬工業株式会社製)16.46gと、炭酸ビニレン(キシダ化学株式会社製)0.29gとをアルゴン雰囲気下室温で24時間攪拌し、無色透明の非水電解液(18)を得た以外は、実施例1と同様に行いコイン電池を作製した。
非水電解液(18)は、1,2−ジメトキシエタンとリチウムビス(フルオロスルホニル)イミドのモル比が1/1であり、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミドの濃度が1.0モル/Lであり、炭酸エチレンと炭酸ジメチルと炭酸ジエチルの体積比が30/28/42である。
(実施例19)
1,2−ジメトキシエタン(関東化学株式会社製)4.51g(0.050mol)と、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(株式会社日本触媒製)9.35g(0.050mol)と、炭酸エチレン(和光純薬工業株式会社製)15.90gと、炭酸ジメチル(和光純薬工業株式会社製)8.97gと、炭酸ジエチル(和光純薬工業株式会社製)19.20gと、炭酸ビニレン(キシダ化学株式会社製)0.29gとをアルゴン雰囲気下室温で24時間攪拌し、無色透明の非水電解液(19)を得た以外は、実施例1と同様に行いコイン電池を作製した。
1,2−ジメトキシエタン(関東化学株式会社製)4.51g(0.050mol)と、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(株式会社日本触媒製)9.35g(0.050mol)と、炭酸エチレン(和光純薬工業株式会社製)15.90gと、炭酸ジメチル(和光純薬工業株式会社製)8.97gと、炭酸ジエチル(和光純薬工業株式会社製)19.20gと、炭酸ビニレン(キシダ化学株式会社製)0.29gとをアルゴン雰囲気下室温で24時間攪拌し、無色透明の非水電解液(19)を得た以外は、実施例1と同様に行いコイン電池を作製した。
非水電解液(19)は、1,2−ジメトキシエタンとリチウムビス(フルオロスルホニル)イミドのモル比が1/1であり、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミドの濃度が1.0モル/Lであり、炭酸エチレンと炭酸ジメチルと炭酸ジエチルの体積比が30/21/49である。
(実施例20)
1,2−ジメトキシエタン(関東化学株式会社製)4.51g(0.050mol)と、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(株式会社日本触媒製)9.35g(0.050mol)と、炭酸エチレン(和光純薬工業株式会社製)15.90gと、炭酸エチルメチル(和光純薬工業株式会社製)28.39gとをアルゴン雰囲気下室温で24時間攪拌し、無色透明の非水電解液(20)を得た以外は、実施例1と同様に行いコイン電池を作製した。
1,2−ジメトキシエタン(関東化学株式会社製)4.51g(0.050mol)と、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド(株式会社日本触媒製)9.35g(0.050mol)と、炭酸エチレン(和光純薬工業株式会社製)15.90gと、炭酸エチルメチル(和光純薬工業株式会社製)28.39gとをアルゴン雰囲気下室温で24時間攪拌し、無色透明の非水電解液(20)を得た以外は、実施例1と同様に行いコイン電池を作製した。
非水電解液(20)は、1,2−ジメトキシエタンとリチウムビス(フルオロスルホニル)イミドのモル比が1/1であり、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミドの濃度が1.0モル/Lであり、炭酸エチレンと炭酸エチルメチルと炭酸ジメチルの体積比が30/42/28である。
(リチウムイオン二次電池の評価1)
実施例1〜20および比較例1〜15で作製した電池について、充放電試験を行い放電レート特性を調べた。各電池の電池正極容量の0.1Cに相当する電流で4.2Vまで定電流充電し、その後4.2Vで電流が0.01Cになるまで定電圧充電し、次いで正極容量の0.1Cに相当する電流で3.0Vまで定電流放電する充放電操作を2回繰り返した。2回目の充放電における放電容量を放電容量(0.1C)とする。続いて、各電池の電池正極容量の0.1Cに相当する電流で4.2Vまで定電流充電し、その後4.2Vで電流が0.01Cになるまで定圧充電し、次いで正極容量の2Cに相当する電流で3.0Vまで定電流放電する充放電操作を行った。この充放電における放電容量を放電容量(2C)とする。上記測定は25℃で行った。放電レート特性は次の式により求めた。
放電レート特性(%)=[放電容量(2C)/放電容量(0.1C)]×100
尚、Cとは“電流値(A)/電池容量(Ah)”を意味する。
これらの測定評価結果を表1に示した。
実施例1〜20および比較例1〜15で作製した電池について、充放電試験を行い放電レート特性を調べた。各電池の電池正極容量の0.1Cに相当する電流で4.2Vまで定電流充電し、その後4.2Vで電流が0.01Cになるまで定電圧充電し、次いで正極容量の0.1Cに相当する電流で3.0Vまで定電流放電する充放電操作を2回繰り返した。2回目の充放電における放電容量を放電容量(0.1C)とする。続いて、各電池の電池正極容量の0.1Cに相当する電流で4.2Vまで定電流充電し、その後4.2Vで電流が0.01Cになるまで定圧充電し、次いで正極容量の2Cに相当する電流で3.0Vまで定電流放電する充放電操作を行った。この充放電における放電容量を放電容量(2C)とする。上記測定は25℃で行った。放電レート特性は次の式により求めた。
放電レート特性(%)=[放電容量(2C)/放電容量(0.1C)]×100
尚、Cとは“電流値(A)/電池容量(Ah)”を意味する。
これらの測定評価結果を表1に示した。
非水電解液(1)と非水電解液(r1)を用いた電池の放電レート特性を比較すると、本発明による高放電レート特性を実現するためには、非水電解液が炭酸エチレンや鎖状炭酸エステルを含有することが有効とわかる。また、非水電解液(1)と非水電解液(r2)の例を比較すると、1,2−ジメトキシエタンが電解液の構成成分であるほうが、放電レート特性が高いことがわかる。
非水電解液(1)〜(5)と非水電解液(r3)〜(r7)を比較する。例の数が多いため、結果を理解しやすくする目的で、放電レート特性と非水電解液に用いたエーテル化合物の分子量の関係を図1に示す。用いたエーテル化合物の分子量が小さく、また、前記一般式(I)の括弧内に示される構造に分岐が無いほうが、放電レート特性が高いことがわかる。さらにエーテル化合物を用いない非水電解液(r2)との比較から、本発明になる非水電解液に用いるエーテル化合物は、前記一般式(I)であらわされるものが適宜であるといえる。
非水電解液(1)、(6)〜(8)、非水電解液(r2)、(r8)、(r9)を用いた電池の放電レート特性を比較すると、リチウム塩としては、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド、LiPF6、LiBF4及びLiClO4を用いると放電レート特性が高くなることがわかる。
ただし、リチウム塩の種類は電池のサイクル特性に与える影響が大きいため,後述するように、さらに検討を行った。
非水電解液(9)、(10)及び非水電解液(r2)を用いた電池の放電レート特性を比較すると、本発明の非水電解液のリチウム塩として、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミドとLiPF6を併用しても放電レート特性が高いことがわかる。
非水電解液(11)、(12)、非水電解液(r2)、(r10)、(r11)を用いた電池の放電レート特性を比較すると、本発明の非水電解液に用いる前記一般式(I)で表されるエーテル化合物とリチウムビス(フルオロスルホニル)イミドなどのリチウム塩のモル比は、0.8/1〜1.3/1が好適であるといえる。
非水電解液(13)、(14)、非水電解液(r2)、(r12)、(r13)を用いた電池の放電レート特性を比較すると、本発明の非水電解液に用いるリチウムビス(フルオロスルホニル)イミドなどのリチウム塩の濃度は、0.7〜1.3モル/Lが好適であるといえる。
非水電解液(15)、(16)、非水電解液(r2)、(r14)、(r15)を用いた電池の放電レート特性を比較すると、本発明の非水電解液に用いる炭酸エチレンと炭酸エチルメチルなどの鎖状炭酸エステルの体積比は、20/80〜45/55が好適であるといえる。
非水電解液(17)〜(19)及び非水電解液(r2)を用いた電池の放電レート特性を比較すると、本発明の非水電解液に用いる鎖状炭酸エステルとして2種以上を併用しても良いが、炭酸エチルメチル又は炭酸ジメチルが鎖状炭酸エステルの40%以上であるほうが、高レート放電特性がより良いことがわかる。
非水電解液(1)、(20)及び非水電解液(r2)を用いた電池の放電レート特性を比較すると、本発明の非水電解液は炭酸ビニレンを含有していても含有していなくても、高レート放電特性がより良いことがわかる。
(実施例21)
前述したように、非水電解液に用いるリチウム塩による二次電池のサイクル特性を調べる目的で、ラミネート型電池を作製した。
前述したように、非水電解液に用いるリチウム塩による二次電池のサイクル特性を調べる目的で、ラミネート型電池を作製した。
(リチウムイオン二次電池用正極の作製2)
正極活物質としてコバルト酸リチウム(和光純薬工業株式会社製)と、導電材(電気化学工業株式会社製「デンカブラック」)と、結着剤としてポリフッ化ビニリデンと、塗工溶媒としてN−メチルピロリドン(以下、NMP)を、活物質:導電材:結着剤:NMP=94:3:3:33(質量比)の割合で混合してペースト状にし、乾燥後に13.8mg/cm2が塗布されるよう厚さ17μmのアルミ集電箔(三菱アルミニウム株式会社製)に塗布し、105℃で乾燥させた後、前記ペーストを塗工したアルミ集電箔の裏面にも同様に前記ペーストを乾燥後に13.8mg/cm2が塗布されるよう塗布し、105℃で乾燥させた後、圧延して合剤の密度を3.0g/cm3とし、リチウムイオン二次電池用正極電極を得た。
正極活物質としてコバルト酸リチウム(和光純薬工業株式会社製)と、導電材(電気化学工業株式会社製「デンカブラック」)と、結着剤としてポリフッ化ビニリデンと、塗工溶媒としてN−メチルピロリドン(以下、NMP)を、活物質:導電材:結着剤:NMP=94:3:3:33(質量比)の割合で混合してペースト状にし、乾燥後に13.8mg/cm2が塗布されるよう厚さ17μmのアルミ集電箔(三菱アルミニウム株式会社製)に塗布し、105℃で乾燥させた後、前記ペーストを塗工したアルミ集電箔の裏面にも同様に前記ペーストを乾燥後に13.8mg/cm2が塗布されるよう塗布し、105℃で乾燥させた後、圧延して合剤の密度を3.0g/cm3とし、リチウムイオン二次電池用正極電極を得た。
(リチウムイオン二次電池用負極の作製)
負極活物質としてMAGE(日立化成株式会社製)と、結着材としてとしてカルボキシメチルセルロース(株式会社ダイセル製「CMC2200」)及びスチレンブタジエンゴム(JSR株式会社製「TRD2001」)と、塗工溶媒として水を、活物質::結着材:NMP=98:1:1:38(質量比)の割合で混合してペースト状にし、乾燥後に6.0mg/cm2が塗布されるよう厚さ11μmの銅集電箔(日本電解株式会社製)に塗布し、95℃で乾燥させた後、圧延して合剤の密度を1.6g/cm3とし、リチウムイオン二次電池用負極電極を得た。
負極活物質としてMAGE(日立化成株式会社製)と、結着材としてとしてカルボキシメチルセルロース(株式会社ダイセル製「CMC2200」)及びスチレンブタジエンゴム(JSR株式会社製「TRD2001」)と、塗工溶媒として水を、活物質::結着材:NMP=98:1:1:38(質量比)の割合で混合してペースト状にし、乾燥後に6.0mg/cm2が塗布されるよう厚さ11μmの銅集電箔(日本電解株式会社製)に塗布し、95℃で乾燥させた後、圧延して合剤の密度を1.6g/cm3とし、リチウムイオン二次電池用負極電極を得た。
(ラミネート型リチウムイオン二次電池の作製)
作製した正極を合剤部分の面積が両面で合計20cm2となるよう切り出し、評価用正極とした。同じく作製した負極を合剤部分の面積が両面で合計30cm2となるよう切り出し、評価用負極とした。前記評価用正極を、厚さ20μmのセパレータ(ポリポア株式会社製)を介し、二つ折りにした前記評価用負極ではさみ擬似積層体とし、アルミラミネートフィルム(大日本印刷株式会社製)を用いて形成したラミネート容器に入れ、実施例1で準備した非水電解液(1)を1ml滴下後、過剰の非水電解液を排出し、減圧下でラミネート容器を熱圧着し、サイクル特性評価用ラミネート型電池とした。
作製した正極を合剤部分の面積が両面で合計20cm2となるよう切り出し、評価用正極とした。同じく作製した負極を合剤部分の面積が両面で合計30cm2となるよう切り出し、評価用負極とした。前記評価用正極を、厚さ20μmのセパレータ(ポリポア株式会社製)を介し、二つ折りにした前記評価用負極ではさみ擬似積層体とし、アルミラミネートフィルム(大日本印刷株式会社製)を用いて形成したラミネート容器に入れ、実施例1で準備した非水電解液(1)を1ml滴下後、過剰の非水電解液を排出し、減圧下でラミネート容器を熱圧着し、サイクル特性評価用ラミネート型電池とした。
(比較例16)
用いる非水電解液を比較例2で準備した非水電解液(r2)とした以外は実施例21と同様にラミネート型電池を作製した。
用いる非水電解液を比較例2で準備した非水電解液(r2)とした以外は実施例21と同様にラミネート型電池を作製した。
(実施例22)
用いる非水電解液を実施例6で準備した非水電解液(6)とした以外は実施例21と同様にラミネート型電池を作製した。
用いる非水電解液を実施例6で準備した非水電解液(6)とした以外は実施例21と同様にラミネート型電池を作製した。
(実施例23)
用いる非水電解液を実施例7で準備した非水電解液(7)とした以外は実施例21と同様にラミネート型電池を作製した。
用いる非水電解液を実施例7で準備した非水電解液(7)とした以外は実施例21と同様にラミネート型電池を作製した。
(実施例24)
用いる非水電解液を実施例8で準備した非水電解液(8)とした以外は実施例21と同様にラミネート型電池を作製した。
用いる非水電解液を実施例8で準備した非水電解液(8)とした以外は実施例21と同様にラミネート型電池を作製した。
(リチウムイオン二次電池の評価2)
実施例21〜24、比較例16で作製した電池について、繰り返し充放電試験を行い、サイクル特性を調べた。1〜2サイクル目は、各電池の電池正極容量の0.1Cに相当する電流で4.2Vまで定電流充電し、その後4.2Vで電流が0.01Cになるまで定電圧充電し、次いで正極容量の0.1Cに相当する電流で3.0Vまで定電流放電する充放電操作を行った。1回目の充放電における放電容量を初回放電容量とする。続いて、各電池の電池正極容量の1Cに相当する電流で4.2Vまで定電流充電し、その後4.2Vで電流が0.1Cになるまで定電圧充電し、次いで正極容量の1Cに相当する電流で3.0Vまで定電流放電する充放電操作を500サイクルまで繰り返した。ただし、100、200、300、400及び500サイクル目は、1、2サイクル目と同条件で充放電試験を行った。上記測定は25℃で行った。各サイクルの放電容量維持率を次の式により求めた。
実施例21〜24、比較例16で作製した電池について、繰り返し充放電試験を行い、サイクル特性を調べた。1〜2サイクル目は、各電池の電池正極容量の0.1Cに相当する電流で4.2Vまで定電流充電し、その後4.2Vで電流が0.01Cになるまで定電圧充電し、次いで正極容量の0.1Cに相当する電流で3.0Vまで定電流放電する充放電操作を行った。1回目の充放電における放電容量を初回放電容量とする。続いて、各電池の電池正極容量の1Cに相当する電流で4.2Vまで定電流充電し、その後4.2Vで電流が0.1Cになるまで定電圧充電し、次いで正極容量の1Cに相当する電流で3.0Vまで定電流放電する充放電操作を500サイクルまで繰り返した。ただし、100、200、300、400及び500サイクル目は、1、2サイクル目と同条件で充放電試験を行った。上記測定は25℃で行った。各サイクルの放電容量維持率を次の式により求めた。
各サイクルの放電容量維持率(%)=[各サイクルの放電容量(mAh)/初回放電容量
(mAh)]×100
これ等の測定評価結果を図2に示した。
(mAh)]×100
これ等の測定評価結果を図2に示した。
非水電解液(1)、(6)〜(8)、非水電解液(r2)を用いた電池のサイクル特性を比較すると、非水電解液に用いるリチウム塩としては、リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド及びLiPF6が好適であることがわかる。
本発明の特定のエーテル化合物を含有し特定の組成比率を有する非水電解液は、生産性が高く、高放電レート特性が良く、エネルギーデバイス、特にリチウムイオン二次電池に用いる非水電解液成分として好適である。
本発明によれば、放電レート特性に優れる非水電解液を提供することができる。また、本発明は、このような非水電解液を用いたリチウムイオン二次電池を提供することができる。上記非水電解液は、放電レート特性に優れるため、使用電流値/電池容量の比率が高い用途のリチウムイオン二次電池の非電解液に特に適している。
Claims (3)
- 下記一般式(I)で表されるエーテル化合物と、リチウム塩としてLiN(FSO2)2、LiPF6、LiBF4及びLiClO4からなる群より選ばれる少なくとも一種と、有機溶媒として炭酸エチレン及び鎖状炭酸エステルと、を含む非水電解液であって、
前記一般式(I)で表されるエーテル化合物と前記リチウム塩のモル比が0.8/1〜1.3/1であり、前記リチウム塩の濃度が0.7〜1.3モル/Lであり、前記炭酸エチレンと鎖状炭酸エステルの体積比が20/80〜45/55である非水電解液。
- 前記一般式(I)で表されるエーテル化合物が、炭素数6以下の化合物である請求項1に記載の非水電解液。
- 正極、負極、セパレータ、及び請求項1又は2に記載の非水電解液を備えるリチウムイオン二次電池。
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