JP5095883B2 - Non-aqueous electrolyte secondary battery additive and non-aqueous electrolyte secondary battery - Google Patents

Non-aqueous electrolyte secondary battery additive and non-aqueous electrolyte secondary battery Download PDF

Info

Publication number
JP5095883B2
JP5095883B2 JP2000272077A JP2000272077A JP5095883B2 JP 5095883 B2 JP5095883 B2 JP 5095883B2 JP 2000272077 A JP2000272077 A JP 2000272077A JP 2000272077 A JP2000272077 A JP 2000272077A JP 5095883 B2 JP5095883 B2 JP 5095883B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
aqueous electrolyte
secondary battery
electrolyte secondary
group
general formula
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.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2000272077A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2002083628A (en
Inventor
正珠 大月
茂樹 遠藤
隆夫 荻野
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.)
Bridgestone Corp
Original Assignee
Bridgestone 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 Bridgestone Corp filed Critical Bridgestone Corp
Priority to JP2000272077A priority Critical patent/JP5095883B2/en
Publication of JP2002083628A publication Critical patent/JP2002083628A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5095883B2 publication Critical patent/JP5095883B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • Y02E60/122

Landscapes

  • Secondary Cells (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、従来の非水電解液二次電池と同様の電池容量等の電池特性を維持しつつ、自己消火性ないし難燃性に優れ、耐劣化性に優れ、かつ、高温特性に優れた非水電解液二次電池に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、特に、パソコン・VTR等のAV・情報機器のメモリーバックアップやそれらの駆動電源用の二次電池としては、ニカド電池が主流であった。近年、高電圧・高エネルギー密度という利点を有し、かつ、優れた自己放電性を示すことから、ニカド電池に代替するものとして非水電解液二次電池が非常に注目され、種々の開発が試みられて、その一部は商品化されている。例えば、ノート型パソコンや携帯電話等は、その半数以上が非水電解液二次電池によって駆動している。
【0003】
これらの非水電解液二次電池においては、負極を形成する材料として、カーボンが多用されているが、その表面にリチウムが生成した場合の危険性の低減及び高駆動電圧化を目的として、各種有機溶媒が電解液として使用されている。
又、カメラ用の非水電解液二次電池としては、負極材料としてアルカリ金属(特に、リチウム金属やリチウム合金)等が用いられているため、その電解液としては、通常エステル系有機溶媒等の非プロトン性有機溶媒が使用されている。
【0004】
しかし、これらの非水電解液二次電池は、高性能ではあるものの、安全性において以下のように問題があった。
先ず、非水電解液二次電池の負極材料として用いられるアルカリ金属(特にリチウム金属やリチウム合金等)を用いた場合には、該アルカリ金属は、水分に対して非常に高活性であるため、例えば電池の封口が不完全で水分が侵入した際等には、負極材料と水とが反応して水素が発生したり、発火する等の危険性が高いという問題があった。
【0005】
また、リチウム金属は低融点(約170℃)であるため、短絡時等に大電流が急激に流れると、電池が異常に発熱して電池が溶融する等の非常に危険な状況を引き起こすという問題があった。
更に、電池の発熱につれ前述の有機溶媒をベースとする電解液が気化・分解してガスを発生したり、発生したガスによって電池の破裂・発火が起こるという問題があった。
【0006】
前記問題を解決するため、例えば、筒形電池において、電池の短絡時・過充電時に温度が上がって電池内部の圧力が上昇した際に、安全弁が作動すると同時に電極端子を破断させることにより、該筒型電池に、所定量以上の過大電流が流れることを抑止する機構を電池に設けた技術が提案されている(日刊工業新聞社、「電子技術」1997年39巻9号)。
【0007】
しかし、前記機構が常に正常に作動すると信頼できるわけではなく、正常に作動しない場合には、過大電流による発熱が大きくなり、発火等の危険な状態となることが懸念されるため問題が残る。
【0008】
前記問題を解決するためには、前述のように安全弁等の付帯的部品を設けることによる安全対策ではなく、根本的に高い安全性を有する非水電解液二次電池の開発が要求されている。
【0009】
また、特に気温の高い地方や時期においては、高温条件下でも長時間に亘って優れた電池特性を維持する必要があり、高温特性に優れた非水電解液二次電池が要求されている。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記従来における諸問題を解決し、諸要求に応え、以下の目的を達成することを課題とする。即ち、本発明は、非水電解液二次電池に添加することにより、電池として必要な電池特性等を維持しつつ、自己消火性ないし難燃性に優れ、耐劣化性に優れ、非水電解液の界面抵抗が低く、低温特性に優れ、かつ、高温特性に優れた非水電解液二次電池を作製可能な非水電解液二次電池用添加剤、及び、該非水電解液二次電池用添加剤を含有し、自己消火性ないし難燃性に優れ、耐劣化性に優れ、非水電解液の界面抵抗が低く、低温特性に優れ、かつ、高温特性に優れた非水電解液二次電池を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための手段としては、以下の通りである。即ち、
<1> 下記一般式(2)で表される環状ホスファゼン誘導体を少なくとも含有することを特徴とする非水電解液二次電池用添加剤である
【0013】
般式(2)
(PNR4 2n
但し、一般式(2)において、R4は、一価のエトキシ基又はフェノキシ基を表す。該一般式(2)における全R4のうち少なくとも1つはフェノキシ基を含む。nは3〜4である。
<2>ホスファゼン誘導体は、前記(2)における全Rがフェノキシ基であり、nが3である前記<1>に記載の非水電解液二次電池用添加剤である。
<3>ホスファゼン誘導体は、前記(2)におけるnが4であって、全Rのうち2つがフェノキシ基であって6つがエトキシ基である前記<1>に記載の非水電解液二次電池用添加剤である。
【0014】
> 正極と、負極と、前記<1>〜<3>に記載の非水電解液二次電池用添加剤及び支持塩を含有する非水電解液と、を有することを特徴とする非水電解液二次電池である。
> 非水電解液における環状ホスファゼン誘導体の含有量が、2体積%以上30体積%以下である前記<>に記載の非水電解液二次電池である。
> 非水電解液における環状ホスファゼン誘導体の含有量が、2.5体積%超30体積%以下である前記<>に記載の非水電解液二次電池である。
【0015】
7> 非水電解液が、非プロトン性有機溶媒を含む前記<>から<6>のいずれかに記載の非水電解液二次電池である。
【0016】
<8> 非プロトン性有機溶媒が、環状又は鎖状のエステル化合物を含有する前記<7>に記載の非水電解液二次電池である。
> 非水電解液が、支持塩としてLiPF6を含み、非プロトン性有機溶媒としてエチレンカーボネート及び/又はプロピレンカーボネートを含む前記<7>に記載の非水電解液二次電池である。
【0017】
10> 非水電解液が、支持塩としてLiCF3SO3を含み、非プロトン性有機溶媒としてプロピレンカーボネートをむ前記<7>に記載の非水電解液二次電池である。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
[非水電解液二次電池用添加剤]
前記本発明の非水電解液二次電池用添加剤は、下記一般式(2)で表される環状ホスファゼン誘導体を含有し、必要に応じてその他の成分を含有する。
【0019】
−ホスファゼン誘導体−
前記ホスファゼン誘導体が、本発明の非水電解液二次電池用添加剤に含有される理由としては、以下の通りである。
従来、非水電解液二次電池に用いられている非プロトン性有機溶媒をべースとした非水電解液においては、短絡時等に大電流が急激に流れ、電池が異常に発熱した際に、気化・分解してガスが発生したり、発生したガス及び熱により電池の破裂・発火が起こることがあるため危険性が高い。
一方、これら従来の非水電解液に、ホスファゼン誘導体を含有する本発明の非水電解液二次電池用添加剤を添加することにより、ホスファゼン誘導体から誘導される窒素ガス及びハロゲンガス等の作用によって、前記非水電解液に優れた自己消火性ないし難燃性が付与され、前述のような危険性を低減することが可能となる。また、リンには、電池を構成する高分子材料の連鎖分解を抑制する作用があるため、効果的に自己消火性ないし難燃性を付与することができる。
【0020】
更に、従来の非水電解液二次電池において、電解液として用いられているエステル系等の電解液においては、例えば、支持塩であるLiPF6塩等のリチウムイオン源等が、経時と共にLiF及びPF5に分解し発生するPF5ガスや、該発生したPF5ガスが更に水等と反応して発生する弗化水素ガス等により、腐蝕が進行して劣化すると考えられる。つまり、非水電解液の導電性が低下する上に、発生する弗化水素ガスで極材が劣化する現象が起こる。
一方、ホスファゼン誘導体は、例えば、前記LiPF6等のリチウムイオン源の分解を抑制し安定化に寄与する。したがって、従来の非水電解液にホスファゼン誘導体を添加することにより、前記非水電解液の分解反応が抑制され、腐蝕、劣化を抑制することが可能となる。
【0021】
更にまた、非水電解液に優れた高温特性を付与することが可能となり、高温で使用した際の非水電解液の分解が防止される。このため、高温で長期間使用しても、非水電解液の液量が減少せず放電特性の劣化がなく、また分解に伴うガスの発生等もないことから非水電解液二次電池の破裂等の危険性もない。
【0022】
前記ホスファゼン誘導体は、下記一般式(1)又は(2)で表される。
一般式(1)
【0023】
【化3】

Figure 0005095883
但し、一般式(1)において、R1、R2、及び、R3は、一価の置換基又はハロゲン元素を表し、少なくともいずれかはフッ素を含む。Xは、炭素、ケイ素、ゲルマニウム、スズ、窒素、リン、ヒ素、アンチモン、ビスマス、酸素、イオウ、セレン、テルル、及び、ポロニウムからなる群より選ばれる元素の少なくとも1種を含む置換基を表す。Y1、Y2、及び、Y3は、2価の連結基、2価の元素、又は、単結合を表す。
【0024】
一般式(2)
(PNR4 2n
但し、一般式(2)において、R4は、一価の置換基又はハロゲン元素を表す。該一般式(2)における全R4のうち少なくとも1つはアリーロキシル基を含む。nは3〜4である。
【0025】
前記一般式(1)において、R1、R2、及び、R3としては、高温特性の観点から、一価の置換基又はハロゲン元素であって、少なくともいずれかがフッ素を含む必要がある。
1、R2、及び、R3で表される一価の置換基としては、アルコキシ基、アルキル基、カルボキシル基、アシル基、アリール基、アリーロキシル基等が挙げられ、高温特性及び低粘度化の点で、アルコキシ基、アリーロキシル基が好ましい。これらの置換基は、フッ素のほか、塩素等のハロゲン元素を含んでいてもよい。
【0026】
前記アルコキシ基としては、例えばメトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基、フェノキシ基等や、メトキシエトキシ基、メトキシエトキシエトキシ基等のアルコキシ置換アルコキシ基等が挙げられる。これらの中でも、R1〜R3としては、総てがメトキシ基、エトキシ基、メトキシエトキシ基、メトキシエトキシエトキシ基等が好適である。又、低粘度・高誘電率の観点からは、総てがメトキシ基又はエトキシ基が特に好適であり、高温特性の観点からは、メトキシ基が特に好適である。
【0027】
前記アリーロキシル基としては、フェノキシ基、ナフチロキシ基、アントラセノキシ基等の芳香族置換基が挙げられ、これらの中でも、高温特性の点で、フェノキシ基等が好適である。
【0028】
前記アルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基等が挙げられる。
前記アシル基としては、ホルミル基、アセチル基、プロピオニル基、ブチリル基、イソブチリル基、バレリル基等が挙げられる。
前記アリール基としては、フェニル基、トリル基、ナフチル基等が挙げられる。
前記一価の置換基としては、高温特性の点で、特にトリフルオロメトキシ基、フェノキシ基等が好ましい。
1とR2とは、R1とR3とは、及び、R2とR3とは、互いに結合して環を形成していてもよい。
【0029】
1、R2、及び、R3で表されるハロゲン元素としては、例えば、フッ素、塩素等が好適に挙げられ、特に高温特性の点でフッ素が好ましい。
【0030】
一般式(1)において、Y1、Y2、及び、Y3で表される基としては、例えば、CH2基のほか、酸素、硫黄、セレン、窒素、ホウ素、アルミニウム、スカンジウム、ガリウム、イットリウム、インジウム、ランタン、タリウム、炭素、ケイ素、チタン、スズ、ゲルマニウム、ジルコニウム、鉛、リン、バナジウム、ヒ素、ニオブ、アンチモン、タンタル、ビスマス、クロム、モリブデン、テルル、ポロニウム、タングステン、鉄、コバルト、ニッケル等の元素を含む基が挙げられ、これらの中でも、CH2基、及び、酸素、硫黄、セレン、窒素の元素を含む基等が好ましく、硫黄、セレンの元素を含むのが特に好ましい。Y1〜Y3は、総て同一種類でもよく、いくつかが互いに異なる種類でもよい。
【0031】
一般式(1)において、Xとしては、有害性、環境等への配慮の観点からは、炭素、ケイ素、窒素、リン、酸素、及び、イオウからなる群から選ばれる元素の少なくとも1種を含む置換基が好ましく、以下の一般式(3)で表される構造を有する置換基がより好ましい。
【0032】
一般式(3)
【化4】
Figure 0005095883
【0033】
但し、一般式(3)において、R5〜R9は、一価の置換基又はハロゲン元素を表す。Y5〜Y9は、2価の連結基、2価の元素、又は単結合を表し、Zは2価の基又は2価の元素を表す。
【0034】
一般式(3)において、R5〜R9としては、一般式(1)におけるR1〜R3で述べたのと同様の一価の置換基又はハロゲン元素がいずれも好適に挙げられ、少なくともいずれかがフッ素を含むのが好ましい。又、これらは、同一置換基内において、それぞれ同一の種類でもよく、いくつかが互いに異なる種類でもよい。R5とR6とは、及び、R8とR9とは、互いに結合して環を形成していてもよい。
一般式(3)において、Y5〜Y9で表される基としては、一般式(1)におけるY1〜Y3で述べたのと同様の2価の連結基又は2価の基等が挙げられ、同様に、硫黄、セレンの元素を含む基である場合には、非水電解液の発火・引火の危険性が低減するため特に好ましい。これらは、同一置換基内において、それぞれ同一の種類でもよく、いくつかが互いに異なる種類でもよい。
【0035】
一般式(3)において、Zとしては、例えば、CH2基、CHR(Rは、アルキル基、アルコキシル基、フェニル基等を表す。以下同様。)基、NR基のほか、酸素、硫黄、セレン、ホウ素、アルミニウム、スカンジウム、ガリウム、イットリウム、インジウム、ランタン、タリウム、炭素、ケイ素、チタン、スズ、ゲルマニウム、ジルコニウム、鉛、リン、バナジウム、ヒ素、ニオブ、アンチモン、タンタル、ビスマス、クロム、モリブデン、テルル、ポロニウム、タングステン、鉄、コバルト、ニッケル等の元素を含む基等が挙げられ、これらの中でも、CH2基、CHR基、NR基のほか、酸素、硫黄、セレンの元素を含むのが好ましい。特に、硫黄、セレンの元素を含む場合には、非水電解液の発火・引火の危険性が低減するため好ましい。
【0036】
一般式(3)において、置換基としては、特に効果的に発火・引火の危険性を低減し得る点で、置換基(A)で表されるようなリンを含む置換基が特に好ましい。また、置換基が、置換基(B)で表されるようなイオウを含む置換基である場合には、非水電解液の小界面抵抗化の点で特に好ましい。
【0037】
前記一般式(2)において、R4としては、高温特性の観点から、エトキシ基又はフェノキシ基であって、該一般式(2)における全R4のうちの少なくとも1つはフェノキシ基である必要がある。
【0038】
4で表される一価の置換基としては、アリーロキシル基、アルコキシ基、アルキル基、カルボキシル基、アシル基、アリール基等が挙げられ、高温特性及び低粘度化の点で、アリーロキシル基等が特に好ましい。R4で表される一価の置換基は、更に他の置換基(フッ素を除く)で置換されていてもよく、又、互いに結合して環を形成していてもよい。前記アリーロキシル基、アルコキシ基、アルキル基、カルボキシル基、アシル基、アリール基としては、前記一般式(1)におけるR1〜R3で述べたのと同様のものがいずれも好適に挙げられる。
4で表されるハロゲン元素としては、例えば、フッ素、塩素等が好適に挙げられ、特に高温特性の点でフッ素が好ましい。
前記一般式(2)において、nとしては、特に3が好ましい。
nが、4を超えると、非水電解液の粘度が上昇し、良好な高温特性が得られないことが多い。
【0039】
前記一般式(1)又は(2)における各置換基を適宜選択することにより、より好適な粘度、混合に適する溶解性等を有する非水電解液の合成が可能となる。これらのホスファゼン誘導体は、1種単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
【0040】
前記ホスファゼン誘導体としては、前記一般式(1)においては、その分子構造中に、前記フッ素以外にも、塩素、臭素等のハロゲン元素を含む置換基を有するのが好ましく、前記一般式(2)においては、その分子構造中に、フッ素を除くハロゲン元素(塩素、臭素等)を含む置換基を有するのが好ましい。これらの場合には、前記ホスファゼン誘導体から誘導されるハロゲンガスによって、ホスファゼン誘導体の含有量が少量でも、より効果的に自己消火性ないし難燃性を発現させることが可能となる。
尚、置換基にハロゲン元素を含む化合物においては、ハロゲンラジカルの発生が問題となることがあるが、これらのホスファゼン誘導体は、分子構造中のリン元素がハロゲンラジカルを捕促し、安定なハロゲン化リンを形成するため、このような問題は発生しない。
【0041】
前記ハロゲン元素のこれらのホスファゼン誘導体における含有量としては、2〜80重量%が好ましく、2〜60重量%がより好ましく、2〜50重量%が更に好ましい。
前記含有量が、2重量%未満では、前記ハロゲン元素を含有させる効果が十分に現れないことがある一方、80重量%を超えると、粘度が高くなるため、非水電解液に添加した際にその導電率が低下することがある。
【0042】
前記ホスファゼン誘導体の引火点としては、特に制限はないが、発火の抑制等の点から、100℃以上が好ましく、150℃以上がより好ましい。
【0043】
前記本発明の非水電解液二次電池用添加剤の添加量としては、後述の本発明の非水電解液二次電池におけるホスファゼン誘導体の含有量の好ましい数値範囲に相当する量が好適である。前記添加量を前記数値範囲内の値に調整することにより、非水電解液の自己消火性ないし難燃性、耐劣化性、高温特性等の本発明の効果を好適に付与できる。
【0044】
以上説明した本発明の非水電解液二次電池用添加剤によれば、非水電解液二次電池に添加することにより、電池として必要な電池特性等を維持しつつ、自己消火性ないし難燃性に優れ、耐劣化性に優れ、非水電解液の界面抵抗が低く、低温特性に優れ、かつ、高温特性に優れた非水電解液二次電池を作製可能な非水電解液二次電池用添加剤を提供することができる。
【0045】
[非水電解液二次電池]
前記本発明の非水電解液二次電池は、正極と、負極と、非水電解液と、を有し、必要に応じてその他の部材を有する。
【0046】
−正極−
前記正極の材料としては、特に制限はなく、公知の正極材料から適宜選択して使用できる。例えば、V25、V613、MnO2、MoO3、LiCoO2、LiNiO2、LiMn24等の金属酸化物、TiS2、MoS2等の金属硫化物、ポリアニリン等の導電性ポリマー等が好適に挙げられ、これらの中でも、高容量で安全性が高く電解液の濡れ性に優れる点で、LiCoO2、LiNiO2、LiMn24が特に好適である。これらの材料は、1種単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
【0047】
前記正極の形状としては、特に制限はなく、電極として公知の形状の中から適宜選択することができる。例えば、シート状、円柱形状、板状形状、スパイラル形状等が挙げられる。
【0048】
−負極−
前記負極は、例えば、リチウム又はリチウムイオン等を吸蔵・放出可能である。従ってその材料としては、例えば、リチウム又はリチウムイオン等を吸蔵・放出可能であれば特に制限はなく、公知の負極材料から適宜選択して使用できる。
例えばリチウムを含む材料、具体的には、リチウム金属自体、リチウムと、アルミニウム、インジウム、鉛、又は、亜鉛等との合金、リチウムをドープした黒鉛等の炭素材料等が好適に挙げられ、これらの中でも安全性がより高い点で黒鉛等の炭素材料が好ましい。これらの材料は、1種単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
前記負極の形状としては、特に制限はなく、前記正極の形状と同様の公知の形状から適宜選択することができる。
【0049】
−非水電解液−
前記非水電解液は、前記本発明の非水電解液二次電池用添加剤及び支持塩を含有し、必要に応じてその他の成分を含有する。
【0050】
−−支持塩−−
前記支持塩としては、例えば、リチウムイオンのイオン源となる支持塩等が好ましい。
前記リチウムイオンのイオン源としては、特に制限はないが、例えば、LiClO4、LiBF4、LiPF6、LiCF3SO3、及び、LiAsF6、LiC4F9SO3、Li(CF3SO22N、Li(C25SO22N等のリチウム塩が好適に挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
【0051】
前記支持塩の前記非水電解液に対する配合量としては、前記非水電解液(溶媒成分)1kgに対し、0.2〜1モルが好ましく、0.5〜1モルがより好ましい。
前記配合量が、0.2モル未満の場合には、非水電解液の充分な導電性を確保することができず、電池の充放電特性に支障をきたすことがある一方、1モルを超える場合には、非水電解液の粘度が上昇し、前記リチウムイオン等の充分な移動度が確保できないため、前述と同様に非水電解液の充分な導電性を確保できず、電池の充放電特性に支障をきたすことがある。
【0052】
<高温特性、自己消化性ないし難燃性、耐劣化性>
前記非水電解液における前記ホスファゼン誘導体の含有量としては、該ホスファゼン誘導体を含有することにより得られる効果によって、非水電解液に好適に「高温特性」を付与し得る第1の含有量、非水電解液に好適に「自己消火性」を付与し得る第2の含有量、非水電解液に好適に「難燃性」を付与し得る第3の含有量、及び、非水電解液に好適に「耐劣化性」を付与し得る第4の含有量の4通りの含有量が挙げられる。
【0053】
前記「高温特性」の観点からは、前記ホスファゼン誘導体の前記非水電解液における第1の含有量としては、1〜70体積%が好ましく、1〜50体積%がより好ましく、3〜30体積%が更に好ましい。
前記含有量が、前記数値範囲外では、得られる非水電解液二次電池の高温特性が良好でないことがある。
尚、前記「高温特性」は、下記の容量残存率、高温放電特性、及び、安全性のそれぞれを評価しこれらを総合的に評価した。
【0054】
<<容量残存率の測定・評価>>
本発明の非水電解液二次電池を70℃条件下で10日間放置した後、非水電解液の容量を測定し、放置前の容量と比較して容量残存率を算出し評価した。
<<高温放電特性の測定・評価>>
本発明の非水電解液二次電池を70℃条件下で10日間放置後、50サイクルまで充放電を繰り返した際の放電容量を、放置前において測定した放電容量と比較し、下記式(1)より放電容量残存率を算出し高温放電特性の評価とした。
式(1):放電容量残存率=
10日間放置後の放電容量/放置前の放電容量×100(%)
<<安全性の評価>>
本発明の非水電解液二次電池を70℃条件下で10日間放置し電池の破裂・発火等の有無を目視にて観察し、又室温で充放電試験を行うことによって安全性の評価とした。
【0055】
前記「自己消火性」の観点からは、前記ホスファゼン誘導体の非水電解液における第2の含有量としては、20体積%以上が好ましく、自己消火性と高温特性とを高度に両立する観点からは、20〜70体積%がより好ましく、20〜50体積%が更に好ましく、20〜30体積%が特に好ましい。
前記含有量が、20体積%未満では、非水電解液に十分な「自己消火性」を発現させ得ないことがある。
尚、本発明において、「自己消火性」とは、下記「自己消火性の評価方法」において、着火した炎が25〜100mmラインで消火し、かつ、落下物にも着火が認められない状態となる性質をいう。
【0056】
前記「難燃性」の観点からは、前記ホスファゼン誘導体の非水電解液における第3の含有量としては、30体積%以上が好ましく、難燃性と高温特性とを高度に両立する観点からは、30〜70体積%がより好ましく、30〜50体積%が更に好ましい。
前記含有量が30体積%以上であれば、非水電解液に十分な「難燃性」を発現させることが可能となる。
尚、本発明において、「難燃性」とは、下記「難燃性の評価方法」において、着火した炎が25mmラインまで到達せず、かつ、落下物にも着火が認められない状態となる性質をいう。
【0057】
<<自己消火性・難燃性の評価方法>>
前記自己消火性・難燃性の評価は、UL(アンダーライティングラボラトリー)規格のUL94HB法をアレンジした方法を用い、大気環境下において着火した炎の燃焼挙動を測定・評価した。その際、着火性、燃焼性、炭化物の生成、二次着火時の現象についても観察した。具体的には、UL試験基準に基づき、不燃性石英ファイバーに1.0mlの各種電解液を染み込ませ、127mm×12.7mmの試験片を作製して行った。
【0058】
前記「自己消火性ないし難燃性」の観点から、前記非水電解液としては、前記ホスファゼン誘導体、LiPF6、エチレンカーボネート及び/又はプロピレンカーボネートを含む場合、及び、前記ホスファゼン誘導体、LiCF3SO3、プロピレンカーボネートを含む場合、が特に好ましい。これらの場合には、前述の記載にかかわらず、前記含有量が少量であっても、優れた自己消火性ないし難燃性の効果を有する。即ち、ホスファゼン誘導体の非水電解液における含有量としては、自己消火性を発現させるためには、1.5〜2.5体積%が好ましく、難燃性を発現させるためには、2.5体積%を超える量が好ましい。また、難燃性と高温特性とを高度に両立する観点からは、2.5体積%を超え70体積%以下がより好ましく、2.5体積%を超え50体積%以下が更に好ましく、2.5体積%を超え30体積%以下が特に好ましい。
【0059】
前記「耐劣化性」の観点からは、前記ホスファゼン誘導体の前記非水電解液における第4の含有量としては、2体積%以上が好ましく、2.5体積%を超えるのがより好ましく、3体積%以上75体積%未満が更に好ましく、耐劣化性と高温特性とを高度に両立する観点からは、第4の含有量の数値範囲のいずれかの下限値を下限値とし、第1の含有量の数値範囲のいずれかの上限値を上限値とする数値範囲が好ましい。
前記含有量が、前記数値範囲内であれば、好適に劣化を抑制することができる。
尚、本発明において、「劣化」とは、前記支持塩(例えば、リチウム塩)の分解をいい、該劣化防止の効果を下記「安定性の評価方法」により評価した。
【0060】
<<安定性の評価方法>>
(1)先ず、支持塩を含む非水電解液を調製後、水分率を測定する。次に、高速液体クロマトグラフィー(イオンクロマトグラフィー)により、非水電解液中の弗化水素の濃度を測定する。更に、目視により非水電解液の色調を観察した後、充放電試験により充放電容量を算出する。
(2)上記非水電解液を2ヶ月間グローブボックス内で放置した後、再び、水分率、弗化水素の濃度を測定し、色調を観察し、充放電容量を算出し、得られた数値の変化により安定性を評価する。
【0061】
−−その他の成分−−
前記その他の成分としては、非プロトン性有機溶媒が特に好ましい。
前記非プロトン性有機溶媒は、安全性の点から、前記非水電解液に含有させるのが好適である。即ち、非水電解液に、非プロトン性有機溶媒が含有されていれば、前記負極の材料と反応することなく高い安全性を得ることができる。また、前記非水電解液の低粘度化が可能であり、容易に非水電解液二次電池としての最適なイオン導電性を達成することができる。
【0062】
前記非プロトン性有機溶媒としては、特に制限はないが、前記非水電解液の低粘度化の点で、エーテル化合物やエステル化合物等が挙げられる。具体的には、1,2−ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、ジフェニルカーボネート、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、メチルエチルカーボネート、等が好適に挙げられる。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、γ−ブチロラクトン等の環状エステル化合物、1、2−ジメトキシエタン、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジエチルカーボネート等の鎖状エステル化合物等が好適である。特に、環状のエステル化合物は、比誘電率が高くリチウム塩等の溶解性に優れる点で、鎖状のエステル化合物は、低粘度であるため、非水電解液の低粘度化の点で好適である。これらは1種単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよいが、2種以上を併用するのが好適である。
【0063】
前記非プロトン性有機溶媒の25℃における粘度としては、特に制限はないが、10mPa・s(10cP)以下が好ましく、5mPa・s(5cP)以下がより好ましい。
【0064】
−その他の部材−
前記その他の部材としては、非水電解液二次電池において、正負極間に、両極の接触による電流の短絡を防止する役割で介在させるセパレーターが挙げられる。
前記セパレーターの材質としては、両極の接触を確実に防止し得、かつ、電解液を通したり含んだりできる材料、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレン等の合成樹脂製の不織布、薄層フィルム等が好適に挙げられる。これらの中でも、厚さ20〜50μm程度のポリプロピレン又はポリエチレン製の微孔性フィルムが特に好適である。
【0065】
前記セパレーターのほか、前記その他の部材としては、通常電池に使用されている公知の各部材が好適に挙げられる。
【0066】
本発明の非水電解液二次電池の形態としては、特に制限はなく、コインタイプ、ボタンタイプ、ペーパータイプ、角型又はスパイラル構造の円筒型電池等、種々の公知の形態が好適に挙げられる。
前記スパイラル構造の場合、例えば、シート状の正極を作製して集電体を挟み、これに、負極(シート状)を重ね合わせて巻き上げる等により非水電解液二次電池を作製することができる。
【0067】
以上説明した本発明の非水電解液二次電池は、前記本発明の非水電解液二次電池用添加剤を含有するため、自己消火性ないし難燃性に優れ、耐劣化性に優れ、非水電解液の界面抵抗が低く、低温特性に優れ、かつ、高温特性に優れる。
【0068】
【実施例】
以下、実施例と比較例を示し、本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に何ら限定されるものではない。
(実施例1)
[非水電解液の調製]
ジエチルカーボネートとエチレンカーボネートとの混合溶媒(混合比(体積比):ジエチルカーボネート/エチレンカーボネート=1/1)(非プロトン性有機溶媒)70mlに、環状ホスファゼン誘導体(前記一般式(2)において、R4がフェノキシ基であり、nが3である化合物(非水電解液二次電池用添加剤))30mlを添加(1体積%)し、更に、LiBF4(支持塩)を0.75モル/kgの濃度で溶解させ、非水電解液を調製した。
【0069】
<自己消火性ないし難燃性の評価>
得られた非水電解液について、前述の「自己消火性・難燃性の評価方法」と同様にして、下記に示すように評価を行った。結果を表1に示す。
【0070】
<<難燃性の評価>>
着火した炎が、装置の25mmラインまで到達せず、かつ網からの落下物にも着火が認められなかった場合を難燃性ありと評価した。
<<自己消火性の評価>>
着火した炎が、25〜100mmラインの間で消火し、かつ、網落下からの落下物にも着火が認められなかった場合を自己消火性ありと評価した。
<<燃焼性の評価>>
着火した炎が、100mmラインを超えた場合を燃焼性ありと評価した。
【0071】
<劣化の評価>
得られた非水電解液について、前述の「安定性の評価方法」と同様に、非水電解液調製直後及び2ヶ月間グローブボックス内で放置後の水分率(ppm)、弗化水素濃度(ppm)、充放電容量(mAh/g)を測定・算出し、劣化の評価を行った。この時、充放電容量(mAh/g)は、重量既知の正極又は前述の負極を用いて充放電曲線を測定し、得られた充電量、放電量を用いた電極の重量で除することにより求めた。また、非水電解液調製直後及び2ヶ月間グローブボックス内で放置後の非水電解液の色調変化を目視により観察した。結果を表1に示す。
【0072】
[非水電解液二次電池の作製]
化学式LiCoO2で表されるコバルト酸化物を正極活物質として用い、LiCoO2100部に対して、アセチレンブラック(導電助剤)を10部、テフロンバインダー(結着樹脂)を10部添加し、有機溶媒(酢酸エチルとエタノールとの50/50体積%混合溶媒)で混練した後、ロール圧延により厚さ100μm、幅40mmの薄層状の正極シートを作製した。
その後、得られた正極シート2枚を用いて、表面に導電性接着剤を塗布した、厚さ25μmのアルミニウム箔(集電体)を挟み込み、これに厚さ25μmのセパレーター(微孔性フィルム:ポリプロピレン性)を介在させ、厚さ150μmのリチウム金属箔を重ね合わせて巻き上げ、円筒型電極を作製した。該円筒型電極の正極長さは約260mmであった。
【0073】
前記円筒型電極に、前記非水電解液を注入して封口し、単三型リチウム電池を作製した。
【0074】
<電池特性等の測定・評価>
得られた電池について、20℃において、初期の電池特性(電圧、内部抵抗)を測定・評価した後、下記評価の方法により、充放電サイクル性能を測定・評価した。これらの結果を表1に示す。
【0075】
<<充放電サイクル性能の評価>>
上限電圧4.5V、下限電圧3.0V、放電電流100mA、充電電流50mAの条件で、50サイクルまで充放電を繰り返した。この時の充放電の容量を、初期における充放電の容量と比較し、50サイクル後の容量減少率を算出した。合計3本の電池について、同様に測定・算出し、これらの平均値をとり、充放電サイクル性能の評価とした。
【0076】
<低温特性の評価(低温放電容量の測定)>
得られた電池について、放電時の温度を、低温(−10℃、−20℃)とした外は、前記「充放電サイクル性能の評価」と同様の条件で、50サイクルまで充放電を繰り返した。この時の低温における放電容量を、20℃において測定した放電容量と比較し、下記式(2)より放電容量残存率を算出した。合計3本の電池について、同様に測定・算出し、これらの平均値をとり、低温特性の評価とした。結果を表1に示す。
式(2):放電容量残存率=
低温放電容量/放電容量(20℃)×100(%)
【0077】
<高温特性の評価>
<<容量減少率の測定・評価>>
得られた電池を70℃条件下で10日間放置した後、非水電解液の容量を測定し、放置前の容量と比較して容量減少率を算出した。
<<高温放電特性の測定・評価>>
得られた電池を70℃条件下で10日間放置後、50サイクルまで充放電を繰り返した際の放電容量を、放置前において測定した放電容量と比較し、前述の式(1)より放電容量減少率を算出した。上記と同様に、合計3本の電池について測定・算出し、これらの平均値をとり高温放電特性の評価とした。
<<安全性の評価>>
得られた電池を70℃条件下で10日間放置し電池の破裂・発火等の有無を目視にて観察し、又室温で充放電試験を行うことによって安全性の評価とした。
以上の評価結果を表1に示す。
【0078】
(実施例2)
実施例1の「非水電解液の調製」において、ジエチルカーボネートとエチレンカーボネートとの混合溶媒を80mlとし、環状ホスファゼン誘導体を20ml(20体積%)としたほかは、実施例1と同様に非水電解液を調製し、自己消火性ないし難燃性、耐劣化性の評価を行った。また、実施例1と同様にして非水電解液二次電池を作製し、初期の電池特性(電圧、内部抵抗)、充放電サイクル性能、低温特性、及び、高温特性をそれぞれ測定・評価した。結果を表1に示す。
【0079】
(実施例3)
実施例1の「非水電解液の調製」において、ジエチルカーボネートとエチレンカーボネートとの混合溶媒を25mlとし、環状ホスファゼン誘導体を75ml(75体積%)としたほかは、実施例1と同様に非水電解液を調製し、自己消火性ないし難燃性、耐劣化性の評価を行った。また、実施例1と同様にして非水電解液二次電池を作製し、初期の電池特性(電圧、内部抵抗)、充放電サイクル性能、低温特性、及び、高温特性をそれぞれ測定・評価した。結果を表1に示す。
【0080】
(実施例4)
実施例1の「非水電解液の調製」において、ジエチルカーボネートとエチレンカーボネートとの混合溶媒を98mlとし、環状ホスファゼン誘導体を2ml(2体積%)とし、支持塩をLiPF6に代えたほかは、実施例1と同様に非水電解液を調製し、自己消火性ないし難燃性、耐劣化性の評価を行った。また、実施例1と同様にして非水電解液二次電池を作製し、初期の電池特性(電圧、内部抵抗)、充放電サイクル性能、低温特性、及び、高温特性をそれぞれ測定・評価した。結果を表1に示す。
【0081】
(実施例5)
実施例1の「非水電解液の調製」において、ジエチルカーボネートとエチレンカーボネートとの混合溶媒を97mlに変え、環状ホスファゼン誘導体を3ml(3体積%)とし、支持塩をLiPF6に代えたほかは、実施例1と同様に非水電解液を調製し、実施例1と同様に自己消火性ないし難燃性の評価、耐劣化性の評価を行った。
また、実施例1と同様にして非水電解液二次電池を作製し、初期の電池特性(電圧、内部抵抗)、充放電サイクル性能、低温特性、及び、高温特性をそれぞれ測定・評価した。結果を表1に示す。
【0082】
(実施例6)
実施例1の「非水電解液の調製」において、環状ホスファゼン誘導体(前記一般式(2)において、R4がフェノキシ基であり、nが3である化合物(非水電解液二次電池用添加剤)を、環状ホスファゼン誘導体(前記一般式(2)においてnが4であって、R4のうちの2つがフェノキシ基であって6つがエトキシ基である化合物(非水電解液二次電池用添加剤))に代えたほかは、実施例1と同様に非水電解液を調製し、実施例1と同様に自己消火性ないし難燃性の評価、耐劣化性の評価を行った。
また、実施例1と同様にして非水電解液二次電池を作製し、初期の電池特性(電圧、内部抵抗)、充放電サイクル性能、低温特性、及び、高温特性をそれぞれ測定・評価した。結果を表1に示す。
【0083】
(比較例1)
実施例1の「非水電解液の調製」において、環状ホスファゼン誘導体を環状ホスファゼン誘導体(前記一般式(2)において、R4が塩素を含むメトキシ基であり、nが5である化合物(メトキシ基に対する塩素のモル比(メトキシ基/塩素)が2/4、3/3及び4/2である化合物の混合物)に代えたほかは、実施例1と同様に非水電解液を調製し、実施例1と同様に自己消火性ないし難燃性の評価、耐劣化性の評価を行った。
また、実施例1と同様にして非水電解液二次電池を作製し、初期の電池特性(電圧、内部抵抗)、充放電サイクル性能、低温特性、及び、高温特性をそれぞれ測定・評価した。結果を表1に示す。
【0084】
【表1】
Figure 0005095883
【0085】
【発明の効果】
本発明によれば、非水電解液二次電池に添加することにより、電池として必要な電池特性等を維持しつつ、自己消火性ないし難燃性に優れ、耐劣化性に優れ、非水電解液の界面抵抗が低く、低温特性に優れ、かつ、高温特性に優れた非水電解液二次電池を作製可能な非水電解液二次電池用添加剤、及び、該非水電解液二次電池用添加剤を含有し、自己消火性ないし難燃性に優れ、耐劣化性に優れ、非水電解液の界面抵抗が低く、低温特性に優れ、かつ、高温特性に優れた非水電解液二次電池を提供することができる。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention is excellent in self-extinguishing properties or flame retardancy, excellent in deterioration resistance, and excellent in high temperature properties while maintaining the same battery capacity as the conventional nonaqueous electrolyte secondary battery. The present invention relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, nickel-cadmium batteries have been mainly used as memory backups for AV and information devices such as personal computers and VTRs, and secondary batteries for their drive power sources. In recent years, non-aqueous electrolyte secondary batteries have attracted a great deal of attention as an alternative to nickel-cadmium batteries because they have the advantages of high voltage and high energy density and have excellent self-discharge characteristics. Some of them have been commercialized. For example, more than half of notebook computers and mobile phones are driven by non-aqueous electrolyte secondary batteries.
[0003]
In these non-aqueous electrolyte secondary batteries, carbon is frequently used as a material for forming the negative electrode. For the purpose of reducing the danger and increasing the driving voltage when lithium is generated on the surface, various types of carbon are used. An organic solvent is used as the electrolyte.
In addition, since non-aqueous electrolyte secondary batteries for cameras use alkali metals (particularly lithium metals and lithium alloys) as negative electrode materials, the electrolytes are usually ester-based organic solvents, etc. An aprotic organic solvent is used.
[0004]
However, although these nonaqueous electrolyte secondary batteries have high performance, they have the following problems in safety.
First, when an alkali metal (particularly lithium metal or lithium alloy) used as a negative electrode material for a non-aqueous electrolyte secondary battery is used, the alkali metal is very highly active against moisture. For example, when the sealing of the battery is incomplete and moisture enters, there is a problem that the negative electrode material and water react with each other to generate hydrogen or ignite.
[0005]
In addition, since lithium metal has a low melting point (about 170 ° C.), if a large current suddenly flows during a short circuit or the like, the battery may generate abnormal heat and cause a very dangerous situation such as melting of the battery. was there.
Further, as the battery generates heat, the above-mentioned electrolyte based on the organic solvent is vaporized and decomposed to generate gas, and the generated gas causes explosion and ignition of the battery.
[0006]
In order to solve the above problem, for example, in a cylindrical battery, when the temperature rises when the battery is short-circuited or overcharged and the pressure inside the battery rises, the safety valve is activated and the electrode terminal is broken at the same time. A technology has been proposed in which a battery is provided with a mechanism for preventing an excessive current exceeding a predetermined amount from flowing in a cylindrical battery (Nikkan Kogyo Shimbun, "Electronic Technology", Vol. 39, No. 9, 1997).
[0007]
However, it is not reliable that the mechanism always operates normally. If the mechanism does not operate normally, there is a problem because heat generation due to excessive current increases and a dangerous state such as ignition may occur.
[0008]
In order to solve the above-mentioned problem, it is not a safety measure by providing ancillary parts such as a safety valve as described above, but development of a non-aqueous electrolyte secondary battery having fundamentally high safety is required. .
[0009]
In particular, in regions and periods where the temperature is high, it is necessary to maintain excellent battery characteristics for a long time even under high temperature conditions, and a nonaqueous electrolyte secondary battery excellent in high temperature characteristics is required.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to solve the above-described conventional problems, meet various requirements, and achieve the following objects. That is, the present invention, when added to a non-aqueous electrolyte secondary battery, maintains the battery characteristics and the like necessary for the battery, is excellent in self-extinguishing properties or flame retardancy, excellent in deterioration resistance, non-aqueous electrolysis Non-aqueous electrolyte secondary battery additive capable of producing a non-aqueous electrolyte secondary battery having low liquid interface resistance, excellent low-temperature characteristics, and excellent high-temperature characteristics, and the non-aqueous electrolyte secondary battery Non-aqueous electrolyte with excellent self-extinguishing properties or flame retardancy, excellent deterioration resistance, low non-aqueous electrolyte interface resistance, low-temperature characteristics, and high-temperature characteristics An object is to provide a secondary battery.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
  Means for solving the problems are as follows. That is,
  <1> The following generalformula(Represented by 2)RingA non-aqueous electrolyte secondary battery additive comprising at least a phosphazene derivative.
[0013]
oneGeneral formula (2)
  (PNRFour 2)n
  However, in the general formula (2), RFourIs a monovalentEthoxy group or phenoxy groupRepresents. Total R in the general formula (2)FourAt least one ofPhenoxyContains groups. n is 3-4.
  <2> The phosphazene derivative is all R in the above (2).4Is an additive for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to <1>, wherein n is a phenoxy group and n is 3.
  <3> In the phosphazene derivative, n in the above (2) is 4, and all R42 is an additive for non-aqueous electrolyte secondary batteries according to the above <1>, wherein two are phenoxy groups and six are ethoxy groups.
[0014]
  <4> Positive electrode, negative electrode, <1>~ <3>And a non-aqueous electrolyte containing the additive for a non-aqueous electrolyte secondary battery and a supporting salt as described in 1. above.
  <5> In non-aqueous electrolyteRingThe content of the phosphazene derivative is2% by volume or more 30volume%Less thanSaid <4> Is a nonaqueous electrolyte secondary battery.
  <6> In non-aqueous electrolyteRingThe content of the phosphazene derivative isMore than 2.5 volume% and 30 volume% or lessSaid <4> Is a nonaqueous electrolyte secondary battery.
[0015]
<7> The above <wherein the non-aqueous electrolyte contains an aprotic organic solvent4The nonaqueous electrolyte secondary battery according to any one of <6> to <6>.
[0016]
  <8> The nonaqueous electrolyte secondary battery according to <7>, wherein the aprotic organic solvent contains a cyclic or chain ester compound.
  <9> Non-aqueous electrolyte is LiPF as supporting salt6Ethylene carbonate and / or propylene carbonate as an aprotic organic solventIncludeAbove<7>It is a non-aqueous electrolyte secondary battery as described in above.
[0017]
  <10> Non-aqueous electrolyte is LiCF as supporting saltThreeSOThreePropylene carbonate as an aprotic organic solventIncludingMu<7>It is a non-aqueous electrolyte secondary battery as described in above.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  Hereinafter, the present invention will be described in detail.
[Additives for non-aqueous electrolyte secondary batteries]
  The additive for non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention,The ring represented by the following general formula (2)Contains phosphazene derivatives and other components as required.
[0019]
-Phosphazene derivatives-
The reason why the phosphazene derivative is contained in the additive for non-aqueous electrolyte secondary batteries of the present invention is as follows.
Conventional non-aqueous electrolytes based on aprotic organic solvents used in non-aqueous electrolyte secondary batteries have a large current that suddenly flows during a short circuit, etc. In addition, gas is generated by vaporization and decomposition, or the battery is ruptured and ignited by the generated gas and heat.
On the other hand, by adding the additive for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention containing a phosphazene derivative to these conventional non-aqueous electrolytes, by the action of nitrogen gas and halogen gas derived from the phosphazene derivative. The non-aqueous electrolyte is imparted with excellent self-extinguishing properties or flame retardancy, and it is possible to reduce the risk as described above. Moreover, since phosphorus has the effect | action which suppresses the chain decomposition of the polymeric material which comprises a battery, it can provide self-extinguishing property thru | or flame retardance effectively.
[0020]
Furthermore, in a conventional non-aqueous electrolyte secondary battery, for example, an ester-based electrolyte used as an electrolyte, for example, LiPF which is a supporting salt6Lithium ion source such as salt, etc., is LiF and PF over timeFivePF generated by decomposition intoFiveGas and generated PFFiveIt is considered that corrosion proceeds and deteriorates due to hydrogen fluoride gas generated by further reaction of the gas with water or the like. That is, the conductivity of the non-aqueous electrolyte is lowered and the electrode material is deteriorated by the generated hydrogen fluoride gas.
On the other hand, the phosphazene derivative is, for example, the LiPF.6This contributes to stabilization by suppressing decomposition of the lithium ion source. Therefore, by adding a phosphazene derivative to a conventional non-aqueous electrolyte, the decomposition reaction of the non-aqueous electrolyte is suppressed, and corrosion and deterioration can be suppressed.
[0021]
Furthermore, it becomes possible to impart excellent high temperature characteristics to the non-aqueous electrolyte, and the decomposition of the non-aqueous electrolyte when used at high temperatures is prevented. For this reason, even if it is used for a long time at a high temperature, the amount of the non-aqueous electrolyte does not decrease, the discharge characteristics do not deteriorate, and the generation of gas accompanying decomposition does not occur. There is no risk of rupture.
[0022]
The phosphazene derivative is represented by the following general formula (1) or (2).
General formula (1)
[0023]
[Chemical Formula 3]
Figure 0005095883
However, in the general formula (1), R1, R2And RThreeRepresents a monovalent substituent or a halogen element, and at least one of them contains fluorine. X represents a substituent containing at least one element selected from the group consisting of carbon, silicon, germanium, tin, nitrogen, phosphorus, arsenic, antimony, bismuth, oxygen, sulfur, selenium, tellurium, and polonium. Y1, Y2And YThreeRepresents a divalent linking group, a divalent element, or a single bond.
[0024]
General formula (2)
  (PNRFour 2)n
  However, in the general formula (2), RFourRepresents a monovalent substituent or a halogen element. Total R in the general formula (2)FourAt least one ofAllyloxylContains groups. n is 3-4.
[0025]
  In the general formula (1), R1, R2And RThreeFrom the viewpoint of high temperature characteristics, it is a monovalent substituent or a halogen element, and at least one of them must contain fluorine.
  R1, R2And RThreeAs the monovalent substituent represented by the following, an alkoxy group, an alkyl group, a carboxyl group, an acyl group, an aryl group,AllyloxylGroups, etc., in terms of high temperature characteristics and low viscosity, alkoxy groups,AllyloxylGroups are preferred. These substituents may contain a halogen element such as chlorine in addition to fluorine.
[0026]
Examples of the alkoxy group include a methoxy group, an ethoxy group, a propoxy group, a butoxy group, a phenoxy group, and an alkoxy-substituted alkoxy group such as a methoxyethoxy group and a methoxyethoxyethoxy group. Among these, R1~ RThreeAs for all, methoxy group, ethoxy group, methoxyethoxy group, methoxyethoxyethoxy group and the like are preferable. Further, from the viewpoint of low viscosity and high dielectric constant, all are preferably methoxy groups or ethoxy groups, and from the viewpoint of high temperature characteristics, methoxy groups are particularly preferable.
[0027]
  AboveAllyloxylExamples of the group include aromatic substituents such as a phenoxy group, a naphthyloxy group, and an anthracenoxy group. Among these, a phenoxy group and the like are preferable from the viewpoint of high temperature characteristics.
[0028]
Examples of the alkyl group include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a butyl group, and a pentyl group.
Examples of the acyl group include formyl group, acetyl group, propionyl group, butyryl group, isobutyryl group, valeryl group and the like.
Examples of the aryl group include a phenyl group, a tolyl group, and a naphthyl group.
As the monovalent substituent, a trifluoromethoxy group, a phenoxy group, and the like are particularly preferable in terms of high temperature characteristics.
R1And R2And R1And RThreeAnd R2And RThreeAnd may be bonded to each other to form a ring.
[0029]
R1, R2And RThreeAs the halogen element represented by, for example, fluorine, chlorine and the like are preferably mentioned, and fluorine is particularly preferable from the viewpoint of high temperature characteristics.
[0030]
In general formula (1), Y1, Y2And YThreeAs the group represented by, for example, CH2In addition to groups, oxygen, sulfur, selenium, nitrogen, boron, aluminum, scandium, gallium, yttrium, indium, lanthanum, thallium, carbon, silicon, titanium, tin, germanium, zirconium, lead, phosphorus, vanadium, arsenic, niobium, Examples include groups containing elements such as antimony, tantalum, bismuth, chromium, molybdenum, tellurium, polonium, tungsten, iron, cobalt, nickel, and among these, CH2A group and a group containing oxygen, sulfur, selenium, and nitrogen elements are preferable, and a sulfur and selenium element is particularly preferable. Y1~ YThreeAll may be the same type, or some may be different types.
[0031]
In the general formula (1), X includes at least one element selected from the group consisting of carbon, silicon, nitrogen, phosphorus, oxygen, and sulfur from the viewpoint of consideration of toxicity, environment, and the like. A substituent is preferable, and a substituent having a structure represented by the following general formula (3) is more preferable.
[0032]
General formula (3)
[Formula 4]
Figure 0005095883
[0033]
However, in the general formula (3), RFive~ R9Represents a monovalent substituent or a halogen element. YFive~ Y9Represents a divalent linking group, a divalent element, or a single bond, and Z represents a divalent group or a divalent element.
[0034]
In the general formula (3), RFive~ R9As R in the general formula (1)1~ RThreeAny of the same monovalent substituents and halogen elements as mentioned in the above are preferably mentioned, and at least one of them preferably contains fluorine. Moreover, these may be the same kind in the same substituent, and some may be different kinds. RFiveAnd R6And R8And R9And may be bonded to each other to form a ring.
In general formula (3), YFive~ Y9As a group represented by Y in General Formula (1),1~ YThreeThe same divalent linking group or divalent group as mentioned in the above can be mentioned. Similarly, in the case of a group containing sulfur and selenium elements, the risk of ignition and ignition of non-aqueous electrolyte Is particularly preferred because of a reduction in These may be the same type in the same substituent, or some of them may be different from each other.
[0035]
In the general formula (3), as Z, for example, CH2Group, CHR (R represents an alkyl group, an alkoxyl group, a phenyl group, etc.) group, NR group, oxygen, sulfur, selenium, boron, aluminum, scandium, gallium, yttrium, indium, lanthanum, Contains elements such as thallium, carbon, silicon, titanium, tin, germanium, zirconium, lead, phosphorus, vanadium, arsenic, niobium, antimony, tantalum, bismuth, chromium, molybdenum, tellurium, polonium, tungsten, iron, cobalt, nickel Group, etc., among these, CH2In addition to the group, the CHR group, and the NR group, oxygen, sulfur, and selenium elements are preferably included. In particular, when an element such as sulfur or selenium is included, it is preferable because the risk of ignition and ignition of the non-aqueous electrolyte is reduced.
[0036]
In the general formula (3), as the substituent, a substituent containing phosphorus as represented by the substituent (A) is particularly preferable in that the risk of ignition / flammability can be particularly effectively reduced. In addition, when the substituent is a substituent containing sulfur as represented by the substituent (B), it is particularly preferable in terms of reducing the interfacial resistance of the nonaqueous electrolytic solution.
[0037]
  In the general formula (2), RFourFrom the viewpoint of high temperature characteristics,Ethoxy group or phenoxy groupAnd all R in the general formula (2)FourAt least one ofPhenoxyMust be a group.
[0038]
  RFourAs the monovalent substituent represented byAllyloxylGroup, alkoxy group, alkyl group, carboxyl group, acyl group, aryl group and the like, and in terms of high temperature characteristics and low viscosity,AllyloxylGroups and the like are particularly preferred. RFourThe monovalent substituent represented by may be further substituted with another substituent (excluding fluorine), or may be bonded to each other to form a ring. AboveAllyloxylExamples of the group, alkoxy group, alkyl group, carboxyl group, acyl group, and aryl group include R in the general formula (1).1~ RThreeAny of those described in the above can be preferably mentioned.
  RFourAs the halogen element represented by, for example, fluorine, chlorine and the like are preferably mentioned, and fluorine is particularly preferable from the viewpoint of high temperature characteristics.
  In the general formula (2), 3 is particularly preferable as n.
  When n exceeds 4, the viscosity of the non-aqueous electrolyte increases, and good high temperature characteristics are often not obtained.
[0039]
By appropriately selecting each substituent in the general formula (1) or (2), it is possible to synthesize a nonaqueous electrolytic solution having a more suitable viscosity, solubility suitable for mixing, and the like. These phosphazene derivatives may be used alone or in combination of two or more.
[0040]
In the general formula (1), the phosphazene derivative preferably has a substituent containing a halogen element such as chlorine and bromine in addition to the fluorine in the molecular structure. In the method, it is preferable that the molecular structure has a substituent containing a halogen element (such as chlorine or bromine) excluding fluorine. In these cases, the halogen gas derived from the phosphazene derivative can exhibit self-extinguishing properties or flame retardance more effectively even if the content of the phosphazene derivative is small.
In compounds containing a halogen element as a substituent, generation of halogen radicals may be a problem. However, these phosphazene derivatives have stable phosphorus halides because the phosphorus element in the molecular structure promotes halogen radicals. Therefore, such a problem does not occur.
[0041]
The content of the halogen element in these phosphazene derivatives is preferably 2 to 80% by weight, more preferably 2 to 60% by weight, and still more preferably 2 to 50% by weight.
When the content is less than 2% by weight, the effect of containing the halogen element may not be sufficiently exhibited. On the other hand, when the content exceeds 80% by weight, the viscosity increases. Its conductivity may decrease.
[0042]
The flash point of the phosphazene derivative is not particularly limited, but is preferably 100 ° C. or higher and more preferably 150 ° C. or higher from the viewpoint of suppressing ignition.
[0043]
As the addition amount of the additive for non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention, an amount corresponding to a preferable numerical range of the content of the phosphazene derivative in the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention described later is suitable. . By adjusting the addition amount to a value within the numerical range, the effects of the present invention such as self-extinguishing property or flame retardancy, deterioration resistance, and high temperature characteristics of the non-aqueous electrolyte can be suitably imparted.
[0044]
According to the additive for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention described above, by adding to the non-aqueous electrolyte secondary battery, the self-extinguishing property or difficulty is maintained while maintaining the battery characteristics necessary for the battery. Nonaqueous electrolyte secondary that can produce nonaqueous electrolyte secondary batteries with excellent flammability, excellent degradation resistance, low interface resistance of nonaqueous electrolyte, excellent low temperature characteristics, and excellent high temperature characteristics An additive for a battery can be provided.
[0045]
[Nonaqueous electrolyte secondary battery]
The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention has a positive electrode, a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte, and has other members as necessary.
[0046]
-Positive electrode-
The positive electrode material is not particularly limited and can be appropriately selected from known positive electrode materials. For example, V2OFive, V6O13, MnO2, MoOThreeLiCoO2, LiNiO2, LiMn2OFourMetal oxide such as TiS2, MoS2Preferred examples include metal sulfides such as polyaniline, and the like. Among these, LiCoO is preferred because of its high capacity, high safety, and excellent electrolyte wettability.2, LiNiO2, LiMn2OFourIs particularly preferred. These materials may be used alone or in combination of two or more.
[0047]
There is no restriction | limiting in particular as a shape of the said positive electrode, It can select suitably from well-known shapes as an electrode. For example, a sheet shape, a columnar shape, a plate shape, a spiral shape, and the like can be given.
[0048]
-Negative electrode-
The negative electrode can occlude and release, for example, lithium or lithium ions. Therefore, the material is not particularly limited as long as, for example, lithium or lithium ions can be occluded / released, and can be appropriately selected from known negative electrode materials.
For example, a material containing lithium, specifically, lithium metal itself, an alloy of lithium with aluminum, indium, lead, or zinc, a carbon material such as graphite doped with lithium, etc. are preferably mentioned. Among them, a carbon material such as graphite is preferable in terms of higher safety. These materials may be used alone or in combination of two or more.
There is no restriction | limiting in particular as a shape of the said negative electrode, It can select suitably from the well-known shape similar to the shape of the said positive electrode.
[0049]
-Non-aqueous electrolyte-
The non-aqueous electrolyte contains the non-aqueous electrolyte secondary battery additive of the present invention and a supporting salt, and contains other components as necessary.
[0050]
--Supported salt--
As the supporting salt, for example, a supporting salt serving as an ion source of lithium ions is preferable.
The lithium ion ion source is not particularly limited, but for example, LiClO.Four, LiBFFour, LiPF6, LiCFThreeSOThreeAnd LiAsF6, LiC4F9SOThree, Li (CFThreeSO2)2N, Li (C2FFiveSO2)2Preferable examples include lithium salts such as N. These may be used alone or in combination of two or more.
[0051]
As a compounding quantity with respect to the said non-aqueous electrolyte of the said support salt, 0.2-1 mol is preferable with respect to 1 kg of the said non-aqueous electrolyte (solvent component), and 0.5-1 mol is more preferable.
When the blending amount is less than 0.2 mol, sufficient conductivity of the non-aqueous electrolyte cannot be ensured, which may hinder the charge / discharge characteristics of the battery, while exceeding 1 mol. In this case, the viscosity of the non-aqueous electrolyte is increased, and sufficient mobility of the lithium ions and the like cannot be ensured. May interfere with properties.
[0052]
<High temperature characteristics, self-digestibility or flame retardancy, deterioration resistance>
The content of the phosphazene derivative in the non-aqueous electrolyte is a first content that can suitably impart “high temperature characteristics” to the non-aqueous electrolyte due to the effect obtained by containing the phosphazene derivative, A second content that can suitably impart “self-extinguishing” to the water electrolyte, a third content that can suitably impart “flame retardant” to the non-aqueous electrolyte, and a non-aqueous electrolyte There are four possible contents of the fourth content that can suitably impart “deterioration resistance”.
[0053]
From the viewpoint of the “high temperature characteristics”, the first content of the phosphazene derivative in the nonaqueous electrolytic solution is preferably 1 to 70% by volume, more preferably 1 to 50% by volume, and 3 to 30% by volume. Is more preferable.
When the content is outside the numerical range, the high temperature characteristics of the obtained non-aqueous electrolyte secondary battery may not be good.
The “high temperature characteristics” were evaluated by comprehensively evaluating each of the following capacity remaining rate, high temperature discharge characteristics, and safety.
[0054]
<< Measurement and evaluation of remaining capacity >>
The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention was allowed to stand at 70 ° C. for 10 days, then the capacity of the non-aqueous electrolyte was measured, and the capacity remaining rate was calculated and evaluated in comparison with the capacity before leaving.
<< Measurement and evaluation of high-temperature discharge characteristics >>
The discharge capacity when the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention was allowed to stand for 10 days at 70 ° C. and then repeatedly charged and discharged up to 50 cycles was compared with the discharge capacity measured before leaving, and the following formula (1 ) To calculate the residual capacity of discharge capacity and evaluate the high temperature discharge characteristics.
Equation (1): discharge capacity remaining rate =
Discharge capacity after standing for 10 days / Discharge capacity before leaving x100 (%)
<< Safety evaluation >>
The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is allowed to stand for 10 days at 70 ° C. and visually observed for the presence or absence of rupture / ignition of the battery, and by conducting a charge / discharge test at room temperature, did.
[0055]
From the viewpoint of the “self-extinguishing property”, the second content of the phosphazene derivative in the nonaqueous electrolytic solution is preferably 20% by volume or more, and from the viewpoint of achieving both high self-extinguishing properties and high temperature characteristics. 20-70 volume% is more preferable, 20-50 volume% is still more preferable, and 20-30 volume% is especially preferable.
If the content is less than 20% by volume, sufficient “self-extinguishing” may not be achieved in the non-aqueous electrolyte.
In the present invention, “self-extinguishing” means that in the following “Self-extinguishing evaluation method”, the ignited flame extinguishes in the 25 to 100 mm line, and the fallen object is not ignited. The property which becomes.
[0056]
From the viewpoint of the “flame retardant”, the third content of the phosphazene derivative in the non-aqueous electrolyte is preferably 30% by volume or more, and from the viewpoint of highly achieving both flame retardancy and high temperature characteristics. 30-70 volume% is more preferable, and 30-50 volume% is still more preferable.
When the content is 30% by volume or more, sufficient “flame retardant” can be expressed in the non-aqueous electrolyte.
In the present invention, “flame retardant” means that in the following “flame retardant evaluation method”, the ignited flame does not reach the 25 mm line and the fallen object is not ignited. Refers to nature.
[0057]
<< Self-extinguishing / flame retardant evaluation method >>
The self-extinguishing / flame retardant evaluation was performed by measuring / evaluating the combustion behavior of a flame ignited in an atmospheric environment using a method of arranging UL94HB method of UL (Underwriting Laboratory) standard. At that time, ignitability, combustibility, formation of carbides, and secondary ignition phenomena were also observed. Specifically, based on the UL test standard, 1.0 ml of various electrolytes were impregnated into the nonflammable quartz fiber to prepare a 127 mm × 12.7 mm test piece.
[0058]
From the viewpoint of the “self-extinguishing property or flame retardancy”, the non-aqueous electrolyte includes the phosphazene derivative, LiPF.6, Ethylene carbonate and / or propylene carbonate, and the phosphazene derivative, LiCFThreeSOThreeWhen propylene carbonate is contained, it is particularly preferable. In these cases, regardless of the above description, even if the content is small, it has an excellent self-extinguishing or flame-retardant effect. That is, the content of the phosphazene derivative in the non-aqueous electrolyte is preferably 1.5 to 2.5% by volume for exhibiting self-extinguishing properties, and 2.5% for exhibiting flame retardancy. An amount exceeding volume% is preferred. Further, from the viewpoint of achieving both high flame retardancy and high temperature characteristics, it is preferably more than 2.5% by volume and 70% by volume or less, more preferably more than 2.5% by volume and 50% by volume or less. More than 5 volume% and 30 volume% or less are especially preferable.
[0059]
From the viewpoint of the “deterioration resistance”, the fourth content of the phosphazene derivative in the non-aqueous electrolyte is preferably 2% by volume or more, more preferably more than 2.5% by volume, and 3% by volume. % Or more and less than 75% by volume is more preferable, and from the viewpoint of achieving both high resistance to deterioration and high temperature characteristics, the lower limit of any of the numerical ranges of the fourth content is set as the lower limit, and the first content A numerical range in which any upper limit value in the numerical range is set as the upper limit value is preferable.
If the content is within the numerical range, the deterioration can be suitably suppressed.
In the present invention, “deterioration” means decomposition of the supporting salt (for example, lithium salt), and the effect of preventing the deterioration was evaluated by the following “stability evaluation method”.
[0060]
<< Stability Evaluation Method >>
(1) First, after preparing a nonaqueous electrolytic solution containing a supporting salt, the moisture content is measured. Next, the concentration of hydrogen fluoride in the non-aqueous electrolyte is measured by high performance liquid chromatography (ion chromatography). Furthermore, after visually observing the color tone of the non-aqueous electrolyte, the charge / discharge capacity is calculated by a charge / discharge test.
(2) After leaving the non-aqueous electrolyte in a glove box for 2 months, the moisture content and the concentration of hydrogen fluoride were measured again, the color tone was observed, the charge / discharge capacity was calculated, and the numerical value obtained The stability is evaluated by the change of.
[0061]
-Other ingredients-
As the other components, an aprotic organic solvent is particularly preferable.
The aprotic organic solvent is preferably contained in the non-aqueous electrolyte from the viewpoint of safety. That is, if the non-aqueous electrolyte contains an aprotic organic solvent, high safety can be obtained without reacting with the negative electrode material. Moreover, the viscosity of the non-aqueous electrolyte can be lowered, and the optimum ionic conductivity as a non-aqueous electrolyte secondary battery can be easily achieved.
[0062]
The aprotic organic solvent is not particularly limited, and examples thereof include ether compounds and ester compounds from the viewpoint of reducing the viscosity of the nonaqueous electrolytic solution. Specifically, 1,2-dimethoxyethane, tetrahydrofuran, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, diphenyl carbonate, ethylene carbonate, propylene carbonate, γ-butyrolactone, γ-valerolactone, methyl ethyl carbonate, and the like are preferable. Among these, cyclic ester compounds such as ethylene carbonate, propylene carbonate, and γ-butyrolactone, and chain ester compounds such as 1,2-dimethoxyethane, dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, and diethyl carbonate are preferable. In particular, the cyclic ester compound has a high relative dielectric constant and is excellent in the solubility of lithium salts and the like, and the chain ester compound has a low viscosity, which is preferable in terms of reducing the viscosity of the non-aqueous electrolyte. is there. These may be used individually by 1 type, may use 2 or more types together, but it is suitable to use 2 or more types together.
[0063]
The viscosity of the aprotic organic solvent at 25 ° C. is not particularly limited, but is preferably 10 mPa · s (10 cP) or less, and more preferably 5 mPa · s (5 cP) or less.
[0064]
-Other components-
Examples of the other member include a separator that is interposed between positive and negative electrodes in a non-aqueous electrolyte secondary battery in order to prevent a short circuit of current due to contact between both electrodes.
As the material of the separator, a material that can reliably prevent contact between both electrodes and that can pass or contain an electrolyte, for example, a non-woven fabric made of a synthetic resin such as polytetrafluoroethylene, polypropylene, polyethylene, or a thin layer film Etc. are preferable. Among these, a microporous film made of polypropylene or polyethylene having a thickness of about 20 to 50 μm is particularly suitable.
[0065]
In addition to the separator, examples of the other members include well-known members usually used in batteries.
[0066]
There is no restriction | limiting in particular as a form of the non-aqueous electrolyte secondary battery of this invention, Various well-known forms, such as a coin type, a button type, a paper type, a cylindrical battery of a square type or a spiral structure, are mentioned suitably. .
In the case of the spiral structure, for example, a non-aqueous electrolyte secondary battery can be manufactured by preparing a sheet-like positive electrode, sandwiching a current collector, and stacking and winding up a negative electrode (sheet-like) on the current collector. .
[0067]
Since the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention described above contains the additive for non-aqueous electrolyte secondary batteries of the present invention, it is excellent in self-extinguishing property or flame retardancy, excellent in deterioration resistance, Non-aqueous electrolyte has low interface resistance, excellent low-temperature characteristics, and excellent high-temperature characteristics.
[0068]
【Example】
EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example are shown and this invention is demonstrated concretely, this invention is not limited to the following Example at all.
Example 1
[Preparation of non-aqueous electrolyte]
To 70 ml of a mixed solvent of diethyl carbonate and ethylene carbonate (mixing ratio (volume ratio): diethyl carbonate / ethylene carbonate = 1/1) (aprotic organic solvent), a cyclic phosphazene derivative (in the general formula (2), RFourIs a phenoxy group and a compound in which n is 3 (additive for non-aqueous electrolyte secondary battery) is added (1% by volume), and LiBF is further added.Four(Supporting salt) was dissolved at a concentration of 0.75 mol / kg to prepare a non-aqueous electrolyte.
[0069]
<Evaluation of self-extinguishing or flame retardancy>
The obtained nonaqueous electrolytic solution was evaluated as described below in the same manner as in the above-mentioned “Self-extinguishing / flame retardant evaluation method”. The results are shown in Table 1.
[0070]
<< Evaluation of flame retardancy >>
The case where the ignited flame did not reach the 25 mm line of the device and the ignition of the fallen object from the net was not recognized as flame retardant.
<< Self-extinguishing evaluation >>
When the ignited flame was extinguished between 25 and 100 mm line, and the ignition was not recognized even for the fallen object from the net dropping, it was evaluated as having self-extinguishing properties.
<< Evaluation of flammability >>
The case where the ignited flame exceeded the 100 mm line was evaluated as combustible.
[0071]
<Evaluation of deterioration>
About the obtained non-aqueous electrolyte, like the above-mentioned “stability evaluation method”, the moisture content (ppm) immediately after preparation of the non-aqueous electrolyte and left in the glove box for 2 months, the hydrogen fluoride concentration ( ppm), charge / discharge capacity (mAh / g) was measured and calculated, and deterioration was evaluated. At this time, the charge / discharge capacity (mAh / g) is obtained by measuring a charge / discharge curve using a positive electrode having a known weight or the above-described negative electrode and dividing the obtained charge amount and discharge amount by the weight of the electrode. Asked. Moreover, the color tone change of the non-aqueous electrolyte was observed visually after the non-aqueous electrolyte was prepared and after being left in the glove box for 2 months. The results are shown in Table 1.
[0072]
[Preparation of non-aqueous electrolyte secondary battery]
Chemical formula LiCoO2LiCoO is used as a positive electrode active material.2To 100 parts, 10 parts of acetylene black (conducting aid) and 10 parts of Teflon binder (binder resin) were added and kneaded with an organic solvent (50/50% by volume mixed solvent of ethyl acetate and ethanol). Thereafter, a thin layered positive electrode sheet having a thickness of 100 μm and a width of 40 mm was produced by roll rolling.
Then, using the obtained two positive electrode sheets, a 25 μm thick aluminum foil (current collector) having a conductive adhesive applied on the surface was sandwiched, and a 25 μm thick separator (microporous film: A cylindrical electrode was manufactured by interposing and winding up a lithium metal foil having a thickness of 150 μm with a polypropylene property interposed therebetween. The cylindrical electrode had a positive electrode length of about 260 mm.
[0073]
The non-aqueous electrolyte was injected into the cylindrical electrode and sealed to produce an AA lithium battery.
[0074]
<Measurement and evaluation of battery characteristics>
About the obtained battery, after measuring and evaluating initial battery characteristics (voltage, internal resistance) at 20 ° C., charge / discharge cycle performance was measured and evaluated by the following evaluation method. These results are shown in Table 1.
[0075]
<< Evaluation of charge / discharge cycle performance >>
Charging / discharging was repeated up to 50 cycles under the conditions of an upper limit voltage of 4.5 V, a lower limit voltage of 3.0 V, a discharge current of 100 mA, and a charge current of 50 mA. The charge / discharge capacity at this time was compared with the charge / discharge capacity in the initial stage, and the capacity decrease rate after 50 cycles was calculated. A total of three batteries were measured and calculated in the same manner, and the average value of these was taken to evaluate the charge / discharge cycle performance.
[0076]
<Evaluation of low temperature characteristics (measurement of low temperature discharge capacity)>
The obtained battery was repeatedly charged and discharged up to 50 cycles under the same conditions as in the above “Evaluation of charge / discharge cycle performance” except that the temperature during discharge was low (−10 ° C., −20 ° C.). . The discharge capacity at low temperature at this time was compared with the discharge capacity measured at 20 ° C., and the discharge capacity remaining rate was calculated from the following formula (2). A total of three batteries were measured and calculated in the same manner, and the average of these was taken to evaluate the low temperature characteristics. The results are shown in Table 1.
Equation (2): discharge capacity remaining rate =
Low temperature discharge capacity / discharge capacity (20 ° C) x 100 (%)
[0077]
<Evaluation of high temperature characteristics>
<< Measurement / Evaluation of Capacity Reduction Rate >>
The obtained battery was allowed to stand at 70 ° C. for 10 days, and then the capacity of the non-aqueous electrolyte was measured, and the capacity reduction rate was calculated in comparison with the capacity before standing.
<< Measurement and evaluation of high-temperature discharge characteristics >>
The obtained battery was allowed to stand for 10 days at 70 ° C., and then the discharge capacity when charging / discharging was repeated up to 50 cycles was compared with the discharge capacity measured before leaving, and the discharge capacity was reduced from the above equation (1). The rate was calculated. In the same manner as described above, a total of three batteries were measured and calculated, and the average value of these was taken as the evaluation of the high temperature discharge characteristics.
<< Safety evaluation >>
The obtained battery was allowed to stand at 70 ° C. for 10 days and visually observed for the presence or absence of rupture / ignition of the battery, and a charge / discharge test was conducted at room temperature to evaluate safety.
The above evaluation results are shown in Table 1.
[0078]
(Example 2)
In Example 1 “Preparation of non-aqueous electrolyte”, non-aqueous electrolyte was the same as Example 1 except that the mixed solvent of diethyl carbonate and ethylene carbonate was 80 ml and the cyclic phosphazene derivative was 20 ml (20% by volume). An electrolytic solution was prepared and evaluated for self-extinguishing properties, flame retardancy, and deterioration resistance. In addition, a non-aqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 1, and initial battery characteristics (voltage, internal resistance), charge / discharge cycle performance, low temperature characteristics, and high temperature characteristics were measured and evaluated. The results are shown in Table 1.
[0079]
(Example 3)
In Example 1 “Preparation of non-aqueous electrolyte”, non-aqueous electrolyte was the same as Example 1, except that the mixed solvent of diethyl carbonate and ethylene carbonate was 25 ml and the cyclic phosphazene derivative was 75 ml (75% by volume). An electrolytic solution was prepared and evaluated for self-extinguishing properties, flame retardancy, and deterioration resistance. In addition, a non-aqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 1, and initial battery characteristics (voltage, internal resistance), charge / discharge cycle performance, low temperature characteristics, and high temperature characteristics were measured and evaluated. The results are shown in Table 1.
[0080]
Example 4
In “Preparation of Nonaqueous Electrolyte” in Example 1, the mixed solvent of diethyl carbonate and ethylene carbonate was 98 ml, the cyclic phosphazene derivative was 2 ml (2% by volume), and the supporting salt was LiPF.6A nonaqueous electrolytic solution was prepared in the same manner as in Example 1 except that the self-extinguishing property, flame retardancy, and deterioration resistance were evaluated. In addition, a non-aqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 1, and initial battery characteristics (voltage, internal resistance), charge / discharge cycle performance, low temperature characteristics, and high temperature characteristics were measured and evaluated. The results are shown in Table 1.
[0081]
(Example 5)
In “Preparation of Nonaqueous Electrolyte” in Example 1, the mixed solvent of diethyl carbonate and ethylene carbonate was changed to 97 ml, the cyclic phosphazene derivative was changed to 3 ml (3% by volume), and the supporting salt was LiPF.6A nonaqueous electrolyte solution was prepared in the same manner as in Example 1 except that the self-extinguishing property or flame retardancy and deterioration resistance were evaluated in the same manner as in Example 1.
In addition, a non-aqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 1, and initial battery characteristics (voltage, internal resistance), charge / discharge cycle performance, low temperature characteristics, and high temperature characteristics were measured and evaluated. The results are shown in Table 1.
[0082]
(Example 6)
In “Preparation of Nonaqueous Electrolyte” in Example 1, a cyclic phosphazene derivative (in the general formula (2), RFourIs a phenoxy group, and n is 3 (additive for nonaqueous electrolyte secondary battery), a cyclic phosphazene derivative (wherein n is 4 in the general formula (2), RFourA non-aqueous electrolyte was prepared in the same manner as in Example 1, except that two of them were replaced with a compound (non-aqueous electrolyte secondary battery additive) in which two were phenoxy groups and six were ethoxy groups, In the same manner as in Example 1, self-extinguishing properties or flame resistance properties and deterioration resistance properties were evaluated.
In addition, a non-aqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 1, and initial battery characteristics (voltage, internal resistance), charge / discharge cycle performance, low temperature characteristics, and high temperature characteristics were measured and evaluated. The results are shown in Table 1.
[0083]
(Comparative Example 1)
In “Preparation of Nonaqueous Electrolyte” in Example 1, the cyclic phosphazene derivative was converted to a cyclic phosphazene derivative (in the general formula (2), RFourIs a methoxy group containing chlorine and n is 5 (mixture of compounds having a molar ratio of chlorine to methoxy group (methoxy group / chlorine) of 2/4, 3/3 and 4/2) Other than that, a non-aqueous electrolyte solution was prepared in the same manner as in Example 1, and self-extinguishing property or flame retardancy and deterioration resistance were evaluated in the same manner as in Example 1.
In addition, a non-aqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 1, and initial battery characteristics (voltage, internal resistance), charge / discharge cycle performance, low temperature characteristics, and high temperature characteristics were measured and evaluated. The results are shown in Table 1.
[0084]
[Table 1]
Figure 0005095883
[0085]
【Effect of the invention】
According to the present invention, by adding to a non-aqueous electrolyte secondary battery, while maintaining the battery characteristics and the like necessary for the battery, it is excellent in self-extinguishing property or flame retardancy, excellent in deterioration resistance, non-aqueous electrolysis Non-aqueous electrolyte secondary battery additive capable of producing a non-aqueous electrolyte secondary battery having low liquid interface resistance, excellent low-temperature characteristics, and excellent high-temperature characteristics, and the non-aqueous electrolyte secondary battery Non-aqueous electrolyte with excellent self-extinguishing properties or flame retardancy, excellent deterioration resistance, low non-aqueous electrolyte interface resistance, low-temperature characteristics, and high-temperature characteristics A secondary battery can be provided.

Claims (10)

下記一般式(2)で表される環状ホスファゼン誘導体を少なくとも含有することを特徴とする非水電解液二次電池用添加剤。
一般式(2)
(PNR4 2n
但し、一般式(2)において、R4は、エトキシ基又はフェノキシ基を表す。該一般式(2)における全R4のうち少なくとも1つはフェノキシ基を含む。nは3〜4である。
A non-aqueous electrolyte secondary battery additive comprising at least a cyclic phosphazene derivative represented by the following general formula (2).
General formula (2)
(PNR 4 2 ) n
However, in the general formula (2), R 4 represents an ethoxy group or phenoxy group. At least one of all R 4 in the general formula (2) includes a phenoxy group . n is 3-4.
環状ホスファゼン誘導体は、前記一般式(2)における全Rがフェノキシ基であり、nが3である請求項1に記載の非水電解液二次電池用添加剤。2. The additive for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein in the cyclic phosphazene derivative, all R 4 in the general formula (2) are phenoxy groups and n is 3. 3. 環状ホスファゼン誘導体は、前記一般式(2)におけるnが4であって、全Rのうち2つがフェノキシ基であって6つがエトキシ基である請求項1に記載の非水電解液二次電池用添加剤。2. The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the cyclic phosphazene derivative has n of 4 in the general formula (2), 2 out of all R 4 are phenoxy groups and 6 are ethoxy groups. Additives. 正極と、負極と、支持塩及び請求項1から3のいずれか1項に記載の非水電解液二次電池用添加剤を含有する非水電解液と、を有することを特徴とする非水電解液二次電池。  A non-aqueous electrolyte comprising: a positive electrode; a negative electrode; a supporting salt; and a non-aqueous electrolyte containing the additive for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to any one of claims 1 to 3. Electrolyte secondary battery. 非水電解液における環状ホスファゼン誘導体の含有量が、2体積%以上30体積%以下である請求項4に記載の非水電解液二次電池。  The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 4, wherein the content of the cyclic phosphazene derivative in the non-aqueous electrolyte is 2% by volume or more and 30% by volume or less. 非水電解液における環状ホスファゼン誘導体の含有量が、2.5体積%超30体積%以下である請求項4に記載の非水電解液二次電池。  5. The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 4, wherein the content of the cyclic phosphazene derivative in the non-aqueous electrolyte is more than 2.5 volume% and 30 volume% or less. 非水電解液が、非プロトン性有機溶媒を含む請求項4から6のいずれか1項に記載の非水電解液二次電池。  The nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 4, wherein the nonaqueous electrolyte contains an aprotic organic solvent. 非プロトン性有機溶媒が、環状又は鎖状のエステル化合物を含有する請求項7に記載の非水電解液二次電池。  The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 7, wherein the aprotic organic solvent contains a cyclic or chain ester compound. 非水電解液が、支持塩としてLiPF6を含み、非プロトン性有機溶媒としてエチレンカーボネート及び/又はプロピレンカーボネートを含む請求項7に記載の非水電解液二次電池。The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 7, wherein the non-aqueous electrolyte contains LiPF 6 as a supporting salt and ethylene carbonate and / or propylene carbonate as an aprotic organic solvent. 非水電解液が、支持塩としてLiCF3SO3を含み、非プロトン性有機溶媒としてプロピレンカーボネートを含む請求項7に記載の非水電解液二次電池。The nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 7, wherein the nonaqueous electrolyte contains LiCF 3 SO 3 as a supporting salt and propylene carbonate as an aprotic organic solvent.
JP2000272077A 2000-09-07 2000-09-07 Non-aqueous electrolyte secondary battery additive and non-aqueous electrolyte secondary battery Expired - Fee Related JP5095883B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000272077A JP5095883B2 (en) 2000-09-07 2000-09-07 Non-aqueous electrolyte secondary battery additive and non-aqueous electrolyte secondary battery

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000272077A JP5095883B2 (en) 2000-09-07 2000-09-07 Non-aqueous electrolyte secondary battery additive and non-aqueous electrolyte secondary battery

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2002083628A JP2002083628A (en) 2002-03-22
JP5095883B2 true JP5095883B2 (en) 2012-12-12

Family

ID=18758266

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2000272077A Expired - Fee Related JP5095883B2 (en) 2000-09-07 2000-09-07 Non-aqueous electrolyte secondary battery additive and non-aqueous electrolyte secondary battery

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5095883B2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109301309A (en) * 2018-09-10 2019-02-01 东莞东阳光科研发有限公司 A kind of electrolyte of high pressure nickel-cobalt-manganternary ternary anode material

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1300880C (en) * 2002-06-19 2007-02-14 株式会社普利司通 Supporting electrolyte for cell and method for production thereof, and cell
KR20050091753A (en) * 2002-12-26 2005-09-15 가부시키가이샤 브리지스톤 Additive for nonaqueous electrolytic solution of secondary battery and nonaqueous electrolyte secondary battery
JP4632017B2 (en) * 2003-10-07 2011-02-16 株式会社Gsユアサ Nonaqueous electrolyte secondary battery
CN1871740A (en) * 2003-10-07 2006-11-29 株式会社杰士汤浅 Nonaqueous electrolyte secondary battery
JP2006185829A (en) * 2004-12-28 2006-07-13 Bridgestone Corp Non-aqueous electrolyte secondary battery
CN103608962B (en) 2011-01-31 2016-10-26 三菱化学株式会社 Non-aqueous electrolyte and the nonaqueous electrolyte secondary battery of this non-aqueous electrolyte of use
CN116525945A (en) 2011-02-10 2023-08-01 三菱化学株式会社 Nonaqueous electrolyte solution and nonaqueous electrolyte secondary battery using same
US11050284B2 (en) * 2015-05-11 2021-06-29 Eaglepicher Technologies, Llc Electrolyte, a battery including the same, and methods of reducing electrolyte flammability
WO2017111143A1 (en) * 2015-12-22 2017-06-29 セントラル硝子株式会社 Electrolyte for non-aqueous electrolyte cell, and non-aqueous electrolyte cell in which same is used
CN105655642B (en) * 2016-03-30 2018-03-20 宁德时代新能源科技股份有限公司 Electrolyte and high-nickel anode lithium ion battery containing same

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3055536B2 (en) * 1992-04-09 2000-06-26 株式会社ブリヂストン Non-aqueous electrolyte battery
JP3055358B2 (en) * 1992-04-09 2000-06-26 株式会社ブリヂストン Non-aqueous electrolyte battery
JPH09180721A (en) * 1995-12-28 1997-07-11 Mitsui Petrochem Ind Ltd Electrode for lithium battery, manufacturing method therefor, electrochemical apparatus, and manufacturing method therefor
US5830600A (en) * 1996-05-24 1998-11-03 Sri International Nonflammable/self-extinguishing electrolytes for batteries
JP2001520439A (en) * 1997-10-09 2001-10-30 ビーエーエスエフ アクチェンゲゼルシャフト Composite materials suitable for electrochemical cells
JP4092757B2 (en) * 1997-12-26 2008-05-28 ソニー株式会社 Non-aqueous electrolyte secondary battery
JP4664503B2 (en) * 1998-11-30 2011-04-06 日本化学工業株式会社 Non-aqueous electrolyte secondary battery

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109301309A (en) * 2018-09-10 2019-02-01 东莞东阳光科研发有限公司 A kind of electrolyte of high pressure nickel-cobalt-manganternary ternary anode material

Also Published As

Publication number Publication date
JP2002083628A (en) 2002-03-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4588319B2 (en) Non-aqueous electrolyte battery and electrode stabilizer for non-aqueous electrolyte battery
JP5738011B2 (en) Non-aqueous electrolyte additive for secondary battery, non-aqueous electrolyte for secondary battery and non-aqueous electrolyte secondary battery
US6955867B1 (en) Non-aqueous electrolyte secondary cell and, deterioration-preventing agent for non-aqueous electrolyte secondary cell and additive for non-aqueous electrolyte secondary cell for use therein
US20030190531A1 (en) Additive for non-aqueous liquid electrolyte, non-aqueous liquid electrolyte secondary cell and non-aqueous liquid electrolyte electric double layer capacitor
JP5001507B2 (en) Nonaqueous electrolyte additive, nonaqueous electrolyte secondary battery, and nonaqueous electrolyte electric double layer capacitor
JPWO2002021629A1 (en) Nonaqueous electrolyte additive, nonaqueous electrolyte secondary battery, and nonaqueous electrolyte electric double layer capacitor
JP4257725B2 (en) Non-aqueous electrolyte secondary battery
JP5095883B2 (en) Non-aqueous electrolyte secondary battery additive and non-aqueous electrolyte secondary battery
JP5738010B2 (en) Non-aqueous electrolyte for secondary battery and non-aqueous electrolyte secondary battery
JP2001102088A (en) Non-aqueous electrolyte cell
JP4671693B2 (en) Non-aqueous electrolyte additive for secondary battery and non-aqueous electrolyte secondary battery
JP2005190873A (en) Nonaqueous electrolyte for battery, and nonaqueous electrolyte battery equipped with it
JP2004006301A (en) Positive electrode for non-aqueous electrolyte secondary battery and its manufacturing method, and non-aqueous electrolyte secondary battery having the same
JP4785735B2 (en) Nonaqueous electrolyte for battery and nonaqueous electrolyte battery provided with the same
JP2001217001A (en) Additive for non-aqueous electrolyte secondary battery
US20070183954A1 (en) Additive for non-aqueous electrolyte in battery, non-aqueous electrolyte for battery and non-aqueos electrolyte battery
KR100591058B1 (en) Polymer cell and polymer electrolyte
JP2010015717A (en) Nonaqueous electrolyte for battery, and nonaqueous electrolyte secondary battery equipped with it
JP4666540B2 (en) Non-aqueous electrolyte secondary battery
JP2001217007A (en) Non-aqueous electrolyte secondary battery
JP4873855B2 (en) Battery non-aqueous electrolyte additive, battery non-aqueous electrolyte and non-aqueous electrolyte battery
JP2001217006A (en) Non-aqueous electrolyte secondary battery
JP2001217003A (en) Non-aqueous electrolyte secondary battery
JP2010015718A (en) Nonaqueous electrolyte for battery, and nonaqueous electrolyte secondary battery equipped with it
JP2005190870A (en) Electrolyte for polymer battery, and the polymer battery equipped with it

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20070411

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20101214

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20110214

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20111115

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20120113

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: 20120918

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20120920

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150928

Year of fee payment: 3

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees