JP5318766B2 - 非水電解液及びこれを含む電気化学デバイス - Google Patents

非水電解液及びこれを含む電気化学デバイス Download PDF

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Description

本発明は、非水電解液、電極及びこれを含む電気化学デバイスに関する。より詳しくは、本発明は、電気化学デバイスの寿命及び熱的安定性を向上できる化合物を含有する非水電解液及びこれを含む電気化学デバイスに関する。また、本発明は、電気化学デバイスの寿命及び熱的安定性を向上できる化合物の還元体を含有する電極及びこれを含む電気化学デバイスに関する。
近年、エネルギー蓄積技術に対する関心が高まってきている。携帯電話、カムコーダー、ノートパソコン、さらには電気自動車にまで適用分野が広がっており、電気化学デバイスの研究開発の動きが具体化しつつある。このような点から、電気化学デバイスの分野は、最も注目されており、この中でも、充放電が可能な二次電池の開発が関心の焦点となっている。最近、このような電池を開発するにあたって、容量密度及び比エネルギーを向上させるため、新しい電極と電池の設計に関する研究開発が行われている。
現在適用されている二次電池のうち、1990年代初開発されたリチウム二次電池は、水溶液の電解液を使用するNi−MH、Ni−Cd、硫酸−鉛電池などの在来型電池に比べて、作動電圧が高く、エネルギー密度が遥かに大きいという長所があり、脚光を浴びている。しかしながら、このようなリチウム二次電池は、充放電の繰り返しによって性能が低下するという問題点があり、電池の容量密度が増加すればするほど、この問題は深刻化する。
従って、二次電池における電池寿命改善方法の開発が求められている。
特開2002−158034号によれば、アクリル系化合物を電解液添加剤として使用することでリチウム二次電池のガス発生及び陰極の劣化を抑制できると記載されている。また、特開2003−168479号によれば、3つ以上のアクリル基を有するアクリル系化合物をリチウム二次電池の電解液添加剤として使用する場合、陰極における還元分解反応を通じてSEI(Solid Electrolyte Interface、以下、「SEI」と略する)層を形成し、これによって、陰極での電解質分解反応が抑制され、寿命特性が向上できると記載されている。
本発明者らは、アクリレート系化合物をリチウム二次電池の電解液添加剤として使用する場合、陰極において形成されるSEI膜の特性が、アクリレート系化合物内のアクリル基の個数に大きく依存することを見出した。すなわち、アクリレート系化合物内の重合可能な二重結合の個数が増加するにつれて、形成されるSEI膜はさらに緻密化してパッシベーション効果が大きくなる反面、SEI層の抵抗が大きく増加することを見出した。
従って、本発明の目的は、分子内アクリル基の個数が少ない(好ましくは、2つ以下)アクリレート系化合物と、多数のアクリル基(好ましくは、3つ以上)を有するアクリレート系化合物とを混用することで、形成されるSEI膜の特性を最適化できる非水電解液を提供することにある。
また、本発明の目的は、前記非水電解液を備えた、性能全般が向上した電気化学デバイスを提供することにある。
本発明は、1つ又は2つのアクリル基を有する第1のアクリレート化合物、3つ以上のアクリル基を有する第2のアクリレート化合物、電解質塩及び有機溶媒を含む非水電解液を提供する。
また、本発明は、(i)1つ又は2つのアクリル基を有する第1のアクリレート化合物の還元体及び(ii)3つ以上のアクリル基を有する第2のアクリレート化合物の還元体を含有する被膜が表面の一部又は全部に形成された電極を提供する。
さらに、本発明は、陽極、陰極、セパレータ及び非水電解液を備えた電気化学デバイスであって、(i)前記非水電解液は、本発明による非水電解液であり、及び/又は(ii)前記陽極及び/又は陰極は、本発明による電極であることを特徴とする電気化学デバイスを提供する。
本発明の非水電解液は、1つ又は2つのアクリル基を有する第1のアクリレート化合物と、3つ以上のアクリル基を有する第2のアクリレート化合物とを一緒に含むことで、これらによって電気化学デバイス内の陰極に形成されるSEI膜は、優れたパッシベーション効果を示し、電気化学デバイスの寿命特性を向上することができると共に、SEI膜の抵抗が大きくないため、電気化学デバイスの初期容量減少を極力抑制することができる。また、SEI膜の熱的安定性が増大し、電気化学デバイスの高温寿命特性を向上することができる。
以下、本発明の詳細を説明する。
本発明の非水電解液は、分子内に1つ又は2つの重合可能なアクリル基を有する第1のアクリレート化合物と、分子内に3つ以上のアクリル基を有する第2のアクリレート化合物とを共に含むことを特徴とする。
アクリレート化合物内の重合可能なアクリル基、好ましくは、アクリル基の二重結合の個数が増加するにつれて、これを備えた電気化学デバイス、好ましくは、リチウム二次電池の陰極において前記アクリレート化合物で形成されるSEI膜はさらに緻密化してパッシベーション効果は大きくなる反面、SEI膜の抵抗は大きく増加するようになる。
従って、本発明の非水電解液は、1つまたは2つのアクリル基を有する第1のアクリレート化合物と3つ以上のアクリル基を有する第2のアクリレート化合物とを一緒に含むことで、形成されるSEI膜の十分なパッシベーション効果が維持でき、これによって、電気化学デバイスの寿命を向上させながらも、SEI膜の大きな抵抗増加が発生しないため、初期容量減少を極力抑制することができる。
前記1つ又は2つのアクリル基を有する第1のアクリレート化合物としては、例えば、テトラエチレングリコールジアクリレート(tetraethyleneglycol diacrylate)、ポリエチレングリコールジアクリレート(polyethyleneglycol diacrylate)(分子量50〜20,000)、エトキシ化ビスフェノールAジアクリレート(bisphenol A ethoxylated diacrylate)(分子量100〜10,000)、1,4−ブタンジオールジアクリレート(1,4-butanediol diacrylate)、1,6−ヘキサンジオールジアクリレート(1,6-hexanediol diacrylate )などが挙げられるが、これに限定されない。なお、これらは、単独でまたは2種以上を混合して使用することができる。
また、前記3つ以上のアクリル基を有する第2のアクリレート化合物としては、例えば、トリメチロールプロパントリアクリレート(trimethylolpropane triacrylate)、トリメチロールプロパンエトキシレートトリアクリレート(trimethylolpropane ethyoxylate triacrylate)、トリメチロールプロパンプロポキシレートトリアクリレート(trimethylolpropane propoxylate triacrylate)、ジトリメチロールプロパンテトラアクリレート(ditrimethylolpropane tetraacrylate)、ペンタエリスリトールテトラアクリレート(pentaerythritol tetraacrylate)、ペンタエリスリトールエトキシレートテトラアクリレート(pentaerythritol ethoxylate tetraacrylate)、ジペンタエリスリトールペンタアクリレート(dipentaerythritol pentaacrylate)、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート(dipentaerythritol hexaacrylate)及びトリス[2−(アクリロイルオキシ)エチル]イソシアヌレート(tris[2-(acryloyloxy)ethyl]isocyanurate)などが挙げられるが、これに限定されない。なお、これらは、単独でまたは2種以上を混合して使用することができる。
前記第1のアクリレート化合物及び第2のアクリレート化合物は、それぞれ、非水電解液において、0.01〜10重量%含まれることができる。その含量が、0.01重量%を下回る場合は、アクリレート化合物の使用による電気化学デバイスの寿命向上効果が十分でなく、10重量%を上回る場合は、非可逆反応量の増加による電気化学デバイスの性能低下が発生することがあり得る。
前記第1のアクリレート化合物:第2のアクリレート化合物の重量比は、1:10〜10:1の範囲が好ましく、より好ましくは、1:4〜4:1であることができる。この範囲外の場合は、いずれか一方のアクリレート化合物の効果が著しく大きくなってしまい、目的のアクリレート混合物の混用による十分な効果が得られなくなる。
前記電解質塩としては、通常、非水電解液用電解質塩として使用されるものであれば、特に制限されない。電解質塩の非制限的な例としては、Aのような構造を有する塩であって、Aは、Li、Na、Kのようなアルカリ金属カチオン又はこれらの組合からなるカチオンを含み、Bは、PF 、BF 、Cl、Br、I、ClO 、AsF 、CHCO 、CFSO 、N(CFSO 、C(CFSO のようなアニオン又はこれらの組合からなるアニオンを含み、このようなカチオンとアニオンとの組合で形成される塩である。特に、リチウム塩が好ましい。これら電解質塩は、単独でまたは二種以上を混合して使用することができる。
前記有機溶媒としては、通常非水電解液有機溶媒として使用されるものであれば、特に制限されず、環状カーボネート、線状カーボネート、ラクトン、エーテル、エステル、スルホキシド、アセトニトリル、ラクタム及び/又はケトンを使用することができる。
前記環状カーボネートとしては、例えば、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ブチレンカーボネート(BC)、フルオロエチレンカーボネート(FEC)などが挙げられ、前記線状カーボネートとしては、例えば、ジエチルカーボネート(DEC)、ジメチルカーボネート(DMC)、ジプロピルカーボネート(DPC)、エチルメチルカーボネート(EMC)及びメチルプロピルカーボネート(MPC)などが挙げられ、前記ラクトンとしては、例えば、ガンマブチロラクトン(GBL)が挙げられ、前記エーテルとしては、例えば、ジブチルエーテル、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタンなどが挙げられる。前記エステルとしては、例えば、ギ酸メチル、ギ酸エチル、ギ酸プロピル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸ブチル、ピバリン酸メチルなどが挙げられる。また、前記スルホキシドとしては、例えば、ジメチルスルホキシドなどが挙げられ、前記ラクタムとしては、例えば、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)などが挙げられ、前記ケトンとしては、ポリメチルビニルケトンが挙げられる。また、前記有機溶媒のハロゲン誘導体を使用することもできる。なお、これら有機溶媒は、単独で又は2種以上を混合して使用することができる。
本発明に係る電極は、表面の一部又は全部に形成された被膜、例えば、固体電解質界面(SEI)層を含む電極であって、前記被膜は、(i)1つまたは2つのアクリル基を有する第1のアクリレート化合物の還元体及び(ii)3つ以上のアクリル基を有する第2のアクリレート化合物の還元体を含むことを特徴とする。
前記被膜、例えば、SEI膜は、電気化学デバイスの初期充電時、或いは、後の充放電時に形成されることができる。本発明の電極は、当業界で公知の方法で製造された電極を、前記1つ又は2つのアクリル基を有する第1のアクリレート化合物及び3つ以上のアクリル基を有する第2のアクリレート化合物を含む非水電解液内において、一回以上還元させて製造することができる。また、本発明の電極は、当業界で公知の方法で製造された陽極と陰極との間に多孔性セパレータを介在させ、前記1つ又は2つのアクリル基を有する第1のアクリレート化合物及び3つ以上のアクリル基を有する第2のアクリレート化合物を含む非水電解液を投入した後、一回以上充電を行って製造することができる。
本発明の電極において、前記第1のアクリレート化合物の還元体及び第2のアクリレート化合物の還元体は、それぞれ前記第1のアクリレート化合物及び第2のアクリレート化合物が還元分解されて生成されることができる。また、本発明の電極において、前記第1のアクリレート化合物及び第2のアクリレート化合物としては、本発明の非水電解液に含まれる第1のアクリレート化合物及び第2のアクリレート化合物と同様なものを挙げることができるが、これに制限されない。
なお、本発明に係る電気化学デバイスは、陽極、陰極、セパレータ及び非水電解液を含んでなり、前記非水電解液は、本発明による非水電解液であることを特徴とする。
また、本発明に係る電気化学デバイスは、陽極、陰極、セパレータ及び非水電解液を含んでなり、前記陽極及び/又は陰極は、本発明による電極であることを特徴とする。なお、前記非水電解液としては、本発明による非水電解液を使用することができる。
本発明において、電気化学デバイスとは、電気化学反応をする全てのデバイスを指す。具体的には、例えば、あらゆる一次電池、二次電池、燃料電池、太陽電池又はキャパシターなどがある。前記電気化学デバイスとしては、二次電池が好ましく、特に、リチウム金属二次電池、リチウムイオン二次電池、リチウムポリマー二次電池又はリチウムイオンポリマー二次電池などのようなリチウム二次電池が好ましい。
本発明の電気化学デバイスは、当業界で公知の方法で製造することができる。例えば、陽極と陰極との間に多孔性のセパレータを介在させた後、電解液を投入して製造することができる。
電気化学デバイスの電極は、当業界で公知の方法で製造することができる。例えば、電極活物質に、溶媒、必要によって、バインダー、導電材、分散材を混合及び攪拌してスラリーを製造した後、これを金属材のコレクタに塗布(コート)し、圧縮した後、乾燥して製造することができる。
電極活物質に対して、バインダーは、1〜10重量比で、導電剤は、1〜30重量比で適宜使用することができる。
電極活物質は、陽極活物質または陰極活物質を使用することができる。
陽極活物質としては、LiM(M=Co、Ni、Mn、CoNiMn)のようなリチウム遷移金属複合酸化物(例えば、LiMnなどのリチウム−マンガン複合酸化物、LiNiOなどのリチウム−ニッケル酸化物、LiCoOなどのリチウム−コバルト酸化物及びこれら酸化物のマンガン、ニッケル、コバルトの一部を他の遷移金属などに置換したもの、又はリチウムを含有した酸化バナジウムなど)又はカルコゲン化合物(例えば、二酸化マンガン、二硫化チタン、二硫化モリブデンなど)などを使用することができる。好ましくは、LiCoO、LiNiO、LiMnO、LiMn、Li(NiCoMn)O(0<a<1、0<b<1、0<c<1、a+b+c=1)、LiNi1−YCo、LiCo1−YMn、LiNi1−YMn(但し、0≦Y<1)、Li(NiCoMn)O(0<a<2、0<b<2、0<c<2、a+b+c=2)、LiMn2−ZNi、LiMn2−ZCo(但し、0<Z<2)、LiCoPO、LiFePOまたはこれらの混合物などを使用することができる。
陰極活物質としては、従来の電気化学デバイスの陰極に使用される通常の陰極活物質を使用することができ、例えば、リチウムイオンを吸蔵及び放出できるリチウム金属、リチウム合金、炭素、石油コークス、活性炭、黒鉛、炭素繊維などが挙げられるが、これに制限されない。その他、リチウムを吸蔵及び放出できる、対リチウムの電位が2V未満のTiO、SnOなどのような金属酸化物を使用することができる。特に、黒鉛、炭素繊維、活性炭などの炭素材が好ましく使用される。
金属材のコレクタとしては、伝導性の高い金属であって、前記電極活物質のスラリーが容易に接着可能で、かつ電池の電圧範囲内で反応性を有しないものであれば、いずれも使用可能である。陽極コレクタとしては、例えば、アルミニウム、ニッケル又はこれらの組合で製造されるフォイルなどが挙げられるが、これに制限されない。陰極コレクタとしては、例えば、銅、金、ニッケル又は銅合金或いはこれらの組合で製造されるフォイルなどが挙げられるが、これに制限されない。
使用可能なバインダーとしては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、フッ化ポリビニリデン(PVdF)などが挙げられる。
導電材としては、電気化学デバイスにおいて化学変化を生じない電子伝導性を有するものであれば、特に制限されない。一般に、カーボンブラック、黒鉛、炭素繊維、カーボンナノチューブ、金属粉末、導電性金属酸化物、有機導電材などを使用することができ、現在市販されているものとしては、アセチレンブラック系(シェブロンケミカルカンパニー社製又はガルフオイルカンパニー社製など)、ケッチェンブラックEC系(アルマック社製)、Vulcan XC−72(カボット社製)及びスーパーP(MMM社製)などが挙げられる。
溶媒としては、NMP(N−メチルピロリドン)、DMF(ジメチルホルムアミド)、アセトン、ジメチルアセトアミドなどの有機溶媒又は水などを使用することができ、これら溶媒は、単独で又は2種以上を混合して使用することができる。溶媒の使用量は、スラリーの塗布厚、生産性などを考慮し、前記電極活物質、バインダー、導電材を溶解及び分散できる程度であれば良い。
前記セパレータとしては、特に制限されないが、多孔性セパレータを使用することが好ましく、例えば、ポリプロピレン系、ポリエチレン系またはポリオレフィン系の多孔性セパレータなどが挙げられるが、これに制限されない。
本発明の電気化学デバイスの外形に制限はないが、缶を用いた円筒形、角状、ポーチ状またはコイン型などをとることができる。
以下、本発明の実施例を挙げて詳細に説明するが、下記の実施例は、本発明の例示にすぎず、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。
(実施例1)
エチレンカーボネート(EC):プロピレンカーボネート(PC):ジエチルカーボネート(DEC)=2:1:7(v:v:v)の組成を有する有機溶媒に、LiPFを1Mの濃度となるように溶解した溶液を製造した後、この溶液に、添加剤として、2つのアクリル基を有するテトラエチレングリコールジアクリレート(TEGDA、下記の化1)が0.8重量%及び3つのアクリル基を有するトリメチロールプロパントリアクリレート(TMPTA、下記の化2)が0.2重量%含まれるように添加して電解液を製造した。
陽極活物質としては、LiCoO、陰極活物質としては、人造黒鉛、及び上記で製造された電解液を用いて通常の方法でコイン型の電池を製造した。
Figure 0005318766
(実施例2)
添加剤として、2つのアクリル基を有するTEGDA(化1)0.2重量%及び3つのアクリル基を有するTMPTA(化2)0.8重量%含まれるように添加した以外は、実施例1と同様にして電解液及び電池を製造した。
(比較例1)
添加剤として、2つのアクリル基を有するTEGDA(化1)のみを1重量%含まれるように添加し、3つのアクリル基を有するTMPTA(化2)は添加しなかった以外は、実施例1と同様にして電解液及び電池を製造した。
(比較例2)
添加剤として、2つのアクリル基を有するTEGDA(化1)は添加せず、3つのアクリル基を有するTMPTA(化2)のみを1重量%含まれるように添加した以外は、実施例1と同様にして電解液及び電池を製造した。
<電池テスト1:初期容量及び常温寿命>
実施例1〜2及び比較例1〜2で製造されたコイン型の電池を、常温で0.5Cで充放電を行い、初期容量及び50回充放電後の容量保持率(%)を下記の表1に示した。
Figure 0005318766
表1に示されたように、実施例1〜2及び比較例1において最も大きな初期容量が観察された。これに対し、アクリル基の個数が3つ以上のアクリレート化合物のみを添加剤として使用した比較例2の場合は、最も小さな初期容量が示された。これは、3つのアクリル基を有するアクリレート化合物が形成するSEI膜が大きな抵抗を示しているためである。
また、アクリル基の個数が2つのアクリレート化合物のみを添加剤として使用した比較例1では、アクリル基の個数が2つのアクリレート化合物とアクリル基の個数が3つのアクリレート化合物とを一緒に使用した実施例1〜2及びアクリル基の個数が3つのアクリレート化合物のみを使用した比較例2に比べて、低い容量保持率が示された。これは、2つのアクリル基を有するアクリレート化合物が単独で形成するSEI膜では、十分なパッシベーション効果が得られないためである。
前述のように、2つのアクリル基を有するアクリレート化合物と3つのアクリル基を有するアクリレート化合物とを一緒に使用することで、初期容量減少とサイクルの繰り返しによる容量減少とを同時に最小化することができた。
(実施例3)
2つのアクリル基を有するTEGDA(化1)及び4つのアクリル基を有するジトリメチロールプロパンテトラアクリレート(DTMPTA、化3)を、その含量がそれぞれ0.25重量%となるように添加した以外は、実施例1と同様にして電解液及び電池を製造した。
Figure 0005318766
(比較例3)
添加剤として、4つのアクリル基を有するDTMPTA(化3)を添加せず、2つのアクリル基を有するTEGDA(化1)のみを0.25重量%含まれるように添加した以外は、実施例1と同様にして電解液及び電池を製造した。
(比較例4)
添加剤として、2つのアクリル基を有するTEGDA(化1)を添加せず、4つのアクリル基を有するDTMPTA(化3)のみを0.25重量%含まれるように添加した以外は、実施例1と同様にして電解液及び電池を製造した。
(比較例5)
添加剤を加えず、エチレンカーボネート(EC):プロピレンカーボネート(PC):ジエチルカーボネート(DEC)=2:1:7(v:v:v)の組成を有する有機溶媒に、LiPFを1Mの濃度になるように溶解して電解液を製造した以外は、実施例1と同様にして電池を製造した。
<電池テスト2:高温寿命>
実施例3及び比較例3〜5で製造されたコイン型の電池を、60℃、0.5Cで充放電を行い、放電容量を図1に示した。
図1に示されたように、実施例3において最も優れた寿命特性が観察された。2つのアクリル基を有するアクリレート化合物のみを使用した比較例3及び4つのアクリル基を有するアクリレート化合物のみを使用した比較例4の場合は、何等の添加剤を添加しない比較例5に比べて、高温寿命の改善が全く認められなかった。このような結果は、2種のアクリレート化合物を混合する場合に形成されるSEI膜の熱的安定性が、これら化合物がそれぞれ単独で形成するSEI膜の熱的安定性に比べて優れていることを立証している。
従って、以上の電池テスト1及び2からわかるように、アクリレート化合物のアクリル基の個数を調節することで、これら化合物によって陰極に形成されるSEI膜の特性を調節することができる。
実施例3及び比較例3〜5で製造されたコイン型の電池を、それぞれ60℃、0.5Cで充放電を行い、放電容量を測定した結果を示すグラフである。

Claims (12)

  1. 非水電解液であって、
    1つ又は2つのアクリル基を有する第1のアクリレート化合物と、
    3つ以上のアクリル基を有する第2のアクリレート化合物と、
    電解質塩と、及び
    有機溶媒とを含んでなる、液状非水電解液。
  2. 前記第1のアクリレート化合物が、テトラエチレングリコールジアクリレート、分子量50〜20,000ポリエチレングリコールジアクリレート、分子量100〜10,000エトキシ化ビスフェノールAジアクリレート、1,4−ブタンジオールジアクリレート、1,6−ヘキサンジオールジアクリレートからなる群から選択される少なくとも1つであることを特徴とする、請求項1に記載の液状非水電解液。
  3. 前記第2のアクリレート化合物が、トリメチロールプロパントリアクリレート、トリメチロールプロパンエトキシレートトリアクリレート、トリメチロールプロパンプロポキシレートトリアクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラアクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、ペンタエリスリトールエトキシレートテトラアクリレート、ジペンタエリスリトールペンタアクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート及びトリス[2−(アクリロイルオキシ)エチル]イソシアヌレートからなる群から選択される少なくとも1つであることを特徴とする、請求項1又は2に記載の液状非水電解液。
  4. 前記第1のアクリレート化合物及び前記第2のアクリレート化合物が、非水電解液において、それぞれ、0.01〜10重量%含まれることを特徴とする請求項1〜3の何れか一項に記載の液状非水電解液。
  5. 前記第1のアクリレート化合物:前記第2のアクリレート化合物の重量比が、1:10〜10:1であることを特徴とする、請求項1〜4の何れか一項に記載の液状非水電解液。
  6. 前記電解質塩が、
    (i)Li、Na、Kからなる群から選択されるカチオンと、
    (ii)PF 、BF 、Cl、Br、I、ClO 、AsF 、CHCO 、CFSO 、N(CFSO 、C(CFSO からなる群から選択されるアニオンとの組合で形成されることを特徴とする、請求項1〜5の何れか一項に記載の液状非水電解液。
  7. 前記有機溶媒が、環状カーボネート、線状カーボネート、ラクトン、エーテル、エステル、スルホキシド、アセトニトリル、ラクタム、ケトン及びこれらのハロゲン誘導体からなる群から選択される少なくとも1つであることを特徴とする、請求項1に記載の液状非水電解液。
  8. 請求項1〜7の何れか一項に記載の液状非水電解液に含まれてなる、
    (i)1つ又は2つのアクリル基を有する第1のアクリレート化合物の還元体と、及び
    (ii)3つ以上のアクリル基を有する第2のアクリレート化合物の還元体を含有する被膜が表面の一部又は全部に形成されてなる、電極。
  9. 前記第1のアクリレート化合物が、テトラエチレングリコールジアクリレート、分子量50〜20,000ポリエチレングリコールジアクリレート、分子量100〜10,000エトキシ化ビスフェノールAジアクリレート、1,4−ブタンジオールジアクリレート、1,6−ヘキサンジオールジアクリレートからなる群から選択される少なくとも1つであることを特徴とする、請求項8に記載の電極。
  10. 前記第2のアクリレート化合物が、トリメチロールプロパントリアクリレート、トリメチロールプロパンエトキシレートトリアクリレート、トリメチロールプロパンプロポキシレートトリアクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラアクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、ペンタエリスリトールエトキシレートテトラアクリレート、ジペンタエリスリトールペンタアクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート及びトリス[2−(アクリロイルオキシ)エチル]イソシアヌレートからなる群から選択される少なくとも1つであることを特徴とする、請求項8又は9に記載の電極。
  11. 陽極、陰極、セパレータ、及び非水電解液を含む電気化学デバイスであって、
    (i)前記非水電解液が、請求項1〜7の何れか一項に記載の液状非水電解液であり、及び/又は、
    (ii)前記陽極及び/又は前記陰極が、請求項8〜10の何れか一項に記載の電極であることを特徴とする、電気化学デバイス。
  12. 前記電気化学デバイスが、リチウム二次電池であることを特徴とする、請求項11に記載の電気化学デバイス。
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Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8304118B2 (en) * 2009-02-26 2012-11-06 Lg Chem, Ltd. Non-aqueous electrolyte solution for lithium secondary battery and lithium secondary battery including the same
KR101203666B1 (ko) 2010-07-28 2012-11-21 주식회사 엘지화학 리튬 이차전지용 비수 전해액 및 이를 함유한 리튬 이차전지
CN103403948A (zh) * 2011-02-28 2013-11-20 昭和电工株式会社 二次电池用非水电解液和非水电解液二次电池
SG194654A1 (en) * 2011-04-27 2013-12-30 Showa Denko Kk Non-aqueous electrolyte solution for secondary cell, and non-aqueous electrolyte secondary cell
SG194656A1 (en) * 2011-04-28 2013-12-30 Showa Denko Kk Non-aqueous electrolyte solution for secondary cell, and non-aqueous electrolyte secondary cell
KR20130053272A (ko) * 2011-11-15 2013-05-23 솔브레인 주식회사 리튬 이차 전지용 전해액 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지
CN104025365A (zh) * 2011-12-28 2014-09-03 宇部兴产株式会社 非水电解液以及使用了该非水电解液的蓄电设备
KR101420154B1 (ko) * 2012-03-30 2014-08-14 서울시립대학교 산학협력단 리튬이차전지용 전해질 및 이를 이용한 리튬이차전지
KR101641763B1 (ko) * 2013-01-28 2016-07-21 주식회사 엘지화학 고전압 리튬 이차 전지
EP2784867B1 (en) 2013-01-28 2016-11-23 LG Chem, Ltd. High-voltage lithium secondary battery
JP6915955B2 (ja) * 2014-03-07 2021-08-11 三菱ケミカル株式会社 非水系電解液、及びそれを用いた非水系電解液二次電池
EP2919332B1 (en) * 2014-03-10 2019-07-10 Tyco Electronics France SAS Electrical terminal and method for preparing a connector comprising such terminal
CN107210426A (zh) * 2014-12-04 2017-09-26 电化株式会社 电极用导电性组合物、非水系电池用电极和非水系电池
US9954251B2 (en) * 2015-02-17 2018-04-24 Wildcat Discovery Technologies, Inc Electrolyte formulations for electrochemical cells containing a silicon electrode
US10199687B2 (en) 2016-08-30 2019-02-05 Wildcat Discovery Technologies, Inc Electrolyte formulations for electrochemical cells containing a silicon electrode
CN115084676A (zh) * 2021-03-15 2022-09-20 珠海冠宇电池股份有限公司 一种二次电池

Family Cites Families (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5037712A (en) 1987-10-30 1991-08-06 Ultracell, Inc. Preparation of radiation cured solid electrolytes and electrochemical devices employing the same
US5223353A (en) * 1990-03-16 1993-06-29 Ricoh Company, Ltd. Solid electrolyte, electrochemical device including the same and method of fabricating the solid electrolyte
US5620810A (en) * 1992-07-22 1997-04-15 Valence Technology, Inc. Solid, solvent-containing electrolytes and electrolytic cells produced therefrom
US5435054A (en) * 1993-11-15 1995-07-25 Valence Technology, Inc. Method for producing electrochemical cell
US5648011A (en) 1995-03-15 1997-07-15 Micron Communications, Inc. Structurally stable gelled electrolytes
JP3622276B2 (ja) * 1995-07-17 2005-02-23 松下電器産業株式会社 ポリマー電解質・リチウム電池およびその電極の製造法
DE69734339T2 (de) * 1996-08-07 2006-06-01 Mitsui Chemicals, Inc. Ionenleitender gelierter Polymerelektrolyt und diesen Elektrolyt enthaltende Feststoffbatterie
KR100434556B1 (ko) 1997-10-31 2004-09-18 삼성전자주식회사 고분자고체전해질용조성물및이를이용한고분자고체전해질의제조방법
KR100400215B1 (ko) 1997-12-23 2003-11-14 삼성전자주식회사 고분자 매트릭스, 이를 포함하고 있는 고분자 고체 전해질 및이 고분자 고체 전해질을 채용하고 있는 리튬 2차전지
JP4070359B2 (ja) 1998-12-10 2008-04-02 アオイ電子株式会社 高分子固体電解質の製造法およびリチウム二次電池
KR100592232B1 (ko) 1999-08-05 2006-06-21 삼성에스디아이 주식회사 고분자 전해질 및 이를 채용하고 있는 리튬 이온 폴리머 전지
CN100414765C (zh) * 2000-09-05 2008-08-27 三星Sdi株式会社 锂电池
JP2002110244A (ja) * 2000-09-29 2002-04-12 Pionics Co Ltd リチウム二次電池
JP2002158034A (ja) * 2000-11-20 2002-05-31 Hitachi Maxell Ltd 非水二次電池
JP4080335B2 (ja) 2000-12-21 2008-04-23 シオン・パワー・コーポレーション 電気化学電池のためのリチウム負極
JP2002270235A (ja) 2001-03-07 2002-09-20 Nisshinbo Ind Inc 高分子ゲル電解質用プレゲル組成物及びその脱水方法並びに二次電池及び電気二重層キャパシタ
KR100428977B1 (ko) * 2001-11-24 2004-04-29 삼성에스디아이 주식회사 과충전 안전성이 우수한 고분자 전해질 형성용 조성물 및이를 채용한 리튬 전지
CN100364167C (zh) 2001-12-03 2008-01-23 三星Sdi株式会社 可充电的锂电池及其制备方法
JP4413460B2 (ja) 2001-12-03 2010-02-10 三星エスディアイ株式会社 リチウム二次電池及びリチウム二次電池の製造方法
JP2004146346A (ja) 2002-08-28 2004-05-20 Nisshinbo Ind Inc 非水電解質および非水電解質二次電池
JP4565812B2 (ja) * 2003-04-28 2010-10-20 三洋電機株式会社 非水電解質二次電池
KR100508925B1 (ko) * 2003-07-01 2005-08-17 삼성에스디아이 주식회사 리튬 이차 전지용 고분자 전해질 및 이를 포함하는 리튬이차 전지
US7422826B2 (en) * 2004-04-07 2008-09-09 Greatbatch Ltd. In situ thermal polymerization method for making gel polymer lithium ion rechargeable electrochemical cells
US20050271939A1 (en) * 2004-06-07 2005-12-08 Yang Xu Novel polymer electrolyte for electrochemical power sources
CN100382379C (zh) 2004-07-21 2008-04-16 索尼株式会社 电池
JP4117573B2 (ja) 2004-07-21 2008-07-16 ソニー株式会社 電池

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