JP5440491B2 - リチウム電池用非水電解液、それを用いたリチウム電池、及びそれに用いられるヒドロキシ酸誘導体化合物 - Google Patents
リチウム電池用非水電解液、それを用いたリチウム電池、及びそれに用いられるヒドロキシ酸誘導体化合物 Download PDFInfo
- Publication number
- JP5440491B2 JP5440491B2 JP2010502835A JP2010502835A JP5440491B2 JP 5440491 B2 JP5440491 B2 JP 5440491B2 JP 2010502835 A JP2010502835 A JP 2010502835A JP 2010502835 A JP2010502835 A JP 2010502835A JP 5440491 B2 JP5440491 B2 JP 5440491B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- group
- carbon atoms
- lithium
- methyl
- mass
- 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.)
- Active
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
- C07C309/00—Sulfonic acids; Halides, esters, or anhydrides thereof
- C07C309/63—Esters of sulfonic acids
- C07C309/64—Esters of sulfonic acids having sulfur atoms of esterified sulfo groups bound to acyclic carbon atoms
- C07C309/65—Esters of sulfonic acids having sulfur atoms of esterified sulfo groups bound to acyclic carbon atoms of a saturated carbon skeleton
- C07C309/66—Methanesulfonates
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
- C07C69/00—Esters of carboxylic acids; Esters of carbonic or haloformic acids
- C07C69/66—Esters of carboxylic acids having esterified carboxylic groups bound to acyclic carbon atoms and having any of the groups OH, O—metal, —CHO, keto, ether, acyloxy, groups, groups, or in the acid moiety
- C07C69/67—Esters of carboxylic acids having esterified carboxylic groups bound to acyclic carbon atoms and having any of the groups OH, O—metal, —CHO, keto, ether, acyloxy, groups, groups, or in the acid moiety of saturated acids
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/052—Li-accumulators
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
- H01M10/0564—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
- H01M10/0566—Liquid materials
- H01M10/0567—Liquid materials characterised by the additives
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M6/00—Primary cells; Manufacture thereof
- H01M6/14—Cells with non-aqueous electrolyte
- H01M6/16—Cells with non-aqueous electrolyte with organic electrolyte
- H01M6/162—Cells with non-aqueous electrolyte with organic electrolyte characterised by the electrolyte
- H01M6/168—Cells with non-aqueous electrolyte with organic electrolyte characterised by the electrolyte by additives
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M2300/00—Electrolytes
- H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
- H01M2300/0025—Organic electrolyte
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
Description
リチウム二次電池は、主にリチウムを吸蔵放出可能な材料を含む正極及び負極、リチウム塩と非水溶媒からなる非水電解液から構成され、非水溶媒としては、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)等のカーボネート類が使用されている。
また、負極としては、金属リチウム、リチウムを吸蔵及び放出可能な金属化合物(金属単体、酸化物、リチウムとの合金等)や炭素材料が知られており、特にリチウムを吸蔵・放出することが可能なコークス、人造黒鉛、天然黒鉛等の炭素材料を用いたリチウム二次電池が広く実用化されている。
更に、リチウム金属やその合金、スズ又はケイ素等の金属単体や酸化物を負極材料として用いたリチウム二次電池は、初期の容量は高いもののサイクル中に微粉化が進むため、炭素材料の負極に比べて非水溶媒の還元分解が加速的に起こり、電池容量やサイクル特性のような電池性能が大きく低下することが知られている。また、これらの負極材料の微粉化や非水溶媒の分解物が蓄積すると、負極へのリチウムの吸蔵及び放出がスムーズにできなくなり、特に低温や高温下でのサイクル特性が低下しやすくなる。
一方、正極として、例えばLiCoO2、LiMn2O4、LiNiO2、LiFePO4等を用いたリチウム二次電池は、非水電解液中の非水溶媒が充電状態で高温になった場合に、正極材料と非水電解液との界面において、局部的に一部酸化分解することにより発生した分解物やガスが電池の望ましい電気化学的反応を阻害するため、やはりサイクル特性等の電池性能の低下を生じることが分かっている。
特許文献1には、スピネル構造を有するリチウムマンガン酸化物を含有する正極と、炭素材料を含有する負極と、有機電解液とからなるリチウムイオン二次電池において、該有機電解液にマロン酸ジエステルを0.5〜3.0%含有させることで、25℃におけるサイクル特性を向上できることが開示されている。
さらに、近年、電気自動車用又はハイブリッド電気自動車用の新しい電源として、出力密度の点から、活性炭等を電極に用いる電気二重層キャパシタ、エネルギー密度と出力密度の両立の観点から、リチウムイオン二次電池と電気二重層キャパシタの蓄電原理を組み合わせた、ハイブリッドキャパシタ(リチウムの吸蔵・放出による容量と電気二重層容量の両方を活用する非対称型キャパシタ)と呼ばれる蓄電装置の開発が行われ、高温や低温でのサイクル特性等の特性向上が求められている。
そこで、本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を重ね、非水溶媒に電解質塩が溶解されている非水電解液において、カルボン酸エステル基(−CO2R)とスルホニルオキシ基(−OSO2R)又はホルミルオキシ基(−OCHO)という2つの異なる置換基を炭化水素基で結合したヒドロキシ酸誘導体化合物を非水電解液に添加することで、低温及び高温サイクル特性を改善できることを見出し、本発明を完成した。
(1)非水溶媒に電解質が溶解されている非水電解液において、下記一般式(I)及び(II)で表されるヒドロキシ酸誘導体化合物の少なくとも1種が非水電解液に対して0.01〜10質量%含有されていることを特徴とするリチウム電池用非水電解液。
(3)下記一般式(III)又は(IV)で表されるヒドロキシ酸誘導体化合物。
本発明の非水電解液は、非水溶媒に電解質が溶解されている非水電解液において、下記一般式(I)及び(II)で表されるヒドロキシ酸誘導体化合物の少なくとも1種が非水電解液に対して0.01〜10質量%含有されていることを特徴とする。
つまり、本発明のヒドロキシ酸誘導体化合物は、カルボン酸エステル基(−CO2R1)とスルホニルオキシ基(−OSO2R5)又はホルミルオキシ基(−OCHO)という2つの異なる置換基を炭化水素基で結合することにより、同一の置換基を2つ有する化合物とは全く異なる1つの還元電位を有することが分かった。これは、本発明のヒドロキシ酸誘導体化合物の2つの異なる置換基に由来する混合被膜が電極上に形成されるために、特許文献1に記載のマロン酸ジエステルのような同一の置換基を2つ有する化合物を用いた場合には予想し得ない還元電位で形成された混合被膜により、特徴的な低温及び高温でのサイクル特性を改善する効果が発現するものと考えられる。
R1である炭素数2〜6の直鎖又は分枝のアルケニル基としては、ビニル基、2−プロペニル基、2−ブテニル基、3−ブテニル基、4−ペンテニル基、2−メチル−2−プロペニル基、2−メチル−2−ブテニル基、3−メチル−2−ブテニル基等が挙げられる。
R1である炭素数3〜6の直鎖又は分枝のアルキニル基としては、2−プロピニル基、2−ブチニル基、3−ブチニル基、4−ペンチニル基、5−ヘキシニル基、1−メチル−2−プロピニル、1−メチル−2−ブチニル、1,1−ジメチル−2−プロピニル等が挙げられる。
置換基R1としては、炭素数1〜6の直鎖又は分枝のアルキル基に比べ、炭素数2〜6の直鎖又は分枝のアルケニル基や炭素数3〜6の直鎖又は分枝のアルキニル基が好ましく、炭素数3〜6の直鎖又は分枝のアルキニル基が最も好ましい。これらの中でも、メチル基、エチル基、ビニル基、2−プロペニル基、2−プロピニル基が、好ましく、ビニル基、2−プロペニル基、2−プロピニル基が更に好ましく、2−プロピニル基〔プロパルギル基と同義〕が最も好ましい。
置換基R5である炭素数1〜6の直鎖又は分枝の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、ヘキシル基、2−プロピル基等が挙げられる。
R5である水素原子のうち少なくとも1つがハロゲン原子で置換された炭素数1〜6の直鎖又は分枝のアルキル基としては、前記の直鎖又は分枝のアルキル基が有する水素原子のうち少なくとも1つがハロゲン原子で置換された置換基が挙げられ、その具体例として、トリフルオロメチル基、2,2,2−トリフルオロエチル基が挙げられる。これらの中でも、メチル基、エチル基、トリフルオロメチル基が好ましく、メチル基が最も好ましい。
一般式(I)において、R3及びR4のメチル基の数が1個(R3、R4のいずれか一つがメチル基)の場合、及び、一般式(II)は、光学異性体を有するが、何れの光学異性体も同様の効果を有する。
一般式(I)及び(II)において、置換基が上記の範囲内であれば、低温及び高温サイクル特性等の電池特性を改善する効果が高いので好ましい。
一般式(I)において、R3及びR4のメチル基の数が0個(R3、R4ともに水素)の場合、メタンスルホニルオキシ酢酸メチル、メタンスルホニルオキシ酢酸エチル、メタンスルホニルオキシ酢酸ビニル、メタンスルホニルオキシ酢酸2−プロペニル、メタンスルホニルオキシ酢酸2−プロピニル、ホルミルオキシ酢酸メチル、ホルミルオキシ酢酸エチル、ホルミルオキシ酢酸ビニル、ホルミルオキシ酢酸2−プロペニル、ホルミルオキシ酢酸2−プロピニル等が挙げられる。
本発明の非水電解液に使用される非水溶媒としては、環状カーボネート類、鎖状カーボネート類、鎖状エステル類、エーテル類、アミド類、リン酸エステル類、スルホン類、ラクトン類、ニトリル類、S=O結合含有化合物等が挙げられる。
環状カーボネート類としては、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)、4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2
−オン(FEC)、トランス又はシス−4,5−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン(2つを総称して「DFEC」という)、ビニレンカーボネート(VC)、ビニルエチレンカーボネート(VEC)等が挙げられる。これらの中でも、環状カーボネートとして、FEC、DFEC、VC、VECを含むと高温サイクル特性が向上し、PCを含むと低温サイクル特性が向上するので好ましい。なお、一般的には、EC、FEC、DFEC、VC、VECを含むと低温サイクル特性が低下する場合があるが、本発明のヒドロキシ酸誘導体化合物を含む非水電解液は、低温サイクル特性を向上させることができる。
これらの溶媒は1種類で使用してもよいが、2種類以上を組み合わせて使用すると、低温及び高温サイクル特性が更に向上するので好ましく、3種類以上を組み合わせて使用するのが特に好ましい。これらの環状カーボネートの好適な組合せとしては、ECとVC、PCとVC、FECとVC、FECとEC、FECとPC、ECとPCとVC、ECとFECとVC、FECとPCとVC、FECとECとPCとVC等が挙げられる。
環状カーボネートの含有量は、特に制限はされないが、非水溶媒の総容量に対して、10〜40容量%の範囲で用いるのが好ましい。該含有量が10容量%未満であると非水電解液の伝導度が低下し、また低温及び高温サイクル特性が低下する傾向があり、40容量%を超えると非水電解液の粘性が高くなるため低温及び高温サイクル特性が低下する傾向があるので上記範囲であることが好ましい。
鎖状カーボネートの含有量は特に制限はされないが、非水溶媒の総容量に対して、60〜90容量%の範囲で用いるのが好ましい。該含有量が60容量%未満であると非水電解液の粘度が上昇し、低温サイクル特性が低下する傾向があり、90容量%を超えると非水電解液の電気伝導度が低下し、低温及び高温サイクル特性が低下する傾向があるので上記範囲であることが好ましい。
アミド類としては、ジメチルホルムアミド等が挙げられ、リン酸エステル類としては、リン酸トリメチル、リン酸トリブチル、リン酸トリオクチル等が挙げられ、スルホン類としては、スルホラン等が挙げられ、ラクトン類としては、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、α−アンゲリカラクトン等が挙げられ、ニトリル類としてはアセトニトリル、プロピオニトリル、スクシノニトリル、グルタロニトリル、アジポニトリル等が挙げられる。
S=O結合含有化合物は、一般的には低温サイクル特性を低下させる場合があるが、本発明のヒドロキシ酸誘導体化合物と併用すると、低温及び高温サイクル特性が向上するので好ましい。
S=O結合含有化合物の含有量は、10質量%を超えると低温及び高温サイクル特性が低下する場合があり、また、0.01質量%に満たないと低温及び高温サイクル特性を改善する効果が十分に得られない場合がある。したがって、該S=O結合含有化合物の含有量の下限は、非水電解液の質量に対して0.01質量%以上が好ましく、0.1質量%以上がより好ましく、0.5質量%以上が更に好ましい。また、その上限は10質量%以下が好ましく、5質量%以下がより好ましく、3質量%以下が更に好ましい。
これらの中でも、少なくとも環状カーボネート類と鎖状カーボネート類を組合せた非水溶媒を用いると、低温及び高温サイクル特性を向上するために好ましい。このときの環状カーボネート類と鎖状カーボネート類の割合は、特に制限はされないが、環状カーボネート類:鎖状カーボネート類(容量比)が10:90〜40:60が好ましく、15:85〜35:65がより好ましく、20:80〜30:70が特に好ましい。
本発明に使用される電解質塩としては、LiPF6、LiBF4、LiClO4等のリチウム塩、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2C2F5)2、LiCF3SO3、LiC(SO2CF3)3、LiPF4(CF3)2、LiPF3(C2F5)3、LiPF3(CF3)3、LiPF3(iso−C3F7)3、LiPF5(iso−C3F7)等の鎖状のアルキル基を含有するリチウム塩や、(CF2)2(SO2)2NLi、(CF2)3(SO2)2NLi等の環状のアルキレン鎖を含有するリチウム塩、ビス[オキサレート−O,O’]ホウ酸リチウムやジフルオロ[オキサレート−O,O’]ホウ酸リチウム等のオキサレート錯体をアニオンとするリチウム塩等が挙げられる。これらの中でも、特に好ましい電解質塩は、LiPF6、LiBF4、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2C2F5)2であり、最も好ましい電解質塩はLiPF6、LiBF4及びLiN(SO2CF3)2である。これらの電解質塩は、1種単独で又は2種以上を組み合わせて使用することができる。
LiPF6:LiBF4又はLiN(SO2CF3)2又はLiN(SO2C2F5)2 (モル比)が70:30よりもLiPF6の割合が低い場合、及び99:1よりもLiPF6の割合が高い場合には低温及び高温サイクル特性が低下する場合がある。したがって、LiPF6:LiBF4 又はLiN(SO2CF3)2又はLiN(SO2C2F5)2 (モル比)は、70:30〜99:1の範囲が好ましく、80:20〜98:2の範囲がより好ましい。上記組合せで使用することにより、低温及び高温サイクル特性を更に向上させる効果がある。
これら全電解質塩が溶解されて使用される濃度の下限は、前記の非水溶媒に対して、通常0.3M以上が好ましく、0.5M以上がより好ましく、0.7M以上が更に好ましい。またその上限は、2.5M以下が好ましく、2.0M以下がより好ましく、1.5M以下が更に好ましい。
本発明の非水電解液には、芳香族化合物を含有させることにより、過充電時の電池の安全性を確保することができる。かかる芳香族化合物の好適例としては、シクロヘキシルベンゼン、フルオロシクロヘキシルベンゼン化合物(1−フルオロ−2−シクロヘキシルベンゼン、1−フルオロ−3−シクロヘキシルベンゼン、1−フルオロ−4−シクロヘキシルベンゼン)、tert−ブチルベンゼン、tert−アミルベンゼン、1−フルオロ−4−tert−ブチルベンゼン、1,3−ジ−tert−ブチルベンゼン、ビフェニル、ターフェニル(o−、m−、p−体)、ジフェニルエーテル、フルオロベンゼン、ジフルオロベンゼン(o−、m−、p−体)、2,4−ジフルオロアニソール、ターフェニルの部分水素化物(1、2−ジシクロヘキシルベンゼン、2−フェニルビシクロヘキシル、1,2−ジフェニルシクロヘキサン、o−シクロヘキシルビフェニル)等が挙げられる。これらの化合物は、1種単独で又は2種以上を組み合わせて使用することができる。
本発明の非水電解液は、例えば、前記の非水溶媒を混合し、これに前記の電解質塩及び該非水電解液の質量に対して前記一般式(I)及び(II)から選ばれる少なくとも1種の化合物を0.01〜10質量%溶解することにより得ることができる。
この際、用いる非水溶媒、及び非水電解液に加える化合物は、生産性を著しく低下させない範囲内で、予め精製して、不純物が極力少ないものを用いることが好ましい。
本発明の非水電解液は、リチウム一次電池及びリチウム二次電池用電解液として好適に使用することができる。更に、本発明の非水電解液は、電気二重層キャパシタ用電解液やハイブリッドキャパシタ用電解液としても使用できる。これらの中でも、本発明の非水電解液は、リチウム二次電池用として用いることが最も適している。
本発明のリチウム電池は、リチウム一次電池及びリチウム二次電池を総称するものであって、正極、負極及び非水溶媒に電解質塩が溶解されている前記非水電解液からなり、該非水電解液中に前記一般式(I)又は(II)で表されるヒドロキシ酸誘導体化合物が非水電解液の質量に対して0.01〜10質量%含有されていることを特徴とする。
本発明のリチウム電池においては、非水電解液以外の正極、負極等の構成部材は特に制限なく使用できる。
例えば、リチウム二次電池用正極活物質としては、コバルト、マンガン、ニッケルを含有するリチウムとの複合金属酸化物が使用される。これらの正極活物質は、1種単独で又は2種以上を組み合わせて使用することができる。
このような複合金属酸化物としては、例えば、LiCoO2、LiMn2O4、LiNiO2、LiCo1-xNixO2(0.01<x<1)、LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2、LiNi1/2Mn3/2O4、LiCo0.98Mg0.02O2等が挙げられる。また、LiCoO2とLiMn2O4、LiCoO2とLiNiO2、LiMn2O4とLiNiO2のように併用してもよい。
これらの中では、LiCoO2、LiMn2O4、LiNiO2のような満充電状態における正極の充電電位がLi基準で4.3V以上で使用可能なリチウム複合金属酸化物が好ましく、LiCo1-xMxO2(但し、MはSn、Mg、Fe、Ti、Al、Zr、Cr、V、Ga、Zn、Cuから表される少なくとも1種類以上の元素、0.001≦x≦0.05)、LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2、LiNi1/2Mn3/2O4のような4.4V以上で使用可能なリチウム複合酸化物がより好ましい。
これらのリチウム含有オリビン型リン酸塩の一部は他元素で置換してもよく、鉄、コバルト、ニッケル、マンガンの一部をCo、Mn、Ni、Mg、Al、B、Ti、V、Nb、Cu、Zn、Mo、Ca、Sr、W及びZr等から選ばれる1種以上の元素で置換したり、又はこれらの他元素を含有する化合物や炭素材料で被覆することもできる。これらの中では、LiFePO4又はLiMnPO4が好ましい。
また、リチウム含有オリビン型リン酸塩は、例えば前記の正極活物質と混合して用いることもできる。
正極の集電体を除く部分の密度は、通常は1.5g/cm3以上であり、電池の容量をさらに高めるため、好ましくは2g/cm3以上であり、より好ましくは3g/cm3以上であり、特に好ましくは3.6g/cm3以上である。
これらの中では、リチウムイオンの吸蔵及び放出能力において、人造黒鉛や天然黒鉛等の高結晶性の炭素材料を使用することが好ましく、格子面(002)の面間隔(d002)が0.340nm(ナノメータ)以下、特に0.335〜0.337nmである黒鉛型結晶構造を有する炭素材料を使用することが特に好ましい。また、高結晶性の炭素材料は低結晶性の炭素材料によって被膜されていると、低温サイクル特性が良好となるので好ましい。高結晶性の炭素材料を使用すると、充電時において非水電解液と反応しやすく、低温及び高温サイクル特性が低下する傾向があるが、本発明に係るリチウム二次電池では非水電解液との反応を抑制することができる。
負極は、上記の正極の作製と同様な導電剤、結着剤、高沸点溶剤を用いて混練して負極合剤とした後、この負極合剤を集電体の銅箔等に塗布して、乾燥、加圧成型した後、50℃〜250℃程度の温度で2時間程度真空下で加熱処理することにより作製することができる。
負極活物質に黒鉛を用いた場合、負極の集電体を除く部分の密度は、通常は1.4g/cm3以上であり、電池の容量をさらに高めるため、好ましくは1.6g/cm3以上であり、特に好ましくは1.7g/cm3以上である。
リチウム二次電池の構造には特に限定はなく、単層又は複層のセパレータを有するコイン型電池、円筒型電池、角型電池、ラミネート式電池等を適用できる。
本発明におけるリチウム二次電池は、充電終止電圧が4.2V以上、特に4.3V以上の場合にも長期間にわたり優れたサイクル特性を有しており、さらに、4.4Vにおいてもサイクル特性は良好である。放電終止電圧は、2.5V以上、さらに2.8V以上とすることができる。電流値については特に限定されないが、通常0.1〜3Cの定電流放電で使用される。また、本発明におけるリチウム二次電池は、−40〜100℃、好ましくは0〜80℃で充放電することができる。
本発明においては、リチウム二次電池の内圧上昇の対策として、電池蓋に安全弁を設けたり、電池缶やガスケット等の部材に切り込みを入れる方法も採用することができる。また、過充電防止の安全対策として、電池の内圧を感知して電流を遮断する電流遮断機構を電池蓋に設けることができる。
一般式(III)及び(IV)において、置換基R6である炭素数2〜6の直鎖又は分枝のアルケニル基、又は炭素数3〜6の直鎖又は分枝のアルキニル基については、前述した一般式(I)及び(II)において説明しているので、この欄では重複を避けるために省略する。この場合において、一般式(I)及び(II)の置換基R1は、一般式(III)及び(IV)の置換基R6と読み替える。
また、同様に前述した一般式(I)及び(II)の置換基R2、R3、R4及びR5は、それぞれ一般式(III)及び(IV)の置換基R7、R8、R9及びR10と読み替える。
本発明のヒドロキシ酸誘導体化合物の代表例としては、ホルミルオキシカルボン酸エステル化合物、アルキルスルホニルオキシカルボン酸エステル化合物等が挙げられる。
ホルミルオキシカルボン酸エステル化合物は、下記の(a)〜(b)の方法により合成することができるが、これらの方法に限定されるものではない。
(a)ヒドロキシカルボン酸エステルとギ酸とを、溶媒の存在下又は不存在下、触媒の不存在下又は酸触媒存在下、及び脱水剤の存在下又は不存在下で、縮合させる方法(以下、「(a)法」ともいう)。
(b)ヒドロキシカルボン酸エステルとギ酸エステルとを、溶媒の存在下又は不存在下、酸触媒存在下で、エステル交換させる方法(以下、「(b)法」ともいう)。
(c)ヒドロキシカルボン酸エステルと、混合無水物、又はカルボン酸無水物とギ酸の混合物とを、溶媒の存在下又は不存在下で、エステル化反応させる方法(以下、「(c)法」ともいう)。
(a)法は、ヒドロキシカルボン酸エステルとギ酸とを、溶媒の存在下又は不存在下、触媒の不存在下又は酸触媒存在下、及び脱水剤の存在下又は不存在下で、縮合させる方法である。
(a)法において、ギ酸の使用量は、ヒドロキシカルボン酸エステル1モルに対して、好ましくは1〜20モル、より好ましくは1〜10モルであり、更に好ましくは1〜5モルである。
(a)法で使用される溶媒は、反応に不活性なものであれば特に限定されない。例えば、ヘキサン、ヘプタン、シクロヘキサン等の脂肪族炭化水素、ジクロロエタン、ジクロロプロパン等のハロゲン化炭化水素、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素、クロロベンゼン、フルオロベンゼン等のハロゲン化芳香族炭化水素、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、ジオキサン、ジメトキシエタン、ジエトキシエタン、ジグリム、トリグリム等のエーテル類、アセトニトリル、プロピオニトリル等のニトリル類、ジメチルスルホキシド等のスルホキシド類、ニトロメタン、ニトロエタン等のニトロ化合物類、又はこれらの混合物が挙げられる。これらの中では、水と混和しにくいヘキサン、ヘプタン、トルエン等の炭素数6〜9の脂肪族又は芳香族炭化水素が好ましい。
前記溶媒の使用量はヒドロキシカルボン酸エステル1質量部に対して、好ましくは0〜30質量部、より好ましくは1〜10質量部である。
前記触媒の使用量は、副生物を抑制する観点から、ヒドロキシカルボン酸エステル1モルに対して、好ましくは0.001〜5モル、より好ましくは0.01〜1モル、更に好ましくは0.01〜0.5モルである。
また、脱水剤を使用する場合の反応温度の下限は−20℃以上が好ましく、反応性を低下させない観点から0℃以上がより好ましい。また、副反応やギ酸、及び生成物の分解を抑制する観点から、反応温度の上限は100℃以下が好ましく、50℃以下がより好ましい。
(a)法の反応時間は反応温度やスケールにより適宜変更しうるが、反応時間が短すぎると未反応物が残り、逆に反応時間が長すぎると生成物の分解や副反応の恐れが生じるため、好ましくは0.1〜12時間であり、より好ましくは0.2〜6時間である。反応圧力は0.1〜10気圧の範囲であり、好ましくは0.5〜5気圧である。
(b)法は、ヒドロキシカルボン酸エステルとギ酸エステルとを、溶媒の存在下又は不存在下、酸触媒存在下で、エステル交換させる方法である。
(b)法において、ギ酸エステルの使用量は、ヒドロキシカルボン酸エステル1モルに対して、好ましくは1〜20モル、より好ましくは1〜10モル、更に好ましくは1〜5モルである。
(b)法で使用されるギ酸エステルとしては、ギ酸メチル、ギ酸エチル、ギ酸プロピル、ギ酸ブチル等のギ酸エステル類から選ばれる1種以上が挙げられる。
(b)法においては、ギ酸エステルが溶媒も兼ねるため、無溶媒で反応は進行するが、反応に不活性であれば、溶媒を使用することができる。使用できる溶媒としては、(a)法において記述した脂肪族炭化水素、ハロゲン化炭化水素、芳香族炭化水素、ハロゲン化芳香族炭化水素、エーテル類、ニトリル類、スルホキシド類、ニトロ化合物類の他、3−ペンタノン、シクロヘキサノン等のケトン類、N,N−ジメチルホルムアミド等のアミド類、又はこれらの混合物が挙げられる。
前記溶媒の使用量は、ヒドロキシカルボン酸エステル1質量部に対して、好ましくは0〜10質量部、より好ましくは0〜5質量部である。
前記触媒の使用量は、副生物を抑制する観点から、ヒドロキシカルボン酸エステル1モルに対して、好ましくは0.001〜5モル、より好ましくは0.01〜1モル、更に好ましくは0.01〜0.3モルである。
また、反応時間は前記反応温度やスケールにより適宜変更しうるが、反応時間が短すぎると未反応物が残り、逆に反応時間が長すぎると生成物の分解や副反応の恐れが生じるため、好ましくは0.1〜12時間であり、より好ましくは0.2〜6時間である。反応圧力は0.1〜10気圧の範囲であり、好ましくは0.5〜5気圧である。
(c)法は、ヒドロキシカルボン酸エステルと、混合無水物、又はカルボン酸無水物とギ酸の混合物とを、溶媒の存在下又は不存在下で、エステル化反応させる方法である。
カルボン酸無水物としては、総炭素数3〜10のものが好ましいが、(c)法において、ギ酸無水物は不安定であるため単独で使用できないので、ギ酸と酢酸との混合無水物、又は酢酸無水物とギ酸の混合物を使用することができる。
(c)法の反応において、ヒドロキシカルボン酸エステルと反応させるギ酸と酢酸との混合無水物、又は酢酸無水物と混合物するギ酸の使用量は、ヒドロキシカルボン酸エステル1モルに対して、好ましくは0.9〜10モル、より好ましくは1〜3モル、更に好ましくは1〜1.5モルである。
(c)法で使用できる溶媒としては、反応に不活性なものであれば特に限定されない。使用できる溶媒としては、(a)法において記述した脂肪族炭化水素、ハロゲン化炭化水素、芳香族炭化水素、ハロゲン化芳香族炭化水素、エーテル類、ニトリル類、スルホキシド類、ニトロ化合物類の他、3−ペンタノン、シクロヘキサノン等のケトン類、N,N−ジメチルホルムアミド等のアミド類、又はこれらの混合物が挙げられる。
前記溶媒の使用量は、ヒドロキシカルボン酸エステル1質量部に対して、好ましくは0〜30質量部、より好ましくは1〜15質量部である。
無機塩基としては、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、水酸化カルシウム、及び酸化カルシウム等が挙げられる。
有機塩基としては、直鎖又は分枝した脂肪族3級アミン、単又は多置換されたピロール、ピロリドン、イミダゾール、イミダゾリジノン、ピリジン、ピリミジン、キノリン、N,N−ジアルキルカルボキシアミド等が挙げられる。これらの中では、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリプロピルアミン、トリブチルアミン、エチルジイソプロピルアミン等のトリアルキルアミン、ピリジン、N−メチルピロリドン、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルアミノピリジン、1,3−ジメチルイミダゾリジノンがより好ましい。これらの塩基は、単独で又は2種以上を組み合わせて使用することができる。
前記塩基の使用量は、副生物を抑制する観点から、ヒドロキシカルボン酸エステル1モルに対して、好ましくは0.8〜5モル、より好ましくは1〜3モル、更に好ましくは1〜1.5モルである。
また、反応時間は前記反応温度やスケールにより適宜変更しうるが、反応時間が短すぎると未反応物が残り、逆に反応時間が長すぎると生成物の分解や副反応の恐れが生じるため、好ましくは0.1〜12時間であり、より好ましくは0.2〜6時間である。
アルキルスルホニルオキシカルボン酸エステル化合物の製造方法は特に限定されない。例えば、ヒドロキシカルボン酸エステルとアルカンスルホニルハライド又はアルカンスルホン酸無水物とを、溶媒の存在下又は不存在下、塩基の存在下で、エステル化反応させることにより合成することができる(以下、「(d)法」ともいう)。
なお、原料となるヒドロキシカルボン酸エステルは既存の汎用的手法により合成することができる。例えば、Advanced Organic Chemistry, 4th Ed., Jerry March, John Wiley & Sons.393〜400ページに記載されている方法が適用できる。
使用できるアルカンスルホニルハライドとしては、メタンスルホニルクロリド、エタンスルホニルクロリド、トリフルオロメタンスルホニルクロリド、メタンスルホニルブロミド、エタンスルホニルブロミド、トリフルオロメタンスルホニルブロミド等が挙げられる。これらの中では、工業的には安価なメタンスルホニルクロリド、エタンスルホニルクロリド、トリフルオロメタンスルホニルクロリド等のスルホニルクロリドが好ましい。
また、使用できるアルカンスルホン酸無水物としては、メタンスルホン酸無水物、エタンスルホン酸無水物、トリフルオロメタンスルホン酸無水物等が挙げられる。
前記溶媒の使用量は、ヒドロキシカルボン酸エステル1質量部に対して、好ましくは0〜30質量部、より好ましくは1〜15質量部である。
塩基としては、無機塩基及び有機塩基のいずれも使用することができる。使用できる塩基としては、(c)法において記述した無機塩基及び有機塩基が挙げられる。
前記塩基の使用量は、副生物を抑制する観点から、ヒドロキシカルボン酸エステル1モルに対して、好ましくは0.8〜5モル、より好ましくは1〜3モルであり、更に好ましくは1〜1.5モルである。
また、反応時間は前記反応温度やスケールにより適宜変更しうるが、反応時間が短すぎると未反応物が残り、逆に反応時間が長すぎると生成物の分解や副反応の恐れが生じるため、好ましくは0.1〜12時間であり、より好ましくは0.2〜6時間である。
合成例1〔2−(メタンスルホニルオキシ)プロピオン酸2−プロペニルの合成〕
2−ヒドロキシプロピオン酸2−プロペニル32.00g(246mmol)、トリエチルアミン31.3g(310mmol)をトルエン150g(溶媒)に溶解させ、メタンスルホニルクロライド35.6g(310mmol)を10℃で20分かけて滴下した。室温で1時間反応を行い、反応液を2回水洗した後、有機層を分離し、濃縮した。濃縮物をシリカゲルカラムクロマトグラフィーにて精製し、ヘキサン/酢酸エチル=5/1で得られる留分から2−(メタンスルホニルオキシ)プロピオン酸2−プロペニルを27g(53%収率)得た。
得られた2−(メタンスルホニルオキシ)プロピオン酸2−プロペニルについて、1H−NMR、13C−NMR、及び質量分析の測定を行い、その構造を確認した。
結果を以下に示す。
(1)1H−NMR(300MHz,CDCl3):δ=5.92(ddt,J=17.2,10.5,5.6Hz,1H),5.36(ddd,J=17.2,1.5,1.2Hz,1H),5.31(ddd,J=10.5,1.5,1.2Hz,1H)4.69(qd,J=7.1,1.2Hz,2H),3.15(s,3H),1.63(d,J=7.1Hz,3H).
(2)13C−NMR(75MHz,CDCl3):δ=169.2,131.1,119.4,74.2,66.4,39.2,18.4.
(3)質量分析:MS(CI)[M+1]=209
2−ヒドロキシプロピオン酸2−プロペニル5.00g(41mmol)、ギ酸2.48g(54mmol)、4,4−ジメチルアミノピリジン(求核剤)1.00g(8mmol)を1,2−ジクロロエタン(溶媒)30gに溶解させ、N,N’−ジシクロヘキシルカルボジイミド(脱水剤)12.00g(171mmol)と1,2−ジクロロエタン(溶媒)20gの混合溶液を10℃で30分かけて滴下した。室温で3時間反応を行い、反応液をろ過してN,N’−ジシクロヘキシル尿素を取り除き、ろ液を濃縮した。濃縮物をシリカゲルカラムクロマトグラフィーにて精製し、ヘキサン/酢酸エチル=8/1で得られる留分から2−(ホルミルオキシ)プロピオン酸2−プロペニルを3.5g(54%収率)得た。
得られた2−(ホルミルオキシ)プロピオン酸2−プロペニルについて、1H−NMR、13C−NMR、及び質量分析の測定を行い、その構造を確認した。
結果を以下に示す。
(1)1H−NMR(300MHz,CDCl3):δ=8.10(q,J=0.5Hz,1H),5.91(ddt,J=17.3,10.5,5.9Hz,1H),5.35(ddd,J=17.3,1.2,1.5Hz,2H),5.27(ddd,10.5,1.5Hz,1.2Hz,1H)5.25(dq,J=7.1,1.0Hz,1H),4.67(dt,J=1.5,5.6Hz,1H),1.55(d,J=7.1Hz,3H).
(2)13C−NMR(75MHz,CDCl3):δ=169.8,160.0,131.4,118.9,68.1,66.0,17.0.
(3)質量分析:MS(CI)[M+1]=159
2−ヒドロキシプロピオン酸40.00g(444mmol)と硫酸1.0mLをトルエン35mLに溶解させ、プロパルギルアルコール74.68g(1.332mol)を加えて常圧でDean−Stark装置を用い、副生する水(7.99g)を除去し、さらに常圧にて還流させ反応を行った。3時間後に薄層クロマトグラフィーで反応液を分析し、原料の消失を確認した後、反応液に酢酸ナトリウムを加えて中和後、ろ過し、ろ液を濃縮した。残渣を減圧蒸留で精製し、2−ヒドロキシプロピオン酸2−プロピニル〔2−ヒドロキシプロピオン酸プロパルギルと同義〕を19.96g(35%収率)得た。
得られた2−ヒドロキシプロピオン酸2−プロピニル19.96g(156mmol)、ギ酸7.17g(156mmol)、4,4−ジメチルアミノピリジン(求核剤)15.23g(125mmol)を1,2−ジクロロエタン(溶媒)100gに溶解させ、N,N’−ジシクロヘキシルカルボジイミド(脱水剤)35.35g(171mmol)と1,2−ジクロロエタン50gの混合溶液を10℃で30分かけて滴下した。室温で4時間反応を行い、ガスクロマトグラフィーで原料の消失を確認した後、反応液をろ過してN,N’−ジシクロヘキシル尿素を取り除き、ろ液を濃縮した。残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィーにて精製し、ヘキサン/酢酸エチル=4/1で得られる留分から2−(ホルミルオキシ)プロピオン酸2−プロピニルを20.78g(85%収率)得た。
得られた2−(ホルミルオキシ)プロピオン酸2−プロピニルについて、1H−NMR、13C−NMR、及び質量分析の測定を行い、その構造を確認した。
結果を以下に示す。
(1)1H−NMR(300MHz,CDCl3):δ=8.09(s,1H),5.27(q,J=7.0Hz,1H),4.77−4.75(m,2H),2.54(t,J=2.6Hz,1H),1.57(d,J=7.0Hz,3H).
(2)13C−NMR(75MHz,CDCl3):δ=169.3, 159.8, 76.8, 75.6, 67.8, 52.9, 16.7.
(3)質量分析:MS(CI)[M+1]=171
(1)非水電解液の調製
EC:MEC:DEC=30:35:35(容量比)に調製した非水溶媒に、LiPF6を1Mになるように溶解した非水電解液を調製し、さらに2−(メタンスルホニルオキシ)プロピオン酸メチル〔2−(メチルスルホニルオキシ)プロピオン酸メチルと同義〕を非水電解液に対して0.1質量%(実施例1)、1質量%(実施例2)、5質量%(実施例3)、10質量%(実施例4)を加えて非水電解液を調製した。
LiCoO2(正極活物質);93質量%、アセチレンブラック(導電剤);3質量%を混合し、予めポリフッ化ビニリデン(結着剤);4質量%を1−メチル−2−ピロリドンに溶解させておいた溶液に加えて混合し、正極合剤ペーストを調製した。この正極合剤ペーストをアルミニウム箔(集電体)上の両面に塗布し、乾燥、加圧処理して所定の大きさに裁断し、帯状の正極シートを作製した。正極の集電体を除く部分の密度は3.6g/cm3であった。また、人造黒鉛(d002=0.335nm、負極活物質)95質量%を、予めポリフッ化ビニリデン(結着剤)5質量%を1−メチル−2−ピロリドンに溶解させておいた溶液に加えて混合し、負極合剤ペーストを調製した。この負極合剤ペーストを銅箔(集電体)上の両面に塗布し、乾燥、加圧処理して所定の大きさに裁断し、帯状の負極シートを作製した。負極の集電体を除く部分の密度は1.7g/cm3であった。そして、正極シート、微孔性ポリエチレンフィルム製セパレータ、負極シート及びセパレータの順に積層し、これを渦巻き状に巻回した。この巻回体を負極端子を兼ねるニッケルメッキを施した鉄製の円筒型電池缶に収納した。さらに、非水電解液を注入し、正極端子を有する電池蓋をガスケットを介してかしめて、18650型円筒電池を作製した。なお正極端子は正極シートとアルミニウムのリードタブを用いて、負極缶は負極シートとニッケルのリードタブを用いて予め電池内部で接続した。
上記の方法で作製した電池を用いて、25℃の恒温槽中、1Cの定電流で4.2V(充電終止電圧)まで充電した後、4.2Vの定電圧で2.5時間充電し、次に1Cの定電流で、放電電圧3.0V(放電終止電圧)まで放電した。次に0℃の恒温槽中、1Cの定電流で4.2Vまで充電した後、4.2Vの定電圧で2.5時間充電し、次に1Cの定電流で、放電電圧3.0Vまで放電した。これを50サイクルに達するまで繰り返した。そして、以下の式により0℃における50サイクル後の放電容量維持率(%)を求めた。結果を表1に示す。
0℃50サイクル後の放電容量維持率(%)=(0℃における50サイクル目の放電容量/0℃における1サイクル目の放電容量)×100
上記の方法で作製した電池を用いて、60℃の恒温槽中、1Cの定電流で4.2V(充電終止電圧)まで充電した後、4.2Vの定電圧で2.5時間充電し、次に1Cの定電流で、放電電圧3.0V(放電終止電圧)まで放電した。これを100サイクルに達するまで繰り返した。そして、以下の式により60℃における100サイクル後の放電容量維持率(%)を求めた。結果を表1に示す。
60℃100サイクル後の放電容量維持率(%)=(60℃における100サイクル目の放電容量/60℃における1サイクル目の放電容量)×100
非水電解液に対して、2−(メタンスルホニルオキシ)プロピオン酸メチルの代わりに、2−(ホルミルオキシ)プロピオン酸メチルを1質量%(実施例5)、2−(メタンスルホニルオキシ)プロピオン酸2−プロペニル(合成例1で得られたもの)を1質量%(実施例6)、2−(ホルミルオキシ)プロピオン酸2−プロペニル(合成例2で得られたもの)を1質量%(実施例7)、2−(メタンスルホニルオキシ)プロピオン酸2−プロピニルを1質量%(実施例8)、2−(ホルミルオキシ)プロピオン酸2−プロピニル(合成例3で得られたもの)を1質量%(実施例9)、メタンスルホニルオキシ酢酸メチルを1質量%(実施例10)、ホルミルオキシ酢酸メチルを1質量%(実施例11)、2−(メタンスルホニルオキシ)2−メチルプロピオン酸メチルを1質量%(実施例12)、2−(ホルミルオキシ)2−メチルプロピオン酸メチルを1質量%(実施例13)、2,3−ジ(メタンスルホニルオキシ)コハク酸ジメチルを1質量%(実施例14)、2,3−ジ(ホルミルオキシ)コハク酸ジメチルを1質量%(実施例15)、加えて非水電解液を調製したことの他は、実施例1と同様にして円筒電池を作製し、電池評価を行った。結果を表1に示す。
EC:VC:MEC:DEC=23:2:50:25(容量比)に調製した非水溶媒に、LiPF6を0.95M、LiN(SO2CF3)2を0.05Mになるように溶解し、さらに非水電解液に対して2−(メタンスルホニルオキシ)プロピオン酸メチルを1質量%、1,3−プロパンスルトンを1質量%加えて非水電解液を調製した他は、実施例1と同様にして円筒電池を作製し、電池評価を行った。結果を表1に示す。
実施例17
FEC:PC:MEC:DMC=20:5:50:25(容量比)に調製した非水溶媒に、LiPF6を0.95M、LiBF4を0.05Mになるように溶解し、さらに非水電解液に対して2−(メタンスルホニルオキシ)プロピオン酸メチルを1質量%加えて非水電解液を調製した他は、実施例1と同様にして円筒電池を作製し、電池評価を行った。結果を表1に示す。
非水電解液に対して2−(メタンスルホニルオキシ)プロピオン酸メチルを非水電解液に加えなかった他は、実施例1と同様にして円筒電池を作製し、電池評価を行った。結果を表1に示す。
比較例2
非水電解液に対して2−(メタンスルホニルオキシ)プロピオン酸メチルの代わりに、マロン酸ジメチルを1質量%加えて非水電解液を調製した他は、実施例1と同様にして円筒電池を作製し、電池評価を行った。結果を表1に示す。
実施例2で用いた正極活物質に変えて、LiFePO4(正極活物質)を用いて、正極シートを作製した。LiFePO4;90質量%、アセチレンブラック(導電剤);5質量%を混合し、予めポリフッ化ビニリデン(結着剤);5質量%を1−メチル−2−ピロリドンに溶解させておいた溶液に加えて混合し、正極合剤ペーストを調製した。この正極合剤ペーストをアルミニウム箔(集電体)上に塗布し、乾燥、加圧処理して所定の大きさに裁断し、帯状の正極シートを作製したこと、充電終止電圧を3.6V、放電終止電圧を2.0Vとした他は、実施例2と同様にして円筒電池を作製し、電池評価を行った。結果を表2に示す。
比較例3
非水電解液に2−(メタンスルホニルオキシ)プロピオン酸メチルを非水電解液に加えなかった他は、実施例18と同様にして円筒電池を作製し、電池評価を行った。結果を表2に示す。
実施例2で用いた負極活物質に変えて、Si(負極活物質)を用いて、負極シートを作製した。Si;80質量%、アセチレンブラック(導電剤);15質量%を混合し、予めポリフッ化ビニリデン(結着剤);5質量%を1−メチル−2−ピロリドンに溶解させておいた溶液に加えて混合し、負極合剤ペーストを調製した。この負極合剤ペーストを銅箔(集電体)上に塗布し、乾燥、加圧処理して所定の大きさに裁断し、帯状の負極シートを作製した他は、実施例2と同様にして円筒電池を作製し、電池評価を行った。結果を表3に示す。
比較例4
非水電解液に2−(メタンスルホニルオキシ)プロピオン酸メチルを非水電解液に加えなかった他は、実施例19と同様にして円筒電池を作製し、電池評価を行った。結果を表3に示す。
また、実施例18と比較例3の対比、実施例19と比較例4の対比から、正極にリチウム含有オリビン型リン酸鉄塩を用いた場合や、負極にSiを用いた場合にも同様な効果がみられる。従って、本発明の効果は、特定の正極や負極に依存した効果でないことは明らかである。
また、本発明の新規なヒドロキシ酸誘導体化合物は、医薬、農薬、電子材料、高分子材料等の中間原料、又は電池材料として有用である。
Claims (7)
- 非水溶媒に電解質が溶解されている非水電解液において、下記一般式(I)及び(II)で表されるヒドロキシ酸誘導体化合物の少なくとも1種が非水電解液に対して0.01〜10質量%含有されていることを特徴とする、リチウム二次電池用又はリチウムの吸蔵・放出を活用するキャパシタ用の非水電解液。
- 前記一般式(I)で表されるヒドロキシ酸誘導体化合物が、メタンスルホニルオキシ酢酸メチル、メタンスルホニルオキシ酢酸2−プロペニル、メタンスルホニルオキシ酢酸2−プロピニル、ホルミルオキシ酢酸メチル、ホルミルオキシ酢酸2−プロペニル、ホルミルオキシ酢酸2−プロピニル、2−(メタンスルホニルオキシ)プロピオン酸メチル、2−(メタンスルホニルオキシ)プロピオン酸2−プロペニル、2−(メタンスルホニルオキシ)プロピオン酸2−プロピニル、2−(ホルミルオキシ)プロピオン酸メチル、2−(ホルミルオキシ)プロピオン酸2−プロペニル、及び2−(ホルミルオキシ)プロピオン酸2−プロピニルから選ばれる1種又は2種以上である請求項1に記載の非水電解液。
- 前記一般式(II)で表される化合物が、2,3−ジ(メタンスルホニルオキシ)コハク酸ジメチル、2,3−ジ(メタンスルホニルオキシ)コハク酸ジ(2−プロペニル)、2,3−ジ(メタンスルホニルオキシ)コハク酸ジ(2−プロピニル)、2,3−ジ(ホルミルオキシ)コハク酸ジメチル、2,3−ジ(ホルミルオキシ)コハク酸ジ(2−プロペニル)、及び2,3−ジ(ホルミルオキシ)コハク酸ジ(2−プロピニル)から選ばれる1種又は2種以上である請求項1又は2に記載の非水電解液。
- 非水溶媒が、4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、トランス又はシス−4,5−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、ビニレンカーボネート、及びビニルエチレンカーボネートから選ばれる1種又は2種以上の環状カーボネートを含む請求項1〜3のいずれかに記載の非水電解液。
- 電解質塩が、LiPF6、LiBF4、LiN(SO2CF3)2、及びLiN(SO2C2F5)2から選ばれる1種又は2種以上である請求項1〜4のいずれかに記載の非水電解液。
- 正極、負極及び非水溶媒に電解質塩が溶解されている非水電解液からなるリチウム二次電池又はリチウムの吸蔵・放出を活用するキャパシタにおいて、該非水電解液中に請求項1に記載の一般式(I)及び(II)で表されるヒドロキシ酸誘導体化合物の少なくとも1種を非水電解液の質量に対して0.01〜10質量%含有することを特徴とするリチウム二次電池又はリチウムの吸蔵・放出を活用するキャパシタ。
- 下記一般式(III)又は(IV)で表されるヒドロキシ酸誘導体化合物。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010502835A JP5440491B2 (ja) | 2008-03-13 | 2009-03-10 | リチウム電池用非水電解液、それを用いたリチウム電池、及びそれに用いられるヒドロキシ酸誘導体化合物 |
Applications Claiming Priority (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008064629 | 2008-03-13 | ||
JP2008064629 | 2008-03-13 | ||
PCT/JP2009/054553 WO2009113545A1 (ja) | 2008-03-13 | 2009-03-10 | リチウム電池用非水電解液、それを用いたリチウム電池、及びそれに用いられるヒドロキシ酸誘導体化合物 |
JP2010502835A JP5440491B2 (ja) | 2008-03-13 | 2009-03-10 | リチウム電池用非水電解液、それを用いたリチウム電池、及びそれに用いられるヒドロキシ酸誘導体化合物 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPWO2009113545A1 JPWO2009113545A1 (ja) | 2011-07-21 |
JP5440491B2 true JP5440491B2 (ja) | 2014-03-12 |
Family
ID=41065213
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2010502835A Active JP5440491B2 (ja) | 2008-03-13 | 2009-03-10 | リチウム電池用非水電解液、それを用いたリチウム電池、及びそれに用いられるヒドロキシ酸誘導体化合物 |
Country Status (7)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US8580429B2 (ja) |
EP (1) | EP2251926B1 (ja) |
JP (1) | JP5440491B2 (ja) |
KR (1) | KR101452026B1 (ja) |
CN (1) | CN101971409B (ja) |
ES (1) | ES2434824T3 (ja) |
WO (1) | WO2009113545A1 (ja) |
Families Citing this family (23)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2011034067A1 (ja) * | 2009-09-15 | 2011-03-24 | 宇部興産株式会社 | 非水電解液及びそれを用いた電気化学素子 |
JP2011171282A (ja) * | 2009-11-20 | 2011-09-01 | Ube Industries Ltd | 非水電解液及びそれを用いた電気化学素子 |
JP2011192402A (ja) * | 2010-03-11 | 2011-09-29 | Sanyo Electric Co Ltd | 非水電解質二次電池 |
JP2011192536A (ja) * | 2010-03-15 | 2011-09-29 | Sanyo Electric Co Ltd | 非水電解質二次電池 |
WO2013024621A1 (ja) * | 2011-08-17 | 2013-02-21 | 日本電気株式会社 | リチウムイオン電池 |
EP2804836B1 (en) * | 2012-01-16 | 2022-11-23 | Robert Bosch GmbH | Process for preparing a core-shell structured lithtated manganese oxide |
US20150118548A1 (en) * | 2012-06-06 | 2015-04-30 | Nec Corporation | Electrolytic solution, method for preparing ester compound contained therein and lithium secondary cell |
WO2013188594A2 (en) * | 2012-06-12 | 2013-12-19 | A123 Systems, LLC | Non-aqueous electrolytic rechargeable batteries for extended temperature range operation |
JP6051938B2 (ja) * | 2013-02-27 | 2016-12-27 | 宇部興産株式会社 | 電解コンデンサ電解液 |
EP3086398B1 (en) | 2013-12-18 | 2019-08-21 | Mitsubishi Chemical Corporation | Non-aqueous electrolyte solution and non-aqueous electrolyte rechargeable battery using same |
JP6431724B2 (ja) * | 2014-08-21 | 2018-11-28 | Fdk株式会社 | リチウム一次電池用非水系有機電解液、およびリチウム一次電池 |
JP2016186915A (ja) * | 2015-03-27 | 2016-10-27 | 三菱化学株式会社 | 非水系電解液及びそれを用いた非水系電解液二次電池 |
CN108140896B (zh) | 2015-10-30 | 2021-05-07 | 松下知识产权经营株式会社 | 非水电解质二次电池 |
DE102016217820A1 (de) | 2016-09-16 | 2018-03-22 | Robert Bosch Gmbh | Hybridsuperkondensator mit Additiven zum Überladungsschutz |
WO2018123751A1 (ja) * | 2016-12-28 | 2018-07-05 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | 非水電解質二次電池 |
EP3571736A1 (en) * | 2017-01-18 | 2019-11-27 | Basf Se | Trifunctional additives for electrolyte composition for lithium batteries |
JP7234529B2 (ja) * | 2017-08-31 | 2023-03-08 | 株式会社Gsユアサ | 非水電解質及び蓄電素子 |
JP7187125B2 (ja) | 2018-03-27 | 2022-12-12 | 三菱ケミカル株式会社 | 非水系電解液及びそれを用いたエネルギーデバイス |
WO2020004467A1 (ja) | 2018-06-26 | 2020-01-02 | 三菱瓦斯化学株式会社 | α位にホルミルオキシ基を有するイソ酪酸エステル化合物、香料組成物、及び香料としての使用 |
WO2020027004A1 (ja) * | 2018-07-31 | 2020-02-06 | 日立化成株式会社 | 電解液及び電気化学デバイス |
CN112740459A (zh) * | 2018-07-31 | 2021-04-30 | 昭和电工材料株式会社 | 电解液及电化学器件 |
CN109524717B (zh) * | 2018-12-20 | 2020-05-19 | 乐清市风杰电子科技有限公司 | 一种锂离子电池电解液及其加工工艺 |
CN112436190A (zh) * | 2019-08-25 | 2021-03-02 | 深圳格林德能源集团有限公司 | 一种锂离子电池电解液及其锂离子电池 |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2002015319A1 (fr) * | 2000-08-11 | 2002-02-21 | Ube Industries, Ltd. | Solution electrolytique non aqueuse et accumulateur au lithium |
WO2008001955A1 (en) * | 2006-06-30 | 2008-01-03 | Otsuka Chemical Co., Ltd. | Additive for electrolyte solution and electrolyte solution |
Family Cites Families (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3196226B2 (ja) * | 1991-03-13 | 2001-08-06 | ソニー株式会社 | 非水電解液二次電池 |
JP3060796B2 (ja) * | 1993-09-08 | 2000-07-10 | 松下電器産業株式会社 | リチウム二次電池 |
JPH07320777A (ja) * | 1994-05-26 | 1995-12-08 | Sony Corp | 非水電解液二次電池 |
KR100274236B1 (ko) * | 1998-05-13 | 2001-02-01 | 김순택 | 리튬 이차 전지용 양극 활물질 및 그의 제조방법 |
JP2000223153A (ja) | 1999-01-29 | 2000-08-11 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | リチウムイオン二次電池 |
JP2000331709A (ja) * | 1999-05-19 | 2000-11-30 | Mitsubishi Chemicals Corp | 非水系電解液二次電池 |
KR100370386B1 (ko) * | 2000-11-28 | 2003-01-30 | 제일모직주식회사 | 리튬 전지용 비수전해액 |
AU2003221334A1 (en) | 2002-03-08 | 2003-09-22 | Mitsubishi Chemical Corporation | Nonaqueous electrolyte and lithium-ion secondary battery containing the same |
KR101158143B1 (ko) * | 2004-05-28 | 2012-06-19 | 우베 고산 가부시키가이샤 | 비수 전해액 및 그것을 이용한 리튬 2차 전지 |
KR101269779B1 (ko) * | 2004-12-27 | 2013-05-30 | 우베 고산 가부시키가이샤 | 비수 전해액 및 그것을 이용한 리튬 2차 전지 |
-
2009
- 2009-03-10 ES ES09719795T patent/ES2434824T3/es active Active
- 2009-03-10 KR KR1020107020267A patent/KR101452026B1/ko not_active IP Right Cessation
- 2009-03-10 CN CN2009801085199A patent/CN101971409B/zh not_active Expired - Fee Related
- 2009-03-10 EP EP09719795.8A patent/EP2251926B1/en not_active Not-in-force
- 2009-03-10 JP JP2010502835A patent/JP5440491B2/ja active Active
- 2009-03-10 US US12/921,894 patent/US8580429B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2009-03-10 WO PCT/JP2009/054553 patent/WO2009113545A1/ja active Application Filing
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2002015319A1 (fr) * | 2000-08-11 | 2002-02-21 | Ube Industries, Ltd. | Solution electrolytique non aqueuse et accumulateur au lithium |
WO2008001955A1 (en) * | 2006-06-30 | 2008-01-03 | Otsuka Chemical Co., Ltd. | Additive for electrolyte solution and electrolyte solution |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN101971409A (zh) | 2011-02-09 |
WO2009113545A1 (ja) | 2009-09-17 |
US20110064998A1 (en) | 2011-03-17 |
CN101971409B (zh) | 2013-06-19 |
EP2251926A4 (en) | 2012-12-05 |
EP2251926B1 (en) | 2013-09-11 |
KR101452026B1 (ko) | 2014-10-21 |
ES2434824T3 (es) | 2013-12-17 |
JPWO2009113545A1 (ja) | 2011-07-21 |
US8580429B2 (en) | 2013-11-12 |
KR20110008162A (ko) | 2011-01-26 |
EP2251926A1 (en) | 2010-11-17 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5440491B2 (ja) | リチウム電池用非水電解液、それを用いたリチウム電池、及びそれに用いられるヒドロキシ酸誘導体化合物 | |
JP5375616B2 (ja) | スルホン酸フェニル化合物、それを用いた非水電解液及びリチウム電池 | |
JP5692219B2 (ja) | 非水電解液、それを用いた電気化学素子、及びそれに用いられる1,2−ジオキシプロパン化合物 | |
JP6036687B2 (ja) | 非水電解液、それを用いた蓄電デバイス、及び環状スルホン酸エステル化合物 | |
JP5359277B2 (ja) | エステル化合物、それを用いた非水電解液及びリチウム二次電池 | |
EP2469638B1 (en) | Non-aqueous electrolytic solution and electrochemical device using the same | |
JP5561163B2 (ja) | リチウム電池用非水電解液、それを用いたリチウム電池、及びそれに用いられるホルミルオキシ基含有化合物 | |
JP5125379B2 (ja) | ベンゼンスルホン酸エステルを含むリチウム二次電池用電解液、及びそれを用いたリチウム二次電池 | |
KR20150018513A (ko) | 비수 전해액 및 그것을 이용한 축전 디바이스 | |
KR20140051940A (ko) | 비수 전해액 및 그것을 이용한 축전 디바이스 | |
WO2014203912A1 (ja) | 非水電解液、それを用いた蓄電デバイス、及びそれに用いられるビフェニル基含有カーボネート化合物 | |
JP2009140921A (ja) | スルホン酸フェニル化合物、それを用いた非水電解液、及びリチウム電池 | |
JP5516673B2 (ja) | ベンゼンスルホン酸エステル、それを用いたリチウム二次電池用電解液、及びそれを用いたリチウム二次電池 | |
JP5589796B2 (ja) | 非水電解液、それを用いた電気化学素子、及びそれに用いられるトリアルキルシリルオキシ基含有化合物 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20120113 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20120113 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20130903 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20131031 |
|
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: 20131119 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20131202 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5440491 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |