JP5566910B2 - 共融混合物を含む電解質及びそれを備えた電気化学素子 - Google Patents
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Description
R、R1及びR2は、相互独立して水素、ハロゲン、または、炭素数が1から20であるアルキル基、アルキルアミン基、アルケニル基及びアリール基からなる群より選択されたいずれか1つであるが、そのうち少なくとも1つはCH3‐(CH2)p‐O(CH2)qで表されるアルコキシアルキル基であって、pは0から8の整数であり、qは1から8の整数であり、
Xは炭素、珪素、酸素、窒素、リン、硫黄及び水素からなる群より選択されたいすれか1つであって、i)Xが水素であればmは0であり、ii)Xが酸素または硫黄であればmは1であり、iii)Xが窒素またはリンであればmは2であり、iv)Xが炭素または珪素であればmは3である。
R及びR1は、相互独立して水素、または、炭素数が1から20であるアルキル基、アルキルアミン基、アルケニル基、アリール基及びアリル基からなる群より選択されたいずれか1つであるが、そのうち少なくとも1つはCH3‐(CH2)p‐O(CH2)qで表されるアルコキシアルキル基であって、pは0から8の整数であり、qは1から8の整数であり、
Xは炭素、珪素、酸素、窒素、リン及び硫黄からなる群より選択されたいすれか1つであって、i)Xが酸素または硫黄であればmは0であり、ii)Xが窒素またはリンであればmは1であり、iii)Xが炭素または珪素であればmは2であり、nは1から10の整数である。
R、R1及びR2は、相互独立して水素、ハロゲン、または、炭素数が1から20であるアルキル基、アルキルアミン基、アルケニル基及びアリール基からなる群より選択されたいずれか1つであるが、そのうち少なくとも1つはCH3‐(CH2)p‐O(CH2)qで表されるアルコキシアルキル基であって、pは0から8の整数であり、qは1から8の整数であり、
Xは、炭素、珪素、酸素、窒素、リン、硫黄及び水素からなる群より選択されたいすれか1つであって、i)Xが水素であればmは0であり、ii)Xが酸素または硫黄であればmは1であり、iii)Xが窒素またはリンであればmは2であり、iv)Xが炭素または珪素であればmは3である。
R及びR1は、相互独立して水素、または、炭素数が1から20であるアルキル基、アルキルアミン基、アルケニル基、アリール基及びアリル基からなる群より選択されたいずれか1つであるが、そのうち少なくとも1つはCH3‐(CH2)p‐O(CH2)qで表されるアルコキシアルキル基であって、pは0から8の整数であり、qは1から8の整数であり、
Xは炭素、珪素、酸素、窒素、リン及び硫黄からなる群より選択されたいすれか1つであって、i)Xが酸素または硫黄であればmは0であり、ii)Xが窒素またはリンであればmは1であり、iii)Xが炭素または珪素であればmは2であり、
nは1から10の整数である。
N‐メトキシエチル‐N‐メチルメチルカーバメート5.8gとLiPF6 2gを丸底フラスコに入れて窒素雰囲気下で2時間に亘って徐々に撹拌させ、所望の共融混合物7.8gを得た。
N‐メトキシエチルメチルカーバメート5.2gとLiPF6 2gを丸底フラスコに入れて窒素雰囲気下で2時間に亘って徐々に撹拌させ、所望の共融混合物7.2gを得た。
N‐メトキシエチル‐N‐メチルメトキシエチルカーバメート7.5gとLiPF6 2gを丸底フラスコに入れて窒素雰囲気下で2時間に亘って徐々に撹拌させ、所望の共融混合物12gを得た。
N‐メトキシエチルオキサゾリジノン5.3gとLiPF6 2gを丸底フラスコに入れて窒素雰囲気下で2時間に亘って徐々に撹拌させ、所望の共融混合物7.3gを得た。
精製されたメチルカーバメート4.7gとLiTFSI 6gを丸底フラスコに入れて常温の窒素雰囲気下で2時間に亘って徐々に撹拌させ、共融混合物10.7gを得た。
精製されたアセトアミド3.8gとLiTFSI 6gを丸底フラスコに入れて窒素雰囲気下で2時間に亘って徐々に撹拌させ、共融混合物9.8gを得た。
オキサゾリジノン5.3gとLiPF6 2gを丸底フラスコに入れて窒素雰囲気下で2時間に亘って徐々に撹拌させ、共融混合物7.3gを得た。
実施例5
(正極製造)
正極活物質としてLiCoO2、導電材として人造黒鉛、バインダーとしてポリビニリデンフルオライドを94:3:3の重量比で混合し、得られた混合物にN‐メチルピロリドンを加えてスラリーを製造した。製造したスラリーをアルミニウムホイルに塗布し、130℃で2時間乾燥して正極を製造した。
負極活物質、導電材として人造黒鉛、バインダーを94:3:3の重量比で混合し、N‐メチルピロリドンを加えてスラリーを製造した。製造したスラリーを銅ホイルに塗布し、130℃で2時間乾燥して負極を製造した。
上記のようにして製造した正極及び負極を1cm2用意し、その間にセパレーターを介在させた。それに実施例1で製造した共融混合物を注入し、図1のように二次電池を完成した。図1において、参照番号1は正極、2は負極、3はセパレーターと電解質、4はスペーサ、5はコイン缶容器、6はコイン缶蓋、7は封止用ゴムを示す。
上記のようにして製造した正極と負極との間にセパレーターを介在させた商業用パウチ型電池に、実施例1で製造した共融混合物2.3gを注入して二次電池を製作した。
電解質として実施例1の共融混合物の代わりにエチレンカーボネート:エチルメチルカーボネート=1:2の体積比を有する1M LiPF6溶液を使用したことを除き、実施例5と同じ方法で二次電池を製造した。
電解質として実施例1の共融混合物の代わりに比較例1の共融混合物を使用したことを除き、実施例6と同じ方法で二次電池を製造した。
上記のような方法によって製造した実施例5及び比較例4の二次電池を0.5mAcm−2でそれぞれ充放電し、サイクルによる放電容量及び充放電効率を測定した。実験の結果、通常のカーボネート系溶媒を含む電解質を使用した比較例4の電池及び本発明の共融混合物を電解質として使用した実施例5の電池は、図2に示したように、全て30回目サイクル以後に90%以上の放電容量及び99%の充放電効率を示した。図2において実線は実施例5を、点線は比較例4を示す。このことから、本発明の共融混合物電解質は常温で従来商業化された液体電解質と対等な性能を発揮できることが分かった。
Claims (17)
- (a)下記化学式1または下記化学式2で表されるアルコキシアルキル基含有アミド化合物と、
(b)イオン化可能なリチウム塩とで構成された共融混合物を含んでなり、
前記共融混合物が、前記アルコキシアルキル基含有アミド化合物とリチウム塩とを1から8:1のモル比で含んでなる、電解質。
R、R1及びR2は、相互独立して、水素、ハロゲン、または、炭素数が1から20である、アルキル基、アルキルアミン基、アルケニル基及びアリール基からなる群より選択された何れか1つであるが、そのうち少なくとも1つはCH3‐(CH2)p‐O(CH2)q〔pは0から8の整数であり、qは1から8の整数である〕で表されるアルコキシアルキル基であり、
Xは、炭素、珪素、酸素、窒素、リン、硫黄及び水素からなる群より選択された何れか1つであり、
i)Xが水素であれば、mは0であり、
ii)Xが酸素または硫黄であれば、mは1であり、
iii)Xが窒素またはリンであれば、mは2であり、
iv)Xが炭素または珪素であれば、mは3である。]
R及びR1は、相互独立して、水素、または、炭素数が1から20である、アルキル基、アルキルアミン基、アルケニル基、アリール基及びアリル基からなる群より選択された何れか1つであるが、そのうち少なくとも1つはCH3‐(CH2)p‐O(CH2)q〔pは0から8の整数であり、qは1から8の整数である〕で表されるアルコキシアルキル基であり、
Xは、炭素、珪素、酸素、窒素、リン及び硫黄からなる群より選択された何れか1つであり、
i)Xが酸素または硫黄であれば、mは0であり、
ii)Xが窒素またはリンであれば、mは1であり、
iii)Xが炭素または珪素であれば、mは2であり、
nは、1から10の整数である。] - 前記アルコキシアルキル基含有アミド化合物が、N‐メトキシエチルメチルカーバメート、N‐メトキシエチル‐N‐メチルメチルカーバメート、N‐メトキシメチル‐N‐メチルメチルカーバメート、N,N‐ジメチルメトキシエチルカーバメート、N‐メチル‐N‐メトキシエチルメトキシエチルカーバメート、N‐メチル‐N‐メトキシエチルメトキシメチルカーバメート、N‐メトキシエチルカプロラクタム及びN‐メトキシエチルオキサゾリジノンからなる群より選択されたいずれか1つである、請求項1に記載の電解質。
- 前記リチウム塩の陰イオンが、F−、Cl−、Br−、I−、NO3 −、N(CN)2 −、BF4 −、ClO4 −、PF6 −、(CF3)2PF4 −、(CF3)3PF3 −、(CF3)4PF2 −、(CF3)5PF−、(CF3)6P−、CF3SO3 −、CF3CF2SO3 −、(CF3SO2)2N−、(FSO2)2N−、CF3CF2(CF3)2CO−、(CF3SO2)2CH−、(SF5)3C−、(CF3SO2)3C−、CF3(CF2)7SO3 −、CF3CO2 −、CH3CO2 −、SCN−、及び(CF3CF2SO2)2N−からなる群より選択されたいずれか1つである、請求項1又は2に記載の電解質。
- 前記共融混合物の粘度が、200cP以下である、請求項1〜3の何れか一項に記載の電解質。
- 前記電解質が、別途のリチウム塩をさらに含む、請求項1〜4の何れか一項に記載の電解質。
- 前記別途のリチウム塩の陰イオンが、前記共融混合物を構成するリチウム塩の陰イオンと同一である、請求項5に記載の電解質。
- 前記別途のリチウム塩の濃度が、0M超過1M以下である、請求項5又は6に記載の電解質。
- 前記電解質が、ポリマー電解質である、請求項1〜7の何れか一項に記載の電解質。
- 前記ポリマー電解質が、(i)前記共融混合物と、(ii)重合反応によってポリマーを形成し得るモノマーを含む前駆体溶液との重合によって形成されたゲル状のポリマー電解質である、請求項8に記載の電解質。
- 前記モノマーが、ビニルモノマーである、請求項9に記載の電解質。
- 前記ビニルモノマーが、アクリロニトリル、メチルメタクリレート、メチルアクリレート、メタクリロニトリル、メチルスチレン、ビニルエステル類、塩化ビニル、塩化ビニリデン、アクリルアミド、テトラフルオロエチレン、ビニルアセテート、メチルビニルケトン、エチレン、スチレン、パラメトキシスチレン及びパラシアノスチレンからなる群より選択されたいずれか1種またはそのうち2種以上の混合物である、請求項10に記載の電解質。
- 前記前駆体溶液内の共融混合物とモノマーとの含量比が、0.5〜0.95:0.05〜0.5である、請求項9に記載の電解質。
- 前記ゲル状のポリマー電解質が、電気化学素子の内部でIn‐situ重合して製造された、請求項10に記載の電解質。
- 前記ポリマー電解質が、前記共融混合物がポリマーに含浸されたものである、請求項8に記載の電解質。
- 前記ポリマーが、ポリメチルメタクリレート、ポリビニリデンジフルオライド、ポリビニルクロライド、ポリエチレンオキサイド及びポリヒドロキシエチルメタクリレートからなる群より選択された何れか一種又は二種以上の混合物である、請求項14に記載の電解質。
- 正極と、負極と、及び電解質とを備えた電気化学素子であって、
前記電解質が、請求項1〜15のうち何れか一項に記載の電解質である、電気化学素子。 - 前記電気化学素子が、リチウム二次電池である、請求項16に記載の電気化学素子。
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