JP6222090B2 - 非水系電解液二次電池及びその使用方法 - Google Patents

非水系電解液二次電池及びその使用方法 Download PDF

Info

Publication number
JP6222090B2
JP6222090B2 JP2014521411A JP2014521411A JP6222090B2 JP 6222090 B2 JP6222090 B2 JP 6222090B2 JP 2014521411 A JP2014521411 A JP 2014521411A JP 2014521411 A JP2014521411 A JP 2014521411A JP 6222090 B2 JP6222090 B2 JP 6222090B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
carbonate
aqueous electrolyte
sulfolane
mass
secondary battery
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
Application number
JP2014521411A
Other languages
English (en)
Other versions
JPWO2013187487A1 (ja
Inventor
純子 鍵本
純子 鍵本
青島 敬之
敬之 青島
浩之 徳田
浩之 徳田
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.)
Mitsubishi Chemical Corp
Original Assignee
Mitsubishi Chemical 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 Mitsubishi Chemical Corp filed Critical Mitsubishi Chemical Corp
Priority to JP2014521411A priority Critical patent/JP6222090B2/ja
Publication of JPWO2013187487A1 publication Critical patent/JPWO2013187487A1/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6222090B2 publication Critical patent/JP6222090B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/485Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of mixed oxides or hydroxides for inserting or intercalating light metals, e.g. LiTi2O4 or LiTi2OxFy
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0564Accumulators 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
    • H01M10/0566Liquid materials
    • H01M10/0567Liquid materials characterised by the additives
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0564Accumulators 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
    • H01M10/0566Liquid materials
    • H01M10/0569Liquid materials characterised by the solvents
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/4235Safety or regulating additives or arrangements in electrodes, separators or electrolyte
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052Li-accumulators
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/50Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of manganese
    • H01M4/505Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of manganese of mixed oxides or hydroxides containing manganese for inserting or intercalating light metals, e.g. LiMn2O4 or LiMn2OxFy
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Description

本発明は、非水系電解液を備える非水系電解液二次電池に関し、さらに該非水系電解液二次電池の使用方法に関する。
携帯電話、ノートパソコン等のいわゆる携帯電子機器用電源から自動車等の駆動用車載電源や定置用大型電源等に至るまでの広範な電源としてリチウム二次電池等の非水系電解液二次電池が実用化されつつある。しかしながら、近年の電子機器の高性能化や駆動用車載電源や定置用大型電源への適用等に伴い、適用される二次電池への要求はますます高まり、二次電池の電池特性の高性能化、例えば高容量化や高温保存特性、サイクル特性等の向上を高い水準で達成することが求められている。
非水系電解液二次電池に用いられる負極としては、黒鉛などが広く用いられているが、近年、黒鉛などよりも貴な電位(約1.55V(vs.Li/Li))でリチウムの吸蔵・放出がおこるリチウムチタン複合酸化物が注目を集めている。リチウムチタン複合酸化物は原理的には充電時にリチウムの析出がおこらず、また、充放電に伴う結晶格子の膨張・収縮が起こらないために、ハイレートでのサイクル特性に優れ、かつ安全性に優れた材として提案されている(特許文献1)。
一方、非水系電解液二次電池に用いる非水系電解液は、通常、主として電解質と非水系溶媒とから構成されている。非水系溶媒の主成分としては、エチレンカーボネートやプロピレンカーボネート等の環状カーボネート;ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート等の鎖状カーボネート;γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン等の環状カルボン酸エステルなどが用いられている。
しかしながら、リチウムチタン複合酸化物を用いた非水系電解液二次電池は、長期高温保存において、黒鉛などを用いた非水系電解液二次電池よりも多くガスが発生する。このガス発生は主に、非水系電解液と負極との反応によると考えられているが、ガスの発生を抑制するために、種々の提案がなされている(特許文献2、3)。例えば、特許文献3には非水系電解液に酸無水物を含有させることによるスウェリングの低減について検討されている。
日本国特開2005−142047号公報 日本国特開2008−91327号公報 日本国特開2012−4121号公報
しかしながら、上記のようにガス発生抑制の改善の取り組みの検討が種々行われているものの、十分な電池特性を達成させるためには未だ十分とはいえず、更なる改善が求められている。
本発明は、黒鉛などよりも貴な電位でリチウムの吸蔵・放出がおこる負極活物質を備えた非水系電解液二次電池において、高温保存時のガス発生を抑制し、良好な電池特性を有する非水系電解液二次電池を提供することを目的とする。
発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、1.0V(vs.Li/Li)より貴な電位においてリチウムイオンを吸蔵放出する負極活物質を含む非水系電解液二次電池において、非水系電解液二次電池に使用する非水系電解液中に、特定の化合物を含有させることにより、ガス発生量が改善された非水系電解液二次電池が実現できることを見出し、本発明を完成させるに至った。
即ち、本発明の要旨は以下の通りである。
(1)リチウム塩と前記リチウム塩を溶解する非水系溶媒とを含む非水系電解液、リチウムイオンを吸蔵放出可能な負極、及び正極を含む非水系電解液二次電池であって、
前記負極が1.0V(vs.Li/Li)より貴な電位においてリチウムイオンを吸蔵放出する負極活物質を含み、
前記非水系溶媒がジエチルカーボネートを含み、且つ
前記非水系電解液がさらに酸無水物を含む、非水系電解液二次電池。
(2)前記ジエチルカーボネートを前記非水系溶媒に対して5体積%以上80体積%以下含有する、上記(1)に記載の非水系電解液二次電池。
(3)前記非水系溶媒がさらに飽和環状カーボネート及び環状スルホン化合物のうち少なくとも一方を含有する、上記(1)または(2)に記載の非水系電解液二次電池。
(4)前記酸無水物がカルボン酸無水物及びスルホン酸無水物のうち少なくとも一方を含む、上記(1)ないし(3)のいずれか1に記載の非水系電解液二次電池。
(5)前記酸無水物の前記非水系電解液全体における含有量が0.01質量%以上10質量%以下である、上記(1)ないし(4)のいずれか1に記載の非水系電解液二次電池。
(6)前記酸無水物の前記非水系電解液全体における含有量が0.1質量%以上1質量%以下である、上記(1)ないし(5)のいずれか1に記載の非水系電解液二次電池。
(7)前記酸無水物の前記非水系電解液全体における含有量が0.1質量%以上1質量%未満である、上記(1)ないし(6)のいずれか1に記載の非水系電解液二次電池。
(8)前記飽和環状カーボネートがエチレンカーボネート及びプロピレンカーボネートのうち少なくとも一方を含む、上記(3)ないし(7)のいずれか1に記載の非水系電解液二次電池。
(9)前記環状スルホン化合物がスルホラン及びスルホラン誘導体のうち少なくとも一方を含む、上記(3)ないし(8)のいずれか1に記載の非水系電解液二次電池。
(10)前記負極活物質がリチウムチタン複合酸化物である、上記(1)ないし(9)のいずれか1に記載の非水系電解液二次電池。
(11)前記正極がMnを含有する活物質を含む、上記(1)ないし(10)のいずれか1に記載の非水系電解液二次電池。
(12)上記(1)ないし(11)のいずれか1に記載の非水系電解液二次電池を定置型電池とする、非水系電解液二次電池の使用方法。
本発明によれば、1.0V(vs.Li/Li)より貴な電位においてリチウムイオンを吸蔵放出する負極活物質を用いた非水系電解液二次電池において、非水系溶媒がジエチルカーボネートを含み、かつ非水系電解液がさらに酸無水物を含有することにより、ガス発生量が改善された非水系電解液二次電池を提供できる。
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではなく、任意に変形して実施することができる。
ここで“重量%”、“重量ppm”及び“重量部”と、“質量%”、“質量ppm”及び“質量部”とは、それぞれ同義である。また、単に“ppm”と記載した場合は、“重量ppm”のことを示す。
本発明の非水系電解液二次電池は、例えばリチウム二次電池として用いるのに好適である。本発明の非水系電解液二次電池は、公知の構造を採ることができ、典型的には、イオン(例えば、リチウムイオン)を吸蔵・放出可能な負極及び正極、非水系電解液、並びにセパレータを備える。
[I.非水系電解液]
本発明の非水系電解液二次電池に用いる非水系電解液は、リチウム塩とこれを溶解する非水系溶媒とを含有する非水系電解液に関するものであり、前記非水系溶媒がジエチルカーボネートを含み、前記非水系電解液がさらに酸無水物を含有することを特徴とする。
[1.ジエチルカーボネート]
本発明で使用するジエチルカーボネートは、製造方法に特に制限はなく、公知の方法を任意に選択して製造することが可能である。
ジエチルカーボネートの含有量は、非水系溶媒100体積%中、その下限は、通常5体積%以上、好ましくは10体積%以上、より好ましくは30体積%以上であり、その上限は、通常80体積%以下、好ましくは70体積%以下である。この範囲であれば、ガス発生抑制効果が得られやすく、サイクル特性や保存特性等の耐久性の向上効果が得られやすい。また、非水系電解液の粘度を適切な範囲とし、電気伝導率の低下を回避することができることから、非水系電解液二次電池の充放電を高電流密度で行う場合に、充放電容量維持率が低下するといった事態を回避しやすい。
ジエチルカーボネートを後述のジエチルカーボネート以外の対称鎖状カーボネートや非対称カーボネートとを2種類以上で併用することも好ましい。
[2.酸無水物]
本発明で使用する酸無水物として、カルボン酸無水物、スルホン酸無水物、カルボン酸とスルホン酸との無水物が挙げられ、好ましくはカルボン酸無水物、スルホン酸無水物が挙げられる。
カルボン酸無水物の具体例としては、無水酢酸、無水プロピオン酸、無水酪酸無水クロトン酸、無水トリフルオロ酢酸、無水ペンタフルオロプロピオン酸、無水コハク酸、無水グルタル酸、無水マレイン酸、無水シトラコン酸、無水グルタコン酸、無水イタコン酸、無水ジグリコール酸、シクロヘキサンジカルボン酸無水物、シクロペンタンテトラカルボン酸二無水物、4−シクロヘキセン−1,2−ジカルボン酸無水物、3,4,5,6−テトラヒドロフタル酸無水物、5−ノルボルネン−2,3−ジカルボン酸無水物、フェニルコハク酸無水物、2−フェニルグルタル酸無水物、無水フタル酸、無水ピロメリット酸、フルオロコハク酸無水物、テトラフルオロコハク酸無水物等を挙げることができる。これらの中でも、無水コハク酸、無水グルタル酸、無水マレイン酸、無水シトラコン酸、無水イタコン酸、無水ジグリコール酸、シクロヘキサンジカルボン酸無水物、フルオロコハク酸無水物、テトラフルオロコハク酸無水物が充放電効率の向上とガス発生抑制効果のバランスの点から好ましい。
スルホン酸無水物の具体例としては、メタンスルホン酸無水物、エタンスルホン酸無水物、プロパンスルホン酸無水物、ブタンスルホン酸無水物、ペンタンスルホン酸無水物、ヘキサンスルホン酸無水物、ビニルスルホン酸無水物、ベンゼ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、2,2,2−トリフルオロエタンスルホン酸無水物、ペンタフルオロエタンスルホン酸無水物、1,2−エタンジスルホン酸無水物、3−プロパンジスルホン酸無水物、4−ブタンジスルホン酸無水物、2−ベンゼンジスルホン酸無水物、テトラフルオロ−1,2−エタンジスルホン酸無水物、ヘキサフルオロ−1,3−プロパンジスルホン酸無水物、オクタフルオロ−1,4−ブタンジスルホン酸無水物、3−フルオロ−1,2−ベンゼンジスルホン酸無水物、4−フルオロ−1,2−ベンゼンジスルホン酸無水物、3,4,5,6−テトラフルオロ−1,2−ベンゼンジスルホン酸無水物、エチオン酸シクロ無水物等を挙げることができる。これらの中でも、メタンスルホン酸無水物、エタンスルホン酸無水物、プロパンスルホン酸無水物、ブタンスルホン酸無水物、ビニルスルホン酸無水物、ベンゼ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、2,2,2−トリフルオロエタンスルホン酸無水物、ペンタフルオロエタンスルホン酸無水物、1,2−エタンジスルホン酸無水物、3−プロパンジスルホン酸無水物、1,2−ベンゼンジスルホン酸無水物が高温保存特性の向上とガス発生抑制効果のバランスの点から好ましい。
カルボン酸とスルホン酸との無水物の具体例としては、酢酸メタンスルホン酸無水物、酢酸エタンスルホン酸無水物、酢酸プロパンスルホン酸無水物、プロピオン酸メタンスルホン酸無水物、プロピオン酸エタンスルホン酸無水物、プロピオン酸プロパンスルホン酸無水物、トリフルオロ酢酸メタンスルホン酸無水物、トリフルオロ酢酸エタンスルホン酸無水物、トリフルオロ酢酸プロパンスルホン酸無水物、酢酸トリフルオロメタンスルホン酸無水物、酢酸2,2,2−トリフルオロエタンスルホン酸無水物、酢酸ペンタフルオロエタンスルホン酸無水物、トリフルオロ酢酸トリフルオロメタンスルホン酸無水物、トリフルオロ酢酸2,2,2−トリフルオロエタンスルホン酸無水物、トリフルオロ酢酸ペンタフルオロエタンスルホン酸無水物、3−スルホプロピオン酸無水物、2−メチル−3−スルホプロピオン酸無水物、2−ジメチル−3−スルホプロピオン酸無水物、2−エチル−3−スルホプロピオン酸無水物、2,2−ジエチル−3−スルホプロピオン酸無水物、2−フルオロ−3−スルホプロピオン酸無水物、2,2−ジフルオロ−3−スルホプロピオン酸無水物、2,2,3,3−テトラフルオロ−3−スルホプロピオン酸無水物、2−スルホ安息香酸無水物、3−フルオロ−2−スルホ安息香酸無水物、4−フルオロ−2−スルホ安息香酸無水物、5−フルオロ−2−スルホ安息香酸無水物、6−フルオロ−2−スルホ安息香酸無水物、3,6−ジフルオロ−2−スルホ安息香酸無水物、3,4,5,6−テトラフルオロ−2−スルホ安息香酸無水物、3−トリフルオロメチル−2−スルホ安息香酸無水物、4−トリフルオロメチル−2−スルホ安息香酸無水物、5−トリフルオロメチル−2−スルホ安息香酸無水物、6−トリフルオロメチル−2−スルホ安息香酸無水物等を挙げることができる。
これらの中でも、酢酸メタンスルホン酸無水物、酢酸エタンスルホン酸無水物、酢酸プロパンスルホン酸無水物、プロピオン酸メタンスルホン酸無水物、プロピオン酸エタンスルホン酸無水物、プロピオン酸プロパンスルホン酸無水物、トリフルオロ酢酸メタンスルホン酸無水物、トリフルオロ酢酸エタンスルホン酸無水物、トリフルオロ酢酸プロパンスルホン酸無水物、酢酸トリフルオロメタンスルホン酸無水物、酢酸2,2,2−トリフルオロエタンスルホン酸無水物、酢酸ペンタフルオロエタンスルホン酸無水物、トリフルオロ酢酸トリフルオロメタンスルホン酸無水物、トリフルオロ酢酸2,2,2−トリフルオロエタンスルホン酸無水物、トリフルオロ酢酸ペンタフルオロエタンスルホン酸無水物、2−スルホ安息香酸無水物、3−フルオロ−2−スルホ安息香酸無水物、4−フルオロ−2−スルホ安息香酸無水物、5−フルオロ−2−スルホ安息香酸無水物、6−フルオロ−2−スルホ安息香酸無水物が高温保存特性の向上とガス発生抑制効果のバランスの点から好ましい。
酸無水物は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併有してもよい。
また、本発明で使用する電解液における酸無水物の含有量は、非水系溶媒全体に対して、通常0.01質量%以上、好ましくは0.05質量%以上、より好ましくは0.1質量%以上、また、通常10質量%以下、好ましくは3質量%以下、より好ましくは1.5質量%以下、更に好ましくは1質量%以下、特に好ましくは1質量%未満、特により好ましくは0.9質量%以下、最も好ましくは0.8質量%以下である。添加量が上記範囲内にあることにより、ガス発生抑制効果が十分となり、また、酸無水物由来のガス発生を抑制し、本発明の効果を十分に発現できる。
リチウムチタン複合酸化物などの金属酸化物を負極に用いた非水系電解液二次電池の場合、長期高温保存において、黒鉛などを用いた非水系電解液二次電池よりも多くガスが発生する。ガス発生の原因としては、詳細は未だ詳らかではないが以下のように推察される。
リチウムチタン複合酸化物などの金属酸化物は化学吸着水もしくは表面OH基が多く含まれ、これら化学吸着水もしくは表面OH基が非水系電解液と反応し、分解ガスが発生する。
ここで、非水系電解液に酸無水物を添加すると、酸無水物は金属酸化物表面のOH基と反応する為に上記の分解ガス発生を抑制すると推察される。本発明においては、酸無水物は過剰に添加されると分解ガスの発生要因となる為、リチウムチタン複合酸化物などの金属酸化物の表面OH基量を考慮して、酸無水物の添加量を上記範囲内に制御すると、分解ガス発生抑制に対してより効果的である場合がある。
[3.溶媒]
非水系溶媒としては、上記のジエチルカーボネート以外に、飽和環状カーボネート、環状スルホン化合物、フッ素原子を有する環状カーボネート、ジエチルカーボネート以外の対称鎖状カーボネート、非対称鎖状カーボネート、環状又は鎖状カルボン酸エステル、エーテル化合物等を使用することが可能である。また、飽和環状カーボネート及び環状スルホン化合物のうち少なくとも一方を含有することが好ましい。
[3.1 飽和環状カーボネート]
飽和環状カーボネートとしては、炭素数2〜4のアルキレン基を有するものが挙げられる。
炭素数2〜4の飽和環状カーボネートとしては、具体的には、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート等が挙げられ、好ましくは、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネートが挙げられる。
飽和環状カーボネートは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併有してもよい。
飽和環状カーボネートを使用する際の含有量は、特に制限されず、本発明の効果を著しく損なわない限り任意であるが、1種を単独で用いる場合の含有量の下限は、非水系溶媒100体積%中、5体積%以上、より好ましくは10体積%以上である。この範囲とすることで、非水系電解液の誘電率の低下に由来する電気伝導率の低下を回避し、非水系電解液二次電池の大電流放電特性、負極に対する安定性、サイクル特性を良好な範囲としやすくなる。また上限は、95体積%以下、より好ましくは90体積%以下、さらに好ましくは85体積%以下である。この範囲とすることで、非水系電解液の粘度を適切な範囲とし、イオン伝導度の低下を抑制し、ひいては非水系電解液二次電池の負荷特性を良好な範囲としやすくなる。
また、飽和環状カーボネートの2種以上を任意の組み合わせで用いる場合の好ましい組合せの一つは、エチレンカーボネートとプロピレンカーボネートの組み合わせである。この場合のエチレンカーボネートとプロピレンカーボネートの体積比は、1:99〜60:40が好ましく、特に好ましくは5:95〜50:50である。
更に、非水系溶媒全体に占めるエチレンカーボネートの量を、非水系溶媒100体積%中、通常40体積%以下、好ましくは30体積%未満で使用すると、エチレンカーボネートの分解が抑制され、高温保存時のガス発生が減少する場合があり好ましい態様である。また、サイクル特性や保存特性等の耐久性の向上効果が得られえるため好ましい。
[3.2 環状スルホン化合物]
環状スルホン化合物は、環状部位がメチレン基とスルホニル基(−S(=O)−)とによって構成される環状化合物であれば特に制限されず、任意の環状スルホン化合物を用いることができる。環状スルホン化合物は、場合により、置換基を有していてもよい。その中で、環状部位が3個以上のメチレン基と1個以上のスルホニル基とからなり、場合により置換基を有しており、かつ、分子量が500以下のものが好ましい。
環状スルホン化合物における環状部位のメチレン基は、好ましくは3〜6個であり、スルホニル基は、好ましくは1〜2個である。
置換基としては、ハロゲン原子、アルキル基、ハロゲン原子で置換されたアルキル基が挙げられる。ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子又はヨウ素原子が挙げられ、好ましくはフッ素原子又は塩素原子であり、フッ素原子が特に好ましい。アルキル基としては、炭素原子数1〜4個のアルキル基が挙げられ、1〜2個が好ましい。ハロゲン原子で置換されたアルキル基としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子又はヨウ素原子で置換された炭素原子数1〜4個のアルキル基が挙げられ、炭素原子数1〜2個のアルキル基が好ましい。置換基は、1個であっても、複数個であってもよく、本発明の効果の点から、好ましくは1〜3個である。
環状スルホン化合物としては、モノスルホン化合物であるトリメチレンスルホン類、テトラメチレンスルホン類、ヘキサメチレンスルホン類;ジスルホン化合物であるトリメチレンジスルホン類、テトラメチレンジスルホン類、ヘキサメチレンジスルホン類等が挙げられるが、この中でも誘電率と粘性の観点から、テトラメチレンスルホン類、テトラメチレンジスルホン類、ヘキサメチレンスルホン類、ヘキサメチレンジスルホン類がより好ましく、テトラメチレンスルホン類(スルホラン類)が特に好ましい。
環状スルホン化合物としては、スルホラン及び/又はスルホラン誘導体(以下、スルホランも含めて「スルホラン類」と略記する場合がある。)が、本発明の効果が得られやすい点で好ましい。スルホラン誘導体としては、スルホラン環を構成する炭素原子上に結合した水素原子が1個以上ハロゲン原子で置換されたスルホラン誘導体が特に好ましい。また、スルホラン誘導体としては、アルキル基を有するものも使用することができ、アルキル基を構成する炭素原子に結合した水素原子が1個以上ハロゲン原子で置換されたものであってもよい。
ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子又はヨウ素原子が挙げられる。この中でも、好ましくはフッ素原子又は塩素原子であり、フッ素原子が特に好ましく、これはスルホラン環を構成する炭素原子上の置換基である場合、スルホラン環に結合したアルキル基の置換基である場合のいずれにも適用される。
スルホラン環の置換基としてアルキル基を含有するスルホラン誘導体としては、2−メチルスルホラン、3−メチルスルホラン、2,2−ジメチルスルホラン、3,3−ジメチルスルホラン、2,3−ジメチルスルホラン、2,4−ジメチルスルホラン、2,5−ジメチルスルホラン、2,2,3−トリメチルスルホラン、2,2,4−トリメチルスルホラン、2,2,5−トリメチルスルホラン、2,3,3−トリメチルスルホラン、3,3,4−トリメチルスルホラン、3,3,5−トリメチルスルホラン、2,3,4−トリメチルスルホラン、2,3,5−トリメチルスルホラン、2,2,3,3−テトラメチルスルホラン、2,2,3,4−テトラメチルスルホラン、2,2,3,5−テトラメチルスルホラン、2,2,4,4−テトラメチルスルホラン、2,2,4,5−テトラメチルスルホラン、2,2,5,5−テトラメチルスルホラン、2,3,3,4−テトラメチルスルホラン、2,3,3,5−テトラメチルスルホラン、2,3,4,4−テトラメチルスルホラン、2,3,4,5−テトラメチルスルホラン、3,3,4,4−テトラメチルスルホラン、2,2,3,3,4−ペンタメチルスルホラン、2,2,3,3,5−ペンタメチルスルホラン、2,2,3,4,4−ペンタメチルスルホラン、2,2,3,4,5−ペンタメチルスルホラン、2,3,3,4,4−ペンタメチルスルホラン、2,3,3,4,5−ペンタメチルスルホラン、2,2,3,3,4,4−ヘキサメチルスルホラン、2,2,3,3,4,5−ヘキサメチルスルホラン、2,2,3,3,5,5−ヘキサメチルスルホラン、2,2,3,4,5,5−ヘキサメチルスルホラン、2,2,3,3,4,4,5−ヘプタメチルスルホラン、2,2,3,3,4,5,5−ヘプタメチルスルホラン、オクタメチルスルホラン等が挙げられる。
スルホラン環の置換基として、フッ素原子を含有するスルホラン誘導体としては、2−フルオロスルホラン、3−フルオロスルホラン、2,2−ジフルオロスルホラン、2,3−ジフルオロスルホラン、2,4−ジフルオロスルホラン、2,5−ジフルオロスルホラン、3,4−ジフルオロスルホラン、2,2,3−トリフルオロスルホラン、2,3,3−トリフルオロスルホラン、2,2,4−トリフルオロスルホラン、2,2,5−トリフルオロスルホラン、2,3,4−トリフルオロスルホラン、2,3,5−トリフルオロスルホラン、2,4,4−トリフルオロスルホラン、2,2,3,3−テトラフルオロスルホラン、2,2,3,4−テトラフルオロスルホラン、2,2,4,4−テトラフルオロスルホラン、2,2,5,5−テトラフルオロスルホラン、2,3,3,4−テトラフルオロスルホラン、2,3,3,5−テトラフルオロスルホラン、2,3,4,4−テトラフルオロスルホラン、2,3,4,5−テトラフルオロスルホラン、2,2,3,3,4−ペンタフルオロスルホラン、2,2,3,3,5−ペンタフルオロスルホラン、2,2,3,4,4−ペンタフルオロスルホラン、2,2,3,4,5−ペンタフルオロスルホラン、2,3,3,4,4−ペンタフルオロスルホラン、2,3,3,4,5−ペンタフルオロスルホラン、2,2,3,3,4,4−ヘキサフルオロスルホラン、2,2,3,3,4,5−ヘキサフルオロスルホラン、2,2,3,3,5,5−ヘキサフルオロスルホラン、2,2,3,4,5,5−ヘキサフルオロスルホラン、2,2,3,3,4,4,5−ヘプタフルオロスルホラン、2,2,3,3,4,5,5−ヘプタフルオロスルホラン、オクタフルオロスルホラン等が挙げられる。
スルホラン環の置換基として、アルキル基とフッ素原子とを有するスルホラン誘導体としては、2−フルオロ−3−メチルスルホラン、2−フルオロ−2−メチルスルホラン、3−フルオロ−3−メチルスルホラン、3−フルオロ−2−メチルスルホラン、4−フルオロ−3−メチルスルホラン、4−フルオロ−2−メチルスルホラン、5−フルオロ−3−メチルスルホラン、5−フルオロ−2−メチルスルホラン、2−フルオロ−2,4−ジメチルスルホラン、4−フルオロ−2,4−ジメチルスルホラン、5−フルオロ−2,4−ジメチルスルホラン、2,2−ジフルオロ−3−メチルスルホラン、2,3−ジフルオロ−3−メチルスルホラン、2,4−ジフルオロ−3−メチルスルホラン、2,5−ジフルオロ−3−メチルスルホラン、3,4−ジフルオロ−3−メチルスルホラン、3,5−ジフルオロ−3−メチルスルホラン、4,4−ジフルオロ−3−メチルスルホラン、4,5−ジフルオロ−3−メチルスルホラン、5,5−ジフルオロ−3−メチルスルホラン、2,2,3−トリフルオロ−3−メチルスルホラン、2,2,4−トリフルオロ−3−メチルスルホラン、2,2,5−トリフルオロ−3−メチルスルホラン、2,3,4−トリフルオロ−3−メチルスルホラン、2,3,5−トリフルオロ−3−メチルスルホラン、2,4,4−トリフルオロ−3−メチルスルホラン、2,4,5−トリフルオロ−3−メチルスルホラン、2,5,5−トリフルオロ−3−メチルスルホラン、3,4,4−トリフルオロ−3−メチルスルホラン、3,4,5−トリフルオロ−3−メチルスルホラン、4,4,5−トリフルオロ−3−メチルスルホラン、4,5,5−トリフルオロ−3−メチルスルホラン、2,2,3,4−テトラフルオロ−3−メチルスルホラン、2,2,3,5−テトラフルオロ−3−メチルスルホラン、2,2,4,4−テトラフルオロ−3−メチルスルホラン、2,2,4,5−テトラフルオロ−3−メチルスルホラン、2,2,5,5−テトラフルオロ−3−メチルスルホラン、2,3,4,4−テトラフルオロ−3−メチルスルホラン、2,3,4,5−テトラフルオロ−3−メチルスルホラン、2,3,5,5−テトラフルオロ−3−メチルスルホラン、3,4,4,5−テトラフルオロ−3−メチルスルホラン、3,4,5,5−テトラフルオロ−3−メチルスルホラン、4,4,5,5−テトラフルオロ−3−メチルスルホラン、2,2,3,4,4−ペンタフルオロ−3−メチルスルホラン、2,2,3,4,5−ペンタフルオロ−3−メチルスルホラン、2,2,3,5,5−ペンタフルオロ−3−メチルスルホラン、2,3,4,4,5−ペンタフルオロ−3−メチルスルホラン、2,3,4,5,5−ペンタフルオロ−3−メチルスルホラン、2,2,3,4,4,5−ヘキサフルオロ−3−メチルスルホラン、2,2,3,4,5,5−ヘキサフルオロ−3−メチルスルホラン、2,3,4,4,5,5−ヘキサフルオロ−3−メチルスルホラン、ヘプタフルオロ−3−メチルスルホラン等が挙げられる。
スルホラン環の置換基として、モノフルオロアルキル基とフッ素原子とを有するスルホラン誘導体としては、2−フルオロメチルスルホラン、3−フルオロメチルスルホラン、2−フルオロ−3−(フルオロメチル)スルホラン、3−フルオロ−3−(フルオロメチル)スルホラン、4−フルオロ−3−(フルオロメチル)スルホラン、5−フルオロ−3−(フルオロメチル)スルホラン、2,2−ジフルオロ−3−(フルオロメチル)スルホラン、2,3−ジフルオロ−3−(フルオロメチル)スルホラン、2,4−ジフルオロ−3−(フルオロメチル)スルホラン、2,5−ジフルオロ−3−(フルオロメチル)スルホラン、3,4−ジフルオロ−3−(フルオロメチル)スルホラン、3,5−ジフルオロ−3−(フルオロメチル)スルホラン、4,4−ジフルオロ−3−(フルオロメチル)スルホラン、4,5−ジフルオロ−3−(フルオロメチル)スルホラン、5,5−ジフルオロ−3−(フルオロメチル)スルホラン、2,2,3−トリフルオロ−3−(フルオロメチル)スルホラン、2,2,4−トリフルオロ−3−(フルオロメチル)スルホラン、2,2,5−トリフルオロ−3−(フルオロメチル)スルホラン、2,3,4−トリフルオロ−3−(フルオロメチル)スルホラン、2,3,5−トリフルオロ−3−(フルオロメチル)スルホラン、2,4,4−トリフルオロ−3−(フルオロメチル)スルホラン、2,4,5−トリフルオロ−3−(フルオロメチル)スルホラン、2,5,5−トリフルオロ−3−(フルオロメチル)スルホラン、3,4,4−トリフルオロ−3−(フルオロメチル)スルホラン、3,4,5−トリフルオロ−3−(フルオロメチル)スルホラン、4,4,5−トリフルオロ−3−(フルオロメチル)スルホラン、4,5,5−トリフルオロ−3−(フルオロメチル)スルホラン、2,2,3,4−テトラフルオロ−3−(フルオロメチル)スルホラン、2,2,3,5−テトラフルオロ−3−(フルオロメチル)スルホラン、2,2,4,4−テトラフルオロ−3−(フルオロメチル)スルホラン、2,2,4,5−テトラフルオロ−3−(フルオロメチル)スルホラン、2,2,5,5−テトラフルオロ−3−(フルオロメチル)スルホラン、2,3,4,4−テトラフルオロ−3−(フルオロメチル)スルホラン、2,3,4,5−テトラフルオロ−3−(フルオロメチル)スルホラン、2,3,5,5−テトラフルオロ−3−(フルオロメチル)スルホラン、3,4,4,5−テトラフルオロ−3−(フルオロメチル)スルホラン、3,4,5,5−テトラフルオロ−3−(フルオロメチル)スルホラン、4,4,5,5−テトラフルオロ−3−(フルオロメチル)スルホラン、2,2,3,4,4−ペンタフルオロ−3−(フルオロメチル)スルホラン、2,2,3,4,5−ペンタフルオロ−3−(フルオロメチル)スルホラン、2,2,3,5,5−ペンタフルオロ−3−(フルオロメチル)スルホラン、2,3,4,4,5−ペンタフルオロ−3−(フルオロメチル)スルホラン、2,3,4,5,5−ペンタフルオロ−3−(フルオロメチル)スルホラン、2,2,3,4,4,5−ヘキサフルオロ−3−(フルオロメチル)スルホラン、2,2,3,4,5,5−ヘキサフルオロ−3−(フルオロメチル)スルホラン、2,3,4,4,5,5−ヘキサフルオロ−3−(フルオロメチル)スルホラン、ヘプタフルオロ−3−(フルオロメチル)スルホラン等が挙げられる。
スルホラン環の置換基として、ジフルオロアルキル置換基とフッ素原子とを有するスルホラン誘導体としては、2−ジフルオロメチルスルホラン、3−ジフルオロメチルスルホラン、2−フルオロ−3−(ジフルオロメチル)スルホラン、3−フルオロ−3−(ジフルオロメチル)スルホラン、4−フルオロ−3−(ジフルオロメチル)スルホラン、5−フルオロ−3−(ジフルオロメチル)スルホラン、2,2−ジフルオロ−3−(ジフルオロメチル)スルホラン、2,3−ジフルオロ−3−(ジフルオロメチル)スルホラン、2,4−ジフルオロ−3−(ジフルオロメチル)スルホラン、2,5−ジフルオロ−3−(ジフルオロメチル)スルホラン、3,4−ジフルオロ−3−(ジフルオロメチル)スルホラン、3,5−ジフルオロ−3−(ジフルオロメチル)スルホラン、4,4−ジフルオロ−3−(ジフルオロメチル)スルホラン、4,5−ジフルオロ−3−(ジフルオロメチル)スルホラン、5,5−ジフルオロ−3−(ジフルオロメチル)スルホラン、2,2,3−トリフルオロ−3−(ジフルオロメチル)スルホラン、2,2,4−トリフルオロ−3−(ジフルオロメチル)スルホラン、2,2,5−トリフルオロ−3−(ジフルオロメチル)スルホラン、2,3,4−トリフルオロ−3−(ジフルオロメチル)スルホラン、2,3,5−トリフルオロ−3−(ジフルオロメチル)スルホラン、2,4,4−トリフルオロ−3−(ジフルオロメチル)スルホラン、2,4,5−トリフルオロ−3−(ジフルオロメチル)スルホラン、2,5,5−トリフルオロ−3−(ジフルオロメチル)スルホラン、3,4,4−トリフルオロ−3−(ジフルオロメチル)スルホラン、3,4,5−トリフルオロ−3−(ジフルオロメチル)スルホラン、4,4,5−トリフルオロ−3−(ジフルオロメチル)スルホラン、4,5,5−トリフルオロ−3−(ジフルオロメチル)スルホラン、2,2,3,4−テトラフルオロ−3−(ジフルオロメチル)スルホラン、2,2,3,5−テトラフルオロ−3−(ジフルオロメチル)スルホラン、2,2,4,4−テトラフルオロ−3−(ジフルオロメチル)スルホラン、2,2,4,5−テトラフルオロ−3−(ジフルオロメチル)スルホラン、2,2,5,5−テトラフルオロ−3−(ジフルオロメチル)スルホラン、2,3,4,4−テトラフルオロ−3−(ジフルオロメチル)スルホラン、2,3,4,5−テトラフルオロ−3−(ジフルオロメチル)スルホラン、2,3,5,5−テトラフルオロ−3−(ジフルオロメチル)スルホラン、3,4,4,5−テトラフルオロ−3−(ジフルオロメチル)スルホラン、3,4,5,5−テトラフルオロ−3−(ジフルオロメチル)スルホラン、4,4,5,5−テトラフルオロ−3−(ジフルオロメチル)スルホラン、2,2,3,4,4−ペンタフルオロ−3−(ジフルオロメチル)スルホラン、2,2,3,4,5−ペンタフルオロ−3−(ジフルオロメチル)スルホラン、2,2,3,5,5−ペンタフルオロ−3−(ジフルオロメチル)スルホラン、2,3,4,4,5−ペンタフルオロ−3−(ジフルオロメチル)スルホラン、2,3,4,5,5−ペンタフルオロ−3−(ジフルオロメチル)スルホラン、2,2,3,4,4,5−ヘキサフルオロ−3−(ジフルオロメチル)スルホラン、2,2,3,4,5,5−ヘキサフルオロ−3−(ジフルオロメチル)スルホラン、2,3,4,4,5,5−ヘキサフルオロ−3−(ジフルオロメチル)スルホラン、ヘプタフルオロ−3−(ジフルオロメチル)スルホラン等が挙げられる。
スルホラン環の置換基として、トリフルオロアルキル置換基とフッ素原子とを有するスルホラン誘導体としては、2−トリフルオロメチルスルホラン、3−トリフルオロメチルスルホラン、2−フルオロ−3−(トリフルオロメチル)スルホラン、3−フルオロ−3−(トリフルオロメチル)スルホラン、4−フルオロ−3−(トリフルオロメチル)スルホラン、5−フルオロ−3−(トリフルオロメチル)スルホラン、2,2−ジフルオロ−3−(トリフルオロメチル)スルホラン、2,3−ジフルオロ−3−(トリフルオロメチル)スルホラン、2,4−ジフルオロ−3−(トリフルオロメチル)スルホラン、2,5−ジフルオロ−3−(トリフルオロメチル)スルホラン、3,4−ジフルオロ−3−(トリフルオロメチル)スルホラン、3,5−ジフルオロ−3−(トリフルオロメチル)スルホラン、4,4−ジフルオロ−3−(トリフルオロメチル)スルホラン、4,5−ジフルオロ−3−(トリフルオロメチル)スルホラン、5,5−ジフルオロ−3−(トリフルオロメチル)スルホラン、2,2,3−トリフルオロ−3−(トリフルオロメチル)スルホラン、2,2,4−トリフルオロ−3−(トリフルオロメチル)スルホラン、2,2,5−トリフルオロ−3−(トリフルオロメチル)スルホラン、2,3,4−トリフルオロ−3−(トリフルオロメチル)スルホラン、2,3,5−トリフルオロ−3−(トリフルオロメチル)スルホラン、2,4,4−トリフルオロ−3−(トリフルオロメチル)スルホラン、2,4,5−トリフルオロ−3−(トリフルオロメチル)スルホラン、2,5,5−トリフルオロ−3−(トリフルオロメチル)スルホラン、3,4,4−トリフルオロ−3−(トリフルオロメチル)スルホラン、3,4,5−トリフルオロ−3−(トリフルオロメチル)スルホラン、4,4,5−トリフルオロ−3−(トリフルオロメチル)スルホラン、4,5,5−トリフルオロ−3−(トリフルオロメチル)スルホラン、2,2,3,4−テトラフルオロ−3−(トリフルオロメチル)スルホラン、2,2,3,5−テトラフルオロ−3−(トリフルオロメチル)スルホラン、2,2,4,4−テトラフルオロ−3−(トリフルオロメチル)スルホラン、2,2,4,5−テトラフルオロ−3−(トリフルオロメチル)スルホラン、2,2,5,5−テトラフルオロ−3−(トリフルオロメチル)スルホラン、2,3,4,4−テトラフルオロ−3−(トリフルオロメチル)スルホラン、2,3,4,5−テトラフルオロ−3−(トリフルオロメチル)スルホラン、2,3,5,5−テトラフルオロ−3−(トリフルオロメチル)スルホラン、3,4,4,5−テトラフルオロ−3−(トリフルオロメチル)スルホラン、3,4,5,5−テトラフルオロ−3−(トリフルオロメチル)スルホラン、4,4,5,5−テトラフルオロ−3−(トリフルオロメチル)スルホラン、2,2,3,4,4−ペンタフルオロ−3−(トリフルオロメチル)スルホラン、2,2,3,4,5−ペンタフルオロ−3−(トリフルオロメチル)スルホラン、2,2,3,5,5−ペンタフルオロ−3−(トリフルオロメチル)スルホラン、2,3,4,4,5−ペンタフルオロ−3−(トリフルオロメチル)スルホラン、2,3,4,5,5−ペンタフルオロ−3−(トリフルオロメチル)スルホラン、2,2,3,4,4,5−ヘキサフルオロ−3−(トリフルオロメチル)スルホラン、2,2,3,4,5,5−ヘキサフルオロ−3−(トリフルオロメチル)スルホラン、2,3,4,4,5,5−ヘキサフルオロ−3−(トリフルオロメチル)スルホラン、ヘプタフルオロ−3−(トリフルオロメチル)スルホラン等が挙げられる。
上述した、スルホラン類の中でも、スルホラン、2−メチルスルホラン、3−メチルスルホラン、2,2−ジメチルスルホラン、3,3−ジメチルスルホラン、2,3−ジメチルスルホラン、2,4−ジメチルスルホラン、2,5−ジメチルスルホラン、2−フルオロスルホラン、3−フルオロスルホラン、2−フルオロ−3−メチルスルホラン、3−フルオロ−3−メチルスルホラン、4−フルオロ−3−メチルスルホラン、5−フルオロ−3−メチルスルホラン、2−フルオロ−2−メチルスルホラン、3−フルオロ−2−メチルスルホラン、4−フルオロ−2−メチルスルホラン、5−フルオロ−2−メチルスルホラン、2−フルオロ−2,4−ジメチルスルホラン、3−フルオロ−2,4−ジメチルスルホラン、4−フルオロ−2,4−ジメチルスルホラン、5−フルオロ−2,4−ジメチルスルホラン、2−フルオロメチルスルホラン、3−フルオロメチルスルホラン、2−ジフルオロメチルスルホラン、3−ジフルオロメチルスルホラン、2−トリフルオロメチルスルホラン、3−トリフルオロメチルスルホランがより好ましい。
特に好ましくは、スルホラン、2−メチルスルホラン、3−メチルスルホラン、2−フルオロスルホラン、3−フルオロスルホラン、2−フルオロ−3−メチルスルホラン、3−フルオロ−3−メチルスルホラン、4−フルオロ−3−メチルスルホラン、5−フルオロ−3−メチルスルホラン、2−フルオロメチルスルホラン、3−フルオロメチルスルホラン、2−ジフルオロメチルスルホラン、3−ジフルオロメチルスルホラン、2−トリフルオロメチルスルホラン、3−トリフルオロメチルスルホランである。
スルホラン環の置換基数は、置換された環状スルホン化合物を用いることによる粘性率、電気伝導率の観点から、3以下であることが好ましい。また、フッ素化された環状スルホン化合物を用いると、非水系電解液二次電池として使用した際の化学的安定性、他の溶媒との溶解性の観点から、フッ素原子は、8個以下であることが好ましい。
環状スルホン化合物は、本発明の非水系電解液中に、1種を単独で含有させてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用して含有させてもよい。
また、製造方法にも特に制限はなく、公知の方法を任意に選択して製造することが可能である。
環状スルホン化合物の含有量は、非水系溶媒100体積%中、0.01体積%以上、90体積%以下であることが好ましい。この範囲であれば、ガス発生抑制効果が得られやすく、サイクル特性や保存特性等の耐久性の向上効果が得られやすく、また、非水系電解液の粘度を適切な範囲とし、電気伝導率の低下を回避することができることから、非水系電解液二次電池の充放電を高電流密度で行う場合に、充放電容量維持率が低下するといった事態を回避しやすい。
また、スルホン系化合物は環状カーボネートと併用することも好ましい。この場合の環状カーボネートとスルホン系化合物の体積比は、1:99〜60:40が好ましく、特に好ましくは5:95〜50:50である。この範囲でスルホン系化合物を含有すると、環状カーボネートの分解が抑制され、分解ガスが減少する。
[3.3 フッ素原子を有する環状カーボネート]
フッ素原子を有する環状カーボネート(以下、「フッ素化環状カーボネート」と略記する場合がある。)としては、フッ素原子を有する環状カーボネートであれば、特に制限はない。
フッ素化環状カーボネートとしては、炭素原子数2〜6のアルキレン基を有する環状カーボネートの誘導体が挙げられ、例えばエチレンカーボネート誘導体である。エチレンカーボネート誘導体としては、例えば、エチレンカーボネート又はアルキル基(例えば、炭素原子数1〜4個のアルキル基)で置換されたエチレンカーボネートのフッ素化物が挙げられる。
具体的には、モノフルオロエチレンカーボネート、4,4−ジフルオロエチレンカーボネート、4,5−ジフルオロエチレンカーボネート、4−フルオロ−4−メチルエチレンカーボネート、4,5−ジフルオロ−4−メチルエチレンカーボネート、4−フルオロ−5−メチルエチレンカーボネート、4,4−ジフルオロ−5−メチルエチレンカーボネート、4−(フルオロメチル)−エチレンカーボネート、4−(ジフルオロメチル)−エチレンカーボネート、4−(トリフルオロメチル)−エチレンカーボネート、4−(フルオロメチル)−4−フルオロエチレンカーボネート、4−(フルオロメチル)−5−フルオロエチレンカーボネート、4−フルオロ−4,5−ジメチルエチレンカーボネート、4,5−ジフルオロ−4,5−ジメチルエチレンカーボネート、4,4−ジフルオロ−5,5−ジメチルエチレンカーボネート等が挙げられる。
中でも、モノフルオロエチレンカーボネート、4,4−ジフルオロエチレンカーボネート、4,5−ジフルオロエチレンカーボネート及び4,5−ジフルオロ−4,5−ジメチルエチレンカーボネートよりなる群から選ばれる少なくとも1種が、高イオン伝導性を与え、かつ好適に界面保護被膜を形成する場合があるため好ましい。
フッ素化環状カーボネートは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併有してもよい。また、上記の飽和環状カーボネートや環状スルホン系化合物と任意の組み合わせおよび比率で混合して使用しても良い。
フッ素化環状カーボネートを使用する際の含有量は、特に制限されず、本発明の効果を著しく損なわない限り任意であるが、非水系系溶媒100体積%中、好ましくは0.01体積%以上、より好ましくは0.1体積%以上、さらに好ましくは0.2体積%以上であり、また、好ましくは95体積%以下、より好ましくは90体積%以下である。この範囲であれば、非水系電解液二次電池が十分なサイクル特性向上効果を発現しやすく、高温保存特性の低下や、ガス発生量の増加により、放電容量維持率が低下することを回避しやすい。
尚、フッ素原子を有する環状カーボネートは、溶媒のみならず下記に記載の助剤としても有効な機能を発現する。フッ素原子を有する環状カーボネート溶媒兼助剤として用いる場合の含有量に明確な境界は存在せず、前段落にて記載した含有量をそのまま踏襲できる。
[3.4 ジエチルカーボネート以外の対称鎖状カーボネート]
本発明で使用するジエチルカーボネート以外の対称鎖状カーボネート(以下、単に「対称鎖状カーボネート」と略記する場合がある。)としては、炭素数3〜7のものおよびフッ素原子を有する対称鎖状カーボネート類が挙げられる。
本発明において対称鎖状カーボネートとは、カーボネート基に結合する2つの置換基が同一である鎖状のカーボネートである。例えば、炭素数が3〜7の対称鎖状カーボネートとしては、ジメチルカーボネート、ジ−n−プロピルカーボネート、ジ−i−プロピルカーボネート等が挙げられる。中でも、ジメチルカーボネートが好ましい。
また、フッ素原子を有する対称鎖状カーボネート類(以下、「フッ素化対称鎖状カーボネート」と略記する場合がある。)が有するフッ素原子の数は、2以上であれば特に制限されないが、通常6以下であり、好ましくは4以下である。フッ素化鎖状カーボネートが複数のフッ素原子を有する場合、それらは互いに同一の炭素に結合していてもよく、異なる炭素に結合していてもよい。フッ素化対称鎖状カーボネートとしてはフッ素化ジメチルカーボネート誘導体、フッ素化ジエチルカーボネート誘導体等が挙げられる。
フッ素化ジメチルカーボネート誘導体としては、ジフルオロメチルメチルカーボネート、ビス(フルオロメチル)カーボネート、ビス(ジフルオロメチル)カーボネート、ビス(トリフルオロメチル)カーボネート等が挙げられる。
フッ素化ジエチルカーボネート誘導体としては、ビス(2−フルオロエチル)カーボネート、ビス(2,2−ジフルオロエチル)カーボネート、ビス(2,2,2−トリフルオロエチル)カーボネート等が挙げられる。
対称鎖状カーボネートは、本発明の非水系電解液中に、1種を単独で含有させてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用して含有させてもよい。
また、製造方法にも特に制限はなく、公知の方法を任意に選択して製造することが可能である。
対称鎖状カーボネートの含有量は、非水系溶媒100体積%中、その下限は、通常5体積%以上、好ましくは10体積%以上、より好ましくは30体積%以上であり、その上限は、通常80体積%以下、好ましくは70体積%以下である。この範囲であれば、ガス発生抑制効果が得られやすく、サイクル特性や保存特性等の耐久性の向上効果が得られやすい。また、非水系電解液の粘度を適切な範囲とし、電気伝導率の低下を回避することができることから、非水系電解液二次電池の充放電を高電流密度で行う場合に、充放電容量維持率が低下するといった事態を回避しやすい。
特定の対称鎖状カーボネートを後述の非対称カーボネートと2種類以上併用することも好ましい。
[3.5 非対称鎖状カーボネート]
非対称鎖状カーボネートとしては、炭素数3〜7のものが好ましい。
具体的には、炭素数3〜7の非対称鎖状カーボネートとしてはn−プロピル−i−プロピルカーボネート、エチルメチルカーボネート、メチル−n−プロピルカーボネート、n−ブチルメチルカーボネート、i−ブチルメチルカーボネート、t−ブチルメチルカーボネート、エチル−n−プロピルカーボネート、n−ブチルエチルカーボネート、i−ブチルエチルカーボネート、t−ブチルエチルカーボネート等が挙げられる。
中でも、n−プロピル−i−プロピルカーボネート、エチルメチルカーボネート、メチル−n−プロピルカーボネートが好ましく、特に好ましくはエチルメチルカーボネートである。
また、フッ素原子を有する非対称鎖状カーボネート類(以下、「フッ素化非対称鎖状カーボネート」と略記する場合がある。)も好適に用いることができる。フッ素化非対称鎖状カーボネートが有するフッ素原子の数は、1以上であれば特に制限されないが、通常6以下であり、好ましくは4以下である。フッ素化非対称鎖状カーボネートが複数のフッ素原子を有する場合、それらは互いに同一の炭素に結合していてもよく、異なる炭素に結合していてもよい。フッ素化非対称鎖状カーボネートとしては、フッ素化ジメチルカーボネート誘導体、フッ素化エチルメチルカーボネート誘導体、フッ素化ジエチルカーボネート誘導体等が挙げられる。
フッ素化ジメチルカーボネート誘導体としては、フルオロメチルメチルカーボネート、ジフルオロメチルメチルカーボネート、トリフルオロメチルメチルカーボネート等が挙げられる。
フッ素化エチルメチルカーボネート誘導体としては、(2−フルオロエチル)メチルカーボネート、エチルフルオロメチルカーボネート、(2,2−ジフルオロエチル)メチルカーボネート、(2−フルオロエチル)フルオロメチルカーボネート、エチルジフルオロメチルカーボネート、(2,2,2−トリフルオロエチル)メチルカーボネート、(2,2−ジフルオロエチル)フルオロメチルカーボネート、(2−フルオロエチル)ジフルオロメチルカーボネート、エチルトリフルオロメチルカーボネート等が挙げられる。
フッ素化ジエチルカーボネート誘導体としては、エチル−(2−フルオロエチル)カーボネート、エチル−(2,2−ジフルオロエチル)カーボネート、エチル−(2,2,2−トリフルオロエチル)カーボネート、2,2−ジフルオロエチル−2’−フルオロエチルカーボネート、2,2,2−トリフルオロエチル−2’−フルオロエチルカーボネート、2,2,2−トリフルオロエチル−2’,2’−ジフルオロエチルカーボネート等が挙げられる。
非対称鎖状カーボネートは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
非対称鎖状カーボネートの含有量は、非水系溶媒100体積%中、好ましくは5体積%以上、より好ましくは10体積%以上、さらに好ましくは15体積%以上である。このように下限を設定することにより、非水系電解液の粘度を適切な範囲とし、イオン伝導度の低下を抑制し、ひいては非水系電解液二次電池の大電流放電特性を良好な範囲としやすくなる。また、非対称鎖状カーボネートは、非水系溶媒100体積%中、90体積%以下、より好ましくは85体積%以下であることが好ましい。このように上限を設定することにより、非水系電解液の誘電率の低下に由来する電気伝導率の低下を回避し、非水系電解液二次電池の大電流放電特性を良好な範囲としやすくなる。
特定の非対称鎖状カーボネートと特定の対称カーボネートを2種類以上併用することも好ましい場合がある。例えば、特定の非対称鎖状カーボネートにエチルメチルカーボネート、特定の対称鎖状カーボネートにジエチルカーボネートとを併用して用いる場合、環状カーボネート及び/又は環状スルホン系化合物の含有量が10体積%以上、30体積%以下、ジエチルカーボネートの含有量が10体積%以上、70体積%以下、エチルメチルカーボネートの含有量が10体積%以上、80体積%以下であるものが特に好ましい。このような含有量を選択することで、電解質の低温析出温度を低下させながら、非水系電解液の粘度も低下させてイオン伝導度を向上させ、低温でも高出力を得ることができる。
[3.6 環状又は鎖状カルボン酸エステル]
環状カルボン酸エステルとしては、その構造式中の全炭素原子数が3〜12のものが挙げられる。
具体的には、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、γ−カプロラクトン、ε−カプロラクトン等が挙げられる。中でも、非水系電解液二次電池がリチウムイオン二次電池である場合、γ−ブチロラクトンがリチウムイオン解離度の向上に由来する電池特性向上の点から特に好ましい。
環状カルボン酸エステルの含有量は、通常、非水系溶媒100体積%中、好ましくは5体積%以上、より好ましくは10体積%以上である。このように下限を設定することにより、非水系電解液の電気伝導率を改善し、非水系電解液二次電池の大電流放電特性を向上させやすくなる。また、環状カルボン酸エステルの含有量は、非水系溶媒100体積%中、好ましくは50体積%以下、より好ましくは40体積%以下である。このように上限を設定することにより、非水系電解液の粘度を適切な範囲とし、電気伝導率の低下を回避し、負極抵抗の増大を抑制し、非水系電解液二次電池の大電流放電特性を良好な範囲としやすくなる。
鎖状カルボン酸エステルとしては、その構造式中の全炭素数が3〜7のものが挙げられる。
具体的には、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸−n−プロピル、酢酸イソプロピル、酢酸−n−ブチル、酢酸イソブチル、酢酸−t−ブチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸−n−プロピル、プロピオン酸イソプロピル、プロピオン酸−n−ブチル、プロピオン酸イソブチル、プロピオン酸−t−ブチル、酪酸メチル、酪酸エチル、酪酸−n−プロピル、酪酸イソプロピル、イソ酪酸メチル、イソ酪酸エチル、イソ酪酸−n−プロピル、イソ酪酸イソプロピル等が挙げられる。
中でも、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸−n−プロピル、酢酸−n−ブチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸−n−プロピル、プロピオン酸イソプロピル、酪酸メチル、酪酸エチル等が、粘度低下によるイオン伝導度の向上の点から好ましい。
鎖状カルボン酸エステルの含有量は、通常、非水系溶媒100体積%中、好ましくは10体積%以上、より好ましくは15体積%以上である。このように下限を設定することで、非水系電解液の電気伝導率を改善し、非水系電解液二次電池の大電流放電特性を向上させやすくなる。また、鎖状カルボン酸エステルの含有量は、非水系溶媒100体積%中、好ましくは80体積%以下、より好ましくは70体積%以下である。このように上限を設定することで、負極抵抗の増大を抑制し、非水系電解液二次電池の大電流放電特性、サイクル特性を良好な範囲としやすくなる。
[3.7 エーテル化合物]
エーテル系化合物としては、一部の水素原子がフッ素原子にて置換されていてもよい炭素数3〜10の鎖状エーテル、又は炭素数3〜6の環状エーテルが好ましい。
炭素数3〜10の鎖状エーテルとしては、ジエチルエーテル、ビス(2−フルオロエチル)エーテル、ビス(2,2−ジフルオロエチル)エーテル、ビス(2,2,2−トリフルオロエチル)エーテル、エチル(2−フルオロエチル)エーテル、エチル(2,2,2−トリフルオロエチル)エーテル、エチル(1,1,2,2−テトラフルオロエチル)エーテル、(2−フルオロエチル)(2,2,2−トリフルオロエチル)エーテル、(2−フルオロエチル)(1,1,2,2−テトラフルオロエチル)エーテル、(1,1,2,2−テトラフルオロエチル)(2,2,2−トリフルオロエチル)エーテル、エチル−n−プロピルエーテル、エチル(3−フルオロ−n−プロピル)エーテル、エチル(3,3,3−トリフルオロ−n−プロピル)エーテル、エチル(2,2,3,3−テトラフルオロ−n−プロピル)エーテル、エチル(2,2,3,3,3−ペンタフルオロ−n−プロピル)エーテル、2−フルオロエチル−n−プロピルエーテル、(2−フルオロエチル)(3−フルオロ−n−プロピル)エーテル、(2−フルオロエチル)(3,3,3−トリフルオロ−n−プロピル)エーテル、(2−フルオロエチル)(2,2,3,3−テトラフルオロ−n−プロピル)エーテル、(2−フルオロエチル)(2,2,3,3,3−ペンタフルオロ−n−プロピル)エーテル、2,2,2−トリフルオロエチル−n−プロピルエーテル、(3−フルオロ−n−プロピル)(2,2,2−トリフルオロエチル)エーテル、(2,2,2−トリフルオロエチル)(3,3,3−トリフルオロ−n−プロピル)エーテル、(2,2,3,3−テトラフルオロ−n−プロピル)(2,2,2−トリフルオロエチル)エーテル、(2,2,3,3,3−ペンタフルオロ−n−プロピル)(2,2,2−トリフルオロエチル)エーテル、n−プロピル(1,1,2,2−テトラフルオロエチル)エーテル、(3−フルオロ−n−プロピル)(1,1,2,2−テトラフルオロエチル)エーテル、(1,1,2,2−テトラフルオロエチル)(3,3,3−トリフルオロ−n−プロピル)エーテル、(1,1,2,2−テトラフルオロエチル)(2,2,3,3−テトラフルオロ−n−プロピル)エーテル、(2,2,3,3,3−ペンタフルオロ−n−プロピル)(1,1,2,2−テトラフルオロエチル)エーテル、ジ−n−プロピルエーテル、(3−フルオロ−n−プロピル)(n−プロピル)エーテル、(n−プロピル)(3,3,3−トリフルオロ−n−プロピル)エーテル、(n−プロピル)(2,2,3,3−テトラフルオロ−n−プロピル)エーテル、(2,2,3,3,3−ペンタフルオロ−n−プロピル)(n−プロピル)エーテル、ビス(3−フルオロ−n−プロピル)エーテル、(3−フルオロ−n−プロピル)(3,3,3−トリフルオロ−n−プロピル)エーテル、(3−フルオロ−n−プロピル)(2,2,3,3−テトラフルオロ−n−プロピル)エーテル、(3−フルオロ−n−プロピル)(2,2,3,3,3−ペンタフルオロ−n−プロピル)エーテル、ビス(3,3,3−トリフルオロ−n−プロピル)エーテル、(2,2,3,3−テトラフルオロ−n−プロピル)(3,3,3−トリフルオロ−n−プロピル)エーテル、(2,2,3,3,3−ペンタフルオロ−n−プロピル)(3,3,3−トリフルオロ−n−プロピル)エーテル、ビス(2,2,3,3−テトラフルオロ−n−プロピル)エーテル、(2,2,3,3−テトラフルオロ−n−プロピル)(2,2,3,3,3−ペンタフルオロ−n−プロピル)エーテル、ビス(2,2,3,3,3−ペンタフルオロ−n−プロピル)エーテル、ジ−n−ブチルエーテル、ジメトキシメタン、エトキシメトキシメタン、(2−フルオロエトキシ)メトキシメタン、メトキシ(2,2,2−トリフルオロエトキシ)メタン、メトキシ(1,1,2,2−テトラフルオロエトキシ)メタン、ジエトキシメタン、エトキシ(2−フルオロエトキシ)メタン、エトキシ(2,2,2−トリフルオロエトキシ)メタン、エトキシ(1,1,2,2−テトラフルオロエトキシ)メタン、ビス(2−フルオロエトキシ)メタン、(2−フルオロエトキシ)(2,2,2−トリフルオロエトキシ)メタン、(2−フルオロエトキシ)(1,1,2,2−テトラフルオロエトキシ)メタン、ビス(2,2,2−トリフルオロエトキシ)メタン、(1,1,2,2−テトラフルオロエトキシ)(2,2,2−トリフルオロエトキシ)メタン、ビス(1,1,2,2−テトラフルオロエトキシ)メタン、ジメトキシエタン、エトキシメトキシエタン、(2−フルオロエトキシ)メトキシエタン、メトキシ(2,2,2−トリフルオロエトキシ)エタン、メトキシ(1,1,2,2−テトラフルオロエトキシ)エタン、ジエトキシエタン、エトキシ(2−フルオロエトキシ)エタン、エトキシ(2,2,2−トリフルオロエトキシ)エタン、エトキシ(1,1,2,2−テトラフルオロエトキシ)エタン、ビス(2−フルオロエトキシ)エタン、(2−フルオロエトキシ)(2,2,2−トリフルオロエトキシ)エタン、(2−フルオロエトキシ)(1,1,2,2−テトラフルオロエトキシ)エタン、ビス(2,2,2−トリフルオロエトキシ)エタン、(1,1,2,2−テトラフルオロエトキシ)(2,2,2−トリフルオロエトキシ)エタン、ビス(1,1,2,2−テトラフルオロエトキシ)エタン、エチレングリコールジ−n−プロピルエーテル、エチレングリコールジ−n−ブチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル等が挙げられる。
炭素数3〜6の環状エーテルとしては、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、3−メチルテトラヒドロフラン、1,3−ジオキサン、2−メチル−1,3−ジオキサン、4−メチル−1,3−ジオキサン、1,4−ジオキサン等、及びこれらのフッ素化化合物が挙げられる。
中でも、ジメトキシメタン、ジエトキシメタン、エトキシメトキシメタン、エチレングリコールジ−n−プロピルエーテル、エチレングリコールジ−n−ブチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテルが、リチウムイオンへの溶媒和能力が高く、イオン解離性を向上させる点で好ましく、特に好ましくは、粘性が低く、高いイオン伝導度を与えることから、ジメトキシメタン、ジエトキシメタン、エトキシメトキシメタンである。
エーテル系化合物の含有量は、通常、非水系溶媒100体積%中、好ましくは5体積%以上、より好ましくは10体積%以上、さらに好ましくは15体積%以上、また、好ましくは70体積%以下、より好ましくは60体積%以下、さらに好ましくは50体積%以下である。この範囲であれば、鎖状エーテルのリチウムイオン解離度の向上と粘度低下に由来するイオン伝導度の向上効果を確保しやすい。
[4.電解質]
電解質としては、通常、リチウム塩が用いられる。リチウム塩としては、この用途に用いることが知られているものであれば特に制限がなく、任意のものを用いることができ、具体的には以下のものが挙げられる。
LiPF、LiBF、LiClO、LiAlF、LiSbF、LiNbF、LiTaF、LiWF等の無機リチウム塩;
LiPOF、LiPO等のフルオロリン酸リチウム類;
LiWOF等のタングステン酸リチウム類;
HCOLi、CHCOLi、CHFCOLi、CHFCOLi、CFCOLi、CFCHCOLi、CFCFCOLi、CFCFCFCOLi、CFCFCFCFCOLi等のカルボン酸リチウム塩類;
FSOLi、CHSOLi、CHFSOLi、CHFSOLi、CFSOLi、CFCFSOLi、CFCFCFSOLi、CFCFCFCFSOLi等のスルホン酸リチウム塩類;
LiN(FCO)、LiN(FCO)(FSO)、LiN(FSO、LiN(FSO)(CFSO)、LiN(CFSO、LiN(CSO、リチウム環状1,2−パーフルオロエタンジスルホニルイミド、リチウム環状1,3−パーフルオロプロパンジスルホニルイミド、LiN(CFSO)(CSO)等のリチウムイミド塩類;
LiC(FSO、LiC(CFSO、LiC(CSO等のリチウムメチド塩類;
リチウムジフルオロオキサラトボレート、リチウムビス(オキサラト)ボレート等のリチウムオキサラトボレート塩類;
リチウムテトラフルオロオキサラトフォスフェート、リチウムジフルオロビス(オキサラト)フォスフェート、リチウムトリス(オキサラト)フォスフェート等のリチウムオキサラトフォスフェート塩類;
その他、LiPF(CF、LiPF(C、LiPF(CFSO、LiPF(CSO、LiBFCF、LiBF、LiBF、LiBF(CF、LiBF(C、LiBF(CFSO、LiBF(CSO等の含フッ素有機リチウム塩類;等が挙げられる。
中でも、LiPF、LiBF、LiSbF、LiTaF、LiPO、FSOLi、CFSOLi、LiN(FSO、LiN(FSO)(CFSO)、LiN(CFSO、LiN(CSO、リチウム環状1,2−パーフルオロエタンジスルホニルイミド、リチウム環状1,3−パーフルオロプロパンジスルホニルイミド、LiC(FSO、LiC(CFSO、LiC(CSO、リチウムビスオキサラトボレート、リチウムジフルオロオキサラトボレート、リチウムテトラフルオロオキサラトフォスフェート、リチウムジフルオロビスオキサラトフォスフェート、リチウムトリス(オキサラト)フォスフェート、LiBFCF、LiBF、LiPF(CF、LiPF(C等が出力特性やハイレート充放電特性、高温保存特性、サイクル特性等を向上させる効果がある点から特に好ましい。
これらのリチウム塩は単独で用いても、2種以上を併用してもよい。2種以上を併用する場合の好ましい一例は、LiPFとLiBFや、LiPFとFSOLi、LiPFとLiPO等の併用であり、負荷特性やサイクル特性を向上させる効果がある。これらの中では、LiPFとLiBFの併用はガス発生抑制効果が得られる点からも好ましい。
LiPFとLiBFを併用する場合、非水系電解液全体100質量%に対するLiBFの濃度は含有量に制限は無く、本発明の効果を著しく損なわない限り任意であるが、本発明の非水系電解液に対して、通常0.001質量%以上、好ましくは0.01質量%以上であり、一方その上限は、通常10質量%以下、好ましくは5質量%以下である。この範囲であれば、出力特性、負荷特性、低温特性、サイクル特性、高温特性等の効果が向上する。一方で多すぎる場合は、低温において析出して電池特性を低下させる場合があり、少なすぎる場合は、低温特性やサイクル特性、高温保存特性等の向上効果が低下する場合がある。
ここで、LiPOを電解液中に含有させる場合の電解液の調製は、別途公知の手法で合成したLiPOをLiPFを含む電解液に添加する方法や後述する活物質や極板等の電池構成要素中に水を共存させておき、LiPFを含む電解液を用いて電池を組み立てる際に系中でLiPOを発生させる方法が挙げられ、本発明においてはいずれの手法を用いてもよい。
上記の非水系電解液、および非水系電解液二次電池中におけるLiPOの含有量を測定する手法としては、特に制限がなく、公知の手法であれば任意に用いることができるが、具体的にはイオンクロマトグラフィーや、F核磁気共鳴分光法等が挙げられる。
また、他の好ましい一例としては、無機リチウム塩と有機リチウム塩との併用があり、この両者の併用は、高温保存による劣化を抑制する効果がある。有機リチウム塩としては、CFSOLi、LiN(FSO、LiN(FSO)(CFSO)、LiN(CFSO、LiN(CSO、リチウム環状1,2−パーフルオロエタンジスルホニルイミド、リチウム環状1,3−パーフルオロプロパンジスルホニルイミド、LiC(FSO、LiC(CFSO、LiC(CSO、リチウムビスオキサラトボレート、リチウムジフルオロオキサラトボレート、リチウムテトラフルオロオキサラトフォスフェート、リチウムジフルオロビスオキサラトフォスフェート、LiBFCF、LiBF、LiPF(CF、LiPF(C等であるのが好ましい。この場合には、非水系電解液全体100質量%に対する有機リチウム塩の割合は、好ましくは0.1質量%以上、特に好ましくは0.5質量%以上であり、また、好ましくは30質量%以下、特に好ましくは20質量%以下である。
非水系電解液中のこれらのリチウム塩の濃度は、本発明の効果を損なわない限り、その含有量は特に制限されないが、電解液の電気伝導率を良好な範囲とし、良好な電池性能を確保する点から、非水系電解液中のリチウムの総モル濃度は、好ましくは0.3mol/L以上、より好ましくは0.4mol/L以上、さらに好ましくは0.5mol/L以上であり、また、好ましくは3mol/L以下、より好ましくは2.5mol/L以下、さらに好ましくは2.0mol/L以下である。この範囲であれば、低温特性、サイクル特性、高温特性等の効果が向上する。一方でリチウムの総モル濃度が低すぎると、電解液の電気伝導率が不十分の場合があり、一方、濃度が高すぎると、粘度上昇のため電気伝導度が低下する場合があり、電池性能が低下する場合がある。
[5.助剤]
本発明の非水系電解液二次電池において、酸無水物以外に目的に応じて適宜助剤を用いても良い。助剤としては、以下に示される不飽和結合を有する環状カーボネート、フッ素原子を有する不飽和環状カーボネート、炭素−炭素三重結合を有する化合物、環状スルホン酸エステル、シアノ基を有する化合物、イソシアネート基を有する化合物、過充電防止剤、その他の助剤等が挙げられる。
[5.1 不飽和結合を有する環状カーボネート]
本発明の非水系電解液において、非水系電解液二次電池の負極表面に皮膜を形成し、電池の長寿命化を達成するために、不飽和結合を有する環状カーボネート(以下、「不飽和環状カーボネート」と略記する場合がある。)を用いることができる。
前記不飽和環状カーボネートとしては、炭素−炭素二重結合を有する環状カーボネート或いは後述する炭素−炭素三重結合を有する環状カーボネートであれば、特に制限はなく、任意の不飽和カーボネートを用いることができる。なお、芳香環を有する環状カーボネートも、不飽和環状カーボネートに包含されることとする。
不飽和環状カーボネートとしては、ビニレンカーボネート類、芳香環又は炭素−炭素二重結合を有する置換基で置換されたエチレンカーボネート類、フェニルカーボネート類、ビニルカーボネート類、アリルカーボネート類、カテコールカーボネート類等が挙げられる。
ビニレンカーボネート類としては、ビニレンカーボネート、メチルビニレンカーボネート、4,5−ジメチルビニレンカーボネート、フェニルビニレンカーボネート、4,5−ジフェニルビニレンカーボネート、ビニルビニレンカーボネート、4,5−ビニルビニレンカーボネート、アリルビニレンカーボネート、4,5−ジアリルビニレンカーボネート等が挙げられる。
芳香環又は炭素−炭素二重結合を有する置換基で置換されたエチレンカーボネート類の具体例としては、ビニルエチレンカーボネート、4,5−ジビニルエチレンカーボネート、4−メチル−5−ビニルエチレンカーボネート、4−アリル−5−ビニルエチレンカーボネート、フェニルエチレンカーボネート、4,5−ジフェニルエチレンカーボネート、4−フェニル−5−ビニルエチレンカーボネート、4−アリル−5−フェニルエチレンカーボネート、アリルエチレンカーボネート、4,5−ジアリルエチレンカーボネート、4−メチル−5−アリルエチレンカーボネート等が挙げられる。
中でも、特に併用するのに好ましい不飽和環状カーボネートとしては、ビニレンカーボネート、メチルビニレンカーボネート、4,5−ジメチルビニレンカーボネート、ビニルビニレンカーボネート、4,5−ビニルビニレンカーボネート、アリルビニレンカーボネート、4,5−ジアリルビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネート、4,5−ジビニルエチレンカーボネート、4−メチル−5−ビニルエチレンカーボネート、アリルエチレンカーボネート、4,5−ジアリルエチレンカーボネート、4−メチル−5−アリルエチレンカーボネート、4−アリル−5−ビニルエチレンカーボネートが、安定な界面保護被膜を形成するので、より好適に用いられる。
不飽和環状カーボネートの分子量は、特に制限されず、本発明の効果を著しく損なわない限り任意である。分子量は、好ましくは、50以上、250以下である。この範囲であれば、非水系電解液に対する不飽和環状カーボネートの溶解性を確保しやすく、本発明の効果が十分に発現されやすい。不飽和環状カーボネートの分子量は、より好ましくは80以上であり、また、より好ましくは150以下である。不飽和環状カーボネートの製造方法は、特に制限されず、公知の方法を任意に選択して製造することが可能である。
不飽和環状カーボネートは、1種を単独で用いても、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併有してもよい。
また、不飽和環状カーボネートの含有量は、特に制限されず、本発明の効果を著しく損なわない限り任意である。不飽和環状カーボネートの含有量は、非水系電解液100質量%中、好ましくは、0.01質量%以上、より好ましくは0.1質量%以上、さらに好ましくは0.2質量%以上であり、また、好ましくは5質量%以下、より好ましくは4質量%以下、さらに好ましくは3質量%以下である。この範囲であれば、非水系電解液二次電池が十分なサイクル特性向上効果を発現しやすく、また、高温保存特性が低下し、ガス発生量が多くなり、放電容量維持率が低下するといった事態を回避しやすい。一方で少なすぎる場合は、本発明における効果が十分に発揮しない場合があり、また多すぎる場合は、抵抗が増加して出力や負荷特性が低下する場合がある。
[5.2 フッ素原子を有する不飽和環状カーボネート]
フッ素化環状カーボネートとして、不飽和結合とフッ素原子とを有する環状カーボネート(以下、「フッ素化不飽和環状カーボネート」と略記する場合がある。)を用いることも好ましい。フッ素化不飽和環状カーボネートが有するフッ素原子の数は1以上があれば、特に制限されない。中でもフッ素原子の数は通常6以下、好ましくは4以下であり、1個又は2個のものが最も好ましい。
フッ素化不飽和環状カーボネートとしては、フッ素化ビニレンカーボネート誘導体、芳香環又は炭素−炭素二重結合を有する置換基で置換されたフッ素化エチレンカーボネート誘導体等が挙げられる。
フッ素化ビニレンカーボネート誘導体としては、4−フルオロビニレンカーボネート、4−フルオロ−5−メチルビニレンカーボネート、4−フルオロ−5−フェニルビニレンカーボネート、4−アリル−5−フルオロビニレンカーボネート、4−フルオロ−5−ビニルビニレンカーボネート等が挙げられる。
芳香環又は炭素−炭素二重結合を有する置換基で置換されたフッ素化エチレンカーボネート誘導体としては、4−フルオロ−4−ビニルエチレンカーボネート、4−フルオロ−4−アリルエチレンカーボネート、4−フルオロ−5−ビニルエチレンカーボネート、4−フルオロ−5−アリルエチレンカーボネート、4,4−ジフルオロ−4−ビニルエチレンカーボネート、4,4−ジフルオロ−4−アリルエチレンカーボネート、4,5−ジフルオロ−4−ビニルエチレンカーボネート、4,5−ジフルオロ−4−アリルエチレンカーボネート、4−フルオロ−4,5−ジビニルエチレンカーボネート、4−フルオロ−4,5−ジアリルエチレンカーボネート、4,5−ジフルオロ−4,5−ジビニルエチレンカーボネート、4,5−ジフルオロ−4,5−ジアリルエチレンカーボネート、4−フルオロ−4−フェニルエチレンカーボネート、4−フルオロ−5−フェニルエチレンカーボネート、4,4−ジフルオロ−5−フェニルエチレンカーボネート、4,5−ジフルオロ−4−フェニルエチレンカーボネート等が挙げられる。
中でも、特に併用するのに好ましいフッ素化不飽和環状カーボネートとしては、4−フルオロビニレンカーボネート、4−フルオロ−5−メチルビニレンカーボネート、4−フルオロ−5−ビニルビニレンカーボネート、4−アリル−5−フルオロビニレンカーボネート、4−フルオロ−4−ビニルエチレンカーボネート、4−フルオロ−4−アリルエチレンカーボネート、4−フルオロ−5−ビニルエチレンカーボネート、4−フルオロ−5−アリルエチレンカーボネート、4,4−ジフルオロ−4−ビニルエチレンカーボネート、4,4−ジフルオロ−4−アリルエチレンカーボネート、4,5−ジフルオロ−4−ビニルエチレンカーボネート、4,5−ジフルオロ−4−アリルエチレンカーボネート、4−フルオロ−4,5−ジビニルエチレンカーボネート、4−フルオロ−4,5−ジアリルエチレンカーボネート、4,5−ジフルオロ−4,5−ジビニルエチレンカーボネート、4,5−ジフルオロ−4,5−ジアリルエチレンカーボネートが、安定な界面保護被膜を形成するので、より好適に用いられる。
フッ素化不飽和環状カーボネートの分子量は、特に制限されず、本発明の効果を著しく損なわない限り任意である。分子量は、好ましくは、50以上であり、また、250以下である。この範囲であれば、非水系電解液に対するフッ素化環状カーボネートの溶解性を確保しやすく、本発明の効果が発現されやすい。フッ素化不飽和環状カーボネートの製造方法は、特に制限されず、公知の方法を任意に選択して製造することが可能である。分子量は、より好ましくは100以上であり、また、より好ましくは200以下である。
フッ素化不飽和環状カーボネートは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併有してもよい。
また、フッ素化不飽和環状カーボネートの含有量は、特に制限されず、本発明の効果を著しく損なわない限り任意である。フッ素化不飽和環状カーボネートの含有量は、通常、非水系電解液100質量%中、好ましくは0.01質量%以上、より好ましくは0.1質量%以上、さらに好ましくは0.2質量%以上であり、また、好ましくは5質量%以下、より好ましくは4質量%以下、さらに好ましくは3質量%以下である。この範囲であれば、非水系電解液二次電池が十分なサイクル特性向上効果を発現しやすく、また、高温保存特性が低下し、ガス発生量が多くなり、放電容量維持率が低下するといった事態を回避しやすい。一方で少なすぎる場合は、本発明における効果が十分に発揮しない場合があり、また多すぎる場合は、抵抗が増加して出力や負荷特性が低下する場合がある。
[5.3 炭素−炭素三重結合を有する化合物]
本発明の非水系電解液において、非水系電解液二次電池の負極表面に皮膜を形成し、電池の長寿命化を達成するために炭素−炭素三重結合を有する化合物を含有させることができる。炭素−炭素三重結合を有する化合物は、炭素−炭素三重結合を有する化合物であれば特に限定されるものではないが、炭素−炭素三重結合を有する鎖状化合物と、炭素−炭素三重結合を有する環状化合物に分類される。
炭素−炭素三重結合を有する鎖状化合物としては、下記一般式(1)および又は式(2)で表される1種以上のアルキン誘導体が好ましく使用される。
Figure 0006222090
(式(1)〜(2)中、R〜Rは、それぞれ独立して水素原子、炭素数1〜12のアルキル基、炭素数3〜6のシクロアルキル基又は炭素数6〜12のアリール基を示し、RとR、RとR、RとRは、それぞれ互いに結合して炭素数3〜6のシクロアルキル基を形成していてもよい。xおよびyはそれぞれ独立して1又は2の整数を示す。YおよびYは式(3)で表されるいずれかであり、YとYは同一でも異なってもよい。Zは、水素原子、炭素数1〜12のアルキル基、炭素数3〜6のシクロアルキル基、炭素数6〜12のアリール基又は炭素数7〜12のアラルキル基を示す。)
Figure 0006222090
一般式(1)で表される化合物の中でも、2−プロピニルメチルカーボネート、1−メチル−2−プロピニルメチルカーボネート、1,1−ジメチル−2−プロピニルメチルカーボネート、2−プロピニルエチルカーボネート、1−メチル−2−プロピニルエチルカーボネート、1,1−ジメチル−2−プロピニルエチルーボネート、2−ブチニルメチルカーボネート、1−メチル−2−ブチニルメチルカーボネート、1,1−ジメチル−2−ブチニルメチルカーボネート、ギ酸−2−プロピニル、ギ酸−1−メチル−2−プロピニル、ギ酸−1,1−ジメチル−2−プロピニル、ギ酸−2−ブチニル、ギ酸−1−メチル−2−ブチニル、ギ酸−1,1−ジメチル−2−ブチニル、酢酸−2−プロピニル、酢酸−1−メチル−2−プロピニル、酢酸−1,1−ジメチル−2−プロピニル、酢酸−2−ブチニル、酢酸−1−メチル−2−ブチニル、酢酸−1,1−ジメチル−2−ブチニル、2−プロピニルメチルオキサレート、1−メチル−2−プロピニルメチルオキサレート、1,1−ジメチル−2−プロピニルメチルオキサレート、2−ブチニルメチルオキサレート、1−メチル−2−ブチニルメチルオキサレート、1,1−ジメチル−2−ブチニルメチルオキサレート、2−プロピニルエチルオキサレート、1−メチル−2−プロピニルエチルオキサレート、1,1−ジメチル−2−プロピニルエチルオキサレート、2−ブチニルエチルオキサレート、1−メチル−2−ブチニルエチルオキサレート、1,1−ジメチル−2−ブチニルエチルオキサレート、メタンスルホン酸−2−プロピニル、メタンスルホン酸−1−メチル−2−プロピニル、メタンスルホン酸−1,1−ジメチル−2−プロピニル、メタンスルホン酸−2−ブチニル、メタンスルホン酸−1−メチル−2−ブチニル、メタンスルホン酸−1,1−ジメチル−2−ブチニル、トリフルオロメタンスルホン酸−2−プロピニル、トリフルオロメタンスルホン酸−1−メチル−2−プロピニル、トリフルオロメタンスルホン酸−1,1−ジメチル−2−プロピニル、トリフルオロメタンスルホン酸−2−ブチニル、トリフルオロメタンスルホン酸−1−メチル−2−ブチニル、トリフルオロメタンスルホン酸−1,1−ジメチル−2−ブチニル、トリフルオロエタンスルホン酸−2−プロピニル、トリフルオロエタンスルホン酸−1−メチル−2−プロピニル、トリフルオロエタンスルホン酸−1,1−ジメチル−2−プロピニル、トリフルオロエタンスルホン酸−2−ブチニル、トリフルオロエタンスルホン酸−1−メチル−2−ブチニル、トリフルオロエタンスルホン酸−1,1−ジメチル−2−ブチニル、ベンゼンスルホン酸−2−プロピニル、ベンゼンスルホン酸−1−メチル−2−プロピニル、ベンゼンスルホン酸−1,1−ジメチル−2−プロピニル、ベンゼンスルホン酸−2−ブチニル、ベンゼンスルホン酸−1−メチル−2−ブチニル、ベンゼンスルホン酸−1,1−ジメチル−2−ブチニル、p−トルエンスルホン酸−2−プロピニル、p−トルエンスルホン酸−1−メチル−2−プロピニル、p−トルエンスルホン酸−1,1−ジメチル−2−プロピニル、p−トルエンスルホン酸−2−ブチニル、p−トルエンスルホン酸−1−メチル−2−ブチニル、p−トルエンスルホン酸−1,1−ジメチル−2−ブチニル、メチル硫酸−2−プロピニル、メチル硫酸−1−メチル−2−プロピニル、メチル硫酸−1,1−ジメチル−2−プロピニル、メチル硫酸−2−ブチニル、メチル硫酸−1−メチル−2−ブチニル、メチル硫酸−1,1−ジメチル−2−プロピニル、エチル硫酸−2−プロピニル、エチル硫酸−1−メチル−2−プロピニル、エチル硫酸−1,1−ジメチル−2−プロピニル、エチル硫酸−2−ブチニル、エチル硫酸−1−メチル−2−ブチニル、エチル硫酸−1,1−ジメチル−2−ブチニルから選ばれる1種以上を含有することが好ましい。特に、2−プロピニルメチルカーボネート、1−メチル−2−プロピニルメチルカーボネート、1,1−ジメチル−2−プロピニルメチルカーボネート、2−プロピニルエチルカーボネート、2−ブチニルメチルカーボネート、ギ酸−2−プロピニル、ギ酸−1−メチル−2−プロピニル、ギ酸−1,1−ジメチル−2−プロピニル、ギ酸−2−ブチニル、酢酸−2−プロピニル、酢酸−1−メチル−2−プロピニル、酢酸−1,1−ジメチル−2−プロピニル、酢酸−2−ブチニル、2−プロピニルメチルオキサレート、1−メチル−2−プロピニルメチルオキサレート、1,1−ジメチル−2−プロピニルメチルオキサレート、2−ブチニルメチルオキサレート、メタンスルホン酸−2−プロピニル、メタンスルホン酸−1−メチル−2−プロピニル、メタンスルホン酸−1,1−ジメチル−2−プロピニル、メタンスルホン酸−2−ブチニル、メタンスルホン酸−1−メチル−2−ブチニル、メチル硫酸−2−プロピニル、メチル硫酸−1−メチル−2−プロピニル、メチル硫酸−1,1−ジメチル−2−プロピニル、メチル硫酸−2−ブチニルから選ばれる1種以上を含有することがより好ましい。
一般式(2)で表される化合物の中でも、ジ(2−プロピニル)カーボネート、ジ(2−ブチニル)カーボネート、ジ(1−メチル−2−プロピニル)カーボネート、ジ(1−メチル−2−ブチニル)カーボネート、ジ(1,1−ジメチル−2−プロピニル)カーボネート、ジ(1,1−ジメチル−2−ブチニル)カーボネート、ジ(2−プロピニル)オキサレート、ジ(2−ブチニル)オキサレート、ジ(1−メチル−2−プロピニル)オキサレート、ジ(1−メチル−2−ブチニル)オキサレート、ジ(1,1−ジメチル−2−プロピニル)オキサレート、ジ(1,1−ジメチル−2−ブチニル)オキサレート、ジ(2−プロピニル)サルファイト、ジ(2−ブチニル)サルファイト、ジ(1−メチル−2−プロピニル)サルファイト、ジ(1−メチル−2−ブチニル)サルファイト、ジ(1,1−ジメチル−2−プロピニル)サルファイト、ジ(1,1−ジメチル−2−ブチニル)サルファイト、ジ(2−プロピニル)硫酸、ジ(2−ブチニル)硫酸、ジ(1−メチル−2−プロピニル)硫酸、ジ(1−メチル−2−ブチニル)硫酸、ジ(1,1−ジメチル−2−プロピニル)硫酸、ジ(1,1−ジメチル−2−ブチニル)硫酸から選ばれる1種以上を含有することが好ましい。特に、ジ(2−プロピニル)カーボネート、ジ(2−ブチニル)カーボネート、ジ(2−プロピニル)オキサレート、ジ(2−ブチニル)オキサレート、ジ(2−プロピニル)硫酸、ジ(2−ブチニル)硫酸から選ばれる1種以上を含有することがより好ましい。
前記アルキン誘導体の中でも、最も好ましい化合物は、2−プロピニルメチルカーボネート、2−プロピニルエチルカーボネート、2−ブチニルメチルカーボネート、ギ酸−2−プロピニル、ギ酸−2−ブチニル、酢酸−2−プロピニル、酢酸−2−ブチニル、2−プロピニルメチルオキサレート、2−ブチニルメチルオキサレート、メタンスルホン酸−2−プロピニル、メタンスルホン酸−2−ブチニル、メタンスルホン酸−1−メチル−2−ブチニル、メチル硫酸−2−プロピニル、メチル硫酸−2−ブチニル、ジ(2−プロピニル)カーボネート、ジ(2−ブチニル)カーボネート、ジ(2−プロピニル)オキサレート、ジ(2−ブチニル)オキサレート、ジ(2−プロピニル)硫酸、ジ(2−ブチニル)硫酸から選ばれる少なくとも1種以上の化合物である。
一般式(1)又は(2)であらわされる化合物は、1種を単独で用いても、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併有してもよい。また、一般式(1)又は(2)であらわされる化合物の含有量は、特に制限されず、本発明の効果を著しく損なわない限り任意である。
一般式(1)又は(2)であらわされる化合物の含有量は、非水系電解液100質量%中、好ましくは0.001質量%以上、より好ましくは0.01質量%以上、さらに好ましくは0.1質量%以上であり、また、好ましくは5質量%以下、より好ましくは4質量%以下、さらに好ましくは3質量%以下である。この範囲であれば、非水系電解液二次電池が十分なサイクル特性向上効果を発現しやすく、また、高温保存特性が低下し、ガス発生量が多くなり、放電容量維持率が低下するといった事態を回避しやすい。一方で少なすぎると、本発明における効果が十分に発揮しにくい場合があり、また多すぎると、抵抗が増加して出力や負荷特性が低下する場合がある。
また、炭素−炭素三重結合を有する化合物が環状化合物である場合には、下記一般式(4)で表される化合物であることが好ましい。
Figure 0006222090
(式(4)中、XとXはCR 、C=O、C=N−R、C=P−R、O、S、N−R、又はP−Rを表し、同一でも異なっていてもよい。XはCR 、C=O、S=O、S(=O)、P(=O)−R、P(=O)−ORを表す。式中、R及びRはそれぞれ独立して水素原子、ハロゲン原子、または、置換基を有してもよい炭素数1から20の炭化水素基であり、R及び/又はRが複数存在する場合には、それらはそれぞれ、互いに同一であっても異なっていてもよい。Rは置換基を有してもよい炭素数1から20の炭化水素基であり、複数存在するRは互いに同一であっても異なっていてもよい。Rは、Li、NR または、置換基を有してもよい炭素数1から20の炭化水素基である。Rは置換基を有してもよい炭素数1から20の炭化水素基であり、複数存在するRは互いに同一であっても異なっていてもよい。lおよびmはそれぞれ独立して0以上の整数を表す。)
一般式(4)中、XとXは、上記一般式(4)に記載の範囲であれば特に限定されないが、それぞれ独立して、CR 、O、S又はN−Rがより好ましい。また、Xも一般式(4)に記載の範囲であれば特に限定されないが、C=O、S=O、S(=O)、P(=O)−R又はP(=O)−ORがより好ましい。RとRは、一般式(4)に記載の範囲であれば特に限定されないが、好ましくは、それぞれ独立して、水素原子、フッ素原子、置換基を有してもよい飽和脂肪族炭化水素基、置換基を有してもよい不飽和脂肪族炭化水素基又は置換基を有してもよい芳香族炭化水素基があげられる。
およびRは、一般式(4)に記載の範囲であれば特に限定されないが、好ましくは、それぞれ独立して、置換基を有してもよい飽和脂肪族炭化水素基、置換基を有してもよい不飽和脂肪族炭化水素、又は置換基を有してもよい芳香族炭化水素・芳香族ヘテロ環があげられる。
は、一般式(4)に記載の範囲であれば特に限定されないが、好ましくは、Li、置換基を有してもよい飽和脂肪族炭化水素、置換基を有してもよい不飽和脂肪族炭化水素、又は置換基を有してもよい芳香族炭化水素・芳香族ヘテロ環があげられる。
置換基を有してもよい飽和脂肪族炭化水素、置換基を有してもよい不飽和脂肪族炭化水素、置換基を有してもよい芳香族炭化水素・芳香族ヘテロ環の、置換基としては特に限定はされないが、好ましくは、ハロゲン原子、カルボン酸、炭酸、スルホン酸、リン酸、亜リン酸等の置換基を有してもよい飽和脂肪族炭化水素基、置換基を有してもよい不飽和脂肪族炭化水素基、置換基を有してもよい芳香族炭化水素基のエステル等があげられ、さらに好ましくは、ハロゲン原子、最も好ましくはフッ素原子が好ましい。
好ましい飽和脂肪族炭化水素として、具体的には、メチル基、エチル基、フルオロメチル基、ジフルオロメチル基、トリフルオロメチル基、1−フルオロエチル基、2−フルオロエチル基、1,1−ジフルオロエチル基、1,2−ジフルオロエチル基、2,2−ジフルオロエチル基、1,1,2−トリフルオロエチル基、1,2,2−トリフルオロエチル基、2,2,2−トリフルオロエチル基フェニル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基が好ましい。
好ましい不飽和脂肪族炭化水素としては、具体的には、エテニル基、1−フルオロエテニル基、2−フルオロエテニル基、1−メチルエテニル基、2−プロペニル基、2−フルオロ−2−プロペニル基、3−フルオロ−2−プロペニル基、エチニル基、2−フルオロエチニル基、2−プロピニル基、3−フルオロ−2プロピニル基が好ましい。
好ましい芳香族炭化水素としては、フェニル基、2−フルオロフェニル基、3−フルオロフェニル基、2、4−ジフルオロフェニル基、2、6−ジフルオロフェニル基、3、5−ジフルオロフェニル基、2、4、6−トリフルオロフェニル基が好ましい。
好ましい芳香族ヘテロ環としては、2−フラニル基、3−フラニル基、2−チオフェニル基、3−チオフェニル基、1−メチル−2−ピロリル基、1−メチル−3−ピロリル基が好ましい。
これらの中でも、メチル基、エチル基、フルオロメチル基、トリフルオロメチル基、2−フルオロエチル基、2,2,2−トリフルオロエチル基、エテニル基、エチニル基、フェニル基が好ましい。
さらに好ましくは、メチル基、エチル基、エチニル基が好ましい。
また、一般式(4)の化合物の反応性と安定性の両面からRが水素原子、フッ素原子またはエチニル基であることが好ましい。他の置換基である場合、反応性が低下し、期待する特性が低下するおそれが有る。また、フッ素原子以外のハロゲン原子で有る場合は、反応性が高すぎて副反応が増加するおそれが有る。
また、Rにおけるフッ素原子またはエチニル基の数は合わせて2つ以内で有ることが好ましい。これらの数が多すぎると、電解液との相溶性が悪化するおそれがあり、また、反応性が高すぎて副反応が増加するおそれが有る。
lおよびmは一般式(4)に記載の範囲であれば特に限定されないが、好ましくは、それぞれ独立して、0または1であり、さらに好ましくは、l=m=1またはm=1、l=0である。
また、これらの中でも、m=1、l=0がより好ましい。lとmの双方が0である場合、環のひずみから安定性が悪化し、反応性が高くなりすぎて副反応が増加するおそれが有る。また、m=2以上である場合、またはm=1であっても、l=1以上で有る場合、環状より鎖状である方が安定となる場合があり、所期の特性を示さないおそれが有る。
さらに、式(4)中、XとXは、CR またはOがより好ましい。これら以外の場合、反応性が高すぎて副反応が増加する場合が有る。
また、一般式(4)で表される化合物の分子量は、好ましくは50以上である。また、好ましくは500以下である。この範囲であれば、非水系電解液に対する不飽和環状カーボネートの溶解性を確保しやすく、本発明の効果が十分に発現されやすい。
また、分子量は、より好ましくは100以上であり、また、より好ましくは200以下である。この範囲であれば、非水系電解液に対する一般式(4)の溶解性をさらに確保しやすく、本発明の効果が十分にさらに発現されやすい。
さらに好ましくは、複数存在するRが全て水素原子である場合である。この場合、期待される特性を維持しつつ、副反応が最も抑制される可能性が高い。また、XがC=OまたはS=Oであり、XおよびXの少なくともいずれか一方がOであること、或いは、XがS(=O)、P(=O)−R又はP(=O)−ORであり、XとXが共にOまたはCHである、若しくはXとXのいずれか一方がOであり、もう一方がCHで有ることが好ましい。XがC=OまたはS=Oの場合、XとXが共にCHであると、反応性が高すぎて副反応が増加するおそれが有る。
一般式(4)で表される化合物の具体例を以下に示す。
Figure 0006222090
一般式(4)の化合物のうち、一般式(5)であらわされる化合物が、工業的な製造の容易さの観点から、好ましい。
Figure 0006222090
上記式(5)中、Xは式(4)におけるXと同義であるが、ただし、CR を除く。すなわち、C=O、S=O、S(=O)、P(=O)−R、又はP(=O)−ORを表す。R、Rについても式(4)と同義である。これら、好ましい条件を持つ化合物として、具体例を以下に示す。
Figure 0006222090
上記炭素−炭素三重結合を有する化合物は、1種を単独で用いても、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併有してもよい。また、炭素−炭素三重結合を有する化合物の含有量は、特に制限されず、本発明の効果を著しく損なわない限り任意である。炭素−炭素三重結合を有する化合物の含有量は、非水系電解液100質量%中、好ましくは0.001質量%以上、より好ましくは0.01質量%以上、さらに好ましくは0.1質量%以上であり、また、好ましくは5質量%以下、より好ましくは4質量%以下、さらに好ましくは3質量%以下である。この範囲であれば、非水系電解液二次電池が十分なサイクル特性向上効果を発現しやすく、また、高温保存特性が低下し、ガス発生量が多くなり、放電容量維持率が低下するといった事態を回避しやすい。一方で少なすぎると、本発明における効果が十分に発揮しにくい場合があり、また多すぎると、抵抗が増加して出力や負荷特性が低下する場合がある。
[5.4 環状スルホン酸エステル]
本発明の非水系電解液において、環状スルホン酸エステルを用いることも好ましい。環状スルホン酸エステル化合物の分子量は、特に制限されず、本発明の効果を著しく損なわない限り任意である。分子量は、好ましくは100以上であり、また、250以下である。この範囲であれば、非水系電解液に対する環状スルホン酸エステル化合物の溶解性を確保しやすく、本発明の効果が発現されやすい。環状スルホン酸エステル化合物の製造方法は、特に制限されず、公知の方法を任意に選択して製造することが可能である。
本発明の非水系電解液において、用いることができる環状スルホン酸エステル化合物としては、例えば、
1,3−プロパンスルトン、1−フルオロ−1,3−プロパンスルトン、2−フルオロ−1,3−プロパンスルトン、3−フルオロ−1,3−プロパンスルトン、1−メチル−1,3−プロパンスルトン、2−メチル−1,3−プロパンスルトン、3−メチル−1,3−プロパンスルトン、1,4−ブタンスルトン、1−フルオロ−1,4−ブタンスルトン、2−フルオロ−1,4−ブタンスルトン、3−フルオロ−1,4−ブタンスルトン、4−フルオロ−1,4−ブタンスルトン、1−メチル−1,4−ブタンスルトン、2−メチル−1,4−ブタンスルトン、3−メチル−1,4−ブタンスルトン、4−メチル−1,4−ブタンスルトン、1,5−ペンタンスルトン、1−フルオロ−1,5−ペンタンスルトン、2−フルオロ−1,5−ペンタンスルトン、3−フルオロ−1,5−ペンタンスルトン、4−フルオロ−1,5−ペンタンスルトン、5−フルオロ−1,5−ペンタンスルトン、1−メチル−1,5−ペンタンスルトン、2−メチル−1,5−ペンタンスルトン、3−メチル−1,5−ペンタンスルトン、4−メチル−1,5−ペンタンスルトン、5−メチル−1,5−ペンタンスルトンなどのモノスルホン酸エステル化合物;
メチレンメタンジスルホネート、エチレンメタンジスルホネート、エチレンエタンジスルホネートなどのジスルホン酸エステル化合物;等が挙げられる。
これらのうち、1,3−プロパンスルトン、1−フルオロ−1,3−プロパンスルトン、2−フルオロ−1,3−プロパンスルトン、3−フルオロ−1,3−プロパンスルトン、1,4−ブタンスルトン、メチレンメタンジスルホネート、エチレンメタンジスルホネートが保存特性向上の点から好ましく、1,3−プロパンスルトン、1−フルオロ−1,3−プロパンスルトン、2−フルオロ−1,3−プロパンスルトン、3−フルオロ−1,3−プロパンスルトンがより好ましい。
また、炭素−炭素二重結合を有する環状スルホン酸エステルを用いることも好ましい。炭素−炭素二重結合を有する環状スルホン酸エステルとしては、1−プロペン−1,3−スルトン、2−プロペン−1,3−スルトン、1−フルオロ−1−プロペン−1,3−スルトン、2−フルオロ−1−プロペン−1,3−スルトン、3−フルオロ−1−プロペン−1,3−スルトン、1−メチル−1−プロペン−1,3−スルトン、2−メチル−1−プロペン−1,3−スルトン、3−メチル−1−プロペン−1,3−スルトン、1−ブテン−1,4−スルトン、2−ブテン−1,4−スルトン、3−ブテン−1,4−スルトン、1−フルオロ−1−ブテン−1,4−スルトン、2−フルオロ−1−ブテン−1,4−スルトン、3−フルオロ−1−ブテン−1,4−スルトン、4−フルオロ−1−ブテン−1,4−スルトン、1−メチル−1−ブテン−1,4−スルトン、2−メチル−1−ブテン−1,4−スルトン、3−メチル−1−ブテン−1,4−スルトン、4−メチル−1−ブテン−1,4−スルトン等を挙げることができる。
これらのうち、1−プロペン−1,3−スルトン、1−ブテン−1,4−スルトン、2−ブテン−1,4−スルトン、3−ブテン−1,4−スルトンがより好ましい。
環状スルホン酸エステル化合物は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併有してもよい。
本発明の非水系電解液全体に対する環状スルホン酸エステル化合物の含有量に制限は無く、本発明の効果を著しく損なわない限り任意であるが、本発明の非水系電解液に対して、通常0.001質量%以上、好ましくは0.1質量%以上、より好ましくは0.3質量%以上、また、通常10質量%以下、好ましくは5質量%以下、より好ましくは3質量%以下の濃度で含有させる。上記範囲を満たした場合は、出力特性、負荷特性、低温特性、サイクル特性、高温保存特性、ガス発生抑制等の効果がより向上する。
[5.5 シアノ基を有する化合物]
本発明の非水系電解液において、シアノ基を有する化合物を用いることも好ましい。ここで、シアノ基を有する化合物としては、分子内にシアノ基を有している化合物であれば特にその種類は限定されないが、一般式(6)で表される化合物がより好ましい。
Figure 0006222090
(上記一般式(6)中、Tは、炭素原子、水素原子、窒素原子、酸素原子、硫黄原子、リン原子およびハロゲン原子からなる群から選ばれる1以上の原子で構成された有機基を表し、Xは置換基を有してもよい炭素数1から10のn価の有機基である。nは1以上の整数であり、nが2以上の場合は、複数存在するTは互いに同一であっても異なっていてもよい。)
シアノ基を有する化合物の分子量は、特に制限されず、本発明の効果を著しく損なわない限り任意である。分子量は、好ましくは50以上であり、より好ましくは80以上、さらに好ましくは100以上であり、また、200以下である。この範囲であれば、非水系電解液に対するシアノ基を有する化合物の溶解性を確保しやすく、本発明の効果が発現されやすい。シアノ基を有する化合物の製造方法は、特に制限されず、公知の方法を任意に選択して製造することが可能である。
一般式(6)で表される化合物の具体例としては、例えば、
アセトニトリル、プロピオニトリル、ブチロニトリル、イソブチロニトリル、バレロニトリル、イソバレロニトリル、ラウロニトリル、2−メチルブチロニトリル、2,2−ジメチルブチロニトリル、ヘキサンニトリル、シクロペンタンカルボニトリル、シクロヘキサンカルボニトリル、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、クロトノニトリル、3−メチルクロトノニトリル、2−メチル−2−ブテン二トリル、2−ペンテンニトリル、2−メチル−2−ペンテンニトリル、3−メチル−2−ペンテンニトリル、2−ヘキセンニトリル、フルオロアセトニトリル、ジフルオロアセトニトリル、トリフルオロアセトニトリル、2−フルオロプロピオニトリル、3−フルオロプロピオニトリル、2,2−ジフルオロプロピオニトリル、2,3−ジフルオロプロピオニトリル、3,3−ジフルオロプロピオニトリル、2,2,3−トリフルオロプロピオニトリル、3,3,3−トリフルオロプロピオニトリル、3,3’−オキシジプロピオニトリル、3,3’−チオジプロピオニトリル、1,2,3−プロパントリカルボニトリル、1,3,5−ペンタントリカルボニトリル、ペンタフルオロプロピオニトリル等のシアノ基を1つ有する化合物;
マロノニトリル、スクシノニトリル、グルタロニトリル、アジポニトリル、ピメロニトリル、スベロニトリル、アゼラニトリル、セバコニトリル、ウンデカンジニトリル、ドデカンジニトリル、メチルマロノニトリル、エチルマロノニトリル、i−プロピルマロノニトリル、t−ブチルマロノニトリル、メチルスクシノニトリル、2,2−ジメチルスクシノニトリル、2,3−ジメチルスクシノニトリル、トリメチルスクシノニトリル、テトラメチルスクシノニトリル、3,3’−(エチレンジオキシ)ジプロピオニトリル、3,3’−(エチレンジチオ)ジプロピオニトリル等のシアノ基を2つ有する化合物;
1,2,3−トリス(2−シアノエトキシ)プロパン、トリス(2−シアノエチル)アミン等のシアノ基を3つ有する化合物;
メチルシアネート、エチルシアネート、プロピルシアネート、ブチルシアネート、ペンチルシアネート、ヘキシルシアネート、ヘプチルシアネートなどのシアネート化合物;
メチルチオシアネート、エチルチオシアネート、プロピルチオシアネート、ブチルチオシアネート、ペンチルチオシアネート、ヘキシルチオシアネート、ヘプチルチオシアネート、メタンスルホニルシアニド、エタンスルホニルシアニド、プロパンスルホニルシアニド、ブタンスルホニルシアニド、ペンタンスルホニルシアニド、ヘキサンスルホニルシアニド、ヘプタンスルホニルシアニド、メチルスルフロシアニダート、エチルスルフロシアニダート、プロピルスルフロシアニダート、ブチルスルフロシアニダート、ペンチルスルフロシアニダート、ヘキシルスルフロシアニダート、ヘプチルスルフロシアニダートなどの含硫黄化合物;
シアノジメチルホスフィン、シアノジメチルホスフィンオキシド、シアノメチルホスフィン酸メチル、シアノメチル亜ホスフィン酸メチル、ジメチルホスフィン酸シアニド、ジメチル亜ホスフィン酸シアニド、シアノホスホン酸ジメチル、シアノ亜ホスホン酸ジメチル、メチルホスホン酸シアノメチル、メチル亜ホスホン酸シアノメチル、リン酸シアノジメチル、亜リン酸シアノジメチルなどの含リン化合物;等が挙げられる。
これらのうち、アセトニトリル、プロピオニトリル、ブチロニトリル、i−ブチロニトリル、バレロニトリル、i−バレロニトリル、ラウロニトリル、クロトノニトリル、3‐メチルクロトノニトリル、マロノニトリル、スクシノニトリル、グルタロニトリル、アジポニトリル、ピメロニトリル、スベロニトリル、アゼラニトリル、セバコニトリル、ウンデカンジニトリル、ドデカンジニトリルが保存特性向上の点から好ましく、マロノニトリル、スクシノニトリル、グルタロニトリル、アジポニトリル、ピメロニトリル、スベロニトリル、アゼラニトリル、セバコニトリル、ウンデカンジニトリル、ドデカンジニトリル等のシアノ基を2つ有する化合物がより好ましい。
シアノ基を有する化合物は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併有してもよい。
本発明の非水系電解液全体に対するシアノ基を有する化合物の含有量に制限は無く、本発明の効果を著しく損なわない限り任意であるが、本発明の非水系電解液に対して、通常0.001質量%以上、好ましくは0.1質量%以上、より好ましくは0.3質量%以上、また、通常10質量%以下、好ましくは5質量%以下、より好ましくは3質量%以下の濃度で含有させる。上記範囲を満たした場合は、出力特性、負荷特性、低温特性、サイクル特性、高温保存特性、ガス発生等の効果がより向上する。
[5.6 イソシアネート基を有する化合物]
本発明の非水系電解液において、イソシアネート基を有する化合物を用いることも好ましい。ここで、イソシアネート基を有する化合物としては、一般式(7)又は(8)で表される化合物のように、分子内にイソシアネート基を有している化合物であれば特にその種類は限定されない。
Figure 0006222090
(上記一般式(7)中、Aは、水素原子、ハロゲン原子、ビニル基、イソシアネート基、C〜C20の脂肪族炭化水素基(ヘテロ原子を有していてもよい)又はC〜C20の芳香族炭化水素基(ヘテロ原子を有していてもよい)を表す。Bは、CO、SO、C〜C20の脂肪族炭化水素基(ヘテロ原子を有していてもよい)、又はC〜C20の芳香族炭化水素基(ヘテロ原子を有していてもよい)を表す。)
Figure 0006222090
(上記一般式(8)中、Xはフッ素原子で置換されていてもよい炭素数1〜16の炭化水素基である。)
一般式(7)で表される化合物の具体例としては、例えば、メチルイソシアネート、エチルイソシアネート、n−プロピルイソシアネート、イソプロピルイソシアネート、n−ブチルイソシアネート、t−ブチルイソシアネート、シクロペンチルイソシアネート、シクロヘキシルイソシアネート、シクロヘキシルイソシアネート、フェニルイソシアネート、シクロペンチルイソシアネート、シクロヘキシルイソシアネート、フェニルイソシアネート、ビニルイソシアネート、アリルイソシアネート等のモノイソシアネート類などが挙げられる。
上記一般式(8)において、Xはフッ素原子で置換されていてもよい炭素数1〜16の炭化水素基であるが、Xの炭素数は好ましくは2以上、より好ましくは3以上、特に好ましくは4以上であり、また好ましくは14以下、より好ましくは12以下、特に好ましくは10以下、最も好ましくは8以下である。またXの種類については炭化水素基である限り特に限定されず、具体的には脂肪族鎖状アルキレン基、脂肪族環状アルキレン基及び芳香環含有炭化水素基のいずれであってもよいが、好ましくは脂肪族鎖状アルキレン基又は脂肪族環状アルキレン基である。
一般式(8)で表される化合物の具体例としては、例えば、
エチレンジイソシアネート、トリメチレンジイソシアネート、テトラメチレンジイソシアネート、ペンタメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、ヘプタメチレンジイソシアネート、オクタメチレンジイソシアネート、デカメチレンジイソシアネート、ドデカメチレンジイソシアネート、テトラデカメチレンジイソシアネート等の直鎖ポリメチレンジイソシアネート類;
1−メチルヘキサメチレンジイソシアネート、2−メチルヘキサメチレンジイソシアネート、3−メチルヘキサメチレンジイソシアネート、1,1−ジメチルヘキサメチレンジイソシアネート、1,2−ジメチルヘキサメチレンジイソシアネート、1,3−ジメチルヘキサメチレンジイソシアネート、1,4−ジメチルヘキサメチレンジイソシアネート、1,5−ジメチルヘキサメチレンジイソシアネート、1,6−ジメチルヘキサメチレンジイソシアネート、1,2,3−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート等の分岐アルキレンジイソシアネート類;
1,4−ジイソシアナト−2−ブテン、1,5−ジイソシアナト−2−ペンテン、1,5−ジイソシアナト−3−ペンテン、1,6−ジイソシアナト−2−ヘキセン、1,6−ジイソシアナト−3−ヘキセン、1,8−ジイソシアナト−2−オクテン、1,8−ジイソシアナト−3−オクテン、1,8−ジイソシアナト−4−オクテン等のジイソシアナトアルケン類;
1,3−ジイソシアナト−2−フルオロプロパン、1,3−ジイソシアナト−2,2−ジフルオロプロパン、1,4−ジイソシアナト−2−フルオロブタン、1,4−ジイソシアナト−2,2−ジフルオロブタン、1,4−ジイソシアナト−2,3−ジフルオロブタン、1,6−ジイソシアナト−2−フルオロヘキサン、1,6−ジイソシアナト−3−フルオロヘキサン、1,6−ジイソシアナト−2,2−ジフルオロヘキサン、1,6−ジイソシアナト−2,3−ジフルオロヘキサン、1,6−ジイソシアナト−2,4−ジフルオロヘキサン、1,6−ジイソシアナト−2,5−ジフルオロヘキサン、1,6−ジイソシアナト−3,3−ジフルオロヘキサン、1,6−ジイソシアナト−3,4−ジフルオロヘキサン、1,8−ジイソシアナト−2−フルオロオクタン、1,8−ジイソシアナト−3−フルオロオクタン、1,8−ジイソシアナト−4−フルオロオクタン、1,8−ジイソシアナト−2,2−ジフルオロオクタン、1,8−ジイソシアナト−2,3−ジフルオロオクタン、1,8−ジイソシアナト−2,4−ジフルオロオクタン、1,8−ジイソシアナト−2,5−ジフルオロオクタン、1,8−ジイソシアナト−2,6−ジフルオロオクタン、1,8−ジイソシアナト−2,7−ジフルオロオクタン等のフッ素置換ジイソシアナトアルカン類;
1,2−ジイソシアナトシクロペンタン、1,3−ジイソシアナトシクロペンタン、1,2−ジイソシアナトシクロヘキサン、1,3−ジイソシアナトシクロヘキサン、1,4−ジイソシアナトシクロヘキサン、1,2−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン、1,3−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン、1,4−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン、ジシクロヘキシルメタン−2,2’−ジイソシアネート、ジシクロヘキシルメタン−2,4’−ジイソシアネート、ジシクロヘキシルメタン−3,3’−ジイソシアネート、ジシクロヘキシルメタン−4,4’−ジイソシアネート等のシクロアルカン環含有ジイソシアネート類;
1,2−フェニレンジイソシアネート、1,3−フェニレンジイソシアネート、1,4−フェニレンジイソシアネート、トリレン−2,3−ジイソシアネート、トリレン−2,4−ジイソシアネート、トリレン−2,5−ジイソシアネート、トリレン−2,6−ジイソシアネート、トリレン−3,4−ジイソシアネート、トリレン−3,5−ジイソシアネート、1,2−ビス(イソシアナトメチル)ベンゼン、1,3−ビス(イソシアナトメチル)ベンゼン、1,4−ビス(イソシアナトメチル)ベンゼン、2,4−ジイソシアナトビフェニル、2,6−ジイソシアナトビフェニル、2,2’−ジイソシアナトビフェニル、3,3’−ジイソシアナトビフェニル、4,4’−ジイソシアナト−2−メチルビフェニル、4,4’−ジイソシアナト−3−メチルビフェニル、4,4’−ジイソシアナト−3,3’−ジメチルビフェニル、4,4’−ジイソシアナトジフェニルメタン、4,4’−ジイソシアナト−2−メチルジフェニルメタン、4,4’−ジイソシアナト−3−メチルジフェニルメタン、4,4’−ジイソシアナト−3,3’−ジメチルジフェニルメタン、1,5−ジイソシアナトナフタレン、1,8−ジイソシアナトナフタレン、2,3−ジイソシアナトナフタレン、1,5−ビス(イソシアナトメチル)ナフタレン、1,8−ビス(イソシアナトメチル)ナフタレン、2,3−ビス(イソシアナトメチル)ナフタレン等の芳香環含有ジイソシアネート類;などが挙げられる。
これらの中でも、
エチレンジイソシアネート、トリメチレンジイソシアネート、テトラメチレンジイソシアネート、ペンタメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、ヘプタメチレンジイソシアネート、オクタメチレンジイソシアネート、デカメチレンジイソシアネート、ドデカメチレンジイソシアネート、テトラデカメチレンジイソシアネート等の直鎖ポリメチレンジイソシアネート類;
1−メチルヘキサメチレンジイソシアネート、2−メチルヘキサメチレンジイソシアネート、3−メチルヘキサメチレンジイソシアネート、1,1−ジメチルヘキサメチレンジイソシアネート、1,2−ジメチルヘキサメチレンジイソシアネート、1,3−ジメチルヘキサメチレンジイソシアネート、1,4−ジメチルヘキサメチレンジイソシアネート、1,5−ジメチルヘキサメチレンジイソシアネート、1,6−ジメチルヘキサメチレンジイソシアネート、1,2,3−トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート等の分岐アルキレンジイソシアネート類;
1,2−ジイソシアナトシクロペンタン、1,3−ジイソシアナトシクロペンタン、1,2−ジイソシアナトシクロヘキサン、1,3−ジイソシアナトシクロヘキサン、1,4−ジイソシアナトシクロヘキサン、1,2−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン、1,3−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン、1,4−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン、ジシクロヘキシルメタン−2,2’−ジイソシアネート、ジシクロヘキシルメタン−2,4’−ジイソシアネート、ジシクロヘキシルメタン−3,3’−ジイソシアネート、ジシクロヘキシルメタン−4,4’−ジイソシアネート等のシクロアルカン環含有ジイソシアネート類;が好ましい。
さらには、
テトラメチレンジイソシアネート、ペンタメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、ヘプタメチレンジイソシアネート、オクタメチレンジイソシアネートから選ばれる直鎖ポリメチレンジイソシアネート類;
1,2−ジイソシアナトシクロペンタン、1,3−ジイソシアナトシクロペンタン、1,2−ジイソシアナトシクロヘキサン、1,3−ジイソシアナトシクロヘキサン、1,4−ジイソシアナトシクロヘキサン、1,2−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン、1,3−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン、4−ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン、ジシクロヘキシルメタン−2,2’−ジイソシアネート、ジシクロヘキシルメタン−2,4’−ジイソシアネート、ジシクロヘキシルメタン−3,3’−ジイソシアネート、ジシクロヘキシルメタン−4,4’−ジイソシアネートから選ばれるシクロアルカン環含有ジイソシアネート類;が特に好ましい。
また上述した本発明におけるイソシアネート基は、1種類を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
本発明の非水系電解液において、ジイソシアネートを用いる場合にその含有量は、該非水系電解液の全体の質量に対して、通常0.001質量%以上、好ましくは0.01質量%以上、より好ましくは0.1質量%以上、さらに好ましくは0.3質量%以上、また、通常10質量%以下、好ましくは5質量%以下、より好ましくは3質量%以下、さらに好ましくは2質量%以下である。含有量が上記範囲内であると、サイクル特性、保存特性等の耐久性を向上でき、本発明の効果を十分に発揮できる。
イソシアネート基を有する化合物の製造方法は、特に制限されず、公知の方法を任意に選択して製造することが可能である。
[5.7 過充電防止剤]
本発明の非水系電解液において、非水系電解液二次電池が過充電等の状態になった際に電池の破裂・発火を効果的に抑制するために、過充電防止剤を用いることができる。
過充電防止剤としては、
ビフェニル、アルキルビフェニル、ターフェニル、ターフェニルの部分水素化体、シクロヘキシルベンゼン、t−ブチルベンゼン、t−アミルベンゼン、ジフェニルエーテル、ジベンゾフラン等の芳香族化合物;
2−フルオロビフェニル、o−シクロヘキシルフルオロベンゼン、p−シクロヘキシルフルオロベンゼン等の上記芳香族化合物の部分フッ素化物;
2,4−ジフルオロアニソール、2,5−ジフルオロアニソール、2,6−ジフルオロアニソール、3,5−ジフルオロアニソール等の含フッ素アニソール化合物;等が挙げられる。
中でも、ビフェニル、アルキルビフェニル、ターフェニル、ターフェニルの部分水素化体、シクロヘキシルベンゼン、t−ブチルベンゼン、t−アミルベンゼン、ジフェニルエーテル、ジベンゾフラン等の芳香族化合物が好ましい。これらは1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。
2種以上併用する場合は、特に、シクロヘキシルベンゼンとt−ブチルベンゼン又はt−アミルベンゼンとの組み合わせや、ビフェニル、アルキルビフェニル、ターフェニル、ターフェニルの部分水素化体、シクロヘキシルベンゼン、t−ブチルベンゼン及びt−アミルベンゼン等の酸素を含有しない芳香族化合物から選ばれる少なくとも1種と、ジフェニルエーテル及びジベンゾフラン等の含酸素芳香族化合物から選ばれる少なくとも1種とを併用するのが過充電防止特性と高温保存特性のバランスの点から好ましい。
過充電防止剤の含有量は、特に制限されず、本発明の効果を著しく損なわない限り任意である。過充電防止剤は、非水系電解液100質量%中、好ましくは、0.1質量%以上であり、また、5質量%以下である。この範囲であれば、過充電防止剤の効果を十分に発現させやすく、また、高温保存特性等の電池の特性が低下するといった事態も回避しやすい。過充電防止剤は、より好ましくは0.2質量%以上、さらに好ましくは0.3質量%以上、特に好ましくは0.5質量%以上であり、また、より好ましくは3質量%以下、さらに好ましくは2質量%以下である。
[5.8 その他の助剤]
本発明の非水系電解液には、公知のその他の助剤を用いることができる。
その他の助剤としては、
エリスリタンカーボネート、スピロ−ビス−ジメチレンカーボネート、メトキシエチル−メチルカーボネート等のカーボネート化合物;
2,4,8,10−テトラオキサスピロ[5.5]ウンデカン、3,9−ジビニル−2,4,8,10−テトラオキサスピロ[5.5]ウンデカン等のスピロ化合物;
エチレンサルファイト、フルオロスルホン酸メチル、フルオロスルホン酸エチル、メタンスルホン酸メチル、メタンスルホン酸エチル、エタンスルホン酸メチル、エタンスルホン酸エチル、ブスルファン、スルホレン、ジフェニルスルホン、N,N−ジメチルメタンスルホンアミド、N,N−ジエチルメタンスルホンアミド等の含硫黄化合物;
1−メチル−2−ピロリジノン、1−メチル−2−ピペリドン、3−メチル−2−オキサゾリジノン、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン及びN−メチルスクシンイミド等の含窒素化合物;
ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、シクロヘプタン等の炭化水素化合物;
フルオロベンゼン、ジフルオロベンゼン、ヘキサフルオロベンゼン、ベンゾトリフルオライド等の含フッ素芳香族化合物;
メチルジメチルホスフィネート、エチルジメチルホスフィネート、エチルジエチルホスフィネート、トリメチルホスホノフォルメート、トリエチルホスホノフォルメート、トリメチルホスホノアセテート、トリエチルホスホノアセテート、トリメチル−3−ホスホノプロピオネート、トリエチル−3−ホスホノプロピオネート等の含リン化合物;等が挙げられる。
これらは1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。これらの助剤を添加することにより、高温保存後の容量維持特性やサイクル特性を向上させることができる。
これらの中でも、エチレンサルファイト、フルオロスルホン酸メチル、メタンスルホン酸メチル、エタンスルホン酸メチル、メタンスルホン酸エチル、ブスルファン、1,4−ブタンジオールビス(2,2,2−トリフルオロエタンスルホネート)等の含硫黄化合物が、高温保存後の容量維持特性やサイクル特性を向上させる効果が大きいことから特に好ましい。
その他の助剤の含有量は、特に制限されず、本発明の効果を著しく損なわない限り任意である。その他の助剤は、非水系電解液100質量%中、好ましくは、0.01質量%以上であり、また、5質量%以下である。この範囲であれば、その他助剤の効果が十分に発現させやすく、高負荷放電特性等の電池の特性が低下するといった事態も回避しやすい。その他の助剤の含有量は、より好ましくは0.1質量%以上、さらに好ましくは0.2質量%以上であり、また、より好ましくは3質量%以下、さらに好ましくは1質量%以下である。
以上に記載してきた非水系電解液は、本発明に記載の非水系電解液二次電池の内部に存在するものも含まれる。具体的には、リチウム塩や溶媒、助剤等の非水系電解液の構成要素を別途合成し、実質的に単離されたものから非水系電解液を調製し、下記に記載する方法にて別途組み立てた電池内に注液して得た非水系電解液二次電池内の非水系電解液である場合や、本発明の非水系電解液の構成要素を個別に電池内に入れておき、電池内にて混合させることにより本発明の非水系電解液と同じ組成を得る場合、更には、本発明の非水系電解液を構成する化合物を該非水系電解液二次電池内で発生させて、本発明の非水系電解液と同じ組成を得る場合も含まれるものとする。
[II.負極]
以下に負極に使用される負極活物質について述べる。負極活物質としては、1.0V(vs.Li/Li)より貴な電位においてリチウムイオンを吸蔵・放出可能なものであれば、特に制限はない。具体例としては、リチウム含有金属複合酸化物材料等が挙げられる。これらは1種を単独で用いてもよく、また2種以上を任意に組み合わせて併用してもよい。なお、本明細書において、以後電位の基準が明示されていない場合には、Li/Liの平衡電位を基準とするものとする。
[1.負極活物質]
1.0Vより貴な電位においてリチウムイオンを吸蔵・放出可能な負極活物質としては、リチウム含有金属複合酸化物材料等が挙げられる。
負極活物質として用いられるリチウム含有金属複合酸化物材料としては、リチウムを吸蔵・放出可能であれば、特に制限されないが、例えば、酸化タングステン、酸化モリブデン、硫化鉄、硫化チタン、チタン酸リチウムなどを用いることができる。高電流密度充放電特性の点からチタン及びリチウムを含有する材料が好ましく、より好ましくはチタンを含むリチウム含有複合金属酸化物材料であり、さらに好ましくはリチウムとチタンの複合酸化物(以下、「リチウムチタン複合酸化物」と略記する場合がある。)である。即ちスピネル構造を有するリチウムチタン複合酸化物を、非水系電解液二次電池用負極活物質に含有させて用いると、出力抵抗が大きく低減するので特に好ましい。
また、リチウムチタン複合酸化物のリチウムやチタンが、他の金属元素、例えば、Na、Mg、K、Al、Si、Cr、Fe、Co、Cu、Zn、Ga、Zr及びNbからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素で置換されているものも好ましい。中でもMg、Al、Si、Cu、Zn、Zr及びNbからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素で置換されているものがより好ましい場合がある。
上記金属酸化物が、一般式(A)で表されるリチウムチタン複合酸化物であり、一般式(A)中、0.7≦α≦1.5、1.5≦β≦2.3、0≦γ≦1.6であることが、リチウムイオンのドープ・脱ドープの際の構造が安定であることから好ましい。
LiαTiβγ・・・(A)
(一般式(A)中、Mは、Na、Mg、K、Al、Si、Cr、Fe、Co、Cu、Zn、Ga、Zr及びNbからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を表わす。)
上記の一般式(A)で表される組成の中でも、
(a)1.2≦α≦1.4、1.5≦β≦1.7、γ=0
(b)0.9≦α≦1.1、1.9≦β≦2.1、γ=0
(c)0.7≦α≦0.9、2.1≦β≦2.3、γ=0
の構造が、電池性能のバランスが良好なため特に好ましい。
上記化合物の特に好ましい代表的な組成は、(a)ではLi4/3Ti5/3、(b)ではLiTi、(c)ではLi4/5Ti11/5である。また、Z≠0の構造については、例えば、Li4/3Ti4/3Al1/3が好ましいものとして挙げられる。
[2.負極の構成と作製法]
電極の製造は、本発明の効果を著しく損なわない限り、公知のいずれの方法を用いることができる。例えば、負極活物質に、結着剤(バインダー)、溶媒、必要に応じて、増粘剤、導電材、充填材等を加えてスラリーとし、これを集電体に塗布、乾燥した後にプレスすることによって形成することができる。
[2.1 集電体]
負極活物質を保持させる集電体としては、公知のものを任意に用いることができる。負極の集電体としては、例えば、アルミニウム、銅、ニッケル、ステンレス鋼、ニッケルメッキ鋼等の金属材料が挙げられるが、加工し易さとコストの点から特に銅、アルミニウムが好ましい。
また、集電体の形状は、集電体が金属材料の場合は、例えば、金属箔、金属円柱、金属コイル、金属板、金属薄膜、エキスパンドメタル、パンチメタル、発泡メタル等が挙げられる。中でも、好ましくは金属薄膜、より好ましくは銅箔であり、さらに好ましくは圧延法による圧延銅箔と、電解法による電解銅箔があり、どちらも集電体として用いることができる。
集電体の厚さは、通常1μm以上、好ましくは5μm以上であり、通常100μm以下、好ましくは50μm以下である。負極集電体の厚さが厚過ぎると、電池全体の容量が低下し過ぎることがあり、逆に薄過ぎると取り扱いが困難になることがあるためである。
[2.2 集電体と負極活物質層との厚さの比]
集電体と負極活物質層の厚さの比は特に制限されないが、「(非水系電解液注液直前の片面の負極活物質層厚さ)/(集電体の厚さ)」の値が、150以下が好ましく、20以下がさらに好ましく、10以下が特に好ましく、また、0.1以上が好ましく、0.4以上がさらに好ましく、1以上が特に好ましい。集電体と負極活物質層の厚さの比が、上記範囲を上回ると、高電流密度充放電時に集電体がジュール熱による発熱を生じる場合がある。また、上記範囲を下回ると、負極活物質に対する集電体の体積比が増加し、電池の容量が減少する場合がある。
[2.3 結着剤]
負極活物質を結着するバインダーとしては、非水系電解液や電極製造時に用いる溶媒に対して安定な材料であれば、特に制限されない。
具体例としては、
ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリメチルメタクリレート、芳香族ポリアミド、ポリイミド、セルロース、ニトロセルロース等の樹脂系高分子;
SBR(スチレン・ブタジエンゴム)、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、フッ素ゴム、NBR(アクリロニトリル・ブタジエンゴム)、エチレン・プロピレンゴム等のゴム状高分子;
スチレン・ブタジエン・スチレンブロック共重合体又はその水素添加物;
EPDM(エチレン・プロピレン・ジエン三元共重合体)、スチレン・エチレン・ブタジエン・スチレン共重合体、スチレン・イソプレン・スチレンブロック共重合体又はその水素添加物等の熱可塑性エラストマー状高分子;
シンジオタクチック−1,2−ポリブタジエン、ポリ酢酸ビニル、エチレン・酢酸ビニル共重合体、プロピレン・α−オレフィン共重合体等の軟質樹脂状高分子;
ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、フッ素化ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン・エチレン共重合体等のフッ素系高分子;
アルカリ金属イオン(特にリチウムイオン)のイオン伝導性を有する高分子組成物;等が挙げられる。これらは、1種を単独で用いても、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
負極活物質に対するバインダーの割合は、0.1質量%以上が好ましく、0.5質量%以上がさらに好ましく、0.6質量%以上が特に好ましく、また、20質量%以下が好ましく、15質量%以下がより好ましく、10質量%以下がさらに好ましく、8質量%以下が特に好ましい。負極活物質に対するバインダーの割合が、上記範囲を上回ると、バインダー量が電池容量に寄与しないバインダー割合が増加して、電池容量の低下を招く場合がある。また、上記範囲を下回ると、負極電極の強度低下を招く場合がある。
特に、SBRに代表されるゴム状高分子を主要成分に含有する場合には、負極活物質に対するバインダーの割合は、通常0.1質量%以上であり、0.5質量%以上が好ましく、0.6質量%以上がさらに好ましく、また、通常5質量%以下であり、3質量%以下が好ましく、2質量%以下がさらに好ましい。また、ポリフッ化ビニリデンに代表されるフッ素系高分子を主要成分に含有する場合には負極活物質に対する割合は、通常1質量%以上であり、2質量%以上が好ましく、3質量%以上がさらに好ましく、また、通常15質量%以下であり、10質量%以下が好ましく、8質量%以下がさらに好ましい。
[2.4 スラリー形成溶媒]
スラリーを形成するための溶媒としては、負極活物質、バインダー、並びに必要に応じて使用される増粘剤及び導電材を溶解又は分散することが可能な溶媒であれば、その種類に特に制限はなく、水系溶媒と有機系溶媒のどちらを用いてもよい。
水系溶媒としては、水、アルコール等が挙げられ、有機系溶媒としてはN−メチルピロリドン(NMP)、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、酢酸メチル、アクリル酸メチル、ジエチルトリアミン、N,N−ジメチルアミノプロピルアミン、テトラヒドロフラン(THF)、トルエン、アセトン、ジエチルエーテル、ジメチルアセトアミド、ヘキサメチルホスファルアミド、ジメチルスルホキシド、ベンゼン、キシレン、キノリン、ピリジン、メチルナフタレン、ヘキサン等が挙げられる。
特に水系溶媒を用いる場合、増粘剤と併せて分散剤等を含有させ、SBR等のラテックスを用いてスラリー化することが好ましい。なお、これらの溶媒は、1種を単独で用いても、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
[2.5 増粘剤]
増粘剤は、通常、スラリーの粘度を調製するために使用される。増粘剤としては、特に制限されないが、具体的には、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、エチルセルロース、ポリビニルアルコール、酸化スターチ、リン酸化スターチ、カゼイン及びこれらの塩等が挙げられる。これらは、1種を単独で用いても、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
さらに増粘剤を用いる場合には、負極活物質に対する増粘剤の割合は、通常0.1質量%以上であり、0.5質量%以上が好ましく、0.6質量%以上がさらに好ましく、また、通常5質量%以下であり、3質量%以下が好ましく、2質量%以下がさらに好ましい。負極活物質に対する増粘剤の割合が、上記範囲を下回ると、著しく塗布性が低下する場合がある。また、上記範囲を上回ると、負極活物質層に占める負極活物質の割合が低下し、電池の容量が低下したりや負極活物質間の抵抗が増大する場合がある。
[2.6 電極密度]
負極活物質を電極化した際の電極構造は特に制限されないが、集電体上に存在している負極活物質の密度は、1g・cm−3以上が好ましく、1.2g・cm−3以上がさらに好ましく、1.3g・cm−3以上が特に好ましく、また、2.2g・cm−3以下が好ましく、2.1g・cm−3以下がより好ましく、2.0g・cm−3以下がさらに好ましく、1.9g・cm−3以下が特に好ましい。集電体上に存在している負極活物質の密度が、上記範囲を上回ると、負極活物質粒子が破壊され、初期不可逆容量の増加や、集電体/負極活物質界面付近への非水系電解液の浸透性低下による高電流密度充放電特性悪化を招く場合がある。また、上記範囲を下回ると、負極活物質間の導電性が低下し、電池抵抗が増大し、単位容積当たりの容量が低下する場合がある。
[2.7 負極板の厚さ]
負極板の厚さは用いられる正極板に合わせて設計されるものであり、特に制限されないが、芯材の金属箔厚さを差し引いた合材層の厚さは通常15μm以上、好ましくは20μm以上、より好ましくは30μm以上、また、通常300μm以下、好ましくは280μm以下、より好ましくは250μm以下が望ましい。
[2.8 負極板の表面被覆]
また、上記負極板の表面に、負極板とは異なる組成の物質が付着したものを用いてもよい。表面付着物質としては酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化ホウ素、酸化アンチモン、酸化ビスマス等の酸化物、硫酸リチウム、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、硫酸マグネシウム、硫酸カルシウム、硫酸アルミニウム等の硫酸塩、炭酸リチウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム等の炭酸塩等が挙げられる。
[III.正極]
[1.正極活物質]
以下に正極に使用される正極活物質について述べる。
[1.1 組成]
正極活物質としては、電気化学的にリチウムイオンを吸蔵・放出可能なものであれば特に制限されないが、例えば、リチウムと少なくとも1種の遷移金属を含有する物質が好ましい。具体例としては、リチウム遷移金属複合酸化物、リチウム含有遷移金属リン酸化合物が挙げられる。
リチウム遷移金属複合酸化物の遷移金属としてはV、Ti、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu等が好ましく、具体例としては、LiCoO等のリチウム・コバルト複合酸化物、LiNiO等のリチウム・ニッケル複合酸化物、LiMnO、LiMn、LiMnO等のリチウム・マンガン複合酸化物、及び、これらのリチウム遷移金属複合酸化物の主体となる遷移金属原子の一部をNa、K、B、F、Al、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Li、Ni、Cu、Zn、Mg、Ga、Zr、Si、Nb、Mo、Sn、W等の他の元素で置換したもの等が挙げられる。置換されたものの具体例としては、例えば、LiNi0.5Mn0.5、LiNi0.85Co0.10Al0.05、LiNi0.33Co0.33Mn0.33、LiNi0.45Co0.10Al0.45、LiMn1.8Al0.2、LiMn1.5Ni0.5等が挙げられる。
リチウム含有遷移金属リン酸化合物の遷移金属としては、V、Ti、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu等が好ましく、具体例としては、例えば、LiFePO、LiFe(PO、LiFeP等のリン酸鉄類、LiCoPO等のリン酸コバルト類、これらのリチウム遷移金属リン酸化合物の主体となる遷移金属原子の一部をAl、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Li、Ni、Cu、Zn、Mg、Ga、Zr、Nb、Si等の他の元素で置換したもの等が挙げられる。
また、正極活物質にリン酸リチウムを含ませると、連続充電特性が向上するので好ましい。リン酸リチウムの使用に制限はないが、前記の正極活物質とリン酸リチウムを混合して用いることが好ましい。使用するリン酸リチウムの量は前記正極活物質とリン酸リチウムの合計に対し、下限が、好ましくは0.1質量%以上、より好ましくは0.3質量%以上、さらに好ましくは0.5質量%以上であり、上限が、好ましくは10質量%以下、より好ましくは8質量%以下、さらに好ましくは5質量%以下である。
[1.2 表面被覆]
また、上記正極活物質の表面に、正極活物質とは異なる組成の物質が付着したものを用いてもよい。表面付着物質としては酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化ホウ素、酸化アンチモン、酸化ビスマス等の酸化物、硫酸リチウム、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、硫酸マグネシウム、硫酸カルシウム、硫酸アルミニウム等の硫酸塩、炭酸リチウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム等の炭酸塩、炭素等が挙げられる。
これら表面付着物質は、例えば、溶媒に溶解又は懸濁させて該正極活物質に含浸添加後、乾燥する方法、表面付着物質前駆体を溶媒に溶解又は懸濁させて該正極活物質に含浸添加後、加熱等により反応させる方法、正極活物質前駆体に添加して同時に焼成する方法等により該正極活物質表面に付着させることができる。なお、炭素を付着させる場合には、炭素質を、例えば、活性炭等の形で後から機械的に付着させる方法も用いることもできる。
表面付着物質の量としては、該正極活物質に対して質量で、下限として好ましくは0.1ppm以上、より好ましくは1ppm以上、さらに好ましくは10ppm以上、上限として、好ましくは20%以下、より好ましくは10%以下、さらに好ましくは5%以下で用いられる。表面付着物質により、正極活物質表面での電解液の酸化反応を抑制することができ、電池寿命を向上させることができるが、その付着量が少なすぎる場合、その効果は十分に発現せず、また、多すぎる場合には、リチウムイオンの出入りを阻害するため抵抗が増加する場合がある。
本発明においては、正極活物質の表面に、これとは異なる組成の物質が付着したものも「正極活物質」に含まれる。
[1.3 形状]
正極活物質の粒子の形状は、従来用いられるような、塊状、多面体状、球状、楕円球状、板状、針状、柱状等が挙げられる。また、一次粒子が凝集して、二次粒子を形成していてもよい。
[1.4 タップ密度]
正極活物質のタップ密度は、好ましくは0.5g/cm以上、より好ましくは0.8g/cm以上、さらに好ましくは1.0g/cm以上である。該正極活物質のタップ密度が上記下限を下回ると正極活物質層形成時に、必要な分散媒量が増加すると共に、導電材や結着剤の必要量が増加し、正極活物質層への正極活物質の充填率が制約され、電池容量が制約される場合がある。
タップ密度の高い複合酸化物粉体を用いることにより、高密度の正極活物質層を形成することができる。タップ密度は一般に大きいほど好ましく、特に上限はないが、大きすぎると、正極活物質層内における電解液を媒体としたリチウムイオンの拡散が律速となり、負荷特性が低下しやすくなる場合があるため、上限は、好ましくは4.0g/cm以下、より好ましくは3.7g/cm以下、さらに好ましくは3.5g/cm以下である。
なお、本発明では、タップ密度は、正極活物質粉体5〜10gを10mlのガラス製メスシリンダーに入れ、ストローク約20mmで200回タップした時の粉体充填密度(タップ密度)g/mLとして求める。
[1.5 メジアン径d50
正極活物質の粒子のメジアン径d50(一次粒子が凝集して二次粒子を形成している場合には二次粒子径)は好ましくは0.3μm以上、より好ましくは0.5μm以上、さらに好ましくは0.8μm以上、最も好ましくは1.0μm以上であり、上限は、好ましくは30μm以下、より好ましくは27μm以下、さらに好ましくは25μm以下、最も好ましくは22μm以下である。上記下限を下回ると、高タップ密度品が得られなくなる場合があり、上限を超えると粒子内のリチウムの拡散に時間がかかるため、電池性能の低下をきたしたり、電池の正極作製時、即ち活物質と導電材やバインダー等を溶媒でスラリー化し、薄膜状に塗布する際に、スジを引く等の問題を生ずる場合がある。ここで、異なるメジアン径d50をもつ該正極活物質を2種類以上混合することで、正極作成時の充填性をさらに向上させることができる。
なお、本発明では、メジアン径d50は、公知のレーザー回折/散乱式粒度分布測定装置によって測定される。粒度分布計としてHORIBA社製LA−920を用いる場合、測定の際に用いる分散媒として、0.1質量%ヘキサメタリン酸ナトリウム水溶液を用い、5分間の超音波分散後に測定屈折率1.24を設定して測定される。
[1.6 平均一次粒子径]
一次粒子が凝集して二次粒子を形成している場合には、該正極活物質の平均一次粒子径としては、好ましくは0.05μm以上、より好ましくは0.1μm以上、さらに好ましくは0.2μm以上であり、上限は、好ましくは5μm以下、より好ましくは4μm以下、さらに好ましくは3μm以下、最も好ましくは2μm以下である。上記上限を超えると球状の二次粒子を形成し難く、粉体充填性に悪影響を及ぼしたり、比表面積が大きく低下するために、出力特性等の電池性能が低下する可能性が高くなる場合がある。逆に、上記下限を下回ると、通常、結晶が未発達であるために充放電の可逆性が劣る等の問題を生ずる場合がある。
なお、本発明では、平均一次粒子径は、走査電子顕微鏡(SEM)を用いた観察により測定される。具体的には、10000倍の倍率の写真で、水平方向の直線に対する一次粒子の左右の境界線による切片の最長の値を、任意の50個の一次粒子について求め、その平均をとることにより求められる。
[1.7 BET比表面積]
正極活物質のBET比表面積は、好ましくは0.1m/g以上、より好ましくは0.2m/g以上、さらに好ましくは0.3m/g以上であり、上限は50m/g以下、好ましくは40m/g以下、さらに好ましくは30m/g以下である。BET比表面積がこの範囲よりも小さいと電池性能が低下しやすく、大きいとタップ密度が上がりにくくなり、正極活物質層形成時の塗布性に問題が発生しやすい場合がある。
なお、本発明では、BET比表面積は、表面積計(例えば、大倉理研製全自動表面積測定装置)を用い、試料に対して窒素流通下150℃で30分間、予備乾燥を行なった後、大気圧に対する窒素の相対圧の値が0.3となるように正確に調整した窒素ヘリウム混合ガスを用い、ガス流動法による窒素吸着BET1点法によって測定した値で定義される。
[1.8 正極活物質の製造法]
正極活物質の製造法としては、無機化合物の製造法として一般的な方法が用いられる。特に球状ないし楕円球状の活物質を作製するには種々の方法が考えられるが、例えば、遷移金属の原料物質を水等の溶媒中に溶解ないし粉砕分散して、攪拌をしながらpHを調節して球状の前駆体を作製回収し、これを必要に応じて乾燥した後、LiOH、LiCO、LiNO等のLi源を加えて高温で焼成して活物質を得る方法等が挙げられる。
正極の製造のために、前記の正極活物質を単独で用いてもよく、異なる組成の1種以上を、任意の組み合わせ又は比率で併用してもよい。この場合の好ましい組み合わせとしては、LiCoOとLiNi0.33Co0.33Mn0.33などのLiMn若しくはこのMnの一部を他の遷移金属等で置換したものとの組み合わせ、あるいは、LiCoO若しくはこのCoの一部を他の遷移金属等で置換したものとの組み合わせが挙げられる。
[2.正極の構成と作製法]
以下に、正極の構成について述べる。本発明において、正極は、正極活物質と結着剤とを含有する正極活物質層を、集電体上に形成して作製することができる。正極活物質を用いる正極の製造は、常法により行うことができる。即ち、正極活物質と結着剤、並びに必要に応じて導電材及び増粘剤等を乾式で混合してシート状にしたものを正極集電体に圧着するか、又はこれらの材料を液体媒体に溶解又は分散させてスラリーとして、これを正極集電体に塗布し、乾燥することにより、正極活物質層を集電体上に形成させることにより正極を得ることができる。
正極活物質の、正極活物質層中の含有量は、好ましくは80質量%以上、より好ましくは82質量%以上、特に好ましくは84質量%以上である。また上限は、好ましくは99質量%以下、より好ましくは98質量%以下である。正極活物質層中の正極活物質の含有量が低いと電気容量が不十分となる場合がある。逆に含有量が高すぎると正極の強度が不足する場合がある。
塗布、乾燥によって得られた正極活物質層は、正極活物質の充填密度を上げるために、ハンドプレス、ローラープレス等により圧密化することが好ましい。正極活物質層の密度は、下限として好ましくは1.5g/cm以上、より好ましくは2g/cm以上、さらに好ましくは2.2g/cm以上であり、上限としては、好ましくは5g/cm以下、より好ましくは4.5g/cm以下、さらに好ましくは4g/cm以下の範囲である。この範囲を上回ると集電体/活物質界面付近への電解液の浸透性が低下し、特に高電流密度での充放電特性が低下して、高出力が得られない場合がある。また上記範囲を下回ると活物質間の導電性が低下し、電池抵抗が増大し高出力が得られない場合がある。
[2.1 導電材]
導電材としては、公知の導電材を任意に用いることができる。具体例としては、銅、ニッケル等の金属材料;天然黒鉛、人造黒鉛等の黒鉛(グラファイト);アセチレンブラック等のカーボンブラック;ニードルコークス等の無定形炭素等の炭素材料等が挙げられる。なお、これらは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
導電材は、正極活物質層中に、通常0.01質量%以上、好ましくは0.1質量%以上、より好ましくは1質量%以上であり、また上限は、通常50質量%以下、好ましくは30質量%以下、より好ましくは15質量%以下含有するように用いられる。含有量がこの範囲よりも低いと導電性が不十分となる場合がある。逆に、含有量がこの範囲よりも高いと電池容量が低下する場合がある。
[2.2 結着剤]
正極活物質層の製造に用いる結着剤(バインダー)としては、特に限定されず、塗布法の場合は、電極製造時に用いる液体媒体に対して溶解又は分散される材料であればよい。具体例としては、
ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリメチルメタクリレート、ポリイミド、芳香族ポリアミド、セルロース、ニトロセルロース等の樹脂系高分子;
SBR(スチレン−ブタジエンゴム)、NBR(アクリロニトリル−ブタジエンゴム)、フッ素ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、エチレン−プロピレンゴム等のゴム状高分子;
スチレン・ブタジエン・スチレンブロック共重合体又はその水素添加物、EPDM(エチレン・プロピレン・ジエン三元共重合体)、スチレン・エチレン・ブタジエン・エチレン共重合体、スチレン・イソプレン・スチレンブロック共重合体又はその水素添加物等の熱可塑性エラストマー状高分子;
シンジオタクチック−1,2−ポリブタジエン、ポリ酢酸ビニル、エチレン・酢酸ビニル共重合体、プロピレン・α−オレフィン共重合体等の軟質樹脂状高分子;
ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリテトラフルオロエチレン、フッ素化ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン・エチレン共重合体等のフッ素系高分子;
アルカリ金属イオン(特にリチウムイオン)のイオン伝導性を有する高分子組成物;等が挙げられる。なお、これらの物質は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
正極活物質層中の結着剤の割合は、通常0.1質量%以上、好ましくは1質量%以上、さらに好ましくは1.5質量%以上であり、上限は、通常80質量%以下、好ましくは60質量%以下、さらに好ましくは40質量%以下、最も好ましくは10質量%以下である。結着剤の割合が低すぎると、正極活物質を十分保持できずに正極の機械的強度が不足し、サイクル特性等の電池性能を悪化させてしまう場合がある。一方で、高すぎると、電池容量や導電性の低下につながる場合がある。
[2.3 スラリー形成溶媒]
スラリーを形成するための溶媒としては、正極活物質、導電材、結着剤、並びに必要に応じて使用される増粘剤を溶解又は分散することが可能な溶媒であれば、その種類に特に制限はなく、水系溶媒と有機系溶媒のどちらを用いてもよい。水系媒体としては、例えば、水、アルコールと水との混合媒等が挙げられる。有機系媒体としては、例えば、ヘキサン等の脂肪族炭化水素類;ベンゼン、トルエン、キシレン、メチルナフタレン等の芳香族炭化水素類;キノリン、ピリジン等の複素環化合物;アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類;酢酸メチル、アクリル酸メチル等のエステル類;ジエチレントリアミン、N,N−ジメチルアミノプロピルアミン等のアミン類;ジエチルエーテル、プロピレンオキシド、テトラヒドロフラン(THF)等のエーテル類;N−メチルピロリドン(NMP)、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド等のアミド類;ヘキサメチルホスファルアミド、ジメチルスルホキシド等の非プロトン性極性溶媒等が挙げられる。
特に水系媒体を用いる場合、増粘剤と、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)等のラテックスを用いてスラリー化するのが好ましい。増粘剤は、通常、スラリーの粘度を調整するために使用される。増粘剤としては、特に制限はないが、具体的には、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、エチルセルロース、ポリビニルアルコール、酸化スターチ、リン酸化スターチ、カゼイン及びこれらの塩等が挙げられる。これらは、1種を単独で用いても、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
さらに増粘剤を添加する場合には、活物質に対する増粘剤の割合は、0.1質量%以上、好ましくは0.2質量%以上、より好ましくは0.3質量%以上であり、また、上限としては5質量%以下、好ましくは3質量%以下、より好ましくは2質量%以下の範囲である。この範囲を下回ると、著しく塗布性が低下する場合がある。上記範囲を上回ると、正極活物質層に占める活物質の割合が低下し、電池の容量が低下する場合や正極活物質間の抵抗が増大する場合がある。
[2.4 集電体]
正極集電体の材質としては特に制限されず、公知のものを任意に用いることができる。具体例としては、アルミニウム、ステンレス鋼、ニッケルメッキ、チタン、タンタル等の金属材料;カーボンクロス、カーボンペーパー等の炭素材料が挙げられる。中でも金属材料、特にアルミニウムが好ましい。
集電体の形状としては、金属材料の場合、金属箔、金属円柱、金属コイル、金属板、金属薄膜、エキスパンドメタル、パンチメタル、発泡メタル等が挙げられ、炭素材料の場合、炭素板、炭素薄膜、炭素円柱等が挙げられる。これらのうち、金属薄膜が好ましい。なお、薄膜は適宜メッシュ状に形成してもよい。薄膜の厚さは任意であるが、通常1μm以上、好ましくは3μm以上、より好ましくは5μm以上、また上限は、通常1mm以下、好ましくは100μm以下、より好ましくは50μm以下である。薄膜がこの範囲よりも薄いと集電体として必要な強度が不足する場合がある。逆に、薄膜がこの範囲よりも厚いと取り扱い性が損なわれる場合がある。
また、集電体の表面に導電助剤が塗布されていることも、集電体と正極活物質層の電子接触抵抗を低下させる観点で好ましい。導電助剤としては、炭素や、金、白金、銀等の貴金属類が挙げられる。
集電体と正極活物質層の厚さの比は特には限定されないが、(電解液注液直前の片面の正極活物質層の厚さ)/(集電体の厚さ)の値が20以下であることが好ましく、より好ましくは15以下、最も好ましくは10以下であり、下限は、0.5以上が好ましく、より好ましくは0.8以上、最も好ましくは1以上の範囲である。この範囲を上回ると、高電流密度充放電時に集電体がジュール熱による発熱を生じる場合がある。この範囲を下回ると、正極活物質に対する集電体の体積比が増加し、電池の容量が減少する場合がある。
[2.5 電極面積]
本発明の非水系電解液を用いる場合、高出力かつ高温時の安定性を高める観点から、正極活物質層の面積は、電池外装ケースの外表面積に対して大きくすることが好ましい。具体的には、二次電池の外装の表面積に対する正極の電極面積の総和が面積比で15倍以上とすることが好ましく、さらに40倍以上とすることがより好ましい。
外装ケースの外表面積とは、有底角型形状の場合には、端子の突起部分を除いた発電要素が充填されたケース部分の縦と横と厚さの寸法から計算で求める総面積をいう。有底円筒形状の場合には、端子の突起部分を除いた発電要素が充填されたケース部分を円筒として近似する幾何表面積である。正極の電極面積の総和とは、負極活物質を含む合材層に対向する正極合材層の幾何表面積であり、集電体箔を介して両面に正極合材層を形成してなる構造では、それぞれの面を別々に算出する面積の総和をいう。
[2.6 正極板の厚さ]
正極板の厚さは特に限定されないが、高容量かつ高出力の観点から、芯材の金属箔厚さを差し引いた合材層の厚さは、集電体の片面に対して下限として、好ましくは10μm以上、より好ましくは20μm以上で、上限としては、好ましくは500μm以下、より好ましくは450μm以下である。
[2.7 正極板の表面被覆]
また、上記正極板の表面に、正極板とは異なる組成の物質が付着したものを用いてもよい。表面付着物質としては酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化ホウ素、酸化アンチモン、酸化ビスマス等の酸化物、硫酸リチウム、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、硫酸マグネシウム、硫酸カルシウム、硫酸アルミニウム等の硫酸塩、炭酸リチウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム等の炭酸塩、炭素等が挙げられる。
[IV.セパレータ]
本発明の非水系電解液二次電池において、正極と負極との間には、短絡を防止するために、セパレータを介在させる。この場合、本発明の非水系電解液は、通常はこのセパレータに含浸させて用いる。
セパレータの材料や形状については特に制限されず、本発明の効果を著しく損なわない限り、公知のものを任意に採用することができる。中でも、本発明においては、本発明の非水系電解液に対し安定な材料で形成された、ポリオレフィン系樹脂や、無機物を分散させた樹脂、その他の樹脂、ガラス繊維等を構成成分として用いることが出来る。形状としては、保液性に優れた多孔性シート又は不織布状の形態の物等を用いるのが好ましい。
[1.セパレータの種類]
本発明で用いるセパレータは、ポリオレフィン系樹脂を構成成分の一部として有してもよい。ここでポリオレフィン系樹脂として、具体的にポリエチレン系樹脂やポリプロピレン系樹脂、1−ポリメチルペンテンなどが挙げられる。
ポリエチレン系樹脂の例としては、低密度ポリエチレン、線状低密度ポリエチレン、線状超低密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン及びエチレンを主成分とする共重合体、すなわち、エチレンと、プロピレン、1−ブテン、1−ペンテン、1−ヘキセン、1−ヘプテン、1−オクテンなどの炭素数3〜10のα−オレフィン;酢酸ビニル、プロピオン酸ビニルなどのビニルエステル;アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチルなどの不飽和カルボン酸エステル;若しくは共役ジエンや非共役ジエンのような不飽和化合物;の中から選ばれる1種または2種以上のコモノマーとの共重合体または多元共重合体あるいはその混合組成物が挙げられる。エチレン系重合体のエチレン単位の含有量は、通常50質量%を超えるものである。
これらのポリエチレン系樹脂の中では、低密度ポリエチレン、線状低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレンの中から選ばれる少なくとも1種のポリエチレン系樹脂が好ましく、高密度ポリエチレンが最も好ましい。
また、ポリエチレン系樹脂の重合触媒には特に制限はなく、チーグラー型触媒、フィリップス型触媒、カミンスキー型触媒等いずれのものでもよい。ポリエチレン系樹脂の重合方法として、一段重合、二段重合、もしくはそれ以上の多段重合等があり、いずれの方法のポリエチレン系樹脂も使用可能である。
前記ポリエチレン系樹脂のメルトフローレート(MFR)は特に制限されるものではないが、通常MFRは0.03〜15g/10分であることが好ましく、0.3〜10g/10分であることが好ましい。MFRが上記範囲であれば成形加工時に押出機の背圧が高くなりすぎることが無く生産性に優れる。なお、本発明におけるMFRはJIS K7210(1999)に準拠し、温度190℃、荷重2.16kgの条件下での測定値をさす。
ポリエチレン系樹脂の製造方法は特に限定されるものではなく、公知のオレフィン重合用触媒を用いた公知の重合方法、例えば、チーグラー・ナッタ型触媒に代表されるマルチサイト触媒やメタロセン触媒に代表されるシングルサイト触媒を用いた重合方法が挙げられる。
次に、ポリプロピレン系樹脂の例について説明する。本発明におけるポリプロピレン系樹脂としては、ホモポリプロピレン(プロピレン単独重合体)、またはプロピレンと、エチレン、1−ブテン、1−ペンテン、1−ヘキセン、1―ヘプテン、1−オクテン、1−ノネンもしくは1−デセンなどのα−オレフィンとのランダム共重合体またはブロック共重合体などが挙げられる。この中でも、電池用セパレータに用いる場合には機械的強度の観点からホモポリプロピレンがより好適に使用される。
また、ポリプロピレン系樹脂としては、立体規則性を示すアイソタクチックペンタッド分率が80〜99%であることが好ましく、より好ましくは83〜98%、更に好ましくは85〜97%であるものを使用する。アイソタクチックペンタッド分率が低すぎると、電池用セパレータの機械的強度が低下する恐れがある。一方、アイソタクチックペンタッド分率の上限については現時点において工業的に得られる上限値で規定しているが、将来的に工業レベルで更に規則性の高い樹脂が開発された場合においてはこの限りではない。
アイソタクチックペンタッド分率とは、任意の連続する5つのプロピレン単位で構成される炭素−炭素結合による主鎖に対して側鎖である5つのメチル基がいずれも同方向に位置する立体構造あるいはその割合を意味する。メチル基領域のシグナルの帰属は、A.Zambellietatal.(Macromol.8,687(1975))に準拠している。
また、ポリプロピレン系樹脂は、分子量分布を示すパラメータであるMw/Mnが1.5〜10.0であることが好ましい。より好ましくは2.0〜8.0、更に好ましくは2.0〜6.0であるものが使用される。Mw/Mnが小さいほど分子量分布が狭いことを意味するが、Mw/Mnが1.5未満であると押出成形性が低下する場合が生じるほか、工業的に生産することが困難となる場合がある。一方Mw/Mnが10.0を超えた場合は低分子量成分が多くなり、得られる電池用セパレータの機械強度が低下しやすい。Mw/MnはGPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)法によって得られる。
また、ポリプロピレン系樹脂のメルトフローレート(MFR)は特に制限されるものではないが、通常、MFRは0.1〜15g/10分であることが好ましく、0.5〜10g/10分であることがより好ましい。MFRが0.1g/10分未満では、成形加工時の樹脂の溶融粘度が高く生産性が低下する。一方、15g/10分を超えると得られる電池用セパレータの強度が不足するなどの実用上の問題が生じやすい。なお、MFRはJIS K7210(1999)に準拠して温度230℃、荷重2.16kgの条件で測定している。
本発明で用いるセパレータは、無機物を分散させた樹脂セパレータでもよい。無機物としては、電池反応を阻害しなければ、特に限定はされず、例えば、酸化チタン、酸化ケイ素、酸化バリウム、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化カリウム、酸化ケイ素、チタン酸カリウム、チタン酸マグネシウムカリウム、チタン酸バリウム、酸化スズ、酸化亜鉛、タンタル、カオリナイト、モンモリロナイト、マイカ、炭酸カルシウム、ジルコニア、リン酸チタン酸リチウムなどが挙げられる。またこれら化合物を構成する金属が他の金属元素、例えば、Na、Mg、K、Al、Si、Cr、Fe、Co、Cu、Zn、Ga、Zr及びNbからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素で置換されているものでもよい。これら無機物は1種類のみを用いても2種類以上を併用してもよい。また。電池反応を阻害しないものであれば、無機物に公知の手法で表面処理等を施すことも可能である。
無機物の形状としては特に制限はなく、球状、板状、繊維上、その他無定形状あるいはそれの混合物であってもかまわない。
分散に用いる樹脂としては、
ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリメチルメタクリレート、ポリイミド、芳香族ポリアミド、セルロース、ニトロセルロース等の樹脂系高分子;
SBR(スチレン−ブタジエンゴム)、NBR(アクリロニトリル−ブタジエンゴム)、フッ素ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、エチレン−プロピレンゴム等のゴム状高分子;
スチレン・ブタジエン・スチレンブロック共重合体又はその水素添加物、EPDM(エチレン・プロピレン・ジエン三元共重合体)、スチレン・エチレン・ブタジエン・エチレン共重合体、スチレン・イソプレン・スチレンブロック共重合体又はその水素添加物等の熱可塑性エラストマー状高分子;
シンジオタクチック−1,2−ポリブタジエン、ポリ酢酸ビニル、エチレン・酢酸ビニル共重合体、プロピレン・α−オレフィン共重合体等の軟質樹脂状高分子;
ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリテトラフルオロエチレン、フッ素化ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン・エチレン共重合体等のフッ素系高分子;
アルカリ金属イオン(特にリチウムイオン)のイオン伝導性を有する高分子組成物;等が挙げられる。なお、これらの物質は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
その他の樹脂、ガラス繊維セパレータの材料として、例えば、芳香族ポリアミド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエーテルスルホン、ガラスフィルター等を上記ポリオレフィン系樹脂と併用することができる。これらの材料は1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
[2.セパレータの形状]
セパレータの厚さは任意であるが、通常1μm以上であり、5μm以上が好ましく、8μm以上がさらに好ましく、また、通常50μm以下であり、40μm以下が好ましく、30μm以下がさらに好ましい。セパレータが、上記範囲より薄過ぎると、絶縁性や機械的強度が低下する場合がある。また、上記範囲より厚過ぎると、レート特性等の電池性能が低下する場合があるばかりでなく、非水系電解液二次電池全体としてのエネルギー密度が低下する場合がある。
さらに、セパレータとして多孔性シートや不織布等の多孔質のものを用いる場合、セパレータの空孔率は任意であるが、通常20%以上であり、35%以上が好ましく、45%以上がさらに好ましく、また、通常90%以下であり、85%以下が好ましく、75%以下がさらに好ましい。空孔率が、上記範囲より小さ過ぎると、膜抵抗が大きくなってレート特性が悪化する傾向がある。また、上記範囲より大き過ぎると、セパレータの機械的強度が低下し、絶縁性が低下する傾向にある。
また、セパレータの平均孔径も任意であるが、通常0.5μm以下であり、0.2μm以下が好ましく、また、通常0.05μm以上である。平均孔径が、上記範囲を上回ると、短絡が生じ易くなる。また、上記範囲を下回ると、膜抵抗が大きくなりレート特性が低下する場合がある。
一方、無機物の材料としては、例えば、アルミナや二酸化ケイ素等の酸化物、窒化アルミや窒化ケイ素等の窒化物、硫酸バリウムや硫酸カルシウム等の硫酸塩が用いられ、粒子形状もしくは繊維形状のものが用いられる。
形態としては、不織布、織布、微多孔性フィルム等の薄膜形状のものが用いられる。薄膜形状では、孔径が0.01〜1μm、厚さが5〜50μmのものが好適に用いられる。
上記の独立した薄膜形状以外に、樹脂製の結着剤を用いて上記無機物の粒子を含有する複合多孔層を正極及び/又は負極の表層に形成させてなるセパレータを用いることができる。例えば、正極の両面に90%粒径(平均粒径d90)が1μm未満のアルミナ粒子を、フッ素樹脂を結着剤として多孔層を形成させることが挙げられる。
[V.電池設計]
[1.電極群]
電極群は、上記の正極板と負極板とを上記のセパレータを介してなる積層構造のもの、及び上記の正極板と負極板とを上記のセパレータを介して渦巻き状に捲回した構造のもののいずれでもよい。電極群の体積が電池内容積に占める割合(以下、「電極群占有率」と称する。)は、通常40%以上であり、50%以上が好ましく、また、通常90%以下であり、80%以下が好ましい。
電極群占有率が、上記範囲を下回ると、電池容量が小さくなる。また、上記範囲を上回ると空隙スペースが少なく、電池が高温になることによる部材の膨張や電解質の液成分の蒸気圧増加による内部圧力の上昇によって、電池としての充放電繰り返し性能や高温保存等の諸特性を低下させる場合や、さらには、内部圧力を外に逃がすガス放出弁が作動する場合がある。
[2.集電構造]
集電構造は、特に制限されないが、本発明の非水系電解液による高電流密度の充放電特性の向上をより効果的に実現するには、配線部分や接合部分の抵抗を低減する構造にすることが好ましい。この様に内部抵抗を低減させた場合、本発明の非水系電解液を使用した効果は特に良好に発揮される。
電極群が上記の積層構造のものでは、各電極層の金属芯部分を束ねて端子に溶接して形成される構造が好適に用いられる。一枚の電極面積が大きくなる場合には、内部抵抗が大きくなるので、電極内に複数の端子を設けて抵抗を低減することも好適に用いられる。電極群が上記の捲回構造のものでは、正極及び負極にそれぞれ複数のリード構造を設け、端子に束ねることにより、内部抵抗を低くすることができる。
[3.外装ケース]
外装ケースの材質は用いられる非水系電解液に対して安定な物質であれば特に制限されない。具体的には、ニッケルめっき鋼板、ステンレス、アルミニウム又はアルミニウム合金、マグネシウム合金等の金属類、又は、樹脂とアルミ箔との積層フィルム(ラミネートフィルム)が用いられる。軽量化の観点から、アルミニウム又はアルミニウム合金の金属、ラミネートフィルムが好適に用いられる。
金属類を用いる外装ケースでは、レーザー溶接、抵抗溶接、超音波溶接により金属同士を溶着して封止密閉構造とするもの、若しくは、樹脂製ガスケットを介して上記金属類を用いてかしめ構造とするものが挙げられる。上記ラミネートフィルムを用いる外装ケースでは、樹脂層同士を熱融着することにより封止密閉構造とするもの等が挙げられる。
シール性を上げるために、上記樹脂層の間にラミネートフィルムに用いられる樹脂と異なる樹脂を介在させてもよい。特に、集電端子を介して樹脂層を熱融着して密閉構造とする場合には、金属と樹脂との接合になるので、介在する樹脂として極性基を有する樹脂や極性基を導入した変性樹脂が好適に用いられる。
[4.保護素子]
保護素子として、異常発熱や過大電流が流れた時に抵抗が増大するPTC(Positive Temperature Coefficient)、温度ヒューズ、サーミスター、異常発熱時に電池内部圧力や内部温度の急激な上昇により回路に流れる電流を遮断する弁(電流遮断弁)等を使用することができる。上記保護素子は高電流の通常使用で作動しない条件のものを選択することが好ましく、保護素子がなくても異常発熱や熱暴走に至らない設計にすることがより好ましい。
[5.外装体]
本発明の非水系電解液二次電池は、通常、上記の非水系電解液、負極、正極、セパレータ等を外装体内に収納して構成される。この外装体は、特に制限されず、本発明の効果を著しく損なわない限り、公知のものを任意に採用することができる。具体的に、外装体の材質は任意であるが、通常は、例えばニッケルメッキを施した鉄、ステンレス、アルミニウム又はその合金、ニッケル、チタン等が用いられる。
また、外装体の形状も任意であり、例えば円筒型、角形、ラミネート型、コイン型、大型等のいずれであってもよい。
以下に、実施例及び比較例を挙げて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。
尚、下記実施例および比較例で得られたリチウム二次電池の各評価方法を以下に示す。
[慣らし運転]
得られたリチウム二次電池を、電極間の密着性を高めるためにガラス板で挟んだ状態で、25℃において0.2Cに相当する定電流で慣らし運転を行った。ここで、1Cとは電池の基準容量を1時間で放電する電流値を表し、2Cとはその2倍の電流値を、また0.2Cとはその1/5の電流値を表す。
[保存試験]
上記慣らし運転を実施した後のリチウム二次電池を2.7Vに充電し、60℃にて1週間保存した。保存前後にアルキメデス法を用いて、体積測定を行い、[(保存後体積−保存前体積)÷保存前体積×100]の値を算出した。なお、表1〜3の評価結果は、それぞれ比較例A−1、参考例B−2、比較例C−1を100とした場合の数値である。
[放電10Cレート試験]
上記慣らし運転を実施した後のリチウム二次電池を2.7Vまで充電し、10Cにて放電し、そのときに得られた値を10C放電容量(mAh)とした。なお、作製したリチウム二次電池は0.2Cでの放電容量が約34mAhとなるように規格化した。
<試験例A>
(実施例A−1)
[負極の製造]
負極活物質としてリチウムチタン複合酸化物を使用し、リチウムチタン複合酸化物:導電助剤:バインダーが91:4:5(質量比)からなる負極を上記明細書に示した方法で作製した。用いたリチウムチタン複合酸化物がリチウムイオンを吸蔵放出する電位は1.2〜2.0Vである。なお、実施例A−1〜A−7及び比較例A−1〜A−4で用いる負極はすべて同じものとした。
[正極の製造]
正極活物質としてのリチウムコバルトニッケルマンガン酸化物(LiNi1/3Co1/3Mn1/3)92質量%と、導電材としてアセチレンブラック5質量%と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン(PVdF)3質量%とを、N−メチルピロリドン溶媒中で、ディスパーザーで混合してスラリー化した。これをアルミニウム箔の両面に均一に塗布、乾燥した後、プレスして正極とした。なお、実施例A−1〜A−7及び比較例A−1〜A−4で用いる正極はすべて同じものとした。
[非水系電解液の製造]
乾燥アルゴン雰囲気下、エチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)との混合物(容量比3:7)である溶媒に乾燥したLiPFを1mol/Lの割合となるように溶解し、非水系電解液中の含有量が0.5質量%となるように無水コハク酸(SUC)を添加剤として混合して電解液とした。
[非水系電解液二次電池の製造]
負極、セパレータ、正極を積層して電池要素を作製した。この電池要素をアルミニウムの両面を樹脂層で被覆したラミネートフィルムからなる袋内に正極と負極の端子を突設させながら挿入した後、上記で調製した電解液をそれぞれ袋内に注入し、真空封止を行い、シート状電池を作製した。得られた非水系電解液二次電池のガス発生量および放電特性の評価として、上述した保存試験及び放電10Cレート試験をそれぞれ行った。評価結果を表1に示す。
(実施例A−2)
実施例A−1の電解液において、SUCの含有量を1.0質量%とした以外は、実施例A−1と同様にして非水系電解液を調製し、シート状電池を作製した。得られた非水系電解液二次電池のガス発生量および放電特性の評価を行った。評価結果を表1に示す。
(実施例A−3)
実施例A−1の電解液において、SUCの含有量を2.0質量%とした以外は、実施例A−1と同様にして非水系電解液を調製し、シート状電池を作製した。得られた非水系電解液二次電池のガス発生量および放電特性の評価を行った。評価結果を表1に示す。
(実施例A−4)
実施例A−1の電解液において、添加剤をSUCに代えてマレイン酸無水物(MAL)0.5質量%を使用した以外は、実施例A−1と同様にして非水系電解液を調製し、シート状電池を作製した。得られた非水系電解液二次電池のガス発生量および放電特性の評価を行った。評価結果を表1に示す。
(実施例A−5)
実施例A−1の電解液において、SUC0.5質量%に加え、さらにジフルオロリン酸リチウム(MP1)を0.5質量%添加した以外は、実施例A−1と同様にして非水系電解液を調製し、シート状電池を作製した。得られた非水系電解液二次電池のガス発生量および放電特性の評価を行った。評価結果を表1に示す。
(実施例A−6)
実施例A−1の電解液において、SUC0.5質量%に加え、さらにビニレンカーボネート(VC)を0.5質量%添加した以外は、実施例A−1と同様にして非水系電解液を調製し、シート状電池を作製した。得られた非水系電解液二次電池のガス発生量および放電特性の評価を行った。評価結果を表1に示す。
(実施例A−7)
実施例A−1の電解液において、溶媒をECとDECとの混合物(容量比3:7)に代えてECとDECとエチルメチルカーボネート(EMC)との混合物(容量比3:4:3)を使用した以外は、実施例A−1と同様にして非水系電解液を調製し、シート状電池を作製した。得られた非水系電解液二次電池のガス発生量の評価を行った。評価結果を表1に示す。
(比較例A−1)
実施例A−1の電解液において、添加剤を一切混合しなかった以外は、実施例A−1と同様にして非水系電解液を調製し、シート状電池を作製した。得られた非水系電解液二次電池のガス発生量および放電特性の評価を行った。評価結果を表1に示す。
(比較例A−2)
実施例A−1の電解液において、溶媒をECとDECとの混合物(容量比3:7)に代えてECとEMCとの混合物(容量比3:7)を使用した以外は、実施例A−1と同様にして非水系電解液を調製し、シート状電池を作製した。得られた非水系電解液二次電池のガス発生量の評価を行った。評価結果を表1に示す。
(比較例A−3)
実施例A−1の電解液において、溶媒をECとDECとの混合物(容量比3:7)に代えてECとジプロピルカーボネート(DPC)との混合物(3:7)を使用した以外は、実施例A−1と同様にして非水系電解液を調製し、シート状電池を作製した。得られた非水系電解液二次電池のガス発生量及び放電特性の評価は注液不可より測定不能であった。
(比較例A−4)
実施例A−1の電解液において、溶媒をECとDECとの混合物(容量比3:7)に代えてECとジメチルカーボネート(DMC)との混合物(容量比3:7)を使用した以外は、実施例A−1と同様にして非水系電解液を調製し、シート状電池を作製した。得られた非水系電解液二次電池のガス発生量の評価を行った。評価結果を表1に示す。
Figure 0006222090
<試験例B>
(比較例B−1)
実施例A−1において、負極活物質をリチウムチタン複合酸化物に代えてグラファイト粉末98質量部とPVdF 2質量部とを混合し、水を加えてスラリー状にしたものを、銅からなる集電体の片面に塗布・乾燥して作製した負極を使用した以外は、実施例A−1と同様にして負極を作製し、正極及び非水系電解液と共にシート状電池を作製した。得られた非水系電解液二次電池のガス発生量の評価を行った。評価結果を表2に示す。
なお、負極活物質として用いたグラファイト粉末は、0.005〜0.5Vにおいてリチウムイオンを吸蔵放出する。
(比較例B−2)
比較例B−1の電解液において、添加剤を一切混合しなかった以外は、比較例B−1と同様にして非水系電解液を調製し、シート状電池を作製した。得られた非水系電解液二次電池のガス発生量の評価を行った。評価結果を表2に示す。
Figure 0006222090
<試験例C>
(実施例C−1)
[負極の製造]
負極活物質としてリチウムチタン複合酸化物を使用し、リチウムチタン複合酸化物:導電助剤:バインダーが91:4:5(質量比)からなる負極を上記明細書に示した方法で作製した。用いたリチウムチタン複合酸化物がリチウムイオンを吸蔵放出する電位は1.2〜2.0Vである。なお、実施例C−1〜C−4及び比較例C−1〜C−3で用いる負極はすべて同じものとした。
[正極の製造]
正極活物質としてのリチウムニッケルコバルト含有酸化物(Li(Ni0.8Co0.15Al0.05)O)85質量%と、導電材としてアセチレンブラック7質量%と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン(PVdF)8質量%とを、N−メチルピロリドン溶媒中で、ディスパーザーで混合してスラリー化した。これをアルミニウム箔の両面に均一に塗布、乾燥した後、プレスして正極とした。なお、実施例C−1〜C−4及び比較例C−1〜C−3で用いる負極はすべて同じものとした。
[非水系電解液の製造]
乾燥アルゴン雰囲気下、エチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)との混合物(容量比3:7)である溶媒に乾燥したLiPFを1mol/Lの割合となるように溶解し、非水系電解液中の含有量が0.5質量%となるように無水コハク酸(SUC)を添加剤として混合して電解液とした。
[非水系電解液二次電池の製造]
負極、セパレータ、正極を積層して電池要素を作製した。この電池要素をアルミニウムの両面を樹脂層で被覆したラミネートフィルムからなる袋内に正極と負極の端子を突設させながら挿入した後、上記で調製した電解液をそれぞれ袋内に注入し、真空封止を行い、シート状電池を作製した。得られた非水系電解液二次電池のガス発生量および放電特性の評価として、上述した保存試験及び放電10Cレート試験を行った。評価結果を表3に示す。
(実施例C−2)
実施例A−1の電解液において、SUCの含有量を3.0質量%とした以外は、実施例C−1と同様にして非水系電解液を調製し、シート状電池を作製した。得られた非水系電解液二次電池のガス発生量の評価を行った。評価結果を表3に示す。
(実施例C−3)
実施例C−1の電解液において、溶媒をECとDECとの混合物(容量比3:7)に代えてプロピレンカーボネート(PC)とDECとの混合物(容量比3:7)を使用した以外は、実施例C−1と同様にして非水系電解液を調製し、シート状電池を作製した。得られた非水系電解液二次電池のガス発生量の評価を行った。評価結果を表3に示す。
(実施例C−4)
実施例C−1の電解液において、溶媒をECとDECとの混合物(容量比3:7)に代えてスルホラン(SLF)とDECとの混合物(容量比3:7)を使用した以外は、実施例C−1と同様にして非水系電解液を調製し、シート状電池を作製した。得られた非水系電解液二次電池のガス発生量の評価を行った。評価結果を表3に示す。
(比較例C−1)
実施例C−1の電解液において、添加剤を一切混合しなかった以外は、実施例C−1と同様にして非水系電解液を調製し、シート状電池を作製した。得られた非水系電解液二次電池のガス発生量および放電特性の評価を行った。評価結果を表3に示す。
(比較例C−2)
比較例C−1の電解液において、溶媒をECとDECとの混合物(容量比3:7)に代えてECとEMCとの混合物(容量比3:7)を使用した以外は、比較例C−1と同様にして非水系電解液を調製し、シート状電池を作製した。得られた非水系電解液二次電池のガス発生量の評価を行った。評価結果を表3に示す。
(比較例C−3)
実施例C−1の電解液において、添加剤をSUCに代えてVCを0.5質量%添加した以外は、実施例C−1と同様にして非水系電解液を調製し、シート状電池を作製した。得られた非水系電解液二次電池のガス発生量の評価を行った。評価結果を表3に示す。
Figure 0006222090
実施例A−1〜A−7で示されるように、対称鎖状カーボネートであるDECと酸無水物を共に含有する電解液を用いたリチウム二次電池は、放電容量が低下することなく、保存後の体積増加(ガス発生量)が抑制される傾向にある。DECに代えてEMCやDMCといった鎖状カーボネートを溶媒として含み、酸無水物を共に含有する電解液をもちいた場合には、比較例A−2やA−4に示すようにガス発生量が多くなってしまったり、さらに、DECに代えてDPCと酸無水物とを共に含有する電解液をもちいた場合には比較例A−3に示すように注液不可になることから、DECと酸無水物を共に含む電解液を使用することが、本発明に係る非水系電解液二次電池において有効であることが分かる。
また、参考例B−1及びB−2で示されるように、負極活物質がグラファイトであると、本発明の効果は得られないことから、本発明は、負極活物質が、リチウムチタン複合酸化物等、リチウムイオンを吸蔵放出する電位が1.0Vよりも貴な電位にある場合に有効であることが示唆された。
さらに、実施例C−1〜C−4で示されるように、正極活物質の種類によらず本発明の効果を得ることができ、さらにはDECと酸無水物が含まれていれば、環状カーボネートの種類によらず、ガス発生を抑制できることが分かった。
上記のとおり、本発明の非水系電解液を用いた非水系電解液二次電池は、高温保存時のガス発生を抑制し、電池特性を改善することができる。本発明の非水系電解液を用いた非水系電解液二次電池は、高温保存試験やサイクル試験といった耐久試験後においても、容量維持率が高く、入出力性能に優れ、また、低温での入出力特性にも優れるものと考えられる。
本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは、当業者にとって明らかである。
本出願は2012年6月15日出願の日本特許出願(特願2012−136080)に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
本発明の非水系電解液二次電池は、公知の各種の用途に用いることが可能である。具体例としては、例えば、ノートパソコン、ペン入力パソコン、モバイルパソコン、電子ブックプレーヤー、携帯電話、携帯ファックス、携帯コピー、携帯プリンター、ヘッドフォンステレオ、ビデオムービー、液晶テレビ、ハンディークリーナー、ポータブルCD、ミニディスク、トランシーバー、電子手帳、電卓、メモリーカード、携帯テープレコーダー、ラジオ、バックアップ電源、モーター、自動車、バイク、原動機付自転車、自転車、照明器具、玩具、ゲーム機器、時計、電動工具、ストロボ、カメラ、負荷平準化用電源、自然エネルギー貯蔵電源等が挙げられる。

Claims (12)

  1. リチウム塩と前記リチウム塩を溶解する非水系溶媒とを含む非水系電解液、リチウムイオンを吸蔵放出可能な負極、及び正極を含む非水系電解液二次電池であって、
    前記負極が1.0V(vs.Li/Li)より貴な電位においてリチウムイオンを吸蔵放出する負極活物質を含み、
    前記非水系溶媒がジエチルカーボネートを含み、前記ジエチルカーボネートの含有量が前記非水系溶媒に対して70体積%以下であり、且つ、
    前記非水系電解液がさらに酸無水物を含む、非水系電解液二次電池。
  2. 前記ジエチルカーボネートを前記非水系溶媒に対して5体積%以上含有する、請求項1に記載の非水系電解液二次電池。
  3. 前記非水系溶媒がさらに飽和環状カーボネート及び環状スルホン化合物のうち少なくとも一方を含有する、請求項1または2に記載の非水系電解液二次電池。
  4. 前記酸無水物がカルボン酸無水物及びスルホン酸無水物のうち少なくとも一方を含む、請求項1〜3のいずれか1項に記載の非水系電解液二次電池。
  5. 前記酸無水物の前記非水系電解液全体における含有量が0.01質量%以上10質量%以下である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の非水系電解液二次電池。
  6. 前記酸無水物の前記非水系電解液全体における含有量が0.1質量%以上1質量%以下である、請求項1〜5のいずれか1項に記載の非水系電解液二次電池。
  7. 前記酸無水物の前記非水系電解液全体における含有量が0.1質量%以上1質量%未満である、請求項1〜6のいずれか1項に記載の非水系電解液二次電池。
  8. 前記飽和環状カーボネートがエチレンカーボネート及びプロピレンカーボネートのうち少なくとも一方を含む、請求項3に記載の非水系電解液二次電池。
  9. 前記環状スルホン化合物がスルホラン及びスルホラン誘導体のうち少なくとも一方を含む、請求項3に記載の非水系電解液二次電池。
  10. 前記負極活物質がリチウムチタン複合酸化物である、請求項1〜9のいずれか1項に記載の非水系電解液二次電池。
  11. 前記正極がMnを含有する活物質を含む、請求項1〜10のいずれか1項に記載の非水系電解液二次電池。
  12. 請求項1〜11のいずれか1項に記載の非水系電解液二次電池を定置型電池とする、非水系電解液二次電池の使用方法。
JP2014521411A 2012-06-15 2013-06-13 非水系電解液二次電池及びその使用方法 Active JP6222090B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014521411A JP6222090B2 (ja) 2012-06-15 2013-06-13 非水系電解液二次電池及びその使用方法

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012136080 2012-06-15
JP2012136080 2012-06-15
PCT/JP2013/066385 WO2013187487A1 (ja) 2012-06-15 2013-06-13 非水系電解液二次電池及びその使用方法
JP2014521411A JP6222090B2 (ja) 2012-06-15 2013-06-13 非水系電解液二次電池及びその使用方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2013187487A1 JPWO2013187487A1 (ja) 2016-02-08
JP6222090B2 true JP6222090B2 (ja) 2017-11-01

Family

ID=49758305

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2014521411A Active JP6222090B2 (ja) 2012-06-15 2013-06-13 非水系電解液二次電池及びその使用方法

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP2863469B1 (ja)
JP (1) JP6222090B2 (ja)
WO (1) WO2013187487A1 (ja)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3017247A1 (fr) * 2014-02-06 2015-08-07 Renault Electrolytes non aqueux a base de composes sulfones pour batteries au lithium
JP6591184B2 (ja) * 2014-03-25 2019-10-16 株式会社日本触媒 非水電解液及びこれを備えたリチウムイオン二次電池
CN106463776B (zh) * 2014-06-23 2020-06-09 日本电气株式会社 非水电解液和二次电池
WO2018052077A1 (ja) * 2016-09-15 2018-03-22 日本電気株式会社 リチウムイオン二次電池
US10497966B2 (en) * 2016-12-22 2019-12-03 Murata Manufacturing Co., Ltd. Secondary battery, battery pack, electric vehicle, electric power storage system, electric power tool, and electronic apparatus
EP3598557B1 (en) 2017-03-17 2024-01-03 Asahi Kasei Kabushiki Kaisha Nonaqueous electrolyte, nonaqueous secondary battery, cell pack, and hybrid system
JP6722388B2 (ja) * 2017-06-22 2020-07-15 トヨタ自動車株式会社 非水電解液二次電池
JPWO2020065831A1 (ja) * 2018-09-27 2021-08-30 株式会社村田製作所 リチウムイオン二次電池
JP2021177470A (ja) * 2020-05-08 2021-11-11 株式会社日立製作所 非水電解液、半固体電解質層、二次電池用シート及び二次電池
CN116404262A (zh) * 2020-06-05 2023-07-07 宁德新能源科技有限公司 电化学装置和电子装置

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4379567B2 (ja) * 2002-06-17 2009-12-09 日本電気株式会社 二次電池用電解液およびそれを用いた二次電池
JP4554911B2 (ja) 2003-11-07 2010-09-29 パナソニック株式会社 非水電解質二次電池
JP4245532B2 (ja) * 2004-08-30 2009-03-25 株式会社東芝 非水電解質二次電池
JP5392449B2 (ja) 2006-09-05 2014-01-22 株式会社Gsユアサ 非水電解質電池及びその製造方法
JP2008130528A (ja) * 2006-11-27 2008-06-05 Sony Corp 非水電解質組成物及び非水電解質二次電池
JP2009110799A (ja) * 2007-10-30 2009-05-21 Sony Corp 電池
JP2009135076A (ja) * 2007-11-02 2009-06-18 Panasonic Corp 非水電解質二次電池
JP2010080188A (ja) * 2008-09-25 2010-04-08 Sony Corp 二次電池
KR101243906B1 (ko) * 2010-06-21 2013-03-14 삼성에스디아이 주식회사 리튬 전지 및 상기 리튬 전지의 제조 방법
JP5668929B2 (ja) * 2011-03-23 2015-02-12 ソニー株式会社 二次電池、電子機器、電動工具、電動車両および電力貯蔵システム
JP6276494B2 (ja) * 2012-01-24 2018-02-07 株式会社村田製作所 電池ならびに電池パック、電子機器、電動車両、蓄電装置および電力システム

Also Published As

Publication number Publication date
EP2863469B1 (en) 2017-11-22
WO2013187487A1 (ja) 2013-12-19
EP2863469A1 (en) 2015-04-22
JPWO2013187487A1 (ja) 2016-02-08
EP2863469A4 (en) 2015-11-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6485485B2 (ja) 非水系電解液及び非水系電解液二次電池
JP6555400B2 (ja) フルオロスルホン酸リチウム、非水系電解液、及び非水系電解液二次電池
JP6222090B2 (ja) 非水系電解液二次電池及びその使用方法
JP6036298B2 (ja) 二次電池用非水系電解液及びそれを用いた非水系電解液電池
JP5962028B2 (ja) 非水系電解液及びそれを用いたリチウム二次電池
WO2012105404A1 (ja) 非水系電解液及びそれを用いた非水系電解液二次電池
JP2014017250A (ja) 非水系電解液二次電池及びその使用方法
JP6555407B2 (ja) 非水系電解液二次電池、および非水系電解液
JP6031868B2 (ja) 非水系電解液及びそれを用いた非水系電解液電池
JP2014086221A (ja) 非水系電解液二次電池
JP5799752B2 (ja) 非水系電解液二次電池
JP5664056B2 (ja) 非水系電解液及び非水系電解液電池
JP6221201B2 (ja) 非水系電解液、および非水系電解液二次電池
JP6191395B2 (ja) 非水系電解液及びそれを用いた非水系電解液電池
JP6003036B2 (ja) 非水系電解液二次電池
JP5948755B2 (ja) 非水系電解液及び非水系電解液電池
JP5760809B2 (ja) 非水系電解液及び非水系電解液電池
JP2015088278A (ja) 非水系電解液及びそれを用いた非水系電解液電池

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20160606

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20170228

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20170419

A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712

Effective date: 20170502

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: 20170905

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20170918

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 6222090

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313121

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350