JP7357663B2 - 電解液及び該電解液を含む電池 - Google Patents
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Description
第1の態様では、本発明は電解質、有機溶媒及び式Iで示される添加剤を含む電解液を提供する。
前記R1、R2、R3及びR4の少なくとも1つはC2~C10アルケニル基又はC2~C10アルキニル基であり、
前記R5はビスフルオロスルホニルイミド基(FSI)、ビストリフルオロメタンスルホニルイミド基(TFSI)、ジフルオロ(オキサラト)ホウ酸基(DFOB)、ビス(オキサラト)ホウ酸基(BOB)、ジフルオロビス(オキサラト)リン酸基(DFOP)又はヘキサフルオロリン酸基(PF6)のいずれか1種を含む。
前記R1、R2、R3及びR4の少なくとも1つはアリル基又はプロパルギル基である。
前記R1、R2、R3及びR4の少なくとも1つはアリル基又はプロパルギル基であり、
前記R5はビスフルオロスルホニルイミド基、ビストリフルオロメタンスルホニルイミド基、ジフルオロ(オキサラト)ホウ酸基、ビス(オキサラト)ホウ酸基、ジフルオロビス(オキサラト)リン酸基又はヘキサフルオロリン酸基のいずれか1種を含む。
ただし、XはLi、Na又はKのいずれか1種を含む。
本発明に係る電解液は、式Iで示される添加剤を加えることにより、電池に使用されると、得られる電池の充放電サイクル性能及び低温放電性能がいずれも向上され、本発明で得られる電池は、常温での3C放電率が80.6%以上、-20℃での1C放電率が81.0%以上、常温での1000サイクル後の1Cレートの容量保持率が80.01%以上、45℃の高温での1Cの1000サイクル後の容量保持率が74.12%以上であり、総合性能に優れている。
実施例1~12及び比較例1~2に係る電解液に対して以下のテストを行った。
実施例1~9、11~12及び比較例1に係る電解液を、負極材料がシリコン-炭素含有負極材料(Better our World S420)、正極材料がNCM811ニッケルコバルトマンガン三元材料(RONBAY TECHNOLOGY S85ES)である電池に加えて調製して1.67Ahのリチウムイオン電池を得た。
実施例10及び比較例2に係る電解液を、負極材料がグラファイト材料(ShanShanCorporation P15)、正極材料がNCM811ニッケルコバルトマンガン三元材料(RONBAY TECHNOLOGY S85ES)である電池に加えて調製して1.67Ahのリチウムイオン電池を得た。
(1)放電レート性能:1C電流は1.67A、3C電流は5.01Aであり、充放電の電位範囲は2.75V~4.20Vである。常温での3C放電率は3C放電容量C2と1C放電容量C1の比率である。
(2)サイクル性能:充放電の電位範囲は2.75V~4.20V、充電電流は1C(1.67A)で4.20Vまで充電し、カットオフ電流≦0.02C(0.0334A)まで4.20Vの定電圧で充電し、5分間静置した後に、1C(1.67A)で2.75Vまで放電し、5分間静置し、このように充電と放電を繰り返した。
(3)低温放電性能:常温25℃での1C(1.67A)の放電容量をC1として記し、4.2Vで完全に充電した後に、-20℃で4時間冷凍してから1C(1.67A)で2.75Vまで放電し、放電容量をC2として記した。-20℃下での放電率はC2/C1である。
Claims (13)
- 電解質、有機溶媒及び式Iで示される添加剤を含む、ことを特徴とする電解液。
前記R1、R2、R3及びR4の少なくとも1つはC2~C10アルケニル基又はC2~C10アルキニル基であり、且つR 1 、R 2 、R 3 及びR 4 は同時にC1~C10アルキル基ではなく、
前記R5はビスフルオロスルホニルイミド基、ビストリフルオロメタンスルホニルイミド基、ジフルオロ(オキサラト)ホウ酸基、ビス(オキサラト)ホウ酸基、ジフルオロビス(オキサラト)リン酸基又はヘキサフルオロリン酸基のいずれか1種を含む。) - 前記R1、R2、R3及びR4はそれぞれ独立して、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、アリル基又はプロパルギル基のいずれか1種を含み、
前記R1、R2、R3及びR4の少なくとも1つはアリル基又はプロパルギル基である、ことを特徴とする請求項1に記載の電解液。 - 前記添加剤は式III又は式IVで示される構造の化合物のいずれか1種又は少なくとも2種の組み合わせを含む、ことを特徴とする請求項4に記載の電解液。
- 前記電解質はリチウム塩、ナトリウム塩又はカリウム塩のいずれか1種又は少なくとも2種の組み合わせを含み、
前記電解質はXClO4、XPF6、XBF4、XTFSI、XFSI、XBOB、XODFB、XCF3SO3又はXAsF6のいずれか1種又は少なくとも2種の組み合わせを含み、
ただし、XはLi、Na又はKのいずれか1種を含む、ことを特徴とする請求項1~5のいずれか一項に記載の電解液。 - 前記有機溶媒は非水性有機溶媒を含み、
前記有機溶媒はカーボネート、カルボキシレート、プロピオネート、フルオロエーテル又は芳香族炭化水素のいずれか1種又は少なくとも2種の組み合わせを含み、
前記カーボネートはハロゲン化カーボネート及び/又は非ハロゲン化カーボネートを含み、
前記カルボキシレートは酪酸プロピル、酢酸プロピル、酢酸イソプロピル、プロピオン酸ブチル、プロピオン酸イソプロピル、酪酸エチル,プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル又はプロピオン酸プロピルのいずれか1種又は少なくとも2種の組み合わせを含み、
前記フルオロエーテルは炭素原子数が7個以下であり、
前記芳香族炭化水素はハロゲン化芳香族炭化水素及び/又は非ハロゲン化芳香族炭化水素を含む、ことを特徴とする請求項1~6のいずれか一項に記載の電解液。 - 前記非ハロゲン化カーボネートはエチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート又はメチルエチルカーボネートのいずれか1種又は少なくとも2種の組み合わせを含む、ことを特徴とする請求項7に記載の電解液。
- 前記ハロゲン化カーボネートはフルオロエチレンカーボネート、ジフルオロエチレンカーボネート、ビスフルオロプロピレンカーボネート、トリフルオロ酢酸エチル、トリフルオロエチルメチルカーボネート、トリ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、クロロエチレンカーボネート、ジ(2,2,2-トリフルオロエチル)カーボネート、トリフルオロプロピオン酸メチル、3,3,3-トリフルオロ酢酸エチル、2-トリフルオロメチル安息香酸メチル、4,4,4-トリフルオロ酪酸エチル又は1,1,1,3,3,3-ヘキサフルオロイソプロピルアクリレートのいずれか1種又は少なくとも2種の組み合わせを含む、ことを特徴とする請求項7に記載の電解液。
- 前記ハロゲン化芳香族炭化水素はモノフルオロベンゼン、ビスフルオロベンゼン、1,3,5-トリフルオロベンゼン、トリフルオロトルエン、2-フルオロトルエン又は2,4-ジクロロトリフルオロトルエンのいずれか1種又は少なくとも2種の組み合わせを含む、ことを特徴とする請求項7に記載の電解液。
- 前記電解液における前記電解質の重量パーセントは8%~49%であり、
前記電解液における前記有機溶媒の重量パーセントは40%~85%であり、
前記電解液における前記式Iで示される添加剤の重量パーセントは0.01%~5%であり、
前記電解液は他の添加剤をさらに含む、ことを特徴とする請求項1~10のいずれか一項に記載の電解液。 - 請求項1~11のいずれか一項に記載の電解液を含む、ことを特徴とする電池。
- 前記電池はリチウムイオン電池、ナトリウムイオン電池、カリウムイオン電池又はスーパーコンデンサを含み、
前記リチウムイオン電池の負極材料はグラファイト、ソフトカーボン、ハードカーボン、単結晶シリコンとグラファイトの複合材料、一酸化シリコンとグラファイトの複合材料、チタン酸リチウム又は五酸化二ニオブのいずれか1種又は少なくとも2種の組み合わせを含む、ことを特徴とする請求項12に記載の電池。
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