JPH10116629A - 非水電解液 - Google Patents
非水電解液Info
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- JPH10116629A JPH10116629A JP8272124A JP27212496A JPH10116629A JP H10116629 A JPH10116629 A JP H10116629A JP 8272124 A JP8272124 A JP 8272124A JP 27212496 A JP27212496 A JP 27212496A JP H10116629 A JPH10116629 A JP H10116629A
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- Japan
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- carbonate
- chain
- aqueous electrolyte
- fluoro
- solvent
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-
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
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Abstract
(57)【要約】
【課題】本発明により、安全性の向上した非水電解液が
得られる。 【解決手段】フッ素化カーボネートと鎖状カーボネート
を主たる溶媒成分とし、その体積比率（フッ素化カーボ
ネート：鎖状カーボネート）が５：９５から７５：２５
の範囲であることを特徴とする非水電解液。
得られる。 【解決手段】フッ素化カーボネートと鎖状カーボネート
を主たる溶媒成分とし、その体積比率（フッ素化カーボ
ネート：鎖状カーボネート）が５：９５から７５：２５
の範囲であることを特徴とする非水電解液。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電解コンデンサや
リチウム電池に用いられる非水電解液に関するものであ
る。
リチウム電池に用いられる非水電解液に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】有機溶媒を用いた非水電解液は、リチウ
ム金属や合金もしくはリチウムイオンをドープ可能な炭
素材料や遷移金属化合物を負極に用いたリチウム電池
や、電解コンデンサなどに用いられている。特に、ビデ
オカメラ、携帯電話やノート型パソコンなどのポータブ
ル機器の普及に伴い、高容量、高電圧で高エネルギー密
度のリチウム電池に対する需要が高まっている。特に、
このような高電圧のリチウム電池に用いられる電解液に
は、耐電圧の点から溶媒に水を用いることができないた
め、有機溶媒を用いた非水電解液が必然である。このよ
うな非水電解液については、数多くの成書（例えば伊豆
津公佑著, “非水溶液の電気化学”, 培風館(1995)）に
詳細に述べられている。
ム金属や合金もしくはリチウムイオンをドープ可能な炭
素材料や遷移金属化合物を負極に用いたリチウム電池
や、電解コンデンサなどに用いられている。特に、ビデ
オカメラ、携帯電話やノート型パソコンなどのポータブ
ル機器の普及に伴い、高容量、高電圧で高エネルギー密
度のリチウム電池に対する需要が高まっている。特に、
このような高電圧のリチウム電池に用いられる電解液に
は、耐電圧の点から溶媒に水を用いることができないた
め、有機溶媒を用いた非水電解液が必然である。このよ
うな非水電解液については、数多くの成書（例えば伊豆
津公佑著, “非水溶液の電気化学”, 培風館(1995)）に
詳細に述べられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】このような有機溶媒を
用いた非水電解液は、従来安全に使用されているが、特
に電池を大型化するような場合などは、より高度の安全
性が求められている。
用いた非水電解液は、従来安全に使用されているが、特
に電池を大型化するような場合などは、より高度の安全
性が求められている。
【０００４】このため従来、高度の安全性を求められる
非水電解液に対して、引火点の高い溶媒を用いたり、安
全性向上のために難燃剤を添加したり、溶媒をフッ素原
子置換して難燃化を図るといった試みがなされてきてい
る。このような試みとしては、特開平８−３７０２５、
特開平８−３７０２５、特開平７−３１２２２７、特開
平８−８８０２３、特開平７−６７８６、特開平６−２
１９９９２などが公知である。
非水電解液に対して、引火点の高い溶媒を用いたり、安
全性向上のために難燃剤を添加したり、溶媒をフッ素原
子置換して難燃化を図るといった試みがなされてきてい
る。このような試みとしては、特開平８−３７０２５、
特開平８−３７０２５、特開平７−３１２２２７、特開
平８−８８０２３、特開平７−６７８６、特開平６−２
１９９９２などが公知である。
【０００５】
【課題を解決するための手段】発明者らは鋭意検討の結
果、安全性が極めて高く、かつ電池性能に優れた非水非
水電解液が得られることを見いだした。
果、安全性が極めて高く、かつ電池性能に優れた非水非
水電解液が得られることを見いだした。
【０００６】すなわち、本発明は下記の構成を有する。
【０００７】「 フッ素化カーボネートと鎖状カーボネー
トを主たる溶媒成分とし、その体積比率（フッ素化カー
ボネート：鎖状カーボネート）が５：９５から９０：１
０の範囲であることを特徴とする非水電解液。」
トを主たる溶媒成分とし、その体積比率（フッ素化カー
ボネート：鎖状カーボネート）が５：９５から９０：１
０の範囲であることを特徴とする非水電解液。」
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明は、フッ素化カーボネート
と鎖状カーボネートを特定体積比率で混合した溶媒を用
いることにより、安全性の向上した非水電解液を供する
ことを特徴とする。このため、非水電解液の溶媒以外の
電解質成分や、その他の添加物などに関しては特に限定
されるものではない。
と鎖状カーボネートを特定体積比率で混合した溶媒を用
いることにより、安全性の向上した非水電解液を供する
ことを特徴とする。このため、非水電解液の溶媒以外の
電解質成分や、その他の添加物などに関しては特に限定
されるものではない。
【０００９】本発明の非水電解液に用いられるフッ素化
カーボネートは、カーボネート基（−ＯＣＯＯ−）を有
した鎖状及び環状のカーボネートの水素原子の一部また
はすべてをフッ素原子で置換した構造を有するものであ
る。たとえば、鎖状のフッ素化カーボネートとしては下
記構造式を有するものが挙げられる。
カーボネートは、カーボネート基（−ＯＣＯＯ−）を有
した鎖状及び環状のカーボネートの水素原子の一部また
はすべてをフッ素原子で置換した構造を有するものであ
る。たとえば、鎖状のフッ素化カーボネートとしては下
記構造式を有するものが挙げられる。
【００１０】
【化２】 Ｒ1 、Ｒ2 はアルキル基をあらわし、少なくとも一方は
水素原子の一部または全部をフッ素原子で置換したアル
キル基である。
水素原子の一部または全部をフッ素原子で置換したアル
キル基である。
【００１１】このような鎖状のフッ素化カーボネートと
しては、例えば、メチル2,2,2-トリフルオロエチルカー
ボネート、メチル2,2,3,3,3-ペンタフルオロプロピルカ
ーボネート、メチル3,3,3-トリフルオロプロピルカーボ
ネート、メチル2,2,3,3,4,4,4-ヘプタフルオロブチルカ
ーボネート、2,2,2-トリフルオロエチル2,2,3,3,3-ペン
タフルオロプロピルカーボネートなどが挙げられる。
しては、例えば、メチル2,2,2-トリフルオロエチルカー
ボネート、メチル2,2,3,3,3-ペンタフルオロプロピルカ
ーボネート、メチル3,3,3-トリフルオロプロピルカーボ
ネート、メチル2,2,3,3,4,4,4-ヘプタフルオロブチルカ
ーボネート、2,2,2-トリフルオロエチル2,2,3,3,3-ペン
タフルオロプロピルカーボネートなどが挙げられる。
【００１２】また、環状のフッ素化カーボネートとして
は、例えば下記構造のものが挙げられる。
は、例えば下記構造のものが挙げられる。
【００１３】
【化３】 Ｒ3 は炭素数２以上のアルキル基をあらわし、その水素
原子の一部または全部がフッ素原子置換されている。
原子の一部または全部がフッ素原子置換されている。
【００１４】本発明では、この中で特に鎖状のフッ素化
カーボネートが好ましい。
カーボネートが好ましい。
【００１５】本発明の非水電解液に用いられる鎖状カー
ボネートとしては、例えば下記構造の化合物が挙げられ
る。
ボネートとしては、例えば下記構造の化合物が挙げられ
る。
【００１６】
【化４】 Ｒ4 、Ｒ5 は炭素数１から５のアルキル基をあらわす。
【００１７】このような鎖状カーボネートとしては、例
えば、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネー
ト、ジエチルカーボネート、メチル- ｎ- プロピルカー
ボネート、メチル-iso- プロピルカーボネート、エチル
- ｎ- プロピルカーボネート、ジ- ｎ- プロピルカーボ
ネート、ジ-iso- プロピルカーボネートなどが挙げられ
る。
えば、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネー
ト、ジエチルカーボネート、メチル- ｎ- プロピルカー
ボネート、メチル-iso- プロピルカーボネート、エチル
- ｎ- プロピルカーボネート、ジ- ｎ- プロピルカーボ
ネート、ジ-iso- プロピルカーボネートなどが挙げられ
る。
【００１８】本発明は、上述のフッ素化カーボネートと
鎖状のカーボネートを特定体積比で混合した溶媒を用い
た非水電解液により、安全性が極めて向上することを特
徴とするものであり、その体積比（フッ素化カーボネー
ト：鎖状カーボネート）は5:95から90:10 の範囲であ
り、好ましくは10:90 から80:20 の範囲、さらに好まし
くは15:85 から70:30 の範囲である。非水電解液中のフ
ッ素化カーボネートの比率が上記範囲内にあると、安全
性が極めて高く、且つ高出力要領の低下が少ない優れた
電池性能を有する電解液が得られる。
鎖状のカーボネートを特定体積比で混合した溶媒を用い
た非水電解液により、安全性が極めて向上することを特
徴とするものであり、その体積比（フッ素化カーボネー
ト：鎖状カーボネート）は5:95から90:10 の範囲であ
り、好ましくは10:90 から80:20 の範囲、さらに好まし
くは15:85 から70:30 の範囲である。非水電解液中のフ
ッ素化カーボネートの比率が上記範囲内にあると、安全
性が極めて高く、且つ高出力要領の低下が少ない優れた
電池性能を有する電解液が得られる。
【００１９】なお、上記のフッ素化カーボネートと鎖状
カーボネートの体積比率は、種々の分析手法により測定
でき、特に限定されるものではない。例えば、ガスクロ
マトグラフィー（ＧＣ）、液体クロマトグラフィー（Ｌ
Ｃ）、質量分析法（ＭＳ）、核磁気共鳴分光法（ＮＭ
Ｒ）などが挙げられるが、この中で、ガスクロマトグラ
フィーに質量分析法を組み合わせたＧＣ−ＭＳ法やＮＭ
Ｒ法が好ましく用いられる。体積比率を分析する際に
は、電解液をそのまま分析しても良いし、別の溶媒で希
釈あるいは抽出してから分析しても良い。特に、本発明
の電解液が電池やコンデンサなどに用いられている場合
など、微量の電解液を分析する際には、エーテル類など
で抽出してからＧＣ−ＭＳ法やＮＭＲで分析しても良
い。
カーボネートの体積比率は、種々の分析手法により測定
でき、特に限定されるものではない。例えば、ガスクロ
マトグラフィー（ＧＣ）、液体クロマトグラフィー（Ｌ
Ｃ）、質量分析法（ＭＳ）、核磁気共鳴分光法（ＮＭ
Ｒ）などが挙げられるが、この中で、ガスクロマトグラ
フィーに質量分析法を組み合わせたＧＣ−ＭＳ法やＮＭ
Ｒ法が好ましく用いられる。体積比率を分析する際に
は、電解液をそのまま分析しても良いし、別の溶媒で希
釈あるいは抽出してから分析しても良い。特に、本発明
の電解液が電池やコンデンサなどに用いられている場合
など、微量の電解液を分析する際には、エーテル類など
で抽出してからＧＣ−ＭＳ法やＮＭＲで分析しても良
い。
【００２０】本発明の非水電解液に用いられる電解質
は、特に限定されるものではないが、LiPF6 、LiBF4 、
LiAsF 6 、LiCF3 SO3 、LiN(CF3 SO2 ) 2 、LiSbF 6 、
LiSiF5 、LiAlF 4 、LiSCN 、あるいはLiClO 4 が好ま
しく用いられる。さらに、電池に用いた場合、電池の高
出力容量が大きいという点からLiPF6 、LiBF4 が好まし
い。また、水分、温度に対する安定性及び価格の点から
はLiBF4 が特に好ましく用いられる。
は、特に限定されるものではないが、LiPF6 、LiBF4 、
LiAsF 6 、LiCF3 SO3 、LiN(CF3 SO2 ) 2 、LiSbF 6 、
LiSiF5 、LiAlF 4 、LiSCN 、あるいはLiClO 4 が好ま
しく用いられる。さらに、電池に用いた場合、電池の高
出力容量が大きいという点からLiPF6 、LiBF4 が好まし
い。また、水分、温度に対する安定性及び価格の点から
はLiBF4 が特に好ましく用いられる。
【００２１】本発明に用いられる電解質の濃度は、０．
４Ｍ〜２．５Ｍが好ましい。特に、０．７Ｍ〜１．５Ｍ
が高い電導度が得られる点から好ましいものである。
４Ｍ〜２．５Ｍが好ましい。特に、０．７Ｍ〜１．５Ｍ
が高い電導度が得られる点から好ましいものである。
【００２２】本発明に用いられる非水電解液の溶媒は、
上記のフッ素化カーボネートと鎖状カーボネートのほ
か、微量成分として１０体積％までの添加は好ましい実
施態様となる。この場合用いられる添加物としては、様
々な有機化合物あるいは無機化合物を挙げることができ
る。このような添加物としては、酸化防止剤、難燃剤、
ラジカル補足剤、界面活性剤、ヘテロ環状化合物、ハロ
ゲン化合物など特に限定されるものではない。
上記のフッ素化カーボネートと鎖状カーボネートのほ
か、微量成分として１０体積％までの添加は好ましい実
施態様となる。この場合用いられる添加物としては、様
々な有機化合物あるいは無機化合物を挙げることができ
る。このような添加物としては、酸化防止剤、難燃剤、
ラジカル補足剤、界面活性剤、ヘテロ環状化合物、ハロ
ゲン化合物など特に限定されるものではない。
【００２３】本発明の非水電解液の用途としては、電解
コンデンサ用の非水電解液のほか、軽量かつ高容量で高
エネルギー密度のリチウム電池用の非水電解液などに広
く利用可能である。
コンデンサ用の非水電解液のほか、軽量かつ高容量で高
エネルギー密度のリチウム電池用の非水電解液などに広
く利用可能である。
【００２４】
【実施例】本発明の具体的実施態様を以下に実施例をも
って述べるが、本発明はこれに限定されるものではな
い。
って述べるが、本発明はこれに限定されるものではな
い。
【００２５】実施例１，２ (1) 電解液の調整 メチル2,2,2-トリフルオロエチルカーボネート(MFEC)と
ジメチルカーボネート(DMC) を種々の体積比で混合した
混合溶媒に、1MのLiPF6 を溶かして、1MLiPF6/MFEC-DMC
を調整した。
ジメチルカーボネート(DMC) を種々の体積比で混合した
混合溶媒に、1MのLiPF6 を溶かして、1MLiPF6/MFEC-DMC
を調整した。
【００２６】(2) 正極の作製 市販のLiCoO 2 （粒径；10.6μm ）と導電剤のカーボン
ブラックと結着剤のフッ素系樹脂を混合し、極性溶媒を
用いてスラリーを調製した。これを集電体のアルミニウ
ム箔に塗布し、乾燥後プレスして正極成型体を得た。
ブラックと結着剤のフッ素系樹脂を混合し、極性溶媒を
用いてスラリーを調製した。これを集電体のアルミニウ
ム箔に塗布し、乾燥後プレスして正極成型体を得た。
【００２７】(3) 充放電および示差走査熱量(DSC) 測定 上記（２）の正極を上記(1) の電解液を用いて、4.3Vま
で充電した後、電解液を含んだままの電極を密閉型パン
に入れ、DSC 測定を行った。使用した装置はセイコー電
子工業（株）社製RDC220である。発熱開始温度と正極重
量当たりの発熱量を表に示す。
で充電した後、電解液を含んだままの電極を密閉型パン
に入れ、DSC 測定を行った。使用した装置はセイコー電
子工業（株）社製RDC220である。発熱開始温度と正極重
量当たりの発熱量を表に示す。
【００２８】
【表１】 上表のように、本発明のフッ素化カーボネートと鎖状カ
ーボネートとを溶媒とする電解液を用いることにより、
発熱開始温度の上昇と発熱量の低減により、安全性の向
上が図られた。
ーボネートとを溶媒とする電解液を用いることにより、
発熱開始温度の上昇と発熱量の低減により、安全性の向
上が図られた。
【００２９】
【発明の効果】本発明により、安全性の向上に適した非
水電解液が得られる。
水電解液が得られる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 希代 聖幸 滋賀県大津市園山１丁目１番１号 東レ株 式会社滋賀事業場内
Claims (3)
- 【請求項１】フッ素化カーボネートと鎖状カーボネート
を主たる溶媒成分とし、その体積比率（フッ素化カーボ
ネート：鎖状カーボネート）が５：９５から９０：１０
の範囲であることを特徴とする非水電解液。 - 【請求項２】該フッ素化カーボネートが下記構造式で表
されることを特徴とする請求項１記載の非水電解液。 【化１】 Ｒ1 、Ｒ2 はアルキル基をあらわし、少なくとも一方
は、水素原子の一部または全部をフッ素原子で置換した
アルキル基である。 - 【請求項３】請求項２において、Ｒ1 、Ｒ2 が炭素数１
から５のアルキル基をあらわし、少なくとも一方は水素
原子の一部または全部をフッ素原子で置換したアルキル
基であることを特徴とする請求項１記載の非水電解液。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8272124A JPH10116629A (ja) | 1996-10-15 | 1996-10-15 | 非水電解液 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8272124A JPH10116629A (ja) | 1996-10-15 | 1996-10-15 | 非水電解液 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10116629A true JPH10116629A (ja) | 1998-05-06 |
Family
ID=17509432
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8272124A Pending JPH10116629A (ja) | 1996-10-15 | 1996-10-15 | 非水電解液 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10116629A (ja) |
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-
1996
- 1996-10-15 JP JP8272124A patent/JPH10116629A/ja active Pending
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