JPH1050325A - 電気化学電池およびその電圧遅延を減少させる方法 - Google Patents

電気化学電池およびその電圧遅延を減少させる方法

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JPH1050325A
JPH1050325A JP9117382A JP11738297A JPH1050325A JP H1050325 A JPH1050325 A JP H1050325A JP 9117382 A JP9117382 A JP 9117382A JP 11738297 A JP11738297 A JP 11738297A JP H1050325 A JPH1050325 A JP H1050325A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】高電流パルスを発生し、その開路電圧を迅速に
回復でき、高電流容量を有するアルカリ金属固体カソー
ド非水電気化学電池を提供する。 【解決手段】上記課題は電池の電解質溶液中に有機添加
物質、好ましくは、炭酸塩添加物質を溶解させることに
よって解決される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は非水電解質アルカリ
金属電気化学電池、より詳しくは、高電流パルス放電を
要する場合に使用されるべく設計されたリチウム電池に
関する。
【0002】
【従来の技術】固体電解質中間相(solid−ele
ctrolyte interphase:SEI)と
して公知のアノード表面フィルムは1次または2次アル
カリ金属電気化学電池、特に、リチウム電池の放電性能
に極めて重要な役割を果たすことは周知である。
【0003】優れたSEIは高い放電容量、長い有効寿
命、2次電池としての優れた再充電性および高電流パル
ス使用中の電圧遅延が僅少または皆無であることを含め
た電池性能の向上に寄与している。アルカリ金属、特
に、リチウムのアノード、およびリチウムが挿入(イン
ターカレート)された炭素(lithium inte
rcalated carbon)のアノードにおい
て、表面フィルムの形成は、その低電位および有機電解
質に対する高反応性の故に、避けられないので、アノー
ド表面フィルムの化学組成と形態(morpholog
y)の調節に多くの努力が集められてきた。
【0004】理想的なアノード表面フィルムは電気絶縁
性とイオン伝導性とを有していなければならない。ほと
んどのアルカリ金属、特にリチウム電気化学システムは
第1の要件を満足させるが、第2の要件は達成するのが
困難である。その結果、この表面層形成のために高いイ
ンピーダンスが電池内に発生し、これがしばしば低放電
電圧と低電池容量の原因となる。高電流パルス放電され
る電池の場合、大きい電圧遅延と電圧降下が発生し、こ
のような条件下での電池の効果を制限することがある。
表面フィルムは、また2次アルカリ金属電池の効率およ
び循環性(cyclability)にも影響を与え
る。
【0005】上述の問題に対する公知の解決法の一つと
して、電解質溶液を二酸化炭素COで飽和させる方法
がある。サイクル効率(cycling effici
ency)は、リチウムアノードを備え、COで飽和
された電解質で活性化された2次電池系において大きく
改善されている(V.R.KochとS.B.Brum
mer,Electrochimica Acta,1
978,23,55−62;Ebner他の米国特許第
4,853,304号;D.Aurbach,Y.Go
fer,M.Ben−ZionおよびP.Aped,
J,Electroanal.Chem.1992,3
39,451−471)。同じ効果がリチウムがインタ
ーカレートされた炭素アノード2次電池でも知られてい
る(D.Aurbach,Y.Ein−Eli,O.C
husid,Y.Carmeli,M.Babaiおよ
びH.Yamin,J.Electrochem.So
c.1994,141,603−611)。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】COによる成功にも
かかわらず、電気化学電池におけるその使用はその濃度
の調整が困難なために制限される。最良の結果を達成す
るために、50psigもの高い圧力を使用する必要が
あり、このことがCOの添加の実用性を減じている。
【0007】
【課題を解決するための手段】二酸化炭素の代りに本発
明は有機炭酸塩添加物質(organic carbo
nate additives)を電解質溶液中に溶解
させてアノード表面フィルムを変えることに向けられて
いる。この炭酸塩添加物質は線状炭酸塩(linear
carbonates)または環状炭酸塩(cycl
ic carbonates)のいずれでもよく、カル
ボニル基(carbonyl group)の両側の共
有結合O−XおよびO−Y(covalent O−X
andO−Y bonds)を含む一般構造式X−O
−CO−O−Yを有する。O−XおよびO−Y結合の少
なくとも一つは比較的低い解離エネルギ(dissoc
iation energy)を有している。この炭酸
塩添加物質は、活性電解質溶液中に溶解されると、アノ
ード表面フィルムに作用して望ましくそのイオン伝導度
を変化させる。
【0008】本発明の目的は1次アルカリ金属化学電
池、特に、リチウム電気化学電池を一群の炭酸塩添加物
質の少なくとも一つを非水電解質溶液中に溶解させるこ
とによって改良することである。本発明の他の目的は、
この電解質溶液を細動除去器(defibrillat
or)に組み込まれた電気化学システムに作用関係に配
置して、高電流パルス放電条件下で電圧遅延を最小にす
るかまたは除くことである。本発明は2次アルカリ金属
電気化学電池にも適用可能である。
【0009】前述の目的は少なくとも一つの有機添加物
質、好ましくは炭酸塩添加物質をアルカリ金属電気化学
電池の電解質溶液中に溶解添加することによって達成さ
れる。従来の電池に使用されたCOとは異なり、本発
明は取扱いと電解質溶液の調製を容易にする固体または
液体有機添加物質を使用する。この添加物質はアルカリ
金属アノード、特にリチウムアノードと反応して保護ア
ノード表面層を形成し、この層が電池の放電性能を改善
し、高電流放電条件下における電圧遅延を最小にするか
または皆無にする。
【0010】本発明のこれらの目的と他の目的は次の説
明と図面を参照することにより、当業者に一層明らかに
なるであろう。
【0011】
【発明の実施の形態】本発明の電気化学電池は元素の周
期律表のIA族から選ばれた元素のアノードを含み、こ
れにはリチウム、ナトリウム、カリウム等、並びに、こ
れらの合金および金属間化合物、例えばLi−Si、L
i−B、Li−Si−B合金および金属間化合物が含ま
れる。好ましいアノードはリチウムからなり、より好ま
しいアノードはリチウム合金からなり、好ましいリチウ
ム合金はアルミニウムが合金の約0から約50重量%の
リチウム−アルミニウム合金である。合金中のアルミニ
ウム量が多ければ多いほど電池のエネルギ密度が低くな
る。
【0012】アノードの形状は種々変えることができる
が、アノードは好ましくはアノード金属の薄いシートま
たは箔を、好ましくはニッケルからなる金属アノード集
電体上にプレスまたは展延して、アノード構成要素を形
成する。本発明の一実施例において、アノード構成要素
はアノード集電体と同じ材料、すなわち、好ましくはニ
ッケルからなり、例えば溶接によってアノードと一体に
形成された長尺タブまたはリード線を有し、このタブま
たはリード線はケースを負電位とする構成においては導
電性金属の電池ケースへ溶接によって接続されている。
あるいはまた、アノードは他の形状、例えばボビン、シ
リンダまたはペレット状にして、電池を表面積の小さい
デザインとすることができる。
【0013】カソードにおける電気化学反応は、アノー
ドからカソードへ移動するイオンの原子または分子形態
への変換を含む。固体カソード物質は金属元素、金属酸
化物、混合金属酸化物(mixed metal ox
ide)、金属硫化物、炭素質化合物(carbona
ceous compounds)、およびこれらの組
合せからなる。適当なカソード物質としては酸化バナジ
ウム銀(silvervanadium oxid
e)、酸化バナジウム銀銅(copper silve
r vanadium oxide)、二酸化マンガ
ン、酸化コバルト、酸化ニッケル、酸化バナジウム銅
(copper vanadium oxide)、二
硫化チタン、酸化銅、硫化銅、硫化鉄、二硫化鉄および
フッ化炭素(fluorinated carbon)
などがある。固体カソードは優れた熱安定性を示し、ま
た一般的に非固体カソードよりも安全であり、反応性が
低い。
【0014】好ましくは、カソード活物質は種々の金属
硫化物、金属酸化物または金属酸化物/元素金属の組合
せの化学的付加、反応もしくは他の緊密接触または熱ス
プレーコーテイング法(thermal spray
coating process)によって生成された
混合金属酸化物からなる。生成された物質は、元素の周
期律表のIB、IIB、IIIB、IVB、VB、VI
B、VIIBおよびVIII族の金属および酸化物を含
み、これは貴金属および/またはその酸化物を含む。カ
ソード活物質は例えば、以下に限定されないが、一般式
Agを有する種々の相(phase)の酸化
バナジウム銀(silver vanadiumoxi
de:SVO)、すなわち、この一般式においてx=
0.35、y=5.18のβ−相酸化バナジウム銀、お
よびx=0.74、y=5.37のγ−相酸化バナジウ
ム銀、およびx=1.0、y=5.5のε−相酸化バナ
ジウム銀、並びにこれらの相の結合および混合物からな
る。
【0015】本発明の電池は、アノードおよびカソード
活性電極間を物理的に分離するセパレータを含む。この
セパレータは電気絶縁物質であって、電極間の内部短絡
を阻止する。セパレータ物質はアノードおよびカソード
活物質と化学的に反応せず、また、電解質とも化学的に
反応せず、かつ、それに不溶である。さらに、セパレー
タ物質は電池の電気化学反応中に電解質溶液の流通を許
容するのに十分な多孔性を有している。セパレータ物質
の例としては、不織ガラス(non−woven gl
ass)、ポリプロピレン(polypropylen
e)、ポリエチレン(polyethylene)、ガ
ラスファイバー物質(glass fiber mat
erial)、セラミック(ceramics)、ZI
TEX(ケムプラスト・インコーポレイテッド)の商標
で市場で入手できるポリテトラフルオロエチレン膜(p
olytetrafluoroethylene me
mbrane)、CELGARD(セラニーズ・プラス
チック・カンパニ・インコーポレイテッド)の商標で市
場で入手できるポリプロピレン膜およびDEXIGLA
S(C.H.Dexter.Div.,Dexter
Corp.)の商標で市場で入手できる膜がある。
【0016】セパレータの典型的な形態は、アノードお
よびカソード電極間に両者間の物理的接触を阻止するよ
うに配置されたシートである。この場合、アノードはへ
び状に折りたたまれアノードひだの間に複数のカソード
板が挟持されてケース内に収容されるか、あるいは、電
極組合わせ体が巻回その他の方法で円筒形の「ゼリーロ
ール」状に形成される。
【0017】本発明の電気化学電池は、さらにアノード
およびカソード電極に作用関係に置かれた非水イオン伝
導性電解質を含んでいる。この電解質は電池の電気化学
反応中、アノード電極とカソード電極間のイオン移動の
媒体として作用する。本発明に適した非水溶媒はイオン
移動に必要な物理的特性(低粘性、低表面張力、および
湿潤性)を有するものが選ばれる。適当な電解質として
は、非水溶媒中に溶解させた無機塩、より好ましくは、
有機エステル、エーテル、炭酸ジアルキル(dialk
yl carbonates)およびこれらの混合物を
含む低粘度溶媒(low viscosity sol
vents)と、環状炭酸塩(cyclic carb
onates)、環状エステル(cyclic est
ers)、環状アミド(cyclic amides)
およびこれらの混合物を含む高誘電率溶媒(high
permittivity solvents)とから
なる非プロトン性(aprotic)有機溶媒混合物中
に溶解させたアルカリ金属塩がある。
【0018】低粘度溶媒としてはテトラヒドロフラン
(tetrahydrofuran:THF)、酢酸メ
チル(methyl acetate:MA)、ジグリ
ム(diglyme)、トリグリム(triglym
e)、テトラグリム(tetraglyme)、炭酸ジ
メチル(dimethyl carbonate:DM
C)、1,2−ジメトキシエタン(1,2−dimet
hoxyethane:DME)、炭酸ジエチル(di
ethyl carbonate)等がある。高誘電率
溶媒としては、炭酸プロピレン(propylene
carbonate:PC)、炭酸エチレン(ethy
lene carbonate:EC)、アセトニトリ
ル(acetonitrile)、ジメチルスルホキシ
ド(dimethyl sulfoxide)、ジメチ
ルホルムアミド(dimethylform amid
e)、ジメチルアセトアミド(dimethyl ac
etamide)、γ−ブチロラクトン(γ−buty
rolactone:GBL)、N−メチル−ピロリジ
ノン(N−methylpyrrolidinon
e:NMP)等がある。適当な非水溶媒はアノードおよ
びカソード電極物質に対し実質上不活性であり、好まし
い溶媒は炭酸プロピレン(PC)とジメトキシエタン
(DME)の50/50(体積比)混合物からなる。
【0019】好ましい電解質は、一般式MM’Fまた
はMM’Fを有する無機塩からなり、ここにMはアノ
ードのアルカリ金属に類似のアルカリ金属であり、M’
はリン(phosphorous)、ヒ素(arsen
ic)、アンチモン(antimony)およびホウ素
(boron)からなる群から選択された元素である。
M’Fを生成する塩の例としてはヘキサフルオロリン
酸塩(hexafluorophosphate:PF
)、ヘキサフルオロヒ酸塩(hexafluoroa
rsenate:AsF)およびヘキサフルオロアン
チモン酸塩(hexafluoroantimonat
e:SbF)がある。一方、テトラフルオロホウ酸塩
(tetrafluoroborate:BF)が
M’Fを生成する塩の例である。従って、リチウムか
らなるアノードの場合、本発明の電解質のアルカリ金属
塩は適当な溶媒混合物中に溶解されたヘキサフルオロリ
ン酸リチウム(lithium hexafluoro
phoshate)、ヘキサフルオロヒ酸リチウム(l
ithium hexafluoroarsenat
e)、ヘキサフルオロアンチモン酸リチウム(lith
ium hexafluoroantimonate)
またはテトラフルオロホウ酸リチウム(lithium
tetrafluoroborate)からなる。こ
の他、対応するナトリウム塩またはカリウム塩も使用で
きる。本発明に有効な他の無機塩としては、LiClO
、LiAlCl、LiGaCl、LiC(SO
CF、LiN(SOCFおよびLiCF
SO、並びにこれらの混合物がある。
【0020】本発明では、一定の有機炭酸塩添加物質を
電解質溶液に添加するこにより、電池が電流パルス放電
条件に置かれたときに、電圧遅延を最小にしまたは除去
する有効な効果を生じる。本発明による有機炭酸塩添加
物質はカルボニル基の両側に共有結合O−XおよびO−
Yを含む一般構造X−O−CO−O−Yを有する線状ま
たは環状炭酸塩であり、この式で、XおよびYは同一で
あるかまたは異なり、XはNRとCR
から選ばれ、YはNR’R’とCR’R’R’
から選ばれ、ここでR、R、R、R、R
R’、R’、R’、R’およびR’は同一で
あるかまたは異なり、XがCRでありYがC
R’R’R’である場合は、少なくともRは不
飽和置換基(unsaturated substit
uent)であり、O−XおよびO−Y結合の少なくと
も一つは約80kcal/moleより小さい解離エネ
ルギを有している。
【0021】本発明に有用な有機炭酸塩添加物質の例に
は次のものが含まれる。
【0022】X=Y=NR
【0023】ジ(スクシンイミジル)カーボネート(d
i(succinimidyl)carbonate)
【0024】
【化1】
【0025】ジ(1−ベンゾトリアゾリル)カーボネー
ト(di(1−benzotriazolyl)car
bonate)
【0026】
【化2】
【0027】X≠Yで、X=NおよびY=C
R5
【0028】N−(ベンジルオキシカルボニルオキシ)
スクシンイミド(N−(benzyloxycarbo
nyloxy)succinimide)
【0029】
【化3】
【0030】スクシンイミジル−2,2,2−トリクロ
ロエチルカーボネート(succinimidy1−
2,2,2−trichloroethyl carb
onate)
【0031】
【化4】
【0032】2−(4−メトキシベンジルオキシカルボ
ニルオキシイミノ)−2−フェニルアセトニトリル(2
−(4−methoxybenzyloxycarbo
nyloxyimino)−2−phenylacet
onitrile)
【0033】
【化5】
【0034】1,5−ビス(スクシンイミドオキシカル
ボニルオキシ)ペンタン(1,5−bis(succi
nimidooxycarbonyloxy)pent
ane)
【0035】
【化6】
【0036】N−(9−フルオレニルメトキシカルボニ
ルオキシ)スクシンイミド(N−(9−fluoren
ylmethoxycarbonyloxy)succ
inimide)
【0037】
【化7】
【0038】N−ベンジルオキシカルボニルオキシ−5
−ノルボルネン−2,3−ジカルボキシミド(N−be
nzyloxycarbonyloxy−5−norb
ornene−2,3−dicarboximide)
【0039】
【化8】
【0040】X=Y=CRで、R=不飽和
【0041】ジベンジルカーボネート(dibenzy
l carbonate)
【0042】
【化9】
【0043】ジアリルカーボネート(diallyl
carbonate)
【0044】
【化10】
【0045】X≠Yで、X=CR、R=不
飽和基、およびY=CR’R’R’
【0046】アリルエチルカーボネート(allyl
ethyl carbonate)
【0047】
【化11】
【0048】4−フェニル−1,3−ジオキソラン−2
−オン(4−phenyl−1,3−dioxolan
−2−one)
【0049】
【化12】
【0050】本発明によれば、適当な有機炭酸塩添加物
質は、さらにX≠Yで、X=NRおよびY=N
R’R’であるものを含む。
【0051】上述の化合物は本発明に有用であるものの
例を示すに過ぎず、これに限定されるものではない。当
業者は上述した一般式の範囲にあり、電圧遅延を小さく
する電解質の炭酸塩添加物質として有用な化合物を容易
に認識できるであろう。
【0052】上に例示したような化合物はアルカリ金属
電池の高電流パルス放電性能を改善することが知られて
いる。ジ(N−スクシンイミジル)カーボネート(di
−(N−succinimidyl)carbonat
e(DSC)、ベンジル−N−スクシンイミジルカーボ
ネート(benzyl−N−succinimidyl
carbonate(BSC))およびジベンジルカ
ーボネート(dibenzyl carbonate
(DBS))並びにこれらの混合物が電解質に添加物と
して使用されたときに、最大の効果が見られる。
【0053】一般式X−O−CO−O−Yを有する本化
合物においてカルボニル基の両側に約80kcal/m
oleより小さい解離エネルギを有する共有結合O−X
およびO−Yの少なくとも一つが存在することが、アル
カリ金属電池、特にリチウム電池の性能の改善に重要で
ある。上に掲げた添加物質は、そのO−XおよびO−Y
結合の低い解離エネルギのために、電解質溶液の溶媒ま
たは溶質と効果的に競合してリチウムアノードと反応す
る。多量の炭酸リチウムがアノード表面に沈着してイオ
ン伝導性保護フィルムを形成するものと思われる。その
結果、アノード表面保護層の化学的組成およびおそらく
その形態が変化して電池の放電特性に対する付随的効果
を及ぼすものと思われる。
【0054】本発明において、アノードはリチウム金属
であり、カソードは混合遷移金属酸化物(transi
tion mixed metal oxide)Ag
(SVO)であるのが好ましい。好ましい
電解質は、既述の低粘度溶媒の少なくとも一つと既述の
高誘電率溶媒の少なくとも一つとからなる非プロトン性
溶媒混合物に溶解された1.0Mから1.2MのLiA
sFである。好ましい非プロトン性溶媒混合物は、炭
酸プロピレンとジメトキシエタンの50/50(体積
比)混合物からなる。上述の有機添加物質の濃度は約
0.001Mから約0.2Mの範囲であるのが好まし
い。これらの添加物質の積極的な効果は室温および約3
7℃までの温度で達成される。
【0055】ここに記述した電池は巻回素子電池(wo
und element cell)の形態が好まし
い。すなわち、製作されたカソード、アノードおよびセ
パレータを一緒に巻回して「ゼリーロール」または「巻
回素子電池積層体(woundelement cel
l stack)」を形成し、アノードをロールの外側
に配置してケースを負極とする構成の電池ケースに電気
的に接触させる。適当な上部および底部絶縁体を用い
て、巻回電池スタックを適当な寸法の金属ケースに挿入
する。この金属ケースはステンレススチール、軟鋼、ニ
ッケルメッキ軟鋼、チタンまたはアルミニウムのような
物質からなるが、電池の構成要素と共に使用するのに適
合する限り、これら物質に限定されない。
【0056】電池ヘッダーは、ガラス−金属シール/端
子ピンフィードスルー(glass−to−metal
seal/terminal pin feedth
rough)を収容する第1の穴と、電解質溶液を充填
するための穴とを備えた円板状金属体からなる。使用さ
れるガラスは、例えばCABAL12、TA23または
FUSITE425もしくはFUSITE435のよう
な約50重量%までのシリコンを含有する耐腐食性タイ
プのものである。正端子ピンフィードスルーはチタンで
あるのが好ましいが、モリブデン、アルミニウム、ニッ
ケル合金またはステンレススチールも使用可能である。
電池ヘッダーは電気化学電池の他の構成要素に対して適
合性と耐腐食性のある素子からなる。カソードリード線
は、ガラス−金属シール内の正端子ピンに溶接され、ヘ
ッダーは電極スタックを収容しているケースに溶接され
る。その後、この電池は上述した有機炭酸塩添加物質の
少なくとも一種を含む電解質溶液を充填され、これに限
定されないが、充填穴を覆うステンレススチール円板ま
たは球で密接溶接することによって流体密にシールされ
る。この集合体は、本発明の電池の好ましい構成である
ケースが負の電池である。当業者に周知のように、本発
明の電気化学システムはケースが正の形態としても構成
できる。
【0057】以下の例は本発明による電気化学電池の態
様および方法を記述し、本発明を実施する最良の方法を
述べたものであるが、これに限定されるものではない。
【0058】例I リチウムアノード物質と酸化バナジウム銀カソード物質
をニッケルリード線に接続されたチタン集電スクリーン
上にそれぞれプレスした。単一アノードと単一カソード
と、これらの間に挟持させた2層のポリプロピレンセパ
レータとで平坦電池スタック集合体を製作した。このよ
うに構成された電極集合体をゴム隔膜でシールされたガ
ラス容器内に配置し、非水電解質で活性化した。これら
の電気化学電池を10の電池グループに分けた。
【0059】非水電解質は表1に掲げた溶媒混合物のそ
れぞれにLiAsF塩を溶解させて調製した。
【0060】
【0061】電解質溶液を室温まで冷却した後、これに
表2に掲げた各有機炭酸塩添加物質を添加し、溶液をさ
らに所望の濃度に希釈した。
【0062】
【0063】本発明の有機添加物質に起因する電池性能
の向上を示すために、10の電池グループの各々から標
準試験電池を表1に掲げたものと類似の電解質で活性化
した。ただし本有機添加物質は加えなかった。
【0064】全ての電池、すなわち、各電解質溶液中に
溶解した本発明の有機添加物質を有する電池と、標準試
験電池とを1kΩの負荷で1時間放電させ、次いで2k
Ωの負荷で放電させた。これらの電池は、各パルス間に
15秒の休止を入れた4個の17.7mA/cm10
秒パルスからなるパルス列を2日毎に1回放電させた。
四つのパルス列を各電池に放電させた。一般に、上述の
標準試験電池全てに第3および第4パルス列の第1パル
ス中に電圧遅延が観測できた。電圧遅延とはパルス1の
終端電位からパルス1の最小電位を引いたものとして規
定される。すなわち、図1に示すようにパルス放電曲線
10において、パルス1の終端電位は12で示され、パ
ルス1の最小電位は14で示される。正の値が電圧遅延
の存在を示している。この値が大きくなればなるほど、
電圧遅延が大きくなる。この電圧遅延に対する有機添加
物質の有利な効果は、本発明の有機添加物質を電解質溶
液中に溶解させた試験電池と標準電池の結果をパルス列
3、4で比較することによって得られる。パルス列4に
よる結果を表3に示す。
【0065】
【0066】表3の結果は種々の電池グループの電解質
溶液に溶解された本発明の有機炭酸塩添加物質の電池パ
ルス放電特性に対する有益な効果を明白に示している。
電池グループ1、3および7で電圧遅延は存在しない。
他の全ての電池グループにおいても、電圧遅延は炭酸塩
添加物質の添加によって低下している。より重要なこと
は、上例での電圧遅延の最小化の改善は電池放電性能に
対して他の有害な影響なしに達成されたことである。電
圧遅延の注目される改善に加えて炭酸塩添加物質(DS
C、BSC)は電池電位の低下を阻止するのにも有効で
あることが発見された。これらの添加物質を含む電解質
で活性化されたアルカリ金属電池は、添加物質のない電
池と同等またはより高いプレパルス放電電位(prep
ulsedischarge potential)を
常に有している。これは、相対的により反応性の高い溶
媒、例えばGBL、NMPおよびMAが使用されるとき
に特にそうである。従って、より高い電池性能が期待さ
れる。電池グループ5、8および対照電池のプレパルス
電位のデータを表4に掲げる。
【0067】
【0068】例II リチウムアノード物質をニッケル集電体スクリーン上に
プレスし、酸化バナジウム銀のカソード物質をチタンの
集電体スクリーン上にプレスした。アノードとカソード
の間に挟持された微孔性ポリプロピレン膜セパレータの
2層からなる平板状積層集合体を調製した。この電極集
合体をケースを負極とするステンレススチールケース内
に密封し、炭酸プロピレンと1、2−ジメトキシエタン
の50/50(体積比)混合物中に溶解した1.0M
LiAsFからなる電解質で活性化させた。本例の電
池のいくつかは電解質溶液中に0.01MのDSCを溶
解させ、標準電池は有機添加物質を溶解させないで製作
した。これらの電池を200Ωの負荷の下で37℃で7
0時間部分的に放電させた。電池を開路状態で37℃で
8週間貯蔵した後、各パルス間に15秒の休止をいれた
4個の18.4mA/cm10秒パルスからなるパル
ス列を37℃で放電させた。電圧遅延の結果を表5に掲
げるが、これを第2図では有機炭酸塩添加物質、すなわ
ち、ジ−(N−スクシンイミジル)カーボネート(di
−(N−succinimidyl)carbonat
e)(DSC)を溶解含有する電解質溶液で活性化させ
た電池についてグラフに示し、また、第3図では有機炭
酸塩添加物質を含まない電解質溶液で活性化させた同様
の電池についてグラフで示す。すなわち、第2図におい
て、曲線20はDSC電解質添加物質を含む本発明によ
る電池のパルス放電によるもので、パルス1終端電位を
22で示し、また、パルス1最小電位を24で示す。第
3図に示すパルス放電曲線30においては、パルス1終
端電位を32で示し、また、パルス1最小電位を34で
示す。
【0069】
【0070】DSC添加物質を含むこれらの電池に関
し、電池性能の改善は高電流パルス放電中の電圧遅延の
減少から明白である。
【0071】例III 密封された細動除去器用Li/SVO電池を例IIに記
述した電池と同様に構成し、炭酸プロピレンと1、2−
ジメトキシエタンの50/50(体積比)混合物に溶解
した1.0M LiAsFからなる電解質で活性化さ
せた。これらの電池の数個は電解質溶液中に0.01M
BSCを溶解させ、また他の数個の電池は電解質溶液
中に0.03M DBCを溶解させた。これら二つの電
池グループに対して電解質中に有機添加物質を含まない
標準電池を作った。これらの電池をさらに二つのサブ
(下位)グループに分けた。一つのサブグループは20
0Ωで約56時間一部放電させて、800mAhの容量
を消費させた。第2のサブグループの電池は200Ωで
約87時間放電させ、1200mAhの容量を消費させ
た。これらの電池を37℃で8週間開路状態で貯蔵した
後、各パルス間に15秒の休止を入れた4個の18.4
mA/cm10秒パルスからなるパルス列を37℃で
放電させた。電圧遅延の結果を表6に掲げ、第4図〜第
9図にグラフで示す。
【0072】パルス放電曲線40(第4図)は、炭酸ポ
リプロピレンと1、2−ジメトキシエタンの50/50
(体積比)混合物に溶解させた1.0M LiAsF
の電解質で添加物質を加えずに活性化させたLi/SV
O電池によるもので、パルス1終端電位を42で示し、
また、パルス1最小電位を44で示す。第5図のパルス
放電曲線50は第4図で用いた電池と同様の電池を、P
C/DMEの50/50(体積比)混合物中に溶解させ
た1.0M LiAsFの電解質に0.01M BS
C添加物質を添加したもので活性化させ、800mAh
の容量を消費させた後に得られたものであり、パルス1
終端電位を52で示し、また、パルス1最小電位を54
で示す。第6図のパルス放電曲線60は第5図で使用し
た電池と同様の電気化学系から構成されたものである
が、電解質が0.03M DBC添加物質を溶解含有し
ており、800mAhの容量の消費後のもので、パルス
1終端電位を62で示し、また、パルス1最小電位を6
4で示す。
【0073】第7図のパルス放電曲線は、PC/DME
の50/50(体積比)混合物に溶解させた1.0M
LiAsFの電解質に添加物質を加えないもので活性
化させたLi/SVO電池から1200mAhの容量を
消費させた後に得られたのもので、パルス1終端電位を
72で示し、また、パルス1最小電位を74で示す。第
8図のパルス放電曲線80は、第7図で使用されたもの
と同様の電気化学系から得られたものであるが、電解質
が0.01M BSC添加物質を溶解含有し、1200
mAhの容量が消費された後のものであり、パルス1終
端電位を82で示し、また、パルス1最小電位を84で
示す。さらに、第9図のパルス放電曲線90は、第7
図、第8図で使用されたものと同様の電気化学系から得
られたものであるが、電解質が0.03M DBC添加
物質を溶解含有し、1200mAhの容量が消費された
後のものであり、パルス1終端電位を92で示し、ま
た、パルス1最小電位を94で示す。
【0074】
【0075】BSCおよびDBC添加物質を含む電解質
で活性化されたこれらの電池において、電池性能の改善
は高電流パルス放電中電圧遅延がなくなることによって
明白に示される。
【0076】例IV 本発明による有機炭酸塩添加物質は、カソードとして一
フッ化炭素(carbon monofluorid
e)を用いた低率(low rate)リチウム電池に
対しても有益であることが判明した。
【0077】密封シールされたLi/CF電池を例I
Iで示したものと同様に構成し(ただし多微孔性膜ポリ
プロピレンセパレータの代りに不織ポリプロピレンセパ
レータを使用した)、GBL中に溶解させた1.0M
LiBF電解質で活性化させた。これらの電池のある
ものは電解質溶液に0.01M DSCを溶解させ、一
方電解質溶液に有機添加物質を加えない標準電池を作っ
た。これらの電池をさらに三つのサブグループに分割し
た。これらの三つのサブグループをそれぞれ2.0k
Ω、5.1kΩおよび10.0kΩの定負荷の下で放電
させた。結果を表7、8、9に要約する。
【0078】
【0079】
【0080】
【0081】電解質中にDSC添加物質を含む電池性能
の改善は試験を通してより高い放電電位として明らかに
示されている。より高い電池容量(mAh)とより高い
放電可能なエネルギ(mWh)が、電解質中に添加され
た有機炭酸塩DSC添加物質によって期待される。
【0082】本発明による有機炭酸塩が還元されて生成
される生成物がアノード面に沈着するものと考えられ
る。この表面フィルムは添加物質の存在しない場合に形
成されるフィルムに比べてイオン伝導性が高く、それが
電池性能の増加向上に寄与している。炭酸リチウムはリ
チウム面上に優れたイオン伝導性フィルムを形成するこ
とが知られているので、本発明の炭酸塩添加物質中のO
−Xおよび/またはO−Y結合の還元開裂(reduc
tive cleavage)が最終生成物として炭酸
リチウムを生成する。
【0083】以上本発明を詳細に説明したが、ここに記
述した本発明の概念に対する種々の変形は、添付の請求
の範囲に規定された本発明の精神および範囲を逸脱しな
いで当業者に明らかであろう。
【0084】以下本発明の諸態様を要約する。 (1)アルカリ金属アノードと、カソードと、アノード
とカソードに作用的に関連させられた電解質溶液とから
なる電気化学電池において、電解質溶液に有機添加物質
を溶解させ、前記添加物質が線状または環状であり、カ
ルボニル基の両側において共有結合O−XおよびO−Y
を含む一般式X−O−CO−O−Yを有し、O−Xおよ
びO−Y結合の少なくとも一つが約80kcal/mo
leより小さい解離エネルギを有し、XおよびYが同一
であるかまたは異なり、XがNRとCR
から選ばれ、YがNR’R’とCR’R’
R’から選ばれ、R、R、R、R、R
R’R’、R’、R’およびR’が同一であ
るかまたは異なり、XがCRでありYがC
R’R’R’であれば、少なくともRが不飽和
置換基であることを特徴とする電気化学電池。 (2)添加物質が、a)X=Y=NR; b)X
≠Yで、X=NRおよびY=CR
c)X≠Yで、X=NRおよびY=NR’R’
; d)X=Y=CRでRが不飽和基;
e)X≠Yで、X=CR、Rが不飽和
基、およびY=CR’R’R’;並びにこれらの
混合物からなる群から選ばれる(1)項の電気化学電
池。 (3)添加物質が、ジ−(N−スクシンイミジル)カー
ボネート(di−(N−succinimidyl)c
arbonate)、ベンジル−N−スクシンイミジル
カーボネート(benzyl−N−succinimi
dyl carbonate)、ジ(1−ベンゾトリア
ゾリル)カーボネート(di(1−benzotria
zolyl)carbonate)、N−(ベンジルオ
キシカルボニルオキシ)スクシンイミド(N−(ben
zyloxycarbonyloxy)succini
mide)、N−ベンジルオキシカルボニルオキシ−5
−ノルボルネン−2,3−ジカルボキシミド(N−be
nzyloxycarbonyloxy−5−norb
ornene−2,3−dicarboximid
e)、N−(9−フルオレニルメトキシカルボニルオキ
シ)スクシンイミド(N−(9−fluorenylm
ethoxycarbonyloxy)succini
mide)、2−(4−メトキシベンジルオキシカルボ
ニルオキシイミノ)−2−フェニルアセトニトリル(2
−(4−methoxybenzyloxycarbo
nyloxyimino)−2−phenylacet
onitrile)、1,5−ビス(スクシンイミドオ
キシカルボニルオキシ)ペンタン(1,5−bis(s
uccinimidooxycarbonyloxy)
pentane)、スクシンイミジル−2,2,2−ト
リクロロエチルカーボネート(succinimidy
l−2,2,2−trichloroethyl ca
rbonate)、ジアリルカーボネート(diall
yl carbonate)、アリルエチルカーボネー
ト(allyl ethyl carbonate)、
4−フェニル−1,3−ジオキソラン−2−オン(4−
phenyl−1,3−dioxolan−2−on
e)およびジベンジルカーボネート(dibenzyl
carbonate)、並びにこれらの混合物からな
る群から選ばれる(1)項の電気化学電池。 (4)アノードがアルカリ金属で、電解質溶液が非水電
解質溶液で、その中にアノードをなすアルカリ金属に類
似のアルカリ金属塩が溶解されている(1)項の電気化
学電池。 (5)a)電気化学的に酸化可能で、放電時に電池内で
金属イオンを生成して、電池に接続された外部電気回路
に電子流を発生させるアルカリ金属からなるアノード
と; b)カソード活物質からなり、アルカリ金属アノードの
酸化によって生成された金属イオンのカソード活物質へ
のインターカレーション(intercalatio
n)によって電子流を発生させるカソードと; c)アノードとカソードに作用関係に配備され、アノー
ドをなすアルカリ金属に類似のアルカリ金属塩が溶解さ
れた非水電解質溶液とからなり、この非水電解質溶液に
有機添加物質が溶解され、この有機添加物質が線状また
は環状で、カルボニル基の両側に共有結合O−Xおよび
O−Yを含む一般式X−O−CO−O−Yを有し、O−
XおよびO−Y結合の少なくとも一つが約80kcal
/mole以下の解離エネルギを有し、XおよびYが同
一であるかまたは異なり、XがNRとCR
から選ばれ、YがNR’R’とCR’R’
R’から選ばれ、R、R、R、R、R
R’、R’、R’、R’、R’が同一である
かまたは異なり、XがCRでありYがCR’
R’R’であれば、少なくともRが不飽和置換
基である電気化学電池。 (6)添加物質が、a)X=Y=NR; b)X
≠Yで、X=NRおよびY=CR
c)X≠Yで、X=NRおよびY=NR’R’
; d)X=Y=CRで、Rが不飽和
基;e)X≠Yで、X=CR、Rが不飽和
基、およびY=CR’R’R’;並びにこれらの
混合物からなる群から選ばれる(5)項の電気化学電
池。 (7)添加物質が、ジ−(N−スクシンイミジル)カー
ボネート(di−(N−succinimidyl)c
arbonate)、ベンジル−N−スクシンイミジル
カーボネート(benzyl−N−succinimi
dyl carbonate)、ジ(1−ベンゾトリア
ゾリル)カーボネート(di(1−benzotria
zolyl)carbonate)、N−(ベンジルオ
キシカルボニルオキシ)スクシンイミド(N−(ben
zyloxycarbonyloxy)succini
mide)、N−ベンジルオキシカルボニルオキシ−5
−ノルボルネン−2,3−ジカルボキシミド(N−be
nzyloxycarbonyloxy−5−norb
ornene−2,3−dicarboximid
e)、N−(9−フルオレニルメトキシカルボニルオキ
シ)スクシンイミド(N−(9−fluorenylm
ethoxycarbonyloxy)succini
mide)、2−(4−メトキシベンジルオキシカルボ
ニルオキシイミノ)−2−フェニルアセトニトリル(2
−(4−methoxybenzyloxycarbo
nyloxyimino)−2−phenylacet
onitrile)、1,5−ビス(スクシンイミドオ
キシカルボニルオキシ)ペンタン(1,5−bis(s
uccinimidooxycarbonyloxy)
pentane)、スクシンイミジル−2,2,2−ト
リクロロエチルカーボネート(succinimidy
l−2,2,2−trichloroethyl ca
rbonate)、ジアリルカーボネート(diall
yl carbonate)、アリルエチルカーボネー
ト(allyl ethyl carbonate)、
4−フェニル−1,3−ジオキソラン−2−オン(4−
phenyl−1,3−dioxolan−2−on
e)およびジベンジルカーボネート(dibenzyl
carbonate)、並びにこれらの混合物からな
る群から選ばれる(5)項の電気化学電池。 (8)非水電解質溶液が、エステル、エーテルおよび炭
酸ジアルキル並びにこれらの混合物からなる群から選ば
れた低粘度溶媒(low viscositysolv
ent)からなる(5)項の電気化学電池。 (9)低粘度溶媒が1,2−ジメトキシエタン、炭酸ジ
メチル、炭酸ジエチル、酢酸メチル、テトラヒドロフラ
ン、ジグリム、トリグリムおよびテトラグリム並びにこ
れらの混合物からなる群から選ばれる(8)項の電気化
学電池。 (10)非水溶媒が、環状炭酸塩、環状エステル、およ
び環状アミド並びにこれらの混合物からなる群から選ば
れた高誘電率溶媒(high permittivit
y solvent)からなる(5)項の電気化学電
池。 (11)高誘電率溶媒が、炭酸プロピレン、炭酸エチレ
ン、γ−ブチロラクトン、N−メチル−ピロリジノン、
ジメチルスルホキシド、アセトニトリル、ジメチルホル
ムアミドおよびジメチルアセトアミド、並びにこれらの
混合物からなる群から選ばれる(10)項の電気化学電
池。 (12)カソードが、酸化バナジウム銀、酸化バナジウ
ム銀銅、二酸化マンガン、酸化コバルト、酸化ニッケ
ル、フッ化炭素、酸化銅、硫化銅、硫化鉄、二硫化鉄、
二硫化チタンおよび酸化バナジウム銅、並びにこれらの
混合物からなる群から選ばれたカソード活物質からなる
(11)項の電気化学電池。 (13)電解質溶液を構成するアルカリ金属塩が、Li
PF、LiAsF、LiSbF、LiBF、L
iClO、LiAlCl、LiGaCl、LiC
(SOCF、LiN(SOCFおよび
LiCFSO、並びにこれらの混合物からなる群か
ら選ばれる(5)項の電気化学電池。 (14)a)電気化学的に酸化可能で、放電時に電池内
に金属イオンを生成し、電池に接続された外部回路に電
子流を生ぜしめるアルカリ金属からなるアノードと; b)カソード活物質からなり、アルカリ金属アノードの
酸化によって生成された金属イオンのカソード活物質へ
のインターカレーション(intercalatio
n)によって電子流を発生させるカソードと; c)アノードとカソードに作用関係に配置され、アノー
ドを構成するアルカリ金属に類似のアルカリ金属のヘキ
サフルオロヒ酸塩、ヘキサフルオロリン酸塩およびヘキ
サフルオロアンチモン酸塩並びにこれらの混合物からな
る群から選ばれた少なくとも一つのイオン形成アルカリ
金属塩からなる電解質溶液と; d)電解質溶液中に溶解された有機添加物質であって、
線状または環状であり、カルボニル基の両側に共有結合
O−XおよびO−Yを含む一般構造X−O−CO−O−
Yを有し、O−XおよびO−Y結合の少なくとも一つが
約80kcal/mole以下の解離エネルギを有し、
XおよびYが同一であるかまたは異なり、XがNR
とCRから選ばれ、YがNR’R’
CR’R’R’から選ばれ、R、R、R
、R、R’、R’、R’、R’および
R’が同一であるかまたは異なり、XがCR
でありYがCR’R’R’であれば、少なくと
もRが不飽和置換基である有機添加物質と;からなる
電気化学電池。 (15)添加物質が、a)X=Y=NR; b)
X≠Yで、X=NRおよびY=CR
c)X≠Yで、X=NRおよびY=NR’
R’; d)X=Y=CRで、Rが不
飽和基;e)X≠Yで、X=CR、Rが不
飽和基、およびY=CR’R’R’、並びにこれ
らの混合物からなる群から選ばれる(14)項の電気化
学電池。 (16)添加物質が、ジ−(N−スクシンイミジル)カ
ーボネート(di−(N−succinimidyl)
carbonate)、ベンジル−N−スクシンイミジ
ルカーボネート(benzyl−N−succinim
idyl carbonate)、ジ(1−ベンゾトリ
アゾリル)カーボネート(di(1−benzotri
azolyl)carbonate)、N−(ベンジル
オキシカルボニルオキシ)スクシンイミド(N−(be
nzyloxycarbonyloxy)succin
imide)、N−ベンジルオキシカルボニルオキシ−
5−ノルボルネン−2,3−ジカルボキシミド(N−b
enzyloxycarbonyloxy−5−nor
bornene−2,3−dicarboximid
e)、N−(9−フルオレニルメトキシカルボニルオキ
シ)スクシンイミド(N−(9−fluorenylm
ethoxycarbonyloxy)succini
mide)、2−(4−メトキシベンジルオキシカルボ
ニルオキシイミノ)−2−フェニルアセトニトリル(2
−(4−methoxybenzyloxycarbo
nyloxyimino)−2−phenylacet
onitrile)、1,5−ビス(スクシンイミドオ
キシカルボニルオキシ)ペンタン(1,5−bis(s
uccinimidooxycarbonyloxy)
pentane)、スクシンイミジル−2,2,2−ト
リクロロエチルカーボネート(succinimidy
l−2,2,2−trichloroethylcar
bonate)、ジアリルカーボネート(dially
l carbonate)、アリルエチルカーボネート
(allyl ethyl carbonate)、4
−フェニル−1,3−ジオキソラン−2−オン(4−p
henyl−1,3−dioxolan−2−one)
およびジベンジルカーボネート(dibenzyl c
arbonate)、並びにこれらの混合物からなる群
から選ばれる(14)項に記載の電気化学電池。 (17)a)アルカリ金属からなるアノードを用意し; b)電子伝導性物質の固体カソードを用意し; c)アノードとカソードに作用関係に配置され、アノー
ドをなすアルカリ金属に類似のアルカリ金属の塩が溶解
された非水電解質溶液で電気化学電池を活性化し; d)線状または環状であり、カルボニル基の両側に共有
結合O−XおよびO−Yを含む一般構造X−O−CO−
O−Yを有する有機添加物質であって、O−XおよびO
−Y結合の少なくとも一つが約80kcal/mole
以下の解離エネルギを有し、XおよびYが同一であるか
または異なり、XがNRとCRから選
ばれ、YがNR’R’とCR’R’R’から
選ばれ、R、R、R、R、R、R’、R’
、R’、R’およびR’が同一であるかまたは
異なり、XがCRでありYがCR’R’
R’であれば、少なくともRが不飽和置換基である
有機添加物質を電解質溶液中に溶解させる;ことからな
ることを特徴とする非水電解質で活性化された電気化学
電池の電圧遅延を減少させる方法。 (18)添加物質が、a)X=Y=NR; b)
X≠Yで、X=NRおよびY=CR
c)X≠Yで、X=NRおよびY=NR’
R’; d)X=Y=CRで、Rが不
飽和基;e)X≠Yで、X=CR、Rが不
飽和基、およびY=CR’R’R’;並びにこれ
らの混合物からなる群から選ばれる(17)項の方法。 (19)添加物質を、ジ−(N−スクシンイミジル)カ
ーボネート(di−(N−succinimidyl)
carbonate)、ベンジル−N−スクシンイミジ
ルカーボネート(benzyl−N−succinim
idyl carbonate)、ジ(1−ベンゾトリ
アゾリル)カーボネート(di(1−benzotri
azolyl)carbonate)、N−(ベンジル
オキシカルボニルオキシ)スクシンイミド(N−(be
nzyloxycarbonyloxy)succin
imide)、N−ベンジルオキシカルボニルオキシ−
5−ノルボルネン−2,3−ジカルボキシミド(N−b
enzyloxycarbonyloxy−5−nor
bornene−2,3−dicarboximid
e)、N−(9−フルオレニルメトキシカルボニルオキ
シ)スクシンイミド(N−(9−fluorenylm
ethoxycarbonyloxy)succini
mide)、2−(4−メトキシベンジルオキシカルボ
ニルオキシイミノ)−2−フェニルアセトニトリル(2
−(4−methoxybenzyloxycarbo
nyloxyimino)−2−phenylacet
onitrile)、1,5−ビス(スクシンイミドオ
キシカルボニルオキシ)ペンタン(1,5−bis(s
uccinimidooxycarbonyloxy)
pentane)、スクシンイミジル−2,2,2−ト
リクロロエチルカーボネート(succinimidy
l−2,2,2−trichloroethylcar
bonate)、ジアリルカーボネート(dially
l carbonate)、アリルエチルカーボネート
(allyl ethyl carbonate)、4
−フェニル−1,3−ジオキソラン−2−オン(4−p
henyl−1,3−dioxolan−2−one)
およびジベンジルカーボネート(dibenzyl c
arbonate)並びにこれらの混合物からなる群か
ら選択することを含む(17)項の方法。 (20)エステル、エーテルおよび炭酸ジアルキル並び
にこれらの混合物からなる群から選択した低粘度溶媒か
らなる非水電解質溶液を用意する(17)項の方法。 (21)環状炭酸塩、環状エステルおよび環状アミド並
びにこれらの混合物からなる群から選択した高誘電率溶
媒からなる非水電解質溶液を用意する(17)項の方
法。 (22)a)アルカリ金属からなるアノードを用意し; b)導電性物質の固体カソードを用意し; c)アノードとカソードに作用関係に配置され、アノー
ドをなすアルカリ金属に類似するアルカリ金属のヘキサ
フルオロリン酸塩、ヘキサフルオロヒ酸塩およびヘキサ
フルオロアンチモン酸塩、並びにこれらの混合物から選
ばれた少なくとも一つのイオン形成アルカリ金属塩から
なる非水電解質溶液で電気化学電池を活性化させ; d)線状または環状で、カルボニル基の両側に共有結合
O−XおよびO−Yを含む一般構造X−O−CO−O−
Yを有し、O−XおよびO−Y結合の少なくとも一つが
約80kcal/mole以下の解離エネルギを有し、
XおよびYが同一であるかまたは異なり、XがNR
とCRから選ばれ、YがNR’R’
CR’R’R’から選ばれ、R、R、R
、R、R’、R’、R’、R’および
R’が同一であるかまたは異なり、XがCR
でありYがCR’R’R’であれば、少なくと
もRが不飽和置換基である有機添加物質を非水電解質
溶液に溶解させること;からなる非水電解質を用いる電
気化学電池の電圧遅延を減少させる方法。 (23)添加物質を、a)X=Y=NR; b)
X≠Yで、X=NR1R およびY=CR
c)X≠Yで、X=NRおよびY=NR’
R’; d)X=Y=CRで、Rが不
飽和基;e)X≠Yで、X=CR、Rが不
飽和基、およびY=CR’R’R’;並びにこれ
らの混合物からなる群から選択する(22)項の方法。 (24)ジ−(N−スクシンイミジル)カーボネート
(di−(N−succinimidyl)carbo
nate)、ベンジル−N−スクシンイミジルカーボネ
ート(benzyl−N−succinimidylc
arbonate)、ジ(1−ベンゾトリアゾリル)カ
ーボネート(di(1−benzotriadyl)c
arbonate)、N−(ベンジルオキシカルボニル
オキシ)スクシンイミド(N−(benzyloxyc
arbonyloxy)succinimide)、N
−ベンジルオキシカルボニルオキシ−5−ノルボルネン
−2,3−ジカルボキシミド(N−benzyloxy
carbonyloxy−5−norbornene−
2,3−dicarboximide)、N−(9−フ
ルオレニルメトキシカルボニルオキシ)スクシンイミド
(N−(9−fluorenylmethoxycar
bonyloxy)succinimide)、2−
(4−メトキシベンジルオキシカルボニルオキシイミ
ノ)−2−フェニルアセトニトリル(2−(4−met
hoxybenzyloxycarbonyloxyi
mino)−2−phenylacetonitril
e)、1,5−ビス(スクシンイミドオキシカルボニル
オキシ)ペンタン(1,5−bis(succinim
idooxycarbonyloxy)pentan
e)、スクシンイミジル−2,2,2−トリクロロエチ
ルカーボネート(succinimidyl−2,2,
2−trichloroethyl carbonat
e)、ジアリルカーボネート(diallyl car
bonate)、アリルエチルカーボネート(ally
l ethyl carbonate)、4−フェニル
−1,3−ジオキソラン−2−オン(4−phenyl
−1,3−dioxolan−2−one)およびジベ
ンジルカーボネート(dibenzyl carbon
ate)、並びにこれらの混合物からなる群から添加物
質を選択することを含む(22)項の方法。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による有機炭酸塩添加物質を含まない非
プロトン性有機溶媒中に溶解されたアルカリ金属塩から
なる電解質で活性化された対照電気化学電池のパルス放
電曲線10を示すグラフである。
【図2】本発明による有機炭酸塩添加物質を含む非プロ
トン性有機溶媒中に溶解されたアルカリ金属塩からなる
電解質で活性化された電気化学電池のパルス放電曲線2
0を示すグラフである。
【図3】図2のグラフの放電を生じた電池と同様の電池
で有機添加物質を含まない電気化学電池のパルス放電曲
線30を示すグラフである。
【図4】試験前に800mAhの容量を除いた、添加物
質を含まない電気化学電池の放電曲線を示すグラフであ
る。
【図5】試験前に800mAhの容量を除いた、0.0
1M BSC添加物質を含む電気化学電池の放電曲線を
示すグラフである。
【図6】試験前に800mAhの容量を除いた、0.0
3M DBC添加物質を含む電気化学電池の放電曲線を
示すグラフである。
【図7】試験前に1200mAhの容量を除いた、添加
物質を含まない電気化学電池の放電曲線を示すグラフで
ある。
【図8】試験前に1200mAhの容量を除いた、0.
01M BSC添加物質を含む電気化学電池の放電曲線
を示すグラフである。
【図9】試験前に1200mAhの容量を除いた、0.
03M DBC添加物質を含む電気化学電池の放電曲線
を示すグラフである。
【符号の説明】
10、20、30、40、50、60、70、80、9
0・・・・・放電曲線 12、22、32、42、52、62、72、82、9
2・・・・・パルス1終端電位 14、24、34、44、54、64、74、84、9
4・・・・・パルス1最小電位

Claims (24)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 アルカリ金属アノードと、カソードと、
    アノードとカソードに作用的に関連させられた電解質溶
    液とからなる電気化学電池において、電解質溶液に有機
    添加物質を溶解させ、前記添加物質が線状または環状で
    あり、カルボニル基の両側において共有結合O−Xおよ
    びO−Yを含む一般構造X−O−CO−O−Yを有し、
    O−XおよびO−Y結合の少なくとも一つが約80kc
    al/moleより少ない解離エネルギを有し、Xおよ
    びYが同一であるかまたは異なり、XがNRとC
    から選ばれ、YがNR’R’とCR’
    R’R’から選ばれ、R、R、R、R
    、R’、R’、R’、R’、およびR’
    が同一であるかまたは異なり、XがCRであ
    りYがCR’R’R’であれば、少なくともR
    が不飽和置換基であることを特徴とする電気化学電池。
  2. 【請求項2】 添加物質が、a)X=Y=NR
    b)X≠Yで、X=NRおよびY=CR
    ;c)X≠Yで、X=NRおよびY=NR’
    R’;d)X=Y=CRでRが不飽和
    基;e)X≠Yで、X=CR、Rが不飽和
    基、およびY=CR’R’R’;並びにこれらの
    混合物からなる群から選ばれる請求項1の電気化学電
    池。
  3. 【請求項3】 添加物質が、ジ−(N−スクシンイミジ
    ル)カーボネート(di−(N−succinimid
    yl)carbonate)、ベンジル−N−スクシン
    イミジルカーボネート(benzyl−N−succi
    nimidyl carbonate)、ジ(1−ベン
    ゾトリアゾリル)カーボネート(di(1−benzo
    triazolyl)carbonate)、N−(ベ
    ンジルオキシカルボニルオキシ)スクシンイミド(N−
    (benzyloxycarbonyloxy)suc
    cinimide)、N−ベンジルオキシカルボニルオ
    キシ−5−ノルボルネン−2,3−ジカルボキシミド
    (N−benzyloxycarbonyloxy−5
    −norbornene−2,3−dicarboxi
    mide)、N−(9−フルオレニルメトキシカルボニ
    ルオキシ)スクシンイミド(N−(9−fluoren
    ylmethoxycarbonyloxy)succ
    inimide)、2−(4−メトキシベンジルオキシ
    カルボニルオキシイミノ)−2−フェニルアセトニトリ
    ル(2−(4−methoxybenzyloxyca
    rbonyloxyimino)−2−phenyla
    cetonitrile)、1,5−ビス(スクシンイ
    ミドオキシカルボニルオキシ)ペンタン(1,5−bi
    s(succinimidooxycarbonylo
    xy)pentane)、スクシンイミジル−2,2,
    2−トリクロロエチルカーボネート(succinim
    idyl−2,2,2−trichloroethyl
    carbonate)、ジアリルカーボネート(di
    allyl carbonate)、アリルエチルカー
    ボネート(allyl ethyl carbonat
    e)、4−フェニル−1,3−ジオキソラン−2−オン
    (4−phenyl−1,3−dioxolan−2−
    one)およびジベンジルカーボネート(dibenz
    yl carbonate)、並びにこれらの混合物か
    らなる群から選ばれる請求項1の電気化学電池。
  4. 【請求項4】 アノードがアルカリ金属で、電解質溶液
    が非水電解質溶液で、その中にアノードをなすアルカリ
    金属に類似のアルカリ金属塩が溶解されている請求項1
    の電気化学電池。
  5. 【請求項5】 a)電気化学的に酸化可能で、放電時に
    電池内で金属イオンを生成して、電池に接続された外部
    電気回路に電子流を発生させるアルカリ金属からなるア
    ノードと; b)カソード活物質からなり、アルカリ金属アノードの
    酸化によって生成された金属イオンのカソード活物質へ
    のインターカレーションによって電子流を発生させるカ
    ソードと; c)アノードとカソードに作用関係に配備され、アノー
    ドをなすアルカリ金属に類似のアルカリ金属塩が溶解さ
    れた非水電解質溶液とからなり、 電解質溶液に有機添加物質が溶解され、この添加物質が
    線状または環状で、カルボニル基の両側に共有結合O−
    XおよびO−Yを含む一般構造X−O−CO−O−Yを
    有し、O−XおよびO−Y結合の少なくとも一つが約8
    0kcal/mole以下の解離エネルギを有し、Xお
    よびYが同一であるかまたは異なり、XがNR
    CRから選ばれ、YがNR’R’とC
    R’R’R’から選ばれ、R、R、R、R
    、R、R’、R’、R’、R’、R’
    同一であるかまたは異なり、XがCRであり
    YがCR’R’R’であれば、少なくともR
    不飽和置換基である電気化学電池。
  6. 【請求項6】 添加物質が、a)X=Y=NR
    b)X≠Yで、X=NRおよびY=CR
    ;c)X≠Yで、X=NRおよびY=NR’
    R’;d)X=Y=CRで、Rが不飽和
    基;e)X≠Yで、X=CR、Rが不飽和
    基、およびY=CR’R’R’;並びにこれらの
    混合物からなる群から選ばれる請求項5の電気化学電
    池。
  7. 【請求項7】 添加物質が、ジ−(N−スクシンイミジ
    ル)カーボネート(di−(N−succinimid
    yl)carbonate)、ベンジル−N−スクシン
    イミジルカーボネート(benzyl−N−succi
    nimidyl carbonate)、ジ(1−ベン
    ゾトリアゾリル)カーボネート(di(1−benzo
    triazolyl)carbonate)、N−(ベ
    ンジルオキシカルボニルオキシ)スクシンイミド(N−
    (benzyloxycarbonyloxy)suc
    cinimide)、N−ベンジルオキシカルボニルオ
    キシ−5−ノルボルネン−2,3−ジカルボキシミド
    (N−benzyloxycarbonyloxy−5
    −norbornene−2,3−dicarboxi
    mide)、N−(9−フルオレニルメトキシカルボニ
    ルオキシ)スクシンイミド(N−(9−fluoren
    ylmethoxycarbonyloxy)succ
    inimide)、2−(4−メトキシベンジルオキシ
    カルボニルオキシイミノ)−2−フェニルアセトニトリ
    ル(2−(4−methoxybenzyloxyca
    rbonyloxyimino)−2−phenyla
    cetonitrile)、1,5−ビス(スクシンイ
    ミドオキシカルボニルオキシ)ペンタン(1,5−bi
    s(succinimidooxycarbonylo
    xy)pentane)、スクシンイミジル−2,2,
    2−トリクロロエチルカーボネート(succinim
    idyl−2,2,2−trichloroethyl
    carbonate)、ジアリルカーボネート(dia
    llyl carbonate)、アリルエチルカーボ
    ネート(allyl ethyl carbonat
    e)、4−フェニル−1,3−ジオキソラン−2−オン
    (4−phenyl−1,3−dioxolan−2−
    one)およびジベンジルカーボネート(dibenz
    yl carbonate)、並びにこれらの混合物か
    らなる群から選ばれる請求項5の電気化学電池。
  8. 【請求項8】 非水電解質溶液が、エステル、エーテル
    および炭酸ジアルキル並びにこれらの混合物からなる群
    から選ばれた低粘度溶媒からなる請求項5の電気化学電
    池。
  9. 【請求項9】 低粘度溶媒が1,2−ジメトキシエタ
    ン、炭酸ジメチル、炭酸ジエチル、酢酸メチル、テトラ
    ヒドロフラン、ジグリム、トリグリムおよびテトラグリ
    ム、並びにこれらの混合物からなる群から選ばれる請求
    項8の電気化学電池。
  10. 【請求項10】 非水溶媒が、環状炭酸塩、環状エステ
    ル、および環状アミド並びにこれらの混合物からなる群
    から選ばれた高誘電率溶媒からなる請求項5の電気化学
    電池。
  11. 【請求項11】 高誘電率溶媒が、炭酸プロピレン、炭
    酸エチレン、γ−ブチロラクトン、N−メチル−ピロリ
    ジノン、ジメチルスルホキシド、アセトニトリル、ジメ
    チルホルムアミドおよびジメチルアセトアミド、並びに
    これらの混合物からなる群から選ばれる請求項10の電
    気化学電池。
  12. 【請求項12】 カソードが、酸化バナジウム銀、酸化
    バナジウム銀銅、二酸化マンガン、酸化コバルト、酸化
    ニッケル、フッ化炭素、酸化銅、硫化銅、硫化鉄、二硫
    化鉄、二硫化チタンおよび酸化バナジウム銅、並びにこ
    れらの混合物からなる群から選ばれたカソード活物質か
    らなる請求項11の電気化学電池。
  13. 【請求項13】 電解質溶液を構成するアルカリ金属塩
    が、LiPF、LiAsF、LiSbF、LiB
    、LiClO、LiAlCl、LiGaC
    、LiC(SOCF、LiN(SOCF
    およびLiCFSO、並びにこれらの混合物
    からなる群から選ばれる請求項5の電気化学電池。
  14. 【請求項14】 a)電気化学的に酸化可能で、放電時
    に電池内に金属イオンを生成し、電池に接続された外部
    回路に電子流を生ぜしめるアルカリ金属からなるアノー
    ドと; b)カソード活物質からなり、アルカリ金属アノードの
    酸化によって生成された金属イオンのカソード活物質へ
    のインターカレーションによって電子流を発生させるカ
    ソードと; c)アノードとカソードに作用関係に配置され、アノー
    ドを構成するアルカリ金属に類似のアルカリ金属のヘキ
    サフルオロヒ酸塩、ヘキサフルオロリン酸塩およびヘキ
    サフルオロアンチモン酸塩並びにこれらの混合物からな
    る群から選ばれた少なくとも一つのイオン形成アルカリ
    金属塩からなる電解質溶液と; d)電解質溶液中に溶解された有機添加物質であって、
    線状または環状で、カルボニル基の両側に共有結合O−
    XおよびO−Yを含む一般構造X−O−CO−O−Yを
    有し、O−XおよびO−Y結合の少なくとも一つが約8
    0kcal/mole以下の解離エネルギーを有し、X
    およびYが同一であるかまたは異なり、XがNR
    とCRから選ばれ、YがNR’R’とC
    R’R’R’から選ばれ、R、R、R、R
    、R、R’、R’、R’、R’およびR’
    が同一であるかまたは異なり、XがCR
    ありYがCR’R’R’であれば、少なくともR
    が不飽和置換基である有機添加物質と;からなる電気
    化学電池。
  15. 【請求項15】 添加物質が、a)X=Y=NR
    ;b)X≠Yで、X=NRおよびY=CR
    ;c)X≠Yで、X=NRおよびY=
    NR’R’;d)X=Y=CRで、R
    が不飽和基;e)X≠Yで、X=CR、R
    が不飽和基、およびY=CR’R’R’;並びに
    これらの混合物からなる群から選ばれる請求項14の電
    気化学電池。
  16. 【請求項16】 添加物質が、ジ−(N−スクシンイミ
    ジル)カーボネート(di−(N−succinimi
    dyl)carbonate)、ベンジル−N−スクシ
    ンイミジルカーボネート(benzyl−N−succ
    inimidyl carbonate)、ジ(1−ベ
    ンゾトリアゾリル)カーボネート(di(1−benz
    otriazolyl)carbonate)、N−
    (ベンジルオキシカルボニルオキシ)スクシンイミド
    (N−(benzyloxycarbonyloxy)
    succinimide)、N−ベンジルオキシカルボ
    ニルオキシ−5−ノルボルネン−2,3−ジカルボキシ
    ミド(N−benzyloxycarbonyloxy
    −5−norbornene−2,3−dicarbo
    ximide)、N−(9−フルオレニルメトキシカル
    ボニルオキシ)スクシンイミド(N−(9−fluor
    enylmethoxycarbonyloxy)su
    ccinimide)、2−(4−メトキシベンジルオ
    キシカルボニルオキシイミノ)−2−フェニルアセトニ
    トリル(2−(4−methoxybenzyloxy
    carbonyloxyimino)−2−pheny
    lacetonitrile)、1,5−ビス(スクシ
    ンイミドオキシカルボニルオキシ)ペンタン(1,5−
    bis(succinimidooxycarbony
    loxy)pentane)、スクシンイミジル−2,
    2,2−トリクロロエチルカーボネート(succin
    imidyl−2,2,2−trichloroeth
    yl carbonate)、ジアリルカーボネート
    (diallyl carbonate)、アリルエチ
    ルカーボネート(allyl ethyl carbo
    nate)、4−フェニル−1,3−ジオキソラン−2
    −オン(4−phenyl−1,3−dioxolan
    −2−one)およびジベンジルカーボネート(dib
    enzyl carbonate)、並びにこれらの混
    合物からなる群から選ばれる請求項14の電気化学電
    池。
  17. 【請求項17】 a)アルカリ金属からなるアノードを
    用意し; b)電子伝導性物質の固体カソードを用意し; c)アノードとカソードに作用関係に配置され、アノー
    ドをなすアルカリ金属に類似のアルカリ金属の塩が溶解
    された非水電解質溶液で電気化学電池を活性化し; d)線状または環状で、カルボニル基の両側に共有結合
    O−XおよびO−Yを含む一般構造X−O−CO−O−
    Yを有する有機添加物質であって、O−XおよびO−Y
    結合の少なくとも一つが約80kcal/mole以下
    の解離エネルギを有し、XおよびYが同一であるかまた
    は異なり、XがNRとCRから選ば
    れ、YがNR’R’とCR’R’R’から選
    ばれ、R1、R 、R、R、R、R’
    R’、R’、R’およびR’が同一であるかま
    たは異なり、XがCRでありYがCR’
    R’R’であれば、少なくともRが不飽和置換
    基である有機添加物質を非水電解質溶液中に溶解させ
    る;ことからなる非水電解質で活性化された電気化学電
    池の電圧遅延を減少させる方法。
  18. 【請求項18】 添加物質が、a)X=Y=NR
    ;b)X≠Yで、X=NRおよびY=CR
    ;c)X≠Yで、X=NRおよびY=
    NR’R’;d)X=Y=CRで、R
    が不飽和基;e)X≠Yで、X=CR、R
    が不飽和基、およびY=CR’R’R’;並びに
    これらの混合物からなる群から選ばれる請求項17の方
    法。
  19. 【請求項19】 ジ−(N−スクシンイミジル)カーボ
    ネート(di−(N−succinimidyl)ca
    rbonate)、ベンジル−N−スクシンイミジルカ
    ーボネート(benzyl−N−succinimid
    yl carbonate)、ジ(1−ベンゾトリアゾ
    リル)カーボネート(di(1−benzotriaz
    olyl)carbonate)、N−(ベンジルオキ
    シカルボニルオキシ)スクシンイミド(N−(benz
    yloxycarbonyloxy)succinim
    ide)、N−ベンジルオキシカルボニルオキシ−5−
    ノルボルネン−2,3−ジカルボキシミド(N−ben
    zyloxycarbonyloxy−5−norbo
    rnene−2,3−dicarboximide)、
    N−(9−フルオレニルメトキシカルボニルオキシ)ス
    クシンイミド(N−(9−fluorenylmeth
    oxycarbonyloxy)succinimid
    e)、2−(4−メトキシベンジルオキシカルボニルオ
    キシイミノ)−2−フェニルアセトニトリル(2−(4
    −methoxybenzyloxycarbonyl
    oxyimino)−2−phenylacetoni
    trile)、1,5−ビス(スクシンイミドオキシカ
    ルボニルオキシ)ペンタン(1,5−bis(succ
    inimidooxycarbonyloxy)pen
    tane)、スクシンイミジル−2,2,2−トリクロ
    ロエチルカーボネート(succinimidyl−
    2,2,2−trichloroethyl carb
    onate)、ジアリルカーボネート(diallyl
    carbonate)、アリルエチルカーボネート
    (allyl ethyl carbonate)、4
    −フェニル−1,3−ジオキソラン−2−オン(4−p
    henyl−1,3−dioxolan−2−one)
    およびジベンジルカーボネート(dibenzyl c
    arbonate)、並びにこれらの混合物からなる群
    から添加物質を選択することを含む請求項17の方法。
  20. 【請求項20】 エステル、エーテルおよび炭酸ジアル
    キル並びにこれらの混合物からなる群から選択した低粘
    度溶媒からなる非水電解質溶液を用意する請求項17の
    方法。
  21. 【請求項21】 環状炭酸塩、環状エステルおよび環状
    アミド並びにこれらの混合物からなる群から選択した高
    誘電率溶媒からなる非水電解質溶液を用意する請求項1
    7の方法。
  22. 【請求項22】 a)アルカリ金属からなるアノードを
    用意し; b)導電性物質の固体カソードを用意し; c)アノードとカソードに作用関係に配置され、アノー
    ドをなすアルカリ金属に類似するアルカリ金属のヘキサ
    フルオロリン酸塩、ヘキサフルオロヒ酸塩およびヘキサ
    フルオロアンチモン酸塩、並びにこれらの混合物から選
    ばれた少なくとも一つのイオン形成アルカリ金属塩から
    なる非水電解質溶液で電気化学電池を活性化し; d)線状または環状で、カルボニル基の両側に共有結合
    O−XおよびO−Yを含む一般構造X−O−CO−O−
    Yを有し、O−XおよびO−Y結合の少なくとも一つが
    約80kcal/mole以下の解離エネルギを有し、
    XおよびYが同一であるかまたは異なり、XがNR
    とCRから選ばれ、YがNR’R’
    CR’R’R’から選ばれ、R、R、R
    、R、R’、R’、R’、R’および
    R’が同一または異なり、XがCRであり
    YがCR’R’R’であれば、少なくともR
    不飽和置換基である有機添加物質を非水電解質溶液に溶
    解させる;ことからなる非水電解質を用いる電気化学電
    池の電圧遅延を減少させる方法。
  23. 【請求項23】 添加物質を、a)X=Y=NR
    ;b)X≠Yで、X=NRおよびY=CR
    ;c)X≠Yで、X=NRおよびY=
    NR’R’;d)X=Y=CRで、R
    が不飽和基;e)X≠Yで、X=CR、R
    が不飽和基、およびY=CR’R’R’;並びに
    これらの混合物からなる群から選択する請求項22の方
    法。
  24. 【請求項24】 ジ−(N−スクシンイミジル)カーボ
    ネート(di−(N−succinimidyl)ca
    rbonate)、ベンジル−N−スクシンイミジルカ
    ーボネート(benzyl−N−succinimid
    yl carbonate)、ジ(1−ベンゾトリアゾ
    リル)カーボネート(di(1−benzotriad
    yl)carbonate)、N−(ベンジルオキシカ
    ルボニルオキシ)スクシンイミド(N−(benzyl
    oxycarbonyloxy)succinimid
    e)、N−ベンジルオキシカルボニルオキシ−5−ノル
    ボルネン−2,3−ジカルボキシミド(N−benzy
    loxycarbonyloxy−5−norborn
    ene−2,3−dicarboximide)、N−
    (9−フルオレニルメトキシカルボニルオキシ)スクシ
    ンイミド(N−(9−fluorenylmethox
    ycarbonyloxy)succinimid
    e)、2−(4−メトキシベンジルオキシカルボニルオ
    キシイミノ)−2−フェニルアセトニトリル(2−(4
    −methoxybenzyloxycarbonyl
    oxyimino)−2−phenylacetoni
    trile)、1,5−ビス(スクシンイミドオキシカ
    ルボニルオキシ)ペンタン(1,5−bis(succ
    inimidooxycarbonyloxy)pen
    tane)、スクシンイミジル−2,2,2−トリクロ
    ロエチルカーボネート(succinimidyl−
    2,2,2−trichloroethyl carb
    onate)、ジアリルカーボネート(diallyl
    carbonate)、アリルエチルカーボネート
    (allyl ethyl carbonate)、4
    −フェニル−1,3−ジオキソラン−2−オン(4−p
    henyl−1,3−dioxolan−2−one)
    およびジベンジルカーボネート(dibenzyl c
    arbonate)、並びにこれらの混合物からなる群
    から添加物質を選択することを含む請求項22の方法。
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