JPH11185811A - リチウム電池用電解液及びその製造方法 - Google Patents

リチウム電池用電解液及びその製造方法

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JPH11185811A
JPH11185811A JP9363238A JP36323897A JPH11185811A JP H11185811 A JPH11185811 A JP H11185811A JP 9363238 A JP9363238 A JP 9363238A JP 36323897 A JP36323897 A JP 36323897A JP H11185811 A JPH11185811 A JP H11185811A
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JP
Japan
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lithium
electrolyte
free acid
electrolytic solution
ppm
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JP9363238A
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English (en)
Inventor
Satoshi Asano
聡 浅野
Hiroyuki Inagaki
裕之 稲垣
Masatoshi Horii
政利 堀井
Hiroshi Furukawa
寛 古川
Tadashi Niwa
正 丹羽
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Tonen General Sekiyu KK
Original Assignee
Tonen Corp
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    • Y02E60/122

Abstract

(57)【要約】 【課題】 リチウム電池用電解液中の水分と遊離酸の双
方を、電池の設計変更や吸着剤の回収分離工程を要する
こと無く除去することができ、且つそれらの発生を抑制
する効果の持続性が長い方法及び該方法によって得られ
る電解液を提供することを目的とする。 【解決手段】 リチウム系電解質を含むリチウム電池用
電解液において、一般式LiNR1 2 で表されるリチ
ウムアミド化合物、Li2 NR3 で表されるリチウムイ
ミド化合物、ならびにLiBR4 5 6 7 で表され
るリチウムボロハイドライド及びリチウムボロハイドラ
イドの誘導体(R1 〜R7 は、それぞれ独立して水素又
は炭化水素残基を示す)よりなる群から選ばれる少くと
も1つのリチウム化合物を含有することを特徴とするリ
チウム電池用電解液。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、リチウム電池用電
解液に関し、より詳細には電解液に含まれている水分及
び遊離酸を除去する方法及び該方法によって得られる電
解液に関する。
【0002】
【従来の技術】リチウム電池では、電解質の加水分解を
防止するため、電解液として有機非水溶媒に六フッ化リ
ン酸リチウム(LiPF6 )などのリチウム系電解質を
含有させた非水電解液が用いられている。しかし、溶媒
及び電解質に不純物として含まれる水分を完全に除去す
るのは困難であり、電解液の保存中あるいは電池への注
入工程で水分が混入することもある。
【0003】また、他の不純物として微量の遊離酸があ
る。特に水と反応し易い電解質、例えばLiPF6
ど、を用いた場合はそれらが極微量の水分と反応してフ
ッ酸等を発生する。このフッ酸は電池容量や充放電のサ
イクル特性を低下させ、また、電池内部の腐食を引き起
こすという問題がある。
【0004】電解液中の水分を除去する方法としては、
モレキュラーシーブ、五酸化二燐、活性アルミナ、酸化
カルシウム等の金属酸化物を用いることが特開昭59−
9874号に、リチウムイオン型モレキュラーシーブを
用いることが特開昭59−81869号に、活性アルミ
ナを用いることが特公平3−49180号にそれぞれ開
示されている。
【0005】一方、遊離酸を除去する方法としては、酸
化アルミニウム等の吸着剤を電池に内蔵させ、吸着除去
する方法(特開平4−284372号、特開平5−31
5006号)、アンモニウム塩等の添加剤を電解液に溶
解等して除去する方法(特開平第3−119667号)
がある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし、固体粉末吸着
剤を電池に内臓させることによって水分及び遊離酸を除
去する方法は、電池の設計変更が必要となるためあまり
好ましくない。モレキュラーシーブ等による吸着法は、
効果が小さい上に使用した吸着剤の回収分離工程が必要
となる。また、蒸留による方法は加熱により電解質が分
解し、電池特性を劣化させるおそれがある。
【0007】添加剤により遊離酸を除去する方法として
は、上記アミン類の他、水酸化リチウム、水素化リチウ
ム等のアルカリ処理剤(特開平4−282563号)、
金属フッ化物(特開平8−321326号)を使用する
方法があるが、いずれも遊離酸と水分との双方を除去す
ることはできない。水分だけ、あるいは遊離酸だけを除
去しても得られる効果は小さく、遊離酸は電解質と水分
との反応によっても発生するため、両者を同時に除去す
る必要がある。
【0008】特開平1−286262号には、ペンタフ
ルオロリチウム等の有機リチウム化合物を電解液に添加
して、遊離酸を除去する方法が開示されている。しか
し、発明者らが検討したところ、新たな遊離酸の発生を
抑制できる期間が短いという知見を得た。
【0009】そこで本発明は、電解液中の水分及び遊離
酸を除去する上でのこれらの問題を解決し、電池の設計
変更や吸着剤の回収分離工程を要すること無く、水分と
遊離酸とを同時に除去することができ、且つそれらの発
生を抑制する効果が長期間持続される方法及び該方法に
よって得られる電解液を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は、(1)リチウ
ム系電解質を含むリチウム電池用電解液において、一般
式LiNR1 2 で表されるリチウムアミド化合物、L
2 NR3 で表されるリチウムイミド化合物、ならびに
LiBR4 5 6 7 で表されるリチウムボロハイド
ライド、及びリチウムボロハイドライドの誘導体(R1
〜R7 は、それぞれ独立して水素又は炭化水素残基を示
す)よりなる群から選ばれる少くとも1つのリチウム化
合物を含有することを特徴とするリチウム電池用電解液
に関する。
【0011】また、本発明は、(2)上記R1 〜R
7 が、それぞれ独立して水素、アルキル、アリール及び
アリルよりなる群から選ばれる少くとも1つであること
を特徴とするリチウム電池用電解液に関する。
【0012】さらに、本発明において(3)好ましくは
上記R1 〜R7 が炭素数1〜6のアルキル、アリール及
びアリルよりなる群から選ばれる少くとも1つである。
本発明の電解液は、(4)上記のリチウム化合物を、
リチウム系電解質を含むリチウム電池用電解液に添加し
て調製される。
【0013】
【発明の実施の形態】本発明の電解液を用いるリチウム
電池の構成については、特に制限は無く、公知のリチウ
ム1次電池又は2次電池の構成を有することができる。
負極活物質としては、例えばリチウム金属、黒鉛等の炭
素材料、正極活物質としては、LiCoO2 等のリチウ
ムイオン含有金属酸化物を用いることができる。
【0014】リチウム系電解質としては、LiPF6
LiClO4 、LiBF4 、LiAsF6 、LiSbF
6 、LiAlCl4 、LiCF3 SO3 など公知のもの
が使用される。なかでも電池の性能の点からLiPF6
が好ましい。
【0015】また、これらを溶解させる有機溶媒として
は、エチレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、スル
ホラン、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネー
ト、メチルエチルカーボネート、プロピレンカーボネー
ト、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエ
タン、1,2−ジブトキシエタン、エトキシメトキシエ
タン等の非水溶媒が単独で、あるいは混合して用いられ
る。溶媒の誘電率及び粘度の点からジメチルカーボネー
トとプロピレンカーボネートを体積比1:9〜9:1、
好ましくは4:6で混合したものが用いられる。
【0016】電解液は、所定の非水溶媒またはそれらの
混合溶媒に、リチウム系電解質を約0.5〜2.0モル
/l、好ましくは0.8〜1.2モル/lの濃度になる
ように、不活性ガス雰囲気下で溶解させて調製する。
【0017】本発明は上記リチウム系電解質を含む電解
液において、一般式LiNR1 2で表されるリチウム
アミド化合物、Li2 NR3 で表されるリチウムイミド
化合物、ならびにLiBR4 5 6 7 で表されるリ
チウムボロハイドライド、及びリチウムボロハイドライ
ドの誘導体(R1 〜R7 は、それぞれ独立して水素又は
炭化水素残基を示す)よりなる群から選ばれる少くとも
1つのリチウム化合物を含有することを特徴とする。上
記R1 〜R7 は、好ましくは水素、アルキル、アリール
及びアリルよりなる群から選ばれる少くとも1つであ
り、最も好ましくは、炭素数1〜6のアルキル、アリー
ル及びアリルよりなる群から選ばれる少くとも1つであ
る。
【0018】一般式LiNR1 2 で表されるリチウム
アミド化合物の例には、LiNH2、LiN(CH3
2 、LiN(C2 5 2 、LiN(CH(C
3 2 2、LiN(C6 112 が含まれる。
【0019】一般式Li2 NR3 で表されるリチウムイ
ミド化合物の例には、Li2 NH、Li2 NCH3 が含
まれる。
【0020】LiBR4 5 6 7 で表されるリチウ
ムボロハイドライド及びリチウムボロハイドライドの誘
導体の例には、LiBH4 、LiB(C2 5 3 H、
LiB(C4 9 3 Hが含まれる。
【0021】これらの化合物は、電解液に使用される有
機溶媒によく溶け、且つ水又は遊離酸と良く反応する一
方、電解質や電極活物質に対しては不活性である。
【0022】本発明の電解液は、これらの化合物の少な
くとも1つを、リチウム系電解質を含む電解液に、不活
性ガス雰囲気下で添加して、溶解させることによって、
調製することができる。添加量は、電池の活物質、電解
液の組成などに依存して、随意に定められるが、水分及
びフッ酸換算の遊離酸含有量の合計に対して約1〜10
倍モル当量、好ましくは1.3〜2.0倍モル当量、よ
り好ましくは約1.5倍モル当量である。約1倍モル当
量より少いと効果が得られず、一方約10倍モル当量よ
り多くなると、溶解度の問題等が生じるので好ましくな
い。
【0023】
【実施例】以下、実施例により本発明をより具体的に説
明する。
【0024】水分及び遊離酸の含有量の定量方法 実施例及び比較例において、水分含有量は、電量滴定式
水分測定装置を用い、カールフィッシャー法により定量
した。また、遊離酸の含有量の定量は、試料20gを採
り、指示薬0.1%ブロモチモールブルー/エタノール
溶液を数滴加え、0.01規定のナトリウムメトキシド
/メタノール溶液を用いて中和滴定法により行い、得ら
れた酸当量をフッ酸量に換算した。
【0025】実施例1 ジメチルカーボネートとプロピレンカーボネートを体積
比4:6で混合した溶媒に六フッ化リン酸リチウムを1
モル/lの濃度になるように溶解させて電解液を調製し
た。該電解液を電解液−Aとした。電解液−Aの水分含
有量は20ppmであり、又遊離酸含有量(フッ酸換
算)は24ppmであった。
【0026】電解液−Aに、リチウムジイソプロピルア
ミドを上記水分及び遊離酸含有量の合計量に対して約
1.5倍モル当量である400ppmの濃度になるよう
に、窒素雰囲気下、室温にて添加し、24時間放置し
た。得られた電解液の水分含有量は4ppmであり、又
遊離酸含有量は3ppmであった。
【0027】さらに、上記電解液における遊離酸の経日
変化を調査したところ、30日後においても遊離酸の増
加は認められず、3ppmのままであった。
【0028】実施例2 電解液−Aに、リチウムイソプロピルアミドを、電解液
−Aの水分及び遊離酸含有量の合計量に対して約1.5
倍モル当量である250ppmの濃度になるように、窒
素雰囲気下、室温にて添加し、24時間放置した。得ら
れた電解液の水分含有量は5ppmであり、又遊離酸含
有量は3ppmであった。
【0029】さらに、得られた電解液における遊離酸の
経日変化を調査したところ、30日後においても遊離酸
の増加は認められず、3ppmのままであった。
【0030】実施例3 電解液−Aに、リチウムボロハイドライドを、電解液−
Aの水分及び遊離酸含有量の合計量に対して約1.5倍
モル当量である100ppmの濃度になるように、窒素
雰囲気下、室温にて添加し、24時間放置した。得られ
た電解液の水分含有量は5ppmであり、又遊離酸含有
量は4ppmであった。
【0031】さらに、得られた電解液における遊離酸の
経日変化を調査したところ、30日後においても遊離酸
の増加は認められず、4ppmのままであった。
【0032】比較例1 電解液−Aに、活性アルミナ(窒素雰囲気下、500℃
で焼成したもの)を5重量%の濃度になるように、窒素
雰囲気下、室温にて添加し、24時間放置した。得られ
た電解液の水分含有量は20ppmであり、又遊離酸含
有量は22ppmであった。
【0033】比較例2 電解液−Aに、活性炭(窒素雰囲気下、500℃で焼成
したもの)を5重量%の濃度になるように、窒素雰囲気
下、室温にて添加し、24時間放置した。得られた電解
液の水分含有量は15ppmであり、又遊離酸含有量は
12ppmであった。
【0034】比較例3 電解液−Aに、モレキュラーシーブ(窒素雰囲気下、5
00℃で焼成したもの)を5重量%の濃度になるよう
に、窒素雰囲気下、室温にて添加し、24時間放置し
た。得られた電解液の水分含有量は6ppmであり、又
遊離酸含有量は16ppmであった。
【0035】比較例4 電解液−Aに、ブチルリチウムを、電解液−Aの水分及
び遊離酸含有量の合計量に対して約1.5倍モル当量で
ある200ppmの濃度になるように、窒素雰囲気下、
室温にて添加し、24時間放置した。得られた電解液の
水分含有量は6ppmであり、又遊離酸含有量は5pp
mであった。
【0036】さらに、該電解液における遊離酸の経日変
化を調査したところ、10日後に初期の濃度を越える2
8ppmに達した。
【0037】比較例5 電解液−Aに、ベンジルリチウムを、電解液−Aの水分
及び遊離酸含有量の合計量に対して約1.5倍モル当量
である300ppmの濃度になるように、窒素雰囲気
下、室温にて添加し、24時間放置した。得られた電解
液の水分含有量は6ppmであり、又遊離酸含有量は5
ppmであった。
【0038】さらに、上記電解液における遊離酸の経日
変化を調査したところ、13日後に初期の濃度である2
4ppmに達した。
【0039】
【発明の効果】本発明によれば、電池の設計変更や吸着
剤の回収分離工程を要すること無く、水分及び遊離酸を
除去することができる。また、水分及び遊離酸双方を、
それぞれ5ppm以下とすることが可能である。さらに
遊離酸の発生抑制効果が大きく、その持続性が従来の方
法に比べて長い。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 堀井 政利 埼玉県入間郡大井町西鶴ヶ岡一丁目3番1 号 東燃株式会社総合研究所内 (72)発明者 古川 寛 埼玉県入間郡大井町西鶴ヶ岡一丁目3番1 号 東燃株式会社総合研究所内 (72)発明者 丹羽 正 埼玉県入間郡大井町西鶴ヶ岡一丁目3番1 号 東燃株式会社総合研究所内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 リチウム系電解質を含むリチウム電池用
    電解液において、一般式LiNR1 2 で表されるリチ
    ウムアミド化合物、Li2 NR3 で表されるリチウムイ
    ミド化合物、ならびにLiBR4 5 6 7 で表され
    るリチウムボロハイドライド、及びリチウムボロハイド
    ライドの誘導体(R1 〜R7 は、それぞれ独立して水素
    又は炭化水素残基を示す)よりなる群から選ばれる少く
    とも1つのリチウム化合物を含有することを特徴とする
    リチウム電池用電解液。
  2. 【請求項2】 上記R1 〜R7 が、それぞれ独立して水
    素、アルキル、アリール及びアリルよりなる群から選ば
    れる少くとも1つであることを特徴とする請求項1記載
    のリチウム電池用電解液。
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