JPH117978A - 電解液およびそれを用いる電気エネルギー発生装置 - Google Patents

電解液およびそれを用いる電気エネルギー発生装置

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JPH117978A
JPH117978A JP9157215A JP15721597A JPH117978A JP H117978 A JPH117978 A JP H117978A JP 9157215 A JP9157215 A JP 9157215A JP 15721597 A JP15721597 A JP 15721597A JP H117978 A JPH117978 A JP H117978A
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 充放電サイクルの向上に適した電解液をうる
こと。さらに、正極活物質としてN−フルオロピリジニ
ウム塩を用いる電気エネルギー発生装置に適した電解
液。 【解決手段】 (式中、X1およびX2は同じかまたは異なるハロゲン原
子、R1およびR2はそれぞれ独立して炭素数1〜6のア
ルキル基、ハロアルキル基、アルコキシアルキル基もし
くはハロアルコキシアルキル基、炭素数7〜10のアリ
ール置換アルキル基もしくはハロアリール置換アルキル
基、または炭素数6〜10のアリール基もしくはハロア
リール基であり、mとnはそれぞれ独立に0または1で
ある) (式中、X1およびX2は同じかまたは異なるハロゲン原
子であり、R3は鎖中に酸素原子を含むかもしくは含ま
ない炭素数1〜6のアルキレン鎖またはハロアルキレン
鎖であり、mとnはそれぞれ独立に0または1である)
で表わされるジハロジカルボニル化合物よりなる群から
選ばれた少なくとも1種を含む電解液。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電気エネルギー発
生装置に用いる電解液および電気エネルギー発生装置に
関する。
【0002】
【従来の技術】電気エネルギー発生装置は現代の産業社
会において必要不可欠なものであり、特に近年、リチウ
ム元素を含む化合物を負極または正極に用いるリチウム
電池やリチウムイオン電池が高電圧および高エネルギー
密度である点から高性能の電池として注目されている。
【0003】ここで、電池の重要な構成要素の1つであ
る電解液の基本的役割は、電気エネルギー発生反応(電
池反応)においてイオンを輸送することであるが、高性
能電池に用いる電解液に求められる性能としては、イオ
ンの高い輸送力、高耐酸化性、難燃性、2次電池の充放
電サイクルの向上および充電時におけるリチウム金属の
デンドライトの防止などがある。
【0004】従来から、高性能電池用の電解液として好
適とされている電解液としては、たとえば炭酸エチレ
ン、炭酸プロピレン、炭酸ジメチル、炭酸ジエチルおよ
びγ−ブチロラクトンなどの有機化合物などが知られて
いる。
【0005】しかし、従来から用いられている電解液は
前記性能を充分に満たしているとはいえず、正極活物質
として最近発表された高起電力のN−フルオロピリジニ
ウム塩を用いる電池(特開平7−6756号公報参照)
においても、従来の電解液を用いると高温条件下におい
て放電電圧の低下、放電電気容量の低下などの電池の劣
化が起こるという問題がある。
【0006】そこで、本発明者らは、高い極性が高いイ
オン輸送力のもととなること、および前記公知の電解液
用の化合物は電子吸引性の極性官能基であるカルボニル
【0007】
【化5】
【0008】を分子内に1つ有するだけであることか
ら、分子内にカルボニル基を2つ有するジカルボニル化
合物を電解液として用いれば前記問題点を解消しうるこ
とを期待しつつ、基本構造式(II):
【0009】
【化6】
【0010】で示されるジカルボニル化合物に着目し
た。
【0011】しかし、つぎの反応式(1):
【0012】
【化7】
【0013】に示すように、基本構造式(II)で示され
るジカルボニル化合物はケト形(II)とエノール形(I
I′)とが平衡して存在するため、電解液として用いる
と、エノール形で負極を構成するリチウムなどの金属と
反応して水素ガスを発生するという致命的な欠点があっ
た。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明者らは
鋭意研究を重ねた結果、前記ジカルボニル化合物中のメ
チレン基のもつ水素原子を強い電子吸引性のハロゲン原
子に置換すれば、前記ジカルボニル化合物がエノール形
にならず、リチウムなどの金属と反応して水素を発生す
るという前記欠点を解決することができることを見出し
た。さらに、ハロゲン原子を導入することにより、前記
ジカルボニル化合物を安定させ、高耐酸化性および難燃
性を付与することができることを見出した。
【0015】すなわち、本発明の目的は、高い極性、高
耐酸化性および難燃性を有し、充放電サイクルの向上と
リチウム金属のデンドライトを抑制した電気エネルギー
発生装置に適した電解液をうることにある。また、本発
明の目的は、高起電力の正極活物質としてN−フルオロ
ピリジニウム塩を用いる電池に好適な電解液をうること
にある。
【0016】
【課題を解決するための手段】本発明は、式(I):
【0017】
【化8】
【0018】(式中、X1およびX2は同じかまたは異な
るハロゲン原子、R1およびR2はそれぞれ独立して炭素
数1〜6のアルキル基、ハロアルキル基、アルコキシア
ルキル基もしくはハロアルコキシアルキル基、炭素数7
〜10のアリール置換アルキル基もしくはハロアリール
置換アルキル基、または炭素数6〜10のアリール基も
しくはハロアリール基であり、mとnはそれぞれ独立に
0または1である)および式(I′):
【0019】
【化9】
【0020】(式中、X1およびX2は同じかまたは異な
るハロゲン原子であり、R3は鎖中に酸素原子を含むか
もしくは含まない炭素数1〜6のアルキレン鎖またはハ
ロアルキレン鎖であり、mとnはそれぞれ独立に0また
は1である)で表わされるジハロジカルボニル化合物よ
りなる群から選ばれた少なくとも1種を含む電解液に関
する。
【0021】前記電解液は、負極活物質が金属、金属合
金、金属酸化物、炭素質材料または有機ポリマーである
電気エネルギー発生装置において用いるのが好ましい。
【0022】また、前記電解液は、正極活物質が金属酸
化物、金属カルコゲン化物、金属ハロゲン化物、炭素質
材料、有機ポリマーまたはN−F結合を有する化合物で
ある電気エネルギー発生装置において用いるのが好まし
い。
【0023】さらに、前記電解液は、溶質としてリチウ
ム塩を含むのが好ましい。
【0024】本発明は式(I):
【0025】
【化10】
【0026】(式中、X1およびX2は同じかまたは異な
るハロゲン原子、R1およびR2はそれぞれ独立して炭素
数1〜6のアルキル基、ハロアルキル基、アルコキシア
ルキル基もしくはハロアルコキシアルキル基、炭素数7
〜10のアリール置換アルキル基もしくはハロアリール
置換アルキル基、または炭素数6〜10のアリール基も
しくはハロアリール基であり、mとnはそれぞれ独立に
0または1である)および式(I′):
【0027】
【化11】
【0028】(式中、X1およびX2は同じかまたは異な
るハロゲン原子であり、R3は鎖中に酸素原子を含むか
もしくは含まない炭素数1〜6のアルキレン鎖またはハ
ロアルキレン鎖であり、mとnはそれぞれ独立に0また
は1である)で表わされるジハロジカルボニル化合物よ
りなる群から選ばれた少なくとも1種を含む電解液、正
極活物質および負極活物質を含んでなる電気エネルギー
発生装置にも関する。
【0029】
【発明の実施の形態】本発明は、式(I):
【0030】
【化12】
【0031】(式中、X1およびX2は同じかまたは異な
るハロゲン原子、R1およびR2はそれぞれ独立して炭素
数1〜6のアルキル基、ハロアルキル基、アルコキシア
ルキル基もしくはハロアルコキシアルキル基、炭素数7
〜10のアリール置換アルキル基もしくはハロアリール
置換アルキル基、または炭素数6〜10のアリール基も
しくはハロアリール基であり、mとnはそれぞれ独立に
0または1である)および式(I′):
【0032】
【化13】
【0033】(式中、X1およびX2は同じかまたは異な
るハロゲン原子であり、R3は鎖中に酸素原子を含むか
もしくは含まない炭素数1〜6のアルキレン鎖またはハ
ロアルキレン鎖であり、mとnはそれぞれ独立に0また
は1である)で表わされるジハロジカルボニル化合物よ
りなる群から選ばれた少なくとも1種を含む電解液に関
する。
【0034】前記式(I)または(I′)において、X
1およびX2のハロゲン原子としては、フッ素、塩素、臭
素またはヨウ素原子があげられるが、高い極性効果を引
き出し、低い融点および低い粘度を維持するためには、
フッ素または塩素原子が好ましく、さらにはフッ素原子
がとくに好ましい。
【0035】R1およびR2はそれぞれ独立して炭素数1
〜6のアルキル基、ハロアルキル基、アルコキシアルキ
ル基もしくはハロアルコキシアルキル基、炭素数7〜1
0のアリール置換アルキル基もしくはハロアリール置換
アルキル基、または炭素数6〜10のアリール基もしく
はハロアリール基であり、mとnはそれぞれ独立に0ま
たは1である。
【0036】R1およびR2で示されるアルキル基として
は、分子の高い極性をできるだけ低下させないという点
から、たとえばメチル、エチル、プロピルまたはブチル
などの炭素数1〜4の低級アルキル基が好ましい。
【0037】R1およびR2で示されるハロアルキル基と
しては、分子の高い極性をできるだけ低下させないとい
う点から、たとえばCH2F、CHF2、CF3、CH2
l、CHCl2、CCl3、CH2Br、CHBr2、CB
3、CH2I、CHI2、CI3、C24F、C24
l、C24H、C25、C36F、C36Cl、C36
H、C37、C48F、C48Cl、C49などの炭素
数1〜4の低級ハロアルキル基が好ましい。
【0038】R1およびR2で示されるアルコキシアルキ
ル基としては、分子の高い極性をできるだけ低下させな
いという点から、たとえばCH3OCH2、C25OCH
2、C37OCH2、CH3OCH2CH2、CH3OCH2
CH2CH2、CH3OCH2CH(CH3)、C25OC
2CH2などの炭素数2〜4の低級アルコキシアルキル
基が好ましい。
【0039】R1およびR2で示されるハロアルコキシア
ルキル基としては、分子の高い極性をできるだけ低下さ
せないという点から、たとえばFCH2OCH2、ClC
2OCH2、CH3OCHF、CF3OCF2、CCl3
2OCH2、CF3CH2OCH2、CF2HCF2OC
2、CF3CH2OCH2CH2、CF3CFHCF2OC
2などの炭素数2〜4の低級ハロアルコキシアルキル
基が好ましい。
【0040】R1およびR2で示されるアリール置換アル
キル基としては、分子の高い極性をできるだけ低下させ
ないという点から、たとえばC65CH2、C65CH2
CH2、CH364CH2などの炭素数7〜8のアリー
ル置換アルキル基が好ましい。
【0041】R1およびR2で示されるハロアリール置換
アルキル基としては、分子の高い極性をできるだけ低下
させないという点から、たとえばFC64CH2、Cl
64CH2、BrC64CH2、FC64CH2CH2
どの炭素数7〜8のハロアリール置換アルキル基が好ま
しい。
【0042】R1およびR2で示されるアリール基として
は、分子の高い極性をできるだけ低下させないという点
から、たとえばC65、CH364、CH3CH26
4、(CH3263などの炭素数6〜8のアリール基
が好ましい。
【0043】R1およびR2で示されるハロアリール基と
しては、分子の高い極性をできるだけ低下させないとい
う点から、たとえばFC64、F263、ClC
64、Cl263、BrC64、IC64、F(C
3)C63、F(CH3262などの炭素数6〜8
のハロアリール基が好ましい。
【0044】式(I′)のR3は鎖中に酸素原子を含む
かもしくは含まない炭素数1〜6のアルキレン鎖または
ハロアルキレン鎖である。
【0045】R3で示される、鎖中に酸素原子を含むか
または含まないアルキレン鎖としては、分子の高い極性
をできるだけ低下させないという点から、たとえばCH
2、CH(CH3)、C(CH32、CH2CH2、CH
(CH3)CH2、C(CH32CH2、CH2OCH2
CH(CH3)CH(CH3)、CH2CH2CH2、CH2
C(CH32CH2、CH2CH2CH2CH2、CH2CH
2OCH2CH2、CH2CH2CH2CH2CH2などの炭素
数1〜5の鎖中に酸素原子を含むかまたは含まないアル
キレン鎖が好ましい。
【0046】R3で示される、鎖中に酸素原子を含むか
または含まないハロアルキレン鎖としては、分子の高い
極性をできるだけ低下させないという点から、たとえば
CHF、CF2、CH(CF3)、C(CF32、CHC
l、CCl2、CHBr、CBr2、CHI、CI2、C
H(CF3)CH2、CH2CF2CH2、CF2OCF2
CF2OCH2、CH2CF2CF2CH2、CH2CF2CF
2CF2CH2などの炭素数1〜5の鎖中に酸素原子を含
むかまたは含まないハロアルキレン鎖が好ましい。
【0047】さらに、具体的に前記式(I)または
(I′)により表わされる化合物としては、X1、X2
1、R2、R3、mおよびnが表1〜4に示す組み合わ
せに係るものが例示されるが、これらに制限されるもの
ではない。
【0048】
【表1】
【0049】
【表2】
【0050】
【表3】
【0051】
【表4】
【0052】本発明において前記式(I)または前記式
(I′)で表わされるジハロジカルボニル化合物として
は、公知のものを用いることができる[公知のジハロジ
カルボニル化合物およびその製法については、たとえば
ジャーナル・アメリカン・ケミカル・ソシアティ(J. A
m. Chem. Soc.)112巻、8563頁(1990年);
ジャーナル・ケミカル・ソシアティ、ケミカル・コミニ
ケーション(J. Chem.Soc., Chem. Commun.)21頁(1
995年);ジャーナル・ケミカル・ソシアティ、パー
キントランス(J. Chem. Soc, Perkin Trans.)1、22
71頁(1996年);ジャーナル・オーガニック・ケ
ミストリー(J. Org. Chem.)46巻、3917頁(19
81年);ジャーナル・フルオリン・ケミストリー(J.
FluorineChem.)58巻、71頁(1992年);ジャー
ナル・ケミカル・ソシアティ(J. Chem. Soc.,)343頁
(1994年);CA 105-190451[Zh. Prikl. Khim.(Le
ningrad)58巻(11号)、2504頁]、CA 124-201
647(Patent DE 440263 A1);ケミカル・コミニケーショ
ン(Chem. Commun.)11頁(1970年)参照]。ま
た、たとえば反応式(2):
【0053】
【化14】
【0054】(式中、X1およびX2は同じかまたは異な
るハロゲン原子、R1およびR2はそれぞれ独立して炭素
数1〜6のアルキル基、ハロアルキル基、アルコキシア
ルキル基もしくはハロアルコキシアルキル基、炭素数7
〜10のアリール置換アルキル基もしくはハロアリール
置換アルキル基、または炭素数6〜10のアリール基も
しくはハロアリール基であり、mとnはそれぞれ独立に
0または1である)または反応式(2′):
【0055】
【化15】
【0056】(式中、X1およびX2は同じかまたは異な
るハロゲン原子であり、R3は鎖中に酸素原子を含むか
もしくは含まない炭素数1〜6のアルキレン鎖またはハ
ロアルキレン鎖であり、mとnはそれぞれ独立に0また
は1である)に示すように、前記(II)または前記(I
I′)で表されるジカルボニル化合物から公知の方法で
ハロゲン化して製造したものを用いてもよい。
【0057】前記ハロゲン化に用いるハロゲン化剤とし
ては、通常のハロゲン化剤として知られているものを用
いることができるが、入手が容易であるという点から、
フッ素、塩素、臭素、ヨウ素、N−フルオロピリジニウ
ム塩、N−フルオロ−2,4,6−トリメチルピリジニ
ウム塩、N−フルオロ−3,5−ジクロロピリジニウム
塩、N−フルオロ−2,6−ジクロロピリジニウム塩、
N−フルオロペンタクロロピリジニウム塩、N,N′−
ジフルオロビピリジニウム塩、N−フルオロピリジニウ
ム−2−スルホナート、N−フルオロ−4,6−ジメチ
ルピリジニウム−2−スルホナート、N−フルオロ−4
−メチルピリジニウム−2−スルホナート、N−フルオ
ロ−5−(トリフルオロメチル)ピリジニウム−2−ス
ルホナート、N−フルオロ−6−(トリフルオロメチ
ル)ピリジニウム−2−スルホナート、N−フルオロ−
4,6−ビス(トリフルオロメチル)ピリジニウム−2
−スルホナート、N−クロロメチル−N′−フルオロ−
1,4−ジアゾニアビシクロ[2,2,2]オクタン
塩、N−フルオロ−N′−ヒドロキシ−1,4−ジアゾ
ニアビシクロ[2,2,2]オクタン塩、N−フルオロ
ビス(ベンゼンスルホニル)アミド、N−フルオロビス
(メタンスルホニル)アミド、N−フルオロビス(トリ
フルオロメタンスルホニル)アミド、N−フルオロ−o
−ベンゼンジスルホンイミド、塩化チオニル、塩化スル
フリル、N−クロロコハク酸イミド、N−ブロモコハク
酸イミド、N−ヨードコハク酸イミド、トリクロロイソ
シアヌル酸、ジクロロイソシアヌル酸モノナトリウム
塩、1,3−ジクロロ−5,5−ジメチルヒダントイ
ン、1,3−ジブロモ−5,5−ジメチルヒダントイ
ン、過ヨウ素酸、オルト過ヨウ素酸などがあげられる。
【0058】前記ハロゲン化の反応条件としても公知の
条件でよく、たとえば塩化メチレン、クロロホルム、四
塩化炭素、ジクロロエタン、アセトニトリル、酢酸、ギ
酸などの溶媒を用い、または無溶媒で、約−80℃〜+
150℃の範囲内の反応温度で、前記反応式(2)また
は(2′)で示されるようにジカルボニル化合物(II)
または(II′)を前記ハロゲン化剤と反応させてハロゲ
ン化すればよい。また、かかるハロゲン化反応は、必要
であれば酸もしくは塩基の存在下、または光照射条件下
で行なってもよい。
【0059】前記ハロゲン化反応におけるハロゲン化剤
の使用量については、通常は、前記式(II)または前記
式(II′)のジカルボニル化合物に対してX1とX2が同
種のハロゲン原子のときは2当量またはそれ以上を用い
れば収率よく式(I)または(I′)で示される本発明
のジハロジカルボニル化合物を製造することができる。
1とX2が異なるハロゲン原子のときは、異なる2種の
ハロゲン化剤をそれぞれ1当量用いて、段階的に反応さ
せれば収率よく本発明のジハロジカルボニル化合物を製
造することができる。
【0060】さらに、反応の後処理としては、通常の後
処理操作を行なった後に、蒸留、昇華などを行なうこと
によってさらに高純度のジハロジカルボニル化合物をう
ることができる。
【0061】また、前記式(I)または(I′)で示さ
れる本発明のジハロジカルボニル化合物は、ハロゲン化
反応などの公知の有機化学反応によって、前記式(I)
または(I′)で示されるほかのジハロジカルボニル化
合物に変換することも可能である(参考例6参照)。
【0062】本発明の電解液は、前記ジハロジカルボニ
ル化合物の1種を単独でまたは2種以上の混合物として
使用して、また必要に応じてその他の溶媒と混合してえ
られる溶媒と溶質とからなる。
【0063】前記ジハロジカルボニル化合物を電気エネ
ルギー発生装置における電解液の溶媒として用いるばあ
い、1種を単独で、もしくは2種以上の混合物として用
いてもよく、1種もしくは2種以上とその他の溶媒の1
種もしくは2種以上との混合物として用いてもよい。
【0064】前記ジハロジカルボニル化合物が電気エネ
ルギー発生装置の使用温度で固体であるばあいは、損失
を少なくして電気エネルギーを発生させるために、他の
ジハロジカルボニル化合物および/または他の溶媒を混
合して液状の溶媒として使用することが好ましい。
【0065】ジハロジカルボニル化合物を2種以上用い
るばあいの混合比は任意であってよく、えられる電解液
の用途および使用条件により好ましい混合比を適宜選択
すればよい。
【0066】本発明の電解液に好ましく使用することの
できるその他の溶媒としては、たとえば炭酸ジメチル、
炭酸ジエチル、炭酸エチレン、炭酸プロピレン、炭酸ブ
チレン、スルホラン、メチルスルホラン、γ−ブチロラ
クトン、γ−バレロラクトン、ジメチルスホキシド、
N,N′−ジメチルホルムアミド、N−メチルオキサゾ
リジノン、1,3−ジオキソラン、2−メチルテトラヒ
ドロフラン、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、
ジメトキシメタン、ジメトキシエタン、ジエトキシエタ
ン、ジグライム、トリグライム、テトラグライム、アセ
トニトリル、プロピオニトリル、ギ酸メチル、ギ酸エチ
ル、酢酸メチル、酢酸エチル、プロピオン酸メチル、ジ
メチル亜硫酸などの非水性溶媒があげられる。これらの
中でも、高極性および高耐酸化性の点から、炭酸ジメチ
ル、炭酸ジエチル、炭酸エチレン、炭酸プロピレン、ス
ルホラン、メチルスルホラン、γ−ブチロラクトン、γ
−バレロラクトン、1,3−ジオキソラン、ジメトキシ
エタン、ジエトキシエタン、アセトニトリル、ギ酸メチ
ル、ギ酸エチルを用いるのが特に好ましい。
【0067】その他の溶媒を用いるばあいの前記ジハロ
ジカルボニル化合物とその他の溶媒との混合比は任意で
あってよく、えられる電解液の用途および使用条件によ
り好ましい混合比を適宜選択すればよい。
【0068】たとえば、後述するようにN−フルオロピ
リジニウム塩を正極活物質として用いる電池において、
高温での放電電圧と放電電気容量の低下という電池の劣
化防止を目的とするばあい本発明の電解液は、本発明の
効果を充分に発揮させるためには前記ジハロジカルボニ
ル化合物を30体積%以上、さらには40〜100体積
%含有するのが好ましい。
【0069】また、難燃性の付与、充放電サイクルの向
上、またはリチウム金属のデンドライト防止などを目的
とするばあいは、本発明の電解液中の前記ジハロジカル
ボニル化合物は50体積%以下、さらには0.01〜4
0体積%程度でよい。
【0070】本発明の電解液に用いることのできる溶質
としては、従来から用いられているものであればよい
が、高性能の電池、たとえばリチウム電池やリチウムイ
オン電池に使用でき、しかも本発明の効果が大きいとい
う点から、LiClO4、LiBF4、LiPF6、Li
AsF6、LiSbF6、LiOSO2CF3、LiOSO
225、LiOSO249、LiAlCl4、LiN
(SO2CF32、LiC(SO2CF33、LiB[C
63(CF324などのリチウム塩が好ましい。
【0071】また、本発明の電解液における前記溶質の
濃度としては、0.5〜1.5モル/リットルであるの
が好ましい。0.5モル/リットル未満では充分な導電
率がえられないことがあり、1.5モル/リットルを超
えるとリチウム塩が析出することがあるからである。
【0072】なお後記するように、電気エネルギー発生
装置の正極活物質として、本発明の電解液に可溶なN−
フルオロピリジニウム塩を用いるとき、当該N−フルオ
ロピリジニウム塩が溶質を兼ねることができるため、前
記溶質を用いてなくてもよいばあいがある(実施例1
2、13参照)。
【0073】本発明の電解液は、各種の電気エネルギー
発生装置において使用することができる。したがって、
本発明は、前記電解液を用いてなる電気エネルギー発生
装置にも関する。
【0074】本発明における電気エネルギー発生装置
は、少なくとも正極活物質、前記電解液および負極活物
質の3つの構成要素からなるものであり、そのほかの構
成要素としては特に制限はなく、従来からのものを適用
することができる。
【0075】本発明の電気エネルギー発生装置において
用いることのできる好ましい正極活物質としては、たと
えばリチウム含有金属酸化物などの金属酸化物、金属カ
ルコゲン化物、金属ハロゲン化物、炭素質材料、有機ポ
リマー、N−F結合を有する化合物などの公知の正極活
物質があげられる。
【0076】前記金属酸化物としては、LiCoO2
LiNiO2、LixNiyCo1-y2(0<x<1、
0.7<y<1.02)、LiMnO2、LiMn
24、LiFeO2、Li25(0<x<3)など
のリチウム含有金属酸化物のほか、MnO2、V25
24、V23、CoO2、Co23、NiO2、Ni2
3、AgO、Ag2O、Ag2CrO4、CuO、Pb
O、SnB(たとえばx=0.4〜0.6、
y=0.6〜0.4、z=(2+3x+5y)/2)、
SnO、SnO2、TiO2、Sb23、Bi23、Bi
2Pb25、Nb23、SeO2、TeO2、Cr23
MoO3、WO3、Fe23、FeO2などがあげられ
る。
【0077】金属カルコゲン化物としては、CuS、F
eS2、TiS2、MoS2、VSe2、CuCo24、N
bSe2などがあげられ、また、金属ハロゲン化物とし
ては、FeF3、AgCl、CuCl2、PbI2、Hg
F、CuF、CdF2、BiF3などがあげられる。
【0078】また、前記炭素質材料としては熱分解炭素
類、ピッチコークス、ニードルコークス、石油コークス
などのコークス類;グラファイト類;ガラス状炭素類;
フェノール樹脂、フラン樹脂などを適当な温度で焼成し
て炭素化した有機高分子化合物焼成体;炭素繊維;活性
炭などであって、陰イオンをドープおよび脱ドープする
ことができるものがあげられる。
【0079】前記有機ポリマーとしては、ポリアニリ
ン、ポリアセチレン、ポリフェニレン、ポリピロール、
ポリチオフェン、ポリフラン、ポリジスルフィドなどが
あげられる。
【0080】前記N−F結合を有する化合物としては、
好ましくは置換または無置換のN−フルオロピリジニウ
ム塩、N,N′−ジフルオロビピリジニウム塩、ポリ
(N−フルオロピリジニウム塩)などがあげられる。
【0081】これらのうちでも本発明の電気エネルギー
発生装置における正極活物質としては、高電圧と高電気
エネルギーを発生することができるという点から、N−
F結合を有する化合物や、リチウムイオンをドープおよ
び脱ドープすることのできる金属酸化物、金属カルコゲ
ン化物、金属ハロゲン化物または炭素質材料などを用い
るのが特に好ましい。
【0082】本発明の電気エネルギー発生装置において
用いることのできる好ましい負極活物質としては、たと
えば金属、金属合金、金属酸化物、炭素質材料、有機ポ
リマーなどの公知の負極活物質があげられる。
【0083】前記金属としては、たとえばLi、Na、
K、Cs、Ca、Al、Zn、Cu、Snなどがあげら
れ、金属合金としてはたとえばLi−Al、Li−S
n、Li−Pb、Li−Zn、Li−Cd、Li−M
g、Li−ウッドメタル合金などがあげられる。
【0084】金属酸化物としては、CoVO4、LiC
oVO4、Nb25、LiNb25(x<3)、Sn
[たとえばx=0.4〜0.6、y=0.
6〜0.4、z=(2+3x+5y)/2]、SnO、
SnO2、PbO、PbO2、GeO、GeO2、Si
2、TiO2、LiTiO2などがあげられる。
【0085】前記炭素質材料としては、熱分解炭素類;
ピッチコークス、ニードルコークス、石油コークスなど
のコークス類;グラファイト類;ガラス状炭素類;フェ
ノール樹脂、フラン樹脂などを適当な温度で焼成して炭
素化した有機高分子化合物焼成体;炭素繊維;活性炭な
どであって、たとえばLiなどの金属またはLi+など
の陽イオンをドープおよび脱ドープすることができるも
のがあげられる。
【0086】また、前記有機ポリマーとしては、正極活
物質として用いることができるポリマーとして前述した
ものを負極活物質として用いることができる。
【0087】これらのうちでも本発明の電気エネルギー
発生装置における負極活物質としては、高電圧と高エネ
ルギーを発生できるという点から、Li、Na、K、C
s、Caなどのアルカリ金属もしくはアルカリ土類金
属、前述のLi−Al合金などのアルカリ金属を含む金
属合金、リチウムなどの金属もしくはリチウムイオンな
どの陽イオンをドープまたは脱ドープすることのできる
金属酸化物、炭素質材料などを用いるのが特に好まし
い。
【0088】
【実施例】以下に実施例を用いて本発明を説明するが、
本発明はこれらのみに制限されるものではない。
【0089】参考例1 反応式(3):
【0090】
【化16】
【0091】にしたがって本発明の電解液に用いるジハ
ロジカルボニル化合物を以下のようにして製造した。
【0092】マロン酸ジメチル13.2g(0.10モ
ル)、N−フルオロ−2,4,6−トリメチルピリジニ
ウムトリフルオロメタンスルホナート84.1g(0.
29モル)、塩化アルミニウム5.3g(0.04モ
ル)および塩化メチレン10mlをガラス反応管に入
れ、窒素雰囲気下とした後に封管し、該封管を90℃の
浴に浸し、61.5時間加熱した。放冷後、開封してえ
られた反応混合物から常圧下で塩化メチレンを留去した
後、減圧下で浴温を150℃まで上げ、えられる留分を
すべて集めた。この留分を常圧下で再蒸留し、165〜
167℃の留分をえた。収量12.3g(73%)で
2,2−ジフルオロマロン酸ジメチルをえた。その物性
値およびスペクトルデータを以下に示す。
【0093】 融点:−27℃ 沸点:165〜167℃ 1H−NMR(重アセトニトリル中):δ3.90(s,OCH319H−NMR(重アセトニトリル中、CFCl3内部標準):-111.8ppm(s,CF2) Massスペクトル:実測値 167.02357(M+) 計算値 168.02342(C5642
【0094】参考例2 反応式(4):
【0095】
【化17】
【0096】にしたがって本発明の電解液に用いるジハ
ロジカルボニル化合物を以下のようにして製造した。
【0097】マロン酸ジエチル32.1g(0.20モ
ル)、N−フルオロ−2,4,6−トリメチルピリジニ
ウムトリフルオロメタンスルホナート127.4g
(0.44モル)、塩化アルミニウム10.7g(0.
08モル)および1,2−ジクロロエタン40mlを反
応容器に入れ、19時間加熱還流を行なった。反応後、
減圧蒸留により収量31.1g(79%)で2,2−ジ
フルオロマロン酸ジエチルをえた。その物性値およびス
ペクトルデータを以下に示す。
【0098】 融点:−80℃以下 沸点:51〜53℃/26mmHg 1H−NMR(重アセトニトリル中):δ4.37(q,J=7.1Hz,4H,2×CH2)、1.31 (t,J=7.1Hz,6H,2×CH319F−NMR(重アセトニトリル中、CFCl3内部標準):-112.1ppm(s,CF2) Massスペクトル:実測値 197.06269((M+H)+) 計算値 197.06254(C71124
【0099】参考例3 反応式(5):
【0100】
【化18】
【0101】にしたがって本発明の電解液に用いるジハ
ロジカルボニル化合物を以下のようにして製造した。
【0102】アセト酢酸メチル11.6g(0.10モ
ル)、N−フルオロ−2,4,6−トリメチルピリジニ
ウムトリフルオロメタンスルホナート72.3g(0.
25モル)、塩化亜鉛5.46g(0.04モル)およ
び塩化メチレン15mlをガラス反応管に入れ、窒素雰
囲気下とした後に封管し、該封管を60℃の浴で64時
間、ついで70℃の浴で24時間加熱した。放冷後、開
封してえられた反応混合物から常圧下で溶媒の塩化メチ
レンを留去した後、減圧下で浴温を120℃まで上げ、
えられる留分をすべて集めた。この留分を常圧下で再蒸
留し、147〜149℃の留分をえた。収量12.2g
(80%)で2,2−ジフルオロアセト酢酸メチルをえ
た。その物性値およびスペクトルデータを以下に示す。
【0103】 融点:−43℃ 沸点:147〜149℃ 1H−NMR(重アセトニトリル中):δ3.89(s,3H,OCH3)、2.39(t,J=1.7H z,3H,CH319F−NMR(重アセトニトリル中、CFCl3内部標準):-113.6ppm(s,CF2) Massスペクトル:実測値 152.02855(M+) 計算値 152.02850(C5632
【0104】参考例4 反応式(6):
【0105】
【化19】
【0106】にしたがって本発明の電解液に用いるジハ
ロジカルボニル化合物を以下のようにして製造した。
【0107】2,4−ペンタンジオン20.0g(0.
20モル)、N−フルオロ−2,4,6−トリメチルピ
リジニウムトリフルオロメタンスルホナート146g
(0.50モル)、塩化亜鉛10.9g(0.08モ
ル)および塩化メチレン45mlをガラス反応管に入
れ、窒素雰囲気下とした後、封管した。この封管を60
℃の浴で65.5時間加熱した。放冷後、開封して常圧
下で溶媒の塩化メチレンを留去した後、減圧下で浴温を
130℃まで上げてえられる留分をすべて集めた。この
留分を常圧下で再蒸留して、116〜118℃の留分を
えた。収量16.1g(59%)で3,3−ジフルオロ
−2,4−ペンタンジオンをえた。その物性値およびス
ペクトルデータを以下に示す。
【0108】 融点:−49℃ 沸点:116〜118℃ 1H−NMR(重アセトニトリル中):δ2.35(t,J=1.7Hz,CH319F−NMR(重アセトニトリル中、CFCl3内部標準):-114.9ppm(s,CF2) Massスペクトル:実測値 136.03331(M+) 計算値 136.03359(C5622
【0109】参考例5 反応式(7):
【0110】
【化20】
【0111】にしたがって本発明の電解液に用いるジハ
ロジカルボニル化合物を以下のようにして製造した。
【0112】4−クロロアセト酢酸エチル32.9g
(0.20モル)、N−フルオロ−2,4,6−トリメ
チルピリジニウムトリフルオロメタンスルホナート14
4.9g(0.501モル)、塩化アルミニウム10.
9g(0.082モル)および塩化メチレン80mlを
ガラス反応管に入れ、窒素雰囲気下とした後、封管し
た。これを85℃の浴で31.5時間加熱した。放冷
後、開封して常圧下で溶媒の塩化メチレンを留去した
後、減圧下で浴温を140℃まで上げてえられる留分を
すべて集めた。この留分を常圧下で再蒸留し、94〜9
5℃/33mmHgの留分をえた。収量30.5g(7
6%)で4−クロロ−2,2−ジフルオロアセト酢酸エ
チルをえた。その物性値およびスペクトルデータを以下
に示す。
【0113】 融点:−80℃以下 沸点:94〜95℃/33mmHg 1H−NMR(重アセトニトリル中):δ4.73(t,J=0.7Hz,2H,ClCH2)、 4.37(q,J=7.1Hz,2H,OCH2)、1.31(t,J=7.1Hz,3H,CH319F−NMR(重アセトニトリル中、CFCl3内部標準):-112.8(s,CF2) Massスペクトル:実測値 200.00557(M+) 計算値 200.00518(C67ClF23
【0114】参考例6 反応式(8):
【0115】
【化21】
【0116】にしたがってジハロジカルボニル化合物を
製造した。
【0117】3,3−ジフルオロ−2,4−ペンタンジ
オン9.5g(0.07モル)、エーテル14ml、お
よび四塩化炭素14mlの混合物に0℃で臭素7.4m
l(0.144モル)を加えて24時間撹拌し、その
後、室温で2時間撹拌した。反応混合液を水にあけエー
テルで抽出した。エーテル抽出液を水洗後硫酸マグネシ
ウムで乾燥した。硫酸マグネシウムを濾過で除去した
後、溶媒を留去した。残渣を減圧下で分留して11.4
gの84〜87℃/23mmHgの留分をえた(収率5
5%)。1,5−ジブロモ−3,3−ジフルオロペンタ
ンジオンの物性値およびスペクトルデータを以下に示
す。
【0118】融点:33〜35℃ 沸点:84〜87℃/23mmHg1 H−NMR(重アセトニトリル中):δ4.51(t,J=1.0
Hz,CH219 F−NMR(重アセトニトリル中、CFCl3内部標
準):-110.9ppm(s,CF2
【0119】参考例7 反応式(9):
【0120】
【化22】
【0121】にしたがって本発明の電解液に用いるジハ
ロジカルボニル化合物を以下のようにして製造した。
【0122】1,3−ジフェニル−1,3−プロパンジ
オン224mg(1ミリモル)、乾燥塩化亜鉛54mg
(0.4ミリモル)、N−フルオロ−2,4,6−トリ
メチルピリジニウムトリフルオロメタンスルホナート5
78mg(2ミリモル)、およびジクロロエタン2ml
の混合物を60℃で18時間撹拌した。反応液をエーテ
ルで抽出した。抽出液から溶媒を留去し、えられた残渣
をシリカゲルのカラムクロマトグラフィーにかけて、
2,2−ジフルオロ−1,3−ジフェニル−1,3−プ
ロパンジオン229mg(88%)をえた。その物性値
およびスペクトルデータを以下に示す。
【0123】 融点:60〜61℃ 1H−NMR(重クロロホルム中):δ7.32 - 7.77(6H,m,芳香核水素)、 7.95 - 8.23(4H,m,芳香核水素) 19F−NMR(重クロロホルム中、CFCl3内部標準):-102.8ppm(s,CF2) Massスペクトル:260(M+) 元素分析:実測値 C 69.28%;H 3.97% 計算値 (C15H10F2O2) C 69.23%;H 3.87%
【0124】参考例8 反応式(10):
【0125】
【化23】
【0126】にしたがって本発明の電解液に用いるジハ
ロジカルボニル化合物を以下のようにして製造した。
【0127】5,5−ジメチル−1,3−シクロヘキサ
ンジオン2.81g(20ミリモル)をギ酸20mlに
溶かし、氷浴冷却下で、これに撹拌下、20%F2/8
0%N2混合ガスを50ミリリットル/分の流速で吹き
込んだ。F2を44ミリモル流したところで反応を終了
した。反応後、N2ガスを流して未反応のF2ガスを除去
したのち、反応混合物の溶媒を留去した。えられた残渣
を減圧下で蒸留し、収量2.17g(61%)で2,2
−ジフルオロ−5,5−ジメチル−1,3−シクロヘキ
サンジオンをえた。その物性値およびスペクトルデータ
を以下に示す。
【0128】 沸点:83〜85℃/95mmHg 1H−NMR(重アセトニトリル中):δ2.86(4H,t,J=2Hz,CH2)、1.05(6H, s,CH319F−NMR(重アセトニトリル中、CFCl3内部標準):-121.5ppm(s,CF2) Massスペクトル:実測値 176.06485(M+) 計算値 176.06489(C6H6F2O2
【0129】実施例1 乳鉢にN−フルオロピリジニウムテトラフルオロボラー
ト(75重量%)、粉末状アセチレンブラック(15重
量%)、炭酸プロピレン(5重量%)をはかりとり、細
かくすりつぶした。これにポリテトラフルオロエチレン
製バインダー(ダイキン工業(株)製F−104:5重
量%)を加えて充分に練りあわせた。これをプレス機で
圧延した後、直径16.5mmの円形ペレット状に打ち
ぬき、重量217mgの正極活物質をえた。
【0130】金メッキした2016ボタン型電池セルの
正負極内面に、金メッキしたニッケル箔(それぞれ直径
16mm、12mm)を溶接し、負極側に絶縁パッキン
グを固定した後、負極側から金属リチウム(直径16m
m、厚さ0.38mm)、セパレータ(セルガード#2
400、直径20mm)、正極活物質(直径16.5m
m)の順序で重ね、それらのあいだに合計0.15ミリ
リットルの電解液(1モル/リットル LiPF6/C
3OCOCF2COOCH3)を加えた後、通常の方法
にしたがってボタン型電池を作製した。
【0131】えられたボタン型電池の概略部分断面図を
図1に示す。図1において1は負極缶(金メッキされた
スチール製)、2はリチウム(負極活物質)、3は金メ
ッキされたニッケル箔、4は絶縁パッキング、5は正極
活物質、6は正極缶(金メッキされたスチール製)、7
はセパレータである。
【0132】[電池の直流内部抵抗値の測定]直流内部
抵抗値は図2に示す装置の1MΩから、510KΩ、1
00KΩ、51KΩの外部負荷のもとでそれぞれ1分後
の電池電圧を測定してそれぞれの抵抗における電流値と
電圧値から最小二乗法により求めた。図2において8は
前記ボタン型電池を示す、Vは電圧計、Rは外部負荷を
示す。結果を表5に示す。
【0133】実施例2〜16 実施例1と同様の操作で、表5〜7に示す電池構成のボ
タン型電池を作製した。作製した電池の開回路電圧およ
び20℃における直流内部抵抗値を表5〜7に示す。電
解液の溶媒の混合比は体積比である。なお、実施例12
および13におけるアセチレンブラックとしてはバイン
ダー(テトラフルオロエチレン)入りアセチレンブラッ
ク(宝泉(株)TAB−2)を用いた。
【0134】比較例1〜2 表8に示すように、実施例7の電解液(CH3OCOC
2COOCH3)をγ−ブチロラクトンにかえた以外は
実施例7と同様にして電池を作製し、これを比較例1と
した。同じく、表8に示すように、実施例10の電解液
(CH3OCOCF2COOCH3/炭酸プロピレン=9
/1、体積比)を炭酸プロピレン/炭酸ジメチル(=1
/1、体積比)にかえた以外は実施例10と同様にして
電池を作製し、これを比較例2とした。開回路電圧およ
び20℃における直流内部抵抗値の測定結果を表8に示
す。
【0135】
【表5】
【0136】
【表6】
【0137】
【表7】
【0138】
【表8】
【0139】[放電曲線の比較]実施例7と比較例1の
電池を用いて60℃で200μA定電流放電を行なっ
た。その結果を図3に示す。また、実施例10と比較例
2の電池を用いて60℃で300μA定電流放電を行な
った。その結果を図4に示す。
【0140】実施例7と比較例1(図3)、および実施
例10と比較例2(図4)の60℃における放電曲線か
らわかるように、電解液として本発明の電解液を用いる
と電池の劣化はおきず高電圧の安定した放電と高電気容
量がえられることがわかる。一方、従来の電解液を用い
た比較例1と2では60℃で著しい劣化が起きている。
【0141】
【発明の効果】本発明によれば、電気エネルギー発生装
置の劣化を抑え、安定した放電と高電気容量を与えうる
電解液をうることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例において作製した電池の概略部
分断面図である。
【図2】本発明の実施例において用いた電池の直流内部
抵抗値を測定するための装置の概略説明図である。
【図3】本発明の実施例7および比較例1においてえら
れた電池の放電曲線を示す図である。
【図4】本発明の実施例10および比較例2においてえ
られた電池の放電曲線を示す図である。
【符号の説明】
1 負極缶 2 リチウム(負極活物質) 3 ニッケル箔 4 絶縁パッキング 5 正極活物質 6 正極缶 7 セパレータ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI C07C 69/716 C07C 69/716 Z 69/738 69/738 Z

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 式(I): 【化1】 (式中、X1およびX2は同じかまたは異なるハロゲン原
    子、R1およびR2はそれぞれ独立して炭素数1〜6のア
    ルキル基、ハロアルキル基、アルコキシアルキル基もし
    くはハロアルコキシアルキル基、炭素数7〜10のアリ
    ール置換アルキル基もしくはハロアリール置換アルキル
    基、または炭素数6〜10のアリール基もしくはハロア
    リール基であり、mとnはそれぞれ独立に0または1で
    ある)および式(I′): 【化2】 (式中、X1およびX2は同じかまたは異なるハロゲン原
    子であり、R3は鎖中に酸素原子を含むかもしくは含ま
    ない炭素数1〜6のアルキレン鎖またはハロアルキレン
    鎖であり、mとnはそれぞれ独立に0または1である)
    で表わされるジハロジカルボニル化合物よりなる群から
    選ばれた少なくとも1種を含む電解液。
  2. 【請求項2】 負極活物質が金属、金属合金、金属酸化
    物、炭素質材料または有機ポリマーである電気エネルギ
    ー発生装置において用いる請求項1記載の電解液。
  3. 【請求項3】 正極活物質が金属酸化物、金属カルコゲ
    ン化物、金属ハロゲン化物、炭素質材料、有機ポリマー
    またはN−F結合を有する化合物である電気エネルギー
    発生装置において用いる請求項1記載の電解液。
  4. 【請求項4】 溶質としてリチウム塩を含む請求項1記
    載の電解液。
  5. 【請求項5】 式(I): 【化3】 (式中、X1およびX2は同じかまたは異なるハロゲン原
    子、R1およびR2はそれぞれ独立して炭素数1〜6のア
    ルキル基、ハロアルキル基、アルコキシアルキル基もし
    くはハロアルコキシアルキル基、炭素数7〜10のアリ
    ール置換アルキル基もしくはハロアリール置換アルキル
    基、または炭素数6〜10のアリール基もしくはハロア
    リール基であり、mとnはそれぞれ独立に0または1で
    ある)および式(I′): 【化4】 (式中、X1およびX2は同じかまたは異なるハロゲン原
    子であり、R3は鎖中に酸素原子を含むかもしくは含ま
    ない炭素数1〜6のアルキレン鎖またはハロアルキレン
    鎖であり、mとnはそれぞれ独立に0または1である)
    で表わされるジハロジカルボニル化合物よりなる群から
    選ばれた少なくとも1種を含む電解液、正極活物質およ
    び負極活物質を含んでなる電気エネルギー発生装置。
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