JPWO2011034149A1 - 二次電池用非水電解液 - Google Patents
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Abstract
Description
また、電解質塩として、Li[N(SO2−CFH−CF3)2]、Li[N(SO2−CH2−CF3)2]等のビススルホニルイミドリチウム塩を主成分(全電解質塩100mol%に対して60mol%以上)として用いる非水電解液(2)も知られている(特許文献1)。
[1]式(a1)で表されるリチウム塩(a1)と無機リチウム塩であるリチウム塩(a2)と溶媒とを含有し、前記リチウム塩(a1)と前記リチウム塩(a2)の合計量に対する前記リチウム塩(a1)の割合が5.0〜20.0mol%である、二次電池用非水電解液。
R1−CHF−SO2−N(Li)−SO2−CHF−R2 (a1)
(ただし、式(a1)中のR1およびR2は、互いに独立に、エーテル性酸素原子を含んでいてもよい炭素数1〜5の含フッ素アルキル基またはフッ素原子である。)
[2]前記リチウム塩(a1)が、式(a1−1)で表される化合物である、前記[1]に記載の二次電池用非水電解液。
CF3−CHF−SO2−N(Li)−SO2−CHF−CF3 (a1−1)
[3]前記リチウム塩(a2)が、LiPF6、LiBF4またはLiClO4である、前記[1]または[2]に記載の二次電池用非水電解液。
[4]前記非水電解液が、LiPF6、LiBF4およびLiClO4からなる群から選ばれる少なくとも1種を含む、前記[1]または[2]に記載の二次電池用非水電解液。
[5]前記非水電解液が、LiPF6を含む、前記[1]または[2]に記載の二次電池用非水電解液。
[6]前記非水電解液が、カーボネート系溶媒を含む、前記[1]〜[5]のいずれかに記載の二次電池用非水電解液。
[7]前記非水電解液中の前記リチウム塩(a1)と前記リチウム塩(a2)の合計量が、全溶媒1リットルに対して0.5〜3.0molである、前記[1]〜[6]のいずれかに記載の二次電池用非水電解液。
[8]二次電池用非水電解液がリチウムイオン二次電池用非水電解液である、前記[1]〜[7]のいずれかに記載の二次電池用非水電解液。
[9]リチウムイオンを吸蔵・放出する正極活物質を含む正極と、リチウム金属、リチウム合金またはリチウムイオンを吸蔵・放出する負極活物質を含む負極と、前記[1]〜[8]のいずれかに記載の二次電池用非水電解液とを有するリチウムイオン二次電池。
本発明の二次電池用非水電解液(以下、単に「非水電解液」という。)は、電解質塩としてリチウム塩を含有する非水電解液である。
[リチウム塩]
本発明の非水電解液は、下式(a1)で表されるリチウム塩(a1)と無機リチウム塩(a2)と溶媒とを含有する。これらリチウム塩は、本発明の非水電解液中で解離してリチウムイオンを供給する。
R1−CHF−SO2−N(Li)−SO2−CHF−R2 (a1)
ただし、式(a1)中のR1およびR2は、互いに独立にエーテル性酸素原子を含んでいてもよい炭素数1〜5の含フッ素アルキル基(以下、「含フッ素アルキル基(α)」という。)またはフッ素原子である。
以下、式(a1)で表されるリチウム塩をリチウム塩(a1)と記す。また、式(a1)以外の式で表されるリチウム塩についても同様に記す。
リチウム塩(a1)におけるR1は、含フッ素アルキル基(α)またはフッ素原子であり、含フッ素アルキル基(α)が好ましい。
R1が含フッ素アルキル基(α)である場合、その炭素数は1〜5である。R1の含フッ素アルキル基(α)の炭素数が1〜5であれば、電池過熱時における正極上での電解液の分解発熱を抑制する効果を発現するのに充分なモル濃度で添加した場合でも伝導度等その他の特性に与える影響が少ない。R1の含フッ素アルキル基(α)の炭素数は、伝導度を高く維持しやすい点から、1〜3が好ましく、1が特に好ましい。
また、R1が含フッ素アルキル基(α)である場合の該含フッ素アルキル基(α)は、熱暴走を抑制する効果が高い点から、アルキル基の水素原子の全てがフッ素原子に置換されていることが好ましい。
R2は、前記R1と同じ、含フッ素アルキル基(α)またはフッ素原子であり、好ましい態様も同じである。
R1とR2は、同じであってもよく、異なっていてもよい。
無機リチウム塩であるリチウム塩(a2)としては、LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiAsF6、LiB(C6H5)4、CH3SO3Li等が挙げられる。リチウム塩(a2)としては、LiPF6、LiBF4およびLiClO4が好ましい。これらのリチウム塩は、リチウムイオン二次電池用のリチウム塩として知られる化合物である。
本発明の非水電解液は、伝導度が高い電解液が得られやすい点から、LiPF6、LiBF4およびLiClO4からなる群から選ばれる少なくとも1種のリチウム塩をリチウム塩(a2)として含むことが好ましく、LiPF6を含むことがより好ましい。また、本発明の非水電解液は、リチウム塩(a2)として、LiPF6、LiBF4およびLiClO4からなる群から選ばれる少なくとも1種のみを含むことが好ましく、リチウム塩(a2)としてLiPF6のみを含むことが特に好ましい。
また、必要に応じて非水電解液にリチウム塩(a1)および無機リチウム塩(a2)以外のリチウム塩(a3)を含有させてもよい。本発明の非水電解液がリチウム塩(a3)を含有する場合には、リチウム塩(a3)の含有量は、非水電解液に含有される全リチウム塩において5〜40mol%であることが好ましい。
従来、前述の非水電解液(1)のようなLiPF6等の無機リチウム塩を用いる二次電池では、過度に充電された場合等に、正極においてカーボネート系溶媒等の溶媒が酸化分解されることで、急激な発熱が起こって熱暴走に至ることがあった。
これに対し、本発明者等は、電解質塩であるリチウム塩としてリチウム塩(a1)を用いることで、前記熱暴走を抑制できることを見い出した。本発明の非水電解液を有する二次電池では、電解液中に含まれるリチウム塩(a1)が解離することで生じるビススルホニルイミドアニオンが、正極上に保護膜を形成する。該保護膜により、カーボネート系溶媒等の溶媒が正極に接触することが防がれ、それら溶媒が正極上で酸化されることが抑制されるため、二次電池の熱暴走が抑制されると考えられる。
さらに、本発明者は、前記保護膜による熱暴走の抑制効果は、少量のリチウム塩(a1)により達成されることも見い出した。そのため、本発明の非水電解液は、高い伝導度を有するLiPF6等のリチウム塩を主成分として使用することができ、高い伝導度も得られる。
特に二次電池の負極にグラファイト(黒鉛)を用いた場合、Li[N(SO2C2F5)2]等のパーフルオロアルキル基を有するビススルホニルイミドリチウム塩(以下、「リチウム塩(b1)」という。)や、環状構造の下記リチウム塩(b2)(ただし、kは1〜5の整数を示す。)は、負極上で還元分解されやすい。これに対し、本発明の非水電解液のリチウム塩(a1)は、含フッ素アルキル基における硫黄原子と結合する各炭素原子に水素原子が結合しているため、リチウム塩(b1)およびリチウム塩(b2)に比べて耐還元性に優れている。そのため、黒鉛を用いた負極であっても還元分解され難く、熱暴走を抑制する効果が安定して発揮される。したがって、本発明の非水電解液は、黒鉛を用いた負極を有する二次電池に適用することが特に好ましい。
本発明の非水電解液は、水を実質的に含まない溶媒と前記リチウム塩を含む電解液である。すなわち、本発明の非水電解液中の溶媒が仮に水を含んでいたとしても、その水分量は、本発明の非水電解液を用いた二次電池の性能劣化が見られない程度の量である。
本発明の非水電解液中に含まれる水分量は、電解液の総質量に対して0〜500質量ppmであることが好ましく、0〜100質量ppmであることがより好ましく、0〜50質量ppmであることが特に好ましい。
以下、溶媒の説明において、式(2)で表される化合物を化合物(2)と記し、他の番号で表される化合物においても、同様に記載する。
カーボネート系溶媒としては、環状カーボネート、鎖状カーボネートが挙げられる。カーボネート系溶媒は、環状カーボネートおよび鎖状カーボネートのいずれか一方の一種のみを用いてもよく、一方または両方の二種以上の混合物を用いてもよい。カーボネート系溶媒により、リチウム塩の溶解度、および伝導度が向上する。
環状カーボネートとは、1,3−ジオキソラン−2−オン、1,3−ジオキソラン−2−オン誘導体、1,3−ジオキソール−2−オンおよび1,3−ジオキソール−2−オン誘導体を意味する。これらの誘導体としては、4位、5位、または4位と5位の両方に、ハロゲン原子、アルキル基、ハロアルキル基を有する化合物をいう。4位と5位の両方にこれらの原子や基を有する場合は、それらは同一であってもよく、異なっていてもよい。上記ハロゲン原子としては塩素原子またはフッ素原子が好ましく、上記アルキル基としては炭素数4以下のアルキル基が好ましく、上記ハロアルキル基としては1以上の塩素原子またはフッ素原子を有する炭素数4以下のハロアルキル基が好ましい。
鎖状カーボネートとは、ジアルキルカーボネートおよびジアルキルカーボネート誘導体を意味する。ジアルキルカーボネートの2つのアルキル基は同一でも異なっていてもよく、それらの炭素数は6以下が好ましい。ジアルキル誘導体は、一方または両方のアルキル基が塩素原子またはフッ素原子を1以上有する炭素数6以下のハロアルキル基に置換されたものをいう。アルキル基やハロアルキル基の炭素数は4以下がより好ましく、1または2であるものがさらに好ましい。
また、カーボネート系溶媒としては、後述の特性改善助剤として作用するカーボネート系溶媒も使用できる。このような作用を有するカーボネート系溶媒としては、例えばフルオロエチレンカーボネート、トリフルオロプロピレンカーボネート、フェニルエチレンカーボネート、エリスリタンカーボネート、スピロ−ビス−ジメチレンカーボネート等が挙げられる。これらの特性改善助剤として作用するカーボネート系溶媒は、他のカーボネート系溶媒と併用することが好ましい。
カーボネート系溶媒として、鎖状カーボネートと環状カーボネートとを併用する場合、鎖状カーボネート(体積V1)と環状カーボネート(体積V2)の体積比(V1:V2)は、1:10〜10:1であることが好ましい。
環状カーボネートの含有量がこの範囲内であれば、混合溶媒の融点が適切な範囲となりリチウム塩を溶解した電解液溶液が安定になる。一方、鎖状カーボネートの含有量がこの範囲であれば、リチウム塩溶解度が適切な範囲になりリチウム塩を溶解した電解液溶液が安定になる。
ヒドロフルオロエーテルは、電解液に不燃性を付与する溶媒であり、エーテルの水素原子の一部がフッ素原子に置換された構造を有する。
ヒドロフルオロエーテルとしては、たとえば、下記化合物(2)が挙げられる。
R3−O−R4 (2)
ただし、化合物(2)におけるR3およびR4は、それぞれ独立に炭素数1〜10の含フッ素アルキル基または炭素原子−炭素原子間にエーテル性酸素原子を有する炭素数1〜10の含フッ素アルキル基であり、R3およびR4の一方または両方は、部分フッ素化された基である。R3とR4は同じであってもよく、異なっていてもよい。
化合物(2)としては、R3およびR4が、いずれも炭素数1〜10の部分フッ素化されたアルキル基である化合物(2−A)と、R3が炭素原子−炭素原子間にエーテル性酸素原子を有する炭素数1〜10の部分フッ素化されたアルキル基であり、R4が炭素数1〜10の部分フッ素化されたアルキル基または炭素原子−炭素原子間にエーテル性酸素原子を有する炭素数1〜10の部分フッ素化されたアルキル基である化合物(2−B)が好ましい。
ヒドロフルオロエーテルは、化合物(2)および化合物(3)からなる群から選ばれる少なくとも1種を用いることが好ましい。
また、ヒドロフルオロエーテルとして化合物(2)(容量:Va)と化合物(3)(容量:Vb)を併用する場合は、それらの容量比(Vb/Va)は、0.01〜0.99が好ましく、0.1〜0.9がより好ましい。
前記エーテル化合物は、フッ素原子を含まないエーテル化合物である。該エーテル化合物としては、下記化合物(4)が挙げられる。
R5−O−(Q−O)m−R6 (4)
ただし、化合物(4)中のmは1〜10の整数であり、Qは炭素数1〜4の直鎖アルキレン基、または、該直鎖アルキレン基の水素原子の1個以上が、炭素数1〜5のアルキル基、もしくは炭素原子−炭素原子間にエーテル性酸素原子を含む炭素数1〜5のアルキル基に置換された基である。mが2以上である場合のQは、同一の基であっても、異なる基であってもよい。R5およびR6は、それぞれ独立に炭素原子数1〜5のアルキル基、またはR5とR6が連結して形成した炭素原子数1〜10のアルキレン基である。
Qは、−CH2CH2−が特に好ましい。
R5およびR6は、それぞれメチル基またはエチル基が好ましく、メチル基が特に好ましい。
化合物(4)としては、下記化合物(4A)が好ましい。
化合物(4A)としては、モノグライム、ジグライム、トリグライム、テトラグライム、ペンタグライム、ヘキサグライム、ジエチレングリコールジエチルエーテル、トリエチレングリコールジエチルエーテル、テトラエチレングリコールジエチルエーテル、ペンタエチレングリコールジエチルエーテル、ヘキサエチレングリコールジエチルエーテルが好ましく、モノグライム、ジグライム、トリグライム、テトラグライム、ペンタグライムまたはヘキサグライムがより好ましい。
化合物(4)は、1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
化合物(4)の含有量が多い程、リチウム塩の溶解度が向上する。化合物(4)の含有量が少ない程、サイクル特性に優れた非水電解液が得られやすい。
また、本発明の非水電解液の溶媒は、前記カーボネート系溶媒、ヒドロフルオロエーテル、エーテル化合物以外に、エステル系溶媒などの他の溶媒を含有していてもよい。エステル系溶媒は、カルボン酸、スルホン酸、リン酸、硝酸などの酸の鎖状エステルまたは環状エステルである溶媒をいう。エステル系溶媒の炭素数は、3以上12以下が好ましく、4以上8以下がより好ましい。炭素数がこれより少ないエステル系溶媒は、沸点が低すぎ、二次電池の通常の使用条件下においてもその蒸気圧により二次電池が膨張しやすくなる。また、炭素数がこれより多いエステル系溶媒は、粘度が高くなり、電解液の伝導度や低温特性を低下させるおそれがある。
エステル系溶媒としては、プロピオン酸アルキルエステル、マロン酸ジアルキルエステル、酢酸アルキルエステル等のカルボン酸エステル、γブチロラクトン等の環状エステル、1,3−プロパンスルトン、1,4−ブタンスルトン等の環状スルホン酸エステル、メタンスルホン酸メチル等のスルホン酸アルキルエステル、リン酸アルキルエステル等が挙げられる。
これらエステル系溶媒の中には、例えば環状スルホン酸エステル、スルホン酸アルキルエステルのように後述する特性改善助剤の効果を示すものもあり、溶媒と同時に特性改善の目的で含有されていてもよい。
本発明の非水電解液が他の溶媒を含有する場合、その含有量は、非水電解液に用いる全溶媒100体積%に対して、30体積%以下が好ましく、25体積%以下がより好ましく、20体積%以下が特に好ましい。
(i)前記カーボネート系溶媒のみからなる溶媒。
(ii)前記カーボネート系溶媒99〜70体積%と、前記ヒドロフルオロエーテル1〜30体積%からなる溶媒。
(iii)前記ヒドロフルオロエーテル30〜70体積%と、前記カーボネート系溶媒0〜30体積%と、前記エーテル化合物1〜30体積%とからなる溶媒。
溶媒(i)は、リチウムイオン伝導度に優れる。溶媒(ii)は、サイクル特性に優れる。溶媒(iii)は、安全性に優れる。
また、本発明の非水電解液は、前述したリチウム塩および溶媒に加えて、電解液の機能を向上させるために、必要に応じて他の成分が含まれていてもよい。他の成分としては、たとえば、従来公知の過充電防止剤、脱水剤、脱酸剤、高温保存後の容量維持特性およびサイクル特性を改善するための特性改善助剤が挙げられる。
本発明の非水系電解液が特性改善助剤を含有する場合、非水電解液(100質量%)中の特性改善助剤の含有量は、0.1〜5質量%が好ましい。
また、非水電解液の回転型粘度計により測定した粘度(20℃)は、0.1〜20cPであることが好ましい。
本発明の非水電解液を用いた二次電池としては、負極および正極と、本発明の非水電解液とを有するリチウムイオン二次電池が好ましい。ただし、本発明の非水電解液は、前記リチウムイオン二次電池以外に、リチウム金属二次電池、リチウムイオン二次電池、リチウム空気二次電池等の二次電池、リチウム一次電池等の一次電池に用いてもよい。
なかでも、Si、Sn、Ge、TiおよびAlからなる群から選ばれる少なくとも1種の金属、該金属を含む金属化合物、金属酸化物、リチウム合金が好ましく、Si、SnおよびAlからなる群から選ばれる少なくとも1種の金属、該金属を含む金属化合物、リチウム合金、チタン酸リチウムがより好ましい。
リチウムイオンを吸蔵・放出できる金属、該金属を含む金属化合物、およびリチウム合金は、一般に黒鉛に代表される炭素質材料と比較して、単位質量当たりの容量が大きいので、より高エネルギー密度が求められる二次電池に好適である。
正極活物質としては、公知のリチウムイオン二次電池用正極活物質を用いることができ、たとえば、リチウムコバルト酸化物、リチウムニッケル酸化物、リチウムマンガン酸化物等のリチウム含有遷移金属酸化物、1種類以上の遷移金属を用いたリチウム含有遷移金属複合酸化物、遷移金属酸化物、遷移金属硫化物、金属酸化物、オリビン型金属リチウム塩等が挙げられる。
遷移金属酸化物としては、たとえば、TiO2、MnO2、MoO3、V2O5、V6O13、遷移金属硫化物としてはTiS2、FeS、MoS2、金属酸化物としてはSnO2、SiO2等が挙げられる。
オリビン型金属リチウム塩は、(式)LiLXxYyOzFg(ただし、XはFe(II)、Co(II)、Mn(II)、Ni(II)、V(II)、またはCu(II)を示し、YはPまたはSiを示し、0≦L≦3、1≦x≦2、1≦y≦3、4≦z≦12、0≦g≦1である数をそれぞれ示す。)で示される物質またはこれらの複合体である。たとえば、LiFePO4、Li3Fe2(PO4)3、LiFeP2O7、LiMnPO4、LiNiPO4、LiCoPO4、Li2FePO4F、Li2MnPO4F、Li2NiPO4F、Li2CoPO4F、Li2FeSiO4、Li2MnSiO4、Li2NiSiO4、Li2CoSiO4が挙げられる。
これら正極活物質は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
また、これら正極活物質の表面に、主体となる正極活物質を構成する物質とは異なる組成の物質が付着したものを用いることもできる。表面付着物質としては酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化ホウ素、酸化アンチモン、酸化ビスマス等の酸化物;硫酸リチウム、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、硫酸マグネシウム、硫酸カルシウム、硫酸アルミニウム等の硫酸塩;炭酸リチウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム等の炭酸塩等が挙げられる。
表面付着物質の量としては、正極活物質に対する質量の下限は0.1質量ppmが好ましく、より好ましくは1質量ppm、更に好ましくは10質量ppmである。上限は20質量%が好ましく、より好ましくは10質量%、更に好ましくは5質量%である。表面付着物質により、正極活物質表面での非水系電解液の酸化反応を抑制することができ、電池寿命を向上させることができる。
負極活物質および正極活物質を結着する結着剤としては、電極製造時に使用する溶媒、電解液に対して安定な材料であれば、任意の結着剤を使用することができる。結着剤は、たとえば、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素系樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン、スチレン・ブタジエンゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム等の不飽和結合を有する重合体およびその共重合体、アクリル酸共重合体、メタクリル酸共重合体等のアクリル酸系重合体およびその共重合体等が挙げられる。これらの結着剤は1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
増粘剤としては、たとえば、カルボキシルメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、エチルセルロース、ポリビニルアルコール、酸化スターチ、リン酸化スターチ、ガゼイン、ポリビニルピロリドンが挙げられる。これらの増粘剤は1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
正極活物質層の密度が低すぎると二次電池の容量が不充分となるおそれがある。
二次電池の充電電圧は、3.4V以上とすることが好ましく、4.0V以上が特に好ましく、4.2V以上が特に好ましい。二次電池の正極活物質が、リチウム含有遷移金属酸化物、リチウム含有遷移金属複合酸化物、遷移金属酸化物、遷移金属硫化物、金属酸化物の場合の充電電圧は4.0V以上が好ましく、4.2Vが特に好ましい。また、正極活物質がオリビン型金属リチウム塩の場合の充電電圧は3.2Vが好ましく、3.4V以上が特に好ましい。本発明の非水電解液は、4.2V以上の耐酸化性と0.2V以下の耐還元性を有することから、該範囲に作動電位を有する任意の電極に使用できる。
さらに、二次電池は、充電電圧を4.2V以上(リチウム金属を基準とした電位)で用いる二次電池であることが特に好ましい。たとえば、電位窓が0V〜4.2Vの範囲より広い本発明の非水電解液を有する二次電池が挙げられる。
二次電池に使用される電池外装体の材質は、二次電池に通常用いられる材質であればよく、ニッケルメッキを施した鉄、ステンレス、アルミニウムまたはその合金、ニッケル、チタン、樹脂材料、フィルム材料等が挙げられる。
<電解液の調製>
[製造例1]
エチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートを容量比1:1で混合して溶媒1を調製した。溶媒1に1Mの濃度となるようにLiPF6(無機リチウム塩(a2))を溶解して電解液1を調製した。
製造例1で調製した電解液1の総量に対して28mMとなるように下記リチウム塩(a1−1)(リチウム塩(a1))を溶解し、電解液2を調製した。電解液2におけるLiPF6とリチウム塩(a1−1)の合計100mol%に対するリチウム塩(a1−1)の含有量は2.8mol%であった。
製造例1で調製した電解液1の総量に対して142mMとなるようにリチウム塩(a1−1)を溶解し、電解液3を調製した。電解液3におけるLiPF6とリチウム塩(a1−1)の合計100mol%に対するリチウム塩(a1−1)の割合は12.5mol%であった。
製造例1と同じ溶媒1に、0.8Mの濃度のLiPF6と、0.2Mの濃度のリチウム塩(a1−1)とを溶解し、電解液4を調製した。電解液4におけるLiPF6とリチウム塩(a1−1)の合計100mol%に対するリチウム塩(a1−1)の割合は20.0mol%であった。
製造例1と同じ溶媒1に、0.7Mの濃度のLiPF6と、0.3Mの濃度のリチウム塩(a1−1)とを溶解し、電解液5を調製した。電解液5におけるLiPF6とリチウム塩(a1−1)の合計100mol%に対するリチウム塩(a1−1)の割合は30.0mol%であった。
製造例1と同じ溶媒1に、0.5Mの濃度のLiPF6と、0.5Mの濃度のリチウム塩(a1−1)とを溶解し、電解液6を調製した。電解液6におけるLiPF6とリチウム塩(a1−1)の合計100mol%に対するリチウム塩(a1−1)の割合は50.0mol%であった。
[製造例7]
LiCoO2(AGCセイミケミカル社製、商品名「セリオンC」)90質量部、カーボンブラック(電気化学工業社製、商品名「デンカブラック」)5質量部、およびポリフッ化ビニリデン5質量部を混合し、N−メチル−2−ピロリドンを加えてスラリー状とし、該スラリーを厚さ20μmのアルミニウム箔の片面に均一に塗布、乾燥し、その後正極活物質層の密度が3.0g/cm3になるようにプレスしてLiCoO2正極を作製した。
次いで、前記LiCoO2正極、該LiCoO2正極と同面積のリチウム金属箔、およびポリエチレン製のセパレータを、リチウム金属箔、セパレータ、LiCoO2正極の順に積層して電池要素を作製した。次いで、アルミニウム(厚さ40μm)の両面を樹脂層(ポリエチレン樹脂)で被覆したラミネートフィルムからなる袋内に、前記電池要素を、該電池要素のLiCoO2正極および負極(リチウム金属箔)の端子が前記袋の外部に出るようにして収容した。次いで、該袋内に、製造例1で調製した電解液1を注入して真空封止を行い、シート状二次電池1(二次電池1)を作製した。
[実施例1]
製造例7で作製した二次電池1を、電極間の密着性を高めるためにガラス板で挟んだ状態で、25℃において、0.1Cに相当する定電流で4.2Vまで充電し、0.1Cに相当する定電流で3Vまで放電するサイクルを5サイクル行い、二次電池を安定させた。その後、該二次電池1を0.1Cに相当する定電流で4.5Vまで充電し、さらに4.5Vの定電圧で電流値が0.01Cになるまで充電した。ただし、1Cとは電池の4.2Vにおける基準容量を1時間で放電する電流値を表し、0.1Cとはその1/10の電流値を表す。
次いで、4.5Vに過充電された二次電池1をアルゴン雰囲気のグローブボックス内で解体し、LiCoO2正極を取り出してエチルメチルカーボネートで洗浄した後、30分間真空乾燥した。乾燥された過充電正極を直径3mmの円形に打ち抜いてサンプル正極とした。容量15μLのSUS製(ステンレス製)密閉式DSCパン上にサンプル正極を据え、該サンプル正極上に製造例3で調製した電解液3を5μL滴下し、容器を密閉した。そして、セイコーインスツル社製のDSC6000(機種名)を用い、50℃から350℃の温度範囲において、昇温速度5℃/分でサンプル正極上の電解液3の熱分析を実施した。その結果を図1に示す。
サンプル正極上に滴下する電解液を、電解液3から電解液1に変更した以外は、実施例1と同様にして熱分析を実施した。その結果を図2に示す。
サンプル正極上に滴下する電解液を、電解液3から電解液2に変更した以外は、実施例1と同様にして熱分析を実施した。その結果を図3に示す。
一方、図2、3に示すように、本発明の比較例においては、リチウム塩(a1)を含まない電解液またはリチウム塩(a1)と無機リチウム塩(a2)の合計量に対する前記リチウム塩(a1)の割合が含有量は5mol%未満である電解液を用いた場合、熱分析においてより低い温度で大きな発熱ピークが観測され、本発明の電解液を用いた二次電池に比べてより低い温度で熱暴走に至るおそれがあることがわかった。
[実施例2]
製造例3で調製した電解液3について、「溶融塩および高温化学 2002年、45巻、42〜60頁」に記載の方法を用いて伝導度を測定した。測定温度は25℃とした。
製造例4で調製した電解液4について、実施例2と同様の方法で伝導度を測定した。
製造例5で調製した電解液5、製造例6で調製した電解液6について、実施例2と同様の方法で伝導度を測定した。
実施例2、3および比較例3、4における伝導度の測定結果を表1に示す。ただし、表1中のリチウム塩(a1)の含有量は、LiPF6とリチウム塩(a1−1)の合計100mol%に対するリチウム塩(a1−1)の割合である。
一方、本発明の比較例においては、伝導度が低下しており、実用には適さないものであった。
なお、2009年9月18日に出願された日本特許出願2009−217943号の明細書、特許請求の範囲、図面及び要約書の全内容をここに引用し、本発明の明細書の開示として、取り入れるものである。
Claims (9)
- 式(a1)で表されるリチウム塩(a1)と無機リチウム塩であるリチウム塩(a2)と溶媒とを含有し、
前記リチウム塩(a1)と前記リチウム塩(a2)の合計量に対する前記リチウム塩(a1)の割合が5.0〜20.0mol%である、二次電池用非水電解液。
R1−CHF−SO2−N(Li)−SO2−CHF−R2 (a1)
(ただし、式(a1)中のR1およびR2は、互いに独立に、エーテル性酸素原子を含んでいてもよい炭素数1〜5の含フッ素アルキル基またはフッ素原子である。) - 前記リチウム塩(a1)が、式(a1−1)で表される化合物である、請求項1に記載の二次電池用非水電解液。
CF3−CHF−SO2−N(Li)−SO2−CHF−CF3 (a1−1) - 前記リチウム塩(a2)が、LiPF6、LiBF4またはLiClO4である、請求項1または2に記載の二次電池用非水電解液。
- 前記非水電解液が、LiPF6、LiBF4およびLiClO4からなる群から選ばれる少なくとも1種を含む、請求項1または2に記載の二次電池用非水電解液。
- 前記非水電解液が、LiPF6を含む、請求項1または2に記載の二次電池用非水電解液。
- 前記非水電解液が、カーボネート系溶媒を含む、請求項1〜5のいずれか一項に記載の二次電池用非水電解液。
- 前記非水電解液中の前記リチウム塩(a1)と前記リチウム塩(a2)の合計量が、全溶媒1リットルに対して0.5〜3.0molである、請求項1〜6のいずれか一項に記載の二次電池用非水電解液。
- 二次電池用非水電解液がリチウムイオン二次電池用非水電解液である、請求項1〜7のいずれか1項に記載の二次電池用非水電解液。
- リチウムイオンを吸蔵・放出する正極活物質を含む正極と、リチウム金属、リチウム合金またはリチウムイオンを吸蔵・放出する負極活物質を含む負極と、請求項1〜8のいずれか1項に記載の二次電池用非水電解液とを有するリチウムイオン二次電池。
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