TW201214837A - Non-aqueous electrolyte for secondary batteries, and secondary battery - Google Patents
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201214837 六、發明說明: t發明所屬之技術今貝威】 發明領域 本發明係有關於一種二次電池用非水電解液及二次電 池。 L ittr 發明背景 二次電池用之非水電解液之溶劑,通常係廣泛使用碳 酸伸乙酯、碳酸二甲酯等碳酸酯系化合物,其原因如下, 即,可良好地溶解鋰鹽而表現出高鋰離子傳導度,又,具 有很廣的電位窗(potential window)。 作為不降低非水電解液之性能而可提高不燃性(難燃 性)的方法’已有人提出添加氟系溶劑的方法(專利文獻 1〜3)。但是’氟系溶劑卻有著電解質鹽的溶解能力低且功 率(rate)特性變糟的傾向。 另一方面,CF3S02N(Li)S02CF3及FS02N(Li)S02F等鋰 鹽會與乙二醇二曱醚系溶劑的醚性氧原子強烈地相互作用 而开>成穩定的1 : 1錯合物。已有人報告,根據熱分析等的 結果,該錯合物顯示出宛如作為單一離子種類的特性,即 使觉到燃燒器加熱亦完全不會著火(非專利文獻卜2)。又, 使用鋰鹽與乙二醇二曱醚系溶劑之錯合物作為電解液的範 例已揭示有:LiBF4與1-乙氧-2-曱氧乙烷所構成之非水電解 液(專利文獻4)、(chSOshNLi與四乙二醇二曱醚所構成之 非水電解液(專利文獻5)。 201214837 t疋,非專利文獻1及2所記載之含有鐘鹽與乙二醇二 甲醚系溶劑之1 : 1錯合物的電解液在經過本發明人等評價 的情況下,由於黏度高、傳導度低’因此不適合實用。又, 專利文獻4及5所記載之非水電解液亦相同,由於傳導度 低,因此不適合實用。 在此,為了使該非水電解液的黏度降低、傳導度提高, 已有人報告一種使由LiPF6或環狀全氟磺醯亞胺鹽等鋰鹽 與乙一醇二甲醚系溶劑所構成之乙二醇二曱醚錯合物溶解 於氫氟醚的電解液(專利文獻6)。但是,使用專利文獻6之非 水電解液的二次電池在高功率(電流量多)下進行充放電(例 如,在2.0C下進行充放電。惟,所謂「1C」係表示電池基 準谷里放電1小時的電流值。)時,會有能量密度及電池容 量降低的情況產生。又,例如在4.5V的高電壓下,會有循 環(cycle)特性降低的情況產生。 又,也有人報告一種在提高LiPF0等電解質鹽之溶解性 的目的下,於使用了氟系溶劑的電解液内添加環狀非氟浐 酸酯與鏈狀非氟醚類的電解液(專利文獻7) ^但是,專利文 獻7所記載之電解液在高功率下進行充放電時,會有炉旦密 度及電池容量降低的情況產生。又,例如在4 5v的言電壓 下’會有循環特性降低的情況產生。甚至還會有難 低的情況產生。 先行技術文獻 專利文獻 專利文獻1 :特開平〇8_〇37024號公報 201214837 專利文獻2 :特開2001-052737號公報 專利文獻3 :特開平11-307123號公報 專利文獻4 :專利第4405779號公報 專利文獻5 :特開2009-245911號公報 專利文獻6:國際公開第2009/133899號 專利文獻7 :特開2008-218387號公報 非專利文獻 非專利文獻1 : 2006年第47回電池討論會演講要旨集1F06 非專利文獻2: 2008年第75回電氣化學會演講要旨集3D09 I:發明内容3 發明概要 發明欲解決之課題 本發明之目的在於提供一種具有長期的難燃性,且, 尤其在高電壓條件下的循環特性及高功率充放電特性方面 很優異的二次電池用非水電解液及使用該二次電池用非水 電解液的二次電池。 解決課題之手段 本發明為了解決前述課題而採用了以下構造。 [1] 一種二次電池用非水電解液,係含有鋰鹽(I)與溶劑 (II)者,其特徵在於: 前述溶劑(II)含有:選自於由以下式(1)所示之化合物及 以下式(2)所示之化合物所構成組群中之至少1種化合物 (II-1)、以下式(3A)所示之化合物(II-2A)、及不含有碳-碳不 飽和鍵之環狀碳酸酯化合物(II-3),且 201214837 源自包含於電解液中之化合物(II-2A)之醚性氧原子之 莫耳數(N。),相對於源自包含於電解液中之鋰鹽⑴之鋰原 子之莫耳數(NLi)的比(NQ/NLi)係大於1且在6以下; [化1] R1-〇-R2 (1)
(2) [化2]
R4 (3A) (惟,式中,R1及R2分別獨立為碳數1〜10之烷基、碳數 3〜10之環烷基、碳數1〜10之氟化烷基、碳數3〜10之氟化環 烷基、碳原子-碳原子間具有醚性氧原子之碳數1〜10之烷 基、或碳原子-碳原子間具有醚性氧原子之碳數1〜1〇之氟化 烷基;R1及R2之至少一者係含有氟原子之基; X係碳數1〜5之伸烷基、碳數1〜5之氟化伸烷基、碳原 子-碳原子間具有醚性氧原子之碳數卜5之伸烷基、或碳原 子-碳原子間具有醚性氧原子之碳數1〜5之氟化伸烷基; R3及R4分別獨立為碳數1〜5之烷基、或為R3與R4鍵結 而形成之碳數1〜10之伸烷基)。 [2]如[1]記載之二次電池用非水電解液’其中前述 N〇/NLi係 1.2〜3.8。 6
S 201214837 [3] 如[1]或[2]記載之二次電池用非水電解液,其中於 前述電解液中’所含之化合物(11_3)之莫耳數(AM),相對 於源自《⑴之耗子之總莫耳數队)的*(心爲I) 係0.1〜5。 [4] 如[1]〜[3]中任一項記載之二次電池用非水電解 液’其中於前述電解液巾,所含之源自前述化合物(ii 2a) 之醚性氧原子之莫耳數(N。)與化合物⑴-取莫耳數(Μ I」 的和(NoU,相對於源自鐘鹽⑴之經原子之總莫耳數 (NLi)的比[(N〇+Nu_3)/Nu]係2+ [5] 如[1]〜[4]中任一項記載之二次電池用非水電解 液其中於刖述電解液中,所含之化合物(Η·〗)之總莫耳數 (Nu_3),相對於源自鋰鹽⑴之鋰原子之總莫耳數(Nu)的 比(Nh_3/ NLi)係〇.1 〜5 0 [6] 如[1]〜[5]中任一項記載之二次電池用非水電解 液其中相對於溶劑(11)之總體積,前述溶劑(II)中之前述 化合物(II-1)的量為40〜85體積%。 [7] 如[1]〜[6]中任一項記載之二次電池用非水電解 &其中相對於電解液之總體積,前述溶劑(II)中之前述化 合物(II-2A)的量為6〜25體積%。 [][][7]中任一項記載之二次電池用非水電解 液,其中相對於溶劑(II)之總體積 ,前述溶劑(Π)中之前述 化合物(11_3)的量為5〜30體積%。 [][1 ] [8]中任一項記載之二次電池用非水電解 液其中則述鍾鹽⑴相對於前述電解液之總質量的莫耳量 201214837 為0· 1〜3,0 mol/L 〇 [10] 如[1]〜[9]中任一項記載之二次電池用非水電解 液,其中前述化合物(Π-1)係CF3CH2〇CF2CF2H、 CHF2CF2CH2OCF2CF2H ' CF3CF2CH2OCF2CHF2 .
[11] 如[1]〜[10]中任一項記載之二次電池用非水電解 液’其中前述化合物(II-2A)中之R3及R4分別獨立為甲基或 乙基。 [12] 如[1]〜[11]中任一項記載之二次電池用非水電解 液’其中前述化合物(II-3)係碳酸伸丙酯、碳酸伸乙酯、碳 酸伸丁酯、4-氣-1,3-二氧五環烷-2-酮、4-氟-1,3-二氧五環 烷-2-酮、或4-三氟甲基-i,3-二氧五環烷-2-酮。 [13] 如[1]〜[12]中任一項記載之二次電池用非水電解 液,其中前述鋰鹽⑴係LiPF6、以下式⑺所示之化合物、 (FS〇2)2NLi、(CF3S02)2NLi、(CF3CF2S〇2)2NLi、LiC104、 以下式(6)所示之化合物、以下式(7)所示之化合物、或 LiBF4 : [化3] 〇2S — NLi I I (CF2)k—S02
(7)
8 s 201214837 (惟’式中,k係1〜5的整數)。 [14] 一種鋰離子二次電池,係使用前述中任一 員。己載之一 ·人電池用非水電解液作為電解液者。 [15] —種鋰離子二次電池,係包含:能吸藏及釋放鋰 離子之材料;由金屬鋰或鋰合金所構成的負極;由能吸藏 及釋放鋰離子之材料所構成的正極;及前述[1]〜[13]中任一 項§己載之二次電池用非水電解液。 發明效果 使用本發明之二次電池用非水電解液,便可製得具有長 期的難燃&,I ’尤其在高電壓條件下的循環特性及高功 率充放電特性方面很優異的二次電池。 圖式簡單說明 第1圖係顯示例丨9及例20中的能量密度維持率之評價 結果的圖表。 第2圖係|員示例19中的各放電功率下之放電時之放電 容量-電壓曲線的圖表。 第3圖係_示例2〇中的各放電功率下之放電時之放電 容量-電壓曲線的圖表。 【實施令式】 較佳實施例之詳細說明 <二次電池用祚水電解液> 本考X月之〜次電池用非水電解液(以下,僅稱為「奍水 電解液」)疋含有後述之鋰鹽(I)與溶劑(II)的電解液,前述 /奋劑(11)3有化合物(11.1)、化合物(II-2)及化合物(II-3)。所 201214837 謂「非水電解液」係指,使用貫質上不含水之溶劑的電解 液,即使含有水,其水分量亦為觀察不到使用該非水電解 液的二次電池性能劣化的範園之量的電解液。此種非水電 解液中可含有的水分量,相對於電解液總質量宜為5 0 〇質量 ppm以下,且以100質量ppm以下為較佳,尤其係以5〇質思 ppm以下為特佳。水分量的下限值為〇Ppm。 以下,本說明書中只要沒有特別說明,便將以式(1)所 示之化合物表示為化合物(1) ’對於其他式亦採用同樣方法 來表示。 [經鹽⑴] 鋰鹽(I)係在非水電解液中解離而供應鋰離子的電解 質。只要是可用在電解液的電解質用途者,便可不特別受 限地作為鋰鹽(I)使用。 具體而言’鋰鹽(I)係以LiPF6、下述化合物(5)、 (FS02)2NLi、(CF3S〇2)2NLi、(CF3CF2S〇2)2NLi、Licl〇4、下 述化合物(6)、下述化合物(7)、及LiBF4,且以LiPF6、LiBF4 及化合物(5)為較佳。 其中,鋰鹽(I)更宜使用以LiPF0為必要成分的鋰鹽。當 使用以LiPF0為必要成分的裡鹽作為經鹽(I)時,鐘鹽⑴所含 有的LiPFe在鋰鹽(I)總量中’係以40質量%以上為佳,且以 60質量%以上為較佳,並以80質量%以上為最佳。也可使用 單獨LiPF6。又,以LiPFe為必要成分時,併用的經鹽係以化 合物(5)(尤其是k為2的化合物(5))、LiBF4、化合物(6)為佳。 又,其他的理想態樣方面可舉例如:使用單、 10
S 201214837 使用1種或2種以上的化合物⑺、併用[肌與化合物(5)。 又,併用其他鋰鹽的範例可舉例如: 的併用、LiPF6與(CF3S02)2NLi的併用、LiPF6與 (CFfFjOANLi的併用、LiPF,與化合物⑺的個、LipF6 與LiC104的併用、LiPF6與化合物與(178〇2)21^1^的併用、
LiBF4與(FS02)2NLi的併用、LiBF4與(CF3S02)2NLi的併用、 LiBF4與(CF3CF2S02)2NLi的併用、LiBF4與化合物(6)的併 用、LiBF4與化合物(7)的併用、LiBF4與LiC104的併用、化 合物(5)與(FS〇2)2NLi的併用、化合物(5)與(CF3S〇2)2NL^ 併用、化合物(5)與(CFfFAOANLi的併用、化合物⑺與化 合物(6)的併用、化合物(5)與化合物(7)的併用、化合物(5) 與LiC104的併用、LiPF6與LiBF4與(FS02)2NLi的併用、LiPF6 與 LiBF4 與(CF3S02)2NLi 的併用、LiPF6 與 LiBF4 與(CF3 CF2S02)2NLi的併用、LiPF6與LiBF4與化合物⑹的併用、 LiPF6與LiBF4與化合物(7)的併用、LiPF6與LiBF4與LiC104 的併用、LiPF6與化合物(5)與(FS〇2)2NLi的併用、LiPF6與化 合物(5)與(CF3S02)2NLi的併用、LiPF6與化合物(5)與 (CF3CF2S02)2NLi的併用、LiPF6與化合物(5)與LiC104的併用 等。 201214837 0,S — NLi I I (5) (CF2)k-S〇2 ©Li
(6) °V0' 0^0丨 惟,前述化合物(5)中的k為1〜5的整數。 化合物(5)可舉例如:下述化合物(5-1)〜(5-4)。本發明 之非水電解液中,就可製得傳導度高的非水電解液這點來 看,當使用化合物(5)時,最好是以k為2的化合物(5-2)為必 要成分。 使用化合物(5)時,化合物(5)總量中的化合物(5-2)的含 有量宜為50質量%以上,且更以化合物(5)總量均為化合物 (5-2)為佳。 [化5] F, cZ F2C_CF2 A F2?—% f2?〜 cf2 〇zS'N/S〇2 〇2S、n,S02 °2S-n-S°2 02S^n,S02
Li Li Li Li (5-1) (5-2) (5-3) (5-4) 非水電解液中的鋰鹽(i)的含有量雖無特別受限,但宜 為0.1〜3.0mol/L,尤其係以0.5〜2.0mol/L為特佳。鋰鹽(I)的 含有量若為上述範圍的下限值以上,則可輕易地製得傳導 度高的非水電解液。又,鋰鹽(I)的含有量若為上述範圍的 上限值以下,則可使鋰鹽(I)輕易地溶解於含有後述化合物 12
S 201214837 (ΙΙ-l)〜(II-3)、及依需要添加之化合物(π_4)的電解質鹽溶解 用溶劑(II)。 又,使用LiPF0與化合物(5)兩者時,Upf6之莫耳量(Ma) 與化合物(5)之莫耳量(Mb)的莫耳比(Mb/Ma)雖無特別受 限,但宜為0.01〜10,且以〇.05〜2〇為較佳。 前述莫耳比(Mb/Ma)若為上述範圍的下限值以上,則可 輕易地高度保持難燃性非水電解液的傳導度。又,前述莫 耳比(Mb/Ma)若為上述範圍的上限值以下,則可輕易地製得 化學穩定性高的非水電解液。, 又,使用LiPF6與LiBF4兩者時,LiPF62莫耳量(Ma)與 L1BF4之莫耳罝(Me)的莫耳比(Mc/Ma)雖無特別受限,但宜 為0.01〜10,且以〇.〇5〜2.〇為較佳。 别述莫耳比(Mc/Ma)若為上述範圍的下限值以上,則可 輕易地兩度保持難性非水電解㈣傳導度q,前述莫 耳比(Mb/Ma)若為上述範圍的上限值以下,則可輕易地製得 化學穩定性尚的非水電解液。 又,搭配使用鋰鹽(I_A)(其係選 自於由LiPF6、LiBF4及 化合物(5)所構成群組的丨種以上者)與鋰鹽(Ι_Βχ其係選自 於由(FS〇2)2NLi、(CF3S〇2)2NLi、(CF3CF2S02)2NLi、LiC104、 化。物(6)及化合物(7)所構成群組的丨種以上者)時鋰鹽 (I-A)之總叶莫耳量(Md)與鋰鹽屮則之總計莫耳量(Me)的莫 耳比(Me/Md)雖無特別受限,但宜為Q別〜1Q,且以㈣5〜2 〇 為較佳。 莫耳比(Me/Md)若為上述範圍的τ限值以上,則可 13 201214837 輕易地高度保持難燃性非水電解液的傳導度。又,前述莫 耳比(Me/Md)若為上述範圍的上限值以下,則可輕易地製得 化學穩定性高的非水電解液。 [溶劑(II)] 溶劑(II)含有後述化合物(II-1)〜(II-3)、及依需要添加之 化合物(II-4)。 (化合物(II-1)) 化合物(II-1)係賦予非水電解液難燃性的溶劑。化合物 (II-1)係選自於由下述化合物(1)及下述化合物(2)所構成群 組的化合物。該等可使用單獨1種,亦可依任意搭配及任意 比率來併用2種以上。 [化6] R1-0 - R2 (1) V (2) 惟,式⑴中,R1及R2分別獨立為碳數WO之烷基、碳 數3~10之環烷基、碳數1〜1〇之氟化烷基、碳數3〜1〇之氟化 環烧基、碳原子-碳原子間具有趟性氧原子之碳數1〜之院 基、或碳原子-碳原子間具有醚性氧原子的碳數丨〜⑺之氟化 烷基,且R1及R2之至少一者係含有氟原子的基。 又,式(2)中,X係碳數1〜5之伸烷基、碳數卜5之氟化 伸烷基、碳原子-碳原子間具有醚性氧原子之碳數卜5之伸 烷基、或碳原子-碳原子間具有醚性氧原子之碳數卜5之氟 201214837 化伸烷基。 本說明書中,所謂「氟化」係指,鍵結於碳原子的氫 原子之一部分或全部被敗原子所取代。象化院基係院基的 氫原子之一部分或全部被氟原子所取代的基。部分氟化的 基中存在著氫原子。所謂「部分氟化」係指,鍵結於碳原 子的氫原子之一部分被氟原子所取代。 又’前述烷基可舉具有直鏈結構、分枝結構、或部分 環狀結構的基(例如,環烷烷基)。碳原子_碳原子間具有醚 性氧原子的烷基可舉烷氧烷基。另外,碳原子_碳原子間具 有醚性氧原子的烷基中,亦可存在2個以上的醚性氧原子。 化合物⑴中的Ri及R2最好是其中一者或兩者為氣化院 基。R1及R2之-者或兩者為氟化烧基,可提高链鹽⑴對非 水電解液的溶解性。 化合物(1)中的R1及R2可相同亦可相異。 碳數1〜10之氟化境基,且R2 物(1-B)。 化合物⑴方面,宜為R丨及R2均為碳數卜1〇之氣化炫基 的化合物(1·Α)與Rl為碳原子·碳原子間具有驗氧原子的 且尺2為碳數1〜1〇之氟化烷基的化合 就碳數過少會造成沸點過低、 、過多會造成高黏度化這
15 201214837 高,因此,相對於化合物(1)的分子量,氟原子的質量比例 宜為50%以上,且更宜為60%以上。 化合物(1-A)、化合物(i_b)、化合物(i_a)及化合物(1却 以外之化合物(1)的具體例可舉例如:國際公開第 2009/133899號記載之化合物(化合物(2-A)、化合物(2-B)等) 等。 就可輕易地使鋰鹽(I)均勻溶解,且輕易地製得難燃性 佳、傳導度高的非水電解液的觀點來看,化合物〇)宜為化 合物(1-A)。此外,化合物(1-A)係以CF3CH2OCF2CF2H (商 品名:AE-3000、旭硝子社製)、CHF2CF2CH2OCF2CF2H、 CF3CF2CH2OCF2CF2H 、 CF3CH2OCF2CHFCF3 及 CHF2CF2CH2OCF2CFHCF3 為佳。尤其宜為 CF3CH2OCF2CF2H與 chf2cf2ch2ocf2cfhcf3。 本發明之非水電解液中’當使用化合物(1)作為化合物 (II-1)時’最好是以化合物(1-A)為必要成分。此時,使用之 (1-A)更宜為以選自於由前述CF3CH2OCF2CF2H (商品名: AE-3000、旭硝子社製)、CHF2CF2CH2OCF2CF2H、 CF3CF2CH20CF2CF2H 、 CF3CH20CF2CHFCF3 及 CHF2CF2CH2〇CF2CFHCF3所構成群組之1種以上為必要成 分者’尤其宜為以CF3CH2OCF2CF2H與 CHF2CF2CH2〇CF2CFHCF3之至少一者為必要成分者。 使用化合物⑴時’化合物⑴總量中的化合物(1_A)的含 有量宜為50質量%以上,且更以化合物(丨)總量均為化合物 (1-A)為佳。 16 201214837 化合物(2)中,X可為直鏈結構亦可為分枝結構。X係以 碳數1〜5之伸烷基為佳,且以2〜4之伸烷基為較佳。該伸烷 基宜為直鏈結構或分枝結構。X中的伸烷基具有分枝結構 時,側鏈宜為碳數1〜3之烷基或是具有醚性氧原子之碳數 1〜3之烷基。 此外,就可使鋰鹽(I)均勻溶解,且輕易地製得難燃性 佳、傳導度高的非水電解液的觀點來看,化合物(2)宜為X 係 CH2、CH2CH2、CH(CH3)CH2、或 CH2CH2CH2 的化合物(2)。 化合物(2)的具體例可舉例如:以下式所示之化合物 等。就可輕易地使鋰鹽(I)均勻溶解,且輕易地製得難燃性 佳、傳導度高的非水電解液的觀點來看,宜為X係ch2ch2 的化合物、及X係ch(ch3)ch2的化合物。 本發明之非水電解液中,當使用化合物(2)作為化合物 (II-1)時,最好是以上述X係化合物(2,2-雙(三氟甲 基)-1,3-二氧五環烷)、及X係CH(CH3)CH2的化合物(4-甲基 -2,2-雙(三氟曱基)-1,3-二氧五環烷)之至少一者為必要成 分,且以使用單獨任一者為更佳。 [化7]
化合物(II-1)方面,可以只使用化合物(1)、只使用化合 17 201214837 物(2)、或是併用化合物(1)及化合物(2),且最好是只使用化 合物(1)或化合物(2)。 又,併用化合物(1)(容量:Va)及化合物(2)(容量:Vb) 作為化合物(II-1)時,該等之容量比(Vb/Va)係以0.01-100為 佳,且以〜1〇為較佳。 化合物(ΙΙ-1)的含有量的下限值相對於溶劑(Π)的總體 積量’係以40體積。/。以上為佳,且以45體積。/。以上為較佳, 並以50體積❶/〇以上為更佳。又,下限值亦宜為55體積%,且 更宜為60體積。/〇。化合物(hj)的含有量的上限值相對於電 解質鹽溶解用溶劑(II)的總體積量,係以9〇體積%以下為 佳,且以85體積%以下為較佳,並以8〇體積%以下為更佳。 化合物(II-1)的含有量相對於溶劑(H)的總體積量,係以 40〜90體積%為佳’且以5〇〜9〇體積%為較佳,並以55〜85體 積%為更佳’尤其係以60〜80質量%為特佳。 又’化合物(II-1)的含有量的下限值相對於非水電解液 的總質量(100質量%),係以40質量%為佳,且以45質量%為 較佳,並以50質量%為更佳。化合物(Ιμι)的含有量的上限 值相對於非水電解液的總質量(100質量%),係以9〇質量% 為佳,且以85質量%為較佳,並以8〇質量%為更佳。 (化合物(ΙΙ-2Α)) 化合物(ΙΙ-2Α)係一種藉由有效率地與鋰鹽⑴進行溶劑 合(solvation),使脑鹽⑴均勻溶解於前述化合物(π ι)的溶 劑。化合物(II-2)的-部分或全部可在電解液中與經鹽⑴形 成錯合物。 a 18 201214837 化合物(II-2A)係以下式(3A)所示之化合物。 [化8]
Rn〇/X/°\r4 (3A) 惟,前式(3A)中,R3及R4分別獨立為碳數1〜5之烷基, 或為R3與R4鍵結而形成之碳數1〜10之伸烷基。較佳為,R3 及R4分別獨立為碳數1〜3之烷基,或為R3與R4鍵結而形成 之碳數1〜3之伸烧基。 化合物(3A)可舉例如:1,2-二甲氧乙烷(別名:單乙二 醇二甲醚)、1-曱氧-2-乙氧乙烷、1,2-二乙氧乙烷、1-甲氧-2-異丙氧乙烷等。又,R3與R4鍵結而形成伸烷基的化合物可 舉例如:1,4-二氧陸圜(dioxane)等。化合物(3A)係以1,2-二 甲氧乙烷、1,2-二乙氧乙烷為佳,尤其係以1,2-二曱氧乙烷 為特佳。 化合物(II-2A)可併用化合物(3A)以外之以下式(3)所示 之化合物(以下稱為化合物(II-2B))。相對於化合物(II-2A) 與化合物(II-2B)之總計,化合物(II-2A)的比例係以50〜100 質量%為佳,且以80〜100質量%為較佳,並以100質量 %(即,不併用化合物(II-2B))為特佳。 [化9] R3-〇-Q1-〇-R4 (3) 惟,前式(3)中,Q1為碳數1〜4之直鏈伸烷基,或該直 鏈伸烷基的1個以上之氫原子被碳數1〜5之烷基所取代的 19 201214837 基。 又’ R及R4分別獨立為ί炭數1〜5之炫《基’或為r3與r4 鍵結而形成之碳數1〜10之伸烷基。R3及R4最好是分別獨立 為碳數1〜3之烷基’當R3與R4鍵結而形成伸烷基時,宜為 碳數1〜3之伸烷基。 Q宜為碳數1〜4之直鍵伸烧基。 R3及R4最好是分別為曱基或乙基,且以甲棊為較佳。 化合物(II-2B)可舉例如:二乙二醇二甲醚、三乙二醇二甲 醚等聚乙二醇二烷基醚或13-二曱氧丙烷。 另外,以下將化合物(II-2A)與化合物(II-2B)合稱為化 合物(II-2)。如前述,化合物(h_2)尤其係以單獨為化合物 (II-2A)為特佳。 本發明之非水電解液中所含的源自化合物(Π-2Α)之醚 性氧原子之總莫耳數(N。),相對於源自鋰鹽(I)之鋰原子之 總莫耳數(NLi)的比(No/Nu)係大於1且在6以下。前述比 (N0/NLi)係以1.2以上為佳,且以ι·5以上為較佳,並以2以 上為更佳。前述比(NQ/NLi)若為下限值以上,便可輕易地 使鍾鹽(I)溶解於化合物(11_1)。另一方面,前述比(N<5/NLi) 係以5以下為佳,且以4以下為較佳,並以3.8以下為更佳。 前述比(N0/NLi)若為上述範圍的上限值以下,便可易於在 高功率下充放電時抑制電池容量降低,可提高高電壓下的 循環特性。 表現出上述效果的理由未必很明確,但可認為其理由 如下。 20 201214837 莫耳比(N°/NLi)為4以下時,化合物(II-2)的分子内所有 的氧可配位於鋰離子,藉此提高耐氧化性。又,莫耳比 (N0/NLi)為5〜6時,化合物(11_2)的分子内所有的氧當中,未 配位於鋰離子的過剩氧會存在於鋰離子的二次溶劑合圏 (secondary s〇lvati〇n sphere),有助於提高耐氧化性。但是, 莫耳比(N0/NLi)超過6時,化合物(11_2)的分子内的氣當中, 未配位於鋰離子且未存在於二次溶劑合圈的過剩氧的耐氧 化性很低,因此在高電壓下的循環試驗中會進行氧化反 應,令容量劣化。 化合物(II-2)的含有量相對於該非水電解液中的前述鋰 鹽(I)之總量,係以〇_5〜3.0倍莫耳為佳,且以〇 5〜2 5倍莫耳 為較佳,並以1_0〜2.5倍莫耳為更佳,又以丨〇〜2〇倍莫耳為 特佳。化合物(II-2)對鋰鹽⑴的莫耳比若為前述範圍的下限 值以上,便可輕易地使鋰鹽⑴均勻溶解於化合物(Η—”。 又,化合物(11_2)對鋰鹽(I)的莫耳比若為前述範圍的上限值 以下,便可輕易地製得難燃性佳的非水電解液。 化合物(II-2)的含有量的下限值相對於溶劑(η)的總體 積量,係以5體積。/。以上為佳,且以7體積%以上為較佳,並 以10體積%以上為更佳,又以13體積%以上為特佳,並以15 體積。/〇以上為最佳。X ’化合物(11_3)的含有量的上限值相 對於溶劑(II)的總體積量,係以3〇體積%以下為佳,且以乃 體積%以下為較佳,並以22體積%以下為更佳。 化合物(II-2)的含有量相對於溶劑的總體積量,係以 5〜30體積。/。為佳,且以10〜30體積%為較佳,並以1〇〜25體積 21 201214837 %為更佳,又以10〜22質量°/〇為特佳,並以15〜22體積°/。為最 佳。 又,化合物(II-2)的含有量的下限值相對於非水電解液 的總質量(100質量%),係以3質量%為佳,且以5質量%為較 佳,並以7質量%為更佳,又以10質量%為特佳。化合物(11 - 2) 的含有量的上限值相對於非水電解液的總質量(1〇〇質量 %),係以25質量%為佳,且以20質量%為較佳,並以17質量 %為更佳,又以15質量%為特佳。 (化合物(II-3)) 化合物(II-3)係不含有碳-碳不飽和鍵之環狀碳酸酯化 合物。環狀碳酸S旨化合物係具有由碳原子與氧原子所構成 之環的化合物,該環具有以-o-c(=o)-o-所示之鍵。化合物 (II-3)係環狀碳酸酯化合物中,分子内不含有碳-碳不飽和鍵 的化合物。另外,本說明書中,所謂「碳酸酯化合物」係 指,含有以-0-C(=0)-0-所示之鍵(以下稱為「碳酸酯鍵」) 的化合物。所謂「碳酸酯化合物」係指,具有含碳酸酯鍵 之環的化合物。所謂「碳-碳不飽和鍵」係指,碳-碳雙鍵或 碳-碳三鍵。 化合物(II-3)的極性很高,可在高功率下充放電時抑制 電池容量降低。又,可使鋰鹽(I)的解離度提高,來提高該 非水電解液的傳導度。又,藉由有效率地與鋰鹽⑴進行溶 劑合,來輔助該鋰鹽⑴均勻溶解於化合物(11-1)。 化合物(II-3)的環係以4〜10元環為佳,且以4〜7元環為 較佳,就容易取得這點來看,係以5〜6元環為更佳,尤其係 22 a 201214837 以5元環為特佳。 化合物(II-3)的環宜為具有1個碳酸酯鍵的環,且更宜為 碳酸酯鍵與直鏈伸烷基鍵結而形成之環。直鏈伸烷基之碳 數係以1〜7為佳,且以1〜4為較佳,並以2或3為更佳,又以2 為特佳。又,前述直鏈伸烷基亦可具有取代基。取代基可 舉例如:il原子、烷基、鹵化烷基等。鹵原子或鹵化烷基 中的_宜為氯原子或氟原子。 化合物(II-3)宜為下述化合物(4)。 [化 10]
惟,前式中,R5〜R8分別獨立為氫原子、鹵原子、烷基、 或鹵化烷基。化合物(4)中的R5〜R8之至少1個以上若為鹵原 子,便難以氧化,因此更適合在高電壓條件下使用。 化合物(4)的具體例可舉例如:碳酸伸丙酯(別名:4-甲 基-1,3-二氧五環烷-2-酮)、碳酸伸乙酯(別名:1,3-二氧五環 烷-2-酮)、碳酸伸丁酯(別名:4-乙基-1,3-二氧五環烷-2-酮)、4-氣-1,3-二氧五環烷-2-酮、4-氟-1,3-二氧五環烷-2-酮、及4-三氟甲基-1,3-二氧五環烷-2-酮。 化合物(II-3)方面,宜為選自於碳酸伸丙酷、碳酸伸乙 酯、碳酸伸丁酯之環狀碳酸酯化合物以及鍵結於形成該環 狀碳酸酯化合物之環的碳原子的1個以上之氫原子被鹵原 子、烷基、或li化烷基所取代之化合物,就容易取得及電 23 201214837 解液性質等觀點來看,係以碳酸伸乙酯、碳酸伸丙酯或4-氟_1,3-二氧五環烷-2-酮(以下亦稱為氟代碳酸伸乙酯)為 佳。 化合物(II-3)可使用單獨1種化合物,亦可併用2種以上 化合物。 化合物(II-3)的含有量的下限值相對於溶劑(II)的總體 積量,係以5體積%以上為佳,且以7體積%以上為較佳,並 以10體積%以上為更佳,又以13體積°/〇以上為特佳。化合物 (II-3)的含有量若為下限值以上,便可易於在高功率下充放 電時抑制電池容量降低。又,鋰鹽⑴的解離度會提高,傳 導度變得更為良好。 化合物(II-3)的含有量相對於溶劑(Η)的總體積量,係以 5~60體積%為佳,且以5〜50體積%為較佳,並以10〜40體積 %為吏隹。 此外,化合物(II-3)的含有量更宜為少於上述範圍之上 限值。即,化合物(II-3)的含有量的上限值相對於溶劑(Π) 的總體積量,係以40體積%以下為佳,且以35體積%以下為 較佳,並以30體積%以下為更佳,又以27體積%以下為特 佳。非水電解液中的化合物(II-3)的含有量若為上限值以 下,便可輕易地製得難燃性佳的非水電解液。 又,化合物(II-3)的含有量的下限值相對於非水電解液 的總質量(1〇〇質量%),係以5質量。/。為佳,且以7質量%為較 佳,並以10質量%為更佳,又以13體積%為特佳。化合物(11_3) 的含有量的上限值相對於非水電解液的總質量(1 〇 〇質量 24 a 201214837 %),係以40質量%為佳,且以35質量%為較佳,並以30質量 %為更佳,又以27體積%為特佳。 本發明之非水電解液中所含的化合物(II-3)之總莫耳數 (NIN3),相對於源自鋰鹽(I)之鋰原子之總莫耳數(NLi)的比 (Nn-3/NLi)的下限值宜為0.01。該下限值更以0.1為佳,且 以0.3為較佳,並以0.5為更佳,又以1.0為特佳。該比 (Nn_3/NLi)若為該下限值以上,便可易於在高功率下充放 電時抑制電池容量降低。(Nn.3/NLi)的上限值宜為6。該上 限值更以5為佳,且以4.0為較佳,並以3.5為更佳,又以3.0 為特佳。該比(Νι 1 _ 3 /Nl i )若為該上限值以下’便可輕易地 維持電解液的難燃性。 上述(Nii.3/NLi)係以0.01〜6為佳,且以0.1~5為較佳, 並以1〜4為特佳。 本發明之非水電解液中所含的源自化合物(II-2)之醚性 氧原子之總莫耳數(N。)與化合物(II-3)之總莫耳數(Nn_3)之 和,相對於源自鋰鹽(I)之鋰原子之總莫耳數(NLi)的比 {(N。的下限值係以2.0為佳,且以2.5為較佳, 並以3.0為更佳。{(NQ+N丨i.3)/NLi}若為下限值以上,便可 提高鋰鹽的溶解性,又,可易於在高功率下充放電時抑制 電池容量降低。 又,{(N0+Nu_3)/NLi}的上限值係以6為佳,且以5.5為 較佳,並以5.0為更佳,又以4.5為特佳。{(Ι^+Νπ-Ο/Νυ} 若為上限值以下,便可易於維持電解液的難燃性,又,可 易於提高高電壓條件下的循環特性。 25 201214837 前述{(Νο+Νπ·3)/!^丨的值係以2〇〜6為佳,且以 2.5〜5.5為較佳’並以3.〇〜5 〇為更佳,又以3 〇〜5為特佳。 在高功率下充放電時可藉由化合物(11,卩制電池容量 降低的理由未必很明確,但可認為其理由如下。 一-人電池的充放電中,鋰離子必須要脫離配位與電極 之電極活性物質起反應’但若是將極性彳艮高的化合物(Π 3) 作為輔助溶劑使用於電解液,溶劑全體的極性便會提高而 使脫離配位能量降低,令化合物(11_2)容易脫離配位,使得 鋰離子可有效率地與電極活性物質起反應,因此可在高功 率下充放電時抑制電池容量降低。 (化合物(II-4)) 本發明中的溶劑(II)就循環特性這點來看,除了前述化合 物(ΙΙ-1)〜(ΙΙ-3)以外,亦可含有在分子内含有碳-碳不飽和鍵 之環狀碳酸酯化合物或鏈狀碳酸酯化合物。以下,將含有 碳-碳不飽和鍵之環狀碳酸酯化合物稱為化合物(Π-4Α),且 將鏈狀碳酸酯化合物稱為化合物(ΙΙ_4Β)。又,化合物(ΙΙ-4Α) 與化合物(ΙΙ-4Β)合稱為化合物(ΙΙ-4)。 另外’溶劑(II)不需要化合物(ΙΙ-4),溶劑(II)最好是未 實質性含有化合物(11-4)(相對於溶劑(II)的總體積量,小於 〇.〇1體積%)。又,即使溶劑(II)含有化合物(ΙΙ-4),溶劑(II) 中的化合物(ΙΙ-4)的量(體積%)最好是少於化合物(ΙΙ-3)的 量0 化合物(ΙΙ-4Α)的環係以4〜10元環為佳,且以4〜7元環為 較佳’就容易取得這點來看,係以5〜6元環為更佳,尤其係 201214837 以5元環為特佳。 化合物(II-4A)的環宜為具有1個碳酸j旨鍵的環。 化合物(II-4A)的碳-碳不飽和鍵可在環内亦可在環 外。碳-破不飽和鍵在分子内係以1〜5個為佳,且以丨〜3個為 較佳,就容易取得及非水電解液之耐久性等觀點來看,係 以1〜2個為更佳,尤其係以1個為特佳。 化合物(II-4A)宜為下述化合物(8-1)、化合物(8 2)。 [化 11]
Υ 惟,削式中,R9及R分別獨立為氧原子、鹵原子、碳 數1〜3之烷基、或碳數1〜3之鹵化烷基。 R11〜R14分別獨立為氫原子、碳數1〜3之烷基、乙稀基或 稀丙基,R11〜R14之至少一者為乙稀基或埽丙基。 化合物(8-1)之具體例可舉例如:碳酸伸乙烯酯 (vinylene carbonate)(別名:1,3_間二氧雜環戊烯(di〇x〇le) 2_ 酮)、二曱基碳酸伸乙稀酯(別名:4,5-二甲基_1,3_間二氧雜 環戊烯-2-酮)等,化合物(8-2)之具體例可舉例如:4_乙烯基 -1,3-二氧五環院-2-酮。化合物(II-4)宜為碳酸伸乙稀醋。 化合物(II-4A)方面,可以只使用化合物(8·υ,也可以 只使用化合物(8-2),亦可併用化合物(8-1)與化合物(8_2)。 化合物(ΙΙ-4Β)係鏈狀碳酸酯化合物,宜為以下式(9)所 示之化合物(9)。 27 201214837 [化 12] R15/〇 丫 〇\r16 (9) Ο 惟’前式中,R15、R16分別獨立為碳數1〜3之院基、戈 碳數1~3之i化烧基。 化合物(9)可舉例如:碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸 乙甲酯、碳酸曱丙酯等。化合物(Π-4Β)係以碳酸二乙略與 碳酸乙甲酯為佳。 使用了含化合物(II-4)之非水電解液的二次電池在進# 充電時,化合物(II-4)會在負極(例如碳電極)表面上分解而 形成穩定的被膜。化合物(II-4)所形成之被膜可減低電極界 面(electrode interface)中的電阻’因此可獲得促進鋰離子換 入負極的效果。即,透過非水電解液中的化合物(11_4)所形 成之被膜來減少負極界面中的全電阻(impedance),因而促 進鋰離子摻入負極。又,化合物⑴_4)與化合物(11_3)同樣具 有高極性,因此可在不妨礙化合物(11_3)所帶來之效果的情 況下,促進鋰離子摻入負極,提高循環特性。 使用化合物(II-4A)作為化合物(n_4)使用時,就可輕易 地兼具:長期的難燃性、抑制非水電解液中的相分離及碳 酸氣體之大量產生、抑制低溫特性降低、以及提高鋰鹽⑴ 之/谷解性等效果的觀點來看,化合物(η·4Α)的含有量相對 於/谷劑(π)的總體積量,係以0〇1〜1〇〇質量。為佳,且以 〇·05〜5傾量%為較佳,並以G.1〜3謂量%為特佳。 28 201214837 使用化合物(II_4B)作為化合物(II-4)使用時,化合物 (ΙΙ-4Β)對溶劑(II)的總體積量的比例可以高於上述化合物 (ΙΙ-4Α)的情況。但是,比起化合物(Η_3)或化合物(Η_4Α), 化合物(ΙΙ-4Β)的閃燃點(flash p〇int)較低,因此溶劑(II)中的 化合物(II-4B)的比例若過高,便無法改善高功率下的充放 電特性’恐有導致難燃性降低之虞。因此,使用化合物(II_4B) 時’化合物(II-4B)的含有量相對於溶劑(II)的總體積量,係 以小於20體積。/。為佳,且以小於15體積。/❶為較佳。 此外,使用化合物(II-4)時,化合物(II-3)與化合物(Π-4) 的總計含有量相對於溶劑(Π)的總體積量,係以4〇體積。/〇以 下為佳,且以35體積%以下為較佳。尤其,以較高比例使 用化合物(II-4B)時,其比例上限最好是與化合物(11_3)之總 計,且限制在上述比例。 又,本發明之非水電解液中,化合物(11_4)的含有量的 上限值係以30質量%為佳,且以25質量%為較佳,並以2〇 質量%為更佳’又以15質量%為特佳。化合物(ΙΙ·4)的含有 量的下限值為〇%。 (經鹽(I)、溶劑(π)的理想搭配) 本發明之非水電解液係含有前述鋰鹽(1)、溶劑(11),尤 其當使用下述成分時,可大幅度達到作為本發明之目的的 效果,因此係屬理想。 鐘鹽(I)係選自於以LiPF0、前述化合物(5)、 (FS02)2NLi、(CF3S02)2NLi、(CF3CF2S〇2)2NLi、LiC104、 刖述化合物(6)、前述化合物(7)、及LiBF4所構成群組中之1 29 201214837 種以上’溶劑(II)係選自於以化合物(Η])之化合物⑴及化 合物(2)所構成群組中之1種以上、化合物(h_2a)、及化合物 (ΙΙ-3)之化合物(4)。 或是, 鋰鹽(I)係選自於以LiPFe、前述化合物(5)、 (FS02)2NLi、(CF3S02)2NLi、(CF3CF2S02)2NLi、LiC104、 别述化合物(6)、刚述化合物(7)、及LiBF4所構成群組中之1 種以上,溶劑(II)係選自於以化合物(IM)之化合物⑴及化 合物(2)所構成群組中之1種以上、化合物(h_2A)、化合物 (II-3)之化合物(4)、及相對於溶劑(π)之總體積為〇.〇1〜20體 積%之化合物(11-4)。惟’化合物(π_4)的比例(體積%)少於 化合物(II-3)的比例,化合物(II-3)與化合物(II-4)之總計量在 40體積%以下。 較佳為: 鋰鹽(I)係選自於以 LiPF6、(CF3S02)2NLi、 (CF3 CF2 S02 )2 NLi、LiC104、LiBF4 所構成群組中之 1 種以 上,溶劑(II)係選自於以化合物(II-1)之 CF3CH2OCF2CF2H 、 CHF2CF2CH2OCF2CF2H 、 cf3cf2ch2 ocf2cf2h 、 CF3CH2OCF2CHFCF3 、 CHF2CF2CH2OCF2CFHCF3、以上式(2)所示且X係ch2ch2 之化合物、及以上式(2)所示且x係CH(CH3 )CH2之化合物所 構成群組中之1種以上、化合物(II-2A)之1,2-二甲氧乙烷、 化合物(II-3)之碳酸伸乙酯或碳酸伸丙酯、及相對於溶劑(II) 之總體積為0.01-15體積%之化合物(II-4B)之化合物(9)。 30 a 201214837 惟,化合物(II-4B)的比例(體積%)少於化合物(II-3)的比例, 化合物(ΙΙ-3)與化合物(Π-4Β)之總計量在3 5體積%以下。 更佳為: 鋰鹽(I)係LiPF6、 溶劑(Π)係 化合物(II-1)之 chf2cf2ch2ocf2cfhcf3 (HFE5510) 、 CF3 CH2 〇CF2 CF2H(AE-3000) 、 CF3CH2OCF2CHFCF3(HFE449mec-f)或 2,2-雙(三氟曱 基)-1,3-二氧五環烷(8乂-1)、 化合物(II-2A)之1,2-二甲氧乙烷或1,2-二乙氧乙烷、 化合物(II-3)之碳酸伸乙酯、碳酸伸丙酯或氟代碳酸 伸乙醋、 及 未實質性地含有化合物(II-4)或相對於溶劑(π)之總 體積含有化合物(II-4B)之碳酸二乙酯或碳酸乙曱酯達 0.01〜15體積%。惟,其碳酸二烷基酯的比例(體積。/。)少於化 合物(II-3)的比例,與化合物(II-3)之總計量在35體積%以 下。 特佳為: 鋰鹽(I)係LiPF6、 溶劑(II)係 化合物(11_1)之chf2cf2ch2ocf2cfhcf3、 化合物(II-2A)之1,2-二曱氧乙烷、 化合物(II-3)之碳酸伸乙S旨或碳酸伸丙醋、 31 201214837 及 未貫質性地含有化合物(II-4)。 (其他溶劑) 本發明中的溶劑(11)只要在該非水電解液不會產生相 分離’且不會妨礙本發明之效果的範圍内,亦可含有由前 述化合物(IM)、化合物(π_2)、化合物(113)及化合物⑴_4) 以外之化合物所構成之溶劑(以下稱為「其他溶劑」)。 其他溶劑可舉例如:含氟烷類 ;丙酸烧基醋、丙二酸 二烷基酯、乙酸烷基酯等羧酸酯;γ丁内酯等環狀酯;丙磺 酸内酯等環狀磺酸酯;磺酸烷基酯;磷酸烷基酯;乙腈 (acetonitrile)、異丁腈(is〇butyr〇nitrile)、三甲基乙腈 (pivalonitrile)專碳化睛(carb〇nitriie)等。 使用含氟烷類以外之其他溶劑時的含有量,相對於溶 劑(II)的總體積量’係以大於〇且不超過2〇體積%為佳,且以 大於0且不超過1〇體積%為較佳,並以大於0且不超過5體積 %為特佳。 本發明之非水電解液在其他溶劑方面含有含氟燒類 時’可抑制非水電解液的蒸氣壓,更進一步提高非水電解 液之難燃性。所謂「含氟烷類」係指烷類的1個以上之氣原 子被氟原子所取代,且殘留有氫原子的化合物。本發明中, 係以碳數4〜12之含氟烷類為佳。其中,當使用碳數6以上之 含氟烷類時’可期待使非水電解液的蒸氣壓降低的效果, 又,碳數若在12以下,便可輕易地保持鋰鹽(I)之溶解度。 又,含氟烷類中的氟含有量(所謂「氟含有量」係指,分子 32 201214837 量所佔的氟原子的質量比例)係以50〜80%為佳。含氟烷類中 的氟含有量若為50%以上,難燃性將會變得更高。含氟烷 類中的氟含有量若為80%以下,便可輕易地保持鋰鹽(I)之 溶解性。 含氟烧類宜為直鏈結構的化合物,可舉例如: n-C4F9CH2CH3、n-C6F13CH2CH3、n-C6F13H、n-C8F17H 等。 該等含氟烷類可使用單獨1種,亦可併用2種以上。 本發明之非水電解液含有前述含氟烷類時的含有量, 相對於溶劑(II)的總體積量,係以5〜20體積%為佳。前述含 氟烷類的含有量若為5體積%以上,便可輕易地降低蒸氣 壓,可輕易地表現出難燃性。前述含氟烷類的含有量若為 20體積%以下,便可輕易地維持鋰鹽(I)之溶解度。 (其他成分) 本發明之非水電解液中,為了提高非水電解液的功 能,亦可因應需要而含有其他成分。其他成分可舉例如: 以往周知的防過充電劑、脫水劑、脫氧劑、用以改善高溫 保存後之容量維持特性及循環特性的特性改善助劑。 防過充電劑可舉例如:聯苯、烷基聯苯、聯三苯、聯 三苯的部分氫化物、環己苯、三級丁苯、三級戊苯、二苯 醚、二苯并呋喃等芳香族化合物;2-氟聯苯、鄰環己氟苯、 對環己氟苯等前述芳香族化合物的部分氟化物;2,4-二氟苯 甲醚、2,5-二氟苯曱醚及2,6-二氟苯曱醚等含氟笨曱醚化合 物。防過充電劑可使用單獨1種,亦可併用2種以上。 非水電解液含有防過充電劑時,非水電解液中的防過 33 201214837 充電劑含有量宜為0.01〜5質量%。藉由使非水電解液含有防 過充電劑0.01質量%以上,將可更輕易地抑制過充電所造成 的二次電池之破裂及起火,而可更穩定地使用二次電池。 脫水劑可舉例如:分子篩、鹽餅(salt cake)、硫酸鎮、 氫化弼、氫化納、氫化钟、铭氫化經等。用於本發明之非 水電解液的溶劑,宜使用藉前述脫水劑脫水後進行精餾 者。又,亦可使用未進行精镏而僅藉前述脫水劑脫水的溶 劑。 用以改善高溫保存後之容量維持特性或循環特性的特 性改善助劑可舉例如:苯基伸乙基碳_酸目旨、碳酸四氫α夫喃 二醇醋(erythritan carbonate)、螺-雙-碳酸二亞曱醋等碳酸酉旨 化合物;琥珀酸酐、戊二酸酐、順丁烯二酸酐、檸康酸酐、 戊烯二酸酐、伊康酸酐、二乙醇酸酐、環己二羧酸酐、環 戊三羧酸二酐、苯琥珀酸酐等羧酸酐;甲磺酸丁二醇二酯 (busulfan)、環丁姐、環丁稀礙、二曱石風、二苯石風、甲苯楓、 二硫二丁烷、二硫二環己烷、單硫四曱胺硫曱醯、N,N-二 甲基曱烷磺醯胺、Ν,Ν-二乙基甲烷磺醯胺等含硫化合物; 1-甲基-2-吡咯烷酮、1-甲基-2-哌啶酮、3-甲基-2-噁唑烷酮、 1,3-二曱基-2-咪唑啶酮、Ν-甲基丁二醯亞胺等含氮化合 物;庚烷、辛烷、環庚烷等烴化合物。該等特性改善助劑 可使用單獨1種,亦可併用2種以上。 非水電解液含有特性改善助劑時,非水電解液中的特 性改善助劑含有量宜為0.01〜5質量%。 本發明之非水電解液係用於二次電池。尤其是在作為 34 201214837 鋰離子二次電池之電解液使用時,可良好地使鋰鹽⑴溶 解,還可得到長期的難燃性,且,可得到高功率下的優異 充放電特性以及高電壓下的優異循環特性。又,亦可使用 在鋰離子二次電池以外的其他二次電池。其它二次電池可 舉例如:電雙層電容器、鋰離子電容器等。 使用如前述專利文獻6、7記載之以往的非水電解液的 二次電池,其高功率充放電特性及高電壓下的循環特性低 下。在針對該等特性之低下進行過檢討的情況下發現,使 用專利文獻6之非水電解液的二次電池中,在乙二醇二甲謎 系溶劑方面係使用單乙二醇二甲醚以外之乙二醇二甲謎系 溶劑作為主要成分這點,正是前述高功率充放電特性及循 環特性低下的主要原因。又,使用專利文獻7之非水電解液 的一次電池中,非氟醚的含有量很多這點正是主要原因。 相對於前述以往的非水電解液,本發明之非水電解液 中’電解質鹽溶解用溶劑(π)含有化合物(II-2A),且比 (]^。/乂〇為1〜6,因此特別是在高 …4… ..............:兵的循環特 性。雖然該理由不明確,但有可能是因為化合物(Π_2Α)的 分子中的氧原子已多半配位於链離子,因而提高耐氧化性 的緣故。X ’本發明之非水電解液在高功率下進行充放電 時可抑制能量密度及電池容量降低。此外,本發明之非水 電解液中,鋰鹽⑴的溶解性良好,在 優里 —、 H㈣難燃性方面很 设異,且具有實用上充分的傳導度。 電池> 本發明之f麟宜作為_子二次電池_電解液來 35 201214837 使用。該二次電池係具有負極及正極、與本發明之非水電 解液的二次電池。 負極可舉:含有可吸藏及釋放鋰離子的負極活性物質 的電極。負極活性物質可使用眾所周知的經離子二次電池 用負極活性物質,可舉例如:可吸藏及釋放鋰離子的人造 或天然石墨(黑鉛)、非晶質碳等碳質材料;金屬鋰、鋰合金 等金屬、金屬化合物。該等負極活性物質可使用單獨1種, 亦可併用2種以上。 其中,負極活性物質宜為碳質材料。又,碳質材料尤 其宜為黑鉛、及相較於該黑鉛以非晶質碳被覆黑鉛表面的 碳質材料。 黑鉛中,依據日本學術振興會碳材料第117委員會所制 定之方法(以下稱為「學振法」)以X射線繞射求出的晶格面 (002面)的d值(層間距離、以下僅稱為「d值」)宜為 0.335〜0.338nm,且以0.335〜0.337nm為較佳。又,依據學振 法之以X射線繞射求出的微晶尺寸(Lc)宜為30nm以上,且以 5Onm以上為較佳,並以1 OOnm以上為特佳。黑船的灰分宜 為1質量%以下,且以0.5質量%以下為較佳,並以0.1質量% 以下為特佳。 又,以非晶質碳被覆黑鉛表面的碳質材料,係以d值為 0.335〜0.338nm的黑鉛為芯材,而該黑鉛表面被覆有d值大 於該黑鉛的非晶質碳,且,芯材之黑鉛(質量WA)與被覆該 黑鉛的非晶質碳(質量WB)的比例以質量比(WA/WB)計,宜為 80/20〜99/1。藉由使用該碳質材料,將可輕易地製造出容量
36 S 201214837 高且難以與非水電解液反應的負極。 碳質材料的粒徑’以依據雷射繞射散射法之中值粒徑 (median size)計’宜為lPm以上’且以以上為較佳’並 以5μπι以上為更佳,尤其係以7μηι以上為特佳。又,碳質材 料的粒徑上限宜為丨00^1111,且以50μιη為較佳,並以牝卜爪為 更佳,尤其係以3〇μιη為特佳。 依據BET法求彳寸之碳質材料的比表面積宜為〇 3m2/g以 上’且以0.5m2/g以上為較佳,並以〇.7m2/g以上為更佳,尤 其係以0.8m2/g以上為特佳。碳質材料的比表面積上限宜為 25_0m2/g ’且以2〇\%^/g為較佳,並以丨5 〇m2/g為更佳,尤 其係以10.0m2/g為特佳 碳質材料在以、使用氩,子雷射光的拉曼光譜進行分析 時’位於1,570~ 1 ’620cm—之範圍的峰值pA的峰值強度丨a與位 於1,300〜l,400cm_l之範圍的峰值Pb的峰值強度匕的比所表 示的R值(=IB/IA)宜為0.01〜0·7。又,峰值Pa的半寬度宜為 26cm以下’尤其係以25crn·丨以下為特佳。 極活性物質使用的金屬可 Si、Ti、Ge、Sn ' Pb、p、 除了金屬經以外,可作為負 舉例如:Ag、Zn、Al、Ga、in、
Sb ' Bi、Cu、Ni、Sr、Baf。又,縣金可舉轉前述金 屬的合金。又,金屬化合物可舉前述金屬的氧化物等。 具中’係以選自於由Si、%、Ge 所構成群組 的1種以上之金屬、含該金屬的金屬化合物、金屬氧化斗、、 鋰合金為佳,且以選自於由Si、如及八丨所構成群級的I:、 上之金屬、含該金屬的金屬化合物、鋰合金、 、 八‘鍾為較 37 201214837 佳。 及經入金“ 含該觸的金屬化合物 及經。金,她料常μ料代 位質量的容量較大,故:質材枓’母-早 電池。 ㈣破絲更w量密度的二次 的電極 2極可舉:含有可吸藏及釋放_子的正極活性 極二 使用眾所周知的姆子二次電池❹ 極活性物質,可輪σ:切過渡_化物;使用_ 上之過渡金屬的核過渡金騎合氧化物、過渡金屬氧价 物、過渡金屬硫化物、金屬氧化物、撖欖石型金屬裡鹽等 含鐘過渡金屬氧化物可舉例如:_氧化物、_# 化物、經猛氧化物等。 含經過渡金屬複合氧化物的過渡金屬宜為v、Ti、cr、 Μη、Fe、C。、Ni、Cu等’可舉例如:Lic〇〇2等歸複合氧 化物;碰〇2等賴複合氧化物;UMnQ2、uMn2Q4、uMn()3 等裡猛複合氧化物;將成為料朗渡金屬複合氧化物之 主體的過渡金屬原子的一部分以A1、丁丨、v、Cr、Mn、Fe、 Co、Li、Νι、Cu、Zn、Mg、Ga、Zr、Si、Yb等其他金屬 取代而成者等。以其他金屬取代而成者可舉例如: LiMn〇.5Ni〇.502 > LiMn,.8Al02〇4 . UKi〇.,5Co〇aoA\0.0502 '
LiMn15Ni().504、LiNi1/3C〇1/3Mni/3〇2、LiMn18Al().204。 過渡金屬氧化物可舉例如:Ti〇2、Mn02、Mo03、V205、 V6〇n ;過渡金屬硫化物可舉例如:TiS2、FeS、MoS2 ;金 38 s. 201214837 屬氧化物可舉Sn02、Si02等。 橄欖石型金屬鋰鹽係以LiLXxYy〇zFg(惟,X表示Fe(II)、 Co(II)、Mn(II)、Ni(II)、V(II)或Cu(II),γ表示P或Si,且表 示分別為 0SLS3、1$χ$2、lgy$3、4$ζ$12、0$g S 1的數值)所不之物質或該等之複合物。可舉例如:
LiFeP04、Li3Fe2(P04)3、LiFeP2〇7、LiMnP04、LiNiP04、
LiCoP〇4、Li2FeP04F、Li2MnP04F、Li2NiP04F、Li2CoP04F、 Li2FeSi04、Li2MnSi04、Li2NiSi〇4、Li2CoSi04。 該等正極活性物質可使用單獨丨種,亦可併用2種以上。 又,亦可使用在該等正極活性物質表面附著有與構成 呈主體之正極活性物f的物f不同成分的物質者。表面附 f物質可舉:氧化鋁、氧化矽、氧化鈦、氧化锆、氧化鎂、 ,化妈I化侧、氧化錄、氧化紐等氧化物;硫酸鐘、硫 酉文納山&酸鉀、硫酸鎖、硫酸約、硫酸料硫酸鹽;碳酸 鋰、碳酸鈣、碳酸鎂等碳酸鹽等。 J有物只π置,;f目對於正極活性物質的質量之下 = ’且以—為較佳’並以1〇_為特佳。上 。,且以10%為較佳,並以5%為特佳。 附著物質,可枷制/ 错由表面 _在正極活性物質表面上的非水電解 乳化反應1可提高電池壽命。 電解液之 電電壓馬,且電化學穩定性高的觀點來看 活性物質宜為LiCoD τ Μ νΛ τ· 耆正極 為母體的含=人 2、L1Mn02等以α〜 鍾複合㈣物;LiMn204等以尖晶石型 體的含鋰複合氧化物。 、構為母 39 201214837 本發明之二次電池I古. ^φ, /、有.負極與正極之一者或兩者係 極化電極的負極及正極、盥 托一去 /、本發明之非水電解液。極化電 者且尤:在電化學方面呈惰性的高比表面積之材料為主體 尤”係以由活性碳、碳黑、 物微粒子所構成者為特佳 化 ”肀,係以在金屬集電器表面 >有由活性碳等高比表面積之碳材料粉末所構成的電極 盾者為佳。 電極的製造中,有使用使負極活性物質或正極活性物 質黏合的黏合劑。 黏合負極活性物質及正極活性物質的黏合劑方面,只 要是對製造電極時使用的溶劑、電解液呈穩定的材料,即 可使祕意的黏合劑。黏合劑可舉例如ϋ亞乙稀 (poiyvinyUdene flU0ride)、聚四氟乙稀等範系樹脂;聚乙 稀、聚丙稀等輯烴;笨乙稀.了二烯橡膠、異戊二稀橡膠、 丁二烯橡膠等具有不飽和_聚合物或其共聚物;丙稀酸 共聚物、甲基丙烯酸共聚物等㊉稀酸系聚合物或其共聚物 等。s玄等黏合劑可使用單獨1種,亦可併用2種以上。 為了提高機械性強度、導電度,電極中亦可含有增黏 劑、導電材、填充劑等。 增黏劑可舉例如:緩甲基纖維素、甲基纖維素 、羥曱 基纖維素、乙基纖維素、聚乙烯醇、氧化濺粉、構酸化澱 粉、酷蛋白、聚乙稀0比0各炫嗣(polyvinyl pyrr〇Hd〇ne)。該等 增黏劑可使用單獨1種,亦可併用2種以上。 導電材可舉例如:銅或鎳等金屬材料、石墨或碳黑等
S 201214837 碳質材料。該等導電材 電極的製造法可為下f1種,亦可併用2種以上。 T ^ ^ ^ ^ ^- 馮下述方法,即,對負極活性物質或 '、添加勒合劑、增黏劑'導電材、溶劑等而衆 =:塗佈於集電器並進行乾燥,即可製成。此時,宜 乾燥後進仃擠壓,藉此將電極Μ密化(consolidate)。 ° ^物質層的密度^過低,恐有二次電池的容量 變侍不充分之虞。 集電器方面雖可使用各種集電器,但通常係使用金屬 或合金。負極的集電器可舉:銅、錄、不錄鋼等,且宜為 銅^ ’正極的集電器可舉··在呂、欽 ' 紀等金屬或其合金, 且宜為紹或其合金,且以料較佳。 ^二次電池的形狀依用途來選擇即可,可為硬幣型、圓 t 1方i #層型。又’正極及負極的形狀亦可配合二 次電池的形狀適當選擇。 本發明之二次電池的充電電壓係以4.2V以上為佳,且 以4.25V以上為較佳,並以43V以上為更佳,又以435v以 上為特佳。二次電池的正極活性物f為含經過渡金屬氧化 物3鐘過渡金屬複合氧化物、過渡金屬氧化物、過渡金 屬硫化物、金屬氧化物時的充電電壓係以4.25V以上為佳, 且以4.3V以上為較佳,並以4 35V以上為特佳。又正極活 性物質為橄欖石型金屬鐘鹽時的充電電壓係以3 2V以上為 佳’且以3.4V以上為較佳。 為了防止短路,通常在二次電池的正極與負極之間, 播入多孔膜來作為隔板。此時,係使該多孔膜含浸非水電 41 201214837 解液來使用。多孔膜的材質及形狀只要是對非水電解液呈 穩定且保液性佳,則無特別限制,宜為以聚二氟亞乙烯、 聚四氟乙稀、乙烯與聚四氟乙稀之共聚物等氟樹脂、或聚 乙烯、聚丙烯等聚烯烴為原料的多孔性片材或不織布,且, 材質宜為聚乙烯、聚丙烯等聚烯烴。又,亦可將使該等多 孔膜含浸於電解液而凝膠化者作為凝膠電解質來使用。 本發明之非水電解液所使用的電池外殼之材質亦可為 二次電池通常所使用的材質,可舉:鍍有鎳的鐵、不銹鋼、 在呂或其合金、鎳、鈦、樹脂材料、薄膜材料等。 以上說明的本發明之二次電池,由於使用本發明之非 水電解液,因此具有長期的難燃性,且在高功率下的充放 電特性以及高電壓下的循環特性方面很優異。 因此,本發明之二次電池可用在例如:行動電話、可 攜式遊戲機、數位相機、數位攝影機、電動工具、筆記型 電腦、個人數位助理、可攜式音樂撥放器、電動車、混合 動力車、電車、飛機、人工衛星、潛水艇、船舶、不斷電 電源供應器、自動機、蓄電系統等各種用途。又,本發明 之二次電池具有尤其宜為電動車、混合動力車、電車、飛 機、人工衛星、潛水艇、船舶、不斷電電源供應器、自動 機、蓄電系統等的大型二次電池的特性。 實施例 以下,揭示實施例及比較例來詳細說明本發明。惟, 本發明不受限於以下記載。例卜3、8〜10、12〜14、19為實 施例,例4〜7、11、15〜18、20為比較例。 42 a 201214837 <溶解性及傳導度的評價> [例1] 將鋰鹽(I)之LiPF6(1.52g)擴散於化合物(II-1)之 HFE5510(CHF2CF2CH2OCF2CFHCF3、6.93mL)中以後,添 加化合物(II-2)之單乙二醇二曱醚(1.80g)及化合物(II-3)之 碳酸伸乙酯(1.32g)進行混合,作成非水電解液。 [例2〜11] 如表1所示地變更鋰鹽⑴及化合物(II-1)〜(II-3)的組 成,除此之外,與例1同樣地製得非水電解液。 另外,表1記載之化合物如下所示。 HFE5510 : CHF2CF2CH2OCF2CFHCF3 AE-3000 : CF3CH2OCF2CF2H HFE449mec-f- : CF3CH2OCF2CHFCF3 SX-1 : 2,2-雙(三氟曱基)-l,3-二氧五環烷 單乙二醇二曱醚:CH3OCH2CH2OCH3 二乙二醇二曱醚:ch3o(ch2ch2o)2ch3 [評價方法] (溶解性試驗) 各例中,在調製出非水電解液經過1小時後,藉由目視 評價該非水電解液的溶解狀態。溶解性的評價方面,電解 液呈均勻者評價為「〇(良好)」,分離成二相者評價為「x(不 可)」。 (可燃性試驗) 將非水電解液10mL裝入20mL玻璃瓶後,用打火機的火 43 201214837 持續烘燒液面上方5mm的氣相部,低於15秒就起火者評價 為「x(不可)」,15秒〜低於30秒起火者評價為「△(可)」,30 秒後仍未起火者評價為「〇(良好)」,藉此來評價難燃性。 溶解性及難燃性的評價結果顯示於表1。 201214837 丨例14 1 1.82 12.0 6.70 67.0 1 1 1 1 1.08 12.0 12.4 1 1 1 1 · 1 1 1 2.45 24.0 1 \ ί 20.6 I • · 1 1 • (N tj- 〇 〇 丨例13 Ρ;〇 -ο 7.52 75.2 1 1 < 1 1 t 0.81 9.0 9.3 1 1 · 1 1 1 1 1 寸〇 °? 〇〇 \ \ W-) • · • 1 ' fN 〇 〇 1例12 0.91 6.0 8.35 83.5 1 1 i i 1 1 0.54 6.0 6.2 1 1 1 \ \ 1 1 1 1.23 12.0 \ 1 10.3 1 1 1 1 1 ' <N 寸 〇 〇 1.52 10.0 3.28 32.8 •' 1 1 '· 4.35 48.3 50.0 « 1 1 1 1 1 1 1 2.04 20.0 1 · 17.2 1 1 1 I ί 1 00 Os 00 〇 X 丨例10 1.52 10.0 6.21 62.1 1 1 1.80 20.0 20.7 1 1 1 \ \ \ 1 1 2.04 20.0 1 1 17.2 1 1 1 1 1 t ττ 〇 〇 〇 1.52 10.0 6.73 67.3 1 1 • · O :m tn 1 1 1 \ 1 < 1 1 2.04 20.0 1 1 17.2 1 '' 1 1 1 ro «η 〇 ο 〇〇 1.52 10.0 7.25 72.5 • · 1 1 a 0.90 1 10.0 10.4 1 1 1 1 · 1 '' S 2.04 20.0 1 1 17.2 1 '· 1 1 1 (Ν 〇 〇 卜 1.52 10.0 4.00 40.0 •' 1 1 1 1 4.35 48.3 50.0 S < 1 1 1 1 1 1.32 15.0 1 1 1 1 10.0 1 1 1 • I ΘΟ 〇 X Ό 苍 1.52 10.0 4.50 45.0 '· 1 1 1 1 3.91 43.4 45.0 \ 1 1 1 1 · 1.32 15.0 1 \ 1 1 10.0 1 1 ί '- • 00 οο 10.3 1 0 X V» 1.52 10.0 5.00 50.0 1 1 < 1 1 1 3.48 38.6 40.0 1 \ 1 1 1 < «Ν Ο 2 ^ 1 1 1 1 10.0 1 1 1 1 1 - 00 卜 Os 〇 X 1.52 10.0 5.50 55.0 I i 1 1 1 1 3.05 33.8 35.0 1 > 1 1 睡 1 1.32 15.0 1 1 1 1 10.0 1 1 1 1 \ 00 OO 〇 <] 1.52 10.0 6.00 60.0 1 1 1 1 1 t 2.61 29.0 30.0 1 1 \ 1 1 · 1.32 15.0 1 1 • t 10.0 1 1 1 1 1 ' 00 卜 〇 <] <Ν 1.52 10.0 6.41 64.1 •' 1 1 1 t 2.25 25.0 25.9 \ 1 \ 1 1 t 1 Ϊ.32 15.0 •' • 1 10.0 1 '' • 1 ' V» 〇 < 1.52 10.0 6.93 69.3 1 1 1 1 1.80 20.0 20.7 I · 1 1 1 1 1.32 15.0 •' • 1 10.0 1 -' 1 1 V» 〇 〇 g mmol mL 體積% mL 體積% mL 體積% mL 體積% g mmol 體積% , ! g mmol 體積% g mmol 體積% g mmol g mmol g mmol 含有量(體積%) | g mmol g mmol 含有量(體積%) 1 2 、 ο Ζ -J £ + o z | 溶解性 | l 難燃性 1 LiPF6 HFE5510 AE3000 HFE449mec-f X in 單乙二醇二甲 醚 1,2-二乙氧乙烷 二乙二醇二甲 1 域 碳酸伸乙酯 碳酸伸丙酯 氟代碳酸伸乙 酯 碳酸二乙酯 碳酸乙甲酯 評價 鋰鹽(I) 化合物 (II-l) ! 化合物 (II-2) 比較化 合物 (II-2) 化合物 1 (11-3) 化合物 (II-4B) 溶劑 (Π) 201214837 t(N_I<〕 1 例 28 1 1.52 10.0 6.79 67.9 1 1 • 1 1 1 1 1 1 00 00 r*- .m oo 1.76 20.0 1 · • 1 133 1 • 寸 〇 〇 例27 1 1.52 10.0 ! 6.60 ! 66.0 1 1 1 1 t 1 1.80 20.0 20.7 1 · t 1 1 1 1.76 20.0 1 1 1 13·3 '' • 寸 〇 〇 例26 | 1.52 10.0 6.21 ;62.1 1 1 1 1 1 1 1.80 20.0 20.7 1 1 1 1 1 l < * 2.04 20.0 • 1 17.2 1 1 « 1 1 〇 〇 〇 例25 | 1.52 10.0 7.76 77.6 t 1 1 1 1 1 0.45 5.0 5.2 1 t 1 1 t 1 1 · 2.04 20.0 1 1 1 17.2 1 1 1 1 - X 例24 | 1.52 10.0 5.80 58.0 1 1 1 « 1 1 0.90 10.0 10.4 • 1 · • 1 1 '' 2.04 20.0 1 1 1 172 1 1 144 (N 寸 〇 〇 例23 | ! 1.52 | 1〇.〇 ! 5.80 58.0 1 1 1 · 1 1 0.90 10.0 10.4 1 1 1 1 « 1 -- 2.04 20.0 1 1 1 17·2 1 1 | 14.4 | (N 寸 〇 〇 例22 I ?;〇 7.78 77.8 t 1 1 1 1 1 1 0.81 i 9.0 | 9.3 1 1 t t 1 1 • · 1.91 18.0 1 129 1 1 1 1 1 (N 〇 〇 例21 I 1.52 10.0 6.39 63.9 '* •' '· | 0.90 i 10.0 | 10.4 i i i 1 1 < '' 3.06 30.0 1 · 00 fN 1 1 1 1 (N tn 〇 〇 例20 I 1.52 10.0 OO 00 1 1 1 t •' 0.90 10.0 10.4 1 1 1 1 1 t 1 1.02 10.0 1 1 〇〇 1 1 1 1 1 (N 0 〇 例19 I 1.52 10.0 6.89 68.9 ( 1 • 1 • · · · 1.18 10.0 13.9 > 1 1 < 2.04 20.0 •' 1 17.2 I '' 1 1 1 rs 寸 〇 〇 例18 I i〇5S 1 1 1 1 1 1 7.25 72.5 Ο O Tt ^ 〇 〇 • · · i · 1 · 2.04 20.0 1 < 17.2 1 1 1 1 <N 寸 〇 〇 例17 I -〇 1 1 1 · 7.52 75.2 1 1 0.81 9.0 9.3 . , 1 1 1 1 1.84 18.0 1 1 •r» » 1 '· <N 〇 〇 例16 I 1.82 12.0 1 1 6.70 67.0 1 · 1 1 1.08 12.0 12.4 , , ' · 1 1 2.45 24.0 I 1 1 20.6 1 1 1 1 1 (Ν 0 〇 例15 I 2.28 15.0 5.87 58.7 1 1 1 » t 1 1.35 15.0 :15.5 ' · « I 3.06 30.0 1 1 1 25.8 1 1 1 1 (N 〇 〇 g mmol i mL i體積% ! mL 體《% i mL 體積% 1 mL 體積% g mmol 體積% g mmol 體積% g mmol 體積% g mmol g mmol g mmol 含有量(體積%) g mmol g mmol | 含有量(體積%) I u z o 2: 2 + 〇 I 溶解性 | I 難燃性 I ! LiPF6 ! 1 HFH5510 1 AE3000 1 ;HFE449mec-f >< 00 i單乙二醇二甲 i 醚 1 1,2-二乙氧乙烷 二乙二醇二甲 域 碳酸伸乙酯 碳酸伸丙酯 氟代碳酸伸乙 酯 碳酸二乙SI 碳酸乙甲酯 鋰鹽⑴ 化合物 (ΙΪ-1) 化合物 (11-2) 比較化 合物 (Π-2) 化合物 (Π-3) 化合物 (II-4B) 評價 溶剤 (II) •9寸 s 201214837 如表1所示’例1〜3及例8〜1 〇的本發明之非水電解液 中,鋰鹽(I)的溶解性良好。又’例1〜3及例8〜1〇的非水電解 液,相較於莫耳比(Ν。/:^)大於6的例5〜8及例11的非水電 解液’具有優異的難燃性。 又,前述化合物(II-2A)之總莫耳數(N。)相對於源自鋰 鹽(I)之鐘原子之總莫耳數(NLi)的比(N()/NLi)為1的例25 中,鋰鹽的溶解性不充分,相對於此,(N<j/NLi)為2的例8 以及(N〇/NLi)為4的例26中,顯示出經鹽的溶解性很高。 [例 29] <由LiCo〇2正極-鋰金屬箔所構成之單極電池的片狀非水電 解液二次電池的評價> 混合LiCo02(AGC seimichemical杜製、商品名「Selion C」)90質董份、碳黑(電氣化學工業社製、商品名「DENKA BLACK」)5質量份、聚二氟亞乙稀5質量份,並添甲基 -2吡咯烷酮而作成漿液。將該漿液均勻塗佈於厚度之 铭络之兩面,使其乾燥後,進行擠壓以使正極活性物質層 的密度呈3.0g/cm3,製作出Lic〇〇2正極。 將前述LiC〇02正極、與該Lic〇〇2正極相同面積的經金 屬治、及聚乙烯製隔板以鐘金屬洛、隔板、UCq〇2正極的 順序積層於2G16型硬幣型電池内來製作電池元件,並添加 在例1調製成的非水電解液,然後進行密封,藉此製作出硬 幣型非水電解液二次電池。 [例30〜3 7] 使用表2所示之非水電解液,除此之外,與例29同樣地 47 201214837 製作出硬幣型二次電池。 <循環特性的評價> 由LiCo02正極-鋰金屬箔所構成之單極電池的硬幣型 二次電池的循環特性的評價是根據以下所示之方法來進 行。 在25°C中,以相當於0.5C之恒電流(constant current)充 電至4.5V(電壓係表示對鋰的電壓)後,接著進行充電直到充 電上限電壓中的電流值呈0.02C為止,然後以相當於0.5C之 恒電流放電至3V,將此定為1次循環。以第20次循環及第40 次循環之放電容量對第1次循環放電時之放電容量的容量 維持率作為評價成績。 惟,所謂「1C」係表示電池基準容量放電1小時的電流 值,0.5C係表示其1/2的電流值。評價結果顯示於表2。 [表 2-1] 例29 例30 例31 例32 例33 電解液 例1 例2 例3 例4 例5 容量 20循環 92 88 87 82 82 維持率 40循環 85 77 77 68 70 [表 2-2] 例34 例35 例36 例37 電解液 例6 例7 例8 例26 容量 20循環 79 79 97 90 維持率 40循環 69 71 95 63 如表2所示,莫耳比(Nc/Nu)為4〜6的例29〜31相較於莫 耳比(NJNu)超過6的例32〜35,其容量維持率較高,循環 48
S 201214837 特性較為優異。又,莫耳比(NJNlO為4的例29的循環特性 特別優異。 又,相較於使用前述化合物(II-2)之總莫耳數(N。)相對 於源自鋰鹽(I)之鋰原子之總莫耳數(NLi)的比(NQ/NLi)為4 的電解液的例37,使用前述化合物(II-2)之總莫耳數(N。)相 對於源自鋰鹽(I)之鋰原子之總莫耳數(Nu)的比(NJNu)為 2的電解液的例36的容量維持率較高,顯示出優異的循環特 性。 [例 3 8] 與例2 9同樣地製造出2個硬幣型非水電解液二次電池 (電池1、電池2)。針對所製得之電池1及電池2,藉由以下所 示之方法來進行能量密度及高功率下之充放電特性的評 價。 [例 39] 使用例7所製得之非水電解液,除此之外,與例29同樣 地製造出2個硬幣型非水電解液二次電池(電池3、電池4)。 針對所製得之電池3及電池4,藉由以下所示之方法來進行 能量密度及高功率下之充放電特性的評價。 <高功率充放電特性的評價> 由LiCo02正極-經金屬箔所構成之單極電池的硬幣型 二次電池的高功率放電特性的評價是根據以下所示之方法 來進行。 在25°C中,以相當於0.5C之恒電流充電至4.5V(電壓係 表示對鋰的電壓)後,接著進行充電直到充電上限電壓中的 49 201214837 電流值呈0.02C為止,然後以相當於0.5C之恒電流放電至 3V,將此定為1次循環,並進行5次循環來使二次電池穩定。 第6次循環中,以0.5C之恒電流充電至4.5V後,接著進行充 電直到充電上限電壓中的電流值呈0.02C為止,然後以1.0C 之恒電流放電至3V。第7次循環中,以0.5C之恒電流充電至 4.5V後,接著進行充電直到充電上限電壓中的電流值呈 0.02C為止,然後以2.0C之恒電流放電至3V。第8次循環中, 以0.5C之恒電流充電至4.5V後,接著進行充電直到充電上 限電壓中的電流值呈0.02C為止,然後以4.0C之恒電流放電 至3V。 以相對於0.5C放電時之能量密度的各功率之能量密度 維持率以及相對於0.5C放電時之放電容量的各功率之放電 容量之容量維持率作為評價成績。 能量密度的評價結果顯示於表3及第1圖。又,各功率 下之放電時的放電容量-電壓曲線顯示於第2圖及第3圖。 [表3] 例38 例39 電解液 例1 例7 評價 能量密度維持率[%] 能量密度維持率[%] 電池1 電池2 平均 電池3 電池4 平均 放電 功率 0.5C 100 100 100 100 100 100 1.0C 97 97 97 94 94 94 2.0C 93 92 92 85 85 85 4.0C 85 83 84 72 71 71 如表3及第1圖所示,使用莫耳比(No/Nu)為1〜6之範圍 内之例1之非水電解液的例38的電池1、2相較於使用莫耳比 50
S 201214837 (N〇/NLi)超過6之例10之非水電解液的例39的電池3、4,各 放電功率中的能量密度維持率較高。又,如第3圖所示,例 39的電池的功率越高,其放電容量就降低的越多,相對於 此,如第2圖所示,例3 8的電池即使在高功率,亦可抑制放 電容量降低。 <傳導度的評價> [例 40] 傳導度的測定係針對例27所製得之非水電解液,使用 「熔融鹽及高溫化學、2002、45、43」記載之已知方法在 25°C進行。 [例 41] 使用例27所製得之非水電解液,除此之外,藉由與例 40同樣的方法進行傳導度的測定。 傳導度的評價結果顯示於表4。 [表4] 例40 例41 電解液 例27 例28 傳導度 S/m 0.53 0.36 如表4所示,使用化合物(II-2A)之單乙二醇二曱醚的例 40相較於使用同樣具有使鋰鹽進行溶劑合之效果的化合物 (II-2B)之二乙二醇二曱醚的例41,其傳導度有變高。可認 為是因為使用黏度比二乙二醇二曱醚低的單乙二醇二甲醚 會讓電解液黏度變低的緣故。 產業上利用之可能性 51 201214837 本發明之二次電池用非水電解液及二次電池具有長期 的難燃性與實用上充分的傳導度,在高功率下的充放電特 性以及高電壓下的循環特性方面很優異。因此,可合適地 使用在行動電話、筆記型電腦、電動車等各種用途的二次 電池。又,本發明之二次電池用非水電解液可良好地溶解 鋰鹽,且具有充分的傳導度,因此也可使用在電雙層電容 器、鋰離子電容器等其他帶電裝置。 另外,在此沿用2010年7月21曰申請的曰本專利申請案 2010-164067號的專利說明書、申請專利範圍、圖式及發明 摘要的所有内容,作為本發明之專利說明書的揭示,納入 本發明。 I:圖式簡單說明3 第1圖係顯示例19及例20中的能量密度維持率之評價 結果的圖表。 第2圖係顯示例19中的各放電功率下之放電時之放電 容量-電壓曲線的圖表。 第3圖係顯示例20中的各放電功率下之放電時之放電 容量-電壓曲線的圖表。 【主要元件符號說明】 無 52 S.
Claims (1)
- 201214837 七、申請專利範圍: 1. 一種二次電池用非水電解液,係含有鋰鹽(I)與溶劑(II) 者’其特徵在於· 前述溶劑(II)含有:選自於由以下式(1)所示之化合 物及以下式(2)所示之化合物所構成組群中之至少1種化 合物(II-1)、以下式(3A)所示之化合物(II-2A)、及不含有 碳-碳不飽和鍵之環狀碳酸酯化合物(II-3),且 源自包含於電解液中之化合物(II-2A)之醚性氧原 子之莫耳數(N。),相對於源自包含於電解液中之鋰鹽(I) 之鋰原子之莫耳數(NLi)的比(NQ/NLi)係大於1且在6以 下; [化1] R1-〇-R2 (1) F3C\^/CF3 (2) 。八。 X [化2] (3A) (惟,式中,R1及R2分別獨立為碳數1〜10之烷基、碳 數3〜10之環烷基、碳數1〜10之氟化烷基、碳數3〜10 之氟化環烷基、碳原子-碳原子間具有醚性氧原子之碳數 1〜10之烷基、或碳原子-碳原子間具有醚性氧原子之碳 53 201214837 數1〜10之氟化烷基;R1及R2之至少一者係含有氟原 子之基; X係碳數1〜5之伸烷基、碳數1〜5之氟化伸烷基、 碳原子-碳原子間具有醚性氧原子之碳數丨〜5之伸烷 基、或碳原子-碳原子間具有醚性氧原子之碳數i〜5之氟 化伸烷基; R3及R4分別獨立為碳數1〜5之烷基、或為R3與 R鍵結而形成之碳數1〜10之伸烷基)。 虫申"月專利範圍第1項之二次電池用非水電解液,其中 前述队/Nu係1.2〜3.8。 3.如申請專利範圍第項之二次電池用非水電解液,其 中於剛述電解液中,所含之化合物(II-3)之莫耳數 (Nu·3),相對於源自鋰鹽⑴之鋰原子之總莫耳數(Μ。) 的比(Nii-3/NLi)係(U〜5。 申明專利範圍第1至3項卡任—項之二次電池用非水 電解液,其中於前述電解液巾,所含之源自前述化合物 (II 2A)之喊性氧原子之莫耳數队)與化合物阳)之莫 耳數(Nu-3)的和(No+Nm.3),相對於源自μ鹽⑴之經原 子之總莫耳數(D的比[(Nq+U/Nl i]係2〜6。 5·如申請專利範圍第…項中任一項之二次電池用非水 電解液’其中於前述電解液中,所含之化合物(II-3)之總 莫耳數(Νπ·3)’相對於源自鋰鹽(I)之鋰原子之總莫耳數 (NLi)的比(Nn_3/NLi)係〇1〜5。 士申。月專利|Ει圍第!至5項中任一項之二次電池用非水 54 S 201214837 電解液’其中相對於溶劑(ιι)之總體積,前述溶劑(π)中 之前述化合物(ΙΙ-1)的量為40〜85體積0/〇。 7·如申晴專利範圍第1至6項中任一項之二次電池用非水 電解液,其中相對於電解液之總體積,前述溶劑(Η)中 之前述化合物(ΙΙ-2Α)的量為6〜25體積%。 8·如申請專利範圍第1至7項中任一項之二次電池用非水 電解液,其中相對於溶劑(Π)之總體積,前述溶劑(11)中 之前述化合物(ΙΙ-3)的量為5〜30體積%。 9. 如申請專利範圍第1至8項中任一項之二次電池用非水 電解液,其中前述鋰鹽(I)相對於前述電解液之總質量的 莫耳S 為0.1 〜3.0 mol/L。 10. 如申Μ專利範圍第i至9項中任一項之二次電池用非水 電解液,其中前述化合物(IM)係CF3CH2〇CF2CF2H、 CHF2CF2CH2OCF2CF2H ' CF3CF2CH2〇CF2CHF2 ' CF3CH2OCF2CHFCF3、4CHF2CF2CH2〇CF2CFHCF3。 11·如申請專利範圍第丨至10項中任一項之二次電池用非水 電解液’其中前述化合物(Η_2Α)中之R3及R4分別獨立為 曱基或乙基。 12. 如申請專利範圍第1至11項中任一項之二次電池用非水 電解液,其中前述化合物(ΙΙ-3)係碳酸伸丙酯 '碳酸伸乙 酯、碳酸伸丁酯、4-氯-1,3·二氧五環烷-2-酮、4-氟-1,3-二氧五環烷-2-酮、或4-三氟曱基^,^二氧五環烷_2_酮。 13. 如申請專利範圍第1至12項中任一項之二次電池用非水 電解液’其中前述鋰鹽⑴係LiPF6、以下式(5)所示之化 55 201214837 合物、(FS02)2NLi、(CF3 S02)2NLi、(CF3 CF2 S02)2NLi、 LiC104、以下式(6)所示之化合物、以下式(7)所示之化合 物、或LiBF4 : [化3] 0,S — NLi I I (5) (CF2)k-S〇2^ ·ν0、,F ©Li (7) 〇^〇 F (惟,式中,k係1〜5的整數)。 14. 一種鋰離子二次電池,係使用如申請專利範圍第1至13 項中任一項之二次電池用非水電解液作為電解液者。 15. —種鋰離子二次電池,係包含:能吸藏及釋放鋰離子之 材料;由金屬鋰或鋰合金所構成的負極;由能吸藏及釋 放經離子之材料所構成的正極;及如申請專利範圍第1 至13項中任一項之二次電池用非水電解液。 S
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