TW202228324A - 含氟羧酸鹽化合物 - Google Patents
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Abstract
一種製造方法,其係含氟羧酸鹽化合物(較佳為水含量低的含氟羧酸鹽化合物)之新穎的製造方法;且其係式(P1)所表示之化合物的製造方法,
[B
1f為RfCOO;
Rf為具有1個以上之氟原子之烴;
A
1為H以外之基;
mp為(A
1之價數)×np,且為1或2;
np為mp/(A
1之價數),且為1;
A
1之價數為1或2。]
且前述製造方法包含:使式(S1)所表示之化合物,與式(S2)所表示之化合物或其水合物進行反應之步驟A,
[B
1f與前述為相同意義;
R
1為有機基。]
[A
1與前述為相同意義;
B
2為OH、CO
3或HCO
3;
ms2為(B
2之價數)×ns2/(A
1之價數),且為1或2;
ns2為(A
1之價數)×ms2/(B
2之價數),且為1或2。]
Description
本發明係有關於含氟羧酸鹽化合物等。
含氟羧酸鹽化合物係使用於電化學裝置等而有用的化合物。(專利文獻1)
藉由使含氟羧酸鹵化物與氫氧化鋰進行反應的方法或使含氟羧酸與氫氧化鋰或碳酸鋰進行反應的方法,而合成含氟羧酸鋰的方法為習知(專利文獻2)。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
專利文獻1:日本專利特開2004-22379號公報
專利文獻2:日本專利特開2011-93808號公報
[發明所欲解決之課題]
如前述之以往的含氟羧酸鹽化合物的製造方法中,副生成水,且難以將其去除。
本發明的目的在於提供含氟羧酸鹽化合物(較佳為水分含量低之含氟羧酸鹽化合物)之新穎的製造方法等。
[用以解決課題之手段]
藉由下述製造方法,而可解決前述課題,
該製造方法係式(P1)所表示之化合物的製造方法,
式(P1):(B
1f)
mp(A
1)
np[式中,
B
1f為RfCOO,
Rf為具有1個以上之氟原子之烴,
A
1為H以外之基,
mp為(A
1之價數)×np/(B
1之價數)之數,且為1或2,
np為(B
1之價數)×mp/(A
1之價數)之數,且為1,
A
1之價數為1或2,及
B
1f之價數為1]
且前述製造方法包含:使式(S1)所表示之化合物,與式(S2)所表示之化合物或其水合物進行反應之步驟A,
式(S1):(B
1f)(R
1)
[式中,
B
1f與前述為相同意義;及
R
1為有機基。
但,R
1為與A
1相異之基。]
式(S2):(A
1)
ms2(B
2)
ns2[式中,
A
1與前述為相同意義;
B
2為OH、CO
3或HCO
3;
ms2為(B
2之價數)×ns2/(A
1之價數)之數,且為1或2;及
ns2為(A
1之價數)×ms2/(B
2之價數),且為1或2。]
本發明提供以下各項之態樣等。
項1.
一種製造方法,其係式(P1)所表示之化合物的製造方法,
式(P1):(B
1f)
mp(A
1)
np[式中,
B
1f為RfCOO,
Rf為具有1個以上之氟原子之烴,
A
1為H以外之基,
mp為(A
1之價數)×np/(B
1f之價數)之數,且為1或2,
np為(B
1f之價數)×mp/(A
1之價數)之數,且為1,
A
1之價數為1或2,及
B
1f之價數為1。]
且前述製造方法包含:使式(S1)所表示之化合物,與式(S2)所表示之化合物或其水合物進行反應之步驟A,
式(S1):(B
1f)(R
1)
[式中,
B
1f與前述為相同意義,及
R
1為有機基。
但,R
1為與A
1相異之基。]
式(S2):(A
1)
ms2(B
2)
ns2[式中,
A
1與前述為相同意義,
B
2為OH、CO
3或HCO
3,
ms2為(B
2之價數)×ns2/(A
1之價數)之數,且為1或2,及
ns2為(A
1之價數)×ms2/(B
2之價數),且為1或2。]
項2.
如項1之製造方法,其中A
1為金屬原子或銨。
項3.
如項1或2之製造方法,其進而包含:去除於前述步驟A副生成之式(P2)所表示之化合物之步驟B,
式(P2):(R
1)
op(B
2)
[式中,
B
2及R
1與前述為相同意義,及
op為(B
2之價數)/(R
1之價數)之數,且為1或2。]
項4.
如項1~3中任一項之製造方法,其中Rf為具有1個以上之氟原子之C1-6烷基。
項5.
如項1~4中任一項之製造方法,其中Rf為具有2個以上之氟原子之C1-3烷基。
項6.
如項1~5中任一項之製造方法,其中A
1為鹼金屬原子。
項7.
如項1~6中任一項之製造方法,其中A
1為Li。
項8.
如項1~7中任一項之製造方法,其中B
2為OH。
項9.
一種電化學裝置用添加劑,其含有:式(P1A)所表示之化合物、及相對於前述式(P1A)所表示之化合物為0~50000質量ppm之水,
式(P1A):RfCOOA
d[式中,
Rf為具有1個以上之氟原子之有機基,及
A
d為金屬原子。]
項10.
一種電解液,其含有如項9之電化學裝置用添加劑。
項11.
一種電化學裝置,其具備如項10之電解液。
項12.
一種鋰離子二次電池,其具備如項10之電解液。
項13.
一種化合物,其係水分含量為50000質量ppm以下之式(P1A)所表示之化合物,
式(P1A):RfCOOA
d[式中,
Rf為具有1個以上之氟原子之有機基,及
A
d為Li原子。]
項14.
一種組成物,其含有:式(P1A)所表示之化合物,及
相對於前述式(P1)所表示之化合物為50000質量ppm以下之水,
式(P1A):RfCOOA
d[式中,
Rf為具有1個以上之氟原子之有機基,及
A
d為Li原子。]
項15.
如項13之化合物,其係以如項1~8中任一項之製造方法所製造。
項16.
如項14之組成物,其係以如項1~8中任一項之製造方法所製造。
[發明的效果]
本發明之一態樣之製造方法中,不會副生成水。藉此,較佳為水分含量低之含氟羧酸鹽化合物,更佳為實質上不含有水分之含氟羧酸鹽化合物,可有利地供於工業上使用。
使用含有該含氟羧酸鹽化合物之電解液之本發明之一態樣的電化學裝置或鋰離子二次電池,可具有產業上之優點[較低的製造成本,較高的性能(例如:較高的循環電容量保持率,或較低的電阻增加率)]。
用語
本說明書中之記號及略稱,若無特別限定,可依本說明書的文章脈絡,理解為本發明所屬技術領域中通常所使用之意義。
本說明書中,語句「含有」意圖為包含:語句「由…本質地形成」及語句「僅由…所成」而使用。
若無特別限定,本說明書中所記載之步驟、處理或操作可於室溫下實施。
本說明書中,室溫可意指10~40℃之範圍內的溫度。
本說明書中,標示「C
n-C
m」(此處,n及m分別為數字。),如同所屬技術領域中具有通常知識者的通常理解,表示碳數為n以上且為m以下。
本說明書中,若無特別限定,「鹵(基)」之例,可包含氟(基)、氯(基)、溴(基)及碘(基)。
本說明書中,若無特別限定,「鹵素(原子)」之例,可包含氟(原子)、氯(原子)、溴(原子)及碘(原子)。
本說明書中,「有機基」意指含有1個以上之碳原子之基(或從有機化合物去除1個氫原子所形成之基)。
本說明書中,若無特別限定,「雜原子」可意指氫及碳以外之原子。
本說明書中,若無特別限定,若無特別限定,「雜原子」之例,可包含氮原子、氧原子及硫原子。
本說明書中,若無特別限定,「有機基」,意指作為其構成原子,含有1個以上之碳原子之基。
本說明書中,若無特別限定,「有機基」之例包含:
(1)烴基(hydrocarbyl)(其亦可具有1個以上之取代基。)、
(2)於烴基(hydrocarbyl)(其亦可具有1個以上之取代基。)中插入1個以上之雜原子而成之基[本說明書中,亦存在將其稱為「雜烴基」的情況。)]。
該取代基之例,可包含鹵基、硝基、氰基、側氧基(oxo)、硫基(thioxo)、磺基、胺磺醯基、胺亞磺醯基(sulfinamoyl)及胺硫基(sulfenamoyl)。
本說明書中,若無特別限定,「烴(基)」意指作為其構成原子,含有1個以上之碳原子及1個以上之氫原子之基;較佳為作為其構成原子,僅由1個以上之碳原子及1個以上之氫原子所成之基。
前述「(1)烴基」之例,可包含:可經1個以上之芳香族烴基取代之脂肪族烴基(例如:苄基),及可經1個以上之脂肪族烴基取代之芳香族烴基(狹義之芳基)。
本說明書中,(雜)芳基可包含狹義之芳基及雜芳基。
前述「(2)於烴基插入1個以上之雜原子而成之基」(雜烴基)之例,可包含:5~6員雜芳基、及於該5~6員雜芳基縮合有苯環之基、烷氧基、酯基、醚基及雜環基。
本說明書中,若無特別限定,「脂肪族烴(基)」可為直鏈狀、分支狀、環狀、或該等之組合。
本說明書中,若無特別限定,「脂肪族烴(基)」可為飽和或不飽和。
本說明書中,若無特別限定,「脂肪族烴(基)」之例可包含烷基、烯基、炔基及環烷基。
本說明書中,若無特別限定,「烷(基)」之例,可包含甲基、乙基、丙基、異丙基、丁基、異丁基、第二丁基、第三丁基、戊基、異戊基、新戊基及己基等直鏈狀或分支狀之碳數1~10之烷基。
本說明書中,若無特別限定,「烯(基)」之例,可包含直鏈狀或分支狀之碳數1~10之烯基(例如:乙烯基、1-丙烯基、異丙烯基、2-甲基-1-丙烯基、1-丁烯基、2-丁烯基、3-丁烯基、2-乙基-1-丁烯基、1-戊烯基、2-戊烯基、3-戊烯基、4-戊烯基、4-甲基-3-戊烯基、1-己烯基、2-己烯基、3-己烯基、4-己烯基及5-己烯基等)。
本說明書中,若無特別限定,「炔(基)」之例,可包含直鏈狀或分支狀之碳數2~6之炔基(例如:乙炔基、1-丙炔基、2-丙炔基、1-丁炔基、2-丁炔基、3-丁炔基、1-戊炔基、2-戊炔基、3-戊炔基、4-戊炔基、1-己炔基、2-己炔基、3-己炔基、4-己炔基及5-己炔基)。
本說明書中,若無特別限定,「環烷(基)」之例,可包含碳數3~8之環烷基(例如:環戊基、環己基及環庚基)。
本說明書中,若無特別限定,作為「芳香族烴(基)[芳(基)]」,例如可例示苯基、萘基、菲基、蒽基及芘基。
本說明書中,若無特別限定,用語「芳烷(基)」如同通常的理解,可意指經1個芳基取代之烷基。
本說明書中,若無特別限定,「烷氧(基)」,例如為RO-(該式中,R為烷基。)所表示之基。
本說明書中,若無特別限定,「酯基」意指具有酯鍵[即,-CO
2-(亦即,-C(=O)-O-或-O-C(=O)-)]之有機基。
酯基之例可包含:
式:RCO
2-(該式中,R為烷基。)所表示之基,及
式:Ra-CO
2-Rb-(該式中,Ra為烷基,及Rb為伸烷基。)所表示之基。
本說明書中,若無特別限定,「醚基」意指具有醚鍵(-O-)之基。
「醚基」之例可包含聚醚基。
聚醚基之例,可包含式:Ra-(O-Rb)n-(該式中,Ra為烷基,Rb於各出現中相同或相異地為伸烷基,及n為1以上之整數。)所表示之基。
伸烷基為從前述烷基去除1個氫原子所形成之2價基。
「醚基」之例,又可包含烴基醚基。
烴基醚基意指具有1個以上之醚鍵之烴基。「具有1個以上之醚鍵之烴基」可為插入有1個以上之醚鍵之烴基。其例可包含苄氧基。
「具有1個以上之醚鍵之烴基」之例可包含具有1個以上之醚鍵之烷基。
「具有1個以上之醚鍵之烷基」可為插入有1個以上之醚鍵之烷基。本說明書中,存在將這種基團稱為烷基醚基的情況。
本說明書中,若無特別限定,「醯(基)」可包含烷醯基(alkanoyl)基。本說明書中,若無特別限定,「烷醯(基)」例如為RcCO-(該式中,Rc為烷基。)所表示之基。
本說明書中,「5~6員雜芳(基)」之例,可包含:
作為環構成原子具有選自由氧、硫及氮所成群組中之1個以上(例如:1個、2個或3個)之雜原子之5~6員雜芳基[例如可包含:吡咯基(例如:1-吡咯基、2-吡咯基、3-吡咯基)、呋喃基(furyl)(例如:2-呋喃基、3-呋喃基)、噻吩基(例如:2-噻吩基、3-噻吩基)、吡唑基(例如:1-吡唑基、3-吡唑基、4-吡唑基)、咪唑基(例如:1-咪唑基、2-咪唑基、4-咪唑基)、異噁唑基(例如:3-異噁唑基、4-異噁唑基、5-異噁唑基)、噁唑基(例如:2-噁唑基、4-噁唑基、5-噁唑基)、異噻唑基(例如:3-異噻唑基、4-異噻唑基、5-異噻唑基)、噻唑基(例如:2-噻唑基、4-噻唑基、5-噻唑基)、三唑基(例如:1,2,3-三唑-4-基、1,2,4-三唑-3-基)、噁二唑基(例如:1,2,4-噁二唑-3-基、1,2,4-噁二唑-5-基)、噻二唑基(例如:1,2,4-噻二唑-3-基、1,2,4-噻二唑-5-基)、四唑基、吡啶基(例如:2-吡啶基、3-吡啶基、4-吡啶基)、噠嗪基(例如:3-噠嗪基、4-噠嗪基)、嘧啶基(例如:2-嘧啶基、4-嘧啶基、5-嘧啶基)及吡嗪基等。]
化合物的製造方法
步驟A
本發明之一態樣的製造方法,其係式(P1)所表示之化合物的製造方法,
式(P1):(B
1f)
mp(A
1)
np[式中,
B
1f為RfCOO,
Rf為具有1個以上之氟原子之烴基,
A
1為H以外之基,
mp為(A
1之價數)×np/(B
1之價數)之數,且為1或2,
np為(B
1之價數)×mp/(A
1之價數)之數,且為1,
A
1之價數為1或2,及
B
1f之價數為1。];
且前述製造方法包含:使式(S1)所表示之化合物,與式(S2)所表示之化合物或其水合物進行反應之步驟A,
式(S1):(B
1f)(R
1)
[式中,
B
1f與前述為相同意義,
R
1為有機基。
但,R
1為與A
1相異之基。]
式(S2):(A
1)
ms2(B
2)
ns2[式中,
A
1與前述為相同意義,
B
2為OH、CO
3或HCO
3,
ms2為(B
2之價數)×ns2/(A
1之價數)之數,且為1或2,及
ns2為(A
1之價數)×ms2/(B
2之價數),且為1或2。]。
就反應之添加率、目的物之選擇率、產率等觀點而言,A
1較佳為金屬原子或銨。
就反應之添加率、目的物之選擇率、產率等觀點而言,較佳為A
1為鹼金屬原子。
就反應之添加率、目的物之選擇率、產率等觀點而言,該金屬原子較佳為鹼金屬原子。
就反應之添加率、目的物之選擇率、產率等觀點而言,該金屬原子更佳為Li、Na或K。
就反應之添加率、目的物之選擇率、產率等觀點而言,該金屬原子進而佳為Li。
就反應之添加率、目的物之選擇率、產率等觀點而言,較佳為Rf為具有1個以上之氟原子之烷基。
就反應之添加率、目的物之選擇率、產率等觀點而言,更佳為Rf為具有1個以上之氟原子之C1-6烷基。
就反應之添加率、目的物之選擇率、產率等觀點而言,進而佳為Rf為具有2個以上之氟原子之C1-3烷基。
就反應之添加率、目的物之選擇率、產率等觀點而言,較佳為B
2為OH。
式(P1)中,mp為(A
1之價數)×np/(B
1之價數)之數,且為1或2,np為(B
1之價數)×mp/(A
1之價數)之數,且為1。亦即,mp為(A
1之價數)/(B
1之價數)之數,且為1或2,np為1。
式(S2)中,ms2為(B
2之價數)×ns2/(A
1之價數)之數,且為1或2,ns2為(A
1之價數)×ms2/(B
2之價數),且為1或2。
步驟A之操作,可採用化學反應之慣用技術來進行。
就反應之添加率、目的物之選擇率、產率等觀點而言,較佳例如:該操作可將化合物(S2)一次、或分次添加至裝入反應器內之化合物(S1)。
又,就反應之添加率、目的物之選擇率、產率等觀點而言,較佳例如:該操作可將化合物(S1)一次、或分次添加至裝入反應器內之化合物(S2)。
就容易獲得水分含量低之含氟羧酸鹽化合物,較佳為實質上不含有水分之含氟羧酸鹽化合物的觀點而言,作為化合物(S2)較佳使用其無水鹽。化合物(S2)之無水鹽可直接使用市售品,或能夠以習知方法將化合物(S2)脫水(無水鹽化)而使用。
步驟A中可使用溶劑。
就容易獲得水分含量低之含氟羧酸鹽化合物,較佳為實質上不含有水分之含氟羧酸鹽化合物的觀點而言,作為該溶劑,可使用水以外之任意溶劑。
該溶劑之具體例可包含:
(1)醇溶劑[例如:甲醇、乙醇、正丙醇、異丙醇、正丁醇、戊醇、己醇、乙二醇、二乙二醇、三乙二醇、四乙二醇、聚乙二醇、丙二醇、二丙二醇、三丙二醇、聚丙二醇、三亞甲基二醇、己烷三醇];
(2)非芳香族烴溶劑[例如:戊烷、己烷、庚烷、辛烷、環己烷、十氫萘、正癸烷、異十二烷、十三烷];
(3)芳香族烴溶劑[例如:苯、甲苯、二甲苯、四氫萘、鄰二甲氧苯(veratrol)、乙基苯、二乙基苯、甲基萘、苯甲醚、苯乙醚硝基苯、鄰硝基甲苯、均三甲苯、茚、二苯基硫醚、苯甲醚、苯丙酮];
(4)酮溶劑[例如:丙酮、甲乙酮、二乙基酮、己酮、甲基異丁酮、庚酮、二異丁基酮、乙醯丙酮、甲基己酮、苯乙酮、環己酮、二丙酮醇、苯丙酮、異佛爾酮];
(5)鹵化烴溶劑[例如:二氯甲烷、氯仿、氯苯];
(6)醚溶劑[例如:二乙基醚、四氫呋喃(THF)、二異丙基醚、甲基-第三丁基醚(MTBE)、二噁烷、二甲氧基乙烷、二乙二醇二甲醚、苯甲醚、苯乙醚、1,1-二甲氧基環己烷、二異戊基醚、環戊基甲基醚(CPME)];
(7)酯溶劑[例如:乙酸乙酯、乙酸異丙酯、丙二酸二乙酯、3-甲氧基-3-甲基丁基乙酸酯、γ-丁內酯、碳酸伸乙酯、碳酸伸丙酯、碳酸二甲酯、α-乙醯基-γ-丁內酯];
(8)腈溶劑[例如:乙腈、苯甲腈];
(9)亞碸系溶劑[例如:二甲基亞碸、環丁碸];及
(10)醯胺溶劑[例如:N,N-二甲基甲醯胺(DMF)、N,N-二甲基乙醯胺、N-甲基吡咯啶酮(NMP)、1,3-二甲基-2-咪唑啶酮(DMI)、N,N-二甲基丙烯醯胺、N,N-二甲基乙醯基乙醯胺(DMA)、N,N-二乙基甲醯胺、N,N-二乙基乙醯胺]。
該等溶劑可單獨使用1種,或組合2種以上使用。
就反應之添加率、目的物之選擇率、產率等觀點而言,步驟A之溫度較佳可為120℃以下,更佳可為110℃以下,進而佳可為100℃以下,進而更佳可為90℃以下,及特佳可為80℃以下。
就反應之添加率、目的物之選擇率、產率等觀點而言,步驟A之溫度較佳可為-50℃以上,更佳可為 -20℃以上,進而佳可為-10℃以上,進而更佳可為0℃以上,及特佳可為5℃以上。
步驟A之時間並無特別限制,例如可實施至反應結束為止。
步驟A之條件,例如藉由使用壓力釜(例如:高壓釜)等,而可達成高溫及高壓之條件。此時,可因應上述而縮短反應時間。
步驟A可於惰性氣體(例如,氮氣)環境下實施。
步驟A可於大氣環境下實施。
其中,就容易獲得水分含量低之含氟羧酸鹽化合物,較佳為實質上不含有水分之含氟羧酸鹽化合物的觀點而言,較佳為於惰性氣體環境下實施。
步驟A之後,去除於步驟A副生成之
式(P2):(R
1)
op(B
2)
[式中,
B
2及R
1與前述為相同意義,及
op為(B
2之價數)/(R
1之價數)之數,且為1或2。]
所表示之化合物(P2)之步驟B之前,可視需要,例如為了去除該化合物(P2)以外之不需要的物質,而進行吸附去除,過濾及/或傾析之處理。
步驟B
本發明之一態樣的製造方法,可進而包含:去除於前述步驟A副生成之式(P2)所表示之化合物之步驟B,
式(P2):(R
1)
op(B
2)
[式中,
B
2及R
1與前述為相同意義,及
op為(B
2之價數)/(R
1之價數)之數,且為1或2。]。
步驟B中化合物(P2)之去除,較佳例如可藉由蒸餾(其可於減壓下實施。)、過濾或傾析、或者該等之組合而實施。
該餾除較佳可於減壓下實施。
該餾除之條件,所屬技術領域中具有通常知識者可藉由化學領域之技術常識而適當地設定。
例如,於步驟B之後或之中,可視需要,例如,以降低水分(例如:源自大氣等的水分)為目的,進行再結晶化、或添加任意溶劑進行共沸脫水的處理、或組合該等的處理。
於步驟A所獲得的化合物(P1),於前述步驟A之後至使用於後述電化學裝置用添加劑等用途為止,可在任意階段及以任意次數,藉由通常可思及的乾燥處理進行乾燥。
電化學裝置用添加劑
本發明之一態樣之電化學裝置用添加劑,含有:式(P1A)所表示之化合物、及相對於前述式(P1)所表示之化合物為0~50000質量ppm之水,
式(P1A):RfCOOA
d[式中,
Rf為具有1個以上之氟原子之有機基,及
A
d為金屬原子。]。
另外,式(P1A)中,就容易獲得水分含量低之含氟羧酸鹽化合物,較佳為實質上不含有水分之含氟羧酸鹽化合物的觀點而言,Rf較佳為具有1個以上之氟原子之烴基,更佳為具有1個以上之氟原子之烷基,進而佳為具有1個以上之氟原子之C1-6烷基,進而更佳為具有2個以上之氟原子之C1-3烷基。
又,式(P1A)中,就容易獲得水分含量低之含氟羧酸鹽化合物,較佳為實質上不含有水分之含氟羧酸鹽化合物的觀點而言,A
d較佳為鹼金屬原子,更佳為Li、Na或K,進而佳為Li。
就電化學裝置之性能的觀點而言,該水之量較佳可為20000質量ppm以下,更佳可為10000質量ppm以下,進而佳可為7000質量ppm以下,及進而更佳可為5000質量ppm以下。水分含量亦可為0質量ppm。
此處,本發明之一態樣之電化學裝置用添加劑,可不含有水,但在含有水的情況下,其量之下限,例如可為50質量ppm、100質量ppm、500質量ppm。
該電化學裝置用添加劑,例如,可使用於電化學裝置、或鋰離子二次電池的電極之處理等。
該電化學裝置用添加劑,由於該使用,可含有於這種電化學裝置、或鋰離子二次電池。此時,該電化學裝置用添加劑可產生變化或改質。
本發明又揭示:含有本發明之電化學裝置用添加劑(或者其變化物或改質物。)之電化學裝置。
可基於技術常識而理解這種電化學裝置。
化合物
本發明之一態樣之化合物係水分含量為50000質量ppm以下之式(P1A)所表示之化合物,
式(P1A):RfCOOA
d[式中,
Rf為具有1個以上之氟原子之有機基,及
A
d為Li原子。]。
另外,式(P1A)中,就容易獲得水分含量低之含氟羧酸鹽化合物,較佳為實質上不含有水分之含氟羧酸鹽化合物的觀點而言,Rf較佳為具有1個以上之氟原子之烴基,更佳為具有1個以上之氟原子之烷基,進而佳為具有1個以上之氟原子之C1-6烷基,進而更佳為具有2個以上之氟原子之C1-3烷基。
水分含量可使用卡爾費雪法進行測定。
就電化學裝置之性能的觀點而言,該水分含量較佳可為20000質量ppm以下,更佳可為10000質量ppm以下,進而佳可為7000質量ppm以下,進而更佳可為5000質量ppm以下,特佳可為3000質量ppm以下。水分含量亦可為0質量ppm。所謂0質量ppm,意指就卡爾費雪法而言為測定極限以下。
此處,本發明之一態樣之化合物,可不含有水分,但在含有水分的情況下,其量之下限,例如可為50質量ppm、100質量ppm、500質量ppm。
參照關於本發明之電化學裝置用添加劑的記載等,所屬技術領域中具有通常知識者可理解該化合物。
組成物
本發明之一態樣之組成物,其係含有式(P1A)所表示之化合物,及相對於前述式(P1)所表示之化合物為50000質量ppm以下之水之組成物,
式(P1A):RfCOOA
d[式中,
Rf為具有1個以上之氟原子之有機基,及
A
d為Li原子。]。
另外,式(P1A)中,就容易獲得水分含量低之含氟羧酸鹽化合物,較佳為實質上不含有水分之含氟羧酸鹽化合物的觀點而言,Rf較佳為具有1個以上之氟原子之烴基,更佳為具有1個以上之氟原子之烷基,進而佳為具有1個以上之氟原子之C1-6烷基,進而更佳為具有2個以上之氟原子之C1-3烷基。
就電化學裝置之性能的觀點而言,該水之含量較佳可為20000質量ppm以下,更佳可為10000質量ppm以下,進而佳可為7000質量ppm以下,進而更佳可為5000質量ppm以下,特佳可為3000質量ppm以下。
此處,本發明之一態樣之組成物中的水含量之下限,例如可為50質量ppm、100質量ppm、500質量ppm。
參照關於本發明之電化學裝置用添加劑的記載等,所屬技術領域中具有通常知識者可理解該組成物。
電解液
本發明之一態樣之電解液含有本發明之電化學裝置用添加劑、化合物或組成物。
就電化學裝置之性能的觀點而言,相對於該電解液整體,其量:
通常可為0.001質量%以上,較佳可為0.01質量%以上,更佳可為0.05質量%以上,進而佳可為0.1質量%以上,進而更佳可為0.2質量%以上,及特佳可為0.5質量%以上。
又,就電化學裝置之性能的觀點而言,相對於該電解液整體,其量:
通常可為10質量%以下,較佳可為5質量%以下,更佳可為3質量%以下,進而佳可為2質量%以下,進而更佳可為1.8質量%以下,及特佳可為1.5質量%以下。
本發明之電解液較佳包含溶劑。
就電化學裝置之性能的觀點而言,前述溶劑較佳包含選自由碳酸酯及羧酸酯所成群組中之至少1種。
前述碳酸酯可為環狀碳酸酯,亦可為鏈狀碳酸酯。
前述環狀碳酸酯可為非氟化環狀碳酸酯,亦可為氟化環狀碳酸酯。
作為前述非氟化環狀碳酸酯,可列舉非氟化飽和環狀碳酸酯,就電化學裝置之性能的觀點而言,較佳為具有碳數2~6之伸烷基之非氟化飽和碳酸伸烷酯,更佳為具有碳數2~4之伸烷基之非氟化飽和碳酸伸烷酯。
其中,作為前述非氟化飽和環狀碳酸酯,就介電係數為高、黏度變合適的觀點而言,較佳為選自由碳酸伸乙酯、碳酸伸丙酯、順(cis)-2,3-伸戊基碳酸酯、順(cis)-2,3-伸丁基碳酸酯、2,3-伸戊基碳酸酯、2,3-伸丁基碳酸酯、1,2-伸戊基碳酸酯、1,2-伸丁基碳酸酯及碳酸伸丁酯所成群組中之至少1種。
前述非氟化飽和環狀碳酸酯,可單獨使用1種,亦能夠以任意組合及比率併用2種以上。
於包含前述非氟化飽和環狀碳酸酯的情況下,就電化學裝置之性能的觀點而言,前述非氟化飽和環狀碳酸酯之含量,相對於前述溶劑較佳為5~90體積%,更佳為10~60體積%,進而佳為15~45體積%。
前述氟化環狀碳酸酯係具有氟原子之環狀碳酸酯。包含氟化環狀碳酸酯之溶劑,亦可合適地使用於高電壓下。
另外,本說明書中「高電壓」係指4.2V以上之電壓。又,「高電壓」之上限較佳為4.9V。
前述氟化環狀碳酸酯,可為氟化飽和環狀碳酸酯,亦可為氟化不飽和環狀碳酸酯。
前述氟化飽和環狀碳酸酯係具有氟原子之飽和環狀碳酸酯,具體而言,可列舉後述通式(A)所表示之化合物。
[式中,X
1~X
4相同或相異地分別表示-H、 -CH
3、-C
2H
5、-F、可具有醚鍵之氟化烷基、或可具有醚鍵之氟化烷氧基。但,X
1~X
4之至少1個為-F、可具有醚鍵之氟化烷基、或可具有醚鍵(-O-)之氟化烷氧基。]
前述氟化烷基可列舉-CF
3、-CF
2H、-CH
2F等。
若包含前述氟化飽和環狀碳酸酯,則將本發明之電解液適用於高電壓鋰離子二次電池等的情況下,電解液的耐氧化性提升,容易獲得穩定且優異之充放電特性。
就介電係數、耐氧化性良好的觀點而言,較佳X
1~X
4之1個或2個為-F、可具有醚鍵之氟化烷基、或可具有醚鍵之氟化烷氧基。
就可期待低溫下之黏性降低、閃點上升,進而期待電解質鹽之溶解性提升的方面而言,X
1~X
4較佳為 -H、-F、氟化烷基(a)、具有醚鍵之氟化烷基(b)、或氟化烷氧基(c)。
前述氟化烷基(a)係烷基所具有之氫原子之至少1個被氟原子取代而成者。氟化烷基(a)之碳數較佳為1~20,更佳為1~17,進而佳為1~7,特佳為1~5。
作為前述氟化烷基(a)中碳數為1者,可列舉CFH
2-、CF
2H-、CF
3-。尤其,CF
2H-或CF
3-就高溫保存特性而言較佳,CF
3-最佳。
作為前述氟化烷基(a)中碳數為2以上者,就電解質鹽之溶解性良好的觀點而言,可較佳地例示後述通式(a-1)所表示之氟化烷基,
R
1-R
2- (a-1)
(式中,R
1為可具有氟原子之碳數1以上之烷基;R
2為可具有氟原子之碳數1~3之伸烷基;但,R
1及R
2之至少一者具有氟原子)。
另外,R
1及R
2可進而具有碳原子、氫原子及氟原子以外之其他原子。
R
1為可具有氟原子之碳數1以上之烷基。作為R
1較佳為碳數1~16之直鏈狀或支鏈狀之烷基。作為R
1之碳數更佳為1~6,進而佳為1~3。
作為R
1,具體而言,作為直鏈狀或支鏈狀之烷基,可列舉CH
3-、CH
3CH
2-、CH
3CH
2CH
2-、
CH
3CH
2CH
2CH
2-、
等。
又,R
1為具有氟原子之直鏈狀之烷基時,可列舉:CF
3-、CF
3CH
2-、CF
3CF
2-、CF
3CH
2CH
2-、CF
3CF
2CH
2-、CF
3CF
2CF
2-、CF
3CH
2CF
2-、CF
3CH
2CH
2CH
2-、CF
3CF
2CH
2CH
2-、CF
3CH
2CF
2CH
2-、CF
3CF
2CF
2CH
2-、CF
3CF
2CF
2CF
2-、CF
3CF
2CH
2CF
2-、CF
3CH
2CH
2CH
2CH
2-、CF
3CF
2CH
2CH
2CH
2-、CF
3CH
2CF
2CH
2CH
2-、
CF
3CF
2CF
2CH
2CH
2-、CF
3CF
2CF
2CF
2CH
2-、
CF
3CF
2CH
2CF
2CH
2-、CF
3CF
2CH
2CH
2CH
2CH
2-、
CF
3CF
2CF
2CF
2CH
2CH
2-、CF
3CF
2CH
2CF
2CH
2CH
2-、HCF
2-、HCF
2CH
2-、HCF
2CF
2-、HCF
2CH
2CH
2-、HCF
2CF
2CH
2-、HCF
2CH
2CF
2-、HCF
2CF
2CH
2CH
2-、HCF
2CH
2CF
2CH
2-、
HCF
2CF
2CF
2CF
2-、HCF
2CF
2CH
2CH
2CH
2-、
HCF
2CH
2CF
2CH
2CH
2-、HCF
2CF
2CF
2CF
2CH
2-、
HCF
2CF
2CF
2CF
2CH
2CH
2-、FCH
2-、FCH
2CH
2-、FCH
2CF
2-、FCH
2CF
2CH
2-、FCH
2CF
2CF
2-、CH
3CF
2CH
2-、
CH
3CF
2CF
2-、CH
3CF
2CH
2CF
2-、CH
3CF
2CF
2CF
2-、
CH
3CH
2CF
2CF
2-、CH
3CF
2CH
2CF
2CH
2-、
CH
3CF
2CF
2CF
2CH
2-、CH
3CF
2CF
2CH
2CH
2-、
CH
3CH
2CF
2CF
2CH
2-、CH
3CF
2CH
2CF
2CH
2CH
2-、
CH
3CF
2CH
2CF
2CH
2CH
2-、HCFClCF
2CH
2-、HCF
2CFClCH
2-、HCF
2CFClCF
2CFClCH
2-、HCFClCF
2CFClCF
2CH
2-等。
又,R
1為具有氟原子之支鏈狀之烷基時,較佳可列舉:
等。但,若具有CH
3-或CF
3-這種分支,則黏性容易變高,因此,其數更佳為較少(1個)或零。
R
2為可具有氟原子之碳數1~3之伸烷基。R
2可為直鏈狀,亦可為支鏈狀。構成這種直鏈狀或支鏈狀之伸烷基的最小構造單元之一例係如後述所示。R
2由該等單獨或組合而構成。
(i)直鏈狀之最小構造單元:
-CH
2-、-CHF-、-CF
2-、-CHCl-、-CFCl-、-CCl
2-。
(ii)支鏈狀之最小構造單元:
另外,以上例示中,就不發生鹼所引起的脫HCl反應而更穩定的方面而言,較佳為由不含有Cl之構成單元所構成。
R
2為直鏈狀時,為僅由上述直鏈狀之最小構造單元而成者,其中較佳為-CH
2-、-CH
2CH
2-或-CF
2-。就可進一步提升電解質鹽之溶解性的觀點而言,更佳為
-CH
2-或-CH
2CH
2-。
R
2為支鏈狀時,為含有至少1個上述支鏈狀之最小構造單元而成者,可較佳地例示通式-(CX
aX
b)-(X
a為H、F、CH
3或CF
3;X
b為CH
3或CF
3。但,X
b為CF
3時,X
a為H或CH
3)所表示者。該等尤其可進一步提升電解質鹽之溶解性。
作為較佳的氟化烷基(a),例如可列舉CF
3CF
2-、HCF
2CF
2-、H
2CFCF
2-、CH
3CF
2-、CF
3CHF-、
CH
3CF
2-、CF
3CF
2CF
2-、HCF
2CF
2CF
2-、H
2CFCF
2CF
2-、
CH
3CF
2CF
2-、
等。
前述具有醚鍵之氟化烷基(b)為具有醚鍵之烷基所具有之氫原子之至少1個被氟原子取代而成者。前述具有醚鍵之氟化烷基(b)的碳數較佳為2~17。若碳數過多,則前述氟化飽和環狀碳酸酯之黏性變高,又,含氟基變多,因此存在介電係數降低所致之電解質鹽之溶解性降低,或與其他溶劑之相溶性降低的狀況。就該觀點而言,前述具有醚鍵之氟化烷基(b)之碳數更佳為2~10,進而佳為2~7。
構成前述具有醚鍵之氟化烷基(b)之醚部分的伸烷基可為直鏈狀或支鏈狀之伸烷基。構成如此直鏈狀或支鏈狀之伸烷基之最小構造單元之一例係如後述所示。
(i)直鏈狀之最小構造單元:
-CH
2-、-CHF-、-CF
2-、-CHCl-、-CFCl-、-CCl
2-。
(ii)支鏈狀之最小構造單元:
伸烷基可由該等最小構造單元單獨構成,亦可藉由直鏈狀(i)彼此、支鏈狀(ii)彼此、或直鏈狀(i)與支鏈狀(ii)之組合構成。較佳具體例係如後述。
另外,以上例示中,就不發生鹼所引起的脫HCl反應而更穩定的方面而言,較佳為由不含有Cl之構成單元所構成。
作為進而佳的具有醚鍵之氟化烷基(b),可列舉通式(b-1)所表示者,
R
3-(OR
4)
n1- (b-1)
(式中,R
3為可具有氟原子之碳數較佳為1~6之烷基;R
4為可具有氟原子之碳數較佳為1~4之伸烷基;n1為1~3之整數;但,R
3及R
4之至少1個具有氟原子)。
作為R
3及R
4可例示以下者,可將該等適當組合,構成前述通式(b-1)所表示之具有醚鍵之氟化烷基(b),但不僅限定於該等。
(1)作為R
3,較佳為通式:X
c 3C-(R
5)
n2-(3個X
c相同或相異地皆為H或F;R
5為碳數1~5之可具有氟原子之伸烷基;n2為0或1)所表示之烷基。
n2為0的情況下,作為R
3,可列舉CH
3-、CF
3-、HCF
2-及H
2CF-。
作為n2為1的情況下之具體例,作為R
3為直鏈狀者,可例示CF
3CH
2-、CF
3CF
2-、CF
3CH
2CH
2-、CF
3CF
2CH
2-、CF
3CF
2CF
2-、CF
3CH
2CF
2-、CF
3CH
2CH
2CH
2-、CF
3CF
2CH
2CH
2-、CF
3CH
2CF
2CH
2-、CF
3CF
2CF
2CH
2-、
CF
3CF
2CF
2CF
2-、CF
3CF
2CH
2CF
2-、CF
3CH
2CH
2CH
2CH
2-、
CF
3CF
2CH
2CH
2CH
2-、CF
3CH
2CF
2CH
2CH
2-、
CF
3CF
2CF
2CH
2CH
2-、CF
3CF
2CF
2CF
2CH
2-、
CF
3CF
2CH
2CF
2CH
2-、CF
3CF
2CH
2CH
2CH
2CH
2-、
CF
3CF
2CF
2CF
2CH
2CH
2-、CF
3CF
2CH
2CF
2CH
2CH
2-、
HCF
2CH
2-、HCF
2CF
2-、HCF
2CH
2CH
2-、HCF
2CF
2CH
2-、HCF
2CH
2CF
2-、HCF
2CF
2CH
2CH
2-、HCF
2CH
2CF
2CH
2-、
HCF
2CF
2CF
2CF
2-、HCF
2CF
2CH
2CH
2CH
2-、
HCF
2CH
2CF
2CH
2CH
2-、HCF
2CF
2CF
2CF
2CH
2-、
HCF
2CF
2CF
2CF
2CH
2CH
2-、FCH
2CH
2-、FCH
2CF
2-、
FCH
2CF
2CH
2-、CH
3CF
2-、CH
3CH
2-、CH
3CF
2CH
2-、
CH
3CF
2CF
2-、CH
3CH
2CH
2-、CH
3CF
2CH
2CF
2-、
CH
3CF
2CF
2CF
2-、CH
3CH
2CF
2CF
2-、CH
3CH
2CH
2CH
2-、
CH
3CF
2CH
2CF
2CH
2-、CH
3CF
2CF
2CF
2CH
2-、
CH
3CF
2CF
2CH
2CH
2-、CH
3CH
2CF
2CF
2CH
2-、
CH
3CF
2CH
2CF
2CH
2CH
2-、CH
3CH
2CF
2CF
2CH
2CH
2-、
CH
3CF
2CH
2CF
2CH
2CH
2-等。
作為n2為1且R
3為支鏈狀者,可列舉:
等。
但,若具有CH
3-或CF
3-這種分支,則黏性容易變高,因此更佳為R
3為直鏈狀者。
(2)前述通式(b-1)之-(OR
4)
n1-中,n1為1~3之整數,較佳為1或2。另外,n1=2或3時,R
4可相同亦可相異。
作為R
4之較佳具體例,可例示以下直鏈狀或支鏈狀者。
作為直鏈狀者,可例示-CH
2-、-CHF-、
-CF
2-、-CH
2CH
2-、-CF
2CH
2-、-CF
2CF
2-、-CH
2CF
2-、
-CH
2CH
2CH
2-、-CH
2CH
2CF
2-、-CH
2CF
2CH
2-、
-CH
2CF
2CF
2-、-CF
2CH
2CH
2-、-CF
2CF
2CH
2-、-CF
2CH
2CF
2-、-CF
2CF
2CF
2-等。
作為支鏈狀者,可列舉:
等。
前述氟化烷氧基(c)係烷氧基所具有之氫原子之至少1個被氟原子取代而成者。前述氟化烷氧基(c)的碳數較佳為1~17。更佳為碳數1~6。
作為前述氟化烷氧基(c),特佳為通式:X
d 3C-(R
6)
n3-O-(3個X
d相同或相異地皆為H或F;R
6較佳為碳數1~5之可具有氟原子之伸烷基;n3為0或1;但3個X
d之任一者含有氟原子)所表示之氟化烷氧基。
作為前述氟化烷氧基(c)之具體例,可列舉於作為前述通式(a-1)中的R
1所例示之於烷基的末端鍵結有氧原子而成的氟化烷氧基。
前述氟化飽和環狀碳酸酯中之氟化烷基(a)、具有醚鍵之氟化烷基(b)、及氟化烷氧基(c)之氟含有率,就低溫下的黏性降低效果或閃點的上升效果等觀點而言,較佳為10質量%以上,更佳為12質量%以上,進而佳為15質量%以上。上限通常為76質量%。
氟化烷基(a)、具有醚鍵之氟化烷基(b)、及氟化烷氧基(c)之氟含有率,係基於各基之構造式,藉由{(氟原子之個數×19)/各基之式量}×100(質量%)而算出之值。
又,就介電係數、耐氧化性良好的觀點而言,前述氟化飽和環狀碳酸酯整體之氟含有率較佳為10質量%以上,更佳為15質量%以上。上限通常為76質量%。
另外,前述氟化飽和環狀碳酸酯之氟含有率,係基於氟化飽和環狀碳酸酯之構造式,藉由{(氟原子之個數×19)/氟化飽和環狀碳酸酯之分子量}×100(質量%)而算出之值。
作為前述氟化飽和環狀碳酸酯,具體而言,例如可列舉以下者。
作為X
1~X
4之至少1個為-F之氟化飽和環狀碳酸酯之具體例,可列舉:
等。該等化合物係耐電壓高,電解質鹽之溶解性亦良好。
此外,亦可使用:
等。
作為X
1~X
4之至少1個為氟化烷基(a),且其餘全部為-H之氟化飽和環狀碳酸酯之具體例,可列舉:
等。
作為X
1~X
4之至少1個為具有醚鍵之氟化烷基(b)或氟化烷氧基(c),且其餘全部為-H之氟化飽和環狀碳酸酯之具體例,可列舉:
等。
其中,作為前述氟化飽和環狀碳酸酯,較佳為以下化合物之任一者。
作為前述氟化飽和環狀碳酸酯,此外亦可列舉trans-4,5-二氟-1,3-二氧戊環(dioxolane)-2-酮、5-(1,1-二氟乙基)-4,4-二氟-1,3-二氧戊環-2-酮、4-亞甲基-1,3-二氧戊環-2-酮、4-甲基-5-三氟甲基-1,3-二氧戊環-2-酮、4-乙基-5-氟-1,3-二氧戊環-2-酮、4-乙基-5,5-二氟-1,3-二氧戊環-2-酮、4-乙基-4,5-二氟-1,3-二氧戊環-2-酮、4-乙基-4,5,5-三氟-1,3-二氧戊環-2-酮、4,4-二氟-5-甲基-1,3-二氧戊環-2-酮、4-氟-5-甲基-1,3-二氧戊環-2-酮、4-氟-5-三氟甲基-1,3-二氧戊環-2-酮、4,4-二氟-1,3-二氧戊環-2-酮等。
作為前述氟化飽和環狀碳酸酯,其中就電化學裝置之性能的觀點而言,更佳為氟碳酸伸乙酯、二氟碳酸伸乙酯、三氟甲基碳酸伸乙酯(3,3,3-三氟碳酸伸丙酯)、2,2,3,3,3-五氟丙基碳酸伸乙酯。
前述氟化不飽和環狀碳酸酯係具有不飽和鍵與氟原子之環狀碳酸酯,就電化學裝置之性能的觀點而言,較佳為經具有芳香環或碳-碳雙鍵之取代基所取代之氟化碳酸伸乙酯衍生物。具體而言,可列舉4,4-二氟-5-苯基碳酸伸乙酯、4,5-二氟-4-苯基碳酸伸乙酯、4-氟-5-苯基碳酸伸乙酯、4-氟-5-乙烯基碳酸伸乙酯、4-氟-4-苯基碳酸伸乙酯、4,4-二氟-4-乙烯基碳酸伸乙酯、4,4-二氟-4-烯丙基碳酸伸乙酯、4-氟-4-乙烯基碳酸伸乙酯、4-氟-4,5-二烯丙基碳酸伸乙酯、4,5-二氟-4-乙烯基碳酸伸乙酯、4,5-二氟-4,5-二乙烯基碳酸伸乙酯、4,5-二氟-4,5-二烯丙基碳酸伸乙酯等。
前述氟化環狀碳酸酯可單獨使用1種,亦能夠以任意組合及比率併用2種以上。
於包含前述氟化環狀碳酸酯的情況下,就電化學裝置之性能的觀點而言,前述氟化環狀碳酸酯之含量,相對於前述溶劑較佳為5~90體積%,更佳為10~60體積%,進而佳為15~45體積%。
前述鏈狀碳酸酯,可為非氟化鏈狀碳酸酯,亦可為氟化鏈狀碳酸酯。
作為前述非氟化鏈狀碳酸酯,例如可列舉CH
3OCOOCH
3(碳酸二甲酯:DMC)、CH
3CH
2OCOOCH
2CH
3(碳酸二乙酯:DEC)、CH
3CH
2OCOOCH
3(碳酸甲乙酯:EMC)、CH
3OCOOCH
2CH
2CH
3(碳酸甲丙酯)、碳酸甲丁酯、碳酸乙丙酯、碳酸乙丁酯、碳酸二丙酯、碳酸二丁酯、甲基異丙基碳酸酯(methyl isopropyl carbonate)、甲基-2-苯基苯基碳酸酯、苯基-2-苯基苯基碳酸酯、反(trans)-2,3-伸戊基碳酸酯、反-2,3-伸丁基碳酸酯、碳酸乙基苯酯等烴系鏈狀碳酸酯。其中,就電化學裝置之性能的觀點而言,較佳為選自由碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯及碳酸二甲酯所成群組中之至少1種。
前述非氟化鏈狀碳酸酯可單獨使用1種,亦能夠以任意組合及比率併用2種以上。
於包含前述非氟化鏈狀碳酸酯的情況下,就電化學裝置之性能的觀點而言,前述非氟化鏈狀碳酸酯之含量,相對於前述溶劑較佳為10~90體積%,更佳為40~85體積%,進而佳為50~80體積%。
前述氟化鏈狀碳酸酯為具有氟原子之鏈狀碳酸酯。包含氟化鏈狀碳酸酯之溶劑,亦可合適地使用於高電壓下。
作為前述氟化鏈狀碳酸酯,可列舉通式(B)所表示之化合物,
Rf
2OCOOR
7(B)
(式中,Rf
2為碳數1~7之氟化烷基,R
7為碳數1~7之可包含氟原子之烷基。)。
Rf
2為碳數1~7之氟化烷基,R
7為碳數1~7之可包含氟原子之烷基。
前述氟化烷基係烷基所具有之氫原子之至少1個被氟原子取代而成者。R
7為包含氟原子之烷基時,成為氟化烷基。
Rf
2及R
7,就低黏性及電解質鹽之溶解性等觀點而言,碳數較佳為1~7,更佳為1~2。
作為碳數為1之氟化烷基,可列舉CFH
2-、CF
2H-、CF
3-等。尤其,CFH
2-或CF
3-就高溫保存特性而言較佳。
作為碳數為2以上之氟化烷基,就電解質鹽之溶解性良好的觀點而言,可較佳地例示後述通式(d-1)所表示之氟化烷基,
R
1-R
2- (d-1)
(式中,R
1為可具有氟原子之碳數1以上之烷基;R
2為可具有氟原子之碳數1~3之伸烷基;但,R
1及R
2之至少一者具有氟原子)。
另外,R
1及R
2可進而具有碳原子、氫原子及氟原子以外之其他原子。
R
1為可具有氟原子之碳數1以上之烷基。作為R
1較佳為碳數1~6之直鏈狀或支鏈狀之烷基。作為R
1之碳數更佳為1~3。
作為R
1,具體而言,作為直鏈狀或支鏈狀之烷基,可列舉CH
3-、CF
3-、CH
3CH
2-、CH
3CH
2CH
2-、CH
3CH
2CH
2CH
2-、
等。
又,R
1為具有氟原子之直鏈狀之烷基的情況下,可列舉CF
3-、CF
3CH
2-、CF
3CF
2-、CF
3CH
2CH
2-、CF
3CF
2CH
2-、CF
3CF
2CF
2-、CF
3CH
2CF
2-、CF
3CH
2CH
2CH
2-、CF
3CF
2CH
2CH
2-、CF
3CH
2CF
2CH
2-、CF
3CF
2CF
2CH
2-、CF
3CF
2CF
2CF
2-、CF
3CF
2CH
2CF
2-、CF
3CH
2CH
2CH
2CH
2-、CF
3CF
2CH
2CH
2CH
2-、CF
3CH
2CF
2CH
2CH
2-、
CF
3CF
2CF
2CH
2CH
2-、CF
3CF
2CF
2CF
2CH
2-、
CF
3CF
2CH
2CF
2CH
2-、CF
3CF
2CH
2CH
2CH
2CH
2-、
CF
3CF
2CF
2CF
2CH
2CH
2-、CF
3CF
2CH
2CF
2CH
2CH
2-、HCF
2-、HCF
2CH
2-、HCF
2CF
2-、HCF
2CH
2CH
2-、HCF
2CF
2CH
2-、HCF
2CH
2CF
2-、HCF
2CF
2CH
2CH
2-、HCF
2CH
2CF
2CH
2-、
HCF
2CF
2CF
2CF
2-、HCF
2CF
2CH
2CH
2CH
2-、
HCF
2CH
2CF
2CH
2CH
2-、HCF
2CF
2CF
2CF
2CH
2-、
HCF
2CF
2CF
2CF
2CH
2CH
2-、FCH
2-、FCH
2CH
2-、FCH
2CF
2-、FCH
2CF
2CH
2-、FCH
2CF
2CF
2-、CH
3CF
2CH
2-、
CH
3CF
2CF
2-、CH
3CF
2CH
2CF
2-、CH
3CF
2CF
2CF
2-、
CH
3CH
2CF
2CF
2-、CH
3CF
2CH
2CF
2CH
2-、
CH
3CF
2CF
2CF
2CH
2-、CH
3CF
2CF
2CH
2CH
2-、
CH
3CH
2CF
2CF
2CH
2-、CH
3CF
2CH
2CF
2CH
2CH
2-、
CH
3CF
2CH
2CF
2CH
2CH
2-、HCFClCF
2CH
2-、HCF
2CFClCH
2-、HCF
2CFClCF
2CFClCH
2-、HCFClCF
2CFClCF
2CH
2-等。
又,R
1為具有氟原子之支鏈狀之烷基的情況下,較佳可列舉:
等。但,若具有CH
3-或CF
3-這種分支,則黏性容易變高,因此,其數更佳為較少(1個)或零。
R
2為可具有氟原子之碳數1~3之伸烷基。R
2可為直鏈狀,亦可為支鏈狀。構成這種直鏈狀或支鏈狀之伸烷基的最小構造單元之一例係如後所示。R
2由該等單獨或組合所構成。
(i)直鏈狀之最小構造單元:
-CH
2-、-CHF-、-CF
2-、-CHCl-、-CFCl-、-CCl
2-。
(ii)支鏈狀之最小構造單元:
另外,以上之例示中,就不發生鹼所引起的脫HCl反應而更穩定的方面而言,較佳為由不含有Cl之構成單元構成。
R
2為直鏈狀的情況下,為僅由上述直鏈狀之最小構造單元而成者,其中較佳為-CH
2-、-CH
2CH
2-或 -CF
2-。就可進一步提升電解質鹽之溶解性的觀點而言,更佳為-CH
2-或-CH
2CH
2-。
R
2為支鏈狀的情況下,為包含至少1個上述支鏈狀之最小構造單元而成者,可較佳地例示通式
-(CX
aX
b)-(X
a為H、F、CH
3或CF
3;X
b為CH
3或CF
3。但,X
b為CF
3時,X
a為H或CH
3)所表示者。該等尤其可進一步提升電解質鹽之溶解性。
作為較佳之氟化烷基,具體而言,例如可列舉CF
3CF
2-、HCF
2CF
2-、H
2CFCF
2-、CH
3CF
2-、CF
3CH
2-、CF
3CF
2CF
2-、HCF
2CF
2CF
2-、H
2CFCF
2CF
2-、CH
3CF
2CF
2-、
等。
其中,作為Rf
2與R
7之氟化烷基,較佳為CF
3-、CF
3CF
2-、(CF
3)
2CH-、CF
3CH
2-、C
2F
5CH
2-、CF
3CF
2CH
2-、HCF
2CF
2CH
2-、CF
3CFHCF
2CH
2-、CFH
2-、CF
2H-,就阻燃性高,且速率特性(rate characteristic)、耐氧化性良好的觀點而言,更佳為CF
3CH
2-、CF
3CF
2CH
2-、HCF
2CF
2CH
2-、CFH
2-、CF
2H-。
R
7為不包含氟原子之烷基時為碳數1~7之烷基。R
7就低黏性的觀點而言,碳數較佳為1~4,更佳為1~3。
作為前述不包含氟原子之烷基,例如可列舉CH
3-、CH
3CH
2-、(CH
3)
2CH-、C
3H
7-等。其中,就黏度低、速率特性良好的觀點而言,較佳為CH
3-、CH
3CH
2-。
前述氟化鏈狀碳酸酯,氟含有率較佳為15~70質量%。若氟含有率為上述範圍,則可維持與溶劑之相溶性、鹽之溶解性。前述氟含有率,更佳為20質量%以上,進而佳為30質量%以上,特佳為35質量%以上,更佳為60質量%以下,進而佳為50質量%以下。
另外,本發明中氟含有率係基於前述氟化鏈狀碳酸酯之構造式,藉由
{(氟原子之個數×19)/氟化鏈狀碳酸酯之分子量}×100(質量%)
而算出之值。
作為前述氟化鏈狀碳酸酯,就低黏性的觀點而言,較佳為以下化合物之任一者。
作為前述氟化鏈狀碳酸酯,特佳為甲基2,2,2-三氟乙基碳酸酯(F
3CH
2COC(=O)OCH
3)。
前述氟化鏈狀碳酸酯,可單獨使用1種,亦能夠以任意組合及比率併用2種以上。
於包含前述氟化鏈狀碳酸酯的情況下,就電化學裝置之性能的觀點而言,前述氟化鏈狀碳酸酯之含量,相對於前述溶劑較佳為10~90體積%,更佳為40~85體積%,進而佳為50~80體積%。
前述羧酸酯,可為環狀羧酸酯,亦可為鏈狀羧酸酯。
前述環狀羧酸酯,可為非氟化環狀羧酸酯,亦可為氟化環狀羧酸酯。
作為前述非氟化環狀羧酸酯,可列舉非氟化飽和環狀羧酸酯,就電化學裝置之性能的觀點而言,較佳為具有碳數2~4之伸烷基之非氟化飽和環狀羧酸酯。
作為具有碳數2~4之伸烷基之非氟化飽和環狀羧酸酯之具體例,可列舉β-丙内酯、γ-丁內酯、ε-己內酯、δ-戊內酯、α甲基-γ-丁內酯。其中,就提升鋰離子解離度及提升負載特性的觀點而言,特佳為γ-丁內酯、δ-戊內酯。
前述非氟化飽和環狀羧酸酯可單獨使用1種,亦能夠以任意組合及比率併用2種以上。
於包含前述非氟化飽和環狀羧酸酯的情況下,就電化學裝置之性能的觀點而言,前述非氟化飽和環狀羧酸酯之含量,相對於前述溶劑較佳為0~90體積%,更佳為0.001~90體積%,進而佳為1~60體積%,特佳為5~40體積%。
前述鏈狀羧酸酯可為非氟化鏈狀羧酸酯,亦可為氟化鏈狀羧酸酯。於前述溶劑包含前述鏈狀羧酸酯的情況下,可進一步抑制電解液高溫保存後之電阻增加。
作為前述非氟化鏈狀羧酸酯,例如可列舉乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、丙酸丁酯、丙酸第三丁酯、丁酸第三丁酯、丙酸第二丁酯、丁酸第二丁酯、丁酸正丁酯、焦磷酸甲酯、焦磷酸乙酯、甲酸第三丁酯、乙酸第三丁酯、甲酸第二丁酯、乙酸第二丁酯、新戊酸正己酯(n-hexyl pivalate)、甲酸正丙酯、乙酸正丙酯、甲酸正丁酯、新戊酸正丁酯、新戊酸正辛酯、2-(二甲氧基磷醯基)乙酸乙酯、2-(二甲基磷醯基)乙酸乙酯、2-(二乙氧基磷醯基)乙酸乙酯、2-(二乙基磷醯基)乙酸乙酯、丙酸異丙酯、乙酸異丙酯、甲酸乙酯、乙基2-丙炔基乙二酸酯、甲酸異丙酯、丁酸異丙酯、甲酸異丁酯、丙酸異丁酯、丁酸異丁酯、乙酸異丁酯等。
其中,就電化學裝置之性能的觀點而言,較佳為乙酸丁酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、丙酸丁酯,特佳為丙酸乙酯、丙酸丙酯。
前述非氟化鏈狀羧酸酯可單獨使用1種,亦能夠以任意組合及比率併用2種以上。
於包含前述非氟化鏈狀羧酸酯的情況下,就電化學裝置之性能的觀點而言,前述非氟化鏈狀羧酸酯之含量,相對於前述溶劑較佳為0~90體積%,更佳為0.001~90體積%,進而佳為1~60體積%,特佳為5~40體積%。
前述氟化鏈狀羧酸酯係具有氟原子之鏈狀羧酸酯。包含氟化鏈狀羧酸酯之溶劑,亦可合適地使用於高電壓下。
作為前述氟化鏈狀羧酸酯,就與其他溶劑之相溶性或耐氧化性良好的觀點而言,較佳為後述通式所表示之氟化鏈狀羧酸酯,
R
31COOR
32(式中,R
31及R
32相互獨立地為碳數1~4之可包含氟原子之烷基,R
31及R
32之至少一者包含氟原子。)。
作為R
31及R
32,例如可列舉甲基(-CH
3)、乙基(-CH
2CH
3)、丙基(-CH
2CH
2CH
3)、異丙基(-CH(CH
3)
2)、正丁基(-CH
2CH
2CH
2CH
3)、第三丁基(-C(CH
3)
3)等非氟化烷基;-CF
3、-CF
2H、-CFH
2、-CF
2CF
3、-CF
2CF
2H、
-CF
2CFH
2、-CH
2CF
3、-CH
2CF
2H、-CH
2CFH
2、-CF
2CF
2CF
3、-CF
2CF
2CF
2H、-CF
2CF
2CFH
2、-CH
2CF
2CF
3、
-CH
2CF
2CF
2H、-CH
2CF
2CFH
2、-CH
2CH
2CF
3、
-CH
2CH
2CF
2H、-CH
2CH
2CFH
2、-CF(CF
3)
2、-CF(CF
2H)
2、-CF(CFH
2)
2、-CH(CF
3)
2、-CH(CF
2H)
2、-CH(CFH
2)
2、
-CF(OCH
3)CF
3、-CF
2CF
2CF
2CF
3、-CF
2CF
2CF
2CF
2H、
-CF
2CF
2CF
2CFH
2、-CH
2CF
2CF
2CF
3、-CH
2CF
2CF
2CF
2H、
-CH
2CF
2CF
2CFH
2、-CH
2CH
2CF
2CF
3、-CH
2CH
2CF
2CF
2H、
-CH
2CH
2CF
2CFH
2、-CH
2CH
2CH
2CF
3、-CH
2CH
2CH
2CF
2H、-CH
2CH
2CH
2CFH
2、-CF(CF
3)CF
2CF
3、-CF(CF
2H)CF
2CF
3、-CF(CFH
2)CF
2CF
3、-CF(CF
3)CF
2CF
2H、-CF(CF
3)CF
2CFH
2、-CF(CF
3)CH
2CF
3、-CF(CF
3)CH
2CF
2H、
-CF(CF
3)CH
2CFH
2、-CH(CF
3)CF
2CF
3、-CH(CF
2H)CF
2CF
3、-CH(CFH
2)CF
2CF
3、-CH(CF
3)CF
2CF
2H、
-CH(CF
3)CF
2CFH
2、-CH(CF
3)CH
2CF
3、-CH(CF
3)CH
2CF
2H、-CH(CF
3)CH
2CFH
2、-CF
2CF(CF
3)CF
3、
-CF
2CF(CF
2H)CF
3、-CF
2CF(CFH
2)CF
3、-CF
2CF(CF
3)CF
2H、-CF
2CF(CF
3)CFH
2、-CH
2CF(CF
3)CF
3、
-CH
2CF(CF
2H)CF
3、-CH
2CF(CFH
2)CF
3、-CH
2CF(CF
3)CF
2H、-CH
2CF(CF
3)CFH
2、-CH
2CH(CF
3)CF
3、
-CH
2CH(CF
2H)CF
3、-CH
2CH(CFH
2)CF
3、
-CH
2CH(CF
3)CF
2H、-CH
2CH(CF
3)CFH
2、-CF
2CH(CF
3)CF
3、-CF
2CH(CF
2H)CF
3、-CF
2CH(CFH
2)CF
3、
-CF
2CH(CF
3)CF
2H、-CF
2CH(CF
3)CFH
2、-C(CF
3)
3、
-C(CF
2H)
3、-C(CFH
2)
3等氟化烷基等。其中,就與其他溶劑之相溶性、黏度、耐氧化性良好的觀點而言,特佳為甲基、乙基、-CF
3、-CF
2H、-CF
2CF
3、-CH
2CF
3、-CH
2CF
2H、-CH
2CFH
2、-CH
2CH
2CF
3、-CH
2CF
2CF
3、-CH
2CF
2CF
2H、-CH
2CF
2CFH
2。
作為前述氟化鏈狀羧酸酯之具體例,例如可例示CF
3CH
2C(=O)OCH
3(3,3,3-三氟丙酸甲酯)、
HCF
2C(=O)OCH
3(二氟乙酸甲酯)、HCF
2C(=O)OC
2H
5(二氟乙酸乙酯)、CF
3C(=O)OCH
2CH
2CF
3、CF
3C(=O)OCH
2C
2F
5、CF
3C(=O)OCH
2CF
2CF
2H(三氟乙酸2,2,3,3-四氟丙酯)、CF
3C(=O)OCH
2CF
3、CF
3C(=O)OCH(CF
3)
2、五氟丁酸乙酯、五氟丙酸甲酯、五氟丙酸乙酯、七氟異丁酸甲酯、三氟丁酸異丙酯、三氟乙酸乙酯、三氟乙酸第三丁酯、三氟乙酸正丁酯、四氟-2-(甲氧基)丙酸甲酯、乙酸2,2-二氟乙酯、乙酸2,2,3,3-四氟丙酯、CH
3C(=O)OCH
2CF
3(乙酸2,2,2-三氟乙酯)、乙酸1H,1H-七氟丁酯、4,4,4-三氟丁酸甲酯、4,4,4-三氟丁酸乙酯、3,3,3-三氟丙酸乙酯、3,3,3-三氟丙酸3,3,3三氟丙酯、3-(三氟甲基)丁酸乙酯、2,3,3,3-四氟丙酸甲酯、2,2-二氟乙酸丁酯、2,2,3,3-四氟丙酸甲酯、2-(三氟甲基)-3,3,3-三氟丙酸甲酯、七氟丁酸甲酯等1種或2種以上。
其中,就電化學裝置之性能的觀點,並且就與其他溶劑之相溶性及速率特性良好的方面而言,較佳為CF
3CH
2C(=O)OCH
3、HCF
2C(=O)OCH
3、
HCF
2C(=O)OC
2H
5、CF
3C(=O)OCH
2C
2F
5、
CF
3C(=O)OCH
2CF
2CF
2H、CF
3C(=O)OCH
2CF
3、
CF
3C(=O)OCH(CF
3)
2、五氟丁酸乙酯、五氟丙酸甲酯、五氟丙酸乙酯、七氟異丁酸甲酯、三氟丁酸異丙酯、三氟乙酸乙酯、三氟乙酸第三丁酯、三氟乙酸正丁酯、四氟-2-(甲氧基)丙酸甲酯、乙酸2,2-二氟乙酯、乙酸2,2,3,3-四氟丙酯、CH
3C(=O)OCH
2CF
3、乙酸1H,1H-七氟丁酯、4,4,4-三氟丁酸甲酯、4,4,4-三氟丁酸乙酯、3,3,3-三氟丙酸乙酯、3,3,3-三氟丙酸3,3,3-三氟丙酯、3-(三氟甲基)丁酸乙酯、2,3,3,3-四氟丙酸甲酯、2,2-二氟乙酸丁酯、2,2,3,3-四氟丙酸甲酯、2-(三氟甲基)-3,3,3-三氟丙酸甲酯、七氟丁酸甲酯,更佳為CF
3CH
2C(=O)OCH
3、HCF
2C(=O)OCH
3、HCF
2C(=O)OC
2H
5、CH
3C(=O)OCH
2CF
3,特佳為
HCF
2C(=O)OCH
3、HCF
2C(=O)OC
2H
5、CH
3C(=O)OCH
2CF
3。
前述氟化鏈狀羧酸酯可單獨使用1種,亦能夠以任意組合及比率併用2種以上。
於包含前述氟化鏈狀羧酸酯的情況下,就電化學裝置之性能的觀點而言,前述氟化鏈狀羧酸酯之含量,相對於前述溶劑較佳為10~90體積%,更佳為40~85體積%,進而佳為50~80體積%。
前述溶劑,就電化學裝置之性能的觀點而言,較佳包含選自由前述環狀碳酸酯、前述鏈狀碳酸酯及前述鏈狀羧酸酯所成群組中之至少1種,更佳包含前述環狀碳酸酯,與選自由前述鏈狀碳酸酯及前述鏈狀羧酸酯所成群組中之至少1種。前述環狀碳酸酯較佳為飽和環狀碳酸酯。
含有前述組成之溶劑之電解液,可進一步提升電化學裝置之高溫保存特性和循環特性。
於前述溶劑包含前述環狀碳酸酯,與選自由前述鏈狀碳酸酯及前述鏈狀羧酸酯所成群組中之至少1種的情況下,就電化學裝置之性能的觀點而言,前述環狀碳酸酯,與選自由前述鏈狀碳酸酯及前述鏈狀羧酸酯所成群組中之至少1種的合計,較佳為包含10~100體積%,更佳為包含30~100體積%,進而佳為包含50~100體積%。
於前述溶劑包含前述環狀碳酸酯,與選自由前述鏈狀碳酸酯及前述鏈狀羧酸酯所成群組中之至少1種的情況下,作為前述環狀碳酸酯,與選自由前述鏈狀碳酸酯及前述鏈狀羧酸酯所成群組中之至少1種之體積比,就電化學裝置之性能的觀點而言,較佳為5/95~95/5,更佳為10/90以上,進而佳為15/85以上,特佳為20/80以上,更佳為90/10以下,進而佳為60/40以下,特佳為50/50以下。
又,前述溶劑亦較佳為包含:選自由前述非氟化飽和環狀碳酸酯、前述非氟化鏈狀碳酸酯及前述非氟化鏈狀羧酸酯所成群組中之至少1種,就電化學裝置之性能的觀點而言,更佳為包含:前述非氟化飽和環狀碳酸酯,與選自由前述非氟化鏈狀碳酸酯及前述非氟化鏈狀羧酸酯所成群組中之至少1種。含有前述組成之溶劑之電解液,可合適地利用於相對低電壓下使用之電化學裝置。
於前述溶劑包含前述非氟化飽和環狀碳酸酯,與選自由前述非氟化鏈狀碳酸酯及前述非氟化鏈狀羧酸酯所成群組中之至少1種的情況下,就電化學裝置之性能的觀點而言,前述非氟化飽和環狀碳酸酯,與選自由前述非氟化鏈狀碳酸酯及前述非氟化鏈狀羧酸酯所成群組中之至少1種的合計,較佳為包含5~100體積%,更佳為包含20~100體積%,進而佳為包含30~100體積%。
於前述電解液包含前述非氟化飽和環狀碳酸酯,與選自由前述非氟化鏈狀碳酸酯及前述非氟化鏈狀羧酸酯所成群組中之至少1種的情況下,作為前述非氟化飽和環狀碳酸酯,與選自由前述非氟化鏈狀碳酸酯及前述非氟化鏈狀羧酸酯所成群組中之至少1種之體積比,就電化學裝置之性能的觀點而言,較佳為5/95~95/5,更佳為10/90以上,進而佳為15/85以上,特佳為20/80以上,更佳為90/10以下,進而佳為60/40以下,特佳為50/50以下。
又,就電化學裝置之性能的觀點而言,前述溶劑亦較佳為包含:選自由前述氟化飽和環狀碳酸酯、前述氟化鏈狀碳酸酯及前述氟化鏈狀羧酸酯所成群組中之至少1種,更佳為包含:前述氟化飽和環狀碳酸酯,與選自由前述氟化鏈狀碳酸酯及前述氟化鏈狀羧酸酯所成群組中之至少1種。含有前述組成之溶劑之電解液,不只可合適地利用於相對低電壓下使用之電化學裝置,亦可合適地利用於相對高電壓下使用之電化學裝置。
於前述溶劑包含前述氟化飽和環狀碳酸酯,與選自由前述氟化鏈狀碳酸酯及前述氟化鏈狀羧酸酯所成群組中之至少1種的情況下,就電化學裝置之性能的觀點而言,前述氟化飽和環狀碳酸酯,與選自由前述氟化鏈狀碳酸酯及前述氟化鏈狀羧酸酯所成群組中之至少1種的合計,較佳為包含5~100體積%,更佳為包含10~100體積%,進而佳為包含30~100體積%。
前述溶劑包含前述氟化飽和環狀碳酸酯,與選自由前述氟化鏈狀碳酸酯及前述氟化鏈狀羧酸酯所成群組中之至少1種的情況下,作為前述氟化飽和環狀碳酸酯,與選自由前述氟化鏈狀碳酸酯及前述氟化鏈狀羧酸酯所成群組中之至少1種之體積比,就電化學裝置之性能的觀點而言,較佳為5/95~95/5,更佳為10/90以上,進而佳為15/85以上,特佳為20/80以上,更佳為90/10以下,進而佳為60/40以下,特佳為50/50以下。
又,作為前述溶劑,亦可使用離子液體。「離子液體」係指由將有機陽離子與陰離子組合而成的離子所構成之液體。
作為有機陽離子,並無特別限定,例如可列舉二烷基咪唑鎓陽離子、三烷基咪唑鎓陽離子等咪唑鎓離子;四烷基銨離子;烷基吡啶鎓離子;二烷基吡咯烷鎓離子;及二烷基哌啶鎓離子。
作為成為該等有機陽離子之相對(counter)的陰離子,並無特別限定,例如可使用PF
6陰離子、PF
3(C
2F
5)
3陰離子、PF
3(CF
3)
3陰離子、BF
4陰離子、BF
2(CF
3)
2陰離子、BF
3(CF
3)陰離子、雙乙二酸硼酸陰離子、P(C
2O
4)F
2陰離子、Tf(三氟甲烷磺醯基)陰離子、Nf(九氟丁烷磺醯基)陰離子、雙(氟磺醯基)醯亞胺陰離子、雙(三氟甲烷磺醯基)醯亞胺陰離子、雙(五氟乙烷磺醯基)醯亞胺陰離子、二氰基胺陰離子、鹵化物陰離子。
就電化學裝置之性能的觀點而言,前述溶劑較佳為非水溶劑,本發明之電解液較佳為非水電解液。
就電化學裝置之性能的觀點而言,前述溶劑之含量,於電解液中較佳為70~99.999質量%,更佳為80質量%以上,更佳為92質量%以下。
本發明之電解液可進而包含通式(5)所表示之化合物(5)。
通式(5):
(式中,
A
a+表示金屬離子、氫離子或鎓離子。
a表示1~3之整數,b表示1~3之整數,p表示b/a,n203表示1~4之整數,n201表示0~8之整數,n202表示0或1,Z
201表示過渡金屬、周期表之III族、IV族或V族之元素。
X
201為O、S、碳數1~10之伸烷基、碳數1~10之鹵化伸烷基、碳數6~20之伸芳基或碳數6~20之鹵化伸芳基(伸烷基、鹵化伸烷基、伸芳基及鹵化伸芳基於其構造中可具有取代基、雜原子,又n202為1且n203為2~4時,n203個X
201可彼此鍵結)。
L
201表示鹵素原子、氰基、碳數1~10之烷基、碳數1~10之鹵化烷基、碳數6~20之芳基、碳數6~20之鹵化芳基(伸烷基、鹵化伸烷基、伸芳基及鹵化伸芳基於其構造中可具有取代基、雜原子,又n201為2~8時,n201個L
201可彼此鍵結形成環)或-Z
203Y
203。
Y
201、Y
202及Z
203分別獨立地為O、S、NY
204、烴基或氟化烴基。Y
203及Y
204分別獨立地表示H、F、碳數1~10之烷基、碳數1~10之鹵化烷基、碳數6~20之芳基或碳數6~20之鹵化芳基(烷基、鹵化烷基、芳基及鹵化芳基於其構造中可具有取代基、雜原子,存在複數個Y
203或Y
204時,可彼此鍵結形成環)。
作為A
a+,可列舉鋰離子、鈉離子、鉀離子、鎂離子、鈣離子、鋇離子、銫離子、銀離子、鋅離子、銅離子、鈷離子、鐵離子、鎳離子、錳離子、鈦離子、鉛離子、鉻離子、釩離子、釕離子、釔離子、鑭系元素離子、錒系元素離子、四丁基銨離子、四乙基銨離子、四甲基銨離子、三乙基甲基銨離子、三乙基銨離子、吡啶鎓離子、咪唑鎓離子、氫離子、四乙基鏻離子、四甲基鏻離子、四苯基鏻離子、三苯基鋶離子、三乙基鋶離子等。
使用於電化學裝置等用途的情況下,就電化學裝置之性能的觀點而言,A
a+較佳為鋰離子、鈉離子、鎂離子、四烷基銨離子、氫離子,特佳為鋰離子。就調整結晶晶格能量使其容易溶解於溶劑中的觀點而言,A
a+之陽離子之價數a為1~3之整數。其中,於重視溶解度的情況下更佳為1。陰離子之價數b亦同樣地為1~3之整數,特佳為1。表示陽離子與陰離子之比的常數p,必然取決於兩者價數之比b/a。
接著,針對通式(5)之配位子的部分進行說明。本說明書中,將通式(5)中鍵結於Z
201之有機或無機之部分稱為配位子。
就電化學裝置之性能的觀點而言,Z
201較佳為Al、B、V、Ti、Si、Zr、Ge、Sn、Cu、Y、Zn、Ga、Nb、Ta、Bi、P、As、Sc、Hf或Sb,更佳為Al、B或P。
X
201表示O、S、碳數1~10之伸烷基、碳數1~10之鹵化伸烷基、碳數6~20之伸芳基或碳數6~20之鹵化伸芳基。該等伸烷基及伸芳基於其結構中可具有取代基、雜原子。具體而言,可具有鹵素原子、鏈狀或環狀之烷基、芳基、烯基、烷氧基、芳氧基、磺醯基、胺基、氰基、羰基、醯基、醯胺基、羥基作為取代基來替代伸烷基及伸芳基上之氫,亦可為導入有氮、硫、氧來替代伸烷基及伸芳基上之碳的構造。又,n202為1且n203為2~4時,n203個X
201可彼此鍵結。作為如此例,可列舉乙二胺四乙酸之類的配位子。
L
201表示鹵素原子、氰基、碳數1~10之烷基、碳數1~10之鹵化烷基、碳數6~20之芳基、碳數6~20之鹵化芳基或-Z
203Y
203(關於Z
203、Y
203將於後述)。此處之烷基及芳基亦與X
201同樣地於其構造中可具有取代基、雜原子,又,n201為2~8時n201個L
201可彼此鍵結形成環。作為L
201較佳為氟原子或氰基。於為氟原子的情況下,陰離子化合物之鹽之溶解度或解離度提升,離子傳導度隨之提升。又,耐氧化性提升,藉此容易抑制副反應的產生。
Y
201、Y
202及Z
203分別獨立地表示O、S、NY
204、烴基或氟化烴基。就電化學裝置之性能的觀點而言,Y
201及Y
202較佳為O、S或NY
204,更佳為O。作為化合物(5)之特徵,於相同之配位子內存在Y
201及Y
202之與Z
201的鍵結,因此該等配位子與Z
201構成螫合構造。藉由該螫合效果,容易提升該化合物之耐熱性、化學穩定性、耐水解性。該配位子中的常數n202為0或1,尤其,於0的情況下,該螯合環成為五員環,因此螫合效果發揮到最強而穩定性容易增加。
另外,本說明書中,氟化烴基為烴基之氫原子之至少1個被氟原子取代而成之基。
Y
203及Y
204分別獨立地為H、F、碳數1~10之烷基、碳數1~10之鹵化烷基、碳數6~20之芳基或碳數6~20之鹵化芳基,該等烷基及芳基於其構造中可具有取代基或雜原子,又,存在複數個Y
203或Y
204的情況下,可彼此鍵結形成環。
又,有關於上述配位子之數的常數n203為1~4之整數,就電化學裝置之性能的觀點而言,較佳為1或2,更佳為2。又,有關於上述配位子之數的常數n201為0~8之整數,就電化學裝置之性能的觀點而言,較佳為0~4之整數,更佳為0、2或4。進而,n203為1時n201較佳為2,n203為2時n201較佳為0。
通式(5)中,烷基、鹵化烷基、芳基、鹵化芳基亦包含具有分支或羥基、醚鍵等其他官能基者。
作為化合物(5),較佳為通式:
(式中,A
a+、a、b、p、n201、Z
201及L
201如同上述。)
所表示之化合物、或通式:
(式中,A
a+、a、b、p、n201、Z
201及L
201如同上述。)
所表示之化合物。
作為化合物(5),可列舉乙二酸硼酸鋰鹽類,可列舉後述式:
所表示之雙(乙二酸)硼酸鋰(LIBOB)、後述式:
所表示之二氟乙二酸硼酸鋰(LIDFOB)等。
作為化合物(5),又,可列舉後述式:
所表示之二氟乙二酸磷酸鋰(Lithium Difluorooxalato Phosphanite)(LIDFOP)、後述式:
所表示之四氟乙二酸磷酸鋰(Lithium Tetrafluorooxalato Phosphanite)(LITFOP)、後述式:
所表示之雙(乙二酸)二氟磷酸鋰等。
此外,作為錯合物中心元素為硼之二羧酸錯合物鹽之具體例,可列舉雙(丙二酸)硼酸鋰、二氟(丙二酸)硼酸鋰、雙(甲基丙二酸)硼酸鋰、二氟(甲基丙二酸)硼酸鋰、雙(二甲基丙二酸)硼酸鋰、二氟(二甲基丙二酸)硼酸鋰等。
作為錯合物中心元素為磷之二羧酸錯合物鹽之具體例,可列舉參(乙二酸)磷酸鋰、參(丙二酸)磷酸鋰、二氟雙(丙二酸)磷酸鋰、四氟(丙二酸)磷酸鋰、參(甲基丙二酸)磷酸鋰、二氟雙(甲基丙二酸)磷酸鋰、四氟(甲基丙二酸)磷酸鋰、參(二甲基丙二酸)磷酸鋰、二氟雙(二甲基丙二酸)磷酸鋰、四氟(二甲基丙二酸)磷酸鋰等。
作為錯合物中心元素為鋁之二羧酸錯合物鹽之具體例,可列舉LiAl(C
2O
4)
2、LiAlF
2(C
2O
4)等。
其中,就取得之容易度或可有助於形成穩定之被膜狀構造物的觀點而言,可更合適地使用雙(乙二酸)硼酸鋰、二氟(乙二酸)硼酸鋰、參(乙二酸)磷酸鋰、二氟雙(乙二酸)磷酸鋰、四氟(乙二酸)磷酸鋰。
作為化合物(5),特佳為雙(乙二酸)硼酸鋰。
作為化合物(5)之含量,就獲得更進一步優異的循環特性而言,相對於前述溶劑,較佳為0.001質量%以上,更佳為0.01質量%以上,較佳為10質量%以下,更佳為3質量%以下。
就電化學裝置之性能的觀點而言,本發明之電解液,較佳進而包含電解質鹽(但,將化合物(1)及(5)除外)。作為前述電解質鹽,除了鋰鹽、銨鹽、金屬鹽以外,可使用液體狀鹽(離子性液體)、無機高分子型鹽、有機高分子型鹽等,可使用於電解液之任意者。
作為鋰離子二次電池用電解液之電解質鹽,較佳為鋰鹽。
作為前述鋰鹽,可使用任意者,具體而言可列舉以下者。例如可列舉LiPF
6、LiBF
4、LiClO
4、LiAlF
4、LiSbF
6、LiTaF
6、LiWF
7、LiAsF
6,LiAlCl
4,LiI、LiBr、LiCl、LiB
10Cl
10、Li
2SiF
6、Li
2PFO
3、LiPO
2F
2等無機鋰鹽;
LiWOF
5等鎢酸鋰類;
HCO
2Li、CH
3CO
2Li、CH
2FCO
2Li、CHF
2CO
2Li、CF
3CO
2Li、CF
3CH
2CO
2Li、CF
3CF
2CO
2Li、CF
3CF
2CF
2CO
2Li、CF
3CF
2CF
2CF
2CO
2Li等羧酸鋰鹽類;
FSO
3Li、CH
3SO
3Li、CH
2FSO
3Li、CHF
2SO
3Li、CF
3SO
3Li、CF
3CF
2SO
3Li、CF
3CF
2CF
2SO
3Li、
CF
3CF
2CF
2CF
2SO
3Li、甲基硫酸鋰、乙基硫酸鋰
(C
2H
5OSO
3Li)、2,2,2-三氟乙基硫酸鋰等具有S=O基之鋰鹽類;
LiN(FCO)
2、LiN(FCO)(FSO
2)、LiN(FSO
2)
2、
LiN(FSO
2)(CF
3SO
2)、LiN(CF
3SO
2)
2、LiN(C
2F
5SO
2)
2、雙全氟乙烷磺醯基醯亞胺鋰、環狀1,2-全氟乙烷二磺醯基醯亞胺鋰、環狀1,3-全氟丙烷二磺醯基醯亞胺鋰、環狀1,2-乙烷二磺醯基醯亞胺鋰、環狀1,3-丙烷二磺醯基醯亞胺鋰、環狀1,4-全氟丁烷二磺醯基醯亞胺鋰、
LiN(CF
3SO
2)(FSO
2)、LiN(CF
3SO
2)(C
3F
7SO
2)、
LiN(CF
3SO
2)(C
4F
9SO
2)、LiN(POF
2)
2等醯亞胺鋰鹽類;
LiC(FSO
2)
3、LiC(CF
3SO
2)
3、LiC(C
2F
5SO
2)
3等甲基鋰鹽類;
此外,式:LiPF
a(C
nF
2n+1)
6-a(式中,a為0~5之整數,n為1~6之整數)所表示之鹽(例如LiPF
3(C
2F
5)
3、LiPF
3(CF
3)
3、LiPF
3(iso-C
3F
7)
3、LiPF
5(iso-C
3F
7)、LiPF
4(CF
3)
2、
LiPF
4(C
2F
5)
2)、LiPF
4(CF
3SO
2)
2、LiPF
4(C
2F
5SO
2)
2、
LiBF
3CF
3、LiBF
3C
2F
5、LiBF
3C
3F
7、LiBF
2(CF
3)
2、
LiBF
2(C
2F
5)
2、LiBF
2(CF
3SO
2)
2、LiBF
2(C
2F
5SO
2)
2等含氟有機鋰鹽類,LiSCN、LiB(CN)
4、LiB(C
6H
5)
4、Li
2(C
2O
4)、LiP(C
2O
4)
3、Li
2B
12F
bH
12-b(b為0~3之整數)等。
其中,就存在提升輸出特性、高速充放電特性、高溫保存特性、循環特性等效果之觀點而言,特佳為LiPF
6、LiBF
4、LiSbF
6、LiTaF
6、LiPO
2F
2、FSO
3Li、CF
3SO
3Li、LiN(FSO
2)
2、LiN(FSO
2)(CF
3SO
2)、
LiN(CF
3SO
2)
2、LiN(C
2F
5SO
2)
2、環狀1,2-全氟乙烷二磺醯基醯亞胺鋰、環狀1,3-全氟丙烷二磺醯基醯亞胺鋰、LiC(FSO
2)
3、LiC(CF
3SO
2)
3、LiC(C
2F
5SO
2)
3、LiBF
3CF
3、LiBF
3C
2F
5、LiPF
3(CF
3)
3、LiPF
3(C
2F
5)
3等,最佳為選自由LiPF
6、LiN(FSO
2)
2及LiBF
4所成群組中之至少1種鋰鹽。
該等電解質鹽可單獨使用,亦可併用2種以上。併用2種以上時之較佳之一例為LiPF
6與LiBF
4之併用、或LiPF
6與LiPO
2F
2、C
2H
5OSO
3Li或FSO
3Li之併用,存在使高溫保存特性、負載特性、循環特性提升的效果。
此時,相對於電解液整體100質量%之LiBF
4、LiPO
2F
2、C
2H
5OSO
3Li或FSO
3Li之摻合量並無限制,只要不顯著損及本發明之效果則為任意,相對於本發明之電解液通常為0.01質量%以上,較佳為0.1質量%以上,又通常為30質量%以下,較佳為20質量%以下,更佳為10質量%以下,進而佳為5質量%以下。
又,另一例為無機鋰鹽與有機鋰鹽之併用,該兩者之併用有抑制高溫保存所致之劣化的效果。作為有機鋰鹽,較佳為CF
3SO
3Li、LiN(FSO
2)
2、
LiN(FSO
2)(CF
3SO
2)、LiN(CF
3SO
2)
2、LiN(C
2F
5SO
2)
2、環狀1,2-全氟乙烷二磺醯基醯亞胺鋰、環狀1,3-全氟丙烷二磺醯基醯亞胺鋰、LiC(FSO
2)
3、LiC(CF
3SO
2)
3、
LiC(C
2F
5SO
2)
3、LiBF
3CF
3、LiBF
3C
2F
5、LiPF
3(CF
3)
3、LiPF
3(C
2F
5)
3等。此時,相對於電解液整體100質量%之有機鋰鹽之比例,就電化學裝置之性能的觀點而言,較佳為0.1質量%以上,特佳為0.5質量%以上,又,較佳為30質量%以下,特佳為20質量%以下。
電解液中之該等電解質鹽之濃度,只要不損及本發明之效果則無特別限制。就將電解液之導電率設為良好的範圍,確保良好電池性能的觀點而言,電解液中鋰之總莫耳濃度,較佳為0.3mol/L以上,更佳為0.4mol/L以上,進而佳為0.5mol/L以上,又,較佳為3mol/L以下,更佳為2.5mol/L以下,進而佳為2.0mol/L以下。
作為電雙層電容器用電解液之電解質鹽,較佳為銨鹽。
作為前述銨鹽,可列舉以下(IIa)~(IIe)。
(IIa)四烷基4級銨鹽
可較佳地例示通式(IIa)所表示之四烷基4級銨鹽,
(式中,R
1a、R
2a、R
3a及R
4a相同或相異地皆為碳數1~6之可包含醚鍵之烷基;X
-表示陰離子。)。
又,就提升耐氧化性的觀點而言,該銨鹽之氫原子之一部分或全部被氟原子及/或碳數1~4之含氟烷基取代者亦較佳。
作為四烷基4級銨鹽之具體例,可列舉:通式(IIa-1)所表示之四烷基4級銨鹽、通式(IIa-2)所表示之含烷基醚基之三烷基銨鹽等。
(式中,R
1a、R
2a及X
-係與前述相同;x及y相同或相異地表示0~4之整數,且表示x+y=4。)
(式中,R
5a為碳數1~6之烷基;R
6a為碳數1~6之2價烴基;R
7a為碳數1~4之烷基;z為1或2;X
-表示陰離子。)
藉由導入烷基醚基,可謀求黏性之降低。
陰離子X
-可為無機陰離子亦可為有機陰離子。作為無機陰離子,例如可列舉AlCl
4 -、BF
4 -、PF
6 -、AsF
6 -、TaF
6 -、I
-、SbF
6 -。作為有機陰離子,例如可列舉雙乙二酸硼酸鹽陰離子、二氟乙二酸硼酸鹽陰離子、四氟乙二酸磷酸鹽陰離子、二氟雙乙二酸磷酸鹽陰離子、CF
3COO
-、CF
3SO
3 -、(CF
3SO
2)
2N
-、(C
2F
5SO
2)
2N
-等。
該等中,就耐氧化性、離子解離性良好的觀點而言,較佳為BF
4 -、PF
6 -、AsF
6 -、SbF
6 -。
作為四烷基4級銨鹽之較佳具體例,可使用Et
4NBF
4、Et
4NClO
4、Et
4NPF
6、Et
4NAsF
6、Et
4NSbF
6、Et
4NCF
3SO
3、Et
4N(CF
3SO
2)
2N、Et
4NC
4F
9SO
3、Et
3MeNBF
4、Et
3MeNClO
4、Et
3MeNPF
6、Et
3MeNAsF
6、Et
3MeNSbF
6、Et
3MeNCF
3SO
3、Et
3MeN(CF
3SO
2)
2N、Et
3MeNC
4F
9SO
3,尤其是可列舉Et
4NBF
4、Et
4NPF
6、Et
4NSbF
6、Et
4NAsF
6、Et
3MeNBF
4、N,N-二乙基-N-甲基-N-(2-甲氧基乙基)銨鹽等(Et表示乙基。Me表示甲基。)。
(IIb)螺環雙吡咯烷鎓鹽
可較佳地列舉:通式(IIb-1):
(式中,R
8a及R
9a相同或相異地皆為碳數1~4之烷基;X
-為陰離子;n1為0~5之整數;n2表示0~5之整數。)
所表示之螺環雙吡咯烷鎓鹽、通式(IIb-2):
(式中,R
10a及R
11a相同或相異地皆為碳數1~4之烷基;X
-為陰離子;n3為0~5之整數;n4表示0~5之整數。)
所表示之螺環雙吡咯烷鎓鹽、或通式(IIb-3):
(式中,R
12a及R
13a相同或相異地皆為碳數1~4之烷基;X
-為陰離子;n5為0~5之整數;n6表示0~5之整數。)
所表示之螺環雙吡咯烷鎓鹽。又,就提升耐氧化性的觀點而言,該螺環雙吡咯烷鎓鹽之氫原子之一部分或全部被氟原子及/或碳數1~4之含氟烷基取代者亦較佳。
陰離子X
-之較佳具體例與於(IIa)的情況下相同。其中,就解離性高,高電壓下之內部電阻低的觀點而言,較佳為BF
4-、PF
6-、(CF
3SO
2)
2N-或(C
2F
5SO
2)
2N-。
作為螺環雙吡咯烷鎓鹽之較佳具體例,例如可列舉:
等。
該螺環雙吡咯烷鎓鹽,就對溶劑之溶解性、耐氧化性、離子傳導性的觀點而言為優異。
(IIc)咪唑鎓鹽
可較佳地例示通式(IIc)所表示之咪唑鎓鹽,
(式中,R
14a及R
15a相同或相異地皆為碳數1~6之烷基;X
-表示陰離子。)。
又,就提升耐氧化性的觀點而言,該咪唑鎓鹽之氫原子之一部分或全部被氟原子及/或碳數1~4之含氟烷基取代者亦較佳。
陰離子X
-之較佳具體例係與(IIa)相同。
作為較佳具體例,例如可列舉:
等。
該咪唑鎓鹽,就黏性低且溶解性良好的觀點而言為優異。
(IId):N-烷基吡啶鎓鹽
可較佳地例示通式(IId)所表示之N-烷基吡啶鎓鹽,
(式中,R
16a為碳數1~6之烷基;X
-表示陰離子。)。
又,就提升耐氧化性的觀點而言,該N-烷基吡啶鎓鹽之氫原子之一部分或全部被氟原子及/或碳數1~4之含氟烷基取代者亦較佳。
陰離子X
-之較佳具體例係與(IIa)相同。
作為N-烷基吡啶鎓鹽之較佳具體例,例如可列舉:
等。
該N-烷基吡啶鎓鹽,就黏性低且溶解性良好的觀點而言為優異。
(IIe)N,N-二烷基吡咯烷鎓鹽
可較佳地例示通式(IIe)所表示之N,N-二烷基吡咯烷鎓鹽,
(式中,R
17a及R
18a相同或相異地皆為碳數1~6之烷基;X
-表示陰離子。)。
又,就提升耐氧化性的觀點而言,該N,N-二烷基吡咯烷鎓鹽之氫原子之一部分或全部被氟原子及/或碳數1~4之含氟烷基取代者亦較佳。
陰離子X
-之較佳具體例係與(IIa)相同。
作為N,N-二烷基吡咯烷鎓鹽之較佳具體例,例如可列舉:
等。
該N,N-二烷基吡咯烷鎓鹽,就黏性低且溶解性良好的觀點而言為優異。
該等銨鹽之中,(IIa)、(IIb)及(IIc)就溶解性、耐氧化性、離子傳導性良好的觀點而言為較佳,進而較佳為:
(式中,Me為甲基;Et為乙基;X
-、x、y係與式(IIa-1)相同。)。
又,作為電雙層電容器用電解質鹽,亦可使用鋰鹽。作為鋰鹽,例如較佳為LiPF
6、LiBF
4、LiN(FSO
2)
2、LiAsF
6、LiSbF
6、LiN(SO
2C
2H
5)
2。
為了進一步提升電容量,亦可使用鎂鹽。作為鎂鹽,例如較佳為Mg(ClO
4)
2、Mg(OOC
2H
5)
2等。
電解質鹽為前述銨鹽的情況下,就低溫特性、初期內部電阻等觀點而言,濃度較佳為0.7莫耳/公升以上。前述電解質鹽之濃度更佳為0.9莫耳/公升以上。
前述濃度之上限,就低溫特性的觀點而言,較佳為2.0莫耳/公升以下,更佳為1.5莫耳/公升以下。
前述銨鹽為四氟硼酸三乙基甲基銨(TEMABF
4)的情況下,就低溫特性優異的觀點而言,其濃度較佳為0.7~1.5莫耳/公升。
又,四氟硼酸螺雙吡咯烷鎓(SBPBF
4)的情況下,就電化學裝置之性能的觀點而言,較佳為0.7~2.0莫耳/公升。
本發明之電解液,較佳為進而包含通式(2)所表示之化合物(2),
(式中,X
21為至少包含H或C之基,n21為1~3之整數,Y
21及Z
21相同或相異地表示至少包含H、C、O或F之基,n22為0或1,Y
21及Z
21可互相鍵結形成環。)。
若前述電解液包含化合物(2),即使於在高溫進行保管的情況下,電容量保持率難以進一步降低,氣體之產生量亦難以進一步增加。
n21為2或3時,2個或3個X
21可相同亦可相異。
存在複數Y
21及Z
21的情況下,複數存在之Y
21及Z
21可相同亦可相異。
作為X
21,就電化學裝置之性能的觀點而言,較佳為-CY
21Z
21-(式中,Y
21及Z
21係與前述相同)或
-CY
21=CZ
21-(式中,Y
21及Z
21係與前述相同)所表示之基。
作為Y
21,就電化學裝置之性能的觀點而言,較佳為H-、F-、CH
3-、CH
3CH
2-、CH
3CH
2CH
2-、CF
3-、CF
3CF
2-、CH
2FCH
2-及CF
3CF
2CF
2-所成群組中之至少1種。
作為Z
21,就電化學裝置之性能的觀點而言,較佳為選自由H-、F-、CH
3-、CH
3CH
2-、CH
3CH
2CH
2-、CF
3-、CF
3CF
2-、CH
2FCH
2-及CF
3CF
2CF
2-所成群組中之至少1種。
或者,Y
21及Z
21可互相鍵結而形成可包含不飽和鍵且可具有芳香族性之碳環或雜環。環之碳數較佳為3~20。
接著,針對化合物(2)之具體例進行說明。另外,以下例示中「類似物」係指於不違反本發明之主旨的範圍內,藉由將所例示之酸酐構造之一部分,取代為其他構造而獲得之酸酐,例如可列舉:由複數酸酐所成之二聚物、三聚物及四聚物等、或取代基之碳數相同但具有分支鏈等構造異構者、取代基鍵結於酸酐之部位相異者等。
作為形成5員環構造之酸酐之具體例,可列舉琥珀酸酐、甲基琥珀酸酐(4-甲基琥珀酸酐)、二甲基琥珀酸酐(4,4-二甲基琥珀酸酐、4,5-二甲基琥珀酸酐等)、4,4,5-三甲基琥珀酸酐、4,4,5,5-四甲基琥珀酸酐、4-乙烯基琥珀酸酐、4,5-二乙烯基琥珀酸酐、苯基琥珀酸酐(4-苯基琥珀酸酐)、4,5-二苯基琥珀酸酐、4,4-二苯基琥珀酸酐、檸康酸酐、馬來酸酐、甲基馬來酸酐(4-甲基馬來酸酐)、4,5-二甲基馬來酸酐、苯基馬來酸酐(4-苯基馬來酸酐)、4,5-二苯基馬來酸酐、伊康酸酐、5-甲基伊康酸酐、5,5-二甲基伊康酸酐、鄰苯二甲酸酐、3,4,5,6-四氫鄰苯二甲酸酐等、及該等之類似物等。
作為形成6員環構造之酸酐之具體例,可列舉環己烷二羧酸酐(環己烷-1,2-二羧酸酐等)、4-環己烯-1,2-二羧酸酐、戊二酸酐、戊烯二酸酐、2-苯基戊二酸酐等、及該等之類似物等。
作為形成其他環狀構造之酸酐之具體例,可列舉5-降莰烯-2,3-二羧酸酐、環戊烷四羧酸二酐、均苯四甲酸酐、二乙醇酸酐等、及該等之類似物等。
作為形成環狀構造且經鹵素原子取代之酸酐之具體例,可列舉單氟琥珀酸酐(4-氟琥珀酸酐等)、4,4-二氟琥珀酸酐、4,5-二氟琥珀酸酐、4,4,5-三氟琥珀酸酐、三氟甲基琥珀酸酐、四氟琥珀酸酐(4,4,5,5-四氟琥珀酸酐)、4-氟馬來酸酐、4,5-二氟馬來酸酐、三氟甲基馬來酸酐、5-氟伊康酸酐、5,5-二氟伊康酸酐等、及該等之類似物等。
作為化合物(2),就電化學裝置之性能的觀點而言,其中較佳為戊二酸酐、檸康酸酐、戊烯二酸酐、伊康酸酐、二乙醇酸酐、環己烷二羧酸酐、環戊烷四羧酸二酐、4-環己烯-1,2-二羧酸酐、3,4,5,6-四氫鄰苯二甲酸酐、5-降莰烯-2,3-二羧酸酐、苯基琥珀酸酐、2-苯基戊二酸酐、馬來酸酐、甲基馬來酸酐、三氟甲基馬來酸酐、苯基馬來酸酐、琥珀酸酐、甲基琥珀酸酐、二甲基琥珀酸酐、三氟甲基琥珀酸酐、單氟琥珀酸酐、四氟琥珀酸酐等,更佳為馬來酸酐、甲基馬來酸酐、三氟甲基馬來酸酐、琥珀酸酐、甲基琥珀酸酐、三氟甲基琥珀酸酐、四氟琥珀酸酐,進而佳為馬來酸酐、琥珀酸酐。
化合物(2),就電化學裝置之性能的觀點而言,較佳為選自由通式(3):
(式中,X
31~X
34相同或相異地表示至少包含H、C、O或F之基。)
所表示之化合物(3)、及通式(4):
(式中,X
41及X
42相同或相異地表示至少包含H、C、O或F之基。)
所表示之化合物(4)所成群組中之至少1種。
作為X
31~X
34,相同或相異地,較佳為選自由烷基、氟化烷基、烯基及氟化烯基所成群組中之至少1種。X
31~X
34之碳數較佳為1~10,更佳為1~3。
作為X
31~X
34,相同或相異地,更佳為選自由H-、F-、CH
3-、CH
3CH
2-、CH
3CH
2CH
2-、CF
3-、CF
3CF
2-、CH
2FCH
2-及CF
3CF
2CF
2-所成群組中之至少1種。
作為X
41及X
42,相同或相異地,較佳為選自由烷基、氟化烷基、烯基及氟化烯基所成群組中之至少1種。X
41及X
42之碳數較佳為1~10,更佳為1~3。
作為X
41及X
42,相同或相異地,更佳為選自由H-、F-、CH
3-、CH
3CH
2-、CH
3CH
2CH
2-、CF
3-、CF
3CF
2-、CH
2FCH
2-及CF
3CF
2CF
2-所成群組中之至少1種。
化合物(3)較佳為以下化合物之任一者。
化合物(4)較佳為以下化合物之任一者。
就即使於高溫進行保管的情況下,電容量保持率難以進一步降低,氣體之產生量亦難以進一步增加的方面而言,前述電解液,相對於前述電解液,較佳為包含0.0001~15質量%之化合物(2)。作為化合物(2)之含量,更佳為0.01~10質量%,進而佳為0.1~3質量%,特佳為0.1~1.0質量%。
前述電解液包含化合物(3)及(4)兩者的情況下,就即使於高溫進行保管的情況下,電容量保持率難以進一步降低,氣體之產生量亦難以進一步增加的方面而言,前述電解液,相對於前述電解液,較佳為包含0.08~2.50質量%之化合物(3)及0.02~1.50質量%之化合物(4),更佳為包含0.80~2.50質量%之化合物(3)及0.08~1.50質量%之化合物(4)。
本發明之電解液,可包含選自由後述通式(1a)、(1b)及(1c)所表示之腈化合物所成群組中之至少1種,
(式中,R
a及R
b分別獨立地表示氫原子、氰基(CN)、鹵素原子、烷基、或烷基之至少一部分氫原子被鹵素原子取代而成之基。n表示1~10之整數。)
(式中,R
c表示氫原子、鹵素原子、烷基、烷基之至少一部分氫原子被鹵素原子取代而成之基、或NC-R
c1-X
c1-(R
c1表示伸烷基,X
c1表示氧原子或硫原子。)所表示之基。R
d及R
e分別獨立地表示氫原子、鹵素原子、烷基、或烷基之至少一部分氫原子被鹵素原子取代而成之基。m表示1~10之整數。)
(式中,R
f、R
g、R
h及R
i分別獨立地表示含氰基(CN)之基、氫原子(H)、鹵素原子、烷基、或烷基之至少一部分氫原子被鹵素原子取代而成之基。但,R
f、R
g、R
h及R
i中至少1個為含氰基之基。l表示1~3之整數。)
藉此,可提升電化學裝置之高溫保存特性。前述腈化合物可單獨使用,亦能夠以任意的組合及比率併用2種以上。
前述通式(1a)中,R
a及R
b分別獨立地為氫原子、氰基(CN)、鹵素原子、烷基、或烷基之至少一部分氫原子被鹵素原子取代而成之基。
作為鹵素原子,例如可列舉氟原子、氯原子、溴原子、碘原子。其中較佳為氟原子。
作為烷基較佳為碳數1~5者。作為烷基之具體例,可列舉甲基、乙基、丙基、異丙基、丁基、異丁基、第三丁基等。
作為烷基之至少一部分氫原子被鹵素原子取代而成之基,可列舉上述烷基之至少一部分氫原子被上述鹵素原子取代而成之基。
R
a及R
b為烷基、或烷基之至少一部分氫原子被鹵素原子取代而成之基的情況下,R
a與R
b可互相鍵結形成環構造(例如,環己烷環)。
R
a及R
b較佳為氫原子或烷基。
前述通式(1a)中,n為1~10之整數。n為2以上時,n個R
a可全部相同,亦可至少一部分相異。R
b亦相同。n較佳為1~7之整數,更佳為2~5之整數。
作為前述通式(1a)所表示之腈化合物,就電化學裝置之性能的觀點而言,較佳為二腈及三甲腈(tricarbonitrile)。
作為二腈之具體例,可例示丙二腈、丁二腈、戊二腈、己二腈、庚二腈、辛二腈、壬二腈、癸二腈、十一烷二腈、十二烷二腈、甲基丙二腈、乙基丙二腈、異丙基丙二腈、第三丁基丙二腈、甲基丁二腈、2,2-二甲基丁二腈、2,3-二甲基丁二腈、2,3,3-三甲基丁二腈、2,2,3,3-四甲基丁二腈、2,3-二乙基-2,3-二甲基丁二腈、2,2-二乙基-3,3-二甲基丁二腈、雙環己基-1,1-二甲腈、雙環己基-2,2-二甲腈、雙環己基-3,3-二甲腈、2,5-二甲基-2,5-己烷二甲腈、2,3-二異丁基-2,3-二甲基丁二腈、2,2-二異丁基-3,3-二甲基丁二腈、2-甲基戊二腈、2,3-二甲基戊二腈、2,4-二甲基戊二腈、2,2,3,3-四甲基戊二腈、2,2,4,4-四甲基戊二腈、2,2,3,4-四甲基戊二腈、2,3,3,4-四甲基戊二腈、1,4-二氰基戊烷、2,6-二氰基庚烷、2,7-二氰基辛烷、2,8-二氰基壬烷、1,6-二氰基癸烷、1,2-二氰基苯、1,3-二氰基苯、1,4-二氰基苯、3,3’-(伸乙基二氧基)二丙腈、3,3’-(伸乙基二硫基)二丙腈、3,9-雙(2-氰基乙基)-2,4,8,10-四氧雜螺[5,5]十一烷、丁腈(butanenitrile)、鄰苯二甲腈(phthalonitrile)等。該等中,特佳為丁二腈、戊二腈、己二腈。
又,作為三甲腈之具體例,可列舉戊三甲腈(pentanetricarbonitrile)、丙三甲腈(propanetricarbonitrile)、1,3,5-己三甲腈(1,3,5-hexanetricarbonitrile)、1,3,6-己三甲腈、庚三甲腈、1,2,3-丙三甲腈、1,3,5-戊三甲腈、環己三甲腈、三氰基乙基胺、三氰基乙氧基丙烷、三氰基乙烯、三(2-氰基乙基)胺等,特佳為1,3,6-己三甲腈、環己三甲腈,最佳為環己三甲腈。
前述通式(1b)中,R
c為氫原子、鹵素原子、烷基、烷基之至少一部分氫原子被鹵素原子取代而成之基、或NC-R
c1-X
c1-(R
c1表示伸烷基,X
c1表示氧原子或硫原子。)所表示之基;R
d及R
e分別獨立地為氫原子、鹵素原子、烷基、或烷基之至少一部分氫原子被鹵素原子取代而成之基。
關於鹵素原子、烷基、及烷基之至少一部分氫原子被鹵素原子取代而成之基,可列舉前述通式(1a)所例示者。
前述NC-R
c1-X
c1-中R
c1為伸烷基。作為伸烷基,較佳為碳數1~3之伸烷基。
R
c、R
d及R
e較佳分別獨立地為氫原子、鹵素原子、烷基、或烷基之至少一部分氫原子被鹵素原子取代而成之基。
R
c、R
d及R
e之至少1個較佳為鹵素原子、或烷基之至少一部分氫原子被鹵素原子取代而成之基,更佳為氟原子、或烷基之至少一部分氫原子被氟原子取代而成之基。
R
d及R
e為烷基、或烷基之至少一部分氫原子被鹵素原子取代而成之基時,R
d與R
e可互相鍵結形成環構造(例如,環己烷環)。
前述通式(1b)中,m為1~10之整數。m為2以上時,m個R
d可全部相同,亦可至少一部分相異。R
e亦相同。m較佳為2~7之整數,更佳為2~5之整數。
作為前述通式(1b)所表示之腈化合物,可例示乙腈、丙腈、丁腈、異丁腈、戊腈、異戊腈、月桂腈、3-甲氧基丙腈、2-甲基丁腈、三甲基乙腈、己烷腈、環戊甲腈(cyclopentanecarbonitrile)、環己甲腈、氟乙腈、二氟乙腈、三氟乙腈、2-氟丙腈、3-氟丙腈、2,2-二氟丙腈、2,3-二氟丙腈、3,3-二氟丙腈、2,2,3-三氟丙腈、3,3,3-三氟丙腈、3,3’-氧二丙腈、3,3’-硫二丙腈、五氟丙腈、甲氧基乙腈、苯甲腈等。該等中,特佳為3,3,3-三氟丙腈。
前述通式(1c)中,R
f、R
g、R
h及R
i分別獨立地為含氰基(CN)之基、氫原子、鹵素原子、烷基、或烷基之至少一部分氫原子被鹵素原子取代而成之基。
關於鹵素原子、烷基、及烷基之至少一部分之氫原子被鹵素原子取代而成之基,可列舉前述通式(1a)所例示者。
作為含氰基之基,除了氰基以外,可列舉烷基之至少一部分氫原子被氰基取代而成之基。作為該情況下之烷基,可列舉前述通式(1a)所例示者。
R
f、R
g、R
h及R
i中至少1個為含氰基之基。較佳為R
f、R
g、R
h及R
i中至少2個為含氰基之基,更佳為R
h及R
i為含氰基之基。R
h及R
i為含氰基之基時,R
f及R
g較佳為氫原子。
前述通式(1c)中,l為1~3之整數。l為2以上時,l個R
f可全部相同,亦可至少一部分相異。R
g亦相同。l較佳為1~2之整數。
作為前述通式(1c)所表示之腈化合物,可例示3-己烯二腈、己二烯二腈(mucononitrile)、馬來腈、富馬腈、丙烯腈、甲基丙烯腈、巴豆腈、3-甲基巴豆腈、2-甲基-2-丁烯腈、2-戊烯腈、2-甲基-2-戊烯腈、3-甲基-2-戊烯腈、2-己烯腈等,較佳為3-己烯二腈、己二烯二腈,特佳為3-己烯二腈。
前述腈化合物之含量,相對於電解液,較佳為0.2~7質量%。藉此,可進一步提升電化學裝置於高電壓下之高溫保存特性、安全性。前述腈化合物之含量之合計之下限更佳為0.3質量%,進而佳為0.5質量%。上限更佳為5質量%,進而佳為2質量%,特佳為0.5質量%。
本發明之電解液,可包含具有異氰酸基之化合物(以下,有時簡稱為「異氰酸酯」)。作為前述異氰酸酯,並無特別限制,可使用任意之異氰酸酯。作為異氰酸酯之例,可列舉單異氰酸酯類、二異氰酸酯類、三異氰酸酯類等。
作為單異氰酸酯類之具體例,可列舉異氰酸基甲烷、異氰酸基乙烷、1-異氰酸基丙烷、1-異氰酸基丁烷、1-異氰酸基戊烷、1-異氰酸基己烷、1-異氰酸基庚烷、1-異氰酸基辛烷、1-異氰酸基壬烷、1-異氰酸基癸烷、異氰酸基環己烷、甲氧基羰基異氰酸酯、乙氧基羰基異氰酸酯、丙氧基羰基異氰酸酯、丁氧基羰基異氰酸酯、甲氧基磺醯基異氰酸酯、乙氧基磺醯基異氰酸酯、丙氧基磺醯基異氰酸酯、丁氧基磺醯基異氰酸酯、氟磺醯基異氰酸酯、異氰酸甲酯、異氰酸丁酯、異氰酸苯酯、丙烯酸2-異氰酸基乙酯、甲基丙烯酸2-異氰酸基乙酯、異氰酸乙酯等。
作為二異氰酸酯類之具體例,可列舉1,4-二異氰酸基丁烷、1,5-二異氰酸基戊烷、1,6-二異氰酸基己烷、1,7-二異氰酸基庚烷、1,8-二異氰酸基辛烷、1,9-二異氰酸基壬烷、1,10-二異氰酸基癸烷、1,3-二異氰酸基丙烯、1,4-二異氰酸基-2-丁烯、1,4-二異氰酸基-2-氟丁烷、1,4-二異氰酸基-2,3-二氟丁烷、1,5-二異氰酸基-2-戊烯、1,5-二異氰酸基-2-甲基戊烷、1,6-二異氰酸基-2-己烯、1,6-二異氰酸基-3-己烯、1,6-二異氰酸基-3-氟己烷、1,6-二異氰酸基-3,4-二氟己烷、甲苯二異氰酸酯(toluene diisocyanate)、二甲苯二異氰酸酯、伸甲苯基二異氰酸酯(tolylene diisocyanate)、1,2-雙(異氰酸基甲基)環己烷、1,3-雙(異氰酸基甲基)環己烷、1,4-雙(異氰酸基甲基)環己烷、1,2-二異氰酸基環己烷、1,3-二異氰酸基環己烷、1,4-二異氰酸基環己烷、二環己基甲烷-1,1’-二異氰酸酯、二環己基甲烷-2,2’-二異氰酸酯、二環己基甲烷-3,3’-二異氰酸酯、二環己基甲烷-4,4’-二異氰酸酯、異佛爾酮二異氰酸酯、雙環[2.2.1]庚烷-2,5-二基雙(甲基=異氰酸酯)、雙環[2.2.1]庚烷-2,6-二基雙(甲基=異氰酸酯)、2,4,4-三甲基六亞甲基二異氰酸酯、2,2,4-三甲基六亞甲基二異氰酸酯、六亞甲基二異氰酸酯、1,4-伸苯基二異氰酸酯、八亞甲基二異氰酸酯、四亞甲基二異氰酸酯等。
作為三異氰酸酯類之具體例,可列舉1,6,11-三異氰酸基十一烷、4-異氰酸基甲基-1,8-八亞甲基二異氰酸酯、1,3,5-三異氰酸酯甲基苯、1,3,5-參(6-異氰酸基己-1-基)-1,3,5-三嗪-2,4,6(1H,3H,5H)-三酮、4-(異氰酸基甲基)八亞甲基=二異氰酸酯等。
其中,1,6-二異氰酸基己烷、1,3-雙(異氰酸基甲基)環己烷、1,3,5-參(6-異氰酸基己-1-基)-1,3,5-三嗪-2,4,6(1H,3H,5H)-三酮、2,4,4-三甲基六亞甲基二異氰酸酯、2,2,4-三甲基六亞甲基二異氰酸酯係於工業上容易取得者,就將電解液之製造成本抑制成較低的觀點而言較佳,又,就技術上的觀點而言,亦可有助於形成穩定的被膜狀構造物,可更合適地使用。
異氰酸酯之含量,並無特別限制,只要不顯著損及本發明之效果則為任意,相對於電解液,較佳為0.001質量%以上,1.0質量%以下。若異氰酸酯之含量為該下限以上,則可於非水系電解液二次電池產生充分的循環特性提升效果。又,若為該上限以下,則可避免非水系電解液二次電池之初期電阻增加。異氰酸酯之含量,更佳為0.01質量%以上,進而佳為0.1質量%以上,特佳為0.2質量%以上,又,更佳為0.8質量%以下,進而佳為0.7質量%以下,特佳為0.6質量%以下。
本發明之電解液可包含環狀磺酸酯。作為環狀磺酸酯,並無特別限制,可使用任意之環狀磺酸酯。作為環狀磺酸酯之例,可列舉飽和環狀磺酸酯、不飽和環狀磺酸酯、飽和環狀二磺酸酯、不飽和環狀二磺酸酯等。
作為飽和環狀磺酸酯之具體例,可列舉1,3-丙烷磺內酯、1-氟-1,3-丙烷磺內酯、2-氟-1,3-丙烷磺內酯、3-氟-1,3-丙烷磺內酯、1-甲基-1,3-丙烷磺內酯、2-甲基-1,3-丙烷磺內酯、3-甲基-1,3-丙烷磺內酯、1,3-丁烷磺內酯、1,4-丁烷磺內酯、1-氟-1,4-丁烷磺內酯、2-氟-1,4-丁烷磺內酯、3-氟-1,4-丁烷磺內酯、4-氟-1,4-丁烷磺內酯、1-甲基-1,4-丁烷磺內酯、2-甲基-1,4-丁烷磺內酯、3-甲基-1,4-丁烷磺內酯、4-甲基-1,4-丁烷磺內酯、2,4-丁烷磺內酯等。
作為不飽和環狀磺酸酯之具體例,可列舉1-丙烯-1,3-磺內酯、2-丙烯-1,3-磺內酯、1-氟-1-丙烯-1,3-磺內酯、2-氟-1-丙烯-1,3-磺內酯、3-氟-1-丙烯-1,3-磺內酯、1-氟-2-丙烯-1,3-磺內酯、2-氟-2-丙烯-1,3-磺內酯、3-氟-2-丙烯-1,3-磺內酯、1-甲基-1-丙烯-1,3-磺內酯、2-甲基-1-丙烯-1,3-磺內酯、3-甲基-1-丙烯-1,3-磺內酯、1-甲基-2-丙烯-1,3-磺內酯、2-甲基-2-丙烯-1,3-磺內酯、3-甲基-2-丙烯-1,3-磺內酯、1-丁烯-1,4-磺內酯、2-丁烯-1,4-磺內酯、3-丁烯-1,4-磺內酯、1-氟-1-丁烯-1,4-磺內酯、2-氟-1-丁烯-1,4-磺內酯、3-氟-1-丁烯-1,4-磺內酯、4-氟-1-丁烯-1,4-磺內酯、1-氟-2-丁烯-1,4-磺內酯、2-氟-2-丁烯-1,4-磺內酯、3-氟-2-丁烯-1,4-磺內酯、4-氟-2-丁烯-1,4-磺內酯、1,3-丙烯磺內酯、1-氟-3-丁烯-1,4-磺內酯、2-氟-3-丁烯-1,4-磺內酯、3-氟-3-丁烯-1,4-磺內酯、4-氟-3-丁烯-1,4-磺內酯、1-甲基-1-丁烯-1,4-磺內酯、2-甲基-1-丁烯-1,4-磺內酯、3-甲基-1-丁烯-1,4-磺內酯、4-甲基-1-丁烯-1,4-磺內酯、1-甲基-2-丁烯-1,4-磺內酯、2-甲基-2-丁烯-1,4-磺內酯、3-甲基-2-丁烯-1,4-磺內酯、4-甲基-2-丁烯-1,4-磺內酯、1-甲基-3-丁烯-1,4-磺內酯、2-甲基-3-丁烯-1,4-磺內酯、3-甲基-3-丁烯-1,4-磺內酯、4-甲基-3-丁烯-1,4-磺內酯等。
其中,就取得容易度或可有助於形成穩定之被膜狀構造物的觀點而言,可更合適地使用1,3-丙烷磺內酯、1-氟-1,3-丙烷磺內酯、2-氟-1,3-丙烷磺內酯、3-氟-1,3-丙烷磺內酯、1-丙烯-1,3-磺內酯。環狀磺酸酯的含量並無特別限制,只要不顯著損及本發明之效果則為任意,相對於電解液,較佳為0.001質量%以上,3.0質量%以下。
若環狀磺酸酯之含量為該下限以上,則可於非水系電解液二次電池產生充分的循環特性提升效果。又,若為該上限以下,則可避免非水系電解液二次電池之製造成本增加。環狀磺酸酯之含量,更佳為0.01質量%以上,進而佳為0.1質量%以上,特佳為0.2質量%以上,又,更佳為2.5質量%以下,進而佳為2.0質量%以下,特佳為1.8質量%以下。
本發明之電解液可進而含有重量平均分子量為2000~4000,且於末端具有-OH、-OCOOH或-COOH之聚環氧乙烷。
藉由含有這種化合物,電極界面之穩定性提升,可提升電化學裝置之特性。
作為前述聚環氧乙烷,例如,可列舉聚環氧乙烷一元醇、聚環氧乙烷羧酸、聚環氧乙烷二醇、聚環氧乙烷二羧酸、聚環氧乙烷三醇、聚環氧乙烷三羧酸等。該等可單獨使用,亦可併用2種以上。
其中,就電化學裝置之特性變得更良好的觀點而言,較佳為聚環氧乙烷一元醇與聚環氧乙烷二醇之混合物,及聚乙烯羧酸與聚乙烯二羧酸之混合物。
若前述聚環氧乙烷之重量平均分子量過小,則存在容易被氧化分解的疑慮。前述重量平均分子量,更佳為3000~4000。
前述重量平均分子量,可藉由利用凝膠滲透層析法(GPC)法之聚苯乙烯換算來測定。
就電化學裝置之性能的觀點而言,前述聚環氧乙烷之含量,於電解液中較佳為1×10
-6~1×10
-2mol/kg。
前述聚環氧乙烷之含量,更佳為5×10
-6mol/kg以上。
本發明之電解液,可進而含有氟化飽和環狀碳酸酯、不飽和環狀碳酸酯、防過度充電劑、其他習知之助劑等作為添加劑。藉此,而容易抑制電化學裝置之特性降低。
作為氟化飽和環狀碳酸酯,可列舉上述通式(A)所表示之化合物。其中,較佳為氟碳酸伸乙酯、二氟碳酸伸乙酯、單氟甲基碳酸伸乙酯、三氟甲基碳酸伸乙酯、2,2,3,3,3-五氟丙基碳酸伸乙酯(4-(2,2,3,3,3-五氟-丙基)-[1,3]二氧戊環-2-酮)。氟化飽和環狀碳酸酯,可單獨使用1種,亦能夠以任意組合及比率併用2種以上。
就電化學裝置之性能的觀點而言,前述氟化飽和環狀碳酸酯之含量,相對於前述電解液,較佳為0.001~10質量%,更佳為0.01~5質量%,進而佳為0.1~3質量%。
作為不飽和環狀碳酸酯,可列舉碳酸伸乙烯酯(vinylene carbonate)類、經具有芳香環或碳-碳雙鍵或碳-碳三鍵之取代基取代之碳酸伸乙酯類、碳酸苯酯類、碳酸乙烯酯(vinyl carbonate)類、碳酸烯丙酯類、鄰苯二酚碳酸酯類等。
作為碳酸伸乙烯酯類,可列舉碳酸伸乙烯酯、甲基碳酸伸乙烯酯、4,5-二甲基碳酸伸乙烯酯、苯基碳酸伸乙烯酯、4,5-二苯基碳酸伸乙烯酯、乙烯基碳酸伸乙烯酯、4,5-二乙烯基碳酸伸乙烯酯、烯丙基碳酸伸乙烯酯、4,5-二烯丙基碳酸伸乙烯酯、4-氟碳酸伸乙烯酯、4-氟-5-甲基碳酸伸乙烯酯、4-氟-5-苯基碳酸伸乙烯酯、4-氟-5-乙烯基碳酸伸乙烯酯、4-烯丙基-5-氟碳酸伸乙烯酯、乙炔基碳酸伸乙酯、炔丙基碳酸伸乙酯、甲基碳酸伸乙烯酯、二甲基碳酸伸乙烯酯等。
作為經具有芳香環或碳-碳雙鍵或碳-碳三鍵之取代基取代之碳酸伸乙酯類之具體例,可列舉乙烯基碳酸伸乙酯、4,5-二乙烯基碳酸伸乙酯、4-甲基-5-乙烯基碳酸伸乙酯、4-烯丙基-5-乙烯基碳酸伸乙酯、乙炔基碳酸伸乙酯、4,5-二乙炔基碳酸伸乙酯、4-甲基-5-乙炔基碳酸伸乙酯、4-乙烯基-5-乙炔基碳酸伸乙酯、4-烯丙基-5-乙炔基碳酸伸乙酯、苯基碳酸伸乙酯、4,5-二苯基碳酸伸乙酯、4-苯基-5-乙烯基碳酸伸乙酯、4-烯丙基-5-苯基碳酸伸乙酯、烯丙基碳酸伸乙酯、4,5-二烯丙基碳酸伸乙酯、4-甲基-5-烯丙基碳酸伸乙酯、4-亞甲基-1,3-二氧戊環-2-酮、4,5-二亞甲基-1,3-二氧戊環-2-酮、4-甲基-5-烯丙基碳酸伸乙酯等。
其中,作為不飽和環狀碳酸酯,較佳為碳酸伸乙烯酯、甲基碳酸伸乙烯酯、4,5-二甲基碳酸伸乙烯酯、乙烯基碳酸伸乙烯酯、4,5-乙烯基碳酸伸乙烯酯、烯丙基碳酸伸乙烯酯、4,5-二烯丙基碳酸伸乙烯酯、乙烯基碳酸伸乙酯、4,5-二乙烯基碳酸伸乙酯、4-甲基-5-乙烯基碳酸伸乙酯、烯丙基碳酸伸乙酯、4,5-二烯丙基碳酸伸乙酯、4-甲基-5-烯丙基碳酸伸乙酯、4-烯丙基-5-乙烯基碳酸伸乙酯、乙炔基碳酸伸乙酯、4,5-二乙炔基碳酸伸乙酯、4-甲基-5-乙炔基碳酸伸乙酯、4-乙烯基-5-乙炔基碳酸伸乙酯。又,由於碳酸伸乙烯酯、乙烯基碳酸伸乙酯、乙炔基碳酸伸乙酯可形成更穩定的界面保護被膜因此為特佳,最佳為碳酸伸乙烯酯。
不飽和環狀碳酸酯之分子量,並無特別限制,只要不顯著損及本發明之效果則為任意。分子量較佳為50以上,250以下。若為該範圍,則容易確保對於電解液之不飽和環狀碳酸酯的溶解性,容易充分地展現本發明之效果。不飽和環狀碳酸酯之分子量,更佳為80以上,又,更佳為150以下。
不飽和環狀碳酸酯之製造方法,並無特別限制,可任意選擇習知之方法進行製造。
不飽和環狀碳酸酯,可單獨使用1種,亦能夠以任意組合及比率併用2種以上。
前述不飽和環狀碳酸酯之含量,並無特別限制,只要不顯著損及本發明之效果則為任意。前述不飽和環狀碳酸酯之含量,於電解液100質量%中,較佳為0.001質量%以上,更佳為0.01質量%以上,進而佳為0.1質量%以上。又,前述含量較佳為5質量%以下,更佳為4質量%以下,進而佳為3質量%以下。若為前述範圍內,則使用電解液之電化學裝置容易展現充分的循環特性提升效果,又,容易避免高溫保存特性降低、氣體產生量變多、放電電容量維持率降低等情況。
作為不飽和環狀碳酸酯,除了如上述之非氟化不飽和環狀碳酸酯以外,亦可合適地使用氟化不飽和環狀碳酸酯。
氟化不飽和環狀碳酸酯係具有不飽和鍵與氟原子之環狀碳酸酯。若氟化不飽和環狀碳酸酯所具有之氟原子之數為1以上,則無特別限制。其中氟原子通常為6以下,較佳為4以下,最佳為1個或2個。
作為氟化不飽和環狀碳酸酯,可列舉氟化碳酸伸乙烯酯衍生物、經具有芳香環或碳-碳雙鍵之取代基取代之氟化碳酸伸乙酯衍生物等。
作為氟化碳酸伸乙烯酯衍生物,可列舉4-氟碳酸伸乙烯酯、4-氟-5-甲基碳酸伸乙烯酯、4-氟-5-苯基碳酸伸乙烯酯、4-烯丙基-5-氟碳酸伸乙烯酯、4-氟-5-乙烯基碳酸伸乙烯酯等。
作為經具有芳香環或碳-碳雙鍵之取代基取代之氟化碳酸伸乙酯衍生物,可列舉4-氟-4-乙烯基碳酸伸乙酯、4-氟-4-烯丙基碳酸伸乙酯、4-氟-5-乙烯基碳酸伸乙酯、4-氟-5-烯丙基碳酸伸乙酯、4,4-二氟-4-乙烯基碳酸伸乙酯、4,4-二氟-4-烯丙基碳酸伸乙酯、4,5-二氟-4-乙烯基碳酸伸乙酯、4,5-二氟-4-烯丙基碳酸伸乙酯、4-氟-4,5-二乙烯基碳酸伸乙酯、4-氟-4,5-二烯丙基碳酸伸乙酯、4,5-二氟-4,5-二乙烯基碳酸伸乙酯、4,5-二氟-4,5-二烯丙基碳酸伸乙酯、4-氟-4-苯基碳酸伸乙酯、4-氟-5-苯基碳酸伸乙酯、4,4-二氟-5-苯基碳酸伸乙酯、4,5-二氟-4-苯基碳酸伸乙酯等。
其中,作為氟化不飽和環狀碳酸酯,4-氟碳酸伸乙烯酯、4-氟-5-甲基碳酸伸乙烯酯、4-氟-5-乙烯基碳酸伸乙烯酯、4-烯丙基-5-氟碳酸伸乙烯酯、4-氟-4-乙烯基碳酸伸乙酯、4-氟-4-烯丙基碳酸伸乙酯、4-氟-5-乙烯基碳酸伸乙酯、4-氟-5-烯丙基碳酸伸乙酯、4,4-二氟-4-乙烯基碳酸伸乙酯、4,4-二氟-4-烯丙基碳酸伸乙酯、4,5-二氟-4-乙烯基碳酸伸乙酯、4,5-二氟-4-烯丙基碳酸伸乙酯、4-氟-4,5-二乙烯基碳酸伸乙酯、4-氟-4,5-二烯丙基碳酸伸乙酯、4,5-二氟-4,5-二乙烯基碳酸伸乙酯、4,5-二氟-4,5-二烯丙基碳酸伸乙酯由於可形成穩定之界面保護被膜,因此可更合適地使用。
氟化不飽和環狀碳酸酯之分子量,並無特別限制,只要不顯著損及本發明之效果則為任意。分子量較佳為50以上,又為500以下。若為該範圍,則容易確保對於電解液之氟化不飽和環狀碳酸酯的溶解性。
氟化不飽和環狀碳酸酯之製造方法,並無特別限制,可任意選擇習知方法進行製造。分子量更佳為100以上,又,更佳為200以下。
氟化不飽和環狀碳酸酯,可單獨使用1種,亦能夠以任意組合及比率併用2種以上。又,氟化不飽和環狀碳酸酯之含量,並無特別限制,只要不顯著損及本發明之效果則為任意。氟化不飽和環狀碳酸酯之含量,通常,於電解液100質量%中,較佳為0.001質量%以上,更佳為0.01質量%以上,進而佳為0.1質量%以上,又,較佳為5質量%以下,更佳為4質量%以下,進而佳為3質量%以下。若為該範圍內,使用電解液之電化學裝置容易展現充分的循環特性提升效果,又,容易避免高溫保存特性降低、氣體產生量變多、放電電容量維持率降低等情況。
本發明之電解液可包含具有三鍵之化合物。若為於分子內具有1個以上之三鍵之化合物,則不特別限定其種類。
作為具有三鍵之化合物之具體例,例如可列舉以下之化合物。
1-戊炔、2-戊炔、1-己炔、2-己炔、3-己炔、1-庚炔、2-庚炔、3-庚炔、1-辛炔、2-辛炔、3-辛炔、4-辛炔、1-壬炔、2-壬炔、3-壬炔、4-壬炔、1-十二炔、2-十二炔、3-十二炔、4-十二炔、5-十二炔、苯基乙炔、1-苯基-1-丙炔、1-苯基-2-丙炔、1-苯基-1-丁炔、4-苯基-1-丁炔、4-苯基-1-丁炔、1-苯基-1-戊炔、5-苯基-1-戊炔、1-苯基-1-己炔、6-苯基-1-己炔、二苯基乙炔、4-乙炔基甲苯、二環己基乙炔等烴化合物;
2-丙炔基甲基碳酸酯、2-丙炔基乙基碳酸酯、2-丙炔基丙基碳酸酯、2-丙炔基丁基碳酸酯、2-丙炔基苯基碳酸酯、2-丙炔基環己基碳酸酯、二-2-丙炔基碳酸酯、1-甲基-2-丙炔基甲基碳酸酯、1,1-二甲基-2-丙炔基甲基碳酸酯、2-丁炔基甲基碳酸酯、3-丁炔基甲基碳酸酯、2-戊炔基甲基碳酸酯、3-戊炔基甲基碳酸酯、4-戊炔基甲基碳酸酯等單碳酸酯;2-丁炔-1,4-二醇二甲基二碳酸酯、2-丁炔-1,4-二醇二乙基二碳酸酯、2-丁炔-1,4-二醇二丙基二碳酸酯、2-丁炔-1,4-二醇二丁基二碳酸酯、2-丁炔-1,4-二醇二苯基二碳酸酯、2-丁炔-1,4-二醇二環己基二碳酸酯等二碳酸酯;
乙酸2-丙炔酯、丙酸2-丙炔酯、丁酸2-丙炔酯、苯甲酸2-丙炔酯、環己基羧酸2-丙炔酯、乙酸1,1-二甲基-2-丙炔酯、丙酸1,1-二甲基-2-丙炔酯、丁酸1,1-二甲基-2-丙炔酯、苯甲酸1,1-二甲基-2-丙炔酯、環己基羧酸1,1-二甲基-2-丙炔酯、乙酸2-丁炔酯、乙酸3-丁炔酯、乙酸2-戊炔酯、乙酸3-戊炔酯、乙酸4-戊炔酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸乙烯酯、丙烯酸2-丙烯酯、丙烯酸2-丁烯酯、丙烯酸3-丁烯酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸乙烯酯、甲基丙烯酸2-丙烯酯、甲基丙烯酸2-丁烯酯、甲基丙烯酸3-丁烯酯、2-丙炔酸甲酯、2-丙炔酸乙酯、2-丙炔酸丙酯、2-丙炔酸乙烯酯、2-丙炔酸2-丙烯酯、2-丙炔酸2-丁烯酯、2-丙炔酸3-丁烯酯、2-丁炔酸甲酯、2-丁炔酸乙酯、2-丁炔酸丙酯、2-丁炔酸乙烯酯、2-丁炔酸2-丙烯酯、2-丁炔酸2-丁烯酯、2-丁炔酸3-丁烯酯、3-丁炔酸甲酯、3-丁炔酸乙酯、3-丁炔酸丙酯、3-丁炔酸乙烯酯、3-丁炔酸2-丙烯酯、3-丁炔酸2-丁烯酯、3-丁炔酸3-丁烯酯、2-戊炔酸甲酯、2-戊炔酸乙酯、2-戊炔酸丙酯、2-戊炔酸乙烯酯、2-戊炔酸2-丙烯酯、2-戊炔酸2-丁烯酯、2-戊炔酸3-丁烯酯、3-戊炔酸甲酯、3-戊炔酸乙酯、3-戊炔酸丙酯、3-戊炔酸乙烯酯、3-戊炔酸2-丙烯酯、3-戊炔酸2-丁烯酯、3-戊炔酸3-丁烯酯、4-戊炔酸甲酯、4-戊炔酸乙酯、4-戊炔酸丙酯、4-戊炔酸乙烯酯、4-戊炔酸2-丙烯酯、4-戊炔酸2-丁烯酯、4-戊炔酸3-丁烯酯等單羧酸酯、富馬酸酯、三甲基乙酸甲酯、三甲基乙酸乙酯;
2-丁炔-1,4-二醇二乙酸酯、2-丁炔-1,4-二醇二丙酸酯、2-丁炔-1,4-二醇二丁酸酯、2-丁炔-1,4-二醇二苯甲酸酯、2-丁炔-1,4-二醇二環己烷羧酸酯、六氫苯并[1,3,2]二氧硫雜環戊烷-2-氧化物(1,2-環己二醇、2,2-二氧化物-1,2-氧硫雜環戊烷-4-基乙酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫雜環戊烷-4-基乙酸酯等二羧酸酯;
草酸甲基2-丙炔酯、草酸乙基2-丙炔酯、草酸丙基2-丙炔酯、草酸2-丙炔基乙烯酯、草酸烯丙基2-丙炔酯、草酸二-2-丙炔酯、草酸2-丁炔基甲酯、草酸2-丁炔基乙酯、草酸2-丁炔基丙酯、草酸2-丁炔基乙烯酯、草酸烯丙基2-丁炔酯、草酸二-2-丁炔酯、草酸3-丁炔基甲酯、草酸3-丁炔基乙酯、草酸3-丁炔基丙酯、草酸3-丁炔基乙烯酯、草酸烯丙基3-丁炔酯、草酸二3-丁炔酯等草酸二酯;
甲基(2-丙炔基)(乙烯基)膦氧化物、二乙烯基(2-丙炔基)膦氧化物、二(2-丙炔基)(乙烯基)膦氧化物、二(2-丙烯基)2(-丙炔基)膦氧化物、二(2-丙炔基)(2-丙烯基)膦氧化物、二(3-丁烯基)(2-丙炔基)膦氧化物、及二(2-丙炔基)(3-丁烯基)膦氧化物等膦氧化物;
甲基(2-丙烯基)次膦酸2-丙炔酯、2-丁烯基(甲基)次膦酸2-丙炔酯、二(2-丙烯基)次膦酸2-丙炔酯、二(3-丁烯基)次膦酸2-丙炔酯、甲基(2-丙烯基)次膦酸1,1-二甲基-2-丙炔酯、2-丁烯基(甲基)次膦酸1,1-二甲基-2-丙炔酯、二(2-丙烯基)次膦酸1,1-二甲基-2-丙炔酯、及二(3-丁烯基)次膦酸1,1-二甲基-2-丙炔酯、甲基(2-丙炔基)次膦酸2-丙烯酯、甲基(2-丙炔基)次膦酸3-丁烯酯、二(2-丙炔基)次膦酸2-丙烯酯、二(2-丙炔基)次膦酸3-丁烯酯、2-丙炔基(2-丙烯基)次膦酸2-丙烯酯、及2-丙炔基(2-丙烯基)次膦酸3-丁烯酯等次膦酸酯;
2-丙烯基膦酸甲基2-丙炔酯、2-丁烯基膦酸甲基(2-丙炔基)酯、2-丙烯基膦酸(2-丙炔基)(2-丙烯基)酯、3-丁烯基膦酸(3-丁烯基)(2-丙炔基)酯、2-丙烯基膦酸(1,1-二甲基-2-丙炔基)(甲基)酯、2-丁烯基膦酸(1,1-二甲基-2-丙炔基)(甲基)酯、2-丙烯基膦酸(1,1-二甲基-2-丙炔基)(2-丙烯基)酯、及3-丁烯基膦酸(3-丁烯基)(1,1-二甲基-2-丙炔基)酯、甲基膦酸(2-丙炔基)(2-丙烯基)酯、甲基膦酸(3-丁烯基)(2-丙炔基)酯、甲基膦酸(1,1-二甲基-2-丙炔基)(2-丙烯基)酯、甲基膦酸(3-丁烯基)(1,1-二甲基-2-丙炔基)酯、乙基膦酸(2-丙炔基)(2-丙烯基)酯、乙基膦酸(3-丁烯基)(2-丙炔基)酯、乙基膦酸(1,1-二甲基-2-丙炔基)(2-丙烯基)酯、及乙基膦酸(3-丁烯基)(1,1-二甲基-2-丙炔基)酯等膦酸酯;
磷酸(甲基)(2-丙烯基)(2-丙炔基)酯、磷酸(乙基)(2-丙烯基)(2-丙炔基)酯、磷酸(2-丁烯基)(甲基)(2-丙炔基)酯、磷酸(2-丁烯基)(乙基)(2-丙炔基)酯、磷酸(1,1-二甲基-2-丙炔基)(甲基)(2-丙烯基)酯、磷酸(1,1-二甲基-2-丙炔基)(乙基)(2-丙烯基)酯、磷酸(2-丁烯基)(1,1-二甲基-2-丙炔基)(甲基)酯、及磷酸(2-丁烯基)(乙基)(1,1-二甲基-2-丙炔基)酯等磷酸酯。
該等中,具有炔氧基之化合物,由於可於電解液中更穩定地形成負極被膜,故較佳。
進而,就保存特性提升之觀點而言,特佳為2-丙炔基甲基碳酸酯,二-2-丙炔基碳酸酯、2-丁炔-1,4-二醇二甲基二碳酸酯、乙酸2-丙炔酯、2-丁炔-1,4-二醇二乙酸酯、草酸甲基2-丙炔酯、草酸二-2-丙炔酯等化合物。
前述具有三鍵之化合物,可單獨使用1種,亦能夠以任意之組合及比率併用2種以上。相對於本發明之電解液整體之具有三鍵之化合物之摻合量並無限制,只要不顯著損及本發明之效果則為任意,相對於本發明之電解液,能夠以通常為0.01質量%以上,較佳為0.05質量%以上,更佳為0.1質量%以上,又,通常為5質量%以下,較佳為3質量%以下,更佳為1質量%以下之濃度含有。滿足前述範圍的情況下,容易進一步提升輸出特性、負載特性、循環特性、高溫保存特性等效果。
本發明之電解液中,為了有效地抑制使用電解液之電化學裝置於過度充電等狀態時之電池的破裂・起火,可使用防過度充電劑。
作為防過度充電劑,可列舉聯苯、鄰聯三苯、間聯三苯、對聯三苯等未取代或經烷基取代之聯三苯衍生物、未取代或經烷基取代之聯三苯衍生物之部分氫化物、環己基苯、第三丁基苯、第三戊基苯、二苯基醚、二苯并呋喃、二苯基環己烷、1,1,3-三甲基-3-苯基茚烷、環戊基苯、環己基苯、異丙苯、1,3-二異丙基苯、1,4-二異丙基苯、第三丁基苯、第三戊基苯、第三己基苯、苯甲醚等芳香族化合物;2-氟聯苯、4-氟聯苯、鄰環己基氟苯、對環己基氟苯、鄰環己基氟苯、對環己基氟苯氟苯、氟甲苯、三氟甲苯等前述芳香族化合物之部分氟化物;2,4-二氟苯甲醚、2,5-二氟苯甲醚、1,6-二氟苯甲醚、2,6-二氟苯甲醚、3,5-二氟苯甲醚等含氟苯甲醚化合物;苯乙酸3-丙酯、苯乙酸2-乙酯、苯乙酸苄酯、苯乙酸甲酯、乙酸苄酯、苯乙酸苯乙酯等芳香族乙酸酯類;碳酸二苯酯、苯碳酸甲酯等芳香族碳酸酯類;甲苯、二甲苯等甲苯衍生物;2-甲基聯苯、3-甲基聯苯、4-甲基聯苯、鄰環己基聯苯等未取代或經烷基取代之聯苯基衍生物等。其中,較佳為聯苯、烷基聯苯、聯三苯、聯三苯之部分氫化體、環己基苯、第三丁基苯、第三戊基苯、二苯基醚、二苯并呋喃等芳香族化合物、二苯基環己烷、1,1,3-三甲基-3-苯基茚烷、苯乙酸3-丙酯、苯乙酸2-乙酯、苯乙酸苄酯、苯乙酸甲酯、乙酸苄酯、碳酸二苯酯、苯碳酸甲酯等。該等可單獨使用1種、亦可併用2種以上。併用2種以上時,就平衡防止過度充電特性與高溫保存特性的觀點而言,特佳為環己基苯與第三丁基苯或第三戊基苯之組合、併用選自由聯苯、烷基聯苯、聯三苯、聯三苯之部分氫化體、環己基苯、第三丁基苯、第三戊基苯等不含氧之芳香族化合物之至少1種、與選自由二苯基醚、二苯并呋喃等含氧芳香族化合物之至少1種。
本發明所使用之電解液中,可使用羧酸酐(但,將化合物(2)除外)。較佳為後述通式(6)所表示之化合物。羧酸酐之製造方法,並無特別限制,可任意選擇習知方法進行製造。
(通式(6)中,R
61、R
62分別獨立地表示可具有取代基之碳數1以上15以下之烴基。)
R
61、R
62只要為一價烴基,則其種類並無特別限制。例如,可為脂肪族烴基,亦可為芳香族烴基,亦可為脂肪族烴基與芳香族烴基鍵結而成者。脂肪族烴基,可為飽和烴基,亦可包含不飽和鍵(碳-碳雙鍵或碳-碳三鍵)。又,脂肪族烴基可為鏈狀,亦可為環狀,於為鏈狀的情況下,可為直鏈狀,亦可為支鏈狀。進而,亦可為鏈狀與環狀鍵結而成者。另外,R
61及R
62可彼此相同,亦可相異。
又,R
61、R
62之烴基具有取代基時,其取代基之種類,只要不違反本發明之主旨則無特別限制,作為例子可列舉氟原子、氯原子、溴原子、碘原子等鹵素原子,較佳為氟原子。或者,作為鹵素原子以外之取代基,可列舉酯基、氰基、羰基、醚基等具有官能基之取代基等,較佳為氰基、羰基。R
61、R
62之烴基可僅具有一個該等取代基,亦可具有兩個以上。具有兩個以上之取代基時,該等取代基可相同,亦可彼此相異。
R
61、R
62之各個烴基之碳數通常為1以上,又通常為15以下,較佳為12以下,更佳為10以下,進而佳為9以下。R
1與R
2互相鍵結形成二價烴基的情況下,其二價之烴基之碳數,通常為1以上,又通常為15以下,較佳為13以下,更佳為10以下,進而佳為8以下。另外,R
61、R
62之烴基具有含有碳原子之取代基的情況下,包含該取代基之R
61、R
62整體之碳數較佳為滿足前述範圍。
接著,對於前述通式(6)所表示之酸酐之具體例進行說明。另外,以下例示中「類似物」係指於不違反本發明之主旨的範圍內,藉由將所例示之酸酐之構造之一部分取代為其他構造而獲得之酸酐,例如可列舉:由複數酸酐所成之二聚物、三聚物及四聚物等、或取代基之碳數相同但具有分支鏈等構造異構者、取代基鍵結於酸酐之部位相異者等。
首先,以下列舉R
61、R
62相同之酸酐之具體例。
作為R
61、R
62為鏈狀烷基之酸酐之具體例,可列舉乙酸酐、丙酸酐、丁酸酐、2-甲基丙酸酐、2,2-二甲基丙酸酐、2-甲基丁酸酐、3-甲基丁酸酐、2,2-二甲基丁酸酐、2,3-二甲基丁酸酐、3,3-二甲基丁酸酐、2,2,3-三甲基丁酸酐、2,3,3-三甲基丁酸酐、2,2,3,3-四甲基丁酸酐、2-乙基丁酸酐等、及該等之類似物等。
作為R
61、R
62為環狀烷基之酸酐之具體例,可列舉環丙烷羧酸酐、環戊烷羧酸酐、環己烷羧酸酐等、及該等之類似物等。
作為R
61、R
62為烯基之酸酐之具體例,可列舉丙烯酸酐、2-甲基丙烯酸酐、3-甲基丙烯酸酐、2,3-二甲基丙烯酸酐、3,3-二甲基丙烯酸酐、2,3,3-三甲基丙烯酸酐、2-苯基丙烯酸酐、3-苯基丙烯酸酐、2,3-二苯基丙烯酸酐、3,3-二苯基丙烯酸酐、3-丁烯酸酐、2-甲基-3-丁烯酸酐、2,2-二甲基-3-丁烯酸酐、3-甲基-3-丁烯酸酐、2-甲基-3-甲基-3-丁烯酸酐、2,2-二甲基-3-甲基-3-丁烯酸酐、3-戊烯酸酐、4-戊烯酸酐、2-環戊烯羧酸酐、3-環戊烯羧酸酐、4-環戊烯羧酸酐等、及該等之類似物等。
作為R
61、R
62為炔基之酸酐之具體例,可列舉丙炔酸酐、3-苯基丙炔酸酐、2-丁炔酸酐、2-戊炔酸酐、3-丁炔酸酐、3-戊炔酸酐、4-戊炔酸酐等、及該等之類似物等。
作為R
61、R
62為芳基之酸酐之具體例,可列舉苯甲酸酐、4-甲基苯甲酸酐、4-乙基苯甲酸酐、4-第三丁基苯甲酸酐、2-甲基苯甲酸酐、2,4,6-三甲基苯甲酸酐、1-萘羧酸酐、2-萘羧酸酐等、及該等之類似物等。
又,作為R
61、R
62為經鹵素原子取代之酸酐之例,以下主要列舉經氟原子取代之酸酐之例,但將該等氟原子之一部分或全部取代成氯原子、溴原子、碘原子而獲得之酸酐亦包含於例示化合物中。
作為R
61、R
62為經鹵素原子取代之鏈狀烷基之酸酐之例,可列舉氟乙酸酐、二氟乙酸酐、三氟乙酸酐、2-氟丙酸酐、2,2-二氟丙酸酐、2,3-二氟丙酸酐、2,2,3-三氟丙酸酐、2,3,3-三氟丙酸酐、2,2,3,3-四丙酸酐、2,3,3,3-四丙酸酐、3-氟丙酸酐、3,3-二氟丙酸酐、3,3,3-三氟丙酸酐、全氟丙酸酐等、及該等之類似物等。
作為R
61、R
62為經鹵素原子取代之環狀烷基之酸酐之例,可列舉2-氟環戊烷羧酸酐、3-氟環戊烷羧酸酐、4-氟環戊烷羧酸酐等、及該等之類似物等。
作為R
61、R
62為經鹵素原子取代之烯基之酸酐之例,可列舉2-氟丙烯酸酐、3-氟丙烯酸酐、2,3-二氟丙烯酸酐、3,3-二氟丙烯酸酐、2,3,3-三氟丙烯酸酐、2-(三氟甲基)丙烯酸酐、3-(三氟甲基)丙烯酸酐、2,3-雙(三氟甲基)丙烯酸酐、2,3,3-參(三氟甲基)丙烯酸酐、2-(4-氟苯基)丙烯酸酐、3-(4-氟苯基)丙烯酸酐、2,3-雙(4-氟苯基)丙烯酸酐、3,3-雙(4-氟苯基)丙烯酸酐、2-氟-3-丁烯酸酐、2,2-二氟-3-丁烯酸酐、3-氟-2-丁烯酸酐、4-氟-3-丁烯酸酐、3,4-二氟-3-丁烯酸酐、3,3,4-三氟-3-丁烯酸酐等、及該等之類似物等。
作為R
61、R
62為經鹵素原子取代之炔基之酸酐之例,可列舉3-氟-2-丙炔酸酐、3-(4-氟苯基)-2-丙炔酸酐、3-(2,3,4,5,6-五氟苯基)-2-丙炔酸酐、4-氟-2-丁炔酸酐、4,4-二氟-2-丁炔酸酐、4,4,4-三氟-2-丁炔酸酐等、及該等之類似物等。
作為R
61、R
62為經鹵素原子取代之芳基之酸酐之例,可列舉4-氟苯甲酸酐、2,3,4,5,6-五氟苯甲酸酐、4-三氟甲基苯甲酸酐等、及該等之類似物等。
作為R
61、R
62具有具酯、腈、酮、醚等官能基之取代基之酸酐之例,可列舉甲氧基甲酸酐、乙氧基甲酸酐、甲基草酸酐、乙基草酸酐、2-氰基乙酸酐、2-側氧基丙酸酐、3-側氧基丁酸酐、4-乙醯基苯甲酸酐、甲氧基乙酸酐、4-甲氧基苯甲酸酐等、及該等之類似物等。
接著,以下列舉R
61、R
62彼此相異之酸酐之具體例。
作為R
61、R
62,考慮以上列舉之例、及該等之類似物之全部組合,以下列舉代表例。
作為鏈狀烷基彼此之組合之例,可列舉乙酸丙酸酐、乙酸丁酸酐、丁酸丙酸酐、乙酸2-甲基丙酸酐等。
作為鏈狀烷基與環狀烷基之組合之例,可列舉乙酸環戊酸酐、乙酸環己酸酐、環戊酸丙酸酐等。
作為鏈狀烷基與烯基之組合之例,可列舉乙酸丙烯酸酐、乙酸3-甲基丙烯酸酐、乙酸3-丁烯酸酐、丙烯酸丙酸酐等。
作為鏈狀烷基與炔基之組合之例,可列舉乙酸丙炔酸酐、乙酸2-丁炔酸酐、乙酸3-丁炔酸酐、乙酸3-苯基丙炔酸酐、丙酸丙炔酸酐等。
作為鏈狀烷基與芳基之組合之例,可列舉乙酸苯甲酸酐、乙酸4-甲基苯甲酸酐、乙酸1-萘羧酸酐、苯甲酸丙酸酐等。
作為鏈狀烷基與具有官能基之烴基之組合之例,可列舉乙酸氟乙酸酐、乙酸三氟乙酸酐、乙酸4-氟苯甲酸酐、氟乙酸丙酸酐、乙酸烷基草酸酐、乙酸2-氰基乙酸酐、乙酸2-側氧基丙酸酐、乙酸甲氧基乙酸酐、甲氧基乙酸丙酸酐等。
作為環狀烷基彼此之組合之例,可列舉環戊酸環己酸酐等。
作為環狀烷基與烯基之組合之例,可列舉丙烯酸環戊酸酐、3-甲基丙烯酸環戊酸酐、3-丁烯酸環戊酸酐、丙烯酸環己酸酐等。
作為環狀烷基與炔基之組合之例,可列舉丙炔酸環戊酸酐、2-丁炔酸環戊酸酐、丙炔酸環己酸酐等。
作為環狀烷基與芳基之組合之例,可列舉苯甲酸環戊酸酐、4-甲基苯甲酸環戊酸酐、苯甲酸環己酸酐等。
作為環狀烷基與具有官能基之烴基之組合之例,可列舉氟乙酸環戊酸酐、環戊酸三氟乙酸酐、環戊酸2-氰基乙酸酐、環戊酸甲氧基乙酸酐、環己酸氟乙酸酐等。
作為烯基彼此之組合之例,可列舉丙烯酸2-甲基丙烯酸酐、丙烯酸3-甲基丙烯酸酐、丙烯酸3-丁烯酸酐、2-甲基丙烯酸3-甲基丙烯酸酐等。
作為烯基與炔基之組合之例,可列舉丙烯酸丙炔酸酐、丙烯酸2-丁炔酸酐、2-甲基丙烯酸丙炔酸酐等。
作為烯基與芳基之組合之例,可列舉丙烯酸苯甲酸酐、丙烯酸4-甲基苯甲酸酐、2-甲基丙烯酸苯甲酸酐等。
作為烯基與具有官能基之烴基之組合之例,可列舉丙烯酸氟乙酸酐、丙烯酸三氟乙酸酐、丙烯酸2-氰基乙酸酐、丙烯酸甲氧基乙酸酐、2-甲基丙烯酸氟乙酸酐等。
作為炔基彼此之組合之例,可列舉丙炔酸2-丁炔酸酐、丙炔酸3-丁炔酸酐、2-丁炔酸3-丁炔酸酐等。
作為炔基與芳基之組合之例,可列舉苯甲酸丙炔酸酐、4-甲基苯甲酸丙炔酸酐、苯甲酸2-丁炔酸酐等。
作為炔基與具有官能基之烴基之組合之例,可列舉丙炔酸氟乙酸酐、丙炔酸三氟乙酸酐、丙炔酸2-氰基乙酸酐、丙炔酸甲氧基乙酸酐、2-丁炔酸氟乙酸酐等。
作為芳基彼此之組合之例,可列舉苯甲酸4-甲基苯甲酸酐、苯甲酸1-萘羧酸酐、4-甲基苯甲酸1-萘羧酸酐等。
作為芳基與具有官能基之烴基之組合之例,可列舉苯甲酸氟乙酸酐、苯甲酸三氟乙酸酐、苯甲酸2-氰基乙酸酐、苯甲酸甲氧基乙酸酐、4-甲基苯甲酸氟乙酸酐等。
作為具有官能基之烴基彼此之組合之例,可列舉氟乙酸三氟乙酸酐、氟乙酸2-氰基乙酸酐、氟乙酸甲氧基乙酸酐、三氟乙酸2-氰基乙酸酐等。
前述形成鏈狀構造之酸酐中,較佳為乙酸酐、丙酸酐、2-甲基丙酸酐、環戊烷羧酸酐、環己烷羧酸酐等、丙烯酸酐、2-甲基丙烯酸酐、3-甲基丙烯酸酐、2,3-二甲基丙烯酸酐、3,3-二甲基丙烯酸酐、3-丁烯酸酐、2-甲基-3-丁烯酸酐、丙炔酸酐、2-丁炔酸酐、苯甲酸酐、2-甲基苯甲酸酐、4-甲基苯甲酸酐、4-第三丁基苯甲酸酐、三氟乙酸酐、3,3,3-三氟丙酸酐、2-(三氟甲基)丙烯酸酐、2-(4-氟苯基)丙烯酸酐、4-氟苯甲酸酐、2,3,4,5,6-五氟苯甲酸酐、甲氧基甲酸酐、乙氧基甲酸酐,更佳為丙烯酸酐、2-甲基丙烯酸酐、3-甲基丙烯酸酐、苯甲酸酐、2-甲基苯甲酸酐、4-甲基苯甲酸酐、4-第三丁基苯甲酸酐、4-氟苯甲酸酐、2,3,4,5,6-五氟苯甲酸酐、甲氧基甲酸酐、乙氧基甲酸酐等。
該等化合物,就藉由適當地與乙二酸鋰鹽形成鍵結而形成耐久性優異之被膜,而尤其容易提升耐久試驗後之充放電速率特性、輸入輸出特性、阻抗特性的觀點而言較佳。
另外,前述羧酸酐之分子量並無限制,只要不顯著損及本發明之效果則為任意,通常為90以上,較佳為95以上,另一方面,通常為300以下,較佳為200以下。若羧酸酐之分子量為前述範圍內,則可抑制電解液之黏度上升,且被膜密度適當化因此容易使耐久性適當地提升。
又,前述羧酸酐之製造方法並無特別限制,可任意選擇習知方法進行製造。以上說明之羧酸酐,於本發明之非水系電解液中,可單獨含有任1種,亦能夠以任意之組合及比率一併具有2種以上。
又,相對於本發明之電解液之前述羧酸酐之含量並無特別限制,只要不顯著損及本發明之效果則為任意,期望為以相對於本發明之電解液,通常為0.01質量%以上,較佳為0.1質量%以上,又通常為5質量%以下,較佳為3質量%以下濃度來含有。若羧酸酐之含量為前述範圍內,則容易展現循環特性提升效果,又反應性佳因此容易提升電池特性。
本發明之電解液中,可使用習知之其他助劑。作為其他助劑,可列舉戊烷、庚烷、辛烷、壬烷、癸烷、環庚烷、苯、呋喃、萘、2-苯基雙環己基、環己烷、2,4,8,10-四氧雜螺[5.5]十一烷、3,9-二乙烯基-2,4,8,10-四氧雜螺[5.5]十一烷等烴化合物;
氟苯、二氟苯、六氟苯、三氟甲苯、單氟苯、1-氟-2-環己基苯、1-氟-4-第三丁基苯、1-氟-3-環己基苯、1-氟-2-環己基苯、氟化聯苯等含氟芳香族化合物;
四氫呋喃二醇碳酸酯(erythritan carbonate)、螺-雙-二亞甲基碳酸酯、甲氧基乙基-甲基碳酸酯等碳酸酯化合物;
二氧雜環戊烷、二噁烷、2,5,8,11-四氧雜十二烷、2,5,8,11,14-五氧雜十五烷、乙氧基甲氧基乙烷、三甲氧基甲烷、乙二醇二甲醚、乙基單乙二醇二甲醚等醚系化合物;
二甲基酮、二乙基酮、3-戊酮等酮系化合物;
2-烯丙基琥珀酸酐等酸酐;
草酸二甲酯、草酸二乙酯、草酸乙基甲酯、草酸二(2-丙炔基)酯、草酸甲基2-丙炔酯、琥珀酸二甲酯、戊二酸二(2-丙炔基)酯、甲酸甲酯、甲酸乙酯、甲酸2-丙炔酯、2-丁炔-1,4-二基二甲酸酯、甲基丙烯酸2-丙炔酯、丙二酸二甲酯等酯化合物;
乙醯胺、N-甲基甲醯胺、N,N-二甲基甲醯胺、N,N-二甲基乙醯胺等醯胺系化合物;
硫酸伸乙酯、硫酸伸乙烯酯、亞硫酸伸乙酯、氟磺酸甲酯、氟磺酸乙酯、甲烷磺酸甲酯、甲烷磺酸乙酯、白消安(busulfan)、環丁烯碸、二苯基碸、N,N-二甲基甲烷磺醯胺、N,N-二乙基甲烷磺醯胺、乙烯基磺酸甲酯、乙烯基磺酸乙酯、乙烯基磺酸烯丙酯、乙烯基磺酸炔丙酯、烯丙基磺酸甲酯、烯丙基磺酸乙酯、烯丙基磺酸烯丙酯、烯丙基磺酸炔丙酯、1,2-雙(乙烯基磺醯氧基)乙烷、丙烷二磺酸酐、磺基丁酸酐、磺基苯甲酸酐、磺基丙酸酐、乙烷二磺酸酐、亞甲基甲烷二磺酸酯、甲烷磺酸2-丙炔酯、戊烯亞硫酸酯、五氟苯基甲烷磺酸酯、硫酸伸丙酯、亞硫酸伸丙酯、丙烷磺內酯、亞硫酸伸丁酯、丁烷-2,3-二基二甲烷磺酸酯、2-丁炔-1,4-二基二甲烷磺酸酯、乙烯基磺酸2-丙炔酯、雙(2-乙烯基磺醯基乙基)醚、5-乙烯基-六氫-1,3,2-苯并二噁硫醇-2-氧化物、2-(甲烷磺醯基氧基)丙酸2-丙炔酯、5,5-二甲基-1,2-氧硫雜環戊烷-4-酮2,2-二氧化物、3-磺基-丙酸酐三亞甲基甲烷二磺酸酯2-甲基四氫呋喃、三亞甲基甲烷二磺酸酯、四亞甲基亞碸、二亞甲基甲烷二磺酸酯、二氟乙基甲基碸、二乙烯基碸、1,2-雙(乙烯基磺醯基)乙烷、伸乙基雙磺酸甲酯、伸乙基雙磺酸乙酯、伸乙基硫酸酯、噻吩1-氧化物等含硫化合物;
1-甲基-2-吡咯啶酮、1-甲基-2-哌啶酮、3-甲基-2-噁唑烷酮、1,3-二甲基-2-咪唑啶酮及N-甲基琥珀醯亞胺、硝基甲烷、硝基乙烷、伸乙二胺等含氮化合物;
亞磷酸三甲酯、亞磷酸三乙酯、亞磷酸三苯酯、磷酸三甲酯、磷酸三乙酯、磷酸三苯酯、甲基膦酸二甲酯、乙基膦酸二乙酯、乙烯基膦酸二甲酯、乙烯基膦酸二乙酯、二乙基膦醯基乙酸乙酯、二甲基次膦酸甲酯、二乙基次膦酸乙酯、三甲基膦氧化物、三乙基膦氧化物、磷酸雙(2,2-二氟乙基)2,2,2-三氟乙酯、磷酸雙(2,2,3,3-四氟丙基)2,2,2-三氟乙酯、磷酸雙(2,2,2-三氟乙基)甲酯、磷酸雙(2,2,2-三氟乙基)乙酯、磷酸雙(2,2,2-三氟乙基)2,2-二氟乙酯、磷酸雙(2,2,2-三氟乙基)2,2,3,3-四氟丙酯、磷酸三丁酯、磷酸參(2,2,2-三氟乙基)酯、磷酸參(1,1,1,3,3,3-六氟丙烷-2-基)酯、磷酸三辛酯、磷酸2-苯基苯基二甲酯、磷酸2-苯基苯基二乙酯、磷酸(2,2,2-三氟乙基)(2,2,3,3-四氟丙基)甲酯、甲基2-(二甲氧基磷醯基)乙酸酯、甲基2-(二甲基磷醯基)乙酸酯、甲基2-(二乙氧基磷醯基)乙酸酯、甲基2-(二乙基磷醯基)乙酸酯、亞甲基雙膦酸甲酯、亞甲基雙膦酸乙酯、伸乙基雙膦酸甲酯、伸乙基雙膦酸乙酯、伸丁基雙膦酸甲酯、伸丁基雙膦酸乙酯、乙酸2-丙炔基2-(二甲氧基磷醯基)酯、乙酸2-丙炔基2-(二甲基磷醯基)酯、乙酸2-丙炔基2-(二乙氧基磷醯基)酯、乙酸2-丙炔基2-(二乙基磷醯基)酯、磷酸參(三甲基矽基)酯、磷酸參(三乙基矽基)酯、磷酸參(三甲氧基矽基)酯、亞磷酸參(三甲基矽基)酯、亞磷酸參(三乙基矽基)酯、亞磷酸參(三甲氧基矽基)酯、聚磷酸三甲基矽酯等含磷化合物;
硼酸參(三甲基矽基)酯、硼酸參(三甲氧基矽基)酯等含硼化合物;
二甲氧基鋁氧基三甲氧基矽烷、二乙氧基鋁氧基三乙氧基矽烷、二丙氧基鋁氧基三乙氧基矽烷、二丁氧基鋁氧基三甲氧基矽烷、二丁氧基鋁氧基三乙氧基矽烷、鈦肆(三甲基矽氧化物(trimethyl siloxide))、鈦肆(三乙基矽氧化物)、四甲基矽烷等矽烷化合物;
等。該等可單獨使用1種、亦可併用2種以上。藉由添加該等助劑,容易提升高溫保存後之電容量維持特性、循環特性。
作為前述其他助劑,其中較佳為含磷化合物,較佳為磷酸參(三甲基矽基)酯、亞磷酸(參三甲基矽基)酯。
其他助劑之摻合量,並無特別限制,只要不顯著損及本發明之效果則為任意。其他助劑,於電解液100質量%中,較佳為0.01質量%以上,又,為5質量%以下。若為該範圍,則容易充分展現其他助劑之效果,亦容易避免降低高負載放電特性等電池特性等情況。其他助劑之摻合量更佳為0.1質量%以上,進而佳為0.2質量%以上,又,更佳為3質量%以下,進而佳為1質量%以下。
本發明之電解液,於不損及本發明之效果的範圍內,可進而含有環狀及鏈狀羧酸酯、醚化合物、含氮化合物、含硼化合物、含有機矽之化合物、不燃(阻燃)化劑、界面活性劑、高介電化添加劑、循環特性及速率特性改良劑、碸系化合物等作為添加劑。
作為前述環狀羧酸酯,可列舉其構造式中總碳原子數為3~12者。具體而言,可列舉γ-丁內酯、γ-戊內酯、γ-己內酯、ε-己內酯、3-甲基-γ-丁內酯等。其中,就起因於鋰離子解離度提升之電化學裝置之特性提升的觀點而言,特佳為γ-丁內酯。
作為添加劑之環狀羧酸酯之摻合量,通常為於溶劑100質量%中,較佳為0.1質量%以上,更佳為1質量%以上。若為該範圍,則容易改善電解液之導電率,提升電化學裝置之大電流放電特性。又,環狀羧酸酯之摻合量,較佳為10質量%以下,更佳為5質量%以下。藉由如上述般設定上限,而將電解液之黏度設為適當範圍,避免導電率降低,抑制負極電阻之增加,可容易地將電化學裝置之大電流放電特性設為良好範圍。
又,作為前述環狀羧酸酯,可合適地使用氟化環狀羧酸酯(含氟內酯)。作為含氟內酯,例如可列舉後述式(C)所表示之含氟內酯。
(式中,X
15~X
20相同或相異地皆為-H、-F、 -Cl、-CH
3或氟化烷基;但,X
15~X
20之至少1個表示氟化烷基。)
作為X
15~X
20中之氟化烷基,例如可列舉 -CFH
2、-CF
2H、-CF
3、-CH
2CF
3、-CF
2CF
3、-CH
2CF
2CF
3、-CF(CF
3)
2等,就耐氧化性高,具有安全性提升效果的觀點而言,較佳為-CH
2CF
3、-CH
2CF
2CF
3。
若X
15~X
20之至少1個為氟化烷基,則-H、-F、-Cl、-CH
3或氟化烷基,可僅於X
15~X
20之1處進行取代,亦可於多處進行取代。就電解質鹽之溶解性良好的觀點而言,較佳為1~3處,進而佳為1~2處。
氟化烷基之取代位置無特別限定,就合成產率良好的觀點而言,X
17及/或X
18、特別是X
17或X
18為氟化烷基,其中較佳為-CH
2CF
3、-CH
2CF
2CF
3。氟化烷基以外之X
15~X
20為-H、-F、-Cl或CH
3,就電解質鹽之溶解性良好的觀點而言,特佳為-H。
作為含氟內酯,除了前述式所表示者以外,例如亦可列舉後述式(D)所表示之含氟內酯等。
(式中,A及B之任一者為CX
226X
227(X
226及X
227相同或相異地皆為-H、-F、-Cl、-CF
3、-CH
3、或氫原子可經鹵素原子取代且可於鏈中包含雜原子之伸烷基),另一者為氧原子;Rf
12為可具有醚鍵之氟化烷基或氟化烷氧基;X
221及X
222相同或相異地皆為-H、-F、-Cl、-CF
3或CH
3;X
223~X
225相同或相異地皆為-H、-F、-Cl、或氫原子可經鹵素原子取代且可於鏈中包含雜原子之烷基;n=0或1。)
作為式(D)所表示之含氟內酯,就合成容易的觀點、化學穩定性的良好觀點而言,較佳為列舉後述式(E)所表示之5員環構造,
(式中,A、B、Rf
12、X
221、X
222及X
223係與式(D)相同。)
進而,藉由A與B之組合,而存在後述式(F)所表示之含氟內酯與後述式(G)所表示之含氟內酯。
(式中,Rf
12、X
221、X
222、X
223、X
226及X
227係與式(D)相同。)
(式中,Rf
12、X
221、X
222、X
223、X
226及X
227係與式(D)相同。)
該等中,就特別可發揮高介電係數、高耐電壓等優異特性的觀點,此外就電解質鹽之溶解性、內部電阻之降低為優良的觀點,且就提升作為本發明中的電解液之特性的觀點而言,可列舉:
等。
藉由含有氟化環狀羧酸酯,而容易獲得離子傳導度提升、安全性提升、高溫時之穩定性提升等效果。
作為前述鏈狀羧酸酯,可列舉其構造式中總碳數為3~7者。具體而言,可列舉乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸正丙酯、乙酸異丙酯、乙酸正丁酯、乙酸異丁酯、乙酸第三丁酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸正丙酯、丙酸異丁酯、丙酸正丁酯、丁酸甲酯、丙酸異丁酯、丙酸第三丁酯、丁酸甲酯、丁酸乙酯、丁酸正丙酯、丁酸異丙酯、異丁酸甲酯、異丁酸乙酯、異丁酸正丙酯、異丁酸異丙酯等。
其中,乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸正丙酯、乙酸正丁酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸正丙酯、丙酸異丙酯、丁酸甲酯、丁酸乙酯等,就黏度降低而導致離子傳導度提升的觀點而言為較佳。
作為前述醚化合物,較佳為碳數2~10之鏈狀醚及碳數3~6之環狀醚。
作為碳數2~10之鏈狀醚,可列舉二甲基醚、二乙基醚、二正丁基醚、二甲氧基甲烷、甲氧基乙氧基甲烷、二乙氧基甲烷、二甲氧基乙烷、甲氧基乙氧基乙烷、二乙氧基乙烷、乙二醇二正丙基醚、乙二醇二正丁基醚、二乙二醇、二乙二醇二甲基醚、五乙二醇、三乙二醇二甲基醚、三乙二醇、四乙二醇、四乙二醇二甲基醚、二異丙基醚等。
又,作為前述醚化合物,亦可合適地使用氟化醚。
作為前述氟化醚,可列舉後述通式(I)所表示之氟化醚(I)。
Rf
3-O-Rf
4(I)
(式中,Rf
3及Rf
4相同或相異地為碳數1~10之烷基或碳數1~10之氟化烷基。但,Rf
3及Rf
4之至少一者為氟化烷基。)
藉由含有氟化醚(I),在容易提升電解液之阻燃性的同時,亦容易提升高溫高壓下之穩定性、安全性。
前述通式(I)中,只要Rf
3及Rf
4之至少一者為碳數1~10之氟化烷基即可,就進一步提升電解液之阻燃性及高溫高壓下之穩定性、安全性的觀點而言,較佳為Rf
3及Rf
4同時為碳數1~10之氟化烷基。此時,Rf
3及Rf
4可相同,亦可彼此相異。
其中,就容易優化氟化醚之沸點,又就電解質鹽之溶解性、與其他溶劑之相溶性等優異的觀點而言,更佳為Rf
3及Rf
4相同或相異地,Rf
3為碳數3~6之氟化烷基,且Rf
4為碳數2~6之氟化烷基。
若Rf
3及Rf
4之合計碳數過少,則氟化醚之沸點變得過低,又若Rf
3或Rf
4之碳數過多,則電解質鹽之溶解性降低,與其他溶劑之相溶性亦開始產生不良影響,又由於黏度上升故速率特性降低。於Rf
3之碳數為3或4,Rf
4之碳數為2或3時,就沸點及速率特性優異的觀點而言為有利。
前述氟化醚(I),氟含有率較佳為40~75質量%。具有該範圍之氟含有率時,不燃性與相溶性之平衡變得特別優異。又,就耐氧化性、安全性良好的觀點而言亦較佳。
前述氟含有率之下限更佳為45質量%,進而佳為50質量%,特佳為55質量%。上限更佳為70質量%,進而佳為66質量%。
另外,氟化醚(I)之氟含有率係基於氟化醚(I)之構造式,藉由{(氟原子之個數×19)/氟化醚(I)之分子量}×100(質量%)而算出之值。
作為Rf
3,例如可列舉CF
3CF
2CH
2-、
CF
3CFHCF
2-、HCF
2CF
2CF
2-、HCF
2CF
2CH
2-、
CF
3CF
2CH
2CH
2-、CF
3CFHCF
2CH
2-、HCF
2CF
2CF
2CF
2-、
HCF
2CF
2CF
2CH
2-、HCF
2CF
2CH
2CH
2-、HCF
2CF(CF
3)CH
2-等。又,作為Rf
4,例如可列舉-CH
2CF
2CF
3、-CF
2CFHCF
3、-CF
2CF
2CF
2H、-CH
2CF
2CF
2H、-CH
2CH
2CF
2CF
3、
-CH
2CF
2CFHCF
3、-CF
2CF
2CF
2CF
2H、-CH
2CF
2CF
2CF
2H、
-CH
2CH
2CF
2CF
2H、-CH
2CF(CF
3)CF
2H、-CF
2CF
2H、
-CH
2CF
2H、-CF
2CH
3等。
作為前述氟化醚(I)之具體例,例如可列舉HCF
2CF
2CH
2OCF
2CF
2H、CF
3CF
2CH
2OCF
2CF
2H、
HCF
2CF
2CH
2OCF
2CFHCF
3、CF
3CF
2CH
2OCF
2CFHCF
3、
C
6F
13OCH
3、C
6F
13OC
2H
5、C
8F
17OCH
3、C
8F
17OC
2H
5、
CF
3CFHCF
2CH(CH
3)OCF
2CFHCF
3、HCF
2CF
2OCH(C
2H
5)
2、HCF
2CF
2OC
4H
9、HCF
2CF
2OCH
2CH(C
2H
5)
2、
HCF
2CF
2OCH
2CH(CH
3)
2等。
其中,單末端或兩末端包含HCF
2-或CF
3CFH-者可賦予極化優異且沸點高之氟化醚(I)。氟化醚(I)之沸點較佳為67~120℃。更佳為80℃以上,進而佳為90℃以上。
作為這種氟化醚(I),例如可列舉CF
3CH
2OCF
2CFHCF
3、CF
3CF
2CH
2OCF
2CFHCF
3、
HCF
2CF
2CH
2OCF
2CFHCF
3、HCF
2CF
2CH
2OCH
2CF
2CF
2H、
CF
3CFHCF
2CH
2OCF
2CFHCF
3、HCF
2CF
2CH
2OCF
2CF
2H、
CF
3CF
2CH
2OCF
2CF
2H等1種或2種以上。
其中,就高沸點、與其他溶劑之相溶性或電解質鹽之溶解性良好的觀點而有利的方面而言,較佳為選自由HCF
2CF
2CH
2OCF
2CFHCF
3(沸點106℃)、
CF
3CF
2CH
2OCF
2CFHCF
3(沸點82℃)、
HCF
2CF
2CH
2OCF
2CF
2H(沸點92℃)及
CF
3CF
2CH
2OCF
2CF
2H(沸點68℃)所成群組中之至少1種,更佳為選自由HCF
2CF
2CH
2OCF
2CFHCF
3(沸點106℃)及HCF
2CF
2CH
2OCF
2CF
2H(沸點92℃)所成群組中之至少1種。
作為碳數3~6之環狀醚,可列舉1,2-二噁烷、1,3-二噁烷、2-甲基-1,3-二噁烷、4-甲基-1,3-二噁烷、1,4-二噁烷、三聚甲醛(metaformaldehyde)、2-甲基-1,3-二氧雜環戊烷、1,3-二氧雜環戊烷、4-甲基-1,3-二氧雜環戊烷、2-(三氟乙基)二氧雜環戊烷、2,2,-雙(三氟甲基)-1,3-二氧雜環戊烷等、及該等之氟化化合物。其中,就對鋰離子之溶劑合能力高,提升離子解離度的觀點而言較佳為二甲氧基甲烷、二乙氧基甲烷、乙氧基甲氧基甲烷、乙二醇正丙基醚、乙二醇二正丁基醚、二乙二醇二甲基醚、冠醚,由於黏性低且賦予高離子傳導度,故特佳為二甲氧基甲烷、二乙氧基甲烷、乙氧基甲氧基甲烷。
作為前述含氮化合物,可列舉腈、含氟腈、羧酸醯胺、含氟羧酸醯胺、磺酸醯胺及含氟磺酸醯胺、乙醯胺、甲醯胺等。又,亦可使用1-甲基-2-吡咯啶酮、1-甲基-2-哌啶酮、3-甲基-2-噁唑烷酮、1,3-二甲基-2-咪唑啶酮及N-甲基琥珀醯亞胺等。但,前述通式(1a)、(1b)及(1c)所表示之腈化合物不包含於前述含氮化合物中。
作為前述含硼化合物,例如可列舉三甲基硼酸酯、三乙基硼酸酯等硼酸酯、硼酸醚、硼酸烷基酯等。
作為前述含有機矽化合物,例如可列舉(CH
3)
4-Si、(CH
3)
3-Si-Si(CH
3)
3、矽油等。
作為前述不燃(阻燃)化劑,可列舉磷酸酯或磷腈系化合物。作為前述磷酸酯,例如可列舉含氟磷酸烷基酯、非氟系磷酸烷基酯、磷酸芳基酯等。其中,就能夠以少量發揮不燃效果的觀點而言,較佳為含氟磷酸烷基酯。
前述磷腈系化合物例如可列舉甲氧基五氟環三磷腈、苯氧基五氟環三磷腈、二甲基胺基五氟環三磷腈、二乙基胺基五氟環三磷腈、乙氧基五氟環三磷腈、乙氧基七氟環四磷腈等。
作為前述含氟磷酸烷基酯,具體而言,可列舉日本特開平11-233141號公報所記載的含氟磷酸二烷基酯、日本特開平11-283669號公報所記載的環狀之磷酸烷基酯、含氟磷酸三烷基酯等。
作為前述不燃(阻燃)化劑,較佳為(CH
3O)
3P=O、(CF
3CH
2O)
3P=O、(HCF
2CH
2O)
3P=O、
(CF
3CF
2CH
2)
3P=O、(HCF
2CF
2CH
2)
3P=O等。
作為前述界面活性劑,可為陽離子性界面活性劑、陰離子性界面活性劑、非離子性界面活性劑、兩性界面活性劑之任一者,但就循環特性、速率特性良好的觀點而言,較佳為包含氟原子者。
作為這種包含氟原子之界面活性劑,例如較佳為後述式(30)所表示之含氟羧酸鹽、或後述式(40)所表示之含氟磺酸鹽等。
Rf
5COO
-M
+(30)
(式中,Rf
5為碳數3~10之可包含醚鍵之含氟烷基;M
+為Li
+、Na
+、K
+或NHR’
3 +(R’相同或相異地皆為H或碳數為1~3之烷基))
Rf
6SO
3 -M
+(40)
(式中,Rf
6為碳數3~10之可包含醚鍵之含氟烷基;M
+為Li
+、Na
+、K
+或NHR’
3 +(R’相同或相異地皆為H或碳數為1~3之烷基))
就不使充放電循環特性降低而容易使電解液之表面張力降低的觀點而言,前述界面活性劑之含量,於電解液中較佳為0.01~2質量%。
作為前述高介電化添加劑,例如可列舉環丁碸、甲基環丁碸、γ-丁內酯、γ-戊內酯等。
作為前述循環特性及速率特性改良劑,例如可列舉乙酸甲酯、乙酸乙酯、四氫呋喃、1,4-二噁烷等。
又,本發明之電解液可進而與高分子材料組合而成為凝膠狀(經塑化)之凝膠電解液。
作為該高分子材料,可列舉以往習知之聚環氧乙烷或聚環氧丙烷、該等之改質體(日本特開平8-222270號公報、日本特開2002-100405號公報);聚丙烯酸酯系聚合物、聚丙烯腈或聚偏二氟乙烯、偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物等氟樹脂(日本特表平4-506726號公報、日本特表平8-507407號公報、日本特開平10-294131號公報);該等氟樹脂與烴系樹脂之複合體(日本特開平11-35765號公報、日本特開平11-86630號公報)等。尤其,期望為使用聚偏二氟乙烯、偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物作為凝膠電解質用高分子材料使用。
此外,本發明之電解液,亦可包含日本特願2004-301934號說明書所記載之離子傳導性化合物。
該離子傳導性化合物為式(101)所表示之於側鏈具有含氟基之非晶性含氟聚醚化合物。
A-(D)-B
(101)
[式中,D為式(201):
-(D1)
n-(FAE)
m-(AE)
p-(Y)
q-
(201)
(式中,D1為式(2a):
(式中,Rf為可具有交聯性官能基之含氟醚基;R
10表示Rf與主鏈鍵結之基或鍵結鍵。)
所表示之於側鏈具有含氟醚基之醚單元;
FAE為式(2b):
(式中,Rfa為氫原子、可具有交聯性官能基之氟化烷基;R
11表示Rfa與主鏈鍵結之基或鍵結鍵。)
所表示之於側鏈具有氟化烷基之醚單元;
AE為式(2c):
(式中,R
13為氫原子、可具有交聯性官能基之烷基、可具有交聯性官能基之脂肪族環式烴基或可具有交聯性官能基之芳香族烴基;R
12表示R
13與主鏈鍵結之基或鍵結鍵。)
所表示之醚單元;
Y為包含式(2d-1)~(2d-3):
之至少1種之單元;
n為0~200之整數;m為0~200之整數;p為0~10000之整數;q為1~100之整數;但n+m不為0,D1、FAE、AE及Y之鍵結順序並不特定);
A及B相同或相異地表示氫原子、可包含氟原子及/或交聯性官能基之烷基、可包含氟原子及/或交聯性官能基之苯基、-COOH基、-OR(R為氫原子或可包含氟原子及/或交聯性官能基之烷基)、酯基或碳酸酯基(但,D之末端為氧原子時,不為-COOH基、-OR、酯基及碳酸酯基)。]
本發明之電解液可包含碸系化合物。作為碸系化合物,較佳為碳數3~6之環狀碸及碳數2~6之鏈狀碸。1分子中磺醯基之數較佳為1或2。
作為環狀碸,可列舉作為單碸化合物之三亞甲基碸類、四亞甲基碸類、六亞甲基碸類;作為二碸化合物之三亞甲基二碸類、四亞甲基二碸類、六亞甲基二碸類等。其中就介電係數與黏性的觀點而言,更佳為四亞甲基碸類、四亞甲基二碸類、六亞甲基碸類、六亞甲基二碸類,特佳為四亞甲基碸類(環丁碸類)。
作為環丁碸類,較佳為環丁碸及/或環丁碸衍生物(以下,亦有時包含環丁碸而簡稱為「環丁碸類」。)。作為環丁碸衍生物,較佳為於構成環丁碸環之碳原子上所鍵結之氫原子之1個以上經氟原子或烷基取代而成者。
其中,就離子傳導度高且輸入輸出為高的觀點而言,較佳為2-甲基環丁碸、3-甲基環丁碸、2-氟環丁碸、3-氟環丁碸、2,2-二氟環丁碸、2,3-二氟環丁碸、2,4-二氟環丁碸、2,5-二氟環丁碸、3,4-二氟環丁碸、2-氟-3-甲基環丁碸、2-氟-2-甲基環丁碸、3-氟-3-甲基環丁碸、3-氟-2-甲基環丁碸、4-氟-3-甲基環丁碸、4-氟-2-甲基環丁碸、5-氟-3-甲基環丁碸、5-氟-2-甲基環丁碸、2-氟甲基環丁碸、3-氟甲基環丁碸、2-二氟甲基環丁碸、3-二氟甲基環丁碸、2-三氟甲基環丁碸、3-三氟甲基環丁碸、2-氟-3-(三氟甲基)環丁碸、3-氟-3-(三氟甲基)環丁碸、4-氟-3-(三氟甲基)環丁碸、3-環丁烯碸、5-氟-3-(三氟甲基)環丁碸等。
又,作為鏈狀碸,可列舉二甲基碸、乙基甲基碸、二乙基碸、正丙基甲基碸、正丙基乙基碸、二正丙基碸、異丙基甲基碸、異丙基乙基碸、二異丙基碸、正丁基甲基碸、正丁基乙基碸、第三丁基甲基碸、第三丁基乙基碸、單氟甲基甲基碸、二氟甲基甲基碸、三氟甲基甲基碸、單氟乙基甲基碸、二氟乙基甲基碸、三氟乙基甲基碸、五氟乙基甲基碸、乙基單氟甲基碸、乙基二氟甲基碸、乙基三氟甲基碸、全氟乙基甲基碸、乙基三氟乙基碸、乙基五氟乙基碸、二(三氟乙基)碸、全氟二乙基碸、氟甲基正丙基碸、二氟甲基正丙基碸、三氟甲基正丙基碸、氟甲基異丙基碸、二氟甲基異丙基碸、三氟甲基異丙基碸、三氟乙基正丙基碸、三氟乙基異丙基碸、五氟乙基正丙基碸、五氟乙基異丙基碸、三氟乙基正丁基碸、三氟乙基第三丁基碸、五氟乙基正丁基碸、五氟乙基第三丁基碸等。
其中,就離子傳導度高且輸入輸出為高的觀點而言,較佳為二甲基碸、乙基甲基碸、二乙基碸、正丙基甲基碸、異丙基甲基碸、正丁基甲基碸、第三丁基甲基碸、單氟甲基甲基碸、二氟甲基甲基碸、三氟甲基甲基碸、單氟乙基甲基碸、二氟乙基甲基碸、三氟乙基甲基碸、五氟乙基甲基碸、乙基單氟甲基碸、乙基二氟甲基碸、乙基三氟甲基碸、乙基三氟乙基碸、乙基五氟乙基碸、三氟甲基正丙基碸、三氟甲基異丙基碸、三氟乙基正丁基碸、三氟乙基第三丁基碸、三氟甲基正丁基碸、三氟甲基第三丁基碸等。
碸系化合物之含量,並無特別限制,只要不顯著損及本發明之效果則為任意,於前述溶劑100體積%中通常為0.3體積%以上,較佳為0.5體積%以上,更佳為1體積%以上,又,通常為40體積%以下,較佳為35體積%以下,更佳為30體積%以下。若碸系化合物之含量為前述範圍內,則容易獲得循環特性或保存特性等耐久性之提升效果,又,將非水系電解液之黏度設為適當範圍,可避免導電率之降低,可將非水系電解液二次電池之輸入輸出特性、充放電速率特性設為適當範圍。
本發明之電解液,就輸出特性提升的觀點而言,較佳為包含選自由氟磷酸鋰鹽類(但,除了LiPF
6以外)及具有S=O基之鋰鹽類所成群組中之至少1種化合物作為添加劑。
另外,作為添加劑使用該化合物的情況下,作為上述電解質鹽,較佳為使用該化合物以外之化合物。
作為前述氟磷酸鋰鹽類,可列舉單氟磷酸鋰(LiPO
3F)、二氟磷酸鋰(LiPO
2F
2)等。
作為前述具有S=O基之鋰鹽類,可列舉單氟磺酸鋰(FSO
3Li)、甲基硫酸鋰(CH
3OSO
3Li)、乙基硫酸鋰(C
2H
5OSO
3Li)、2,2,2-三氟乙基硫酸鋰等。
作為該化合物,其中較佳為LiPO
2F
2、FSO
3Li、C
2H
5OSO
3Li。
就電化學裝置之性能的觀點而言,該化合物之含量相對於前述電解液,較佳為0.001~20質量%,更佳為0.01~15質量%,進而佳為0.1~10質量%,特佳為0.1~7質量%。
本發明之電解液中,視需要可進而摻合其他添加劑。作為其他添加劑,例如可列舉金屬氧化物、玻璃等。
本發明之電解液較佳為氟化氫(HF)之含量為5~200ppm。藉由含有HF,容易促進上述添加劑之被膜形成。若HF含量過少,則存在負極上之被膜形成能力降低,電化學裝置之特性低下的傾向。又,若HF含量過多,則存在由於HF之影響而電解液之耐氧化性低下的傾向。本發明之電解液,即使含有前述範圍之HF,亦不使電化學裝置之高溫保存性回復電容率降低。
HF之含量,更佳為10ppm以上,進而佳為20ppm以上。HF之含量,又,更佳為100ppm以下,進而佳為80ppm以下,特佳為50ppm以下。
HF之含量,可藉由中和滴定法測定。
本發明之電解液可使用上述成分以任意方法進行調製。
本發明之電解液,可合適地適用於例如鋰離子二次電池、鋰離子電容器、混成電容器、電雙層電容器等電化學裝置。以下,針對使用本發明之電解液之非水系電解液電池進行說明。
前述非水系電解液電池可採用習知的構造,典型而言,具備:可能吸藏・釋出離子(例如鋰離子)之正極及正極、與前述本發明之電解液。如此具備本發明之電解液之電化學裝置,亦為本發明之一者。
作為電化學裝置,可列舉鋰離子二次電池、鋰離子電容器、電容器(混成電容器、電雙層電容器)、自由基電池、太陽電池(特別是染料敏化型太陽電池)、鋰離子一次電池、燃料電池、各種電化學感應器、電致變色元件、電化學開關元件、鋁電解電容器、鉭電解電容器等,較合適為鋰離子二次電池、鋰離子電容器、電雙層電容器。
具備前述電化學裝置之模組亦為本發明之一者。
又,本發明亦有關於具備本發明之電解液之鋰離子二次電池。
前述鋰離子二次電池較佳為具備正極、負極及上述電解液。
<正極>
正極可由包含正極活性物質之正極活性物質層與集電器構成。
作為前述正極活性物質,只要是可電化學地吸藏・釋出鋰離子者,則無特別限制,例如可列舉含鋰過渡金屬複合氧化物、含鋰過渡金屬磷酸化合物、硫化物(硫系材料)、導電性高分子等。其中,作為正極活性物質,較佳為含鋰過渡金屬複合氧化物、含鋰過渡金屬磷酸化合物,特佳為產出高電壓的含鋰過渡金屬複合氧化物。
作為含鋰過渡金屬複合氧化物之過渡金屬,較佳為V、Ti、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu等,作為具體例,可列舉LiCoO
2等鋰・鈷複合氧化物、LiNiO
2等鋰・鎳複合氧化物、LiMnO
2、LiMn
2O
4、Li
2MnO
4等鋰・錳複合氧化物、成為該等鋰過渡金屬複合氧化物之主體之過渡金屬原子的一部分經Na、K、B、F、Al、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Li、Ni、Cu、Zn、Mg、Ga、Zr、Si、Nb、Mo、Sn、W等其他元素取代而成者等。作為經取代而成者之具體例,例如可列舉LiNi
0.5Mn
0.5O
2、LiNi
0.85Co
0.10Al
0.05O
2、
LiNi
0.5Co
0.2Mn
0.3O
2、LiNi
0.6Co
0.2Mn
0.2O
2、
LiNi
0.33Co
0.33Mn
0.33O
2、LiNi
0.45Co
0.10Al
0.45O
2、
LiMn
1.8Al
0.2O
4、LiMn
1.5Ni
0.5O
4等。
其中,作為前述含鋰過渡金屬複合氧化物,較佳為即使於設為高電壓的情況下,能量密度亦高之LiMn
1.5Ni
0.5O
4、LiNi
0.5Co
0.2Mn
0.3O
2、LiNi
0.6Co
0.2Mn
0.2O
2。其中,於4.4V以上之高電壓的情況下,較佳為LiMn
1.5Ni
0.5O
4。
作為含鋰過渡金屬磷酸化合物之過渡金屬,較佳為V、Ti、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu等,作為具體例,例如可列舉LiFePO
4、Li
3Fe
2(PO
4)
3、LiFeP
2O
7等磷酸鐵類、LiCoPO
4等磷酸鈷類、成為該等鋰過渡金屬磷酸化合物之主體之過渡金屬原子的一部分經Al、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Li、Ni、Cu、Zn、Mg、Ga、Zr、Nb、Si等其他元素取代而成者等。
作為前述含鋰過渡金屬複合氧化物,例如可列舉:
式:Li
aMn
2-bM
1 bO
4(式中,0.9≦a;0≦b≦1.5;M
1為選自由Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Al、Sn、Cr、V、Ti、Mg、Ca、Sr、B、Ga、In、Si及Ge所成群組之至少1種金屬)所表示之鋰・錳尖晶石複合氧化物,
式:LiNi
1-cM
2 cO
2(式中,0≦c≦0.5;M
2為選自由Fe、Co、Mn、Cu、Zn、Al、Sn、Cr、V、Ti、Mg、Ca、Sr、B、Ga、In、Si及Ge所成群組之至少1種金屬)所表示之鋰・鎳複合氧化物、或
式:LiCo
1-dM
3 dO
2(式中,0≦d≦0.5;M
3為選自由Fe、Ni、Mn、Cu、Zn、Al、Sn、Cr、V、Ti、Mg、Ca、Sr、B、Ga、In、Si及Ge所成群組之至少1種金屬)所表示之鋰・鈷複合氧化物。
其中,就可提供能量密度高且高輸出之鋰離子二次電池的觀點而言,較佳為LiCoO
2、LiMnO
2、LiNiO
2、LiMn
2O
4、LiNi
0.8Co
0.15Al
0.05O
2、或
LiNi
1/3Co
1/3Mn
1/3O
2。
作為其他前述正極活性物質,可列舉LiFePO
4、LiNi
0.8Co
0.2O
2、Li
1.2Fe
0.4Mn
0.4O
2、LiNi
0.5Mn
0.5O
2、LiV
3O
6、Li
2MnO
3等。
作為前述硫系材料,可例示包含硫原子之材料,較佳為選自由單體硫、金屬硫化物及有機硫化合物所成群組中之至少1種,更佳為單體硫。前述金屬硫化物可為金屬多硫化物。前述有機硫化合物可為有機多硫化物。
作為前述金屬硫化物,可列舉LiS
x(0<x≦8)所表示之化合物;Li
2S
x(0<x≦8)所表示之化合物;TiS
2或MoS
2等具有二維層狀構造之化合物;通式Me
xMo
6S
8(Me設為以Pb、Ag、Cu為首之各種過渡金屬)所表示之具有堅固之三維骨架構造之謝弗雷爾(chevrel)化合物等。
作為前述有機硫化合物,可列舉碳硫化物化合物等。
存在將前述有機硫化合物載持於碳等具有細孔之材料,作為碳複合材料而使用的情況。作為碳複合材料中所包含之硫之含量,就循環性能更加優異,過電壓更為降低的觀點而言,相對於前述碳複合材料,較佳為10~99質量%,更佳為20質量%以上,進而佳為30質量以上,特佳為40質量以上,又,較佳為85質量%以下。
前述正極活性物質為前述硫單體時,前述正極活性物質所包含之硫含量與前述硫單體之含量相等。
作為導電性高分子,可列舉p-摻雜型之導電性高分子或n-摻雜型之導電性高分子。作為導電性高分子,可列舉聚乙炔系、聚伸苯基系、雜環聚合物、離子性聚合物、梯狀及網絡狀聚合物等。
又,若正極活性物質包含磷酸鋰,則提升連續充電特性因此較佳。磷酸鋰之使用並無限制,但較佳混合前述正極活性物質與磷酸鋰來使用。所使用之磷酸鋰的量,相對於前述正極活性物質與磷酸鋰之合計,下限較佳為0.1質量%以上,更佳為0.3質量%以上,進而佳為0.5質量%以上,上限較佳為10質量%以下,更佳為8質量%以下,進而佳為5質量%以下。
又,亦可使用於前述正極活性物質之表面,附著有組成與其相異之物質者。作為表面附著物質,可列舉氧化鋁、氧化矽、氧化鈦、氧化鋯、氧化鎂、氧化鈣、氧化硼、氧化銻、氧化鉍等氧化物,硫酸鋰、硫酸鈉、硫酸鉀、硫酸鎂、硫酸鈣、硫酸鋁等硫酸鹽,碳酸鋰、碳酸鈣、碳酸鎂等碳酸鹽,碳等。
該等表面附著物質例如可藉由下述方法附著於該正極活性物質表面:使其溶解或懸浮於溶劑,並含浸添加於該正極活性物質,進行乾燥之方法;使表面附著物質前驅物溶解或懸浮於溶劑,含浸添加於該正極活性物質後,藉由加熱等使反應進行之方法;添加於正極活性物質前驅物,同時進行燒成之方法等。另外,於使碳附著的情況下,亦可使用使碳質例如成為活性碳等形態後,進行機械性附著之方法。
作為表面附著物質之量,相對於前述正極活性物質,並以質量計,下限較佳為使用0.1ppm以上,更佳為使用1ppm以上,進而佳為使用10ppm以上,上限較佳為使用20%以下,更佳為使用10%以下,進而佳為使用5%以下。藉由表面附著物質,可抑制於正極活性物質表面之電解液之氧化反應,可提升電池壽命,但其附著量過少時無法充分展現其效果,過多時,存在由於阻礙鋰離子之進出因此電阻增加的情況。
正極活性物質之粒子之形狀,如先前所使用般,可列舉塊狀、多面體狀、球狀、橢圓球狀、板狀、針狀、柱狀等。又,亦可使一次粒子凝集形成二次粒子。
正極活性物質之敲緊密度,較佳為0.5g/cm
3以上,更佳為0.8g/cm
3以上,進而佳為1.0g/cm
3以上。若該正極活性物質之敲緊密度低於前述下限,則正極活性物質層形成時,所需的分散介質量增加,同時導電材或黏合劑之必需量增加,正極活性物質對於正極活性物質層之充填率受限,而存在電池容量受限的情況。藉由使用敲緊密度高之複合氧化物粉體,可形成高密度之正極活性物質層。敲緊密度一般而言越大越好,無特別上限,但若過大,則將正極活性物質層內之電解液作為介質之鋰離子之擴散速度受限,存在負載特性容易降低的情況,因此上限較佳為4.0g/cm
3以下,更佳為3.7g/cm
3以下,進而佳為3.5g/cm
3以下。
另外,本發明中,敲緊密度係作為將正極活性物質粉體5~10g裝入10ml之玻璃製量筒,以衝程約20mm進行200次敲緊時之粉體充填密度(敲緊密度)g/cm
3而求出。
正極活性物質之粒子之中位徑d50(於一次粒子凝聚而形成二次粒子的情況下為二次粒徑)較佳為0.3μm以上,更佳為0.5μm以上,進而佳為0.8μm以上,最佳為1.0μm以上,又,較佳為30μm以下,更佳為27μm以下,進而佳為25μm以下,最佳為22μm以下。若低於前述下限,則存在無法獲得高敲緊密度物品的情況,若超過上限,則粒子內之鋰擴散耗費時間,因此引起電池性能降低,或於電池之正極製作時,亦即以溶劑將活性物質與導電材、黏合劑等漿料化,塗佈為薄膜狀時,存在產生拉出條紋等問題的情況。此處,藉由混合2種類以上具有相異之中位徑d50之前述正極活性物質,而可進一步提升正極製作時之充填性。
另外,本發明中,中位徑d50係藉由習知之雷射繞射/散射式粒度分佈測定裝置來測定。於使用HORIBA公司製LA-920作為粒度分佈計的情況下,作為測定時所使用之分散介質,使用0.1質量%六偏磷酸鈉水溶液,於5分鐘之超音波分散後,將測定折射率設定為1.24而進行測定。
於一次粒子凝聚而形成二次粒子的情況下,作為前述正極活性物質之平均一次粒徑,較佳為0.05μm以上,更佳為0.1μm以上,進而佳為0.2μm以上,上限較佳為5μm以下,更佳為4μm以下,進而佳為3μm以下,最佳為2μm以下。若超過前述上限,則難以形成球狀之二次粒子,對粉體充填性造成不良影響,由於比表面積大幅降低因此存在輸出特性等電池性能降低的可能性變高的情況。反之,若低於前述下限,則通常存在由於結晶未發達,因此產生充放電之可逆性劣化等問題的情況。
另外,本發明中,一次粒徑藉由使用掃描電子顯微鏡(SEM)進行觀察來測定。具體而言,於10000倍之倍率之照片,對於任意50個一次粒子,求出一次粒子對於水平方向的直線之左右的邊界線之切片的最長值,並藉由取平均值而求出。
正極活性物質之BET比表面積,較佳為0.1m
2/g以上,更佳為0.2m
2/g以上,進而佳為0.3m
2/g以上,上限較佳為50m
2/g以下,更佳為40m
2/g以下,進而佳為30m
2/g以下。若BET比表面積小於該範圍,則電池性能容易降低,若過大則敲緊密度難以上升,存在正極活性物質層形成時塗佈性容易產生問題的情況。
另外,本發明中,BET比表面積係定義為:使用表面積計(例如,大倉理研公司製全自動表面積測定裝置),於氮流通下且於150℃對試樣進行30分鐘預備乾燥後,使用以相對於大氣壓之氮相對壓之值成為0.3的方式正確地調整之氮氦混合氣體,藉由氣體流動法之氮吸附BET單點法,測定而得之值。
本發明之鋰離子二次電池,作為油電混合車用或分散電源用之大型鋰離子二次電池而使用時,要求高輸出,因此較佳為前述正極活性物質之粒子係以二次粒子為主體。
前述正極活性物質之粒子,較佳為包含0.5~7.0體積%之二次粒子之平均粒徑為40μm以下,且平均一次粒徑為1μm以下微粒子。藉由含有平均一次粒徑為1μm以下的微粒子,而與電解液之接觸面積變大,可更加速電極與電解液之間之鋰離子之擴散,其結果,可使電池之輸出性能提升。
作為正極活性物質之製造法,使用作為無機化合物之製造法之一般方法。特別是於製作球狀或橢圓球狀之活性物質時,可考量各種方法,例如可列舉:使過渡金屬之原料物質溶解或粉碎分散於水等溶劑中,一邊攪拌一邊調節pH而製作並回收球狀之前驅物,將其視需要乾燥後,加入LiOH、Li
2CO
3、LiNO
3等Li源以高溫進行燒成而獲得活性物質之方法等。
為了製造正極,可單獨使用前述正極活性物質,亦能夠以任意之組合或比率併用相異組成之2種以上。作為該情況下之較佳組合,可列舉LiCoO
2與LiNi
0.33Co
0.33Mn
0.33O
2等之LiMn
2O
4或該Mn之一部分經其他過渡金屬等取代而成者之組合、或者LiCoO
2或該Co之一部分經其他過渡金屬等取代而成者之組合。
前述正極活性物質之含量,就電池容量高的觀點而言,較佳為正極合劑之50~99.5質量%,更佳為80~99質量%。又,正極活性物質於正極活性物質層中之含量,較佳為80質量%以上,更佳為82質量%以上,特佳為84質量%以上。又,上限較佳為99質量%以下,更佳為98質量%以下。若正極活性物質層中之正極活性物質之含量低,則存在電容量變得不充分的情況。反之,若含量過高,則存在正極之強度不足的情況。
前述正極合劑較佳為進而包含黏合劑、增黏劑、導電材。
作為前述黏合劑,只要是對於電極製造時所使用之溶劑或電解液而言為安全的材料,可使用任意者,例如可列舉聚乙烯、聚丙烯、聚對苯二甲酸乙二酯、聚甲基丙烯酸甲酯、芳香族聚醯胺、殼聚糖、海藻酸、聚丙烯酸、聚醯亞胺、纖維素、硝基纖維素等樹脂系高分子;SBR(苯乙烯・丁二烯橡膠)、異戊二烯橡膠、丁二烯橡膠、氟橡膠、NBR(丙烯腈・丁二烯橡膠)、乙烯・丙烯橡膠等橡膠狀高分子;苯乙烯・丁二烯・苯乙烯嵌段共聚物或其氫化物;EPDM(乙烯・丙烯・二烯三元共聚物)、苯乙烯・乙烯・丁二烯・苯乙烯共聚物、苯乙烯・異戊二烯・苯乙烯嵌段共聚物或其氫化物等熱塑性彈性體狀高分子;間規-1,2-聚丁二烯(syndiotactic-1,2-polybutadiene)、聚乙酸乙烯酯、乙烯・乙酸乙烯酯共聚物、丙烯・α-烯烴共聚物等軟質樹脂狀高分子;聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯、偏二氟乙烯共聚物、四氟乙烯・乙烯共聚物等氟系高分子;具有鹼金屬離子(特別是鋰離子)之離子傳導性之高分子組成物等。該等可單獨使用1種,亦能夠以任意之組合及比率併用2種以上。
黏合劑之含量,以正極活性物質層中黏合劑之比例計,通常為0.1質量%以上,較佳為1質量%以上,進而佳為1.5質量%以上,又,通常為80質量%以下,較佳為60質量%以下,進而佳為40質量%以下,最佳為10質量%以下。若黏合劑之比例過低,則存在正極活性物質無法充分保持而正極之機械強度不足,使循環特性等電池性能惡化的情況。另一方面,若過高,則存在導致電池容量或導電性降低的情況。
作為前述增黏劑,可列舉羧甲基纖維素、甲基纖維素、羥甲基纖維素、乙基纖維素、聚乙烯醇、氧化澱粉、磷酸化澱粉、酪蛋白、聚乙烯吡咯啶酮及該等之鹽等。可單獨使用1種,亦能夠以任意之組合及比率併用2種以上。
相對於活性物質之增黏劑之比例通常為0.1質量%以上,較佳為0.2質量%以上,更佳為0.3質量%以上,又,通常為5質量%以下,較佳為3質量%以下,更佳為2質量%以下的範圍。若低於該範圍,則存在顯著地降低塗佈性的情況。若高於,則存在正極活性物質層中活性物質所佔之比例降低,產生電池容量降低的問題或正極活性物質間之電阻增大的問題的情況。
作為前述導電材,可任意使用習知的導電材。作為具體例可列舉銅、鎳等金屬材料、天然石墨、人造石墨等石墨(graphite) ,乙炔黑、科琴黑、槽黑、爐黑、燈黑、熱碳黑等碳黑,針狀焦、奈米碳管、富勒烯、VGCF等不定形碳等碳材料等。另外,該等可單獨使用1種,亦能夠以任意之組合及比率併用2種以上。導電材係以於正極活性物質層中含有通常0.01質量%以上,較佳0.1質量%以上,更佳1質量%以上,又,通常50質量%以下,較佳30質量%以下,更佳15質量%以下的方式使用。若含量低於該範圍,則存在導電性變得不充分的情況。反之,若含量高於該範圍,則存在電池容量降低的情況。
作為用於形成漿料之溶劑,只要是可能溶解或分散正極活性物質、導電材、黏合劑、以及視需要使用之增黏劑的溶劑即可,其種類並無特別限制,可使用水系溶劑與有機系溶劑之任一者。作為水系溶劑,例如可列舉水、醇與水之混合溶劑等。作為有機系溶劑,例如可列舉己烷等脂肪族烴類;苯、甲苯、二甲苯、甲基萘等芳香族烴類;喹啉、吡啶等雜環化合物;丙酮、甲乙酮、環己酮等酮類;乙酸甲酯、丙烯酸甲酯等酯類;二伸乙基三胺、N,N-二甲基胺基丙基胺等胺類;二乙基醚、環氧丙烷、四氫呋喃(THF)等醚類;N-甲基吡咯啶酮(NMP)、二甲基甲醯胺、二甲基乙醯胺等醯胺類;六甲基磷醯胺、二甲基亞碸等非質子性極性溶劑等。
作為正極用集電器之材質,可列舉鋁、鈦、鉭、不鏽鋼、鎳等金屬、或其合金等金屬材料;碳布、碳紙等碳材料。其中,金屬材料,尤其鋁或其合金為較佳。
作為集電器之形狀,於金屬材料的情況下,可列舉金屬箔、金屬圓柱、金屬線圈、金屬板、金屬薄膜、多孔金屬、沖孔金屬、發泡金屬等,於碳材料的情況下,可列舉碳板、碳薄膜、碳圓柱等。該等中,較佳為金屬薄膜。另外,薄膜可適當地形成為網狀。薄膜之厚度為任意,通常為1μm以上,較佳為3μm以上,更佳為5μm以上,又,通常為1mm以下,較佳為100μm以下,更佳為50μm以下。若薄膜較該範圍薄,則存在作為集電器所需要之強度不足的情況。反之,若薄膜較該範圍厚,則存在損及處理性的情況。
又,就降低集電器與正極活性物質層之電接觸電阻的觀點而言,較佳為於集電器之表面塗佈導電助劑。作為導電助劑,可列舉碳、金、鉑、銀等貴金屬類。
集電器與正極活性物質層之厚度之比並無特別限定,(即將注入電解液前之單面之正極活性物質層之厚度)/(集電器之厚度)之值較佳為20以下,更佳為15以下,最佳為10以下,又,較佳為0.5以上,更佳為0.8以上,最佳為1以上之範圍。若高於該範圍,則存在高電流密度充放電時集電器產生焦耳熱所導致的發熱的情況。若低於該範圍,則存在集電器相對於正極活性物質之體積比增加,電池容量減少的情況。
正極之製造只要依常規方法進行即可。例如可列舉:將上述黏合劑、增黏劑、導電材、溶劑等加入於前述正極活性物質而製成漿料狀之正極合劑,將其塗佈於集電器,乾燥後進行壓製而使其高密度化的方法。
前述高密度化可藉由手壓、輥壓等而進行。正極活性物質層之密度較佳為1.5g/cm
3以上,更佳為2g/cm
3以上,進而佳為2.2g/cm
3以上,又,較佳為5g/cm
3以下,更佳為4.5g/cm
3以下,進而佳為4g/cm
3以下的範圍。若高於該範圍,則存在電解液向集電器/活性物質界面附近之滲透性降低,特別是高電流密度下之充放電特性降低而無法獲得高輸出的情況。又,若低於該範圍,則存在活性物質間之導電性降低,電池電阻增大而無法獲得高輸出的情況。
使用本發明之電解液時,就高輸出且提升高溫時之穩定性的觀點而言,正極活性物質層之面積,較佳為大於電池包裝外殼之外表面積。具體而言,相對於二次電池之包裝的表面積之正極的電極面積之總和,以面積比計較佳設為15倍以上,進而更佳設為40倍以上。所謂電池包裝外殼之外表面積,於有底方型形狀的情況下,係指從除端子突起部分以外之填充有發電元件的外殼部分之長、寬、厚之尺寸來計算而求出的總面積。於有底圓筒形狀的情況下,係指除端子之突起部分以外之填充有發電元件的外殼部分近似為圓筒之幾何表面積。所謂正極的電極面積之總和,為與包含負極活性物質的合劑層為對向之正極合劑層的幾何表面積,於介隔集電器箔於兩面形成正極合劑層而成之構造中,係指分別算出各面的面積之總和。
正極板之厚度並無特別限定,就高容量且高輸出的觀點而言,減去芯材之金屬箔厚度後之合劑層之厚度,相對於集電器的單面而言,下限較佳為10μm以上,更佳為20μm以上,又,較佳為500μm以下,更佳為450μm以下。
又,亦可使用於前述正極板之表面,附著有與其相異之組成的物質者。作為表面附著物質,可列舉氧化鋁、氧化矽、氧化鈦、氧化鋯、氧化鎂、氧化鈣、氧化硼、氧化銻、氧化鉍等氧化物,硫酸鋰、硫酸鈉、硫酸鉀、硫酸鎂、硫酸鈣、硫酸鋁等硫酸鹽,碳酸鋰、碳酸鈣、碳酸鎂等碳酸鹽,碳等。
<負極>
負極由包含負極活性物質之負極活性物質層與集電器構成。
作為負極材料,只要是可電化學地吸藏・釋出鋰離子者,並無特別限制。作為具體例,可列舉碳材料、合金系材料、含鋰金屬複合氧化物材料、導電性高分子等。該等可單獨使用1種,又可任意地組合併用2種以上。
作為前述負極活性物質,可列舉各種熱分解條件下之有機物的熱分解物或人造石墨、天然石墨等可吸藏・釋出鋰之碳質材料;氧化錫、氧化矽等可吸藏・釋出鋰之金屬氧化物材料;鋰金屬;各種之鋰合金;含鋰金屬複合氧化物材料等。該等負極活性物質可混合2種以上而使用。
作為可吸藏・釋出鋰之碳質材料,較佳為從各種之原料獲得之易石墨性瀝青經高溫處理而製造之人造石墨或精製天然石墨,或者以瀝青其他的有機物對該等石墨施加表面處理後碳化而獲得者;就初始不可逆電容量、高電流密度充放電特性之平衡良好而言更佳為選自:將天然石墨、人造石墨、人造碳質物質以及人造石墨質物質以400~3200℃之範圍進行1次以上的熱處理而成的碳質材料、負極活性物質層由至少2種類以上之具有相異結晶性的碳質構成,且/或具有該相異結晶性之碳質相接之界面的碳質材料、負極活性物質層具有至少2種以上之相異配向性之碳質相接之界面的碳質材料。又,該等碳材料,可單獨使用1種,亦能夠以任意之組合及比率併用2種以上。
作為前述將人造碳質物質以及人造石墨質物質以400~3200℃之範圍進行1次以上的熱處理而成的碳質材料,可列舉煤系焦炭、石油系焦炭、煤系瀝青、石油系瀝青及對該等瀝青進行氧化處理而成者、針狀焦、瀝青焦(pitch coke)及將該等的一部分進行石墨化而成的碳劑、爐黑、乙炔黑、瀝青系碳纖維等有機物之熱分解物、可碳化之有機物及該等之碳化物、或使可碳化之有機物溶解於苯、甲苯、二甲苯、喹啉、正己烷等低分子有機溶劑之溶液及該等之碳化物等。
作為前述負極活性物質而使用之金屬材料(但,將鋰鈦複合氧化物除外),只要是可吸藏・釋出鋰者,可為鋰單體、形成鋰合金之單體金屬及合金、或該等氧化物、碳化物、氮化物、矽化物、硫化物或磷化物等化合物之任一者,並無特別限制。作為形成鋰合金之單體金屬及合金,較佳為包含13族及14族之金屬・半金屬元素之材料,更佳為鋁、矽及錫(以下,簡稱為「特定金屬元素」)之單體金屬及包含該等原子之合金或化合物。該等可單獨使用1種,亦能夠以任意之組合及比率併用2種以上。
作為具有選自特定金屬元素之至少1種原子之負極活性物質,可列舉:任1種特定金屬元素之金屬單體、由2種以上之特定金屬元素所構成的合金、由1種或2種以上之特定金屬元素與其他1種或2種以上之金屬元素所構成的合金、以及含有1種或2種以上特定金屬元素之化合物、及其化合物之氧化物、碳化物、氮化物、矽化物、硫化物或磷化物等複合化合物。藉由使用該等金屬單體、合金或金屬化合物作為負極活性物質,而電池之高容量化成為可能。
又,該等複合化合物,亦可列舉:與金屬單體、合金或非金屬元素等數種元素複雜地鍵結而成的化合物。具體而言,例如矽或錫,可使用該等元素、與不作為負極而運作的金屬之合金。例如,於錫的情況下,亦可使用:以錫及矽以外之作為負極作用的金屬、與進而不作為負極而運作金屬、與非金屬元素之組合,而包含5~6種元素之複雜的化合物。
具體而言,可列舉Si單體、SiB
4、SiB
6、Mg
2Si、Ni
2Si、TiSi
2、MoSi
2、CoSi
2、NiSi
2、CaSi
2、CrSi
2、Cu
6Si、FeSi
2、MnSi
2、NbSi
2、TaSi
2、VSi
2、WSi
2、ZnSi
2、SiC、Si
3N
4、Si
2N
2O、SiO
v(0<v≦2)、LiSiO或錫單體、SnSiO
3、LiSnO、Mg
2Sn、SnO
w(0<w≦2)。
又,可列舉將Si或Sn設為第一構成元素,除此之外包含第2、第3構成元素之複合材料。第2構成元素,例如為鈷、鐵、鎂、鈦、釩、鉻、錳、鎳、銅、鋅、鎵及鋯中之至少1種。第3構成元素,例如為硼、碳、鋁及磷中之至少1種。
尤其,由於可獲得高電池容量及優異之電池特性,作為前述金屬材料,較佳為矽或錫之單體(可包含微量雜質)、SiO
v(0<v≦2)、SnO
w(0≦w≦2)、Si-Co-C複合材料、Si-Ni-C複合材料、Sn-Co-C複合材料、Sn-Ni-C複合材料。
作為負極活性物質使用之含鋰金屬複合氧化物材料,只要可吸藏・釋出鋰,則並無特別限制,就高電流密度充放電特性的觀點而言,較佳為含有鈦及鋰之材料,更佳為包含鈦之含鋰複合金屬氧化物材料,進而佳為鋰與鈦之複合氧化物(以下,簡稱為「鋰鈦複合氧化物」)。亦即,使電解液電池用負極活性物質含有具有尖晶石構造之鋰鈦複合氧化物而使用時,由於輸出電阻大幅降低,故特佳。
作為前述鋰鈦複合氧化物,較佳為通式:
Li
xTi
yM
zO
4[式中,M表示選自由Na、K、Co、Al、Fe、Ti、Mg、Cr、Ga、Cu、Zn及Nb所成群組中之至少1種元素。]
所表示之化合物。
前述組成中,
(i)1.2≦x≦1.4,1.5≦y≦1.7,z=0
(ii)0.9≦x≦1.1,1.9≦y≦2.1,z=0
(iii)0.7≦x≦0.9,2.1≦y≦2.3,z=0
之構造,由於電池性能的平衡良好,故特佳。
前述化合物之特佳的具代表性的組成,於(i)中為Li
4/3Ti
5/3O
4、於(ii)中為Li
1Ti
2O
4、於(iii)中為
Li
4/5Ti
11/5O
4。又,關於Z≠0之構造,例如可列舉
Li
4/3Ti
4/3Al
1/3O
4作為較佳者。
前述負極合劑較佳為進而包含黏合劑、增黏劑、導電材。
作為前述黏合劑,可列舉與上述正極可使用之黏合劑相同者。相對於負極活性物質之黏合劑之比例,較佳為0.1質量%以上,進而佳為0.5質量%以上,特佳為0.6質量%以上,又,較佳為20質量%以下,更佳為15質量%以下,進而佳為10質量%以下,特佳為8質量%以下。相對於負極活性物質之黏合劑之比例,若高於前述範圍,則存在黏合劑量無助於電池容量的黏合劑比例增加,而導致電池容量降低的情況。又,若低於前述範圍,則存在招致負極電極之強度降低的情況。
尤其,於主要成分含有以SBR為代表之橡膠狀高分子的情況下,相對於負極活性物質之黏合劑之比例通常為0.1質量%以上,較佳為0.5質量%以上,進而佳為0.6質量%以上,又,通常為5質量%以下,較佳為3質量%以下,進而佳為2質量%以下。又,於主要成分含有以聚偏二氟乙烯為代表之氟系高分子的情況下,相對於負極活性物質之比例通常為1質量%以上,較佳為2質量%以上,進而佳為3質量%以上,又,通常為15質量%以下,較佳為10質量%以下,進而佳為8質量%以下。
作為前述增黏劑,可列舉與上述之可使用於正極之增黏劑為相同者。相對於負極活性物質之增黏劑之比例,通常為0.1質量%以上,較佳為0.5質量%以上,進而佳為0.6質量%以上,又,通常為5質量%以下,較佳為3質量%以下,進而佳為2質量%以下。相對於負極活性物質之增黏劑之比例,若低於前述範圍,則存在塗佈性顯著降低的情況。又,若高於前述範圍,則負極活性物質占負極活性物質層之比例降低,存在電池容量降低的問題或負極活性物質間的電阻增大的情況。
作為負極之導電材,可列舉銅或鎳等金屬材料;石墨、碳黑等碳材料等。
作為用於形成漿料之溶劑,只要是可能溶解或分散負極活性物質、黏合劑、以及視需要使用之增黏劑及導電材之溶劑即可,其種類並無特別限制,可使用水系溶劑與有機系溶劑之任一者。
作為水系溶劑,可列舉水、醇等,作為有機系溶劑,可列舉N-甲基吡咯啶酮(NMP)、二甲基甲醯胺、二甲基乙醯胺、甲乙酮、環己酮、乙酸甲酯、丙烯酸甲酯、二乙基三胺、N,N-二甲基胺基丙基胺、四氫呋喃(THF)、甲苯、丙酮、二乙基醚、二甲基乙醯胺、六甲基磷醯胺、二甲基亞碸、苯、二甲苯、喹啉、吡啶、甲基萘、己烷等。
作為負極用集電器之材質,可列舉銅、鎳或不鏽鋼等。其中,就容易加工為薄膜的觀點,及成本的觀點而言,較佳為銅箔。
集電器之厚度通常為1μm以上,較佳為5μm以上,通常為100μm以下,較佳為50μm以下。若負極集電器之厚度過厚,則電池整體之容量過於降低,反之若過薄,則存在難以進行操作的情況。
負極之製造只要依常規方法進行即可。例如可列舉:將上述黏合劑、增黏劑、導電材、溶劑等加入於前述負極材料而製成漿料狀,並塗佈於集電器,乾燥後進行壓製而使其高密度化的方法。又,使用合金材料的情況下,亦可使用藉由蒸鍍法、濺鍍法、鍍覆法等手法,而形成含有上述負極活性物質之薄膜層(負極活性物質層)的方法。
將負極活性物質電極化時之電極構造並無特別限制,存在於集電器上之負極活性物質之密度,較佳為1g・cm
-3以上,進而佳為1.2g・cm
-3以上,特佳為1.3g・cm
-3以上,又,較佳為2.2g・cm
-3以下,更佳為2.1g・cm
-3以下,進而佳為2.0g・cm
-3以下,特佳為1.9g・cm
-3以下。若存在於集電器上之負極活性物質之密度高於前述範圍,則負極活性物質粒子被破壞,存在引起初始不可逆電容量增加、或電解液向集電器/負極活性物質界面附近之滲透性降低而招致高電流密度充放電特性惡化的情況。又,若低於前述範圍,則負極活性物質間之導電性降低,電池電阻增大,每單元容積之容量降低的情況。
負極板之厚度係配合所使用之正極板設計者,並無特別限制,減去芯材之金屬箔厚度後的合劑層之厚度期望通常為15μm以上,較佳為20μm以上,更佳為30μm以上,又,通常為300μm以下,較佳為280μm以下,更佳為250μm以下。
又,亦可使用於前述負極板之表面上附著有與其相異之組成的物質者。作為表面附著物質,可列舉氧化鋁、氧化矽、氧化鈦、氧化鋯、氧化鎂、氧化鈣、氧化硼、氧化銻、氧化鉍等氧化物,硫酸鋰、硫酸鈉、硫酸鉀、硫酸鎂、硫酸鈣、硫酸鋁等硫酸鹽,碳酸鋰、碳酸鈣、碳酸鎂等碳酸鹽等。
<分隔片>
本發明之鋰離子二次電池較佳為進而具備分隔片。
前述分隔片之材質或形狀,只要對電解液為穩定且保液性優異,並無特別限制,可使用習知者。其中,較佳為使用以對本發明之電解液為穩定的材料所形成,可使用樹脂、玻璃纖維、無機物等,且保液性優異之多孔性薄片或不織布狀的形態之物等。
作為樹脂、玻璃纖維分隔片之材料,例如可使用聚乙烯、聚丙烯等聚烯烴、芳香族聚醯胺、聚四氟乙烯、聚醚碸、玻璃濾光片等。聚丙烯/聚乙烯2層膜、聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯3層膜等,該等材料可單獨使用1種,亦能夠以任意之組合及比率併用2種以上。其中,前述分隔片,就電解液之滲透性或斷路(shutdown)效果良好的觀點而言,較佳為將聚乙烯、聚丙烯等聚烯烴作為原料之多孔性薄片或不織布等。
分隔片之厚度為任意,通常為1μm以上,較佳為5μm以上,進而佳為8μm以上,又,通常為50μm以下,較佳為40μm以下,進而佳為30μm以下。若分隔片過度薄於前述範圍,則存在絕緣性或機械強度降低的情況。又,若過度厚於前述範圍,則不只存在速率特性等電池性能降低的情況,亦存在電解液電池整體之能量密度降低的情況。
進而,使用多孔性薄片或不織布等多孔質者作為分隔片的情況下,分隔片之空孔率為任意,通常為20%以上,較佳為35%以上,進而佳為45%以上,又,通常為90%以下,較佳為85%以下,進而佳為75%以下。若空孔率過小於前述範圍,則存在膜電阻變大而速率特性惡化的傾向。又,若過大於前述範圍,則存在分隔片之機械強度降低,絕緣性降低的傾向。
又,分隔片之平均孔徑亦為任意,通常為0.5μm以下,較佳為0.2μm以下,又,通常為0.05μm以上。若平均孔徑高於前述範圍,則容易產生短路。又,若低於前述範圍,則存在膜電阻變大而速率特性降低的情況。
另一方面,作為無機物之材料,例如可使用氧化鋁或二氧化矽等氧化物、氮化鋁或氮化矽等氮化物、硫酸鋇或硫酸鈣等硫酸鹽,亦可使用粒子形狀或纖維形狀者。
作為形態,可使用不織布、織布、微多孔性膜等薄膜形狀者。薄膜形狀中,適合使用孔徑為0.01~1μm,厚度為5~50μm者。除前述獨立之薄膜形狀以外,可使用:利用樹脂製黏合劑而於正極及/或負極之表層形成含有前述無機物粒子之複合多孔層而成的分隔片。例如可列舉:將氟樹脂作為黏合劑而使90%粒徑未滿1μm之氧化鋁粒子於正極之兩面形成多孔層。
<電池設計>
電極群可為:使前述正極板與負極板介隔前述分隔片而成的積層構造、以及將前述正極板與負極板介隔前述分隔片而捲繞成螺旋狀而成的構造之任一者。電極群之體積占電池內容積之比例(以下,稱為電極群占有率)通常為40%以上,較佳為50%以上,又,通常為90%以下,較佳為80%以下。
若電極群占有率低於前述範圍,則電池容量變小。又,若高於前述範圍,則存在空隙空間少,電池變高溫,因此構件膨脹、電解質的液體成分之蒸氣壓變高而內部壓力上升,使作為電池之重複充放電的性能或高溫保存等各種特性降低,進而,使內部壓力向外釋出的釋氣閥開始運作的情況。
集電構造並無特別限制,為了更有效地實現本發明之電解液所致之高電流密度之充放電特性的提升,較佳為設為降低配線部分或接合部分之電阻的構造。如此使內部電阻降低的情況下,特別良好地發揮了使用本發明之電解液的效果。
電極群為前述積層構造時,可合適地使用集束各電極層之金屬芯部分並熔接於端子而形成之構造。於一片的電極面積變大的情況下,內部電阻變大,因此亦可合適地使用於電極內設置複數端子來降低電阻。電極群為前述捲繞構造時,可藉由於正極及負極分別設置複數引線(lead)構造,並集束於端子,而降低內部電阻。
包裝外殼之材質只要是對於所使用之電解液為穩定的物質,則無特別限制。具體而言,可使用鍍鎳鋼板、不鏽鋼、鋁或鋁合金、鎂合金等金屬類、或樹脂與鋁箔之積層膜(層合膜)。就輕量化的觀點而言,適合使用鋁或鋁合金之金屬、層合膜。
使用金屬類之外裝外殼中,可列舉:藉由雷射熔接、電阻熔接、超音波熔接而將金屬彼此熔著作成封合密閉構造者,或者介隔樹脂製墊片使用前述金屬類而作成鉚接構造者。使用前述層合膜之外裝外殼,可列舉藉由將樹脂層彼此熱融著而作成封合密閉構造者等。為了提升密封性,於前述樹脂層之間可介隔存在與層合膜所使用的樹脂為相異的樹脂。尤其,於介隔集電端子熱融著樹脂層而作成密閉構造的情況下,由於金屬與樹脂接合,因此適合使用具有極性基之樹脂或導入有極性基之改性樹脂作為介隔存在的樹脂。
本發明之鋰離子二次電池的形狀為任意,例如可列舉圓筒型、方型、層合型、硬幣型、大型等形狀。另外,正極、負極、分隔片之形狀及構成,可因應各電池之形狀進行變更而使用。
又,具備本發明之鋰離子二次電池之模組亦為本發明之一者。
又,亦為較佳態樣之一的鋰離子二次電池,其特徵為具備正極、負極及上述電解液;前述正極具備正極集電器及包含正極活性物質之正極活性物質層;且前述正極活性物質包含Mn。由於具備包括包含Mn之正極活性物質的正極活性物質層,因此前述鋰離子二次電池的高溫保存特性更為優異。
作為前述包含Mn之正極活性物質,就能量密度高,可提供高輸出的鋰離子二次電池的觀點而言,較佳為LiMn
1.5Ni
0.5O
4、LiNi
0.5Co
0.2Mn
0.3O
2、LiNi
0.6Co
0.2Mn
0.2O
2。
於正極活性物質層中之前述正極活性物質的含量,較佳為80質量%以上,更佳為82質量%以上,特佳為84質量%以上。又,上限較佳為99質量%以下,更佳為98質量%以下。若於正極活性物質層中之正極活性物質的含量低,則存在電容量變得不充分的情況。反之若含量過高,則存在正極之強度不足的情況。
前述正極活性物質層可進而包含導電材、增黏劑及黏合劑。
作為前述黏合劑,只要是對於電極製造時所使用之溶劑、電解液為安全的材料,則可使用任意者,例如可列舉聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、SBR(苯乙烯・丁二烯橡膠)、異戊二烯橡膠、丁二烯橡膠、乙烯-丙烯酸共聚物、乙烯-甲基丙烯酸共聚物、聚對苯二甲酸乙二酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚醯亞胺、芳香族聚醯胺、纖維素、硝基纖維素、NBR(丙烯腈-丁二烯橡膠)、氟橡膠、乙烯-丙烯橡膠、苯乙烯・丁二烯・苯乙烯嵌段共聚物或其氫化物、EPDM(乙烯・丙烯・二烯三元共聚物)、苯乙烯・乙烯・丁二烯・乙烯共聚物、苯乙烯・異戊二烯・苯乙烯嵌段共聚物或其氫化物、間規-1,2-聚丁二烯、聚乙酸乙烯酯、乙烯・乙酸乙烯酯共聚物、丙烯・α-烯烴共聚物、氟化聚偏二氟乙烯、四氟乙烯・乙烯共聚物、具有鹼金屬離子(特別是鋰離子)的離子傳導性之高分子組成物等。另外,該等物質可單獨使用1種,亦能夠以任意之組合及比率併用2種以上。
就正極活性物質層中的黏合劑之比例而言,黏合劑之含量通常為0.1質量%以上,較佳為1質量%以上,進而佳為1.5質量%以上,又,通常為80質量%以下,較佳為60質量%以下,進而佳為40質量%以下,最佳為10質量%以下。若黏合劑之比例過低,則存在無法充分地保持正極活性物質而正極的機械強度不足,使循環特性等電池性能惡化的情況。另一方面,若過高,則存在導致電池容量、導電性降低的情況。
作為前述增黏劑,可列舉羧甲基纖維素、甲基纖維素、羥甲基纖維素、乙基纖維素、聚乙烯醇、氧化澱粉、磷酸化澱粉、酪蛋白及該等之鹽等。可單獨使用1種,亦能夠以任意之組合及比率併用2種以上。
相對於活性物質之增黏劑之比例,通常為0.1質量%以上,較佳為0.2質量%以上,更佳為0.3質量%以上,又,通常為5質量%以下,較佳為3質量%以下,更佳為2質量%以下的範圍。若低於該範圍,則存在塗佈性顯著降低的情況。若過高,則存在正極活性物質層中活性物質所占之比例降低,而產生電池容量降低之問題或正極活性物質間之電阻增加之問題的情況。
作為前述導電材,可任意使用習知之導電材。作為具體例,可列舉銅、鎳等金屬材料、天然石墨、人造石墨等石墨(graphite)、乙炔黑等碳黑、針狀焦等不定形碳等之碳材料等。另外,該等可單獨使用1種,亦能夠以任意之組合及比率併用2種以上。於正極活性物質層中,導電材以含有通常為0.01質量%以上,較佳為0.1質量%以上,更佳為1質量%以上,又,通常為50質量%以下,較佳為30質量%以下,更佳為15質量%以下的方式使用。若含量低於該範圍,則存在導電性變得不充分的情況。反之,若含量高於該範圍,則存在電池容量降低的情況。
就更進一步改善高溫保存特性的方面而言,前述正極集電器較佳為以閥金屬或其合金構成。作為前述閥金屬,可列舉鋁、鈦、鉭、鉻等。前述正極集電器,更佳為以鋁或鋁之合金構成。
就更進一步改善高溫保存特性的方面而言,前述鋰離子二次電池在與前述正極集電器電連接的部分中會與電解液接觸的部分,較佳為以閥金屬或其合金構成。特別是電池包裝外殼及前述電池包裝外殼所收納的導線、安全閥等之中會與正極集電器電連接且與非水電解液接觸的部分,較佳為以閥金屬或其合金構成。亦可使用經閥金屬或其合金所被覆之不鏽鋼。
前述正極之製造方法係如上述般進行,例如可列舉:將上述黏合劑、增黏劑、導電材、溶劑等加入於前述正極活性物質而作成漿料狀之正極合劑,將其塗佈於前述正極集電器,乾燥後進行壓製而使其高密度化的方法。
前述負極之構成係如上所述。
前述電雙層電容器可具備正極、負極及上述電解液。
前述電雙層電容器中,正極及負極之至少一者為極化電極,作為極化電極及非極化電極,可使用日本特開平9-7896號公報所詳細記載之下述電極。
本發明所使用之將活性碳設為主體之極化電極,較佳為包含比表面積大的不活性碳與賦予電子傳導性之碳黑等導電劑者。極化電極能夠以各種之方法形成。例如,混合活性碳粉末、碳黑、與苯酚系樹脂,沖壓成形後於惰性氣體環境中及水蒸氣環境中進行燒成、活化,藉此可形成由活性碳與碳黑所成之極化電極。該極化電極較佳係以導電性接著劑等與集電器接合。
又,可於醇存在下混練活性碳粉末、碳黑及黏結劑成形為薄片狀,並進行乾燥而作成極化電極。該黏結劑例如可使用聚四氟乙烯。又,可混合活性碳粉末、碳黑、黏結劑及溶劑作成漿料,將該漿料塗覆於集電器之金屬箔並進行乾燥,而作成與集電器一體化之極化電極。
可於兩極使用將活性碳設為主體之極化電極而作成電雙層電容器,亦可能為於單側使用非極化電極之構成,例如,組合將金屬氧化物等電池活性物質設為主體的正極、與將活性碳設為主體之極化電極的負極而成之構成,組合將能夠可逆地吸藏、脫離鋰離子之碳材料設為主體之負極或者鋰金屬或鋰合金之負極、與將活性碳設為主體之極化的正極而成之構成。
又,亦可使用碳黑、石墨、膨脹石墨、多孔碳、奈米碳管、碳奈米角、科琴黑等碳質材料來取代或併用活性碳。
作為非極化電極,較佳為將能夠可逆地吸藏、脫離鋰離子之碳材料設為主體者,將使該碳材料中吸藏有鋰離子者使用於電極。此時,電解質係使用鋰鹽。依據該構成之電雙層電容器,可獲得更高超過4V之耐電壓。
電極製作中使用於漿料調製之溶劑,較佳為可溶解黏結劑,配合黏結劑之種類,可適當地選擇N-甲基吡咯啶酮、二甲基甲醯胺、甲苯、二甲苯、異佛爾酮、甲乙酮、乙酸乙酯、乙酸甲酯、鄰苯二甲酸二甲酯、乙醇、甲醇、丁醇或水。
作為使用於極化電極之活性碳,有酚樹脂系活性碳、椰子殼系活性碳、石油焦炭系活性碳等。該等中,就獲得大容量的觀點而言,較佳為使用石油焦炭系活性碳或酚樹脂系活性碳。又,活性碳之活化處理法,有水蒸氣活化處理法、熔融KOH活化處理法等,就獲得更大容量的觀點而言,較佳為使用利用熔融KOH活化處理法之活性碳。
作為使用於極化電極之較佳導電劑,可列舉碳黑、科琴黑、乙炔黑、天然石墨、人造石墨、金屬纖維、導電性氧化鈦、氧化釕。使用於極化電極之碳黑等導電劑之混合量,為了獲得良好導電性(低內部電阻),並且過多時製品之容量減少,因此較佳設為與活性碳之合計量中之1~50質量%。
又,為了獲得大容量且低內部電阻之電雙層電容器,作為極化電極所使用之活性碳,較佳為使用平均粒徑為20μm以下且比表面積為1500~3000m
2/g之活性碳。又,作為用來構成將能夠可逆地吸藏、脫離鋰離子之碳材料設為主體之電極之較佳碳材料,可列舉天然石墨、人造石墨、石墨化中間相微碳球、石墨化晶鬚、氣相成長碳纖維、糠醇樹脂之燒成品或酚醛清漆樹脂之燒成品。
集電器只要是具有化學、電化學上之耐蝕性者即可。作為將活性碳設為主體之極化電極之集電器,可較佳地使用不鏽鋼、鋁、鈦或鉭。該等中,就所獲得之電雙層電容器之特性與價格之兩方面而言,不鏽鋼或鋁為特佳的材料。作為將能夠可逆地吸藏、脫離鋰離子之碳材料設為主體之電極之集電器,較佳為使用不鏽鋼、銅或鎳。
又,為了使能夠可逆地吸藏、脫離鋰離子之碳材料事先吸藏鋰離子,而有下述方法:(1)使粉末狀之鋰預先混合至能夠可逆地吸藏、脫離鋰離子之碳材料的方法;(2)於由能夠可逆地吸藏、脫離鋰離子之碳材料與黏結劑所形成之電極上載置鋰箔,在與電極電接觸的狀態下,將該電極浸漬於溶解有鋰鹽之電解液中,藉此使鋰進行離子化,而將鋰離子攝入碳材料中的方法;(3)將由能夠可逆地吸藏、脫離鋰離子之碳材料與黏結劑所形成之電極置於負側,將鋰金屬置於正側,並浸漬於將鋰鹽設為電解質之非水系電解液中,流通電流而電化學地使鋰在離子化的狀態下攝入於碳材料中的方法。
作為電雙層電容器,一般已知捲繞型電雙層電容器、層合型電雙層電容器、硬幣型電雙層電容器等,前述電雙層電容器亦可設為該等形式。
例如,捲繞型電雙層電容器係藉由下述來進行組裝:將由集電器與電極層之積層體(電極)所成之正極及負極介隔分隔片而進行捲繞製作捲繞元件,將該捲繞元件裝入鋁製等之外殼,注滿電解液(較佳為非水系電解液)後,以橡膠製封口體封合並密封。
作為分隔片,可使用以以往習知之材料構成者。例如,可列舉聚乙烯多孔膜、聚四氟乙烯、聚丙烯纖維或玻璃纖維、纖維素纖維之不織布等。
又,亦可藉由習知方法作成:介隔電解液與分隔片而積層有薄片狀的正極及負極之層合型電雙層電容器、或以墊片固定並介隔電解液與分隔片而將正極及負極構成硬幣型之硬幣型電雙層電容器。
本發明之電解液係有用於作為油電混合車用或分散電源用之大型鋰離子二次電池用、電雙層電容器用之電解液。
[實施例]
以下,藉由實施例更詳細地說明本發明,但本發明並不限定於此。
用語「產率」,只要無特別記載則意指莫耳產率。
[實施例及表中之記號及略稱]
(含氟羧酸鹽化合物)
化合物F:HCF
2COOLi
化合物G:CF
3COOLi
化合物H:CFH
2COOLi
化合物I:CF
3CH
2COOLi
化合物J:HCF
2CF
2COOLi。
(碳酸酯)
鏈狀碳酸酯
(a):碳酸二甲酯
(b):碳酸甲乙酯
(c):碳酸二乙酯
(d):CF
3CH
2OCOOCH
3。
環狀碳酸酯
EC:碳酸伸乙酯
PC:碳酸伸丙酯
FEC:4-氟-1,3-二氧戊環-2-酮。
[水分測定]
各實施例及比較例4之二氟乙酸鋰的水分測定係於乾燥室(露點-40℃以下)中,藉由卡爾費雪法進行。作為前述比較例4,使用購入品(APOLLO SCIENTIFIC公司,二氟乙酸鋰(Lithium difluoroacetate))。
實施例1(化合物F之製造)
於反應器中添加二氟乙酸乙酯(100 g, 0.8065 mol),及於室溫下進行攪拌。分次添加氫氧化鋰(17.4 g, 0.7258 mol),及於室溫下攪拌至反應結束為止。反應結束後,於減壓下,從反應混合物餾除液體介質,獲得作為含氟羧酸鹽化合物之化合物F(二氟乙酸鋰)(64.9 g, 88%產率)(水分量:2340ppm)。
實施例2(化合物F之製造)
於反應器中添加二氟乙酸乙酯(100 g, 0.8065 mol)與乙醇(200 g),於室溫下進行攪拌。一邊將其溫度維持於70℃以下,一邊分次添加氫氧化鋰(17.4 g, 0.7258 mol),及於室溫下攪拌至反應結束為止。反應結束後,於減壓下,從反應混合物餾除液體介質,獲得作為含氟羧酸鹽化合物之化合物F(二氟乙酸鋰)(62.3 g, 85%產率)(水分量:1462 ppm)。
實施例3~16(化合物F之製造)
依循實施例1,獲得表1所記載之具有各種水分量之化合物F(二氟乙酸鋰)。水分量係藉由共沸脫水的實施及/或微量水的添加而調製。
實施例17(化合物G之製造)
除了取代二氟乙酸乙酯而使用三氟乙酸乙酯以外,藉由與實施例2相同方法製造化合物G。
實施例18(化合物H之製造)
除了取代二氟乙酸乙酯而使用單氟乙酸乙酯以外,藉由與實施例2相同方法製造化合物H。
實施例19(化合物I之製造)
除了取代二氟乙酸乙酯而使用3-三氟丙酸乙酯,及取代乙醇而使用四氫呋喃以外,藉由與實施例2相同方法製造化合物I。
實施例20(化合物J之製造)
除了取代二氟乙酸乙酯而使用2-二氟-3-二氟丙酸乙酯,及取代乙醇而使用乙腈以外,藉由與實施例2相同方法製造化合物J。
試驗例
於乾燥室(露點 -40℃以下)藉由卡爾費雪法進行實施例1~21及比較例4之二氟乙酸鋰之水分測定。作為前述比較例4,使用購入品(APOLLO SCIENTIFIC公司,Lithium difluoroacetate)。結果表示於表1之「水分量質量」之欄位。
實驗1(鋰電池評價)
如以下般調製實施例1~21之電解液、及比較例1~4之電解液(其中,如表1所示般,比較例1~3(參考例)未添加含氟羧酸鹽化合物。),使用所獲得的各電解液製作鋰離子二次電池,評價各個電阻增加率、循環電容量保持率。
(電解液之調製)
在乾燥氬環境下,以表1所示比例混合鏈狀碳酸酯與環狀碳酸酯,於該溶液,以表1所示的量添加前述各實施例所獲得的含氟羧酸鹽化合物,進而,以成為1.2莫耳/公升的濃度之方式添加經乾燥之LiPF
6,獲得非水電解液。含氟羧酸鹽化合物之摻合比例,以相對於電解液之質量%來表示。
(負極之製作)
作為負極活性物質使用人造石墨粉末,作為增黏劑使用羧甲基纖維素鈉之水性分散液(羧甲基纖維素鈉之濃度1質量%),作為黏合劑使用苯乙烯-丁二烯橡膠之水性分散液(苯乙烯-丁二烯橡膠之濃度50質量%),將該等在水溶劑中混合作成漿料狀來準備負極合劑漿料。負極活性物質、增黏劑、黏合劑之固體成分比設為98.1/0.9/1.0(質量%比)。均一地塗佈於厚度20μm之銅箔,並且乾燥後,藉由壓製機進行壓縮成形,而作成負極。
(正極之製作)
作為正極活性物質使用LiNi
0.6Mn
0.2Co
0.2O
2,作為導電材使用乙炔黑,作為黏合劑使用聚偏二氟乙烯(PVdF)之N-甲基-2-吡咯啶酮分散液,將該等混合作成漿料狀來準備正極合劑漿料。正極活性物質、導電材、黏合劑之固體成分比設為97/1.5/1.5(質量%比)。將所獲得的正極合劑漿料均一地塗佈於厚度20μm之鋁箔集電器上,並且乾燥後,藉由壓製機進行壓縮成形,而作成正極。
(鋰離子二次電池之製作)
將如上述般製造的負極、正極及聚乙烯製分隔片,依負極、分隔片、正極之順序積層,而製作電池元件。
於由以樹脂層被覆鋁薄片(厚度40μm)之兩面之層合膜所成之袋內,一邊突出地設置正極與負極之端子一邊插入該電池元件後,將實施例1~22及比較例1~3之電解液分別注入袋內,進行真空密封,而製作薄片狀之鋰離子二次電池。
<高溫循環電容量保持率>
將於上述製造之二次電池,在以板進行包夾加壓的狀態下,於45℃下以相當於0.2C的電流進行定電流-定電壓充電至4.2V為止(以下,以CC/CV充電來標示。)(0.1C cut)後,以0.2C之定電流放電至3V為止,將其設為1循環,由第3次循環之放電容量求出初期放電容量。此處,所謂1C表示將電池之基準電容量以1小時進行放電之電流值,例如,所謂0.2C表示其1/5之電流值。進行再次循環,將600循環後之放電容量設為循環後之電容量。求出相對於初期放電容量之600循環後的放電容量之比例,將其設為循環電容量保持率(%)。
(600循環後之放電容量)÷(初期放電容量)×100=循環電容量維持率(%)
(電阻增加率)
將以規定的充放電條件(以0.2C於規定的電壓下充電至充電電流成為1/10C為止以相當於1C之電流放電至3.0V為止)來進行之充放電循環設為1循環,測定3循環後之電阻與600循環後之電阻。測定溫度設為25℃。基於下述式,求出600循環後之電阻增加率。
將結果示於表1。
600循環後之電阻增加率(%)=600循環後之電阻(Ω)/3循環後之電阻(Ω)×100
Claims (16)
- 一種製造方法,其係式(P1)所表示之化合物的製造方法, 式(P1):(B 1f) mp(A 1) np[式中, B 1f為RfCOO, Rf為具有1個以上之氟原子之烴, A 1為H以外之基, mp為(A 1之價數)×np/(B 1f之價數)之數,且為1或2, np為(B 1f之價數)×mp/(A 1之價數)之數,且為1, A 1之價數為1或2,及 B 1f之價數為1]; 且前述製造方法包含:使式(S1)所表示之化合物,與式(S2)所表示之化合物或其水合物進行反應之步驟A, 式(S1):(B 1f)(R 1) [式中, B 1f與前述為相同意義,及 R 1為有機基, 但,R 1為與A 1相異之基] 式(S2):(A 1) ms2(B 2) ns2[式中, A 1與前述為相同意義, B 2為OH、CO 3或HCO 3, ms2為(B 2之價數)×ns2/(A 1之價數)之數,且為1或2,及 ns2為(A 1之價數)×ms2/(B 2之價數),且為1或2]。
- 如請求項1之製造方法,其中A 1為金屬原子或銨。
- 如請求項1或2之製造方法,其進而包含:去除於前述步驟A副生成之式(P2)所表示之化合物之步驟B, 式(P2):(R 1) op(B 2) [式中, B 2及R 1與前述為相同意義,及 op為(B 2之價數)/(R 1之價數)之數,且為1或2]。
- 如請求項1~3中任一項之製造方法,其中Rf為具有1個以上之氟原子之C1-6烷基。
- 如請求項1~4中任一項之製造方法,其中Rf為具有2個以上之氟原子之C1-3烷基。
- 如請求項1~5中任一項之製造方法,其中A 1為鹼金屬原子。
- 如請求項1~6中任一項之製造方法,其中A 1為Li。
- 如請求項1~7中任一項之製造方法,其中B 2為OH。
- 一種電化學裝置用添加劑,其含有:式(P1A)所表示之化合物、及相對於前述式(P1A)所表示之化合物為0~50000質量ppm之水, 式(P1A):RfCOOA d[式中, Rf為具有1個以上之氟原子之有機基,及 A d為金屬原子]。
- 一種電解液,其含有如請求項9之電化學裝置用添加劑。
- 一種電化學裝置,其具備如請求項10之電解液。
- 一種鋰離子二次電池,其具備如請求項10之電解液。
- 一種化合物,其係水分含量為50000質量ppm以下之式(P1A)所表示之化合物, 式(P1A):RfCOOA d[式中, Rf為具有1個以上之氟原子之有機基,及 A d為Li原子]。
- 一種組成物,其含有:式(P1A)所表示之化合物,及 相對於前述式(P1)所表示之化合物為50000質量ppm以下之水, 式(P1A):RfCOOA d[式中, Rf為具有1個以上之氟原子之有機基,及 A d為Li原子]。
- 如請求項13之化合物,其係以如請求項1~8中任一項之製造方法所製造。
- 如請求項14之組成物,其係以如請求項1~8中任一項之製造方法所製造。
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