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JP2001085058A - 非水電解液及びこれを用いたリチウム1次電池及びリチウム2次電池及び電気化学キャパシタ及び高分子電解質及びこれを用いたポリマ2次電池 - Google Patents

非水電解液及びこれを用いたリチウム1次電池及びリチウム2次電池及び電気化学キャパシタ及び高分子電解質及びこれを用いたポリマ2次電池

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Publication number
JP2001085058A
JP2001085058A JP26500299A JP26500299A JP2001085058A JP 2001085058 A JP2001085058 A JP 2001085058A JP 26500299 A JP26500299 A JP 26500299A JP 26500299 A JP26500299 A JP 26500299A JP 2001085058 A JP2001085058 A JP 2001085058A
Authority
JP
Japan
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group
electrolyte
battery
fluorinated
formula
Prior art date
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Pending
Application number
JP26500299A
Other languages
English (en)
Inventor
Juichi Arai
寿一 新井
Hideaki Katayama
秀昭 片山
Mitsuru Kobayashi
満 小林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
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Priority to US09/645,428 priority patent/US6495293B1/en
Priority to EP00118434A priority patent/EP1085591A1/en
Priority to TW089117443A priority patent/TW472412B/zh
Priority to KR10-2000-0050851A priority patent/KR100469586B1/ko
Publication of JP2001085058A publication Critical patent/JP2001085058A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明の目的は、可動イオンの拡散性を高めた
有機電解液及び高分子電解質及び低温での容量を高めた
リチウム1次電池,リチウム2次電池,ポリマ2次電池
及び電気化学キャパシタを提供する。 【解決手段】本発明は、フッ素化アルキル基の末端構造
が非対称なフッ素化溶媒を電解液溶媒に混合した非水電
解液又は高分子電解質からなり、更にそれらを用いた各
種用途からなるものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は非水電解液,固体電
解質,リチウム2次電池、及び、電気化学キャパシタに
係わり、特に、電解液,固体電解質の拡散性向上、及
び、電池及びポリマ2次電池の低温負荷特性向上及び電
気化学キャパシタの充放電性能向上に関する。
【0002】
【従来の技術】有機溶媒を用いた非水電解液は、水系電
解液に比べ耐酸化性が高く、水の酸化電圧を超える電圧
で駆動できるリチウム1次電池,リチウム2次電池,2
V超級の電気化学キャパシタ等に広く利用されている。
一般に非水電解液には、エチレンカーボネート,プロピ
レンカーボネート,ブチレンカーボネート,ジメチルカ
ーボネート,エチルメチルカーボネート,ジエチルカー
ボネート等の環状及び鎖状の炭酸エステル,ジメトキシ
メタン、1,2−ジメトキシエタン,ジグライム,トリ
グライム、1,3−ジオキソラン,テトラハイドロフラ
ン、2−メチルテトラハイドロフラン等の鎖状・環状の
エーテル、γ−ブチロラクトン,スルホラン,プロピオ
ン酸メチル,プロピオン酸エチル等の溶媒が用いられて
いるが、これらの溶媒は水分子に比べて分子量が大き
く、等量の塩濃度に対して溶媒の分子数が少ないので溶
解性,解離性の観点から不利であり、また、イオンに溶
媒和した体積も水の場合よりも大きくなるためイオンの
拡散性が低下し、非水電解液では低温や高負荷での電池
やキャパシタの容量特性の低下を生じる。
【0003】ポリビニリデンフロライド(以下、PVD
Fと記す。)等の高分子発泡成形体に非水電解液を含浸
させた固体高分子電解質やポリエチレンオキサイド(以
下、PEOと記す。)等の高分子を非水電解液と高温で
溶解させ冷却して成形したゲルを電解質とするゲル系固
体高分子電解質は、電池の液漏れの課題がなく、電池缶
を強固なものにする必要がないため外装容器を薄く、軽
量化できるため、近年これらを用いたポリマ2次電池が
開発され携帯電話等に搭載されるようになった。これら
高分子電解質は液状の非水電解液に比べイオンの拡散性
が更に低いので、低温や高負荷での動作特性が低下す
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、拡散
性の高い非水電解液,高分子電解質及び、これらを用い
た低温特性を改善した非水電解液系電池,電気化学キャ
パシタ,ポリマ2次電池を提供するにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】これらの課題は、非水電
解液に化1に示すフッ素化溶媒を混合することにより解
決できる。非水電解液の支持電解質にリチウム塩を用い
れば、リチウム1次電池,リチウム2次電池の電解液と
して利用でき、そのリチウムイオンの拡散性を向上する
ことができる。また、これらの電解液を用いることによ
り、これら電池の低温特性を改善できる。また、支持電
解質に四級オニウム塩を用いることによって電気化学キ
ャパシタ用の電解液として利用でき、この電解液を用い
ることにより電気化学キャパシタの低温特性を改善でき
る。更に、高分子化合物と非水電解液とからなる高分子
電解質に化1のフッ素化溶媒を混合することによって、
高分子電解質のリチウムイオンの拡散性を向上すること
ができ、これを用いたポリマ2次電池の低温特性を改善
することができる。
【0006】
【発明の実施の形態】電解液に含むフッ素溶媒として
は、フッ素化アルキル基が官能基に直接結合した構造の
式5
【0007】
【化5】
【0008】(式中、sは0,3,5,7,9の整数を
表わす。)で表わされるフッ素化アルキルの末端がジフ
ロロメチル基であるフッ素化アルキルカルボン酸のエチ
ルエーテル、または、式6
【0009】
【化6】
【0010】(式中、tは1,3,5の整数を表わ
す。)で表わされるフッ素化アルキルの末端がジフロロ
メチル基であるフッ素化アルキルの沃化物、または、式
【0011】
【化7】
【0012】(式中、uは4または8を表わす。)で表
わされる分子の両末端がイソヘプタフロロプロピル基で
あるフッ素化溶媒、または、式8
【0013】
【数8】
【0014】(式中、vは4,6,8,10の整数を表
わす。)で表わされるフッ素化アルキルの末端がジフロ
ロメチル基であるフッ素化アルキルのアクリレート化合
物、または、式9
【0015】
【数9】
【0016】(式中、wは4,6,8,10の整数を表わ
す。)で表わされるフッ素化アルキルの末端がジフロロ
メチル基であるフッ素化アルキルのメタクリレート化合
物、または、式10
【0017】
【数10】
【0018】(式中、nは2〜6の整数を表わし、R4
はメチル,エチル,プロピル基を表わす。)で表わされ
る化合物、例えば、H(CF2)2OCH3,H(CF2)2
CH2CH3,H(CF2)2OCH2CF3等のエーテル、ま
たは、CF3CHFCF2OCH3,CF3CHFCF2OC
2CH3のエーテル、または、化4で表されるイソ(パ
ーフロロアルキル)アルキルエーテル、即ち、2−トリ
フロロメチルヘキサフロロプロピルメチルエーテル、2
−トリフロロメチルヘキサフロロプロピルエチルエーテ
ル、2−トリフロロメチルヘキサフロロプロピルメチル
エーテル、2−トリフロロメチルヘキサフロロプロピル
プロピルエーテル、3−トリフロロオクタフロロブチル
メチルエーテル、3−トリフロロオクタフロロブチルメ
チルエーテル、3−トリフロロオクタフロロブチルプロ
ピルエーテル、4−トリフロロデカフロロペンチルメチ
ルエーテル、4−トリフロロデカフロロペンチルエチル
エーテル、4−トリフロロデカフロロペンチルプロピル
エーテル、5−トリフロロドデカフロロヘキシルメチル
エーテル、5−トリフロロドデカフロロヘキシルエチル
エーテル、5−トリフロロドデカフロロヘキシルプロピ
ルエーテル、6−トリフロロテトラデカフロロヘプチル
メチルエーテル、6−トリフロロテトラデカフロロヘプ
チルエチルエーテル、6−トリフロロテトラデカフロロ
ヘプチルプロピルエーテル、7−トリフロロヘキサデカ
フロロオクチルメチルエーテル、7−トリフロロヘキサ
デカフロロオクチルエチルエーテル、7−トリフロロヘ
キサデカフロロヘキシルオクチルエーテルを用いること
ができる。更に、以上の化合物と直鎖構造のパーフロロ
アルキルアルキルエーテルを混合して用いることができ
る。
【0019】フッ素化溶媒以外の電解液を構成する溶媒
としては、エチレンカーボネート,プロピレンカーボネ
ート,ブチレンカーボネート,クロロエチレンカーボネ
ート,トリフロロメチルプロピレンカーボネート,ビニ
レンカーボネート,ジメチルビニレンカーボネート,ジ
メチルカーボネート,エチルメチルカーボネート,ジエ
チルカーボネート等の環状及び鎖状の炭酸エステル,ジ
メトキシメタン、1,2−ジメトキシエタン,ジグライ
ム,トリグライム、1,3−ジオキソラン,テトラハイ
ドロフラン、2−メチルテトラハイドロフラン等の鎖状
・環状のエーテル、γ−ブチロラクトン,スルホラン,
プロピオン酸メチル,プロピオン酸エチル,エチレンサ
ルファイト,ジメチルスルホキサイド,エチルメチルス
ルホキサイド、ジエチルスルホキサイド,メチルプロピ
ルスルホキサイド,エチルプロピルスルホキサイド等を
単独または混合して用いることができる。
【0020】リチウム電池用電解液の支持電解質である
リチウム塩としては、LiPF6,LiBF4,LiCl
4,LiSO3CF3,LiN(SO2CF3),LiN(S
2CF2CF3),LiC(SO2CF2CF3)3,LiC
(SO2CF3)3,LiI,LiCl,LiF,LiPF5
(SO2CF3),LiPF4(SO2CF3)2等を用いること
ができる。
【0021】電気化学キャパシタ用の支持電解質として
は、四級オニウム塩として(CH3CH2)4NBF4,(C
3CH2)4NPF6,(CH3CH2)4NClO4,(CH3
CH2)4PBF4,(CH3CH2)4PPF6,(CH3CH2)
4PClO4,(CH3)4PBF4,(CH3)4PPF6,(C
3)4PClO4,(CH3CH2CH2)4PBF4,(CH3CH2
2)4PPF6,(CH3CH2CH2)4PClO4,(CH3CH2CH
2)4NBF4,(CH3CH2CH2)4NPF6,(CH3CH2CH
2)4NClO4,(CH3)4NBF4,(CH3)4NPF6,(C
3)4NClO4,(CH3CH2CH2)4PBF4
(CH3CH2CH2CH2)4PPF6,(CH3CH2CH2
CH2)4PClO4,(CH3CH2CH2CH2)4NBF4
(CH3CH2CH2CH2)4NPF6,(CH3CH2CH2
2)4NClO4,(CH3CH2)4NSO2CF3
(CH3CH2)4NN(SO2CF3)2,(CH3CH2)4
NSO349,(CH3CH2)4NB(CH2CH3)4等を
用いることができる。また、炭素材料を活物質に用いる
場合には、リチウムイオンのインタカレーション反応を
併用して蓄電容量を向上することができるので、リチウ
ム電池用に例示したリチウム塩を電気化学キャパシタ用
の電解質に用いることもできる。
【0022】(高分子電解質)高分子電解質は、上記フ
ッ素化溶媒を含む電解液と適当量のポリビニリデンフロ
ライド,ポリアクリロニトリル,ポリエチレンオキサイ
ド等の高分子を混合、または、加熱溶解後に冷却するこ
とにより形成することができる。または、ポリビニリデ
ンフロライドやポリウエレタン等の高分子発泡基体に上
記フッ素化溶媒を含む電解液を含浸させることにより形
成することができる。または、上記フッ素化溶媒を含む
電解液に二重結合を有するメタクリル酸誘導体のモノ
マ、または、オリゴマを混合し加熱硬化することにより
形成することができる。これらに混合する非水電解液に
はリチウム電池用電解液として上記したものを用いこと
ができる。
【0023】(リチウム1次電池)リチウム1次電池と
しては、負極にリチウム金属を、正極に二酸化マンガン
の成形ペレットをコイン型、または、二酸化マンガンを
アルミ箔の両面に塗布形成して負極リチウム金属箔と高
分子セパレータを介して捲回形成した電極群を電池缶に
挿入・封缶した筒型の電池とすることができる。更に、
負極にはリチウム金属の他に、リチウムを吸蔵放出が可
能な材料、例えば、リチウム−アルミニウム合金,炭素
材料、例えば、コークスやグラファイト等を用いること
ができる。また、正極材料には二酸化マンガンの他に、
金属としてコバルト,ニッケル,ニオブ,バナジウム等
を少なくとも一つ以上含む酸化物を用いることができ
る。
【0024】(リチウム2次電池)リチウム2次電池の
負極としては、リチウム金属,リチウムとアルミニウム
等の合金,天然または人工の黒鉛、非晶質等の炭素材
料、または、珪素,ゲルマニウム,アルミニウム,金等
のリチウムと合金化する物質と炭素との複合材料等を用
いることができる。正極材料としては、コバルト,ニッ
ケル,鉄等とリチウムの複合酸化物、または、これらに
遷移金属や珪素,ゲルマニウム,アルミニウム,マンガ
ン,マグネシウム等を添加混合した材料、または、マン
ガン酸リチウム及びこれにリチウム,遷移金属,珪素,
ゲルマニウム,アルミニウム,マンガン,マグネシウム
等を添加混合した材料を用いることができる。また、セ
パレータにはポリエチレン,ポリプロピレン,ビニレン
共重合体,ブチレン等の高分子の微多孔質フィルムを、
または、これらの材料を二層,三層に積層した形態の微
多孔質フィルムを用いることができる。
【0025】(ポリマ2次電池)ポリマ2次電池は、上
記高分子電解質とリチウムを吸蔵放出可能な負極と正極
で挟み形成することができる。また、高分子電解質をポ
リエチレン,ポリプロピレン,ポリブテン等から成る微
多孔質フィルムに含浸させて用いることもできる。負極
及び正極は上記リチウム2次電池で記したものを好適に
用いることができる。
【0026】(電気化学キャパシタ)電気化学キャパシ
タは、比表面積の大きな炭素材料を正極及び負極の分極
性電極材料として用い、これらの電極をセパレータを介
して積層または捲回し、電解液を注液して形成する。電
解液は液状の他に、高分子を混合してゲル状の高分子電
解液として用いることもできる。比表面積の大きな分極
性炭素材料としては、グラッシーカーボン,カーボンブ
ラック,炭素繊維,賦活炭素マイクロビーズ,賦活炭素
ファイバ等を用いることができる。また、炭素材料の他
に、ピロール化合物やアニリン類の様な有機化合物を分
極性電極の材料として用いることもできる。セパレータ
には上記の様な材料を利用することができる。
【0027】本発明は以下の実施例に限定されるもので
はない。
【0028】(支持電解質にリチウム塩を用いた非水電
解液) 〔比較例1〕有機溶媒として、エチレンカーボネート
(以下、ECと記す)とジメチルカーボネート(以下、
DMCと記す)を容量で、EC:DMC=33:67の
比で混合し、これにリチウム塩としてLiPF6を1M
(モル/リッタ)溶解して比較例1の電解液Aを調製し
た。電池の充放電特性は電極中への可動イオンの拡散性
が最も影響するので、電解液の特性を可動イオンの自己
拡散係数により評価した。New York,1996,p.1
626−1644等を参照。)により25℃の温度条件
で評価した。この方法で求めた電解液Aのリチウムイオ
ンの拡散係数は3×10-102/secであった。
【0029】〔実施例1〕有機溶媒として、エチレンカ
ーボネート(以下、ECと記す)とジメチルカーボネー
ト(以下、DMCと記す)を、フッ素化溶媒としてエチ
ル−2,2,3,3,4,4,5,5−オクタフロロペ
ンチレート(HCF2(CF2)3COOEt:以下、EO
FPAと記す)を容量で、EC:DMC:EOFPA=
32:63:5の比で混合し、これにリチウム塩として
LiPF6 を1M(モル/リッタ)溶解して実施例1の
電解液1を調製した。この電解液のPFG−NMR法で
求めたリチウムイオンの拡散係数は7×10-102/se
c であった。電解液1では、可動イオンの拡散係数が比
較例1に比べ4×10-102/sec 向上した。
【0030】〔実施例2〕有機溶媒として、ECとDM
Cを、フッ素化溶媒として2,2,3,3,4,4,
5,5−オクタフロロ−1−ヨードペンタン(HCF
2(CF2)3CH2I:以下、IOFPと記す)を容量で、
EC:DMC:IOFP=32:63:5の比で混合
し、これにリチウム塩としてLiPF6 を1M(モル/
リッタ)溶解して実施例2の電解液2を調製した。この
電解液のPFG−NMR法で求めたリチウムイオンの拡
散係数は8×10-102/sec であった。電解液2で
は、可動イオンの拡散係数が比較例1に比べ5×10
-102/sec 向上した。
【0031】〔実施例3〕有機溶媒として、ECとDM
Cを、フッ素化溶媒として2,7−ジトリフロロメチル
−1,1,1,2,3,3,4,4,5,5,6,6,
7,8,8,8−ヘプタデカフロロオクタン(FC(C
3)2(CF2)4(CF3)2CF :以下、TFHFOと記
す)を容量で、EC:DMC:TFHFO=32:6
3:5の比で混合し、これにリチウム塩としてLiPF
6 を1M(モル/リッタ)溶解して実施例3の電解液3
を調製した。この電解液のPFG−NMR法で求めたリ
チウムイオンの拡散係数は9×10-102/sec であっ
た。電解液3では、可動イオンの拡散係数が比較例1に
比べ6×10-102/sec 向上した。以上の様に、分子
末端が部分的にフッ素化された構造を有するフッ素化溶
媒を電解液に混合することにより、非水電解液中のリチ
ウムイオンの自己拡散性を向上することができる。
【0032】〔実施例4〕有機溶媒として、ECとDM
Cを、フッ素化溶媒として1,1,2,2−テトラフロ
ロプロピルメチルエーテル(H(CF2)2OCH3:以
下、FPMEと記す)を容量で、EC:DMC:FPM
E=32:63:5の比で混合し、これにリチウム塩と
してLiPF6 を1M(モル/リッタ)溶解して実施例
4の電解液4を調製した。この電解液のPFG−NMR
法で求めたリチウムイオンの拡散係数は13×10-10
2/sec であった。電解液4では、可動イオンの拡散
係数が比較例1に比べ一桁向上し、実施例3に比べても
4×10-102/sec も向上した。この様に、フッ素化
溶媒の官能基を適当に極性を有するエーテル基とするこ
とにより、官能基を持たないものや官能基がエステルの
場合に比べてリチウムイオンの拡散性が飛躍的に改善し
た。
【0033】〔実施例5〕有機溶媒として、ECとDM
Cを、フッ素化溶媒として1,1,2,3,3,3−ヘ
キサフロロプロピルメチルエーテル(CF3CHFCF2
OCH3 :以下、HFPMEと記す)を容量で、EC:
DMC:HFPME=32:63:5の比で混合し、こ
れにリチウム塩としてLiPF6 を1M(モル/リッ
タ)溶解して実施例5の電解液5を調製した。この電解
液のPFG−NMR法で求めたリチウムイオンの拡散係
数は17×10-102/sec であった。電解液5では、
可動イオンの拡散係数が比較例1に比べ14×10-10
2/sec も向上し、実施例4に比べても3×10-10
2/sec も向上した。この様に、フッ素化アルキルの末
端にCF3CHF 構造を持つエーテルは更にリチウムイ
オンの拡散性を向上する効果がある。
【0034】〔実施例6〕有機溶媒として、ECとDM
Cを、フッ素化溶媒として2−トリフロロメチル−1,
1,2,3,3,3−ヘキサフロロプロピルメチルエー
テル(FC(CF3)2CF2OCH3:以下、HFEIと記
す。)を容量で、EC:DMC:HFEI=32:6
3:5の比で混合し、これにリチウム塩としてLiPF
6を1M(モル/リッタ)溶解して実施例6の電解液6
を調製した。この電解液のPFG−NMR法で求めたリ
チウムイオンの拡散係数は19×10-102/secであ
った。電解液6では、可動イオンの拡散係数が比較例1
に比べ16×10-102/secも向上し、実施例4に比べ
ても6×10-102/sec も向上した。この様に、分子
末端に2つのCF3 を有する構造のフッ素化エーテルは
更にリチウムイオンの拡散性を向上する効果がある。
【0035】〔実施例7〕フッ素化溶媒として、HFE
Iとこの同位体である(CF3(CF2)3OCH3:以下、
HFENと記す。)を容量でHFEI:HFEN=8
0:20の割合で混合したHFE1を、EC:DMC:
HFE1=32:63:5の比で混合し、これにリチウ
ム塩としてLiPF6 を1M(モル/リッタ)溶解して
実施例7の電解液7を調製した。この電解液のPFG−
NMR法で求めたリチウムイオンの拡散係数は22×1
-102/sec であった。
【0036】〔実施例8〕フッ素化溶媒として、HFP
MEとを容量でHFEI:HFEN=60:40の割合
で混合したHFE2を、EC:DMC:HFE2=3
2:63:5の比で混合し、これにリチウム塩としてL
iPF6 を1M(モル/リッタ)溶解して実施例8の電
解液8を調製した。この電解液のPFG−NMR法で求
めたリチウムイオンの拡散係数は24×10-102/se
c であった。
【0037】〔実施例9〕フッ素化溶媒として、HFP
MEとを容量でHFEI:HFEN=40:60の割合
で混合したHFE3を、EC:DMC:HFE3=3
2:63:5の比で混合し、これにリチウム塩としてL
iPF6を1M(モル/リッタ)溶解して実施例9の電解
液9を調製した。この電解液のPFG−NMR法で求め
たリチウムイオンの拡散係数は20×10-102/sec
であった。この様に、HFEIをフッ素溶媒とすること
によりリチウムイオンの拡散性は更に向上し、また、H
FENと混合して用いるとその効果は更に良くなる。こ
の際、HFEIとHFENの混合では、HFEI:HF
EN=60:40の割合で混合したHFE2が最も効果
的であった。
【0038】〔実施例10〕フッ素溶媒としてHFE
I:HFEN=60:40の割合で混合したHFE2を
用い、EC:DMC:HFE2=30:60:10の割
合で混合し、これにリチウム塩としてLiPF6を0.8
M(モル/リッタ),LiN(SO2CF2CF3)2(以下、
LiBETIと記す。)を0.4M(モル/リッタ)溶解
して実施例10の電解液10を調製した。この電解液の
PFG−NMR法で求めたリチウムイオンの拡散係数は
26×10-102/sec であった。この様に、フッ素化
溶媒の混合量を増やすと更にイオンの拡散性を向上する
効果が良くなる。尚、この系ではフッ素化溶媒の混合量
を増やすと溶液の相分離が起こるので、これを防止する
ために有機リチウム塩であるLiBETIを混合した。
この塩を共存、または、主支持電解質とすることによ
り、フッ素化溶媒を広範囲,高混合量の領域まで安定に
混合することが可能になる。
【0039】〔実施例11〕EC:DMC:HFE2=
20:60:20の割合で混合し、これにリチウム塩と
してLiPF6 を0.6M(モル/リッタ),LiBE
TIを0.8M(モル/リッタ)溶解して実施例11の
電解液11を調製した。この電解液のPFG−NMR法
で求めたリチウムイオンの拡散係数は28×10-102
/sec であった。
【0040】〔実施例12〕EC:DMC:HFE2=
10:60:30の割合で混合し、これにリチウム塩と
してLiPF6を0.3M(モル/リッタ),LiBET
Iを0.9M(モル/リッタ)溶解して実施例12の電
解液12を調製した。この電解液のPFG−NMR法で
求めたリチウムイオンの拡散係数は30×10-102
sec であった。
【0041】〔実施例13〕EC:DMC:HFE2=
10:50:40の割合で混合し、これにリチウム塩と
してLiPF6 を0.1M(モル/リッタ),LiBE
TIを1.1M(モル/リッタ)溶解して実施例13の
電解液13を調製した。この電解液のPFG−NMR法
で求めたリチウムイオンの拡散係数は25×10-102
/sec であった。以上の様にフッ素化溶媒HFE2の混
合量を増加すると、リチウムイオンの拡散性は更に向上
する。この際、HFE2系では30%の混合が最も効果
的であった。
【0042】〔比較例2〕有機溶媒として、エチルメチ
ルカーボネート(以下、EMCと記す。)とECを、E
C:EMC=33:67の割合で混合し、これにリチウ
ム塩としてLiPF6を1M(モル/リッタ)溶解して比
較例2の電解液Bを調製した。この電解液のPFG−N
MR法で求めたリチウムイオンの拡散係数は2×10
-102/sec であった。
【0043】〔実施例14〕EC:EMC:HFE2=
32:63:5の比で混合したものを溶媒とし、これに
リチウム塩としてLiPF6 を1M(モル/リッタ)溶
解して実施例14の電解液14を調製した。この電解液
のPFG−NMR法で求めたリチウムイオンの拡散係数
は22×10-102/sec であった。この様に、鎖状カ
ーボネートの種類を変えても実施例14の拡散係数は比
較例2の10倍以上になっており、フッ素溶媒は鎖状カ
ーボネートの種類によらず有効に作用する。
【0044】〔比較例3〕有機溶媒として、プロピレン
カーボネート(以下、PCと記す。)とジメトキシエタ
ン(以下、DMEと記す。)をPC:DME=30:7
0の割合で混合し、これにリチウム塩としてLiSO3
CF3 を1.5M(モル/リッタ)溶解して比較例3の
電解液Cを調製した。この電解液のPFG−NMR法で
求めたリチウムイオンの拡散係数は2×10-102/se
c であった。
【0045】〔実施例15〕PC:DME:HFE2=
32:63:5の比で混合したものを溶媒とし、これに
リチウム塩としてLiSO3CF3 を1.5M(モル/リ
ッタ)溶解して実施例15の電解液15を調製した。こ
の電解液のPFG−NMR法で求めたリチウムイオンの
拡散係数は17×10-102/sec であった。この様
に、溶媒種、支持電解質が変わっても、実施例15の拡
散係数は比較例3の8倍以上になっており、フッ素溶媒
は溶媒の種類、支持電解質の種類によらず有効に作用す
る。この様に、リチウム1次電池でよく用いられる非水
電解液系に対してもフッ素化溶媒の混合効果は明確であ
る。
【0046】(支持電解質に四級オニウム塩を用いた非
水電解液) 〔比較例4〕有機溶媒としてPCを用い、これに四級オ
ニウム塩として四弗化ホウ酸テトラエチルアンモニウム
塩(Et)4NBF4 を0.6M(モル/リッタ)溶解して
比較例4の電解液Dを調製した。この電解液のPFG−
NMR法で求めたアンモニウムイオンの拡散係数は7×
10-102/sec であった。
【0047】〔実施例16〕溶媒としてPC:DEC:
EOFPA(HCF2(CF2)3COOEt)=85:1
0:5の混合物を用い、(Et)4NBF4を0.6M(モ
ル/リッタ)溶解して実施例16の電解液16を調製し
た。この電解液のPFG−NMR法で求めたアンモニウ
ムイオンの拡散係数は12×10-102/sec であっ
た。拡散性が比較例4に比べ、可動イオンの拡散係数が
5×10-102/sec 向上した。可動イオンがアンモニ
ウムイオンの場合も、フッ素化溶媒を混合することによ
って拡散性が向上することが示された。
【0048】〔実施例17〕溶媒としてPC:DEC:
IOFP(HCF2(CF2)3CH2I)=85:10:5の
混合物を用い、(Et)4NBF4を0.6M(モル/リッ
タ)溶解して実施例17の電解液17を調製した。この
電解液のPFG−NMR法で求めたアンモニウムイオン
の拡散係数は13×10-102/sec であった。この電
解液は、比較例4に比べ可動イオンの拡散係数が6×1
-102/sec 向上した。
【0049】〔実施例18〕溶媒としてPC:DEC:
TFHFO(FC(CF3)2(CF2)4CF(CF3)2)=8
5:10:5の混合物を用い、(Et)4NBF4を0.6
M(モル/リッタ)溶解して実施例18の電解液18を
調製した。この電解液のPFG−NMR法で求めたアン
モニウムイオンの拡散係数は14×10-102/sec で
あった。この電解液は、比較例4に比べ可動イオンの拡
散係数が7×10-102/sec 向上した。
【0050】〔実施例19〕溶媒としてPC:DEC:
FPME(H(CF2)2OCH3)=85:10:5の混合
物を用い、(Et)4NBF4を0.6M(モル/リッタ)
溶解して実施例19の電解液19を調製した。この電解
液のPFG−NMR法で求めたアンモニウムイオンの拡
散係数は18×10-102/sec であった。この電解液
は、比較例4に比べ可動イオンの拡散係数が11×10
-102/sec 向上し、実施例18に比べても4×10
-102/sec 向上した。この様に、フッ素化エーテルを
用いることにより拡散性はより向上する。
【0051】〔実施例20〕溶媒としてPC:DEC:
HFPME(CF3CHFCF2OCH3)=85:10:
5の混合物を用い、(Et)4NBF4を0.6M(モル/
リッタ)溶解して実施例20の電解液20を調製した。
この電解液のPFG−NMR法で求めたアンモニウムイ
オンの拡散係数は21×10-102/sec であった。こ
の電解液は、比較例4に比べ可動イオンの拡散係数が1
4×10-102/sec 向上し、実施例19に比べても3
×10-102/sec 向上した。この様に、フッ素化アル
キルの端にCF3 分岐鎖を有する構造のフッ素化アルキ
ルを用いることによって、拡散性はより向上する。
【0052】〔実施例21〕溶媒としてPC:DEC:
HFEI(FC(CF3)2CF2OCH3)=85:10:5
の混合物を用い、(Et)4NBF4を0.6M(モル/リ
ッタ)溶解して実施例21の電解液21を調製した。こ
の電解液のPFG−NMR法で求めたアンモニウムイオ
ンの拡散係数は24×10-102/sec であった。この
電解液は、比較例4に比べ可動イオンの拡散係数が17
×10-102/sec 向上した。この様に、末端にCF3
分岐鎖を有するパーフロロアルキルアルキルエーテルを
用いることにより更に効果が高くなる。
【0053】〔実施例22〕溶媒としてHFENを容量
でHFEI:HFEN(CF3(CF2)3OCH3)=80:
20の割合で混合したHFE1を用い、更に、溶媒を容
量でPC:DEC:HFE1=85:10:5の割合に
混合し(Et)4NBF4を0.6M(モル/リッタ)溶解
して実施例22の電解液22を調製した。この電解液の
PFG−NMR法で求めたアンモニウムイオンの拡散係
数は27×10-102/sec であった。この様に、分岐
鎖構造と直鎖構造のフッ素化アルキルエーテルを混合し
て用いることにより、更に、イオンの拡散性が向上す
る。
【0054】〔実施例23〕HFEI:HFEN=6
0:40の割合で混合したHFE2用い、溶媒を容量で
PC:DEC:HFE2=85:10:5の割合で混合
し、(Et)4NBF4を0.6M(モル/リッタ)溶解して
実施例23の電解液23を調製した。この電解液のPF
G−NMR法で求めたアンモニウムイオンの拡散係数は
29×10-102/secであった。これは、実施例22
よりも更に2×10-102/sec 拡散係数が高くなって
いる。HFEIとHFENの混合比を調整すると更にイ
オンの拡散性が向上する。
【0055】〔実施例24〕HFEI:HFEN=4
0:60の割合で混合したHFE3を用い、更に、溶媒
を容量でPC:DEC:HFE3=85:10:5の割
合で混合し、(Et)4NBF4を0.6M(モル/リッタ)
溶解して実施例24の電解液24を調製した。この電解
液のPFG−NMR法で求めたアンモニウムイオンの拡
散係数は25×10-102/secであった。これは、実
施例21よりも更に1×10-10m2/sec拡散係数が高く
なっている。以上の様に、HFEIとHFENの混合で
は、HFEIが60容量%程度において最も拡散性向上
の効果が高かった。
【0056】(高分子電解質) 〔比較例5〕有機溶媒とポリビニリデンフロライド(以
下、PVDFと記す。)を重量比で、EC:DMC:P
VDF=20:50:30に混合し、リチウム塩として
LiTFSIを1.5M(モル/リッタ)溶解し、比較例
5の高分子電解質Eを得た。この高分子電解質EのPF
G−NMR法で求めたリチウムイオンの拡散係数は2×
10-112/sec であった。
【0057】〔実施例25〕有機溶媒とフッ素化溶媒
(EOFPA:HCF2(CF2)3COOEt)とPVDFを重
量比で、PC:DEC:EOFPAEC:DMC:EO
FPA:PVDF=20:45:5:30に混合し、リ
チウム塩としてLiTFSIを1.5M(モル/リッタ)
溶解し、実施例25の高分子電解質25を得た。この高
分子電解質25のPFG−NMR法で求めたリチウムイ
オンの拡散係数は4×10-112/sec であった。この
様に、高分子電解質にフッ素化溶媒を混合した場合で
も、イオンの拡散性を向上する作用がある。
【0058】〔実施例26〕有機溶媒とフッ素化溶媒
(IOFP:HCF2(CF2)3CH2I)とPVDFを重
量比で、EC:DMC:IOFP:PVDF=20:4
5:5:30に混合し、リチウム塩としてLiTFSI
を1.5M(モル/リッタ)溶解し、実施例26の高分子
電解質26を得た。この高分子電解質26のPFG−N
MR法で求めたリチウムイオンの拡散係数は5×10
-112/sec であった。この電解質の拡散性は比較例5
や実施例25の電解質に比べ、それぞれ2×10-112
/sec ,2×10-112/sec 拡散係数が高くなった。
【0059】〔実施例27〕有機溶媒とフッ素化溶媒
(TFHFO:FC(CF3)2(CF2)4CF(CF3)2)と
PVDFを重量比で、EC:DMC:TFHFO:PV
DF=20:45:5:30に混合し、リチウム塩とし
てLiTFSIを1.5M(モル/リッタ)溶解し、実施
例27の高分子電解質27を得た。この高分子電解質2
7のPFG−NMR法で求めたリチウムイオンの拡散係
数は6×10-112/sec であった。この電解質の拡散
性は実施例26よりもさらに1×10-112/sec 向上
した。 〔実施例28〕有機溶媒とフッ素化溶媒(TFHFO:
FC(CF3)2(CF2)4CF(CF3)2)とPVDFを重量
比で、EC:DMC:TFHFO:PVDF=20:4
5:5:30に混合し、リチウム塩としてLiTFSI
を1.5M(モル/リッタ)溶解し、実施例28の高分子
電解質28を得た。この高分子電解質28のPFG−N
MR法で求めたリチウムイオンの拡散係数は8×10
-112/sec であった。この電解質の拡散性は実施例2
8よりもさらに2×10-112/sec 向上した。 〔実施例29〕有機溶媒とフッ素化溶媒(HFPME:
CF3CHFCF2OCH3)とPVDFを重量比で、E
C:DMC:HFPME:PVDF=20:45:5:
30に混合し、リチウム塩としてLiTFSIを1.5
M(モル/リッタ)溶解し、実施例29の高分子電解質
29を得た。この高分子電解質29のPFG−NMR法
で求めたリチウムイオンの拡散係数は11×10-112
/sec であった。この電解質の拡散性は実施例28より
もさらに3×10-112/sec 向上した。フッ素溶媒を
エーテルにすることにより更に拡散性を向上することが
できる。
【0060】〔実施例30〕有機溶媒とフッ素化溶媒
(HFEI:FC(CF3)2CF2OCH3)とPVDFを
重量比で、EC:DMC:HFEI:PVDF=20:
45:5:30に混合し、リチウム塩としてLiTFS
Iを1.5M(モル/リッタ)溶解し、実施例30の高分
子電解質30を得た。この高分子電解質30のPFG−
NMR法で求めたリチウムイオンの拡散係数は15×1
-112/sec であった。この電解質の拡散性は実施例
29よりもさらに4×10-112/sec 向上した。フッ
素化アルキル鎖としてCF3 分岐を有するパーフロロア
ルキルエーテルを用いることにより更に拡散性が向上す
る。
【0061】〔実施例31〕有機溶媒とフッ素化溶媒と
してHFEI:HFEN(CF3(CF2)3OCH3)=6
0:40の割合で混合したHFE2とPVDFを重量比
で、EC:DMC:HFE2:PVDF=15:50:
5:30に混合し、リチウム塩としてLiTFSIを1.5M
(モル/リッタ)溶解し、実施例31の高分子電解質3
1を得た。この高分子電解質31のPFG−NMR法で
求めたリチウムイオンの拡散係数は17×10-112
sec であった。この電解質の拡散性は実施例30よりも
さらに2×10-112/sec 向上した。分岐鎖構造のフ
ッ素化エーテルと直鎖構造のフッ素化エーテルを混合し
て用いることにより更に拡散性が向上する。
【0062】〔実施例32〕有機溶媒とフッ素化溶媒H
FE2とPVDFを重量比で、EC:DMC:HFE2:P
VDF=15:45:10:30に混合し、リチウム塩
としてLiTFSI素化エーテルを混合して用いること
により更に拡散性が向上する。
【0063】〔実施例32〕有機溶媒とフッ素化溶媒H
FE2とPVDFを重量比で、EC:DMC:HFE2:P
VDF=15:45:10:30に混合し、リチウム塩
としてLiTFSIを1.5M(モル/リッタ)溶解し、
実施例32の高分子電解質32を得た。この高分子電解
質32のPFG−NMR法で求めたリチウムイオンの拡
散係数は19×10-112/sec であった。この電解質
の拡散性は実施例31よりもさらに2×10-112/se
c 向上した。
【0064】〔実施例33〕有機溶媒とフッ素化溶媒H
FE2とPVDFを重量比で、EC:DMC:HFE2:P
VDF=10:45:15:30に混合し、リチウム塩
としてLiTFSIを1.5M(モル/リッタ)溶解し、
実施例33の高分子電解質33を得た。この高分子電解
質33のPFG−NMR法で求めたリチウムイオンの拡
散係数は22×10-112/sec であった。この電解質
の拡散性は実施例32よりもさらに3×10-112/se
c 向上した。
【0065】〔実施例34〕有機溶媒とフッ素化溶媒H
FE2とPVDFを重量比で、EC:DMC:HFE2:P
VDF=10:40:20:30に混合し、リチウム塩
としてLiTFSIを1.5M(モル/リッタ)溶解し、
実施例34の高分子電解質34を得た。この高分子電解
質34のPFG−NMR法で求めたリチウムイオンの拡
散係数は20×10-112/sec であった。この電解質
は実施例32のものより1×10-112/sec拡散係数
が高くなっている。HFE2の場合、15重量%程度に
効果が最も大きな点が見られた。
【0066】(リチウム1次電池) 〔比較例6〕図1に示す構造のコイン型リチウム1次電
池を作製し、低温での放電性能を評価した。比較に用い
た比較例6の電池Fを以下の手順で作製した。正極活物
質として二酸化マンガンを用い、導電助剤としてカーボ
ン粉末を用い、結着剤としてポリビニリデンフロライド
(以下、PVDFと記す。)を用い、これらをMnO2
カーボン粉末:PVDF=85:8:7の割合で混合
し、これを円盤状に加圧成形した後、250℃で焼成し
て正極4を作製し、これを正極集電体5に圧着して正極
電極を得た。負極2はリチウム圧延板を所定の寸法に打
ち抜き加工することによって作製した。次に、PCにL
iSO3CF3を1M(モル/リッタ)溶解して電解液を
作製し、ポリプロピレン製のセパレータ3に含浸させ
た。これらを正極缶6に正極集電体5を正極缶6に接す
る様に挿入し、この上に電解液を含浸させたセパレータ
3を挿入し、更に、負極2を挿入した後、負極キャップ
1を被せて正極缶6と負極キャップ1をカシメてコイン
型のリチウム1次電池を得た。正極缶6と負極キャップ
1の間の気密性はポリプロピレン製のガスケット7によ
り保たれている。
【0067】この電池Fを0℃の雰囲気で、端子間に3
0kΩの抵抗を接続して電圧が2Vに達するまで定電流
で放電した際の放電時間tを測定した。電池Fの放電時
間tは2000hであった。
【0068】〔実施例35〕容量でPC:EOFPA
(HCF2(CF2)3COOEt)=95:5に混合した溶
媒を作製し、これにLiSO3CF3を1M溶解して実施
例35に用いた電解液35を得た。この電解液35を用
いて実施例35に供した電池35を、比較例6と同じ方
法で作製した。この電池の0℃での放電時間tは210
0hであった。電解液溶媒にフッ素化溶媒としてEOF
PAを混合した実施例の電池35は、フッ素化溶媒を用
いない比較例6の電池Fに比べ0℃での放電時間tが1
00hも長くなった。
【0069】〔実施例36〕容量でPC:IOFP(H
CF2(CF2)3CH2I)=95:5に混合した溶媒を作
製し、これにLiSO3CF3を1M溶解して実施例36
に用いた電解液36を得た。この電解液36を用いて実
施例36に供した電池36を、比較例6と同じ方法で作
製した。この電池の0℃での放電時間tは2150hで
あった。電解液溶媒にフッ素化溶媒としてIOFPを混
合した実施例の電池36は、フッ素化溶媒を用いない比
較例6の電池Fに比べ0℃での放電時間tが150hも
長くなった。
【0070】〔実施例37〕容量でPC:TFHFO
(FC(CF3)2(CF2)4(CF3)2CF)=95:5に混合
した溶媒を作製し、これにLiSO3CF3を1M溶解し
て実施例37に用いた電解液37を得た。この電解液3
7を用いて実施例37に供した電池37を、比較例6と
同じ方法で作製した。この電池の0℃での放電時間tは
2180hであった。電解液溶媒にフッ素化溶媒として
TFHFOを混合した実施例の電池37は、フッ素化溶
媒を用いない比較例6の電池Fに比べ0℃での放電時間
tが180hも長くなった。以上、フッ素化アルキル末端
が非対称な構造のフッ素化溶媒を電解液に混合すること
によって、分子内の官能基の種類にも依存するが、0℃
での放電時間を伸ばすことができる。
【0071】〔実施例38〕容量でPC:FPME(H
(CF2)2OCH3)=95:5に混合した溶媒を作製
し、これにLiSO3CF3を1M溶解して実施例38に
用いた電解液36を得た。この電解液38を用いて実施
例38に供した電池38を、比較例6と同じ方法で作製
した。この電池の0℃での放電時間tは2200hであ
った。電解液溶媒にフッ素化溶媒としてFPMEを混合
した実施例の電池38は、フッ素化溶媒を用いない比較
例6の電池Fに比べ0℃での放電時間tが200hも長
くなった。更に、実施例35〜37の電池に比べても2
0〜100h放電時間tが長くなっており、フッ素化溶
媒の構造としてエーテルを用いるとより効果的である。
【0072】〔実施例39〕容量でPC:HFPME
(CF3CHFCF2OCH3)=95:5に混合した溶媒
を作製し、これにLiSO3CF3を1M溶解して実施例
39に用いた電解液39を得た。この電解液39を用い
て実施例39に供した電池39を、比較例6と同じ方法
で作製した。この電池の0℃での放電時間tは2230
hであった。電解液溶媒にフッ素化溶媒としてHFPM
Eを混合した実施例の電池39は、フッ素化溶媒を用い
ない比較例6の電池Fに比べ0℃での放電時間tが23
0hも長くなった。また、実施例38の電池に比べても
30h放電時間tが長くなっており、フッ素化アルキル
末端にCF3基を持つ構造のフッ素化溶媒の利用が更に
効果的である。
【0073】〔実施例40〕容量でPC:HFEI(F
C(CF3)2CF2OCH3)=95:5に混合した溶媒を
作製し、これにLiSO3CF3を1M溶解して実施例4
0に用いた電解液40を得た。この電解液40を用いて
実施例40に供した電池40を、比較例6と同じ方法で
作製した。この電池の0℃での放電時間tは2250h
であった。電解液溶媒にフッ素化溶媒としてHFPME
を混合した実施例の電池40は、フッ素化溶媒を用いな
い比較例6の電池Fに比べ0℃での放電時間tが250
hも長くなった。また、実施例39の電池に比べても2
0h放電時間tが長くなっており、フッ素化アルキル末
端にCF3 基を持つ構造のフッ素化エーテルのフッ素化
アルキル鎖をパーフロロアルキルとすることにより更に
効果が向上する。
【0074】〔実施例41〕容量でPC:HFEI(F
C(CF3)2CF2OCH3)=95:5に混合した溶媒を
作製し、これにLiSO3CF3を1M溶解して実施例4
1に用いた電解液41を得た。この電解液41を用いて
実施例41に供した電池41を、比較例6と同じ方法で
作製した。この電池の0℃での放電時間tは2280h
であった。電解液溶媒にフッ素化溶媒としてHFPME
を混合した実施例の電池41は、フッ素化溶媒を用いな
い比較例6の電池Fに比べ0℃での放電時間tが280
hも長くなった。また、実施例41の電池に比べても3
0h放電時間tが長くなっており、直鎖構造と分岐鎖構
造のフッ素化エーテル溶媒を混合して用いることにより
更に効果が向上する。
【0075】(リチウム2次電池) 〔比較例7〕電池特性を比較評価するために、図2に示
す構造の円筒型リチウム2次電池を以下に示す方法で作
製した。負極活物質に人造黒鉛(メソフェーズマイクロ
ビーズ)を用い、結着剤としてPVDFを用い、これら
を重量で91:9の割合で混合し、溶剤であるN−メチ
ルピロリドン(以下、NMPと記す。)に溶解して混練
し、負極材のペーストを得た。これを負極集電体8とし
て用いた銅箔の両面に塗布し、乾燥,加熱・加圧した
後、真空乾燥して負極集電体8の両面に負極9を形成
し、負極電極を得た。正極活物質としてコバルト酸リチ
ウムを用い、導電剤として黒鉛炭素を用い、結着剤とし
てPVDFを用いて、これらを重量で85:7:8の割
合で混合し、溶剤であるNMPに溶解して混練し、正極
材のペーストを得た。これを正極集電体10として用い
たアルミ箔の両面に塗布し、乾燥,加熱・加圧した後、
真空乾燥して正極集電体10の両面に正極層11を形成
し、正極電極を得た。負極,正極の未塗布部にニッケル
箔で作製した負極リード13と正極リード14をそれぞ
れ電気溶接で取り付けた後、これらの電極をセパレータ
12を挟んで捲回して最外周のセパレータをテープで固
定し電極群を形成した。この電極群を負極リード13を
缶低にして絶縁のためのポリプロピレン製インシュレー
タ15を介してステンレス製の外装缶17に挿入し、外
装缶17と負極リード13を缶低で電気溶接して負極回
路を形成した。正極リード14を正極のインシュレータ
16を介して正極キャップ19に電気溶接した。この負
極外装缶の開口部から、比較例1の電解液A(EC:D
MC=33:67,LiPF6 =1M)を約4ml注液
した後、正極キャップ19と負極外装缶を機械的にカシ
メて比較例7に供した円筒型リチウム2次電池,電池G
を作製した。
【0076】この電池を用いて、0℃の雰囲気での放電
容量を測定した。充電条件は定電流定電圧方式とし、定
電流値を1.6A,定電圧設定を4.2Vとし、充電終止
条件を20mAとした。また、放電条件は1.6A の定
電流放電とした。この条件で評価した電池Gの放電容量
は1218mAhであった。
【0077】〔実施例42〕電解液として実施例1で作
製した電解液1(EC:DMC:EOFPA(HCF
2(CF2)3COOEt)=32:63:5vol%,LiP
6 =1M)を用いて、比較例7と同じ方法で実施例4
2の電池42を作製した。この電池42の0℃での放電
容量は1230mAhであった。この値は、フッ素化ア
ルキル末端が非対称なフッ素化溶媒を混合していない比
較例7の電池Gに対して12mAh多くなっており、本
発明の化学構造に属するフッ素化溶媒を混合することの
効果が示された。
【0078】〔実施例43〕電解液として実施例2で作
製した電解液2(EC:DMC:IOFP(HCF2(C
2)3CH2I)=32:63:5vol%,LiPF6=1
M)を用いて、比較例7と同じ方法で実施例43の電池
43を作製した。この電池43の0℃での放電容量は1
235mAhであった。この値は、比較例7の電池Gに
対して17mAh多くなっており、官能基がないハロゲ
ン化アルカンでも実施例42と同様な効果が確認され
た。
【0079】〔実施例44〕電解液として実施例3で作
製した電解液3(EC:DMC:TFHFO(FC(CF
3)2(CF2)4(CF3)2CF)=32:63:5vol%,
LiPF6 =1M)を用いて、比較例7と同じ方法で実
施例44の電池44を作製した。この電池44の0℃で
の放電容量は1238mAhであった。この値は、比較
例7の電池Gに対して20mAh多くなっており、官能
基がないパーフロロ化アルカンでも低温での負荷特性を
向上する効果が確認された。以上、実施例42〜43に
より、フッ素化アルキル基のアルキル末端の構造が非対
称な構造のフッ素化溶媒を電解液溶媒として混合するこ
とによって低温0℃での放電容量を向上できることが示
された。これは、実施例1〜3(更に、実施例4〜1
5)で示した本発明の規定する化学構造のフッ素化溶媒
を混合することによるリチウムイオンの拡散性の向上に
よる作用と考える。
【0080】〔実施例45〕電解液として実施例4で作
製した電解液4(EC:DMC:FPME(H(CF2)2
OCH3)=32:63:5vol%,LiPF6=1M)
を用いて、比較例7と同じ方法で実施例45の電池45
を作製した。この電池45の0℃での放電容量は124
5mAhであった。この値は、比較例7の電池Gに対し
て28mAh向上し、実施例42〜44に対してもそれ
ぞれ15mAh,10mAh,7mAh高くなった。フ
ッ素化溶媒をFPMEの様なエーテル構造とすることに
より、低温での放電容量が更に向上することが示され
た。
【0081】〔実施例46〕電解液として実施例5で作
製した電解液5(EC:DMC:HFPME(CF3CH
FCF2OCH3)=32:63:5vol%,LiPF6=1
M)を用いて、比較例7と同じ方法で実施例46の電池
46を作製した。この電池46の0℃での放電容量は1
270mAhであった。この値は、比較例7の電池Gに
対して52mAh多くなっており、実施例45に対して
も更に15mAhも向上した。HFPMEの様なフッ素
化アルキル末端が非対称で且つCF3 基を有する化合物
が更に低温での放電容量の向上に効果があることが示さ
れた。
【0082】〔実施例47〕電解液として実施例6で作
製した電解液6(EC:DMC:HFPME(CF3CH
FCF2OCH3)=32:63:5vol%,LiPF6=1
M)を用いて、比較例7と同じ方法で実施例47の電池
47を作製した。この電池47の0℃での放電容量は1
280mAhであった。この値は、比較例7の電池Gに
対して62mAh多くなっており、実施例46に対して
も更に10mAhも向上した。
【0083】〔実施例48〕電解液として実施例7で作
製した電解液7(HFEIとHFEN(CF3(CF2)3OCH3)を容
量で80:20の割合で混合したHFE1を用い、E
C:DMC:HFE1=32:63:5vol%で混合
し、LiPF6=1M溶解した)を用いて、比較例7と
同じ方法で実施例48の電池48を作製した。この電池
48の0℃での放電容量は1300mAhであった。こ
の値は、比較例7の電池Gに対して82mAh多くなって
おり、実施例47に対しても更に20mAhも向上し
た。この様にフッ素化アルカンの末端が直鎖構造と分岐
鎖構造のフッ素化エーテルを混合して用いることによっ
て、低温での放電容量は更に向上する。
【0084】〔実施例49〕電解液として実施例8で作
製した電解液8(HFEIとHFENを容量で60:4
0の割合で混合したHFE2を用い、EC:DMC:H
FE2=32:63:5vol%で混合し、LiPF6=1
M溶解した)を用いて、比較例7と同じ方法で実施例4
9の電池49を作製した。この電池49の0℃での放電
容量は1330mAhであった。この値は、比較例7の電池
Gに対して112mAh多くなっており、実施例48に
対しても更に30mAhも向上した。この様にフッ素化
アルカンの末端が直鎖構造と分岐鎖構造のフッ素化エー
テルの混合割合を調整することによって、低温での放電
容量は更に向上する。
【0085】〔実施例50〕電解液として実施例9で作
製した電解液9(HFEIとHFENを容量で40:6
0の割合で混合したHFE3を用い、EC:DMC:H
FE3=32:63:5vol%で混合し、LiPF6=1
M溶解した)を用いて、比較例7と同じ方法で実施例5
0の電池50を作製した。この電池50の0℃での放電
容量は1320mAhであった。この値は、比較例7の電池
Gに対して102mAh多くなった。
【0086】〔実施例51〕電解液として実施例10で
作製した電解液10(HFEIとHFENを容量で6
0:40の割合で混合したHFE2を用い、EC:DM
C:HFE2=30:60:10vol%で混合し、Li
PF6=1M溶解した)を用いて、比較例7と同じ方法
で実施例51の電池51を作製した。この電池51の0
℃での放電容量は1350mAhであった。この値は、
比較例7の電池Gに対して132mAh多くなってお
り、更にHFEの混合量を5%とした実施例47〜50
に対しても、それぞれ、70mAh,50mAh,20
mAh,30mAh高くなっている。フッ素化溶媒の電
解液中の混合量を調整することによって、低温での放電
容量は更に改善された。
【0087】〔実施例52〕電解液として実施例11で
作製した電解液11(HFEIとHFENを容量で6
0:40の割合で混合したHFE2を用い、EC:DM
C:HFE2=20:60:20vol%で混合し、Li
PF6=1M溶解した)を用いて、比較例7と同じ方法
で実施例52の電池52を作製した。この電池52の0
℃での放電容量は1330mAhであった。この値は、
比較例7の電池Gに対して112mAh多くなってい
る。
【0088】〔実施例53〕電解液として実施例12で
作製した電解液12(HFEIとHFENを容量で6
0:40の割合で混合したHFE2を用い、EC:DM
C:HFE2=10:60:30vol%で混合し、Li
PF6=1M溶解した)を用いて、比較例7と同じ方法
で実施例53の電池53を作製した。この電池53の0
℃での放電容量は1310mAhであった。この値は、
比較例7の電池Gに対して92mAh多くなっている。
【0089】〔実施例54〕電解液として実施例13で
作製した電解液13(HFEIとHFENを容量で6
0:40の割合で混合したHFE2を用い、EC:DM
C:HFE2=10:50:40vol%で混合し、Li
PF6=1M溶解した)を用いて、比較例7と同じ方法
で実施例54の電池54を作製した。この電池54の0
℃での放電容量は1305mAhであった。この値は、
比較例7の電池Gに対して87mAh多くなっている。
以上、実施例50〜54で示した様に、HFEの電解液
中での混合量を調整することによって低温での放電容量
が向上する。HFEの場合、電解液に混合する量が5〜
20容量%程度の領域で特性向上効果が高い。
【0090】〔実施例55〕電解液8にジメチルビニレ
ンカーボネート(以下、DMVCと記す。)を重量比で
2%混合した電解液55を作製し、比較例7と同じ方法
で実施例55の電池55を作製した。この電池55の0
℃での放電容量は1360mAhであった。この値は、
比較例7の電池Gに対して142mAh多く、実施例4
2〜54のいずれの電池よりも高い放電容量を示した。
この様に、フッ素化溶媒に更に二重結合を有する溶媒を
混合することにより、低温での放電容量は飛躍的に向上
する。 〔実施例56〕電解液8にビニレンカーボネート(以
下、VCと記す。)を重量比で2%混合した電解液56
を作製し、比較例7と同じ方法で実施例56の電池56
を作製した。この電池56の0℃での放電容量は136
5mAhであった。この値は、比較例7の電池Gに対し
て147mAh多く、実施例55の電池55よりも更に
5mAh高くなった。
【0091】〔実施例57〕電解液8にクロロエチレン
カーボネート(以下、ClECと記す。)を重量比で2
%混合した電解液57を作製し、比較例7と同じ方法で
実施例57の電池57を作製した。この電池57の0℃
での放電容量は1368mAhであった。この値は、比
較例7の電池Gに対して150mAh多く、実施例56
の電池56よりも更に3mAh高くなった。この様に、
負極炭素材料との初期充電における反応性が高い溶媒を
用いた場合も、フッ素化溶媒を混合した電解液の低温で
の放電特性を更に向上することが示された。
【0092】〔実施例58〕電解液8にエチレンサルフ
ァイト(以下、ESと記す。)を重量比で2%混合した
電解液58を作製し、比較例7と同じ方法で実施例58
の電池58を作製した。この電池58の0℃での放電容
量は1375mAhであった。この値は、比較例7の電
池Gに対して157mAh多く、実施例57の電池57
よりも更に7mAh高くなった。
【0093】〔実施例59〕電解液8にジメチルサルフ
ァイト(以下、DMSと記す。)を重量比で2%混合し
た電解液59を作製し、比較例7と同じ方法で実施例5
9の電池59を作製した。この電池59の0℃での放電
容量は1380mAhであった。この値は、比較例7の
電池Gに対して162mAh多く、実施例58の電池5
8よりも更に5mAh高くなった。この様に、硫黄系の
材料によってもフッ素化溶媒を混合した電解液を用いた
電池の低温での放電容量を向上させることができる。こ
れは、これら実施例55〜59で用いた様な材料が負極
の表面で充電時に作るイオン透過性皮膜がフッ素化溶媒
を混合した電解液の電極界面でのリチウムイオン拡散性
を更に良くする作用を持つためと考える。
【0094】また、図3に、比較例7,実施例49、お
よび、実施例58の0℃雰囲気での1600mA定電流
放電における放電容量−放電電圧曲線を示す。図からお
分かり頂ける様に、本発明のフッ素化溶媒を混合した電
解液を用いた電池(実施例49)、および、これに負極
に被膜を形成する溶媒を混合した電解液を用いた電池
(実施例58)は、比較例(比較例7)の電池に比べて
放電電圧も高くなっており、電力容量,電力の点におい
ても大幅な特性向上作用がある。
【0095】(ポリマ2次電池) 〔比較例8〕負極活物質に人造黒鉛(メソフェーズマイ
クロビーズ)を用い、結着剤としてPVDFを用い、こ
れらを重量で91:9の割合で混合し、溶剤であるNM
Pに溶解して混練し、負極材のペーストを得た。これを
負極集電体8として用いた銅箔の両面に塗布し、乾燥,
加熱・加圧した後、真空乾燥して負極集電体8の両面に
負極9を形成し、負極電極を得た。この電池では電池を
形成する際に電極を折りたたむので、折りたたむ部分を
間欠的に未塗布部として、また、端子を取り出すリード
を接続する部分を未塗布部として残した。次に、正極活
物質としてコバルト酸リチウムを用い、導電剤として黒
鉛炭素を用い、結着剤としてPVDFを用いて、これら
を重量で85:7:8の割合で混合し、溶剤であるNM
Pに溶解して混練し、正極材のペーストを得た。これを
正極集電体10として用いたアルミ箔の両面に塗布し、
乾燥,加熱・加圧した後、真空乾燥して正極集電体10
の両面に正極11を形成し、正極電極を得た。正極電極
も負極同様に未塗布部を残した。セパレータとして用い
たポリエチレン製微多孔質フィルムに比較例5の高分子
電解質E(EC:DMC:PVDF=20:50:30
の混合物に、リチウム塩としてLiTFSIを1.5M
溶解した)を加熱溶融した状態で含浸して、電解質層を
形成した。この電解質層を負極リード13を電気溶接し
て接続した負極電極と正極リード14を電気溶接して接
続した正極電極で挟み、電極の未塗布部で折りたたみ、
積層して電極群を形成した。この電極群を正極,負極の
リードの一部を外に出した形で、アルミ融着したポリプ
ロピレンからなる外装体20に挿入し、リード端子側を
熱圧着して封止して、比較例8に供したポリマ2次電池
8を作製した。
【0096】このポリマ2次電池8を用いて、0℃の雰
囲気での放電容量を測定した。充電条件は定電流定電圧
方式とし、定電流値を0.2A,定電圧設定を4.2Vと
し、充電終止条件を10mAとした。また、放電条件は
0.4A の定電流放電とした。この条件で評価したポリ
マ2次電池8の放電容量は280mAhであった。
【0097】〔実施例60〕高分子電解質として、実施
例25の高分子電解質25(EC:DMC:EOFPA(E
OFPA:HCF2(CF2)3COOEt):PVDF=2
0:45:5:30の混合物にLiTFSIを1.5M
溶解した)を用いて、比較例8と同じ方法で実施例60
のポリマ2次電池60を作製した。この電池の0℃にお
ける放電容量は310mAhであった。これは、比較例
8のポリマ2次電池8よりも30mAhも高い放電容量で
あり、ポリマ2次電池においても末端構造が非対称なフ
ッ素化アルキル鎖を有するフッ素化溶媒を混合すること
による低温での放電特性向上の効果が認められた。
【0098】〔実施例61〕高分子電解質として、実施
例26の高分子電解質26(EC:DMC:IOFP
(IOFP:HCF2(CF2)3CH2I):PVDF=2
0:45:5:30の混合物にLiTFSIを1.5M
溶解した)を用いて、比較例8と同じ方法で実施例61
のポリマ2次電池61を作製した。この電池の0℃にお
ける放電容量は312mAhであった。これは、比較例
8のポリマ2次電池8よりも32mAhも高い放電容量
である。
【0099】〔実施例62〕高分子電解質として、実施
例27の高分子電解質27(EC:DMC:IOFP
(HCF2(CF2)3CH2I):PVDF=20:45:
5:30の混合物にLiTFSIを1.5M 溶解した)
を用いて、比較例8と同じ方法で実施例62のポリマ2
次電池62を作製した。この電池の0℃における放電容
量は315mAhであった。これは、比較例8のポリマ2
次電池8よりも35mAhも高い放電容量である。実施
例61,62に示した様に、フッ素化溶媒を変えても、
低温での放電容量向上効果が確認された。
【0100】〔実施例63〕高分子電解質として、実施
例28の高分子電解質28(EC:DMC:TFHFO
(FC(CF3)2(CF2)4CF(CF3)2):PVDF=2
0:45:5:30の混合物にLiTFSIを1.5M
溶解した)を用いて、比較例8と同じ方法で実施例63
のポリマ2次電池63を作製した。この電池の0℃にお
ける放電容量は320mAhであった。これは、比較例
8のポリマ2次電池8よりも40mAhも高い放電容量
である。更に、実施例60〜62の電池に比べても、そ
れぞれ、10mAh,8mAh,5mAh高くなってお
り、フッ素化溶媒をエーテル構造とすることにより、低
温での放電容量は更に向上する。
【0101】〔実施例64〕高分子電解質として、実施
例29の高分子電解質29(EC:DMC:HFPME
(CF3CHFCF2OCH3):PVDF=20:45:
5:30の混合物にLiTFSIを1.5M 溶解した)
を用いて、比較例8と同じ方法で実施例64のポリマ2
次電池64を作製した。この電池の0℃における放電容
量は330mAhであった。これは、比較例8のポリマ
2次電池8よりも50mAh放電容量が高くなった。更
に、実施例63の電池よりも10mAh放電容量が高く
なっており、フッ素化アルキル鎖末端にCF3 基を持つ
構造とすることによって低温での放電容量が更に向上す
る。
【0102】〔実施例65〕高分子電解質として、実施
例30の高分子電解質30(EC:DMC:HFEI
(FC(CF3)2CF2OCH3):PVDF=20:45:
5:30の混合物にLiTFSIを1.5M 溶解した)
を用いて、比較例8と同じ方法で実施例65のポリマ2
次電池65を作製した。この電池の0℃における放電容
量は340mAhであった。これは、比較例8のポリマ2
次電池8よりも60mAh放電容量が高くなった。更
に、実施例64の電池に対しても10mAh容量が向上
しており、フッ素化アルキル鎖末端にCF3 基を持つフ
ッ素化アルキルエーテルのフッ素鎖をパーフロロ化する
ことにより、低温での放電容量は更に向上する。
【0103】〔実施例66〕高分子電解質として、実施
例31の高分子電解質31(フッ素化溶媒としてHFE
I:HFEN(CF3(CF2)3OCH3)=60:40の割
合で混合したHFE2を用い、EC:DMC:HFE2:P
VDF=20:45:5:30の混合物にLiTFSI
を1.5M 溶解した)を用いて、比較例8と同じ方法で
実施例66のポリマ2次電池66を作製した。この電池
の0℃における放電容量は346mAhであった。これ
は、比較例8のポリマ2次電池8よりも66mAh放電
容量が高くなった。更に、実施例65の電池に対しても
6mAh容量が向上しており、分岐鎖構造のフッ素化エ
ーテルと直鎖構造のフッ素化エーテルを混合して用いる
ことにより、低温での放電容量は更に向上する。
【0104】〔実施例67〕高分子電解質として、実施
例32の高分子電解質32(フッ素化溶媒としてHFE
I:HFEN(CF3(CF2)3OCH3)=60:40の
割合で混合したHFE2を用い、EC:DMC:HFE
2:PVDF=15:45:10:30の混合物にLi
TFSIを1.5M溶解した)を用いて、比較例8と同じ
方法で実施例67のポリマ2次電池67を作製した。こ
の電池の0℃における放電容量は350mAhであっ
た。これは、比較例8のポリマ2次電池8よりも66m
Ah放電容量が高くなった。更に、実施例67の電池に
対しても4mAh容量が向上しており、フッ素化エーテ
ル混合物の電解質中の配合量を調整することにより、低
温での放電容量は更に向上する。
【0105】〔実施例68〕高分子電解質として、実施
例33の高分子電解質33(フッ素化溶媒としてHFE
I:HFEN(CF3(CF2)3OCH3)=60:40の
割合で混合したHFE2を用い、EC:DMC:HFE
2:PVDF=10:45:15:30の混合物にLi
TFSIを1.5M溶解した)を用いて、比較例8と同じ
方法で実施例68のポリマ2次電池68を作製した。こ
の電池の0℃における放電容量は341mAhであっ
た。これは、比較例8のポリマ2次電池8よりも61m
Ah放電容量が高くなった。
【0106】〔実施例69〕高分子電解質として、実施
例34の高分子電解質34(フッ素化溶媒としてHFE
I:HFEN(CF3(CF2)3OCH3)=60:40の
割合で混合したHFE2を用い、EC:DMC:HFE
2:PVDF=10:40:20:30の混合物にLi
TFSIを1.5M溶解した)を用いて、比較例8と同じ
方法で実施例69のポリマ2次電池69を作製した。こ
の電池の0℃における放電容量は341mAhであっ
た。これは、比較例8のポリマ2次電池8よりも61m
Ah放電容量が高くなった。
【0107】〔実施例70〕高分子電解質として、実施
例31の高分子電解質31にジメチルビニレンカーボネ
ートDMVCを重量比で2%混合した高分子電解質70
を作製し、比較例8と同じ方法で実施例70のポリマ2
次電池70を作製した。この電池の0℃における放電容
量は360mAhであった。これは、比較例8のポリマ
2次電池8よりも80mAhも放電容量が高くなった。
更に、実施例66の電池に対しても14mAh高容量に
なっており、負極表面で反応生成物の被膜を形成する能
力を有する化合物を、フッ素化溶媒を混合した高分子電
解質に添加することにより、低温での放電容量はさらに
向上する。
【0108】〔実施例71〕高分子電解質として、実施
例31の高分子電解質31にビニレンカーボネートVC
を重量比で2%混合した高分子電解質71を作製し、比
較例8と同じ方法で実施例71のポリマ2次電池71を
作製した。この電池の0℃における放電容量は362m
Ahであった。これは、比較例8のポリマ2次電池8よ
りも82mAhも放電容量が高くなった。更に、実施例6
6の電池に対しても16mAh高容量になっており、負
極表面で反応生成物の被膜を形成する能力を有する化合
物を、フッ素化溶媒を混合した高分子電解質に添加する
ことにより、低温での放電容量はさらに向上する。
【0109】〔実施例72〕高分子電解質として、実施
例31の高分子電解質31にクロロエチレンカーボネー
トClECを重量比で2%混合した高分子電解質72を
作製し、比較例8と同じ方法で実施例72のポリマ2次
電池72を作製した。この電池の0℃における放電容量
は365mAhであった。これは、比較例8のポリマ2
次電池8よりも85mAhも放電容量が高くなった。更
に、実施例66の電池に対しても19mAh高容量にな
っており、負極表面で反応生成物の被膜を形成する能力
を有する化合物を、フッ素化溶媒を混合した高分子電解
質に添加することにより、低温での放電容量はさらに向
上する。
【0110】〔実施例73〕高分子電解質として、実施
例31の高分子電解質31にエチレンサルファイトES
を重量比で2%混合した高分子電解質73を作製し、比
較例8と同じ方法で実施例73のポリマ2次電池73を
作製した。この電池の0℃における放電容量は367m
Ahであった。これは、比較例8のポリマ2次電池8よ
りも87mAhも放電容量が高くなった。更に、実施例6
6の電池に対しても21mAh高容量になっており、負
極表面で反応生成物の被膜を形成する能力を有するイオ
ウ系化合物を、フッ素化溶媒を混合した高分子電解質に
添加することにより、低温での放電容量はさらに向上す
る。
【0111】〔実施例74〕高分子電解質として、実施
例31の高分子電解質31にエチレンサルファイトES
を重量比で2%混合した高分子電解質74を作製し、比
較例8と同じ方法で実施例74のポリマ2次電池74を
作製した。この電池の0℃における放電容量は369m
Ahであった。これは、比較例8のポリマ2次電池8よ
りも89mAhも放電容量が高くなった。更に、実施例6
6の電池に対しても23mAh高容量になっており、負
極表面で反応生成物の被膜を形成する能力を有するイオ
ウ系化合物を、フッ素化溶媒を混合した高分子電解質に
添加することにより、低温での放電容量はさらに向上す
る。
【0112】(電気化学キャパシタ) 〔比較例9〕分極性電極の主成分である活性炭粉末と、
導電助剤としたアセチレンブラックと、結着剤としたポ
リテトラフロロエチレンを溶剤としたNMPに溶解・混
練し分極性電極のペーストを得た。このペーストをアル
ミ製の集電体金属箔の両面に塗布,乾燥,加熱・加圧し
て分極性電極を形成した。この分極性電極の一端にニッ
ケル製リードを電気溶接で接続した後、セパレータを挟
んで捲回し、電気化学キャパシタ用の電極群を形成し
た。これを電池缶に挿入し電池蓋の正極,負極の端子に
正極リードと負極リードをそれぞれ電気溶接した後、比
較例4で作製した電解液D(溶媒;PC,塩;(Et)4
NBF40.6M)を注液して、電池蓋をポリプロピレン
製ガスケットを介して機械的にカシメて比較例9の電気
化学キャパシタ9を作製した。このキャパシタを0℃の
雰囲気で満充電状態から、20Aの定電流で放電した際
の静電容量を評価した。この条件で評価した比較例9の
キャパシタの静電容量は58Fであった。
【0113】〔実施例75〕電解液に実施例16で作製
した電解液16(溶媒;PC:DEC:EOFPA(H
CF2(CF2)3COOEt)=85:10:5の混合物、
塩;(Et)4NBF4 0.6M)を用いて、比較例9と同
じ方法で実施例75の電気化学キャパシタ75を作製
し、同じ試験条件で静電容量を評価した。電気化学キャ
パシタ75の静電容量は61Fであった。これは、比較
例9に対して3Fの向上となった。末端構造の特異なフ
ッ素化アルキルを有するフッ素化溶媒の混合は電気化学
キャパシタの低温特性向上にも効果がある。
【0114】〔実施例76〕電解液に実施例17で作製
した電解液17(溶媒;PC:DEC:IOFP(HC
2(CF2)3CH2I)=85:10:5の混合物、(E
t)4NBF4を0.6M )を用いて、比較例9と同じ方
法で実施例76の電気化学キャパシタ76を作製し、同
じ試験条件で静電容量を評価した。電気化学キャパシタ
76の静電容量は62Fであった。これは、比較例9に
対して4Fの向上となった。
【0115】〔実施例77〕電解液に実施例18で作製
した電解液18(溶媒;PC:DEC:IOFP(HC
2(CF2)3CH2I)=85:10:5の混合物、(E
t)4NBF4を0.6M )を用いて、比較例9と同じ方
法で実施例77の電気化学キャパシタ77を作製し、同
じ試験条件で静電容量を評価した。電気化学キャパシタ
77の静電容量は64Fであった。これは、比較例9に
対して6Fの向上となった。以上、フッ素化アルキル末
端に特徴のある幾つかのフッ素化溶媒を試験したが、ど
の溶媒も比較例のキャパシタに比べ静電容量の向上があ
った。即ち、アルキル末端の構造がこの効果に作用して
いると考えられる。
【0116】〔実施例78〕電解液に実施例19で作製
した電解液19(溶媒;PC:DEC:FPME(H(C
2)2OCH3)=85:10:5の混合物、(Et)4NB
40.6M)を用いて、比較例9と同じ方法で実施例7
8の電気化学キャパシタ78を作製し、同じ試験条件で
静電容量を評価した。電気化学キャパシタ78の静電容
量は66Fであった。これは、比較例9に対して8Fの
向上となった。更に、実施例75,76,77に対して
も、それぞれ、5F,4F,2Fの向上になっており、
フッ素化溶媒の官能基をエーテル構造とすることによっ
て低温での静電容量が更に向上する。
【0117】〔実施例79〕電解液に実施例20で作製
した電解液20(溶媒;PC:DEC:HFPME(C
3CHFCF2OCH3)=85:10:5の混合物、(E
t)4NBF40.6M)を用いて、比較例9と同じ方法で実
施例79の電気化学キャパシタ79を作製し、同じ試験
条件で静電容量を評価した。電気化学キャパシタ79の
静電容量は68Fであった。これは、比較例9に対して
10Fの向上となった。更に、実施例78に対しても2
Fの向上になっており、フッ素化アルキルの末端にCF
3 を有するフッ素化エーテルを用いることによって低温
での静電容量が更に向上する。
【0118】〔実施例80〕電解液に実施例21で作製
した電解液21(溶媒としてPC:DEC:HFEI
(FC(CF3)2CF2OCH3)=85:10:5、(E
t)4NBF40.6M)を用いて、比較例9と同じ方法で
実施例80の電気化学キャパシタ80を作製し、同じ試
験条件で静電容量を評価した。電気化学キャパシタ80
の静電容量は71Fであった。これは、比較例9に対し
て13Fの向上となった。更に、実施例79に対しても
3Fの向上になっており、フッ素化アルキルの末端にC
3を有するフッ素化エーテルをパーフロロアルキルと
することによって低温での静電容量が更に向上する。
【0119】〔実施例81〕電解液に実施例22で作製
した電解液22(溶媒;HFENを容量でHFEI:H
FEN(CF3(CF2)3OCH3)=80:20の割合で混
合したHFE1を用い、容量でPC:DEC:HFE1
=85:10:5の割合で混合、(Et)4NBF40.6
M)を用いて、比較例9と同じ方法で実施例81の電気
化学キャパシタ81を作製し、同じ試験条件で静電容量
を評価した。電気化学キャパシタ81の静電容量は72
Fであった。これは、比較例9に対して14Fの向上と
なった。更に、実施例80に対しても1Fの向上になっ
ており、分岐鎖構造と直鎖構造のフッ素化アルキルの末
端にCF3 を有するパーフロロアルキルエーテルを混合
して用いることによって低温での静電容量が更に向上す
る。
【0120】〔実施例82〕電解液に実施例23で作製
した電解液23(HFEI:HFEN=60:40の割
合で混合したHFE2用い、容量でPC:DEC:HF
E2=85:10:5の割合で混合、(Et)4NBF4
0.6M)を用いて、比較例9と同じ方法で実施例82
の電気化学キャパシタ82を作製し、同じ試験条件で静
電容量を評価した。電気化学キャパシタ82の静電容量
は75Fであった。これは、比較例9に対して17Fの
向上となった。更に、実施例81に対しても3Fの向上
になっており、分岐鎖構造と直鎖構造のフッ素化アルキ
ルの末端にCF3 を有するパーフロロアルキルエーテル
を混合割合を調整することによって低温での静電容量が
更に向上する。
【0121】〔実施例83〕電解液に実施例24で作製
した電解液24(HFEI:HFEN=40:60の割
合で混合したHFE2用い、容量でPC:DEC:HF
E2=85:10:5の割合で混合、(Et)4NBF4
0.6M)を用いて、比較例9と同じ方法で実施例83
の電気化学キャパシタ83を作製し、同じ試験条件で静
電容量を評価した。電気化学キャパシタ83の静電容量
は72Fであった。これは、比較例9に対して14Fの
向上となった。
【0122】
【発明の効果】以上、本発明の分岐鎖構造を有するフッ
素化溶媒及び分岐鎖フッ素化溶媒アルキルエーテル,分
岐鎖と直鎖フッ素化アルキルエーテルの混合物を電解液
に混合することにより、電解液中、または、高分子電解
質中の可動イオンの拡散性を向上することができる。ま
た、これらのフッ素化溶媒を混合した電解液を用いるこ
とによって、リチウム1次電池,リチウム2次電池,ポ
リマ2次電池、及び、電気化学キャパシタの低温での放
電容量や静電容量を向上することができる。低温での動
作性能が向上することによって、戸外での携帯用製品の
活用範囲が拡大できるとともに、家庭用蓄電システム等
屋外設置機器等へ好適に応用できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示すコイン型リチウム1次
電池の断面図である。
【図2】本発明の一実施例を示す円筒型リチウム2次電
池の断面図である。
【図3】本発明の一実施例の電池特性を示す0℃での放
電電圧曲線である。
【図4】本発明の一実施例を示すポリマ2次電池の断面
図である。
【符号の説明】
1…負極キャップ、2,9…負極、3,12…セパレー
タ、4,11,18…正極、5,10…正極集電体、6
…正極缶、7…ガスケット、8…負極集電体、13…負
極リード、14…正極リード、15…負極インシュレー
タ、16…正極インシュレータ、17…負極外装缶、1
9…正極キャップ、20…外装体。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小林 満 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株 式会社日立製作所日立研究所内 Fターム(参考) 5H024 AA01 AA02 AA03 AA12 CC02 CC03 CC12 FF11 FF18 FF20 FF21 FF32 HH08 5H029 AJ02 AK03 AL06 AL07 AL12 AM02 AM03 AM04 AM05 AM07 AM16 BJ02 BJ03 BJ14 DJ09 EJ11 HJ02 HJ07

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】有機溶媒とリチウム塩とを含む非水電解液
    において、前記有機溶媒が化1 【化1】 (式中、nは1〜10の整数を表し、R1,R2及びR3
    はフッ素,水素,塩素,メチル基,エチル基,トリフロ
    ロメチル基,トリフロロエチル基を表し、これらはR1
    ≠R2≠R3、または、R1≠R2またはR2≠R3またはR
    1≠R3 の何れかを満たし、Xはエーテル基,エステル
    基,アシル基、または、セミフロロエーテル基,セミフ
    ロロエステル基,セミフロロアシル基、または、フッ
    素,塩素,沃素,水素,メチル基,エチル基,プロピル
    基,アミノ基を表す。)で表されるフッ素化溶媒を含む
    ことを特徴とする非水電解液。
  2. 【請求項2】請求項1記載のフッ素化溶媒が、化2 【化2】 (式中、mは1〜10の整数を表し、R1,R2及びR3
    はフッ素,水素,塩素,メチル基,エチル基,トリフロ
    ロメチル基,トリフロロエチル基を表し、これらはR1
    ≠R2≠R3、または、R1≠R2またはR2≠R3またはR
    1≠R3 の何れかを満たし、R4 はメチル基,エチル
    基,プロピル基、または、セミフロロメチル基,セミフ
    ロロエチル基,セミフロロプロピル基を表す。)で表さ
    れるフッ素化エーテルであることを特徴とする非水電解
    液。
  3. 【請求項3】請求項2記載のフッ素化エーテルが、化3 【化3】 (式中、kは1〜10の整数を表し、R4 はメチル基,
    エチル基,プロピル基、または、セミフロロメチル基,
    セミフロロエチル基,セミフロロプロピル基を表す。)
    で表される直鎖フッ素化エーテル、 【化4】 (式中、hは1〜10の整数を表し、R4 はメチル基,
    エチル基,プロピル基、または、セミフロロメチル基,
    セミフロロエチル基,セミフロロプロピル基を表す。)
    で表される分岐鎖フッ素化エーテルの一方または両方で
    あることを特徴とする非水電解液。
  4. 【請求項4】請求項1〜3のいずれかに記載のフッ素化
    溶媒を電解液中に5〜40容量%含むことを特徴とする
    非水電解液。
  5. 【請求項5】有機溶媒と四級オニウム塩とを含む非水電
    解液において、前記有機溶媒が化1 【化1】 (式中、nは1〜10の整数を表し、R1,R2及びR3
    はフッ素,水素,塩素,メチル基,エチル基,トリフロ
    ロメチル基,トリフロロエチル基を表し、これらはR1
    ≠R2≠R3、または、R1≠R2またはR2≠R3またはR
    1≠R3 の何れかを満たし、Xはエーテル基,エステル
    基,アシル基、または、セミフロロエーテル基,セミフ
    ロロエステル基,セミフロロアシル基、または、フッ
    素,塩素,沃素,水素,メチル基,エチル基,プロピル
    基,アミノ基を表す。)で表されるフッ素化溶媒を含む
    ことを特徴とする非水電解液。
  6. 【請求項6】請求項5記載のフッ素化溶媒が、化2 【化2】 (式中、mは1〜10の整数を表し、R1,R2及びR3
    はフッ素,水素,塩素,メチル基,エチル基,トリフロ
    ロメチル基,トリフロロエチル基を表し、これらはR1
    ≠R2≠R3、または、R1≠R2またはR2≠R3またはR
    1≠R3 の何れかを満たし、R4 はメチル基,エチル
    基,プロピル基、または、セミフロロメチル基,セミフ
    ロロエチル基,セミフロロプロピル基を表す。)で表さ
    れるフッ素化エーテルであることを特徴とする非水電解
    液。
  7. 【請求項7】請求項6記載のフッ素化エーテルが、化3 【化3】 (式中、kは1〜10の整数を表し、R4 はメチル基,
    エチル基,プロピル基、または、セミフロロメチル基,
    セミフロロエチル基,セミフロロプロピル基を表す。)
    で表される直鎖フッ素化エーテル、または、化4 【化4】 (式中、hは1〜10の整数を表し、R4 はメチル基,
    エチル基,プロピル基、または、セミフロロメチル基,
    セミフロロエチル基,セミフロロプロピル基を表す。)
    で表される分岐鎖フッ素化エーテルの一方または両方で
    あることを特徴とする非水電解液。
  8. 【請求項8】有機溶媒とリチウム塩と高分子化合物とを
    含む高分子電解質において、前記有機溶媒が化1 【化1】 (式中、nは1〜10の整数を表し、R1,R2及びR3
    はフッ素,水素,塩素,メチル基,エチル基,トリフロ
    ロメチル基,トリフロロエチル基を表し、これらはR1
    ≠R2≠R3、または、R1≠R2またはR2≠R3またはR
    1≠R3 の何れかを満たし、Xはエーテル基,エステル
    基,アシル基、または、セミフロロエーテル基,セミフ
    ロロエステル基,セミフロロアシル基、または、フッ
    素,塩素,沃素,水素,メチル基,エチル基,プロピル
    基,アミノ基を表す。)で表されるフッ素化溶媒を含む
    ことを特徴とする高分子電解質。
  9. 【請求項9】請求項8記載のフッ素化溶媒が、化2 【化2】 (式中、mは1〜10の整数を表し、R1,R2及びR3
    はフッ素,水素,塩素,メチル基,エチル基,トリフロ
    ロメチル基,トリフロロエチル基を表し、これらはR1
    ≠R2≠R3、または、R1≠R2またはR2≠R3またはR
    1≠R3 の何れかを満たし、R4 はメチル基,エチル
    基,プロピル基、または、セミフロロメチル基,セミフ
    ロロエチル基,セミフロロプロピル基を表す。)で表さ
    れるフッ素化エーテルであることを特徴とする高分子電
    解質。
  10. 【請求項10】請求項9記載のフッ素化エーテルが、化
    3 【化3】 (式中、kは1〜10の整数を表し、R4 はメチル基,
    エチル基,プロピル基、または、セミフロロメチル基,
    セミフロロエチル基,セミフロロプロピル基を表す。)
    で表される直鎖フッ素化エーテル、で表される直鎖フッ
    素化エーテル、または、化4 【化4】 (式中、hは1〜10の整数を表し、R4 はメチル基,
    エチル基,プロピル基、または、セミフロロメチル基,
    セミフロロエチル基,セミフロロプロピル基を表す。)
    で表される分岐鎖フッ素化エーテルの一方または両方で
    あることを特徴とする高分子電解質。
  11. 【請求項11】請求項8〜10のいずれかに記載のフッ
    素化溶媒を高分子電解質中に5〜40容量%含むことを
    特徴とする高分子電解質。
  12. 【請求項12】リチウム金属またはリチウム合金負極
    と、酸化マンガン正極と非水電解液とを有するリチウム
    1次電池において、前記非水電解液が請求項1〜4のい
    ずれかに記載の非水電解液からなることを特徴とするリ
    チウム1次電池。
  13. 【請求項13】リチウムを吸蔵放出可能な負極と、リチ
    ウムを吸蔵放出可能な正極と非水電解液とを有するリチ
    ウム2次電池において、前記非水電解液が請求項1〜4
    のいずれかに記載の非水電解液からなることを特徴とす
    るリチウム2次電池。
  14. 【請求項14】分極性電極と非水電解液とを有する電気
    化学キャパシタにおいて、前記非水電解液が請求項5〜
    7のいずれかに記載の非水電解液からなることを特徴と
    する電気化学キャパシタ。
  15. 【請求項15】リチウムを吸蔵放出可能な負極と、リチ
    ウムを吸蔵放出可能な正極と高分子電解質とを有するポ
    リマ2次電池において、前記高分子電解質が請求項8〜
    11のいずれかに記載の高分子電解質からなることを特
    徴とするポリマ2次電池。
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