JP2024160692A - Electrolyte composition, electrolyte and secondary battery - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、電解液用組成物、電解液及び二次電池に関する。 This disclosure relates to an electrolyte composition, an electrolyte, and a secondary battery.
近年の電気製品の軽量化、小型化にともない、高いエネルギー密度をもつリチウムイオン二次電池等の電気化学デバイスの開発が進められている。また、リチウムイオン二次電池等の電気化学デバイスの適用分野が拡大するにつれて特性の改善が要望されている。特に今後、車載用にリチウムイオン二次電池が使われた場合、電池特性の改善はますます重要となる。 In recent years, with the trend towards lighter and smaller electrical products, the development of electrochemical devices with high energy density, such as lithium-ion secondary batteries, is progressing. In addition, as the fields of application of electrochemical devices such as lithium-ion secondary batteries expand, there is a demand for improved characteristics. In particular, when lithium-ion secondary batteries are used in vehicles in the future, improving battery characteristics will become increasingly important.
特許文献1には、2種の特定のフッ素含有エーテル化合物、並びに、特定のフッ素含有リン酸エステル化合物および特定のスルホン化合物から選択される少なくとも一種とを特定の含有量で含む二次電池用電解液が記載されている。また、特許文献2には、負極と電解液とを備えた二次電池であって、前記負極はシリコンを含有する化合物を含む負極活物質を含み、前記電解液は、特定のフッ素含有エーテル化合物と、特定のフッ素含有リン酸エステル化合物と、特定のスルホン化合物と、環状カーボネート化合物とを特定の含有量で含む二次電池が記載されている。特許文献3には、含フッ素溶媒を含む電解質塩溶解用溶媒、特定の環状シロキサン化合物、特定のフルオロシラン化合物および特定の化合物よりなる群から選ばれる少なくとも1種の化合物、ならびに電解質塩を含有する非水系電解液が記載されている。 Patent Document 1 describes an electrolyte for a secondary battery that contains two specific fluorine-containing ether compounds and at least one selected from a specific fluorine-containing phosphate compound and a specific sulfone compound in specific contents. Patent Document 2 describes a secondary battery that includes a negative electrode and an electrolyte, in which the negative electrode includes a negative electrode active material that includes a silicon-containing compound, and the electrolyte includes a specific fluorine-containing ether compound, a specific fluorine-containing phosphate compound, a specific sulfone compound, and a cyclic carbonate compound in specific contents. Patent Document 3 describes a non-aqueous electrolyte that includes a solvent for dissolving electrolyte salt that includes a fluorine-containing solvent, at least one compound selected from the group consisting of a specific cyclic siloxane compound, a specific fluorosilane compound, and a specific compound, and an electrolyte salt.
本開示は、高温保存時の抵抗上昇を抑制することができる電解液用組成物、並びに、当該電解液用組成物を用いた電解液及び二次電池を提供することを目的とする。 The present disclosure aims to provide an electrolyte composition that can suppress an increase in resistance during high-temperature storage, as well as an electrolyte and a secondary battery that use the electrolyte composition.
本開示(1)は、下記式(1)で表される含フッ素エーテル化合物(1)及び下記式(2)で表される含フッ素エーテル化合物(2)を含み、含フッ素エーテル化合物(2)の含有量が、含フッ素エーテル化合物(1)に対して0.001~5体積%である電解液用組成物である。
式(1):HCF2-CF2-O-Rf1
(式中、Rf1はフッ素化されていてもよい炭素数1~5のアルキル基)
式(2):CF3-CHF-CF2-O-Rf2
(式中、Rf2はフッ素化されていてもよい炭素数1~5のアルキル基)
The present disclosure (1) relates to a composition for an electrolyte solution comprising a fluorinated ether compound (1) represented by the following formula (1) and a fluorinated ether compound (2) represented by the following formula (2), in which the content of the fluorinated ether compound (2) is 0.001 to 5% by volume relative to the fluorinated ether compound (1):
Formula (1): HCF 2 -CF 2 -O-Rf 1
(In the formula, Rf 1 is an optionally fluorinated alkyl group having 1 to 5 carbon atoms.)
Formula (2): CF 3 -CHF-CF 2 -O-Rf 2
(In the formula, Rf2 is an optionally fluorinated alkyl group having 1 to 5 carbon atoms.)
本開示(2)は、上記式(1)における上記Rf1が炭素数1~3のフッ素化アルキル基であり、上記式(2)における上記Rf2が炭素数1~3のフッ素化アルキル基である本開示(1)の電解液用組成物である。 The present disclosure (2) is the composition for an electrolyte solution according to the present disclosure (1), wherein Rf 1 in the above formula (1) is a fluorinated alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, and Rf 2 in the above formula (2) is a fluorinated alkyl group having 1 to 3 carbon atoms.
本開示(3)は、含フッ素エーテル化合物(1)がHCF2CF2OCH2CF2CF2H及びCH3CH2CH2OCF2CF2Hからなる群より選択される少なくとも1種であり、含フッ素エーテル化合物(2)がCF3CHFCF2OCH2CF2CF2H及びCH3CH2CH2OCF2CHFCF3からなる群より選択される少なくとも1種である本開示(1)又は(2)の電解液用組成物である。 The present disclosure (3) relates to a composition for an electrolyte solution according to the present disclosure (1 ) or (2), in which the fluorine - containing ether compound (1) is at least one selected from the group consisting of HCF 2 CF 2 OCH 2 CF 2 CF 2 H and CH 3 CH 2 CH 2 OCF 2 CF 2 H, and the fluorine-containing ether compound (2) is at least one selected from the group consisting of CF 3 CHFCF 2 OCH 2 CF 2 CF 2 H and CH 3 CH 2 CH 2 OCF 2 CHFCF 3 .
本開示(4)は、含フッ素エーテル化合物(1)がHCF2CF2OCH2CF2CF2Hであり、含フッ素エーテル化合物(2)がCF3CHFCF2OCH2CF2CF2Hである本開示(1)~(3)のいずれかとの任意の組合せの電解液用組成物である。 The present disclosure (4) is a composition for an electrolyte solution in any combination with any of the present disclosures (1) to ( 3 ) in which the fluorine-containing ether compound (1) is HCF 2 CF 2 OCH 2 CF 2 CF 2 H and the fluorine-containing ether compound (2) is CF 3 CHFCF 2 OCH 2 CF 2 CF 2 H.
本開示(5)は、本開示(1)~(4)のいずれかとの任意の組合せの電解液用組成物を含む電解液である。 The present disclosure (5) is an electrolyte solution containing an electrolyte solution composition in any combination with any of the present disclosures (1) to (4).
本開示(6)は、含フッ素エーテル化合物(1)及び(2)の合計含有量が、上記電解液に対して5~90体積%である本開示(5)の電解液である。 The present disclosure (6) is an electrolyte solution according to the present disclosure (5), in which the total content of the fluorinated ether compounds (1) and (2) is 5 to 90 volume % relative to the electrolyte solution.
本開示(7)は、含フッ素エーテル化合物(1)の含有量が、上記電解液に対して1~90体積%であり、含フッ素エーテル化合物(2)の含有量が、上記電解液に対して0.00001~4.5体積%である本開示(5)又は(6)の電解液である。 The present disclosure (7) is an electrolyte solution according to the present disclosure (5) or (6), in which the content of the fluorinated ether compound (1) is 1 to 90% by volume relative to the electrolyte solution, and the content of the fluorinated ether compound (2) is 0.00001 to 4.5% by volume relative to the electrolyte solution.
本開示(8)は、含フッ素エーテル化合物(1)の含有量が、上記電解液に対して8~80体積%であり、含フッ素エーテル化合物(2)の含有量が、上記電解液に対して0.00008~4体積%である本開示(5)~(7)のいずれかとの任意の組合せの電解液である。 The present disclosure (8) is an electrolyte solution in any combination with any of the present disclosures (5) to (7), in which the content of the fluorinated ether compound (1) is 8 to 80% by volume relative to the electrolyte solution, and the content of the fluorinated ether compound (2) is 0.00008 to 4% by volume relative to the electrolyte solution.
本開示(9)は、更にカーボネート及びカルボン酸エステルからなる群より選択される少なくとも1種の溶媒と、リチウム塩を含む本開示(5)~(8)のいずれかとの任意の組合せの電解液である。 The present disclosure (9) is an electrolyte solution of any combination of at least one solvent selected from the group consisting of carbonates and carboxylates and any of the present disclosures (5) to (8) containing a lithium salt.
本開示(10)は、本開示(5)~(9)のいずれかとの任意の組合せの電解液を備える二次電池である。 The present disclosure (10) is a secondary battery having an electrolyte in any combination with any of the present disclosures (5) to (9).
本開示によれば、高温保存時の抵抗上昇を抑制することができる電解液用組成物、並びに、当該電解液用組成物を用いた電解液及び二次電池を提供することができる。 The present disclosure provides an electrolyte composition that can suppress an increase in resistance during high-temperature storage, as well as an electrolyte and a secondary battery that use the electrolyte composition.
以下、本開示を具体的に説明する。 This disclosure is explained in detail below.
本開示は、下記式(1)で表される含フッ素エーテル化合物(1)及び下記式(2)で表される含フッ素エーテル化合物(2)を含み、含フッ素エーテル化合物(2)の含有量が、含フッ素エーテル化合物(1)に対して0.001~5体積%である電解液用組成物に関する。
式(1):HCF2-CF2-O-Rf1
(式中、Rf1はフッ素化されていてもよい炭素数1~5のアルキル基)
式(2):CF3-CHF-CF2-O-Rf2
(式中、Rf2はフッ素化されていてもよい炭素数1~5のアルキル基)
The present disclosure relates to a composition for an electrolyte solution comprising a fluorinated ether compound (1) represented by the following formula (1) and a fluorinated ether compound (2) represented by the following formula (2), in which the content of the fluorinated ether compound (2) is 0.001 to 5% by volume relative to the fluorinated ether compound (1):
Formula (1): HCF 2 -CF 2 -O-Rf 1
(In the formula, Rf 1 is an optionally fluorinated alkyl group having 1 to 5 carbon atoms.)
Formula (2): CF 3 -CHF-CF 2 -O-Rf 2
(In the formula, Rf2 is an optionally fluorinated alkyl group having 1 to 5 carbon atoms.)
本開示の組成物は、2種の特定の含フッ素エーテル化合物を特定の比率で含有することにより、リチウムイオン二次電池等の二次電池における高温保存時の抵抗上昇を抑制することができる。 The composition of the present disclosure contains two specific fluorine-containing ether compounds in a specific ratio, which makes it possible to suppress an increase in resistance during high-temperature storage in secondary batteries such as lithium-ion secondary batteries.
式(1)中、Rf1はフッ素化されていてもよい炭素数1~5のアルキル基である。
Rf1としての上記アルキル基は、炭素数が1~4であることが好ましく、炭素数が1~3であることがより好ましい。Rf1としての上記アルキル基は、直鎖状であってもよく、分岐状であってもよい。Rf1は、フッ素化アルキル基であってもよく、非フッ素化アルキル基であってもよいが、フッ素化アルキル基であることが好ましい。
Rf1としては、なかでもメチル基、エチル基、n-プロピル基、n-ブチル基、-CH(CH3)2、-CH2CH(CH3)2、-CF3、-CF2H、-CF2CF3、-CH2CF3、-CH2CF2H、-CH2CFH2、-CH2CH2CF3、-CH2CF2CF3、-CH2CF2CF2H、-CH2CF2CFH2、-CH2CF2CF2CF2CF2Hが好ましく、高温保存時の抵抗上昇抑制の点から-CH2CF2CF2Hが特に好ましい。
In formula (1), Rf1 is an optionally fluorinated alkyl group having 1 to 5 carbon atoms.
The alkyl group represented by Rf1 preferably has 1 to 4 carbon atoms, and more preferably has 1 to 3 carbon atoms. The alkyl group represented by Rf1 may be linear or branched. Rf1 may be a fluorinated alkyl group or a non-fluorinated alkyl group, but is preferably a fluorinated alkyl group.
Among these, Rf 1 is preferably a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an n-butyl group, -CH(CH 3 ) 2 , -CH 2 CH(CH 3 ) 2 , -CF 3 , -CF 2 H, -CF 2 CF 3 , -CH 2 CF 3 , -CH 2 CF 2 H, -CH 2 CFH 2 , -CH 2 CH 2 CF 3 , -CH 2 CF 2 CF 3 , -CH 2 CF 2 CF 2 H, -CH 2 CF 2 CFH 2 , and -CH 2 CF 2 CF 2 CF 2 CF 2 H, with -CH 2 CF 2 CF 2 H being particularly preferred from the viewpoint of suppressing an increase in resistance during high temperature storage.
含フッ素エーテル化合物(1)としては、なかでも、HCF2CF2OCH3、HCF2CF2OCH2CH3、HCF2CF2OCF3、HCF2CF2OCF2H、HCF2CF2OCF2CF3、HCF2CF2OCH2CF3、HCF2CF2OCH2CF2H、HCF2CF2OCH2CFH2、HCF2CF2OCH2CH2CF3、HCF2CF2OCH2CF2CF3、HCF2CF2OCH2CF2CF2H、HCF2CF2OCH2CF2CFH2、HCF2CF2OCH2CH2CH3、HCF2CF2OCH2CH2CH2CH3、HCF2CF2OCH(CH3)2、HCF2CF2OCH2CH(CH3)2、HCF2CF2OCH2CF2CF2CF2CF2Hが好ましく、高温保存時の抵抗上昇抑制の点からHCF2CF2OCH2CF2CF2Hが特に好ましい。 Examples of the fluorine-containing ether compound (1) include HCF 2 CF 2 OCH 3 , HCF 2 CF 2 OCH 2 CH 3 , HCF 2 CF 2 OCF 3 , HCF 2 CF 2 OCF 2 H, HCF 2 CF 2 OCF 2 CF3 , HCF2CF2OCH2CF3 , HCF2CF2OCH2CF2H , HCF2CF2OCH2CFH2 , HCF2CF2OCH2CH2CF3 , HCF2CF2OCH2 CF 2 CF3 , HCF2CF2OCH 2CF2CF2H , HCF2CF2OCH2CF2CFH2 , HCF2CF2OCH2CH2CH3 , HCF2CF2OCH2CH2CH2CH3 , HCF2CF2OCH ( CH3 ) 2 , HCF 2 CF 2 OCH 2 CH(CH 3 ) 2 , and HCF 2 CF 2 OCH 2 CF 2 CF 2 CF 2 CF 2 H are preferred, and HCF 2 CF 2 OCH 2 is particularly preferred from the viewpoint of suppressing an increase in resistance during storage at high temperatures . CF2CF2H is particularly preferred.
含フッ素エーテル化合物(1)は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。 The fluorine-containing ether compound (1) may be used alone or in combination of two or more kinds.
含フッ素エーテル化合物(1)は、フッ素含有率が40~75質量%であることが好ましい。この範囲のフッ素含有率を有するとき、不燃性と相溶性のバランスに特に優れたものになる。また、耐酸化性、安全性が良好な点からも好ましい。
上記フッ素含有率の下限は、45質量%がより好ましく、50質量%が更に好ましく、55質量%が特に好ましい。上限は70質量%がより好ましく、66質量%が更に好ましい。
なお、含フッ素エーテル化合物(1)のフッ素含有率は、含フッ素エーテル化合物(1)の構造式に基づいて、{(フッ素原子の個数×19)/含フッ素エーテル化合物(1)の分子量}×100(%)により算出した値である。
The fluorine-containing ether compound (1) preferably has a fluorine content of 40 to 75 mass %. When the fluorine content is in this range, the balance between non-flammability and compatibility is particularly excellent. In addition, it is also preferable in terms of good oxidation resistance and safety.
The lower limit of the fluorine content is more preferably 45% by mass, further preferably 50% by mass, and particularly preferably 55% by mass, and the upper limit is more preferably 70% by mass, and further preferably 66% by mass.
The fluorine content of the fluorine-containing ether compound (1) is a value calculated based on the structural formula of the fluorine-containing ether compound (1) by the formula {(number of fluorine atoms×19)/molecular weight of the fluorine-containing ether compound (1)}×100(%).
式(2)中、Rf2はフッ素化されていてもよい炭素数1~5のアルキル基である。
Rf2としての上記アルキル基は、炭素数が1~4であることが好ましく、炭素数が1~3であることがより好ましい。Rf2としての上記アルキル基は、直鎖状であってもよく、分岐状であってもよい。Rf2は、フッ素化アルキル基であってもよく、非フッ素化アルキル基であってもよいが、フッ素化アルキル基であることが好ましい。
Rf2としては、なかでもメチル基、エチル基、n-プロピル基、n-ブチル基、-CH(CH3)2、-CH2CH(CH3)2、-CF3、-CF2H、-CF2CF3、-CH2CF3、-CH2CF2H、-CH2CFH2、-CH2CH2CF3、-CH2CF2CF3、-CH2CF2CF2H、-CH2CF2CFH2、-CH2CF2CF2CF2CF2Hが好ましく、高温保存時の抵抗上昇抑制の点から-CH2CF2CF2Hが特に好ましい。
In formula (2), Rf2 is an optionally fluorinated alkyl group having 1 to 5 carbon atoms.
The alkyl group represented by Rf2 preferably has 1 to 4 carbon atoms, and more preferably has 1 to 3 carbon atoms. The alkyl group represented by Rf2 may be linear or branched. Rf2 may be a fluorinated alkyl group or a non-fluorinated alkyl group, but is preferably a fluorinated alkyl group.
Among these, Rf 2 is preferably a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an n-butyl group, -CH(CH 3 ) 2 , -CH 2 CH(CH 3 ) 2 , -CF 3 , -CF 2 H, -CF 2 CF 3 , -CH 2 CF 3 , -CH 2 CF 2 H, -CH 2 CFH 2 , -CH 2 CH 2 CF 3 , -CH 2 CF 2 CF 3 , -CH 2 CF 2 CF 2 H, -CH 2 CF 2 CFH 2 , and -CH 2 CF 2 CF 2 CF 2 H, with -CH 2 CF 2 CF 2 H being particularly preferred from the viewpoint of suppressing an increase in resistance during high temperature storage.
含フッ素エーテル化合物(2)としては、なかでも、CF3CHFCF2OCH3、CF3CHFCF2OCH2CH3、CF3CHFCF2OCF3、CF3CHFCF2OCF2H、CF3CHFCF2OCF2CF3、CF3CHFCF2OCH2CF3、CF3CHFCF2OCH2CF2H、CF3CHFCF2OCH2CFH2、CF3CHFCF2OCH2CH2CF3、CF3CHFCF2OCH2CF2CF3、CF3CHFCF2OCH2CF2CF2H、CF3CHFCF2OCH2CF2CFH2、CF3CHFCF2OCH2CH2CH3、CF3CHFCF2OCH2CH2CH2CH3、CF3CHFCF2OCH(CH3)2、CF3CHFCF2OCH2CH(CH3)2、CF3CHFCF2OCH2CF2CF2CF2CF2Hが好ましく、高温保存時の抵抗上昇抑制の点からCF3CHFCF2OCH2CF2CF2Hが特に好ましい。 Examples of the fluorine - containing ether compound ( 2 ) include , among others , CF3CHFCF2OCH3 , CF3CHFCF2OCH2CH3 , CF3CHFCF2OCF3 , CF3CHFCF2OCF2H , CF3CHFCF2OCF2CF3 , CF3CHFCF2OCH2CF3 , CF3CHFCF2OCH2CF3 , CF3CHFCF2OCH2CF2H , CF3CHFCF2OCH2CFH2 , CF3CHFCF2OCH2CH2CF3 , CF3CHFCF2OCH2CF2CF3 , CF3 CHFCF2OCH2CF2CF2H , CF3CHFCF2OCH2CF2CFH2 , CF3CHFCF2OCH2CH2CH3 , CF3CHFCF2OCH2CH2CH2CH3 , CF3CHFCF2OCH ( CH3 ) 2 , CF3CHFCF2OCH2CH ( CH3 ) 2 , and CF3CHFCF2OCH2CF2CF2CF2CF2CF2H are preferred , with CF3CHFCF2OCH2CF2CF2H being particularly preferred from the viewpoint of suppressing an increase in resistance during high temperature storage .
含フッ素エーテル化合物(2)は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。 The fluorine-containing ether compound (2) may be used alone or in combination of two or more kinds.
含フッ素エーテル化合物(1)及び(2)の組み合わせとしては、特に限定されず、上述したものを適宜組み合わせることができる。なかでも、高温保存時の抵抗上昇抑制の点で、含フッ素エーテル化合物(1)がHCF2CF2OCH2CF2CF2H及びCH3CH2CH2OCF2CF2Hからなる群より選択される少なくとも1種であり、含フッ素エーテル化合物(2)がCF3CHFCF2OCH2CF2CF2H及びCH3CH2CH2OCF2CHFCF3からなる群より選択される少なくとも1種であることが好ましく、含フッ素エーテル化合物(1)がHCF2CF2OCH2CF2CF2Hであり、含フッ素エーテル化合物(2)がCF3CHFCF2OCH2CF2CF2Hであることがより好ましい。 The combination of the fluorine-containing ether compounds (1) and (2) is not particularly limited, and the above-mentioned combinations can be used as appropriate. Among these, from the viewpoint of suppressing an increase in resistance during high-temperature storage, it is preferred that the fluorine-containing ether compound (1) is at least one selected from the group consisting of HCF 2 CF 2 OCH 2 CF 2 CF 2 H and CH 3 CH 2 CH 2 OCF 2 CF 2 H, and the fluorine-containing ether compound (2) is at least one selected from the group consisting of CF 3 CHFCF 2 OCH 2 CF 2 CF 2 H and CH 3 CH 2 CH 2 OCF 2 CHFCF 3, and it is more preferred that the fluorine-containing ether compound (1) is HCF 2 CF 2 OCH 2 CF 2 CF 2 H, and the fluorine-containing ether compound (2) is CF 3 CHFCF 2 OCH 2 CF 2 CF 2 H.
本開示の組成物において、含フッ素エーテル化合物(2)の含有量は、含フッ素エーテル化合物(1)に対して0.001~5体積%である。高温保存時の抵抗上昇を一層抑制できる点で、含フッ素エーテル化合物(2)の含有量は、含フッ素エーテル化合物(1)に対して0.01体積%以上であることがより好ましく、0.05体積%以上であることが更に好ましく、また、3体積%以下であることがより好ましく、1体積%以下であることが更に好ましく、0.5体積%以下であることが更により好ましく、0.3体積%以下であることが特に好ましい。 In the composition of the present disclosure, the content of fluorine-containing ether compound (2) is 0.001 to 5 volume % relative to fluorine-containing ether compound (1). In terms of further suppressing an increase in resistance during high-temperature storage, the content of fluorine-containing ether compound (2) is more preferably 0.01 volume % or more relative to fluorine-containing ether compound (1), even more preferably 0.05 volume % or more, more preferably 3 volume % or less, even more preferably 1 volume % or less, even more preferably 0.5 volume % or less, and particularly preferably 0.3 volume % or less.
本開示の組成物は電解液に用いられるものであり、電解液の構成成分(溶媒、添加剤等)として好適に使用できる。 The composition disclosed herein is used in an electrolyte solution and can be suitably used as a component of the electrolyte solution (solvent, additive, etc.).
本開示は、本開示の組成物を含む電解液にも関する。
本開示の電解液は、本開示の組成物を含むことにより、リチウムイオン二次電池等の二次電池における高温保存時の抵抗上昇を抑制することができる。
The present disclosure also relates to an electrolyte comprising the composition of the present disclosure.
The electrolyte solution of the present disclosure contains the composition of the present disclosure, and thus can suppress an increase in resistance during high-temperature storage in a secondary battery such as a lithium-ion secondary battery.
本開示の電解液は、含フッ素エーテル化合物(1)及び(2)の合計含有量が、上記電解液に対して1~95体積%であってよく、5~90体積%であることが好ましい。高温保存時の抵抗上昇を一層抑制できる点で、含フッ素エーテル化合物(1)及び(2)の合計含有量は、上記電解液に対して10体積%以上であることが好ましく、15体積%以上であることがより好ましく、20体積%以上であることが更に好ましく、25体積%以上であることが更により好ましく、また、85体積%以下であることが好ましく、70体積%以下であることがより好ましく、60体積%以下であることが更に好ましく、55体積%以下であることが更により好ましく、45体積%以下であることが殊更に好ましく、40体積%以下であることが殊更により好ましく、35体積%以下であることが特に好ましい。 The electrolyte solution of the present disclosure may have a total content of fluorine-containing ether compounds (1) and (2) of 1 to 95% by volume, preferably 5 to 90% by volume, relative to the electrolyte solution. In order to further suppress the increase in resistance during high-temperature storage, the total content of fluorine-containing ether compounds (1) and (2) is preferably 10% by volume or more, more preferably 15% by volume or more, even more preferably 20% by volume or more, even more preferably 25% by volume or more, and preferably 85% by volume or less, more preferably 70% by volume or less, even more preferably 60% by volume or less, even more preferably 55% by volume or less, especially preferably 45% by volume or less, especially more preferably 40% by volume or less, and especially preferably 35% by volume or less.
本開示の電解液において、含フッ素エーテル化合物(1)の含有量は、上記電解液に対して1体積%以上、90体積%以下であってよく、1体積%以上、90体積%未満であることが好ましい。高温保存時の抵抗上昇を一層抑制できる点で、含フッ素エーテル化合物(1)の含有量は、上記電解液に対して5体積%以上であることが好ましく、8体積%以上であることがより好ましく、10体積%以上であることが更に好ましく、15体積%以上であることが更により好ましく、20体積%以上であることが殊更に好ましく、25体積%以上であることが特に好ましく、また、85体積%以下であることが好ましく、80体積%以下であることがより好ましく、70体積%以下であることが更に好ましく、60体積%以下であることが更により好ましく、55体積%以下であることが殊更に好ましく、45体積%以下であることが殊更により好ましく、40体積%以下であることが特に好ましく、35体積%以下であることが殊更特に好ましい。 In the electrolyte solution of the present disclosure, the content of the fluorine-containing ether compound (1) may be 1% by volume or more and 90% by volume or less, and is preferably 1% by volume or more and less than 90% by volume, relative to the electrolyte solution. In order to further suppress the increase in resistance during high-temperature storage, the content of the fluorine-containing ether compound (1) is preferably 5% by volume or more, more preferably 8% by volume or more, even more preferably 10% by volume or more, even more preferably 15% by volume or more, especially preferably 20% by volume or more, and particularly preferably 25% by volume or more, and is preferably 85% by volume or less, more preferably 80% by volume or less, even more preferably 70% by volume or less, even more preferably 60% by volume or less, especially preferably 55% by volume or less, especially more preferably 45% by volume or less, especially preferably 40% by volume or less, and especially particularly preferably 35% by volume or less.
本開示の電解液において、含フッ素エーテル化合物(2)の含有量は、上記電解液に対して0.00001体積%以上、4.5体積%以下であってよく、0.00001体積%以上、4.5体積%未満であることが好ましい。高温保存時の抵抗上昇を一層抑制できる点で、含フッ素エーテル化合物(2)の含有量は、上記電解液に対して0.00008体積%以上であることがより好ましく、0.0001体積%以上であることが更に好ましく、0.001体積%以上であることが更により好ましく、0.01体積%以上であることが殊更に好ましく、また、4体積%以下であることが好ましく、3体積%以下であることがより好ましく、2体積%以下であることが更に好ましく、1体積%以下であることが更により好ましく、0.1体積%以下であることが特に好ましく、0.05体積%以下であることが特により好ましい。 In the electrolyte solution of the present disclosure, the content of the fluorine-containing ether compound (2) may be 0.00001 volume% or more and 4.5 volume% or less, and is preferably 0.00001 volume% or more and less than 4.5 volume% relative to the electrolyte solution. In order to further suppress the increase in resistance during high-temperature storage, the content of the fluorine-containing ether compound (2) is more preferably 0.00008 volume% or more relative to the electrolyte solution, even more preferably 0.0001 volume% or more, even more preferably 0.001 volume% or more, and especially preferably 0.01 volume% or more, and is preferably 4 volume% or less, more preferably 3 volume% or less, even more preferably 2 volume% or less, even more preferably 1 volume% or less, particularly preferably 0.1 volume% or less, and especially more preferably 0.05 volume% or less.
本開示の電解液は、溶媒を含むことが好ましい。含フッ素エーテル化合物(1)及び(2)を溶媒として使用することができるが、含フッ素エーテル化合物(1)及び(2)以外の溶媒を更に含むこともできる。 The electrolyte solution of the present disclosure preferably contains a solvent. The fluorine-containing ether compounds (1) and (2) can be used as the solvent, but the electrolyte solution may further contain a solvent other than the fluorine-containing ether compounds (1) and (2).
上記溶媒は、カーボネート及びカルボン酸エステルからなる群より選択される少なくとも1種を含むことが好ましい。 The solvent preferably contains at least one selected from the group consisting of carbonates and carboxylic acid esters.
上記カーボネートは、環状カーボネートであってもよいし、鎖状カーボネートであってもよい。 The carbonate may be a cyclic carbonate or a chain carbonate.
上記環状カーボネートは、非フッ素化環状カーボネートであってもよいし、フッ素化環状カーボネートであってもよい。 The cyclic carbonate may be a non-fluorinated cyclic carbonate or a fluorinated cyclic carbonate.
上記非フッ素化環状カーボネートとしては、非フッ素化飽和環状カーボネートが挙げられ、炭素数2~6のアルキレン基を有する非フッ素化飽和アルキレンカーボネートが好ましく、炭素数2~4のアルキレン基を有する非フッ素化飽和アルキレンカーボネートがより好ましい。 The non-fluorinated cyclic carbonate may be a non-fluorinated saturated cyclic carbonate, preferably a non-fluorinated saturated alkylene carbonate having an alkylene group with 2 to 6 carbon atoms, more preferably a non-fluorinated saturated alkylene carbonate having an alkylene group with 2 to 4 carbon atoms.
なかでも、上記非フッ素化飽和環状カーボネートとしては、誘電率が高く、粘度が好適となる点で、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、シス-2,3-ペンチレンカーボネート、シス-2,3-ブチレンカーボネート、2,3-ペンチレンカーボネート、2,3-ブチレンカーボネート、1,2-ペンチレンカーボネート、1,2-ブチレンカーボネート及びブチレンカーボネートからなる群より選択される少なくとも1種が好ましい。 Among these, the non-fluorinated saturated cyclic carbonate is preferably at least one selected from the group consisting of ethylene carbonate, propylene carbonate, cis-2,3-pentylene carbonate, cis-2,3-butylene carbonate, 2,3-pentylene carbonate, 2,3-butylene carbonate, 1,2-pentylene carbonate, 1,2-butylene carbonate, and butylene carbonate, because of its high dielectric constant and suitable viscosity.
上記非フッ素化飽和環状カーボネートは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。 The non-fluorinated saturated cyclic carbonates may be used alone or in any combination and ratio of two or more.
上記非フッ素化飽和環状カーボネートが含まれる場合、上記非フッ素化飽和環状カーボネートの含有量は、上記溶媒に対して5~90体積%であることが好ましく、10~60体積%であることがより好ましく、15~45体積%であることが更に好ましい。 When the non-fluorinated saturated cyclic carbonate is included, the content of the non-fluorinated saturated cyclic carbonate is preferably 5 to 90% by volume relative to the solvent, more preferably 10 to 60% by volume, and even more preferably 15 to 45% by volume.
上記フッ素化環状カーボネートは、フッ素原子を有する環状カーボネートである。フッ素化環状カーボネートを含む溶媒は、高電圧下でも好適に使用することができる。
なお、本明細書において「高電圧」とは、4.2V以上の電圧をいう。また、「高電圧」の上限は5.5Vが好ましく、5.4Vがより好ましい。
The fluorinated cyclic carbonate is a cyclic carbonate having a fluorine atom. The solvent containing the fluorinated cyclic carbonate can be suitably used even under high voltage.
In this specification, the term "high voltage" refers to a voltage of 4.2 V or higher. The upper limit of the "high voltage" is preferably 5.5 V, and more preferably 5.4 V.
上記フッ素化環状カーボネートは、フッ素化飽和環状カーボネートであってもよいし、フッ素化不飽和環状カーボネートであってもよい。 The above fluorinated cyclic carbonate may be a fluorinated saturated cyclic carbonate or a fluorinated unsaturated cyclic carbonate.
上記フッ素化飽和環状カーボネートは、フッ素原子を有する飽和環状カーボネートであり、具体的には、下記一般式(A): The above-mentioned fluorinated saturated cyclic carbonate is a saturated cyclic carbonate having a fluorine atom, specifically, represented by the following general formula (A):
上記フッ素化飽和環状カーボネートを含むと、本開示の電解液を高電圧リチウムイオン二次電池等に適用した場合電解液の耐酸化性が向上し、安定で優れた充放電特性が得られる。
なお、本明細書中で「エーテル結合」は、-O-で表される結合である。
When the electrolyte solution of the present disclosure contains the above-mentioned fluorinated saturated cyclic carbonate, the oxidation resistance of the electrolyte solution is improved and stable and excellent charge/discharge characteristics are obtained when the electrolyte solution is applied to a high-voltage lithium ion secondary battery or the like.
In this specification, an "ether bond" is a bond represented by --O--.
誘電率、耐酸化性が良好な点から、X1~X4の1つ又は2つが、-F、エーテル結合を有してもよいフッ素化アルキル基、又は、エーテル結合を有してもよいフッ素化アルコキシ基であることが好ましい。 From the standpoint of good dielectric constant and oxidation resistance, it is preferred that one or two of X 1 to X 4 are -F, a fluorinated alkyl group which may have an ether bond, or a fluorinated alkoxy group which may have an ether bond.
低温での粘性の低下、引火点の上昇、更には電解質塩の溶解性の向上が期待できることから、X1~X4は、-H、-F、フッ素化アルキル基(a)、エーテル結合を有するフッ素化アルキル基(b)、又は、フッ素化アルコキシ基(c)であることが好ましい。 Since a decrease in viscosity at low temperatures, an increase in flash point, and an improvement in the solubility of the electrolyte salt can be expected, it is preferable that X 1 to X 4 are -H, -F, a fluorinated alkyl group (a), a fluorinated alkyl group having an ether bond (b), or a fluorinated alkoxy group (c).
上記フッ素化アルキル基(a)は、アルキル基が有する水素原子の少なくとも1つをフッ素原子で置換したものである。フッ素化アルキル基(a)の炭素数は、1~20が好ましく、1~17がより好ましく、1~7が更に好ましく、1~5が特に好ましい。
炭素数が大きくなりすぎると低温特性が低下したり、電解質塩の溶解性が低下したりするおそれがあり、炭素数が少な過ぎると、電解質塩の溶解性の低下、放電効率の低下、更には粘性の増大等がみられることがある。
The fluorinated alkyl group (a) is an alkyl group in which at least one hydrogen atom has been substituted with a fluorine atom. The fluorinated alkyl group (a) preferably has 1 to 20 carbon atoms, more preferably 1 to 17 carbon atoms, further preferably 1 to 7 carbon atoms, and particularly preferably 1 to 5 carbon atoms.
If the number of carbon atoms is too large, there is a risk that the low-temperature characteristics and the solubility of the electrolyte salt may be reduced, whereas if the number of carbon atoms is too small, there may be a decrease in the solubility of the electrolyte salt, a decrease in discharge efficiency, and even an increase in viscosity.
上記フッ素化アルキル基(a)のうち、炭素数が1のものとしては、CFH2-、CF2H-、CF3-が挙げられる。特に、CF2H-又はCF3-が高温保存特性上好ましく、CF3-が最も好ましい。 Among the above fluorinated alkyl groups (a), those having a carbon number of 1 include CFH 2 --, CF 2 H-- and CF 3 --. In particular, CF 2 H-- or CF 3 -- is preferred in terms of high-temperature storage properties, and CF 3 -- is most preferred.
上記フッ素化アルキル基(a)のうち、炭素数が2以上のものとしては、下記一般式(a-1):
Ra1-Ra2- (a-1)
(式中、Ra1はフッ素原子を有していてもよい炭素数1以上のアルキル基;Ra2はフッ素原子を有していてもよい炭素数1~3のアルキレン基;ただし、Ra1及びRa2の少なくとも一方はフッ素原子を有している)で示されるフッ素化アルキル基が、電解質塩の溶解性が良好な点から好ましく例示できる。
なお、Ra1及びRa2は、更に、炭素原子、水素原子及びフッ素原子以外の、その他の原子を有していてもよい。
Among the above-mentioned fluorinated alkyl groups (a), those having 2 or more carbon atoms include those represented by the following general formula (a-1):
R a1 - R a2 - (a-1)
(wherein R a1 is an alkyl group having 1 or more carbon atoms which may have a fluorine atom; R a2 is an alkylene group having 1 to 3 carbon atoms which may have a fluorine atom; provided that at least one of R a1 and R a2 has a fluorine atom) is a preferred example from the viewpoint of good solubility of the electrolyte salt.
Incidentally, R a1 and R a2 may further have atoms other than carbon atoms, hydrogen atoms and fluorine atoms.
Ra1は、フッ素原子を有していてもよい炭素数1以上のアルキル基である。Ra1としては、炭素数1~16の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基が好ましい。Ra1の炭素数としては、1~6がより好ましく、1~3が更に好ましい。 R a1 is an alkyl group having 1 or more carbon atoms which may have a fluorine atom. R a1 is preferably a linear or branched alkyl group having 1 to 16 carbon atoms. The number of carbon atoms in R a1 is more preferably 1 to 6, and further preferably 1 to 3.
Ra1として、具体的には、直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基として、CH3-、CH3CH2-、CH3CH2CH2-、CH3CH2CH2CH2-、 Specific examples of R a1 include a linear or branched alkyl group such as CH 3 --, CH 3 CH 2 --, CH 3 CH 2 CH 2 --, CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 --,
等が挙げられる。 These include:
また、Ra1がフッ素原子を有する直鎖状のアルキル基である場合、CF3-、CF3CH2-、CF3CF2-、CF3CH2CH2-、CF3CF2CH2-、CF3CF2CF2-、CF3CH2CF2-、CF3CH2CH2CH2-、CF3CF2CH2CH2-、CF3CH2CF2CH2-、CF3CF2CF2CH2-、CF3CF2CF2CF2-、CF3CF2CH2CF2-、CF3CH2CH2CH2CH2-、CF3CF2CH2CH2CH2-、CF3CH2CF2CH2CH2-、CF3CF2CF2CH2CH2-、CF3CF2CF2CF2CH2-、CF3CF2CH2CF2CH2-、CF3CF2CH2CH2CH2CH2-、CF3CF2CF2CF2CH2CH2-、CF3CF2CH2CF2CH2CH2-、HCF2-、HCF2CH2-、HCF2CF2-、HCF2CH2CH2-、HCF2CF2CH2-、HCF2CH2CF2-、HCF2CF2CH2CH2-、HCF2CH2CF2CH2-、HCF2CF2CF2CF2-、HCF2CF2CH2CH2CH2-、HCF2CH2CF2CH2CH2-、HCF2CF2CF2CF2CH2-、HCF2CF2CF2CF2CH2CH2-、FCH2-、FCH2CH2-、FCH2CF2-、FCH2CF2CH2-、FCH2CF2CF2-、CH3CF2CH2-、CH3CF2CF2-、CH3CF2CH2CF2-、CH3CF2CF2CF2-、CH3CH2CF2CF2-、CH3CF2CH2CF2CH2-、CH3CF2CF2CF2CH2-、CH3CF2CF2CH2CH2-、CH3CH2CF2CF2CH2-、CH3CF2CH2CF2CH2CH2-、CH3CF2CH2CF2CH2CH2-、HCFClCF2CH2-、HCF2CFClCH2-、HCF2CFClCF2CFClCH2-、HCFClCF2CFClCF2CH2-等が挙げられる。 When R a1 is a linear alkyl group having a fluorine atom, the following are usable: CF 3 --, CF 3 CH 2 --, CF 3 CF 2 --, CF 3 CH 2 CH 2 --, CF 3 CF 2 CH 2 --, CF 3 CF 2 CF 2 --, CF 3 CH 2 CF 2 --, CF 3 CF 2 CH 2 CH 2 --, CF 3 CF 2 CF 2 CH 2 --, CF 3 CF 2 CF 2 CH 2 -- , CF 3 CF 2 CF 2 CH 2 --, CF 3 CF 2 CF 2 CH 2 --, CF 3 CF 2 CF 2 CH 2 --, CF 3 CF 2 CH 2 CF 2 --, CF 3 CF 2 CH 2 CF 2 --, CF 3 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 -, CF 3 CF 2 CH 2 CH 2 CH 2 -, CF 3 CH 2 CF 2 CH 2 CH 2 -, CF 3 CF 2 CF 2 CH 2 CH 2 -, CF 3 CF 2 CF 2 CF 2 CH 2 - 3 CF 2 CH 2 CF 2 CH 2 -, CF 3 CF 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 -, CF 3 CF 2 CF 2 CF 2 CH 2 CH 2 -, CF 3 CF 2 CH 2 CF 2 CH 2 CH 2 - 2 -, HCF 2 CH 2 -, HCF 2 CF 2 -, HCF 2 CH 2 CH 2 -, HCF 2 CF 2 CH 2 -, HCF 2 CH 2 CF 2 -, HCF 2 CF 2 CH 2 CH 2 -, HCF 2 CH 2 CF 2 CH 2 -, HCF 2 CF 2 CF 2 CF 2 -, HCF 2 CF 2 CH 2 CH 2 CH 2 -, HCF 2 CH 2 CF 2 CH 2 CH 2 -, HCF 2 CF 2 CF 2 CF 2 CH 2 -, HCF 2 CF 2 CF 2 CF 2 CH 2 CH 2 -, FCH 2 -, FCH 2 CH 2 -, FCH 2 CF 2 -, FCH 2 CF 2 CH 2 -, FCH 2 CF 2 CF 2 -, CH 3 CF 2 CH 2 -, CH 3 CF 2 CF 2 -, CH 3 CF 2 CH 2 CF 2 -, CH 3 CF 2 CF 2 CF 2 -, CH 3 CH 2 CF 2 CF 2 -, CH 3 CF 2 CH 2 CF 2 CH 2 -, CH 3 CF 2 CF 2 CF 2 CH 2 -, CH 3 CF 2 CF 2 CH 2 CH 2 -, CH 3 CH 2 CF 2 CF 2 CH 2 -, CH 3 CF 2 CH 2 CF 2 CH 2 CH 2 -, CH 3 CF 2 CH 2 CF 2 CH 2 CH 2 -, HCFClCF 2 CH 2 -, HCF 2 CFClCH 2 -, HCF 2 CFClCF 2 CFClCH 2 -, HCFClC Examples include F 2 CFClCF 2 CH 2 -.
また、Ra1がフッ素原子を有する分岐鎖状のアルキル基である場合、 When R a1 is a branched alkyl group having a fluorine atom,
等が好ましく挙げられる。ただし、CH3-やCF3-という分岐を有していると粘性が高くなりやすいため、その数は少ない(1個)かゼロであることがより好ましい。 However, since the presence of branches such as CH 3 — or CF 3 — tends to increase the viscosity, it is more preferable that the number of branches is small (one) or zero.
Ra2はフッ素原子を有していてもよい炭素数1~3のアルキレン基である。Ra2は、直鎖状であってもよく、分岐鎖状であってもよい。このような直鎖状又は分岐鎖状のアルキレン基を構成する最小構造単位の一例を下記に示す。Ra2はこれらの単独又は組合せで構成される。 R a2 is an alkylene group having 1 to 3 carbon atoms which may have a fluorine atom. R a2 may be linear or branched. An example of the minimum structural unit constituting such a linear or branched alkylene group is shown below. R a2 is composed of these alone or in combination.
(i)直鎖状の最小構造単位:
-CH2-、-CHF-、-CF2-、-CHCl-、-CFCl-、-CCl2-
(i) A linear minimum structural unit:
-CH 2 -, -CHF-, -CF 2 -, -CHCl-, -CFCl-, -CCl 2 -
(ii)分岐鎖状の最小構造単位: (ii) Smallest branched structural unit:
なお、以上の例示のなかでも、塩基による脱HCl反応が起こらず、より安定なことから、Clを含有しない構成単位から構成されることが好ましい。 Among the above examples, it is preferable to use structural units that do not contain Cl, since they are more stable and do not undergo a base-induced HCl removal reaction.
Ra2は、直鎖状である場合には、上述した直鎖状の最小構造単位のみからなるものであり、なかでも-CH2-、-CH2CH2-又は-CF2-が好ましい。電解質塩の溶解性をより一層向上させることができる点から、-CH2-又は-CH2CH2-がより好ましい。 When R a2 is linear, it is composed only of the above-mentioned linear minimum structural unit, and among them, -CH 2 -, -CH 2 CH 2 - or -CF 2 - is preferable. -CH 2 - or -CH 2 CH 2 - is more preferable from the viewpoint of further improving the solubility of the electrolyte salt.
Ra2は、分岐鎖状である場合には、上述した分岐鎖状の最小構造単位を少なくとも1つ含んでなるものであり、一般式-(CXaXb)-(XaはH、F、CH3又はCF3;XbはCH3又はCF3。ただし、XbがCF3の場合、XaはH又はCH3である)で表されるものが好ましく例示できる。これらは特に電解質塩の溶解性をより一層向上させることができる。 When R a2 is branched, it contains at least one of the above-mentioned branched minimum structural units, and a preferred example is one represented by the general formula -(CX a X b )- (X a is H, F, CH 3 or CF 3 ; X b is CH 3 or CF 3 , provided that when X b is CF 3 , X a is H or CH 3 ). These can particularly further improve the solubility of the electrolyte salt.
好ましいフッ素化アルキル基(a)としては、例えばCF3CF2-、HCF2CF2-、H2CFCF2-、CH3CF2-、CF3CHF-、CH3CF2-、CF3CF2CF2-、HCF2CF2CF2-、H2CFCF2CF2-、CH3CF2CF2-、 Preferred fluorinated alkyl groups (a) include, for example, CF 3 CF 2 -, HCF 2 CF 2 -, H 2 CFCF 2 -, CH 3 CF 2 -, CF 3 CHF-, CH 3 CF 2 -, CF 3 CF 2 CF 2 -, HCF 2 CF 2 CF 2 -, H 2 CFCF 2 CF 2 -, CH 3 CF 2 CF 2 -,
等が挙げられる。 These include:
上記エーテル結合を有するフッ素化アルキル基(b)は、エーテル結合を有するアルキル基が有する水素原子の少なくとも1つをフッ素原子で置換したものである。上記エーテル結合を有するフッ素化アルキル基(b)は、炭素数が2~17であることが好ましい。炭素数が多過ぎると、上記フッ素化飽和環状カーボネートの粘性が高くなり、また、フッ素含有基が多くなることから、誘電率の低下による電解質塩の溶解性低下や、他の溶剤との相溶性の低下がみられることがある。この観点から上記エーテル結合を有するフッ素化アルキル基(b)の炭素数は2~10がより好ましく、2~7が更に好ましい。 The fluorinated alkyl group (b) having an ether bond is an alkyl group having an ether bond in which at least one hydrogen atom has been replaced with a fluorine atom. The fluorinated alkyl group (b) having an ether bond preferably has 2 to 17 carbon atoms. If the number of carbon atoms is too large, the viscosity of the fluorinated saturated cyclic carbonate increases, and the number of fluorine-containing groups increases, which may result in a decrease in the solubility of the electrolyte salt due to a decrease in the dielectric constant, or a decrease in compatibility with other solvents. From this perspective, the number of carbon atoms in the fluorinated alkyl group (b) having an ether bond is more preferably 2 to 10, and even more preferably 2 to 7.
上記エーテル結合を有するフッ素化アルキル基(b)のエーテル部分を構成するアルキレン基は直鎖状又は分岐鎖状のアルキレン基でよい。そうした直鎖状又は分岐鎖状のアルキレン基を構成する最小構造単位の一例を下記に示す。 The alkylene group constituting the ether portion of the fluorinated alkyl group (b) having an ether bond may be a linear or branched alkylene group. An example of the minimum structural unit constituting such a linear or branched alkylene group is shown below.
(i)直鎖状の最小構造単位:
-CH2-、-CHF-、-CF2-、-CHCl-、-CFCl-、-CCl2-
(i) A linear minimum structural unit:
-CH 2 -, -CHF-, -CF 2 -, -CHCl-, -CFCl-, -CCl 2 -
(ii)分岐鎖状の最小構造単位: (ii) Smallest branched structural unit:
アルキレン基は、これらの最小構造単位単独で構成されてもよく、直鎖状(i)同士、分岐鎖状(ii)同士、又は、直鎖状(i)と分岐鎖状(ii)との組み合わせにより構成されてもよい。好ましい具体例は、後述する。 The alkylene group may be composed of these minimum structural units alone, or may be composed of a combination of linear (i) units, a combination of branched (ii) units, or a combination of linear (i) units and branched (ii) units. Preferred specific examples will be described later.
なお、以上の例示のなかでも、塩基による脱HCl反応が起こらず、より安定なことから、Clを含有しない構成単位から構成されることが好ましい。 Among the above examples, it is preferable to use structural units that do not contain Cl, since they are more stable and do not undergo a base-induced HCl removal reaction.
更に好ましいエーテル結合を有するフッ素化アルキル基(b)としては、一般式(b-1):
R3-(OR4)n1- (b-1)
(式中、R3はフッ素原子を有していてもよい、好ましくは炭素数1~6のアルキル基;R4はフッ素原子を有していてもよい、好ましくは炭素数1~4のアルキレン基;n1は1~3の整数;ただし、R3及びR4の少なくとも1つはフッ素原子を有している)で示されるものが挙げられる。
More preferred fluorinated alkyl groups having an ether bond (b) include those represented by the general formula (b-1):
R 3 - (OR 4 ) n1 - (b-1)
(In the formula, R3 may have a fluorine atom and is preferably an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms; R4 may have a fluorine atom and is preferably an alkylene group having 1 to 4 carbon atoms; n1 is an integer of 1 to 3; with the proviso that at least one of R3 and R4 has a fluorine atom).
R3及びR4としては以下のものが例示でき、これらを適宜組み合わせて、上記一般式(b-1)で表されるエーテル結合を有するフッ素化アルキル基(b)を構成することができるが、これらのみに限定されるものではない。 Examples of R3 and R4 include the following, which can be appropriately combined to form a fluorinated alkyl group (b) having an ether bond represented by general formula (b-1) above, but are not limited to these.
(1)R3としては、一般式:Xc 3C-(R5)n2-(3つのXcは同じか又は異なりいずれもH又はF;R5は炭素数1~5のフッ素原子を有していてもよいアルキレン基;n2は0又は1)で表されるアルキル基が好ましい。 (1) R 3 is preferably an alkyl group represented by the general formula: X c 3 C-(R 5 ) n2 - (wherein the three X c 's are the same or different and all are H or F; R 5 is an alkylene group having 1 to 5 carbon atoms which may have a fluorine atom; and n2 is 0 or 1).
n2が0の場合、R3としては、CH3-、CF3-、HCF2-及びH2CF-が挙げられる。 When n2 is 0, R 3 includes CH 3 —, CF 3 —, HCF 2 —, and H 2 CF—.
n2が1の場合の具体例としては、R3が直鎖状のものとして、CF3CH2-、CF3CF2-、CF3CH2CH2-、CF3CF2CH2-、CF3CF2CF2-、CF3CH2CF2-、CF3CH2CH2CH2-、CF3CF2CH2CH2-、CF3CH2CF2CH2-、CF3CF2CF2CH2-、CF3CF2CF2CF2-、CF3CF2CH2CF2-、CF3CH2CH2CH2CH2-、CF3CF2CH2CH2CH2-、CF3CH2CF2CH2CH2-、CF3CF2CF2CH2CH2-、CF3CF2CF2CF2CH2-、CF3CF2CH2CF2CH2-、CF3CF2CH2CH2CH2CH2-、CF3CF2CF2CF2CH2CH2-、CF3CF2CH2CF2CH2CH2-、HCF2CH2-、HCF2CF2-、HCF2CH2CH2-、HCF2CF2CH2-、HCF2CH2CF2-、HCF2CF2CH2CH2-、HCF2CH2CF2CH2-、HCF2CF2CF2CF2-、HCF2CF2CH2CH2CH2-、HCF2CH2CF2CH2CH2-、HCF2CF2CF2CF2CH2-、HCF2CF2CF2CF2CH2CH2-、FCH2CH2-、FCH2CF2-、FCH2CF2CH2-、CH3CF2-、CH3CH2-、CH3CF2CH2-、CH3CF2CF2-、CH3CH2CH2-、CH3CF2CH2CF2-、CH3CF2CF2CF2-、CH3CH2CF2CF2-、CH3CH2CH2CH2-、CH3CF2CH2CF2CH2-、CH3CF2CF2CF2CH2-、CH3CF2CF2CH2CH2-、CH3CH2CF2CF2CH2-、CH3CF2CH2CF2CH2CH2-、CH3CH2CF2CF2CH2CH2-、CH3CF2CH2CF2CH2CH2-等が例示できる。 Specific examples when n2 is 1 include those in which R 3 is linear, such as CF 3 CH 2 -, CF 3 CF 2 -, CF 3 CH 2 CH 2 -, CF 3 CF 2 CH 2 -, CF 3 CF 2 CF 2 -, CF 3 CH 2 CF 2 -, CF 3 CH 2 CH 2 CH 2 -, CF 3 CF 2 CH 2 CH 2 -, CF 3 CF 2 CF 2 CH 2 -, CF 3 CF 2 CF 2 CH 2 -, CF 3 CF 2 CF 2 CF 2 -, CF 3 CF 2 CH 2 CF 2 -, CF 3 CF 2 CH 2 CF 2 -, CF 3 CF 2 CH 2 CF 2 -, CF 3 CH 2 CH 2 CH 2. CH 2 -, CF 3 CF 2 CH 2 CH 2 CH 2 -, CF 3 CH 2 CF 2 CH 2 CH 2 -, CF 3 CF 2 CF 2 CH 2 CH 2 -, CF 3 CF 2 CF 2 CF 2 CH 2 -, CF 3 2 CH 2 CF 2 CH 2 -, CF 3 CF 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 -, CF 3 CF 2 CF 2 CF 2 CH 2 CH 2 -, CF 3 CF 2 CH 2 CF 2 CH 2 CH 2 -, HCF 2 CH 2 -, HCF 2 CF 2 -, HCF 2 CH 2 CH 2 -, HCF 2 CF 2 CH 2 -, HCF 2 CH 2 CF 2 -, HCF 2 CF 2 CH 2 CH 2 -, HCF 2 CH 2 CF 2 CH 2 -, HCF 2 CF 2 CF 2 CF 2 -, HCF 2 CF 2 CH 2 CH 2 CH 2 -, HCF 2 CH 2 CF 2 CH 2 CH 2 -, HCF 2 CF 2 CF 2 CF 2 CH 2 -, HCF 2 CF 2 CF 2 CF 2 CH 2 CH 2 -, FCH 2 CH 2 -, FCH 2 CF 2 -, FCH 2 CF 2 CH 2 -, CH 3 CF 2 -, CH 3 CH 2 -, CH 3 CF 2 CH 2 -, CH 3 CF 2 CF 2 -, CH 3 CH 2 CH 2 - , CH 3 CF 2 CH 2 CF 2 - , CH 3 CF 2 C F2CF2- , CH3CH2CF2CF2- , CH3CH2CH2CH2- , CH3CF2CH2CF2CH2- , CH3CF2CF2CF2CH2- , CH3CF2CF2 CH 2 CH 2 - , CH 3 CH 2 CF 2 Examples include CF2CH2- , CH3CF2CH2CF2CH2CH2- , CH3CH2CF2CF2CH2CH2- , CH3CF2CH2CF2CF2CH2CH2- , CH3CF2CH2CF2CH2CF2CH2CH2- , and the like .
n2が1であり、かつR3が分岐鎖状のものとしては、 Examples of the group in which n2 is 1 and R3 is branched include
等が挙げられる。 These include:
ただし、CH3-やCF3-という分岐を有していると粘性が高くなりやすいため、R3が直鎖状のものがより好ましい。 However, since the presence of a branch such as CH 3 — or CF 3 — tends to increase viscosity, it is more preferable that R 3 is linear.
(2)上記一般式(b-1)の-(OR4)n1-において、n1は1~3の整数であり、好ましくは1又は2である。なお、n1=2又は3のとき、R4は同じでも異なっていてもよい。 (2) In the above general formula (b-1) -(OR 4 ) n1 -, n1 is an integer of 1 to 3, and preferably 1 or 2. When n1=2 or 3, R 4 may be the same or different.
R4の好ましい具体例としては、次の直鎖状又は分岐鎖状のものが例示できる。 Preferable specific examples of R4 include the following straight-chain or branched-chain groups.
直鎖状のものとしては、-CH2-、-CHF-、-CF2-、-CH2CH2-、-CF2CH2-、-CF2CF2-、-CH2CF2-、-CH2CH2CH2-、-CH2CH2CF2-、-CH2CF2CH2-、-CH2CF2CF2-、-CF2CH2CH2-、-CF2CF2CH2-、-CF2CH2CF2-、-CF2CF2CF2-等が例示できる。 Examples of linear ones include -CH2- , -CHF- , -CF2- , -CH2CH2- , -CF2CH2- , -CF2CF2- , -CH2CF2- , -CH2CH2CH2- , -CH2CH2CF2- , -CH2CF2CH2- , -CH2CF2CF2- , -CH2CF2CH2- , -CH2CF2CF2- , -CF2CH2CH2- , -CF2CF2CF2- , -CF2CF2CH2CH2- , -CF2CF2CH2- , -CF2CF2CH2- , -CF2CF2CF2- , and the like .
分岐鎖状のものとしては、 As branched chains,
等が挙げられる。 These include:
上記フッ素化アルコキシ基(c)は、アルコキシ基が有する水素原子の少なくとも1つをフッ素原子で置換したものである。上記フッ素化アルコキシ基(c)は、炭素数が1~17であることが好ましい。より好ましくは、炭素数1~6である。 The fluorinated alkoxy group (c) is an alkoxy group in which at least one hydrogen atom has been replaced with a fluorine atom. The fluorinated alkoxy group (c) preferably has 1 to 17 carbon atoms. More preferably, it has 1 to 6 carbon atoms.
上記フッ素化アルコキシ基(c)としては、一般式:Xd 3C-(R6)n3-O-(3つのXdは同じか又は異なりいずれもH又はF;R6は好ましくは炭素数1~5のフッ素原子を有していてもよいアルキレン基;n3は0又は1;ただし3つのXdのいずれかはフッ素原子を含んでいる)で表されるフッ素化アルコキシ基が特に好ましい。 The fluorinated alkoxy group (c) is particularly preferably a fluorinated alkoxy group represented by the general formula: Xd3C- ( R6 ) n3 -O- (wherein the three Xd 's are the same or different and all are H or F; R6 is preferably an alkylene group having 1 to 5 carbon atoms which may have a fluorine atom; n3 is 0 or 1; provided that one of the three Xd 's contains a fluorine atom).
上記フッ素化アルコキシ基(c)の具体例としては、上記一般式(a-1)におけるRa1として例示したアルキル基の末端に酸素原子が結合したフッ素化アルコキシ基が挙げられる。 Specific examples of the fluorinated alkoxy group (c) include fluorinated alkoxy groups in which an oxygen atom is bonded to the terminal of the alkyl group exemplified as R a1 in the general formula (a-1) above.
上記フッ素化飽和環状カーボネートにおけるフッ素化アルキル基(a)、エーテル結合を有するフッ素化アルキル基(b)、及び、フッ素化アルコキシ基(c)のフッ素含有率は10質量%以上が好ましい。フッ素含有率が低過ぎると、低温での粘性低下効果や引火点の上昇効果が充分に得られないおそれがある。この観点から上記フッ素含有率は12質量%以上がより好ましく、15質量%以上が更に好ましい。上限は通常76質量%である。
フッ素化アルキル基(a)、エーテル結合を有するフッ素化アルキル基(b)、及び、フッ素化アルコキシ基(c)のフッ素含有率は、各基の構造式に基づいて、{(フッ素原子の個数×19)/各基の式量}×100(%)により算出した値である。
The fluorine content of the fluorinated alkyl group (a), the fluorinated alkyl group (b) having an ether bond, and the fluorinated alkoxy group (c) in the fluorinated saturated cyclic carbonate is preferably 10% by mass or more. If the fluorine content is too low, the effect of reducing viscosity at low temperatures and the effect of increasing the flash point may not be sufficiently obtained. From this viewpoint, the fluorine content is more preferably 12% by mass or more, and even more preferably 15% by mass or more. The upper limit is usually 76% by mass.
The fluorine content of the fluorinated alkyl group (a), the fluorinated alkyl group having an ether bond (b), and the fluorinated alkoxy group (c) is a value calculated based on the structural formula of each group by {(number of fluorine atoms×19)/formula weight of each group}×100(%).
また、誘電率、耐酸化性が良好な点からは、上記フッ素化飽和環状カーボネート全体のフッ素含有率は10質量%以上が好ましく、15質量%以上がより好ましい。上限は通常76質量%である。
なお、上記フッ素化飽和環状カーボネートのフッ素含有率は、フッ素化飽和環状カーボネートの構造式に基づいて、{(フッ素原子の個数×19)/フッ素化飽和環状カーボネートの分子量}×100(%)により算出した値である。
From the viewpoint of obtaining good dielectric constant and oxidation resistance, the fluorine content of the entire fluorinated saturated cyclic carbonate is preferably 10% by mass or more, more preferably 15% by mass or more, and the upper limit is usually 76% by mass.
The fluorine content of the above fluorinated saturated cyclic carbonate is a value calculated based on the structural formula of the fluorinated saturated cyclic carbonate by {(number of fluorine atoms×19)/molecular weight of fluorinated saturated cyclic carbonate}×100(%).
上記フッ素化飽和環状カーボネートとしては、具体的には、例えば、以下が挙げられる。 Specific examples of the above-mentioned fluorinated saturated cyclic carbonates include the following:
X1~X4の少なくとも1つが-Fであるフッ素化飽和環状カーボネートの具体例として、 Specific examples of the fluorinated saturated cyclic carbonate in which at least one of X 1 to X 4 is —F include:
他に、 Others:
等も使用できる。 etc. can also be used.
X1~X4の少なくとも1つがフッ素化アルキル基(a)であり、かつ残りが全て-Hであるフッ素化飽和環状カーボネートの具体例としては、 Specific examples of the fluorinated saturated cyclic carbonate in which at least one of X 1 to X 4 is a fluorinated alkyl group (a) and the rest are all -H include:
等が挙げられる。 These include:
X1~X4の少なくとも1つが、エーテル結合を有するフッ素化アルキル基(b)、又は、フッ素化アルコキシ基(c)であり、かつ残りが全て-Hであるフッ素化飽和環状カーボネートの具体例としては、 Specific examples of fluorinated saturated cyclic carbonates in which at least one of X 1 to X 4 is a fluorinated alkyl group (b) having an ether bond or a fluorinated alkoxy group (c) and the rest are all -H include:
等が挙げられる。 These include:
なかでも、上記フッ素化飽和環状カーボネートとしては、以下の化合物のいずれかであることが好ましい。 Among these, the fluorinated saturated cyclic carbonate is preferably any of the following compounds:
上記フッ素化飽和環状カーボネートとしては、その他にも、trans-4,5-ジフルオロ-1,3-ジオキソラン-2-オン、5-(1,1-ジフルオロエチル)-4,4-ジフルオロ-1,3-ジオキソラン-2-オン、4-メチレン-1,3-ジオキソラン-2-オン、4-メチル-5-トリフルオロメチル-1,3-ジオキソラン-2-オン、4-エチル-5-フルオロ-1,3-ジオキソラン-2-オン、4-エチル-5,5-ジフルオロ-1,3-ジオキソラン-2-オン、4-エチル-4,5-ジフルオロ-1,3-ジオキソラン-2-オン、4-エチル-4,5,5-トリフルオロ-1,3-ジオキソラン-2-オン、4,4-ジフルオロ-5-メチル-1,3-ジオキソラン-2-オン、4-フルオロ-5-メチル-1,3-ジオキソラン-2-オン、4-フルオロ-5-トリフルオロメチル-1,3-ジオキソラン-2-オン、4,4-ジフルオロ-1,3-ジオキソラン-2-オン等が挙げられる。 Other examples of the fluorinated saturated cyclic carbonates include trans-4,5-difluoro-1,3-dioxolane-2-one, 5-(1,1-difluoroethyl)-4,4-difluoro-1,3-dioxolane-2-one, 4-methylene-1,3-dioxolane-2-one, 4-methyl-5-trifluoromethyl-1,3-dioxolane-2-one, 4-ethyl-5-fluoro-1,3-dioxolane-2-one, 4-ethyl-5,5-difluoro-1,3-dioxolane-2-one, Examples include dioxolan-2-one, 4-ethyl-4,5-difluoro-1,3-dioxolan-2-one, 4-ethyl-4,5,5-trifluoro-1,3-dioxolan-2-one, 4,4-difluoro-5-methyl-1,3-dioxolan-2-one, 4-fluoro-5-methyl-1,3-dioxolan-2-one, 4-fluoro-5-trifluoromethyl-1,3-dioxolan-2-one, and 4,4-difluoro-1,3-dioxolan-2-one.
上記フッ素化飽和環状カーボネートとしては、なかでも、フルオロエチレンカーボネート、ジフルオロエチレンカーボネート、トリフルオロメチルエチレンカーボネート(3,3,3-トリフルオロプロピレンカーボネート)、2,2,3,3,3-ペンタフルオロプロピルエチレンカーボネートがより好ましい。 Of the above fluorinated saturated cyclic carbonates, fluoroethylene carbonate, difluoroethylene carbonate, trifluoromethylethylene carbonate (3,3,3-trifluoropropylene carbonate), and 2,2,3,3,3-pentafluoropropylethylene carbonate are more preferred.
上記フッ素化不飽和環状カーボネートは、不飽和結合とフッ素原子とを有する環状カーボネートであり、芳香環又は炭素-炭素二重結合を有する置換基で置換されたフッ素化エチレンカーボネート誘導体が好ましい。具体的には、4,4-ジフルオロ-5-フェニルエチレンカーボネート、4,5-ジフルオロ-4-フェニルエチレンカーボネート、4-フルオロ-5-フェニルエチレンカーボネート、4-フルオロ-5-ビニルエチレンカーボネート、4-フルオロ-4-フェニルエチレンカーボネート、4,4-ジフルオロ-4-ビニルエチレンカーボネート、4,4-ジフルオロ-4-アリルエチレンカーボネート、4-フルオロ-4-ビニルエチレンカーボネート、4-フルオロ-4,5-ジアリルエチレンカーボネート、4,5-ジフルオロ-4-ビニルエチレンカーボネート、4,5-ジフルオロ-4,5-ジビニルエチレンカーボネート、4,5-ジフルオロ-4,5-ジアリルエチレンカーボネート等が挙げられる。 The above-mentioned fluorinated unsaturated cyclic carbonate is a cyclic carbonate having an unsaturated bond and a fluorine atom, and is preferably a fluorinated ethylene carbonate derivative substituted with an aromatic ring or a substituent having a carbon-carbon double bond. Specific examples include 4,4-difluoro-5-phenylethylene carbonate, 4,5-difluoro-4-phenylethylene carbonate, 4-fluoro-5-phenylethylene carbonate, 4-fluoro-5-vinylethylene carbonate, 4-fluoro-4-phenylethylene carbonate, 4,4-difluoro-4-vinylethylene carbonate, 4,4-difluoro-4-allylethylene carbonate, 4-fluoro-4-vinylethylene carbonate, 4-fluoro-4,5-diallylethylene carbonate, 4,5-difluoro-4-vinylethylene carbonate, 4,5-difluoro-4,5-divinylethylene carbonate, and 4,5-difluoro-4,5-diallylethylene carbonate.
上記フッ素化環状カーボネートは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。 The above fluorinated cyclic carbonates may be used alone or in any combination and ratio of two or more kinds.
上記フッ素化環状カーボネートが含まれる場合、上記フッ素化環状カーボネートの含有量は、上記溶媒に対して5~90体積%であることが好ましく、10~60体積%であることがより好ましく、15~45体積%であることが更に好ましい。 When the fluorinated cyclic carbonate is included, the content of the fluorinated cyclic carbonate is preferably 5 to 90% by volume relative to the solvent, more preferably 10 to 60% by volume, and even more preferably 15 to 45% by volume.
上記鎖状カーボネートは、非フッ素化鎖状カーボネートであってもよいし、フッ素化鎖状カーボネートであってもよい。 The chain carbonate may be a non-fluorinated chain carbonate or a fluorinated chain carbonate.
上記非フッ素化鎖状カーボネートとしては、例えば、CH3OCOOCH3(ジメチルカーボネート:DMC)、CH3CH2OCOOCH2CH3(ジエチルカーボネート:DEC)、CH3CH2OCOOCH3(エチルメチルカーボネート:EMC)、CH3OCOOCH2CH2CH3(メチルプロピルカーボネート)、メチルブチルカーボネート、エチルプロピルカーボネート、エチルブチルカーボネート、ジプロピルカーボネート、ジブチルカーボネート、メチルイソプロピルカーボネート、メチル-2-フェニルフェニルカーボネート、フェニル-2-フェニルフェニルカーボネート、トランス-2,3-ペンチレンカーボネート、トランス-2,3-ブチレンカーボネート、エチルフェニルカーボネート等の炭化水素系鎖状カーボネートが挙げられる。なかでも、エチルメチルカーボネート、ジエチルカーボネート及びジメチルカーボネートからなる群より選択される少なくとも1種であることが好ましい。 Examples of the non-fluorinated chain carbonate include hydrocarbon chain carbonates such as CH 3 OCOOCH 3 (dimethyl carbonate: DMC), CH 3 CH 2 OCOOCH 2 CH 3 (diethyl carbonate: DEC), CH 3 CH 2 OCOOCH 3 (ethyl methyl carbonate: EMC), CH 3 OCOOCH 2 CH 2 CH 3 (methyl propyl carbonate), methyl butyl carbonate, ethyl propyl carbonate, ethyl butyl carbonate, dipropyl carbonate, dibutyl carbonate, methyl isopropyl carbonate, methyl-2-phenylphenyl carbonate, phenyl-2-phenylphenyl carbonate, trans-2,3-pentylene carbonate, trans-2,3-butylene carbonate, and ethyl phenyl carbonate. Among these, at least one selected from the group consisting of ethyl methyl carbonate, diethyl carbonate, and dimethyl carbonate is preferred.
上記非フッ素化鎖状カーボネートは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。 The above non-fluorinated chain carbonates may be used alone or in any combination and ratio of two or more kinds.
上記非フッ素化鎖状カーボネートが含まれる場合、上記非フッ素化鎖状カーボネートの含有量は、上記溶媒に対して10~90体積%であることが好ましく、40~85体積%であることがより好ましく、50~80体積%であることが更に好ましい。 When the non-fluorinated chain carbonate is included, the content of the non-fluorinated chain carbonate is preferably 10 to 90% by volume, more preferably 40 to 85% by volume, and even more preferably 50 to 80% by volume, relative to the solvent.
上記フッ素化鎖状カーボネートは、フッ素原子を有する鎖状カーボネートである。フッ素化鎖状カーボネートを含む溶媒は、高電圧下でも好適に使用することができる。 The above-mentioned fluorinated chain carbonate is a chain carbonate having fluorine atoms. A solvent containing a fluorinated chain carbonate can be suitably used even under high voltage.
上記フッ素化鎖状カーボネートとしては、一般式(B):
Rf2OCOOR7 (B)
(式中、Rf2は、炭素数1~7のフッ素化アルキル基であり、R7は、炭素数1~7のフッ素原子を含んでいてもよいアルキル基である。)で示される化合物を挙げることができる。
The fluorinated chain carbonate may be a fluorinated chain carbonate represented by the general formula (B):
Rf 2 OCOOR 7 (B)
(wherein Rf2 is a fluorinated alkyl group having 1 to 7 carbon atoms, and R7 is an alkyl group having 1 to 7 carbon atoms which may contain a fluorine atom) can be mentioned.
Rf2は、炭素数1~7のフッ素化アルキル基であり、R7は、炭素数1~7のフッ素原子を含んでいてもよいアルキル基である。
上記フッ素化アルキル基は、アルキル基が有する水素原子の少なくとも1つをフッ素原子で置換したものである。R7がフッ素原子を含むアルキル基である場合、フッ素化アルキル基となる。
Rf2及びR7は、低粘性である点で、炭素数が1~7であることが好ましく、1~2であることがより好ましい。
炭素数が大きくなりすぎると低温特性が低下したり、電解質塩の溶解性が低下したりするおそれがあり、炭素数が少な過ぎると、電解質塩の溶解性の低下、放電効率の低下、更には粘性の増大等がみられることがある。
Rf2 is a fluorinated alkyl group having 1 to 7 carbon atoms, and R7 is an alkyl group having 1 to 7 carbon atoms which may contain a fluorine atom.
The fluorinated alkyl group is an alkyl group in which at least one hydrogen atom is substituted with a fluorine atom. When R7 is an alkyl group containing a fluorine atom, it becomes a fluorinated alkyl group.
Rf2 and R7 each preferably have 1 to 7 carbon atoms, and more preferably 1 or 2 carbon atoms, in terms of low viscosity.
If the number of carbon atoms is too large, there is a risk that the low-temperature characteristics and the solubility of the electrolyte salt may be reduced, whereas if the number of carbon atoms is too small, there may be a decrease in the solubility of the electrolyte salt, a decrease in discharge efficiency, and even an increase in viscosity.
炭素数が1のフッ素化アルキル基としては、CFH2-、CF2H-、CF3-等が挙げられる。特に、CFH2-又はCF3-が高温保存特性上好ましい。 Examples of the fluorinated alkyl group having one carbon atom include CFH 2 —, CF 2 H—, CF 3 —, etc. In particular, CFH 2 — or CF 3 — is preferred in terms of high-temperature storage properties.
炭素数が2以上のフッ素化アルキル基としては、下記一般式(d-1):
Rd1-Rd2- (d-1)
(式中、Rd1はフッ素原子を有していてもよい炭素数1以上のアルキル基;Rd2はフッ素原子を有していてもよい炭素数1~3のアルキレン基;ただし、Rd1及びRd2の少なくとも一方はフッ素原子を有している)で示されるフッ素化アルキル基が、電解質塩の溶解性が良好な点から好ましく例示できる。
なお、Rd1及びRd2は、更に、炭素原子、水素原子及びフッ素原子以外の、その他の原子を有していてもよい。
The fluorinated alkyl group having two or more carbon atoms may be represented by the following general formula (d-1):
R d1 -R d2 - (d-1)
(wherein R d1 is an alkyl group having 1 or more carbon atoms which may have a fluorine atom; R d2 is an alkylene group having 1 to 3 carbon atoms which may have a fluorine atom; provided that at least one of R d1 and R d2 has a fluorine atom) is a preferred example from the viewpoint of good solubility of the electrolyte salt.
R d1 and R d2 may further have atoms other than carbon atoms, hydrogen atoms and fluorine atoms.
Rd1は、フッ素原子を有していてもよい炭素数1以上のアルキル基である。Rd1としては、炭素数1~6の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基が好ましい。Rd1の炭素数としては、1~3がより好ましい。 R d1 is an alkyl group having 1 or more carbon atoms which may have a fluorine atom. R d1 is preferably a linear or branched alkyl group having 1 to 6 carbon atoms. The number of carbon atoms in R d1 is more preferably 1 to 3.
Rd1として、具体的には、直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基として、CH3-、CF3-、CH3CH2-、CH3CH2CH2-、CH3CH2CH2CH2-、 Specific examples of R d1 include a linear or branched alkyl group such as CH 3 -, CF 3 -, CH 3 CH 2 -, CH 3 CH 2 CH 2 -, CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 - ,
等が挙げられる。 These include:
また、Rd1がフッ素原子を有する直鎖状のアルキル基である場合、CF3-、CF3CH2-、CF3CF2-、CF3CH2CH2-、CF3CF2CH2-、CF3CF2CF2-、CF3CH2CF2-、CF3CH2CH2CH2-、CF3CF2CH2CH2-、CF3CH2CF2CH2-、CF3CF2CF2CH2-、CF3CF2CF2CF2-、CF3CF2CH2CF2-、CF3CH2CH2CH2CH2-、CF3CF2CH2CH2CH2-、CF3CH2CF2CH2CH2-、CF3CF2CF2CH2CH2-、CF3CF2CF2CF2CH2-、CF3CF2CH2CF2CH2-、CF3CF2CH2CH2CH2CH2-、CF3CF2CF2CF2CH2CH2-、CF3CF2CH2CF2CH2CH2-、HCF2-、HCF2CH2-、HCF2CF2-、HCF2CH2CH2-、HCF2CF2CH2-、HCF2CH2CF2-、HCF2CF2CH2CH2-、HCF2CH2CF2CH2-、HCF2CF2CF2CF2-、HCF2CF2CH2CH2CH2-、HCF2CH2CF2CH2CH2-、HCF2CF2CF2CF2CH2-、HCF2CF2CF2CF2CH2CH2-、FCH2-、FCH2CH2-、FCH2CF2-、FCH2CF2CH2-、FCH2CF2CF2-、CH3CF2CH2-、CH3CF2CF2-、CH3CF2CH2CF2-、CH3CF2CF2CF2-、CH3CH2CF2CF2-、CH3CF2CH2CF2CH2-、CH3CF2CF2CF2CH2-、CH3CF2CF2CH2CH2-、CH3CH2CF2CF2CH2-、CH3CF2CH2CF2CH2CH2-、CH3CF2CH2CF2CH2CH2-、HCFClCF2CH2-、HCF2CFClCH2-、HCF2CFClCF2CFClCH2-、HCFClCF2CFClCF2CH2-等が挙げられる。 When R d1 is a linear alkyl group having a fluorine atom, examples of the alkyl group include CF 3 -, CF 3 CH 2 -, CF 3 CF 2 -, CF 3 CH 2 CH 2 -, CF 3 CF 2 CH 2 -, CF 3 CF 2 CF 2 -, CF 3 CH 2 CF 2 -, CF 3 CH 2 CH 2 CH 2 -, CF 3 CF 2 CF 2 CH 2 -, CF 3 CF 2 CF 2 CH 2 -, CF 3 CF 2 CF 2 CF 2 -, CF 3 CF 2 CH 2 CF 2 -, CF 3 CF 2 CH 2 CF 2 -, CF 3 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 -, CF 3 CF 2 CH 2 CH 2 CH 2 -, CF 3 CH 2 CF 2 CH 2 CH 2 -, CF 3 CF 2 CF 2 CH 2 CH 2 -, CF 3 CF 2 CF 2 CF 2 CH 2 - 3 CF 2 CH 2 CF 2 CH 2 -, CF 3 CF 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 -, CF 3 CF 2 CF 2 CF 2 CH 2 CH 2 -, CF 3 CF 2 CH 2 CF 2 CH 2 CH 2 - 2 -, HCF 2 CH 2 -, HCF 2 CF 2 -, HCF 2 CH 2 CH 2 -, HCF 2 CF 2 CH 2 -, HCF 2 CH 2 CF 2 -, HCF 2 CF 2 CH 2 CH 2 -, HCF 2 CH 2 CF 2 CH 2 -, HCF 2 CF 2 CF 2 CF 2 -, HCF 2 CF 2 CH 2 CH 2 CH 2 -, HCF 2 CH 2 CF 2 CH 2 CH 2 -, HCF 2 CF 2 CF 2 CF 2 CH 2 -, HCF 2 CF 2 CF 2 CF 2 CH 2 CH 2 -, FCH 2 -, FCH 2 CH 2 -, FCH 2 CF 2 -, FCH 2 CF 2 CH 2 -, FCH 2 CF 2 CF 2 -, CH 3 CF 2 CH 2 -, CH 3 CF 2 CF 2 -, CH 3 CF 2 CH 2 CF 2 -, CH 3 CF 2 CF 2 CF 2 -, CH 3 CH 2 CF 2 CF 2 -, CH 3 CF 2 CH 2 CF 2 CH 2 -, CH 3 CF 2 CF 2 CF 2 CH 2 -, CH 3 CF 2 CF 2 CH 2 CH 2 -, CH 3 CH 2 CF 2 CF 2 CH 2 -, CH 3 CF 2 CH 2 CF 2 CH 2 CH 2 -, CH 3 CF 2 CH 2 CF 2 CH 2 CH 2 -, HCFClCF 2 CH 2 -, HCF 2 CFClCH 2 -, HCF 2 CFClCF 2 CFClCH 2 -, HCFClC Examples include F 2 CFClCF 2 CH 2 -.
また、Rd1がフッ素原子を有する分岐鎖状のアルキル基である場合、 When R d1 is a branched alkyl group having a fluorine atom,
等が好ましく挙げられる。ただし、CH3-やCF3-という分岐を有していると粘性が高くなりやすいため、その数は少ない(1個)かゼロであることがより好ましい。 However, since the presence of branches such as CH 3 — or CF 3 — tends to increase the viscosity, it is more preferable that the number of branches is small (one) or zero.
Rd2はフッ素原子を有していてもよい炭素数1~3のアルキレン基である。Rd2は、直鎖状であってもよく、分岐鎖状であってもよい。このような直鎖状又は分岐鎖状のアルキレン基を構成する最小構造単位の一例を下記に示す。Rd2はこれらの単独又は組合せで構成される。 R d2 is an alkylene group having 1 to 3 carbon atoms which may have a fluorine atom. R d2 may be linear or branched. An example of the minimum structural unit constituting such a linear or branched alkylene group is shown below. R d2 is composed of these alone or in combination.
(i)直鎖状の最小構造単位:
-CH2-、-CHF-、-CF2-、-CHCl-、-CFCl-、-CCl2-
(i) A linear minimum structural unit:
-CH 2 -, -CHF-, -CF 2 -, -CHCl-, -CFCl-, -CCl 2 -
(ii)分岐鎖状の最小構造単位: (ii) Smallest branched structural unit:
なお、以上の例示のなかでも、塩基による脱HCl反応が起こらず、より安定なことから、Clを含有しない構成単位から構成されることが好ましい。 Among the above examples, it is preferable to use structural units that do not contain Cl, since they are more stable and do not undergo a base-induced HCl removal reaction.
Rd2は、直鎖状である場合には、上述した直鎖状の最小構造単位のみからなるものであり、なかでも-CH2-、-CH2CH2-又は-CF2-が好ましい。電解質塩の溶解性をより一層向上させることができる点から、-CH2-又は-CH2CH2-がより好ましい。 When R d2 is linear, it is composed only of the above-mentioned linear minimum structural unit, and among them, -CH 2 -, -CH 2 CH 2 - or -CF 2 - is preferable. -CH 2 - or -CH 2 CH 2 - is more preferable from the viewpoint of further improving the solubility of the electrolyte salt.
Rd2は、分岐鎖状である場合には、上述した分岐鎖状の最小構造単位を少なくとも1つ含んでなるものであり、一般式-(CXaXb)-(XaはH、F、CH3又はCF3;XbはCH3又はCF3。ただし、XbがCF3の場合、XaはH又はCH3である)で表されるものが好ましく例示できる。これらは特に電解質塩の溶解性をより一層向上させることができる。 When R d2 is branched, it contains at least one of the above-mentioned branched minimum structural units, and a preferred example is one represented by the general formula -(CX a X b )- (X a is H, F, CH 3 or CF 3 ; X b is CH 3 or CF 3 ; however, when X b is CF 3 , X a is H or CH 3 ). These can particularly further improve the solubility of the electrolyte salt.
好ましいフッ素化アルキル基としては、具体的には、例えば、CF3CF2-、HCF2CF2-、H2CFCF2-、CH3CF2-、CF3CH2-、CF3CF2CF2-、HCF2CF2CF2-、H2CFCF2CF2-、CH3CF2CF2-、 Specific examples of preferred fluorinated alkyl groups include CF3CF2- , HCF2CF2- , H2CFCF2- , CH3CF2- , CF3CH2- , CF3CF2CF2- , HCF2CF2CF2- , H2CFCF2CF2- , CH3CF2CF2- ,
等が挙げられる。 These include:
なかでも、Rf2とR7のフッ素化アルキル基としては、CF3-、CF3CF2-、(CF3)2CH-、CF3CH2-、C2F5CH2-、CF3CF2CH2-、HCF2CF2CH2-、CF3CFHCF2CH2-、CFH2-、CF2H-が好ましく、難燃性が高く、レート特性や耐酸化性が良好な点から、CF3CH2-、CF3CF2CH2-、HCF2CF2CH2-、CFH2-、CF2H-がより好ましい。 Among these, the fluorinated alkyl groups for Rf 2 and R 7 are preferably CF 3 --, CF 3 CF 2 --, (CF 3 ) 2 CH --, CF 3 CH 2 --, C 2 F 5 CH 2 --, CF 3 CF 2 CH 2 --, HCF 2 CF 2 CH 2 --, CF 3 CFHCF 2 CH 2 --, CFH 2 -- and CF 2 H-, and from the standpoint of high flame retardancy and good rate characteristics and oxidation resistance, CF 3 CH 2 --, CF 3 CF 2 CH 2 --, HCF 2 CF 2 CH 2 --, CFH 2 -- and CF 2 H- are more preferred.
R7がフッ素原子を含まないアルキル基の場合は炭素数1~7のアルキル基である。R7は、低粘性である点で、炭素数が1~4であることが好ましく、1~3であることがより好ましい。 When R7 is an alkyl group not containing a fluorine atom, it is an alkyl group having a carbon number of 1 to 7. R7 preferably has a carbon number of 1 to 4, and more preferably has a carbon number of 1 to 3, in terms of low viscosity.
上記フッ素原子を含まないアルキル基としては、例えば、CH3-、CH3CH2-、(CH3)2CH-、C3H7-等が挙げられる。なかでも、粘度が低く、レート特性が良好な点から、CH3-、CH3CH2-が好ましい。 Examples of the alkyl group not containing a fluorine atom include CH 3 —, CH 3 CH 2 —, (CH 3 ) 2 CH—, C 3 H 7 —, etc. Among these, CH 3 — and CH 3 CH 2 — are preferred from the viewpoints of low viscosity and good rate characteristics.
上記フッ素化鎖状カーボネートは、フッ素含有率が15~70質量%であることが好ましい。フッ素含有率が上述の範囲であると、溶剤との相溶性、塩の溶解性を維持することができる。上記フッ素含有率は、20質量%以上がより好ましく、30質量%以上が更に好ましく、35質量%以上が特に好ましく、60質量%以下がより好ましく、50質量%以下が更に好ましい。
なお、本開示においてフッ素含有率は、上記フッ素化鎖状カーボネートの構造式に基づいて、
{(フッ素原子の個数×19)/フッ素化鎖状カーボネートの分子量}×100(%)
により算出した値である。
The fluorine content of the fluorinated chain carbonate is preferably 15 to 70% by mass. When the fluorine content is within the above range, compatibility with the solvent and solubility of the salt can be maintained. The fluorine content is more preferably 20% by mass or more, even more preferably 30% by mass or more, particularly preferably 35% by mass or more, more preferably 60% by mass or less, and even more preferably 50% by mass or less.
In the present disclosure, the fluorine content is based on the structural formula of the fluorinated chain carbonate as follows:
{(number of fluorine atoms×19)/molecular weight of fluorinated chain carbonate}×100(%)
This value was calculated using the following formula.
上記フッ素化鎖状カーボネートとしては、低粘性である点で、以下の化合物のいずれかであることが好ましい。 The above-mentioned fluorinated chain carbonate is preferably any of the following compounds, because they have low viscosity.
上記フッ素化鎖状カーボネートとしては、メチル2,2,2-トリフルオロエチルカーボネート(F3CH2COC(=O)OCH3)が特に好ましい。 As the above-mentioned fluorinated chain carbonate, methyl 2,2,2-trifluoroethyl carbonate (F 3 CH 2 COC(═O)OCH 3 ) is particularly preferable.
上記フッ素化鎖状カーボネートは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。 The above fluorinated chain carbonates may be used alone or in any combination and ratio of two or more kinds.
上記フッ素化鎖状カーボネートが含まれる場合、上記フッ素化鎖状カーボネートの含有量は、上記溶媒に対して10~90体積%であることが好ましく、40~85体積%であることがより好ましく、50~80体積%であることが更に好ましい。 When the fluorinated chain carbonate is included, the content of the fluorinated chain carbonate is preferably 10 to 90% by volume relative to the solvent, more preferably 40 to 85% by volume, and even more preferably 50 to 80% by volume.
上記カルボン酸エステルは、環状カルボン酸エステルであってもよいし、鎖状カルボン酸エステルであってもよい。 The carboxylic acid ester may be a cyclic carboxylic acid ester or a chain carboxylic acid ester.
上記環状カルボン酸エステルは、非フッ素化環状カルボン酸エステルであってもよいし、フッ素化環状カルボン酸エステルであってもよい。 The cyclic carboxylic acid ester may be a non-fluorinated cyclic carboxylic acid ester or a fluorinated cyclic carboxylic acid ester.
上記非フッ素化環状カルボン酸エステルとしては、非フッ素化飽和環状カルボン酸エステルが挙げられ、炭素数2~4のアルキレン基を有する非フッ素化飽和環状カルボン酸エステルが好ましい。 The non-fluorinated cyclic carboxylic acid ester may be a non-fluorinated saturated cyclic carboxylic acid ester, and preferably a non-fluorinated saturated cyclic carboxylic acid ester having an alkylene group having 2 to 4 carbon atoms.
炭素数2~4のアルキレン基を有する非フッ素化飽和環状カルボン酸エステルの具体的な例としては、β-プロピオラクトン、γ-ブチロラクトン、ε-カプロラクトン、δ-バレロラクトン、αメチル-γ-ブチロラクトンが挙げられる。なかでも、γ-ブチロラクトン、δ-バレロラクトンがリチウムイオン解離度の向上及び負荷特性向上の点から特に好ましい。 Specific examples of non-fluorinated saturated cyclic carboxylic acid esters having an alkylene group with 2 to 4 carbon atoms include β-propiolactone, γ-butyrolactone, ε-caprolactone, δ-valerolactone, and α-methyl-γ-butyrolactone. Among these, γ-butyrolactone and δ-valerolactone are particularly preferred in terms of improving the degree of lithium ion dissociation and improving load characteristics.
上記非フッ素化飽和環状カルボン酸エステルは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。 The non-fluorinated saturated cyclic carboxylic acid esters may be used alone or in any combination of two or more in any ratio.
上記非フッ素化飽和環状カルボン酸エステルが含まれる場合、上記非フッ素化飽和環状カルボン酸エステルの含有量は、上記溶媒に対して0~90体積%であることが好ましく、0.001~90体積%であることがより好ましく、1~60体積%であることが更に好ましく、5~40体積%であることが特に好ましい。 When the non-fluorinated saturated cyclic carboxylic acid ester is included, the content of the non-fluorinated saturated cyclic carboxylic acid ester relative to the solvent is preferably 0 to 90% by volume, more preferably 0.001 to 90% by volume, even more preferably 1 to 60% by volume, and particularly preferably 5 to 40% by volume.
上記鎖状カルボン酸エステルは、非フッ素化鎖状カルボン酸エステルであってもよいし、フッ素化鎖状カルボン酸エステルであってもよい。上記溶媒が上記鎖状カルボン酸エステルを含む場合、電解液の高温保存後の抵抗増加を一層抑制することができる。 The chain carboxylate ester may be a non-fluorinated chain carboxylate ester or a fluorinated chain carboxylate ester. When the solvent contains the chain carboxylate ester, the increase in resistance of the electrolyte solution after storage at high temperatures can be further suppressed.
上記非フッ素化鎖状カルボン酸エステルとしては、例えば、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸ブチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸プロピル、プロピオン酸ブチル、tert-ブチルプロピオネート、tert-ブチルブチレート、sec-ブチルプロピオネート、sec-ブチルブチレート、n-ブチルブチレート、ピロリン酸メチル、ピロリン酸エチル、tert-ブチルホルメート、tert-ブチルアセテート、sec-ブチルホルメート、sec-ブチルアセテート、n-ヘキシルピバレート、n-プロピルホルメート、n-プロピルアセテート、n-ブチルホルメート、n-ブチルピバレート、n-オクチルピバレート、エチル2-(ジメトキシホスホリル)アセテート、エチル2-(ジメチルホスホリル)アセテート、エチル2-(ジエトキシホスホリル)アセテート、エチル2-(ジエチルホスホリル)アセテート、イソプロピルプロピオネート、イソプロピルアセテート、エチルホルメート、エチル2-プロピニルオギザレート、イソプロピルホルメート、イソプロピルブチレート、イソブチルホルメート、イソブチルプロピオネート、イソブチルブチレート、イソブチルアセテート等が挙げられる。 Examples of the non-fluorinated chain carboxylate esters include methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, butyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, propyl propionate, butyl propionate, tert-butyl propionate, tert-butyl butyrate, sec-butyl propionate, sec-butyl butyrate, n-butyl butyrate, methyl pyrophosphate, ethyl pyrophosphate, tert-butyl formate, tert-butyl acetate, sec-butyl formate, sec-butyl acetate, n-hexyl pivalate, n-propyl formate, n-propyl butyl ester ... Examples of such esters include propyl acetate, n-butyl formate, n-butyl pivalate, n-octyl pivalate, ethyl 2-(dimethoxyphosphoryl)acetate, ethyl 2-(dimethylphosphoryl)acetate, ethyl 2-(diethoxyphosphoryl)acetate, ethyl 2-(diethylphosphoryl)acetate, isopropyl propionate, isopropyl acetate, ethyl formate, ethyl 2-propynyl oxalate, isopropyl formate, isopropyl butyrate, isobutyl formate, isobutyl propionate, isobutyl butyrate, and isobutyl acetate.
なかでも、酢酸ブチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸プロピル、プロピオン酸ブチルが好ましく、特に好ましくはプロピオン酸エチル、プロピオン酸プロピルである。 Among these, butyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, propyl propionate, and butyl propionate are preferred, and ethyl propionate and propyl propionate are particularly preferred.
上記非フッ素化鎖状カルボン酸エステルは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。 The non-fluorinated chain carboxylic acid esters may be used alone or in any combination of two or more in any ratio.
上記非フッ素化鎖状カルボン酸エステルが含まれる場合、上記非フッ素化鎖状カルボン酸エステルの含有量は、上記溶媒に対して0~90体積%であることが好ましく、0.001~90体積%であることがより好ましく、1~60体積%であることが更に好ましく、5~40体積%であることが特に好ましい。 When the non-fluorinated chain carboxylic acid ester is included, the content of the non-fluorinated chain carboxylic acid ester relative to the solvent is preferably 0 to 90% by volume, more preferably 0.001 to 90% by volume, even more preferably 1 to 60% by volume, and particularly preferably 5 to 40% by volume.
上記フッ素化鎖状カルボン酸エステルは、フッ素原子を有する鎖状カルボン酸エステルである。フッ素化鎖状カルボン酸エステルを含む溶媒は、高電圧下でも好適に使用することができる。 The above-mentioned fluorinated chain carboxylate ester is a chain carboxylate ester having a fluorine atom. A solvent containing the fluorinated chain carboxylate ester can be suitably used even under high voltage.
上記フッ素化鎖状カルボン酸エステルとしては、下記一般式:
R31COOR32
(式中、R31及びR32は、互いに独立に、炭素数1~4のフッ素原子を含んでいてもよいアルキル基であり、R31及びR32の少なくとも一方はフッ素原子を含む。)で示されるフッ素化鎖状カルボン酸エステルが、他溶媒との相溶性や耐酸化性が良好な点から好ましい。
The fluorinated chain carboxylate ester may be represented by the following general formula:
R 31 COOR 32
(wherein R 31 and R 32 are each independently an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms which may contain a fluorine atom, and at least one of R 31 and R 32 contains a fluorine atom) is preferred from the viewpoints of compatibility with other solvents and oxidation resistance.
R31及びR32としては、例えばメチル基(-CH3)、エチル基(-CH2CH3)、プロピル基(-CH2CH2CH3)、イソプロピル基(-CH(CH3)2)、ノルマルブチル基(-CH2CH2CH2CH3)、ターシャリーブチル基(-C(CH3)3)等の非フッ素化アルキル基;-CF3、-CF2H、-CFH2、-CF2CF3、-CF2CF2H、-CF2CFH2、-CH2CF3、-CH2CF2H、-CH2CFH2、-CF2CF2CF3、-CF2CF2CF2H、-CF2CF2CFH2、-CH2CF2CF3、-CH2CF2CF2H、-CH2CF2CFH2、-CH2CH2CF3、-CH2CH2CF2H、-CH2CH2CFH2、-CF(CF3)2、-CF(CF2H)2、-CF(CFH2)2、-CH(CF3)2、-CH(CF2H)2、-CH(CFH2)2、-CF(OCH3)CF3、-CF2CF2CF2CF3、-CF2CF2CF2CF2H、-CF2CF2CF2CFH2、-CH2CF2CF2CF3、-CH2CF2CF2CF2H、-CH2CF2CF2CFH2、-CH2CH2CF2CF3、-CH2CH2CF2CF2H、-CH2CH2CF2CFH2、-CH2CH2CH2CF3、-CH2CH2CH2CF2H、-CH2CH2CH2CFH2、-CF(CF3)CF2CF3、-CF(CF2H)CF2CF3、-CF(CFH2)CF2CF3、-CF(CF3)CF2CF2H、-CF(CF3)CF2CFH2、-CF(CF3)CH2CF3、-CF(CF3)CH2CF2H、-CF(CF3)CH2CFH2、-CH(CF3)CF2CF3、-CH(CF2H)CF2CF3、-CH(CFH2)CF2CF3、-CH(CF3)CF2CF2H、-CH(CF3)CF2CFH2、-CH(CF3)CH2CF3、-CH(CF3)CH2CF2H、-CH(CF3)CH2CFH2、-CF2CF(CF3)CF3、-CF2CF(CF2H)CF3、-CF2CF(CFH2)CF3、-CF2CF(CF3)CF2H、-CF2CF(CF3)CFH2、-CH2CF(CF3)CF3、-CH2CF(CF2H)CF3、-CH2CF(CFH2)CF3、-CH2CF(CF3)CF2H、-CH2CF(CF3)CFH2、-CH2CH(CF3)CF3、-CH2CH(CF2H)CF3、-CH2CH(CFH2)CF3、-CH2CH(CF3)CF2H、-CH2CH(CF3)CFH2、-CF2CH(CF3)CF3、-CF2CH(CF2H)CF3、-CF2CH(CFH2)CF3、-CF2CH(CF3)CF2H、-CF2CH(CF3)CFH2、-C(CF3)3、-C(CF2H)3、-C(CFH2)3等のフッ素化アルキル基等が挙げられる。なかでもメチル基、エチル基、-CF3、-CF2H、-CF2CF3、-CH2CF3、-CH2CF2H、-CH2CFH2、-CH2CH2CF3、-CH2CF2CF3、-CH2CF2CF2H、-CH2CF2CFH2が他溶媒との相溶性、粘度、耐酸化性が良好な点から特に好ましい。 Examples of R 31 and R 32 include non-fluorinated alkyl groups such as a methyl group (-CH 3 ), an ethyl group (-CH 2 CH 3 ), a propyl group (-CH 2 CH 2 CH 3 ), an isopropyl group (-CH(CH 3 ) 2 ), a normal butyl group (-CH 2 CH 2 CH 2 CH 3 ), and a tertiary butyl group (-C(CH 3 ) 3 ); -CF 3 , -CF 2 H, -CFH 2 , -CF 2 CF 3 , -CF 2 CF 2 H, -CF 2 CFH 2 , -CH 2 CF 3 , -CH 2 CF 2 H, -CH 2 CFH 2 , -CF 2 CF 2 CF 3 , -CF 2 CF 2 CF 2 H , -CF2CF2CFH2 , -CH2CF2CF3 , -CH2CF2CF2H , -CH2CF2CFH2 , -CH2CH2CF3 , -CH2CH2CF2H , -CH2CH2CFH 2 , -CF ( CF3 ) 2 , -CF(CF2H) 2, -CF(CFH2)2 , -CH ( CF3 ) 2 , -CH ( CF2H ) 2 , -CH ( CFH2 ) 2 , -CF ( OCH3 ) CF3 , -CF2CF2CF2 CF 3 , -CF 2 CF2CF2CF2H, -CF2CF2CF2CFH2 , -CH2CF2CF2CF3 , -CH2CF2CF2CF2H , -CH2CF2CF2CFH2, -CH2CH2CF 2 CF 3 , -CH 2 CH 2 CF 2 CF 2 H , -CH 2 CH 2 CF 2 CFH 2 , -CH 2 CH 2 CH 2 CF 3 , -CH 2 CH 2 CH 2 CF 2 H , -CH 2 CH 2 CH 2 CFH 2 F ( CF3 ) CF2CF3 , -CF( CF2H ) CF2CF3 , -CF( CFH2 )CF2CF3, -CF( CF3 )CF2CF2H, -CF( CF3 ) CF2CFH2 , -CF(CF3)CH2CF3, -CF( CF3 )CH 2 CF 2 H , -CF(CF 3 )CH 2 CFH 2 , -CH(CF 3 ) CF 2 CF 3 , -CH(CF 2 H )CF 2 CF 3 , -CH( CFH 2 ) CF 2 CF 3 , -CH(CF 3 )CF 2 CF 2 H, -CH( C F3 ) CF 2 CFH 2 , -CH(CF 3 )CH 2 CF 3 , -CH(CF 3 )CH 2 CF 2 H, -CH(CF 3 )CH 2 CFH 2 , -CF 2 CF (CF 3 ) CF 3 , -CF 2 CF ( CF 2 H ) CF 3 , -CF 2 CF( CFH2 )CF3, -CF2CF ( CF3 ) CF2H , -CF2CF ( CF3) CFH2 , -CH2CF ( CF3 ) CF3 , -CH2CF(CF2H)CF3, -CH2CF ( CFH2 ) CF3 , -CH2 CF( CF3 ) CF2H , -CH2CF ( CF3 )CFH2, -CH2CH( CF3 ) CF3 , -CH2CH ( CF2H) CF3 , -CH2CH( CFH2 ) CF3 , -CH2CH ( CF3 ) CF2 H, -CH2CH ( CF3 ) CFH2 , -CF2CH( CF3 ) CF3 , -CF2CH ( CF2H ) CF3 , -CF2CH (CFH2)CF3, -CF2CH(CF3)CF2H, -CF2CH ( CF 3 ) CFH 2 , -C ( CF Examples of the fluorinated alkyl group include -CF3 ) 3 , -C( CF2H ) 3 , and -C ( CFH2 ) 3 . Among these , methyl group, ethyl group , -CF3, -CF2H , -CF2CF3 , -CH2CF3 , -CH2CF2H , -CH2CFH2 , -CH2CH2CF3 , -CH2CF2CF3 , -CH2CF2CF2H , and -CH2CF2CFH2 are particularly preferred in terms of compatibility with other solvents, viscosity , and oxidation resistance.
上記フッ素化鎖状カルボン酸エステルの具体例としては、例えばCF3CH2C(=O)OCH3(3,3,3-トリフルオロプロピオン酸メチル)、HCF2C(=O)OCH3(ジフルオロ酢酸メチル)、HCF2C(=O)OC2H5(ジフルオロ酢酸エチル)、CF3C(=O)OCH2CH2CF3、CF3C(=O)OCH2C2F5、CF3C(=O)OCH2CF2CF2H(トリフルオロ酢酸2,2,3,3-テトラフルオロプロピル)、CF3C(=O)OCH2CF3、CF3C(=O)OCH(CF3)2、ペンタフルオロ酪酸エチル、ペンタフルオロプロピオン酸メチル、ペンタフルオロプロピオン酸エチル、ヘプタフルオロイソ酪酸メチル、トリフルオロ酪酸イソプロピル、トリフルオロ酢酸エチル、トリフルオロ酢酸tert-ブチル、トリフルオロ酢酸n-ブチル、テトラフルオロ-2-(メトキシ)プロピオン酸メチル、酢酸2,2-ジフルオロエチル、酢酸2,2,3,3-テトラフルオロプロピル、CH3C(=O)OCH2CF3(酢酸2,2,2-トリフルオロエチル)、酢酸1H,1H-ヘプタフルオロブチル、4,4,4-トリフルオロ酪酸メチル、4,4,4-トリフルオロ酪酸エチル、3,3,3-トリフルオロプロピオン酸エチル、3,3,3-トリフルオロプロピオン酸3,3,3トリフルオロプロピル、3-(トリフルオロメチル)酪酸エチル、2,3,3,3-テトラフルオロプロピオン酸メチル、2,2-ジフルオロ酢酸ブチル、2,2,3,3-テトラフルオロプロピオン酸メチル、2-(トリフルオロメチル)-3,3,3-トリフルオロプロピオン酸メチル、ヘプタフルオロ酪酸メチル等の1種又は2種以上が例示できる。
なかでもCF3CH2C(=O)OCH3、HCF2C(=O)OCH3、HCF2C(=O)OC2H5、CF3C(=O)OCH2C2F5、CF3C(=O)OCH2CF2CF2H、CF3C(=O)OCH2CF3、CF3C(=O)OCH(CF3)2、ペンタフルオロ酪酸エチル、ペンタフルオロプロピオン酸メチル、ペンタフルオロプロピオン酸エチル、ヘプタフルオロイソ酪酸メチル、トリフルオロ酪酸イソプロピル、トリフルオロ酢酸エチル、トリフルオロ酢酸tert-ブチル、トリフルオロ酢酸n-ブチル、テトラフルオロ-2-(メトキシ)プロピオン酸メチル、酢酸2,2-ジフルオロエチル、酢酸2,2,3,3-テトラフルオロプロピル、CH3C(=O)OCH2CF3、酢酸1H,1H-ヘプタフルオロブチル、4,4,4-トリフルオロ酪酸メチル、4,4,4-トリフルオロ酪酸エチル、3,3,3-トリフルオロプロピオン酸エチル、3,3,3-トリフルオロプロピオン酸3,3,3-トリフルオロプロピル、3-(トリフルオロメチル)酪酸エチル、2,3,3,3-テトラフルオロプロピオン酸メチル、2,2-ジフルオロ酢酸ブチル、2,2,3,3-テトラフルオロプロピオン酸メチル、2-(トリフルオロメチル)-3,3,3-トリフルオロプロピオン酸メチル、ヘプタフルオロ酪酸メチルが、他溶媒との相溶性及びレート特性が良好な点から好ましく、CF3CH2C(=O)OCH3、HCF2C(=O)OCH3、HCF2C(=O)OC2H5、CH3C(=O)OCH2CF3がより好ましく、HCF2C(=O)OCH3、HCF2C(=O)OC2H5、CH3C(=O)OCH2CF3が特に好ましい。
Specific examples of the fluorinated chain carboxylate include, for example, CF 3 CH 2 C(═O)OCH 3 (methyl 3,3,3-trifluoropropionate), HCF 2 C(═O)OCH 3 (methyl difluoroacetate), HCF 2 C(═O)OC 2 H 5 (ethyl difluoroacetate), CF 3 C(═O)OCH 2 CH 2 CF 3 , CF 3 C(═O)OCH 2 C 2 F 5 , CF 3 C(═O)OCH 2 CF 2 CF 2 H (2,2,3,3-tetrafluoropropyl trifluoroacetate), CF 3 C(═O)OCH 2 CF 3 , CF 3 C(═O)OCH(CF 3 ) 2 , ethyl pentafluorobutyrate, methyl pentafluoropropionate, ethyl pentafluoropropionate, methyl heptafluoroisobutyrate, isopropyl trifluorobutyrate, ethyl trifluoroacetate, tert-butyl trifluoroacetate, n-butyl trifluoroacetate, methyl tetrafluoro-2-(methoxy)propionate, 2,2-difluoroethyl acetate, 2,2,3,3-tetrafluoropropyl acetate, CH 3 C(═O)OCH 2 CF 3 Examples of the ethyl 4,4,4-trifluorobutyrate include 2,2,2-trifluoroethyl acetate, 1H,1H-heptafluorobutyl acetate, methyl 4,4,4-trifluorobutyrate, ethyl 4,4,4-trifluorobutyrate, ethyl 3,3,3-trifluoropropionate, 3,3,3-trifluoropropyl 3,3,3-trifluoropropionate, ethyl 3-(trifluoromethyl)butyrate, methyl 2,3,3,3-tetrafluoropropionate, 2,2-difluorobutyl acetate, methyl 2,2,3,3-tetrafluoropropionate, 2-(trifluoromethyl)-3,3,3-methyl trifluoropropionate, and methyl heptafluorobutyrate.
Among them, CF3CH2C ( = O ) OCH3 , HCF2C ( = O ) OCH3 , HCF2C ( = O) OC2H5 , CF3C ( = O) OCH2C2F5 , CF3C (= O )OCH2CF2CF2H, CF3C (= O ) OCH2CF3 , CF3C (=O)OCH( CF3 ) 2 , ethyl pentafluorobutyrate, methyl pentafluoropropionate, ethyl pentafluoropropionate, methyl heptafluoroisobutyrate, isopropyl trifluorobutyrate, ethyl trifluoroacetate, tert-butyl trifluoroacetate, n-butyl trifluoroacetate, methyl tetrafluoro-2-(methoxy)propionate, 2,2-difluoroethyl acetate, 2,2,3,3-tetrafluoropropyl acetate, CH 3 C(═O)OCH 2 CF 3 , 1H,1H-heptafluorobutyl acetate, methyl 4,4,4-trifluorobutyrate, ethyl 4,4,4-trifluorobutyrate, ethyl 3,3,3-trifluoropropionate, 3,3,3-trifluoropropyl 3,3,3-trifluoropropionate, ethyl 3-(trifluoromethyl)butyrate, methyl 2,3,3,3-tetrafluoropropionate, 2,2-difluorobutyl acetate, methyl 2,2,3,3-tetrafluoropropionate, methyl 2-(trifluoromethyl)-3,3,3-trifluoropropionate, and methyl heptafluorobutyrate are preferred from the viewpoints of good compatibility with other solvents and rate characteristics, and CF 3 CH 2 C( ═O )OCH 3 , HCF 2 C(═O)OCH 3 , HCF 2 C(═O)OC 2 H 5 , CH 3 C(═O)OCH 2 CF3 is more preferred, and HCF2C (=O) OCH3 , HCF2C (=O) OC2H5 , and CH3C (=O) OCH2CF3 are particularly preferred.
上記フッ素化鎖状カルボン酸エステルは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。 The above fluorinated chain carboxylic acid esters may be used alone or in any combination and ratio of two or more kinds.
上記フッ素化鎖状カルボン酸エステルが含まれる場合、上記フッ素化鎖状カルボン酸エステルの含有量は、上記溶媒に対して10~90体積%であることが好ましく、40~85体積%であることがより好ましく、50~80体積%であることが更に好ましい。 When the fluorinated chain carboxylate ester is included, the content of the fluorinated chain carboxylate ester is preferably 10 to 90% by volume relative to the solvent, more preferably 40 to 85% by volume, and even more preferably 50 to 80% by volume.
上記溶媒は、上記環状カーボネート、上記鎖状カーボネート及び上記鎖状カルボン酸エステルからなる群より選択される少なくとも1種を含むことが好ましく、上記環状カーボネートと、上記鎖状カーボネート及び上記鎖状カルボン酸エステルからなる群より選択される少なくとも1種とを含むことがより好ましい。上記環状カーボネートは、飽和環状カーボネートであることが好ましい。
上記の組成の溶媒を含有する電解液は、電気化学デバイスの高温保存特性やサイクル特性を一層向上させることができる。
The solvent preferably contains at least one selected from the group consisting of the cyclic carbonate, the chain carbonate, and the chain carboxylate, and more preferably contains the cyclic carbonate and at least one selected from the group consisting of the chain carbonate and the chain carboxylate. The cyclic carbonate is preferably a saturated cyclic carbonate.
An electrolyte solution containing a solvent having the above composition can further improve the high-temperature storage characteristics and cycle characteristics of an electrochemical device.
上記溶媒が上記環状カーボネートと、上記鎖状カーボネート及び上記鎖状カルボン酸エステルからなる群より選択される少なくとも1種とを含む場合、上記環状カーボネートと、上記鎖状カーボネート及び上記鎖状カルボン酸エステルからなる群より選択される少なくとも1種とを合計で、10~100体積%含むことが好ましく、30~100体積%含むことがより好ましく、50~100体積%含むことが更に好ましい。 When the solvent contains the cyclic carbonate and at least one selected from the group consisting of the chain carbonate and the chain carboxylic acid ester, it preferably contains 10 to 100% by volume of the cyclic carbonate and at least one selected from the group consisting of the chain carbonate and the chain carboxylic acid ester in total, more preferably 30 to 100% by volume, and even more preferably 50 to 100% by volume.
上記溶媒が上記環状カーボネートと、上記鎖状カーボネート及び上記鎖状カルボン酸エステルからなる群より選択される少なくとも1種とを含む場合、上記環状カーボネートと、上記鎖状カーボネート及び上記鎖状カルボン酸エステルからなる群より選択される少なくとも1種との体積比としては、5/95~95/5が好ましく、10/90以上がより好ましく、15/85以上が更に好ましく、20/80以上が特に好ましく、90/10以下がより好ましく、60/40以下が更に好ましく、50/50以下が特に好ましい。 When the solvent contains the cyclic carbonate and at least one selected from the group consisting of the chain carbonate and the chain carboxylic acid ester, the volume ratio of the cyclic carbonate to at least one selected from the group consisting of the chain carbonate and the chain carboxylic acid ester is preferably 5/95 to 95/5, more preferably 10/90 or more, even more preferably 15/85 or more, particularly preferably 20/80 or more, more preferably 90/10 or less, even more preferably 60/40 or less, and particularly preferably 50/50 or less.
上記溶媒は、また、上記非フッ素化飽和環状カーボネート、上記非フッ素化鎖状カーボネート及び上記非フッ素化鎖状カルボン酸エステルからなる群より選択される少なくとも1種を含むことも好ましく、上記非フッ素化飽和環状カーボネートと、上記非フッ素化鎖状カーボネート及び上記非フッ素化鎖状カルボン酸エステルからなる群より選択される少なくとも1種とを含むことがより好ましい。上記の組成の溶媒を含有する電解液は、比較的低電圧で使用される電気化学デバイスに好適に利用できる。 The solvent also preferably contains at least one selected from the group consisting of the non-fluorinated saturated cyclic carbonate, the non-fluorinated chain carbonate, and the non-fluorinated chain carboxylic acid ester, and more preferably contains the non-fluorinated saturated cyclic carbonate and at least one selected from the group consisting of the non-fluorinated chain carbonate and the non-fluorinated chain carboxylic acid ester. An electrolyte solution containing a solvent of the above composition can be suitably used in electrochemical devices used at relatively low voltages.
上記溶媒が上記非フッ素化飽和環状カーボネートと、上記非フッ素化鎖状カーボネート及び上記非フッ素化鎖状カルボン酸エステルからなる群より選択される少なくとも1種とを含む場合、上記非フッ素化飽和環状カーボネートと、上記非フッ素化鎖状カーボネート及び上記非フッ素化鎖状カルボン酸エステルからなる群より選択される少なくとも1種とを合計で、5~100体積%含むことが好ましく、20~100体積%含むことがより好ましく、30~100体積%含むことが更に好ましい。 When the solvent contains the non-fluorinated saturated cyclic carbonate and at least one selected from the group consisting of the non-fluorinated chain carbonate and the non-fluorinated chain carboxylic acid ester, the solvent preferably contains 5 to 100% by volume of the non-fluorinated saturated cyclic carbonate and at least one selected from the group consisting of the non-fluorinated chain carbonate and the non-fluorinated chain carboxylic acid ester in total, more preferably 20 to 100% by volume, and even more preferably 30 to 100% by volume.
上記電解液が上記非フッ素化飽和環状カーボネートと、上記非フッ素化鎖状カーボネート及び上記非フッ素化鎖状カルボン酸エステルからなる群より選択される少なくとも1種とを含む場合、上記非フッ素化飽和環状カーボネートと、上記非フッ素化鎖状カーボネート及び上記非フッ素化鎖状カルボン酸エステルからなる群より選択される少なくとも1種との体積比としては、5/95~95/5が好ましく、10/90以上がより好ましく、15/85以上が更に好ましく、20/80以上が特に好ましく、90/10以下がより好ましく、60/40以下が更に好ましく、50/50以下が特に好ましい。 When the electrolyte solution contains the non-fluorinated saturated cyclic carbonate and at least one selected from the group consisting of the non-fluorinated chain carbonate and the non-fluorinated chain carboxylic acid ester, the volume ratio of the non-fluorinated saturated cyclic carbonate to the at least one selected from the group consisting of the non-fluorinated chain carbonate and the non-fluorinated chain carboxylic acid ester is preferably 5/95 to 95/5, more preferably 10/90 or more, even more preferably 15/85 or more, particularly preferably 20/80 or more, more preferably 90/10 or less, even more preferably 60/40 or less, and particularly preferably 50/50 or less.
上記溶媒は、また、上記フッ素化飽和環状カーボネート、上記フッ素化鎖状カーボネート及び上記フッ素化鎖状カルボン酸エステルからなる群より選択される少なくとも1種を含むことも好ましく、上記フッ素化飽和環状カーボネートと、上記フッ素化鎖状カーボネート及び上記フッ素化鎖状カルボン酸エステルからなる群より選択される少なくとも1種とを含むことがより好ましい。上記の組成の溶媒を含有する電解液は、比較的低電圧で使用される電気化学デバイスだけでなく、比較的高電圧で使用される電気化学デバイスにも好適に利用できる。 The solvent also preferably contains at least one selected from the group consisting of the fluorinated saturated cyclic carbonate, the fluorinated chain carbonate, and the fluorinated chain carboxylic acid ester, and more preferably contains the fluorinated saturated cyclic carbonate and at least one selected from the group consisting of the fluorinated chain carbonate and the fluorinated chain carboxylic acid ester. An electrolyte solution containing a solvent of the above composition can be suitably used not only in electrochemical devices used at relatively low voltages, but also in electrochemical devices used at relatively high voltages.
上記溶媒が上記フッ素化飽和環状カーボネートと、上記フッ素化鎖状カーボネート及び上記フッ素化鎖状カルボン酸エステルからなる群より選択される少なくとも1種とを含む場合、上記フッ素化飽和環状カーボネートと、上記フッ素化鎖状カーボネート及び上記フッ素化鎖状カルボン酸エステルからなる群より選択される少なくとも1種とを合計で、5~100体積%含むことが好ましく、10~100体積%含むことがより好ましく、30~100体積%含むことが更に好ましい。 When the solvent contains the fluorinated saturated cyclic carbonate and at least one selected from the group consisting of the fluorinated chain carbonate and the fluorinated chain carboxylic acid ester, the solvent preferably contains 5 to 100% by volume of the fluorinated saturated cyclic carbonate and at least one selected from the group consisting of the fluorinated chain carbonate and the fluorinated chain carboxylic acid ester in total, more preferably 10 to 100% by volume, and even more preferably 30 to 100% by volume.
上記溶媒が上記フッ素化飽和環状カーボネートと、上記フッ素化鎖状カーボネート及び上記フッ素化鎖状カルボン酸エステルからなる群より選択される少なくとも1種とを含む場合、上記フッ素化飽和環状カーボネートと、上記フッ素化鎖状カーボネート及び上記フッ素化鎖状カルボン酸エステルからなる群より選択される少なくとも1種との体積比としては、5/95~95/5が好ましく、10/90以上がより好ましく、15/85以上が更に好ましく、20/80以上が特に好ましく、90/10以下がより好ましく、60/40以下が更に好ましく、50/50以下が特に好ましい。 When the solvent contains the fluorinated saturated cyclic carbonate and at least one selected from the group consisting of the fluorinated chain carbonate and the fluorinated chain carboxylic acid ester, the volume ratio of the fluorinated saturated cyclic carbonate to the at least one selected from the group consisting of the fluorinated chain carbonate and the fluorinated chain carboxylic acid ester is preferably 5/95 to 95/5, more preferably 10/90 or more, even more preferably 15/85 or more, particularly preferably 20/80 or more, more preferably 90/10 or less, even more preferably 60/40 or less, and particularly preferably 50/50 or less.
また、上記溶媒として、イオン液体を用いることもできる。「イオン液体」とは、有機カチオンとアニオンとを組み合わせたイオンからなる液体である。 Ionic liquids can also be used as the solvent. "Ionic liquids" are liquids that consist of ions that combine organic cations and anions.
有機カチオンとしては、特に限定されないが、例えば、ジアルキルイミダゾリウムカチオン、トリアルキルイミダゾリウムカチオン等のイミダゾリウムイオン;テトラアルキルアンモニウムイオン;アルキルピリジニウムイオン;ジアルキルピロリジニウムイオン;及びジアルキルピペリジニウムイオンが挙げられる。 The organic cation is not particularly limited, but examples thereof include imidazolium ions such as dialkylimidazolium cations and trialkylimidazolium cations; tetraalkylammonium ions; alkylpyridinium ions; dialkylpyrrolidinium ions; and dialkylpiperidinium ions.
これらの有機カチオンのカウンターとなるアニオンとしては、特に限定されないが、例えば、PF6アニオン、PF3(C2F5)3アニオン、PF3(CF3)3アニオン、BF4アニオン、BF2(CF3)2アニオン、BF3(CF3)アニオン、ビスオキサラトホウ酸アニオン、P(C2O4)F2アニオン、Tf(トリフルオロメタンスルホニル)アニオン、Nf(ノナフルオロブタンスルホニル)アニオン、ビス(フルオロスルホニル)イミドアニオン、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドアニオン、ビス(ペンタフルオロエタンスルホニル)イミドアニオン、ジシアノアミンアニオン、ハロゲン化物アニオンを用いることができる。 The anion serving as a counter to these organic cations is not particularly limited, and examples thereof include PF6 anion, PF3 ( C2F5 ) 3 anion, PF3 ( CF3 ) 3 anion, BF4 anion, BF2 ( CF3 ) 2 anion, BF3 ( CF3 ) anion, bisoxalatoborate anion, P( C2O4 ) F2 anion, Tf(trifluoromethanesulfonyl) anion, Nf(nonafluorobutanesulfonyl) anion, bis(fluorosulfonyl)imide anion, bis(trifluoromethanesulfonyl)imide anion, bis(pentafluoroethanesulfonyl)imide anion , dicyanoamine anion, and halide anions.
上記溶媒は、非水溶媒であることが好ましく、本開示の電解液は、非水電解液であることが好ましい。
上記溶媒の含有量は、電解液中70~99.999質量%であることが好ましく、80質量%以上がより好ましく、92質量%以下がより好ましい。
The solvent is preferably a non-aqueous solvent, and the electrolyte solution of the present disclosure is preferably a non-aqueous electrolyte solution.
The content of the solvent in the electrolytic solution is preferably 70 to 99.999% by mass, more preferably 80% by mass or more, and more preferably 92% by mass or less.
本開示の電解液は、更に、電解質塩を含むことが好ましい。上記電解質塩としては、リチウム塩、アンモニウム塩、金属塩のほか、液体状の塩(イオン性液体)、無機高分子型の塩、有機高分子型の塩等、電解液に使用することができる任意のものを用いることができる。 The electrolyte solution of the present disclosure preferably further contains an electrolyte salt. As the electrolyte salt, any salt that can be used in an electrolyte solution can be used, such as lithium salt, ammonium salt, metal salt, liquid salt (ionic liquid), inorganic polymer salt, organic polymer salt, etc.
リチウムイオン二次電池用電解液の電解質塩としては、リチウム塩が好ましい。
上記リチウム塩として任意のものを用いることができ、具体的には以下のものが挙げられる。例えば、LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiAlF4、LiSbF6、LiTaF6、LiWF7、LiAsF6、LiAlCl4、LiI、LiBr、LiCl、LiB10Cl10、Li2SiF6、Li2PFO3、LiPO2F2等の無機リチウム塩;
LiWOF5等のタングステン酸リチウム類;
HCO2Li、CH3CO2Li、CH2FCO2Li、CHF2CO2Li、CF3CO2Li、CF3CH2CO2Li、CF3CF2CO2Li、CF3CF2CF2CO2Li、CF3CF2CF2CF2CO2Li等のカルボン酸リチウム塩類;
FSO3Li、CH3SO3Li、CH2FSO3Li、CHF2SO3Li、CF3SO3Li、CF3CF2SO3Li、CF3CF2CF2SO3Li、CF3CF2CF2CF2SO3Li、リチウムメチルサルフェート、リチウムエチルサルフェート(C2H5OSO3Li)、リチウム2,2,2-トリフルオロエチルサルフェート等のS=O基を有するリチウム塩類;
LiN(FCO)2、LiN(FCO)(FSO2)、LiN(FSO2)2、LiN(FSO2)(CF3SO2)、LiN(CF3SO2)2、LiN(C2F5SO2)2、リチウムビスパーフルオロエタンスルホニルイミド、リチウム環状1,2-パーフルオロエタンジスルホニルイミド、リチウム環状1,3-パーフルオロプロパンジスルホニルイミド、リチウム環状1,2-エタンジスルホニルイミド、リチウム環状1,3-プロパンジスルホニルイミド、リチウム環状1,4-パーフルオロブタンジスルホニルイミド、LiN(CF3SO2)(FSO2)、LiN(CF3SO2)(C3F7SO2)、LiN(CF3SO2)(C4F9SO2)、LiN(POF2)2等のリチウムイミド塩類;
LiC(FSO2)3、LiC(CF3SO2)3、LiC(C2F5SO2)3等のリチウムメチド塩類;
その他、式:LiPFa(CnF2n+1)6-a(式中、aは0~5の整数であり、nは1~6の整数である)で表される塩(例えばLiPF3(C2F5)3、LiPF3(CF3)3、LiPF3(iso-C3F7)3、LiPF5(iso-C3F7)、LiPF4(CF3)2、LiPF4(C2F5)2)、LiPF4(CF3SO2)2、LiPF4(C2F5SO2)2、LiBF3CF3、LiBF3C2F5、LiBF3C3F7、LiBF2(CF3)2、LiBF2(C2F5)2、LiBF2(CF3SO2)2、LiBF2(C2F5SO2)2等の含フッ素有機リチウム塩類、LiSCN、LiB(CN)4、LiB(C6H5)4、Li2(C2O4)、LiP(C2O4)3、Li2B12FbH12-b(bは0~3の整数)等が挙げられる。
As the electrolyte salt of the electrolyte for the lithium ion secondary battery, a lithium salt is preferred.
Any lithium salt can be used as the lithium salt, and specific examples thereof include the following : inorganic lithium salts such as LiPF6 , LiBF4 , LiClO4, LiAlF4 , LiSbF6 , LiTaF6 , LiWF7 , LiAsF6 , LiAlCl4 , LiI, LiBr , LiCl, LiB10Cl10 , Li2SiF6 , Li2PFO3 , and LiPO2F2 ;
Lithium tungstates such as LiWOF5 ;
Lithium carboxylates such as HCO2Li , CH3CO2Li , CH2FCO2Li , CHF2CO2Li , CF3CO2Li , CF3CH2CO2Li , CF3CF2CO2Li , CF3CF2CF2CO2Li , CF3CF2CF2CF2CO2Li , and CF3CF2CF2CF2CF2CO2Li ;
Lithium salts having an S = O group, such as FSO3Li, CH3SO3Li , CH2FSO3Li , CHF2SO3Li , CF3SO3Li , CF3CF2SO3Li , CF3CF2CF2CF2SO3Li, CF3CF2CF2CF2CF2SO3Li, lithium methyl sulfate, lithium ethyl sulfate (C2H5OSO3Li ) , and lithium 2,2,2 - trifluoroethyl sulfate ;
LiN(FCO) 2 , LiN(FCO)(FSO 2 ), LiN(FSO 2 ) 2 , LiN(FSO 2 )(CF 3 SO 2 ), LiN(CF 3 SO 2 ) 2 , LiN(C 2 F 5 SO 2 ) 2 , lithium bisperfluoroethanesulfonylimide, lithium cyclic 1,2-perfluoroethanedisulfonylimide, lithium cyclic 1,3-perfluoropropanedisulfonylimide, lithium cyclic 1,2-ethanedisulfonylimide, lithium cyclic 1,3-propanedisulfonylimide, lithium cyclic 1,4-perfluorobutanedisulfonylimide, LiN(CF 3 SO 2 )(FSO 2 ), LiN(CF 3 SO 2 )(C 3 F 7 SO 2 ), LiN(CF 3 SO 2 )(C Lithium imide salts such as LiN( POF2 ) 2 , LiN( POF2 ) 2, etc .;
Lithium methide salts such as LiC ( FSO2 ) 3 , LiC ( CF3SO2 ) 3 , LiC( C2F5SO2 ) 3 ;
Other examples include salts represented by the formula LiPF a (C n F 2n+1 ) 6-a (wherein a is an integer from 0 to 5, and n is an integer from 1 to 6) (e.g., LiPF 3 (C 2 F 5 ) 3 , LiPF 3 (CF 3 ) 3 , LiPF 3 (iso-C 3 F 7 ) 3 , LiPF 5 (iso-C 3 F 7 ), LiPF 4 (CF 3 ) 2 , LiPF 4 (C 2 F 5 ) 2 ), LiPF 4 (CF 3 SO 2 ) 2 , LiPF 4 (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , LiBF 3 CF 3 , LiBF 3 Fluorine -containing organic lithium salts such as C2F5 , LiBF3C3F7 , LiBF2 ( CF3 ) 2 , LiBF2( C2F5 ) 2 , LiBF2 (CF3SO2)2, and LiBF2(C2F5SO2)2, LiSCN, LiB(CN)4 , LiB ( C6H5 ) 4 , Li2(C2O4), LiP(C2O4)3 , and Li2B12FbH12 - b ( b is an integer of 0 to 3 ) , etc.
中でも、LiPF6、LiBF4、LiSbF6、LiTaF6、LiPO2F2、FSO3Li、CF3SO3Li、LiN(FSO2)2、LiN(FSO2)(CF3SO2)、LiN(CF3SO2)2、LiN(C2F5SO2)2、リチウム環状1,2-パーフルオロエタンジスルホニルイミド、リチウム環状1,3-パーフルオロプロパンジスルホニルイミド、LiC(FSO2)3、LiC(CF3SO2)3、LiC(C2F5SO2)3、LiBF3CF3、LiBF3C2F5、LiPF3(CF3)3、LiPF3(C2F5)3等が出力特性やハイレート充放電特性、高温保存特性、サイクル特性等を向上させる効果がある点から特に好ましく、LiPF6、LiN(FSO2)2及びLiBF4からなる群より選択される少なくとも1種のリチウム塩が最も好ましい。 Among them, LiPF 6 , LiBF 4 , LiSbF 6 , LiTaF 6 , LiPO 2 F 2 , FSO 3 Li, CF 3 SO 3 Li, LiN(FSO 2 ) 2 , LiN(FSO 2 )(CF 3 SO 2 ), LiN(CF 3 SO 2 ) 2 , LiN(C 2 F 5 SO 2 ) 2 , lithium cyclic 1,2-perfluoroethane disulfonylimide, lithium cyclic 1,3-perfluoropropane disulfonylimide, LiC(FSO 2 ) 3 , LiC(CF 3 SO 2 ) 3 , LiC(C 2 F 5 SO 2 ) 3 , LiBF 3 CF 3 , LiBF 3 C2F5 , LiPF3 ( CF3 ) 3 , LiPF3 ( C2F5 ) 3 , and the like are particularly preferred because they have the effect of improving output characteristics, high-rate charge/discharge characteristics, high-temperature storage characteristics, cycle characteristics, and the like, and at least one lithium salt selected from the group consisting of LiPF6 , LiN( FSO2 ) 2 , and LiBF4 is most preferred.
これらの電解質塩は単独で用いても、2種以上を併用してもよい。2種以上を併用する場合の好ましい一例は、LiPF6とLiBF4との併用や、LiPF6と、LiPO2F2、C2H5OSO3Li又はFSO3Liとの併用であり、高温保存特性、負荷特性やサイクル特性を向上させる効果がある。 These electrolyte salts may be used alone or in combination of two or more. A preferred example of a combination of two or more is a combination of LiPF6 and LiBF4, or a combination of LiPF6 and LiPO2F2, C2H5OSO3Li or FSO3Li , which has the effect of improving high-temperature storage characteristics, load characteristics and cycle characteristics.
この場合、電解液全体100質量%に対するLiBF4、LiPO2F2、C2H5OSO3Li又はFSO3Liの配合量に制限は無く、本開示の効果を著しく損なわない限り任意であるが、本開示の電解液に対して、通常、0.01質量%以上、好ましくは0.1質量%以上であり、また、通常30質量%以下、好ましくは20質量%以下、より好ましくは10質量%以下、更に好ましくは5質量%以下である。 In this case, there is no restriction on the amount of LiBF 4 , LiPO 2 F 2 , C 2 H 5 OSO 3 Li or FSO 3 Li relative to 100 mass% of the entire electrolyte solution, and it is any amount as long as it does not significantly impair the effects of the present disclosure; however, relative to the electrolyte solution of the present disclosure, it is usually 0.01 mass% or more, preferably 0.1 mass% or more, and also usually 30 mass% or less, preferably 20 mass% or less, more preferably 10 mass% or less, and even more preferably 5 mass% or less.
また、他の一例は、無機リチウム塩と有機リチウム塩との併用であり、この両者の併用は、高温保存による劣化を抑制する効果がある。有機リチウム塩としては、CF3SO3Li、LiN(FSO2)2、LiN(FSO2)(CF3SO2)、LiN(CF3SO2)2、LiN(C2F5SO2)2、リチウム環状1,2-パーフルオロエタンジスルホニルイミド、リチウム環状1,3-パーフルオロプロパンジスルホニルイミド、LiC(FSO2)3、LiC(CF3SO2)3、LiC(C2F5SO2)3、LiBF3CF3、LiBF3C2F5、LiPF3(CF3)3、LiPF3(C2F5)3等であるのが好ましい。この場合には、電解液全体100質量%に対する有機リチウム塩の割合は、好ましくは0.1質量%以上、特に好ましくは0.5質量%以上であり、また、好ましくは30質量%以下、特に好ましくは20質量%以下である。 Another example is the combined use of an inorganic lithium salt and an organic lithium salt, which has the effect of suppressing deterioration due to storage at high temperatures. The organic lithium salt is preferably CF3SO3Li , LiN( FSO2 ) 2 , LiN ( FSO2 ) ( CF3SO2), LiN (CF3SO2) 2 , LiN( C2F5SO2 ) 2 , lithium cyclic 1,2-perfluoroethane disulfonylimide, lithium cyclic 1,3-perfluoropropane disulfonylimide , LiC( FSO2 ) 3 , LiC( CF3SO2 ) 3 , LiC ( C2F5SO2 )3 , LiBF3CF3 , LiBF3C2F5 , LiPF3 ( CF3 ) 3 , LiPF3 ( C2F5 ) 3 , or the like . In this case, the ratio of the organic lithium salt to the total electrolyte solution (100 mass %) is preferably 0.1 mass % or more, particularly preferably 0.5 mass % or more, and is preferably 30 mass % or less, particularly preferably 20 mass % or less.
電解液中のこれらの電解質塩の濃度は、本開示の効果を損なわない限り特に制限されない。電解液の電気伝導率を良好な範囲とし、良好な電池性能を確保する点から、電解液中のリチウムの総モル濃度は、好ましくは0.3mol/L以上、より好ましくは0.4mol/L以上、更に好ましくは0.5mol/L以上であり、また、好ましくは3mol/L以下、より好ましくは2.5mol/L以下、更に好ましくは2.0mol/L以下である。 The concentration of these electrolyte salts in the electrolyte is not particularly limited as long as it does not impair the effects of the present disclosure. In order to keep the electrical conductivity of the electrolyte in a good range and ensure good battery performance, the total molar concentration of lithium in the electrolyte is preferably 0.3 mol/L or more, more preferably 0.4 mol/L or more, even more preferably 0.5 mol/L or more, and is preferably 3 mol/L or less, more preferably 2.5 mol/L or less, even more preferably 2.0 mol/L or less.
リチウムの総モル濃度が低すぎると、電解液の電気伝導率が不十分の場合があり、一方、濃度が高すぎると、粘度上昇のため電気伝導度が低下する場合があり、電池性能が低下する場合がある。 If the total molar concentration of lithium is too low, the electrical conductivity of the electrolyte may be insufficient, while if the concentration is too high, the electrical conductivity may decrease due to increased viscosity, which may result in reduced battery performance.
電気二重層キャパシタ用電解液の電解質塩としては、アンモニウム塩が好ましい。
上記アンモニウム塩としては、以下(IIa)~(IIe)が挙げられる。
(IIa)テトラアルキル4級アンモニウム塩
一般式(IIa):
The electrolyte salt of the electrolyte for the electric double layer capacitor is preferably an ammonium salt.
Examples of the ammonium salt include the following (IIa) to (IIe).
(IIa) Tetraalkyl quaternary ammonium salt General formula (IIa):
で示されるテトラアルキル4級アンモニウム塩が好ましく例示できる。また、このアンモニウム塩の水素原子の一部又は全部がフッ素原子及び/又は炭素数1~4の含フッ素アルキル基で置換されているものも、耐酸化性が向上する点から好ましい。
Preferred examples of the tetraalkyl quaternary ammonium salts include those represented by the following formula: In addition, ammonium salts in which some or all of the hydrogen atoms have been substituted with fluorine atoms and/or fluorine-containing alkyl groups having 1 to 4 carbon atoms are also preferred from the viewpoint of improving oxidation resistance.
具体例としては、一般式(IIa-1): Specific examples include general formula (IIa-1):
で示されるテトラアルキル4級アンモニウム塩、一般式(IIa-2):
Tetraalkyl quaternary ammonium salts represented by general formula (IIa-2):
で示されるアルキルエーテル基含有トリアルキルアンモニウム塩、
等が挙げられる。アルキルエーテル基を導入することにより、粘性の低下を図ることができる。
an alkyl ether group-containing trialkylammonium salt represented by the formula:
By introducing an alkyl ether group, it is possible to reduce the viscosity.
アニオンX-は、無機アニオンでも有機アニオンでもよい。無機アニオンとしては、例えばAlCl4 -、BF4 -、PF6 -、AsF6 -、TaF6 -、I-、SbF6 -が挙げられる。有機アニオンとしては、例えばビスオキサラトボレートアニオン、ジフルオロオキサラトボレートアニオン、テトラフルオロオキサラトホスフェートアニオン、ジフルオロビスオキサラトフォスフェートアニオン、CF3COO-、CF3SO3 -、(CF3SO2)2N-、(C2F5SO2)2N-等が挙げられる。 The anion X- may be an inorganic anion or an organic anion. Examples of inorganic anions include AlCl4- , BF4- , PF6- , AsF6- , TaF6- , I- , and SbF6- . Examples of organic anions include bisoxalatoborate anion , difluorooxalatoborate anion, tetrafluorooxalatophosphate anion , difluorobisoxalatophosphate anion , CF3COO- , CF3SO3- , ( CF3SO2 ) 2N- , and ( C2F5SO2 ) 2N- .
これらのうち、耐酸化性やイオン解離性が良好な点から、BF4 -、PF6 -、AsF6 -、SbF6 -が好ましい。 Among these, BF 4 − , PF 6 − , AsF 6 − and SbF 6 − are preferred because of their excellent oxidation resistance and ionic dissociation properties.
テトラアルキル4級アンモニウム塩の好適な具体例としては、Et4NBF4、Et4NClO4、Et4NPF6、Et4NAsF6、Et4NSbF6、Et4NCF3SO3、Et4N(CF3SO2)2N、Et4NC4F9SO3、Et3MeNBF4、Et3MeNClO4、Et3MeNPF6、Et3MeNAsF6、Et3MeNSbF6、Et3MeNCF3SO3、Et3MeN(CF3SO2)2N、Et3MeNC4F9SO3を用いればよく、特に、Et4NBF4、Et4NPF6、Et4NSbF6、Et4NAsF6、Et3MeNBF4、N,N-ジエチル-N-メチル-N-(2-メトキシエチル)アンモニウム塩等が挙げられる。 Specific examples of suitable tetraalkyl quaternary ammonium salts include Et4NBF4 , Et4NClO4 , Et4NPF6 , Et4NAsF6 , Et4NSbF6 , Et4NCF3SO3, Et4N ( CF3SO2 ) 2N , Et4NC4F9SO3 , Et3MeNBF4 , Et3MeNClO4 , Et3MeNPF6 , Et3MeNAsF6 , Et3MeNSbF6 , Et3MeNCF3SO3 , Et3MeN ( CF3SO2 ) 2N , Et 3 MeNC 4 F 9 SO 3 may be used, and in particular, Et 4 NBF 4 , Et 4 NPF 6 , Et 4 NSbF 6 , Et 4 NAsF 6 , Et 3 MeNBF 4 , N,N-diethyl-N-methyl-N-(2-methoxyethyl)ammonium salt, and the like may be mentioned.
(IIb)スピロ環ビピロリジニウム塩
一般式(IIb-1):
(IIb) Spirocyclic bipyrrolidinium salt General formula (IIb-1):
で示されるスピロ環ビピロリジニウム塩、一般式(IIb-2):
spirocyclic bipyrrolidinium salts represented by the general formula (IIb-2):
で示されるスピロ環ビピロリジニウム塩、又は、一般式(IIb-3):
or a spiro ring bipyrrolidinium salt represented by the general formula (IIb-3):
で示されるスピロ環ビピロリジニウム塩が好ましく挙げられる。また、このスピロ環ビピロリジニウム塩の水素原子の一部又は全部がフッ素原子及び/又は炭素数1~4の含フッ素アルキル基で置換されているものも、耐酸化性が向上する点から好ましい。
In addition, spiro ring bipyrrolidinium salts in which some or all of the hydrogen atoms are substituted with fluorine atoms and/or fluorine-containing alkyl groups having 1 to 4 carbon atoms are also preferred from the viewpoint of improving oxidation resistance.
アニオンX-の好ましい具体例は、(IIa)の場合と同じである。なかでも、解離性が高く、高電圧下での内部抵抗が低い点から、BF4-、PF6-、(CF3SO2)2N-又は(C2F5SO2)2N-が好ましい。 Preferred specific examples of the anion X- are the same as those in the case of (IIa). Among them, BF4- , PF6- , ( CF3SO2 ) 2N- or ( C2F5SO2 ) 2N- are preferred because of their high dissociation property and low internal resistance under high voltage .
スピロ環ビピロリジニウム塩の好ましい具体例としては、例えば、
このスピロ環ビピロリジニウム塩は溶媒への溶解性、耐酸化性、イオン伝導性の点で優れている。 This spirocyclic bipyrrolidinium salt has excellent solubility in solvents, oxidation resistance, and ionic conductivity.
(IIc)イミダゾリウム塩
一般式(IIc):
(IIc) Imidazolium salts General formula (IIc):
で示されるイミダゾリウム塩が好ましく例示できる。また、このイミダゾリウム塩の水素原子の一部又は全部がフッ素原子及び/又は炭素数1~4の含フッ素アルキル基で置換されているものも、耐酸化性が向上する点から好ましい。
In addition, imidazolium salts in which some or all of the hydrogen atoms of the imidazolium salts have been substituted with fluorine atoms and/or fluorine-containing alkyl groups having 1 to 4 carbon atoms are also preferred from the viewpoint of improving oxidation resistance.
アニオンX-の好ましい具体例は、(IIa)と同じである。 Preferred examples of the anion X 1 − are the same as those in (IIa).
好ましい具体例としては、例えば Preferred examples include, for example,
このイミダゾリウム塩は粘性が低く、また溶解性が良好な点で優れている。 This imidazolium salt is excellent in that it has low viscosity and good solubility.
(IId):N-アルキルピリジニウム塩
一般式(IId):
(IId): N-alkylpyridinium salt General formula (IId):
で示されるN-アルキルピリジニウム塩が好ましく例示できる。また、このN-アルキルピリジニウム塩の水素原子の一部又は全部がフッ素原子及び/又は炭素数1~4の含フッ素アルキル基で置換されているものも、耐酸化性が向上する点から好ましい。
In addition, N-alkylpyridinium salts in which some or all of the hydrogen atoms of the N-alkylpyridinium salts have been substituted with fluorine atoms and/or fluorine-containing alkyl groups having 1 to 4 carbon atoms are also preferred from the viewpoint of improving oxidation resistance.
アニオンX-の好ましい具体例は、(IIa)と同じである。 Preferred examples of the anion X 1 − are the same as those in (IIa).
好ましい具体例としては、例えば Preferred examples include, for example,
このN-アルキルピリジニウム塩は粘性が低く、また溶解性が良好な点で優れている。 These N-alkylpyridinium salts are excellent in that they have low viscosity and good solubility.
(IIe)N,N-ジアルキルピロリジニウム塩
一般式(IIe):
(IIe) N,N-dialkylpyrrolidinium salts General formula (IIe):
で示されるN,N-ジアルキルピロリジニウム塩が好ましく例示できる。また、このN,N-ジアルキルピロリジニウム塩の水素原子の一部又は全部がフッ素原子及び/又は炭素数1~4の含フッ素アルキル基で置換されているものも、耐酸化性が向上する点から好ましい。
Preferred examples of the N,N-dialkylpyrrolidinium salts include those represented by the following formula: In addition, N,N-dialkylpyrrolidinium salts in which some or all of the hydrogen atoms have been substituted with fluorine atoms and/or fluorine-containing alkyl groups having 1 to 4 carbon atoms are also preferred from the viewpoint of improving oxidation resistance.
アニオンX-の好ましい具体例は、(IIa)と同じである。 Preferred examples of the anion X 1 − are the same as those in (IIa).
好ましい具体例としては、例えば Preferred examples include, for example,
このN,N-ジアルキルピロリジニウム塩は粘性が低く、また溶解性が良好な点で優れている。 This N,N-dialkylpyrrolidinium salt is excellent in that it has low viscosity and good solubility.
これらのアンモニウム塩のうち、(IIa)、(IIb)及び(IIc)が溶解性、耐酸化性、イオン伝導性が良好な点で好ましく、更には Among these ammonium salts, (IIa), (IIb) and (IIc) are preferred because of their good solubility, oxidation resistance and ionic conductivity, and furthermore
が好ましい。
is preferred.
また、電気二重層キャパシタ用電解質塩として、リチウム塩を用いてもよい。リチウム塩としては、例えば、LiPF6、LiBF4、LiN(FSO2)2、LiAsF6、LiSbF6、LiN(SO2C2H5)2が好ましい。
更に容量を向上させるために、マグネシウム塩を用いてもよい。マグネシウム塩としては、例えば、Mg(ClO4)2、Mg(OOC2H5)2等が好ましい。
Furthermore, a lithium salt may be used as the electrolyte salt for the electric double layer capacitor. As the lithium salt, for example, LiPF6 , LiBF4 , LiN ( FSO2 ) 2 , LiAsF6 , LiSbF6 , and LiN ( SO2C2H5 ) 2 are preferable.
To further improve the capacity, a magnesium salt may be used, and as the magnesium salt, for example, Mg(ClO 4 ) 2 , Mg(OOC 2 H 5 ) 2 and the like are preferable.
電解質塩が上記アンモニウム塩である場合、濃度は、0.7モル/リットル以上であることが好ましい。0.7モル/リットル未満であると、低温特性が悪くなるだけでなく、初期内部抵抗が高くなってしまうおそれがある。上記電解質塩の濃度は、0.9モル/リットル以上であることがより好ましい。
上記濃度の上限は、低温特性の点で、2.0モル/リットル以下であることが好ましく、1.5モル/リットル以下であることがより好ましい。
上記アンモニウム塩が、4フッ化ホウ酸トリエチルメチルアンモニウム(TEMABF4)の場合、その濃度は、低温特性に優れる点で、0.7~1.5モル/リットルであることが好ましい。
また、4フッ化ホウ酸スピロビピロリジニウム(SBPBF4)の場合は、0.7~2.0モル/リットルであることが好ましい。
When the electrolyte salt is the ammonium salt, the concentration is preferably 0.7 mol/L or more. If the concentration is less than 0.7 mol/L, not only the low-temperature characteristics may deteriorate but also the initial internal resistance may become high. The concentration of the electrolyte salt is more preferably 0.9 mol/L or more.
The upper limit of the concentration is preferably 2.0 mol/L or less, and more preferably 1.5 mol/L or less, from the viewpoint of low-temperature characteristics.
When the ammonium salt is triethylmethylammonium tetrafluoroborate (TEMABF 4 ), the concentration is preferably 0.7 to 1.5 mol/L in terms of excellent low-temperature characteristics.
In the case of spirobipyrrolidinium tetrafluoroborate (SBPBF 4 ), the concentration is preferably 0.7 to 2.0 mol/liter.
本開示の電解液は、一般式(2):
n21が2又は3の場合、2つ又は3つのX21は同じであっても異なっていてもよい。
Y21及びZ21が複数存在する場合、複数存在するY21及びZ21は同じであっても異なっていてもよい。
When n21 is 2 or 3, two or three X21 may be the same or different.
When a plurality of Y 21 and a plurality of Z 21 are present, the plurality of Y 21 and the plurality of Z 21 may be the same or different.
X21としては、-CY21Z21-(式中、Y21及びZ21は上記のとおり)又は-CY21=CZ21-(式中、Y21及びZ21は上記のとおり)で示される基が好ましい。 X 21 is preferably a group represented by -CY 21 Z 21 - (wherein Y 21 and Z 21 are as defined above) or -CY 21 ═CZ 21 - (wherein Y 21 and Z 21 are as defined above).
Y21としては、H-、F-、CH3-、CH3CH2-、CH3CH2CH2-、CF3-、CF3CF2-、CH2FCH2-及びCF3CF2CF2-からなる群より選択される少なくとも1種が好ましい。
Z21としては、H-、F-、CH3-、CH3CH2-、CH3CH2CH2-、CF3-、CF3CF2-、CH2FCH2-及びCF3CF2CF2-からなる群より選択される少なくとも1種が好ましい。
Y 21 is preferably at least one selected from the group consisting of H-, F-, CH 3 -, CH 3 CH 2 -, CH 3 CH 2 CH 2 -, CF 3 -, CF 3 CF 2 -, CH 2 FCH 2 - and CF 3 CF 2 CF 2 -.
Z 21 is preferably at least one selected from the group consisting of H-, F-, CH 3 -, CH 3 CH 2 -, CH 3 CH 2 CH 2 -, CF 3 -, CF 3 CF 2 -, CH 2 FCH 2 - and CF 3 CF 2 CF 2 -.
又は、Y21及びZ21は、お互いに結合して、不飽和結合を含んでもよく、芳香族性を有していてもよい炭素環又は複素環を形成することができる。環の炭素数は3~20が好ましい。 Alternatively, Y 21 and Z 21 may be bonded to each other to form a carbocyclic or heterocyclic ring which may contain an unsaturated bond and may have aromaticity. The ring preferably has 3 to 20 carbon atoms.
次いで、化合物(2)の具体例について説明する。なお、以下の例示において「類縁体」とは、例示される酸無水物の構造の一部を、本開示の趣旨に反しない範囲で、別の構造に置き換えることにより得られる酸無水物を指すもので、例えば複数の酸無水物からなる二量体、三量体及び四量体等、又は、置換基の炭素数が同じではあるが分岐鎖を有する等構造異性のもの、置換基が酸無水物に結合する部位が異なるもの等が挙げられる。 Next, specific examples of compound (2) will be described. In the following examples, "analog" refers to an acid anhydride obtained by replacing part of the structure of the exemplified acid anhydride with another structure within the scope of the present disclosure, such as a dimer, trimer, or tetramer composed of multiple acid anhydrides, or structural isomers such as those having the same number of carbon atoms in the substituent but a branched chain, or those in which the substituent is bonded to the acid anhydride at a different site, etc.
5員環構造を形成している酸無水物の具体例としては、無水コハク酸、メチルコハク酸無水物(4-メチルコハク酸無水物)、ジメチルコハク酸無水物(4,4-ジメチルコハク酸無水物、4,5-ジメチルコハク酸無水物等)、4,4,5-トリメチルコハク酸無水物、4,4,5,5-テトラメチルコハク酸無水物、4-ビニルコハク酸無水物、4,5-ジビニルコハク酸無水物、フェニルコハク酸無水物(4-フェニルコハク酸無水物)、4,5-ジフェニルコハク酸無水物、4,4-ジフェニルコハク酸無水物、無水シトラコン酸、無水マレイン酸、メチルマレイン酸無水物(4-メチルマレイン酸無水物)、4,5-ジメチルマレイン酸無水物、フェニルマレイン酸無水物(4-フェニルマレイン酸無水物)、4,5-ジフェニルマレイン酸無水物、イタコン酸無水物、5-メチルイタコン酸無水物、5,5-ジメチルイタコン酸無水物、無水フタル酸、3,4,5,6-テトラヒドロフタル酸無水物等、及びそれらの類縁体等が挙げられる。 Specific examples of acid anhydrides forming a five-membered ring structure include succinic anhydride, methylsuccinic anhydride (4-methylsuccinic anhydride), dimethylsuccinic anhydride (4,4-dimethylsuccinic anhydride, 4,5-dimethylsuccinic anhydride, etc.), 4,4,5-trimethylsuccinic anhydride, 4,4,5,5-tetramethylsuccinic anhydride, 4-vinylsuccinic anhydride, 4,5-divinylsuccinic anhydride, phenylsuccinic anhydride (4-phenylsuccinic anhydride), 4,5-diphenylsuccinic anhydride, Examples of such anhydrides include hydrates, 4,4-diphenylsuccinic anhydride, citraconic anhydride, maleic anhydride, methylmaleic anhydride (4-methylmaleic anhydride), 4,5-dimethylmaleic anhydride, phenylmaleic anhydride (4-phenylmaleic anhydride), 4,5-diphenylmaleic anhydride, itaconic anhydride, 5-methylitaconic anhydride, 5,5-dimethylitaconic anhydride, phthalic anhydride, 3,4,5,6-tetrahydrophthalic anhydride, and their analogs.
6員環構造を形成している酸無水物の具体例としては、シクロヘキサンジカルボン酸無水物(シクロヘキサン-1,2-ジカルボン酸無水物等)、4-シクロヘキセン-1,2-ジカルボン酸無水物、無水グルタル酸、無水グルタコン酸、2-フェニルグルタル酸無水物等、及びそれらの類縁体等が挙げられる。 Specific examples of acid anhydrides that form a six-membered ring structure include cyclohexanedicarboxylic anhydride (cyclohexane-1,2-dicarboxylic anhydride, etc.), 4-cyclohexene-1,2-dicarboxylic anhydride, glutaric anhydride, glutaconic anhydride, 2-phenylglutaric anhydride, etc., and their analogues.
その他の環状構造を形成している酸無水物の具体例としては、5-ノルボルネン-2,3-ジカルボン酸無水物、シクロペンタンテトラカルボン酸二無水物、ピロメリット酸無水物、無水ジグリコール酸等、及びそれらの類縁体等が挙げられる。 Specific examples of acid anhydrides that form other cyclic structures include 5-norbornene-2,3-dicarboxylic anhydride, cyclopentanetetracarboxylic dianhydride, pyromellitic anhydride, diglycolic anhydride, and their analogues.
環状構造を形成するとともに、ハロゲン原子で置換された酸無水物の具体例としては、モノフルオロコハク酸無水物(4-フルオロコハク酸無水物等)、4,4-ジフルオロコハク酸無水物、4,5-ジフルオロコハク酸無水物、4,4,5-トリフルオロコハク酸無水物、トリフルオロメチルコハク酸無水物、テトラフルオロコハク酸無水物(4,4,5,5-テトラフルオロコハク酸無水物)、4-フルオロマレイン酸無水物、4,5-ジフルオロマレイン酸無水物、トリフルオロメチルマレイン酸無水物、5-フルオロイタコン酸無水物、5,5-ジフルオロイタコン酸無水物等、及びそれらの類縁体等が挙げられる。 Specific examples of acid anhydrides that form a cyclic structure and are substituted with halogen atoms include monofluorosuccinic anhydride (4-fluorosuccinic anhydride, etc.), 4,4-difluorosuccinic anhydride, 4,5-difluorosuccinic anhydride, 4,4,5-trifluorosuccinic anhydride, trifluoromethylsuccinic anhydride, tetrafluorosuccinic anhydride (4,4,5,5-tetrafluorosuccinic anhydride), 4-fluoromaleic anhydride, 4,5-difluoromaleic anhydride, trifluoromethylmaleic anhydride, 5-fluoroitaconic anhydride, 5,5-difluoroitaconic anhydride, and the like, and their analogs.
化合物(2)としては、なかでも、無水グルタル酸、無水シトラコン酸、無水グルタコン酸、無水イタコン酸、無水ジグリコール酸、シクロヘキサンジカルボン酸無水物、シクロペンタンテトラカルボン酸二無水物、4-シクロヘキセン-1,2-ジカルボン酸無水物、3,4,5,6-テトラヒドロフタル酸無水物、5-ノルボルネン-2,3-ジカルボン酸無水物、フェニルコハク酸無水物、2-フェニルグルタル酸無水物、無水マレイン酸、メチルマレイン酸無水物、トリフルオロメチルマレイン酸無水物、フェニルマレイン酸無水物、無水コハク酸、メチルコハク酸無水物、ジメチルコハク酸無水物、トリフルオロメチルコハク酸無水物、モノフルオロコハク酸無水物、テトラフルオロコハク酸無水物等が好ましく、無水マレイン酸、メチルマレイン酸無水物、トリフルオロメチルマレイン酸無水物、無水コハク酸、メチルコハク酸無水物、トリフルオロメチルコハク酸無水物、テトラフルオロコハク酸無水物がより好ましく、無水マレイン酸、無水コハク酸が更に好ましい。 Examples of compound (2) include, among others, glutaric anhydride, citraconic anhydride, glutaconic anhydride, itaconic anhydride, diglycolic anhydride, cyclohexanedicarboxylic anhydride, cyclopentanetetracarboxylic dianhydride, 4-cyclohexene-1,2-dicarboxylic anhydride, 3,4,5,6-tetrahydrophthalic anhydride, 5-norbornene-2,3-dicarboxylic anhydride, phenylsuccinic anhydride, 2-phenylglutaric anhydride, maleic anhydride, methylmaleic anhydride, trifluoromethyl Preferred are maleic anhydride, phenylmaleic anhydride, succinic anhydride, methylsuccinic anhydride, dimethylsuccinic anhydride, trifluoromethylsuccinic anhydride, monofluorosuccinic anhydride, and tetrafluorosuccinic anhydride, and more preferred are maleic anhydride, methylmaleic anhydride, trifluoromethylmaleic anhydride, succinic anhydride, methylsuccinic anhydride, trifluoromethylsuccinic anhydride, and tetrafluorosuccinic anhydride, and even more preferred are maleic anhydride and succinic anhydride.
化合物(2)は、一般式(3): Compound (2) is represented by the general formula (3):
X31~X34としては、同じか又は異なり、アルキル基、フッ素化アルキル基、アルケニル基及びフッ素化アルケニル基からなる群より選択される少なくとも1種が好ましい。X31~X34の炭素数は、1~10が好ましく、1~3がより好ましい。 X 31 to X 34 are the same or different and each preferably represents at least one selected from the group consisting of an alkyl group, a fluorinated alkyl group, an alkenyl group, and a fluorinated alkenyl group. X 31 to X 34 each preferably have 1 to 10 carbon atoms, more preferably 1 to 3 carbon atoms.
X31~X34としては、同じか又は異なり、H-、F-、CH3-、CH3CH2-、CH3CH2CH2-、CF3-、CF3CF2-、CH2FCH2-及びCF3CF2CF2-からなる群より選択される少なくとも1種がより好ましい。 X 31 to X 34 may be the same or different and are more preferably at least one selected from the group consisting of H-, F-, CH 3 -, CH 3 CH 2 -, CH 3 CH 2 CH 2 -, CF 3 -, CF 3 CF 2 -, CH 2 FCH 2 - and CF 3 CF 2 CF 2 -.
X41及びX42としては、同じか又は異なり、アルキル基、フッ素化アルキル基、アルケニル基及びフッ素化アルケニル基からなる群より選択される少なくとも1種が好ましい。X41及びX42の炭素数は、1~10が好ましく、1~3がより好ましい。 X 41 and X 42 are the same or different and are preferably at least one selected from the group consisting of an alkyl group, a fluorinated alkyl group, an alkenyl group, and a fluorinated alkenyl group. X 41 and X 42 each preferably have 1 to 10 carbon atoms, more preferably 1 to 3 carbon atoms.
X41及びX42としては、同じか又は異なり、H-、F-、CH3-、CH3CH2-、CH3CH2CH2-、CF3-、CF3CF2-、CH2FCH2-及びCF3CF2CF2-からなる群より選択される少なくとも1種がより好ましい。 X 41 and X 42 may be the same or different and are more preferably at least one selected from the group consisting of H-, F-, CH 3 -, CH 3 CH 2 -, CH 3 CH 2 CH 2 -, CF 3 -, CF 3 CF 2 -, CH 2 FCH 2 - and CF 3 CF 2 CF 2 -.
化合物(3)は、以下の化合物のいずれかであることが好ましい。 Compound (3) is preferably any of the following compounds:
化合物(4)は、以下の化合物のいずれかであることが好ましい。 Compound (4) is preferably any of the following compounds:
上記電解液は、高温で保管した場合でも、容量保持率が低下しにくく、ガスの発生量が増加しにくいことから、上記電解液に対して、0.0001~15質量%の化合物(2)を含むことが好ましい。化合物(2)の含有量としては、0.01~10質量%がより好ましく、0.1~3質量%が更に好ましく、0.1~1.0質量%が特に好ましい。 The electrolyte solution preferably contains 0.0001 to 15% by mass of compound (2) because the capacity retention rate is unlikely to decrease and the amount of gas generated is unlikely to increase even when stored at high temperatures. The content of compound (2) is more preferably 0.01 to 10% by mass, even more preferably 0.1 to 3% by mass, and particularly preferably 0.1 to 1.0% by mass.
上記電解液が化合物(3)及び(4)の両方を含む場合、高温で保管した場合でも、容量保持率が低下しにくく、ガスの発生量が増加しにくいことから、上記電解液は、上記電解液に対して、0.08~2.50質量%の化合物(3)及び0.02~1.50質量%の化合物(4)を含むことが好ましく、0.80~2.50質量%の化合物(3)及び0.08~1.50質量%の化合物(4)を含むことがより好ましい。 When the electrolyte contains both compounds (3) and (4), even when stored at high temperatures, the capacity retention rate is unlikely to decrease and the amount of gas generated is unlikely to increase. Therefore, the electrolyte preferably contains 0.08 to 2.50 mass% of compound (3) and 0.02 to 1.50 mass% of compound (4), and more preferably contains 0.80 to 2.50 mass% of compound (3) and 0.08 to 1.50 mass% of compound (4).
本開示の電解液は、下記一般式(1a)、(1b)及び(1c)で表されるニトリル化合物からなる群より選択される少なくとも1種を含んでもよい。
これにより、電気化学デバイスの高温保存特性を向上させることができる。上記ニトリル化合物を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
The electrolyte solution of the present disclosure may contain at least one selected from the group consisting of nitrile compounds represented by the following general formulas (1a), (1b), and (1c).
This can improve the high-temperature storage characteristics of the electrochemical device. The above nitrile compounds may be used alone or in any combination of two or more kinds in any ratio.
上記一般式(1a)において、Ra及びRbは、それぞれ独立して、水素原子、シアノ基(CN)、ハロゲン原子、アルキル基、又は、アルキル基の少なくとも一部の水素原子をハロゲン原子で置換した基である。
ハロゲン原子としては、例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子が挙げられる。中でもフッ素原子が好ましい。
アルキル基としては、炭素数1~5のものが好ましい。アルキル基の具体例としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、tert-ブチル基等が挙げられる。
アルキル基の少なくとも一部の水素原子をハロゲン原子で置換した基としては、上述したアルキル基の少なくとも一部の水素原子を上述したハロゲン原子で置換した基が挙げられる。
Ra及びRbがアルキル基、又は、アルキル基の少なくとも一部の水素原子をハロゲン原子で置換した基である場合は、RaとRbとが互いに結合して環構造(例えば、シクロヘキサン環)を形成していてもよい。
Ra及びRbは、水素原子又はアルキル基であることが好ましい。
In the above general formula (1a), R a and R b each independently represent a hydrogen atom, a cyano group (CN), a halogen atom, an alkyl group, or an alkyl group in which at least a portion of the hydrogen atoms has been substituted with a halogen atom.
Examples of halogen atoms include a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, and an iodine atom, with a fluorine atom being preferred.
The alkyl group preferably has a carbon number of 1 to 5. Specific examples of the alkyl group include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an isopropyl group, a butyl group, an isobutyl group, and a tert-butyl group.
Examples of the alkyl group in which at least a portion of the hydrogen atoms have been substituted with halogen atoms include the above-mentioned alkyl groups in which at least a portion of the hydrogen atoms have been substituted with the above-mentioned halogen atoms.
When R a and R b are each an alkyl group or an alkyl group in which at least a portion of the hydrogen atoms has been substituted with a halogen atom, R a and R b may be bonded to each other to form a ring structure (for example, a cyclohexane ring).
R a and R b are preferably a hydrogen atom or an alkyl group.
上記一般式(1a)において、nは1~10の整数である。nが2以上である場合、n個のRaは全て同じであってもよく、少なくとも一部が異なっていてもよい。Rbについても同様である。nは、1~7の整数が好ましく、2~5の整数がより好ましい。 In the above general formula (1a), n is an integer of 1 to 10. When n is 2 or more, n R a may all be the same or at least some may be different. The same applies to R b . n is preferably an integer of 1 to 7, and more preferably an integer of 2 to 5.
上記一般式(1a)で表されるニトリル化合物としては、ジニトリル及びトリカルボニトリルが好ましい。
ジニトリルの具体例としては、マロノニトリル、スクシノニトリル、グルタロニトリル、アジポニトリル、ピメロニトリル、スベロニトリル、アゼラニトリル、セバコニトリル、ウンデカンジニトリル、ドデカンジニトリル、メチルマロノニトリル、エチルマロノニトリル、イソプロピルマロノニトリル、tert-ブチルマロノニトリル、メチルスクシノニトリル、2,2-ジメチルスクシノニトリル、2,3-ジメチルスクシノニトリル、2,3,3-トリメチルスクシノニトリル、2,2,3,3-テトラメチルスクシノニトリル、2,3-ジエチル-2,3-ジメチルスクシノニトリル、2,2-ジエチル-3,3-ジメチルスクシノニトリル、ビシクロヘキシル-1,1-ジカルボニトリル、ビシクロヘキシル-2,2-ジカルボニトリル、ビシクロヘキシル-3,3-ジカルボニトリル、2,5-ジメチル-2,5-ヘキサンジカルボニトリル、2,3-ジイソブチル-2,3-ジメチルスクシノニトリル、2,2-ジイソブチル-3,3-ジメチルスクシノニトリル、2-メチルグルタロニトリル、2,3-ジメチルグルタロニトリル、2,4-ジメチルグルタロニトリル、2,2,3,3-テトラメチルグルタロニトリル、2,2,4,4-テトラメチルグルタロニトリル、2,2,3,4-テトラメチルグルタロニトリル、2,3,3,4-テトラメチルグルタロニトリル、1,4-ジシアノペンタン、2,6-ジシアノヘプタン、2,7-ジシアノオクタン、2,8-ジシアノノナン、1,6-ジシアノデカン、1,2-ジジアノベンゼン、1,3-ジシアノベンゼン、1,4-ジシアノベンゼン、3,3’-(エチレンジオキシ)ジプロピオニトリル、3,3’-(エチレンジチオ)ジプロピオニトリル、3,9-ビス(2-シアノエチル)-2,4,8,10-テトラオキサスピロ[5,5]ウンデカン、ブタンニトリル、フタロニトリル等を例示できる。これらのうち、特に好ましいのはスクシノニトリル、グルタロニトリル、アジポニトリルである。
また、トリカルボニトリルの具体例としては、ペンタントリカルボニトリル、プロパントリカルボニトリル、1,3,5-ヘキサントリカルボニトリル、1,3,6-ヘキサントリカルボニトリル、ヘプタントリカルボニトリル、1,2,3-プロパントリカルボニトリル、1,3,5-ペンタントリカルボニトリル、シクロヘキサントリカルボニトリル、トリスシアノエチルアミン、トリスシアノエトキシプロパン、トリシアノエチレン、トリス(2-シアノエチル)アミン等が挙げられ特に好ましいものは、1,3,6-ヘキサントリカルボニトリル、シクロヘキサントリカルボニトリルであり、最も好ましいものはシクロヘキサントリカルボニトリルである。
As the nitrile compound represented by the above general formula (1a), dinitriles and tricarbonitriles are preferred.
Specific examples of dinitriles include malononitrile, succinonitrile, glutaronitrile, adiponitrile, pimelonitrile, suberonitrile, azelanitrile, sebaconitrile, undecanedinitrile, dodecanedinitrile, methylmalononitrile, ethylmalononitrile, isopropylmalononitrile, tert-butylmalononitrile, methylsuccinonitrile, 2,2-dimethylsuccinonitrile, 2,3-dimethylsuccinonitrile, 2,4-dimethylsuccinonitrile, 2,5-dimethylsuccinonitrile, 2,6-dimethylsuccinonitrile, 2,7-dimethylsuccinonitrile, 2,8-dimethylsuccinonitrile, 2,9-dimethylsuccinonitrile, 2,10-dimethylsuccinonitrile, 2,11-dimethylsuccinonitrile, 2,12-dimethylsuccinonitrile, 2,13-dimethylsuccinonitrile, 2,14-dimethylsuccinonitrile, 2,15-dimethylsuccinonitrile, 2,16-dimethylsuccinonitrile, 2,17-dimethylsuccinonitrile, 2,18-dimethylsuccinonitrile, 2,20-dimethylsuccinonitrile, 2,21-dimethylsuccinonitrile, 2,22-dimethylsuccinonitrile, 2,31-dimethylsuccinonitrile, 2,23-dimethylsuccinonitrile, 2,32-dimethylsuccinonitrile, 2,33-dimethylsuccinonitrile, 2,34-dimethylsuccinonitrile, 2,35-dimethylsuccinonitrile, 2,36-dimethylsuccinonitrile, 2,37-dimethylsuccinonitrile, 2,38-dimethylsuccinonitrile, 2,39-dimethylsuccinonitrile, 2,40-dimethylsuccinonitrile, 2, ,3,3-trimethylsuccinonitrile, 2,2,3,3-tetramethylsuccinonitrile, 2,3-diethyl-2,3-dimethylsuccinonitrile, 2,2-diethyl-3,3-dimethylsuccinonitrile, bicyclohexyl-1,1-dicarbonitrile, bicyclohexyl-2,2-dicarbonitrile, bicyclohexyl-3,3-dicarbonitrile, 2,5-dimethyl-2,5-hexanedicarbonitrile, 2,3-diisobutyl-2,3- Dimethylsuccinonitrile, 2,2-diisobutyl-3,3-dimethylsuccinonitrile, 2-methylglutaronitrile, 2,3-dimethylglutaronitrile, 2,4-dimethylglutaronitrile, 2,2,3,3-tetramethylglutaronitrile, 2,2,4,4-tetramethylglutaronitrile, 2,2,3,4-tetramethylglutaronitrile, 2,3,3,4-tetramethylglutaronitrile, 1,4-dicyanopentane, 2,6-dicyanopentane, Examples include anoheptane, 2,7-dicyanooctane, 2,8-dicyanononane, 1,6-dicyanodecane, 1,2-dicyanobenzene, 1,3-dicyanobenzene, 1,4-dicyanobenzene, 3,3'-(ethylenedioxy)dipropionitrile, 3,3'-(ethylenedithio)dipropionitrile, 3,9-bis(2-cyanoethyl)-2,4,8,10-tetraoxaspiro[5,5]undecane, butanenitrile, phthalonitrile, etc. Among these, succinonitrile, glutaronitrile, and adiponitrile are particularly preferred.
Specific examples of tricarbonitrile include pentanetricarbonitrile, propanetricarbonitrile, 1,3,5-hexanetricarbonitrile, 1,3,6-hexanetricarbonitrile, heptanetricarbonitrile, 1,2,3-propanetricarbonitrile, 1,3,5-pentanetricarbonitrile, cyclohexanetricarbonitrile, triscyanoethylamine, triscyanoethoxypropane, tricyanoethylene, tris(2-cyanoethyl)amine, and the like. Particularly preferred are 1,3,6-hexanetricarbonitrile and cyclohexanetricarbonitrile, and most preferred is cyclohexanetricarbonitrile.
上記一般式(1b)において、Rcは、水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アルキル基の少なくとも一部の水素原子をハロゲン原子で置換した基、又は、NC-Rc1-Xc1-(Rc1はアルキレン基、Xc1は酸素原子又は硫黄原子を表す。)で表される基であり、Rd及びReは、それぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、又は、アルキル基の少なくとも一部の水素原子をハロゲン原子で置換した基である。
ハロゲン原子、アルキル基、及び、アルキル基の少なくとも一部の水素原子をハロゲン原子で置換した基については、上記一般式(1a)について例示したものが挙げられる。
上記NC-Rc1-Xc1-におけるRc1はアルキレン基である。アルキレン基としては、炭素数1~3のアルキレン基が好ましい。
Rc、Rd及びReは、それぞれ独立して、水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、又は、アルキル基の少なくとも一部の水素原子をハロゲン原子で置換した基であることが好ましい。
Rc、Rd及びReの少なくとも1つは、ハロゲン原子、又は、アルキル基の少なくとも一部の水素原子をハロゲン原子で置換した基であることが好ましく、フッ素原子、又は、アルキル基の少なくとも一部の水素原子をフッ素原子で置換した基であることがより好ましい。
Rd及びReがアルキル基、又は、アルキル基の少なくとも一部の水素原子をハロゲン原子で置換した基である場合は、RdとReとが互いに結合して環構造(例えば、シクロヘキサン環)を形成していてもよい。
In the above general formula (1b), R c is a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group, a group in which at least a portion of the hydrogen atoms of an alkyl group have been substituted with halogen atoms, or a group represented by NC-R c1 -X c1 - (R c1 is an alkylene group, and X c1 is an oxygen atom or a sulfur atom), and R d and R e are each independently a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group, or a group in which at least a portion of the hydrogen atoms of an alkyl group have been substituted with halogen atoms.
Examples of the halogen atom, the alkyl group, and the alkyl group in which at least a part of the hydrogen atoms have been substituted with halogen atoms include those exemplified for the above general formula (1a).
In the above formula NC-R c1 -X c1 -, R c1 is an alkylene group, preferably an alkylene group having 1 to 3 carbon atoms.
It is preferable that R c , R d and R e each independently represent a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group, or an alkyl group in which at least a portion of the hydrogen atoms has been substituted with a halogen atom.
At least one of R c , R d and R e is preferably a halogen atom or a group in which at least a portion of the hydrogen atoms of an alkyl group have been substituted with a halogen atom, and more preferably a fluorine atom or a group in which at least a portion of the hydrogen atoms of an alkyl group have been substituted with a fluorine atom.
When R d and R e are each an alkyl group or an alkyl group in which at least a portion of the hydrogen atoms has been substituted with a halogen atom, R d and R e may be bonded to each other to form a ring structure (for example, a cyclohexane ring).
上記一般式(1b)において、mは1~10の整数である。mが2以上である場合、m個のRdは全て同じであってもよく、少なくとも一部が異なっていてもよい。Reについても同様である。mは、2~7の整数が好ましく、2~5の整数がより好ましい。 In the above general formula (1b), m is an integer of 1 to 10. When m is 2 or more, m Rd 's may all be the same, or at least some of them may be different. The same applies to R e . m is preferably an integer of 2 to 7, and more preferably an integer of 2 to 5.
上記一般式(1b)で表されるニトリル化合物としては、アセトニトリル、プロピオニトリル、ブチロニトリル、イソブチロニトリル、バレロニトリル、イソバレロニトリル、ラウロニトリル、3-メトキシプロピオニトリル、2-メチルブチロニトリル、トリメチルアセトニトリル、ヘキサンニトリル、シクロペンタンカルボニトリル、シクロヘキサンカルボニトリル、フルオロアセトニトリル、ジフルオロアセトニトリル、トリフルオロアセトニトリル、2-フルオロプロピオニトリル、3-フルオロプロピオニトリル、2,2-ジフルオロプロピオニトリル、2,3-ジフルオロプロピオニトリル、3,3-ジフルオロプロピオニトリル、2,2,3-トリフルオロプロピオニトリル、3,3,3-トリフルオロプロピオニトリル、3,3’-オキシジプロピオニトリル、3,3’-チオジプロピオニトリル、ペンタフルオロプロピオニトリル、メトキシアセトニトリル、ベンゾニトリル等が例示できる。これらのうち、特に好ましいのは,3,3,3-トリフルオロプロピオニトリルである。 Examples of the nitrile compound represented by the above general formula (1b) include acetonitrile, propionitrile, butyronitrile, isobutyronitrile, valeronitrile, isovaleronitrile, lauronitrile, 3-methoxypropionitrile, 2-methylbutyronitrile, trimethylacetonitrile, hexanenitrile, cyclopentanecarbonitrile, cyclohexanecarbonitrile, fluoroacetonitrile, difluoroacetonitrile, trifluoroacetonitrile, 2-fluoropropionitrile, 3-fluoropropionitrile, 2,2-difluoropropionitrile, 2,3-difluoropropionitrile, 3,3-difluoropropionitrile, 2,2,3-trifluoropropionitrile, 3,3,3-trifluoropropionitrile, 3,3'-oxydipropionitrile, 3,3'-thiodipropionitrile, pentafluoropropionitrile, methoxyacetonitrile, benzonitrile, and the like. Among these, 3,3,3-trifluoropropionitrile is particularly preferred.
上記一般式(1c)において、Rf、Rg、Rh及びRiは、それぞれ独立して、シアノ基(CN)を含む基、水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、又は、アルキル基の少なくとも一部の水素原子をハロゲン原子で置換した基である。
ハロゲン原子、アルキル基、及び、アルキル基の少なくとも一部の水素原子をハロゲン原子で置換した基については、上記一般式(1a)について例示したものが挙げられる。
シアノ基を含む基としては、シアノ基のほか、アルキル基の少なくとも一部の水素原子をシアノ基で置換した基が挙げられる。この場合のアルキル基としては、上記一般式(1a)について例示したものが挙げられる。
Rf、Rg、Rh及びRiのうち少なくとも1つはシアノ基を含む基である。好ましくは、Rf、Rg、Rh及びRiのうち少なくとも2つがシアノ基を含む基であることであり、より好ましくは、Rh及びRiがシアノ基を含む基であることである。Rh及びRiがシアノ基を含む基である場合、Rf及びRgは、水素原子であることが好ましい。
In the above general formula (1c), Rf , Rg , Rh and Ri are each independently a group containing a cyano group (CN), a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group, or a group in which at least some of the hydrogen atoms of an alkyl group have been substituted with halogen atoms.
Examples of the halogen atom, the alkyl group, and the alkyl group in which at least a part of the hydrogen atoms have been substituted with halogen atoms include those exemplified for the above general formula (1a).
Examples of the group containing a cyano group include a cyano group and an alkyl group in which at least some of the hydrogen atoms are substituted with a cyano group. In this case, examples of the alkyl group include those exemplified for the above general formula (1a).
At least one of Rf , Rg , Rh and Ri is a group containing a cyano group. Preferably, at least two of Rf , Rg , Rh and Ri are groups containing a cyano group, more preferably, Rh and Ri are groups containing a cyano group. When Rh and Ri are groups containing a cyano group, Rf and Rg are preferably hydrogen atoms.
上記一般式(1c)において、lは1~3の整数である。lが2以上である場合、l個のRfは全て同じであってもよく、少なくとも一部が異なっていてもよい。Rgについても同様である。lは、1~2の整数が好ましい。 In the above general formula (1c), l is an integer of 1 to 3. When l is 2 or more, l Rf may all be the same, or at least some of them may be different. The same applies to Rg . l is preferably an integer of 1 to 2.
上記一般式(1c)で表されるニトリル化合物としては、3-ヘキセンジニトリル、ムコノニトリル、マレオニトリル、フマロニトリル、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、クロトノニトリル、3-メチルクロトノニトリル、2-メチル-2-ブテンニトリル、2-ペンテンニトリル、2-メチル-2-ペンテンニトリル、3-メチル-2-ペンテンニトリル、2-ヘキセンニトリル等が例示され、3-ヘキセンジニトリル、ムコノニトリルが好ましく、特に3-ヘキセンジニトリルが好ましい。 Examples of the nitrile compound represented by the above general formula (1c) include 3-hexenedinitrile, mucononitrile, maleonitrile, fumaronitrile, acrylonitrile, methacrylonitrile, crotononitrile, 3-methylcrotononitrile, 2-methyl-2-butenenitrile, 2-pentenenitrile, 2-methyl-2-pentenenitrile, 3-methyl-2-pentenenitrile, 2-hexenenitrile, etc., with 3-hexenedinitrile and mucononitrile being preferred, and 3-hexenedinitrile being particularly preferred.
上記ニトリル化合物の含有量は、電解液に対して0.2~7質量%であることが好ましい。これにより、電気化学デバイスの高電圧での高温保存特性、安全性を一層向上させることができる。上記ニトリル化合物の含有量の合計の下限は0.3質量%がより好ましく、0.5質量%が更に好ましい。上限は5質量%がより好ましく、2質量%が更に好ましく、0.5質量%が特に好ましい。 The content of the nitrile compounds is preferably 0.2 to 7 mass% relative to the electrolyte. This can further improve the high-temperature storage characteristics and safety of the electrochemical device at high voltages. The lower limit of the total content of the nitrile compounds is more preferably 0.3 mass%, and even more preferably 0.5 mass%. The upper limit is more preferably 5 mass%, even more preferably 2 mass%, and particularly preferably 0.5 mass%.
本開示の電解液は、イソシアナト基を有する化合物(以下、「イソシアネート」と略記する場合がある)を含んでもよい。上記イソシアネートとしては、特に限定されず、任意のイソシアネートを用いることができる。イソシアネートの例としては、モノイソシアネート類、ジイソシアネート類、トリイソシアネート類等が挙げられる。 The electrolyte solution of the present disclosure may contain a compound having an isocyanato group (hereinafter, may be abbreviated as "isocyanate"). The above-mentioned isocyanate is not particularly limited, and any isocyanate can be used. Examples of isocyanates include monoisocyanates, diisocyanates, triisocyanates, etc.
モノイソシアネート類の具体例としては、イソシアナトメタン、イソシアナトエタン、1-イソシアナトプロパン、1-イソシアナトブタン、1-イソシアナトペンタン、1-イソシアナトヘキサン、1-イソシアナトヘプタン、1-イソシアナトオクタン、1-イソシアナトノナン、1-イソシアナトデカン、イソシアナトシクロヘキサン、メトキシカルボニルイソシアネート、エトキシカルボニルイソシアネート、プロポキシカルボニルイソシアネート、ブトキシカルボニルイソシアネート、メトキシスルホニルイソシアネート、エトキシスルホニルイソシアネート、プロポキシスルホニルイソシアネート、ブトキシスルホニルイソシアネート、フルオロスルホニルイソシアネート、メチルイソシアネート、ブチルイソシアネート、フェニルイソシアネート、2-イソシアナトエチルアクリレート、2-イソシアナトエチルメタクリレート、エチルイソシアネート等が挙げられる。 Specific examples of monoisocyanates include isocyanatomethane, isocyanatoethane, 1-isocyanatopropane, 1-isocyanatobutane, 1-isocyanatopentane, 1-isocyanatohexane, 1-isocyanatoheptane, 1-isocyanatooctane, 1-isocyanatononane, 1-isocyanatodecane, isocyanatocyclohexane, methoxycarbonyl isocyanate, ethoxycarbonyl isocyanate, propoxycarbonyl isocyanate, butoxycarbonyl isocyanate, methoxysulfonyl isocyanate, ethoxysulfonyl isocyanate, propoxysulfonyl isocyanate, butoxysulfonyl isocyanate, fluorosulfonyl isocyanate, methyl isocyanate, butyl isocyanate, phenyl isocyanate, 2-isocyanatoethyl acrylate, 2-isocyanatoethyl methacrylate, and ethyl isocyanate.
ジイソシアネート類の具体例としては、1,4-ジイソシアナトブタン、1,5-ジイソシアナトペンタン、1,6-ジイソシアナトヘキサン、1,7-ジイソシアナトヘプタン、1,8-ジイソシアナトオクタン、1,9-ジイソシアナトノナン、1,10-ジイソシアナトデカン、1,3-ジイソシアナトプロペン、1,4-ジイソシアナト-2-ブテン、1,4-ジイソシアナト-2-フルオロブタン、1,4-ジイソシアナト-2,3-ジフルオロブタン、1,5-ジイソシアナト-2-ペンテン、1,5-ジイソシアナト-2-メチルペンタン、1,6-ジイソシアナト-2-ヘキセン、1,6-ジイソシアナト-3-ヘキセン、1,6-ジイソシアナト-3-フルオロヘキサン、1,6-ジイソシアナト-3,4-ジフルオロヘキサン、トルエンジイソシアネート、キシレンジイソシアネート、トリレンジイソシアネート、1,2-ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン、1,3-ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン、1,4-ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン、1,2-ジイソシアナトシクロヘキサン、1,3-ジイソシアナトシクロヘキサン、1,4-ジイソシアナトシクロヘキサン、ジシクロヘキシルメタン-1,1’-ジイソシアネート、ジシクロヘキシルメタン-2,2’-ジイソシアネート、ジシクロヘキシルメタン-3,3’-ジイソシアネート、ジシクロヘキシルメタン-4,4’-ジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、ビシクロ[2.2.1]ヘプタン-2,5-ジイルビス(メチル=イソシアネート)、ビシクロ[2.2.1]ヘプタン-2,6-ジイルビス(メチル=イソシアネート)、2,4,4-トリメチルヘキサメチレンジイソシアナート、2,2,4-トリメチルヘキサメチレンジイソシアナート、ヘキサメチレンジイソシアネート、1,4-フェニレンジイソシアネート、オクタメチレンジイソシアネート、テトラメチレンジイソシアネート等が挙げられる。 Specific examples of diisocyanates include 1,4-diisocyanatobutane, 1,5-diisocyanatopentane, 1,6-diisocyanatohexane, 1,7-diisocyanatoheptane, 1,8-diisocyanatooctane, 1,9-diisocyanatononane, 1,10-diisocyanatodecane, 1,3-diisocyanatopropene, 1,4-diisocyanato-2-butene, 1,4-diisocyanato-2-fluorobutane, and 1,4-diisocyanato-2,3-difluorobutane. 1,5-diisocyanato-2-pentene, 1,5-diisocyanato-2-methylpentane, 1,6-diisocyanato-2-hexene, 1,6-diisocyanato-3-hexene, 1,6-diisocyanato-3-fluorohexane, 1,6-diisocyanato-3,4-difluorohexane, toluene diisocyanate, xylene diisocyanate, tolylene diisocyanate, 1,2-bis(isocyanatomethyl)cyclohexane, 1,3-bis(isocyanatomethyl)cyclohexane 1,4-bis(isocyanatomethyl)cyclohexane, 1,2-diisocyanatocyclohexane, 1,3-diisocyanatocyclohexane, 1,4-diisocyanatocyclohexane, dicyclohexylmethane-1,1'-diisocyanate, dicyclohexylmethane-2,2'-diisocyanate, dicyclohexylmethane-3,3'-diisocyanate, dicyclohexylmethane-4,4'-diisocyanate, isophorone diisocyanate bis(methyl isocyanate), bicyclo[2.2.1]heptane-2,5-diylbis(methyl isocyanate), bicyclo[2.2.1]heptane-2,6-diylbis(methyl isocyanate), 2,4,4-trimethylhexamethylene diisocyanate, 2,2,4-trimethylhexamethylene diisocyanate, hexamethylene diisocyanate, 1,4-phenylene diisocyanate, octamethylene diisocyanate, tetramethylene diisocyanate, etc.
トリイソシアネート類の具体例としては、1,6,11-トリイソシアナトウンデカン、4-イソシアナトメチル-1,8-オクタメチレンジイソシアネート、1,3,5-トリイソシアネートメチルベンゼン、1,3,5-トリス(6-イソシアナトヘキサ-1-イル)-1,3,5-トリアジン-2,4,6(1H,3H,5H)-トリオン、4-(イソシアナトメチル)オクタメチレン=ジイソシアネート等が挙げられる。 Specific examples of triisocyanates include 1,6,11-triisocyanatoundecane, 4-isocyanatomethyl-1,8-octamethylene diisocyanate, 1,3,5-triisocyanatomethylbenzene, 1,3,5-tris(6-isocyanatohex-1-yl)-1,3,5-triazine-2,4,6(1H,3H,5H)-trione, and 4-(isocyanatomethyl)octamethylene diisocyanate.
中でも、1,6-ジイソシアナトヘキサン、1,3-ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン、1,3,5-トリス(6-イソシアナトヘキサ-1-イル)-1,3,5-トリアジン-2,4,6(1H,3H,5H)-トリオン、2,4,4-トリメチルヘキサメチレンジイソシアナート、2,2,4-トリメチルヘキサメチレンジイソシアナートが、工業的に入手し易いものであり、電解液の製造コストが低く抑えられる点で好ましく、また技術的な観点からも安定な被膜状の構造物の形成に寄与することができ、より好適に用いられる。 Among these, 1,6-diisocyanatohexane, 1,3-bis(isocyanatomethyl)cyclohexane, 1,3,5-tris(6-isocyanatohex-1-yl)-1,3,5-triazine-2,4,6(1H,3H,5H)-trione, 2,4,4-trimethylhexamethylene diisocyanate, and 2,2,4-trimethylhexamethylene diisocyanate are preferred because they are easily available industrially and can keep the manufacturing costs of the electrolyte low, and from a technical standpoint, they can contribute to the formation of a stable film-like structure, and are therefore more preferably used.
イソシアネートの含有量は、特に限定されず、本開示の効果を著しく損なわない限り任意であるが、電解液に対して、好ましくは0.001質量%以上、1.0質量%以下である。イソシアネートの含有量がこの下限以上であると、非水系電解液二次電池に、十分なサイクル特性向上効果をもたらすことができる。また、この上限以下であると、非水系電解液二次電池の初期の抵抗増加を避けることができる。イソシアネートの含有量は、より好ましくは0.01質量%以上、更に好ましくは0.1質量%以上、特に好ましくは0.2質量%以上、また、より好ましくは0.8質量%以下、更に好ましくは0.7質量%以下、特に好ましくは0.6質量%以下である。 The content of isocyanate is not particularly limited and may be any content as long as it does not significantly impair the effects of the present disclosure, but is preferably 0.001% by mass or more and 1.0% by mass or less with respect to the electrolyte. If the content of isocyanate is equal to or more than this lower limit, a sufficient cycle characteristic improvement effect can be brought about in the nonaqueous electrolyte secondary battery. If the content is equal to or less than this upper limit, an initial increase in resistance of the nonaqueous electrolyte secondary battery can be avoided. The content of isocyanate is more preferably 0.01% by mass or more, even more preferably 0.1% by mass or more, particularly preferably 0.2% by mass or more, and more preferably 0.8% by mass or less, even more preferably 0.7% by mass or less, particularly preferably 0.6% by mass or less.
本開示の電解液は、環状スルホン酸エステルを含んでもよい。環状スルホン酸エステルとしては、特に限定されず、任意の環状スルホン酸エステルを用いることができる。環状スルホン酸エステルの例としては、飽和環状スルホン酸エステル、不飽和環状スルホン酸エステル、飽和環状ジスルホン酸エステル、不飽和環状ジスルホン酸エステル等が挙げられる。 The electrolyte solution of the present disclosure may contain a cyclic sulfonate ester. The cyclic sulfonate ester is not particularly limited, and any cyclic sulfonate ester can be used. Examples of cyclic sulfonate esters include saturated cyclic sulfonate esters, unsaturated cyclic sulfonate esters, saturated cyclic disulfonate esters, and unsaturated cyclic disulfonate esters.
飽和環状スルホン酸エステルの具体例としては、1,3-プロパンスルトン、1-フルオロ-1,3-プロパンスルトン、2-フルオロ-1,3-プロパンスルトン、3-フルオロ-1,3-プロパンスルトン、1-メチル-1,3-プロパンスルトン、2-メチル-1,3-プロパンスルトン、3-メチル-1,3-プロパンスルトン、1,3-ブタンスルトン、1,4-ブタンスルトン、1-フルオロ-1,4-ブタンスルトン、2-フルオロ-1,4-ブタンスルトン、3-フルオロ-1,4-ブタンスルトン、4-フルオロ-1,4-ブタンスルトン、1-メチル-1,4-ブタンスルトン、2-メチル-1,4-ブタンスルトン、3-メチル-1,4-ブタンスルトン、4-メチル-1,4-ブタンスルトン、2,4-ブタンスルトン等が挙げられる。 Specific examples of saturated cyclic sulfonic acid esters include 1,3-propane sultone, 1-fluoro-1,3-propane sultone, 2-fluoro-1,3-propane sultone, 3-fluoro-1,3-propane sultone, 1-methyl-1,3-propane sultone, 2-methyl-1,3-propane sultone, 3-methyl-1,3-propane sultone, 1,3-butane sultone, 1,4-butane sultone, 1-fluoro-1,4-butane sultone, 2-fluoro-1,4-butane sultone, 3-fluoro-1,4-butane sultone, 4-fluoro-1,4-butane sultone, 1-methyl-1,4-butane sultone, 2-methyl-1,4-butane sultone, 3-methyl-1,4-butane sultone, 4-methyl-1,4-butane sultone, and 2,4-butane sultone.
不飽和環状スルホン酸エステルの具体例としては、1-プロペン-1,3-スルトン、2-プロペン-1,3-スルトン、1-フルオロ-1-プロペン-1,3-スルトン、2-フルオロ-1-プロペン-1,3-スルトン、3-フルオロ-1-プロペン-1,3-スルトン、1-フルオロ-2-プロペン-1,3-スルトン、2-フルオロ-2-プロペン-1,3-スルトン、3-フルオロ-2-プロペン-1,3-スルトン、1-メチル-1-プロペン-1,3-スルトン、2-メチル-1-プロペン-1,3-スルトン、3-メチル-1-プロペン-1,3-スルトン、1-メチル-2-プロペン-1,3-スルトン、2-メチル-2-プロペン-1,3-スルトン、3-メチル-2-プロペン-1,3-スルトン、1-ブテン-1,4-スルトン、2-ブテン-1,4-スルトン、3-ブテン-1,4-スルトン、1-フルオロ-1-ブテン-1,4-スルトン、2-フルオロ-1-ブテン-1,4-スルトン、3-フルオロ-1-ブテン-1,4-スルトン、4-フルオロ-1-ブテン-1,4-スルトン、1-フルオロ-2-ブテン-1,4-スルトン、2-フルオロ-2-ブテン-1,4-スルトン、3-フルオロ-2-ブテン-1,4-スルトン、4-フルオロ-2-ブテン-1,4-スルトン、1,3-プロペンスルトン、1-フルオロ-3-ブテン-1,4-スルトン、2-フルオロ-3-ブテン-1,4-スルトン、3-フルオロ-3-ブテン-1,4-スルトン、4-フルオロ-3-ブテン-1,4-スルトン、1-メチル-1-ブテン-1,4-スルトン、2-メチル-1-ブテン-1,4-スルトン、3-メチル-1-ブテン-1,4-スルトン、4-メチル-1-ブテン-1,4-スルトン、1-メチル-2-ブテン-1,4-スルトン、2-メチル-2-ブテン-1,4-スルトン、3-メチル-2-ブテン-1,4-スルトン、4-メチル-2-ブテン-1,4-スルトン、1-メチル-3-ブテン-1,4-スルトン、2-メチル-3-ブテン-1,4-スルトン、3-メチル-3-ブテン-1,4-スルトン、4-メチル-3-ブテン-14-スルトン等が挙げられる。 Specific examples of unsaturated cyclic sulfonic acid esters include 1-propene-1,3-sultone, 2-propene-1,3-sultone, 1-fluoro-1-propene-1,3-sultone, 2-fluoro-1-propene-1,3-sultone, 3-fluoro-1-propene-1,3-sultone, 1-fluoro-2-propene-1,3-sultone, 2-fluoro-2-propene-1,3-sultone, 3-fluoro-2-propene-1,3-sultone, 1-methyl-1-propene-1,3-sultone, 2-methyl-1-propene 1-Butene-1,4-sultone, 2-Butene-1,4-sultone, 3-Butene-1,4-sultone, 1-Fluoro-1-butene-1,4-sultone, 2-Fluoro-1-butene-1,4-sultone, 3-Fluoro-1-butene-1,4-sultone, 4-Fluoro-1-butene-1,4-sultone, 5-Fluoro-1-butene-1,4-sultone, 6-Fluoro-1-butene-1,4-sultone, 7-Fluoro-1-butene-1,4-sultone, 8-Fluoro-1-butene-1,4-sultone, 9-Fluoro-1-butene-1,4-sultone, 10-Fluoro-1-butene-1,4-sultone, 11-Fluoro-1-butene-1,4-sultone, 12-Fluoro-1-butene-1,4-sultone, 13-Fluoro-1-butene-1,4-sultone, 14-Fluoro-1-butene-1,4-sultone, 15-Fluoro-1-butene-1,4-sultone, 16-Fluoro-1-butene-1,4-sultone, 17-Fluoro-1-butene-1,4-sultone, 18-Fluoro-1-butene-1,4-sultone, 19-Fluoro-1-butene-1,4-sultone, 20-Fluoro-1-butene-1,4-sultone, 21-Fluoro-1-butene-1,4-sultone, 22-Fluoro-1-butene-1,4-sultone, 23-Fluoro-1-butene-1,4-sultone, 24-Fluoro-1-butene-1,4-sult -sultone, 1-fluoro-2-butene-1,4-sultone, 2-fluoro-2-butene-1,4-sultone, 3-fluoro-2-butene-1,4-sultone, 4-fluoro-2-butene-1,4-sultone, 1,3-propene sultone, 1-fluoro-3-butene-1,4-sultone, 2-fluoro-3-butene-1,4-sultone, 3-fluoro-3-butene-1,4-sultone, 4-fluoro-3-butene-1,4-sultone, 1-methyl-1-butene-1,4-sultone, 2-methyl-1-butene -1,4-sultone, 3-methyl-1-butene-1,4-sultone, 4-methyl-1-butene-1,4-sultone, 1-methyl-2-butene-1,4-sultone, 2-methyl-2-butene-1,4-sultone, 3-methyl-2-butene-1,4-sultone, 4-methyl-2-butene-1,4-sultone, 1-methyl-3-butene-1,4-sultone, 2-methyl-3-butene-1,4-sultone, 3-methyl-3-butene-1,4-sultone, 4-methyl-3-butene-14-sultone, etc.
中でも、1,3-プロパンスルトン、1-フルオロ-1,3-プロパンスルトン、2-フルオロ-1,3-プロパンスルトン、3-フルオロ-1,3-プロパンスルトン、1-プロペン-1,3-スルトンが、入手の容易さや安定な被膜状の構造物の形成に寄与することができる点から、より好適に用いられる。環状スルホン酸エステルの含有量は、特に限定されず、本開示の効果を著しく損なわない限り任意であるが、電解液に対して、好ましくは0.001質量%以上、3.0質量%以下である。 Among these, 1,3-propane sultone, 1-fluoro-1,3-propane sultone, 2-fluoro-1,3-propane sultone, 3-fluoro-1,3-propane sultone, and 1-propene-1,3-sultone are more preferably used because they are easily available and can contribute to the formation of a stable coating structure. The content of the cyclic sulfonate ester is not particularly limited and may be any amount as long as it does not significantly impair the effects of the present disclosure, but is preferably 0.001% by mass or more and 3.0% by mass or less with respect to the electrolyte.
環状スルホン酸エステルの含有量がこの下限以上であると、非水系電解液二次電池に、十分なサイクル特性向上効果をもたらすことができる。また、この上限以下であると、非水系電解液二次電池の製造コストの増加を避けることができる。環状スルホン酸エステルの含有量は、より好ましくは0.01質量%以上、更に好ましくは0.1質量%以上、特に好ましくは0.2質量%以上、また、より好ましくは2.5質量%以下、更に好ましくは2.0質量%以下、特に好ましくは1.8質量%以下である。 When the content of the cyclic sulfonic acid ester is equal to or greater than this lower limit, the nonaqueous electrolyte secondary battery can be provided with a sufficient effect of improving the cycle characteristics. When the content is equal to or less than this upper limit, an increase in the manufacturing cost of the nonaqueous electrolyte secondary battery can be avoided. The content of the cyclic sulfonic acid ester is more preferably 0.01% by mass or more, even more preferably 0.1% by mass or more, particularly preferably 0.2% by mass or more, and more preferably 2.5% by mass or less, even more preferably 2.0% by mass or less, particularly preferably 1.8% by mass or less.
本開示の電解液は、更に、重量平均分子量が2000~4000であり、末端に-OH、-OCOOH、又は、-COOHを有するポリエチレンオキシドを含有してもよい。
このような化合物を含有することにより、電極界面の安定性が向上し、電気化学デバイスの特性を向上させることができる。
上記ポリエチレンオキシドとしては、例えば、ポリエチレンオキシドモノオール、ポリエチレンオキシドカルボン酸、ポリエチレンオキシドジオール、ポリエチレンオキシドジカルボン酸、ポリエチレンオキシドトリオール、ポリエチレンオキシドトリカルボン酸等が挙げられる。これらは単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
なかでも、電気化学デバイスの特性がより良好となる点で、ポリエチレンオキシドモノオールとポリエチレンオキシドジオールの混合物、及び、ポリエチレンカルボン酸とポリエチレンジカルボン酸の混合物であることが好ましい。
The electrolyte solution of the present disclosure may further contain polyethylene oxide having a weight average molecular weight of 2000 to 4000 and having —OH, —OCOOH, or —COOH at its terminal.
By containing such a compound, the stability of the electrode interface is improved, and the characteristics of the electrochemical device can be improved.
Examples of the polyethylene oxide include polyethylene oxide monool, polyethylene oxide carboxylic acid, polyethylene oxide diol, polyethylene oxide dicarboxylic acid, polyethylene oxide triol, polyethylene oxide tricarboxylic acid, etc. These may be used alone or in combination of two or more kinds.
Among these, a mixture of polyethylene oxide monol and polyethylene oxide diol, and a mixture of polyethylene carboxylic acid and polyethylene dicarboxylic acid are preferred in terms of improving the properties of the electrochemical device.
上記ポリエチレンオキシドの重量平均分子量が小さすぎると、酸化分解されやすくなるおそれがある。上記重量平均分子量は、3000~4000がより好ましい。
上記重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)法によるポリスチレン換算により測定することができる。
If the weight-average molecular weight of the polyethylene oxide is too small, it may be easily decomposed by oxidation.
The weight average molecular weight can be measured in terms of polystyrene by gel permeation chromatography (GPC).
上記ポリエチレンオキシドの含有量は、電解液中1×10-6~1×10-2mol/kgであることが好ましい。上記ポリエチレンオキシドの含有量が多すぎると、電気化学デバイスの特性を損なうおそれがある。
上記ポリエチレンオキシドの含有量は、5×10-6mol/kg以上であることがより好ましい。
The content of the polyethylene oxide in the electrolyte is preferably 1×10 −6 to 1×10 −2 mol/kg. If the content of the polyethylene oxide is too high, the characteristics of the electrochemical device may be impaired.
The content of the polyethylene oxide is more preferably 5×10 −6 mol/kg or more.
本開示の電解液は、添加剤として、更に、フッ素化飽和環状カーボネート、不飽和環状カーボネート、過充電防止剤、その他の公知の助剤等を含有していてもよい。これにより、電気化学デバイスの特性の低下を抑制することができる。 The electrolyte solution of the present disclosure may further contain, as an additive, a fluorinated saturated cyclic carbonate, an unsaturated cyclic carbonate, an overcharge inhibitor, or other known auxiliary agents. This can suppress deterioration of the characteristics of the electrochemical device.
フッ素化飽和環状カーボネートとしては、上述した一般式(A)で示される化合物が挙げられる。なかでも、フルオロエチレンカーボネート、ジフルオロエチレンカーボネート、モノフルオロメチルエチレンカーボネート、トリフルオロメチルエチレンカーボネート、2,2,3,3,3-ペンタフルオロプロピルエチレンカーボネート(4-(2,2,3,3,3-ペンタフルオロ-プロピル)-[1,3]ジオキソラン-2-オン)が好ましい。フッ素化飽和環状カーボネートは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。 The fluorinated saturated cyclic carbonate may be a compound represented by the general formula (A) described above. Among them, fluoroethylene carbonate, difluoroethylene carbonate, monofluoromethylethylene carbonate, trifluoromethylethylene carbonate, and 2,2,3,3,3-pentafluoropropylethylene carbonate (4-(2,2,3,3,3-pentafluoro-propyl)-[1,3]dioxolan-2-one) are preferred. The fluorinated saturated cyclic carbonate may be used alone or in any combination and ratio of two or more kinds.
上記フッ素化飽和環状カーボネートの含有量は、上記電解液に対して、0.001~10質量%であることが好ましく、0.01~5質量%であることがより好ましく、0.1~3質量%であることが更に好ましい。 The content of the fluorinated saturated cyclic carbonate is preferably 0.001 to 10% by mass, more preferably 0.01 to 5% by mass, and even more preferably 0.1 to 3% by mass, relative to the electrolyte.
不飽和環状カーボネートとしては、ビニレンカーボネート類、芳香環又は炭素-炭素二重結合又は炭素-炭素三重結合を有する置換基で置換されたエチレンカーボネート類、フェニルカーボネート類、ビニルカーボネート類、アリルカーボネート類、カテコールカーボネート類等が挙げられる。 Examples of unsaturated cyclic carbonates include vinylene carbonates, ethylene carbonates substituted with a substituent having an aromatic ring or a carbon-carbon double bond or a carbon-carbon triple bond, phenyl carbonates, vinyl carbonates, allyl carbonates, and catechol carbonates.
ビニレンカーボネート類としては、ビニレンカーボネート、メチルビニレンカーボネート、4,5-ジメチルビニレンカーボネート、フェニルビニレンカーボネート、4,5-ジフェニルビニレンカーボネート、ビニルビニレンカーボネート、4,5-ジビニルビニレンカーボネート、アリルビニレンカーボネート、4,5-ジアリルビニレンカーボネート、4-フルオロビニレンカーボネート、4-フルオロ-5-メチルビニレンカーボネート、4-フルオロ-5-フェニルビニレンカーボネート、4-フルオロ-5-ビニルビニレンカーボネート、4-アリル-5-フルオロビニレンカーボネート、エチニルエチレンカーボネート、プロパルギルエチレンカーボネート、メチルビニレンカーボネート、ジメチルビニレンカーボネート等が挙げられる。 Examples of vinylene carbonates include vinylene carbonate, methyl vinylene carbonate, 4,5-dimethyl vinylene carbonate, phenyl vinylene carbonate, 4,5-diphenyl vinylene carbonate, vinyl vinylene carbonate, 4,5-divinyl vinylene carbonate, allyl vinylene carbonate, 4,5-diallyl vinylene carbonate, 4-fluoro vinylene carbonate, 4-fluoro-5-methyl vinylene carbonate, 4-fluoro-5-phenyl vinylene carbonate, 4-fluoro-5-vinyl vinylene carbonate, 4-allyl-5-fluoro vinylene carbonate, ethynyl ethylene carbonate, propargyl ethylene carbonate, methyl vinylene carbonate, and dimethyl vinylene carbonate.
芳香環又は炭素-炭素二重結合又は炭素-炭素三重結合を有する置換基で置換されたエチレンカーボネート類の具体例としては、ビニルエチレンカーボネート、4,5-ジビニルエチレンカーボネート、4-メチル-5-ビニルエチレンカーボネート、4-アリル-5-ビニルエチレンカーボネート、エチニルエチレンカーボネート、4,5-ジエチニルエチレンカーボネート、4-メチル-5-エチニルエチレンカーボネート、4-ビニル-5-エチニルエチレンカーボネート、4-アリル-5-エチニルエチレンカーボネート、フェニルエチレンカーボネート、4,5-ジフェニルエチレンカーボネート、4-フェニル-5-ビニルエチレンカーボネート、4-アリル-5-フェニルエチレンカーボネート、アリルエチレンカーボネート、4,5-ジアリルエチレンカーボネート、4-メチル-5-アリルエチレンカーボネート、4-メチレン-1,3-ジオキソラン-2-オン、4,5-ジメチレン-1,3-ジオキソラン-2-オン、4-メチル-5-アリルエチレンカーボネート等が挙げられる。 Specific examples of ethylene carbonates substituted with a substituent having an aromatic ring or a carbon-carbon double bond or a carbon-carbon triple bond include vinyl ethylene carbonate, 4,5-divinyl ethylene carbonate, 4-methyl-5-vinyl ethylene carbonate, 4-allyl-5-vinyl ethylene carbonate, ethynyl ethylene carbonate, 4,5-diethynyl ethylene carbonate, 4-methyl-5-ethynyl ethylene carbonate, 4-vinyl-5-ethynyl ethylene carbonate, 4-allyl-5-ethynyl Examples of such ethylene carbonates include 4,5-diphenylethylene carbonate, 4-phenyl-5-vinylethylene carbonate, 4-allyl-5-phenylethylene carbonate, allylethylene carbonate, 4,5-diallylethylene carbonate, 4-methyl-5-allylethylene carbonate, 4-methylene-1,3-dioxolan-2-one, 4,5-dimethylene-1,3-dioxolan-2-one, and 4-methyl-5-allylethylene carbonate.
なかでも、不飽和環状カーボネートとしては、ビニレンカーボネート、メチルビニレンカーボネート、4,5-ジメチルビニレンカーボネート、ビニルビニレンカーボネート、4,5-ビニルビニレンカーボネート、アリルビニレンカーボネート、4,5-ジアリルビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネート、4,5-ジビニルエチレンカーボネート、4-メチル-5-ビニルエチレンカーボネート、アリルエチレンカーボネート、4,5-ジアリルエチレンカーボネート、4-メチル-5-アリルエチレンカーボネート、4-アリル-5-ビニルエチレンカーボネート、エチニルエチレンカーボネート、4,5-ジエチニルエチレンカーボネート、4-メチル-5-エチニルエチレンカーボネート、4-ビニル-5-エチニルエチレンカーボネートが好ましい。また、ビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネート、エチニルエチレンカーボネートは更に安定な界面保護被膜を形成するので、特に好ましく、ビニレンカーボネートが最も好ましい。 Among these, preferred unsaturated cyclic carbonates are vinylene carbonate, methylvinylene carbonate, 4,5-dimethylvinylene carbonate, vinylvinylene carbonate, 4,5-vinylvinylene carbonate, allylvinylene carbonate, 4,5-diallylvinylene carbonate, vinylethylene carbonate, 4,5-divinylethylene carbonate, 4-methyl-5-vinylethylene carbonate, allylethylene carbonate, 4,5-diallylethylene carbonate, 4-methyl-5-allylethylene carbonate, 4-allyl-5-vinylethylene carbonate, ethynylethylene carbonate, 4,5-diethynylethylene carbonate, 4-methyl-5-ethynylethylene carbonate, and 4-vinyl-5-ethynylethylene carbonate. Additionally, vinylene carbonate, vinyl ethylene carbonate, and ethynyl ethylene carbonate are particularly preferred because they form more stable interface protective coatings, with vinylene carbonate being the most preferred.
不飽和環状カーボネートの分子量は、特に制限されず、本開示の効果を著しく損なわない限り任意である。分子量は、好ましくは、50以上、250以下である。この範囲であれば、電解液に対する不飽和環状カーボネートの溶解性を確保しやすく、本開示の効果が十分に発現されやすい。不飽和環状カーボネートの分子量は、より好ましくは80以上であり、また、より好ましくは150以下である。 The molecular weight of the unsaturated cyclic carbonate is not particularly limited and may be any value as long as it does not significantly impair the effects of the present disclosure. The molecular weight is preferably 50 or more and 250 or less. Within this range, it is easy to ensure the solubility of the unsaturated cyclic carbonate in the electrolyte solution, and the effects of the present disclosure are easily achieved. The molecular weight of the unsaturated cyclic carbonate is more preferably 80 or more and more preferably 150 or less.
不飽和環状カーボネートの製造方法は、特に制限されず、公知の方法を任意に選択して製造することが可能である。 The method for producing the unsaturated cyclic carbonate is not particularly limited, and any known method can be selected for production.
不飽和環状カーボネートは、1種を単独で用いても、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。 The unsaturated cyclic carbonates may be used alone or in any combination and ratio of two or more.
上記不飽和環状カーボネートの含有量は、特に制限されず、本開示の効果を著しく損なわない限り任意である。上記不飽和環状カーボネートの含有量は、電解液100質量%中0.001質量%以上が好ましく、より好ましくは0.01質量%以上、更に好ましくは0.1質量%以上である。また、上記含有量は、5質量%以下が好ましく、より好ましくは4質量%以下、更に好ましくは3質量%以下である。上記範囲内であれば、電解液を用いた電気化学デバイスが十分なサイクル特性向上効果を発現しやすく、また、高温保存特性が低下し、ガス発生量が多くなり、放電容量維持率が低下するといった事態を回避しやすい。 The content of the unsaturated cyclic carbonate is not particularly limited and may be any content as long as it does not significantly impair the effects of the present disclosure. The content of the unsaturated cyclic carbonate is preferably 0.001% by mass or more, more preferably 0.01% by mass or more, and even more preferably 0.1% by mass or more, based on 100% by mass of the electrolyte. The content is preferably 5% by mass or less, more preferably 4% by mass or less, and even more preferably 3% by mass or less. If it is within the above range, an electrochemical device using the electrolyte is likely to exhibit a sufficient cycle characteristic improvement effect, and it is also easy to avoid situations such as a decrease in high-temperature storage characteristics, an increase in the amount of gas generated, and a decrease in the discharge capacity retention rate.
不飽和環状カーボネートとしては、上述のような非フッ素化不飽和環状カーボネートの他、フッ素化不飽和環状カーボネートも好適に用いることができる。
フッ素化不飽和環状カーボネートは、不飽和結合とフッ素原子とを有する環状カーボネートである。フッ素化不飽和環状カーボネートが有するフッ素原子の数は1以上があれば、特に制限されない。中でもフッ素原子が通常6以下、好ましくは4以下であり、1個又は2個のものが最も好ましい。
As the unsaturated cyclic carbonate, in addition to the above-mentioned non-fluorinated unsaturated cyclic carbonates, fluorinated unsaturated cyclic carbonates can also be suitably used.
The fluorinated unsaturated cyclic carbonate is a cyclic carbonate having an unsaturated bond and a fluorine atom. The number of fluorine atoms in the fluorinated unsaturated cyclic carbonate is not particularly limited as long as it is 1 or more. Among them, the number of fluorine atoms is usually 6 or less, preferably 4 or less, and most preferably 1 or 2.
フッ素化不飽和環状カーボネートとしては、フッ素化ビニレンカーボネート誘導体、芳香環又は炭素-炭素二重結合を有する置換基で置換されたフッ素化エチレンカーボネート誘導体等が挙げられる。 Examples of fluorinated unsaturated cyclic carbonates include fluorinated vinylene carbonate derivatives, and fluorinated ethylene carbonate derivatives substituted with a substituent having an aromatic ring or a carbon-carbon double bond.
フッ素化ビニレンカーボネート誘導体としては、4-フルオロビニレンカーボネート、4-フルオロ-5-メチルビニレンカーボネート、4-フルオロ-5-フェニルビニレンカーボネート、4-アリル-5-フルオロビニレンカーボネート、4-フルオロ-5-ビニルビニレンカーボネート等が挙げられる。 Examples of fluorinated vinylene carbonate derivatives include 4-fluorovinylene carbonate, 4-fluoro-5-methylvinylene carbonate, 4-fluoro-5-phenylvinylene carbonate, 4-allyl-5-fluorovinylene carbonate, and 4-fluoro-5-vinylvinylene carbonate.
芳香環又は炭素-炭素二重結合を有する置換基で置換されたフッ素化エチレンカーボネート誘導体としては、4-フルオロ-4-ビニルエチレンカーボネート、4-フルオロ-4-アリルエチレンカーボネート、4-フルオロ-5-ビニルエチレンカーボネート、4-フルオロ-5-アリルエチレンカーボネート、4,4-ジフルオロ-4-ビニルエチレンカーボネート、4,4-ジフルオロ-4-アリルエチレンカーボネート、4,5-ジフルオロ-4-ビニルエチレンカーボネート、4,5-ジフルオロ-4-アリルエチレンカーボネート、4-フルオロ-4,5-ジビニルエチレンカーボネート、4-フルオロ-4,5-ジアリルエチレンカーボネート、4,5-ジフルオロ-4,5-ジビニルエチレンカーボネート、4,5-ジフルオロ-4,5-ジアリルエチレンカーボネート、4-フルオロ-4-フェニルエチレンカーボネート、4-フルオロ-5-フェニルエチレンカーボネート、4,4-ジフルオロ-5-フェニルエチレンカーボネート、4,5-ジフルオロ-4-フェニルエチレンカーボネート等が挙げられる。 Fluorinated ethylene carbonate derivatives substituted with a substituent having an aromatic ring or a carbon-carbon double bond include 4-fluoro-4-vinylethylene carbonate, 4-fluoro-4-allylethylene carbonate, 4-fluoro-5-vinylethylene carbonate, 4-fluoro-5-allylethylene carbonate, 4,4-difluoro-4-vinylethylene carbonate, 4,4-difluoro-4-allylethylene carbonate, 4,5-difluoro-4-vinylethylene carbonate, 4,5-difluoro-4-arylethylene carbonate, Examples of such ethylene carbonates include 4-fluoro-4,5-divinylethylene carbonate, 4-fluoro-4,5-diallylethylene carbonate, 4,5-difluoro-4,5-divinylethylene carbonate, 4,5-difluoro-4,5-diallylethylene carbonate, 4-fluoro-4-phenylethylene carbonate, 4-fluoro-5-phenylethylene carbonate, 4,4-difluoro-5-phenylethylene carbonate, and 4,5-difluoro-4-phenylethylene carbonate.
なかでも、フッ素化不飽和環状カーボネートとしては、4-フルオロビニレンカーボネート、4-フルオロ-5-メチルビニレンカーボネート、4-フルオロ-5-ビニルビニレンカーボネート、4-アリル-5-フルオロビニレンカーボネート、4-フルオロ-4-ビニルエチレンカーボネート、4-フルオロ-4-アリルエチレンカーボネート、4-フルオロ-5-ビニルエチレンカーボネート、4-フルオロ-5-アリルエチレンカーボネート、4,4-ジフルオロ-4-ビニルエチレンカーボネート、4,4-ジフルオロ-4-アリルエチレンカーボネート、4,5-ジフルオロ-4-ビニルエチレンカーボネート、4,5-ジフルオロ-4-アリルエチレンカーボネート、4-フルオロ-4,5-ジビニルエチレンカーボネート、4-フルオロ-4,5-ジアリルエチレンカーボネート、4,5-ジフルオロ-4,5-ジビニルエチレンカーボネート、4,5-ジフルオロ-4,5-ジアリルエチレンカーボネートが、安定な界面保護被膜を形成するので、より好適に用いられる。 Among these, examples of fluorinated unsaturated cyclic carbonates include 4-fluorovinylene carbonate, 4-fluoro-5-methylvinylene carbonate, 4-fluoro-5-vinylvinylene carbonate, 4-allyl-5-fluorovinylene carbonate, 4-fluoro-4-vinylethylene carbonate, 4-fluoro-4-allylethylene carbonate, 4-fluoro-5-vinylethylene carbonate, 4-fluoro-5-allylethylene carbonate, and 4,4-difluoro-4-vinylethylene carbonate. Carbonate, 4,4-difluoro-4-allylethylene carbonate, 4,5-difluoro-4-vinylethylene carbonate, 4,5-difluoro-4-allylethylene carbonate, 4-fluoro-4,5-divinylethylene carbonate, 4-fluoro-4,5-diallylethylene carbonate, 4,5-difluoro-4,5-divinylethylene carbonate, and 4,5-difluoro-4,5-diallylethylene carbonate are more preferably used because they form a stable interface protective coating.
フッ素化不飽和環状カーボネートの分子量は、特に制限されず、本開示の効果を著しく損なわない限り任意である。分子量は、好ましくは、50以上であり、また、500以下である。この範囲であれば、電解液に対するフッ素化不飽和環状カーボネートの溶解性を確保しやすい。 The molecular weight of the fluorinated unsaturated cyclic carbonate is not particularly limited and may be any as long as it does not significantly impair the effects of the present disclosure. The molecular weight is preferably 50 or more and 500 or less. Within this range, it is easy to ensure the solubility of the fluorinated unsaturated cyclic carbonate in the electrolyte.
フッ素化不飽和環状カーボネートの製造方法は、特に制限されず、公知の方法を任意に選択して製造することが可能である。分子量は、より好ましくは100以上であり、また、より好ましくは200以下である。 The method for producing the fluorinated unsaturated cyclic carbonate is not particularly limited, and any known method can be selected for production. The molecular weight is more preferably 100 or more, and more preferably 200 or less.
フッ素化不飽和環状カーボネートは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。また、フッ素化不飽和環状カーボネートの含有量は、特に制限されず、本開示の効果を著しく損なわない限り任意である。フッ素化不飽和環状カーボネートの含有量は、通常、電解液100質量%中、好ましくは0.001質量%以上、より好ましくは0.01質量%以上、更に好ましくは0.1質量%以上であり、また、好ましくは5質量%以下、より好ましくは4質量%以下、更に好ましくは3質量%以下である。この範囲内であれば、電解液を用いた電気化学デバイスが十分なサイクル特性向上効果を発現しやすく、また、高温保存特性が低下し、ガス発生量が多くなり、放電容量維持率が低下するといった事態を回避しやすい。 The fluorinated unsaturated cyclic carbonate may be used alone or in any combination and ratio of two or more kinds. The content of the fluorinated unsaturated cyclic carbonate is not particularly limited and may be any content as long as it does not significantly impair the effects of the present disclosure. The content of the fluorinated unsaturated cyclic carbonate is usually, in 100 mass% of the electrolyte, preferably 0.001 mass% or more, more preferably 0.01 mass% or more, even more preferably 0.1 mass% or more, and preferably 5 mass% or less, more preferably 4 mass% or less, and even more preferably 3 mass% or less. Within this range, an electrochemical device using the electrolyte is likely to exhibit a sufficient cycle characteristic improvement effect, and it is also easy to avoid situations such as a decrease in high-temperature storage characteristics, an increase in gas generation, and a decrease in discharge capacity retention rate.
本開示の電解液は、三重結合を有する化合物を含んでいてもよい。分子内に三重結合を1つ以上有している化合物であれば特にその種類は限定されない。
三重結合を有する化合物の具体例としては、例えば、以下の化合物が挙げられる。
1-ペンチン、2-ペンチン、1-ヘキシン、2-ヘキシン、3-ヘキシン、1-ヘプチン、2-ヘプチン、3-ヘプチン、1-オクチン、2-オクチン、3-オクチン、4-オクチン、1-ノニン、2-ノニン、3-ノニン、4-ノニン、1-ドデシン、2-ドデシン、3-ドデシン、4-ドデシン、5-ドデシン、フェニルアセチレン、1-フェニル-1-プロピン、1-フェニル-2-プロピン、1-フェニル-1-ブチン、4-フェニル-1-ブチン、4-フェニル-1-ブチン、1-フェニル-1-ペンチン、5-フェニル-1-ペンチン、1-フェニル-1-ヘキシン、6-フェニル-1-ヘキシン、ジフェニルアセチレン、4-エチニルトルエン、ジシクロヘキシルアセチレン等の炭化水素化合物;
The electrolyte solution of the present disclosure may contain a compound having a triple bond. The type of the compound is not particularly limited as long as the compound has one or more triple bonds in the molecule.
Specific examples of the compound having a triple bond include the following compounds.
Hydrocarbon compounds such as 1-pentyne, 2-pentyne, 1-hexyne, 2-hexyne, 3-hexyne, 1-heptyne, 2-heptyne, 3-heptyne, 1-octyne, 2-octyne, 3-octyne, 4-octyne, 1-nonyne, 2-nonyne, 3-nonyne, 4-nonyne, 1-dodecyne, 2-dodecyne, 3-dodecyne, 4-dodecyne, 5-dodecyne, phenylacetylene, 1-phenyl-1-propyne, 1-phenyl-2-propyne, 1-phenyl-1-butyne, 4-phenyl-1-butyne, 4-phenyl-1-butyne, 1-phenyl-1-pentyne, 5-phenyl-1-pentyne, 1-phenyl-1-hexyne, 6-phenyl-1-hexyne, diphenylacetylene, 4-ethynyltoluene, and dicyclohexylacetylene;
2-プロピニルメチルカーボネート、2-プロピニルエチルカーボネート、2-プロピニルプロピルカーボネート、2-プロピニルブチルカーボネート、2-プロピニルフェニルカーボネート、2-プロピニルシクロヘキシルカーボネート、ジ-2-プロピニルカーボネート、1-メチル-2-プロピニルメチルカーボネート、1、1-ジメチル-2-プロピニルメチルカーボネート、2-ブチニルメチルカーボネート、3-ブチニルメチルカーボネート、2-ペンチニルメチルカーボネート、3-ペンチニルメチルカーボネート、4-ペンチニルメチルカーボネート等のモノカーボネート;2-ブチン-1,4-ジオールジメチルジカーボネート、2-ブチン-1,4-ジオールジエチルジカーボネート、2-ブチン-1,4-ジオールジプロピルジカーボネート、2-ブチン-1,4-ジオールジブチルジカーボネート、2-ブチン-1,4-ジオールジフェニルジカーボネート、2-ブチン-1,4-ジオールジシクロヘキシルジカーボネート等のジカーボネート; 2-propynyl methyl carbonate, 2-propynyl ethyl carbonate, 2-propynyl propyl carbonate, 2-propynyl butyl carbonate, 2-propynyl phenyl carbonate, 2-propynyl cyclohexyl carbonate, di-2-propynyl carbonate, 1-methyl-2-propynyl methyl carbonate, 1,1-dimethyl-2-propynyl methyl carbonate, 2-butynyl methyl carbonate, 3-butynyl methyl carbonate, 2-pentynyl methyl carbonate Monocarbonates such as 2-butyne-1,4-diol dimethyl dicarbonate, 2-butyne-1,4-diol diethyl dicarbonate, 2-butyne-1,4-diol dipropyl dicarbonate, 2-butyne-1,4-diol dibutyl dicarbonate, 2-butyne-1,4-diol diphenyl dicarbonate, and 2-butyne-1,4-diol dicyclohexyl dicarbonate;
酢酸2-プロピニル、プロピオン酸2-プロピニル、酪酸2-プロピニル、安息香酸2-プロピニル、シクロヘキシルカルボン酸2-プロピニル、酢酸1,1-ジメチル-2-プロピニル、プロピオン酸1,1-ジメチル-2-プロピニル、酪酸1,1-ジメチル-2-プロピニル、安息香酸1,1-ジメチル-2-プロピニル、シクロヘキシルカルボン酸1,1-ジメチル-2-プロピニル、酢酸2-ブチニル、酢酸3-ブチニル、酢酸2-ペンチニル、酢酸3-ペンチニル、酢酸4-ペンチニル、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸プロピル、アクリル酸ビニル、アクリル酸2-プロペニル、アクリル酸2-ブテニル、アクリル酸3-ブテニル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸プロピル、メタクリル酸ビニル、メタクリル酸2-プロペニル、メタクリル酸2-ブテニル、メタクリル酸3-ブテニル、2-プロピン酸メチル、2-プロピン酸エチル、2-プロピン酸プロピル、2-プロピン酸ビニル、2-プロピン酸2-プロペニル、2-プロピン酸2-ブテニル、2-プロピン酸3-ブテニル、2-ブチン酸メチル、2-ブチン酸エチル、2-ブチン酸プロピル、2-ブチン酸ビニル、2-ブチン酸2-プロペニル、2-ブチン酸2-ブテニル、2-ブチン酸3-ブテニル、3-ブチン酸メチル、3-ブチン酸エチル、3-ブチン酸プロピル、3-ブチン酸ビニル、3-ブチン酸2-プロペニル、3-ブチン酸2-ブテニル、3-ブチン酸3-ブテニル、2-ペンチン酸メチル、2-ペンチン酸エチル、2-ペンチン酸プロピル、2-ペンチン酸ビニル、2-ペンチン酸2-プロペニル、2-ペンチン酸2-ブテニル、2-ペンチン酸3-ブテニル、3-ペンチン酸メチル、3-ペンチン酸エチル、3-ペンチン酸プロピル、3-ペンチン酸ビニル、3-ペンチン酸2-プロペニル、3-ペンチン酸2-ブテニル、3-ペンチン酸3-ブテニル、4-ペンチン酸メチル、4-ペンチン酸エチル、4-ペンチン酸プロピル、4-ペンチン酸ビニル、4-ペンチン酸2-プロペニル、4-ペンチン酸2-ブテニル、4-ペンチン酸3-ブテニル等のモノカルボン酸エステル、フマル酸エステル、トリメチル酢酸メチル、トリメチル酢酸エチル; 2-propynyl acetate, 2-propynyl propionate, 2-propynyl butyrate, 2-propynyl benzoate, 2-propynyl cyclohexylcarboxylate, 1,1-dimethyl-2-propynyl acetate, 1,1-dimethyl-2-propynyl propionate, 1,1-dimethyl-2-propynyl butyrate, 1,1-dimethyl-2-propynyl benzoate, 1,1-dimethyl-2-propynyl cyclohexylcarboxylate, 2-butynyl acetate, 3-butynyl acetate, 2-pentynyl acetate, 3-pentynyl acetate, 4-pentynyl acetate, methyl acrylate, Ethyl acrylate, propyl acrylate, vinyl acrylate, 2-propenyl acrylate, 2-butenyl acrylate, 3-butenyl acrylate, methyl methacrylate, ethyl methacrylate, propyl methacrylate, vinyl methacrylate, 2-propenyl methacrylate, 2-butenyl methacrylate, 3-butenyl methacrylate, methyl 2-propynoate, ethyl 2-propynoate, propyl 2-propynoate, vinyl 2-propynoate, 2-propenyl 2-propynoate, 2-butenyl 2-propynoate, 3-butenyl 2-propynoate, 2 methyl 2-butynoate, ethyl 2-butynoate, propyl 2-butynoate, vinyl 2-butynoate, 2-propenyl 2-butynoate, 2-butenyl 2-butynoate, 3-butenyl 2-butynoate, methyl 3-butynoate, ethyl 3-butynoate, propyl 3-butynoate, vinyl 3-butynoate, 2-propenyl 3-butynoate, 2-butenyl 3-butynoate, 3-butenyl 3-butynoate, methyl 2-pentynoate, ethyl 2-pentynoate, propyl 2-pentynoate, vinyl 2-pentynoate, 2-propenyl 2-pentynoate, 2-butenyl 2-pentynoate, Monocarboxylic acid esters such as 3-butenyl 2-pentynoate, methyl 3-pentynoate, ethyl 3-pentynoate, propyl 3-pentynoate, vinyl 3-pentynoate, 2-propenyl 3-pentynoate, 2-butenyl 3-pentynoate, 3-butenyl 3-pentynoate, methyl 4-pentynoate, ethyl 4-pentynoate, propyl 4-pentynoate, vinyl 4-pentynoate, 2-propenyl 4-pentynoate, 2-butenyl 4-pentynoate, 3-butenyl 4-pentynoate, fumaric acid esters, methyl trimethylacetate, ethyl trimethylacetate;
2-ブチン-1,4-ジオールジアセテート、2-ブチン-1,4-ジオールジプロピオネート、2-ブチン-1,4-ジオールジブチレート、2-ブチン-1,4-ジオールジベンゾエート、2-ブチン-1,4-ジオールジシクロヘキサンカルボキシレート、ヘキサヒドロベンゾ[1,3,2]ジオキサチオラン-2-オキシド(1,2-シクロヘキサンジオール、2,2-ジオキシド-1,2-オキサチオラン-4-イルアセテート、2,2-ジオキシド-1,2-オキサチオラン-4-イルアセテート等のジカルボン酸エステル; Dicarboxylic acid esters such as 2-butyne-1,4-diol diacetate, 2-butyne-1,4-diol dipropionate, 2-butyne-1,4-diol dibutyrate, 2-butyne-1,4-diol dibenzoate, 2-butyne-1,4-diol dicyclohexanecarboxylate, hexahydrobenzo[1,3,2]dioxathiolan-2-oxide (1,2-cyclohexanediol, 2,2-dioxide-1,2-oxathiolan-4-yl acetate, 2,2-dioxide-1,2-oxathiolan-4-yl acetate;
シュウ酸メチル2-プロピニル、シュウ酸エチル2-プロピニル、シュウ酸プロピル2-プロピニル、シュウ酸2-プロピニルビニル、シュウ酸アリル2-プロピニル、シュウ酸ジ-2-プロピニル、シュウ酸2-ブチニルメチル、シュウ酸2-ブチニルエチル、シュウ酸2-ブチニルプロピル、シュウ酸2-ブチニルビニル、シュウ酸アリル2-ブチニル、シュウ酸ジ-2-ブチニル、シュウ酸3-ブチニルメチル、シュウ酸3-ブチニルエチル、シュウ酸3-ブチニルプロピル、シュウ酸3-ブチニルビニル、シュウ酸アリル3-ブチニル、シュウ酸ジ-3-ブチニル等のシュウ酸ジエステル; Oxalic acid diesters such as methyl 2-propynyl oxalate, ethyl 2-propynyl oxalate, propyl 2-propynyl oxalate, vinyl 2-propynyl oxalate, allyl 2-propynyl oxalate, di-2-propynyl oxalate, 2-butynylmethyl oxalate, 2-butynylethyl oxalate, 2-butynylpropyl oxalate, vinyl 2-butynyl oxalate, allyl 2-butynyl oxalate, di-2-butynyl oxalate, 3-butynylmethyl oxalate, 3-butynylethyl oxalate, 3-butynylpropyl oxalate, vinyl 3-butynyl oxalate, allyl 3-butynyl oxalate, and di-3-butynyl oxalate;
メチル(2-プロピニル)(ビニル)ホスフィンオキシド、ジビニル(2-プロピニル)ホスフィンオキシド、ジ(2-プロピニル)(ビニル)ホスフィンオキシド、ジ(2-プロペニル)2(-プロピニル)ホスフィンオキシド、ジ(2-プロピニル)(2-プロペニル)ホスフィンオキシド、ジ(3-ブテニル)(2-プロピニル)ホスフィンオキシド、及びジ(2-プロピニル)(3-ブテニル)ホスフィンオキシド等のホスフィンオキシド; Phosphine oxides such as methyl(2-propynyl)(vinyl)phosphine oxide, divinyl(2-propynyl)phosphine oxide, di(2-propynyl)(vinyl)phosphine oxide, di(2-propenyl)2(-propynyl)phosphine oxide, di(2-propynyl)(2-propenyl)phosphine oxide, di(3-butenyl)(2-propynyl)phosphine oxide, and di(2-propynyl)(3-butenyl)phosphine oxide;
メチル(2-プロペニル)ホスフィン酸2-プロピニル、2-ブテニル(メチル)ホスフィン酸2-プロピニル、ジ(2-プロペニル)ホスフィン酸2-プロピニル、ジ(3-ブテニル)ホスフィン酸2-プロピニル、メチル(2-プロペニル)ホスフィン酸1,1-ジメチル-2-プロピニル、2-ブテニル(メチル)ホスフィン酸1,1-ジメチル-2-プロピニル、ジ(2-プロペニル)ホスフィン酸1,1-ジメチル-2-プロピニル、及びジ(3-ブテニル)ホスフィン酸1,1-ジメチル-2-プロピニル、メチル(2-プロピニル)ホスフィン酸2-プロペニル、メチル(2-プロピニル)ホスフィン酸3-ブテニル、ジ(2-プロピニル)ホスフィン酸2-プロペニル、ジ(2-プロピニル)ホスフィン酸3-ブテニル、2-プロピニル(2-プロペニル)ホスフィン酸2-プロペニル、及び2-プロピニル(2-プロペニル)ホスフィン酸3-ブテニル等のホスフィン酸エステル; 2-propynyl methyl(2-propenyl)phosphinate, 2-propynyl 2-butenyl(methyl)phosphinate, 2-propynyl di(2-propenyl)phosphinate, 2-propynyl di(3-butenyl)phosphinate, 1,1-dimethyl-2-propynyl methyl(2-propenyl)phosphinate, 1,1-dimethyl-2-propynyl 2-butenyl(methyl)phosphinate, 1,1-dimethyl-2-propynyl di(2-propenyl)phosphinate, and Phosphinic acid esters such as 1,1-dimethyl-2-propynyl di(3-butenyl)phosphinate, 2-propenyl methyl(2-propynyl)phosphinate, 3-butenyl methyl(2-propynyl)phosphinate, 2-propenyl di(2-propynyl)phosphinate, 3-butenyl di(2-propynyl)phosphinate, 2-propenyl 2-propenyl (2-propenyl)phosphinate, and 3-butenyl 2-propynyl (2-propenyl)phosphinate;
2-プロペニルホスホン酸メチル2-プロピニル、2-ブテニルホスホン酸メチル(2-プロピニル)、2-プロペニルホスホン酸(2-プロピニル)(2-プロペニル)、3-ブテニルホスホン酸(3-ブテニル)(2-プロピニル)、2-プロペニルホスホン酸(1,1-ジメチル-2-プロピニル)(メチル)、2-ブテニルホスホン酸(1,1-ジメチル-2-プロピニル)(メチル)、2-プロペニルホスホン酸(1,1-ジメチル-2-プロピニル)(2-プロペニル)、及び3-ブテニルホスホン酸(3-ブテニル)(1,1-ジメチル-2-プロピニル)、メチルホスホン酸(2-プロピニル)(2-プロペニル)、メチルホスホン酸(3-ブテニル)(2-プロピニル)、メチルホスホン酸(1,1-ジメチル-2-プロピニル)(2-プロペニル)、メチルホスホン酸(3-ブテニル)(1,1-ジメチル-2-プロピニル)、エチルホスホン酸(2-プロピニル)(2-プロペニル)、エチルホスホン酸(3-ブテニル)(2-プロピニル)、エチルホスホン酸(1,1-ジメチル-2-プロピニル)(2-プロペニル)、及びエチルホスホン酸(3-ブテニル)(1,1-ジメチル-2-プロピニル)等のホスホン酸エステル; 2-propenylphosphonic acid methyl 2-propynyl, 2-butenylphosphonic acid methyl (2-propynyl), 2-propenylphosphonic acid (2-propynyl) (2-propenyl), 3-butenylphosphonic acid (3-butenyl) (2-propynyl), 2-propenylphosphonic acid (1,1-dimethyl-2-propynyl) (methyl), 2-butenylphosphonic acid (1,1-dimethyl-2-propynyl) (methyl), 2-propenylphosphonic acid (1,1-dimethyl-2-propynyl) (2-propenyl), and 3-butenylphosphonic acid (3-butenyl) (1,1-dimethyl-2-propynyl), methyl Phosphonic acid esters such as ethylphosphonic acid (2-propynyl) (2-propenyl), methylphosphonic acid (3-butenyl) (2-propynyl), methylphosphonic acid (1,1-dimethyl-2-propynyl) (2-propenyl), methylphosphonic acid (3-butenyl) (1,1-dimethyl-2-propynyl), ethylphosphonic acid (2-propynyl) (2-propenyl), ethylphosphonic acid (3-butenyl) (2-propynyl), ethylphosphonic acid (1,1-dimethyl-2-propynyl) (2-propenyl), and ethylphosphonic acid (3-butenyl) (1,1-dimethyl-2-propynyl);
リン酸(メチル)(2-プロペニル)(2-プロピニル)、リン酸(エチル)(2-プロペニル)(2-プロピニル)、リン酸(2-ブテニル)(メチル)(2-プロピニル)、リン酸(2-ブテニル)(エチル)(2-プロピニル)、リン酸(1,1-ジメチル-2-プロピニル)(メチル)(2-プロペニル)、リン酸(1,1-ジメチル-2-プロピニル)(エチル)(2-プロペニル)、リン酸(2-ブテニル)(1,1-ジメチル-2-プロピニル)(メチル)、及びリン酸(2-ブテニル)(エチル)(1,1-ジメチル-2-プロピニル)等のリン酸エステル; Phosphate esters such as (methyl)(2-propenyl)(2-propynyl) phosphate, (ethyl)(2-propenyl)(2-propynyl) phosphate, (2-butenyl)(methyl)(2-propynyl) phosphate, (2-butenyl)(ethyl)(2-propynyl) phosphate, (1,1-dimethyl-2-propynyl)(methyl)(2-propenyl) phosphate, (1,1-dimethyl-2-propynyl)(ethyl)(2-propenyl) phosphate, (2-butenyl)(1,1-dimethyl-2-propynyl)(methyl) phosphate, and (2-butenyl)(ethyl)(1,1-dimethyl-2-propynyl) phosphate;
これらのうち、アルキニルオキシ基を有する化合物は、電解液中でより安定に負極被膜を形成するため好ましい。 Among these, compounds having an alkynyloxy group are preferred because they form a more stable negative electrode coating in the electrolyte.
更に、2-プロピニルメチルカーボネート、ジ-2-プロピニルカーボネート、2-ブチン-1,4-ジオールジメチルジカーボネート、酢酸2-プロピニル、2-ブチン-1,4-ジオールジアセテート、シュウ酸メチル2-プロピニル、シュウ酸ジ-2-プロピニル等の化合物が保存特性向上の点から特に好ましい。 Furthermore, compounds such as 2-propynyl methyl carbonate, di-2-propynyl carbonate, 2-butyne-1,4-diol dimethyl dicarbonate, 2-propynyl acetate, 2-butyne-1,4-diol diacetate, methyl 2-propynyl oxalate, and di-2-propynyl oxalate are particularly preferred in terms of improving storage properties.
上記三重結合を有する化合物は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。本開示の電解液全体に対する三重結合を有する化合物の配合量に制限は無く、本開示の効果を著しく損なわない限り任意であるが、本開示の電解液に対して、通常0.01質量%以上、好ましくは0.05質量%以上、より好ましくは0.1質量%以上、また、通常5質量%以下、好ましくは3質量%以下、より好ましくは1質量%以下の濃度で含有させる。上記範囲を満たした場合は、出力特性、負荷特性、サイクル特性、高温保存特性等の効果がより向上する。 The above-mentioned compound having a triple bond may be used alone or in any combination and ratio of two or more kinds. There is no limit to the amount of the compound having a triple bond in the entire electrolyte solution of the present disclosure, and it is arbitrary as long as it does not significantly impair the effects of the present disclosure. However, the compound is usually contained in the electrolyte solution of the present disclosure at a concentration of 0.01 mass% or more, preferably 0.05 mass% or more, more preferably 0.1 mass% or more, and usually 5 mass% or less, preferably 3 mass% or less, more preferably 1 mass% or less. When the above range is satisfied, the effects of output characteristics, load characteristics, cycle characteristics, high-temperature storage characteristics, etc. are further improved.
本開示の電解液においては、電解液を用いた電気化学デバイスが過充電等の状態になった際に電池の破裂・発火を効果的に抑制するために、過充電防止剤を用いることができる。 In the electrolyte of the present disclosure, an overcharge inhibitor can be used to effectively prevent the battery from exploding or catching fire when an electrochemical device using the electrolyte is overcharged or otherwise affected.
過充電防止剤としては、ビフェニル、o-ターフェニル、m-ターフェニル、p-ターフェニル等の無置換又はアルキル基で置換されたターフェニル誘導体、無置換又はアルキル基で置換されたターフェニル誘導体の部分水素化物、シクロヘキシルベンゼン、t-ブチルベンゼン、t-アミルベンゼン、ジフェニルエーテル、ジベンゾフラン、ジフェニルシクロヘキサン、1,1,3-トリメチル-3-フェニルインダン、シクロペンチルベンゼン、シクロヘキシルベンゼン、クメン、1,3-ジイソプロピルベンゼン、1,4-ジイソプロピルベンゼン、t-ブチルベンゼン、t-アミルベンゼン、t-ヘキシルベンゼン、アニソール等の芳香族化合物;2-フルオロビフェニル、4-フルオロビフェニル、o-シクロヘキシルフルオロベンゼン、p-シクロヘキシルフルオロベンゼン、o-シクロヘキシルフルオロベンゼン、p-シクロヘキシルフルオロベンゼンフルオロベンゼン、フルオロトルエン、ベンゾトリフルオリド等の上記芳香族化合物の部分フッ素化物;2,4-ジフルオロアニソール、2,5-ジフルオロアニソール、1,6-ジフルオロアニソール、2,6-ジフルオロアニソール、3,5-ジフルオロアニソール等の含フッ素アニソール化合物;3-プロピルフェニルアセテート、2-エチルフェニルアセテート、ベンジルフェニルアセテート、メチルフェニルアセテート、ベンジルアセテート、フェネチルフェニルアセテート等の芳香族アセテート類;ジフェニルカーボネート、メチルフェニルカーボネート等の芳香族カーボネート類、トルエン、キシレン等のトルエン誘導体、2-メチルビフェニル、3-メチルビフェニル、4-メチルビフェニル、o-シクロヘキシルビフェニル等の無置換又はアルキル基で置換されたビフェニル誘導体等が挙げられる。中でも、ビフェニル、アルキルビフェニル、ターフェニル、ターフェニルの部分水素化体、シクロヘキシルベンゼン、t-ブチルベンゼン、t-アミルベンゼン、ジフェニルエーテル、ジベンゾフラン等の芳香族化合物、ジフェニルシクロヘキサン、1,1,3-トリメチル-3-フェニルインダン、3-プロピルフェニルアセテート、2-エチルフェニルアセテート、ベンジルフェニルアセテート、メチルフェニルアセテート、ベンジルアセテート、ジフェニルカーボネート、メチルフェニルカーボネート等が好ましい。これらは1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。2種以上併用する場合は、特に、シクロヘキシルベンゼンとt-ブチルベンゼン又はt-アミルベンゼンとの組み合わせ、ビフェニル、アルキルビフェニル、ターフェニル、ターフェニルの部分水素化体、シクロヘキシルベンゼン、t-ブチルベンゼン、t-アミルベンゼン等の酸素を含有しない芳香族化合物から選ばれる少なくとも1種と、ジフェニルエーテル、ジベンゾフラン等の含酸素芳香族化合物から選ばれる少なくとも1種を併用するのが過充電防止特性と高温保存特性のバランスの点から好ましい。 Overcharge inhibitors include unsubstituted or alkyl group-substituted terphenyl derivatives such as biphenyl, o-terphenyl, m-terphenyl, and p-terphenyl, partial hydrogenation products of unsubstituted or alkyl group-substituted terphenyl derivatives, aromatic compounds such as cyclohexylbenzene, t-butylbenzene, t-amylbenzene, diphenyl ether, dibenzofuran, diphenylcyclohexane, 1,1,3-trimethyl-3-phenylindane, cyclopentylbenzene, cyclohexylbenzene, cumene, 1,3-diisopropylbenzene, 1,4-diisopropylbenzene, t-butylbenzene, t-amylbenzene, t-hexylbenzene, and anisole; 2-fluorobiphenyl, 4-fluorobiphenyl, o-cyclohexylfluorobenzene, p-cyclohexylfluorobenzene, o-cyclohexylfluorobenzene, p-cyclohexylfluorobenzene, Examples of the aromatic compounds include partially fluorinated compounds of the above aromatic compounds such as hexylfluorobenzene, fluorotoluene, and benzotrifluoride; fluorine-containing anisole compounds such as 2,4-difluoroanisole, 2,5-difluoroanisole, 1,6-difluoroanisole, 2,6-difluoroanisole, and 3,5-difluoroanisole; aromatic acetates such as 3-propylphenyl acetate, 2-ethylphenyl acetate, benzylphenyl acetate, methylphenyl acetate, benzyl acetate, and phenethylphenyl acetate; aromatic carbonates such as diphenyl carbonate and methylphenyl carbonate, toluene derivatives such as toluene and xylene, and biphenyl derivatives substituted with an unsubstituted or alkyl group, such as 2-methylbiphenyl, 3-methylbiphenyl, 4-methylbiphenyl, and o-cyclohexylbiphenyl. Among these, preferred are aromatic compounds such as biphenyl, alkylbiphenyl, terphenyl, partially hydrogenated terphenyl, cyclohexylbenzene, t-butylbenzene, t-amylbenzene, diphenyl ether, and dibenzofuran, diphenylcyclohexane, 1,1,3-trimethyl-3-phenylindane, 3-propylphenyl acetate, 2-ethylphenyl acetate, benzylphenyl acetate, methylphenyl acetate, benzyl acetate, diphenyl carbonate, and methylphenyl carbonate. These may be used alone or in combination of two or more. When two or more types are used in combination, it is particularly preferable to use a combination of cyclohexylbenzene with t-butylbenzene or t-amylbenzene, or a combination of at least one type selected from oxygen-free aromatic compounds such as biphenyl, alkylbiphenyl, terphenyl, partially hydrogenated terphenyl, cyclohexylbenzene, t-butylbenzene, and t-amylbenzene with at least one type selected from oxygen-containing aromatic compounds such as diphenyl ether and dibenzofuran, in terms of the balance between overcharge prevention properties and high-temperature storage properties.
本開示の電解液は、更に、一般式(5)で示される化合物(5)を含んでもよい。 The electrolyte solution of the present disclosure may further contain a compound (5) represented by general formula (5).
一般式(5):
X201は、O、S、炭素数1~10のアルキレン基、炭素数1~10のハロゲン化アルキレン基、炭素数6~20のアリーレン基又は炭素数6~20のハロゲン化アリーレン基(アルキレン基、ハロゲン化アルキレン基、アリーレン基、及び、ハロゲン化アリーレン基はその構造中に置換基、ヘテロ原子を持っていてもよく、またn202が1でn203が2~4のときにはn203個のX201はそれぞれが結合していてもよい)。
L201は、ハロゲン原子、シアノ基、炭素数1~10のアルキル基、炭素数1~10のハロゲン化アルキル基、炭素数6~20のアリール基、炭素数6~20のハロゲン化アリール基(アルキレン基、ハロゲン化アルキレン基、アリーレン基、及び、ハロゲン化アリーレン基はその構造中に置換基、ヘテロ原子を持っていてもよく、またn201が2~8のときにはn201個のL201はそれぞれが結合して環を形成してもよい)又は-Z203Y203。
Y201、Y202及びZ203は、それぞれ独立でO、S、NY204、炭化水素基又はフッ素化炭化水素基。Y203及びY204は、それぞれ独立でH、F、炭素数1~10のアルキル基、炭素数1~10のハロゲン化アルキル基、炭素数6~20のアリール基又は炭素数6~20のハロゲン化アリール基(アルキル基、ハロゲン化アルキル基、アリール基及びハロゲン化アリール基はその構造中に置換基、ヘテロ原子を持っていてもよく、Y203又はY204が複数個存在する場合にはそれぞれが結合して環を形成してもよい)。
General formula (5):
X 201 is O, S, an alkylene group having 1 to 10 carbon atoms, a halogenated alkylene group having 1 to 10 carbon atoms, an arylene group having 6 to 20 carbon atoms, or a halogenated arylene group having 6 to 20 carbon atoms (the alkylene group, halogenated alkylene group, arylene group, and halogenated arylene group may have a substituent or a heteroatom in the structure, and when n202 is 1 and n203 is 2 to 4, each of the n203 X 201 may be bonded).
L 201 is a halogen atom, a cyano group, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, a halogenated alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an aryl group having 6 to 20 carbon atoms, a halogenated aryl group having 6 to 20 carbon atoms (an alkylene group, a halogenated alkylene group, an arylene group, and a halogenated arylene group may have a substituent or a heteroatom in the structure, and when n201 is 2 to 8, the n201 L 201 may be bonded to each other to form a ring), or -Z 203 Y 203 .
Y 201 , Y 202 and Z 203 are each independently O, S, NY 204 , a hydrocarbon group or a fluorinated hydrocarbon group. Y 203 and Y 204 are each independently H, F, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, a halogenated alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an aryl group having 6 to 20 carbon atoms or a halogenated aryl group having 6 to 20 carbon atoms (the alkyl group, halogenated alkyl group, aryl group and halogenated aryl group may have a substituent or a hetero atom in the structure, and when a plurality of Y 203 or Y 204 are present, they may be bonded to each other to form a ring).
Aa+としては、リチウムイオン、ナトリウムイオン、カリウムイオン、マグネシウムイオン、カルシウムイオン、バリウムイオン、セシウムイオン、銀イオン、亜鉛イオン、銅イオン、コバルトイオン、鉄イオン、ニッケルイオン、マンガンイオン、チタンイオン、鉛イオン、クロムイオン、バナジウムイオン、ルテニウムイオン、イットリウムイオン、ランタノイドイオン、アクチノイドイオン、テトラブチルアンモニウムイオン、テトラエチルアンモニウムイオン、テトラメチルアンモニウムイオン、トリエチルメチルアンモニウムイオン、トリエチルアンモニウムイオン、ピリジニウムイオン、イミダゾリウムイオン、水素イオン、テトラエチルホスホニウムイオン、テトラメチルホスホニウムイオン、テトラフェニルホスホニウムイオン、トリフェニルスルホニウムイオン、トリエチルスルホニウムイオン等が挙げられる。 Examples of A a+ include a lithium ion, a sodium ion, a potassium ion, a magnesium ion, a calcium ion, a barium ion, a cesium ion, a silver ion, a zinc ion, a copper ion, a cobalt ion, an iron ion, a nickel ion, a manganese ion, a titanium ion, a lead ion, a chromium ion, a vanadium ion, a ruthenium ion, a yttrium ion, a lanthanoid ion, an actinoid ion, a tetrabutylammonium ion, a tetraethylammonium ion, a tetramethylammonium ion, a triethylmethylammonium ion, a triethylammonium ion, a pyridinium ion, an imidazolium ion, a hydrogen ion, a tetraethylphosphonium ion, a tetramethylphosphonium ion, a tetraphenylphosphonium ion, a triphenylsulfonium ion, and a triethylsulfonium ion.
電気化学的なデバイス等の用途に使用する場合、Aa+は、リチウムイオン、ナトリウムイオン、マグネシウムイオン、テトラアルキルアンモニウムイオン、水素イオンが好ましく、リチウムイオンが特に好ましい。Aa+のカチオンの価数aは、1~3の整数である。3より大きい場合、結晶格子エネルギーが大きくなるため、溶媒に溶解することが困難になるという問題が起こる。そのため溶解度を必要とする場合は1がより好ましい。アニオンの価数bも同様に1~3の整数であり、特に1が好ましい。カチオンとアニオンの比を表す定数pは、両者の価数の比b/aで必然的に決まる。 When used in applications such as electrochemical devices, A a+ is preferably a lithium ion, a sodium ion, a magnesium ion, a tetraalkylammonium ion, or a hydrogen ion, and is particularly preferably a lithium ion. The valence a of the cation of A a+ is an integer of 1 to 3. If it is greater than 3, the crystal lattice energy becomes large, causing a problem that it becomes difficult to dissolve in a solvent. Therefore, when solubility is required, 1 is more preferable. The valence b of the anion is also an integer of 1 to 3, and is particularly preferably 1. The constant p representing the ratio of the cation to the anion is inevitably determined by the ratio of the valences of the two, b/a.
次に、一般式(5)の配位子の部分について説明する。本明細書において、一般式(5)におけるZ201に結合している有機又は無機の部分を配位子と呼ぶ。 Next, the ligand portion of the general formula (5) will be described. In this specification, the organic or inorganic portion bonded to Z 201 in the general formula (5) is called a ligand.
Z201は、Al、B、V、Ti、Si、Zr、Ge、Sn、Cu、Y、Zn、Ga、Nb、Ta、Bi、P、As、Sc、Hf又はSbであることが好ましく、Al、B又はPであることがより好ましい。 Z 201 is preferably Al, B, V, Ti, Si, Zr, Ge, Sn, Cu, Y, Zn, Ga, Nb, Ta, Bi, P, As, Sc, Hf or Sb, and more preferably Al, B or P.
X201は、O、S、炭素数1~10のアルキレン基、炭素数1~10のハロゲン化アルキレン基、炭素数6~20のアリーレン基又は炭素数6~20のハロゲン化アリーレン基を表す。これらのアルキレン基及びアリーレン基はその構造中に置換基、ヘテロ原子を持っていてもよい。具体的には、アルキレン基及びアリーレン基上の水素の代わりに、ハロゲン原子、鎖状又は環状のアルキル基、アリール基、アルケニル基、アルコキシ基、アリーロキシ基、スルホニル基、アミノ基、シアノ基、カルボニル基、アシル基、アミド基、水酸基を置換基として持っていてもよいし、アルキレン及びアリーレン上の炭素の代わりに、窒素、硫黄、酸素が導入された構造であってもよい。またn202が1でn203が2~4のときには、n203個のX201はそれぞれが結合していてもよい。そのような例としては、エチレンジアミン四酢酸のような配位子を挙げることができる。 X 201 represents O, S, an alkylene group having 1 to 10 carbon atoms, a halogenated alkylene group having 1 to 10 carbon atoms, an arylene group having 6 to 20 carbon atoms, or a halogenated arylene group having 6 to 20 carbon atoms. These alkylene groups and arylene groups may have a substituent or a heteroatom in their structure. Specifically, instead of hydrogen on the alkylene group and arylene group, a halogen atom, a linear or cyclic alkyl group, an aryl group, an alkenyl group, an alkoxy group, an aryloxy group, a sulfonyl group, an amino group, a cyano group, a carbonyl group, an acyl group, an amide group, or a hydroxyl group may be substituted, or instead of carbon on the alkylene and arylene, nitrogen, sulfur, or oxygen may be introduced. When n202 is 1 and n203 is 2 to 4, n203 X 201 may be bonded to each other. An example of such a ligand is ethylenediaminetetraacetic acid.
L201は、ハロゲン原子、シアノ基、炭素数1~10のアルキル基、炭素数1~10のハロゲン化アルキル基、炭素数6~20のアリール基、炭素数6~20のハロゲン化アリール基又は-Z203Y203(Z203、Y203については後述)を表す。ここでのアルキル基及びアリール基も、X201と同様に、その構造中に置換基、ヘテロ原子を持っていてもよく、またn201が2~8のときにはn201個のL201はそれぞれが結合して環を形成していてもよい。L201としては、フッ素原子又はシアノ基が好ましい。フッ素原子の場合には、アニオン化合物の塩の溶解度や解離度が向上し、これに伴ってイオン伝導度が向上するからである。また、耐酸化性が向上し、これにより副反応の発生を抑制することができるからである。 L 201 represents a halogen atom, a cyano group, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, a halogenated alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an aryl group having 6 to 20 carbon atoms, a halogenated aryl group having 6 to 20 carbon atoms, or -Z 203 Y 203 (Z 203 and Y 203 will be described later). The alkyl group and aryl group here may also have a substituent or a heteroatom in the structure, similar to X 201 , and when n201 is 2 to 8, n201 L 201 may be bonded to each other to form a ring. L 201 is preferably a fluorine atom or a cyano group. This is because in the case of a fluorine atom, the solubility and dissociation degree of the salt of the anion compound are improved, and the ionic conductivity is improved accordingly. In addition, the oxidation resistance is improved, and the occurrence of side reactions can be suppressed.
Y201、Y202及びZ203は、それぞれ独立で、O、S、NY204、炭化水素基又はフッ素化炭化水素基を表す。Y201及びY202は、O、S又はNY204であることが好ましく、Oであることがより好ましい。化合物(5)の特徴として、同一の配位子内にY201及びY202によるZ201との結合があるため、これらの配位子がZ201とキレート構造を構成している。このキレートの効果により、この化合物の耐熱性、化学的安定性、耐加水分解性が向上している。この配位子中の定数n202は0又は1であるが、特に、0の場合はこのキレートリングが5員環になるため、キレート効果が最も強く発揮され安定性が増すため好ましい。
なお、本明細書において、フッ素化炭化水素基は、炭化水素基の水素原子の少なくとも1つがフッ素原子に置換された基である。
Y 201 , Y 202 and Z 203 each independently represent O, S, NY 204 , a hydrocarbon group or a fluorinated hydrocarbon group. Y 201 and Y 202 are preferably O, S or NY 204 , more preferably O. The characteristic of compound (5) is that Y 201 and Y 202 are bonded to Z 201 in the same ligand, so that these ligands form a chelate structure with Z 201. Due to the effect of this chelate, the heat resistance, chemical stability and hydrolysis resistance of this compound are improved. The constant n202 in this ligand is 0 or 1, and in particular, when it is 0, the chelate ring becomes a 5-membered ring, so that the chelate effect is most strongly exerted and stability is increased, which is preferable.
In this specification, a fluorinated hydrocarbon group is a group in which at least one hydrogen atom of a hydrocarbon group has been substituted with a fluorine atom.
Y203及びY204は、それぞれ独立で、H、F、炭素数1~10のアルキル基、炭素数1~10のハロゲン化アルキル基、炭素数6~20のアリール基又は炭素数6~20のハロゲン化アリール基であり、これらのアルキル基及びアリール基は、その構造中に置換基又はヘテロ原子を有してもよく、またY203又はY204が複数個存在する場合には、それぞれが結合して環を形成してもよい。 Y 203 and Y 204 are each independently H, F, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, a halogenated alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an aryl group having 6 to 20 carbon atoms, or a halogenated aryl group having 6 to 20 carbon atoms. These alkyl and aryl groups may have a substituent or a heteroatom in the structure. When a plurality of Y 203 or Y 204 are present, they may be bonded to each other to form a ring.
また、上述した配位子の数に関係する定数n203は、1~4の整数であり、好ましくは1又は2であり、より好ましくは2である。また、上述した配位子の数に関係する定数n201は、0~8の整数であり、好ましくは0~4の整数であり、より好ましくは0、2又は4である。更に、n203が1のときn201は2、n203が2のときn201は0であることが好ましい。 The constant n203 related to the number of ligands described above is an integer from 1 to 4, preferably 1 or 2, and more preferably 2. The constant n201 related to the number of ligands described above is an integer from 0 to 8, preferably an integer from 0 to 4, and more preferably 0, 2, or 4. It is further preferred that when n203 is 1, n201 is 2, and when n203 is 2, n201 is 0.
一般式(5)において、アルキル基、ハロゲン化アルキル基、アリール基、ハロゲン化アリール基は、分岐や水酸基、エーテル結合等の他の官能基を持つものも含む。 In general formula (5), the alkyl group, halogenated alkyl group, aryl group, and halogenated aryl group also include those having other functional groups such as branches, hydroxyl groups, and ether bonds.
化合物(5)は、一般式:
化合物(5)としては、リチウムオキサラトボレート塩類が挙げられ、下記式:
化合物(5)としては、また、リチウムビス(マロナト)ボレート、リチウムジフルオロ(マロナト)ボレート、リチウムビス(メチルマロナト)ボレート、リチウムジフルオロ(メチルマロナト)ボレート、リチウムビス(ジメチルマロナト)ボレート、リチウムジフルオロ(ジメチルマロナト)ボレート等の錯体中心元素がホウ素であるジカルボン酸錯体塩も挙げられる。 Compound (5) also includes dicarboxylic acid complex salts in which the central complex element is boron, such as lithium bis(malonato)borate, lithium difluoro(malonato)borate, lithium bis(methylmalonato)borate, lithium difluoro(methylmalonato)borate, lithium bis(dimethylmalonato)borate, and lithium difluoro(dimethylmalonato)borate.
化合物(5)としては、また、リチウムトリス(オキサラト)ホスフェート、リチウムトリス(マロナト)ホスフェート、リチウムジフルオロビス(マロナト)ホスフェート、リチウムテトラフルオロ(マロナト)ホスフェート、リチウムトリス(メチルマロナト)ホスフェート、リチウムジフルオロビス(メチルマロナト)ホスフェート、リチウムテトラフルオロ(メチルマロナト)ホスフェート、リチウムトリス(ジメチルマロナト)ホスフェート、リチウムジフルオロビス(ジメチルマロナト)ホスフェート、リチウムテトラフルオロ(ジメチルマロナト)ホスフェート等の錯体中心元素がリンであるジカルボン酸錯体塩も挙げられる。 Examples of compound (5) also include dicarboxylic acid complex salts in which the central complex element is phosphorus, such as lithium tris(oxalato)phosphate, lithium tris(malonato)phosphate, lithium difluorobis(malonato)phosphate, lithium tetrafluoro(malonato)phosphate, lithium tris(methylmalonato)phosphate, lithium difluorobis(methylmalonato)phosphate, lithium tetrafluoro(methylmalonato)phosphate, lithium tris(dimethylmalonato)phosphate, lithium difluorobis(dimethylmalonato)phosphate, and lithium tetrafluoro(dimethylmalonato)phosphate.
化合物(5)としては、また、LiAl(C2O4)2、LiAlF2(C2O4)等の錯体中心元素がアルミニウムであるジカルボン酸錯体塩も挙げられる。 Compound (5) also includes dicarboxylic acid complex salts in which the central element of the complex is aluminum, such as LiAl(C 2 O 4 ) 2 and LiAlF 2 (C 2 O 4 ).
中でも、リチウムビス(オキサラト)ボレート、リチウムジフルオロ(オキサラト)ボレート、リチウムトリス(オキサラト)ホスフェート、リチウムジフルオロビス(オキサラト)ホスフェート、リチウムテトラフルオロ(オキサラト)ホスフェートが、入手の容易さや安定な被膜状の構造物の形成に寄与することができる点から、より好適に用いられる。
化合物(5)としては、リチウムビス(オキサラト)ボレートが特に好ましい。
Among these, lithium bis(oxalato)borate, lithium difluoro(oxalato)borate, lithium tris(oxalato)phosphate, lithium difluorobis(oxalato)phosphate, and lithium tetrafluoro(oxalato)phosphate are more preferably used because of their ease of availability and their ability to contribute to the formation of a stable coating structure.
The compound (5) is particularly preferably lithium bis(oxalato)borate.
化合物(5)の含有量としては、より一層の優れたサイクル特性が得られることから、上記溶媒に対して、0.001質量%以上が好ましく、0.01質量%以上がより好ましく、10質量%以下が好ましく、3質量%以下がより好ましい。 The content of compound (5) is preferably 0.001% by mass or more, more preferably 0.01% by mass or more, and is preferably 10% by mass or less, and more preferably 3% by mass or less, relative to the solvent, since this provides even better cycle characteristics.
本開示に使用する電解液には、カルボン酸無水物(ただし、化合物(2)を除く。)を用いてもよい。上記カルボン酸無水物としては、下記一般式(6)で表される化合物(6)が好ましい。カルボン酸無水物の製造方法は、特に制限されず、公知の方法を任意に選択して製造することが可能である。
一般式(6):
The electrolyte used in the present disclosure may contain a carboxylic acid anhydride (excluding compound (2)). As the carboxylic acid anhydride, compound (6) represented by the following general formula (6) is preferable. The method for producing the carboxylic acid anhydride is not particularly limited, and it is possible to produce the carboxylic acid anhydride by any known method.
General formula (6):
R61、R62は、一価の炭化水素基であれば、その種類は特に制限されない。例えば、脂肪族炭化水素基であっても芳香族炭化水素基であってもよく、脂肪族炭化水素基と芳香族炭化水素基とが結合したものであってもよい。脂肪族炭化水素基は、飽和炭化水素基であってもよく、不飽和結合(炭素-炭素二重結合又は炭素-炭素三重結合)を含んでいてもよい。また、脂肪族炭化水素基は、鎖状であっても環状であってもよく、鎖状の場合は、直鎖状であっても分岐鎖状であってもよい。更には、鎖状と環状とが結合したものであってもよい。なお、R61及びR62は互いに同一であってもよく、異なっていてもよい。 R 61 and R 62 are not particularly limited in type as long as they are monovalent hydrocarbon groups. For example, they may be aliphatic hydrocarbon groups or aromatic hydrocarbon groups, or may be groups in which an aliphatic hydrocarbon group and an aromatic hydrocarbon group are bonded. The aliphatic hydrocarbon group may be a saturated hydrocarbon group or may contain an unsaturated bond (carbon-carbon double bond or carbon-carbon triple bond). The aliphatic hydrocarbon group may be chain-like or cyclic, and if chain-like, it may be linear or branched. Furthermore, it may be a group in which a chain and a ring are bonded. R 61 and R 62 may be the same or different from each other.
また、R61、R62の炭化水素基が置換基を有する場合、その置換基の種類は、本開示の趣旨に反するものでない限り特に制限されないが、例としてはフッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等のハロゲン原子が挙げられ、好ましくはフッ素原子である。また、ハロゲン原子以外の置換基として、エステル基、シアノ基、カルボニル基、エーテル基等の官能基を有する置換基等も挙げられ、好ましくはシアノ基、カルボニル基である。R61、R62の炭化水素基は、これらの置換基を一つのみ有していてもよく、二つ以上有していてもよい。二つ以上の置換基を有する場合、それらの置換基は同じであってもよく、互いに異なっていてもよい。 In addition, when the hydrocarbon group of R 61 and R 62 has a substituent, the type of the substituent is not particularly limited as long as it is not contrary to the purpose of the present disclosure, but examples include halogen atoms such as fluorine atom, chlorine atom, bromine atom, and iodine atom, and preferably fluorine atom. In addition, examples of the substituent other than halogen atom include substituents having functional groups such as ester group, cyano group, carbonyl group, and ether group, and preferably cyano group and carbonyl group. The hydrocarbon group of R 61 and R 62 may have only one of these substituents, or may have two or more. When it has two or more substituents, those substituents may be the same or different from each other.
R61、R62の各々の炭化水素基の炭素数は、通常1以上であり、また通常15以下、好ましくは12以下、より好ましくは10以下、更に好ましくは9以下である。R61とR62とが互いに結合して二価の炭化水素基を形成している場合は、その二価の炭化水素基の炭素数が、通常1以上であり、また通常15以下、好ましくは13以下、より好ましくは10以下、更に好ましくは8以下である。尚、R61、R62の炭化水素基が炭素原子を含有する置換基を有する場合は、その置換基も含めたR61、R62全体の炭素数が上記範囲を満たしていることが好ましい。 The carbon number of each of the hydrocarbon groups of R 61 and R 62 is usually 1 or more, and usually 15 or less, preferably 12 or less, more preferably 10 or less, and even more preferably 9 or less. When R 61 and R 62 are bonded to each other to form a divalent hydrocarbon group, the carbon number of the divalent hydrocarbon group is usually 1 or more, and usually 15 or less, preferably 13 or less, more preferably 10 or less, and even more preferably 8 or less. When the hydrocarbon groups of R 61 and R 62 have a substituent containing a carbon atom, it is preferable that the total carbon number of R 61 and R 62 including the substituent satisfies the above range.
次いで、上記化合物(6)の具体例について説明する。なお、以下の例示において「類縁体」とは、例示される酸無水物の構造の一部を、本開示の趣旨に反しない範囲で、別の構造に置き換えることにより得られる酸無水物を指すもので、例えば複数の酸無水物からなる二量体、三量体及び四量体等、又は、置換基の炭素数が同じではあるが分岐鎖を有する等構造異性のもの、置換基が酸無水物に結合する部位が異なるもの等が挙げられる。 Next, specific examples of the above compound (6) will be described. In the following examples, "analog" refers to an acid anhydride obtained by replacing a part of the structure of the exemplified acid anhydride with another structure within the scope of the present disclosure, such as a dimer, trimer, or tetramer composed of multiple acid anhydrides, or structural isomers such as those having the same number of carbon atoms in the substituent but a branched chain, or those in which the substituent is bonded to the acid anhydride at a different site, etc.
まず、R61、R62が同一である酸無水物の具体例を以下に挙げる。 First, specific examples of acid anhydrides in which R 61 and R 62 are the same are listed below.
R61、R62が鎖状アルキル基である酸無水物の具体例としては、無水酢酸、プロピオン酸無水物、ブタン酸無水物、2-メチルプロピオン酸無水物、2,2-ジメチルプロピオン酸無水物、2-メチルブタン酸無水物、3-メチルブタン酸無水物、2,2-ジメチルブタン酸無水物、2,3-ジメチルブタン酸無水物、3,3-ジメチルブタン酸無水物、2,2,3-トリメチルブタン酸無水物、2,3,3-トリメチルブタン酸無水物、2,2,3,3-テトラメチルブタン酸無水物、2-エチルブタン酸無水物等、及びそれらの類縁体等が挙げられる。 Specific examples of acid anhydrides in which R 61 and R 62 are chain alkyl groups include acetic anhydride, propionic anhydride, butanoic anhydride, 2-methylpropionic anhydride, 2,2-dimethylpropionic anhydride, 2-methylbutanoic anhydride, 3-methylbutanoic anhydride, 2,2-dimethylbutanoic anhydride, 2,3-dimethylbutanoic anhydride, 3,3-dimethylbutanoic anhydride, 2,2,3-trimethylbutanoic anhydride, 2,3,3-trimethylbutanoic anhydride, 2,2,3,3-tetramethylbutanoic anhydride, 2-ethylbutanoic anhydride, and the like, and their analogs.
R61、R62が環状アルキル基である酸無水物の具体例としては、シクロプロパンカルボン酸無水物、シクロペンタンカルボン酸無水物、シクロヘキサンカルボン酸無水物等、及びそれらの類縁体等が挙げられる。 Specific examples of acid anhydrides in which R 61 and R 62 are cyclic alkyl groups include cyclopropanecarboxylic anhydride, cyclopentanecarboxylic anhydride, cyclohexanecarboxylic anhydride, and analogs thereof.
R61、R62がアルケニル基である酸無水物の具体例としては、アクリル酸無水物、2-メチルアクリル酸無水物、3-メチルアクリル酸無水物、2,3-ジメチルアクリル酸無水物、3,3-ジメチルアクリル酸無水物、2,3,3-トリメチルアクリル酸無水物、2-フェニルアクリル酸無水物、3-フェニルアクリル酸無水物、2,3-ジフェニルアクリル酸無水物、3,3-ジフェニルアクリル酸無水物、3-ブテン酸無水物、2-メチル-3-ブテン酸無水物、2,2-ジメチル-3-ブテン酸無水物、3-メチル-3-テン酸無水物、2-メチル-3-メチル-3-ブテン酸無水物、2,2-ジメチル-3-メチル-3-ブテン酸無水物、3-ペンテン酸無水物、4-ペンテン酸無水物、2-シクロペンテンカルボン酸無水物、3-シクロペンテンカルボン酸無水物、4-シクロペンテンカルボン酸無水物等、及びそれらの類縁体等が挙げられる。 Specific examples of acid anhydrides in which R 61 and R 62 are alkenyl groups include acrylic anhydride, 2-methylacrylic anhydride, 3-methylacrylic anhydride, 2,3-dimethylacrylic anhydride, 3,3-dimethylacrylic anhydride, 2,3,3-trimethylacrylic anhydride, 2-phenylacrylic anhydride, 3-phenylacrylic anhydride, 2,3-diphenylacrylic anhydride, 3,3-diphenylacrylic anhydride, 3-butenoic anhydride, 2-methyl-3-butenoic anhydride, 2,2-dimethyl-3-butenoic anhydride, 3-methyl-3-enoic anhydride, 2-methyl-3-methyl-3-butenoic anhydride, 2,2-dimethyl-3-methyl-3-butenoic anhydride, 3-pentenoic anhydride, 4-pentenoic anhydride, 2-cyclopentenecarboxylic anhydride, 3-cyclopentenecarboxylic anhydride, 4-cyclopentenecarboxylic anhydride, and the like, and analogs thereof.
R61、R62がアルキニル基である酸無水物の具体例としては、プロピン酸無水物、3-フェニルプロピン酸無水物、2-ブチン酸無水物、2-ペンチン酸無水物、3-ブチン酸無水物、3-ペンチン酸無水物、4-ペンチン酸無水物等、及びそれらの類縁体等が挙げられる。 Specific examples of acid anhydrides in which R 61 and R 62 are alkynyl groups include propynoic anhydride, 3-phenylpropynoic anhydride, 2-butynoic anhydride, 2-pentynoic anhydride, 3-butynoic anhydride, 3-pentynoic anhydride, 4-pentynoic anhydride, and analogs thereof.
R61、R62がアリール基である酸無水物の具体例としては、安息香酸無水物、4-メチル安息香酸無水物、4-エチル安息香酸無水物、4-tert-ブチル安息香酸無水物、2-メチル安息香酸無水物、2,4,6-トリメチル安息香酸無水物、1-ナフタレンカルボン酸無水物、2-ナフタレンカルボン酸無水物等、及びそれらの類縁体等が挙げられる。 Specific examples of acid anhydrides in which R 61 and R 62 are aryl groups include benzoic anhydride, 4-methylbenzoic anhydride, 4-ethylbenzoic anhydride, 4-tert-butylbenzoic anhydride, 2-methylbenzoic anhydride, 2,4,6-trimethylbenzoic anhydride, 1-naphthalenecarboxylic anhydride, 2-naphthalenecarboxylic anhydride, and analogs thereof.
また、R61、R62がハロゲン原子で置換された酸無水物の例として、主にフッ素原子で置換された酸無水物の例を以下に挙げるが、これらのフッ素原子の一部又は全部を塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子に置換して得られる酸無水物も、例示化合物に含まれるものとする。 In addition, as examples of acid anhydrides in which R 61 and R 62 are substituted with halogen atoms, examples of acid anhydrides mainly substituted with fluorine atoms are given below, but acid anhydrides obtained by substituting some or all of these fluorine atoms with chlorine atoms, bromine atoms, or iodine atoms are also included in the exemplified compounds.
R61、R62がハロゲン原子で置換された鎖状アルキル基である酸無水物の例としては、フルオロ酢酸無水物、ジフルオロ酢酸無水物、トリフルオロ酢酸無水物、2-フルオロプロピオン酸無水物、2,2-ジフルオロプロピオン酸無水物、2,3-ジフルオロプロピオン酸無水物、2,2,3-トリフルオロプロピオン酸無水物、2,3,3-トリフルオロプロピオン酸無水物、2,2,3,3-テトラプロピオン酸無水物、2,3,3,3-テトラプロピオン酸無水物、3-フルオロプロピオン酸無水物、3,3-ジフルオロプロピオン酸無水物、3,3,3-トリフルオロプロピオン酸無水物、パーフルオロプロピオン酸無水物等、及びそれらの類縁体等が挙げられる。 Examples of acid anhydrides in which R 61 and R 62 are chain alkyl groups substituted with halogen atoms include fluoroacetic anhydride, difluoroacetic anhydride, trifluoroacetic anhydride, 2-fluoropropionic anhydride, 2,2-difluoropropionic anhydride, 2,3-difluoropropionic anhydride, 2,2,3-trifluoropropionic anhydride, 2,3,3-trifluoropropionic anhydride, 2,2,3,3-tetrapropionic anhydride, 2,3,3,3-tetrapropionic anhydride, 3-fluoropropionic anhydride, 3,3-difluoropropionic anhydride, 3,3,3-trifluoropropionic anhydride, perfluoropropionic anhydride, and analogs thereof.
R61、R62がハロゲン原子で置換された環状アルキル基である酸無水物の例としては、2-フルオロシクロペンタンカルボン酸無水物、3-フルオロシクロペンタンカルボン酸無水物、4-フルオロシクロペンタンカルボン酸無水物等、及びそれらの類縁体等が挙げられる。 Examples of acid anhydrides in which R 61 and R 62 are cyclic alkyl groups substituted with halogen atoms include 2-fluorocyclopentane carboxylic anhydride, 3-fluorocyclopentane carboxylic anhydride, 4-fluorocyclopentane carboxylic anhydride, and analogs thereof.
R61、R62がハロゲン原子で置換されたアルケニル基である酸無水物の例としては、2-フルオロアクリル酸無水物、3-フルオロアクリル酸無水物、2,3-ジフルオロアクリル酸無水物、3,3-ジフルオロアクリル酸無水物、2,3,3-トリフルオロアクリル酸無水物、2-(トリフルオロメチル)アクリル酸無水物、3-(トリフルオロメチル)アクリル酸無水物、2,3-ビス(トリフルオロメチル)アクリル酸無水物、2,3,3-トリス(トリフルオロメチル)アクリル酸無水物、2-(4-フルオロフェニル)アクリル酸無水物、3-(4-フルオロフェニル)アクリル酸無水物、2,3-ビス(4-フルオロフェニル)アクリル酸無水物、3,3-ビス(4-フルオロフェニル)アクリル酸無水物、2-フルオロ-3-ブテン酸無水物、2,2-ジフルオロ-3-ブテン酸無水物、3-フルオロ-2-ブテン酸無水物、4-フルオロ-3-ブテン酸無水物、3,4-ジフルオロ-3-ブテン酸無水物、3,3,4-トリフルオロ-3-ブテン酸無水物等、及びそれらの類縁体等が挙げられる。 Examples of acid anhydrides in which R 61 and R 62 are alkenyl groups substituted with halogen atoms include 2-fluoroacrylic anhydride, 3-fluoroacrylic anhydride, 2,3-difluoroacrylic anhydride, 3,3-difluoroacrylic anhydride, 2,3,3-trifluoroacrylic anhydride, 2-(trifluoromethyl)acrylic anhydride, 3-(trifluoromethyl)acrylic anhydride, 2,3-bis(trifluoromethyl)acrylic anhydride, 2,3,3-tris(trifluoromethyl)acrylic anhydride, 2-(4- fluorophenyl)acrylic anhydride, 3-(4-fluorophenyl)acrylic anhydride, 2,3-bis(4-fluorophenyl)acrylic anhydride, 3,3-bis(4-fluorophenyl)acrylic anhydride, 2-fluoro-3-butenoic anhydride, 2,2-difluoro-3-butenoic anhydride, 3-fluoro-2-butenoic anhydride, 4-fluoro-3-butenoic anhydride, 3,4-difluoro-3-butenoic anhydride, 3,3,4-trifluoro-3-butenoic anhydride, and the like, and their analogs.
R61、R62がハロゲン原子で置換されたアルキニル基である酸無水物の例としては、3-フルオロ-2-プロピン酸無水物、3-(4-フルオロフェニル)-2-プロピン酸無水物、3-(2,3,4,5,6-ペンタフルオロフェニル)-2-プロピン酸無水物、4-フルオロ-2-ブチン酸無水物、4,4-ジフルオロ-2-ブチン酸無水物、4,4,4-トリフルオロ-2-ブチン酸無水物等、及びそれらの類縁体等が挙げられる。 Examples of acid anhydrides in which R 61 and R 62 are alkynyl groups substituted with halogen atoms include 3-fluoro-2-propynoic anhydride, 3-(4-fluorophenyl)-2-propynoic anhydride, 3-(2,3,4,5,6-pentafluorophenyl)-2-propynoic anhydride, 4-fluoro-2-butynoic anhydride, 4,4-difluoro-2-butynoic anhydride, 4,4,4-trifluoro-2-butynoic anhydride, and analogs thereof.
R61、R62がハロゲン原子で置換されたアリール基である酸無水物の例としては、4-フルオロ安息香酸無水物、2,3,4,5,6-ペンタフルオロ安息香酸無水物、4-トリフルオロメチル安息香酸無水物等、及びそれらの類縁体等が挙げられる。 Examples of acid anhydrides in which R 61 and R 62 are aryl groups substituted with halogen atoms include 4-fluorobenzoic anhydride, 2,3,4,5,6-pentafluorobenzoic anhydride, 4-trifluoromethylbenzoic anhydride, and analogs thereof.
R61、R62がエステル、ニトリル、ケトン、エーテル等の官能基を有する置換基を有している酸無水物の例としては、メトキシギ酸無水物、エトキシギ酸無水物、メチルシュウ酸無水物、エチルシュウ酸無水物、2-シアノ酢酸無水物、2-オキソプロピオン酸無水物、3-オキソブタン酸無水物、4-アセチル安息香酸無水物、メトキシ酢酸無水物、4-メトキシ安息香酸無水物等、及びそれらの類縁体等が挙げられる。 Examples of acid anhydrides in which R 61 and R 62 have a substituent having a functional group such as an ester, a nitrile, a ketone, or an ether include methoxyformic anhydride, ethoxyformic anhydride, methyloxalic anhydride, ethyloxalic anhydride, 2-cyanoacetic anhydride, 2-oxopropionic anhydride, 3-oxobutanoic anhydride, 4-acetylbenzoic anhydride, methoxyacetic anhydride, 4-methoxybenzoic anhydride, and analogs thereof.
続いて、R61、R62が互いに異なる酸無水物の具体例を以下に挙げる。 Next, specific examples of acid anhydrides in which R 61 and R 62 are different from each other are listed below.
R61、R62としては上に挙げた例、及びそれらの類縁体の全ての組み合わせが考えられるが、以下に代表的な例を挙げる。 Although all combinations of the above-mentioned examples and analogues thereof are possible for R 61 and R 62 , representative examples are given below.
鎖状アルキル基同士の組み合わせの例としては、酢酸プロピオン酸無水物、酢酸ブタン酸無水物、ブタン酸プロピオン酸無水物、酢酸2-メチルプロピオン酸無水物、等が挙げられる。 Examples of combinations of chain alkyl groups include acetic acid propionic anhydride, acetic acid butanoic anhydride, butanoic acid propionic anhydride, and acetic acid 2-methylpropionic anhydride.
鎖状アルキル基と環状アルキル基の組み合わせの例としては、酢酸シクロペンタン酸無水物、酢酸シクロヘキサン酸無水物、シクロペンタン酸プロピオン酸無水物、等が挙げられる。 Examples of combinations of linear alkyl groups and cyclic alkyl groups include acetic acid cyclopentanoic anhydride, acetic acid cyclohexanoic anhydride, and cyclopentanoic acid propionic anhydride.
鎖状アルキル基とアルケニル基の組み合わせの例としては、酢酸アクリル酸無水物、酢酸3-メチルアクリル酸無水物、酢酸3-ブテン酸無水物、アクリル酸プロピオン酸無水物、等が挙げられる。 Examples of combinations of linear alkyl groups and alkenyl groups include acetic acid acrylic anhydride, acetic acid 3-methylacrylic anhydride, acetic acid 3-butenoic anhydride, acrylic acid propionic anhydride, etc.
鎖状アルキル基とアルキニル基の組み合わせの例としては、酢酸プロピン酸無水物、酢酸2-ブチン酸無水物、酢酸3-ブチン酸無水物、酢酸3-フェニルプロピン酸無水物プロピオン酸プロピン酸無水物、等が挙げられる。 Examples of combinations of chain alkyl groups and alkynyl groups include acetic acid propynoic anhydride, acetic acid 2-butynoic anhydride, acetic acid 3-butynoic anhydride, acetic acid 3-phenylpropynoic anhydride, propionic acid propynoic anhydride, etc.
鎖状アルキル基とアリール基の組み合わせの例としては、酢酸安息香酸無水物、酢酸4-メチル安息香酸無水物、酢酸1-ナフタレンカルボン酸無水物、安息香酸プロピオン酸無水物、等が挙げられる。 Examples of combinations of linear alkyl groups and aryl groups include acetic acid benzoic anhydride, acetic acid 4-methylbenzoic anhydride, acetic acid 1-naphthalenecarboxylic anhydride, and benzoic acid propionic anhydride.
鎖状アルキル基と官能基を有する炭化水素基の組み合わせの例としては、酢酸フルオロ酢酸無水物、酢酸トリフルオロ酢酸無水物、酢酸4-フルオロ安息香酸無水物、フルオロ酢酸プロピオン酸無水物、酢酸アルキルシュウ酸無水物、酢酸2-シアノ酢酸無水物、酢酸2-オキソプロピオン酸無水物、酢酸メトキシ酢酸無水物、メトキシ酢酸プロピオン酸無水物、等が挙げられる。 Examples of combinations of chain alkyl groups and hydrocarbon groups having functional groups include acetic acid fluoroacetic anhydride, acetic acid trifluoroacetic anhydride, acetic acid 4-fluorobenzoic anhydride, fluoroacetic acid propionic anhydride, acetic acid alkyl oxalic anhydride, acetic acid 2-cyanoacetic anhydride, acetic acid 2-oxopropionic anhydride, acetic acid methoxyacetic anhydride, and methoxyacetic acid propionic anhydride.
環状アルキル基同士の組み合わせの例としては、シクロペンタン酸シクロヘキサン酸無水物、等が挙げられる。 Examples of combinations of cyclic alkyl groups include cyclopentanoic acid and cyclohexanoic acid anhydride.
環状アルキル基とアルケニル基の組み合わせの例としては、アクリル酸シクロペンタン酸無水物、3-メチルアクリル酸シクロペンタン酸無水物、3-ブテン酸シクロペンタン酸無水物、アクリル酸シクロヘキサン酸無水物、等が挙げられる。 Examples of combinations of cyclic alkyl groups and alkenyl groups include acrylic acid cyclopentanoic anhydride, 3-methylacrylic acid cyclopentanoic anhydride, 3-butenoic acid cyclopentanoic anhydride, acrylic acid cyclohexanoic anhydride, etc.
環状アルキル基とアルキニル基の組み合わせの例としては、プロピン酸シクロペンタン酸無水物、2-ブチン酸シクロペンタン酸無水物、プロピン酸シクロヘキサン酸無水物、等が挙げられる。 Examples of combinations of cyclic alkyl groups and alkynyl groups include propynoic acid cyclopentanoic acid anhydride, 2-butynoic acid cyclopentanoic acid anhydride, propynoic acid cyclohexanoic acid anhydride, etc.
環状アルキル基とアリール基の組み合わせの例としては、安息香酸シクロペンタン酸無水物、4-メチル安息香酸シクロペンタン酸無水物、安息香酸シクロヘキサン酸無水物、等が挙げられる。 Examples of combinations of cyclic alkyl groups and aryl groups include benzoic acid cyclopentanoic acid anhydride, 4-methylbenzoic acid cyclopentanoic acid anhydride, and benzoic acid cyclohexanoic acid anhydride.
環状アルキル基と官能基を有する炭化水素基の組み合わせの例としては、フルオロ酢酸シクロペンタン酸無水物、シクロペンタン酸トリフルオロ酢酸無水物、シクロペンタン酸2-シアノ酢酸無水物、シクロペンタン酸メトキシ酢酸無水物、シクロヘキサン酸フルオロ酢酸無水物、等が挙げられる。 Examples of combinations of a cyclic alkyl group and a hydrocarbon group having a functional group include cyclopentanoic fluoroacetic anhydride, cyclopentanoic trifluoroacetic anhydride, cyclopentanoic 2-cyanoacetic anhydride, cyclopentanoic methoxyacetic anhydride, and cyclohexanoic fluoroacetic anhydride.
アルケニル基同士の組み合わせの例としては、アクリル酸2-メチルアクリル酸無水物、アクリル酸3-メチルアクリル酸無水物、アクリル酸3-ブテン酸無水物、2-メチルアクリル酸3-メチルアクリル酸無水物、等が挙げられる。 Examples of combinations of alkenyl groups include acrylic acid 2-methylacrylic anhydride, acrylic acid 3-methylacrylic anhydride, acrylic acid 3-butenoic anhydride, 2-methylacrylic acid 3-methylacrylic anhydride, etc.
アルケニル基とアルキニル基の組み合わせの例としては、アクリル酸プロピン酸無水物、アクリル酸2-ブチン酸無水物、2-メチルアクリル酸プロピン酸無水物、等が挙げられる。 Examples of combinations of alkenyl and alkynyl groups include acrylic acid propynoic anhydride, acrylic acid 2-butynoic anhydride, and 2-methylacrylic acid propynoic anhydride.
アルケニル基とアリール基の組み合わせの例としては、アクリル酸安息香酸無水物、アクリル酸4-メチル安息香酸無水物、2-メチルアクリル酸安息香酸無水物、等が挙げられる。 Examples of combinations of alkenyl and aryl groups include acrylic acid benzoic anhydride, acrylic acid 4-methylbenzoic anhydride, 2-methylacrylic acid benzoic anhydride, etc.
アルケニル基と官能基を有する炭化水素基の組み合わせの例としては、アクリル酸フルオロ酢酸無水物、アクリル酸トリフルオロ酢酸無水物、アクリル酸2-シアノ酢酸無水物、アクリル酸メトキシ酢酸無水物、2-メチルアクリル酸フルオロ酢酸無水物、等が挙げられる。 Examples of combinations of alkenyl groups and hydrocarbon groups having functional groups include acrylic acid fluoroacetic anhydride, acrylic acid trifluoroacetic anhydride, acrylic acid 2-cyanoacetic anhydride, acrylic acid methoxyacetic anhydride, 2-methylacrylic acid fluoroacetic anhydride, etc.
アルキニル基同士の組み合わせの例としては、プロピン酸2-ブチン酸無水物、プロピン酸3-ブチン酸無水物、2-ブチン酸3-ブチン酸無水物、等が挙げられる。 Examples of combinations of alkynyl groups include propynoic acid 2-butynoic anhydride, propynoic acid 3-butynoic anhydride, 2-butynoic acid 3-butynoic anhydride, etc.
アルキニル基とアリール基の組み合わせの例としては、安息香酸プロピン酸無水物、4-メチル安息香酸プロピン酸無水物、安息香酸2-ブチン酸無水物、等が挙げられる。 Examples of combinations of alkynyl and aryl groups include benzoic acid propynoic anhydride, 4-methylbenzoic acid propynoic anhydride, and benzoic acid 2-butynoic anhydride.
アルキニル基と官能基を有する炭化水素基の組み合わせの例としては、プロピン酸フルオロ酢酸無水物、プロピン酸トリフルオロ酢酸無水物、プロピン酸2-シアノ酢酸無水物、プロピン酸メトキシ酢酸無水物、2-ブチン酸フルオロ酢酸無水物、等が挙げられる。 Examples of combinations of alkynyl groups and hydrocarbon groups having functional groups include propynoic acid fluoroacetic anhydride, propynoic acid trifluoroacetic anhydride, propynoic acid 2-cyanoacetic anhydride, propynoic acid methoxyacetic anhydride, and 2-butynoic acid fluoroacetic anhydride.
アリール基同士の組み合わせの例としては、安息香酸4-メチル安息香酸無水物、安息香酸1-ナフタレンカルボン酸無水物、4-メチル安息香酸1-ナフタレンカルボン酸無水物、等が挙げられる。 Examples of combinations of aryl groups include benzoic acid 4-methylbenzoic acid anhydride, benzoic acid 1-naphthalenecarboxylic acid anhydride, and 4-methylbenzoic acid 1-naphthalenecarboxylic acid anhydride.
アリール基と官能基を有する炭化水素基の組み合わせの例としては、安息香酸フルオロ酢酸無水物、安息香酸トリフルオロ酢酸無水物、安息香酸2-シアノ酢酸無水物、安息香酸メトキシ酢酸無水物、4-メチル安息香酸フルオロ酢酸無水物、等が挙げられる。 Examples of combinations of aryl groups and hydrocarbon groups having functional groups include benzoic acid fluoroacetic anhydride, benzoic acid trifluoroacetic anhydride, benzoic acid 2-cyanoacetic anhydride, benzoic acid methoxyacetic anhydride, and 4-methylbenzoic acid fluoroacetic anhydride.
官能基を有する炭化水素基同士の組み合わせの例としては、フルオロ酢酸トリフルオロ酢酸無水物、フルオロ酢酸2-シアノ酢酸無水物、フルオロ酢酸メトキシ酢酸無水物、トリフルオロ酢酸2-シアノ酢酸無水物、等が挙げられる。 Examples of combinations of hydrocarbon groups having functional groups include fluoroacetic acid trifluoroacetic anhydride, fluoroacetic acid 2-cyanoacetic anhydride, fluoroacetic acid methoxyacetic anhydride, trifluoroacetic acid 2-cyanoacetic anhydride, etc.
上記の鎖状構造を形成している酸無水物のうち好ましくは、無水酢酸、プロピオン酸無水物、2-メチルプロピオン酸無水物、シクロペンタンカルボン酸無水物、シクロヘキサンカルボン酸無水物等、アクリル酸無水物、2-メチルアクリル酸無水物、3-メチルアクリル酸無水物、2,3-ジメチルアクリル酸無水物、3,3-ジメチルアクリル酸無水物、3-ブテン酸無水物、2-メチル-3-ブテン酸無水物、プロピン酸無水物、2-ブチン酸無水物、安息香酸無水物、2-メチル安息香酸無水物、4-メチル安息香酸無水物、4-tert-ブチル安息香酸無水物、トリフルオロ酢酸無水物、3,3,3-トリフルオロプロピオン酸無水物、2-(トリフルオロメチル)アクリル酸無水物、2-(4-フルオロフェニル)アクリル酸無水物、4-フルオロ安息香酸無水物、2,3,4,5,6-ペンタフルオロ安息香酸無水物、メトキシギ酸無水物、エトキシギ酸無水物、であり、より好ましくは、アクリル酸無水物、2-メチルアクリル酸無水物、3-メチルアクリル酸無水物、安息香酸無水物、2-メチル安息香酸無水物、4-メチル安息香酸無水物、4-tert-ブチル安息香酸無水物、4-フルオロ安息香酸無水物、2,3,4,5,6-ペンタフルオロ安息香酸無水物、メトキシギ酸無水物、エトキシギ酸無水物である。 Among the acid anhydrides forming the above chain structure, preferred are acetic anhydride, propionic anhydride, 2-methylpropionic anhydride, cyclopentane carboxylic anhydride, cyclohexane carboxylic anhydride, etc., acrylic anhydride, 2-methylacrylic anhydride, 3-methylacrylic anhydride, 2,3-dimethylacrylic anhydride, 3,3-dimethylacrylic anhydride, 3-butenoic anhydride, 2-methyl-3-butenoic anhydride, propynoic anhydride, 2-butynoic anhydride, benzoic anhydride, 2-methylbenzoic anhydride, 4-methylbenzoic anhydride, 4-tert-butylbenzoic anhydride, trifluoroacetic anhydride, 3,3,3-trifluoroacetic anhydride, 4-tert-butylbenzoic ... fluoropropionic anhydride, 2-(trifluoromethyl)acrylic anhydride, 2-(4-fluorophenyl)acrylic anhydride, 4-fluorobenzoic anhydride, 2,3,4,5,6-pentafluorobenzoic anhydride, methoxyformic anhydride, and ethoxyformic anhydride, and more preferably acrylic anhydride, 2-methylacrylic anhydride, 3-methylacrylic anhydride, benzoic anhydride, 2-methylbenzoic anhydride, 4-methylbenzoic anhydride, 4-tert-butylbenzoic anhydride, 4-fluorobenzoic anhydride, 2,3,4,5,6-pentafluorobenzoic anhydride, methoxyformic anhydride, and ethoxyformic anhydride.
これらの化合物は、適切にリチウムオキサラート塩との結合を形成して耐久性に優れる皮膜を形成することで、特に耐久試験後の充放電レート特性、入出力特性、インピーダンス特性を向上させることができる観点で好ましい。 These compounds are preferable because they can appropriately form bonds with lithium oxalate salts to form a coating with excellent durability, thereby improving charge/discharge rate characteristics, input/output characteristics, and impedance characteristics, particularly after durability tests.
なお、上記カルボン酸無水物の分子量に制限は無く、本開示の効果を著しく損なわない限り任意であるが、通常90以上、好ましくは95以上であり、一方、通常300以下、好ましくは200以下である。カルボン酸無水物の分子量が上記範囲内であると、電解液の粘度上昇を抑制でき、かつ皮膜密度が適正化されるために耐久性を適切に向上することができる。 The molecular weight of the carboxylic acid anhydride is not limited and may be any value as long as it does not significantly impair the effects of the present disclosure, but is usually 90 or more, preferably 95 or more, and usually 300 or less, preferably 200 or less. When the molecular weight of the carboxylic acid anhydride is within the above range, the increase in the viscosity of the electrolyte can be suppressed, and the film density can be optimized, thereby appropriately improving durability.
また、上記カルボン酸無水物の製造方法にも特に制限は無く、公知の方法を任意に選択して製造することが可能である。以上説明したカルボン酸無水物は、本開示の非水系電解液中に、何れか1種を単独で含有させてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併有させてもよい。 The method for producing the carboxylic acid anhydride is not particularly limited, and any known method can be selected for production. The nonaqueous electrolyte solution of the present disclosure may contain any one of the carboxylic acid anhydrides described above, or may contain two or more of them in any combination and ratio.
また、本開示の電解液に対する上記カルボン酸無水物の含有量に特に制限は無く、本開示の効果を著しく損なわない限り任意であるが、本開示の電解液に対して、通常0.01質量%以上、好ましくは0.1質量%以上、また、通常5質量%以下、好ましくは3質量%以下の濃度で含有させることが望ましい。カルボン酸無水物の含有量が上記範囲内であると、サイクル特性向上効果が発現しやすくなり、また反応性が好適であるため電池特性が向上しやすくなる。 In addition, there is no particular limit to the content of the carboxylic acid anhydride in the electrolyte solution of the present disclosure, and it can be any amount as long as it does not significantly impair the effects of the present disclosure. However, it is desirable to include the carboxylic acid anhydride in the electrolyte solution of the present disclosure at a concentration of usually 0.01% by mass or more, preferably 0.1% by mass or more, and usually 5% by mass or less, preferably 3% by mass or less. When the content of the carboxylic acid anhydride is within the above range, the effect of improving cycle characteristics is easily manifested, and the reactivity is favorable, so that the battery characteristics are easily improved.
本開示の電解液には、公知のその他の助剤を用いることができる。その他の助剤としては、ペンタン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、シクロヘプタン、ベンゼン、フラン、ナフタレン、2-フェニルビシクロヘキシル、シクロヘキサン、2,4,8,10-テトラオキサスピロ[5.5]ウンデカン、3,9-ジビニル-2,4,8,10-テトラオキサスピロ[5.5]ウンデカン等の炭化水素化合物;
フルオロベンゼン、ジフルオロベンゼン、ヘキサフルオロベンゼン、ベンゾトリフルオライド、モノフルオロベンゼン、1-フルオロ-2-シクロヘキシルベンゼン、1-フルオロ-4-tert-ブチルベンゼン、1-フルオロ-3-シクロヘキシルベンゼン、1-フルオロ-2-シクロヘキシルベンゼン、フッ素化ビフェニル等の含フッ素芳香族化合物;
エリスリタンカーボネート、スピロ-ビス-ジメチレンカーボネート、メトキシエチル-メチルカーボネート等のカーボネート化合物;
ジオキソラン、ジオキサン、2,5,8,11-テトラオキサドデカン、2,5,8,11,14-ペンタオキサペンタデカン、エトキシメトキシエタン、トリメトキシメタン、グライム、エチルモノグライム等のエーテル系化合物;
ジメチルケトン、ジエチルケトン、3-ペンタノン等のケトン系化合物;
2-アリル無水コハク酸等の酸無水物;
シュウ酸ジメチル、シュウ酸ジエチル、シュウ酸エチルメチル、シュウ酸ジ(2-プロピニル)、シュウ酸メチル2-プロピニル、コハク酸ジメチル、グルタル酸ジ(2-プロピニル)、ギ酸メチル、ギ酸エチル、ギ酸2-プロピニル、2-ブチン-1,4-ジイルジホルメート、メタクリル酸2-プロピニル、マロン酸ジメチル等のエステル化合物;
アセトアミド、N-メチルホルムアミド、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド等のアミド系化合物;
硫酸エチレン、硫酸ビニレン、亜硫酸エチレン、フルオロスルホン酸メチル、フルオロスルホン酸エチル、メタンスルホン酸メチル、メタンスルホン酸エチル、ブスルファン、スルホレン、ジフェニルスルホン、N,N-ジメチルメタンスルホンアミド、N,N-ジエチルメタンスルホンアミド、ビニルスルホン酸メチル、ビニルスルホン酸エチル、ビニルスルホン酸アリル、ビニルスルホン酸プロパルギル、アリルスルホン酸メチル、アリルスルホン酸エチル、アリルスルホン酸アリル、アリルスルホン酸プロパルギル、1,2-ビス(ビニルスルホニロキシ)エタン、無水プロパンジスルホン酸、無水スルホ酪酸、無水スルホ安息香酸、無水スルホプロピオン酸、無水エタンジスルホン酸、メチレンメタンジスルホネート、メタンスルホン酸2-プロピニル、ペンテンサルファイト、ペンタフルオロフェニルメタンスルホネート、プロピレンサルフェート、プロピレンサルファイト、プロパンサルトン、ブチレンサルファイト、ブタン-2,3-ジイルジメタンスルホネート、2-ブチン-1,4-ジイルジメタンスルホネート、ビニルスルホン酸2-プロピニル、ビス(2-ビニルスルホニルエチル)エーテル、5-ビニル-ヘキサヒドロ-1,3,2-ベンゾジオキサチオール-2-オキシド、2-(メタンスルホニルオキシ)プロピオン酸2-プロピニル、5,5-ジメチル-1,2-オキサチオラン-4-オン2,2-ジオキシド、3-スルホ-プロピオン酸無水物トリメチレンメタンジスルホネート2-メチルテトラヒドロフラン、トリメチレンメタンジスルホネート、テトラメチレンスルホキシド、ジメチレンメタンジスルホネート、ジフルオロエチルメチルスルホン、ジビニルスルホン、1,2-ビス(ビニルスルホニル)エタン、エチレンビススルホン酸メチル、エチレンビススルホン酸エチル、エチレンサルフェート、チオフェン1-オキシド等の含硫黄化合物;
1-メチル-2-ピロリジノン、1-メチル-2-ピペリドン、3-メチル-2-オキサゾリジノン、1,3-ジメチル-2-イミダゾリジノン及びN-メチルスクシンイミド、ニトロメタン、ニトロエタン、エチレンジアミン等の含窒素化合物;
亜リン酸トリメチル、亜リン酸トリエチル、亜リン酸トリフェニル、リン酸トリメチル、リン酸トリエチル、リン酸トリフェニル、メチルホスホン酸ジメチル、エチルホスホン酸ジエチル、ビニルホスホン酸ジメチル、ビニルホスホン酸ジエチル、ジエチルホスホノ酢酸エチル、ジメチルホスフィン酸メチル、ジエチルホスフィン酸エチル、トリメチルホスフィンオキシド、トリエチルホスフィンオキシド、リン酸ビス(2,2-ジフルオロエチル)2,2,2-トリフルオロエチル、リン酸ビス(2,2,3,3-テトラフルオロプロピル)2,2,2-トリフルオロエチル、リン酸ビス(2,2,2-トリフルオロエチル)メチル、リン酸ビス(2,2,2-トリフルオロエチル)エチル、リン酸ビス(2,2,2-トリフルオロエチル)2,2-ジフルオロエチルリン酸ビス(2,2,2-トリフルオロエチル)2,2,3,3-テトラフルオロプロピル、リン酸トリブチル、リン酸トリス(2,2,2-トリフルオロエチル)、リン酸トリス(1,1,1,3,3,3-ヘキサフルオロプロパン-2-イル)、リン酸トリオクチル、リン酸2-フェニルフェニルジメチル、リン酸2-フェニルフェニルジエチル、リン酸(2,2,2-トリフルオロエチル)(2,2,3,3-テトラフルオロプロピル)メチル、メチル2-(ジメトキシホスホリル)アセテート、メチル2-(ジメチルホスホリル)アセテート、メチル2-(ジエトキシホスホリル)アセテート、メチル2-(ジエチルホスホリル)アセテート、メチレンビスホスホン酸メチル、メチレンビスホスホン酸エチル、エチレンビスホスホン酸メチル、エチレンビスホスホン酸エチル、ブチレンビスホスホン酸メチル、ブチレンビスホスホン酸エチル、酢酸2-プロピニル2-(ジメトキシホスホリル)、酢酸2-プロピニル2-(ジメチルホスホリル)、酢酸2-プロピニル2-(ジエトキシホスホリル)、酢酸2-プロピニル2-(ジエチルホスホリル)、リン酸トリス(トリメチルシリル)、リン酸トリス(トリエチルシリル)、リン酸トリス(トリメトキシシリル)、亜リン酸トリス(トリメチルシリル)、亜リン酸トリス(トリエチルシリル)、亜リン酸トリス(トリメトキシシリル)、ポリリン酸トリメチルシリル等の含燐化合物;
ホウ酸トリス(トリメチルシリル)、ホウ酸トリス(トリメトキシシリル)等の含ホウ素化合物;
ジメトキシアルミノキシトリメトキシシラン、ジエトキシアルミノキシトリエトキシシラン、ジプロポキシアルミノキシトリエトキシシラン、ジブトキシアルミノキシトリメトキシシラン、ジブトキシアルミノキシトリエトキシシラン、チタンテトラキス(トリメチルシロキシド)、チタンテトラキス(トリエチルシロキシド)、テトラメチルシラン等のシラン化合物;
等が挙げられる。これらは1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。これらの助剤を添加することにより、高温保存後の容量維持特性やサイクル特性を向上させることができる。
上記その他の助剤としては、なかでも、含燐化合物が好ましく、リン酸トリス(トリメチルシリル)、亜リン酸トリス(トリメチルシリル)が好ましい。
Other known auxiliary agents can be used in the electrolyte solution of the present disclosure, such as hydrocarbon compounds such as pentane, heptane, octane, nonane, decane, cycloheptane, benzene, furan, naphthalene, 2-phenylbicyclohexyl, cyclohexane, 2,4,8,10-tetraoxaspiro[5.5]undecane, and 3,9-divinyl-2,4,8,10-tetraoxaspiro[5.5]undecane;
Fluorine-containing aromatic compounds such as fluorobenzene, difluorobenzene, hexafluorobenzene, benzotrifluoride, monofluorobenzene, 1-fluoro-2-cyclohexylbenzene, 1-fluoro-4-tert-butylbenzene, 1-fluoro-3-cyclohexylbenzene, 1-fluoro-2-cyclohexylbenzene, and fluorinated biphenyls;
Carbonate compounds such as erythritan carbonate, spiro-bis-dimethylene carbonate, and methoxyethyl-methyl carbonate;
Ether compounds such as dioxolane, dioxane, 2,5,8,11-tetraoxadodecane, 2,5,8,11,14-pentaoxapentadecane, ethoxymethoxyethane, trimethoxymethane, glyme, and ethyl monoglyme;
Ketone compounds such as dimethyl ketone, diethyl ketone, and 3-pentanone;
Acid anhydrides such as 2-allyl succinic anhydride;
Ester compounds such as dimethyl oxalate, diethyl oxalate, ethyl methyl oxalate, di(2-propynyl) oxalate, methyl 2-propynyl oxalate, dimethyl succinate, di(2-propynyl) glutarate, methyl formate, ethyl formate, 2-propynyl formate, 2-butyne-1,4-diyl diformate, 2-propynyl methacrylate, and dimethyl malonate;
Amide compounds such as acetamide, N-methylformamide, N,N-dimethylformamide, and N,N-dimethylacetamide;
Ethylene sulfate, vinylene sulfate, ethylene sulfite, methyl fluorosulfonate, ethyl fluorosulfonate, methyl methanesulfonate, ethyl methanesulfonate, busulfan, sulfolene, diphenyl sulfone, N,N-dimethylmethanesulfonamide, N,N-diethylmethanesulfonamide, methyl vinylsulfonate, ethyl vinylsulfonate, allyl vinylsulfonate, propargyl vinylsulfonate, methyl allylsulfonate, ethyl allylsulfonate, allyl allylsulfonate, propargyl allylsulfonate, 1,2-bis(vinylsulfonyloxy)ethane, propanedisulfonic anhydride, sulfobutyric anhydride, sulfobenzoic anhydride, sulfopropionic anhydride, ethanedisulfonic anhydride, methylenemethanedisulfonate, 2-propynyl methanesulfonate, pentenesulfite, pentafluorophenylmethanesulfonate, propylene sulfate, propylene sulfite, propane sultone, butylene sulfite, butane-2,3-diyl dimethanesulfonate, 2-butyne-1,4-diyl dimethanesulfonate, 2-propynyl vinylsulfonate, bis(2-vinylsulfonylethyl)ether, 5-vinyl-hexahydro-1,3,2-benzodioxathiol-2-oxide, 2-(methanesulfonyloxy)propionate 2-propynyl, 5,5-dimethyl-1,2-oxathiolan-4-one 2,2-dioxy sulfur-containing compounds such as 3-sulfo-propionic anhydride trimethylenemethane disulfonate 2-methyltetrahydrofuran, trimethylenemethane disulfonate, tetramethylene sulfoxide, dimethylenemethane disulfonate, difluoroethyl methyl sulfone, divinyl sulfone, 1,2-bis(vinylsulfonyl)ethane, ethylene bis(methyl sulfonate), ethylene bis(ethyl sulfonate), ethylene sulfate, and thiophene 1-oxide;
Nitrogen-containing compounds such as 1-methyl-2-pyrrolidinone, 1-methyl-2-piperidone, 3-methyl-2-oxazolidinone, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, and N-methylsuccinimide, nitromethane, nitroethane, and ethylenediamine;
Trimethyl phosphite, triethyl phosphite, triphenyl phosphite, trimethyl phosphate, triethyl phosphate, triphenyl phosphate, dimethyl methylphosphonate, diethyl ethylphosphonate, dimethyl vinylphosphonate, diethyl vinylphosphonate, ethyl diethylphosphonoacetate, methyl dimethylphosphinate, ethyl diethylphosphinate, trimethylphosphine oxide, triethylphosphine oxide, bis(2,2-difluoroethyl) phosphate 2,2,2-trifluoroethyl, bis(2,2,3,3-tetrafluoroethyl)phosphate 2,2,2-trifluoroethyl phosphate, bis(2,2,2-trifluoroethyl)methyl phosphate, bis(2,2,2-trifluoroethyl)ethyl phosphate, bis(2,2,2-trifluoroethyl)2,2-difluoroethyl phosphate, bis(2,2,2-trifluoroethyl)2,2,3,3-tetrafluoropropyl phosphate, tributyl phosphate, tris(2,2,2-trifluoroethyl)phosphate, tris(1,1,1,3,3,3-hexafluoropropan-2-yl)phosphate, trioctyl phosphate, 2-phenyl phosphate nylphenyldimethyl, 2-phenylphenyldiethyl phosphate, (2,2,2-trifluoroethyl)(2,2,3,3-tetrafluoropropyl)methyl phosphate, methyl 2-(dimethoxyphosphoryl)acetate, methyl 2-(dimethylphosphoryl)acetate, methyl 2-(diethoxyphosphoryl)acetate, methyl 2-(diethylphosphoryl)acetate, methyl methylenebisphosphonate, ethyl methylenebisphosphonate, methyl ethylenebisphosphonate, ethyl ethylenebisphosphonate, methyl butylenebisphosphonate phosphorus-containing compounds such as ethyl butylene bisphosphonate, 2-propynyl 2-(dimethoxyphosphoryl) acetate, 2-propynyl 2-(dimethylphosphoryl) acetate, 2-propynyl 2-(diethoxyphosphoryl) acetate, 2-propynyl 2-(diethylphosphoryl) acetate, tris(trimethylsilyl) phosphate, tris(triethylsilyl) phosphate, tris(trimethoxysilyl) phosphate, tris(trimethylsilyl) phosphite, tris(triethylsilyl) phosphite, tris(trimethoxysilyl) phosphite, and trimethylsilyl polyphosphate;
boron-containing compounds such as tris(trimethylsilyl) borate and tris(trimethoxysilyl) borate;
silane compounds such as dimethoxyaluminoxytrimethoxysilane, diethoxyaluminoxytriethoxysilane, dipropoxyaluminoxytriethoxysilane, dibutoxyaluminoxytrimethoxysilane, dibutoxyaluminoxytriethoxysilane, titanium tetrakis(trimethylsiloxide), titanium tetrakis(triethylsiloxide), and tetramethylsilane;
These may be used alone or in combination of two or more. By adding these auxiliary agents, the capacity retention characteristics and cycle characteristics after high-temperature storage can be improved.
Of the other auxiliaries, phosphorus-containing compounds are preferred, with tris(trimethylsilyl) phosphate and tris(trimethylsilyl) phosphite being preferred.
その他の助剤の配合量は、特に制限されず、本開示の効果を著しく損なわない限り任意である。その他の助剤は、電解液100質量%中、好ましくは、0.01質量%以上であり、また、5質量%以下である。この範囲であれば、その他助剤の効果を十分に発現させやすく、高負荷放電特性等の電池の特性が低下するといった事態も回避しやすい。その他の助剤の配合量は、より好ましくは0.1質量%以上、更に好ましくは0.2質量%以上であり、また、より好ましくは3質量%以下、更に好ましくは1質量%以下である。 The amount of the other auxiliary agent is not particularly limited and may be any amount as long as it does not significantly impair the effects of the present disclosure. The amount of the other auxiliary agent is preferably 0.01% by mass or more and 5% by mass or less in 100% by mass of the electrolyte. Within this range, the effect of the other auxiliary agent is easily exerted, and it is easy to avoid a situation in which the battery characteristics such as high-load discharge characteristics are deteriorated. The amount of the other auxiliary agent is more preferably 0.1% by mass or more, even more preferably 0.2% by mass or more, and more preferably 3% by mass or less, even more preferably 1% by mass or less.
本開示の電解液は、本開示の効果を損なわない範囲で、環状及び鎖状カルボン酸エステル、エーテル化合物、窒素含有化合物、ホウ素含有化合物、有機ケイ素含有化合物、不燃(難燃)化剤、界面活性剤、高誘電化添加剤、サイクル特性及びレート特性改善剤、スルホン系化合物等を添加剤として更に含有してもよい。 The electrolyte solution of the present disclosure may further contain additives such as cyclic and chain carboxylic acid esters, ether compounds, nitrogen-containing compounds, boron-containing compounds, organosilicon-containing compounds, flame-retardant (flame-retardant) agents, surfactants, high-dielectric additives, cycle property and rate property improvers, sulfone-based compounds, etc., within the scope of the present disclosure that does not impair the effects of the present disclosure.
上記環状カルボン酸エステルとしては、その構造式中の全炭素原子数が3~12のものが挙げられる。具体的には、ガンマブチロラクトン、ガンマバレロラクトン、ガンマカプロラクトン、イプシロンカプロラクトン、3-メチル-γ-ブチロラクトン等が挙げられる。中でも、ガンマブチロラクトンがリチウムイオン解離度の向上に由来する電気化学デバイスの特性向上の点から特に好ましい。 The above-mentioned cyclic carboxylic acid esters include those having a total of 3 to 12 carbon atoms in their structural formula. Specific examples include gamma-butyrolactone, gamma-valerolactone, gamma-caprolactone, epsilon-caprolactone, and 3-methyl-γ-butyrolactone. Among these, gamma-butyrolactone is particularly preferred from the viewpoint of improving the characteristics of electrochemical devices due to the improved degree of lithium ion dissociation.
添加剤としての環状カルボン酸エステルの配合量は、通常、溶媒100質量%中、好ましくは0.1質量%以上、より好ましくは1質量%以上である。この範囲であると、電解液の電気伝導率を改善し、電気化学デバイスの大電流放電特性を向上させやすくなる。また、環状カルボン酸エステルの配合量は、好ましくは10質量%以下、より好ましくは5質量%以下である。このように上限を設定することにより、電解液の粘度を適切な範囲とし、電気伝導率の低下を回避し、負極抵抗の増大を抑制し、電気化学デバイスの大電流放電特性を良好な範囲としやすくする。 The amount of the cyclic carboxylic acid ester as an additive is usually preferably 0.1% by mass or more, more preferably 1% by mass or more, based on 100% by mass of the solvent. This range improves the electrical conductivity of the electrolyte and makes it easier to improve the large-current discharge characteristics of the electrochemical device. In addition, the amount of the cyclic carboxylic acid ester is preferably 10% by mass or less, more preferably 5% by mass or less. By setting an upper limit in this way, the viscosity of the electrolyte is kept in an appropriate range, a decrease in electrical conductivity is avoided, an increase in the negative electrode resistance is suppressed, and the large-current discharge characteristics of the electrochemical device are easily kept in a good range.
また、上記環状カルボン酸エステルとしては、フッ素化環状カルボン酸エステル(含フッ素ラクトン)も好適に用いることができる。含フッ素ラクトンとしては、例えば、下記式(C): Furthermore, as the cyclic carboxylic acid ester, a fluorinated cyclic carboxylic acid ester (fluorine-containing lactone) can also be suitably used. Examples of the fluorine-containing lactone include those represented by the following formula (C):
(式中、X15~X20は同じか又は異なり、いずれも-H、-F、-Cl、-CH3又はフッ素化アルキル基;ただし、X15~X20の少なくとも1つはフッ素化アルキル基である)
で示される含フッ素ラクトンが挙げられる。
(wherein, X 15 to X 20 are the same or different and each is —H, —F, —Cl, —CH 3 or a fluorinated alkyl group; provided that at least one of X 15 to X 20 is a fluorinated alkyl group).
Examples of fluorine-containing lactones include those represented by the following formula:
X15~X20におけるフッ素化アルキル基としては、例えば、-CFH2、-CF2H、-CF3、-CH2CF3、-CF2CF3、-CH2CF2CF3、-CF(CF3)2等が挙げられ、耐酸化性が高く、安全性向上効果がある点から-CH2CF3、-CH2CF2CF3が好ましい。 Examples of the fluorinated alkyl group represented by X 15 to X 20 include -CFH 2 , -CF 2 H, -CF 3 , -CH 2 CF 3 , -CF 2 CF 3 , -CH 2 CF 2 CF 3 , -CF(CF 3 ) 2 and the like, of which -CH 2 CF 3 and -CH 2 CF 2 CF 3 are preferred from the viewpoints of high oxidation resistance and safety improvement effect.
X15~X20の少なくとも1つがフッ素化アルキル基であれば、-H、-F、-Cl、-CH3又はフッ素化アルキル基は、X15~X20の1箇所のみに置換していてもよいし、複数の箇所に置換していてもよい。好ましくは、電解質塩の溶解性が良好な点から1~3箇所、更に好ましくは1~2箇所である。 When at least one of X 15 to X 20 is a fluorinated alkyl group, -H, -F, -Cl, -CH 3 or a fluorinated alkyl group may be substituted at only one position of X 15 to X 20 or at multiple positions thereof, preferably 1 to 3 positions, more preferably 1 to 2 positions, from the viewpoint of good solubility of the electrolyte salt.
フッ素化アルキル基の置換位置は特に限定されないが、合成収率が良好なことから、X17及び/又はX18が、特にX17又はX18がフッ素化アルキル基、なかでも-CH2CF3、-CH2CF2CF3であることが好ましい。フッ素化アルキル基以外のX15~X20は、-H、-F、-Cl又はCH3であり、特に電解質塩の溶解性が良好な点から-Hが好ましい。 The substitution position of the fluorinated alkyl group is not particularly limited, but in terms of good synthesis yield, it is preferable that X 17 and/or X 18 , particularly X 17 or X 18 , is a fluorinated alkyl group, especially -CH 2 CF 3 or -CH 2 CF 2 CF 3. X 15 to X 20 other than the fluorinated alkyl group are -H, -F, -Cl or CH 3 , and in terms of good solubility of the electrolyte salt, -H is particularly preferred.
含フッ素ラクトンとしては、上記式で示されるもの以外にも、例えば、下記式(D): In addition to those represented by the above formula, fluorine-containing lactones include, for example, those represented by the following formula (D):
(式中、A及びBはいずれか一方がCX226X227(X226及びX227は同じか又は異なり、いずれも-H、-F、-Cl、-CF3、-CH3又は水素原子がハロゲン原子で置換されていてもよくヘテロ原子を鎖中に含んでいてもよいアルキレン基)であり、他方は酸素原子;Rf12はエーテル結合を有していてもよいフッ素化アルキル基又はフッ素化アルコキシ基;X221及びX222は同じか又は異なり、いずれも-H、-F、-Cl、-CF3又はCH3;X223~X225は同じか又は異なり、いずれも-H、-F、-Cl又は水素原子がハロゲン原子で置換されていてもよくヘテロ原子を鎖中に含んでいてもよいアルキル基;n=0又は1)
で示される含フッ素ラクトン等も挙げられる。
(In the formula, either one of A and B is CX 226 X 227 (X 226 and X 227 are the same or different and each is -H, -F, -Cl, -CF 3 , -CH 3 or an alkylene group in which a hydrogen atom may be substituted with a halogen atom and which may contain a heteroatom in the chain), and the other is an oxygen atom; Rf 12 is a fluorinated alkyl group or a fluorinated alkoxy group which may have an ether bond; X 221 and X 222 are the same or different and each is -H, -F, -Cl, -CF 3 or CH 3 ; X 223 to X 225 are the same or different and each is -H, -F, -Cl or an alkyl group in which a hydrogen atom may be substituted with a halogen atom and which may contain a heteroatom in the chain; n=0 or 1)
Also included are fluorine-containing lactones represented by the following formula:
式(D)で示される含フッ素ラクトンとしては、下記式(E): The fluorine-containing lactone represented by formula (D) is represented by the following formula (E):
(式中、A、B、Rf12、X221、X222及びX223は式(D)と同じである)
で示される5員環構造が、合成が容易である点、化学的安定性が良好な点から好ましく挙げられ、更には、AとBの組合せにより、下記式(F):
(In the formula, A, B, Rf 12 , X 221 , X 222 and X 223 are the same as in formula (D).
A five-membered ring structure represented by the following formula (F):
(式中、Rf12、X221、X222、X223、X226及びX227は式(D)と同じである)
で示される含フッ素ラクトンと、下記式(G):
(In the formula, Rf 12 , X 221 , X 222 , X 223 , X 226 and X 227 are the same as in formula (D).
and a fluorine-containing lactone represented by the following formula (G):
(式中、Rf12、X221、X222、X223、X226及びX227は式(D)と同じである)
で示される含フッ素ラクトンがある。
(In the formula, Rf 12 , X 221 , X 222 , X 223 , X 226 and X 227 are the same as in formula (D).
There is a fluorine-containing lactone represented by the formula:
これらのなかでも、高い誘電率、高い耐電圧といった優れた特性が特に発揮できる点、そのほか電解質塩の溶解性、内部抵抗の低減が良好な点で本開示における電解液としての特性が向上する点から、 Among these, the excellent properties of high dielectric constant and high voltage resistance can be particularly exhibited, and the solubility of electrolyte salts and reduction of internal resistance are also favorable, improving the properties of the electrolyte solution in this disclosure.
フッ素化環状カルボン酸エステルを含有させることにより、イオン伝導度の向上、安全性の向上、高温時の安定性向上といった効果が得られる。
By incorporating a fluorinated cyclic carboxylate, effects such as improved ion conductivity, improved safety, and improved stability at high temperatures can be obtained.
上記鎖状カルボン酸エステルとしては、その構造式中の全炭素数が3~7のものが挙げられる。具体的には、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸-n-プロピル、酢酸イソプロピル、酢酸-n-ブチル、酢酸イソブチル、酢酸-t-ブチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸-n-プロピル、プロピオン酸イソブチル、プロピオン酸-n-ブチル、メチルブチレート、プロピオン酸イソブチル、プロピオン酸-t-ブチル、酪酸メチル、酪酸エチル、酪酸-n-プロピル、酪酸イソプロピル、イソ酪酸メチル、イソ酪酸エチル、イソ酪酸-n-プロピル、イソ酪酸イソプロピル等が挙げられる。 The chain carboxylate esters include those having a total carbon number of 3 to 7 in their structural formula. Specific examples include methyl acetate, ethyl acetate, n-propyl acetate, isopropyl acetate, n-butyl acetate, isobutyl acetate, t-butyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, n-propyl propionate, isobutyl propionate, n-butyl propionate, methyl butyrate, isobutyl propionate, t-butyl propionate, methyl butyrate, ethyl butyrate, n-propyl butyrate, isopropyl butyrate, methyl isobutyrate, ethyl isobutyrate, n-propyl isobutyrate, and isopropyl isobutyrate.
中でも、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸-n-プロピル、酢酸-n-ブチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸-n-プロピル、プロピオン酸イソプロピル、酪酸メチル、酪酸エチル等が粘度低下によるイオン伝導度の向上の点から好ましい。 Among these, methyl acetate, ethyl acetate, n-propyl acetate, n-butyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, n-propyl propionate, isopropyl propionate, methyl butyrate, ethyl butyrate, etc. are preferred in terms of improving ionic conductivity by reducing viscosity.
上記エーテル化合物としては、炭素数2~10の鎖状エーテル、及び炭素数3~6の環状エーテルが好ましい。
炭素数2~10の鎖状エーテルとしては、ジメチルエーテル、ジエチルエーテル、ジ-n-ブチルエーテル、ジメトキシメタン、メトキシエトキシメタン、ジエトキシメタン、ジメトキシエタン、メトキシエトキシエタン、ジエトキシエタン、エチレングリコールジ-n-プロピルエーテル、エチレングリコールジ-n-ブチルエーテル、ジエチレングリコール、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ペンタエチレングリコール、トリエチレングリコールジメチルエーテル、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、テトラエチレングリコールジメチルエーテル、ジイソプロピルエーテル等が挙げられる。
As the ether compound, a chain ether having 2 to 10 carbon atoms and a cyclic ether having 3 to 6 carbon atoms are preferred.
Examples of chain ethers having 2 to 10 carbon atoms include dimethyl ether, diethyl ether, di-n-butyl ether, dimethoxymethane, methoxyethoxymethane, diethoxymethane, dimethoxyethane, methoxyethoxyethane, diethoxyethane, ethylene glycol di-n-propyl ether, ethylene glycol di-n-butyl ether, diethylene glycol, diethylene glycol dimethyl ether, pentaethylene glycol, triethylene glycol dimethyl ether, triethylene glycol, tetraethylene glycol, tetraethylene glycol dimethyl ether, and diisopropyl ether.
また、上記エーテル化合物としては、フッ素化エーテル(但し、含フッ素エーテル化合物(1)及び(2)を除く。)も好適に用いることができる。
上記フッ素化エーテルとしては、下記一般式(I):
Rf3-O-Rf4 (I)
(式中、Rf3及びRf4は同じか又は異なり、炭素数1~10のアルキル基又は炭素数1~10のフッ素化アルキル基である。ただし、Rf3及びRf4の少なくとも一方は、フッ素化アルキル基である。)
で表されるフッ素化エーテル(I)が挙げられる。フッ素化エーテル(I)を含有させることにより、電解液の難燃性が向上するとともに、高温高電圧での安定性、安全性が向上する。
As the ether compound, fluorinated ethers (excluding the fluorine-containing ether compounds (1) and (2)) can also be suitably used.
The fluorinated ether is represented by the following general formula (I):
Rf 3 -O-Rf 4 (I)
(In the formula, Rf 3 and Rf 4 are the same or different and are an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms or a fluorinated alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, provided that at least one of Rf 3 and Rf 4 is a fluorinated alkyl group.)
The inclusion of the fluorinated ether (I) improves the flame retardancy of the electrolyte solution, and also improves the stability and safety at high temperatures and high voltages.
上記一般式(I)においては、Rf3及びRf4の少なくとも一方が炭素数1~10のフッ素化アルキル基であればよいが、電解液の難燃性及び高温高電圧での安定性、安全性を一層向上させる観点から、Rf3及びRf4が、ともに炭素数1~10のフッ素化アルキル基であることが好ましい。この場合、Rf3及びRf4は同じであってもよく、互いに異なっていてもよい。
なかでも、Rf3及びRf4が、同じか又は異なり、Rf3が炭素数3~6のフッ素化アルキル基であり、かつ、Rf4が炭素数2~6のフッ素化アルキル基であることがより好ましい。
In the above general formula (I), at least one of Rf 3 and Rf 4 may be a fluorinated alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, but from the viewpoint of further improving the flame retardancy of the electrolyte and the stability and safety at high temperature and high voltage, it is preferable that Rf 3 and Rf 4 are both fluorinated alkyl groups having 1 to 10 carbon atoms. In this case, Rf 3 and Rf 4 may be the same or different from each other.
Among these, it is more preferable that Rf 3 and Rf 4 are the same or different, Rf 3 is a fluorinated alkyl group having 3 to 6 carbon atoms, and Rf 4 is a fluorinated alkyl group having 2 to 6 carbon atoms.
Rf3及びRf4の合計炭素数が少な過ぎるとフッ素化エーテルの沸点が低くなりすぎ、また、Rf3又はRf4の炭素数が多過ぎると、電解質塩の溶解性が低下し、他の溶媒との相溶性にも悪影響が出始め、また粘度が上昇するためレート特性が低減する。Rf3の炭素数が3又は4、Rf4の炭素数が2又は3のとき、沸点及びレート特性に優れる点で有利である。 If the total carbon number of Rf3 and Rf4 is too small, the boiling point of the fluorinated ether becomes too low, and if the carbon number of Rf3 or Rf4 is too large, the solubility of the electrolyte salt decreases, the compatibility with other solvents begins to be adversely affected, and the viscosity increases, resulting in reduced rate characteristics. When the carbon number of Rf3 is 3 or 4 and the carbon number of Rf4 is 2 or 3, it is advantageous in terms of excellent boiling point and rate characteristics.
上記フッ素化エーテル(I)は、フッ素含有率が40~75質量%であることが好ましい。この範囲のフッ素含有率を有するとき、不燃性と相溶性のバランスに特に優れたものになる。また、耐酸化性、安全性が良好な点からも好ましい。
上記フッ素含有率の下限は、45質量%がより好ましく、50質量%が更に好ましく、55質量%が特に好ましい。上限は70質量%がより好ましく、66質量%が更に好ましい。
なお、フッ素化エーテル(I)のフッ素含有率は、フッ素化エーテル(I)の構造式に基づいて、{(フッ素原子の個数×19)/フッ素化エーテル(I)の分子量}×100(%)により算出した値である。
The fluorinated ether (I) preferably has a fluorine content of 40 to 75 mass %. When the fluorine content is in this range, the balance between non-flammability and compatibility is particularly excellent. In addition, this is also preferred in terms of good oxidation resistance and safety.
The lower limit of the fluorine content is more preferably 45% by mass, further preferably 50% by mass, and particularly preferably 55% by mass, and the upper limit is more preferably 70% by mass, and further preferably 66% by mass.
The fluorine content of the fluorinated ether (I) is a value calculated based on the structural formula of the fluorinated ether (I) by {(number of fluorine atoms×19)/molecular weight of the fluorinated ether (I)}×100(%).
Rf3としては、例えば、CF3CF2CH2-、CF3CFHCF2-、HCF2CF2CF2-、HCF2CF2CH2-、CF3CF2CH2CH2-、CF3CFHCF2CH2-、HCF2CF2CF2CF2-、HCF2CF2CF2CH2-、HCF2CF2CH2CH2-、HCF2CF(CF3)CH2-等が挙げられる。また、Rf4としては、例えば、-CH2CF2CF3、-CF2CFHCF3、-CF2CF2CF2H、-CH2CF2CF2H、-CH2CH2CF2CF3、-CH2CF2CFHCF3、-CF2CF2CF2CF2H、-CH2CF2CF2CF2H、-CH2CH2CF2CF2H、-CH2CF(CF3)CF2H、-CF2CF2H、-CH2CF2H、-CF2CH3等が挙げられる。 Examples of Rf 3 include CF 3 CF 2 CH 2 --, CF 3 CFHCF 2 --, HCF 2 CF 2 CF 2 --, HCF 2 CF 2 CH 2 --, CF 3 CF 2 CH 2 CH 2 --, CF 3 CFHCF 2 CH 2 --, HCF 2 CF 2 CF 2 CF 2 --, HCF 2 CF 2 CF 2 CH 2 --, HCF 2 CF 2 CH 2 CH 2 --, HCF 2 CF(CF 3 )CH 2 --, and the like. Examples of Rf 4 include -CH 2 CF 2 CF 3 , -CF 2 CFHCF 3 , -CF 2 CF 2 CF 2 H, -CH 2 CF 2 CF 2 H, -CH 2 CH 2 CF 2 CF 3 , -CH 2 CF 2 CFHCF 3 , -CF 2 CF 2 CF 2 CF 2 H, -CH 2 CF 2 CF 2 CF 2 H, -CH 2 CH 2 CF 2 CF 2 H, -CH 2 CF(CF 3 )CF 2 H, -CF 2 CF 2 H, -CH 2 CF 2 H, -CF 2 CH 3 , and the like.
上記フッ素化エーテル(I)の具体例としては、例えば、CF3CF2CH2OCF2CF2H、CF3CF2CH2OCF2CFHCF3、C6F13OCH3、C6F13OC2H5、C8F17OCH3、C8F17OC2H5、CF3CFHCF2CH(CH3)OCF2CFHCF3、HCF2CF2OCH(C2H5)2、HCF2CF2OC4H9、HCF2CF2OCH2CH(C2H5)2、HCF2CF2OCH2CH(CH3)2等が挙げられる。 Specific examples of the fluorinated ether ( I ) include , for example , CF3CF2CH2OCF2CF2H , CF3CF2CH2OCF2CFHCF3 , C6F13OCH3 , C6F13OC2H5 , C8F17OCH3 , C8F17OC2H5 , CF3CFHCF2CH ( CH3 ) OCF2CFHCF3 , HCF2CF2OCH ( C2H5 ) 2 , HCF2CF2OC4H9 , HCF2CF2OCH2CH ( C2H5 ) ) 2 , HCF 2 CF 2 OCH 2 CH(CH 3 ) 2 , etc.
なかでも、片末端又は両末端にHCF2-又はCF3CFH-を含むものが分極性に優れ、沸点の高いフッ素化エーテル(I)を与えることができる。フッ素化エーテル(I)の沸点は、67~120℃であることが好ましい。より好ましくは80℃以上、更に好ましくは90℃以上である。 Among these, those containing HCF 2 - or CF 3 CFH- at one or both ends have excellent polarizability and can give a fluorinated ether (I) having a high boiling point. The boiling point of the fluorinated ether (I) is preferably 67 to 120°C, more preferably 80°C or higher, and even more preferably 90°C or higher.
このようなフッ素化エーテル(I)としては、例えば、CF3CH2OCF2CFHCF3、CF3CF2CH2OCF2CFHCF3、HCF2CF2CH2OCH2CF2CF2H、CF3CFHCF2CH2OCF2CFHCF3、CF3CF2CH2OCF2CF2H等の1種又は2種以上が挙げられる。
なかでも、高沸点、他の溶媒との相溶性や電解質塩の溶解性が良好な点で有利なことから、CF3CF2CH2OCF2CFHCF3(沸点82℃)及びCF3CF2CH2OCF2CF2H(沸点68℃)からなる群より選択される少なくとも1種であることが好ましい。
Examples of such fluorinated ethers ( I ) include one or more of CF3CH2OCF2CFHCF3 , CF3CF2CH2OCF2CFHCF3 , HCF2CF2CH2OCH2CF2CF2CF2H , CF3CFHCF2CH2OCF2CFHCF3 , CF3CF2CH2OCF2CF2CF2H , and the like .
Among these, at least one selected from the group consisting of CF3CF2CH2OCF2CFHCF3 (boiling point 82°C) and CF3CF2CH2OCF2CF2CF2H (boiling point 68°C) is preferred, since it has advantages in terms of a high boiling point , compatibility with other solvents, and good solubility of electrolyte salts.
炭素数3~6の環状エーテルとしては、1,2-ジオキサン、1,3-ジオキサン、2-メチル-1,3-ジオキサン、4-メチル-1,3-ジオキサン、1,4-ジオキサン、メタホルムアルデヒド、2-メチル-1,3-ジオキソラン、1,3-ジオキソラン、4-メチル-1,3-ジオキソラン、2-(トリフルオロエチル)ジオキソラン2,2,-ビス(トリフルオロメチル)-1,3-ジオキソラン等、及びこれらのフッ素化化合物が挙げられる。中でも、ジメトキシメタン、ジエトキシメタン、エトキシメトキシメタン、エチレングリコール-n-プロピルエーテル、エチレングリコールジ-n-ブチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、クラウンエーテルが、リチウムイオンへの溶媒和能力が高く、イオン解離度を向上させる点で好ましく、特に好ましくは、粘性が低く、高いイオン伝導度を与えることから、ジメトキシメタン、ジエトキシメタン、エトキシメトキシメタンである。 Cyclic ethers having 3 to 6 carbon atoms include 1,2-dioxane, 1,3-dioxane, 2-methyl-1,3-dioxane, 4-methyl-1,3-dioxane, 1,4-dioxane, metaformaldehyde, 2-methyl-1,3-dioxolane, 1,3-dioxolane, 4-methyl-1,3-dioxolane, 2-(trifluoroethyl)dioxolane 2,2,-bis(trifluoromethyl)-1,3-dioxolane, and fluorinated compounds thereof. Among these, dimethoxymethane, diethoxymethane, ethoxymethoxymethane, ethylene glycol-n-propyl ether, ethylene glycol di-n-butyl ether, diethylene glycol dimethyl ether, and crown ether are preferred in terms of their high solvation ability for lithium ions and their improved degree of ion dissociation, and dimethoxymethane, diethoxymethane, and ethoxymethoxymethane are particularly preferred because they have low viscosity and provide high ionic conductivity.
上記窒素含有化合物としては、ニトリル、含フッ素ニトリル、カルボン酸アミド、含フッ素カルボン酸アミド、スルホン酸アミド及び含フッ素スルホン酸アミド、アセトアミド、ホルムアミド等が挙げられる。また、1-メチル-2-ピロリジノン、1-メチル-2-ピペリドン、3-メチル-2-オキサジリジノン、1,3-ジメチル-2-イミダゾリジノン及びN-メチルスクシンイミド等も使用できる。ただし、上記一般式(1a)、(1b)及び(1c)で表されるニトリル化合物は上記窒素含有化合物に含めないものとする。 The nitrogen-containing compounds include nitriles, fluorine-containing nitriles, carboxylic acid amides, fluorine-containing carboxylic acid amides, sulfonic acid amides, fluorine-containing sulfonic acid amides, acetamides, formamides, and the like. 1-methyl-2-pyrrolidinone, 1-methyl-2-piperidone, 3-methyl-2-oxaziridinone, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, and N-methylsuccinimide can also be used. However, the nitrile compounds represented by the general formulae (1a), (1b), and (1c) above are not included in the nitrogen-containing compounds.
上記ホウ素含有化合物としては、例えば、トリメチルボレート、トリエチルボレート等のホウ酸エステル、ホウ酸エーテル、及び、ホウ酸アルキル等が挙げられる。 Examples of the boron-containing compounds include boric acid esters such as trimethyl borate and triethyl borate, boric acid ethers, and alkyl borates.
上記有機ケイ素含有化合物としては、例えば、(CH3)4-Si、(CH3)3-Si-Si(CH3)3、シリコンオイル等が挙げられる。 Examples of the organosilicon-containing compound include (CH 3 ) 4 --Si, (CH 3 ) 3 --Si--Si(CH 3 ) 3 , and silicone oil.
上記不燃(難燃)化剤としては、リン酸エステルやホスファゼン系化合物が挙げられる。上記リン酸エステルとしては、例えば、含フッ素アルキルリン酸エステル、非フッ素系アルキルリン酸エステル、アリールリン酸エステル等が挙げられる。なかでも、少量で不燃効果を発揮できる点で、含フッ素アルキルリン酸エステルであることが好ましい。 Examples of the flame retardant (fire resistant) agent include phosphate esters and phosphazene compounds. Examples of the phosphate esters include fluorine-containing alkyl phosphate esters, non-fluorine-based alkyl phosphate esters, and aryl phosphate esters. Among these, fluorine-containing alkyl phosphate esters are preferred because they can exert a flame retardant effect in small amounts.
上記ホスファゼン系化合物は例えば、メトキシペンタフルオロシクロトリホスファゼン、フェノキシペンタフルオロシクロトリホスファゼン、ジメチルアミノペンタフルオロシクロトリホスファゼン、ジエチルアミノペンタフルオロシクロトリホスファゼン、エトキシペンタフルオロシクロトリホスファゼン、エトキシヘプタフルオロシクロテトラホスファゼン等が挙げられる。 Examples of the phosphazene compounds include methoxypentafluorocyclotriphosphazene, phenoxypentafluorocyclotriphosphazene, dimethylaminopentafluorocyclotriphosphazene, diethylaminopentafluorocyclotriphosphazene, ethoxypentafluorocyclotriphosphazene, and ethoxyheptafluorocyclotetraphosphazene.
上記含フッ素アルキルリン酸エステルとしては、具体的には、特開平11-233141号公報に記載された含フッ素ジアルキルリン酸エステル、特開平11-283669号公報に記載された環状のアルキルリン酸エステル、又は、含フッ素トリアルキルリン酸エステル等が挙げられる。 Specific examples of the fluorine-containing alkyl phosphate ester include the fluorine-containing dialkyl phosphate ester described in JP-A-11-233141, the cyclic alkyl phosphate ester described in JP-A-11-283669, and the fluorine-containing trialkyl phosphate ester.
上記不燃(難燃)化剤としては、(CH3O)3P=O、(CF3CH2O)3P=O、(HCF2CH2O)3P=O、(CF3CF2CH2)3P=O、(HCF2CF2CH2)3P=O等が好ましい。 As the non-combustible (flame retardant) agent, ( CH3O ) 3P =O , (CF3CH2O) 3P = O, ( HCF2CH2O ) 3P = O , ( CF3CF2CH2 ) 3P =O, ( HCF2CF2CH2 ) 3P =O, and the like are preferred .
上記界面活性剤としては、カチオン性界面活性剤、アニオン性界面活性剤、非イオン性界面活性剤、両性界面活性剤のいずれでもよいが、サイクル特性、レート特性が良好となる点から、フッ素原子を含むものであることが好ましい。 The surfactant may be any of cationic surfactants, anionic surfactants, nonionic surfactants, and amphoteric surfactants, but it is preferable that the surfactant contains a fluorine atom in order to improve cycle characteristics and rate characteristics.
このようなフッ素原子を含む界面活性剤としては、例えば、下記式(30):
Rf5COO-M+ (30)
(式中、Rf5は炭素数3~10のエーテル結合を含んでいてもよい含フッ素アルキル基;M+はLi+、Na+、K+又はNHR’3
+(R’は同じか又は異なり、いずれもH又は炭素数が1~3のアルキル基)である)
で表される含フッ素カルボン酸塩や、下記式(40):
Rf6SO3
-M+ (40)
(式中、Rf6は炭素数3~10のエーテル結合を含んでいてもよい含フッ素アルキル基;M+はLi+、Na+、K+又はNHR’3
+(R’は同じか又は異なり、いずれもH又は炭素数が1~3のアルキル基)である)
で表される含フッ素スルホン酸塩等が好ましい。
Examples of such a surfactant containing a fluorine atom include a surfactant represented by the following formula (30):
Rf 5 COO - M + (30)
(In the formula, Rf 5 is a fluorine-containing alkyl group having 3 to 10 carbon atoms which may contain an ether bond; M + is Li + , Na + , K + or NHR' 3 + (R' may be the same or different and both are H or an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms).
or a fluorine-containing carboxylate represented by the following formula (40):
Rf 6 SO 3 − M + (40)
(In the formula, Rf 6 is a fluorine-containing alkyl group having 3 to 10 carbon atoms which may contain an ether bond; M + is Li + , Na + , K + or NHR' 3 + (R' may be the same or different and both are H or an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms).
Preferred is a fluorine-containing sulfonate represented by the following formula:
上記界面活性剤の含有量は、充放電サイクル特性を低下させずに電解液の表面張力を低下させることができる点から、電解液中0.01~2質量%であることが好ましい。 The content of the surfactant in the electrolyte is preferably 0.01 to 2 mass % because it can reduce the surface tension of the electrolyte without reducing the charge/discharge cycle characteristics.
上記高誘電化添加剤としては、例えば、スルホラン、メチルスルホラン、γ-ブチロラクトン、γ-バレロラクトン等が挙げられる。 Examples of the high dielectric additives include sulfolane, methylsulfolane, gamma-butyrolactone, gamma-valerolactone, etc.
上記サイクル特性及びレート特性改善剤としては、例えば、酢酸メチル、酢酸エチル、テトラヒドロフラン、1,4-ジオキサン等が挙げられる。 Examples of the cycle characteristic and rate characteristic improver include methyl acetate, ethyl acetate, tetrahydrofuran, 1,4-dioxane, etc.
また、本開示の電解液は、更に高分子材料と組み合わせてゲル状(可塑化された)のゲル電解液としてもよい。 The electrolyte solution of the present disclosure may also be combined with a polymeric material to form a gel-like (plasticized) gel electrolyte solution.
かかる高分子材料としては、従来公知のポリエチレンオキシドやポリプロピレンオキシド、それらの変性体(特開平8-222270号公報、特開2002-100405号公報);ポリアクリレート系ポリマー、ポリアクリロニトリルや、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体等のフッ素樹脂(特表平4-506726号公報、特表平8-507407号公報、特開平10-294131号公報);それらフッ素樹脂と炭化水素系樹脂との複合体(特開平11-35765号公報、特開平11-86630号公報)等が挙げられる。特には、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体をゲル電解質用高分子材料として用いることが望ましい。 Such polymeric materials include conventionally known polyethylene oxide, polypropylene oxide, and modified products thereof (JP Patent Publication Nos. 8-222270 and 2002-100405); polyacrylate polymers, polyacrylonitrile, fluororesins such as polyvinylidene fluoride and vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymers (JP Patent Publication Nos. 4-506726, 8-507407, and 10-294131); and composites of such fluororesins and hydrocarbon resins (JP Patent Publication Nos. 11-35765 and 11-86630). In particular, it is desirable to use polyvinylidene fluoride and vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymers as polymeric materials for gel electrolytes.
そのほか、本開示の電解液は、特願2004-301934号明細書に記載されているイオン伝導性化合物も含んでいてもよい。 In addition, the electrolyte solution of the present disclosure may also contain the ion-conducting compound described in Japanese Patent Application No. 2004-301934.
このイオン伝導性化合物は、式(101):
A-(D)-B (101)
[式中、Dは式(201):
-(D1)n-(FAE)m-(AE)p-(Y)q- (201)
(式中、D1は、式(2a):
The ion-conducting compound has the formula (101):
A-(D)-B (101)
[Wherein, D represents formula (201):
-(D1) n -(FAE) m -(AE) p -(Y) q - (201)
(Wherein, D1 is a compound represented by formula (2a):
(式中、Rfは架橋性官能基を有していてもよい含フッ素エーテル基;R10はRfと主鎖を結合する基又は結合手)
で示される側鎖に含フッ素エーテル基を有するエーテル単位;
FAEは、式(2b):
(In the formula, Rf is a fluorine-containing ether group which may have a crosslinkable functional group; R10 is a group or bond which bonds Rf to the main chain.)
an ether unit having a fluorine-containing ether group in a side chain, represented by the following formula:
FAE is represented by the formula (2b):
(式中、Rfaは水素原子、架橋性官能基を有していてもよいフッ素化アルキル基;R11はRfaと主鎖を結合する基又は結合手)
で示される側鎖にフッ素化アルキル基を有するエーテル単位;
AEは、式(2c):
(In the formula, Rfa represents a hydrogen atom or a fluorinated alkyl group which may have a crosslinkable functional group; R11 represents a group or bond which bonds Rfa to the main chain.)
an ether unit having a fluorinated alkyl group at a side chain, represented by the formula:
AE is a compound represented by the formula (2c):
(式中、R13は水素原子、架橋性官能基を有していてもよいアルキル基、架橋性官能基を有していてもよい脂肪族環式炭化水素基又は架橋性官能基を有していてもよい芳香族炭化水素基;R12はR13と主鎖を結合する基又は結合手)
で示されるエーテル単位;
Yは、式(2d-1)~(2d-3):
(In the formula, R 13 represents a hydrogen atom, an alkyl group which may have a crosslinkable functional group, an aliphatic cyclic hydrocarbon group which may have a crosslinkable functional group, or an aromatic hydrocarbon group which may have a crosslinkable functional group; R 12 represents a group or bond which bonds R 13 to the main chain.)
Ether unit represented by:
Y is represented by the formulas (2d-1) to (2d-3):
の少なくとも1種を含む単位;
nは0~200の整数;mは0~200の整数;pは0~10000の整数;qは1~100の整数;ただしn+mは0ではなく、D1、FAE、AE及びYの結合順序は特定されない);
A及びBは同じか又は異なり、水素原子、フッ素原子及び/又は架橋性官能基を含んでいてもよいアルキル基、フッ素原子及び/又は架橋性官能基を含んでいてもよいフェニル基、-COOH基、-OR(Rは水素原子又はフッ素原子及び/又は架橋性官能基を含んでいてもよいアルキル基)、エステル基又はカーボネート基(ただし、Dの末端が酸素原子の場合は-COOH基、-OR、エステル基及びカーボネート基ではない)]
で表される側鎖に含フッ素基を有する非晶性含フッ素ポリエーテル化合物である。
A unit including at least one of the following:
n is an integer of 0 to 200; m is an integer of 0 to 200; p is an integer of 0 to 10,000; q is an integer of 1 to 100; provided that n+m is not 0, and the bonding order of D1, FAE, AE, and Y is not specified;
A and B are the same or different and each are a hydrogen atom, an alkyl group which may contain a fluorine atom and/or a crosslinkable functional group, a phenyl group which may contain a fluorine atom and/or a crosslinkable functional group, a -COOH group, -OR (R is a hydrogen atom or an alkyl group which may contain a fluorine atom and/or a crosslinkable functional group), an ester group or a carbonate group (however, when the terminal of D is an oxygen atom, it is not a -COOH group, -OR, an ester group or a carbonate group)
The compound is an amorphous fluorine-containing polyether compound having a fluorine-containing group in the side chain represented by the formula:
本開示の電解液は、スルホン系化合物を含んでもよい。スルホン系化合物としては、炭素数3~6の環状スルホン、及び炭素数2~6の鎖状スルホンが好ましい。1分子中のスルホニル基の数は、1又は2であることが好ましい。 The electrolyte solution of the present disclosure may contain a sulfone-based compound. As the sulfone-based compound, cyclic sulfones having 3 to 6 carbon atoms and chain sulfones having 2 to 6 carbon atoms are preferred. The number of sulfonyl groups in one molecule is preferably 1 or 2.
環状スルホンとしては、モノスルホン化合物であるトリメチレンスルホン類、テトラメチレンスルホン類、ヘキサメチレンスルホン類;ジスルホン化合物であるトリメチレンジスルホン類、テトラメチレンジスルホン類、ヘキサメチレンジスルホン類等が挙げられる。中でも誘電率と粘性の観点から、テトラメチレンスルホン類、テトラメチレンジスルホン類、ヘキサメチレンスルホン類、ヘキサメチレンジスルホン類がより好ましく、テトラメチレンスルホン類(スルホラン類)が特に好ましい。 Examples of cyclic sulfones include monosulfone compounds such as trimethylene sulfones, tetramethylene sulfones, and hexamethylene sulfones; and disulfone compounds such as trimethylene disulfones, tetramethylene disulfones, and hexamethylene disulfones. Among these, from the viewpoint of dielectric constant and viscosity, tetramethylene sulfones, tetramethylene disulfones, hexamethylene sulfones, and hexamethylene disulfones are more preferred, and tetramethylene sulfones (sulfolanes) are particularly preferred.
スルホラン類としては、スルホラン及び/又はスルホラン誘導体(以下、スルホランも含めて「スルホラン類」と略記する場合がある。)が好ましい。スルホラン誘導体としては、スルホラン環を構成する炭素原子上に結合した水素原子の1以上がフッ素原子やアルキル基で置換されたものが好ましい。 Preferable sulfolanes are sulfolane and/or sulfolane derivatives (hereinafter, sulfolane may be abbreviated as "sulfolanes"). Preferred sulfolane derivatives are those in which one or more of the hydrogen atoms bonded to the carbon atoms constituting the sulfolane ring are substituted with a fluorine atom or an alkyl group.
中でも、2-メチルスルホラン、3-メチルスルホラン、2-フルオロスルホラン、3-フルオロスルホラン、2,2-ジフルオロスルホラン、2,3-ジフルオロスルホラン、2,4-ジフルオロスルホラン、2,5-ジフルオロスルホラン、3,4-ジフルオロスルホラン、2-フルオロ-3-メチルスルホラン、2-フルオロ-2-メチルスルホラン、3-フルオロ-3-メチルスルホラン、3-フルオロ-2-メチルスルホラン、4-フルオロ-3-メチルスルホラン、4-フルオロ-2-メチルスルホラン、5-フルオロ-3-メチルスルホラン、5-フルオロ-2-メチルスルホラン、2-フルオロメチルスルホラン、3-フルオロメチルスルホラン、2-ジフルオロメチルスルホラン、3-ジフルオロメチルスルホラン、2-トリフルオロメチルスルホラン、3-トリフルオロメチルスルホラン、2-フルオロ-3-(トリフルオロメチル)スルホラン、3-フルオロ-3-(トリフルオロメチル)スルホラン、4-フルオロ-3-(トリフルオロメチル)スルホラン、3-スルホレン、5-フルオロ-3-(トリフルオロメチル)スルホラン等がイオン伝導度が高く入出力が高い点で好ましい。 Among them, 2-methylsulfolane, 3-methylsulfolane, 2-fluorosulfolane, 3-fluorosulfolane, 2,2-difluorosulfolane, 2,3-difluorosulfolane, 2,4-difluorosulfolane, 2,5-difluorosulfolane, 3,4-difluorosulfolane, 2-fluoro-3-methylsulfolane, 2-fluoro-2-methylsulfolane, 3-fluoro-3-methylsulfolane, 3-fluoro-2-methylsulfolane, 4-fluoro-3-methylsulfolane, 4-fluoro-2-methylsulfolane, 5-fluoro-3-methylsulfolane , 5-fluoro-2-methylsulfolane, 2-fluoromethylsulfolane, 3-fluoromethylsulfolane, 2-difluoromethylsulfolane, 3-difluoromethylsulfolane, 2-trifluoromethylsulfolane, 3-trifluoromethylsulfolane, 2-fluoro-3-(trifluoromethyl)sulfolane, 3-fluoro-3-(trifluoromethyl)sulfolane, 4-fluoro-3-(trifluoromethyl)sulfolane, 3-sulfolene, 5-fluoro-3-(trifluoromethyl)sulfolane, etc. are preferred because of their high ionic conductivity and high input/output.
また、鎖状スルホンとしては、ジメチルスルホン、エチルメチルスルホン、ジエチルスルホン、n-プロピルメチルスルホン、n-プロピルエチルスルホン、ジ-n-プロピルスルホン、イソプロピルメチルスルホン、イソプロピルエチルスルホン、ジイソプロピルスルホン、n-ブチルメチルスルホン、n-ブチルエチルスルホン、t-ブチルメチルスルホン、t-ブチルエチルスルホン、モノフルオロメチルメチルスルホン、ジフルオロメチルメチルスルホン、トリフルオロメチルメチルスルホン、モノフルオロエチルメチルスルホン、ジフルオロエチルメチルスルホン、トリフルオロエチルメチルスルホン、ペンタフルオロエチルメチルスルホン、エチルモノフルオロメチルスルホン、エチルジフルオロメチルスルホン、エチルトリフルオロメチルスルホン、パーフルオロエチルメチルスルホン、エチルトリフルオロエチルスルホン、エチルペンタフルオロエチルスルホン、ジ(トリフルオロエチル)スルホン、パーフルオロジエチルスルホン、フルオロメチル-n-プロピルスルホン、ジフルオロメチル-n-プロピルスルホン、トリフルオロメチル-n-プロピルスルホン、フルオロメチルイソプロピルスルホン、ジフルオロメチルイソプロピルスルホン、トリフルオロメチルイソプロピルスルホン、トリフルオロエチル-n-プロピルスルホン、トリフルオロエチルイソプロピルスルホン、ペンタフルオロエチル-n-プロピルスルホン、ペンタフルオロエチルイソプロピルスルホン、トリフルオロエチル-n-ブチルスルホン、トリフルオロエチル-t-ブチルスルホン、ペンタフルオロエチル-n-ブチルスルホン、ペンタフルオロエチル-t-ブチルスルホン等が挙げられる。 Furthermore, examples of chain sulfones include dimethyl sulfone, ethyl methyl sulfone, diethyl sulfone, n-propyl methyl sulfone, n-propyl ethyl sulfone, di-n-propyl sulfone, isopropyl methyl sulfone, isopropyl ethyl sulfone, diisopropyl sulfone, n-butyl methyl sulfone, n-butyl ethyl sulfone, t-butyl methyl sulfone, t-butyl ethyl sulfone, monofluoromethyl methyl sulfone, difluoromethyl methyl sulfone, trifluoromethyl methyl sulfone, monofluoroethyl methyl sulfone, difluoroethyl methyl sulfone, trifluoroethyl methyl sulfone, pentafluoroethyl methyl sulfone, ethyl monofluoromethyl sulfone, ethyl difluoromethyl sulfone, ethyl trifluoromethyl sulfone, and perfluoroethyl methyl sulfone. , ethyl trifluoroethyl sulfone, ethyl pentafluoroethyl sulfone, di(trifluoroethyl)sulfone, perfluorodiethyl sulfone, fluoromethyl-n-propyl sulfone, difluoromethyl-n-propyl sulfone, trifluoromethyl-n-propyl sulfone, fluoromethyl isopropyl sulfone, difluoromethyl isopropyl sulfone, trifluoromethyl isopropyl sulfone, trifluoroethyl-n-propyl sulfone, trifluoroethyl isopropyl sulfone, pentafluoroethyl-n-propyl sulfone, pentafluoroethyl isopropyl sulfone, trifluoroethyl-n-butyl sulfone, trifluoroethyl-t-butyl sulfone, pentafluoroethyl-n-butyl sulfone, pentafluoroethyl-t-butyl sulfone, and the like.
中でも、ジメチルスルホン、エチルメチルスルホン、ジエチルスルホン、n-プロピルメチルスルホン、イソプロピルメチルスルホン、n-ブチルメチルスルホン、t-ブチルメチルスルホン、モノフルオロメチルメチルスルホン、ジフルオロメチルメチルスルホン、トリフルオロメチルメチルスルホン、モノフルオロエチルメチルスルホン、ジフルオロエチルメチルスルホン、トリフルオロエチルメチルスルホン、ペンタフルオロエチルメチルスルホン、エチルモノフルオロメチルスルホン、エチルジフルオロメチルスルホン、エチルトリフルオロメチルスルホン、エチルトリフルオロエチルスルホン、エチルペンタフルオロエチルスルホン、トリフルオロメチル-n-プロピルスルホン、トリフルオロメチルイソプロピルスルホン、トリフルオロエチル-n-ブチルスルホン、トリフルオロエチル-t-ブチルスルホン、トリフルオロメチル-n-ブチルスルホン、トリフルオロメチル-t-ブチルスルホン等がイオン伝導度が高く入出力が高い点で好ましい。 Among them, dimethyl sulfone, ethyl methyl sulfone, diethyl sulfone, n-propyl methyl sulfone, isopropyl methyl sulfone, n-butyl methyl sulfone, t-butyl methyl sulfone, monofluoromethyl methyl sulfone, difluoromethyl methyl sulfone, trifluoromethyl methyl sulfone, monofluoroethyl methyl sulfone, difluoroethyl methyl sulfone, trifluoroethyl methyl sulfone, pentafluoroethyl methyl sulfone, ethyl monofluoromethyl sulfone, ethyl difluoromethyl sulfone, ethyl trifluoromethyl sulfone, ethyl trifluoroethyl sulfone, ethyl pentafluoroethyl sulfone, trifluoromethyl-n-propyl sulfone, trifluoromethyl isopropyl sulfone, trifluoroethyl-n-butyl sulfone, trifluoroethyl-t-butyl sulfone, trifluoromethyl-n-butyl sulfone, trifluoromethyl-t-butyl sulfone, etc. are preferred because of their high ionic conductivity and high input/output.
スルホン系化合物の含有量は、特に制限されず、本開示の効果を著しく損なわない限り任意であるが、上記溶媒100体積%中、通常0.3体積%以上、好ましくは0.5体積%以上、より好ましくは1体積%以上であり、また、通常40体積%以下、好ましくは35体積%以下、より好ましくは30体積%以下である。スルホン系化合物の含有量が上記範囲内であれば、サイクル特性や保存特性等の耐久性の向上効果が得られやすく、また、非水系電解液の粘度を適切な範囲とし、電気伝導率の低下を回避することができ、非水系電解液二次電池の入出力特性や充放電レート特性を適正な範囲とすることができる。 The content of the sulfone-based compound is not particularly limited and may be any content as long as it does not significantly impair the effects of the present disclosure, but is usually 0.3 vol% or more, preferably 0.5 vol% or more, more preferably 1 vol% or more, and is usually 40 vol% or less, preferably 35 vol% or less, more preferably 30 vol% or less, based on 100 vol% of the solvent. If the content of the sulfone-based compound is within the above range, it is easy to obtain an effect of improving durability such as cycle characteristics and storage characteristics, and the viscosity of the nonaqueous electrolyte can be set to an appropriate range, a decrease in electrical conductivity can be avoided, and the input/output characteristics and charge/discharge rate characteristics of the nonaqueous electrolyte secondary battery can be set to an appropriate range.
本開示の電解液は、出力特性向上の観点から、添加剤として、フルオロリン酸リチウム塩類(但し、LiPF6を除く)及びS=O基を有するリチウム塩類からなる群より選択される少なくとも1種の化合物(7)を含むことも好ましい。
なお、添加剤として化合物(7)を使用する場合、上述した電解質塩としては、化合物(7)以外の化合物を使用することが好ましい。
From the viewpoint of improving output characteristics, the electrolyte solution of the present disclosure also preferably contains, as an additive, at least one compound (7) selected from the group consisting of lithium fluorophosphate salts (excluding LiPF6 ) and lithium salts having an S═O group.
When compound (7) is used as an additive, it is preferable to use a compound other than compound (7) as the above-mentioned electrolyte salt.
上記フルオロリン酸リチウム塩類としては、モノフルオロリン酸リチウム(LiPO3F)、ジフルオロリン酸リチウム(LiPO2F2)等が挙げられる。
上記S=O基を有するリチウム塩類としては、モノフルオロスルホン酸リチウム(FSO3Li)、メチル硫酸リチウム(CH3OSO3Li)、エチル硫酸リチウム(C2H5OSO3Li)、2,2,2-トリフルオロエチル硫酸リチウム等が挙げられる。
化合物(7)としては、中でも、LiPO2F2、FSO3Li、C2H5OSO3Liが好ましい。
Examples of the lithium fluorophosphate salts include lithium monofluorophosphate (LiPO 3 F) and lithium difluorophosphate (LiPO 2 F 2 ).
Examples of the lithium salts having an S═O group include lithium monofluorosulfonate (FSO 3 Li), lithium methylsulfate (CH 3 OSO 3 Li), lithium ethylsulfate (C 2 H 5 OSO 3 Li), and lithium 2,2,2-trifluoroethylsulfate.
Of these, the compound (7) is preferably LiPO 2 F 2 , FSO 3 Li, or C 2 H 5 OSO 3 Li.
化合物(7)の含有量は、上記電解液に対し、0.001~20質量%であることが好ましく、0.01~15質量%であることがより好ましく、0.1~10質量%であることが更に好ましく、0.1~7質量%であることが特に好ましい。 The content of compound (7) is preferably 0.001 to 20% by mass, more preferably 0.01 to 15% by mass, even more preferably 0.1 to 10% by mass, and particularly preferably 0.1 to 7% by mass, relative to the electrolyte.
本開示の電解液には必要に応じて、更に他の添加剤を配合してもよい。他の添加剤としては、例えば、金属酸化物、ガラス等が挙げられる。 The electrolyte solution of the present disclosure may further contain other additives as necessary. Examples of other additives include metal oxides, glass, etc.
本開示の電解液は、添加剤として、不飽和環状カーボネート、化合物(2)、ニトリル化合物、フッ素化飽和環状カーボネート、S=O基を有するリチウム塩、リチウムイミド塩、フルオロリン酸リチウム塩(但し、LiPF6を除く)、及び、化合物(5)からなる群より選択される少なくとも1種を含むことが好ましい。これらの添加剤を含むことにより、高温保存時の抵抗上昇を一層抑制することができる。
上記添加剤は、不飽和環状カーボネート、化合物(4)、一般式(1a)で表されるニトリル化合物、フッ素化飽和環状カーボネート、スルホン酸リチウム化合物、LiN(FSO2)2、ジフルオロリン酸リチウム(LiPO2F2)、リチウムビス(オキサラト)ボレート(LIBOB)、及び、リチウムジフルオロオキサラトボレート(LIDFOB)からなる群より選択される少なくとも1種であることが好ましく、
ビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネート、無水マレイン酸、アジポニトリル、フルオロエチレンカーボネート、FSO3Li、LiN(FSO2)2、LiPO2F2、LIBOB、及び、LIDFOBからなる群より選択される少なくとも1種であることが更に好ましい。
The electrolyte solution of the present disclosure preferably contains, as an additive, at least one selected from the group consisting of unsaturated cyclic carbonates, compound (2), nitrile compounds, fluorinated saturated cyclic carbonates, lithium salts having an S=O group, lithium imide salts, lithium fluorophosphate salts (excluding LiPF6 ), and compound (5). By containing these additives, the increase in resistance during high-temperature storage can be further suppressed.
The additive is preferably at least one selected from the group consisting of unsaturated cyclic carbonates, compound (4), a nitrile compound represented by general formula (1a), a fluorinated saturated cyclic carbonate, a lithium sulfonate compound, LiN(FSO 2 ) 2 , lithium difluorophosphate (LiPO 2 F 2 ), lithium bis(oxalato)borate (LIBOB), and lithium difluorooxalatoborate (LIDFOB);
More preferably, the organic solvent is at least one selected from the group consisting of vinylene carbonate, vinyl ethylene carbonate, maleic anhydride, adiponitrile, fluoroethylene carbonate, FSO 3 Li, LiN(FSO 2 ) 2 , LiPO 2 F 2 , LIBOB, and LIDFOB.
本開示の電解液は、フッ化水素(HF)の含有量が1~1000ppmであることが好ましい。HFを含有することにより、上述した添加剤の被膜形成を促進させることができる。HFの含有量が少なすぎると、負極上での被膜形成能力が下がり、電気化学デバイスの特性が低下する傾向がある。また、HF含有量が多すぎると、HFの影響により電解液の耐酸化性が低下する傾向がある。本開示の電解液は、上記範囲のHFを含有しても、電気化学デバイスの高温保存性回復容量率を低下させることがない。
HFの含有量は、5ppm以上がより好ましく、10ppm以上が更に好ましく、20ppm以上が特に好ましい。HFの含有量はまた、200ppm以下がより好ましく、100ppm以下が更に好ましく、80ppm以下が更により好ましく、50ppm以下が特に好ましい。
HFの含有量は、中和滴定法により測定することができる。
The electrolyte of the present disclosure preferably contains 1 to 1000 ppm of hydrogen fluoride (HF). By containing HF, the film formation of the above-mentioned additive can be promoted. If the HF content is too low, the film forming ability on the negative electrode decreases, and the characteristics of the electrochemical device tend to decrease. In addition, if the HF content is too high, the oxidation resistance of the electrolyte tends to decrease due to the influence of HF. Even if the electrolyte of the present disclosure contains HF in the above range, it does not decrease the high-temperature storage recovery capacity rate of the electrochemical device.
The HF content is more preferably 5 ppm or more, even more preferably 10 ppm or more, and particularly preferably 20 ppm or more. The HF content is also more preferably 200 ppm or less, even more preferably 100 ppm or less, even more preferably 80 ppm or less, and particularly preferably 50 ppm or less.
The HF content can be measured by neutralization titration.
本開示の電解液は、上述した成分を用いて、任意の方法で調製するとよい。 The electrolyte solution of the present disclosure may be prepared by any method using the components described above.
本開示の電解液は、例えば、リチウムイオン二次電池等の二次電池、リチウムイオンキャパシタ、ハイブリッドキャパシタ、電気二重層キャパシタ等の電気化学デバイスに好適に適用することができる。以下、本開示の電解液を用いた非水系電解液電池について説明する。
上記非水系電解液電池は、公知の構造を採ることができ、典型的には、イオン(例えばリチウムイオン)を吸蔵・放出可能な正極及び負極と、上記本開示の電解液とを備える。このような本開示の電解液を備える電気化学デバイスもまた、本開示の一つである。
The electrolyte solution of the present disclosure can be suitably applied to electrochemical devices such as secondary batteries such as lithium ion secondary batteries, lithium ion capacitors, hybrid capacitors, electric double layer capacitors, etc. Hereinafter, a nonaqueous electrolyte battery using the electrolyte solution of the present disclosure will be described.
The nonaqueous electrolyte battery may have a known structure, and typically includes a positive electrode and a negative electrode capable of absorbing and releasing ions (e.g., lithium ions) and the electrolyte of the present disclosure. An electrochemical device including such an electrolyte of the present disclosure also constitutes the present disclosure.
電気化学デバイスとしては、リチウムイオン二次電池等の二次電池、リチウムイオンキャパシタ、キャパシタ(ハイブリッドキャパシタ、電気二重層キャパシタ)、ラジカル電池、太陽電池(特に色素増感型太陽電池)、リチウムイオン一次電池、燃料電池、各種電気化学センサー、エレクトロクロミック素子、電気化学スイッチング素子、アルミニウム電解コンデンサ、タンタル電解コンデンサ等が挙げられ、リチウムイオン二次電池等の二次電池、リチウムイオンキャパシタ、電気二重層キャパシタが好適である。
上記電気化学デバイスを備えるモジュールも本開示の一つである。
Examples of the electrochemical device include secondary batteries such as lithium ion secondary batteries, lithium ion capacitors, capacitors (hybrid capacitors and electric double layer capacitors), radical batteries, solar cells (particularly dye-sensitized solar cells), lithium ion primary batteries, fuel cells, various electrochemical sensors, electrochromic elements, electrochemical switching elements, aluminum electrolytic capacitors, and tantalum electrolytic capacitors, of which secondary batteries such as lithium ion secondary batteries, lithium ion capacitors, and electric double layer capacitors are preferred.
The present disclosure also provides a module including the electrochemical device.
本開示はまた、本開示の電解液を備える二次電池にも関する。
上記二次電池は、正極、負極、及び、上述の電解液を備えることが好ましい。
上記二次電池は、リチウムイオン二次電池であることが好ましい。
The present disclosure also relates to a secondary battery comprising the electrolyte of the present disclosure.
The secondary battery preferably comprises a positive electrode, a negative electrode, and the above-mentioned electrolyte solution.
The secondary battery is preferably a lithium ion secondary battery.
<正極>
正極は、正極活物質を含む正極活物質層と、集電体とから構成される。
<Positive electrode>
The positive electrode is composed of a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material and a current collector.
上記正極活物質としては、電気化学的にリチウムイオンを吸蔵・放出可能なものであれば特に制限されないが、例えば、リチウム含有遷移金属複合酸化物、リチウム含有遷移金属リン酸化合物、硫黄系材料、導電性高分子等が挙げられる。なかでも、正極活物質としては、リチウム含有遷移金属複合酸化物、リチウム含有遷移金属リン酸化合物が好ましく、特に、高電圧を産み出すリチウム含有遷移金属複合酸化物が好ましい。 The positive electrode active material is not particularly limited as long as it can electrochemically absorb and release lithium ions, but examples include lithium-containing transition metal composite oxides, lithium-containing transition metal phosphate compounds, sulfur-based materials, conductive polymers, and the like. Among these, lithium-containing transition metal composite oxides and lithium-containing transition metal phosphate compounds are preferred as positive electrode active materials, and lithium-containing transition metal composite oxides that produce high voltage are particularly preferred.
リチウム含有遷移金属複合酸化物の遷移金属としてはV、Ti、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu等が好ましく、具体例としては、LiCoO2等のリチウム・コバルト複合酸化物、LiNiO2等のリチウム・ニッケル複合酸化物、LiMnO2、LiMn2O4、Li2MnO4等のリチウム・マンガン複合酸化物、これらのリチウム遷移金属複合酸化物の主体となる遷移金属原子の一部をNa、K、B、F、Al、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Li、Ni、Cu、Zn、Mg、Ga、Zr、Si、Nb、Mo、Sn、W等の他の元素で置換したもの等が挙げられる。置換されたものの具体例としては、例えば、LiNi0.5Mn0.5O2、LiNi0.85Co0.10Al0.05O2、LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2、LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2、LiNi0.33Co0.33Mn0.33O2、LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2、LiNi0.45Co0.10Al0.45O2、LiMn1.8Al0.2O4、LiMn1.5Ni0.5O4等が挙げられる。 The transition metal of the lithium-containing transition metal composite oxide is preferably V, Ti, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, etc., and specific examples include lithium cobalt composite oxides such as LiCoO2 , lithium nickel composite oxides such as LiNiO2 , lithium manganese composite oxides such as LiMnO2 , LiMn2O4 , and Li2MnO4 , and those in which a part of the transition metal atoms that are the main components of these lithium transition metal composite oxides has been replaced with other elements such as Na, K, B, F, Al, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Li, Ni, Cu, Zn, Mg, Ga, Zr, Si, Nb, Mo, Sn, W, etc. Specific examples of the substituted ones include LiNi0.5Mn0.5O2 , LiNi0.85Co0.10Al0.05O2 , LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2 , LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2 , LiNi0.33Co0.33Mn0.33O2 , LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 , LiNi0.45Co0.10Al0.45O2 , LiMn1.8Al0.2O4 , and LiMn1.5Ni0.5O . 4, etc.
なかでも、上記リチウム含有遷移金属複合酸化物としては、高電圧にした場合でもエネルギー密度が高いLiMn1.5Ni0.5O4、LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2、LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2が好ましい。なかでも、4.4V以上の高電圧の場合はLiMn1.5Ni0.5O4が好ましい。 Among these , the lithium - containing transition metal composite oxide is preferably LiMn1.5Ni0.5O4 , LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2 , or LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2 , which have high energy density even at high voltages. Among these, LiMn1.5Ni0.5O4 is preferred for high voltages of 4.4 V or more .
また、なかでも、上記リチウム含有遷移金属複合酸化物としては、高容量なリチウムイオン二次電池を提供できる点から、LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2、LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2、LiNi0.85Co0.10Al0.05O2が好ましい。 Among them, the lithium - containing transition metal composite oxide is preferably LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2 , LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 , or LiNi0.85Co0.10Al0.05O2 , since it can provide a high - capacity lithium ion secondary battery .
リチウム含有遷移金属リン酸化合物の遷移金属としては、V、Ti、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu等が好ましく、具体例としては、例えば、LiFePO4、Li3Fe2(PO4)3、LiFeP2O7等のリン酸鉄類、LiCoPO4等のリン酸コバルト類、これらのリチウム遷移金属リン酸化合物の主体となる遷移金属原子の一部をAl、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Li、Ni、Cu、Zn、Mg、Ga、Zr、Nb、Si等の他の元素で置換したもの等が挙げられる。 The transition metal of the lithium-containing transition metal phosphate compound is preferably V, Ti, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, etc., and specific examples include iron phosphates such as LiFePO4 , Li3Fe2 ( PO4 ) 3 , LiFeP2O7 , cobalt phosphates such as LiCoPO4 , and lithium transition metal phosphate compounds in which a part of the transition metal atoms that constitute the main components of these compounds are substituted with other elements such as Al, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Li, Ni, Cu, Zn, Mg, Ga, Zr, Nb, Si, etc.
上記リチウム含有遷移金属複合酸化物としては、例えば、
式:LiaMn2-bM1
bO4(式中、0.9≦a;0≦b≦1.5;M1はFe、Co、Ni、Cu、Zn、Al、Sn、Cr、V、Ti、Mg、Ca、Sr、B、Ga、In、Si及びGeよりなる群から選ばれる少なくとも1種の金属)で表されるリチウム・マンガンスピネル複合酸化物、
式:LiNi1-cM2
cO2(式中、0≦c≦0.5;M2はFe、Co、Mn、Cu、Zn、Al、Sn、Cr、V、Ti、Mg、Ca、Sr、B、Ga、In、Si及びGeよりなる群から選ばれる少なくとも1種の金属)で表されるリチウム・ニッケル複合酸化物、又は、
式:LiCo1-dM3
dO2(式中、0≦d≦0.5;M3はFe、Ni、Mn、Cu、Zn、Al、Sn、Cr、V、Ti、Mg、Ca、Sr、B、Ga、In、Si及びGeよりなる群から選ばれる少なくとも1種の金属)で表されるリチウム・コバルト複合酸化物が挙げられる。
Examples of the lithium-containing transition metal composite oxide include:
a lithium manganese spinel composite oxide represented by the formula Li a Mn 2-b M 1 b O 4 (wherein 0.9≦a; 0≦b≦1.5; M 1 is at least one metal selected from the group consisting of Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Al, Sn, Cr, V, Ti, Mg, Ca, Sr, B, Ga, In, Si and Ge);
A lithium -nickel composite oxide represented by the formula: LiNi1- cM2cO2 ( wherein 0≦c≦0.5; M2 is at least one metal selected from the group consisting of Fe, Co, Mn, Cu, Zn, Al, Sn, Cr, V, Ti, Mg, Ca, Sr, B, Ga, In, Si and Ge), or
Examples of the lithium-cobalt composite oxide include those represented by the formula LiCo1 - dM3dO2 (wherein 0≦d≦ 0.5 ; M3 is at least one metal selected from the group consisting of Fe, Ni, Mn, Cu, Zn, Al, Sn, Cr, V, Ti, Mg, Ca, Sr, B, Ga, In, Si, and Ge).
なかでも、エネルギー密度が高く、高出力なリチウムイオン二次電池を提供できる点から、LiCoO2、LiMnO2、LiNiO2、LiMn2O4、LiNi0.8Co0.15Al0.05O2、又はLiNi1/3Co1/3Mn1/3O2が好ましい。 Among these, LiCoO2 , LiMnO2 , LiNiO2 , LiMn2O4 , LiNi0.8Co0.15Al0.05O2, or LiNi1 /3Co1/ 3Mn1 / 3O2 is preferred because it provides a lithium ion secondary battery with high energy density and high output .
その他の上記正極活物質として、LiFePO4、LiNi0.8Co0.2O2、Li1.2Fe0.4Mn0.4O2、LiNi0.5Mn0.5O2、LiV3O6、Li2MnO3等が挙げられる。 Other examples of the positive electrode active material include LiFePO4 , LiNi0.8Co0.2O2 , Li1.2Fe0.4Mn0.4O2 , LiNi0.5Mn0.5O2 , LiV3O6 , and Li2MnO3 .
上記硫黄系材料としては、硫黄原子を含む材料が例示でき、単体硫黄、金属硫化物、及び、有機硫黄化合物からなる群より選択される少なくとも1種が好ましく、単体硫黄がより好ましい。上記金属硫化物は金属多硫化物であってもよい。上記有機硫黄化合物は、有機多硫化物であってもよい。 The sulfur-based material may be, for example, a material containing a sulfur atom, and is preferably at least one selected from the group consisting of elemental sulfur, metal sulfides, and organic sulfur compounds, and more preferably elemental sulfur. The metal sulfide may be a metal polysulfide. The organic sulfur compound may be an organic polysulfide.
上記金属硫化物としては、LiSx(0<x≦8)で表される化合物;Li2Sx(0<x≦8)で表される化合物;TiS2やMoS2等の二次元層状構造をもつ化合物;一般式MexMo6S8(MeはPb,Ag,Cuをはじめとする各種遷移金属)で表される強固な三次元骨格構造を有するシュブレル化合物等が挙げられる。 Examples of the metal sulfides include compounds represented by LiS x (0<x≦8); compounds represented by Li 2 S x (0<x≦8); compounds having a two-dimensional layered structure such as TiS 2 and MoS 2 ; and Chevrel compounds having a strong three-dimensional framework structure represented by the general formula Me x Mo 6 S 8 (Me is various transition metals including Pb, Ag, and Cu).
上記有機硫黄化合物としては、カーボンスルフィド化合物等が挙げられる。 Examples of the organic sulfur compounds include carbon sulfide compounds.
上記有機硫黄化合物は、カーボン等の細孔を有する材料に坦持させて、炭素複合材料として用いる場合がある。炭素複合材料中に含まれる硫黄の含有量としては、サイクル性能に一層優れ、過電圧が更に低下することから、上記炭素複合材料に対して、10~99質量%が好ましく、20質量%以上がより好ましく、30質量%以上が更に好ましく、40質量%以上が特に好ましく、また、85質量%以下が好ましい。
上記正極活物質が上記硫黄単体の場合、上記正極活物質に含まれる硫黄の含有量は、上記硫黄単体の含有量と等しい。
The organic sulfur compound may be supported on a material having fine pores such as carbon and used as a carbon composite material. The content of sulfur contained in the carbon composite material is preferably 10 to 99% by mass, more preferably 20% by mass or more, even more preferably 30% by mass or more, particularly preferably 40% by mass or more, and is preferably 85% by mass or less, based on the carbon composite material, because the cycle performance is more excellent and the overvoltage is further reduced.
When the positive electrode active material is the elemental sulfur, the content of sulfur contained in the positive electrode active material is equal to the content of the elemental sulfur.
導電性高分子としては、p-ドーピング型の導電性高分子やn-ドーピング型の導電性高分子が挙げられる。導電性高分子としては、ポリアセチレン系、ポリフェニレン系、複素環ポリマー、イオン性ポリマー、ラダー及びネットワーク状ポリマー等が挙げられる。 Conductive polymers include p-doped conductive polymers and n-doped conductive polymers. Conductive polymers include polyacetylenes, polyphenylenes, heterocyclic polymers, ionic polymers, ladder and network polymers, etc.
また、正極活物質にリン酸リチウムを含ませると、連続充電特性が向上するので好ましい。リン酸リチウムの使用に制限はないが、前記の正極活物質とリン酸リチウムを混合して用いることが好ましい。使用するリン酸リチウムの量は上記正極活物質とリン酸リチウムの合計に対し、下限が、好ましくは0.1質量%以上、より好ましくは0.3質量%以上、更に好ましくは0.5質量%以上であり、上限が、好ましくは10質量%以下、より好ましくは8質量%以下、更に好ましくは5質量%以下である。 In addition, it is preferable to include lithium phosphate in the positive electrode active material, since this improves the continuous charging characteristics. There is no restriction on the use of lithium phosphate, but it is preferable to use a mixture of the positive electrode active material and lithium phosphate. The amount of lithium phosphate used is preferably 0.1% by mass or more, more preferably 0.3% by mass or more, and even more preferably 0.5% by mass or more, with respect to the total of the positive electrode active material and lithium phosphate, and is preferably 10% by mass or less, more preferably 8% by mass or less, and even more preferably 5% by mass or less.
また、上記正極活物質の表面に、これとは異なる組成の物質が付着したものを用いてもよい。表面付着物質としては酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化ホウ素、酸化アンチモン、酸化ビスマス等の酸化物、硫酸リチウム、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、硫酸マグネシウム、硫酸カルシウム、硫酸アルミニウム等の硫酸塩、炭酸リチウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム等の炭酸塩、炭素等が挙げられる。 In addition, a material having a different composition may be attached to the surface of the positive electrode active material. Examples of surface-attached materials include oxides such as aluminum oxide, silicon oxide, titanium oxide, zirconium oxide, magnesium oxide, calcium oxide, boron oxide, antimony oxide, and bismuth oxide; sulfates such as lithium sulfate, sodium sulfate, potassium sulfate, magnesium sulfate, calcium sulfate, and aluminum sulfate; carbonates such as lithium carbonate, calcium carbonate, and magnesium carbonate; and carbon.
これら表面付着物質は、例えば、溶媒に溶解又は懸濁させて該正極活物質に含浸添加、乾燥する方法、表面付着物質前駆体を溶媒に溶解又は懸濁させて該正極活物質に含浸添加後、加熱等により反応させる方法、正極活物質前駆体に添加して同時に焼成する方法等により該正極活物質表面に付着させることができる。なお、炭素を付着させる場合には、炭素質を、例えば、活性炭等の形で後から機械的に付着させる方法も用いることもできる。 These surface-attaching substances can be attached to the surface of the positive electrode active material by, for example, dissolving or suspending them in a solvent, impregnating and adding them to the positive electrode active material, and drying them; dissolving or suspending a surface-attaching substance precursor in a solvent, impregnating and adding them to the positive electrode active material, and then reacting them by heating or the like; or adding them to a positive electrode active material precursor and simultaneously baking them. When attaching carbon, a method of mechanically attaching carbonaceous material in the form of, for example, activated carbon, etc., afterwards can also be used.
表面付着物質の量としては、上記正極活物質に対して質量で、下限として好ましくは0.1ppm以上、より好ましくは1ppm以上、更に好ましくは10ppm以上、上限として、好ましくは20%以下、より好ましくは10%以下、更に好ましくは5%以下で用いられる。表面付着物質により、正極活物質表面での電解液の酸化反応を抑制することができ、電池寿命を向上させることができるが、その付着量が少なすぎる場合その効果は十分に発現せず、多すぎる場合には、リチウムイオンの出入りを阻害するため抵抗が増加する場合がある。 The amount of the surface-attached substance is preferably 0.1 ppm or more, more preferably 1 ppm or more, and even more preferably 10 ppm or more, and preferably 20% or less, more preferably 10% or less, and even more preferably 5% or less, by mass relative to the positive electrode active material. The surface-attached substance can suppress the oxidation reaction of the electrolyte on the surface of the positive electrode active material, thereby improving the battery life, but if the amount of attachment is too small, the effect is not fully manifested, and if it is too large, the movement of lithium ions is inhibited, which may increase resistance.
正極活物質の粒子の形状は、従来用いられるような、塊状、多面体状、球状、楕円球状、板状、針状、柱状等が挙げられる。また、一次粒子が凝集して、二次粒子を形成していてもよい。 The shape of the particles of the positive electrode active material may be, as conventionally used, a block, polyhedron, sphere, oval sphere, plate, needle, column, etc. Primary particles may also aggregate to form secondary particles.
正極活物質のタップ密度は、通常1.5g/cm3以上、好ましくは2.0g/cm3以上、更に好ましくは2.5g/cm3以上、最も好ましくは3.0g/cm3以上である。正極活物質のタップ密度が上記下限を下回ると正極活物質層形成時に、必要な分散媒量が増加すると共に、導電材や結着剤の必要量が増加し、正極活物質層への正極活物質の充填率が制約され、電池容量が制約される場合がある。タップ密度の高い金属複合酸化物粉体を用いることにより、高密度の正極活物質層を形成することができる。タップ密度は一般に大きいほど好ましく特に上限はないが、通常4.5g/cm3以下、好ましくは4.3g/cm3以下である。
なお、本開示では、タップ密度は、正極活物質粉体5~10gを10mlのガラス製メスシリンダーに入れ、ストローク約20mmで200回タップした時の粉体充填密度(タップ密度)g/cm3として求める。
The tap density of the positive electrode active material is usually 1.5 g/cm 3 or more, preferably 2.0 g/cm 3 or more, more preferably 2.5 g/cm 3 or more, and most preferably 3.0 g/cm 3 or more. If the tap density of the positive electrode active material is below the lower limit, the amount of dispersion medium required during the formation of the positive electrode active material layer increases, and the amount of conductive material and binder required increases, which may restrict the filling rate of the positive electrode active material in the positive electrode active material layer and restrict the battery capacity. By using a metal composite oxide powder with a high tap density, a high-density positive electrode active material layer can be formed. The tap density is generally preferably as high as possible and has no particular upper limit, but is usually 4.5 g/cm 3 or less, preferably 4.3 g/cm 3 or less.
In the present disclosure, the tap density is determined as the powder packing density (tap density) g/cm3 when 5 to 10 g of the positive electrode active material powder is placed in a 10 ml glass measuring cylinder and tapped 200 times with a stroke of about 20 mm.
正極活物質の粒子のメジアン径d50(一次粒子が凝集して二次粒子を形成している場合には二次粒子径)は好ましくは0.3μm以上、より好ましくは0.5μm以上、更に好ましくは0.8μm以上、最も好ましくは1.0μm以上であり、また、好ましくは30μm以下、より好ましくは27μm以下、更に好ましくは25μm以下、最も好ましくは22μm以下である。上記下限を下回ると、高タップ密度品が得られなくなる場合があり、上限を超えると粒子内のリチウムの拡散に時間がかかるため、電池性能の低下をきたしたり、電池の正極作成、即ち活物質と導電材やバインダー等を溶媒でスラリー化し、薄膜状に塗布する際に、スジを引く等の問題を生ずる場合がある。ここで、異なるメジアン径d50をもつ上記正極活物質を2種類以上混合することで、正極作成時の充填性を更に向上させることができる。 The median diameter d50 of the particles of the positive electrode active material (secondary particle diameter when primary particles are aggregated to form secondary particles) is preferably 0.3 μm or more, more preferably 0.5 μm or more, even more preferably 0.8 μm or more, and most preferably 1.0 μm or more, and is also preferably 30 μm or less, more preferably 27 μm or less, even more preferably 25 μm or less, and most preferably 22 μm or less. If it is below the lower limit, a high tap density product may not be obtained, and if it exceeds the upper limit, it may take time for lithium to diffuse within the particles, resulting in a decrease in battery performance, or problems such as streaking may occur when preparing the positive electrode of a battery, i.e., when the active material, conductive material, binder, etc. are slurried with a solvent and applied in a thin film. Here, by mixing two or more types of the above positive electrode active materials having different median diameters d50, the filling property during preparation of the positive electrode can be further improved.
なお、本開示では、メジアン径d50は、公知のレーザー回折/散乱式粒度分布測定装置によって測定される。粒度分布計としてHORIBA社製LA-920を用いる場合、測定の際に用いる分散媒として、0.1質量%ヘキサメタリン酸ナトリウム水溶液を用い、5分間の超音波分散後に測定屈折率1.24を設定して測定される。 In this disclosure, the median diameter d50 is measured using a known laser diffraction/scattering particle size distribution measuring device. When using the HORIBA LA-920 as the particle size distribution measuring device, a 0.1% by mass aqueous solution of sodium hexametaphosphate is used as the dispersion medium during measurement, and the measurement is performed after ultrasonic dispersion for 5 minutes with the measurement refractive index set to 1.24.
一次粒子が凝集して二次粒子を形成している場合には、上記正極活物質の平均一次粒子径としては、好ましくは0.05μm以上、より好ましくは0.1μm以上、更に好ましくは0.2μm以上であり、上限は、好ましくは5μm以下、より好ましくは4μm以下、更に好ましくは3μm以下、最も好ましくは2μm以下である。上記上限を超えると球状の二次粒子を形成し難く、粉体充填性に悪影響を及ぼしたり、比表面積が大きく低下したりするために、出力特性等の電池性能が低下する可能性が高くなる場合がある。逆に、上記下限を下回ると、通常、結晶が未発達であるために充放電の可逆性が劣る等の問題を生ずる場合がある。 When the primary particles are aggregated to form secondary particles, the average primary particle diameter of the positive electrode active material is preferably 0.05 μm or more, more preferably 0.1 μm or more, and even more preferably 0.2 μm or more, and the upper limit is preferably 5 μm or less, more preferably 4 μm or less, even more preferably 3 μm or less, and most preferably 2 μm or less. If the upper limit is exceeded, it is difficult to form spherical secondary particles, which may adversely affect powder packing and significantly reduce the specific surface area, increasing the possibility of a decrease in battery performance such as output characteristics. Conversely, if the lower limit is exceeded, problems such as poor reversibility of charge and discharge may occur due to underdeveloped crystals.
なお、本開示では、一次粒子径は、走査電子顕微鏡(SEM)を用いた観察により測定される。具体的には、10000倍の倍率の写真で、水平方向の直線に対する一次粒子の左右の境界線による切片の最長の値を、任意の50個の一次粒子について求め、平均値をとることにより求められる。 In this disclosure, the primary particle diameter is measured by observation using a scanning electron microscope (SEM). Specifically, in a photograph at 10,000x magnification, the longest intercept value of the horizontal line between the left and right boundaries of the primary particle is determined for any 50 primary particles, and the average value is calculated.
正極活物質のBET比表面積は、好ましくは0.1m2/g以上、より好ましくは0.2m2/g以上、更に好ましくは0.3m2/g以上であり、上限は好ましくは50m2/g以下、より好ましくは40m2/g以下、更に好ましくは30m2/g以下である。BET比表面積がこの範囲よりも小さいと電池性能が低下しやすく、大きいとタップ密度が上がりにくくなり、正極活物質層形成時の塗布性に問題が発生しやすい場合がある。 The BET specific surface area of the positive electrode active material is preferably 0.1 m2 /g or more, more preferably 0.2 m2 /g or more, and even more preferably 0.3 m2 /g or more, and the upper limit is preferably 50 m2 /g or less, more preferably 40 m2 /g or less, and even more preferably 30 m2 /g or less. If the BET specific surface area is smaller than this range, the battery performance is likely to decrease, and if it is larger, it is difficult to increase the tap density, and problems may easily occur in the application when forming the positive electrode active material layer.
なお、本開示では、BET比表面積は、表面積計(例えば、大倉理研社製全自動表面積測定装置)を用い、試料に対して窒素流通下150℃で30分間、予備乾燥を行なった後、大気圧に対する窒素の相対圧の値が0.3となるように正確に調整した窒素ヘリウム混合ガスを用い、ガス流動法による窒素吸着BET1点法によって測定した値で定義される。 In this disclosure, the BET specific surface area is defined as the value measured by a surface area meter (e.g., a fully automatic surface area measuring device manufactured by Okura Riken Co., Ltd.) using a nitrogen-helium mixed gas precisely adjusted so that the relative pressure of nitrogen to atmospheric pressure is 0.3, after which the sample is pre-dried at 150°C for 30 minutes using a surface area meter (e.g., a fully automatic surface area measuring device manufactured by Okura Riken Co., Ltd.) and the value measured by a nitrogen adsorption BET single point method using a gas flow method.
本開示の二次電池が、ハイブリッド自動車用や分散電源用の大型リチウムイオン二次電池として使用される場合、高出力が要求されるため、上記正極活物質の粒子は二次粒子が主体となることが好ましい。
上記正極活物質の粒子は、二次粒子の平均粒子径が40μm以下で、かつ、平均一次粒子径が1μm以下の微粒子を、0.5~7.0体積%含むものであることが好ましい。平均一次粒子径が1μm以下の微粒子を含有させることにより、電解液との接触面積が大きくなり、電極と電解液との間でのリチウムイオンの拡散をより速くすることができ、その結果、電池の出力性能を向上させることができる。
When the secondary battery of the present disclosure is used as a large-scale lithium-ion secondary battery for hybrid automobiles or distributed power sources, high output is required, so that the particles of the positive electrode active material are preferably mainly secondary particles.
The positive electrode active material particles preferably contain 0.5 to 7.0 volume % of fine particles having an average secondary particle size of 40 μm or less and an average primary particle size of 1 μm or less. By including fine particles having an average primary particle size of 1 μm or less, the contact area with the electrolyte increases, and the diffusion of lithium ions between the electrode and the electrolyte can be made faster, resulting in improved output performance of the battery.
正極活物質の製造法としては、無機化合物の製造法として一般的な方法が用いられる。特に球状ないし楕円球状の活物質を作成するには種々の方法が考えられるが、例えば、遷移金属の原料物質を水等の溶媒中に溶解ないし粉砕分散して、攪拌をしながらpHを調節して球状の前駆体を作成回収し、これを必要に応じて乾燥した後、LiOH、Li2CO3、LiNO3等のLi源を加えて高温で焼成して活物質を得る方法等が挙げられる。 The manufacturing method of the positive electrode active material is a general method for manufacturing inorganic compounds.In particular, various methods can be considered for making spherical or elliptical active material, for example, the raw material of transition metal is dissolved or crushed and dispersed in a solvent such as water, and the pH is adjusted while stirring to make and recover spherical precursor, which is dried as necessary, and then LiOH, Li2CO3 , LiNO3 , or other Li source is added and calcined at high temperature to obtain active material.
正極の製造のために、前記の正極活物質を単独で用いてもよく、異なる組成の2種以上を、任意の組み合わせ又は比率で併用してもよい。この場合の好ましい組み合わせとしては、LiCoO2とLiNi0.33Co0.33Mn0.33O2等のLiMn2O4若しくはこのMnの一部を他の遷移金属等で置換したものとの組み合わせ、あるいは、LiCoO2若しくはこのCoの一部を他の遷移金属等で置換したものとの組み合わせが挙げられる。 For the manufacture of the positive electrode, the positive electrode active material may be used alone, or two or more different compositions may be used in any combination or ratio . In this case, preferred combinations include a combination of LiCoO2 with LiMn2O4 such as LiNi0.33Co0.33Mn0.33O2 or a combination of LiCoO2 or a combination of LiMn2O4 with a part of Mn replaced with another transition metal or the like, or a combination of LiCoO2 or a combination of LiCoO2 with a part of Co replaced with another transition metal or the like.
上記正極活物質の含有量は、電池容量が高い点で、正極合剤の50~99.5質量%が好ましく、80~99質量%がより好ましい。また、正極活物質の、正極活物質層中の含有量は、好ましくは80質量%以上、より好ましくは82質量%以上、特に好ましくは84質量%以上である。また上限は、好ましくは99質量%以下、より好ましくは98質量%以下である。正極活物質層中の正極活物質の含有量が低いと電気容量が不十分となる場合がある。逆に含有量が高すぎると正極の強度が不足する場合がある。 The content of the positive electrode active material is preferably 50 to 99.5% by mass of the positive electrode mixture, more preferably 80 to 99% by mass, in terms of high battery capacity. The content of the positive electrode active material in the positive electrode active material layer is preferably 80% by mass or more, more preferably 82% by mass or more, and particularly preferably 84% by mass or more. The upper limit is preferably 99% by mass or less, more preferably 98% by mass or less. If the content of the positive electrode active material in the positive electrode active material layer is low, the electrical capacity may be insufficient. Conversely, if the content is too high, the strength of the positive electrode may be insufficient.
上記正極合剤は、更に、結着剤、増粘剤、導電材を含むことが好ましい。
上記結着剤としては、電極製造時に使用する溶媒や電解液に対して安全な材料であれば、任意のものを使用することができ、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリメチルメタクリレート、芳香族ポリアミド、キトサン、アルギン酸、ポリアクリル酸、ポリイミド、セルロース、ニトロセルロース等の樹脂系高分子;SBR(スチレン・ブタジエンゴム)、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、フッ素ゴム、NBR(アクリロニトリル・ブタジエンゴム)、エチレン・プロピレンゴム等のゴム状高分子;スチレン・ブタジエン・スチレンブロック共重合体又はその水素添加物;EPDM(エチレン・プロピレン・ジエン三元共重合体)、スチレン・エチレン・ブタジエン・スチレン共重合体、スチレン・イソプレン・スチレンブロック共重合体又はその水素添加物等の熱可塑性エラストマー状高分子;シンジオタクチック-1,2-ポリブタジエン、ポリ酢酸ビニル、エチレン・酢酸ビニル共重合体、プロピレン・α-オレフィン共重合体等の軟質樹脂状高分子;ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、フッ化ビニリデン共重合体、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体等のフッ素系高分子;アルカリ金属イオン(特にリチウムイオン)のイオン伝導性を有する高分子組成物等が挙げられる。これらは、1種を単独で用いても、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
The positive electrode mixture preferably further contains a binder, a thickener, and a conductive material.
Any material may be used as the binder as long as it is safe against the solvent and electrolyte used in the production of the electrodes. Examples of the binder include resin-based polymers such as polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate, polymethyl methacrylate, aromatic polyamide, chitosan, alginic acid, polyacrylic acid, polyimide, cellulose, and nitrocellulose; rubber-like polymers such as SBR (styrene-butadiene rubber), isoprene rubber, butadiene rubber, fluororubber, NBR (acrylonitrile-butadiene rubber), and ethylene-propylene rubber; styrene-butadiene-styrene block copolymers or hydrogenated products thereof; EPDM (ethylene propylene glycol dimethyl ether (EPDM)); Examples of suitable polymers include thermoplastic elastomeric polymers such as styrene-ethylene-propylene-diene terpolymers, styrene-ethylene-butadiene-styrene copolymers, styrene-isoprene-styrene block copolymers, and hydrogenated products thereof; soft resinous polymers such as syndiotactic-1,2-polybutadiene, polyvinyl acetate, ethylene-vinyl acetate copolymers, and propylene-α-olefin copolymers; fluorine-based polymers such as polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, vinylidene fluoride copolymers, and tetrafluoroethylene-ethylene copolymers; and polymer compositions having ionic conductivity for alkali metal ions (particularly lithium ions). These may be used alone or in any combination and ratio of two or more.
結着剤の含有量は、正極活物質層中の結着剤の割合として、通常0.1質量%以上、好ましくは1質量%以上、更に好ましくは1.2質量%以上であり、また、通常50質量%以下、好ましくは40質量%以下、更に好ましくは30質量%以下、最も好ましくは10質量%以下である。結着剤の割合が低すぎると、正極活物質を十分保持できずに正極の機械的強度が不足し、サイクル特性等の電池性能を悪化させてしまう場合がある。一方で、高すぎると、電池容量や導電性の低下につながる場合がある。 The content of the binder, expressed as the proportion of the binder in the positive electrode active material layer, is usually 0.1% by mass or more, preferably 1% by mass or more, more preferably 1.2% by mass or more, and is usually 50% by mass or less, preferably 40% by mass or less, more preferably 30% by mass or less, and most preferably 10% by mass or less. If the proportion of the binder is too low, the positive electrode active material cannot be sufficiently held, resulting in insufficient mechanical strength of the positive electrode, which may deteriorate battery performance such as cycle characteristics. On the other hand, if the proportion is too high, it may lead to a decrease in battery capacity and conductivity.
上記増粘剤としては、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、エチルセルロース、ポリビニルアルコール、酸化スターチ、リン酸化スターチ、カゼイン、ポリビニルピロリドン及びこれらの塩等が挙げられる。1種を単独で用いても、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。 The thickeners include carboxymethylcellulose, methylcellulose, hydroxymethylcellulose, ethylcellulose, polyvinyl alcohol, oxidized starch, phosphated starch, casein, polyvinylpyrrolidone, and salts thereof. One type may be used alone, or two or more types may be used in any combination and ratio.
活物質に対する増粘剤の割合は、通常0.1質量%以上、好ましくは0.2質量%以上、より好ましくは0.3質量%以上であり、また、通常5質量%以下、好ましくは3質量%以下、より好ましくは2質量%以下の範囲である。この範囲を下回ると、著しく塗布性が低下する場合がある。上回ると、正極活物質層に占める活物質の割合が低下し、電池の容量が低下する問題や正極活物質間の抵抗が増大する問題が生じる場合がある。 The ratio of the thickener to the active material is usually 0.1% by mass or more, preferably 0.2% by mass or more, more preferably 0.3% by mass or more, and usually 5% by mass or less, preferably 3% by mass or less, more preferably 2% by mass or less. If it is below this range, the coating properties may be significantly reduced. If it is above this range, the ratio of the active material in the positive electrode active material layer may decrease, which may cause problems such as a decrease in battery capacity or an increase in resistance between the positive electrode active materials.
上記導電材としては、公知の導電材を任意に用いることができる。具体例としては、銅、ニッケル、金等の金属材料、天然黒鉛、人造黒鉛等の黒鉛(グラファイト)、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラック等のカーボンブラック、ニードルコークス、カーボンナノチューブ、フラーレン、VGCF等の無定形炭素等の炭素材料等が挙げられる。なお、これらは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。導電材は、正極活物質層中に、通常0.01質量%以上、好ましくは0.1質量%以上、より好ましくは1質量%以上であり、また、通常50質量%以下、好ましくは30質量%以下、より好ましくは15質量%以下含有するように用いられる。含有量がこの範囲よりも低いと導電性が不十分となる場合がある。逆に、含有量がこの範囲よりも高いと電池容量が低下する場合がある。 As the conductive material, any known conductive material can be used. Specific examples include metal materials such as copper, nickel, and gold; graphite such as natural graphite and artificial graphite; carbon black such as acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and thermal black; and carbon materials such as needle coke, carbon nanotubes, fullerene, and amorphous carbon such as VGCF. These may be used alone or in any combination and ratio of two or more. The conductive material is used so that it is contained in the positive electrode active material layer in an amount of usually 0.01% by mass or more, preferably 0.1% by mass or more, and more preferably 1% by mass or more, and usually 50% by mass or less, preferably 30% by mass or less, and more preferably 15% by mass or less. If the content is lower than this range, the conductivity may be insufficient. Conversely, if the content is higher than this range, the battery capacity may decrease.
スラリーを形成するための溶媒としては、正極活物質、導電材、結着剤、並びに必要に応じて使用される増粘剤を溶解又は分散することが可能な溶媒であれば、その種類に特に制限はなく、水系溶媒と有機系溶媒のどちらを用いてもよい。水系溶媒としては、例えば、水、アルコールと水との混合媒等が挙げられる。有機系溶媒としては、例えば、ヘキサン等の脂肪族炭化水素類;ベンゼン、トルエン、キシレン、メチルナフタレン等の芳香族炭化水素類;キノリン、ピリジン等の複素環化合物;アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類;酢酸メチル、アクリル酸メチル等のエステル類;ジエチレントリアミン、N,N-ジメチルアミノプロピルアミン等のアミン類;ジエチルエーテル、プロピレンオキシド、テトラヒドロフラン(THF)等のエーテル類;N-メチルピロリドン(NMP)、N-ブチルピロリドン(NBP)、3-メトキシ-N,N-ジメチルプロピオンアミド、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド等のアミド類;ヘキサメチルホスファルアミド、ジメチルスルホキシド等の非プロトン性極性溶媒等が挙げられる。 There are no particular limitations on the type of solvent used to form the slurry, and either an aqueous or organic solvent may be used as long as it is capable of dissolving or dispersing the positive electrode active material, conductive material, binder, and thickener used as needed. Examples of aqueous solvents include water and a mixture of alcohol and water. Examples of organic solvents include aliphatic hydrocarbons such as hexane; aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene, xylene, and methylnaphthalene; heterocyclic compounds such as quinoline and pyridine; ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, and cyclohexanone; esters such as methyl acetate and methyl acrylate; amines such as diethylenetriamine and N,N-dimethylaminopropylamine; ethers such as diethyl ether, propylene oxide, and tetrahydrofuran (THF); amides such as N-methylpyrrolidone (NMP), N-butylpyrrolidone (NBP), 3-methoxy-N,N-dimethylpropionamide, dimethylformamide, and dimethylacetamide; and aprotic polar solvents such as hexamethylphosphalamide and dimethylsulfoxide.
正極用集電体の材質としては、アルミニウム、チタン、タンタル、ステンレス鋼、ニッケル等の金属、又は、その合金等の金属材料;カーボンクロス、カーボンペーパー等の炭素材料が挙げられる。なかでも、金属材料、特にアルミニウム又はその合金が好ましい。 The material of the positive electrode current collector may be metals such as aluminum, titanium, tantalum, stainless steel, nickel, or metal materials such as alloys thereof; or carbon materials such as carbon cloth and carbon paper. Of these, metal materials, particularly aluminum or its alloys, are preferred.
集電体の形状としては、金属材料の場合、金属箔、金属円柱、金属コイル、金属板、金属薄膜、エキスパンドメタル、パンチメタル、発泡メタル等が挙げられ、炭素材料の場合、炭素板、炭素薄膜、炭素円柱等が挙げられる。これらのうち、金属薄膜が好ましい。なお、薄膜は適宜メッシュ状に形成してもよい。薄膜の厚さは任意であるが、通常1μm以上、好ましくは3μm以上、より好ましくは5μm以上、また、通常1mm以下、好ましくは100μm以下、より好ましくは50μm以下である。薄膜がこの範囲よりも薄いと集電体として必要な強度が不足する場合がある。逆に、薄膜がこの範囲よりも厚いと取り扱い性が損なわれる場合がある。 The shape of the current collector may be, for example, a metal foil, a metal cylinder, a metal coil, a metal plate, a metal thin film, expanded metal, punched metal, or foamed metal, for a metal material, or a carbon plate, a carbon thin film, or a carbon cylinder, for example. Of these, a metal thin film is preferred. The thin film may be formed into a mesh shape as appropriate. The thickness of the thin film is optional, but is usually 1 μm or more, preferably 3 μm or more, more preferably 5 μm or more, and is usually 1 mm or less, preferably 100 μm or less, and more preferably 50 μm or less. If the thin film is thinner than this range, the strength required as a current collector may be insufficient. Conversely, if the thin film is thicker than this range, handling may be impaired.
また、集電体の表面に導電助剤が塗布されていることも、集電体と正極活物質層の電気接触抵抗を低下させる観点で好ましい。導電助剤としては、炭素や、金、白金、銀等の貴金属類が挙げられる。 It is also preferable that a conductive assistant is applied to the surface of the current collector in order to reduce the electrical contact resistance between the current collector and the positive electrode active material layer. Examples of conductive assistants include carbon and precious metals such as gold, platinum, and silver.
集電体と正極活物質層の厚さの比は特には限定されないが、(電解液注液直前の片面の正極活物質層の厚さ)/(集電体の厚さ)の値が20以下であることが好ましく、より好ましくは15以下、最も好ましくは10以下であり、また、0.5以上が好ましく、より好ましくは0.8以上、最も好ましくは1以上の範囲である。この範囲を上回ると、高電流密度充放電時に集電体がジュール熱による発熱を生じる場合がある。この範囲を下回ると、正極活物質に対する集電体の体積比が増加し、電池の容量が減少する場合がある。 The thickness ratio of the current collector to the positive electrode active material layer is not particularly limited, but the value of (thickness of the positive electrode active material layer on one side immediately before electrolyte injection)/(thickness of the current collector) is preferably 20 or less, more preferably 15 or less, and most preferably 10 or less, and is preferably 0.5 or more, more preferably 0.8 or more, and most preferably 1 or more. If it exceeds this range, the current collector may generate heat due to Joule heat during high current density charging and discharging. If it is below this range, the volume ratio of the current collector to the positive electrode active material increases, and the battery capacity may decrease.
正極の製造は、常法によればよい。例えば、上記正極活物質に、上述した結着剤、増粘剤、導電材、溶媒等を加えてスラリー状の正極合剤とし、これを集電体に塗布し、乾燥した後にプレスして高密度化する方法が挙げられる。 The positive electrode may be manufactured by a conventional method. For example, the positive electrode active material may be mixed with the binder, thickener, conductive material, solvent, etc., to form a slurry-like positive electrode mixture, which is then applied to a current collector, dried, and pressed to increase density.
上記高密度化は、ハンドプレス、ローラープレス等により行うことができる。正極活物質層の密度は、好ましくは1.0g/cm3以上、より好ましくは1.3g/cm3以上、更に好ましくは1.5g/cm3以上であり、また、好ましくは5g/cm3以下、より好ましくは3.0g/cm3以下、更に好ましくは2.5g/cm3以下の範囲である。この範囲を上回ると集電体/活物質界面付近への電解液の浸透性が低下し、特に高電流密度での充放電特性が低下し高出力が得られない場合がある。また下回ると活物質間の導電性が低下し、電池抵抗が増大し高出力が得られない場合がある。 The densification can be performed by hand pressing, roller pressing, etc. The density of the positive electrode active material layer is preferably 1.0 g/cm 3 or more, more preferably 1.3 g/cm 3 or more, and even more preferably 1.5 g/cm 3 or more, and is preferably 5 g/cm 3 or less, more preferably 3.0 g/cm 3 or less, and even more preferably 2.5 g/cm 3 or less. If it exceeds this range, the permeability of the electrolyte solution near the current collector/active material interface decreases, and the charge/discharge characteristics at high current density in particular may decrease, and high output may not be obtained. If it is below this range, the conductivity between the active materials decreases, the battery resistance increases, and high output may not be obtained.
本開示の電解液を用いる場合、高出力かつ高温時の安定性を高める観点から、正極活物質層の面積は、電池外装ケースの外表面積に対して大きくすることが好ましい。具体的には、二次電池の外装の表面積に対する正極の電極面積の総和が面積比で15倍以上とすることが好ましく、更に40倍以上とすることがより好ましい。電池外装ケースの外表面積とは、有底角型形状の場合には、端子の突起部分を除いた発電要素が充填されたケース部分の縦と横と厚さの寸法から計算で求める総面積をいう。有底円筒形状の場合には、端子の突起部分を除いた発電要素が充填されたケース部分を円筒として近似する幾何表面積である。正極の電極面積の総和とは、負極活物質を含む合剤層に対向する正極合剤層の幾何表面積であり、集電体箔を介して両面に正極合剤層を形成してなる構造では、それぞれの面を別々に算出する面積の総和をいう。 When the electrolyte solution of the present disclosure is used, from the viewpoint of increasing the stability at high output and high temperatures, it is preferable that the area of the positive electrode active material layer is larger than the external surface area of the battery exterior case. Specifically, it is preferable that the total electrode area of the positive electrode is 15 times or more, and more preferably 40 times or more, in terms of area ratio, relative to the surface area of the exterior of the secondary battery. In the case of a bottomed rectangular shape, the external surface area of the battery exterior case refers to the total area calculated from the vertical, horizontal, and thickness dimensions of the case part filled with the power generating element excluding the protruding part of the terminal. In the case of a bottomed cylindrical shape, it is the geometric surface area of the case part filled with the power generating element excluding the protruding part of the terminal as a cylinder. The total electrode area of the positive electrode is the geometric surface area of the positive electrode mixture layer facing the mixture layer containing the negative electrode active material, and in a structure in which a positive electrode mixture layer is formed on both sides via a collector foil, it refers to the sum of the areas calculated separately for each side.
正極板の厚さは特に限定されないが、高容量かつ高出力の観点から、芯材の金属箔厚さを差し引いた合剤層の厚さは、集電体の片面に対して下限として、好ましくは10μm以上、より好ましくは20μm以上で、また、好ましくは500μm以下、より好ましくは450μm以下である。 The thickness of the positive electrode plate is not particularly limited, but from the viewpoint of high capacity and high output, the thickness of the composite layer minus the thickness of the metal foil of the core material is preferably 10 μm or more, more preferably 20 μm or more, as a lower limit on one side of the current collector, and is preferably 500 μm or less, more preferably 450 μm or less.
また、上記正極板の表面に、これとは異なる組成の物質が付着したものを用いてもよい。表面付着物質としては酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化ホウ素、酸化アンチモン、酸化ビスマス等の酸化物、硫酸リチウム、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、硫酸マグネシウム、硫酸カルシウム、硫酸アルミニウム等の硫酸塩、炭酸リチウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム等の炭酸塩、炭素等が挙げられる。 In addition, a material having a different composition may be attached to the surface of the positive electrode plate. Examples of surface-attached materials include oxides such as aluminum oxide, silicon oxide, titanium oxide, zirconium oxide, magnesium oxide, calcium oxide, boron oxide, antimony oxide, and bismuth oxide; sulfates such as lithium sulfate, sodium sulfate, potassium sulfate, magnesium sulfate, calcium sulfate, and aluminum sulfate; carbonates such as lithium carbonate, calcium carbonate, and magnesium carbonate; and carbon.
<負極>
負極は、負極活物質を含む負極活物質層と、集電体とから構成される。
<Negative Electrode>
The negative electrode is composed of a negative electrode active material layer containing a negative electrode active material and a current collector.
負極材料としては、電気化学的にリチウムイオンを吸蔵・放出可能なものであれば、特に制限はない。具体例としては、炭素材料、合金系材料、リチウム含有金属複合酸化物材料、導電性高分子等が挙げられる。これらは、1種を単独で用いてもよく、また2種以上を任意に組み合わせて併用してもよい。 There are no particular limitations on the negative electrode material, so long as it is capable of electrochemically absorbing and releasing lithium ions. Specific examples include carbon materials, alloy-based materials, lithium-containing metal composite oxide materials, conductive polymers, and the like. These may be used alone or in any combination of two or more.
上記負極活物質としては、様々な熱分解条件での有機物の熱分解物や人造黒鉛、天然黒鉛等のリチウムを吸蔵・放出可能な炭素質材料;酸化錫、酸化ケイ素等のリチウムを吸蔵・放出可能な金属酸化物材料;リチウム金属;種々のリチウム合金;リチウム含有金属複合酸化物材料等を挙げることができる。これらの負極活物質は、2種以上を混合して用いてもよい。 The above-mentioned negative electrode active materials include carbonaceous materials capable of absorbing and releasing lithium, such as pyrolysis products of organic matter under various pyrolysis conditions, artificial graphite, and natural graphite; metal oxide materials capable of absorbing and releasing lithium, such as tin oxide and silicon oxide; lithium metal; various lithium alloys; lithium-containing metal composite oxide materials; and the like. Two or more of these negative electrode active materials may be mixed and used.
リチウムを吸蔵・放出可能な炭素質材料としては、種々の原料から得た易黒鉛性ピッチの高温処理によって製造された人造黒鉛若しくは精製天然黒鉛、又は、これらの黒鉛にピッチその他の有機物で表面処理を施した後炭化して得られるものが好ましく、天然黒鉛、人造黒鉛、人造炭素質物質並びに人造黒鉛質物質を400~3200℃の範囲で1回以上熱処理した炭素質材料、負極活物質層が少なくとも2種類以上の異なる結晶性を有する炭素質からなり、かつ/又はその異なる結晶性の炭素質が接する界面を有している炭素質材料、負極活物質層が少なくとも2種以上の異なる配向性の炭素質が接する界面を有している炭素質材料、から選ばれるものが、初期不可逆容量、高電流密度充放電特性のバランスがよくより好ましい。また、これらの炭素材料は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。 As the carbonaceous material capable of absorbing and releasing lithium, artificial graphite or purified natural graphite produced by high-temperature treatment of graphitizable pitch obtained from various raw materials, or those obtained by surface-treating these graphites with pitch or other organic substances and then carbonizing them are preferable. Carbonaceous materials obtained by heat-treating natural graphite, artificial graphite, artificial carbonaceous substances, and artificial graphite substances at least once in the range of 400 to 3200°C, carbonaceous materials in which the negative electrode active material layer is made of carbonaceous materials having at least two or more different types of crystallinity and/or has an interface where the carbonaceous materials of the different crystallinity are in contact, and carbonaceous materials in which the negative electrode active material layer has an interface where the carbonaceous materials of at least two or more different orientations are in contact are more preferable because they have a good balance between initial irreversible capacity and high current density charge/discharge characteristics. In addition, these carbonaceous materials may be used alone or in any combination and ratio of two or more.
上記の人造炭素質物質並びに人造黒鉛質物質を400~3200℃の範囲で1回以上熱処理した炭素質材料としては、石炭系コークス、石油系コークス、石炭系ピッチ、石油系ピッチ及びこれらピッチを酸化処理したもの、ニードルコークス、ピッチコークス及びこれらを一部黒鉛化した炭素剤、ファーネスブラック、アセチレンブラック、ピッチ系炭素繊維等の有機物の熱分解物、炭化可能な有機物及びこれらの炭化物、又は炭化可能な有機物をベンゼン、トルエン、キシレン、キノリン、n-ヘキサン等の低分子有機溶剤に溶解させた溶液及びこれらの炭化物等が挙げられる。 The above-mentioned artificial carbonaceous substances and artificial graphite substances are heat-treated at least once in the range of 400 to 3200°C as carbonaceous materials, which include coal-based coke, petroleum-based coke, coal-based pitch, petroleum-based pitch and these pitches that have been oxidized, needle coke, pitch coke and carbon agents obtained by partially graphitizing these, furnace black, acetylene black, pitch-based carbon fiber and other organic matter pyrolysis products, carbonizable organic matter and their charcoal products, or solutions of carbonizable organic matter dissolved in low-molecular organic solvents such as benzene, toluene, xylene, quinoline, n-hexane and other low-molecular organic solvents and their charcoal products.
上記負極活物質として用いられる金属材料(但し、リチウムチタン複合酸化物を除く)としては、リチウムを吸蔵・放出可能であれば、リチウム単体、リチウム合金を形成する単体金属及び合金、又はそれらの酸化物、炭化物、窒化物、ケイ化物、硫化物若しくはリン化物等の化合物のいずれであってもよく、特に制限されない。リチウム合金を形成する単体金属及び合金としては、13族及び14族の金属・半金属元素を含む材料であることが好ましく、より好ましくはアルミニウム、ケイ素及びスズ(以下、「特定金属元素」と略記)の単体金属及びこれら原子を含む合金又は化合物である。これらは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。 The metal material (excluding lithium titanium composite oxide) used as the negative electrode active material is not particularly limited, and may be any of lithium alone, elemental metals and alloys that form lithium alloys, or compounds such as oxides, carbides, nitrides, silicides, sulfides, or phosphides thereof, as long as it is capable of absorbing and releasing lithium. The elemental metals and alloys that form lithium alloys are preferably materials containing metals and semimetallic elements of Groups 13 and 14, and more preferably elemental metals such as aluminum, silicon, and tin (hereinafter abbreviated as "specific metal elements") and alloys or compounds containing these atoms. These may be used alone or in any combination and ratio of two or more.
特定金属元素から選ばれる少なくとも1種の原子を有する負極活物質としては、いずれか1種の特定金属元素の金属単体、2種以上の特定金属元素からなる合金、1種又は2種以上の特定金属元素とその他の1種又は2種以上の金属元素とからなる合金、並びに、1種又は2種以上の特定金属元素を含有する化合物、及びその化合物の酸化物、炭化物、窒化物、ケイ化物、硫化物若しくはリン化物等の複合化合物が挙げられる。負極活物質としてこれらの金属単体、合金又は金属化合物を用いることで、電池の高容量化が可能である。 Anode active materials having at least one atom selected from specific metal elements include a single metal of any one of the specific metal elements, an alloy of two or more specific metal elements, an alloy of one or more specific metal elements and one or more other metal elements, and a compound containing one or more specific metal elements, as well as composite compounds such as oxides, carbides, nitrides, silicides, sulfides, or phosphides of the compounds. By using these single metals, alloys, or metal compounds as the anode active material, it is possible to increase the capacity of the battery.
また、これらの複合化合物が、金属単体、合金又は非金属元素等の数種の元素と複雑に結合した化合物も挙げられる。具体的には、例えばケイ素やスズでは、これらの元素と負極として作動しない金属との合金を用いることができる。例えば、スズの場合、スズとケイ素以外で負極として作用する金属と、更に負極として動作しない金属と、非金属元素との組み合わせで5~6種の元素を含むような複雑な化合物も用いることができる。 Furthermore, these composite compounds may be compounds in which several elements, such as simple metals, alloys, or nonmetallic elements, are intricately bonded. Specifically, for example, with silicon or tin, alloys of these elements and metals that do not function as negative electrodes can be used. For example, with tin, complex compounds containing five to six elements in combination with tin, a metal other than silicon that acts as a negative electrode, a metal that does not function as a negative electrode, and a nonmetallic element can also be used.
具体的には、Si単体、SiB4、SiB6、Mg2Si、Ni2Si、TiSi2、MoSi2、CoSi2、NiSi2、CaSi2、CrSi2、Cu6Si、FeSi2、MnSi2、NbSi2、TaSi2、VSi2、WSi2、ZnSi2、SiC、Si3N4、Si2N2O、SiOv(0<v≦2)、LiSiOあるいはスズ単体、SnSiO3、LiSnO、Mg2Sn、SnOw(0<w≦2)が挙げられる。
また、Si又はSnを第一の構成元素とし、それに加えて第2、第3の構成元素を含む複合材料が挙げられる。第2の構成元素は、例えば、コバルト、鉄、マグネシウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、ニッケル、銅、亜鉛、ガリウム及びジルコニウムのうち少なくとも1種である。第3の構成元素は、例えば、ホウ素、炭素、アルミニウム及びリンのうち少なくとも1種である。
特に、高い電池容量及び優れた電池特性が得られることから、上記金属材料として、ケイ素又はスズの単体(微量の不純物を含んでよい)、SiOv(0<v≦2)、SnOw(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複合材料が好ましい。
Specifically, Si alone, SiB4 , SiB6 , Mg2Si , Ni2Si , TiSi2 , MoSi2 , CoSi2, NiSi2 , CaSi2 , CrSi2 , Cu6Si , FeSi2 , MnSi2 , NbSi 2 , TaSi 2 , VSi 2 , WSi 2 , ZnSi 2 , SiC, Si 3 N 4 , Si 2 N 2 O, SiO v (0<v≦2), LiSiO or tin alone, SnSiO 3 , LiSnO, Mg 2 Examples include Sn and SnO w (0<w≦2).
In addition, there is a composite material containing Si or Sn as a first constituent element and further containing a second and a third constituent element. The second constituent element is, for example, cobalt, iron, magnesium, titanium, or vanadium. The third constituent element is, for example, at least one of boron, carbon, aluminum, and phosphorus.
In particular, the metal material is preferably silicon or tin (which may contain a trace amount of impurities), SiO v (0<v≦2), SnO w (0 ≦w≦2), Si—Co—C composite material, Si—Ni—C composite material, Sn—Co—C composite material, and Sn—Ni—C composite material are preferred.
負極活物質として用いられるリチウム含有金属複合酸化物材料としては、リチウムを吸蔵・放出可能であれば、特に制限されないが、高電流密度充放電特性の点からチタン及びリチウムを含有する材料が好ましく、より好ましくはチタンを含むリチウム含有複合金属酸化物材料が好ましく、更にリチウムとチタンの複合酸化物(以下、「リチウムチタン複合酸化物」と略記)が好ましい。すなわち、スピネル構造を有するリチウムチタン複合酸化物を、電解液電池用負極活物質に含有させて用いると、出力抵抗が大きく低減するので特に好ましい。 The lithium-containing metal composite oxide material used as the negative electrode active material is not particularly limited as long as it is capable of absorbing and releasing lithium, but from the viewpoint of high current density charge/discharge characteristics, materials containing titanium and lithium are preferred, and lithium-containing composite metal oxide materials containing titanium are more preferred, with composite oxides of lithium and titanium (hereinafter abbreviated as "lithium titanium composite oxides") being even more preferred. In other words, when lithium titanium composite oxides having a spinel structure are used as negative electrode active materials for electrolyte batteries, the output resistance is significantly reduced, and this is particularly preferred.
上記リチウムチタン複合酸化物としては、一般式:
LixTiyMzO4
[式中、Mは、Na、K、Co、Al、Fe、Ti、Mg、Cr、Ga、Cu、Zn及びNbからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を表わす。]
で表される化合物であることが好ましい。
上記組成の中でも、
(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
の構造が、電池性能のバランスが良好なため特に好ましい。
The lithium titanium composite oxide has the general formula:
Li x Ti y M z O 4
[In the formula, M represents at least one element selected from the group consisting of Na, K, Co, Al, Fe, Ti, Mg, Cr, Ga, Cu, Zn, and Nb.]
It is preferable that the compound is represented by the following formula:
Among the above compositions,
(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
The structure of is particularly preferred because it has a good balance of battery performance.
上記化合物の特に好ましい代表的な組成は、(i)ではLi4/3Ti5/3O4、(ii)ではLi1Ti2O4、(iii)ではLi4/5Ti11/5O4である。また、Z≠0の構造については、例えば、Li4/3Ti4/3Al1/3O4が好ましいものとして挙げられる。 Particularly preferred representative compositions of the above compounds are (i) Li4 / 3Ti5/ 3O4 , ( ii) Li1Ti2O4 , and (iii) Li4 /5Ti11 / 5O4 . As for the structure where Z≠0, Li4 / 3Ti4/ 3Al1 / 3O4 is preferred, for example.
上記負極合剤は、更に、結着剤、増粘剤、導電材を含むことが好ましい。 The negative electrode mixture preferably further contains a binder, a thickener, and a conductive material.
上記結着剤としては、上述した、正極に用いることができる結着剤と同様のものが挙げられる。負極活物質に対する結着剤の割合は、0.1質量%以上が好ましく、0.5質量%以上が更に好ましく、0.6質量%以上が特に好ましく、また、20質量%以下が好ましく、15質量%以下がより好ましく、10質量%以下が更に好ましく、8質量%以下が特に好ましい。負極活物質に対する結着剤の割合が、上記範囲を上回ると、電池容量に寄与しない結着剤割合が増加して、電池容量の低下を招く場合がある。また、上記範囲を下回ると、負極電極の強度低下を招く場合がある。 The binder may be the same as the binder that can be used for the positive electrode described above. The ratio of the binder to the negative electrode active material is preferably 0.1 mass% or more, more preferably 0.5 mass% or more, and particularly preferably 0.6 mass% or more, and is preferably 20 mass% or less, more preferably 15 mass% or less, even more preferably 10 mass% or less, and particularly preferably 8 mass% or less. If the ratio of the binder to the negative electrode active material exceeds the above range, the ratio of the binder that does not contribute to the battery capacity increases, which may lead to a decrease in the battery capacity. Also, if it is below the above range, it may lead to a decrease in the strength of the negative electrode.
特に、SBRに代表されるゴム状高分子を主要成分に含有する場合には、負極活物質に対する結着剤の割合は、通常0.1質量%以上であり、0.5質量%以上が好ましく、0.6質量%以上が更に好ましく、また、通常5質量%以下であり、3質量%以下が好ましく、2質量%以下が更に好ましい。また、ポリフッ化ビニリデンに代表されるフッ素系高分子を主要成分に含有する場合には負極活物質に対する割合は、通常1質量%以上であり、2質量%以上が好ましく、3質量%以上が更に好ましく、また、通常15質量%以下であり、10質量%以下が好ましく、8質量%以下が更に好ましい。 In particular, when the main component is a rubber-like polymer such as SBR, the ratio of the binder to the negative electrode active material is usually 0.1% by mass or more, preferably 0.5% by mass or more, more preferably 0.6% by mass or more, and usually 5% by mass or less, preferably 3% by mass or less, and more preferably 2% by mass or less. In addition, when the main component is a fluorine-based polymer such as polyvinylidene fluoride, the ratio to the negative electrode active material is usually 1% by mass or more, preferably 2% by mass or more, and more preferably 3% by mass or more, and usually 15% by mass or less, preferably 10% by mass or less, and more preferably 8% by mass or less.
上記増粘剤としては、上述した、正極に用いることができる増粘剤と同様のものが挙げられる。負極活物質に対する増粘剤の割合は、通常0.1質量%以上であり、0.5質量%以上が好ましく、0.6質量%以上が更に好ましく、また、通常5質量%以下であり、3質量%以下が好ましく、2質量%以下が更に好ましい。負極活物質に対する増粘剤の割合が、上記範囲を下回ると、著しく塗布性が低下する場合がある。また、上記範囲を上回ると、負極活物質層に占める負極活物質の割合が低下し、電池の容量が低下する問題や負極活物質間の抵抗が増大する場合がある。 The thickener may be the same as the thickener that can be used for the positive electrode described above. The ratio of the thickener to the negative electrode active material is usually 0.1% by mass or more, preferably 0.5% by mass or more, more preferably 0.6% by mass or more, and usually 5% by mass or less, preferably 3% by mass or less, and more preferably 2% by mass or less. If the ratio of the thickener to the negative electrode active material is below the above range, the coating property may be significantly reduced. If the ratio exceeds the above range, the ratio of the negative electrode active material in the negative electrode active material layer may decrease, causing problems such as a decrease in the capacity of the battery and an increase in resistance between the negative electrode active materials.
負極の導電材としては、銅やニッケル等の金属材料;グラファイト、カーボンブラック等の炭素材料等が挙げられる。 Conductive materials for the negative electrode include metal materials such as copper and nickel; carbon materials such as graphite and carbon black; etc.
スラリーを形成するための溶媒としては、負極活物質、結着剤、並びに必要に応じて使用される増粘剤及び導電材を溶解又は分散することが可能な溶媒であれば、その種類に特に制限はなく、水系溶媒と有機系溶媒のどちらを用いてもよい。
水系溶媒としては、水、アルコール等が挙げられ、有機系溶媒としてはN-メチルピロリドン(NMP)、N-ブチルピロリドン(NBP)、3-メトキシ-N,N-ジメチルプロピオンアミド、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、酢酸メチル、アクリル酸メチル、ジエチルトリアミン、N,N-ジメチルアミノプロピルアミン、テトラヒドロフラン(THF)、トルエン、アセトン、ジエチルエーテル、ジメチルアセトアミド、ヘキサメチルホスファルアミド、ジメチルスルホキシド、ベンゼン、キシレン、キノリン、ピリジン、メチルナフタレン、ヘキサン等が挙げられる。
The solvent for forming the slurry is not particularly limited as long as it is capable of dissolving or dispersing the negative electrode active material, the binder, and the thickener and conductive material used as needed, and either an aqueous solvent or an organic solvent may be used.
Examples of the aqueous solvent include water and alcohol, and examples of the organic solvent include N-methylpyrrolidone (NMP), N-butylpyrrolidone (NBP), 3-methoxy-N,N-dimethylpropionamide, dimethylformamide, dimethylacetamide, methyl ethyl ketone, cyclohexanone, methyl acetate, methyl acrylate, diethyltriamine, N,N-dimethylaminopropylamine, tetrahydrofuran (THF), toluene, acetone, diethyl ether, dimethylacetamide, hexamethylphosphatamide, dimethylsulfoxide, benzene, xylene, quinoline, pyridine, methylnaphthalene, and hexane.
負極用集電体の材質としては、銅、ニッケル又はステンレス等が挙げられる。なかでも、薄膜に加工しやすいという点、及び、コストの点から銅箔が好ましい。 Examples of materials for the negative electrode current collector include copper, nickel, and stainless steel. Among these, copper foil is preferred because it is easy to process into a thin film and is cost-effective.
集電体の厚さは、通常1μm以上、好ましくは5μm以上であり、通常100μm以下、好ましくは50μm以下である。負極集電体の厚さが厚すぎると、電池全体の容量が低下し過ぎることがあり、逆に薄すぎると取扱いが困難になることがある。 The thickness of the current collector is usually 1 μm or more, preferably 5 μm or more, and usually 100 μm or less, preferably 50 μm or less. If the thickness of the negative electrode current collector is too thick, the overall capacity of the battery may be too low, and conversely, if it is too thin, it may be difficult to handle.
負極の製造は、常法によればよい。例えば、上記負極材料に、上述した結着剤、増粘剤、導電材、溶媒等を加えてスラリー状とし、集電体に塗布し、乾燥した後にプレスして高密度化する方法が挙げられる。また、合金材料を用いる場合には、蒸着法、スパッタ法、メッキ法等の手法により、上述の負極活物質を含有する薄膜層(負極活物質層)を形成する方法も用いられる。 The negative electrode may be manufactured by a conventional method. For example, the negative electrode material may be made into a slurry by adding the above-mentioned binder, thickener, conductive material, solvent, etc., and the like, which is then applied to a current collector, dried, and pressed to increase density. In addition, when an alloy material is used, a method of forming a thin film layer (negative electrode active material layer) containing the above-mentioned negative electrode active material by a method such as vapor deposition, sputtering, or plating may also be used.
負極活物質を電極化した際の電極構造は特に制限されないが、集電体上に存在している負極活物質の密度は、1g・cm-3以上が好ましく、1.2g・cm-3以上が更に好ましく、1.3g・cm-3以上が特に好ましく、また、2.2g・cm-3以下が好ましく、2.1g・cm-3以下がより好ましく、2.0g・cm-3以下が更に好ましく、1.9g・cm-3以下が特に好ましい。集電体上に存在している負極活物質の密度が、上記範囲を上回ると、負極活物質粒子が破壊され、初期不可逆容量の増加や、集電体/負極活物質界面付近への電解液の浸透性低下による高電流密度充放電特性悪化を招く場合がある。また、上記範囲を下回ると、負極活物質間の導電性が低下し、電池抵抗が増大し、単位容積当たりの容量が低下する場合がある。 The electrode structure when the negative electrode active material is made into an electrode is not particularly limited, but the density of the negative electrode active material present on the current collector is preferably 1 g cm −3 or more, more preferably 1.2 g cm −3 or more, particularly preferably 1.3 g cm −3 or more, and also preferably 2.2 g cm −3 or less, more preferably 2.1 g cm −3 or less, even more preferably 2.0 g cm −3 or less, and particularly preferably 1.9 g cm −3 or less. If the density of the negative electrode active material present on the current collector exceeds the above range, the negative electrode active material particles are destroyed, which may lead to an increase in initial irreversible capacity and a deterioration in high current density charge and discharge characteristics due to a decrease in the permeability of the electrolyte near the current collector/negative electrode active material interface. If the density is below the above range, the conductivity between the negative electrode active materials may decrease, the battery resistance may increase, and the capacity per unit volume may decrease.
負極板の厚さは用いられる正極板に合わせて設計されるものであり、特に制限されないが、芯材の金属箔厚さを差し引いた合剤層の厚さは通常15μm以上、好ましくは20μm以上、より好ましくは30μm以上、また、通常300μm以下、好ましくは280μm以下、より好ましくは250μm以下が望ましい。 The thickness of the negative electrode plate is designed to match the positive electrode plate to be used, and is not particularly limited, but the thickness of the composite layer minus the thickness of the metal foil of the core material is usually 15 μm or more, preferably 20 μm or more, more preferably 30 μm or more, and is usually 300 μm or less, preferably 280 μm or less, more preferably 250 μm or less.
また、上記負極板の表面に、これとは異なる組成の物質が付着したものを用いてもよい。表面付着物質としては酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化ホウ素、酸化アンチモン、酸化ビスマス等の酸化物、硫酸リチウム、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、硫酸マグネシウム、硫酸カルシウム、硫酸アルミニウム等の硫酸塩、炭酸リチウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム等の炭酸塩等が挙げられる。 In addition, a substance having a different composition may be attached to the surface of the negative electrode plate. Examples of surface-attached substances include oxides such as aluminum oxide, silicon oxide, titanium oxide, zirconium oxide, magnesium oxide, calcium oxide, boron oxide, antimony oxide, and bismuth oxide; sulfates such as lithium sulfate, sodium sulfate, potassium sulfate, magnesium sulfate, calcium sulfate, and aluminum sulfate; and carbonates such as lithium carbonate, calcium carbonate, and magnesium carbonate.
<セパレータ>
本開示の二次電池は、更に、セパレータを備えることが好ましい。
上記セパレータの材質や形状は、電解液に安定であり、かつ、保液性に優れていれば特に限定されず、公知のものを使用することができる。なかでも、本開示の電解液に対し安定な材料で形成された、樹脂、ガラス繊維、無機物等が用いられ、保液性に優れた多孔性シート又は不織布状の形態の物等を用いるのが好ましい。
<Separator>
The secondary battery of the present disclosure preferably further includes a separator.
The material and shape of the separator are not particularly limited as long as they are stable to the electrolyte and have excellent liquid retention, and any known material can be used. Among them, it is preferable to use a material formed of a material stable to the electrolyte of the present disclosure, such as a resin, glass fiber, or inorganic material, and to use a porous sheet or nonwoven fabric having excellent liquid retention.
樹脂、ガラス繊維セパレータの材料としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン、芳香族ポリアミド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエーテルスルホン、ガラスフィルター等を用いることができる。ポリプロピレン/ポリエチレン2層フィルム、ポリプロピレン/ポリエチレン/ポリプロピレン3層フィルム等、これらの材料は1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。なかでも、上記セパレータは、電解液の浸透性やシャットダウン効果が良好である点で、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィンを原料とする多孔性シート又は不織布等であることが好ましい。 As materials for the resin and glass fiber separator, for example, polyolefins such as polyethylene and polypropylene, aromatic polyamides, polytetrafluoroethylene, polyethersulfone, glass filters, etc. can be used. These materials may be used alone or in any combination and ratio, such as polypropylene/polyethylene two-layer film and polypropylene/polyethylene/polypropylene three-layer film. Among them, the separator is preferably a porous sheet or nonwoven fabric made of polyolefins such as polyethylene and polypropylene, because of its good electrolyte permeability and shutdown effect.
セパレータの厚さは任意であるが、通常1μm以上であり、5μm以上が好ましく、8μm以上が更に好ましく、また、通常50μm以下であり、40μm以下が好ましく、30μm以下が更に好ましい。セパレータが、上記範囲より薄過ぎると、絶縁性や機械的強度が低下する場合がある。また、上記範囲より厚過ぎると、レート特性等の電池性能が低下する場合があるばかりでなく、電解液電池全体としてのエネルギー密度が低下する場合がある。 The thickness of the separator is arbitrary, but is usually 1 μm or more, preferably 5 μm or more, more preferably 8 μm or more, and is usually 50 μm or less, preferably 40 μm or less, more preferably 30 μm or less. If the separator is thinner than the above range, the insulating properties and mechanical strength may decrease. Furthermore, if the separator is thicker than the above range, not only may the battery performance such as rate characteristics decrease, but the energy density of the electrolyte battery as a whole may decrease.
更に、セパレータとして多孔性シートや不織布等の多孔質のものを用いる場合、セパレータの空孔率は任意であるが、通常20%以上であり、35%以上が好ましく、45%以上が更に好ましく、また、通常90%以下であり、85%以下が好ましく、75%以下が更に好ましい。空孔率が、上記範囲より小さ過ぎると、膜抵抗が大きくなってレート特性が悪化する傾向がある。また、上記範囲より大き過ぎると、セパレータの機械的強度が低下し、絶縁性が低下する傾向にある。 Furthermore, when a porous material such as a porous sheet or nonwoven fabric is used as the separator, the porosity of the separator is optional, but is usually 20% or more, preferably 35% or more, more preferably 45% or more, and is usually 90% or less, preferably 85% or less, more preferably 75% or less. If the porosity is too small below the above range, the membrane resistance tends to increase and the rate characteristics tend to deteriorate. Also, if the porosity is too large above the above range, the mechanical strength of the separator tends to decrease, and the insulating properties tend to decrease.
また、セパレータの平均孔径も任意であるが、通常0.5μm以下であり、0.2μm以下が好ましく、また、通常0.05μm以上である。平均孔径が、上記範囲を上回ると、短絡が生じ易くなる。また、上記範囲を下回ると、膜抵抗が大きくなりレート特性が低下する場合がある。 The average pore size of the separator can also be any value, but is usually 0.5 μm or less, preferably 0.2 μm or less, and usually 0.05 μm or more. If the average pore size exceeds the above range, short circuits are more likely to occur. If it is below the above range, the membrane resistance increases and the rate characteristics may deteriorate.
一方、無機物の材料としては、例えば、アルミナや二酸化ケイ素等の酸化物、窒化アルミや窒化ケイ素等の窒化物、硫酸バリウムや硫酸カルシウム等の硫酸塩が用いられ、粒子形状若しくは繊維形状のものが用いられる。 On the other hand, inorganic materials include, for example, oxides such as alumina and silicon dioxide, nitrides such as aluminum nitride and silicon nitride, and sulfates such as barium sulfate and calcium sulfate, and are used in particulate or fibrous form.
形態としては、不織布、織布、微多孔性フィルム等の薄膜形状のものが用いられる。薄膜形状では、孔径が0.01~1μm、厚さが5~50μmのものが好適に用いられる。上記の独立した薄膜形状以外に、樹脂製の結着剤を用いて上記無機物の粒子を含有する複合多孔層を正極及び/又は負極の表層に形成させてなるセパレータを用いることができる。例えば、正極の両面に90%粒径が1μm未満のアルミナ粒子を、フッ素樹脂を結着剤として多孔層を形成させることが挙げられる。 As for the form, a thin film shape such as a nonwoven fabric, woven fabric, or microporous film is used. In the thin film shape, a film with a pore size of 0.01 to 1 μm and a thickness of 5 to 50 μm is preferably used. In addition to the above independent thin film shape, a separator can be used in which a composite porous layer containing the above inorganic particles is formed on the surface layer of the positive electrode and/or negative electrode using a resin binder. For example, a porous layer can be formed on both sides of the positive electrode using alumina particles with a 90% particle size of less than 1 μm and a fluororesin as a binder.
<電池設計>
電極群は、上記の正極板と負極板とを上記のセパレータを介してなる積層構造のもの、及び上記の正極板と負極板とを上記のセパレータを介して渦巻き状に捲回した構造のもののいずれでもよい。電極群の体積が電池内容積に占める割合(以下、電極群占有率と称する)は、通常40%以上であり、50%以上が好ましく、また、通常90%以下であり、80%以下が好ましい。
<Battery design>
The electrode group may be either a laminated structure of the positive electrode plate and the negative electrode plate with the separator interposed therebetween, or a structure of the positive electrode plate and the negative electrode plate wound in a spiral shape with the separator interposed therebetween. The ratio of the volume of the electrode group to the internal volume of the battery (hereinafter referred to as the electrode group occupancy rate) is usually 40% or more, preferably 50% or more, and usually 90% or less, preferably 80% or less.
電極群占有率が、上記範囲を下回ると、電池容量が小さくなる。また、上記範囲を上回ると空隙スペースが少なく、電池が高温になることによって部材が膨張したり電解質の液成分の蒸気圧が高くなったりして内部圧力が上昇し、電池としての充放電繰り返し性能や高温保存等の諸特性を低下させたり、更には、内部圧力を外に逃がすガス放出弁が作動する場合がある。 If the electrode group occupancy rate falls below the above range, the battery capacity will be small. On the other hand, if it exceeds the above range, there will be little void space, and the battery will become hot, causing the components to expand and the vapor pressure of the electrolyte liquid components to increase, resulting in an increase in internal pressure, which will reduce the battery's various characteristics such as repeated charge/discharge performance and high-temperature storage, and may even activate the gas release valve that releases internal pressure to the outside.
集電構造は、特に制限されないが、本開示の電解液による高電流密度の充放電特性の向上をより効果的に実現するには、配線部分や接合部分の抵抗を低減する構造にすることが好ましい。この様に内部抵抗を低減させた場合、本開示の電解液を使用した効果は特に良好に発揮される。 The current collection structure is not particularly limited, but in order to more effectively achieve improved high current density charge/discharge characteristics using the electrolyte of the present disclosure, it is preferable to use a structure that reduces the resistance of the wiring and joint parts. When the internal resistance is reduced in this way, the effect of using the electrolyte of the present disclosure is particularly good.
電極群が上記の積層構造のものでは、各電極層の金属芯部分を束ねて端子に溶接して形成される構造が好適に用いられる。一枚の電極面積が大きくなる場合には、内部抵抗が大きくなるので、電極内に複数の端子を設けて抵抗を低減することも好適に用いられる。電極群が上記の捲回構造のものでは、正極及び負極にそれぞれ複数のリード構造を設け、端子に束ねることにより、内部抵抗を低くすることができる。 When the electrode group has the above-mentioned laminated structure, a structure formed by bundling the metal core parts of each electrode layer and welding them to a terminal is preferably used. When the surface area of a single electrode is large, the internal resistance increases, so it is also preferably used to reduce the resistance by providing multiple terminals within the electrode. When the electrode group has the above-mentioned wound structure, the internal resistance can be reduced by providing multiple lead structures on each of the positive and negative electrodes and bundling them to a terminal.
外装ケースの材質は用いられる電解液に対して安定な物質であれば特に制限されない。具体的には、ニッケルめっき鋼板、ステンレス、アルミニウム又はアルミニウム合金、マグネシウム合金等の金属類、又は、樹脂とアルミ箔との積層フィルム(ラミネートフィルム)が用いられる。軽量化の観点から、アルミニウム又はアルミニウム合金の金属、ラミネートフィルムが好適に用いられる。 The material of the exterior case is not particularly limited as long as it is stable against the electrolyte used. Specifically, metals such as nickel-plated steel, stainless steel, aluminum or aluminum alloy, magnesium alloy, or a laminate film of resin and aluminum foil can be used. From the viewpoint of weight reduction, metals such as aluminum or aluminum alloy, and laminate films are preferably used.
金属類を用いる外装ケースでは、レーザー溶接、抵抗溶接、超音波溶接により金属同士を溶着して封止密閉構造とするもの、若しくは、樹脂製ガスケットを介して上記金属類を用いてかしめ構造とするものが挙げられる。上記ラミネートフィルムを用いる外装ケースでは、樹脂層同士を熱融着することにより封止密閉構造とするもの等が挙げられる。シール性を上げるために、上記樹脂層の間にラミネートフィルムに用いられる樹脂と異なる樹脂を介在させてもよい。特に、集電端子を介して樹脂層を熱融着して密閉構造とする場合には、金属と樹脂との接合になるので、介在する樹脂として極性基を有する樹脂や極性基を導入した変成樹脂が好適に用いられる。 In the case of an exterior case using metals, the metals are welded together by laser welding, resistance welding, or ultrasonic welding to form a sealed structure, or the metals are used via a resin gasket to form a crimped structure. In the case of an exterior case using the above-mentioned laminate film, the resin layers are heat-sealed to form a sealed structure. In order to improve the sealing property, a resin different from the resin used in the laminate film may be interposed between the resin layers. In particular, when the resin layers are heat-sealed via a current collecting terminal to form a sealed structure, a bond is formed between the metal and the resin, so a resin having a polar group or a modified resin into which a polar group has been introduced is preferably used as the interposed resin.
本開示の二次電池の形状は任意であり、例えば、円筒型、角型、ラミネート型、コイン型、大型等の形状が挙げられる。なお、正極、負極、セパレータの形状及び構成は、それぞれの電池の形状に応じて変更して使用することができる。 The shape of the secondary battery of the present disclosure is arbitrary, and examples of such shapes include cylindrical, square, laminated, coin, large, etc. The shapes and configurations of the positive electrode, negative electrode, and separator can be changed according to the shape of each battery.
本開示の二次電池を備えるモジュールも本開示の一つである。 A module equipped with the secondary battery of the present disclosure is also part of the present disclosure.
本開示の電解液を備える電気二重層キャパシタも本開示の一つである。
上記電気二重層キャパシタは、正極、負極、及び、上述の電解液を備えていてよい。
上記電気二重層キャパシタでは、正極及び負極の少なくとも一方は分極性電極であり、分極性電極及び非分極性電極としては特開平9-7896号公報に詳しく記載されている以下の電極が使用できる。
The present disclosure also includes an electric double layer capacitor comprising the electrolyte solution of the present disclosure.
The electric double layer capacitor may include a positive electrode, a negative electrode, and the above-mentioned electrolyte solution.
In the electric double layer capacitor, at least one of the positive electrode and the negative electrode is a polarizable electrode, and as the polarizable electrode and the non-polarizable electrode, the following electrodes described in detail in JP-A-9-7896 can be used.
本開示で用いる活性炭を主体とする分極性電極は、好ましくは大比表面積の不活性炭と電子伝導性を付与するカーボンブラック等の導電剤とを含むものである。分極性電極は種々の方法で形成することができる。例えば、活性炭粉末とカーボンブラックとフェノール系樹脂を混合し、プレス成形後不活性ガス雰囲気中及び水蒸気雰囲気中で焼成、賦活することにより、活性炭とカーボンブラックからなる分極性電極を形成できる。好ましくは、この分極性電極は集電体と導電性接着剤等で接合する。 The polarizable electrode mainly made of activated carbon used in this disclosure preferably contains inert carbon with a large specific surface area and a conductive agent such as carbon black that imparts electronic conductivity. The polarizable electrode can be formed by various methods. For example, a polarizable electrode made of activated carbon and carbon black can be formed by mixing activated carbon powder, carbon black, and a phenolic resin, pressing the mixture, and then firing and activating the mixture in an inert gas atmosphere and a water vapor atmosphere. Preferably, the polarizable electrode is joined to a current collector with a conductive adhesive or the like.
また、活性炭粉末、カーボンブラック及び結合剤をアルコールの存在下で混練してシート状に成形し、乾燥して分極性電極とすることもできる。この結合剤には、例えばポリテトラフルオロエチレンが用いられる。また、活性炭粉末、カーボンブラック、結合剤及び溶媒を混合してスラリーとし、このスラリーを集電体の金属箔にコートし、乾燥して集電体と一体化された分極性電極とすることもできる。 Also, activated carbon powder, carbon black, and a binder can be kneaded in the presence of alcohol, formed into a sheet, and dried to form a polarizable electrode. For example, polytetrafluoroethylene is used as the binder. Also, activated carbon powder, carbon black, a binder, and a solvent can be mixed to form a slurry, which can be coated onto a metal foil current collector and dried to form a polarizable electrode integrated with the current collector.
活性炭を主体とする分極性電極を両極に用いて電気二重層キャパシタとしてもよいが、片側に非分極性電極を用いる構成、例えば、金属酸化物等の電池活物質を主体とする正極と、活性炭を主体とする分極性電極の負極とを組合せた構成、リチウムイオンを可逆的に吸蔵、離脱しうる炭素材料を主体とする負極、又はリチウム金属やリチウム合金の負極と、活性炭を主体とする分極性の正極とを組合せた構成も可能である。 An electric double layer capacitor can be made by using polarizable electrodes mainly made of activated carbon on both poles, but it is also possible to use a non-polarizable electrode on one side, for example, a combination of a positive electrode mainly made of a battery active material such as a metal oxide and a negative electrode that is a polarizable electrode mainly made of activated carbon, or a combination of a negative electrode mainly made of a carbon material that can reversibly absorb and release lithium ions, or a negative electrode made of lithium metal or a lithium alloy and a polarizable positive electrode mainly made of activated carbon.
また、活性炭に代えて又は併用して、カーボンブラック、グラファイト、膨張黒鉛、ポーラスカーボン、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、ケッチェンブラック等の炭素質材料を用いてもよい。 In addition, carbonaceous materials such as carbon black, graphite, expanded graphite, porous carbon, carbon nanotubes, carbon nanohorns, and Ketjen black may be used in place of or in combination with activated carbon.
非分極性電極としては、好ましくはリチウムイオンを可逆的に吸蔵、離脱しうる炭素材料を主体とするものとし、この炭素材料にリチウムイオンを吸蔵させたものを電極に使用する。この場合、電解質にはリチウム塩が使用される。この構成の電気二重層キャパシタによれば、更に高い4Vを超える耐電圧が得られる。 The non-polarizable electrode is preferably made mainly of a carbon material that can reversibly absorb and release lithium ions, and this carbon material with lithium ions absorbed is used as the electrode. In this case, a lithium salt is used as the electrolyte. With an electric double layer capacitor of this configuration, an even higher withstand voltage of over 4V can be obtained.
電極の作製におけるスラリーの調製に用いる溶媒は結合剤を溶解するものが好ましく、結合剤の種類に合わせ、N-メチルピロリドン、ジメチルホルムアミド、トルエン、キシレン、イソホロン、メチルエチルケトン、酢酸エチル、酢酸メチル、フタル酸ジメチル、エタノール、メタノール、ブタノール又は水が適宜選択される。 The solvent used to prepare the slurry for producing the electrodes is preferably one that dissolves the binder, and N-methylpyrrolidone, dimethylformamide, toluene, xylene, isophorone, methyl ethyl ketone, ethyl acetate, methyl acetate, dimethyl phthalate, ethanol, methanol, butanol, or water is appropriately selected according to the type of binder.
分極性電極に用いる活性炭としては、フェノール樹脂系活性炭、やしがら系活性炭、石油コークス系活性炭等がある。これらのうち大きい容量を得られる点で石油コークス系活性炭又はフェノール樹脂系活性炭を使用するのが好ましい。また、活性炭の賦活処理法には、水蒸気賦活処理法、溶融KOH賦活処理法等があり、より大きな容量が得られる点で溶融KOH賦活処理法による活性炭を使用するのが好ましい。 Activated carbon used in polarizable electrodes includes phenolic resin-based activated carbon, coconut shell-based activated carbon, and petroleum coke-based activated carbon. Of these, it is preferable to use petroleum coke-based activated carbon or phenolic resin-based activated carbon because they can provide a large capacity. Activation methods for activated carbon include steam activation and molten KOH activation, and it is preferable to use activated carbon produced by the molten KOH activation method because they can provide a larger capacity.
分極性電極に用いる好ましい導電剤としては、カーボンブラック、ケッチェンブラック、アセチレンブラック、天然黒鉛、人造黒鉛、金属ファイバ、導電性酸化チタン、酸化ルテニウムが挙げられる。分極性電極に使用するカーボンブラック等の導電剤の混合量は、良好な導電性(低い内部抵抗)を得るように、また多すぎると製品の容量が減るため、活性炭との合計量中1~50質量%とするのが好ましい。 Preferred conductive agents for use in polarizable electrodes include carbon black, ketjen black, acetylene black, natural graphite, artificial graphite, metal fiber, conductive titanium oxide, and ruthenium oxide. The amount of conductive agent such as carbon black used in polarizable electrodes is preferably 1 to 50 mass% of the total amount with activated carbon to obtain good conductivity (low internal resistance), and since too much reduces the capacity of the product.
また、分極性電極に用いる活性炭としては、大容量で低内部抵抗の電気二重層キャパシタが得られるように、平均粒径が20μm以下で比表面積が1500~3000m2/gの活性炭を使用するのが好ましい。また、リチウムイオンを可逆的に吸蔵、離脱しうる炭素材料を主体とする電極を構成するための好ましい炭素材料としては、天然黒鉛、人造黒鉛、黒鉛化メソカーボン小球体、黒鉛化ウィスカ、気層成長炭素繊維、フルフリルアルコール樹脂の焼成品又はノボラック樹脂の焼成品が挙げられる。 As the activated carbon used for the polarizable electrode, it is preferable to use activated carbon having an average particle size of 20 μm or less and a specific surface area of 1500 to 3000 m 2 /g so as to obtain an electric double layer capacitor with a large capacity and low internal resistance. Preferable carbon materials for constituting an electrode mainly made of a carbon material capable of reversibly absorbing and releasing lithium ions include natural graphite, artificial graphite, graphitized mesocarbon microspheres, graphitized whiskers, vapor-grown carbon fiber, a fired product of furfuryl alcohol resin, or a fired product of novolac resin.
集電体は化学的、電気化学的に耐食性のあるものであればよい。活性炭を主体とする分極性電極の集電体としては、ステンレス、アルミニウム、チタン又はタンタルが好ましく使用できる。これらのうち、ステンレス又はアルミニウムが、得られる電気二重層キャパシタの特性と価格の両面において特に好ましい材料である。リチウムイオンを可逆的に吸蔵、離脱しうる炭素材料を主体とする電極の集電体としては、好ましくはステンレス、銅又はニッケルが使用される。 The current collector may be any material that is chemically and electrochemically resistant to corrosion. Stainless steel, aluminum, titanium, or tantalum is preferably used as the current collector for a polarizable electrode that is mainly made of activated carbon. Of these, stainless steel or aluminum is particularly preferred in terms of both the properties and price of the resulting electric double layer capacitor. Stainless steel, copper, or nickel is preferably used as the current collector for an electrode that is mainly made of a carbon material that can reversibly absorb and release lithium ions.
また、リチウムイオンを可逆的に吸蔵、離脱しうる炭素材料にあらかじめリチウムイオンを吸蔵させるには、(1)粉末状のリチウムを、リチウムイオンを可逆的に吸蔵、離脱しうる炭素材料に混ぜておく方法、(2)リチウムイオンを可逆的に吸蔵、離脱しうる炭素材料と結合剤により形成された電極上にリチウム箔を載せ、電極と電気的に接触させた状態で、この電極をリチウム塩を溶かした電解液中に浸漬することによりリチウムをイオン化させ、リチウムイオンを炭素材料中に取り込ませる方法、(3)リチウムイオンを可逆的に吸蔵、離脱しうる炭素材料と結合剤により形成された電極をマイナス側に置き、リチウム金属をプラス側に置いてリチウム塩を電解質とする非水系電解液中に浸漬し、電流を流して電気化学的に炭素材料中にリチウムをイオン化した状態で取り込ませる方法がある。 In addition, there are several ways to absorb lithium ions in advance into a carbon material that can reversibly absorb and release lithium ions: (1) mixing powdered lithium with the carbon material that can reversibly absorb and release lithium ions; (2) placing lithium foil on an electrode made of a carbon material that can reversibly absorb and release lithium ions and a binder, and electrically contacting the electrode, immersing the electrode in an electrolyte solution containing a lithium salt to ionize the lithium and incorporate the lithium ions into the carbon material; and (3) placing an electrode made of a carbon material that can reversibly absorb and release lithium ions and a binder on the negative side, placing lithium metal on the positive side, and immersing the electrode in a non-aqueous electrolyte solution containing lithium salt as an electrolyte, and passing a current through the electrode to electrochemically incorporate lithium in an ionized state into the carbon material.
電気二重層キャパシタとしては、巻回型電気二重層キャパシタ、ラミネート型電気二重層キャパシタ、コイン型電気二重層キャパシタ等が一般に知られており、上記電気二重層キャパシタもこれらの形式とすることができる。 Generally known electric double layer capacitors include wound electric double layer capacitors, laminated electric double layer capacitors, and coin-type electric double layer capacitors, and the above electric double layer capacitor can also be of these types.
例えば巻回型電気二重層キャパシタは、集電体と電極層の積層体(電極)からなる正極及び負極を、セパレータを介して巻回して巻回素子を作製し、この巻回素子をアルミニウム製等のケースに入れ、電解液、好ましくは非水系電解液を満たしたのち、ゴム製の封口体で封止して密封することにより組み立てられる。 For example, a wound type electric double layer capacitor is assembled by winding a positive electrode and a negative electrode, each of which is a laminate (electrode) of a current collector and an electrode layer, with a separator between them to produce a wound element, placing this wound element in a case made of aluminum or the like, filling it with an electrolyte, preferably a non-aqueous electrolyte, and then sealing it with a rubber seal.
セパレータとしては、従来公知の材料と構成のものが使用できる。例えば、ポリエチレン多孔質膜、ポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレン繊維やガラス繊維、セルロース繊維の不織布等が挙げられる。 Separators can be made of conventionally known materials and configurations. Examples include porous polyethylene membranes, polytetrafluoroethylene, polypropylene fibers, glass fibers, and nonwoven fabrics of cellulose fibers.
また、公知の方法により、電解液とセパレータを介してシート状の正極及び負極を積層したラミネート型電気二重層キャパシタや、ガスケットで固定して電解液とセパレータを介して正極及び負極をコイン型に構成したコイン型電気二重層キャパシタとすることもできる。 In addition, it is also possible to make a laminate type electric double layer capacitor in which sheet-shaped positive and negative electrodes are laminated with an electrolyte and a separator between them by using a known method, or a coin type electric double layer capacitor in which the positive and negative electrodes are fixed with a gasket and arranged in a coin shape with an electrolyte and a separator between them.
本開示の電解液は、ハイブリッド自動車用や分散電源用の大型リチウムイオン二次電池用や、電気二重層キャパシタ用の電解液として有用である。 The electrolyte of the present disclosure is useful as an electrolyte for large lithium-ion secondary batteries for hybrid vehicles and distributed power sources, and for electric double-layer capacitors.
以上、実施形態を説明したが、特許請求の範囲の趣旨及び範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能なことが理解されるであろう。 Although the embodiments have been described above, it will be understood that various changes in form and details are possible without departing from the spirit and scope of the claims.
次に本開示を実施例を挙げて説明するが、本開示はかかる実施例のみに限定されるものではない。 The present disclosure will now be described with reference to examples, but the present disclosure is not limited to these examples.
(電解液の調製)
実施例1~31及び比較例1~5
FE1又はFE4とFE2、FE3又はFE5とを表1に記載の体積比になるよう混合し、電解液用組成物を得た。この組成物に、エチレンカーボネート(EC)とエチルメチルカーボネート(EMC)を表1に記載の体積比になるよう混合し、この混合物にLiPF6を1.0モル/リットルの濃度となるように添加した。更にここへ、表1に記載の添加剤を表1に記載の量添加して非水電解液を得た。
(Preparation of Electrolyte)
Examples 1 to 31 and Comparative Examples 1 to 5
FE1 or FE4 and FE2, FE3 or FE5 were mixed in a volume ratio shown in Table 1 to obtain an electrolyte composition. Ethylene carbonate (EC) and ethyl methyl carbonate (EMC) were mixed into this composition in a volume ratio shown in Table 1, and LiPF6 was added to this mixture to a concentration of 1.0 mol/L. Further, the additives shown in Table 1 were added in the amounts shown in Table 1 to obtain a nonaqueous electrolyte.
(アルミラミネート型リチウムイオン二次電池の作製)
[正極の作製]
正極活物質としてのLiNi0.5Co0.2Mn0.3O2(NMC532)93質量%と、導電材としてのアセチレンブラック3質量%と、結着剤としてのポリフッ化ビニリデン(PVdF)4質量%とを、N-メチルピロリドン溶媒中で混合して、スラリー化した。得られたスラリーを、予め導電助剤を塗布した厚さ15μmのアルミ箔の片面に塗布して、乾燥し、プレス機にてロールプレスしたものを、活物質層のサイズとして幅50mm、長さ30mmに切り出して正極とした。
(Preparation of aluminum laminated lithium ion secondary battery)
[Preparation of Positive Electrode]
93% by mass of LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2 ( NMC532 ) as a positive electrode active material, 3 % by mass of acetylene black as a conductive material, and 4 % by mass of polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder were mixed in N-methylpyrrolidone solvent to form a slurry. The obtained slurry was applied to one side of a 15 μm thick aluminum foil that had been previously coated with a conductive assistant, dried, and roll-pressed with a press machine, and the active material layer was cut to a width of 50 mm and a length of 30 mm to form a positive electrode.
[負極の作製]
炭素質材料(グラファイト)98質量部に、増粘剤及びバインダーとして、カルボキシメチルセルロースナトリウムの水性ディスパージョン(カルボキシメチルセルロースナトリウムの濃度1質量%)1質量部及びスチレン-ブタジエンゴムの水性ディスパージョン(スチレン-ブタジエンゴムの濃度50質量%)1質量部を加え、ディスパーザーで混合してスラリー化した。得られたスラリーを厚さ15μmの銅箔に塗布して乾燥した。これをプレス機で圧延したものを、活物質層のサイズとして幅52mm、長さ32mmに切り出して負極とした。
[Preparation of negative electrode]
98 parts by mass of carbonaceous material (graphite) was mixed with 1 part by mass of an aqueous dispersion of sodium carboxymethylcellulose (concentration of sodium carboxymethylcellulose: 1% by mass) and 1 part by mass of an aqueous dispersion of styrene-butadiene rubber (concentration of styrene-butadiene rubber: 50% by mass) as a thickener and binder, and the mixture was mixed with a disperser to form a slurry. The obtained slurry was applied to a copper foil having a thickness of 15 μm and dried. This was rolled with a press machine and cut into an active material layer size of 52 mm wide and 32 mm long to form a negative electrode.
[アルミラミネートセルの作製]
上記の正極を厚さ20μmの微孔性ポリエチレンフィルム(セパレータ)を介して正極と負極を対向させ、上記で得られた非水電解液を注入し、上記非水電解液がセパレータ等に充分に浸透した後、封止し予備充電、エージングを行い、リチウムイオン二次電池を作製した。
[Preparation of aluminum laminate cell]
The positive electrode and the negative electrode were opposed to each other via a 20 μm-thick microporous polyethylene film (separator), the nonaqueous electrolyte obtained above was injected, and after the nonaqueous electrolyte sufficiently permeated the separator and the like, the battery was sealed, pre-charged, and aged to prepare a lithium ion secondary battery.
(電池特性の測定)
[高温保存試験]
上記で作製した二次電池を、板で挟み加圧した状態で、25℃において、0.2Cに相当する電流で4.4Vまで定電流-定電圧充電(以下、CC/CV充電と表記する。0.1Cカット。)した後、0.2Cの定電流で3Vまで放電し、これを1サイクルとして、3サイクル目の放電容量から初期放電容量を求めた。ここで、1Cとは電池の基準容量を1時間で放電する電流値を表し、例えば、0.2Cとはその1/5の電流値を表す。再度0.2Cで4.4VまでCC/CV充電(0.1Cカット)を行った後、80℃、72時間の条件で高温保存を行った。
[IV抵抗の評価]
上記電池をSOC50%まで充電し、1,3,5Cレートにて10秒間放電し、その時の電圧降下(V)を測定した。得られた電圧の値と電流の値からV=IRの式を用いて、傾きから抵抗値を算出した。この抵抗値を高温保存試験前後で測定し、下記式から抵抗上昇率を算出した。
{(保存後の抵抗値)-(保存前の抵抗値)}/(保存前の抵抗値)=抵抗上昇率(%)
上記SOCとは充電状態を示し、SOC100%は4.4Vまで充電した際の容量である。例えば、SOC50%とはSOC100%の半分の容量を示す。
結果を表1に示す。
(Measurement of battery characteristics)
[High temperature storage test]
The secondary battery prepared above was sandwiched between plates and pressurized, and then at 25°C, it was charged at a constant current-constant voltage (hereinafter referred to as CC/CV charging, 0.1C cut) to 4.4V at a current equivalent to 0.2C, and then discharged to 3V at a constant current of 0.2C, which constitutes one cycle, and the initial discharge capacity was calculated from the discharge capacity of the third cycle. Here, 1C represents the current value at which the reference capacity of the battery is discharged in one hour, and for example, 0.2C represents 1/5 of that current value. After CC/CV charging (0.1C cut) to 4.4V at 0.2C again, it was stored at a high temperature of 80°C for 72 hours.
[Evaluation of IV resistance]
The battery was charged to SOC 50%, and discharged for 10 seconds at 1, 3, and 5 C rates, and the voltage drop (V) was measured. The resistance value was calculated from the slope using the equation V = IR from the obtained voltage and current values. The resistance value was measured before and after the high-temperature storage test, and the resistance increase rate was calculated from the following equation.
{(resistance value after storage) - (resistance value before storage)} / (resistance value before storage) = resistance increase rate (%)
The SOC indicates a state of charge, and SOC 100% is the capacity when charged to 4.4 V. For example, SOC 50% indicates half the capacity of SOC 100%.
The results are shown in Table 1.
表中の略号は以下のとおりである。
FE1:HCF2CF2CH2OCF2CF2H
FE2:HCF2CF2CH2OCF2CHFCF3
FE3:CF3CF2CH2OCH2CF2CF3
FE4:CH3CH2CH2OCF2CF2H
FE5:CH3CH2CH2OCF2CHFCF3
EC:エチレンカーボネート
EMC:エチルメチルカーボネート
VC:ビニレンカーボネート
LiFSI:リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド
FEC:フルオロエチレンカーボネート
VEC:ビニルエチレンカーボネート
LiBOB:リチウムビスオキサレートボラート
LiDFOB:リチウムジフルオロオキサレートボラート
The abbreviations in the table are as follows.
FE1 : HCF2CF2CH2OCF2CF2H
FE2 : HCF2CF2CH2OCF2CHFCF3
FE3 : CF3CF2CH2OCH2CF2CF3
FE4 : CH3CH2CH2OCF2CF2H
FE5 : CH3CH2CH2OCF2CHFCF3
EC: Ethylene carbonate EMC: Ethyl methyl carbonate VC: Vinylene carbonate LiFSI: Lithium bis(fluorosulfonyl)imide FEC: Fluoroethylene carbonate VEC: Vinyl ethylene carbonate LiBOB: Lithium bis(oxalate)borate LiDFOB: Lithium difluorooxalate borate
Claims (10)
式(1):HCF2-CF2-O-Rf1
(式中、Rf1はフッ素化されていてもよい炭素数1~5のアルキル基)
式(2):CF3-CHF-CF2-O-Rf2
(式中、Rf2はフッ素化されていてもよい炭素数1~5のアルキル基) The composition for an electrolyte solution contains a fluorinated ether compound (1) represented by the following formula (1) and a fluorinated ether compound (2) represented by the following formula (2), in which the content of the fluorinated ether compound (2) is 0.001 to 5% by volume based on the fluorinated ether compound (1).
Formula (1): HCF 2 -CF 2 -O-Rf 1
(In the formula, Rf 1 is an optionally fluorinated alkyl group having 1 to 5 carbon atoms.)
Formula (2): CF 3 -CHF-CF 2 -O-Rf 2
(In the formula, Rf2 is an optionally fluorinated alkyl group having 1 to 5 carbon atoms.)
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