JP6032200B2 - 非水電解液及びそれを用いた蓄電デバイス - Google Patents
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Description
また、リチウム二次電池の負極としては、リチウム金属、リチウムを吸蔵及び放出可能な金属化合物(金属単体、酸化物、リチウムとの合金等)、炭素材料が知られている。特に、炭素材料のうち、例えばコークス、黒鉛(人造黒鉛、天然黒鉛)等のリチウムを吸蔵及び放出することが可能な炭素材料を用いた非水系電解液二次電池が広く実用化されている。上記の負極材料はリチウム金属と同等の極めて卑な電位でリチウムと電子を貯蔵・放出するために、特に高温下において、多くの溶媒が還元分解を受ける可能性を有しており、負極材料の種類に拠らず負極上で電解液中の溶媒が一部還元分解してしまい、分解物の沈着や、ガス発生により、リチウムイオンの移動が妨げられ、特に高温下でのサイクル特性等の電池特性を低下させるという問題があった。更に、リチウム金属やその合金、スズ又はケイ素等の金属単体や酸化物を負極材料として用いたリチウム二次電池は、初期の容量は高いもののサイクル中に微粉化が進むため、炭素材料の負極に比べて非水溶媒の還元分解が加速的に起こり、特に高温下において電池容量やサイクル特性のような電池性能が大きく低下することが知られている。
特許文献1には、トリエチルホスホノアセテート等のリン酸エステル化合物を含有する非水電解液が提案されており、連続充電特性、高温保存特性を向上できることが示されている。
そこで、本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を重ね、非水溶媒に電解質塩が溶解されている非水電解液において、非水電解液中に特定の有機リン化合物を一種以上含有することで、高温下での蓄電デバイスの電気化学特性、特にリチウム電池のサイクル特性を改善できることを見出し、本発明を完成した。
(1)非水溶媒に電解質塩が溶解されている非水電解液において、非水電解液中に下記一般式(I)で表される有機リン化合物を一種以上含有することを特徴とする非水電解液。
R3及びR4は、それぞれ独立して水素原子、ハロゲン原子、又は炭素数1〜4のアルキル基を示す。mは1〜4の整数、nは0又は1、qは1又は2を示す。
また、Xは、qが1かつnが0の場合には炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数3〜6のアルキニルオキシ基、炭素数2〜6のアルキルオキシアルコキシ基、少なくとも一つの水素原子がハロゲン原子で置換されていてもよい炭素数6〜12のアリールオキシ基、−O−L1−OC(=O)−C(=O)−OR5、−O−L2−C(=O)−OR5、又は−O−L5−CNを示し、qが1かつnが1の場合には、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数2〜6のアルキニル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数3〜6のアルキニルオキシ基、炭素数2〜6のアルキルオキシアルコキシ基、又は−C(=O)−OR5を示し、qが2の場合には、−O−L3−O−、−OC(=O)−C(=O)O−又は単結合を示す。さらに、R5は炭素数1〜6のアルキル基を示し、L1及びL3は炭素数2〜6のアルキレン基、又は炭素数4〜8のアルキニレン基を示し、L2及びL5は炭素数1〜6のアルキレン基を示す。ただし、qが1、nが0かつ、Xが炭素数1〜6のアルコキシ基の場合には、R1及びR2は結合して環構造を形成し、またqが1、nが0かつXが少なくとも一つの水素原子がハロゲン原子で置換された炭素数6〜12のアリールオキシ基の場合には、R3及びR4はともに水素原子である。)
(3)下記一般式(II)で表される有機リン化合物。
また、R3及びR4は、それぞれ独立して水素原子、ハロゲン原子、又は炭素数1〜4のアルキル基を示す。mは1〜4の整数、qは1又は2を示す。また、X1は、qが1の場合には炭素数3〜6のアルキニルオキシ基、ベンゼン環上の少なくとも1つの水素原子がトリフルオロメチル基で置換された炭素数7〜12のアリールオキシ基、−O−L1−OC(=O)−C(=O)−OR5、O−L2−C(=O)−OR5、又は−O−L5−CNを示し、qが2の場合には、−O−L4−O−、又は−OC(=O)−C(=O)O−を示す。さらに、R5は炭素数1〜6のアルキル基を示し、L1は炭素数2〜6のアルキレン基、又は炭素数4〜8のアルキニレン基を示し、L2及びL5は炭素数1〜6のアルキレン基を示し、L4は炭素数4〜8のアルキニレン基を示す。)
本発明の非水電解液は、非水溶媒に電解質塩が溶解されている非水電解液において、非水電解液中に前記一般式(I)で表される有機リン化合物を一種以上含有することを特徴とする非水電解液である。
本願発明の有機リン化合物は、一般式(I)記載のとおり、P(=O)C−基、C=O基及び特定の置換基Xという3つの異なる置換基を有する。置換基Xの部位は分解により正極及び負極上に緻密で耐熱性の高い被膜を形成するが、被膜中にリチウムイオンを緩やかにトラップするサイトとして機能するP(=O)C−基とC=O基という2つの異なる比較的弱い電子吸引性の置換基が含まれるため、リチウムイオン伝導性が著しく向上し、前記3つの置換基の内、2つの置換基しかもたない化合物、例えば、P(=O)C−基とC=O基の2つの場合のトリエチルホスホノアセテートのような化合物では達成し得ない、著しい高温サイクル特性の改善効果が得られたものと考えられる。 また、R1とR2が互いに結合して環を形成する場合、置換基Xがアルコキシ基であっても、R1とR2が互いに結合して形成される環構造部分が正極及び負極上に緻密で耐熱性の高い被膜を形成するため、同様な効果が得られたものと考えられる。
R3及びR4は、それぞれ独立して水素原子、ハロゲン原子、又は炭素数1〜4のアルキル基を示す。mは1〜4の整数、nは0又は1、qは1又は2を示す。
また、Xは、qが1かつnが0の場合には炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数3〜6のアルキニルオキシ基、炭素数2〜6のアルキルオキシアルコキシ基、少なくとも一つの水素原子がハロゲン原子で置換されていてもよい炭素数6〜12のアリールオキシ基、−O−L1−OC(=O)−C(=O)−OR5、−O−L2−C(=O)−OR5、又は−O−L5−CNを示し、qが1かつnが1の場合には、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数2〜6のアルキニル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数3〜6のアルキニルオキシ基、炭素数2〜6のアルキルオキシアルコキシ基、又は−C(=O)−OR5を示し、qが2の場合には、−O−L3−O−、−OC(=O)−C(=O)O−又は単結合を示す。さらに、R5は炭素数1〜6のアルキル基を示し、L1及びL3は炭素数2〜6のアルキレン基、又は炭素数4〜8のアルキニレン基を示し、L2及びL5は炭素数1〜6のアルキレン基を示す。ただし、qが1、nが0かつ、Xが炭素数1〜6のアルコキシ基の場合には、R1及びR2は結合して環構造を形成し、またqが1、nが0かつXが少なくとも一つの水素原子がハロゲン原子で置換された炭素数6〜12のアリールオキシ基の場合には、R3及びR4はともに水素原子である。)
qが1、nが0かつ、Xが炭素数1〜6のアルコキシ基の場合には、R1及びR2は結合して環構造を形成する。
前記R3及びR4の具体例としては、水素原子、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、メチル基、エチル基、n−プロピル基、n−ブチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基、iso−プロピル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基が好適に挙げられ、中でも、水素原子、フッ素原子、メチル基、エチル基が好ましく、水素原子が更に好ましい。
qが1、nが0かつXが少なくとも1つの水素原子がハロゲン原子で置換された炭素数6〜12のアリールオキシ基の場合にはR3及びR4はともに水素原子である。
qが1かつnが1の場合には、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数2〜6のアルキニル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数3〜6のアルキニルオキシ基、炭素数2〜6のアルキルオキシアルコキシ基、又は−C(=O)−OR5を示し、中でも、−C(=O)−OR5が好ましい。
qが2の場合には、−O−L3−O−、−OC(=O)−C(=O)O−又は単結合を示す。中でも、−O−L3−O−が好ましい。
更に、L1及びL3は炭素数2〜6のアルキレン基、又は炭素数4〜8のアルキニレン基を示し、L2及びL5は炭素数1〜6のアルキレン基を示す。
前記L2及びL5の具体例としては、メチレン基、エタン−1,2−ジイル基、エタン−1,1−ジイル基、プロパン−1,3−ジイル基、プロパン−1,1−ジイル基、プロパン−1,2−ジイル基、ブタン−1,4−ジイル基、ブタン−1,1−ジイル基、ブタン−1,2−ジイル基が好適に挙げられ、中でも、メチレン基、エタン−1,2−ジイル基、エタン−1,1−ジイル基が好ましい。
(i)qが1かつnが0の場合には、
メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、n−ブトキシ基、n−ペントキシ基、n−ヘキシルオキシ基等の直鎖のアルキルオキシ基、iso−プロポキシ基、sec−ブトキシ基、tert−ブトキシ基、tert−アミルオキシ基等の分枝鎖のアルキルオキシ基、2−プロピニルオキシ基、2−ブチニルオキシ基、3−ブチニルオキシ基、4−ペンチニルオキシ基、5−ヘキシニルオキシ基、1−メチル−2−プロピニルオキシ基、1−メチル−2−ブチニルオキシ基、1,1−ジメチル−2−プロピニルオキシ基等のアルキニルオキシ基、2−メトキシエトキシ基、2−エトキシエトキシ基、2−ブトキシエトキシ基、2−メトキシプロポキシ基、3−メトキシプロポキシ基等のアルキルオキシアルコキシ基、2−フルオロフェノキシ基、3−フルオロフェノキシ基、4−フルオロフェノキシ基、2,4−ジフルオロフェノキシ基、3,5−ジフルオロフェノキシ基、2,3,5−トリフルオロフェノキシ基、2,4,6−トリフルオロフェノキシ基、2,3,5,6−テトラフルオロフェノキシ基、ペンタフルオロフェノキシ基、2−トリフルオロメチルフェノキシ基、3−トリフルオロメチルフェノキシ基、4−トリフルオロメチルフェノキシ基、2,4−ビス(トリフルオロメチル)フェノキシ基、3,5−ビス(トリフルオロメチル)フェノキシ基、2−クロロフェノキシ基、3−クロロフェノキシ基、4−クロロフェノキシ基、2,4−ジクロロフェノキシ基、3,5−ジクロロフェノキシ基、2,3,5−トリクロロフェノキシ基、2,4,6−トリクロロフェノキシ基、2,3,5,6−テトラクロロフェノキシ基、ペンタクロロフェノキシ基、2−トリクロロメチルフェノキシ基、3−トリクロロメチルフェノキシ基、4−トリクロロメチルフェノキシ、2,4−ビス(トリクロロメチル)フェノキシ基、3,5−ビス(トリクロロメチル)フェノキシ基等の少なくとも一つの水素原子がハロゲン原子で置換されたフェノキシ基、−OCH2CH2OC(=O)−C(=O)OCH3、−OCH2CH2OC(=O)−C(=O)OCH2CH3、−OCH2CH2CH2OC(=O)−C(=O)OCH3、−OCH2CH2CH2OC(=O)−C(=O)OCH2CH3等のシュウ酸エステル構造を有するアルコキシ基、−OCH2C≡CCH2OC(=O)−C(=O)OCH3、−OCH2C≡CCH2OC(=O)−C(=O)OCH2CH3等のシュウ酸エステル構造を有するアルキニルオキシ基、−OCH2C(=O)OCH3、−OCH2(C=O)OCH2CH3、−OCH(CH3)C(=O)OCH3、−OCH(CH3)C(=O)OCH2CH3、−OCH(CH2CH3)C(=O)OCH3、−OCH(CH2CH3)C(=O)OCH2CH3等のアルコキシカルボニル基を有するアルコキシ基、−OCH2CN、−OCH2CH2CN、−OCH(CH3)CN、−OCH2CH2CH2CN、−OCH(CH2CH3)CN、−OCH2CH2CH2CH2CN等のシアノ基を有するアルコキシ基等が好適に挙げられ、中でも、2−プロピニルオキシ基、1−メチル−2−プロピニルオキシ基、1,1−ジメチル−2−プロピニルオキシ基、2−トリフルオロメチルフェノキシ基、4−トリフルオロメチルフェノキシ基、−OCH2C(=O)OCH3、−OCH2C(=O)OCH2CH3、−OCH(CH3)C(=O)OCH3、OCH(CH3)C(=O)OCH2CH3が好ましく、2−プロピニルオキシ基、−OCH2C(=O)OCH3、−OCH2C(=O)OCH2CH3、−OCH(CH3)C(=O)OCH3、−OCH2(CH3)C(=O)OCH2CH3、−OCH2CN、−OCH2CH2CN、−OCH(CH3)CNが更に好ましい。
(ii)qが1かつnが1の場合には、
メチル基、エチル基、n−プロピル基、n−ブチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基等の直鎖のアルキル基、iso−プロピル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、tert−アミル基等の分枝鎖のアルキル基、エチニル基、2−プロピニル基、2−ブチニル基、3−ブチニル基等のアルキニル基、メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、n−ブトキシ基、n−ペンチルオキシ基、n−ヘキシルオキシ基等の直鎖のアルキルオキシ基、iso−プロポキシ基、sec−ブトキシ基、tert−ブトキシ基、tert−アミルオキシ基等の分枝鎖のアルキルオキシ基、2−メトキシエトキシ基、2−エトキシエトキシ基、2−ブトキシエトキシ基、2−メトキシプロポキシ基、3−メトキシプロポキシ基等のアルキルオキシアルコキシ基、−C(=O)−OCH3、−C(=O)−OCH2CH3等のアルコキシカルボニル基が好適に挙げられ、中でも、メチル基、エチル基、n−プロピル基、エチニル基、2−プロピニル基、メトキシ基、エトキシ基、2−メトキシエトキシ基、2−エトキシエトキシ基、−C(=O)−OCH3、−C(=O)−OCH2CH3が好ましく、メチル基、エチル基、エチニル基、2−プロピニル基、−C(=O)−OCH3、−C(=O)−OCH2CH3が更に好ましい。
(iii)qが2の場合には、
エタン−1,2−ジオキシ基、プロパン−1,2−ジオキシ基、プロパン−1,3−ジオキシ基、ブタン−1,4−ジオキシ基、ブタン−2,3−ジオキシ基等のアルカンジオキシ基、2−ブチン−1,4−ジオキシ基、3−ヘキシン−2,5−ジオキシ基、2,5−ジメチル−3−ヘキシン−2,5−ジオキシ基等のアルキンジオキシ基、−C(=O)−C(=O)−、単結合等が好適に挙げられ、中でも、エタン−1,2−ジオキシ基、2−ブチン−1,4−ジオキシ基、単結合が好ましい。
(i)qが1かつnが0の場合
2−プロピニル 2−(ジメチルホスホリル)アセテート、1−メチル−2−プロピニル 2−(ジメチルホスホリル)アセテート、1,1−ジメチル−2−プロピニル 2−(ジメチルホスホリル)アセテート、 2−プロピニル 2−(ジエチルホスホリル)アセテート、1−メチル−2−プロピニル 2−(ジエチルホスホリル)アセテート、1,1−ジメチル−2−プロピニル 2−(ジエチルホスホリル)アセテート、 2−プロピニル 2−(ジプロピルホスホリル)アセテート、1−メチル−2−プロピニル 2−(ジプロピルホスホリル)アセテート、1,1−ジメチル−2−プロピニル 2−(ジプロピルホスホリル)アセテート、 2−プロピニル 2−(ジブチルホスホリル)アセテート、1−メチル−2−プロピニル 2−(ジブチルホスホリル)アセテート、1,1−ジメチル−2−プロピニル 2−(ジブチルホスホリル)アセテート、 2−プロピニル 2−(ジ−iso−プロピルホスホリル)アセテート、1−メチル−2−プロピニル 2−(ジ−iso−プロピルホスホリル)アセテート、1,1−ジメチル−2−プロピニル 2−(ジ−iso−プロピルホスホリル)アセテート、2−プロピニル 2−(ジシクロプロピルホスホリル)アセテート、2−プロピニル 2−(ジシクロブチルホスホリル)アセテート、2−プロピニル 2−(ジシクロペンチルホスホリル)アセテート、2−プロピニル 2−(ジシクロヘキシルホスホリル)アセテート、1−メチル−2−プロピニル 2−(ジシクロヘキシルホスホリル)アセテート、1,1−ジメチル−2−プロピニル 2−(ジシクロヘキシルホスホリル)アセテート、2−プロピニル 2−(ジ(2−プロペニル)ホスホリル)アセテート、1−メチル−2−プロピニル 2−(ジ(2−プロペニル)ホスホリル)アセテート、1,1−ジメチル−2−プロピニル 2−(ジ(2−プロペニル)ホスホリル)アセテート、2−プロピニル 2−(ジ(2−ブテニル)ホスホリル)アセテート、1−メチル−2−プロピニル 2−(ジ(2−ブテニル)ホスホリル)アセテート、1,1−ジメチル−2−プロピニル 2−(ジ(2−ブテニル)ホスホリル)アセテート、2−プロピニル 2−(ジ(3−ブテニル)ホスホリル)アセテート、2−プロピニル 2−(ジ(4−ペンテニル)ホスホリル)アセテート、2−プロピニル 2−(ジ(5−ヘキセニル)ホスホリル)アセテート、2−プロピニル 2−(ビス(2−メチル−2−プロペニル)ホスホリル)アセテート、2−プロピニル 2−(ビス(3−メチル−2−ブテニル)ホスホリル)アセテート、2−プロピニル 2−(ジ(2−プロピニル)ホスホリル)アセテート、1−メチル−2−プロピニル 2−(ジ(2−プロピニル)ホスホリル)アセテート、1,1−ジメチル−2−プロピニル 2−(ジ(2−プロピニル)ホスホリル)アセテート、2−プロピニル 2−(ジ(3−ブチニル)ホスホリル)アセテート、2−プロピニル 2−(ジ(4−ペンチニル)ホスホリル)アセテート、2−プロピニル 2−(ジ(5−ヘキシニル)ホスホリル)アセテート、2−プロピニル 2−(ビス(1−メチル−2−プロピニル)ホスホリル)アセテート、2−プロピニル 2−(ビス(1,1−ジメチル−2−プロピニル)ホスホリル)アセテート、2−プロピニル 2−(ビス(3,3,3−トリフルオロエチル)ホスホリル)アセテート、1−メチル−2−プロピニル 2−(ビス(3,3,3−トリフルオロエチル)ホスホリル)アセテート、1,1−ジメチル−2−プロピニル 2−(ビス(3,3,3−トリフルオロエチル)ホスホリル)アセテート、 2−プロピニル 2−(ジフェニルホスホリル)アセテート、1−メチル−2−プロピニル 2−(ジフェニルホスホリル)アセテート、1,1−ジメチル−2−プロピニル 2−(ジフェニルホスホリル)アセテート、 2−プロピニル 2−(ビス(4−メチルフェニル)ホスホリル)アセテート、1−メチル−2−プロピニル 2−(ビス(4−メチルフェニル)ホスホリル)アセテート、1,1−ジメチル−2−プロピニル 2−(ビス(4−メチルフェニル)ホスホリル)アセテート、2−プロピニル 2−(ビス(4−フルオロフェニル)ホスホリル)アセテート、1−メチル−2−プロピニル 2−(ビス(4−フルオロフェニル)ホスホリル)アセテート、1,1−ジメチル−2−プロピニル 2−(ビス(4−フルオロフェニル)ホスホリル)アセテート、2−プロピニル 2−(ジメチルホスホリル)プロパノエート、2−プロピニル 2−(ジエチルホスホリル)プロパノエート、2−プロピニル 2−(ジフェニルホスホリル)プロパノエート、2−プロピニル 2−(ジメチルホスホリル)ブタノエート、2−プロピニル 2−(ジエチルホスホリル)ブタノエート、2−プロピニル 2−(ジフェニルホスホリル)ブタノエート、2−プロピニル 3−(ジメチルホスホリル)プロパノエート、2−プロピニル 3−(ジエチルホスホリル)プロパノエート、2−プロピニル 3−(ジフェニルホスホリル)プロパノエート、2−プロピニル 4−(ジメチルホスホリル)ブタノエート、2−プロピニル 4−(ジエチルホスホリル)ブタノエート、2−プロピニル 4−(ジフェニルホスホリル)ブタノエート、2−プロピニル 2−(ジメチルホスホリル)−2−フルオロアセテート、2−プロピニル 2−(ジエチルホスホリル)−2−フルオロアセテート、2−プロピニル 2−(ジフェニルホスホリル)−2−フルオロアセテート、2−プロピニル 2−(メトキシ(メチル)ホスホリル)アセテート、1−メチル−2−プロピニル 2−(メトキシ(メチル)ホスホリル)アセテート、1,1−ジメチル−2−プロピニル 2−(メトキシ(メチル)ホスホリル)アセテート、 2−プロピニル 2−(エトキシ(エチル)ホスホリル)アセテート、1−メチル−2−プロピニル 2−(エトキシ(エチル)ホスホリル)アセテート、1,1−ジメチル−2−プロピニル 2−(エトキシ(エチル)ホスホリル)アセテート、2−プロピニル 2−(シクロヘキシルオキシ(メチル)ホスホリル)アセテート、2−プロピニル 2−(メチル(2−プロペニルオキシ)ホスホリル)アセテート、2−プロピニル 2−(メチル(2−プロピニルオキシ)ホスホリル)アセテート、2−プロピニル 2−(メトキシ(メチル)ホスホリル)プロパノエート、2−プロピニル 2−(エトキシ(エチル)ホスホリル)プロパノエート、2−プロピニル 2−(メトキシ(メチル)ホスホリル)ブタノエート、2−プロピニル 2−(エトキシ(エチル)ホスホリル)ブタノエート、2−プロピニル 3−(メトキシ(メチル)ホスホリル)プロパノエート、2−プロピニル 3−(エトキシ(エチル)ホスホリル)プロパノエート、2−プロピニル 4−(メトキシ(メチル)ホスホリル)ブタノエート、2−プロピニル 4−(エトキシ(エチル)ホスホリル)ブタノエート、2−プロピニル 2−(メトキシ(メチル)ホスホリル)−2−フルオロアセテート、2−プロピニル 2−(エトキシ(エチル)ホスホリル)−2−フルオロアセテート、2−プロピニル 2−(ジメトキシホスホリル)アセテート、2−ブチニル 2−(ジメトキシホスホリル)アセテート、3−ブチニル 2−(ジメトキシホスホリル)アセテート、4−ペンチニル 2−(ジメトキシホスホリル)アセテート、5−ヘキシニル 2−(ジメトキシホスホリル)アセテート、1−メチル−2−プロピニル 2−(ジメトキシホスホリル)アセテート、1−メチル−2−ブチニル 2−(ジメトキシホスホリル)アセテート、1,1−ジメチル−2−プロピニル 2−(ジメトキシホスホリル)アセテート、 2−プロピニル 2−(ジエトキシホスホリル)アセテート、2−ブチニル 2−(ジエトキシホスホリル)アセテート、3−ブチニル 2−(ジエトキシホスホリル)アセテート、4−ペンチニル 2−(ジエトキシホスホリル)アセテート、5−ヘキシニル 2−(ジエトキシホスホリル)アセテート、1−メチル−2−プロピニル 2−(ジエトキシホスホリル)アセテート、1−メチル−2−ブチニル 2−(ジエトキシホスホリル)アセテート、1,1−ジメチル−2−プロピニル 2−(ジエトキシホスホリル)アセテート、 2−プロピニル 2−(ジプロポキシホスホリル)アセテート、1−メチル−2−プロピニル 2−(ジプロポキシホスホリル)アセテート、1,1−ジメチル−2−プロピニル 2−(ジプロポキシホスホリル)アセテート、 2−プロピニル 2−(ジブトキシホスホリル)アセテート、1−メチル−2−プロピニル 2−(ジブトキシホスホリル)アセテート、1,1−ジメチル−2−プロピニル 2−(ジブトキシホスホリル)アセテート、 2−プロピニル 2−(ジ−iso−プロポキシホスホリル)アセテート、1−メチル−2−プロピニル 2−(ジ−iso−プロポキシホスホリル)アセテート、1,1−ジメチル−2−プロピニル 2−(ジ−iso−プロポキシホスホリル)アセテート、2−プロピニル 2−(ジ(シクロプロピルオキシ)ホスホリル)アセテート、2−プロピニル 2−(ジ(シクロブチルオキシ)ホスホリル)アセテート、2−プロピニル 2−(ジ(シクロペンチルオキシ)ホスホリル)アセテート、2−プロピニル 2−(ジ(シクロヘキシルオキシ)ホスホリル)アセテート、1−メチル−2−プロピニル 2−(ジ(シクロヘキシルオキシ)ホスホリル)アセテート、1,1−ジメチル−2−プロピニル 2−(ジ(シクロヘキシルオキシ)ホスホリル)アセテート、2−プロピニル 2−(ジ(2−プロペニルオキシ)ホスホリル)アセテート、1−メチル−2−プロピニル 2−(ジ(2−プロペニルオキシ)ホスホリル)アセテート、1,1−ジメチル−2−プロピニル 2−(ジ(2−プロペニルオキシ)ホスホリル)アセテート、2−プロピニル 2−(ジ(2−ブテニルオキシ)ホスホリル)アセテート、1−メチル−2−プロピニル 2−(ジ(2−ブテニルオキシ)ホスホリル)アセテート、1,1−ジメチル−2−プロピニル 2−(ジ(2−ブテニルオキシ)ホスホリル)アセテート、2−プロピニル 2−(ジ(3−ブテニルオキシ)ホスホリル)アセテート、2−プロピニル 2−(ジ(4−ペンテニルオキシ)ホスホリル)アセテート、2−プロピニル 2−(ジ(5−ヘキセニルオキシ)ホスホリル)アセテート、2−プロピニル 2−(ビス(2−メチル−2−プロペニルオキシ)ホスホリル)アセテート、2−プロピニル 2−(ビス(3−メチル−2−ブテニルオキシ)ホスホリル)アセテート、2−プロピニル 2−(ジ(2−プロピニルオキシ)ホスホリル)アセテート、1−メチル−2−プロピニル 2−(ジ(2−プロピニルオキシ)ホスホリル)アセテート、1,1−ジメチル−2−プロピニル 2−(ジ(2−プロピニルオキシ)ホスホリル)アセテート、2−プロピニル 2−(ジ(3−ブチニルオキシ)ホスホリル)アセテート、2−プロピニル 2−(ジ(4−ペンチニルオキシ)ホスホリル)アセテート、2−プロピニル 2−(ジ(5−ヘキシニルオキシ)ホスホリル)アセテート、2−プロピニル 2−(ビス(1−メチル−2−プロピニルオキシ)ホスホリル)アセテート、2−プロピニル 2−(ビス(1,1−ジメチル−2−プロピニルオキシ)ホスホリル)アセテート、2−プロピニル 2−(ビス(3,3,3−トリフルオロエトキシ)ホスホリル)アセテート、1−メチル−2−プロピニル 2−(ビス(3,3,3−トリフルオロエトキシ)ホスホリル)アセテート、1,1−ジメチル−2−プロピニル 2−(ビス(3,3,3−トリフルオロエトキシ)ホスホリル)アセテート、 2−プロピニル 2−(ジフェノキシホスホリル)アセテート、1−メチル−2−プロピニル 2−(ジフェノキシホスホリル)アセテート、1,1−ジメチル−2−プロピニル 2−(ジフェノキシホスホリル)アセテート、 2−プロピニル 2−(ビス(4−メチルフェノキシ)ホスホリル)アセテート、1−メチル−2−プロピニル 2−(
ビス(4−メチルフェノキシ)ホスホリル)アセテート、1,1−ジメチル−2−プロピニル 2−(ビス(4−メチルフェノキシ)ホスホリル)アセテート、2−プロピニル 2−(ビス(4−フルオロフェノキシ)ホスホリル)アセテート、1−メチル−2−プロピニル 2−(ビス(4−フルオロフェノキシ)ホスホリル)アセテート、1,1−ジメチル−2−プロピニル 2−(ビス(4−フルオロフェノキシ)ホスホリル)アセテート、2−プロピニル 2−(ジメトキシホスホリル)プロパノエート、2−プロピニル 2−(ジエトキシホスホリル)プロパノエート、2−プロピニル 2−(ジフェノキシホスホリル)プロパノエート、2−プロピニル 2−(ジメトキシホスホリル)ブタノエート、2−プロピニル 2−(ジエトキシホスホリル)ブタノエート、2−プロピニル 2−(ジフェノキシホスホリル)ブタノエート、2−プロピニル 3−(ジメトキシホスホリル)プロパノエート、2−プロピニル 3−(ジエトキシホスホリル)プロパノエート、2−プロピニル 3−(ジフェノキシホスホリル)プロパノエート、2−プロピニル 4−(ジメトキシホスホリル)ブタノエート、2−プロピニル 4−(ジエトキシホスホリル)ブタノエート、2−プロピニル 4−(ジフェノキシホスホリル)ブタノエート、2−プロピニル 2−(ジメトキシホスホリル)−2−フルオロアセテート、2−プロピニル 2−(ジエトキシホスホリル)−2−フルオロアセテート、2−プロピニル 2−(ジフェノキシホスホリル)−2−フルオロアセテート、2−メトキシエチル 2−(ジメトキシホスホリル)アセテート、2−エトキシエチル 2−(ジメトキシホスホリル)アセテート、2−ブトキシエチル 2−(ジメトキシホスホリル)アセテート、2−メトキシプロピル 2−(ジメトキシホスホリル)アセテート、3−メトキシプロピル 2−(ジメトキシホスホリル)アセテート、2−メトキシエチル 2−(ジエトキシホスホリル)アセテート、2−エトキシエチル 2−(ジエトキシホスホリル)アセテート、2−ブトキシエチル 2−(ジエトキシホスホリル)アセテート、2−メトキシプロピル 2−(ジエトキシホスホリル)アセテート、3−メトキシプロピル 2−(ジエトキシホスホリル)アセテート、2−フルオロフェニル 2−(ジメトキシホスホリル)アセテート、2−フルオロフェニル 2−(ジエトキシホスホリル)アセテート、4−フルオロフェニル 2−(ジメトキシホスホリル)アセテート、4−フルオロフェニル 2−(ジエトキシホスホリル)アセテート、2,4−ジフルオロフェニル 2−(ジメトキシホスホリル)アセテート、2,4−ジフルオロフェニル 2−(ジエトキシホスホリル)アセテート、2,4,6−トリフルオロフェニル 2−(ジメトキシホスホリル)アセテート、2,4,6−トリフルオロフェニル 2−(ジエトキシホスホリル)アセテート、ペンタフルオロフェニル 2−(ジメトキシホスホリル)アセテート、ペンタフルオロフェニル 2−(ジエトキシホスホリル)アセテート、2−トリフルオロメチルフェニル 2−(ジメトキシホスホリル)アセテート、2−トリフルオロメチルフェニル 2−(ジエトキシホスホリル)アセテート、3−トリフルオロメチルフェニル 2−(ジメトキシホスホリル)アセテート、3−トリフルオロメチルフェニル 2−(ジエトキシホスホリル)アセテート、4−トリフルオロメチルフェニル 2−(ジメトキシホスホリル)アセテート、4−トリフルオロメチルフェニル 2−(ジエトキシホスホリル)アセテート、2,4−ビス(トリフルオロメチル)フェニル 2−(ジメトキシホスホリル)アセテート、2,4−ビス(トリフルオロメチル)フェニル 2−(ジエトキシホスホリル)アセテート、3,5−ビス(トリフルオロメチル)フェニル 2−(ジメトキシホスホリル)アセテート、3,5−ビス(トリフルオロメチル)フェニル 2−(ジエトキシホスホリル)アセテート、2−クロロフェニル 2−(ジメトキシホスホリル)アセテート、2−クロロフェニル 2−(ジエトキシホスホリル)アセテート、4−クロロフェニル 2−(ジメトキシホスホリル)アセテート、4−クロロフェニル 2−(ジエトキシホスホリル)アセテート、2,4−ジクロロフェニル 2−(ジメトキシホスホリル)アセテート、2,4−ジクロロフェニル 2−(ジエトキシホスホリル)アセテート、2,4,6−トリクロロフェニル 2−(ジメトキシホスホリル)アセテート、2,4,6−トリクロロフェニル 2−(ジエトキシホスホリル)アセテート、ペンタクロロフェニル 2−(ジメトキシホスホリル)アセテート、ペンタクロロフェニル 2−(ジエトキシホスホリル)アセテート、2−トリクロロメチルフェニル 2−(ジメトキシホスホリル)アセテート、2−トリクロロメチルフェニル 2−(ジエトキシホスホリル)アセテート、3−トリクロロメチルフェニル 2−(ジメトキシホスホリル)アセテート、3−トリクロロメチルフェニル 2−(ジエトキシホスホリル)アセテート、4−トリクロロメチルフェニル 2−(ジメトキシホスホリル)アセテート、4−トリクロロメチルフェニル 2−(ジエトキシホスホリル)アセテート、2,4−ビス(トリクロロメチル)フェニル 2−(ジメトキシホスホリル)アセテート、2,4−ビス(トリクロロメチル)フェニル 2−(ジエトキシホスホリル)アセテート、3,5−ビス(トリクロロメチルフェニル) 2−(ジメトキシホスホリル)アセテート、3,5−ビス(トリクロロメチル)フェニル 2−(ジエトキシホスホリル)アセテート、2−(2−(ジメトキシホスホリル)アセトキシ)エチル メチル オギザレート、2−(2−(ジメトキシホスホリル)アセトキシ)エチル エチル オギザレート、2−(2−(ジエトキシホスホリル)アセトキシ)エチル メチル オギザレート、2−(2−(ジエトキシホスホリル)アセトキシ)エチル エチル オギザレート、2−(3−(ジエトキシホスホリル)アセトキシ)プロピル メチル オギザレート、2−(3−(ジエトキシホスホリル)アセトキシ)プロピル エチル オギザレート、4−(2−(ジエトキシホスホリル)アセトキシ)−2−ブチン−1−イル メチル オギザレート、4−(2−(ジエトキシホスホリル)アセトキシ)−2−ブチン−1−イル エチル オギザレート、メチル (2−(ジエトキシホスホリル)アセトキシ)アセテート、エチル (2−(ジエトキシホスホリル)アセトキシ)アセテート、メチル 2−(2−(ジメトキシホスホリル)アセトキシ)プロパノエート、エチル 2−(2−(ジメトキシホスホリル)アセトキシ)プロパノエート、メチル 2−(2−(ジエトキシホスホリル)アセトキシ)プロパノエート、エチル 2−(2−(ジエトキシホスホリル)アセトキシ)プロパノエート、メチル 2−(2−(ジエトキシホスホリル)アセトキシ)ブタノエート、エチル 2−(2−(ジエトキシホスホリル)アセトキシ)ブタノエート、シアノメチル 2−(ジメトキシホスホリル)アセテート、シアノメチル 2−(ジエトキシホスホリル)アセテート、2−シアノエチル 2−(ジメトキシホスホリル)アセテート、2−シアノエチル 2−(ジエトキシホスホリル)アセテート、1−シアノエチル 2−(ジエトキシホスホリル)アセテート、3−シアノプロピル 2−(ジエトキシホスホリル)アセテート、1−シアノプロピル 2−(ジエトキシホスホリル)アセテート、4−シアノブチル 2−(ジエトキシホスホリル)アセテート等が好適に挙げられる。
更に(i)qが1かつnが0の場合であって、かつR1,R2が環を形成した化合物として、メチル 2−(1−オキシドホスホラン−1−イル)アセテート、エチル 2−(1−オキシドホスホラン−1−イル)アセテート、2−プロピニル 2−(1−オキシドホスホラン−1−イル)アセテート、メチル 2−(1−オキシドホスホリナン−1−イル)アセテート、エチル 2−(1−オキシドホスホリナン−1−イル)アセテート、2−プロピニル 2−(1−オキシドホスホリナン−1−イル)アセテート、メチル 2−(2−オキシド−1,2−オキサホスホラン−2−イル)アセテート、エチル 2−(2−オキシド−1,2−オキサホスホラン−2−イル)アセテート、2−プロピニル 2−(2−オキシド−1,2−オキサホスホラン−2−イル)アセテート、メチル 2−(2−オキシド−1,2−オキサホスホリナン−2−イル)アセテート、エチル 2−(2−オキシド−1,2−オキサホスホリナン−2−イル)アセテート、2−プロピニル 2−(2−オキシド−1,2−オキサホスホリナン−2−イル)アセテート、メチル 2−(2−オキシド−1,3,2−ジオキサホスホラン−2−イル)アセテート、エチル 2−(2−オキシド−1,3,2−ジオキサホスホラン−2−イル)アセテート、2−プロピニル 2−(2−オキシド−1,3,2−ジオキサホスホラン−2−イル)アセテート、メチル 2−(2−オキシド−1,3,2−ジオキサホスホリナン−2−イル)アセテート、エチル 2−(2−オキシド−1,3,2−ジオキサホスホリナン−2−イル)アセテート、2−プロピニル 2−(2−オキシド−1,3,2−ジオキサホスホリナン−2−イル)アセテート、メチル 2−(4,5−ジメチル−2−オキシド−1,3,2−ジオキサホスホラン−2−イル)アセテート、エチル 2−(4,5−ジメチル−2−オキシド−1,3,2−ジオキサホスホラン−2−イル)アセテート、2−プロピニル 2−(4,5−ジメチル−2−オキシド−1,3,2−ジオキサホスホラン−2−イル)アセテート等が好適に挙げられる。
(ジメトキシホスホリル)メチル アセテート、(ジエトキシホスホリル)メチル アセテート、(ジメトキシホスホリル)メチル プロパノエート、(ジエトキシホスホリル)メチル プロパノエート、(ジメトキシホスホリル)メチル ブタノエート、(ジエトキシホスホリル)メチル ブタノエート、(ジメトキシホスホリル)メチル イソブチレート、(ジエトキシホスホリル)メチル イソブチレート、(ジメトキシホスホリル)メチル プロピオレート、(ジエトキシホスホリル)メチル プロピオレート、(ジメトキシホスホリル)メチル 3−ブチノエート、(ジエトキシホスホリル)メチル 3−ブチノエート、(ジメトキシホスホリル)メチル メチル カーボネート、(ジエトキシホスホリル)メチル メチル カーボネート、(ジメトキシホスホリル)メチル エチル カーボネート、(ジエトキシホスホリル)メチル エチル カーボネート、(ジメトキシホスホリル)メチル 2−プロピニル カーボネート、(ジエトキシホスホリル)メチル 2−プロピニル カーボネート、(ジメトキシホスホリル)メチル 1−メチル−2−プロピニル カーボネート、(ジエトキシホスホリル)メチル 1−メチル−2−プロピニル カーボネート、(ジメトキシホスホリル)メチル メトキシエチル カーボネート、(ジエトキシホスホリル)メチル メトキシエチル カーボネート、(ジメトキシホスホリル)メチル エトキシエチル カーボネート、(ジエトキシホスホリル)メチル エトキシエチル カーボネート、(ジメトキシホスホリル)メチル メチル オギザレート、(ジエトキシホスホリル)メチル メチル オギザレート、(ジメトキシホスホリル)メチル エチル オギザレート、(ジエトキシホスホリル)メチル エチル オギザレート等が好適に挙げられる。
エタン−1,2−ジイル ビス(2−(ジメトキシホスホリル)アセテート)、エタン−1,2−ジイル ビス(2−(ジエトキシホスホリル)アセテート)、プロパン−1,2−ジイル ビス(2−(ジメトキシホスホリル)アセテート)、プロパン−1,2−ジイル ビス(2−(ジエトキシホスホリル)アセテート)、プロパン−1,3−ジイル ビス(2−(ジメトキシホスホリル)アセテート)、プロパン−1,3−ジイル ビス(2−(ジエトキシホスホリル)アセテート)、ブタン−1,4−ジイル ビス(2−(ジメトキシホスホリル)アセテート)、ブタン−1,4−ジイル ビス(2−(ジエトキシホスホリル)アセテート)、ブタン−2,3−ジイル ビス(2−(ジメトキシホスホリル)アセテート)、ブタン−2,3−ジイル ビス(2−(ジエトキシホスホリル)アセテート)、2−ブチン−1,4−ジイル ビス(2−(ジメトキシホスホリル)アセテート)、2−ブチン−1,4−ジイル ビス(2−(ジエトキシホスホリル)アセテート)、3−ヘキシン−2,5−ジイル ビス(2−(ジエトキシホスホリル)アセテート)、2,5−ジメチル−3−ヘキシン−2,5−ジイル ビス(2−(ジエトキシホスホリル)アセテート)、ビス((ジメトキシホスホリル)メチル)オギザレート、ビス((ジエトキシホスホリル)メチル)オギザレート等が好適に挙げられる。
上記の置換基の範囲の場合に、高温下での電気化学特性を大幅に改善できるので好ましい。
本発明の非水電解液に使用される非水溶媒としては、環状カーボネート、鎖状エステル、ラクトン、エーテル、アミドが挙げられ、環状カーボネートと鎖状エステルの両方が含まれることが好ましい。
なお、「鎖状エステル」なる用語は、鎖状カーボネート及び鎖状カルボン酸エステルを含む概念として用いる。
環状カーボネートとしては、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、1,2−ブチレンカーボネート、2,3−ブチレンカーボネート、4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン(FEC)、トランス又はシス−4,5−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン(以下、両者を総称して「DFEC」という)、ビニレンカーボネート(VC)、及びビニルエチレンカーボネート(VEC)から選ばれる少なくとも一種が挙げられる。
これらの中でも、炭素−炭素二重結合又はフッ素原子を有する環状カーボネートのうち少なくとも一種を使用すると高温サイクル特性が一段と向上するので好ましく、炭素−炭素二重結合を含む環状カーボネートとフッ素原子を有する環状カーボネートを両方含むことがより好ましい。炭素−炭素二重結合を有する環状カーボネートとしては、VC、VECが更に好ましく、フッ素原子を有する環状カーボネートとしては、FEC、DFECが更に好ましい。
フッ素原子を有する環状カーボネートの含有量は、非水溶媒の総体積に対して好ましくは0.07体積%以上、より好ましくは4体積%以上、更に好ましくは7体積%以上であり、また、上限としては、好ましくは35体積%以下、より好ましくは25体積%以下、更に好ましくは15体積%以下であると一段と高温サイクル時の被膜の安定性を増すことができるので好ましい。
非水溶媒が炭素−炭素二重結合を有する環状カーボネートとフッ素原子を有する環状カーボネートの両方を含む場合、フッ素原子を有する環状カーボネートの含有量に対する炭素−炭素二重結合を有する環状カーボネートの含有量は、好ましくは0.2体積%以上、より好ましくは3体積%以上、更に好ましくは7体積%以上であり、上限としては、好ましくは40体積%以下、より好ましくは30体積%以下、更に好ましくは15体積%以下であると一段と高温サイクル時の被膜の安定性を増すことができるので特に好ましい。
また、非水溶媒がエチレンカーボネート及び/又はプロピレンカーボネートを含むと電極上に形成される被膜の抵抗が小さくなるので好ましく、エチレンカーボネート及び/又はプロピレンカーボネートの含有量は、非水溶媒の総体積に対し、好ましくは3体積%以上、より好ましくは5体積%以上、更に好ましくは7体積%以上であり、また、上限としては、好ましくは45体積%以下、より好ましくは35体積%以下、更に好ましくは25体積%以下である。
前記鎖状エステルの中でも、ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、メチルプロピルカーボネート、メチルイソプロピルカーボネート、メチルブチルカーボネート、プロピオン酸メチル、酢酸メチル及び酢酸エチルから選ばれるメチル基を有する鎖状エステルが好ましく、特にメチル基を有する鎖状カーボネートが好ましい。
また、鎖状カーボネートを用いる場合には、二種以上を用いることが好ましい。さらに対称鎖状カーボネートと非対称鎖状カーボネートの両方が含まれるとより好ましく、対称鎖状カーボネートの含有量が非対称鎖状カーボネートより多く含まれると更に好ましい。
また、鎖状カーボネートを用いる場合には、二種以上を用いることが好ましい。更に対称鎖状カーボネートと非対称鎖状カーボネートの両方が含まれるとより好ましく、対称鎖状カーボネートの含有量が非対称鎖状カーボネートより多く含まれると更に好ましい。
鎖状カーボネート中に対称鎖状カーボネートが占める体積の割合は、51体積%以上が好ましく、55体積%以上がより好ましい。上限としては、95体積%以下がより好ましく、85体積%以下であると更に好ましい。対称鎖状カーボネートにジメチルカーボネートが含まれると特に好ましい。また、非対称鎖状カーボネートはメチル基を有するとより好ましく、メチルエチルカーボネートが特に好ましい。
上記の場合に一段と高温での電気化学特性が向上するので好ましい。
環状カーボネートと鎖状エステルの割合は、高温での電気化学特性向上の観点から、環状カーボネート:鎖状エステル(体積比)が10:90〜45:55が好ましく、15:85〜40:60がより好ましく、20:80〜35:65が特に好ましい。
その他の添加剤として更にリン酸トリメチル、リン酸トリブチル、リン酸トリオクチル、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、ジメチルホスホノ酢酸メチル、ジメチルホスホノ酢酸エチル、ジエチルホスホノ酢酸メチル、ジエチルホスホノ酢酸エチル、ピロリン酸メチル、ピロリン酸エチル等のリン含有化合物、シクロヘキシルベンゼン、フルオロ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、1−フルオロ−3−シクロヘキシルベンゼン、1−フルオロ−4−シクロヘキシルベンゼン)、tert−ブチルベンゼン、1,3−ジ−tert−ブチルベンゼン、tert−アミルベンゼン、1−フルオロ−4−tert−ブチルベンゼン等の炭素数1〜6の脂肪族炭化水素基が第3級炭素原子又は第4級炭素原子を介してベンゼン環に結合しているベンゼン化合物、シュウ酸ジメチル、シュウ酸エチルメチル、シュウ酸ジエチル等のシュウ酸エステル、アセトニトリル、プロピオニトリル、スクシノニトリル、グルタロニトリル、アジポニトリル、ピメロニトリル等のニトリル、テトラメチレンジイソシアネート、ヘキサメチ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等のイソシアネート、2−プロピニルメチルカーボネート、酢酸 2−プロピニル、ギ酸 2−プロピニル、メタクリル酸 2−プロピニル、メタンスルホン酸 2−プロピニル、ジ(2−プロピニル)オギザレート、グルタル酸 ジ(2−プロピニル)、2−ブチン−1,4−ジイル ジメタンスルホネート、2−ブチン−1,4−ジイル ジホルメート、2,4−ヘキサジイン−1,6−ジイル ジメタンスルホネート等の三重結合含有化合物、1,3−プロパンスルトン、1,3−ブタンスルトン、1,4−ブタンスルトン等のスルトン、エチレンサルファイト、ヘキサヒドロベンゾ[1,3,2]ジオキサチオール−2−オキシド(1,2−シクロヘキサンジオールサイクリックサルファイトともいう)、5−ビニル−ヘキサヒドロベンゾ[1,3,2]ジオキサチオール−2−オキシド、4−(メチルスルホニルメチル)−1,3,2−ジオキサチオラン−2−オキシド等の環状サルファイト、ブタン−1,4−ジイル ジメタンスルホネート、ペンタン−1,5−ジイル ジメタンスルホネート、プロパン−1,2−ジイル ジメタンスルホネート、ブタン−2,3−ジイル ジメタンスルホネート、ジメチル メチレンジスルホネート、メチレンメタンジスルホネート、2−トリフルオロメチルフェニル メタンスルホネート、ペンタフルオロフェニル メタンスルホネート等のスルホン酸エステル、ジビニルスルホン、1,2−ビス(ビニルスルホニル)エタン、ビス(2−ビニルスルホニルエチル)エーテル等のビニルスルホン等から選ばれるS=O基含有化合物、テトラメチルジホスホン酸無水物、テトラエチルジホスホン酸無水物等のリン酸無水物、無水酢酸、無水プロピオン酸等の鎖状のカルボン酸無水物、無水コハク酸、無水マレイン酸、無水グルタル酸、無水イタコン酸、3−スルホ−プロピオン酸無水物等の環状酸無水物、メ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、エトキシヘプタフルオロシクロテトラホスファゼン等の環状ホスファゼン、ビフェニル、ターフェニル(o−、m−、p−体)、ジフェニルエーテル、フルオロベンゼン、ジフルオロベンゼン(o−、m−、p−体)、アニソール、2,4−ジフルオロアニソール、ターフェニルの部分水素化物(1,2−ジシクロヘキシルベンゼン、2−フェニルビシクロヘキシル、1,2−ジフェニルシクロヘキサン、o−シクロヘキシルビフェニル)等の芳香族化合物が好適に挙げられる。
(a)三重結合化合物としては、2−プロピニル メチル カーボネート、メタクリル酸 2−プロピニル、メタンスルホン酸 2−プロピニル、ジ(2−プロピニル)オギザレート、2−ブチン−1,4−ジイル ジメタンスルホネートが好ましく、メタンスルホン酸 2−プロピニル、ジ(2−プロピニル)オギザレート、2−ブチン−1,4−ジイル ジメタンスルホネートから選ばれる少なくとも一種が更に好ましい。
前記三重結合化合物の含有量は、非水電解液中に0.001〜5質量%が好ましい。0.001質量%以上を超えると被膜の形成が十分であり、高温サイクル特性の改善効果が高まる。該含有量は、非水電解液中に0.005質量%以上が好ましく、0.01質量%以上がより好ましく、0.03質量%以上が更に好ましく、その上限は、3質量%以下が好ましく、1質量%以下がより好ましく、0.7質量%以下が更に好ましい。
また、鎖状のS=O基含有化合物としては、ブタン−2,3−ジイル ジメタンスルホネート、ブタン−1,4−ジイル ジメタンスルホネート、ジメチルメタンジスルホネート、2−トリフルオロメチルフェニル メタンスルホネート、ペンタフルオロフェニル メタンスルホネート、ジビニルスルホン、ビス(2−ビニルスルホニルエチル)エーテルが好ましく、ブタン−2,3−ジイル ジメタンスルホネート、ブタン−1,4−ジイル ジメタンスルホネート、ジメチルメタンジスルホネート、2−トリフルオロメチルフェニル メタンスルホネート、ペンタフルオロフェニル メタンスルホネートから選ばれる少なくとも一種のスルホン酸エステルが更に好ましく、ブタン−2,3−ジイル ジメタンスルホネート、及びペンタフルオロフェニル メタンスルホネートから選ばれる少なくとも一種が特に好ましい。
前記S=O基含有化合物の含有量は、非水電解液中に0.001〜5質量%が好ましい。0.001質量%以上を超えると被膜の形成が十分であり、高温サイクル特性の改善効果が高まる。該含有量は、非水電解液中に0.005質量%以上が好ましく、0.01質量%以上がより好ましく、0.03質量%以上が更に好ましく、その上限は、3質量%以下が好ましく、1質量%以下がより好ましく、0.7質量%以下が更に好ましい。
前記リン含有化合物の含有量は、非水電解液中に0.001〜5質量%が好ましい。0.001質量%以上を超えると被膜の形成が十分であり、高温サイクル特性の改善効果が高まる。該含有量は、非水電解液中に0.005質量%以上が好ましく、0.01質量%以上がより好ましく、0.03質量%以上が更に好ましく、その上限は、3質量%以下が好ましく、1質量%以下がより好ましく、0.7質量%以下が更に好ましく、0.4質量%以下が特に好ましい。
本発明に使用される電解質塩としては、下記のリチウム塩、オニウム塩が好適に挙げられる。
(リチウム塩)
リチウム塩としては、LiPF6、LiPO2F2、Li2PO3F、LiBF4、LiClO4、LiSO3F等の無機リチウム塩、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2C2F5)2、LiCF3SO3、LiC(SO2CF3)3、LiPF4(CF3)2、LiPF3(C2F5)3、LiPF3(CF3)3、LiPF3(iso−C3F7)3、LiPF5(iso−C3F7)等の鎖状のフッ化アルキル基を含有するリチウム塩や、(CF2)2(SO2)2NLi、(CF2)3(SO2)2NLi等の環状のフッ化アルキレン鎖を有するリチウム塩、ビス[オキサレート−O,O’]ホウ酸リチウムやジフルオロ[オキサレート−O,O’]ホウ酸リチウム、ジフルオロビス[オキサレート−O,O’]リン酸リチウム及びテトラフルオロ[オキサレート−O,O’]リン酸リチウム等のオキサレート錯体をアニオンとするリチウム塩が好適に挙げられ、これらの一種又は二種以上を混合して使用することができる。これらの中でも、LiPF6、LiPO2F2、Li2PO3F、LiBF4、LiSO3F、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2C2F5)2、LiN(SO2F)2、ジフルオロビス[オキサレート−O,O’]リン酸リチウム及びテトラフルオロ[オキサレート−O,O’]リン酸リチウムから選ばれる少なくとも一種が好ましく、LiPF6、LiPO2F2、LiBF4、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2F)2及びジフルオロビス[オキサレート−O,O’]リン酸リチウムから選ばれる少なくとも一種が更に好ましい。リチウム塩の濃度は、前記の非水溶媒に対して、通常0.3M以上が好ましく、0.7M以上がより好ましく、1.1M以上が更に好ましい。またその上限は、2.5M以下が好ましく、2.0M以下がより好ましく、1.6M以下が更に好ましい。
また、これらのリチウム塩の好適な組み合わせとしては、LiPF6を含み、更にLiPO2F2、LiBF4、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2F)2及びジフルオロビス[オキサレート−O,O’]リン酸リチウムから選ばれる少なくとも一種のリチウム塩が非水電解液中に含まれている場合が好ましく、LiPF6以外のリチウム塩が非水溶媒中に占める割合は、0.001M以上であると、高温での電気化学特性の向上効果発揮されやすく、0.005M以下であると高温での電気化学特性の向上効果が低下する懸念が少ないので好ましい。好ましくは0.01M以上、特に好ましくは0.03M以上、最も好ましくは0.04M以上である。その上限は、好ましくは0.4M以下、特に好ましくは0.2M以下である。
また、オニウム塩としては、下記に示すオニウムカチオンとアニオンを組み合わせた各種塩が好適に挙げられる。
オニウムカチオンの具体例としては、テトラメチルアンモニウムカチオン、エチルトリメチルアンモニウムカチオン、ジエチルジメチルアンモニウムカチオン、トリエチルメチルアンモニウムカチオン、テトラエチルアンモニウムカチオン、N,N−ジメチルピロリジニウムカチオン、N−エチル−N−メチルピロリジニウムカチオン、N,N−ジエチルピロリジニウムカチオン、スピロ−(N,N’)−ビピロリジニウムカチオン、N,N’−ジメチルイミダゾリニウムカチオン、N−エチル−N’−メチルイミダゾリニウムカチオン、N,N’−ジエチルイミダゾリニウムカチオン、N,N’−ジメチルイミダゾリウムカチオン、N−エチル−N’−メチルイミダゾリウムカチオン、N,N’−ジエチルイミダゾリウムカチオン等が好適に挙げられる。
アニオンの具体例としては、PF6アニオン、BF4アニオン、ClO4アニオン、AsF6アニオン、CF3SO3アニオン、N(CF3SO2)2アニオン、N(C2F5SO2)2アニオン、等が好適に挙げられる。
これらのオニウム塩は、一種単独で又は二種以上を組み合わせて使用することができる。
本発明の非水電解液は、例えば、前記の非水溶媒を混合し、これに前記の電解質塩及び該非水電解液に対して前記一般式(I)で表される有機リン化合物を添加することにより得ることができる。
この際、用いる非水溶媒及び非水電解液に加える化合物は、生産性を著しく低下させない範囲内で、予め精製して、不純物が極力少ないものを用いることが好ましい。
本明細書においてリチウム電池とは、リチウム一次電池及びリチウム二次電池の総称である。また、本明細書において、リチウム二次電池という用語は、いわゆるリチウムイオン二次電池も含む概念として用いる。本発明のリチウム電池は、正極、負極及び非水溶媒に電解質塩が溶解されている前記非水電解液からなる。非水電解液以外の正極、負極等の構成部材は特に制限なく使用できる。
例えば、リチウム二次電池用正極活物質としては、コバルト、マンガン、及びニッケルから選ばれる少なくとも一種を含有するリチウムとの複合金属酸化物が使用される。これらの正極活物質は、一種単独又は二種以上を組み合わせて用いることができる。
このようなリチウム複合金属酸化物としては、例えば、LiCoO2、LiMn2O4、LiNiO2、LiCo1-xNixO2(0.01<x<1)、LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2、LiNi1/2Mn3/2O4、LiCo0.98Mg0.02O2等が挙げられる。また、LiCoO2とLiMn2O4、LiCoO2とLiNiO2、LiMn2O4とLiNiO2のように併用してもよい。
これらの中では、LiCoO2、LiMn2O4、LiNiO2のような満充電状態における正極の充電電位がLi基準で4.3V以上で使用可能なリチウム複合金属酸化物が好ましく、LiCo1-xMxO2(但し、MはSn、Mg、Fe、Ti、Al、Zr、Cr、V、Ga、Zn、Cuから選ばれる少なくとも一種類以上の元素、0.001≦x≦0.05)、LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2、LiNi1/2Mn3/2O4、Li2MnO3とLiMO2(Mは、Co、Ni、Mn、Fe等の遷移金属)との固溶体のような4.4V以上で使用可能なリチウム複合金属酸化物がより好ましい。高充電電圧で動作するリチウム複合金属酸化物を使用すると、充電時における電解液との反応により特に高温での電気化学特性が低下しやすいが、本発明に係るリチウム二次電池ではこれらの電気化学特性の低下を抑制することができる。
また、正極中に元素としてNiが含まれる場合、正極活物質中のLiOH等の不純物が増える傾向があるため、一段と高温サイクル特性が得られやすいので好ましく、正極活物質中のNiの原子濃度が5〜25atomic%である場合が更に好ましく、8〜21atomic%である場合が特に好ましい。
これらのリチウム含有オリビン型リン酸塩の一部は他元素で置換してもよく、鉄、コバルト、ニッケル、マンガンの一部をCo、Mn、Ni、Mg、Al、B、Ti、V、Nb、Cu、Zn、Mo、Ca、Sr、W及びZr等から選ばれる一種以上の元素で置換したり、又はこれらの他元素を含有する化合物や炭素材料で被覆することもできる。これらの中では、LiFePO4又はLiMnPO4が好ましい。
また、リチウム含有オリビン型リン酸塩は、例えば前記の正極活物質と混合して用いることもできる。
正極の集電体を除く部分の密度は、通常は1.5g/cm3以上であり、電池の容量を更に高めるため、好ましくは2g/cm3以上であり、より好ましくは、3g/cm3以上であり、更に好ましくは、3.6g/cm3以上である。なお、上限としては、4g/cm3以下が好ましい。
これらの中では、リチウムイオンの吸蔵及び放出能力において、人造黒鉛や天然黒鉛等の高結晶性の炭素材料を使用することがより好ましく、格子面(002)の面間隔(d002)が0.340nm(ナノメータ)以下、特に0.335〜0.337nmである黒鉛型結晶構造を有する炭素材料を使用することが特に好ましい。
複数の扁平状の黒鉛質微粒子が互いに非平行に集合又は結合した塊状構造を有する人造黒鉛粒子や、例えば鱗片状天然黒鉛粒子に圧縮力、摩擦力、剪断力等の機械的作用を繰り返し与え、球形化処理を施した黒鉛粒子を用いることにより、負極の集電体を除く部分の密度を1.5g/cm3以上の密度に加圧成形したときの負極シートのX線回折測定から得られる黒鉛結晶の(110)面のピーク強度I(110)と(004)面のピーク強度I(004)の比I(110)/I(004)が0.01以上となると一段と高温での電気化学特性が向上するので好ましく、0.05以上となることがより好ましく、0.1以上となることが更に好ましい。また、過度に処理し過ぎて結晶性が低下し電池の放電容量が低下する場合があるので、ピーク強度の比I(110)/I(004)の上限は0.5以下が好ましく、0.3以下がより好ましい。
また、高結晶性の炭素材料(コア材)はコア材よりも低結晶性の炭素材料によって被膜されていると、高温での電気化学特性が一段と良好となるので好ましい。被覆の炭素材料の結晶性は、TEMにより確認することができる。
高結晶性の炭素材料を使用すると、充電時において非水電解液と反応し、界面抵抗の増加によって高温における電気化学特性を低下させる傾向があるが、本発明に係るリチウム二次電池では高温での電気化学特性が良好となる。
負極の集電体を除く部分の密度は、通常は1.1g/cm3以上であり、電池の容量を更に高めるため、好ましくは1.5g/cm3以上であり、より好ましくは1.7g/cm3以上である。なお、上限としては、2g/cm3以下が好ましい。
電池用セパレータとしては、特に制限はないが、ポリプロピレン、ポリエチレン等のポリオレフィンの単層又は積層の微多孔性フィルム、織布、不織布等を使用できる。
電解液と電極界面の電気二重層容量を利用してエネルギーを貯蔵する蓄電デバイスである。本発明の一例は、電気二重層キャパシタである。この蓄電デバイスに用いられる最も典型的な電極活物質は、活性炭である。二重層容量は概ね表面積に比例して増加する。
電極のドープ/脱ドープ反応を利用してエネルギーを貯蔵する蓄電デバイスである。この蓄電デバイスに用いられる電極活物質として、酸化ルテニウム、酸化イリジウム、酸化タングステン、酸化モリブデン、酸化銅等の金属酸化物や、ポリアセン、ポリチオフェン誘導体等のπ共役高分子が挙げられる。これらの電極活物質を用いたキャパシタは、電極のドープ/脱ドープ反応にともなうエネルギー貯蔵が可能である。
負極であるグラファイト等の炭素材料へのリチウムイオンのインターカレーションを利用してエネルギーを貯蔵する蓄電デバイスである。リチウムイオンキャパシタ(LIC)と呼ばれる。正極は、例えば活性炭電極と電解液との間の電気二重層を利用したものや、π共役高分子電極のドープ/脱ドープ反応を利用したもの等が挙げられる。電解液には少なくともLiPF6等のリチウム塩が含まれる。
本発明の新規化合物である有機リン化合物は、下記一般式(II)で表される。
また、R3及びR4は、それぞれ独立して水素原子、ハロゲン原子、又は炭素数1〜4のアルキル基を示す。mは1〜4の整数、qは1又は2を示す。また、X1は、qが1の場合には炭素数3〜6のアルキニルオキシ基、ベンゼン環上の少なくとも1つの水素原子がトリフルオロメチル基で置換された炭素数7〜12のアリールオキシ基、−O−L1−OC(=O)−C(=O)−OR5、O−L2−C(=O)−OR5、又は−O−L5−CNを示し、qが2の場合には、−O−L4−O−、又は−OC(=O)−C(=O)O−を示す。さらに、R5は炭素数1〜6のアルキル基を示し、L1は炭素数2〜6のアルキレン基、又は炭素数4〜8のアルキニレン基を示し、L2及びL5は炭素数1〜6のアルキレン基を示し、L4は炭素数4〜8のアルキニレン基を示す。)
また、一般式(II)において置換基R1、R2、R3、R4、L1、L2、L5は一般式(I)と同義である。
(a)有機リンカルボン酸ハライドと対応するヒドロキシ化合物とを溶媒の存在下又は不存在下、塩基の存在下又は不存在下、エステル化反応させる方法(以下「(a)法」ともいう)。
(b)有機リンカルボン酸と対応するヒドロキシ化合物とを、溶媒の存在下又は不存在下、酸触媒又は脱水剤の存在下で、縮合させる方法(以下「(b)法」ともいう)。
(c)有機リンカルボン酸エステルと対応するヒドロキシ化合物とを溶媒の存在下又は不存在下、触媒の存在下、エステル交換反応させる方法(以下「(c)法」ともいう)。
(a)法は、有機リンカルボン酸ハライドと対応するヒドロキシ化合物とを溶媒の存在下又は不存在下、塩基の存在下又は不存在下、エステル化反応させる方法である。なお、原料の有機リンカルボン酸ハライドは既存の汎用的手法により合成することができる。例えば、Organic Letters, 6, (20), p3477 (2004)に記載の有機リンカルボン酸と塩化チオニルを反応させる方法により合成できる。
(a)法の反応において、ヒドロキシ化合物の使用量は有機リンカルボン酸ハライド1モルに対して、好ましくは0.8〜20モル、より好ましくは0.9〜10モル、更に好ましくは1〜5モルである。
(a)法として使用されるヒドロキシ化合物としては、2−プロピン−1−オール、2−ブチン−1−オール、3−ブチン−1−オール、4−ペンチン−1−オール、5−ヘキシン−1−オール、2−メチル−2−プロピン−1−オール、2,2−ジメチル−2−プロピン−1−オール、2−ブチン−1,4−ジオール、3−ヘキシン−2,5−ジオール、2,5−ジメチル−3−ヘキシン−2,5−ジオール、2−トリフルオロメチルフェノール、3−トリフルオロメチルフェノール、4−トリフルオロメチルフェノール、2,4−ビス(トリフルオロメチル)フェノール、3,5−ビス(トリフルオロメチル)フェノール等が挙げられる。
前記、溶媒の使用量は、有機リンカルボン酸ハライド1質量部に対して、好ましくは0〜30質量部、より好ましくは1〜10質量部である。
無機塩基としては、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、水酸化カルシウム、及び酸化カルシウムが挙げられる。有機塩基としては、直鎖又は分枝した脂肪族3級アミン、無置換又は置換されたイミダゾール、ピリジン、ピリミジンが挙げられ、これらの中では、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリプロピルアミン、トリブチルアミン、ジイソプロプルエチルアミン等のトリアルキルアミン類、ピリジン、N,N−ジメチルアミノピリジン等のピリジン類が好ましい。
前記塩基の使用量は、有機リンカルボン酸ハライド1モルに対して、好ましくは0.8〜5モル、より好ましくは1〜3モル、更に好ましくは1〜1.5モルである。
また、反応時間は前記反応温度やスケールにより適宜変更しうるが、反応時間が短すぎると未反応物が残り、逆に反応時間が長すぎると反応生成物の分解や副反応の恐れが生じるため、好ましくは0.1〜12時間、より好ましくは0.2〜6時間である。
(b)法は、有機リンカルボン酸と対応するヒドロキシ化合物とを、溶媒の存在下又は不存在下、酸触媒又は脱水剤の存在下で、縮合させる方法である。
(b)法の反応において、ヒドロキシ化合物の使用量は有機リンカルボン酸1モルに対して、好ましくは0.8〜20モル、より好ましくは0.9〜10モル、更に好ましくは1〜5モルである。
(b)法として使用されるヒドロキシ化合物としては、(a)法において記述したヒドロキシ化合物が挙げられる。
前記、溶媒の使用量は、有機リンカルボン酸1質量部に対して、好ましくは0〜30質量部、より好ましくは1〜10質量部である。
また、脱水剤を使用する場合、使用できる脱水剤はジシクロヘキシルカルボジイミド、N,N’−カルボニルジイミダゾール、ジ−2−ピリジルカーボネート、フェニルジクロロホスフェート、ジエチルアゾジカルボン酸エチルをトリフェニルホスフィンの混合物等から選ばれる一種以上が挙げられる。脱水剤の使用量は、有機リンカルボン酸1モルに対して、好ましくは0.8〜10モル、よりは好ましくは0.9〜5モル、更に好ましくは1〜3モルである。
また、脱水剤を使用する場合の反応温度の下限は、−20℃以上が好ましく、反応性を低下させない観点から、0℃以上がより好ましい。また副反応や生成物の分解を抑制する観点から、反応温度の上限は100℃以下が好ましく、50℃以下がより好ましい。
(b)法の反応時間は反応温度やスケールにより適宜変更しうるが、反応時間が短すぎると未反応物が残り、逆に反応時間が長すぎると反応生成物の分解や副反応の恐れが生じるため、好ましくは0.1〜24時間、より好ましくは0.2〜12時間である。
(c)法は、有機リンカルボン酸エステルと対応するヒドロキシ化合物とを溶媒の存在下又は不存在下、触媒の存在下、エステル交換反応させる方法である。
(c)法の反応において、ヒドロキシ化合物の使用量は有機リンカルボン酸1モルに対して、好ましくは0.9〜20モル、より好ましくは1〜15モル、更に好ましくは1〜8モルである。
(c)法として使用されるヒドロキシ化合物としては、(a)法において記述したヒドロキシ化合物が挙げられる。
前記、溶媒の使用量は、有機リンカルボン酸エステル1質量部に対して、好ましくは0〜30質量部、より好ましくは1〜10質量部である。
2−(ジエトキシホスホリル)酢酸100.0g(0.51mol)、トルエン400mL、N,N−ジメチルホルムアミド(0.1g)を50℃で攪拌し、95%塩化チオニル67.7g(0.54mol)を20分かけて滴下した。その後63℃で90分攪拌した後、溶媒を留去して2−(ジエトキシホスホリル)酢酸クロリドを調製した。
上記2−(ジエトキシホスホリル)酢酸クロリドとプロパルギルアルコール31.4g(0.56mol)をトルエン100mLに溶解し5℃に冷却した。この溶液にトリエチルアミン67.1g(0.66mol)を15℃以下で滴下した後、室温で90分攪拌し、ガスクロマトグラフィーで原料の消失を確認した。生成した塩をろ過し、飽和食塩水30ml洗浄した。有機層を減圧下濃縮し、得られた残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(酢酸エチル/ヘキサン=1/1溶出)で精製し、目的の2−プロピニル 2−(ジエトキシホスホリル)アセテート111.9g(収率93%)を得た。得られた2−プロピニル 2−(ジエトキシホスホリル)アセテートについて、1H−NMRの測定を行い、その構造を確認した。結果を以下に示す。
2−プロピニル 2−(ジエトキシホスホリル)アセテート
1H−NMR(300MHz,CDCl3):δ=4.74(d,J=2.4Hz,2H),4.24−4.13(m,4H),3.02(d,J=21.7Hz,2H),2.50(t,J=2.4Hz,1H),1.38−1.33(m,6H)
〔1−メチル−2−プロピニル 2−(ジエトキシホスホリル)アセテート〕
1H−NMR(300MHz,CDCl3):δ=5.51−5.44(m,1H),4.23−4.14(m, 4H),2.99(dd,J=21.5Hz,0.5Hz, 2H),2.48(d,J=2.2Hz, 1H), 1.53(d, J=6.6Hz, 3H), 1.36(t, J=7.1Hz, 6H)
〔1,1−ジメチル−2−プロピニル 2−(ジエトキシホスホリル)アセテート〕
1H−NMR(300MHz,CDCl3):δ=4.23−4.13(m,4H),2.94(d,J=21.0Hz,2H),2.55(s,1H),1.70(s,6H),1.37−1.32(m,6H)
〔2−ブチン−1,4−ジイル ビス(2−(ジエトキシホスホリル)アセテート)〕
1H−NMR(300MHz,CDCl3):δ=4.77(s,4H),4.23−4.13(m,8H),3.00(d,J=21.5Hz,4H),1.38−1.32(m,12H)
〔4−トリフルオロメチルフェニル 2−(ジエトキシホスホリル)アセテート〕
1H−NMR(300MHz,CDCl3):δ=7.66(d,J=8.3Hz,2H),7.26(d,J=8.3Hz,2H),4.26−4.19(m,4H),3.21(d,J=21.7Hz,2H),1.40−1.36(m,6H)
〔2−シアノエチル 2−(ジエトキシホスホリル)アセテート〕
1H−NMR(300MHz,CDCl3):δ=4.38−4.33(m,2H),4.25−4.13(m,4H),3.02(d,J=21.7Hz,2H),2.77−2.72(m,2H),1.38−1.34(m,6H)
2−ヒドロキシエチルメチルオギザレート2.0g(13.51mmol)とトリエチルアミン1.7g(16.8mmol)を酢酸エチル50mLに溶解させジエチル(2−クロロ−2−オキソエチル)ホスホネート3.1g(14.5mmol)を15℃以下で15分かけて滴下した。室温で1時間攪拌し、ガスクロマトグラフィーで原料の消失を確認した。反応液を水洗し、有機層を減圧下濃縮、得られた残渣をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(酢酸エチル溶出)で精製し、目的の2−(2−(ジエトキシホスホリル)アセトキシ)エチル メチル オギザレート1.8g(収率42%)を得た。
得られた2−(2−(ジエトキシホスホリル)アセトキシ)エチル メチル オギザレートについて、1H−NMRの測定を行い、その構造を確認した。結果を以下に示す。
2−(2−(ジエトキシホスホリル)アセトキシ)エチル メチル オギザレート
1H−NMR(300MHz,CDCl3):δ=4.53−4.42(m,4H),4.23−4.12(m,4H),3.92(s,3H),3.00(d,J=21.5Hz、2H), 1.37−1.32(m, 6H)
エチル 2−(ジエトキシホスホリル)−2−フルオロアセテート10.00g(41.3mmol)に、プロパルギルアルコール45.31g(826mmol)、チタン酸テトラエチル0.94g(4.1mmol)を加え、100℃で10時間加熱還流した。その後、エタノールとプロパルギルアルコールを70℃〜100℃の温度範囲で10時間かけて減圧留去し、室温まで冷却した。反応液に水0.18gを加え、生じた沈殿をろ過、ろ液をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(酢酸エチル/ヘキサン=1/1溶出)で精製し、目的の2−プロピニル 2−(ジエトキシホスホリル)−2−フルオロアセテート8.96g(収率86%)を得た。得られた2−プロピニル 2−(ジエトキシホスホリル)−2−フルオロアセテートについて、1H−NMRの測定を行い、その構造を確認した。結果を以下に示す。
2−プロピニル 2−(ジエトキシホスホリル)−2−フルオロアセテート
1H−NMR(400MHz,CDCl3):δ=5.28(dd,J=46.8Hz,12.8Hz,1H),4.87(d,J=2.5Hz,2H),4.33−4.22(m,4H),2.57(t,J=2.5Hz,1H),1.41−1.32(m,6H)
〔リチウムイオン二次電池の作製〕
LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2(正極活物質、正極活物質10gを蒸留水100mlに分散させた時の上澄み液のpHは11.1);94質量%、アセチレンブラック(導電剤);3質量%を混合し、予めポリフッ化ビニリデン(結着剤);3質量%を1−メチル−2−ピロリドンに溶解させておいた溶液に加えて混合し、正極合剤ペーストを調製した。この正極合剤ペーストをアルミニウム箔(集電体)上の片面に塗布し、乾燥、加圧処理して所定の大きさに打ち抜き、正極シートを作製した。正極の集電体を除く部分の密度は3.6g/cm3であった。また、人造黒鉛(d002=0.335nm、負極活物質)95質量%を、予めポリフッ化ビニリデン(結着剤)5質量%を1−メチル−2−ピロリドンに溶解させておいた溶液に加えて混合し、負極合剤ペーストを調製した。この負極合剤ペーストを銅箔(集電体)上の片面に塗布し、乾燥、加圧処理して所定の大きさに打ち抜き負極シートを作製した。負極の集電体を除く部分の密度は1.5g/cm3であった。また、この電極シートを用いてX線回折測定した結果、黒鉛結晶の(110)面のピーク強度I(110)と(004)面のピーク強度I(004)の比〔I(110)/I(004)〕は0.1であった。そして、正極シート、微多孔性ポリエチレンフィルム製セパレータ、負極シートの順に積層し、表1及び表2に記載の組成の非水電解液を加えて、2032型コイン電池を作製した。
上記の方法で作製した電池を用いて60℃の恒温槽中、1Cの定電流及び定電圧で、終止電圧4.3Vまで3時間充電し、次に1Cの定電流下、放電電圧3.0Vまで放電することを1サイクルとし、これを100サイクルに達するまで繰り返した。そして、以下の式によりサイクル後の容量維持率を求めた。
容量維持率(%)=(100サイクル後の放電容量/1サイクル後の放電容量)×100
また、電池の作製条件及び電池特性を表1〜表3に示す。
実施例3、比較例1で用いた負極活物質に変えて、ケイ素(単体)(負極活物質)を用いて、負極シートを作製した。ケイ素(単体);80質量%、アセチレンブラック(導電剤);15質量%を混合し、予めポリフッ化ビニリデン(結着剤);5質量%を1−メチル−2−ピロリドンに溶解させておいた溶液に加えて混合し、負極合剤ペーストを調製した。この負極合剤ペーストを銅箔(集電体)上に塗布し、乾燥、加圧処理して所定の大きさに打ち抜き、負極シートを作製したことの他は、実施例1、比較例1と同様にコイン電池を作製し、電池評価を行った。結果を表4に示す。
実施例3、比較例1で用いた正極活物質に変えて、非晶質炭素で被覆されたLiFePO4(正極活物質)を用いて、正極シートを作製した。非晶質炭素で被覆されたLiFePO4;90質量%、アセチレンブラック(導電剤);5質量%を混合し、予めポリフッ化ビニリデン(結着剤);5質量%を1−メチル−2−ピロリドンに溶解させておいた溶液に加えて混合し、正極合剤ペーストを調製した。この正極合剤ペーストをアルミニウム箔(集電体)上に塗布し、乾燥、加圧処理して所定の大きさに打ち抜き、正極シートを作製したこと、電池評価の際の充電終止電圧を3.6V、放電終止電圧を2.0Vとしたことの他は、実施例1、比較例1と同様にコイン電池を作製し、電池評価を行った。結果を表5に示す。
また、実施例32と比較例3の対比、実施例33と比較例4の対比から、負極にケイ素(単体)Siを用いた場合や、正極にリチウム含有オリビン型リン酸鉄塩を用いた場合にも同様な効果がみられる。従って、本発明の効果は、特定の正極や負極に依存した効果でないことは明らかである。
Claims (15)
- 非水溶媒に電解質塩が溶解されている非水電解液において、非水電解液中に下記一般式(I)で表される有機リン化合物を一種以上含有することを特徴とする非水電解液。
(式中、R1及びR2はそれぞれ独立して、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数3〜6のシクロアルキル基、炭素数2〜6のアルケニル基、炭素数3〜6のアルキニル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数3〜6のシクロアルコキシ基、炭素数2〜6のアルケニルオキシ基、炭素数3〜6のアルキニルオキシ基、炭素数1〜6のハロゲン化アルキル基、炭素数1〜6のハロゲン化アルコキシ基、少なくとも一つの水素原子がハロゲン原子で置換されていてもよい炭素数6〜12のアリール基、又は少なくとも一つの水素原子がハロゲン原子で置換されていてもよい炭素数6〜12のアリールオキシ基を示し、R1及びR2がアルキル基又はアルコキシ基の場合には、R1とR2が結合して環構造を形成してもよい。
R3及びR4は、それぞれ独立して水素原子、ハロゲン原子、又は炭素数1〜4のアルキル基を示す。mは1〜4の整数、nは0又は1、qは1又は2を示す。
また、Xは、qが1かつnが0の場合には炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数3〜6のアルキニルオキシ基、炭素数2〜6のアルキルオキシアルコキシ基、少なくとも一つの水素原子がハロゲン原子で置換された炭素数6〜12のアリールオキシ基、−O−L1−OC(=O)−C(=O)−OR5、−O−L2−C(=O)−OR5、又は−O−L5−CNを示し、qが1かつnが1の場合には、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数2〜6のアルキニル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数3〜6のアルキニルオキシ基、炭素数2〜6のアルキルオキシアルコキシ基、又は−C(=O)−OR5を示し、qが2の場合には、−O−L3−O−、−OC(=O)−C(=O)O−又は単結合を示す。さらに、R5は炭素数1〜6のアルキル基を示し、L1及びL3は炭素数2〜6のアルキレン基、又は炭素数4〜8のアルキニレン基を示し、L2及びL5は炭素数1〜6のアルキレン基を示す。ただし、qが1、nが0かつ、Xが炭素数1〜6のアルコキシ基の場合には、R1及びR2は結合して環構造を形成し、またqが1、nが0かつXが少なくとも一つの水素原子がハロゲン原子で置換された炭素数6〜12のアリールオキシ基の場合には、R3及びR4はともに水素原子である。) - 前記一般式(I)で表される有機リン化合物の含有量が、非水電解液中で0.001〜10質量%である、請求項1に記載の非水電解液。
- 前記一般式(I)で表される有機リン化合物が、2−プロピニル 2−(ジエチルホスホリル)アセテート、2−プロピニル 2−(エトキシ(エチル)ホスホリル)アセテート、2−プロピニル 2−(ジメトキシホスホリル)アセテート、2−プロピニル 2−(ジエトキシホスホリル)アセテート、2−プロピニル 2−(ジフェノキシホスホリル)アセテート、2−プロピニル 2−(ジエトキシホスホリル)−2−フルオロアセテート、2−プロピニル 3−(ジエトキシホスホリル)プロパノエート、1−メチル−2−プロピニル 2−(ジエトキシホスホリル)アセテート、1,1−ジメチル−2−プロピニル 2−(ジエトキシホスホリル)アセテート、2−メトキシエチル 2−(ジエトキシホスホリル)アセテート、2−トリフルオロメチルフェニル 2−(ジエトキシホスホリル)アセテート、4−トリフルオロメチルフェニル 2−(ジエトキシホスホリル)アセテート、メチル 2−(2−オキシド−1,3,2−ジオキサホスホラン−2−イル)アセテート、2−(2−(ジエトキシホスホリル)アセトキシ)エチル メチル オギザレート、メチル 2−(2−(ジエトキシホスホリル)アセトキシ)プロパノエート、(ジエトキシホスホリル)メチル アセテート、(ジエトキシホスホリル)メチル メチル オギザレート、エタン−1,2−ジイル ビス(2−(ジエトキシホスホリル)アセテート)、2−ブチン−1,4−ジイル ビス(2−(ジエトキシホスホリル)アセテート)、ビス((ジメトキシホスホリル)メチル)オギザレート、ビス((ジエトキシホスホリル)メチル)オギザレート、及び2−シアノエチル 2−(ジエトキシホスホリル)アセテートから選ばれる少なくとも一種である、請求項1又は2に記載の非水電解液。
- 非水溶媒が、環状カーボネート及び鎖状エステルを含有する、請求項1〜3のいずれかに記載の非水電解液。
- 環状カーボネートが、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、1,2−ブチレンカーボネート、2,3−ブチレンカーボネート、4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、トランス又はシス−4,5−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、ビニレンカーボネート、及びビニルエチレンカーボネートから選ばれる少なくとも一種である、請求項4に記載の非水電解液。
- 鎖状エステルがメチル基を有する鎖状エステルである請求項4に記載の非水電解液。
- 前記電解質塩が、LiPF6、LiPO2F2、Li2PO3F、LiBF4、LiN(SO2CF3)2及びLiN(SO2C2F5)2、LiN(SO2F)2、ジフルオロビス[オキサレート−O,O']リン酸リチウム及びテトラフルオロ[オキサレート−O,O']リン酸リチウムから選ばれる少なくとも一種を含む、請求項1〜6のいずれかに記載の非水電解液。
- 非水電解液が、更にニトリル、環状もしくは鎖状のS=O基含有化合物、及び三重結合含有化合物から選ばれる少なくとも一種を含有する、請求項1〜7のいずれかに記載の非水電解液。
- ニトリルが、スクシノニトリル、グルタロニトリル、アジポニトリル、及びピメロニトリルから選ばれる少なくとも一種である、請求項8に記載の非水電解液。
- S=O基含有化合物が、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、2,4−ブタンスルトン、エチレンサルファイト、及び4−(メチルスルホニルメチル)−1,3,2−ジオキサチオラン−2−オキシドから選ばれる少なくとも一種である、請求項8に記載の非水電解液。
- 三重結合含有化合物が、2−プロピニル メチル カーボネート、メタンスルホン酸 2−プロピニル、ジ(2−プロピニル)オギザレート、及び2−ブチン−1,4−ジイル ジメタンスルホネートから選ばれる少なくとも一種である、請求項8に記載の非水電解液。
- 正極、負極及び非水溶媒に電解質塩が溶解されている非水電解液を備えた蓄電デバイスであって、該非水電解液が請求項1〜11のいずれかに記載の非水電解液であることを特徴とする蓄電デバイス。
- 正極活物質が、リチウム複合酸化物及びリチウム含有オリビン型リン酸塩から選ばれる少なくとも一種である、請求項12に記載の蓄電デバイス。
- 負極活物質が、リチウム金属、リチウム合金、及びリチウムを吸蔵及び放出することが可能な炭素材料から選ばれる少なくとも一種である、請求項12に記載の蓄電デバイス。
- 請求項1に記載の一般式(I)で表される有機リン化合物を含有することを特徴とする蓄電デバイスの非水電解液用添加剤。
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