KR101363442B1

KR101363442B1 - 전기 화학 디바이스용 전해질, 이것을 사용하는 전해액 및 비수 전해액 전지

Info

Publication number: KR101363442B1
Application number: KR1020117023368A
Authority: KR
Inventors: 쇼이치 츠지오카; 도시노리 미츠이; 유키 곤도; 아이이치로 후지와라
Original assignee: 샌트랄 글래스 컴퍼니 리미티드
Priority date: 2009-04-22
Filing date: 2010-03-23
Publication date: 2014-02-14
Anticipated expiration: 2030-03-23
Also published as: KR20110131264A; US20120028132A1; CN102414902B; JP5544748B2; WO2010122867A1; CN102414902A; EP2408051A1; JP2010257616A; EP2408051B1; US8841034B2; EP2408051A4

Abstract

본 발명의 목적은, 전기 화학 디바이스용 전해질로서의 성질을 가지는 신규의 전해질을 알아내어, 이것을 이용한 우수한 비수 전해액 전지용 전해액 및 비수 전해액 전지를 제공하는 것이다.
일반식 (1)로 나타내는 화학 구조식으로 이루어지는 전기 화학 디바이스용 전해질을 제공한다.

단, M은, 주기율표의 13족 또는 15족 원소, A⁺는, 알칼리 금속 이온 또는 오늄 이온, m은, M이, 13족인 경우에는 1∼4, 15족인 경우에는 1∼6, n은, M이, 13족인 경우에는 0∼3, 15족인 경우에는 0∼5, R은, 할로겐, C1∼C10의 할로겐화 알킬, C6∼C20의 아릴, 또는 C6∼C20의 할로겐화 아릴, 혹은, 이들 구조 중의, 수소 대신에, 할로겐, 사슬형 또는 고리형의 알킬기, 아릴기, 알케닐기, 알콕시기, 아릴옥시기, 술포닐기, 아미노기, 시아노기, 카르보닐기, 아실기, 아미드기, 또는 수산기, 혹은, 탄소 대신에, 질소, 유황, 또는 산소가 도입된 구조여도 되고, n개 있는 R은 각각 독립적으로, 다른 종류의 것이어도 되고 동일한 것이어도 되는 것을 나타낸다.

Description

전기 화학 디바이스용 전해질, 이것을 사용하는 전해액 및 비수 전해액 전지{ELECTROLYTE FOR ELECTROCHEMICAL DEVICE, ELECTROLYTE SOLUTION USING SAME, AND NON-AQUEOUS ELECTROLYTE BATTERY}

본 발명은, 리튬 전지, 리튬 이온 전지, 전기 이중층 커패시터 등의 전기 화학 디바이스용으로서 이용되는 전해질과, 이것을 사용하는 비수 전해액 전지용 전해액 및 비수 전해액 전지에 관한 것이다.

최근의 휴대 기기의 발전에 수반하여, 그 전원으로서 전지나 커패시터와 같은 전기 화학적 현상을 이용한 전기 화학 디바이스의 개발이 활발하게 행해지게 되었다. 또한, 전원 이외의 전기 화학 디바이스로는, 전기 화학 반응에 의해 색의 변화가 일어나는 일렉트로크로믹 디스플레이(ECD)를 들 수 있다.

이들 전기 화학 디바이스는 일반적으로 1쌍의 전극과 그 사이를 채우는 이온 전도체로 구성된다. 이 이온 전도체에는 용매, 고분자 또는 그들의 혼합물 중에 전해질로 불리는 카티온(A⁺)과 아니온(B^-)으로 이루어지는 염류(AB)를 용해시킨 것이 사용된다. 이 전해질은 용해됨으로써, 카티온과 아니온으로 해리되어, 이온 전도된다. 디바이스에 필요한 이온 전도도를 얻기 위해서는, 이 전해질이 용매나 고분자에 충분한 양 용해되는 것이 필요하다. 실제로는 물 이외의 것을 용매로서 사용하는 경우가 많으며, 이와 같은 유기 용매나 고분자에 충분한 용해도를 가지는 전해질은 현재의 상태에서는 몇 종류로 한정된다. 예를 들어, 리튬 이온 전지용 전해질로는 LiClO₄, LiPF₆, LiBF₄, LiAsF₆, LiN(CF₃SO₂)₂ 및 LiCF₃SO₃뿐이다. 카티온 부분은 리튬 전지의 리튬 이온과 같이, 디바이스에 의해 결정되어 있는 것이 많지만, 아니온 부분은 용해성이 높다는 조건을 만족시키면 사용 가능하다.

디바이스의 응용 범위가 다종 다양화되고 있는 가운데, 각각의 용도에 대한 최적의 전해질이 탐색되고 있으나, 현재의 상태에서는 아니온의 종류가 적기 때문에 최적화도 한계에 달하고 있다. 또한, 기존의 전해질은 다양한 문제를 가지고 있어, 신규의 아니온부를 가지는 전해질이 요망되고 있다. 구체적으로는 ClO₄ 이온은 폭발성, AsF₆ 이온은 독성을 가지기 때문에 안전상의 이유에서 사용할 수 없다. LiN(CF₃SO₂)₂ 및 LiCF₃SO₃은 전지 내의 알루미늄의 집전체를 전위가 걸린 상태에서 부식시키기 때문에 사용이 곤란하다. 유일하게 실용화되어 있는 LiPF₆도 내열성, 내가수분해성 등의 문제를 가진다.

이제까지 신규의 아니온부를 가지는 전해질로서, 몇 가지 화합물이 제안되어 있다. 예를 들어, 신규의 전해질로서, 비스(비페닐디올라토)붕산리튬이 제안되어 있으나(특허문헌 1), 비수 유기 용매에 대한 용해도나 전지 내에서의 내산화성이 불충분한 것이 과제가 되고 있다. 또한, 비스(살리실라토)붕산리튬 및 그 배위자 상에 치환기로서 전자 흡인성의 Cl을 결합한 신규의 전해질이 제안되어 있으나(비특허문헌 1), 비스(살리실라토)붕산리튬은 이온 전도도, 내산화성이 불충분하고, Cl 치환한 유도체는 이온 전도도, 내산화성이 개선되었지만, 그 대신에 용해도가 극단적으로 낮아진다는 과제가 있다.

또한 전기 화학 디바이스인 전지에 있어서, 최근, 정보 관련 기기, 통신 기기, 즉 퍼스널 컴퓨터, 비디오 카메라, 디지털 스틸 카메라, 휴대전화 등의 소형, 고에너지 밀도 용도용의 축전 시스템이나 전기 자동차, 하이브리드차, 연료 전지차 보조 전원, 전력 저장 등의 대형, 파워 용도용의 축전 시스템이 주목을 끌고 있다. 그 하나의 후보로서 리튬 이온 전지, 리튬 전지, 리튬 이온 커패시터 등의 비수 전해액 전지가 활발하게 개발되고 있다.

이들 비수 전해액 전지는 이미 실용화되어 있는 것도 많지만, 내구성에 있어서 다양한 용도에서 만족할 수 있는 것은 아니며, 특히 45℃ 이상일 때의 열화가 크기 때문에 자동차용 등 장기간, 온도가 높은 장소에서 사용하는 용도로는 문제가 있다.

일반적으로 이들 비수 전해액 전지에서는, 비수 전해액 혹은 겔화제에 의해 의고체화(擬固體化)된 비수 전해액이 이온 전도체로서 이용되고 있다. 그 구성은 다음과 같은 것으로, 용매로서, 비프로톤성의 에틸렌카보네이트, 프로필렌카보네이트, 디메틸카보네이트, 디에틸카보네이트, 에틸메틸카보네이트 등에서 선택되는 1종류 혹은 수종류의 혼합 용매가 사용되고, 용질로서 리튬염, 즉 LiPF₆, LiBF₄, (CF₃SO₂)₂NLi, (C₂F₅SO₂)₂NLi 등이 사용되고 있다.

이제까지 비수 전해액 전지의 사이클 특성, 고온 보존성 등, 내구성을 개선하기 위한 수단으로서, 정극(正極)이나 부극(負極)의 활물질을 비롯한 여러가지 전지 구성 요소의 최적화가 검토되어 왔다. 비수 전해액 관련 기술도 그 예외는 아니며, 활성의 정극이나 부극의 표면에서 전해액이 분해되는 것에 의한 열화를 다양한 첨가제로 억제하는 것이 제안되어 있다. 예를 들어, 전해액에 비닐렌카보네이트를 첨가하는 것(특허문헌 2), 시클로헥실벤젠, 테트라하이드로나프탈렌을 첨가하는 것(특허문헌 3)에 의해, 열화를 억제하여, 전지 특성을 향상시키는 것이 제안되어 있다. 그러나, 45℃ 이상의 고온에서는 열화를 억제하는 효과는 충분하다고는 하기 어렵고, 게다가 전지 내의 저항이 상승하는 등의 문제점도 있어, 전해액의 추가적인 특성 향상이 요망되고 있다.

일본 공표특허공보 제2000-516930호 일본 공개특허공보 제2000-123867호 일본 특허 제3671936호

J. Electrochem. Soc., 148(9), A999(2001)

상기와 같이 다양한 전기 화학 디바이스에 대응하기 위해서는 충분한 특성을 가지는 신규의 전해질의 등장이 필요하며, 본 발명은, 전기 화학 디바이스용 전해질로서의 성질을 가지는 신규의 전해질을 알아내어, 이것을 이용한 우수한 비수 전해액 전지용 전해액 및 비수 전해액 전지를 제공하는 것을 과제로 한 것이다.

본 발명자들은, 이러한 문제를 감안하여 예의 검토한 결과, 신규의 화학 구조적인 특징을 가지는 전해질을 알아내고, 이것을 이용하여 우수한 비수 전해액 전지용 전해액 및 비수 전해액 전지를 알아내어 본 발명에 이르렀다.

즉, 본 발명은, 일반식 (1)로 나타내는 화학 구조식으로 이루어지는 전기 화학 디바이스용 전해질로,

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단, M은, 주기율표의 13족 또는 15족 원소, A⁺는, 알칼리 금속 이온 또는 오늄 이온, m은, M이, 13족인 경우에는 1∼4, 15족인 경우에는 1∼6, n은, M이, 13족인 경우에는 0∼3, 15족인 경우에는 0∼5, R은, 할로겐, C1∼C10의 할로겐화 알킬, C6∼C20의 아릴, 또는 C6∼C20의 할로겐화 아릴, 혹은, 이들 구조 중의, 수소 대신에, 할로겐, 사슬형 또는 고리형의 알킬기, 아릴기, 알케닐기, 알콕시기, 아릴옥시기, 술포닐기, 아미노기, 시아노기, 카르보닐기, 아실기, 아미드기, 또는 수산기, 혹은, 탄소 대신에, 질소, 유황, 또는 산소가 도입된 구조여도 되고, n개 있는 R은 각각 독립적으로, 다른 종류의 것이어도 되고 동일한 것이어도 되는 것을 각각 나타내는 것을 특징으로 하는 전기 화학 디바이스용 전해질을 제공하는 것이다.

나아가서는, M이, B 또는 P 중 어느 하나이고, A⁺가, Li 이온, Na 이온, K 이온, 또는 4급 알킬암모늄 이온으로 이루어지는 군에서 선택된 어느 하나의 카티온이며, R이, 불소, 페닐기, 또는 펜타플루오로페닐기의 관능기인 것을 특징으로 하는 전기 화학 디바이스용 전해질로, 또한, 일반식 (1)의 아니온 부분이, [BF₃(PO₂F₂)]^-, [BF₂(PO₂F₂)₂]^-, [BF(PO₂F₂)₃]^-, [B(PO₂F₂)₄]^-, [PF₅(PO₂F₂)]^-, [PF₄(PO₂F₂)₂]^-, [PF₃(PO₂F₂)₃]^-, [PF₂(PO₂F₂)₄]^-, [PF(PO₂F₂)₅]^-, [P(PO₂F₂)₆]^-, [B(C₆H₅)₃(PO₂F₂)]^-, [B(C₆F₅)₃(PO₂F₂)]^-로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 하나의 화합물인 것을 특징으로 하는 전기 화학 디바이스용 전해질을 제공하는 것이다.

나아가서는, 비수 유기 용매에 상기 전기 화학 디바이스용 전해질을 함유하는 것, 또는, 비수 유기 용매와 용질로 이루어지는 비수 전지용 전해액에 있어서, 첨가제로서 상기 전기 화학 디바이스용 전해질을 함유하는 것을 특징으로 하는 비수 전해액 전지용 전해액을 제공하는 것이다.

또한, 당해 비수 유기 용매가, 에틸렌카보네이트, 프로필렌카보네이트, 디에틸카보네이트, 디메틸카보네이트, 또는 에틸메틸카보네이트이고, 혹은, 상기 전기 화학 디바이스용 전해질의 첨가 농도가, 비수 전해액 전지용 전해액에 대하여 0.01∼10.0 질량％의 범위인 것, 또는, 당해 용질이, LiPF₆, LiBF₄, (CF₃SO₂)₂NLi, 또는 (C₂F₅SO₂)₂NLi인 것을 특징으로 하는 비수 전해액 전지용 전해액을 제공하는 것이다.

또한, 적어도 정극과, 리튬 또는 리튬의 흡장 방출이 가능한 부극 재료로 이루어지는 부극과, 전해액을 구비한 비수 전해액 전지에 있어서, 전해액에 상기 비수 전해액 전지용 전해액을 포함하는 것을 특징으로 하는 비수 전해액 전지를 제공하는 것이다.

본 발명에 의해, 전기 화학 디바이스에 대응하는 신규의 전해질을 제공할 수 있다.

이하에, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

여기서, 본 발명의 일반식 (1)로 나타내는 화합물의 구체예를 다음에 나타낸다. LiBF₃(PO₂F₂), LiBF₂(PO₂F₂)₂, LiBF(PO₂F₂)₃, LiB(PO₂F₂)₄, LiB(CF₃)₃(PO₂F₂), LiB(C₂F₅)₃(PO₂F₂), LiB(C₆H₅)₃(PO₂F₂), LiB(C₆F₅)₃(PO₂F₂), LiPF₅(PO₂F₂), LiPF₄(PO₂F₂)₂, LiPF₃(PO₂F₂)₃, LiPF₂(PO₂F₂)₄, LiPF(PO₂F₂)₅, LiP(PO₂F₂)₆, LiP(CF₃)₃F₂(PO₂F₂) 등을 들 수 있다.

예를 들어, LiB(C₆H₅)₃(PO₂F₂)의 화학 구조식은, 다음 식

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으로, LiB(C₆F₅)₃(PO₂F₂)의 화학 구조식은, 다음 식

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로, LiB(CF₃)₃(PO₂F₂)의 화학 구조식은, 다음 식

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로, LiB(C₂F₅)₃(PO₂F₂)의 화학 구조식은, 다음 식

삭제

으로, LiP(CF₃)₃F₂(PO₂F₂)의 화학 구조식은, 다음 식

삭제

로 나타낸다.

여기서는 A⁺로서 리튬 이온을 들고 있지만, 리튬 이온 이외의 카티온으로서, 예를 들어, 나트륨 이온, 칼륨 이온, 세슘 이온, 은 이온, 구리 이온, 테트라부틸암모늄 이온, 테트라에틸암모늄 이온, 테트라메틸암모늄 이온, 트리에틸메틸암모늄 이온, 트리에틸암모늄 이온, 피리디늄 이온, 이미다졸륨 이온, 수소 이온, 테트라에틸포스포늄 이온, 테트라메틸포스포늄 이온, 테트라페닐포스포늄 이온, 트리페닐술포늄 이온, 트리에틸술포늄 이온 등도 이용된다.

전기 화학적인 디바이스 중에서의 이온 전도를 돕는 역할을 한다는 관점에서, 리튬 이온, 나트륨 이온, 칼륨 이온, 4급 알킬암모늄 이온이 바람직하다.

본 발명의 전기 화학 디바이스용 전해질은, 이온성 금속 착체 구조를 취하고 있고, 그 중심이 되는 M은, 주기율표의 13족 또는 15족 원소에서 선택된다. 바람직하게는, Al, B, V, Ti, Si, Zr, Ge, Sn, Cu, Y, Zn, Ga, Nb, Ta, Bi, P, As, Sc, Hf, 또는 Sb 중 어느 것이며, 더욱 바람직하게는, B 또는 P이다. 다양한 원소를 중심의 M으로서 이용하는 것은 가능하지만, Al, B, V, Ti, Si, Zr, Ge, Sn, Cu, Y, Zn, Ga, Nb, Ta, Bi, P, As, Sc, Hf, 또는 Sb의 경우, 비교적 합성도 용이하고, 또한, B 또는 P의 경우, 합성의 용이성 외에, 저독성, 안정성, 비용과 모든 면에서 우수한 특성을 가진다.

다음으로, 본 발명의 전기 화학 디바이스용 전해질(이온성 금속 착체)의 특징이 되는 배위자의 부분에 대해 설명한다. 이하, 여기서는 M에 결합하고 있는 유기 또는 무기의 부분을 배위자라고 부른다.

일반식 (1) 중의 R은, 할로겐, C1∼C10의 할로겐화 알킬, C6∼C20의 아릴, C6∼C20의 할로겐화 아릴에서 선택되는 것, 혹은, 이들 구조 중의, 수소 대신에, 할로겐, 사슬형 또는 고리형의 알킬기, 아릴기, 알케닐기, 알콕시기, 아릴옥시기, 술포닐기, 아미노기, 시아노기, 카르보닐기, 아실기, 아미드기, 또는 수산기, 혹은, 탄소 대신에, 질소, 유황, 또는 산소가 도입된 구조를 들 수 있다. 나아가서는, n개 있는 R은 각각 독립적으로, 다른 종류의 것이어도 되고 동일한 것이어도 된다.

또한, R 중에서 사용되는 할로겐은 특히 불소가 바람직하고, 그 강한 전자 흡인성에 의한 전해질의 해리도의 향상과 사이즈가 작아지는 것에 의한 이동도의 향상의 효과에 의해, 이온 전도도가 매우 높아진다.

또 한 종류의 배위자로서 일반식 (1)에 기재되어 있는 PO₂F₂는 본 발명의 최대의 특징을 나타내는 전자 흡인성의 배위자이다. 이 배위자는 비교적 콤팩트하면서, 인에 결합하고 있는 불소와 산소의 효과로 전자 흡인성이 강해져 있고, 그 효과에 의해 전해질의 해리도의 향상과 사이즈가 작아지는 것에 의한 이동도의 향상이 일어나, 이온 전도도가 높아진다. 게다가, 내전압성도 높고, 이 전해질을 사용한 전지의 수명도 길어진다.

또한, 여기까지 설명한 배위자의 수에 관계되는 정수 m 및 n은, 중심의 M의 종류에 따라 결정되는 것인데, m은, M이, 13족인 경우에는 1∼4, 15족인 경우에는 1∼6이고, n은, M이, 13족인 경우에는 0∼3, 15족인 경우에는 0∼5가 바람직하다.

또한, 본 발명의 전기 화학 디바이스용 전해질의 합성법은, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어, LiBF₃(PO₂F₂)의 경우, 비수 용매 중에서 BF₃과 등몰의 LiPO₂F₂를 반응시키는 방법이나 LiBF₄와 등몰의 LiPO₂F₂를 반응시켜, LiF를 제거하는 방법에 의해 합성할 수 있다.

LiBF₂(PO₂F₂)₂의 경우, 비수 용매 중에서 BF₃과 2배몰의 LiPO₂F₂를 반응시키는 방법이나 LiBF₄와 2배몰의 LiPO₂F₂를 반응시켜, LiF를 제거하는 방법에 의해 합성할 수 있다.

LiPF₅(PO₂F₂)의 경우, 비수 용매 중에서 PF₅와 등몰의 LiPO₂F₂를 반응시키는 방법에 의해 합성할 수 있다.

본 발명의 전기 화학 디바이스용 전해질을 사용하여 전기 화학 디바이스를 구성하는 경우, 그 기본 구성 요소로는, 이온 전도체, 부극, 정극, 집전체, 세퍼레이터 및 용기 등으로 이루어진다.

이온 전도체로는, 전해질과 비수계 용매 또는 폴리머의 혼합물이 사용된다. 비수계 용매를 사용하면, 일반적으로 이 이온 전도체는 비수 전해액이라고 불리고, 폴리머를 사용하면, 폴리머 고체 전해질이라고 불리게 된다. 폴리머 고체 전해질에는 가소제로서 비수계 용매를 함유하는 것도 포함된다.

또한, 이온 전도체에 있어서 비수계 용매를, 부극에 있어서 리튬 또는 리튬의 흡장 방출이 가능한 부극 재료를, 사용하는 전기 화학 디바이스를 비수 전해액 전지라고 부른다.

비수 용매로는, 본 발명의 전기 화학 디바이스용 전해질을 용해시킬 수 있는 비프로톤성의 용매이면 특별히 한정되는 것은 아니며, 예를 들어, 카보네이트류, 에스테르류, 에테르류, 락톤류, 니트릴류, 아미드류, 술폰류 등을 사용할 수 있다. 또한, 단일의 용매뿐만 아니라, 2종류 이상의 혼합 용매여도 된다. 구체예로는, 프로필렌카보네이트, 에틸렌카보네이트, 부틸렌카보네이트, 디에틸카보네이트, 디메틸카보네이트, 메틸에틸카보네이트, 아세트산메틸, 프로피온산메틸, 디메톡시에탄, 디에틸에테르, 아세토니트릴, 프로피오니트릴, 테트라하이드로푸란, 2-메틸테트라하이드로푸란, 디옥산, 니트로메탄, N,N-디메틸포름아미드, 디메틸술폭시드, 술포란, 및 γ-부티로락톤, γ-발레로락톤 등을 들 수 있다. 또한, 이온 액체 등도 들 수 있다. 이들 중에서는 그 산화 환원에 대한 전기 화학적인 안정성과 열이나 용질과의 반응에 관련된 화학적 안정성의 관점에서, 특히 프로필렌카보네이트, 에틸렌카보네이트, 디에틸카보네이트, 디메틸카보네이트, 메틸에틸카보네이트가 바람직하다.

전해질에 혼합하는 폴리머로는, 당해 화합물을 용해시킬 수 있는 비프로톤성의 폴리머이면 특별히 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 폴리에틸렌옥사이드를 주쇄 또는 측쇄에 가지는 폴리머, 폴리비닐리덴플루오라이드의 호모폴리머 또는 코폴리머, 메타크릴산에스테르 폴리머, 폴리아크릴로니트릴 등을 들 수 있다. 이들 폴리머에 가소제를 첨가하는 경우에는, 상기 비프로톤성 비수 용매가 사용 가능하다. 이들의 이온 전도체 중에 있어서의 본 발명의 전기 화학 디바이스용 전해질 농도는, 특별히 제한은 없지만, 하한은 0.5mol/L 이상, 바람직하게는 0.7mol/L 이상, 더욱 바람직하게는 0.9mol/L 이상이고, 또한, 상한은 2.5mol/L 이하, 바람직하게는 2.0mol/L 이하, 더욱 바람직하게는 1.5mol/L 이하의 범위이다. 0.5mol/L를 하회하면 이온 전도도가 저하됨으로써 비수 전해액 전지의 사이클 특성, 출력 특성이 저하되고, 한편, 2.5mol/L를 초과하면 비수 전해액 전지용 전해액의 점도가 상승함으로써 역시 이온 전도를 저하시켜, 비수 전해액 전지의 사이클 특성, 출력 특성을 저하시킬 우려가 있다.

본 발명의 전기 화학 디바이스용 전해질을 첨가제로서 비수 전해액 전지용 전해액에 사용하는 경우, 비수 전해액 전지용 전해액의 용질의 종류는, 특별히 한정되지 않고, 임의의 리튬염을 사용할 수 있다. 구체예로는, LiPF₆, LiBF₄, LiClO₄, LiAsF₆, LiSbF₆, LiCF₃SO₃, LiN(SO₂CF₃)₂, LiN(SO₂C₂F₅)₂, LiN(SO₂CF₃)(SO₂C₄F₉), LiC(SO₂CF₃)₃, LiPF₃(C₃F₇)₃, LiB(CF₃)₄, LiBF₃(C₂F₅) 등으로 대표되는 전해질 리튬염을 들 수 있다. 이들 용질은, 1종류를 단독으로 사용해도 되고, 2종류 이상을 용도에 맞추어 임의의 조합, 비율로 혼합하여 사용해도 된다. 그 중에서도, 전지로서의 에너지 밀도, 출력 특성, 수명 등으로부터 생각하면 LiPF₆, LiBF₄, (CF₃SO₂)₂NLi, (C₂F₅SO₂)₂NLi가 바람직하다.

이들 용질의 농도에 대해서는, 특별히 제한은 없지만, 하한은 0.5mol/L 이상, 바람직하게는 0.7mol/L 이상, 더욱 바람직하게는 0.9mol/L 이상이고, 또한, 상한은 2.5mol/L 이하, 바람직하게는 2.0mol/L 이하, 더욱 바람직하게는 1.5mol/L 이하의 범위이다. 0.5mol/L를 하회하면 이온 전도도가 저하됨으로써 비수 전해액 전지의 사이클 특성, 출력 특성이 저하되고, 한편, 2.5mol/L를 초과하면 비수 전해액 전지용 전해액의 점도가 상승함으로써 역시 이온 전도를 저하시켜, 비수 전해액 전지의 사이클 특성, 출력 특성을 저하시킬 우려가 있다.

본 발명의 전기 화학 디바이스용 전해질을 비수 전해액 전지용 전해액에 사용하는 경우의 첨가 농도는, 비수 전해액 전지용 전해액에 대하여 0.01 질량％ 이상, 바람직하게는 0.03 질량％ 이상, 더욱 바람직하게는 0.05 질량％ 이상이고, 또한, 10.0 질량％ 이하, 바람직하게는 5.0 질량％ 이하, 더욱 바람직하게는 2.0 질량％ 이하의 범위이다. 0.01 질량％를 하회하면 비수 전해액 전지의 사이클 특성, 고온 보존성 등, 내구성을 향상시키고, 또한 내부 저항의 상승을 억제하는 효과가, 충분히 얻어지지 않고, 한편, 10.0 질량％를 초과하면 전해액의 점도가 지나치게 상승하기 때문에, 비수 전해액 전지 내에서의 이온(리튬 이온 전지의 경우에는 리튬 이온)의 이동이 방해됨으로써, 전지 성능의 저하를 일으킬 우려가 있다.

나아가서는, 본 발명의 요지를 저해하지 않는 한에 있어서, 본 발명의 비수 전해액 전지용 전해액에 일반적으로 사용되는 첨가제를 임의의 비율로 첨가해도 된다. 구체예로는, 시클로헥실벤젠, 비페닐, t-부틸벤젠, 비닐렌카보네이트, 비닐에틸렌카보네이트, 디플루오로아니솔, 플루오로에틸렌카보네이트, 프로판 술톤, 디메틸비닐렌카보네이트 등의 과충전 방지 효과, 부극 피막 형성 효과, 정극 보호 효과를 가지는 화합물을 들 수 있다. 또한, 리튬 폴리머 전지라고 불리는 비수 전해액 전지에 사용되는 경우와 같이 비수 전해액 전지용 전해액을 겔화제나 가교 폴리머에 의해 의고체화하여 사용하는 것도 가능하다.

부극 재료로는, 특별히 한정되지 않지만, 리튬을 흡장·방출할 수 있는 리튬 금속, 리튬과 다른 금속의 합금 및 금속간 화합물이나 다양한 카본 재료, 인조 흑연, 천연 흑연, 금속 산화물, 금속 질화물, 활성탄, 도전성 폴리머 등이 사용된다.

정극 재료로는, 특별히 한정되지 않지만, 리튬 전지 및 리튬 이온 전지의 경우, 예를 들어, LiCoO₂, LiNiO₂, LiMnO₂, LiMn₂O₄ 등의 리튬 함유 천이 금속 복합 산화물, 그들 리튬 함유 천이 금속 복합 산화물의 Co, Mn, Ni 등의 천이 금속이 복수 혼합된 것, 그들 리튬 함유 천이 금속 복합 산화물의 천이 금속의 일부가 다른 천이 금속 이외의 금속으로 치환된 것, 올리빈이라고 불리는 LiFePO4, LiCoPO4, LiMnPO4 등의 천이 금속의 인산 화합물, TiO₂, V₂O₅, MoO₃ 등의 산화물, TiS₂, FeS 등의 황화물, 혹은 폴리아세틸렌, 폴리파라페닐렌, 폴리아닐린, 및 폴리피롤 등의 도전성 고분자, 활성탄, 라디칼을 발생하는 폴리머, 카본 재료 등이 사용된다.

정극이나 부극 재료에는, 도전재로서 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 탄소 섬유, 또는 흑연, 결착제로서 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리불화비닐리덴, 또는 SBR 수지 등이 더해지고, 또한 시트 형상으로 성형된 전극 시트를 사용할 수 있다.

정극과 부극의 접촉을 막기 위한 세퍼레이터로는, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 종이, 또는 유리 섬유 등으로 만들어진 부직포나 다공질 시트가 사용된다.

이상의 각 요소로부터 코인 형상, 원통 형상, 각형, 또는 알루미늄 라미네이트 시트형 등의 형상의 전기 화학 디바이스가 조립된다.

이하 실시예에 의해 본 발명을 구체적으로 설명하는데, 본 발명은 이러한 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

노점 -50℃의 글로브 박스 중에서 3불화붕소디에틸에테르 착체((C₂H₅)₂O·BF₃) 2.4g을 7.5g의 디메틸카보네이트에 용해시켰다. 다음으로 디플루오로인산리튬(LiPO₂F₂) 1.9g을 이 용액에 첨가하여, 25℃에서 2시간 교반하였다. 그 후, 35℃, 2600Pa의 감압 조건으로 부생성물의 디에틸에테르를 제거하여, LiBF₃(PO₂F₂)를 55.5wt％ 함유하는 디메틸카보네이트 용액 5.4g을 얻었다.

얻어진 생성물은 LiBF₃(PO₂F₂)이며, NMR 스펙트럼에 의해 확인되었다.

NMR 스펙트럼에 대해 이하에 나타낸다.

¹⁹F-NMR(트리클로로플루오로메탄 기준, 용매 CD₃CN)

-83.1ppm(1F, d, J=961.3Hz)

-85.6ppm(1F, d, J=961.3Hz)

-146.7ppm(3F, s)

¹¹B-NMR(B(OCH₃)₃ 기준, 용매 CD₃CN)

-19.9ppm(s)

실시예 2

실시예 1에서 얻어진 LiBF₃(PO₂F₂)를 전해질로서 사용하여, 농도 1.0mol/L의 전해액을 조제하였다. 이때 용매로는 에틸렌카보네이트(EC)와 에틸메틸카보네이트(EMC)의 혼합 용매(EC:EMC=1:2)를 사용하였다.

이 전해액을 사용하고 LiCoO₂를 정극 재료, 흑연을 부극 재료로 하여 셀을 제조하고, 실제로 전지의 충방전 시험을 실시하였다. 시험용 셀은 이하와 같이 제조하였다.

LiCoO₂ 분말 90 질량부에, 바인더로서 5 질량부의 폴리불화비닐리덴(PVDF), 도전재로서 아세틸렌 블랙을 5 질량부 혼합하고, 추가로 N-메틸피롤리돈을 첨가하여, 페이스트상으로 하였다. 이 페이스트를 알루미늄박 상에 도포하여, 건조시킴으로써, 시험용 정극체로 하였다. 또한, 흑연 분말 90 질량부에, 바인더로서 10 질량부의 폴리불화비닐리덴(PVDF)을 혼합하고, 추가로 N-메틸피롤리돈을 첨가하여, 슬러리상으로 하였다. 이 슬러리를 구리박 상에 도포하여, 150℃에서 12시간 건조시킴으로써, 시험용 부극체로 하였다. 그리고, 폴리에틸렌제 세퍼레이터에 전해액을 스며들게 하여 코인형 셀을 조립하였다.

이상과 같은 방법으로 제조한 셀을 사용하여 25℃의 환경 온도에서 충방전 시험을 실시하였다. 충전, 방전 모두 전류 밀도 0.35mA/㎠로 행하고, 충전은, 4.2V에 도달한 후, 1시간 4.2V를 유지, 방전은, 3.0V까지 행하여, 충방전 사이클을 반복하였다. 첫회의 방전 용량은 부극의 질량 기준으로 350mAh/g이었다. 그리고, 초기의 방전 용량에 대한 500 사이클 후의 방전 용량의 백분율로 나타내는 500 사이클 후의 방전 용량 유지율은 86％였다.

실시예 3

LiBF₂(PO₂F₂)₂를 전해질로서 사용하여, 농도 1.0mol/L의 전해액을 조제하였다. 이때 용매로는 에틸렌카보네이트(EC)와 에틸메틸카보네이트(EMC)의 혼합 용매(EC:EMC=1:2)를 사용하였다.

이 전해액을 사용하고 실시예 2와 동일하게 LiCoO₂를 정극 재료, 흑연을 부극 재료로 하여 셀을 제조하고, 실제로 전지의 충방전 시험을 실시하였다.

제조한 셀을 사용하여 25℃의 환경 온도에서 충방전 시험을 실시하였다. 충전, 방전 모두 전류 밀도 0.35mA/㎠로 행하고, 충전은, 4.2V에 도달한 후, 1시간 4.2V를 유지, 방전은, 3.0V까지 행하여, 충방전 사이클을 반복하였다. 첫회의 방전 용량은 부극의 질량 기준으로 362mAh/g이었다. 그리고, 초기의 방전 용량에 대한 500 사이클 후의 방전 용량의 백분율로 나타내는 500 사이클 후의 방전 용량 유지율은 88％였다.

실시예 4

LiPF₅(PO₂F₂)를 전해질로서 사용하여, 농도 1.0mol/L의 전해액을 조제하였다. 이때 용매로는 에틸렌카보네이트(EC)와 에틸메틸카보네이트(EMC)의 혼합 용매(EC:EMC=1:2)를 사용하였다.

제조한 셀을 사용하여 25℃의 환경 온도에서 충방전 시험을 실시하였다. 충전, 방전 모두 전류 밀도 0.35mA/㎠로 행하고, 충전은, 4.2V에 도달한 후, 1시간 4.2V를 유지, 방전은, 3.0V까지 행하여, 충방전 사이클을 반복하였다. 첫회의 방전 용량은 부극의 질량 기준으로 361mAh/g이었다. 그리고, 초기의 방전 용량에 대한 500 사이클 후의 방전 용량의 백분율로 나타내는 500 사이클 후의 방전 용량 유지율은 92％였다.

실시예 5

에틸렌카보네이트와 에틸메틸카보네이트의 체적비 1:2의 혼합 용매 중에 용질로서 LiPF₆을 1.2mol/L, 일반식 (1)의 화합물로서 LiBF₃(PO₂F₂)를 3.0 질량％가 되도록 비수 전해액 전지용 전해액을 조제하였다.

LiCoO₂ 분말 90 질량부에, 바인더로서 5 질량부의 폴리불화비닐리덴(PVDF), 도전재로서 아세틸렌 블랙을 5 질량부 혼합하고, 추가로 N-메틸피롤리돈을 첨가하여, 페이스트상으로 하였다. 이 페이스트를 알루미늄박 상에 도포하여, 건조시킴으로써, 시험용 정극체로 하였다. 또한, 흑연 분말 90 질량부에, 바인더로서 10 질량부의 폴리불화비닐리덴(PVDF)을 혼합하고, 추가로 N-메틸피롤리돈을 첨가하여, 슬러리상으로 하였다. 이 슬러리를 구리박 상에 도포하여, 150℃에서 12시간 건조시킴으로써, 시험용 부극체로 하였다. 그리고, 폴리에틸렌제 세퍼레이터에 전해액을 스며들게 하여 알루미늄 라미네이트 외장의 50mAh 셀을 조립하였다.

이상과 같은 방법으로 제조한 셀을 사용하여 60℃의 환경 온도에서 충방전 시험을 실시하였다. 충전, 방전 모두 전류 밀도 0.35mA/㎠로 행하고, 충전은, 4.2V에 도달한 후, 1시간 4.2V를 유지, 방전은, 3.0V까지 행하여, 충방전 사이클을 반복하였다. 그리고, 500 사이클 후의 방전 용량 유지율과 500 사이클 후의 실온에서의 셀 저항값으로 셀의 열화 상태를 평가하였다. 용량 유지율은 초기의 방전 용량에 대한 500 사이클 후의 방전 용량의 백분율로 나타낸다. 결과는 표 1에 나타내는 바와 같이, 초기의 방전 용량에 대한 500 사이클 후의 방전 용량의 백분율로 나타내는 사이클 후 용량 유지율은 91％, 500 사이클 후의 실온에서의 셀 저항값인 사이클 후 저항값은 7Ω이었다.

실시예 6

상기 실시예 5에서 사용한 일반식 (1)의 화합물을 LiBF(PO₂F₂)₃으로 하고, 그 첨가 농도를 0.01 질량％로 한 것 이외에는 동일하게 하여 충방전 시험을 실시하였다. 결과는 표 1에 나타내는 바와 같이, 초기의 방전 용량에 대한 500 사이클 후의 방전 용량의 백분율로 나타내는 사이클 후 용량 유지율은 73％, 500 사이클 후의 실온에서의 셀 저항값인 사이클 후 저항값은 12Ω이었다.

실시예 7

상기 실시예 5에서 사용한 일반식 (1)의 화합물을 LiPF₅(PO₂F₂)로 하고, 그 첨가 농도를 10.0 질량％로 한 것 이외에는 동일하게 하여 충방전 시험을 실시하였다. 결과는 표 1에 나타내는 바와 같이, 초기의 방전 용량에 대한 500 사이클 후의 방전 용량의 백분율로 나타내는 사이클 후 용량 유지율은 94％, 500 사이클 후의 실온에서의 셀 저항값인 사이클 후 저항값은 15Ω이었다.

실시예 8

상기 실시예 5에서 사용한 일반식 (1)의 화합물을 LiBF₂(PO₂F₂)₂로 하고, 그 첨가 농도를 1.0 질량％로 한 것 이외에는 동일하게 하여 충방전 시험을 실시하였다. 결과는 표 1에 나타내는 바와 같이, 초기의 방전 용량에 대한 500 사이클 후의 방전 용량의 백분율로 나타내는 사이클 후 용량 유지율은 92％, 500 사이클 후의 실온에서의 셀 저항값인 사이클 후 저항값은 8Ω이었다.

실시예 9

상기 실시예 5에서 사용한 일반식 (1)의 화합물을 LiB(PO₂F₂)₄로 하고, 그 첨가 농도를 2.0 질량％로 한 것 이외에는 동일하게 하여 충방전 시험을 실시하였다. 결과는 표 1에 나타내는 바와 같이, 초기의 방전 용량에 대한 500 사이클 후의 방전 용량의 백분율로 나타내는 사이클 후 용량 유지율은 88％, 500 사이클 후의 실온에서의 셀 저항값인 사이클 후 저항값은 12Ω이었다.

실시예 10

상기 실시예 5에서 사용한 일반식 (1)의 화합물을 LiPF₄(PO₂F₂)₂로 하고, 그 첨가 농도를 2.0 질량％로 한 것 이외에는 동일하게 하여 충방전 시험을 실시하였다. 결과는 표 1에 나타내는 바와 같이, 초기의 방전 용량에 대한 500 사이클 후의 방전 용량의 백분율로 나타내는 사이클 후 용량 유지율은 90％, 500 사이클 후의 실온에서의 셀 저항값인 사이클 후 저항값은 9Ω이었다.

실시예 11

상기 실시예 5에서 사용한 일반식 (1)의 화합물을 LiPF₃(PO₂F₂)₃으로 하고, 그 첨가 농도를 2.0 질량％로 한 것 이외에는 동일하게 하여 충방전 시험을 실시하였다. 결과는 표 1에 나타내는 바와 같이, 초기의 방전 용량에 대한 500 사이클 후의 방전 용량의 백분율로 나타내는 사이클 후 용량 유지율은 93％, 500 사이클 후의 실온에서의 셀 저항값인 사이클 후 저항값은 10Ω이었다.

실시예 12

상기 실시예 5에서 사용한 일반식 (1)의 화합물을 LiPF(PO₂F₂)₅로 하고, 그 첨가 농도를 2.0 질량％로 한 것 이외에는 동일하게 하여 충방전 시험을 실시하였다. 결과는 표 1에 나타내는 바와 같이, 초기의 방전 용량에 대한 500 사이클 후의 방전 용량의 백분율로 나타내는 사이클 후 용량 유지율은 85％, 500 사이클 후의 실온에서의 셀 저항값인 사이클 후 저항값은 7Ω이었다.

실시예 13

상기 실시예 5에서 사용한 일반식 (1)의 화합물을 LiB(C₆F₅)₃(PO₂F₂)로 하고, 그 첨가 농도를 2.0 질량％로 한 것 이외에는 동일하게 하여 충방전 시험을 실시하였다. 결과는 표 1에 나타내는 바와 같이, 초기의 방전 용량에 대한 500 사이클 후의 방전 용량의 백분율로 나타내는 사이클 후 용량 유지율은 94％, 500 사이클 후의 실온에서의 셀 저항값인 사이클 후 저항값은 6Ω이었다.

실시예 14

상기 실시예 5에서 사용한 일반식 (1)의 화합물을 LiB(C₆H₅)₃(PO₂F₂)로 하고, 그 첨가 농도를 2.0 질량％로 한 것 이외에는 동일하게 하여 충방전 시험을 실시하였다. 결과는 표 1에 나타내는 바와 같이, 초기의 방전 용량에 대한 500 사이클 후의 방전 용량의 백분율로 나타내는 사이클 후 용량 유지율은 84％, 500 사이클 후의 실온에서의 셀 저항값인 사이클 후 저항값은 18Ω이었다.

실시예 15

상기 실시예 5에서 사용한 일반식 (1)의 화합물을 LiB(CF₃)₃(PO₂F₂)로 하고, 그 첨가 농도를 2.0 질량％로 한 것 이외에는 동일하게 하여 충방전 시험을 실시하였다. 결과는 표 1에 나타내는 바와 같이, 초기의 방전 용량에 대한 500 사이클 후의 방전 용량의 백분율로 나타내는 사이클 후 용량 유지율은 87％, 500 사이클 후의 실온에서의 셀 저항값인 사이클 후 저항값은 8Ω이었다.

실시예 16

상기 실시예 5에서 사용한 일반식 (1)의 화합물을 KBF₃(PO₂F₂)로 한 것, 용질을 LiBF₄로 한 것, 용매를 에틸렌카보네이트와 프로필렌카보네이트와 디메틸카보네이트와 디에틸카보네이트의 체적비 1:1:1:1의 혼합 용매로 한 것 이외에는 동일하게 하여 충방전 시험을 실시하였다. 결과는 표 1에 나타내는 바와 같이, 초기의 방전 용량에 대한 500 사이클 후의 방전 용량의 백분율로 나타내는 사이클 후 용량 유지율은 82％, 500 사이클 후의 실온에서의 셀 저항값인 사이클 후 저항값은 17Ω이었다.

실시예 17

상기 실시예 5에서 사용한 일반식 (1)의 화합물을 NaBF₃(PO₂F₂)로 한 것, 용매를 에틸렌카보네이트와 프로필렌카보네이트와 디메틸카보네이트와 디에틸카보네이트의 체적비 1:1:1:1의 혼합 용매로 한 것 이외에는 동일하게 하여 충방전 시험을 실시하였다. 결과는 표 1에 나타내는 바와 같이, 초기의 방전 용량에 대한 500 사이클 후의 방전 용량의 백분율로 나타내는 사이클 후 용량 유지율은 85％, 500 사이클 후의 실온에서의 셀 저항값인 사이클 후 저항값은 12Ω이었다.

실시예 18

상기 실시예 5에서 사용한 일반식 (1)의 화합물을 (C₂H₅)₄NBF₃(PO₂F₂)로 한 것, 용매를 에틸렌카보네이트와 프로필렌카보네이트와 디메틸카보네이트와 디에틸카보네이트의 체적비 1:1:1:1의 혼합 용매로 한 것 이외에는 동일하게 하여 충방전 시험을 실시하였다. 결과는 표 1에 나타내는 바와 같이, 초기의 방전 용량에 대한 500 사이클 후의 방전 용량의 백분율로 나타내는 사이클 후 용량 유지율은 90％, 500 사이클 후의 실온에서의 셀 저항값인 사이클 후 저항값은 10Ω이었다.

[비교예 1]

LiPF₆을 전해질로서 사용하여, 농도 1.0mol/L의 전해액을 조제하였다. 이때 용매로는 에틸렌카보네이트(EC)와 에틸메틸카보네이트(EMC)의 혼합 용매(체적비 EC:EMC=1:2)를 사용하였다.

제조한 셀을 사용하여 25℃의 환경 온도에서 충방전 시험을 실시하였다. 충전, 방전 모두 전류 밀도 0.35mA/㎠로 행하고, 충전은, 4.2V에 도달한 후, 1시간 4.2V를 유지, 방전은, 3.0V까지 행하여, 충방전 사이클을 반복하였다. 첫회의 방전 용량은 부극의 질량 기준으로 340mAh/g이었다. 그리고, 초기의 방전 용량에 대한 500 사이클 후의 방전 용량의 백분율로 나타내는 500 사이클 후의 방전 용량 유지율은 71％였다.

[비교예 2]

LiBF₄를 전해질로서 사용하여, 농도 1.0mol/L의 전해액을 조제하였다. 이때 용매로는 에틸렌카보네이트(EC)와 에틸메틸카보네이트(EMC)의 혼합 용매(체적비 EC:EMC=1:2)를 사용하였다.

제조한 셀을 사용하여 25℃의 환경 온도에서 충방전 시험을 실시하였다. 충전, 방전 모두 전류 밀도 0.35mA/㎠로 행하고, 충전은, 4.2V에 도달한 후, 1시간 4.2V를 유지, 방전은, 3.0V까지 행하여, 충방전 사이클을 반복하였다. 첫회의 방전 용량은 부극의 질량 기준으로 310mAh/g이었다. 그리고, 초기의 방전 용량에 대한 500 사이클 후의 방전 용량의 백분율로 나타내는 500 사이클 후의 방전 용량 유지율은 50％였다.

[비교예 3]

LiN(SO₂CF₃)₂를 전해질로서 사용하여, 농도 1.0mol/L의 전해액을 조제하였다. 이때 용매로는 에틸렌카보네이트(EC)와 에틸메틸카보네이트(EMC)의 혼합 용매(체적비 EC:EMC=1:2)를 사용하였다.

제조한 셀을 사용하여 25℃의 환경 온도에서 충방전 시험을 실시하였다. 충전, 방전 모두 전류 밀도 0.35mA/㎠로 행하고, 충전은, 4.2V에 도달한 후, 1시간 4.2V를 유지, 방전은, 3.0V까지 행하여, 충방전 사이클을 반복하였다. 첫회의 방전 용량은 부극의 질량 기준으로 280mAh/g이었다. 그리고, 초기의 방전 용량에 대한 500 사이클 후의 방전 용량의 백분율로 나타내는 500 사이클 후의 방전 용량 유지율은 23％였다.

[비교예 4]

상기 실시예 5에서 일반식 (1)의 화합물을 사용하지 않은 것 이외에는 동일하게 하여 충방전 시험을 실시하였다. 결과는 표 1에 나타내는 바와 같이, 초기의 방전 용량에 대한 500 사이클 후의 방전 용량의 백분율로 나타내는 사이클 후 용량 유지율은 41％, 500 사이클 후의 실온에서의 셀 저항값인 사이클 후 저항값은 36Ω이었다.

[비교예 5]

상기 실시예 16에서 일반식 (1)의 화합물을 사용하지 않은 것 이외에는 동일하게 하여 충방전 시험을 실시하였다. 결과는 표 1에 나타내는 바와 같이, 초기의 방전 용량에 대한 500 사이클 후의 방전 용량의 백분율로 나타내는 사이클 후 용량 유지율은 30％, 500 사이클 후의 실온에서의 셀 저항값인 사이클 후 저항값은 52Ω이었다.

[비교예 6]

상기 실시예 17에서 일반식 (1)의 화합물을 사용하지 않은 것 이외에는 동일하게 하여 충방전 시험을 실시하였다. 결과는 표 1에 나타내는 바와 같이, 초기의 방전 용량에 대한 500 사이클 후의 방전 용량의 백분율로 나타내는 사이클 후 용량 유지율은 38％, 500 사이클 후의 실온에서의 셀 저항값인 사이클 후 저항값은 40Ω이었다.

상기 실시예 5∼18 및 비교예 4∼6의 결과를 표 1에 나타낸다.

본 발명의 전기 화학 디바이스용 전해질은, 상기 서술한 바와 같이 리튬 전지, 리튬 이온 전지, 또는 전기 이중층 커패시터와 같은, 전기 화학 디바이스의 전해질로서 사용되고, 특히, 비수 전해액 전지용 전해액에 유용하지만, 그 밖의 용도로서, 유기 합성 반응의 촉매나 폴리머의 중합 촉매, 올레핀 중합의 조촉매 등을 들 수 있다.

Claims

일반식 (1)로 나타내는 화학 구조식으로 이루어지는 전기 화학 디바이스용 전해질.

단, M은, 주기율표의 13족 또는 15족 원소,
A⁺는, 알칼리 금속 이온 또는 오늄 이온,
m은, M이, 13족인 경우에는 1∼4, 15족인 경우에는 1∼6,
n은, M이, 13족인 경우에는 0∼3, 15족인 경우에는 0∼5,
R은, 할로겐, C1∼C10의 할로겐화 알킬, C6∼C20의 아릴, 또는 C6∼C20의 할로겐화 아릴, 혹은, 이들 구조 중의, 수소 대신에, 할로겐, 사슬형 또는 고리형의 알킬기, 아릴기, 알케닐기, 알콕시기, 아릴옥시기, 술포닐기, 아미노기, 시아노기, 카르보닐기, 아실기, 아미드기, 또는 수산기, 혹은, 탄소 대신에, 질소, 유황, 또는 산소가 도입된 구조여도 되고, n개 있는 R은 각각 독립적으로, 다른 종류의 것이어도 되고 동일한 것이어도 되는 것을 나타낸다.
제1항에 있어서,
M이, B 또는 P 중 어느 하나인, 전기 화학 디바이스용 전해질.
제1항에 있어서,
A⁺가, Li 이온, Na 이온, K 이온, 또는 4급 알킬암모늄 이온으로 이루어지는 군에서 선택된 어느 하나의 카티온인, 전기 화학 디바이스용 전해질.
제1항에 있어서,
R이, 불소, 페닐기, 또는 펜타플루오로페닐기의 관능기인, 전기 화학 디바이스용 전해질.
제1항에 있어서,
일반식 (1)의 아니온 부분이, [BF₃(PO₂F₂)]^-, [BF₂(PO₂F₂)₂]^-, [BF(PO₂F₂)₃]^-, [B(PO₂F₂)₄]^-, [PF₅(PO₂F₂)]^-, [PF₄(PO₂F₂)₂]^-, [PF₃(PO₂F₂)₃]^-, [PF₂(PO₂F₂)₄]^-, [PF(PO₂F₂)₅]^-, [P(PO₂F₂)₆]^-, [B(C₆H₅)₃(PO₂F₂)]^-, [B(C₆F₅)₃(PO₂F₂)]^-로 이루어지는 군에서 선택된 어느 하나의 화합물인, 전기 화학 디바이스용 전해질.
비수 유기 용매에, 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 전기 화학 디바이스용 전해질을 함유하는 것을 특징으로 하는 비수 전해액 전지용 전해액.
비수 유기 용매와 용질로 이루어지는 비수 전지용 전해액에 있어서, 첨가제로서 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 전기 화학 디바이스용 전해질을 함유하는, 비수 전해액 전지용 전해액.
제6항에 있어서,
비수 유기 용매가, 에틸렌카보네이트, 프로필렌카보네이트, 디에틸카보네이트, 디메틸카보네이트, 또는 에틸메틸카보네이트인, 비수 전해액 전지용 전해액.
제7항에 있어서,
상기 전기 화학 디바이스용 전해질의 첨가 농도가, 비수 전해액 전지용 전해액에 대하여 0.01∼10.0 질량％의 범위인, 비수 전해액 전지용 전해액.
제7항에 있어서,
용질이, LiPF₆, LiBF₄, (CF₃SO₂)₂NLi, 또는 (C₂F₅SO₂)₂NLi인, 비수 전해액 전지용 전해액.
적어도 정극(正極)과, 리튬 또는 리튬의 흡장 방출이 가능한 부극(負極) 재료로 이루어지는 부극과, 전해액을 구비한 비수 전해액 전지에 있어서, 전해액에 제6항에 기재된 비수 전해액 전지용 전해액을 포함하는, 비수 전해액 전지.