CN103493280B - 非水电解液、使用了该非水电解液的蓄电设备及环状磺酸酯化合物 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于提供可以提高宽温度范围内的电化学特性的非水电解液及使用了该非水电解液的蓄电设备。本发明为非水电解液及蓄电设备,所述非水电解液是在非水溶剂中溶解有电解质盐的非水电解液,其特征在于,在非水电解液中含有一种以上的下述通式(I)所示的环状磺酸酯化合物,式中,L表示亚烷基的至少一个氢原子被OR3取代了的2价烃基、或者亚烷基的至少一个亚甲基(CH2)被C(=O)基取代了的2价烃基;R3表示烷基羰基、链烯基羰基等。
Description
技术领域
本发明涉及可以提高宽温度范围内的电化学特性的非水电解液、使用了该非水电解液的蓄电设备及环状磺酸酯化合物。
背景技术
近年来,蓄电设备、特别是锂二次电池作为手机和笔记本型个人电脑等小型电子设备、电汽车及电力储存用途而被广泛使用。这些电子设备或汽车有可能要在盛夏的高温下或极寒的低温下等宽的温度范围内使用,因此需要在宽温度范围内平衡性良好地提高电化学特性。
特别是为了防止地球温室化,削减CO2排放量成为当务之急,在搭载有由锂二次电池或电容器等蓄电设备构成的蓄电装置的环保车中,期待混合动力电汽车(HEV)、插电式混合动力电汽车(PHEV)、电池电汽车(BEV)的迅速普及。但是,由于汽车的移动距离长,因此有可能要在从热带的非常炎热的地域到极寒的地域这样宽的温度范围的地域使用。因此,对这些车载用的蓄电设备要求即使在从高温到低温的宽温度范围内使用电化学特性也不会降低。
需要说明的是,在本说明书中,锂二次电池这样的用语是作为还包括所谓的锂离子二次电池在内的概念而使用的。
锂二次电池主要由包含可嵌入及脱嵌锂的材料的正极和负极、以及包含锂盐和非水溶剂的非水电解液构成,作为非水溶剂,使用碳酸亚乙酯(EC)、碳酸亚丙酯(PC)等碳酸酯。
另外,作为负极,已知金属锂、可嵌入和脱嵌锂的金属化合物(金属单质、氧化物、与锂的合金等)或碳材料,特别是使用了可嵌入及脱嵌锂的焦炭、人造石墨、天然石墨等碳材料的锂二次电池得到广泛的实用化。
例如,对于将天然石墨或人造石墨等经高结晶化的碳材料用作负极材料的锂二次电池,可知:由于非水电解液中的溶剂在充电时在负极表面发生还原分解所产生的分解物或气体会阻碍电池所期望的电化学反应,因此会发生循环特性的降低。另外,如果非水溶剂的分解物蓄积,则锂向负极的嵌入和脱嵌变得无法进行,宽温度范围内使用时电化学特性容易降低。
另外,对于将锂金属或其合金、锡或硅等金属单质或者氧化物用作负极材料的锂二次电池,已知:虽然初始容量高,但循环中会发生微粉化,因此与碳材料的负极相比,非水溶剂的还原分解加速发生,电池容量或循环特性等电池性能大幅降低。另外,如果这些负极材料微粉化或非水溶剂的分解物蓄积,则锂向负极的嵌入和脱嵌变得无法顺利进行,宽温度范围内使用时电化学特性容易降低。
另一方面,对于使用例如LiCoO2、LiMn2O4、LiNiO2、LiFePO4等作为正极的锂二次电池,可知:非水电解液中的非水溶剂在充电状态下在正极材料与非水电解液的界面上局部地发生部分氧化分解所产生的分解物或气体会阻碍电池所期望的电化学反应,因此还是会发生宽温度范围内使用时的电化学特性的降低。
如以上所述,由于正极上或负极上非水电解液发生分解时的分解物或气体,锂离子的移动受到阻碍,或者电池发生膨胀,由此电池性能降低。尽管是这样的状况,但现在的趋势是搭载有锂二次电池的电子设备的多功能化越来越发展,电消耗量日益增大。为此,锂二次电池的高容量化越来越发展,提高电极的密度、减少电池内的无用的空间容积等,电池内的非水电解液所占的体积减小。因此现在的状况是非水电解液的一点点分解就容易使宽温度范围内使用时的电化学特性降低。
专利文献1中提出了含有羟基丙磺酸内酯的非水电解液,教示了:由于放电前及充放电时羟基丙磺酸内酯的羟基吸附在锂金属上而在负极上形成致密的稳定的被膜,因此循环特性提高。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2006-4813号公报
发明内容
发明要解决的课题
本发明的目的在于提供可以提高宽温度范围内的电化学特性的非水电解液、使用了该非水电解液的蓄电设备及环状磺酸酯化合物。
用于解决课题的手段
本发明者们对上述现有技术的非水电解液的性能进行了详细研究。其结果是现在的实际情况是,根据上述专利文献的非水电解液,羟基丙磺酸内酯的羟基容易受到还原,因此如果在充电状态下进行高温保存则会过度分解,引起自放电或使负极的电阻增加,因此对于提高高温保存后的低温放电特性等宽温度范围内的电化学特性的课题不能发挥充分的效果。
于是,本发明者们为了解决上述课题反复进行了深入研究,发现了对于在非水溶剂中溶解有电解质盐的非水电解液,通过使非水电解液中含有一种以上的特定的环状磺酸酯化合物,可以改善宽温度范围内的蓄电设备的电化学特性、特别是锂电池的电化学特性,从而完成了本发明。
即本发明提供下述的(1)~(3)。
(1)一种非水电解液,其是在非水溶剂中溶解有电解质盐的非水电解液,其特征在于,在非水电解液中含有一种以上的下述通式(I)所示的环状磺酸酯化合物。
(式中,R1及R2可相同或不同,表示氢原子、至少一个氢原子可被卤原子取代的碳数为1~6的烷基、卤原子,L表示碳数为2或3的亚烷基的至少一个氢原子被OR3取代了的2价烃基、或者碳数为2或3的亚烷基的至少一个亚甲(CH2)基被C(=O)基取代了的2价烃基,R3表示甲酰基、碳数为2~7的烷基羰基、碳数为3~7的链烯基羰基、碳数为3~7的炔基羰基、碳数为7~13的芳基羰基、碳数为2~7的烷氧基羰基、碳数为3~7的链烯氧基羰基、碳数为4~7的炔氧基羰基、碳数为7~13的芳氧基羰基、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基氧基羰基、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环己烷-4-基氧基羰基、碳数为1~6的链烷磺酰基、碳数为6~12的芳基磺酰基、碳数为2~12的二烷基磷酰基、碳数为2~12的烷氧基(烷基)磷酰基、碳数为2~12的二烷氧基磷酰基、-S(O)-OR4基、或者-C(O)CH2P(O)(OR5)2基,R4表示碳数为1~6的烷基、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基或者2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环己烷-4-基,R5表示碳数为1~6的烷基。并且,R3的至少一个氢原子可以被卤原子取代,上述L可以进一步被碳数为1~6的烷基、碳数为1~6的卤代烷基或者卤原子中的任一种取代。)
(2)一种蓄电设备,其是具备正极、负极以及在非水溶剂中溶解有电解质盐的非水电解液的蓄电设备,其特征在于,该非水电解液为上述(1)所述的非水电解液。
(3)一种下述通式(II)所示的环状磺酸酯化合物。
(式中,R1及R2可相同或不同,表示氢原子、至少一个氢原子可被卤原子取代的碳数为1~6的烷基、卤原子,L1表示碳数为2或3的亚烷基的至少一个氢原子被OR6取代了的2价烃基、或者碳数为2或3的亚烷基的至少一个亚甲(CH2)基被C(=O)基取代了的2价烃基,R6表示甲酰基、碳数为3~7的链烯基羰基、碳数为3~7的炔基羰基、碳数为2~7的烷氧基羰基、碳数为3~7的链烯氧基羰基、碳数为4~7的炔氧基羰基、碳数为7~13的芳氧基羰基、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基氧基羰基、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环己烷-4-基氧基羰基、碳数为2~12的二烷基磷酰基、碳数为2~12的烷氧基(烷基)磷酰基、碳数为2~12的二烷氧基磷酰基、-S(O)-OR4基、或者-C(O)CH2P(O)(OR5)2基,R4表示碳数为1~6的烷基、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基或者2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环己烷-4-基,R5表示碳数为1~6的烷基。并且,R6的至少一个氢原子可被卤原子取代,上述L1可以进一步被碳数为1~6的烷基、碳数为1~6的卤代烷基或者卤原子中的任一种取代。其中,在L1是碳数为2或3的亚烷基的至少一个亚甲(CH2)基被C(=O)基取代了的2价烃基时,R1及R2为氢原子。)
发明效果
根据本发明,能够提供可以提高宽温度范围内的蓄电设备的电化学特性、特别是高温保存后的低温放电特性的非水电解液、使用了该非水电解液的锂电池等蓄电设备以及特定的环状磺酸酯化合物。
具体实施方式
本发明涉及非水电解液、使用了该非水电解液的蓄电设备以及特定的环状磺酸酯化合物。
〔非水电解液〕
本发明的非水电解液是在非水溶剂中溶解有电解质盐的非水电解液,其特征在于,在非水电解液中含有一种以上的上述通式(I)所示的环状磺酸酯化合物。
本发明的非水电解液可以大幅改善宽温度范围内的蓄电设备的电化学特性的理由尚不明确,但可如下认为。
本申请发明的通式(I)所示的环状磺酸酯化合物在连接与磺酰氧基(-S(=O)2-O-)的氧原子(-O-)邻接的碳原子和硫原子的2价连接基团上具有OC(=O)R基、OC(=O)OR基、OS(=O)2R基、OP(=O)(OR)(OR’)基、OP(=O)(OR)R’基、OP(=O)RR’基、或者C(=O)基这样特定的吸电子基团。因此,不会像羟基丙磺酸内酯那样由于羟基的还原分解而过度分解使负极的电阻增加。另外,不仅由于在电极上分解时环结构开环而聚合形成耐热性高的被膜,而且由于被膜中含有OC(=O)R基、OC(=O)OR基、OS(=O)2R基、OP(=O)(OR)(OR’)基、OP(=O)(OR)R’基、OP(=O)RR’基、或者C(=O)基等取代基,这些取代基作为锂离子的缓和的捕捉位点发挥功能,因此锂离子传导性显著提高,获得宽温度范围内的电化学特性的改善效果。
另外,如果代替上述取代基而导入甲氧基等取代基,则可知会具有化合物的化学稳定性降低、变得容易分解的问题,但可知本发明的通式(I)所示的环状磺酸酯化合物在化学上是稳定的。
本发明的非水电解液中所含的环状磺酸酯化合物由下述通式(I)表示。
(式中,R1及R2可相同或不同,表示氢原子、至少一个氢原子可被卤原子取代的碳数为1~6的烷基、卤原子,L表示碳数为2或3的亚烷基的至少一个氢原子被OR3取代了的2价烃基、或者碳数为2或3的亚烷基的至少一个亚甲(CH2)基被C(=O)基取代了的2价烃基,R3表示甲酰基、碳数为2~7的烷基羰基、碳数为3~7的链烯基羰基、碳数为3~7的炔基羰基、碳数为7~13的芳基羰基、碳数为2~7的烷氧基羰基、碳数为3~7的链烯氧基羰基、碳数为4~7的炔氧基羰基、碳数为7~13的芳氧基羰基、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基氧基羰基、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环己烷-4-基氧基羰基、碳数为1~6的链烷磺酰基、碳数为6~12的芳基磺酰基、碳数为2~12的二烷基磷酰基、碳数为2~12的烷氧基(烷基)磷酰基、碳数为2~12的二烷氧基磷酰基、-S(O)-OR4基、或者-C(O)CH2P(O)(OR5)2基,R4表示碳数为1~6的烷基、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基或者2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环己烷-4-基,R5表示碳数为1~6的烷基。并且,R3的至少一个氢原子可被卤原子取代,上述L可进一步被碳数为1~6的烷基、碳数为1~6的卤代烷基或者卤原子中的任一种取代。)
上述通式(I)的R1及R2可相同或不同,表示氢原子、至少一个氢原子可被卤原子取代的碳数为1~6的烷基、卤原子,更优选氢原子、至少一个氢原子可被卤原子取代的碳数为1~4的烷基、卤原子,进一步优选氢原子、至少一个氢原子可被卤原子取代的碳数为1或2的烷基。
作为上述R1及R2的具体例,可以适当地举出氢原子、甲基、乙基、正丙基、正丁基、正戊基、正己基等直链烷基、异丙基、仲丁基、叔丁基、叔戊基等支链烷基、氟甲基、二氟甲基、三氟甲基、2,2,2-三氟乙基等氟烷基、氟原子,其中优选氢原子、甲基、乙基、正丙基、二氟甲基、三氟甲基、2,2,2-三氟乙基,更优选氢原子、甲基。
上述通式(I)的L表示碳数为2或3的亚烷基的至少一个氢原子被OR3取代了的2价烃基、或者碳数为2或3的亚烷基的至少一个亚甲基(CH2)被C(=O)取代了的2价烃基,碳数优选为2。
R3如上述所定义,更优选甲酰基、碳数为2~7的烷基羰基、碳数为3~7的链烯基羰基、碳数为2~5的烷氧基羰基、碳数为3~7的链烯氧基羰基、或者碳数为4~7的炔氧基羰基,进一步优选甲酰基、碳数为2~5的烷基羰基、碳数为3~5的链烯基羰基、碳数为2~5的烷氧基羰基、或者碳数为3~5的链烯氧基羰基。
作为上述R3的具体例,可以适当地举出甲酰基、乙酰基、丙酰基、丁酰基、异丁酰基、新戊酰基、三氟乙酰基等烷基羰基、丙烯酰基、甲基丙烯酰基、巴豆酰基等链烯基羰基、丙炔酰基等炔基羰基、苯甲酰基、2-甲基苯甲酰基、3-甲基苯甲酰基、4-甲基苯甲酰基、2,4-二甲基苯甲酰基、2,6-二甲基苯甲酰基、3,4-二甲基苯甲酰基、2,4,6-三甲基苯甲酰基、2-氟苯甲酰基、3-氟苯甲酰基、4-氟苯甲酰基、2,4-二氟苯甲酰基、2,6-二氟苯甲酰基、3,4-二氟苯甲酰基、2,4,6-三氟苯甲酰基等芳基羰基、甲氧基羰基、乙氧基羰基、正丙氧基羰基、正丁氧基羰基、异丙氧基羰基、叔丁氧基羰基、3,3,3-三氟乙氧基羰基等烷氧基羰基、乙烯氧基羰基、2-丙烯氧基羰基、2-丁烯氧基羰基、2-甲基-2-丙烯氧基羰基、3-甲基-2-丁烯氧基羰基等链烯氧基羰基、2-丙炔氧基羰基、2-丁炔氧基羰基、3-丁炔氧基羰基、1-甲基-2-丙炔氧基羰基、1,1-二甲基-2-丙炔氧基羰基等炔氧基羰基、苯氧基羰基、2-甲基苯氧基羰基、3-甲基苯氧基羰基、4-甲基苯氧基羰基、2,4-二甲基苯氧基羰基、2,6-二甲基苯氧基羰基、3,4-二甲基苯氧基羰基、2,4,6-三甲基苯氧基羰基、2-氟苯氧基羰基、3-氟苯氧基羰基、4-氟苯氧基羰基、2,4-二氟苯氧基羰基、2,6-二氟苯氧基羰基、3,4-二氟苯氧基羰基、2,4,6-三氟苯氧基羰基等芳氧基羰基、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基氧基羰基、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环己烷-4-基氧基羰基、甲烷磺酰基、乙烷磺酰基、丙烷-1-磺酰基、丁烷-1-磺酰基、丙烷-2-磺酰基、三氟甲烷磺酰基、2,2,2-三氟乙烷磺酰基等烷基磺酰基、苯磺酰基、4-甲基苯磺酰基、4-氯苯磺酰基等芳基磺酰基、二甲基磷酰基、二乙基磷酰基、二丙基磷酰基等二烷基磷酰基、甲氧基(甲基)磷酰基、乙氧基(乙基)磷酰基、丙氧基(丙基)磷酰基等烷氧基(烷基)磷酰基、二甲氧基磷酰基、二乙氧基磷酰基、二丙氧基磷酰基等二烷氧基磷酰基、-S(O)-OCH3基、-S(O)-OC2H5基、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基氧基亚硫酰基、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环己烷-4-基氧基亚硫酰基等烷氧基亚硫酰基、-C(O)CH2P(O)(OCH3)2基、-C(O)CH2P(O)(OC2H5)2基等2-(二烷氧基磷酰基)乙酰基等。其中,优选甲酰基、乙酰基、丙酰基、新戊酰基、丙烯酰基、甲基丙烯酰基、巴豆酰基、甲氧基羰基、乙氧基羰基、正丙氧基羰基、异丙氧基羰基、叔丁氧基羰基、乙烯氧基羰基、2-丙烯氧基羰基、2-丙炔氧基,更优选乙酰基、丙酰基、异丁酰基、新戊酰基、丙烯酰基、甲基丙烯酰基、甲氧基羰基、乙氧基羰基、异丙氧基羰基、叔丁氧基羰基、乙烯氧基羰基、2-丙烯氧基羰基。
通式(I)中,如果OR3在-OS(=O)2-基的β位上取代,则与现有的环状磺酸酯相比,化合物的水解性被大幅抑制,大气中的处理变得容易,因此特别优选。
上述通式(I)的R4表示碳数为1~6的烷基、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基或者2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环己烷-4-基,优选碳数为1~2的烷基或者2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基。
作为上述R4的具体例,可以适当地举出甲基、乙基、正丙基、正丁基、正戊基、正己基、异丙基、仲丁基、叔丁基、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基或者2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环己烷-4-基,其中,优选甲基、乙基、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基。
上述通式(I)的R5表示碳数为1~6的烷基,优选碳数为1~2的烷基。
作为上述R5的具体例,可以适当地举出甲基、乙基、正丙基、正丁基、正戊基、正己基、异丙基、仲丁基、叔丁基,其中优选甲基、乙基。
在为上述取代基的范围时,可以大幅改善宽温度范围内的电化学特性,因此优选。
作为上述通式(I)所示的环状磺酸酯化合物,具体地可以举出以下的化合物。
(i)L是碳数为2或3的亚烷基的至少一个氢原子被OR3取代了的2价烃基、R3为甲酰基、烷基羰基、链烯基羰基、炔基羰基及芳基羰基的情形
优选选自2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-3-基甲酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基甲酸酯、2,2-二氧化物-3-甲基-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基甲酸酯、2,2-二氧化物-4-甲基-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基甲酸酯、2,2-二氧化物-5-甲基-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基甲酸酯、2,2-二氧化物-5-氟-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基甲酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-3-基乙酸酯、2,2-二氧化物-4-甲基-1,2-氧硫杂环戊烷-3-基乙酸酯、2,2-二氧化物-5甲基-1,2-氧硫杂环戊烷-3-基乙酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基乙酸酯、2,2-二氧化物-3-甲基-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基乙酸酯、2,2-二氧化物-4-甲基-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基乙酸酯、2,2-二氧化物-5-甲基-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基乙酸酯、2,2-二氧化物-3-三氟甲基-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基乙酸酯、2,2-二氧化物-5-三氟甲基-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基乙酸酯、2,2-二氧化物-5-氟-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基乙酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-3-基丙酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基丙酸酯、2,2-二氧化物-3-甲基-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基丙酸酯、2,2-二氧化物-4-甲基-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基丙酸酯、2,2-二氧化物-5-甲基-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基丙酸酯、2,2-二氧化物-5-氟-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基丙酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-3-基丁酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基丁酸酯、2,2-二氧化物-3-甲基-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基丁酸酯、2,2-二氧化物-4-甲基-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基丁酸酯、2,2-二氧化物-5-甲基-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基丁酸酯、2,2-二氧化物-5-氟-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基丁酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基异丁酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-3-基异丁酸酯、2,2-二氧化物-3-甲基-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基异丁酸酯、2,2-二氧化物-4-甲基-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基异丁酸酯、2,2-二氧化物-5-甲基-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基异丁酸酯、2,2-二氧化物-5-氟-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基异丁酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-3-基新戊酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基新戊酸酯、2,2-二氧化物-3-甲基-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基新戊酸酯、2,2-二氧化物-4-甲基-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基新戊酸酯、2,2-二氧化物-5-甲基-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基新戊酸酯、2,2-二氧化物-5-氟-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基新戊酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-3-基三氟乙酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基三氟乙酸酯、2,2-二氧化物-3-甲基-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基三氟乙酸酯、2,2-二氧化物-4-甲基-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基三氟乙酸酯、2,2-二氧化物-5-甲基-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基三氟乙酸酯、2,2-二氧化物-5-氟-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基三氟乙酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基丙烯酸酯、2,2-二氧化物-2-氧硫杂环戊烷-4-基甲基丙烯酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基丁烯酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基丙酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基苯甲酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基2-甲基苯甲酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基3-甲基苯甲酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基4-甲基苯甲酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基2,4-二甲基苯甲酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基2,6-二甲基苯甲酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基3,4-二甲基苯甲酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基2,4,6-三甲基苯甲酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基2-氟苯甲酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基3-氟苯甲酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基4-氟苯甲酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基2,4-二氟苯甲酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基2,6-二氟苯甲酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基3,4-二氟苯甲酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基2,4,6-三氟苯甲酸酯、
2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环己烷-3-基甲酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环己烷-4-基甲酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环己烷-3-基乙酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环己烷-4-基乙酸酯、2,2-二氧化物-3-甲基-1,2-氧硫杂环己烷-4-基乙酸酯、2,2-二氧化物-6-甲基-1,2-氧硫杂环己烷-4-基乙酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环己烷-3-基丙酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环己烷-4-基丙酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环己烷-3-基丁酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环己烷-4-基丁酸酯、2,2-二氧化物-1,2-二氧硫杂环己烷-3-基异丁酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环己烷-4-基异丁酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环己烷-3-基新戊酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环己烷-4-基新戊酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环己烷-3-基三氟乙酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环己烷-4-基三氟乙酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环己烷-4-基丙烯酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环己烷-4-基甲基丙烯酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环己烷-4-基丁烯酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环己烷-4-基丙酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环己烷-4-基苯甲酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环己烷-4-基4-甲基苯甲酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基2,4-二甲基苯甲酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环己烷-4-基2,4,6-三甲基苯甲酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环己烷-4-基4-氟苯甲酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环己烷-4-基2,4-二氟苯甲酸酯、以及2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环己烷-4-基2,4,6-三氟苯甲酸酯中的一种或二种以上。
(ii)L是碳数为2或3的亚烷基的至少一个氢原子被OR3取代了的2价烃基、R3为烷氧基羰基、链烯氧基羰基、炔氧基羰基、芳氧基羰基、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基氧基羰基以及2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环己烷-4-基氧基羰基的情形
优选选自2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-3-基甲基碳酸酯、2,2-二氧化物-4-甲基-1,2-氧硫杂环戊烷-3-基甲基碳酸酯、2,2-二氧化物-5-甲基-1,2-氧硫杂环戊烷-3-基甲基碳酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基甲基碳酸酯、2,2-二氧化物-3-甲基-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基甲基碳酸酯、2,2-二氧化物-4-甲基-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基甲基碳酸酯、2,2-二氧化物-5-甲基-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基甲基碳酸酯、2,2-二氧化物-3-三氟甲基-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基甲基碳酸酯、2,2-二氧化物-5-三氟甲基-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基甲基碳酸酯、2,2-二氧化物-5-氟-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基甲基碳酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-3-基乙基碳酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基乙基碳酸酯、2,2-二氧化物-3-甲基-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基乙基碳酸酯、2,2-二氧化物-4-甲基-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基乙基碳酸酯、2,2-二氧化物-5-甲基-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基乙基碳酸酯、2,2-二氧化物-5-氟-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基乙基碳酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-3-基丙基碳酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基丙基碳酸酯、2,2-二氧化物-3-甲基-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基丙基碳酸酯、2,2-二氧化物-4-甲基-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基丙基碳酸酯、2,2-二氧化物-5-甲基-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基丙基碳酸酯、2,2-二氧化物-5-氟-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基丙基碳酸酯、丁基2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-3-基碳酸酯、丁基2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基碳酸酯、丁基2,2-二氧化物-3-甲基-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基碳酸酯、丁基2,2-二氧化物-5-甲基-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基碳酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-3-基异丙基碳酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基异丙基碳酸酯、2,2-二氧化物-3-甲基-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基异丙基碳酸酯、2,2-二氧化物-5-甲基-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基异丙基碳酸酯、叔丁基2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-3-基碳酸酯、叔丁基2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基碳酸酯、叔丁基2,2-二氧化物-3-甲基-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基碳酸酯、叔丁基2,2-二氧化物-5-甲基-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基碳酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-3-基2,2,2-三氟乙基碳酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基2,2,2-三氟乙基碳酸酯、2,2-二氧化物-3-甲基-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基2,2,2-三氟乙基碳酸酯、2,2-二氧化物-5-甲基-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基2,2,2-三氟乙基碳酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基乙烯基碳酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-3-基2-丙烯基碳酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基2-丙烯基碳酸酯、2-丁烯基2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基碳酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基2-甲基-2-丙烯基碳酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-3-基2-丙炔基碳酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基2-丙炔基碳酸酯、2-丁炔基2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基碳酸酯、3-丁炔基2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基碳酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基1-甲基-2-丙炔基碳酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基1,1-二甲基-2-丙炔基碳酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-3-基苯基碳酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基苯基碳酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基2-甲基苯基碳酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基3-甲基苯基碳酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基4-甲基苯基碳酸酯、2,4-二甲基苯基2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基碳酸酯、2,6-二甲基苯基2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基碳酸酯、3,4-二甲基苯基2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基碳酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基2,4,6-三甲基苯基碳酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基2-氟苯基碳酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基3-氟苯基碳酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基4-氟苯基碳酸酯、2,4-二氟苯基2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基碳酸酯、2,6-二氟苯基2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基碳酸酯、3,4-二氟苯基2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基碳酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基2,4,6-三氟苯基碳酸酯、双(2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基)碳酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环己烷-3-基甲基碳酸酯、2,2-二氧化物-4-甲基-1,2-氧硫杂环己烷-3-基甲基碳酸酯、2,2-二氧化物-6-甲基-1,2-氧硫杂环己烷-3-基甲基碳酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环己烷-4-基甲基碳酸酯、2,2-二氧化物-3-甲基-1,2-氧硫杂环己烷-4-基甲基碳酸酯、2,2-二氧化物-6-甲基-1,2-氧硫杂环己烷-4-基甲基碳酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环己烷-3-基乙基碳酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环己烷-4-基乙基碳酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环己烷-3-基丙基碳酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环己烷-4-基丙基碳酸酯、丁基2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环己烷-3-基碳酸酯、丁基2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环己烷-4-基碳酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环己烷-3-基异丙基碳酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环己烷-4-基异丙基碳酸酯、叔丁基2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环己烷-3-基碳酸酯、叔丁基2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环己烷-4-基碳酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环己烷-3-基2,2,2-三氟乙基碳酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环己烷-4-基2,2,2-三氟乙基碳酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环己烷-4-基乙烯基碳酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环己烷-4-基2-丙烯基碳酸酯、2-丁烯基2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环己烷-4-基碳酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环己烷-4-基2-甲基-2-丙烯基碳酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环己烷-4-基2-丙炔基碳酸酯、2-丁炔基2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环己烷-4-基碳酸酯、3-丁炔基2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环己烷-4-基碳酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基1-甲基-2-丙炔基碳酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环己烷-4-基1,1-二甲基-2-丙炔基碳酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环己烷-4-基苯基碳酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环己烷-4-基4-甲基苯基碳酸酯、2,4-二甲基苯基2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基碳酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环己烷-4-基2,4,6-三甲基苯基碳酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环己烷-4-基4-氟苯基碳酸酯、2,4-二氟苯基2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环己烷-4-基碳酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环己烷-4-基2,4,6-三氟苯基碳酸酯、以及双(2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环己烷-4-基)碳酸酯中的一种或二种以上。
(iii)L是碳数为2或3的亚烷基的至少一个氢原子被OR3取代了的2价烃基、R3为链烷磺酰基及芳基磺酰基的情形
优选选自2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-3-基甲磺酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基甲磺酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基乙磺酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基丙烷-1-磺酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基丁烷-1-磺酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基丙烷-2-磺酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基三氟甲磺酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基2,2,2-三氟乙磺酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-3-基苯磺酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基苯磺酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-3-基4-甲基苯磺酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基4-甲基苯磺酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基4-氯苯磺酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环己烷-4-基甲磺酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环己烷-4-基乙磺酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环己烷-4-基丙烷-1-磺酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环己烷-4-基丁烷-1-磺酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环己烷-4-基丙烷-2-磺酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环己烷-4-基三氟甲磺酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环己烷-4-基2,2,2-三氟乙磺酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环己烷-4-基苯磺酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环己烷-4-基4-甲基苯磺酸酯、以及2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环己烷-4-基4-氯苯磺酸酯中的一种或二种以上。
(iv)L是碳数为2或3的亚烷基的至少一个氢原子被OR3取代了的2价烃基、R3为二烷基磷酰基、烷氧基(烷基)磷酰基及二烷氧基磷酰基的情形
优选选自2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-3-基二甲基次膦酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基二甲基次膦酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基二乙基次膦酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基二丙基次膦酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-3-基甲基甲基膦酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基甲基甲基膦酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基乙基乙基膦酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基丙基丙基膦酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基二甲基磷酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-3-基二乙基磷酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基二乙基磷酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基二丙基磷酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环己烷-4-基二甲基次膦酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环己烷-4-基二乙基次膦酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环己烷-4-基二丙基次膦酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环己烷-4-基甲基甲基膦酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环己烷-4-基乙基乙基膦酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环己烷-4-基丙基丙基膦酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环己烷-4-基二甲基磷酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环己烷-4-基二乙基磷酸酯、以及2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环己烷-4-基二丙基磷酸酯中的一种或二种以上。
(v)L是碳数为2或3的亚烷基的至少一个氢原子被OR3取代了的2价烃基、R3为烷氧基亚硫酰基及-C(O)CH2P(O)(OR5)2基的情形
优选选自2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-3-基甲基亚硫酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基甲基亚硫酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基乙基亚硫酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基丙基亚硫酸酯、双(2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基)亚硫酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基2-(二甲氧基磷酰基)乙酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-3-基2-(二乙氧基磷酰基)乙酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基2-(二乙氧基磷酰基)乙酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环己烷-4-基甲基亚硫酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环己烷-4-基乙基亚硫酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环己烷-4-基丙基亚硫酸酯、双(2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环己烷-4-基)亚硫酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环己烷-4-基2-(二甲氧基磷酰基)乙酸酯、以及2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环己烷-4-基2-(二乙氧基磷酰基)乙酸酯中的一种或二种以上。
(vi)L是碳数为2或3的亚烷基的至少一个亚甲基(CH2)被C(=O)取代了的2价烃基的情形
优选选自1,2-氧硫杂环戊烷-4酮2,2-二氧化物、5-甲基-1,2-氧硫杂环戊烷-4酮2,2-二氧化物、3,5-二甲基-1,2-氧硫杂环戊烷-4酮2,2-二氧化物、5,5-二甲基-1,2-氧硫杂环戊烷-4酮2,2-二氧化物、3,5,5-三甲基-1,2-氧硫杂环戊烷-4酮2,2-二氧化物、3,3,5,5-四甲基-1,2-氧硫杂环戊烷-4酮2,2-二氧化物、5-甲基-3-三氟甲基-1,2-氧硫杂环戊烷-4酮2,2-二氧化物、5,5-二甲基-3-三氟甲基-1,2-氧硫杂环戊烷-4酮2,2-二氧化物、5-乙基-1,2-氧硫杂环戊烷-4酮2,2-二氧化物、5,5-二乙基-1,2-氧硫杂环戊烷-4酮2,2-二氧化物、1,2-氧硫杂环己烷-4酮2,2-二氧化物、6-甲基-1,2-氧硫杂环己烷-4酮2,2-二氧化物、3,6-二甲基-1,2-氧硫杂环己烷-4酮2,2-二氧化物、6,6-二甲基-1,2-氧硫杂环己烷-4酮2,2-二氧化物、以及6,6-二甲基-3-三氟甲基-1,2-氧硫杂环己烷-4酮2,2-二氧化物中的一种或二种以上。
上述(i)~(vi)的环状磺酸酯化合物中,优选选自2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基甲酸酯、2,2-二氧化物-3-甲基-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基甲酸酯、2,2-二氧化物-5-甲基-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基甲酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基乙酸酯、2,2-二氧化物-3-甲基-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基乙酸酯、2,2-二氧化物-5-甲基-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基乙酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基丙酸酯、2,2-二氧化物-3-甲基-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基丙酸酯、2,2-二氧化物-5-甲基-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基丙酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基丁酸酯、2,2-二氧化物-3-甲基-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基丁酸酯、2,2-二氧化物-5-甲基-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基丁酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基异丁酸酯、2,2-二氧化物-3-甲基-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基异丁酸酯、2,2-二氧化物-5-甲基-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基异丁酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基新戊酸酯、2,2-二氧化物-3-甲基-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基新戊酸酯、2,2-二氧化物-5-甲基-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基新戊酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基丙烯酸酯、2,2-二氧化物-2-氧硫杂环戊烷-4-基甲基丙烯酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基丁烯酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环己烷-4-基甲酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环己烷-4-基乙酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环己烷-4-基丙酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环己烷-4-基丁酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环己烷-4-基异丁酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环己烷-4-基新戊酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基甲基碳酸酯、2,2-二氧化物-3-甲基-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基甲基碳酸酯、2,2-二氧化物-5-甲基-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基甲基碳酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基乙基碳酸酯、2,2-二氧化物-3-甲基-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基乙基碳酸酯、2,2-二氧化物-5-甲基-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基乙基碳酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基丙基碳酸酯、2,2-二氧化物-3-甲基-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基丙基碳酸酯、2,2-二氧化物-5-甲基-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基丙基碳酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基异丙基碳酸酯、2,2-二氧化物-3-甲基-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基异丙基碳酸酯、2,2-二氧化物-5-甲基-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基异丙基碳酸酯、叔丁基2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基碳酸酯、叔丁基2,2-二氧化物-3-甲基-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基碳酸酯、叔丁基2,2-二氧化物-5-甲基-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基碳酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基乙烯基碳酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基2-丙烯基碳酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基二甲基磷酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基二乙基磷酸酯、双(2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基)亚硫酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基2-(二甲氧基磷酰基)乙酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基2-(二乙氧基磷酰基)乙酸酯、1,2-氧硫杂环戊烷-4酮2,2-二氧化物、5-甲基-1,2-氧硫杂环戊烷-4酮2,2-二氧化物、5,5-二甲基-1,2-氧硫杂环戊烷-4酮2,2-二氧化物、5-甲基-1,2-氧硫杂环己烷-4酮2,2-二氧化物、以及6,6-二甲基-1,2-氧硫杂环己烷-4酮2,2-二氧化物中的一种或二种以上,
更优选选自2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基甲酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基乙酸酯、2,2-二氧化物-1,2-二氧硫杂环戊烷-4-基丙酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基异丁酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基新戊酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基丙烯酸酯、2,2-二氧化物-2-氧硫杂环戊烷-4-基甲基丙烯酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环己烷-4-基乙酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基甲基碳酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基乙基碳酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基异丙基碳酸酯、叔丁基2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基碳酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基乙烯基碳酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基二乙基磷酸酯、双(2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基)亚硫酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基2-(二乙氧基磷酰基)乙酸酯、1,2-氧硫杂环戊烷-4酮2,2-二氧化物、5-甲基-1,2-氧硫杂环戊烷-4酮2,2-二氧化物、5,5-二甲基-1,2-氧硫杂环戊烷-4酮2,2-二氧化物、以及6,6-二甲基-1,2-氧硫杂环己烷-4酮2,2-二氧化物中的一种或二种以上。
本发明的非水电解液中,非水电解液中所含有的上述通式(I)所示的环状磺酸酯化合物的含量优选在非水电解液中为0.001~10质量%。如果该含量为10质量%以下,则在电极上过度形成被膜、低温特性降低的可能性小,如果该含量为0.001质量%以上,则被膜的形成充分,高温保存特性的改善效果提高。该含量优选在非水电解液中为0.05质量%以上,更优选为0.2质量%以上。另外,其上限优选为8质量%以下,更优选为5质量%以下,特别优选为2质量%以下。
本发明的非水电解液中,通过将上述通式(I)所示的环状磺酸酯化合物与以下所述的非水溶剂、电解质盐、以及其它的添加剂组合,表现出宽温度范围内的电化学特性协同地提高这一特异性的效果。
〔非水溶剂〕
作为本发明的非水电解液中使用的非水溶剂,可以举出选自环状碳酸酯、链状酯、内酯、醚以及酰胺中的一种或二种以上,优选含有环状碳酸酯和链状酯这两者。
需要说明的是,“链状酯”的用语是作为包含链状碳酸酯及链状羧酸酯的概念来使用的。
作为环状碳酸酯,可以举出碳酸亚乙酯(EC)、碳酸亚丙酯(PC)、碳酸1,2-亚丁酯、碳酸2,3-亚丁酯、4-氟-1,3-二氧杂环戊烷-2酮(FEC)、反式或顺式-4,5-二氟-1,3-二氧杂环戊烷-2酮(以下将两者统称为“DFEC”)、碳酸亚乙烯酯(VC)、以及碳酸乙烯基亚乙酯(VEC)中的一种或二种以上。
其中,如果使用具有碳-碳双键或氟原子的环状碳酸酯中的至少一种,则高温充电保存后的低温负荷特性进一步提高,因此优选,更优选含有具有碳-碳双键的环状碳酸酯和具有氟原子的环状碳酸酯这两者。作为具有碳-碳双键的环状碳酸酯,进一步优选VC、VEC,作为具有氟原子的环状碳酸酯,进一步优选FEC、DFEC。
在具有碳-碳双键的环状碳酸酯的含量相对于非水溶剂的总体积优选为0.07体积%以上、更优选为0.2体积%以上、进一步优选为0.7体积%以上、另外作为其上限优选为7体积%以下、更优选为4体积%以下、进一步优选为2.5体积%以下时,可以在无损低温下Li离子通过性的情况下进一步增加高温保存时的被膜的稳定性,因此优选。
在具有氟原子的环状碳酸酯的含量相对于非水溶剂的总体积优选为0.07体积%以上、更优选为4体积%以上、进一步优选为7体积%以上、另外作为其上限优选为35体积%以下、更优选为25体积%以下、进一步优选为15体积%以下时,可以在无损低温下Li离子通过性的情况下进一步增加高温保存时的被膜的稳定性,因此优选。
在非水溶剂含有具有碳-碳双键的环状碳酸酯和具有氟原子的环状碳酸酯这两者时,在具有碳-碳双键的环状碳酸酯的含量相对于具有氟原子的环状碳酸酯的含量优选为0.2体积%以上、更优选为3体积%以上、进一步优选为7体积%以上、另外作为其上限优选为40体积%以下、更优选为30体积%以下、进一步优选为15体积%以下时,可以在无损低温下Li离子通过性的情况下进一步增加高温保存时的被膜的稳定性,因此特别优选。
另外,在非水溶剂含有碳酸亚乙酯和/或碳酸亚丙酯时,电极上形成的被膜的电阻变小,因此优选,碳酸亚乙酯和/或碳酸亚丙酯的含量相对于非水溶剂的总体积优选为3体积%以上,更优选为5体积%以上,进一步优选为7体积%以上,另外,其上限优选为45体积%以下,更优选为35体积%以下,进一步优选为25体积%以下。
这些溶剂可以使用1种,但在组合使用2种以上时,由于宽温度范围内的电化学特性进一步提高,因此优选,特别优选组合3种以上使用。作为这些环状碳酸酯的适当组合,优选EC和PC、EC和VC、PC和VC、VC和FEC、EC和FEC、PC和FEC、FEC和DFEC、EC和DFEC、PC和DFEC、VC和DFEC、VEC和DFEC、EC和PC和VC、EC和PC和FEC、EC和VC和FEC、EC和VC和VEC、PC和VC和FEC、EC和VC和DFEC、PC和VC和DFEC、EC和PC和VC和FEC、EC和PC和VC和DFEC等。上述组合中,更优选EC和VC、EC和FEC、PC和FEC、EC和PC和VC、EC和PC和FEC、EC和VC和FEC、PC和VC和FEC、EC和PC和VC和FEC等组合。
作为链状酯,可以适当地举出选自碳酸甲乙酯(MEC)、碳酸甲丙酯(MPC)、碳酸甲异丙酯(MIPC)、碳酸甲丁酯及碳酸乙丙酯中的一种或二种以上的非对称链状碳酸酯、选自碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二丙酯及碳酸二丁酯中的一种或二种以上的对称链状碳酸酯、选自新戊酸甲酯、新戊酸乙酯、新戊酸丙酯等新戊酸酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、乙酸甲酯及乙酸乙酯中的一种或二种以上的链状羧酸酯。
上述链状酯中,优选选自碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯、碳酸甲异丙酯、碳酸甲丁酯、丙酸甲酯、乙酸甲酯及乙酸乙酯中的具有甲基的链状酯,特别优选具有甲基的链状碳酸酯。
另外,在使用链状碳酸酯时,优选使用二种以上。进而更优选含有对称链状碳酸酯和非对称链状碳酸酯这两者,进一步优选对称链状碳酸酯的含量多于非对称链状碳酸酯的含量。
链状酯的含量没有特别限制,优选在相对于非水溶剂的总体积为60~90体积%的范围内使用。如果该含量为60体积%以上,则非水电解液的粘度不会变得过高,如果为90体积%以下,则非水电解液的电导率下降、宽温度范围内的电化学特性降低的可能性小,因此优选为上述范围。
链状碳酸酯中对称链状碳酸酯所占的体积比例为51体积%以上,更优选为55体积%以上。作为其上限,更优选为95体积%以下,进一步优选为85体积%以下。特别优选对称链状碳酸酯含有碳酸二甲酯。另外,非对称链状碳酸酯更优选具有甲基,特别优选碳酸甲乙酯。
在为上述情况时,宽温度范围内的电化学特性提高,因此优选。
环状碳酸酯与链状酯的比例从宽温度范围内的电化学特性提高的观点出发,优选环状碳酸酯:链状酯(体积比)为10:90~45:55,更优选为15:85~40:60,特别优选为20:80~35:65。
作为其它非水溶剂,可以适当地举出选自四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、1,3-二氧杂环戊烷、1,3-二噁烷、1,4-二噁烷等环状醚、1,2-二甲氧基乙烷、1,2-二乙氧基乙烷、1,2-二丁氧基乙烷等链状醚、二甲基甲酰胺等酰胺、环丁砜等砜、及γ-丁内酯、γ-戊内酯、α-当归内酯等内酯中的一种或二种以上。
上述的非水溶剂通常为了实现适当的物性而混合地使用。作为其组合,例如可以适当地举出环状碳酸酯和链状碳酸酯的组合、环状碳酸酯和链状羧酸酯的组合、环状碳酸酯和链状碳酸酯和内酯的组合、环状碳酸酯和链状碳酸酯和醚的组合、环状碳酸酯和链状碳酸酯和链状羧酸酯的组合等。
为了进一步提高宽温度范围内的电化学特性,优选在非水电解液中进一步添加其它的添加剂。
作为其它的添加剂的具体例,可以适当地举出从选自磷酸三甲酯、磷酸三丁酯及磷酸三辛酯中的一种或二种以上的磷酸酯、选自乙腈、丙腈、丁二腈、戊二腈、己二腈及庚二腈中的一种或二种以上的腈、选自四亚甲基二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯及八亚甲基二异氰酸酯中的一种或二种以上的异氰酸酯、选自2-丙炔基甲基碳酸酯、乙酸2-丙炔酯、甲酸2-丙炔酯、甲基丙烯酸2-丙炔酯、甲磺酸2-丙炔酯、草酸二(2-丙炔基)酯、戊二酸二(2-丙炔基)酯、2-丁炔-1,4-二基二甲磺酸酯、2-丁炔-1,4-二基二甲酸酯、及2,4-己二炔-1,6-二基二甲磺酸酯中的一种或二种以上的含三键的化合物、选自1,3-丙磺酸内酯、1,3-丁磺酸内酯、2,4-丁磺酸内酯、1,4-丁磺酸内酯等磺内酯化合物、亚硫酸亚乙酯、六氢苯并[1,3,2]二氧硫杂环戊烷-2-氧化物(也称作1,2-环己二醇环亚硫酸酯)、5-乙烯基-六氢1,3,2-苯并二氧硫醇-2-氧化物等环状亚硫酸酯化合物、丁烷-2,3-二基二甲磺酸酯、丁烷-1,4-二基二甲磺酸酯、亚甲基甲烷二磺酸酯等磺酸酯化合物、二乙烯基砜、1,2-双(乙烯基磺酰基)乙烷、双(2-乙烯基磺酰基乙基)醚等乙烯基砜化合物中的一种或二种以上的含S=O键的化合物、乙酸酐、丙酸酐等链状羧酸酐、琥珀酸酐、马来酸酐、戊二酸酐、衣康酸酐、3-磺基-丙酸酐等环状酸酐、甲氧基五氟环三膦腈、乙氧基五氟环三膦腈、苯氧基五氟环三膦腈、乙氧基七氟环四膦腈等环状膦腈化合物、环己基苯、氟代环己基苯化合物(1-氟-2-环己基苯、1-氟-3-环己基苯、1-氟-4-环己基苯)、叔丁基苯、叔戊基苯、1-氟-4-叔丁基苯等具有支链烷基的芳香族化合物、联苯、联三苯(邻位、间位、对位体)、二苯基醚、氟苯、二氟苯(邻位、间位、对位体)、茴香醚、2,4-二氟茴香醚、联三苯的部分氢化物(1,2-二环己基苯、2-苯基双环己基、1,2-二苯基环己烷、邻-环己基联苯)等芳香族化合物中选择的一种或二种以上。
上述中,如果含有腈和/或芳香族化合物,则宽温度范围内的电池特性进一步提高,因此优选。腈中,更优选选自琥珀腈、戊二腈、己二腈及庚二腈中的一种或二种以上。另外,芳香族化合物中,更优选选自联苯、环己基苯、叔丁基苯及叔戊基苯中的一种或二种以上。腈和/或芳香族化合物的含量在非水电解液中优选为0.001~5质量%。在为该范围时,被膜不会过厚而充分地形成,宽温度范围内的电化学特性的改善效果提高。该含量在非水电解液中更优选为0.005质量%以上,进一步优选为0.01质量%以上,特别优选为0.03质量%以上,其上限更优选为3质量%以下,进一步优选为1质量%以下,特别优选为0.4质量%以下。
如果含有(A)含三键的化合物、(B)选自磺内酯、环状亚硫酸酯、磺酸酯、乙烯基砜中的环状或链状的含S=O基的化合物,则宽温度范围内的电化学特性进一步提高,因此优选。
作为(A)三键化合物,优选选自2-丙炔基甲基碳酸酯、甲基丙烯酸2-丙炔酯、甲磺酸2-丙炔酯、草酸二(2-丙炔基)酯、及2-丁炔-1,4-二基二甲磺酸酯中的一种或二种以上,更优选选自甲磺酸2-丙炔酯、草酸二(2-丙炔基)酯、及2-丁炔-1,4-二基二甲磺酸酯中的一种或二种以上。
上述三键化合物的含量在非水电解液中优选为0.001~5质量%。如果为0.001质量%以上,则被膜的形成充分,高温循环特性的改善效果提高。该含量在非水电解液中优选为0.005质量%以上,更优选为0.01质量%以上,进一步优选为0.03质量%以上,其上限优选为3质量%以下,更优选为1质量%以下,进一步优选为0.7质量%以下。
作为上述环状的含S=O基的化合物(但不包括三键化合物及通式(I)所规定的化合物),优选选自1,3-丙磺酸内酯、1,3-丁磺酸内酯、1,4-丁磺酸内酯、2,4-丁磺酸内酯、亚甲基甲烷二磺酸酯、亚硫酸亚乙酯、以及4-(甲基磺酰基甲基)-1,3,2-二氧硫杂环戊烷-2-氧化物中的一种或二种以上,更优选选自1,3-丙磺酸内酯、1,4-丁磺酸内酯以及2,4-丁磺酸内酯中的一种或二种以上。
另外,作为链状的含S=O基的化合物,优选选自丁烷-2,3-二基二甲磺酸酯、丁烷-1,4-二基二甲磺酸酯、二甲基甲烷二磺酸酯、五氟苯基甲磺酸酯、二乙烯基砜、及双(2-乙烯基磺酰基乙基)醚中的一种或二种以上,更优选选自丁烷-2,3-二基二甲磺酸酯、五氟苯基甲磺酸酯中的一种或二种以上的链状磺酸酯。
上述含S=O基的化合物的含量在非水电解液中优选为0.001~5质量%。在为该范围时,被膜不会过厚而充分地形成,宽温度范围内的电化学特性的改善效果提高。该含量在非水电解液中更优选为0.005质量%以上,进一步优选为0.01质量%以上,特别优选为0.03质量%以上,其上限更优选为3质量%以下,进一步优选为1质量%以下,更进一步优选为0.7质量%以下,特别优选为0.4质量%以下。
〔电解质盐〕
作为本发明中使用的电解质盐,可以适当地举出下述的锂盐、鎓盐。
(锂盐)
作为锂盐,可以适当地举出LiPF6、LiPO2F2、Li2PO3F、LiBF4、LiClO4、LiSO3F等无机锂盐、LiN(SO2F)2、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2C2F5)2、LiCF3SO3、LiC(SO2CF3)3、LiPF4(CF3)2、LiPF3(C2F5)3、LiPF3(CF3)3、LiPF3(异C3F7)3、LiPF5(异C3F7)等含有链状氟代烷基的锂盐、(CF2)2(SO2)2NLi、(CF2)3(SO2)2NLi等含有环状氟代亚烷基链的锂盐、双[草酸根-O,O’]硼酸锂或二氟[草酸根-O,O’]硼酸锂、二氟双[草酸根-O,O’]磷酸锂及四氟[草酸根-O,O’]磷酸锂等以草酸根络合物为阴离子的锂盐,可以使用它们中的一种或将二种以上混合使用。
其中,优选选自LiPF6、LiPO2F2、Li2PO3F、LiBF4、LiSO3F、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2C2F5)2及LiN(SO2F)2、二氟双[草酸根-O,O’]磷酸锂及四氟[草酸根-O,O’]磷酸锂中的一种或二种以上,更优选选自LiPF6、LiPO2F2、LiBF4、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2F)2及二氟双[草酸根-O,O’]磷酸锂中的一种或二种以上。锂盐的浓度相对于上述的非水溶剂通常优选为0.3M以上,更优选为0.7M以上,进一步优选为1.1M以上。其上限优选为2.5M以下,更优选为2.0M以下,进一步优选为1.6M以下。
另外,作为这些锂盐的适当组合,优选在非水电解液中含有LiPF6、还进一步含有选自LiPO2F2、LiBF4、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2F)2及二氟双[草酸根-O,O’]磷酸锂中的一种或二种以上锂盐的情形,LiPF6以外的锂盐在非水溶剂中所占的比例为0.001M以上时,可以容易地发挥高温下的电化学特性的提高效果,为0.005M以下时,高温下的电化学特性的提高效果降低的可能性小,因此优选。优选为0.01M以上,特别优选为0.03M以上,最优选为0.04M以上。其上限优选为0.4M以下,特别优选为0.2M以下。
(鎓盐)
另外,作为鎓盐,可以适当地举出以下所示的鎓阳离子和阴离子组合而成的各种盐。
作为鎓阳离子的具体例,可以适当地举出选自四甲基铵阳离子、乙基三甲基铵阳离子、二乙基二甲基铵阳离子、三乙基甲基铵阳离子、四乙基铵阳离子、N,N-二甲基吡咯烷鎓阳离子、N-乙基-N-甲基吡咯烷鎓阳离子、N,N-二乙基吡咯烷鎓阳离子、螺-(N,N')-二吡咯烷鎓阳离子、N,N'-二甲基咪唑啉鎓阳离子、N-乙基-N'-甲基咪唑啉鎓阳离子、N,N'-二乙基咪唑啉鎓阳离子、N,N'-二甲基咪唑鎓阳离子、N-乙基-N'-甲基咪唑鎓阳离子、N,N'-二乙基咪唑鎓阳离子中的一种或二种以上。
作为阴离子的具体例,可以适当地举出PF6阴离子、BF4阴离子、ClO4阴离子、AsF6阴离子、CF3SO3阴离子、N(CF3SO2)2阴离子、N(C2F5SO2)2阴离子等。
这些电解质盐可单独使用1种或者组合使用2种以上。
〔非水电解液的制造〕
本发明的非水电解液例如可以如下得到:混合上述的非水溶剂,在其中溶解上述的电解质盐以及相对于该非水电解液的上述通式(I)所示的环状磺酸酯化合物。
此时,所用的非水溶剂以及非水电解液中加入的化合物优选使用在不显著降低生产率的范围内预先纯化以使杂质尽可能地少的物质。
本发明的非水电解液可以用于下述的第1~第4蓄电设备中,作为非水电解质,不仅可以使用液体状的非水电解质,还可以使用凝胶化的非水电解质。而且,本发明的非水电解液还可以作为固体高分子电解质用来使用。其中,优选作为电解质盐中使用锂盐的第1蓄电设备用(即锂电池用)或者第4蓄电设备用(即锂离子电容器用)来使用,更优选作为锂电池用来使用,进一步优选作为锂二次电池用来使用。
〔第1蓄电设备(锂电池)〕
本说明书中的锂电池是锂一次电池及锂二次电池的统称。另外,本说明书中,锂二次电池这样的用语是作为还包括所谓的锂离子二次电池在内的概念而使用的。本发明的锂电池包含正极、负极以及在非水溶剂中溶解有电解质盐的上述非水电解液。对非水电解液以外的正极、负极等构成部件可以没有特别限制地使用。
例如作为锂二次电池用正极活性物质,可以使用含有钴、锰及镍中的一种或二种以上的与锂的复合金属氧化物。这些正极活性物质可以单独使用一种或者组合使用二种以上。
作为这样的锂复合金属氧化物,例如可以举出选自LiCoO2、LiMn2O4、LiNiO2、LiCo1-xNixO2(0.01<x<1)、LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2、LiNi1/2Mn3/2O4、及LiCo0.98Mg0.02O2中的一种或二种以上。另外,还可以并用LiCoO2和LiMn2O4、LiCoO2和LiNiO2、LiMn2O4和LiNiO2。
另外,为了提高过充电时的安全性和循环特性,或使4.3V以上的充电电位下的使用成为可能,还可以将锂复合金属氧化物的一部分用其它元素置换。例如还可以将钴、锰、镍的一部分用Sn、Mg、Fe、Ti、Al、Zr、Cr、V、Ga、Zn、Cu、Bi、Mo、La等中的至少1种以上的元素置换、将O的一部分用S或F置换、或者被覆含有这些其它元素的化合物。
其中,优选LiCoO2、LiMn2O4、LiNiO2等在满充电状态下的正极充电电位以Li基准计为4.3V以上能够使用的锂复合金属氧化物,更优选LiCo1-xMxO2(其中,M表示选自Sn、Mg、Fe、Ti、Al、Zr、Cr、V、Ga、Zn、Cu中的一种或二种以上的元素,0.001≤x≤0.05)、LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2、LiNi1/2Mn3/2O4、Li2MnO3和LiMO2(M为Co、Ni、Mn、Fe等过渡金属)的固溶体等在4.4V以上能够使用的锂复合金属氧化物。当使用在高充电电压下工作的锂复合金属氧化物时,由于充电时与非水电解液的反应,特别是宽温度范围内使用时的电化学特性容易降低,但本发明的锂二次电池中可以抑制这些电化学特性的降低。
特别是为含有Mn的正极时,由于有伴随Mn离子从正极洗脱、电池的电阻容易增加的倾向,因此有宽温度范围内使用时的电化学特性容易降低的倾向,但本发明的锂二次电池中可以抑制这些电化学特性的降低,因此优选。
另外,作为正极活性物质,还可以使用含锂橄榄石型磷酸盐。特别优选含有选自铁、钴、镍及锰中的一种或二种以上的含锂橄榄石型磷酸盐。作为其具体例,可以举出选自LiFePO4、LiCoPO4、LiNiPO4、及LiMnPO4中的一种或二种以上。
这些含锂橄榄石型磷酸盐的一部分可被其他元素置换,可以用选自Co、Mn、Ni、Mg、Al、B、Ti、V、Nb、Cu、Zn、Mo、Ca、Sr、W及Zr等中的一种或二种以上的元素将铁、钴、镍、锰的一部分置换,或者还可以用含有这些其他元素的化合物或碳材料进行覆盖。其中,优选LiFePO4或LiMnPO4。
另外,含锂橄榄石型磷酸盐例如还可与上述的正极活性物质混合使用。
另外,作为锂一次电池用的正极,可以举出CuO、Cu2O、Ag2O、Ag2CrO4、CuS、CuSO4、TiO2、TiS2、SiO2、SnO、V2O5、V6O12、VOx、Nb2O5、Bi2O3、Bi2Pb2O5,Sb2O3、CrO3、Cr2O3、MoO3、WO3、SeO2、MnO2、Mn2O3、Fe2O3、FeO、Fe3O4、Ni2O3、NiO、CoO3、CoO等中一种或二种以上金属元素的氧化物或硫属化合物,SO2、SOCl2等硫化合物,通式(CFx)n所示的氟化碳(氟化石墨)等。其中优选MnO2、V2O5、氟化石墨等。
将上述的正极活性物质10g分散于蒸馏水100ml时的上清液的pH为10.0~12.5时,容易获得宽温度范围内的电化学特性的进一步改善的效果,因此优选,更优选10.5~12.0。
另外,正极中含有Ni作为元素时,有正极活性物质中LiOH等杂质增加的倾向,因此容易获得宽温度范围内的电化学特性的进一步改善的效果,因而优选,正极活性物质中Ni的原子浓度为5~25原子%时更优选,为8~21原子%时特别优选。
正极的导电剂只要是不引起化学变化的电子传导材料则无特别限定。例如可以举出天然石墨(鳞片状石墨等)、人造石墨等石墨,选自乙炔黑、科琴黑、槽法炭黑、炉黑、灯黑、及热裂法炭黑中一种或二种以上的炭黑等。另外,还可适当混合石墨和炭黑进行使用。导电剂在正极合剂中的添加量优选为1~10质量%,特别优选为2~5质量%。
正极可以通过如下方法来制作:将上述正极活性物质与乙炔黑、炭黑等导电剂、以及聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)、苯乙烯与丁二烯的共聚物(SBR)、丙烯腈与丁二烯的共聚物(NBR)、羧甲基纤维素(CMC)、乙丙三元共聚物等粘结剂混合,在其中加入1-甲基-2-吡咯烷酮等高沸点溶剂,混炼制成正极合剂后,将该正极合剂涂布在集电体的铝箔或不锈钢制的条板等上,干燥、加压成型后,在50℃~250℃左右的温度下于真空下加热处理2小时左右,从而制作正极。
正极的除去集电体以外的部分的密度通常为1.5g/cm3以上,为了进一步提高电池的容量,优选为2g/cm3以上,更优选为3g/cm3以上,进一步优选为3.6g/cm3以上。作为上限,优选为4g/cm3以下。
作为锂二次电池用负极活性物质,可以将锂金属或锂合金、以及可嵌入和脱嵌锂的碳材料〔易石墨化碳、(002)面的面间隔为0.37nm以上的难石墨化碳、(002)面的面间隔为0.34nm以下的石墨等〕、锡(单质)、锡化合物、硅(单质)、硅化合物、Li4Ti5O12等钛酸锂化合物等中的1种单独使用或者组合使用二种以上。
其中,就嵌入和脱嵌锂离子的能力而言,更优选使用人造石墨或天然石墨等高结晶性的碳材料,进一步优选使用具有晶格面(002)的面间隔(d002)为0.340nm(纳米级)以下、特别为0.335~0.337nm的石墨型晶体结构的碳材料。
特别优选使用具有大量扁平状的石墨质微粒相互不平行地集合或结合而成的块状结构的人造石墨粒子、或者对鳞片状天然石墨反复施以压缩力、摩擦力、剪切力等机械作用而实施了球形化处理的粒子。
如果按照负极的除去集电体以外的部分的密度达到1.5g/cm3的密度进行了加压成形后的负极片材的由X射线衍射测定得到的石墨晶体的(110)面的峰强度I(110)与(004)面的峰强度I(004)之比I(110)/I(004)达到0.01以上,则宽温度范围内的电化学特性进一步提高,因此优选,更优选上述I(110)/I(004)为0.05以上,进一步优选为0.1以上。另外,过度地进行处理有时结晶性会降低、电池的放电容量降低,因而峰强度之比I(110)/I(004)的上限优选为0.5以下,更优选为0.3以下。
另外,高结晶性的碳材料(芯材)被比该芯材结晶性低的碳材料被覆时,宽温度范围内的电化学特性变得更加良好,因此优选。被覆的碳材料的结晶性可以通过TEM确认。
使用高结晶性的碳材料时,具有充电时容易与非水电解液反应、因界面阻力的增加而使低温或高温下的电化学特性降低的倾向,但本发明的锂二次电池中宽温度范围内的电化学特性变得良好。
另外,关于作为负极活性物质的能够嵌入和脱嵌锂的金属化合物,可以举出含有Si、Ge、Sn、Pb、P、Sb、Bi、Al、Ga、In、Ti、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ag、Mg、Sr、Ba等金属元素中的至少1种的化合物。这些金属化合物可以以单质、合金、氧化物、氮化物、硫化物、硼化物、与锂的合金等任一形态使用,但单质、合金、氧化物、与锂的合金中的任一种均能实现高容量化,因而优选。其中,优选含有选自Si、Ge及Sn中的至少1种元素的金属化合物,特别优选含有选自Si和Sn中的至少1种元素的金属化合物,因为其能使电池高容量化。
负极可以通过如下方法来制作:使用与上述正极的制作相同的导电剂、粘结剂、高沸点溶剂,混炼制成负极合剂后,将该负极合剂涂布在集电体的铜箔等上,干燥、加压成型后,在50℃~250℃左右的温度下于真空下加热处理2小时左右,从而制作负极。
负极的除去集电体以外的部分的密度通常为1.1g/cm3以上,为了进一步提高电池的容量,优选为1.5g/cm3以上,更优选为1.7g/cm3以上。作为其上限,优选为2g/cm3以下。
另外,作为锂一次电池用的负极活性物质,可以举出锂金属或锂合金。
锂电池的结构没有特殊限定,可以采用具有单层或多层隔膜的硬币型电池、圆筒型电池、方形电池、层压式电池等。
作为电池用隔膜,没有特别限制,可以使用聚丙烯、聚乙烯等聚烯烃的单层或层叠的微多孔性膜、织布、无纺布等。
本发明的锂二次电池即使在充电终止电压为4.2V以上、特别是为4.3V以上时,宽温度范围内的电化学特性也优异,进而在4.4V以上时特性也良好。放电终止电压通常为2.8V以上、进一步可以为2.5V以上,而本申请发明的锂二次电池可以达到2.0V以上。对于电流值并无特别限定,通常在0.1~30C范围内使用。另外,本发明的锂电池可在-40~100℃、优选在-10~80℃下进行充放电。
本发明中,作为锂电池的内压上升的对策,还可采用在电池盖中设置安全阀、在电池罐或垫圈等部件中刻入切口的方法。另外,作为防止过充电的安全对策,还可在电池盖上设置感知电池内压、阻断电流的电流阻断机构。
〔第2蓄电设备(双电荷层电容器)〕
其是利用电解液和电极界面的双电荷层容量来储存能量的蓄电设备。本发明的一个例子是双电荷层电容器。该蓄电设备中使用的最典型的电极活性物质是活性炭。双电荷层容量大致与表面积成比例地增加。
〔第3蓄电设备〕
其是利用电极的掺杂/脱掺杂反应来储存能量的蓄电设备。作为该蓄电设备中使用的电极活性物质,可以举出氧化钌、氧化铱、氧化钨、氧化钼、氧化铜等金属氧化物、聚并苯、聚噻吩衍生物等π共轭高分子。使用了这些电极活性物质的电容器可以随着电极的掺杂/脱掺杂反应进行能量的储存。
〔第4蓄电设备(锂离子电容器)〕
其是利用锂离子向作为负极的石墨等碳材料中的嵌入来储存能量的蓄电设备。被称为锂离子电容器(LIC)。作为正极,可以举出例如利用了活性炭电极和电解液之间的双电荷层的正极、利用了π共轭高分子电极的掺杂/脱掺杂反应的正极等。电解液中至少含有LiPF6等锂盐。
〔环状磺酸酯化合物〕
作为本发明的新型化合物的环状磺酸酯化合物由下述通式(II)表示。
(式中,R1及R2可相同或不同,表示氢原子、至少一个氢原子可被卤原子取代的碳数为1~6的烷基、卤原子,L1表示碳数为2或3的亚烷基的至少一个氢原子被OR6取代了的2价烃基、或者碳数为2或3的亚烷基的至少一个亚甲(CH2)基被C(=O)基取代了的2价烃基,R6表示甲酰基、碳数为3~7的链烯基羰基、碳数为3~7的炔基羰基、碳数为2~7的烷氧基羰基、碳数为3~7的链烯氧基羰基、碳数为4~7的炔氧基羰基、碳数为7~13的芳氧基羰基、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基氧基羰基、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环己烷-4-基氧基羰基、碳数为2~12的二烷基磷酰基、碳数为2~12的烷氧基(烷基)磷酰基、碳数为2~12的二烷氧基磷酰基、-S(O)-OR4基、或者-C(O)CH2P(O)(OR5)2基,R4表示碳数为1~6的烷基、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基或者2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环己烷-4-基,R5表示碳数为1~6的烷基。并且,R6的至少一个氢原子可被卤原子取代,上述L1可进一步被碳数为1~6的烷基、碳数为1~6的卤代烷基或者卤原子中的任一种取代。其中,在L1是碳数为2或3的亚烷基的至少一个亚甲(CH2)基被C(=O)基取代了的2价烃基时,R1及R2为氢原子。)
通式(II)中,取代基L1表示碳数为2或3的亚烷基的至少一个氢原子被OR6取代了的2价烃基、或者碳数为2或3的亚烷基的至少一个亚甲(CH2)基被C(=O)基取代了的2价烃基,R6如上所述。对于作为取代基R6的碳数为3~7的链烯基羰基、碳数为3~7的炔基羰基、碳数为2~7的烷氧基羰基、碳数为3~7的链烯氧基羰基、碳数为4~7的炔氧基羰基、碳数为7~13的芳氧基羰基、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基氧基羰基、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环己烷-4-基氧基羰基、碳数为2~12的二烷基磷酰基、碳数为2~12的烷氧基(烷基)磷酰基、碳数为2~12的二烷氧基磷酰基、-S(O)-OR4基、或者C(O)CH2P(O)(OR5)2基,由于在上述通式(I)中已经进行了说明,因此在此为了避免重复而省略其说明。在这种情况下,将通式(I)的取代基L及R3替换成通式(II)的取代基L1及R6来解读。
另外,通式(II)中取代基R1、R2、R4、R5与通式(I)含义相同。
本发明的环状磺酸酯化合物可以通过下述的(a)~(d)的任一种方法来合成,但不限于这些方法。
(a)使与羟基环状磺酸酯对应的链烯基碳酰卤、烷氧基碳酰卤、链烯氧基碳酰卤、炔氧基碳酰卤、芳氧基碳酰卤、二烷基磷酰卤、烷氧基(烷基)磷酰卤、二烷氧基磷酰卤或者2-(二烷氧基磷酰基)乙酰卤在溶剂的存在下或不存在下、在碱的存在下或不存在下发生反应的方法(以下也称为“(a)法”)。
(b)使羟基环状磺酸酯和羰基化剂在溶剂的存在下或不存在下发生反应的方法(以下也称为“(b)法”)。
(c)使与羟基环状磺酸酯对应的羟基化合物和亚硫酰卤在溶剂的存在下或不存在下、在碱的存在下或不存在下发生反应的方法(以下也称为“(c)法”)。
(d)使与羟基环状磺酸酯对应的羧酸化合物在溶剂的存在下或不存在下、在酸催化剂或脱水剂的存在下发生缩合的方法(以下也称为“(d)法”)。
[(a)法]
(a)法是使与羟基环状磺酸酯对应的链烯基碳酰卤、烷氧基碳酰卤、链烯氧基碳酰卤、炔氧基碳酰卤、芳氧基碳酰卤、二烷基磷酰卤、烷氧基(烷基)磷酰卤、二烷氧基磷酰卤或者2-(二烷氧基磷酰基)乙酰卤(以下也称为“卤化物化合物”)在溶剂的存在下或不存在下、在碱的存在下或不存在下发生反应的方法。此外,原料的羟基环状磺酸酯可以通过现有的方法、例如WO2011-016440所记载的方法来合成。
(a)法的反应中,卤化物化合物的使用量相对于羟基环状磺酸酯1摩尔优选为0.8~20摩尔,更优选为0.9~10摩尔,进一步优选为1~5摩尔。
作为(a)法中使用的卤化物化合物,可以举出丙烯酰氯、甲基丙烯酰氯、巴豆酰氯、氯甲酸甲酯、氯甲酸乙酯、氯甲酸乙烯酯、氯甲酸2-丙烯酯、氯甲酸2-丙炔酯、氯甲酸苯酯、氯甲酸4-甲基苯酯、氯甲酸4-氟苯酯、二甲基磷酰氯、甲氧基(甲基)磷酰氯、二甲氧基磷酰氯、二乙氧基磷酰氯、2-(二乙氧基磷酰基)乙酰氯等。
(a)法的反应中,反应在无溶剂下进行,但只要是对反应为惰性,则也可以使用溶剂。可使用的溶剂可以举出庚烷、环己烷等脂肪族烃、二氯甲烷、二氯乙烷等卤代烃、甲苯、二甲苯等芳香族烃、氯苯、氟苯等卤代芳香族烃、二异丙基醚、二噁烷、二甲氧基乙烷、四氢呋喃等醚、乙酸乙酯、乙酸丁酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯等酯、乙腈、丙腈等腈、二甲基亚砜、环丁砜等亚砜、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺等酰胺、或者它们的混合物。其中,优选庚烷、环己烷、甲苯、乙酸乙酯、碳酸二甲酯等脂肪族或者芳香族烃、酯。
上述溶剂的使用量相对于羟基环状磺酸酯1质量份优选为0~30质量份,更优选为1~10质量份。
(a)法的反应中,反应在碱的非存在下进行,但由于共存碱时会促进反应,因此优选。碱可以使用无机碱及有机碱的任一种。
作为无机碱,可以举出碳酸钾、碳酸钠、氢氧化钙以及氧化钙。作为有机碱,可以举出直链或者支链的脂肪族叔胺、未取代或取代的咪唑、吡啶、嘧啶,其中优选三甲基胺、三乙基胺、三丙基胺、三丁基胺、二异丙基乙基胺等三烷基胺类、吡啶、N,N-二甲基氨基吡啶等吡啶类。
上述碱的使用量相对于羟基环状磺酸酯1摩尔优选为0.8~5摩尔,更优选为1~3摩尔,进一步优选为1~1.5摩尔。
(a)法的反应中,反应温度的下限从不降低反应性的观点出发优选-20℃以上,更优选-10℃以上。另外,从抑制副反应和产物分解的观点出发,反应温度的上限优选80℃以下,更优选50℃以下。
另外,反应时间可以根据上述反应温度或流程而适当变更,但如果反应时间过短则未反应物残留,相反如果反应时间过长则有可能发生产物的分解或副反应,因此反应时间优选为0.1~12小时,更优选为0.2~6小时。
[(b)法]
(b)法是使羟基环状磺酸酯和羰基化剂在溶剂的存在下或不存在下反式反应的方法。
(b)法的反应中,羰基化剂的使用量相对于羟基环状磺酸酯1摩尔优选为0.4~5摩尔,更优选为0.5~3摩尔,进一步优选为0.5~1摩尔。
作为(b)法中使用的羰基化剂,可以举出N,N’-羰基二咪唑、氯甲酸苯酯、三光气等。
(b)法的反应中,反应在无溶剂下进行,但只要是对反应是惰性的,则也可以使用溶剂。可使用的溶剂可以举出(a)法中所述的脂肪族烃、卤代烃、芳香族烃、卤代芳香族烃、醚、腈、亚砜、或者它们的混合物。其中,优选难与水混和的庚烷、环己烷、甲苯等脂肪族或者芳香族烃。
上述溶剂的使用量相对于羟基环状磺酸酯1质量份优选为0~30质量份,更优选为1~10质量份。
(b)法的反应中,反应在碱的非存在下进行,但由于共存碱时会促进反应,因此优选。碱可以使用无机碱及有机碱的任一种。
作为无机碱,可以举出碳酸钾、碳酸钠、氢氧化钙以及氧化钙。作为有机碱,可以举出直链或者支链的脂肪族叔胺、未取代或取代的咪唑、吡啶、嘧啶,其中优选三甲基胺、三乙基胺、三丙基胺、三丁基胺、二异丙基乙基胺等三烷基胺类、吡啶、N,N-二甲基氨基吡啶等吡啶类。
上述碱的使用量相对于羟基环状磺酸酯1摩尔优选为0.8~5摩尔,更优选为1~3摩尔,进一步优选为1~1.5摩尔。
(b)法的反应中,反应温度的下限优选-20℃以上,从不降低反应性的观点出发更优选0℃以上。另外,从抑制副反应和产物分解的观点出发,反应温度的上限优选80℃以下,更优选50℃以下。
(b)法的反应时间可以根据上述反应温度或流程而适当变更,但如果反应时间过短则未反应物残留,相反如果反应时间过长则有可能发生产物的分解或副反应,因此反应时间优选为0.1~24小时,更优选为0.2~12小时。
[(c)法]
(c)法是使与羟基环状磺酸酯对应的羟基化合物和亚硫酰卤在溶剂的存在下或不存在下、在碱的存在下或不存在下发生反应的方法。
(c)法的反应中,羟基化合物的使用量相对于羟基环状磺酸酯1摩尔优选为0.9~10摩尔,更优选为1~5摩尔,进一步优选为1~3摩尔。
作为(c)法中使用的羟基化合物,可以举出甲醇、乙醇、烯丙醇、炔丙醇、羟基环状磺酸酯等。
(c)法的反应中,亚硫酰卤的使用量相对于羟基环状磺酸酯1摩尔优选为0.9~10摩尔,更优选为1~5摩尔,进一步优选为1~3摩尔。
作为(c)法中使用的亚硫酰卤,可以举出氯化亚硫酰、溴化亚硫酰等。
(c)法的反应中,反应在无溶剂下进行,但只要是对反应是惰性的,则也可以使用溶剂。可使用的溶剂可以举出(a)法中所述的脂肪族烃、卤代烃、芳香族烃、卤代芳香族烃、醚、腈、亚砜、或者它们的混合物。其中,优选难与水混和的庚烷、环己烷、甲苯等脂肪族或者芳香族烃。
上述溶剂的使用量相对于羟基环状磺酸酯1质量份优选为0~30质量份,更优选为1~10质量份。
(c)法的反应中,反应在碱的非存在下进行,但由于共存碱时会促进反应,因此优选。碱可以使用无机碱及有机碱的任一种。
作为无机碱,可以举出碳酸钾、碳酸钠、氢氧化钙以及氧化钙。作为有机碱,可以举出直链或者支链的脂肪族叔胺、未取代或取代的咪唑、吡啶、嘧啶,其中优选三甲基胺、三乙基胺、三丙基胺、三丁基胺、二异丙基乙基胺等三烷基胺类、吡啶、N,N-二甲基氨基吡啶等吡啶类。
上述碱的使用量相对于羟基环状磺酸酯1摩尔优选为0.8~5摩尔,更优选为1~3摩尔,进一步优选为1~1.5摩尔。
(c)法的反应中,反应温度的下限优选-20℃以上,从不降低反应性的观点出发更优选-10℃以上。另外,从抑制副反应和产物分解的观点出发,反应温度的上限优选80℃以下,更优选50℃以下。
(c)法的反应时间可以根据上述反应温度或流程而适当变更,但如果反应时间过短则未反应物残留,相反如果反应时间过长则有可能发生产物的分解或副反应,因此反应时间优选为0.1~24小时,更优选为0.2~12小时。
[(d)法]
(d)法是使与羟基环状磺酸酯对应的羧酸化合物在溶剂的存在下或不存在下、在酸催化剂或者脱水剂的存在下发生缩合的方法。
(d)法的反应中,羧酸化合物的使用量相对于羟基环状磺酸酯1摩尔优选为0.8~20摩尔,更优选为0.9~10摩尔,进一步优选为1~5摩尔。
作为(d)法中使用的羧酸化合物,可以举出甲酸、丙烯酸、甲基丙烯酸、巴豆酸、丙炔酸、2-(二乙氧基磷酰基)乙酸。
(d)法的反应中,反应在无溶剂下进行,但只要是对反应是惰性的,则也可以使用溶剂。可使用的溶剂可以举出(a)法中所述的脂肪族烃、卤代烃、芳香族烃、卤代芳香族烃、醚、腈、亚砜、或者它们的混合物。其中,优选庚烷、环己烷、甲苯等脂肪族或者芳香族烃。
上述溶剂的使用量相对于羧酸化合物1质量份优选为0~30质量份,更优选为1~10质量份。
(d)法中,使用酸催化剂时,作为可使用的酸催化剂,可以举出硫酸、磷酸等无机酸、对甲苯磺酸、甲磺酸、三氟甲磺酸等磺酸、三氟硼酸、四异丙氧基钛等路易斯酸、沸石、酸性树脂等固体酸、或者它们的混合酸,其中,优选对甲苯磺酸、甲磺酸、三氟甲磺酸等磺酸及四异丙氧基钛等路易斯酸。上述催化剂的使用量从抑制副反应的观点出发,相对于羧酸化合物1摩尔优选为0.001~5摩尔,更优选为0.01~1摩尔,进一步优选为0.01~0.3摩尔。
另外,在使用脱水剂时,可使用的脱水剂可以举出选自二环己基碳化二亚胺、1-乙基-3-(3-二甲基氨基丙基)碳化二亚胺盐酸盐(WSC)、N,N’-羰基二咪唑、二-2-吡啶基碳酸酯、苯基二氯磷酸酯、二乙基偶氮二羧酸乙酯和三苯基膦的混合物等中的一种以上。脱水剂的使用量相对于羟基环状磺酸酯1摩尔优选为0.8~10摩尔,更优选为0.9~5摩尔,进一步优选为1~3摩尔。
(d)法的反应中,使用酸催化剂时的反应温度的下限优选0℃以上,从不降低反应性的观点出发更优选20℃以上。另外,从抑制副反应和产物分解的观点出发,反应温度的上限优选200℃以下,更优选150℃以下。
另外,使用脱水剂时的反应温度的下限优选-20℃以上,从不降低反应性的观点出发更优选0℃以上。另外,从抑制副反应和产物分解的观点出发,反应温度的上限优选100℃以下,更优选50℃以下。
(d)法的反应时间可以根据上述反应温度或流程而适当变更,但如果反应时间过短则未反应物残留,相反如果反应时间过长则有可能发生产物的分解或副反应,因此反应时间优选为0.1~24小时,更优选为0.2~12小时。
实施例
以下示出本发明中使用的环状磺酸酯化合物的合成例及电解液的实施例,但本发明并不限于这些合成例及实施例。
合成例1〔2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基甲基碳酸酯的合成(合成化合物1)〕
将4-羟基-1,2-氧硫杂环戊烷-2,2-二氧化物1.99g(14.4mmol)和三乙基胺2.20g(21.7mmol)溶解于乙酸乙酯50mL,冷却到10℃。向该溶液中于10~15℃下用15分钟滴加氯甲酸甲酯2.05g(21.7mmol),在室温下搅拌1小时。利用TLC确认了原料的消失后,将反应液水洗、分液后浓缩有机层。将残渣用硅胶色谱法(乙酸乙酯/己烷=3/2洗脱)精制,获得目标的2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基甲基碳酸酯2.12g(收率为75%)。
对所得2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基甲基碳酸酯进行1H-NMR测定,确认了其结构。以下示出结果。
1H-NMR(300MHz,CDCl3):δ=5.58-5.52(m,1H),4.68-4.61(m,1H),4.56-4.51(m,1H),3.89(s,3H),3.69-3.62(m,1H),3.44-3.38(m,1H)
合成例2〔2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基乙烯基碳酸酯的合成(合成化合物2)〕
替代氯甲酸甲酯而使用氯甲酸乙烯酯,用与合成例1同样的方法获得了目标化合物。
对所得2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基乙烯基碳酸酯进行1H-NMR测定,确认了其结构。以下示出结果。
1H-NMR(300MHz,CDCl3):δ=7.06-6.99(m,1H),5.64-5.58(m,1H),5.04-4.99(m,1H),4.72-4.65(m,2H),4.59-4.54(m,1H),3.72-3.64(m,1H),3.48-3.42(m,1H)
合成例3〔双(2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基)亚硫酸酯的合成(合成化合物3)〕
将4-羟基-1,2-二氧硫杂环戊烷-2,2-二氧化物3.00g(21.7mmol)和三乙基胺2.19g(21.7mmol)溶解于乙酸乙酯30mL。在冰冷却下用10分钟滴加氯化亚硫酰1.28g(10.8mmol),在室温下搅拌30分钟。反应结束后过滤三乙基胺盐酸盐,浓缩滤液。将所得残渣用硅胶色谱法(乙酸乙酯/己烷=1/1洗脱)精制,获得目标的双(2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基)亚硫酸酯1.11g(收率为32%)。
对所得双(2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基)亚硫酸酯进行1H-NMR测定,确认了其结构。以下示出结果。
1H-NMR(300MHz,CDCl3):δ=5.65-5.59(m,2H),4.68-4.66(m,2H),4.49-4.46(m,2H),3.66-3.59(m,2H),3.32-3.30(m,2H)
合成例4〔2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基2-(二乙氧基磷酰基)乙酸酯的合成(合成化合物4)〕
将4-羟基-1,2-氧硫杂环戊烷-2,2-二氧化物0.92g(6.7mmol)和2-(二乙氧基磷酰基)乙酸1.31g(6.7mmol)溶解于二氯甲烷20mL,冷却到10℃。向该溶液中于10~15℃下用15分钟滴加将1-乙基-3-(3-二甲基氨基丙基)碳化二亚胺盐酸盐1.34g(7.0mmol)溶解于二氯甲烷10mL中而获得的溶液,在室温下搅拌1小时。用TLC确认了原料的消失后,将反应液水洗、分液后浓缩有机层。将残渣用硅胶色谱法(乙酸乙酯/己烷=1/1洗脱)精制,获得目标的2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基2-(二乙氧基磷酰基)乙酸酯2.00g(收率为95%)。
对所得的2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基2-(二乙氧基磷酰基)乙酸酯进行1H-NMR测定,确认了其结构。以下示出结果。
1H-NMR(300MHz,CDCl3):δ=5.71-5.68(m,1H),4.67-4.62(m,1H),4.53-4.52(m,1H),4.24-4.14(m,4H),3.68-3.61(m,1H),3.41-3.35(m,1H),3.04(d,2H,J=21.7Hz),1.39-1.34(m,6H)
合成例5〔2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基丙烯酸酯的合成(合成化合物5)〕
将4-羟基-1,2-氧硫杂环戊烷-2,2-二氧化物3.00g(21.7mmol)和三乙基胺3.29g(32.5mmol)溶解于乙酸乙酯50mL中,冷却到10℃。向该溶液中于10~15℃下用15分钟滴加丙烯酰氯2.93g(32.5mmol),在室温下搅拌1小时。用TLC确认了原料的消失后,将反应液水洗、分液后浓缩有机层。将残渣用硅胶色谱法(乙酸乙酯/己烷=3/2洗脱)精制,获得目标的2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基丙烯酸酯1.93g(收率为46%)。
对所得的2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基丙烯酸酯进行1H-NMR测定,确认了其结构。以下示出结果。
1H-NMR(300MHz,CDCl3):δ=6.55-6.38(m,1H),6.21-5.85(m,2H),5.74-5.65(m,1H),4.71-4.63(m,1H),4.53-4.43(m,1H),3.71-3.60(m,1H),3.42-3.34(m,1H)
合成例6〔2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基甲基丙烯酸酯的合成(合成化合物6)〕
替代丙烯酰氯而使用甲基丙烯酰氯,用与合成例5同样的方法获得了目标化合物。
对所得的2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基甲基丙烯酸酯进行1H-NMR测定,确认了其结构。以下示出结果。
1H-NMR(300MHz,CDCl3):δ=6.23-6.22(dd,1H,J=1.2,1.0Hz),5.73-5.72(dd,1H,J=1.2,1.0Hz),5.71-5.67(m,1H),4.72-4.66(m,1H),4.54-4.50(m,1H),3.70-3.62(m,1H),3.41-3.30(m,1H),1.97-1.96(dd,3H,J=1.2,1.0Hz)
合成例7〔1,2-氧硫杂环戊烷-4酮2,2-二氧化物的合成(合成化合物7)〕
在无水二氯甲烷30ml中混悬吡啶鎓氯铬酸盐2.91g(13.5mmol),一边搅拌一边加入溶解于乙酸乙酯30ml的4-羟基-1,2-氧硫杂环戊烷-2,2-二氧化物1.24g(9.0mmol),在室温下搅拌1小时。加入乙酸乙酯30ml,取上清液,另外将黑色残渣用乙酸乙酯10ml洗涤3次,合并乙酸乙酯层进行浓缩。将残渣用硅胶色谱法(乙酸乙酯/己烷=3/2洗脱)精制,获得目标的1,2-氧硫杂环戊烷-4酮2,2-二氧化物0.30g(收率为25%)。
对所得的1,2-氧硫杂环戊烷-4酮2,2-二氧化物进行1H-NMR测定,确认了其结构。以下示出结果。
1H-NMR(300MHz,CDCl3):δ=4.82(d,2H,J=0.5Hz),3.86(d,2H,J=0.5Hz)
合成例8〔2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基二乙基磷酸酯的合成(合成化合物8)〕
将4-羟基-1,2-氧硫杂环戊烷-2,2-二氧化物3.00g(21.7mmol)和三乙基胺2.63g(26.0mmol)及N,N-二甲基-4-氨基吡啶0.027g(0.22mmol)溶解于乙酸乙酯50mL,冷却到10℃。向该溶液中于10~15℃下用15分钟滴加氯磷酸二乙酯4.12g(23.9mmol),在室温下搅拌1小时。用TLC确认了原料的消失后,将反应液水洗、分液后浓缩有机层。将残渣用硅胶色谱法(乙酸乙酯/己烷=2/1洗脱)精制,获得目标的2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-5-基二乙基磷酸酯1.49g(收率为38%)。
对所得的2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基二乙基磷酸酯进行1H-NMR测定,确认了其结构。以下示出结果。
1H-NMR(400MHz,CDCl3):δ=5.40-5.33(m,1H),4.62-4.59(m,2H),4.22-4.10(m,4H),3.63-3.51(m,2H),1.43-1.33(m,6H)
实施例1~32、比较例1、2
〔锂离子二次电池的制作〕
将LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2(正极活性物质,将正极活性物质10g分散于蒸馏水100ml时的上清液的pH为10.8)94质量%、乙炔黑(导电剂)3质量%混合,加入到预先使聚偏氟乙烯(粘结剂)3质量%溶解在1-甲基-2-吡咯烷酮中得到的溶液中并混合,制备了正极合剂糊剂。将该正极合剂糊剂涂布在铝箔(集电体)的单面上,进行干燥、加压处理,并冲裁成规定的大小,制作了正极片材。正极的除集电体以外的部分的密度为3.6g/cm3。另外,将人造石墨(d002=0.335nm、负极活性物质)95质量%加入到预先使聚偏氟乙烯(粘结剂)5质量%溶解在1-甲基-2-吡咯烷酮中得到的溶液中并混合,制备了负极合剂糊剂。将该负极合剂糊剂涂布在铜箔(集电体)的单面上,进行干燥、加压处理,并冲裁成规定的大小,制作了负极片材。负极的除集电体以外的部分的密度为1.5g/cm3。另外,使用该电极片材进行X射线衍射测定的结果是石墨结晶的(110)面的峰强度I(110)与(004)面的峰强度I(004)之比[I(110)/I(004)]为0.1。然后,按正极片材、微多孔性聚乙烯薄膜制隔膜、负极片材的顺序进行层叠,加入表1及2所述组成的非水电解液,制作了2032型硬币电池。
〔高温充电保存后的低温特性的评价〕
<初始的放电容量>
使用利用上述方法制作的硬币电池,在25℃的恒温槽中以1C的恒电流及恒电压充电3小时至终止电压4.2V,将恒温槽的温度降至0℃,在1C的恒电流下放电至终止电压2.75V,求出初始的0℃的放电容量。
<高温充电保存试验>
接着,将该硬币电池在85℃的恒温槽中以1C的恒电流及恒电压充电3小时至终止电压4.2V,在保持在4.2V的状态下保存3天。之后放入25℃的恒温槽中,先在1C的恒电流下放电至终止电压2.75V。
<高温充电保存后的放电容量>
然后与初始的放电容量的测定同样地操作,求出高温充电保存后的0℃的放电容量。
<高温充电保存后的低温特性>
由下述的0℃放电容量的维持率来求出高温充电保存后的低温特性。
高温充电保存后的0℃放电容量维持率(%)=(高温充电保存后的0℃的放电容量/初始的0℃的放电容量)×100
将电池特性示于表1及2。
表1-1
表1-2
表2
实施例33、34、比较例3
使用硅(单质)(负极活性物质)代替实施例3及比较例1中使用的负极活性物质,制作了负极片材。将硅(单质)80质量%、乙炔黑(导电剂)15质量%混合,加入到预先使聚偏氟乙烯(粘结剂)5质量%溶解在1-甲基-2-吡咯烷酮中得到的溶液中并混合,制备了负极合剂糊剂。将该负极合剂糊剂涂布在铜箔(集电体)上,进行干燥、加压处理,并冲裁成规定的大小,制作了负极片材,除此以外与实施例3、比较例1同样地制作了硬币电池并进行了电池评价。结果示于表3。
表3
实施例35、36、比较例4
使用被非晶质碳覆盖的LiFePO4(正极活性物质)代替实施例3及比较例1中使用的正极活性物质,制作了正极片材。将被非晶质碳覆盖的LiFePO490质量%、乙炔黑(导电剂)5质量%混合,加入到预先使聚偏氟乙烯(粘结剂)5质量%溶解在1-甲基-2-吡咯烷酮中得到的溶液中并混合,制备了正极合剂糊剂。将该正极合剂糊剂涂布在铝箔(集电体)上,进行干燥、加压处理,并冲裁成规定的大小,制作了正极片材,另外将电池评价时的充电终止电压设为3.6V、将放电终止电压设为2.0V,除此以外与实施例3、比较例1同样地制作了硬币电池并进行了电池评价。结果示于表4。
表4
上述实施例1~32的锂二次电池与未添加本申请发明的非水电解液中的环状磺酸酯化合物的比较例1、添加了专利文献1记载的羟基丙磺酸内酯的比较例2的锂二次电池相比,宽温度范围内的电化学特性均显著地提高。由以上可知,本发明的效果是在非水溶剂中溶解有电解质盐的非水电解液中含有0.001~10质量%的本申请发明的环状磺酸酯化合物时所特有的效果。
另外,由实施例33、34与比较例3的对比、实施例35、36与比较例4的对比可知,在负极使用硅(单质)Si时或正极使用含锂橄榄石型磷酸铁盐的情况下均可见同样的效果。因此可知,本发明的效果是并不依赖于特定的正极或负极的效果。
进而,本发明的非水电解液还具有改善锂一次电池的宽温度范围内的的放电特性的效果。
产业上的可利用性
如果使用本发明的非水电解液,可以获得在宽温度范围内的电化学特性优异的蓄电设备。特别是作为混合动力电汽车、插电式混合动力电汽车、电池电汽车等中搭载的锂二次电池等蓄电设备用的非水电解液使用时,可以获得宽温度范围内的电化学特性不易降低的蓄电设备。
Claims (15)
1.一种非水电解液,其是在非水溶剂中溶解有电解质盐的非水电解液,其特征在于,在非水电解液中含有一种以上的下述通式(I)所示的环状磺酸酯化合物,
式中,R1及R2可相同或不同,表示氢原子、至少一个氢原子可被卤原子取代的碳数为1~6的烷基、卤原子;L表示碳数为2或3的亚烷基的至少一个氢原子被OR3取代了的2价烃基、或者碳数为2或3的亚烷基的至少一个亚甲基(CH2)被C(=O)基取代了的2价烃基;L表示碳数为2的亚烷基的至少一个氢原子被OR3取代了的2价烃基时,R3表示甲酰基、碳数为2~7的烷基羰基、碳数为3~7的链烯基羰基、碳数为2~7的烷氧基羰基、碳数为3~7的链烯氧基羰基、碳数为2~12的二烷氧基磷酰基、-S(O)-OR4基、或者-C(O)CH2P(O)(OR5)2基;L表示碳数为3的亚烷基的至少一个氢原子被OR3取代了的2价烃基时,R3表示碳数为2~7的烷基羰基;R4表示碳数为1~6的烷基、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基或者2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环己烷-4-基;R5表示碳数为1~6的烷基。
2.根据权利要求1所述的非水电解液,其中,所述通式(I)所示的环状磺酸酯化合物的含量在非水电解液中为0.001~10质量%。
3.根据权利要求1或2所述的非水电解液,其中,所述通式(I)所示的环状磺酸酯化合物为选自2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基甲酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基乙酸酯、2,2-二氧化物-1,2-二氧硫杂环戊烷-4-基丙酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基异丁酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基新戊酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基丙烯酸酯、2,2-二氧化物-2-氧硫杂环戊烷-4-基甲基丙烯酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基甲基碳酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基乙基碳酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基异丙基碳酸酯、叔丁基-2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基碳酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基乙烯基碳酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基二乙基磷酸酯、双(2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基)亚硫酸酯、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基2-(二乙氧基磷酰基)乙酸酯、1,2-氧硫杂环戊烷-4-酮2,2-二氧化物、5-甲基-1,2-氧硫杂环戊烷-4-酮2,2-二氧化物、5,5-二甲基-1,2-氧硫杂环戊烷-4-酮2,2-二氧化物、以及6,6-二甲基-1,2-氧硫杂环己烷-4-酮2,2-二氧化物中的一种或二种以上。
4.根据权利要求1或2所述的非水电解液,其中,非水溶剂含有环状碳酸酯及链状酯。
5.根据权利要求4所述的非水电解液,其中,环状碳酸酯为选自碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯、碳酸1,2-亚丁酯、碳酸2,3-亚丁酯、4-氟-1,3-二氧杂环戊烷-2-酮、反式或顺式-4,5-二氟-1,3-二氧杂环戊烷-2-酮、碳酸亚乙烯酯、以及碳酸乙烯基亚乙酯中的一种或二种以上。
6.根据权利要求4所述的非水电解液,其中,链状酯是具有甲基的链状酯。
7.根据权利要求1或2所述的非水电解液,其中,所述电解质盐含有选自LiPF6、LiPO2F2、Li2PO3F、LiBF4、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2C2F5)2、LiN(SO2F)2、二氟双(草酸根)磷酸锂以及四氟(草酸根)磷酸锂中的一种或二种以上。
8.根据权利要求1或2所述的非水电解液,其中,非水电解液进一步含有选自腈、环状或链状的含S=O基化合物、以及含三键的化合物中的一种或二种以上。
9.根据权利要求8所述的非水电解液,其中,腈为选自丁二腈、戊二腈、己二腈以及庚二腈中的至少一种。
10.根据权利要求8所述的非水电解液,其中,含S=O基化合物为选自1,3-丙磺酸内酯、1,3-丁磺酸内酯、1,4-丁磺酸内酯、2,4-丁磺酸内酯、亚硫酸亚乙酯、以及4-(甲基磺酰基甲基)-1,3,2-二氧硫杂环戊烷-2-氧化物中的一种或二种以上。
11.根据权利要求8所述的非水电解液,其中,含三键的化合物含有选自2-丙炔基甲基碳酸酯、甲磺酸2-丙炔酯、二(2-丙炔基)草酸酯、以及2-丁炔-1,4-二基二甲磺酸酯中的一种或二种以上。
12.一种蓄电设备,其是具备正极、负极以及非水溶剂中溶解有电解质盐的非水电解液的蓄电设备,其特征在于,所述非水电解液为权利要求1~11任一项所述的非水电解液。
13.根据权利要求12所述的蓄电设备,其中,正极为含有锂复合氧化物的材料,负极为含有具有石墨型晶体结构的碳材料的材料。
14.一种蓄电设备的非水电解液用添加剂,其特征在于,含有权利要求1所述的通式(I)所示的环状磺酸酯化合物。
15.一种下述通式(II)所示的环状磺酸酯化合物,
式中,R1及R2可相同或不同,表示氢原子、至少一个氢原子可被卤原子取代的碳数为1~6的烷基、卤原子;L1表示碳数为2或3的亚烷基的至少一个氢原子被OR6取代了的2价烃基;L1表示碳数为2的亚烷基的至少一个氢原子被OR6取代了的2价烃基时,R6表示甲酰基、碳数为3~7的链烯基羰基、碳数为2~7的烷氧基羰基、碳数为3~7的链烯氧基羰基、碳数为2~12的二烷氧基磷酰基、-S(O)-OR4基、或者-C(O)CH2P(O)(OR5)2基;L1表示碳数为3的亚烷基的至少一个氢原子被OR6取代了的2价烃基时,R6表示碳数为2~7的烷基羰基;R4表示碳数为1~6的烷基、2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环戊烷-4-基或者2,2-二氧化物-1,2-氧硫杂环己烷-4-基;R5表示碳数为1~6的烷基。
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