JP2002033127A - 電気化学的電池の電解液添加物として用いるシラン化合物 - Google Patents

電気化学的電池の電解液添加物として用いるシラン化合物

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JP2002033127A
JP2002033127A JP2001170484A JP2001170484A JP2002033127A JP 2002033127 A JP2002033127 A JP 2002033127A JP 2001170484 A JP2001170484 A JP 2001170484A JP 2001170484 A JP2001170484 A JP 2001170484A JP 2002033127 A JP2002033127 A JP 2002033127A
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zhz
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シュミット ミハエル
Andreas Kuehner
クーナー アンドレアス
Dagmar Petigk
ペティグク ダグマー
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】リチウム電池用として、電気化学的安定性をも
つ電解液用添加剤を提供する。 【解決手段】非プロトン性溶媒に溶解したリチウム含有
無機電解質塩またはリチウム含有有機電解質塩からなる
電解液であって、添加剤として一般式Iのシラン化合物
を含む電解液。 SiR1234 (I) [R1〜R4は、それぞれH、Cy2y+1-zz、OCy
2y+1-zz、OC(O)Cy2y+1-zz、OSO2y
2y+1-zzであり、かつ1≦x<6、1≦y≦8、O≦
z≦2y+1、かつR1〜R4は、それぞれが非置換のま
たはF、Cy2y+1-zz、OCy2y+1-zz、OC
(O)Cy2y+1-zz、OSO2y2y+1-zzまたは
N(Cn2n+1-zz2の基で置換のフェニルおよびナ
フチルから選択した芳香族環、あるいは上記基で置換の
ピリジル、ピラジルおよびピリミジルから選択した複素
環式芳香族環。]

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電解液の添加剤と
してシラン化合物を使用し、電気化学的電池の特性を改
良することに関する。
【0002】
【従来の技術】リチウムイオン電池は、移動用途の最も
有望なシステムの1つである。用途分野は、高価格な電
子機器(例えば、移動電話、カムコーダ(camcorders))
から電気駆動自動車用電池に及んでいる。
【0003】これらの電池は、カソード、アノード、セ
パレーターおよび非水性電解液から構成される。カソー
ドとして、通常、Li(MnMez24、Li(Co
Mez)O2、Li(CoNixMez)O2またはその他
のリチウム内位添加化合物(lithium intercalations)お
よび挿入化合物(insertion compounds)が用いられてい
る。アノードは、リチウム金属、炭素、黒鉛、黒鉛状炭
素またはその他のリチウム内位添加化合物および挿入化
合物あるいは合金から構成できる。用いる電解液は、L
iPF6、LiBF4、LiClO4、LiAsF6、Li
CF3SO3、LiN(CF3SO22またはLiC(C
3SO23などのリチウム塩、およびそれらの混合物
の非プロトン性溶媒溶液である。
【0004】リチウムイオン電池によく用いる電解質塩
LiPF6が、水およびその他のプロトン性汚染物質に
感応性であるために、このような電解液は可測量のフッ
化水素酸を常に含んでいる。これに加えて、電解液は、
その製造方法に由来する少なくとも50ppmのHFを
含有する。加えて、HFは、系を加熱することによって
も生成する可能性がある。生成したフッ化水素酸は電池
の種々の成分と容易に反応する。
【0005】黒鉛電極は、通常、炭酸アルキル、炭酸リ
チウム、水酸化リチウム、および酸化リチウムで被覆さ
れている。フッ化水素酸は、これらの被覆物と反応す
る。電解質塩としてLiPF6を含有する電解液では、
電池のインピーダンスが継続的に増加することが知られ
ている。この現象は、カーボネート被覆に対する攻撃お
よびLiFフィルムの生成に帰することができる。
【0006】HFは、下記式 Li2CO3+2HF → 2LiF+H2CO3 LiOH+HF → LiF+H2O Li2O+2HF → 2LiF+H2O に従い被覆物と反応する。
【0007】原被覆に比較して、LiF含有フィルム
は、例えあるとしても、Liイオン透過性が非常に小さ
い。
【0008】従来技術は、HFと反応し、LiFフィル
ムの生成を防止する添加剤の添加を開示している。
【0009】文献には、リチウムイオン電池に用いる多
くの添加剤が記載されている。例えば、HF捕捉剤とし
てトリブチルアミンが用いられる。この添加剤は、HF
含有量を非常に効果的に減少させるが、電気化学的酸化
に対して不安定である。この添加剤は、Li/Li+
対して約3.5V以上で不可逆的に分解する。
【0010】JP08321311には、種々の酢酸化
合物、蓚酸化合物、およびシランが添加剤として使用さ
れている。これらの化合物は、アノード上に層を形成
し、電解液とアノード間の反応を防止すると言われてい
る。
【0011】従来技術に対して、本発明は、電解液から
HFを除くこと、および新たなフィルム形成を必要とし
ない。代わって、本発明の原点は、生成したフッ化リチ
ウムを溶解し、電池のインピーダンスを安定化すること
を目指している。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
目的は、電極上のフィルム形成を打ち消し、充分に高い
電気化学的安定性をもつ添加剤を提供することである。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明の目的は、添加剤
として下記の式 SiR1234 [式中、R1〜R4は、それぞれH、Cy2y+1-zz、O
y2y+1-zz、OC(O)Cy2y+1-zz、OSO2
y2y+1-zzであり、かつ1≦x<6、1≦y≦8、
0≦z≦2y+1であり、かつR1〜R4は、同一または
異なっていて、それぞれが非置換のまたはF、C y
2y+1-zz、OCy2y+1-zz、OC(O)Cy2y+1-z
z、OSO2y2y +1-zzまたはN(Cn
2n+1-zz2で1置換または多置換されていてもよいフ
ェニルおよびナフチルからなる群から選択した芳香族
環、あるいはそれぞれがF、Cy2y+1-zz、OCy
2y+1-zz、OC(O)Cy2y+1-zz、OSO2y
2y+1-zzまたはN(Cn2n+1-zz2で1置換または
多置換されていてもよいピリジル、ピラジルおよびピリ
ミジルからなる群から選択した複素環式芳香族環であ
る]で表される化合物を用いることにより達成される。
このシラン化合物を、リチウム含有無機電解質塩または
リチウム含有有機電解質塩を溶解した非プロトン性溶媒
からなる電解液に、添加剤として用いる。
【0014】
【発明の実施の形態】このシラン化合物は、通常、電気
化学的電池、好ましくは非水性二次リチウム電池に用い
る電解液に溶解する。四座配位シラン化合物、具体的に
はテトラメトキシシラン、エチルトリアセトキシシラ
ン、ジフェニルメトキシシラン、ジフルオロジフェニル
シラン、およびトリエチルシリルフルオロメタンスルホ
ネートが、電気化学的電池用の適切な添加剤であること
が判明した。
【0015】驚くことに、シラン化合物が有機非プロト
ン性溶媒にLiFを高濃度に溶解できることが判明し
た。本発明に従い用いる添加剤は、電極上のLiFフィ
ルムの形成を防止できる。これは、電池のインピーダン
スの安定化を可能にする。
【0016】この添加剤は、優れた電気化学的安定性を
もっている。シラン化合物の酸化安定性が電気化学的電
池用として充分に高く、リチウムイオン電池に好ましい
ことが判った。
【0017】このシラン化合物は、汎用の電解質塩を含
む電解液に使用できる。適切な電解質塩は、例えば、L
iPF6、LiBF4、LiClO4、LiAsF6、Li
CF 3SO3、LiN(CF3SO22、LiN(CF3
2SO22、またはLiC(CF3SO23、およびそ
れらの混合物からなる群から選択した塩である。
【0018】この電解液は、さらに有機イソシアネート
を含んでもよく(DE19944603)、水含有量を
低減する。
【0019】また、式 [([R1(CR23klxyKt]+ -N(C
32 [式中、KtはN、P、As、Sb、S、Seであり、
AはN、P、P(O)、O、S、S(O)、SO2、A
s、As(O)、Sb、Sb(O)であり、R1、R2
よびR3は、同一または異なり、かつそれぞれH、ハロ
ゲン、置換および/または非置換のアルキルC
n2n+1、置換および/または非置換の1〜18個の炭
素原子および1つまたは複数の二重結合をもつアルケニ
ル、置換および/または非置換の1〜18個の炭素原子
および1つまたは複数の三重結合をもつアルキニル、置
換および/または非置換のシクロアルキルCm2m-1
1置換または多置換および/または非置換のフェニル、
置換および/または非置換のヘテロアリールであり、式
中、AはR1、R2および/またはR3のさまざまな位置に
存在してもよく、Ktは環式または複素環式環に存在し
てもよく、Ktに結合する基は同一または異なり、かつ
nは1〜18、mは3〜7、kは0または1〜6、lは
1または2(x=1のとき)かつ1(x=0のとき)、
xは0または1、yは1〜4である]で表される化合物
が存在してもよい(DE9941566)。この化合物
の製造方法は、極性有機溶媒中で、式 D+ -N(CF32 [式中、D+はアルカリ金属からなる群から選択する]
で表されるアルカリ金属塩と、式 [([R1(CR23klxyKt]+ -E [式中、Kt、A、R1、R2、R3、k、l、xおよびy
は上に定義したとおりであり、-EはF-、Cl-、B
-、I-、BF4 -、ClO4 -、AsF6 -、SbF6 -また
はPF6 -である]で表される塩を反応させることを含ん
でいる。
【0020】また、本発明に従い用いる化合物は、式 X−(CYZ)m−SO2N(CR1232 [式中、XはH、F、Cl、Cn2n+1、Cn2n-1
(SO2kN(CR12 32であり、YはH、F、C
lであり、ZはH、F、Clであり、R1、R2、R 3
それぞれHおよび/またはアルキル、フルオロアルキ
ル、シクロアルキルであり、mは0〜9かつX=Hのと
きにm≠0であり、nは1〜9、kは0(m=0のと
き)または1(m=1〜9のとき)である]で表される
化合物であって、部分フッ素化または過フッ素化アルキ
ルスルホニルフッ化物とジメチルアミンを有機溶媒中で
反応させることにより製造する化合物(DE19946
673)を含む電解液中に存在できる。
【0021】また、式
【0022】
【数1】
【0023】[式中、x、yはそれぞれ1、2、3、
4、5、6であり、Mx+は金属イオンであり、EはBR
123、AlR123、PR12345、AsR1
2345、VR12345からなる群から選択
したルイス酸であり、R1からR5は同一または異なり、
単結合または二重結合により直接的に互いに結合しても
よく、かつそれぞれの場合に個々にまたは一緒に、ハロ
ゲン(F、Cl、Br)、部分的または完全にF、C
l、Brで置換されてもよいアルキルまたはアルコキシ
基(C1からC8)、酸素を介して結合してもよく、かつ
非置換あるいはアルキル(C1からC8)またはF、C
l、Brで1置換から6置換していてもよい、フェニ
ル、ナフチル、アンスラセニルおよびフェナンスレニル
からなる群から選択した芳香族環、酸素を介して結合し
てもよく、かつ非置換あるいはアルキル(C1からC8
またはF、Cl、Brで1置換から4置換していてもよ
い、ピリジル、ピラジルおよびピリミジルからなる群か
ら選択した芳香族複素環式環であり、ZはOR6、NR6
7、CR678、OSO26、N(SO26)(SO
27)、C(SO26)(SO27)(SO28)、O
COR6であり、式中、R6からR8は同一または異な
り、単結合または二重結合により直接的に互いに結合し
てもよく、かつそれぞれの場合に個々にまたは一緒に、
水素原子またはR1からR5に定義したものである]で表
される錯塩(DE19951804)であって、適切な
ボロンまたは燐ルイス酸−溶媒アダクトとリチウムまた
はテトラアルキルアンモニウムイミド、メタニド、トリ
フレートとを反応させて製造する錯塩を含む電解液を使
用できる。
【0024】また、式
【0025】
【化1】
【0026】[式中、Mx+は金属イオンまたはテトラア
ルキルアンモニウムイオンであり、x、yはそれぞれ
1、2、3、4、5または6であり、R1からR4は単結
合または二重結合により直接的に互いに結合してもよ
い、同一または異なるアルコキシまたはカルボキシル基
(C1からC8)である]で表されるホウ酸塩(DE19
959722)が存在してもよい。これらのホウ酸塩
は、リチウムテトラアルコキシボラートまたはリチウム
アルコキシドとホウ酸エステルの1:1混合物を、非プ
ロトン性溶媒中で適切なヒドロキシルまたはカルボキシ
ル化合物と2:1または4:1の比で反応させて製造す
る。
【0027】また、本発明に従い用いる化合物は、式 Li+[PFx(Cy2y+1-zz6-x- [式中、1≦x≦5、3≦y≦8、0≦z≦2y+1で
あり、かつ配位子(Cy2y+1-zz)は同一または異な
っていてもよい]で表されるリチウムフルオロアルキル
ホスフェートを含む電解液で使用でき、式 Li+[PFa(CHbc(CF3de- [式中、aは2から5の整数、b=0または1、c=0
または1、d=2であり、かつeは、bおよびcが同時
に0でないという条件の下で1から4の整数であり、a
+eの合計が6であり、かつ配位子(CHbc(C
3d)は同一または異なっていてもよい]で表される
化合物を除くものとする(DE10008955)。リ
チウムフルオロアルキルホスフェートの製造方法は、式 HmP(Cn2n+13-m、 OP(Cn2n+13、 ClmP(Cn2n+13-m、 FmP(Cn2n+13-m、 CloP(Cn2n+15-O、 FoP(Cn2n+15-O [式中、それぞれの場合、0<m<2、3<n<8、か
つ0<o<4である]で表される少なくとも1種の化合
物をフッ化水素中で電解してフッ素化すること、得られ
たフッ素化生成物の混合物を抽出、相分離および/また
は蒸留により分別すること、および得られたフッ素化ア
ルキルホスホランを水分が存在しない非プロトン性溶媒
または混合溶媒中でフッ化リチウムと反応させること、
および得られた塩を汎用手段で精製および分離すること
を含んでいる。
【0028】また、本発明に従い用いる化合物は、式 Li[P(OR1a(OR2b(OR3c(OR4d
e] [式中、0<a+b+c+d≦5、かつa+b+c+d
+e=6であり、R1からR4は互いに独立してアルキ
ル、アリールまたはヘテロアリール基であり、かつ基R
1からR4の少なくとも2つは単結合または二重結合によ
り直接的に互いに結合していてもよい]で表される塩を
含む電解液中で使用できる(DE10016801)。
この化合物は、式 P(OR1a(OR2b(OR3c(OR4de [式中、0<a+b+c+d≦5、かつa+b+c+d
+e=5であり、R1からR4は上で定義したとおりであ
る]で表される燐(V)化合物を有機溶媒の存在下でフ
ッ化リチウムと反応させることにより製造する。
【0029】また、式 K+- [式中、K+は、
【0030】
【化2】
【0031】(式中、R1からR5は同一または異なり、
単結合または二重結合により直接的に互いに結合してい
てもよく、かつそれぞれの場合に個々にまたは一緒に、
水素、ハロゲン、またはさらなる基、好ましくはF、C
l、N(Cn(2n+1-x)x2、O(Cn
(2n+1-x)x)、SO2(Cn(2n+1-x)x)、Cn
(2n+1-x)xにより部分的または完全に置換されていて
もよいアルキル基(C1からC8)であり、1<n<6、
かつ0<x≦13である)で表されるカチオンからなる
群から選択したカチオンであり、かつA-は、式 [B(OR1n(OR2m(OR3o(OR4p- (式中、0≦n、m、o、p≦4、m+n+o+p=4
であり、R1からR4は、ペアを組んで同一または異な
り、単結合または二重結合により直接的に互いに結合し
ていてもよく、かつそれぞれの場合に個々にまたは一緒
に、非置換またはCn(2n+1-x)x(式中、1<n<
6、かつ0<x≦13である)またはハロゲン(F、C
l、Br)により1置換または多置換であってもよい、
フェニル、ナフチル、アンスラセニルおよびフェナンス
レニルからなる群から選択した芳香族環であり、非置換
またはCn(2n+1-x)x(式中、1<n<6、かつ0<
x≦13である)またはハロゲン(F、Cl、Br)で
1置換または多置換であってもよい、ピリジル、ピラジ
ルおよびピリミジルからなる群から選択した芳香族複素
環式環であり、さらなる基、好ましくはF、Cl、N
(Cn(2n+1-x)x2、O(Cn(2n+1- x)x)、S
2(Cn(2n+1-x)x)、Cn(2n+1-x)x(式中、
1<n<6、かつ0<x≦13である)により部分的ま
たは完全に置換されていてもよいアルキル基(C1から
8)であり、またはOR1からOR4は、個々にまたは
一緒に、さらなる基、好ましくはF、Cl、N(Cn
(2n+1-x)x2、O(Cn(2n+1-x)x)、SO2(Cn
(2n+1-x )x)、Cn(2n+1-x)x(式中、1<n<
6、かつ0<x≦13である)により部分的または完全
に置換されていてもよい芳香族または脂肪族のカルボキ
シル、ジカルボキシル、オキシスルホニルまたはオキシ
カルボニル基である)で表されるアニオンである]で表
されるイオン性液体(DE10026565)が電解液
中に存在してもよい。
【0032】また、K+が上で定義されたものであり、
-が式 [PFx(Cy2y+1-zz6x- [式中、1≦x<6、1≦y≦8、かつ0≦z≦2y+
1である]で表されるイオンであるイオン液体K+-
存在してもよい(DE10027995)。
【0033】また、本発明に従い用いる化合物は、下記
の式 NR123 [式中、R1およびR2は、それぞれH、Cy2y+1-zz
または(Cn2n-mm)X(式中、Xは芳香族または複
素環式基である)であり、R3は、(Cn2n-mm)Y
(式中、Yは複素環式基である)、または(Co2o -p
p)Z(式中、Zは芳香族基である)であり、かつ
n、m、o、p、yおよびzは、下記条件0≦n≦6、
0≦m≦2n、2≦o≦6、0≦p≦2o、1≦y≦8
および0≦z≦2y+1を満たす]で表される化合物を
含む電解液中に存在してもよく、電気化学的電池の非プ
ロトン性電解液系中の酸含有量を低減できる。
【0034】また、式 Mn+[PFx(Cy2y+1-zz6-xn - [式中、1≦x≦6、1≦y≦8、0≦z≦2y+1、
1≦n≦3であり、Mn+は、1価から3価のカチオン、
具体的にはNR1234、PR1234、P(NR
12k3 m4 4-k-m(式中、k=1〜4、m=0〜3お
よびk+m≦4である)、C(NR12)(NR34
(NR56)、C(アリール)3、Rbまたはトロピリ
ウム、(式中、R1からR8は、それぞれHと、F、Cl
またはBrにより部分的に置換されたアルキルおよびア
リール(C1〜C8)である)である]で表されるフルオ
ロアルキルホスフェートであって、Mn+=Li+、N
+、Cs +、K+およびAg+を除くフルオロアルキルホ
スフェートが存在してもよい。これらのフルオロアルキ
ルホスフェートは、ホスホランとフッ化物または金属フ
ルオロアルキルホスフェートとフッ化物または塩化物を
有機非プロトン性溶媒中で反応させることにより得られ
る(DE10038858)。
【0035】また、電解液は、 a)式 Li+[PFx(Cy2y+1-zz6-x- [式中、1≦x≦5、1≦y≦8、0≦z≦2y+1で
あり、配位子(Cy2y+ 1-zz)はそれぞれの場合同一
または異なる]で表される少なくとも1種のリチウムフ
ルオロアルキルホスフェート塩、および b)少なくとも1種のポリマーを含む混合物(DE10
058264)を含んでもよい。
【0036】また、式 Mn+([BR4-n [式中、Mn+は1価、2価または3価のカチオンであ
り、配位子Rはそれぞれの場合同一、かつそれぞれ(C
x2x+1)(式中、1≦x≦8である)であり、n=
1、2または3である]で表されるテトラキスフルオロ
アルキルボラート塩(DE10055811)が電解液
中に存在してもよい。テトラキスフルオロアルキルボラ
ート塩の製造方法は、式Mn+([B(CN)4-
n(式中、Mn+およびnは、上で定義したとおりであ
る)で表される少なくとも1種の化合物を、少なくとも
1種のフッ素化剤と少なくとも1種の溶媒中で反応させ
ることによりフッ素化し、得られたフッ素化化合物を汎
用手段で精製し分離することを含んでいる。
【0037】また、電解液は、式 Mn+[BFx(Cy2y+1-zz4-xn - [式中、1<x<3、1≦y≦8、0≦z≦2y+1で
あり、Mは、カリウムおよびバリウムを除く1価から3
価のカチオン(1≦n≦3)、具体的にはLi、NR1
234、PR5678、P(NR56k7 m8
4-k-m(式中、k=1〜4、m=0〜3およびk+m≦4
である)またはC(NR56)(NR78)(NR9
10)、(式中、R1からR4はそれぞれCy2y+1-zz
5からR10はそれぞれHまたはCy2y+1-zzであ
り)、または芳香族複素環式カチオン、具体的には窒素
−および/または酸素−および/または硫黄−含有芳香
族複素環式カチオンである]で表されるボラート塩を含
んでもよい(DE10103189)。これらの化合物
の製造方法は、 a)BF3−溶媒錯体とアルキルリチウムを1:1で冷
却しながら反応させ、混合物を徐々に加温し、続いて殆
ど全ての溶媒を除去し、引き続き固体をろ過により分離
し、適切な溶媒で洗浄すること、または b)リチウム塩とB(CF3)F3 -塩を適切な溶媒中で
1:1で反応させ、混合物を高められた温度で攪拌し、
溶媒を除いた後に、反応混合物を非プロトン性非水性溶
媒、好ましくは電気化学的電池に用いる溶媒と混合し、
乾燥すること、または c)B(CF3)F3 -塩とリチウム塩を1:1から1:
1.5の割合で高められた温度の水中で反応させ、この
混合物を沸点で0.5から2時間加熱し、水を除き、反
応混合物を非プロトン性非水性溶媒、好ましくは電気化
学的電池に用いる溶媒と混合し、乾燥することを含んで
いる。
【0038】また、電解液は、式 Mn+([PFx(Cy2y+1-zz6-x-n [式中、Mn+は1価、2価または3価のカチオンであり、
1≦x≦5、1≦y≦8、0≦z≦2y+1、n=1、
2または3であり、配位子(Cy2y+1-zz)はそれぞ
れの場合同一または異なる]で表されるフルオロアルキ
ルホスフェート塩を含んでいてもよく、Mn+がリチウム
カチオンであるフルオロアルキルホスフェート塩および
塩 M+([PF4(CF32-)(式中、M+=Cs+、A
+またはK+)、M+([PF4(C252-)(式
中、M+=Cs+)、M+([PF3(C253-)(式
中、M+=Cs+、K+、Na+またはp−Cl(C64
2 +、M+([PF3(C373-)(式中、M+=C
+、K+、Na+、p−Cl(C 64)N2 +またはp−
2N(C64)N2 +)を除くものとする(DE100
55812)。これらのフルオロアルキルホスフェート
塩の製造方法は、式 HrP(Cs2s+13-r、 OP(Cs2s+13、 ClrP(Cs2s+13-r、 FrP(Cs2s+13-r、 CltP(Cs2s+15-t、および/または FtP(Cs2s+15-t [式中、それぞれの場合、0≦r≦2、3≦s≦8およ
び0≦t≦4である]で表される少なくとも1種の化合
物をフッ化水素中で電解してフッ素化すること、得られ
たフッ素化生成物の混合物を分別すること、および得ら
れたフッ素化アルキルホスホランを水分が存在しない非
プロトン性溶媒または混合溶媒中で、式Mn+(F-
n(式中、Mn+およびnは上に定義したとおりである)
で表される化合物と反応させること、および得られたフ
ルオロアルキルホスフェート塩を汎用手段で精製および
分離することを含んでいる。
【0039】また、本発明に従い用いる化合物は、S
b、Bi、Cd、In、Pb、Gaおよび錫またはそれ
らの合金からなる群から選択した被覆した金属コアから
なるアノード材料を備えた電気化学電池用の電解液に使
用できる(DE10016024)。このアノード材料
の製造方法は、 a)ウロトロピン中で金属または合金コアの懸濁液また
はゾルを作成すること、 b)懸濁液をC5〜C12−炭化水素で乳化すること、 c)金属または合金コア上に乳化液を沈積させること、
および d)系を加熱して金属水酸化物またはオキシ水酸化物を
相当する酸化物に転化することを含んでいる。
【0040】また、本発明に従い用いる化合物は、汎用
のリチウム内位添加化合物および挿入化合物を含むカソ
ードをもつ電気化学的電池用の電解液、または他に1種
または複数の金属酸化物で被覆したリチウム混合酸化物
粒子からなるカソード材料をもつ電気化学的電池用の電
解液に用いることができる(DE19922522)。
また、このカソード材料は、1種または複数のポリマー
で被覆したリチウム混合酸化物粒子から構成することが
でき(DE19946066)、粒子を溶媒中に懸濁
し、引き続いて被覆された粒子を濾過し、乾燥して、適
切であればこれを焼成する方法により製造する。同様
に、本発明に従い用いる化合物は、1つまたは複数層の
アルカリ金属化合物および金属酸化物で被覆したリチウ
ム混合酸化物粒子からなるカソードをもつ系で使用でき
る(DE10014884)。これらの材料の製造方法
は、この粒子を有機溶媒に懸濁させること、有機溶媒に
懸濁したアルカリ金属塩化合物を加えること、有機溶媒
に溶解した金属酸化物を加えること、懸濁液に加水分解
溶液を混合すること、および引き続き濾過分離して乾燥
すること、および被覆粒子を焼成することを含んでい
る。同様に、本発明に従い用いる化合物は、ドープ酸化
錫を含むアノード材料を備えた系にも使用できる(DE
10025761)。このアノード材料は、 a)塩化錫溶液と尿素を混合すること、 b)この溶液とウロトロピンおよび適切なドーピング化
合物を混合すること、 c)得られたゾルを石油エーテルに乳化すること、 d)得られたゲルを洗浄し、吸引濾過して溶媒を除くこ
と、 e)このゲルを乾燥、加熱処理することにより製造す
る。
【0041】同様に、本発明に従い用いる化合物は、還
元酸化錫を含むアノード材料を備えた系でも使用できる
(DE10025762)。このアノード材料は、 a)塩化錫溶液と尿素を混合すること、 b)この溶液とウロトロピンを混合すること、 c)得られたゾルを石油エーテルに乳化すること、 d)得られたゲルを洗浄し、吸引濾過して溶媒を除くこ
と、 e)このゲルを乾燥、加熱処理すること、 f)得られたSnO2を、気体が通過できるオーブン中
で還元性気体流を用いて処理することにより製造する。
【0042】したがって、本発明は、非水性電気化学的
電池用の電解液、好ましくは二次リチウム電池用の電解
液を提供するものであり、特定の添加剤を添加すること
により電解液の性能が向上し、例えば、LiFフィルム
の生成が殆どなくなり、インピーダンスも低下する。
【0043】ここで、本発明を一般的実施例により説明
する。
【0044】フッ化リチウムの溶解度試験 電解液を基準にして0.01から10重量%のLiF
を、エチレンカーボネート(EC)、ジメチレンカーボ
ネート(DMC)、プロピレンカーボネート(PC)、
ジエチレンカーボネート(DEC)、ブチレンカーボネ
ート(BC)、ビニレンカーボネート(VC)、シクロ
ペンタノン、スルホラン、ジメチルサルフェート(DM
S)、3−メチル−1,3−オキサゾリジン−2−オ
ン、γ−ブチロラクトン、エチルメチルカーボネート
(EMC)、メチルプロピルカーボネート(MPC)、
ブチルメチルカーボネート(BMC)、エチルプロピル
カーボネート(EPC)、ブチルエチルカーボネート
(BEC)、ジプロピレンカーボネート(DPC)、
1,2−ジエトキシメタン、テトラヒドロフラン(TH
F)、2−メチルテトラヒドロフラン、1,3−ジオキ
ソラン、酢酸メチル、酢酸エチルおよびそれらの混合物
からなる群から選択した溶媒混合物に加える。この懸濁
液を室温で攪拌する。
【0045】比較のため並行して、同一溶液を、0.0
1から10重量%、好ましくは0.1から5重量%の式
(I) SiR1234 (I) [式中、R1〜R4は、それぞれH、Cy2y+1-zz、O
y2y+1-zz、OC(O)Cy2y+1-zz、OSO2
y2y+1-zz(式中、1≦x≦6、1≦y≦8、0≦
z≦2y+1)であり、かつR1〜R4は、同一または異
なり、かつそれぞれ非置換またはF、Cy2y+1-zz
OCy2y+1-zz、OC(O)Cy2y+1-zz、OSO
2y2y+1-zz、N(Cn2n+1-zz2により1置換
または多置換されていてもよいフェニルおよびナフチル
からなる群から選択した芳香族環、あるいはそれぞれが
F、Cy2y+1-zz、OCy2y+1-zz、OC(O)C
y2y+1-zz、OSO2y2y+1-zz、N(Cn
2n+1-zz2により1置換または多置換されていてもよ
いピリジル、ピラジルおよびピリミジルからなる群から
選択した複素環式芳香族環である]で表されるシラン化
合物と混合する。テトラメトキシシラン、エチルトリア
セトキシシラン、ジフェニルメトキシシラン、ジフルオ
ロジフェニルシランおよびトリエチルシリルフルオロメ
タンスルホネートからなる群から選択したシラン化合物
を使用することが特に好ましい。懸濁液を室温で攪拌す
る。
【0046】このシラン化合物は、フッ化リチウムを溶
解するが程度は異なる。
【0047】以下の実施例は本発明を例示するものであ
り、これを限定するものではない。
【0048】
【実施例】実施例1 [Si添加剤の有無とLiFのECに対する溶解性]5
00mlのEC/DMC(1:1)に0.5または1.
0モル/lのLiFを加えた。懸濁液を室温で24時間
攪拌する。両方ともに、LiFの溶解は観察されなかっ
た。
【0049】シラン化合物の効果を測定するために、そ
れぞれの場合に、等モル量のシラン添加実験を繰り返し
行う。表1は得られた結果を示している。
【0050】
【表1】
【0051】エチルトリアセトキシシラン、ジフェニル
メトキシシラン、ジフルオロジフェニルシランおよびト
リエチルシリルフルオロメタンスルホネートは、LiF
を溶解することができ、中でもジフルオロジフェニルシ
ランおよびトリエチルシリルフルオロメタンスルホネー
トが、特に効果的である。
【0052】実施例2 [シランの酸化安定性]白金作用電極、リチウム対電極
およびリチウム参照電極を備えた測定用電池を用い、そ
れぞれの場合の5反復電流電位曲線を連続的に記録す
る。この測定では、電位を、はじめに、残留電位からL
i/Li+に対し6.0Vに達するまで10mV/秒の
割合で増加し、続いて残留電位まで戻した。
【0053】用いた電解液は、1モルのLiPF6を含
むEC/DMC溶液であり、それぞれの場合に、5%の
シラン添加剤を含んでいる。表2は得られた結果を示し
ている。図1は、添加剤としてエチルトリアセトキシシ
ランを用いて測定した反復電流電位曲線(cyclovoltammo
gram)を示す。
【0054】
【表2】
【0055】全てのシランは、電気化学的電池用として
充分な安定性がある。
【0056】実施例3 [シラン含有電解液における黒鉛およびLiMn24
反復性能]リチウム対電極および黒鉛またはLiMn2
4作用電極を備えた半電池で、定電流条件下(galvanos
tatic conditions)で室温および60℃で反復実験を実
施した。
【0057】この目的のために、1%のシラン添加剤の
それぞれを、1モル/lのLiPF 6を含むEC:DE
C:DMC(2:1:2)よりなる電解液に加えた。
【0058】図2〜7は60℃で得られた反復試験の結
果を示し、図2および図3は参照として添加剤のない電
解液に対する結果を示している。
【0059】反復歩留りおよび反復安定性の観点で電極
の反復性能はいずれも、シランの添加によって改良可能
である。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例2の電池の反復電流電位曲線の測定例
(添加剤:エチルトリアセトキシシラン)
【図2】実施例3の電池の反復試験の測定例 (1モル/lのLiPF6を含むEC:DEC:DMC
=2:1:2、黒鉛電極、60℃(参照I))
【図3】実施例3の電池の反復試験の測定例 (1モル/lのLiPF6を含むEC:DEC:DMC
=2:1:2、LiMn24電極、60℃(参照I
I))
【図4】実施例3の電池の反復試験の測定例 (1モル/lのLiPF6を含むEC:DEC:DMC
=2:1:2+1%のテトラメトキシシラン、黒鉛電
極、60℃)
【図5】実施例3の電池の反復試験の測定例 (1モル/lのLiPF6を含むEC:DEC:DMC
=2:1:2+1%のテトラメトキシシラン、LiMn
24電極、60℃)
【図6】実施例3の電池の反復試験の測定例 (1モル/lのLiPF6を含むEC:DEC:DMC
=2:1:2+1%のエチルトリアセトキシシラン、黒
鉛電極、60℃)
【図7】実施例3の電池の反復試験の測定例 (1モル/lのLiPF6を含むEC:DEC:DMC
=2:1:2+1%のエチルトリアセトキシシラン、L
iMn24電極、60℃)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 591032596 Frankfurter Str. 250, D−64293 Darmstadt,Fed eral Republic of Ge rmany (72)発明者 ミハエル シュミット ドイツ連邦共和国 64342 ジーハイム− ユゲンハイム ヴァインベルクシュトラー セ 41 (72)発明者 アンドレアス クーナー ドイツ連邦共和国 64289 ダルムシュタ ット バルクハオスシュトラーセ 22 (72)発明者 ダグマー ペティグク ドイツ連邦共和国 65428 リュッセルス ハイム イン デン バッハゲルテン 33 Fターム(参考) 5H024 AA12 FF14 FF15 FF16 FF17 FF18 FF31 FF38 HH01 5H029 AJ04 AJ06 AK02 AK03 AL02 AL07 AL12 AM02 AM03 AM04 AM05 AM07 HJ02 HJ10

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 非プロトン性溶媒に溶解したリチウム含
    有無機電解質塩またはリチウム含有有機電解質塩からな
    る電解液であって、添加剤として少なくとも1種のシラ
    ン化合物を含むことを特徴とする電解液。
  2. 【請求項2】 前記添加剤を、四座配位シラン化合物か
    らなる群から選択することを特徴とする請求項1に記載
    の電解液。
  3. 【請求項3】 前記添加剤が、式 SiR1234 (I) [式中、R1〜R4は、それぞれH、Cy2y+1-zz、O
    y2y+1-zz、OC(O)Cy2y+1-zz、OSO2
    y2y+1-zzであり、かつ1≦x<6、1≦y≦8、
    O≦z≦2y+1であり、 かつR1〜R4は、同一または異なっていて、それぞれが
    非置換のまたはF、C y2y+1-zz、OCy
    2y+1-zz、OC(O)Cy2y+1-zz、OSO2y
    2y +1-zzまたはN(Cn2n+1-zz2で1置換または
    多置換されていてもよいフェニルおよびナフチルからな
    る群から選択した芳香族環、 あるいはそれぞれがF、Cy2y+1-zz、OCy
    2y+1-zz、OC(O)Cy2y+1-zz、OSO2y
    2y+1-zzまたはN(Cn2n+1-zz2で1置換または
    多置換されていてもよいピリジル、ピラジルおよびピリ
    ミジルからなる群から選択した複素環式芳香族環であ
    る]で表されるシラン化合物であることを特徴とする請
    求項1または2に記載の電解液。
  4. 【請求項4】 前記添加剤を、テトラメトキシシラン、
    エチルトリアセトキシシラン、ジフェニルメトキシシラ
    ン、ジフルオロジフェニルシラン、およびトリエチルシ
    リルフルオロメタンスルホネートからなる群から選択す
    ることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記
    載の電解液。
  5. 【請求項5】 前記添加剤が、電解液中に0.01から
    10重量%の濃度で存在することを特徴とする請求項1
    から4のいずれか一項に記載の電解液。
  6. 【請求項6】 前記添加剤が、電解液中に0.1から5
    重量%の濃度で存在することを特徴とする請求項1から
    5のいずれか一項に記載の電解液。
  7. 【請求項7】 カソード、アノード、セパレーターおよ
    び電解液からなる電気化学的電池であって、請求項1か
    ら6のいずれか一項に記載の電解液を含むことを特徴と
    する電池。
  8. 【請求項8】 電気化学的電池、電池、および二次リチ
    ウム電池の添加剤としてのシラン化合物の使用。
  9. 【請求項9】 電気化学的電池、電池、および二次リチ
    ウム電池の添加剤として、式 SiR1234 (I) [式中、R1、R2、R3およびR4は、上に定義した通り
    である]で表されるシラン化合物の使用。
  10. 【請求項10】 フッ化リチウムを溶解するための請求
    項8または9に記載のシラン化合物の使用。
  11. 【請求項11】 その他のリチウム塩と組み合わせる請
    求項8または9に記載のシラン化合物の使用。
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