JP2007273394A - 電解質および電池 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】セパレータ23には、溶媒と電解質塩とを含む電解液が含浸されている。溶媒には、環状のスルホン化合物が含まれている。スルホン化合物は、O=S=O結合を有しており、硫黄原子に、不飽和結合を有する炭素が少なくとも1つ結合した構造を有している。これにより、高温環境下においても、電解液の分解反応を抑制することができ、高温状況下に放置しても、高温状況下で使用しても、優れた特性を得ることができる。
【選択図】図1
Description
図1は、第1の二次電池の断面構造を表すものである。この二次電池は、電極反応物質としてリチウム(Li)を用い、負極の容量が、リチウムの吸蔵および放出による容量成分により表されるいわゆるリチウムイオン二次電池である。この二次電池は、いわゆる円筒型といわれるものであり、ほぼ中空円柱状の電池缶11の内部に、帯状の正極21と負極22とがセパレータ23を介して積層し巻回された巻回電極体20を有している。電池缶11は、例えばニッケル(Ni)のめっきがされた鉄(Fe)により構成されており、一端部が閉鎖され他端部が開放されている。電池缶11の内部には、巻回電極体20を挟むように巻回周面に対して垂直に一対の絶縁板12,13がそれぞれ配置されている。
第2の二次電池は、負極の構成が異なることを除き、他は第1の二次電池と同様の構成および作用を有しており、同様にして製造することができる。よって、図1および図2を参照し、対応する構成要素には同一の符号を付して同一の部分の説明は省略する。
第3の二次電池は、負極の容量がリチウムの析出および溶解による容量成分により表される、いわゆるリチウム金属二次電池である。
図3は、第4の二次電池の構成を表すものである。この二次電池は、いわゆるラミネートフィルム型といわれるものであり、正極リード31および負極リード32が取り付けられた巻回電極体30をフィルム状の外装部材40の内部に収容したものである。
図3,4に示したラミネートフィルム型の二次電池を作製した。その際、負極の容量が、リチウムの吸蔵および放出による容量成分により表されるいわゆるリチウムイオン二次電池を作製した。まず、炭酸リチウム(Li2 CO3 )と炭酸コバルト(CoCO3 )とを、Li2 CO3 :CoCO3 =0.5:1(モル比)の割合で混合し、空気中において900℃で5時間焼成して、正極活物質としてのリチウム・コバルト複合酸化物(LiCoO2 )を得た。次いで、このリチウム・コバルト複合酸化物91質量部と、導電材としてグラファイト6質量部と、結着材としてポリフッ化ビニリデン3質量部とを混合して正極合剤を調製したのち、溶剤としてのN−メチル−2−ピロリドンに分散させて正極合剤スラリーとした。続いて、この正極合剤スラリーを厚み12μmの帯状アルミニウム箔よりなる正極集電体33Aに均一に塗布して乾燥させたのち圧縮成型して正極活物質層33Bを形成した。そののち、正極集電体33Aの一端にアルミニウム製の正極リード31を取り付けた。
実施例2−1〜2−14では、負極活物質としてケイ素を用い、厚み15μmの銅箔よりなる負極集電体34Aの上に、電子ビーム蒸着法によりケイ素よりなる負極活物質層34Bを形成したことを除き、他は実施例1−1〜1−14と同様にして二次電池を作製した。その際、負極の容量が、リチウムの吸蔵および放出による容量成分により表されるようにした。
負極の容量が、リチウムの析出および溶解による容量成分により表されるいわゆるリチウム金属二次電池を作製した。具体的には、負極活物質にリチウム金属を用い、厚み15μmの帯状銅箔よりなる負極集電体34Aに、厚み30μmのリチウム金属を貼り付けて負極活物質層34Bを形成したことを除き、他は実施例1−1〜1−14と同様にして二次電池を作製した。
溶媒における化2(11)に示した化合物(英名 2,3-dihydro-thiophene 1,1-dioxide)の含有量を、0.01質量%,5質量%または10質量%としたことを除き、他は実施例1−1,1−8,2−1,2−8,3−1,3−6,4−1,4−8とそれぞれ同様にして二次電池を作製した。
電解質塩として、LiPF6 に加えて、化6に示した軽金属塩である化14(1)に示したジフルオロ[オキソラト−O,O’]ホウ酸リチウム、または化6に示した軽金属塩である化14(6)に示したビス[オキソラト−O,O’]ホウ酸リチウム、または化14(6)に示したビス[オキソラト−O,O’]ホウ酸リチウムおよび化17に示した環状のイミド塩である化19(2)に示した1,3−パーフルオロプロパンジスルホニルイミドリチウムを用いたことを除き、他は実施例1−1,1−4〜1−7,2−1,2−4〜2−7,3−1,3−3,3−4,4−1,4−4〜4−7と同様にして二次電池を作製した。その際、電解液における各電解質塩の濃度は、表9〜表12に示すようにした。
図1および図2に示した円筒型の二次電池を作製した。まず、実施例1−1〜1−14,2−1〜2−14,3−1〜3−10,4−1〜4−12と同様にして正極21および負極22を作製し、それぞれにアルミニウム製の正極リード25およびニッケル製の負極リード26と取り付けた。その際、実施例13−1,13−2,14−1,14−2,15−1,15−2では、負極の容量が、リチウムの吸蔵および放出による容量成分により表されるようにした。また、実施例16−1,16−2では、負極の容量が、リチウムの析出および溶解による容量成分により表されるようにした。
電解質塩として、LiPF6 に加えて、化6に示した軽金属塩である化14(1)に示したジフルオロ[オキソラト−O,O’]ホウ酸リチウム、または化6に示した軽金属塩である化14(6)に示したビス[オキソラト−O,O’]ホウ酸リチウム、または化14(6)に示したビス[オキソラト−O,O’]ホウ酸リチウムおよび化17に示した環状のイミド塩である化19(2)に示した1,3−パーフルオロプロパンジスルホニルイミドリチウムを用いたことを除き、他は実施例13−1,14−1,15−1,16−1と同様にして二次電池を作製した。具体的には、実施例9−1,9−6,9−11,10−1,10−6,10−11,11−1,11−4,11−7,12−1,12−6,12−11と同様の電解液を用いた。
Claims (20)
- O=S=O結合を有し、硫黄(S)原子に、不飽和結合を有する炭素(C)が少なくとも1つ結合した環状のスルホン化合物を含む溶媒を含有することを特徴とする電解質。
- 前記スルホン化合物は、化1に示した化合物からなる群のうちの少なくとも1種を含むことを特徴とする請求項1記載の電解質。
- 前記溶媒における前記スルホン化合物の含有量は、0.01質量%以上10質量%以下の範囲内であることを特徴とする請求項1記載の電解質。
- 前記溶媒は、更にハロゲン原子を有する環式炭酸エステル誘導体を含むことを特徴とする請求項1記載の電解質。
- 前記溶媒は、4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンを含むことを特徴とする請求項1記載の電解質。
- 前記溶媒は、更に不飽和結合を有する環式炭酸エステル化合物を含むことを特徴とする請求項1記載の電解質。
- 化3に示した軽金属塩,LiPF6 ,LiClO4 ,LiAsF6 ,化4に示したリチウム塩,化5に示したリチウム塩,化6に示した環状のイミド塩および化7に示した環状のイミド塩からなる群のうちの少なくとも1種を含むことを特徴とする請求項1記載の電解質。
- 化8に示した軽金属塩を含むことを特徴とする請求項1記載の電解質。
- 化9(1)に示したジフルオロ[オキソラト−O,O’]ホウ酸リチウム、化9(2)に示したテトラフルオロ[オキソラト−O,O’]リン酸リチウム、化9(3)に示したジフルオロビス[オキソラト−O,O’]リン酸リチウム、化9(4)に示したジフルオロ[3,3,3−トリフルオロ−2−オキシド−2−トリフルオロメチルプロピオナト(2−)−O,O’]ホウ酸リチウム、化9(5)に示したビス[3,3,3−トリフルオロ−2−オキシド−2−トリフルオロメチルプロピオナト(2−)−O,O’]ホウ酸リチウム、および化9(6)に示したビス[オキソラト−O,O’]ホウ酸リチウムからなる群のうちの少なくとも1種を含むことを特徴とする請求項1記載の電解質。
- 正極および負極と共に電解質を備えた電池であって、
前記電解質は、O=S=O結合を有し、硫黄(S)原子に、不飽和結合を有する炭素(C)が少なくとも1つ結合した環状のスルホン化合物を含む溶媒を含有する
ことを特徴とする電池。 - 前記スルホン化合物は、化10に示した化合物からなる群のうちの少なくとも1種を含むことを特徴とする請求項11記載の電池。
- 前記溶媒における前記スルホン化合物の含有量は、0.01質量%以上10質量%以下の範囲内であることを特徴とする請求項11記載の電池。
- 前記溶媒は、更にハロゲン原子を有する環式炭酸エステル誘導体を含むことを特徴とする請求項11記載の電池。
- 前記溶媒は、4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンを含むことを特徴とする請求項11記載の電池。
- 前記溶媒は、更に不飽和結合を有する環式炭酸エステル化合物を含むことを特徴とする請求項11記載の電池。
- 前記電解質は、化12に示した軽金属塩,LiPF6 ,LiClO4 ,LiAsF6 ,化13に示したリチウム塩,化14に示したリチウム塩,化15に示した環状のイミド塩および化16に示した環状のイミド塩からなる群のうちの少なくとも1種を含むことを特徴とする請求項11記載の電池。
- 前記電解質は、化17に示した軽金属塩を含むことを特徴とする請求項11記載の電池。
- 化18(1)に示したジフルオロ[オキソラト−O,O’]ホウ酸リチウム、化18(2)に示したテトラフルオロ[オキソラト−O,O’]リン酸リチウム、化18(3)に示したジフルオロビス[オキソラト−O,O’]リン酸リチウム、化18(4)に示したジフルオロ[3,3,3−トリフルオロ−2−オキシド−2−トリフルオロメチルプロピオナト(2−)−O,O’]ホウ酸リチウム、化18(5)に示したビス[3,3,3−トリフルオロ−2−オキシド−2−トリフルオロメチルプロピオナト(2−)−O,O’]ホウ酸リチウム、および化18(6)に示したビス[オキソラト−O,O’]ホウ酸リチウムからなる群のうちの少なくとも1種を含むことを特徴とする請求項11記載の電池。
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