JP2018133183A - Additive agent for battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電池用の、添加剤、この電池用添加剤を用いた電極、電解液、リチウムイオン電池に関する。 The present invention relates to an additive for batteries, an electrode using the additive for batteries, an electrolytic solution, and a lithium ion battery.
リチウムイオン電池などの非水電解液二次電池は、高電圧、高エネルギー密度という特長を持つことから、携帯情報機器分野などにおいて広く利用され、携帯電話、ノート型パソコンを始めとする携帯端末用標準電池としての地位が確立されている。その用途は拡大する一方で、従来用途に加えてハイブリット自動車や電気自動車などへの適用も検討されており一部では既に実用化されている。これらの更なる普及のためにも二次電池の高容量化、高出力化が求められており様々な技術の適用が試みられている。 Non-aqueous electrolyte secondary batteries such as lithium-ion batteries are characterized by high voltage and high energy density, so they are widely used in the field of portable information devices and are used for mobile terminals such as mobile phones and notebook computers. The position as a standard battery has been established. While its uses are expanding, application to hybrid vehicles and electric vehicles in addition to conventional uses is also being studied, and some have already been put into practical use. In order to further spread these, there is a demand for higher capacity and higher output of secondary batteries, and various techniques have been applied.
二次電池の容量を向上させる一つの手法として電極密度の向上がある。活物質を密に充填することでより多くの容量を得ることができる。しかし、電極の密度を上げると電解液が電極中に浸透しにくくなり、理論値よりも少ない容量しか取り出せなくなったり、出力特性が悪化するという問題点があった。 One technique for improving the capacity of the secondary battery is to increase the electrode density. More capacity can be obtained by closely packing the active material. However, when the density of the electrode is increased, it is difficult for the electrolytic solution to penetrate into the electrode, so that only a capacity smaller than the theoretical value can be taken out, or the output characteristics are deteriorated.
このような課題を解決するために特許文献1では電極表面に溝を設けることで電解液浸透性を改良できるという技術が開示されている。また特許文献2では活物質の粒径や形状を工夫することで電解液の浸透性を向上させる技術が開示されている。 In order to solve such a problem, Patent Document 1 discloses a technique in which electrolyte permeability can be improved by providing a groove on the electrode surface. Patent Document 2 discloses a technique for improving the permeability of an electrolytic solution by devising the particle size and shape of an active material.
しかし特許文献1の手法では溝を設けるために凹凸のついたローラーでプレスするという工程があり新たな設備を導入する必要があるという問題点があった。
また特許文献2の手法では浸透性に一定の改善がみられるもののその効果は十分ではなかった。
本発明の電池用添加剤は電極への電解液浸透性を向上させ、かつサイクル特性と出力特性において優れた電池が得られることを目的とする。
However, in the method of Patent Document 1, there is a problem that it is necessary to introduce new equipment because there is a step of pressing with an uneven roller to provide a groove.
Moreover, although the method of Patent Document 2 shows a certain improvement in permeability, the effect is not sufficient.
The battery additive of the present invention is intended to improve the electrolyte penetration into the electrode and to obtain a battery excellent in cycle characteristics and output characteristics.
本発明者らは、上記の目的を達成するべく検討を行った結果、本発明に到達した。
すなわち、本発明は、下記一般式(1)で表される化合物(A1)、下記一般式(2)で表される化合物(A2)、下記一般式(3)で表される化合物(A3)、下記一般式(4)で表される化合物(A4)、下記一般式(5)で表される化合物(A5)、及び下記一般式(6)で表される化合物(A6)からなる群より選ばれる1種以上の化合物(A)を含有する電池用添加剤(B);この電池用添加剤(B)を含有する電極;の電池用添加剤(B)を含有する電解液;並びにこの電極および/または電解液を有するリチウムイオン電池である。
The inventors of the present invention have reached the present invention as a result of studies to achieve the above object.
That is, the present invention relates to a compound (A1) represented by the following general formula (1), a compound (A2) represented by the following general formula (2), and a compound (A3) represented by the following general formula (3). From the group consisting of the compound (A4) represented by the following general formula (4), the compound (A5) represented by the following general formula (5), and the compound (A6) represented by the following general formula (6) A battery additive (B) containing one or more selected compounds (A); an electrode containing the battery additive (B); an electrolyte containing the battery additive (B); and this A lithium ion battery having an electrode and / or an electrolyte.
[式中、R1とR2は、それぞれ独立に炭素数6〜40の1価の脂肪族炭化水素基である。R3Oは炭素数2〜4のアルキレンオキシ基であり、複数あるR3Oは同一であっても異なっていてもよい。R4は、炭素数1〜4のアルキル基である。jは2〜40の整数である 。Xはカルボニル基、 −CON<基、リン原子、P=O基、またはS=O基である。Xがカルボニル基、S=O基の場合のpは1であり、Xが−CON<基、リン原子、P=O基の場合のpは2である。Yは、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数1〜20のアルコキシ基または水素原子である。]
[Wherein, R 1 and R 2 each independently represent a monovalent aliphatic hydrocarbon group having 6 to 40 carbon atoms. R 3 O is an alkyleneoxy group having 2 to 4 carbon atoms, and a plurality of R 3 O may be the same or different. R 4 is an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms. j is an integer of 2-40. X is a carbonyl group, —CON <group, phosphorus atom, P═O group, or S═O group. When X is a carbonyl group and S═O group, p is 1, and when X is a —CON <group, phosphorus atom, and P═O group, p is 2. Y is a C1-C20 alkyl group, a C1-C20 alkoxy group, or a hydrogen atom. ]
本発明の電池用添加剤を有する電極または電解液を備えるリチウムイオン電池は電解液の電極への浸透性に優れ、サイクル特性と出力特性において優れた効果を奏する。 A lithium ion battery including an electrode or an electrolytic solution having the battery additive of the present invention is excellent in permeability of the electrolytic solution into the electrode, and has excellent effects in cycle characteristics and output characteristics.
本発明の電池用添加剤(B)は、下記一般式(1)で表される化合物(A1)、下記一般式(2)で表される化合物(A2)、下記一般式(3)で表される化合物(A3)、下記一般式(4)で表される化合物(A4)、下記一般式(5)で表される化合物(A5)及び下記一般式(6)で表される化合物(A6)からなる群より選ばれる1種以上の化合物(A)を含有する。 The battery additive (B) of the present invention is represented by the compound (A1) represented by the following general formula (1), the compound (A2) represented by the following general formula (2), and the following general formula (3). Compound (A3), compound (A4) represented by the following general formula (4), compound (A5) represented by the following general formula (5), and compound (A6) represented by the following general formula (6) 1 or more types of compounds (A) selected from the group consisting of:
[式中、R1とR2は、それぞれ独立に炭素数6〜40の1価の脂肪族炭化水素基である。R3Oは炭素数2〜4のアルキレンオキシ基であり、複数あるR3Oは同一であっても異なっていてもよい。R4は、炭素数1〜4のアルキル基である。jは2〜40の整数である 。Xはカルボニル基、 −CON<基、リン原子、P=O基、またはS=O基である。Xがカルボニル基、S=O基の場合のpは1であり、Xが−CON<基、リン原子、P=O基の場合のpは2である。Yは、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数1〜20のアルコキシ基または水素原子である。]
以下、本発明を実施するための形態について説明する。
[Wherein, R 1 and R 2 each independently represent a monovalent aliphatic hydrocarbon group having 6 to 40 carbon atoms. R 3 O is an alkyleneoxy group having 2 to 4 carbon atoms, and a plurality of R 3 O may be the same or different. R 4 is an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms. j is an integer of 2-40. X is a carbonyl group, —CON <group, phosphorus atom, P═O group, or S═O group. When X is a carbonyl group and S═O group, p is 1, and when X is a —CON <group, phosphorus atom, and P═O group, p is 2. Y is a C1-C20 alkyl group, a C1-C20 alkoxy group, or a hydrogen atom. ]
Hereinafter, modes for carrying out the present invention will be described.
本発明の電池用添加剤(B)は、上記一般式(1)で表される化合物(A1)、一般式(2)で表される化合物(A2)、一般式(3)で表される化合物(A3)、一般式(4)で表される化合物(A4)、一般式(5)で表される化合物(A5)及び一般式(6)で表される化合物(A6)のいずれかを含有し、2種以上を含有していてもよい。 The battery additive (B) of the present invention is represented by the compound (A1) represented by the general formula (1), the compound (A2) represented by the general formula (2), and the general formula (3). Any of compound (A3), compound (A4) represented by general formula (4), compound (A5) represented by general formula (5) and compound (A6) represented by general formula (6) Containing, and may contain 2 or more types.
式(1)と式(4)中のR1、式(2)と式(5)中のR1、R2はそれぞれ独立に炭素数6〜40の脂肪族炭化水素基であり、飽和でも不飽和でもよく、直鎖でも分岐でもよく、好ましい炭素数は10〜30である。 R 1 in equation (4) in the formula (1), equation (2) and R 1, R 2 in the formula (5) are each independently an aliphatic hydrocarbon group having 6 to 40 carbon atoms, may be saturated It may be unsaturated, linear or branched, and preferably has 10 to 30 carbon atoms.
式(1)〜(6)中、R3は炭素数2〜4のアルキレン基である。その具体例としてはエチレン基、1,2−プロピレン基、1,3−プロピレン基、1,2−、2,3−、及び1,3−ブチレン基、テトラメチレン基があげられる。これらのうちR3として特に好ましいものはエチレン基および1,2−プロピレン基である。jは2〜40の整数であり、より好ましくは3〜30である。 In formulas (1) to (6), R 3 is an alkylene group having 2 to 4 carbon atoms. Specific examples thereof include ethylene group, 1,2-propylene group, 1,3-propylene group, 1,2-, 2,3-, 1,3-butylene group and tetramethylene group. Of these, particularly preferred as R 3 are an ethylene group and a 1,2-propylene group. j is an integer of 2 to 40, more preferably 3 to 30.
式(4)〜(6)中、R4は炭素数1〜20のアルキル基である。その具体例としてはメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、オクチル基、ドデシル基およびオクタデシル基などがあげられる。炭素数1〜20のアルコキシ基の具体例としてはメトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基、オクトキシ基、ドデシルオキシ基およびオクタデシルオキシ基などがあげられる。これらのうちメチル基、エチル基、メトキシ基およびエトキシ基が電池特性の観点から好ましく用いられる。 In formulas (4) to (6), R 4 is an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms. Specific examples thereof include methyl group, ethyl group, propyl group, butyl group, octyl group, dodecyl group and octadecyl group. Specific examples of the alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms include methoxy group, ethoxy group, propoxy group, butoxy group, octoxy group, dodecyloxy group and octadecyloxy group. Of these, a methyl group, an ethyl group, a methoxy group, and an ethoxy group are preferably used from the viewpoint of battery characteristics.
式(1)〜(3)中、Xはカルボニル基、 −CON<基(アミド基)、リン原子、P=O基、またはS=O基からなる群より選ばれる少なくとも1種である。 In the formulas (1) to (3), X is at least one selected from the group consisting of a carbonyl group, —CON <group (amide group), phosphorus atom, P═O group, or S═O group.
これらのうちXとしては電池性能の観点からカルボニル基、P=O基が好ましく用いられる。 Among these, as X, a carbonyl group and a P═O group are preferably used from the viewpoint of battery performance.
式(1)中、Yは炭素数1〜20のアルキル基、炭素数1〜20のアルコキシ基または水素原子である。
炭素数1〜20の脂肪族炭化水素基の具体例としてはメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、オクチル基、ドデシル基およびオクタデシル基などがあげられる。炭素数1〜20のアルコキシ基の具体例としてはメトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基、オクトキシ基、ドデシルオキシ基およびオクタデシルオキシ基などがあげられる。これらのうちメチル基、エチル基、メトキシ基およびエトキシ基が電池特性の観点から好ましく用いられる。
In formula (1), Y is a C1-C20 alkyl group, a C1-C20 alkoxy group, or a hydrogen atom.
Specific examples of the aliphatic hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms include methyl group, ethyl group, propyl group, butyl group, octyl group, dodecyl group and octadecyl group. Specific examples of the alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms include methoxy group, ethoxy group, propoxy group, butoxy group, octoxy group, dodecyloxy group and octadecyloxy group. Of these, a methyl group, an ethyl group, a methoxy group, and an ethoxy group are preferably used from the viewpoint of battery characteristics.
化合物(A)は対応するアルコールを原料として既知の手法で容易に合成することが出来る。
例えば式(4)〜(6)中のR4がアルキル基の場合、4−アミノデカンのエチレンオキサイド14モル付加物(a−1)に対し、ハロゲン化アルキルを反応させることで目的のアルキル化化合物を得ることができる。
Compound (A) can be easily synthesized by a known method using the corresponding alcohol as a raw material.
For example, when R 4 in the formulas (4) to (6) is an alkyl group, the target alkylated compound is obtained by reacting 4-aminodecane ethylene oxide 14-mole adduct (a-1) with an alkyl halide. Can be obtained.
式(1)〜(3)中のXがカルボニル基である場合、対応するアルコールとエステル化合物とのエステル交換反応などにより合成することが出来る。
Xがリン原子、P=O基である場合、これらのハロゲン化物との反応させることにより合成することができる。
When X in the formulas (1) to (3) is a carbonyl group, it can be synthesized by a transesterification reaction between a corresponding alcohol and an ester compound.
When X is a phosphorus atom and a P = O group, it can be synthesized by reacting with these halides.
化合物(A)中のR30で表される炭素数2〜4のアルキレンオキシ基としては、エチレンオキシ基、1,2−プロピレンオキシ基、1,3−プロピレンオキシ基、1,2−、2,3−、及び1,3−ブチレンオキシ基、テトラメチレンオキシ基、およびこれらの併用があげられ、これらのうち、電極への浸透性の観点からエチレンオキシ基を含むことが好ましい。 Examples of the alkyleneoxy group having 2 to 4 carbon atoms represented by R 30 in the compound (A) include an ethyleneoxy group, a 1,2-propyleneoxy group, a 1,3-propyleneoxy group, 1,2-, Examples include 2,3- and 1,3-butyleneoxy groups, tetramethyleneoxy groups, and combinations thereof. Among these, an ethyleneoxy group is preferably included from the viewpoint of permeability to the electrode.
化合物(A)は、充放電サイクル特性や出力特性の向上という観点から、アシル基を含むことが好ましい。 The compound (A) preferably contains an acyl group from the viewpoint of improving charge / discharge cycle characteristics and output characteristics.
本発明の電池用添加剤(B)は、化合物(A)を必須成分として含有し、溶解性を向上させる目的で、ビニレンカーボネート、フルオロエチレンカーボネート、クロロエチレンカーボネート、エチレンサルファイト、プロピレンサルファイト、プロパンスルトンおよびα−ブロモ−γ−ブチロラクトンなどを含有させても差し支えない。
(B)中における(A)の含有量は、(B)の重量を基準として10〜100重量%であることが好ましく、更に好ましくは50〜100重量%である。
The battery additive (B) of the present invention contains the compound (A) as an essential component, and for the purpose of improving the solubility, vinylene carbonate, fluoroethylene carbonate, chloroethylene carbonate, ethylene sulfite, propylene sulfite, Propane sultone and α-bromo-γ-butyrolactone may be contained.
The content of (A) in (B) is preferably 10 to 100% by weight, more preferably 50 to 100% by weight, based on the weight of (B).
本発明において、電池とはリチウムイオン電池、リチウムイオンキャパシタ、電気二重層キャパシタ、鉛蓄電池、ニッケル−カドミウム電池およびニッケル水素電池などの電気化学デバイスを含むものとする。 In the present invention, the battery includes an electrochemical device such as a lithium ion battery, a lithium ion capacitor, an electric double layer capacitor, a lead storage battery, a nickel-cadmium battery, and a nickel metal hydride battery.
本発明の電極は、本発明の電池用添加剤(B)、活物質(D)、結着剤(E)を含有する。
本発明の電極は(B)、(D)、(E)を溶媒に分散させてスラリーを得、スラリーを集電体上に塗工して溶媒を乾燥させることでえることができる。
The electrode of the present invention contains the battery additive (B), active material (D), and binder (E) of the present invention.
The electrode of the present invention can be obtained by dispersing (B), (D), and (E) in a solvent to obtain a slurry, coating the slurry on a current collector, and drying the solvent.
活物質(D)としては負極活物質(D1)を用いることによりリチウムイオン電池用の負極が得られ、(D1)にリチウムをドーピングすることによりリチウムイオンキャパシタ用負極が得られる。また、正極用の(D)としてはリチウムイオン電池用正極活物質(D2)およびリチウムイオンキャパシタ用正極活物質(D3)が挙げられる。
(D1)としては、黒鉛、アモルファス炭素、高分子化合物焼成体(例えばフェノール樹脂およびフラン樹脂等を焼成し炭素化したもの)、コークス類(例えばピッチコークス、ニードルコークスおよび石油コークス)、炭素繊維、導電性高分子(例えばポリアセチレンおよびポリピロール)、スズ、シリコン、および金属合金(例えばリチウム−スズ合金、リチウム−シリコン合金、リチウム−アルミニウム合金およびリチウム−アルミニウム−マンガン合金等)等が挙げられる。
(D2)としてはリチウムと遷移金属との複合酸化物(例えばLiCoO2、LiNi
O2、LiMnO2およびLiMn2O4)、遷移金属酸化物(例えばMnO2およびV2O5
)、遷移金属硫化物(例えばMoS2およびTiS2)、および導電性高分子(例えばポリアニリン、ポリフッ化ビニリデン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリ−p−フェニレンおよびポリカルバゾール)等が挙げられる。
(D3)としては活性炭、炭素繊維および導電性高分子(例えばポリアセチレンおよびポリピロール)等が挙げられる。
A negative electrode for a lithium ion battery can be obtained by using the negative electrode active material (D1) as the active material (D), and a negative electrode for a lithium ion capacitor can be obtained by doping lithium into (D1). Examples of the positive electrode (D) include a positive electrode active material (D2) for a lithium ion battery and a positive electrode active material (D3) for a lithium ion capacitor.
Examples of (D1) include graphite, amorphous carbon, polymer compound fired bodies (for example, those obtained by firing and carbonizing phenol resin and furan resin), cokes (for example, pitch coke, needle coke, and petroleum coke), carbon fibers, Examples thereof include conductive polymers (for example, polyacetylene and polypyrrole), tin, silicon, and metal alloys (for example, lithium-tin alloy, lithium-silicon alloy, lithium-aluminum alloy, and lithium-aluminum-manganese alloy).
(D2) is a composite oxide of lithium and transition metal (for example, LiCoO 2 , LiNi
O 2 , LiMnO 2 and LiMn 2 O 4 ), transition metal oxides (eg MnO 2 and V 2 O 5)
), Transition metal sulfides (eg, MoS 2 and TiS 2 ), and conductive polymers (eg, polyaniline, polyvinylidene fluoride, polypyrrole, polythiophene, polyacetylene, poly-p-phenylene, and polycarbazole).
Examples of (D3) include activated carbon, carbon fiber, and conductive polymer (for example, polyacetylene and polypyrrole).
結着剤(E)としてはデンプン、ポリフッ化ビニリデン、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルピロリドン、テトラフルオロエチレン、ポリエチレンおよびポリプロピレン等の高分子化合物が挙げられる。 Examples of the binder (E) include high molecular compounds such as starch, polyvinylidene fluoride, polyvinyl alcohol, carboxymethyl cellulose, polyvinyl pyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyethylene, and polypropylene.
本発明の電極を調製する際に用いる溶媒としては水、N−メチルピロリドン、アセトンおよびトルエンなどがあげられる。 Examples of the solvent used in preparing the electrode of the present invention include water, N-methylpyrrolidone, acetone and toluene.
本発明の電極は、電池用添加剤(B)、活物質(D)、結着剤(E)以外に、導電性を向上させる目的で、導電助剤(F)を含有していてもよい。この目的で含有させる導電助剤(F)としてはカーボンブラック類(例えばカーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック及びサーマルブラック)及び金属粉末(例えばアルミニウム粉及びニッケル粉)、導電性金属酸化物(例えば酸化亜鉛及び酸化チタン)等が挙げられる。 In addition to the battery additive (B), the active material (D), and the binder (E), the electrode of the present invention may contain a conductive additive (F) for the purpose of improving conductivity. . As the conductive auxiliary agent (F) to be contained for this purpose, carbon blacks (for example, carbon black, acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black and thermal black) and metal powder (for example, aluminum powder and nickel powder) ), Conductive metal oxides (for example, zinc oxide and titanium oxide) and the like.
本発明の電極における活物質(D)、結着剤(E)、電池用添加剤(B)の合計重量に基づく(D)、(E)、(B)、(F)のそれぞれの好ましい含有量は以下の通りである。 Preferred contents of each of (D), (E), (B), and (F) based on the total weight of the active material (D), binder (E), and battery additive (B) in the electrode of the present invention. The amounts are as follows.
活物質(D)の含有量は、電池容量の観点から好ましくは70〜98重量%であり、更に好ましくは90〜98重量%である。
結着剤(E)の含有量は、電池容量の観点から好ましくは0.5〜29重量%であり、更に好ましくは1〜10重量%である。
(B)の含有量は、電解液の電極への浸透性、電池容量、サイクル特性および出力特性の観点から、好ましくは0.01〜10重量%、更に好ましくは0.05〜1重量%である。
導電助剤(F)の含有量は、出力特性の観点から、好ましくは0〜29重量%であり、更に好ましくは1〜10重量%である。
The content of the active material (D) is preferably 70 to 98% by weight, more preferably 90 to 98% by weight from the viewpoint of battery capacity.
The content of the binder (E) is preferably 0.5 to 29% by weight, more preferably 1 to 10% by weight from the viewpoint of battery capacity.
The content of (B) is preferably 0.01 to 10% by weight, more preferably 0.05 to 1% by weight, from the viewpoints of permeability of the electrolytic solution to the electrode, battery capacity, cycle characteristics and output characteristics. is there.
The content of the conductive auxiliary agent (F) is preferably 0 to 29% by weight, more preferably 1 to 10% by weight, from the viewpoint of output characteristics.
本発明の電解液は、本発明の電池用添加剤(B)、電解質(G)及び非水溶媒(H)を含有する。本発明の電解液は(B)および(G)を(H)に溶解させることによりえることができる。 The electrolytic solution of the present invention contains the battery additive (B) of the present invention, an electrolyte (G), and a nonaqueous solvent (H). The electrolytic solution of the present invention can be obtained by dissolving (B) and (G) in (H).
電解質(G)としては、通常の電解液に用いられているもの等が使用でき、例えば、LiPF6、LiBF4、LiSbF6、LiAsF6及びLiClO4等の無機酸のリチウム
塩、LiN(CF3SO2)2、LiN(C2F5SO2)2及びLiC(CF3SO2)3等の有機酸のリチウム塩が挙げられる。これらの内、電池出力及び充放電サイクル特性の観点から好ましいのはLiPF6である。
The electrolyte (G), normal is can be used such as those used in the electrolytic solution, for example, LiPF 6, LiBF 4, LiSbF 6, LiAsF 6 , and lithium salts of inorganic acids LiClO 4, etc., LiN (CF 3 Examples include lithium salts of organic acids such as SO 2 ) 2 , LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2, and LiC (CF 3 SO 2 ) 3 . Among these, LiPF 6 is preferable from the viewpoint of battery output and charge / discharge cycle characteristics.
非水溶媒(H)としては、通常の電解液に用いられているもの等が使用でき、例えば、ラクトン化合物、環状又は鎖状炭酸エステル、鎖状カルボン酸エステル、環状又は鎖状エーテル、リン酸エステル、ニトリル化合物、アミド化合物、スルホン、スルホラン等及びこれらの混合物を用いることができる。 As the non-aqueous solvent (H), those used in ordinary electrolytes can be used, for example, lactone compounds, cyclic or chain carbonates, chain carboxylates, cyclic or chain ethers, phosphoric acid Esters, nitrile compounds, amide compounds, sulfones, sulfolanes, and the like and mixtures thereof can be used.
非水溶媒(H)の内、電池出力及び充放電サイクル特性の観点から好ましいのは環状又は鎖状炭酸エステルである。
環状炭酸エステルの具体例としては、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート及びブチレンカーボネート等が挙げられる。
鎖状炭酸エステルの具体例としては、ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチル−n−プロピルカーボネート、エチル−n−プロピルカーボネート及びジ−n−プロピルカーボネート等が挙げられる。
Of the non-aqueous solvents (H), cyclic or chain carbonates are preferred from the viewpoint of battery output and charge / discharge cycle characteristics.
Specific examples of the cyclic carbonate include propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, and the like.
Specific examples of the chain carbonate include dimethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl-n-propyl carbonate, ethyl-n-propyl carbonate, and di-n-propyl carbonate.
本発明の電解液における電池用添加剤(B)、電解質(G)および非水溶媒(H)の合計重量に基づく電池用添加剤(B)、電解質(G)および非水溶媒(H)のそれぞれ好ましい含有量は以下の通りである。 Battery additive (B), electrolyte (G) and non-aqueous solvent (H) based on the total weight of battery additive (B), electrolyte (G) and non-aqueous solvent (H) in the electrolytic solution of the present invention Each preferable content is as follows.
(B)の含有量は、電解液の電極への浸透性、電池容量、サイクル特性および出力特性の観点から、好ましくは0.01〜10重量%、更に好ましくは0.05〜1重量%である。
電解液中の電解質(G)の含有量は、電池出力及び充放電サイクル特性の観点から好ましくは0.1〜30重量%であり、更に好ましくは0.5〜20重量%である。
非水溶媒(H)の含有量は、電池出力及び充放電サイクル特性の観点から好ましくは60〜99重量%であり、更に好ましくは85〜95重量%である。
The content of (B) is preferably 0.01 to 10% by weight, more preferably 0.05 to 1% by weight, from the viewpoints of permeability of the electrolytic solution to the electrode, battery capacity, cycle characteristics and output characteristics. is there.
The content of the electrolyte (G) in the electrolytic solution is preferably 0.1 to 30% by weight, and more preferably 0.5 to 20% by weight from the viewpoint of battery output and charge / discharge cycle characteristics.
The content of the non-aqueous solvent (H) is preferably 60 to 99% by weight and more preferably 85 to 95% by weight from the viewpoint of battery output and charge / discharge cycle characteristics.
本発明の電解液は、更に過充電防止剤、脱水剤及び容量安定化剤等の添加剤を含有してもよい。以下の添加剤各成分の含有量は、電池用添加剤(B)、電解質(G)および非水溶媒(H)の合計重量に基づくものである。
過充電防止剤としては、ビフェニル、アルキルビフェニル、ターフェニル、ターフェニルの部分水素化体、シクロヘキシルベンゼン、t−ブチルベンゼン及びt−アミルベンゼン等の芳香族化合物等が挙げられる。過充電防止剤の使用量は、通常0〜5重量%、好ましくは0.5〜3重量%である。
The electrolytic solution of the present invention may further contain additives such as an overcharge inhibitor, a dehydrating agent and a capacity stabilizer. The content of each component of the following additives is based on the total weight of the battery additive (B), the electrolyte (G), and the nonaqueous solvent (H).
Examples of the overcharge inhibitor include biphenyl, alkylbiphenyl, terphenyl, partially hydrogenated terphenyl, aromatic compounds such as cyclohexylbenzene, t-butylbenzene, and t-amylbenzene. The usage-amount of an overcharge inhibiting agent is 0-5 weight% normally, Preferably it is 0.5-3 weight%.
脱水剤としては、ゼオライト、シリカゲル及び酸化カルシウム等が挙げられる。脱水剤の使用量は、電解液の全重量に基づいて、通常0〜5重量%、好ましくは0.5〜3重量%である。 Examples of the dehydrating agent include zeolite, silica gel and calcium oxide. The usage-amount of a dehydrating agent is 0-5 weight% normally based on the total weight of electrolyte solution, Preferably it is 0.5-3 weight%.
容量安定化剤としては、フルオロエチレンカーボネート、無水コハク酸、1−メチル−2−ピペリドン、ヘプタン及びフルオロベンゼン等が挙げられる。容量安定化剤の使用量は、電解液の全重量に基づいて、通常0〜5重量%、好ましくは0.5〜3重量%である。 Examples of the capacity stabilizer include fluoroethylene carbonate, succinic anhydride, 1-methyl-2-piperidone, heptane, and fluorobenzene. The usage-amount of a capacity | capacitance stabilizer is 0-5 weight% normally based on the total weight of electrolyte solution, Preferably it is 0.5-3 weight%.
本発明のリチウムイオン電池は、正極、負極及びセパレータを収納した電池缶内に電解液を注入して電池缶を密封する際に、正極または負極として本発明の電極を用いるか、電解液に本発明の電解液を用いるか、又はこれらの併用により得られる。 The lithium ion battery of the present invention uses the electrode of the present invention as the positive electrode or the negative electrode when the electrolytic solution is injected into the battery can containing the positive electrode, the negative electrode, and the separator to seal the battery can. It can be obtained by using the electrolytic solution of the invention or a combination thereof.
リチウムイオン電池におけるセパレータとしては、ポリエチレン又はポリプロピレン製フィルムの微多孔膜、多孔性のポリエチレンフィルムとポリプロピレンとの多層フィルム、ポリエステル繊維、アラミド繊維及びガラス繊維等からなる不織布並びにこれらの表面にシリカ、アルミナ及びチタニア等のセラミック微粒子を付着させたものが挙げられる。 As a separator in a lithium ion battery, a microporous film made of polyethylene or polypropylene film, a multilayer film of porous polyethylene film and polypropylene, a nonwoven fabric made of polyester fiber, aramid fiber, glass fiber, etc., and silica, alumina on the surface thereof And those having ceramic fine particles such as titania attached thereto.
リチウムイオン電池における電池缶としては、ステンレススチール、鉄、アルミニウム及びニッケルメッキスチール等の金属材料を用いることができるが、電池用途に応じてプラスチック材料を用いることもできる。また電池缶は、用途に応じて円筒型、コイン型、角型又はその他任意の形状にすることができる。 As the battery can in the lithium ion battery, metal materials such as stainless steel, iron, aluminum and nickel-plated steel can be used, but plastic materials can also be used depending on the battery application. Further, the battery can can be formed into a cylindrical shape, a coin shape, a square shape, or any other shape depending on the application.
本発明のリチウムイオンキャパシタは、本発明のリチウムイオン電池の基本構成において、正極をリチウムイオンキャパシタ用の正極に代え、電池缶をキャパシタ缶に代えることにより得られる。キャパシタ缶の材質及び形状としては、電池缶で例示したものと同様のものが挙げられる。 The lithium ion capacitor of the present invention can be obtained by replacing the positive electrode with a positive electrode for a lithium ion capacitor and replacing the battery can with a capacitor can in the basic configuration of the lithium ion battery of the present invention. Examples of the material and shape of the capacitor can include the same as those exemplified for the battery can.
以下、実施例及び比較例により本発明をさらに説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。以下、特に定めない限り、%は重量%、部は重量部を示す。 Hereinafter, although an example and a comparative example explain the present invention further, the present invention is not limited to these. Hereinafter, unless otherwise specified, “%” represents “% by weight” and “parts” represents “parts by weight”.
<製造例1>
温度計、加熱冷却装置、撹拌機及び滴下ボンベを備えた耐圧反応容器に、4−アミノデカン158部および水酸化カリウム1.3部を投入し、窒素置換後密閉し100℃に昇温したあと3mmHgまで減圧し1時間攪拌した。ついで150℃まで昇温し、圧力が0.5MPaG以下になるように調整しながらエチレンオキサイド617部を5時間かけて滴下後同温度で3時間熟成し、4−アミノデカンのエチレンオキサイド14モル付加物(a−1)を得た。
<Production Example 1>
158 parts of 4-aminodecane and 1.3 parts of potassium hydroxide were charged into a pressure-resistant reaction vessel equipped with a thermometer, a heating / cooling device, a stirrer, and a dropping cylinder, and after replacing with nitrogen, sealed and heated to 100 ° C., 3 mmHg And the mixture was stirred for 1 hour. Then, the temperature was raised to 150 ° C., and 617 parts of ethylene oxide was added dropwise over 5 hours while adjusting the pressure to be 0.5 MPaG or less, followed by aging at the same temperature for 3 hours, and an ethylene oxide 14 mol adduct of 4-aminodecane. (A-1) was obtained.
<製造例2>
エチレンオキサイドの部数を88部に変更した以外は製造例1と同様にして行い、4−デカノールのエチレンオキサイド2モル付加物(a−2)を得た。
<Production Example 2>
Except having changed the number of parts of ethylene oxide into 88 parts, it carried out similarly to manufacture example 1, and obtained the ethylene oxide 2 mol adduct (a-2) of 4-decanol.
<製造例3>
4−アミノデカンを1−アミノ−3,5,5−トリメチルヘキサン127部に変更した以外は製造例1と同様にして行い、1−アミノ−3,5,5−トリメチルヘキサンのエチレンオキサイド14モル付加物(a−3)を得た。
<Production Example 3>
The same procedure as in Production Example 1 was conducted except that 4-aminodecane was changed to 127 parts of 1-amino-3,5,5-trimethylhexane, and 14 mol of ethylene oxide was added to 1-amino-3,5,5-trimethylhexane. A product (a-3) was obtained.
<製造例4>
4−アミノデカンを1−アミノ−2−ヘキシルデカン239部に変更した以外は製造例1と同様にして行い1−アミノ−2−ヘキシルデカンのエチレンオキサイド14モル付加物(a−4)を得た。
<Production Example 4>
Except having changed 4-aminodecane into 239 parts of 1-amino-2-hexyldecane, it carried out like manufacture example 1, and obtained the ethylene oxide 14 mol adduct (a-4) of 1-amino-2-hexyldecane.
<製造例5>
エチレンオキサイドをエチレンオキサイド308部およびプロピレンオキサイド407部に変更した以外は製造例1と同様にして行い、4−アミノデカンのエチレンオキサイド7モルおよびプロピレンオキサイド7モル付加物(a−5)を得た。
<Production Example 5>
Except having changed ethylene oxide into 308 parts of ethylene oxide and 407 parts of propylene oxide, it carried out similarly to manufacture example 1, and obtained 7 mol of ethylene oxide and propylene oxide 7 mol adduct (a-5) of 4-aminodecane.
<製造例6>
4−アミノデカンをビス(4−デシル)アミン297部に変更した以外は製造例1と同様にして行いビス(4−デシル)アミンのエチレンオキサイド14モル付加物(a−6)を得た。
<Production Example 6>
Except having changed 4-amino decane into 297 parts of bis (4-decyl) amine, it carried out like manufacture example 1 and obtained ethylene oxide 14 mol adduct (a-6) of bis (4-decyl) amine.
<製造例7>
4−アミノデカンを4-デシル−4−ノニルアミン283部に変更した以外は製造例1と同様にして行い4−デシル−4−ノニルアミンのエチレンオキサイド14モル付加物(a−7)を得た。
<Production Example 7>
Except having changed 4-aminodecane into 283 parts of 4-decyl-4-nonylamine, it carried out like manufacture example 1 and obtained ethylene oxide 14 mol adduct (a-7) of 4-decyl-4-nonylamine.
<実施例1> 化合物(A−1)の合成
撹拌機、温度計及び冷却管を取り付けたフラスコに上記製造例1で得た(a−1)6.0部とナトリウムメトキシドの1Mメタノール溶液10mlを加え、100℃に加熱し減圧下メタノールを留去した。室温に戻した後、フラスコに3.0gのヨウ化メチルを加え60℃で1時間反応させた。シリカゲルカラムクロマトグラフィーで生成することで化合物(A−1)を得た。これは、式(4)においてR4がメチル基、R1が4−デシル基、R3Oがエチレンオキシ基、jが14である化合物に相当する。
(A−1)を電池用添加剤(B−1)とした。
<Example 1> Synthesis of Compound (A-1) 6.0 parts of (a-1) obtained in Production Example 1 and a 1M methanol solution of sodium methoxide obtained in a flask equipped with a stirrer, a thermometer and a condenser tube. 10 ml was added and heated to 100 ° C., and methanol was distilled off under reduced pressure. After returning to room temperature, 3.0 g of methyl iodide was added to the flask and reacted at 60 ° C. for 1 hour. Compound (A-1) was obtained by producing by silica gel column chromatography. This corresponds to a compound in which R 4 is a methyl group, R 1 is a 4-decyl group, R 3 O is an ethyleneoxy group, and j is 14 in the formula (4).
(A-1) was designated as battery additive (B-1).
<実施例2> 化合物(A−2)の合成
ヨウ化メチルをヨウ化エチルに変更した以外は実施例1と同様にして行い化合物(A−2)を得た。これは、式(4)においてR4がエチル基、R1が4−デシル基、R3Oがエチレンオキシ基、jが14である化合物に相当する。
(A−2)を電池用添加剤(B−2)とした。
<Example 2> Synthesis of compound (A-2) Compound (A-2) was obtained in the same manner as in Example 1 except that methyl iodide was changed to ethyl iodide. This corresponds to a compound in which R 4 is an ethyl group, R 1 is a 4-decyl group, R 3 O is an ethyleneoxy group, and j is 14 in the formula (4).
(A-2) was designated as battery additive (B-2).
<実施例3> 化合物(A−3)の合成
ヨウ化メチルをヨウ化ブチルに変更した以外は実施例1と同様にして行い化合物(A−3)を得た。これは、式(4)においてR4がブチル基、R1が4−デシル基、R3Oがエチレンオキシ基、jが14である化合物に相当する。
(A−3)を電池用添加剤(B−3)とした。
<Example 3> Synthesis of compound (A-3) Compound (A-3) was obtained in the same manner as in Example 1 except that methyl iodide was changed to butyl iodide. This corresponds to a compound in which R 4 is a butyl group, R 1 is a 4-decyl group, R 3 O is an ethyleneoxy group, and j is 14 in the formula (4).
(A-3) was designated as battery additive (B-3).
<実施例4> 化合物(A−4)の合成
撹拌機、温度計及び冷却管を取り付けたフラスコに上記製造例1で得た(a−1)6.0部、無水酢酸2.0部およびピリジン1.6部を加え80℃で3時間反応させた。シリカゲルカラムクロマトグラフィーで生成することで化合物(A−4)を得た。これは、式(1)においてXがカルボニル基、Yがメチル基、R1が4−デシル基、R3Oがエチレンオキシ基、jが14である化合物に相当する。
(A−4)を電池用添加剤(B−4)とした。
Example 4 Synthesis of Compound (A-4) 6.0 parts of (a-1) obtained in Production Example 1 above, 2.0 parts of acetic anhydride, and a flask equipped with a stirrer, a thermometer and a condenser tube 1.6 parts of pyridine was added and reacted at 80 ° C. for 3 hours. Compound (A-4) was obtained by producing by silica gel column chromatography. This corresponds to a compound in which X is a carbonyl group, Y is a methyl group, R 1 is a 4-decyl group, R 3 O is an ethyleneoxy group, and j is 14 in formula (1).
(A-4) was designated as battery additive (B-4).
<実施例5> 化合物(A−5)の合成
(a−1)を(a−2)に変更した以外は実施例4と同様にして行い、化合物(A−5)を得た。これは、式(1)においてXがカルボニル基 、Yがメチル基、R1が4−デシル基、R3Oがエチレンオキシ基、jが2である化合物に相当する。
(A−5)を電池用添加剤(B−5)とした。
<Example 5> Synthesis of compound (A-5) Compound (A-5) was obtained in the same manner as in Example 4 except that (a-1) was changed to (a-2). This corresponds to a compound in which X is a carbonyl group, Y is a methyl group, R 1 is a 4-decyl group, R 3 O is an ethyleneoxy group, and j is 2 in Formula (1).
(A-5) was designated as battery additive (B-5).
<実施例6> 化合物(A−6)の合成
無水酢酸を無水プロピオン酸に変更した以外は実施例 4と同様にして行い、化合物(A−6)を得た。これは、式(1)においてXがカルボニル基、Yがエチル基、R1が4−デシル基、R3Oがエチレンオキシ基、jが14である化合物に相当する。
(A−6)を電池用添加剤(B−6)とした。
Example 6 Synthesis of Compound (A-6) Compound (A-6) was obtained in the same manner as in Example 4 except that acetic anhydride was changed to propionic anhydride. This corresponds to a compound in which X is a carbonyl group, Y is an ethyl group, R 1 is a 4-decyl group, R 3 O is an ethyleneoxy group, and j is 14 in formula (1).
(A-6) was designated as battery additive (B-6).
<実施例7> 化合物(A−7)の合成
撹拌機、温度計及び冷却管を取り付けたフラスコに上記製造例1で得た(a−1)6.0部、塩化ジメチルカルバモイル1.0部およびトリエチルアミン2.8部を加え50℃で2時間攪拌した。シリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製することで化合物(A−7)を得た。これは、式(1)においてXがCON基 (アミド基)、Yがメチル基、R1が4−デシル基、R3Oがエチレンオキシ基、jが14である化合物に相当する。
(A−7)を電池用添加剤(B−7)とした。
Example 7 Synthesis of Compound (A-7) 6.0 parts (a-1) obtained in Production Example 1 above and 1.0 part of dimethylcarbamoyl chloride in a flask equipped with a stirrer, a thermometer and a condenser. Then, 2.8 parts of triethylamine was added and stirred at 50 ° C. for 2 hours. The compound (A-7) was obtained by refine | purifying with silica gel column chromatography. This corresponds to a compound in which X is a CON group (amide group), Y is a methyl group, R 1 is a 4-decyl group, R 3 O is an ethyleneoxy group, and j is 14 in formula (1).
(A-7) was designated as battery additive (B-7).
<実施例8> 化合物(A−8)の合成
撹拌機、温度計及び冷却管を取り付けたフラスコに上記製造例1で得た(a−1)6.0部、塩化チオニル 1.0部およびトリエチルアミン2.8部を加え50℃で2時間攪拌した。さらにメチルリチウム1.0部を加え50℃で2時間攪拌した。シリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製することで化合物(A−8)を得た。これは、式(1)においてXがS=O基、Yがメチル基、R1が4−デシル基、R3Oがエチレンオキシ基、jが14である化合物に相当する。
(A−8)を電池用添加剤(B−8)とした。
Example 8 Synthesis of Compound (A-8) 6.0 parts (a-1) obtained in Production Example 1 above, 1.0 part of thionyl chloride, and a flask equipped with a stirrer, a thermometer and a condenser tube 2.8 parts of triethylamine was added and stirred at 50 ° C. for 2 hours. Further, 1.0 part of methyl lithium was added and stirred at 50 ° C. for 2 hours. The compound (A-8) was obtained by refine | purifying with silica gel column chromatography. This corresponds to a compound in which X is an S═O group, Y is a methyl group, R 1 is a 4-decyl group, R 3 O is an ethyleneoxy group, and j is 14 in the formula (1).
(A-8) was designated as battery additive (B-8).
<実施例9> 化合物(A−9)の合成
撹拌機、温度計及び冷却管を取り付けたフラスコに上記製造例1で得た(a−1)6.0部、ジメチルホスフィンクロライド1.0部およびトリエチルアミン2.8部を加え50℃で2時間攪拌した。シリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製することで化合物(A−9)を得た。これは、式(1)においてXがP、Yがメチル基、R1が4−デシル基、R3Oがエチレンオキシ基、jが14である化合物に相当する。
(A−9)を電池用添加剤(B−9)とした。
<Example 9> Synthesis of compound (A-9) A flask equipped with a stirrer, a thermometer, and a condenser tube (a-1) 6.0 parts obtained in Production Example 1 and 1.0 part of dimethylphosphine chloride were obtained. Then, 2.8 parts of triethylamine was added and stirred at 50 ° C. for 2 hours. The compound (A-9) was obtained by refine | purifying with silica gel column chromatography. This corresponds to a compound in which X is P, Y is a methyl group, R 1 is a 4-decyl group, R 3 O is an ethyleneoxy group, and j is 14 in formula (1).
(A-9) was designated as battery additive (B-9).
<実施例10> 化合物(A−10)の合成
撹拌機、温度計及び冷却管を取り付けたフラスコにジメチルオキシドホスフィン1.5部および塩化チオニル1.0部を加え50℃で3時間攪拌した。そこへ上記製造例1で得た(a−1)6.0部およびトリエチルアミン1.4部を加え50℃で2時間攪拌した。シリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製することで化合物(A−10)を得た。これは、式(1)においてXがP=O、Yがメチル基、R1が4−デシル基、R3Oがエチレンオキシ基、jが14である化合物に相当する。
(A−10)を電池用添加剤(B−10)とした。
<Example 10> Synthesis of compound (A-10) To a flask equipped with a stirrer, a thermometer and a condenser, 1.5 parts of dimethyl oxide phosphine and 1.0 part of thionyl chloride were added and stirred at 50 ° C for 3 hours. Thereto were added 6.0 parts of (a-1) obtained in Production Example 1 and 1.4 parts of triethylamine, and the mixture was stirred at 50 ° C. for 2 hours. The compound (A-10) was obtained by refine | purifying with silica gel column chromatography. This corresponds to a compound in which X is P═O, Y is a methyl group, R 1 is a 4-decyl group, R 3 O is an ethyleneoxy group, and j is 14 in the formula (1).
(A-10) was designated as battery additive (B-10).
<実施例11> 化合物(A−11)の合成
(a−1)を(a−3)に変更した以外は実施例4と同様にして行い化合物(A−11)を得た。これは、式(1)においてXがカルボニル基、Yがメチル基、R1が3,5,5-トリメチルヘキシル基、R3Oがエチレンオキシ基、jが14である化合物に相当する。
(A−11)を電池用添加剤(B−11)とした。
<Example 11> Synthesis of compound (A-11) Compound (A-11) was obtained in the same manner as in Example 4 except that (a-1) was changed to (a-3). This corresponds to a compound in which X is a carbonyl group, Y is a methyl group, R 1 is 3,5,5-trimethylhexyl group, R 3 O is an ethyleneoxy group, and j is 14 in formula (1).
(A-11) was designated as battery additive (B-11).
<実施例12> 化合物(A−12)の合成
(a−1)を(a−4)に変更した以外は実施例4と同様にして行い化合物(A−12)を得た。これは、式(1)においてXがカルボニル基、Yがメチル基、R1が2-ヘキシルデシル基、R3Oがエチレンオキシ基、jが14である化合物に相当する。
(A−12)を電池用添加剤(B−12)とした。
<Example 12> Synthesis of compound (A-12) Compound (A-12) was obtained in the same manner as in Example 4 except that (a-1) was changed to (a-4). This corresponds to a compound in which X is a carbonyl group, Y is a methyl group, R 1 is a 2-hexyldecyl group, R 3 O is an ethyleneoxy group, and j is 14 in the formula (1).
(A-12) was designated as battery additive (B-12).
<実施例13> 化合物(A−13)の合成
(a−1)を(a−5)に変更した以外は実施例4と同様にして行い化合物(A−13)を得た。これは、式(1)においてXがカルボニル基、Yがメチル基、R1が4-デシル基、R3Oがエチレンオキシ基とプロピレンオキシ基のランダムなアルキレンオキシ基、jが14である化合物に相当する。
(A−13)を電池用添加剤(B−13)とした。
<Example 13> Synthesis of compound (A-13) Compound (A-13) was obtained in the same manner as in Example 4 except that (a-1) was changed to (a-5). This is a compound in which X is carbonyl group, Y is methyl group, R 1 is 4-decyl group, R 3 O is a random alkyleneoxy group of ethyleneoxy group and propyleneoxy group, and j is 14 in formula (1) It corresponds to.
(A-13) was designated as battery additive (B-13).
<実施例14> 化合物(A−14)の合成
撹拌機、温度計及び冷却管を取り付けたフラスコに上記製造例6で得た(a−6)6.0部とナトリウムメトキシドの1Mメタノール溶液10mlを加え、100℃に加熱し減圧下メタノールを留去した。室温に戻した後、フラスコに1.5gのヨウ化メチルを加え60℃で1時間反応させた。シリカゲルカラムクロマトグラフィーで生成することで化合物(A−14)を得た。これは、式(5)においR4がメチル基、R1,R2が4-デシル基、R3Oがエチレンオキシ基、jが14である化合物に相当する。
(A−14)を電池用添加剤(B−14)とした。
<Example 14> Synthesis of compound (A-14) 6.0 parts of (a-6) obtained in Production Example 6 and a 1M methanol solution of sodium methoxide in a flask equipped with a stirrer, a thermometer and a condenser tube 10 ml was added and heated to 100 ° C., and methanol was distilled off under reduced pressure. After returning to room temperature, 1.5 g of methyl iodide was added to the flask and reacted at 60 ° C. for 1 hour. Compound (A-14) was obtained by producing by silica gel column chromatography. In the formula (5), this corresponds to a compound in which R 4 is a methyl group, R 1 and R 2 are 4-decyl groups, R 3 O is an ethyleneoxy group, and j is 14.
(A-14) was designated as battery additive (B-14).
<実施例15>
撹拌機、温度計及び冷却管を取り付けたフラスコに上記製造例6で得た(a−6)6.0部、無水酢酸1.0部およびピリジン0.8部を加え80℃で3時間反応させた。シリカゲルカラムクロマトグラフィーで生成することで化合物(A−15)を得た。これは、式(2)においてXがカルボニル基、Yがメチル基、R1,R2が4-デシル基、R3Oがエチレンオキシ基、jが14である化合物に相当する。
(A−15)を電池用添加剤(B−15)とした。
<Example 15>
To a flask equipped with a stirrer, a thermometer and a condenser tube, 6.0 parts of (a-6) obtained in Production Example 6 above, 1.0 part of acetic anhydride and 0.8 part of pyridine were added and reacted at 80 ° C. for 3 hours. I let you. Compound (A-15) was obtained by producing by silica gel column chromatography. This corresponds to a compound in which X is a carbonyl group, Y is a methyl group, R 1 and R 2 are 4-decyl groups, R 3 O is an ethyleneoxy group, and j is 14 in the formula (2).
(A-15) was designated as battery additive (B-15).
<実施例16>
化合物(A−16)の合成
(a−6)を(a−7)に変更した以外は実施例15と同様にして行い化合物(A−16)を得た。これは、式(2)においてXがカルボニル基、Yがメチル基、R1が4-デシル基、R2が4-ノニル基、R3Oがエチレンオキシ基、jが14である化合物に相当する。
(A−16)を電池用添加剤(B−16)とした。
<Example 16>
Synthesis of Compound (A-16) Compound (A-16) was obtained in the same manner as in Example 15 except that (a-6) was changed to (a-7). This corresponds to a compound in which X is a carbonyl group, Y is a methyl group, R 1 is a 4-decyl group, R 2 is a 4-nonyl group, R 3 O is an ethyleneoxy group, and j is 14 in formula (2) To do.
(A-16) was designated as battery additive (B-16).
<実施例17>
化合物(A−17)の合成
撹拌機、温度計及び冷却管を取り付けたフラスコにアンモニア6.0部とナトリウムメトキシドの1Mメタノール溶液10mlを加え、100℃に加熱し減圧下メタノールを留去した。室温に戻した後、フラスコに4.5gのヨウ化メチルを加え60℃で1時間反応させた。シリカゲルカラムクロマトグラフィーで生成することで化合物(A−17)を得た。これは、式(6)においてR4がメチル基、R3Oがエチレンオキシ基、jが14である化合物に相当する。
(A−17)を電池用添加剤(B−17)とした。
<Example 17>
Synthesis of Compound (A-17) To a flask equipped with a stirrer, a thermometer and a condenser tube, 6.0 parts of ammonia and 10 ml of 1M methanol solution of sodium methoxide were added and heated to 100 ° C. to distill off methanol under reduced pressure. . After returning to room temperature, 4.5 g of methyl iodide was added to the flask and reacted at 60 ° C. for 1 hour. Compound (A-17) was obtained by producing by silica gel column chromatography. This corresponds to a compound in which R 4 is a methyl group, R 3 O is an ethyleneoxy group, and j is 14 in the formula (6).
(A-17) was designated as battery additive (B-17).
<実施例18>
化合物(A−18)の合成
撹拌機、温度計及び冷却管を取り付けたフラスコにアンモニア6.0部、無水酢酸3.0部およびピリジン2.4部を加え80℃で3時間反応させた。シリカゲルカラムクロマトグラフィーで生成することで化合物(A−18)を得た。これは、式(3)においてXがカルボニル基、Yがメチル基、R3Oがエチレンオキシ基、jが14である化合物に相当する。
(A−18)を電池用添加剤(B−18)とした。
<Example 18>
Synthesis of Compound (A-18) 6.0 parts of ammonia, 3.0 parts of acetic anhydride and 2.4 parts of pyridine were added to a flask equipped with a stirrer, thermometer and condenser, and reacted at 80 ° C. for 3 hours. Compound (A-18) was obtained by producing by silica gel column chromatography. This corresponds to a compound in which X is a carbonyl group, Y is a methyl group, R 3 O is an ethyleneoxy group, and j is 14 in formula (3).
(A-18) was designated as battery additive (B-18).
<比較例1>
化合物(A’−1)の合成 (a−1)を4−アミノデカンに変更した以外は実施例4と同様にして行い化合物(A’−1)を得た。これは、下記の式(7)においてXがカルボニル基、Yがメチル基、R1が4-デシル基である化合物に相当すし、本発明の式(1)〜(6)のいずれにも該当しない。
この(A’−1)を比較のための電池用添加剤(B’−1)とした。
<Comparative Example 1>
Synthesis of Compound (A′-1) Compound (A′-1) was obtained in the same manner as in Example 4 except that (a-1) was changed to 4-aminodecane. This corresponds to a compound in which X is a carbonyl group, Y is a methyl group, and R 1 is a 4-decyl group in the following formula (7), and corresponds to any of formulas (1) to (6) of the present invention. do not do.
This (A′-1) was used as a battery additive (B′-1) for comparison.
<比較例2>
化合物(A’−2)
化合物(A’−2)は、下記の式(8)においてR1が4-デシル基、R3Oがエチレンオキシ基である化合物に相当する(a1)そのものであり、本発明の式(1)〜(6)のいずれにも該当しない。
これを比較のための電池用添加剤(B’−2)とした。
<Comparative example 2>
Compound (A′-2)
The compound (A′-2) is (a1) itself corresponding to a compound in which R 1 is a 4-decyl group and R 3 O is an ethyleneoxy group in the following formula (8), and is represented by the formula (1) of the present invention. ) To (6).
This was used as a battery additive (B′-2) for comparison.
実施例の電池用添加剤(B−1)〜(B−18)および比較例の比較用添加剤(B’−1)、(B’−2)を表1と表2にまとめる。 Tables 1 and 2 summarize battery additives (B-1) to (B-18) of Examples and comparative additives (B′-1) and (B′-2) of Comparative Examples.
実施例19〜38および比較例3〜5
実施例の電池用添加剤(B−1)〜(B−18)および比較例の比較用添加剤(B’−1)、(B’−2)を用いた電極で、電解液の電極への浸透性を、以下の方法で評価した。
[浸透性評価用の電解液を調製]
エチレンカーボネートとジエチルカーボネートの混合溶媒(体積比率1:1)87.5部に、表3に示した部数で電池用添加剤(B)または(B’)を配合し、そこに12重量%となるように電解質としてのLiPF6を溶解させ、実施例19〜38および比較例3〜5の電解液を調製した。
Examples 19-38 and Comparative Examples 3-5
To the electrode of the electrolyte solution with the electrodes using the battery additives (B-1) to (B-18) of the examples and the comparative additives (B′-1) and (B′-2) of the comparative examples The permeability was evaluated by the following method.
[Preparation of electrolyte for permeability evaluation]
The battery additive (B) or (B ′) is blended in 87.5 parts of a mixed solvent of ethylene carbonate and diethyl carbonate (volume ratio 1: 1) in the number of parts shown in Table 3, and 12 wt% Thus, LiPF 6 as an electrolyte was dissolved to prepare electrolytic solutions of Examples 19 to 38 and Comparative Examples 3 to 5.
[浸透性評価用正極の作製]
LiCoO2粉末90.0部、ケチェンブラック[シグマアルドリッチ(株)製]5部、ポリフッ化ビニリデン[シグマアルドリッチ(株)製]5部、および表3に示した部数の電池用添加剤(B)または(B’)を乳鉢で充分に混合した後、1−メチル−2−ピロリドン[東京化成工業(株)製]70.0部を添加し、更に乳鉢で充分に混合してスラリーを得た。
得られたスラリーを、大気中でワイヤーバーを用いて厚さ20μmのアルミニウム電解箔上の片面に塗布し、80℃で1時間乾燥させた後、更に減圧下(1.3kPa)、80℃で2時間乾燥して、15.95mmφに打ち抜き、実施例19〜38および比較例3〜5の浸透性評価用正極を作製した。
[Preparation of positive electrode for permeability evaluation]
90.0 parts of LiCoO2 powder, 5 parts of Ketjen black [manufactured by Sigma-Aldrich Co., Ltd.], 5 parts of polyvinylidene fluoride [manufactured by Sigma-Aldrich Co., Ltd.], and the number of battery additives (B) shown in Table 3 Alternatively, (B ′) was sufficiently mixed in a mortar, then 70.0 parts of 1-methyl-2-pyrrolidone [manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.] was added, and further mixed well in a mortar to obtain a slurry. .
The obtained slurry was applied to one side of an aluminum electrolytic foil having a thickness of 20 μm using a wire bar in the air, dried at 80 ° C. for 1 hour, and further under reduced pressure (1.3 kPa) at 80 ° C. It was dried for 2 hours, punched out to 15.95 mmφ, and positive electrodes for permeability evaluation of Examples 19 to 38 and Comparative Examples 3 to 5 were produced.
[浸透性評価用負極の作製]
平均粒子径約8〜12μmの黒鉛粉末92.5部、ポリフッ化ビニリデン7.5部、1−メチル−2−ピロリドン[東京化成工業(株)製]200部および表3に示した部数の(B)を乳鉢で充分に混合しスラリーを得た。得られたスラリーを、大気中でワイヤーバーを用いて厚さ20μmの銅箔の片面に塗布し、80℃で1時間乾燥させた後、更に減圧下(1.3kPa)、80℃で2時間乾燥して、16.15mmφに打ち抜き、プレス機で厚さ30μmにして実施例19〜38および比較例3〜5の浸透性評価用負極を作製した。
[Preparation of negative electrode for permeability evaluation]
92.5 parts of graphite powder having an average particle diameter of about 8 to 12 μm, 7.5 parts of polyvinylidene fluoride, 200 parts of 1-methyl-2-pyrrolidone [manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.] and the number of parts shown in Table 3 ( B) was thoroughly mixed in a mortar to obtain a slurry. The obtained slurry was applied to one side of a 20 μm-thick copper foil in the air using a wire bar, dried at 80 ° C. for 1 hour, and further under reduced pressure (1.3 kPa) at 80 ° C. for 2 hours. It dried, punched to 16.15 mmphi, and made the negative electrode for permeability evaluation of Examples 19-38 and Comparative Examples 3-5 into thickness 30micrometer with the press.
上記において調製した正極および負極上にこれらの電解液を50μL垂らし、電解液が電極にしみこむまでの時間を測定した。
しみこむまでの時間が短いほど浸透性に優れていることを示す。
評価結果を下記の基準で判定した。
◎:15分以内
○:15分〜30分
△:30分〜1時間
×:1時間以上
この結果を表3に示す。
50 μL of these electrolytes were dropped on the positive electrode and the negative electrode prepared above, and the time until the electrolyte soaked into the electrodes was measured.
The shorter the time until soaking, the better the permeability.
The evaluation results were determined according to the following criteria.
◎: Within 15 minutes ○: 15 minutes to 30 minutes Δ: 30 minutes to 1 hour ×: 1 hour or more The results are shown in Table 3.
実施例39〜76及び比較例6〜10
実施例の電池用添加剤(B−1)〜(B−18)および比較例の比較用添加剤(B’−1)、(B’−2)を用いた電池で、充放電サイクル特性と出力特性を、以下の方法で評価した。
Examples 39-76 and Comparative Examples 6-10
The battery using the battery additives (B-1) to (B-18) in Examples and the comparative additives (B′-1) and (B′-2) in Comparative Examples, The output characteristics were evaluated by the following method.
[リチウムイオン電池用電解液の調製]
エチレンカーボネートとジエチルカーボネートの混合溶媒(体積比率1:1)87.5部に、表4に示した部数で(B)または(B’)を配合し、そこに12重量%となるように電解質としてのLiPF6を溶解させ、実施例39〜76および比較例6〜10の電解液を調製した。
[Preparation of electrolyte for lithium ion battery]
87.5 parts of a mixed solvent of ethylene carbonate and diethyl carbonate (volume ratio 1: 1) is blended with (B) or (B ′) in the number of parts shown in Table 4, and the electrolyte is 12% by weight. LiPF 6 was dissolved, and electrolytic solutions of Examples 39 to 76 and Comparative Examples 6 to 10 were prepared.
[リチウムイオン電池用正極の作製]
LiCoO2粉末90.0部、ケチェンブラック[シグマアルドリッチ(株)製]5部、ポリフッ化ビニリデン[シグマアルドリッチ(株)製]5部、および表4に示した部数の電池用添加剤(B)または(B’)を乳鉢で充分に混合した後、1−メチル−2−ピロリドン[東京化成工業(株)製]70.0部を添加し、更に乳鉢で充分に混合してスラリーを得た。
得られたスラリーを、大気中でワイヤーバーを用いて厚さ20μmのアルミニウム電解箔上の片面に塗布し、80℃で1時間乾燥させた後、更に減圧下(1.3kPa)、80℃で2時間乾燥して、15.95mmφに打ち抜き、実施例39〜76および比較例6〜10のリチウムイオン電池用正極を作製した。
[Production of positive electrode for lithium ion battery]
90.0 parts of LiCoO2 powder, 5 parts of Ketjen Black [manufactured by Sigma-Aldrich Co., Ltd.], 5 parts of polyvinylidene fluoride [manufactured by Sigma-Aldrich Co., Ltd.], and the number of battery additives (B) shown in Table 4 Alternatively, (B ′) was sufficiently mixed in a mortar, then 70.0 parts of 1-methyl-2-pyrrolidone [manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.] was added, and further mixed well in a mortar to obtain a slurry. .
The obtained slurry was applied to one side of an aluminum electrolytic foil having a thickness of 20 μm using a wire bar in the air, dried at 80 ° C. for 1 hour, and further under reduced pressure (1.3 kPa) at 80 ° C. It was dried for 2 hours and punched out to 15.95 mmφ to produce positive electrodes for lithium ion batteries of Examples 39 to 76 and Comparative Examples 6 to 10.
[リチウムイオン電池用負極の作製]
平均粒子径約8〜12μmの黒鉛粉末92.5部、ポリフッ化ビニリデン7.5部、1−メチル−2−ピロリドン[東京化成工業(株)製]200部および表4に示した部数の(B)を乳鉢で充分に混合しスラリーを得た。得られたスラリーを、大気中でワイヤーバーを用いて厚さ20μmの銅箔の片面に塗布し、80℃で1時間乾燥させた後、更に減圧下(1.3kPa)、80℃で2時間乾燥して、16.15mmφに打ち抜き、プレス機で厚さ30μmにして実施例39〜76および比較例6〜10のリチウムイオン電池用負極を作製した。
[Production of negative electrode for lithium ion battery]
92.5 parts of graphite powder having an average particle diameter of about 8 to 12 μm, 7.5 parts of polyvinylidene fluoride, 200 parts of 1-methyl-2-pyrrolidone [manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.] and the parts shown in Table 4 ( B) was thoroughly mixed in a mortar to obtain a slurry. The obtained slurry was applied to one side of a 20 μm-thick copper foil in the air using a wire bar, dried at 80 ° C. for 1 hour, and further under reduced pressure (1.3 kPa) at 80 ° C. for 2 hours. It was dried, punched to 16.15 mmφ, and 30 μm thick with a press machine to produce negative electrodes for lithium ion batteries of Examples 39 to 76 and Comparative Examples 6 to 10.
[リチウムイオン電池の作製]
2032型コインセル内の両端に、実施例39〜76、比較例6〜10の正極および負極をそれぞれの塗布面が向き合うように配置して、電極間にセパレータ(ポリプロピレン製不織布)を挿入し、リチウムイオン電池用セルを作製した。そして実施例39〜58、比較例6〜11の電解液を、作製したセルに注液密封した。
[Production of lithium-ion batteries]
The positive electrode and the negative electrode of Examples 39 to 76 and Comparative Examples 6 to 10 are arranged at both ends in the 2032 type coin cell so that the coated surfaces face each other, and a separator (polypropylene nonwoven fabric) is inserted between the electrodes, and lithium An ion battery cell was produced. The electrolytes of Examples 39 to 58 and Comparative Examples 6 to 11 were injected and sealed in the produced cells.
<充放電サイクル特性の評価>
充放電測定装置「バッテリーアナライザー1470型」[東陽テクニカ(株)製]を用いて、0.1Cの電流で電圧4.3Vまで充電し、10分間の休止後、0.1Cの電流で電池電圧を3.5Vまで放電し、この充放電を50回まで繰り返した。
この時の初回充電時の電池容量と50サイクル目充電時の電池容量を測定し、下記計算式で定義する充放電サイクル特性を算出した。
数値が大きい程、充放電サイクル特性が良好であることを示す。
充放電サイクル特性(%)=(50サイクル目充電時の電池容量/初回充電時の電池容量)×100
これらの結果を表4に示す。
<Evaluation of charge / discharge cycle characteristics>
Using a charge / discharge measuring device “Battery Analyzer 1470” [manufactured by Toyo Technica Co., Ltd.], the battery voltage is charged to 0.1 V with a current of 0.1 C, and after a pause of 10 minutes, the battery voltage is 0.1 C. Was discharged to 3.5 V, and this charge / discharge was repeated 50 times.
At this time, the battery capacity at the first charge and the battery capacity at the 50th cycle charge were measured, and the charge / discharge cycle characteristics defined by the following formula were calculated.
It shows that charging / discharging cycling characteristics are so favorable that a numerical value is large.
Charging / discharging cycle characteristics (%) = (battery capacity at the 50th cycle charge / battery capacity at the first charge) × 100
These results are shown in Table 4.
[出力特性の評価]
1)20℃の環境下で、充放電測定装置「HJ1001SD8」[北斗電工(株)製]を用いて、0.1Cの電流で電圧4.3Vまで充電し、10分間の休止後、0.1Cの電流で電圧を3.0Vまで放電し、放電容量(以下、「0.1C放電容量」と記載)を測定した。
(2)0.1Cの電流で電圧4.3Vまで充電し、10分間の休止後、1Cの電流で電圧を3.0Vまで放電し容量(以下、「1C放電容量」と記載)を測定した。
(3)下記式から1C放電時の容量維持率を算出した。
1C放電時の容量維持率(%)=(1C放電容量/0.1C放電容量)×100
数値が大きい程、出力特性が良好であることを示す。この測定条件では、一般に90%以上が必要である。
これらの結果を表4に示す。
[Evaluation of output characteristics]
1) Using a charge / discharge measuring device “HJ1001SD8” (manufactured by Hokuto Denko Co., Ltd.) under an environment of 20 ° C., the battery is charged to a voltage of 4.3 V with a current of 0.1 C, and after a pause of 10 minutes, 0. The voltage was discharged to 3.0 V with a current of 1 C, and the discharge capacity (hereinafter referred to as “0.1 C discharge capacity”) was measured.
(2) The battery was charged to a voltage of 4.3 V with a current of 0.1 C, and after a pause of 10 minutes, the voltage was discharged to 3.0 V with a current of 1 C, and the capacity (hereinafter referred to as “1 C discharge capacity”) was measured. .
(3) The capacity retention rate during 1 C discharge was calculated from the following formula.
Capacity maintenance rate during 1 C discharge (%) = (1 C discharge capacity / 0.1 C discharge capacity) × 100
The larger the value, the better the output characteristics. Under these measurement conditions, generally 90% or more is necessary.
These results are shown in Table 4.
本発明の電池用添加剤を用いた実施例19〜38の電解液は、正極、負極とも浸透性に優れる。さらに、本発明の電池用添加剤を用いた実施例39〜76の電池は、充放電サイクル特性と出力特性も優れる。
一方、本発明の一般式(1)〜(3)のいずれにも該当しない化合物を用いた比較用添加剤(B’−1)と比較用添加剤(B’−2)を用いた比較例4と5の電解液は、表3で明らかなように電極への浸透性が不十分である。また、比較用添加剤(B’−1)と比較用添加剤(B’−2)を用いた比較例7〜10のリチウムイオン電池の充放電サイクル特性と出力特性も不良である。
The electrolyte solutions of Examples 19 to 38 using the battery additive of the present invention are excellent in permeability for both the positive electrode and the negative electrode. Furthermore, the batteries of Examples 39 to 76 using the battery additive of the present invention are also excellent in charge / discharge cycle characteristics and output characteristics.
On the other hand, a comparative example using a comparative additive (B′-1) and a comparative additive (B′-2) using a compound not corresponding to any of the general formulas (1) to (3) of the present invention. As is clear from Table 3, the electrolytes 4 and 5 have insufficient permeability to the electrodes. Moreover, the charge / discharge cycle characteristics and output characteristics of the lithium ion batteries of Comparative Examples 7 to 10 using the comparative additive (B′-1) and the comparative additive (B′-2) are also poor.
本発明の電池用添加剤(B)を使用した電極および電解液は、リチウムイオン電池およびチウムイオンキャパシタなどの電気化学デバイス用に有用であり、特に電気自動車用リチウムイオン電池およびリチウムイオンキャパシタに好適である。また、本発明において開示した以外の電気化学デバイス(電気二重層キャパシタ、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池、空気電池、アルカリ電池等)についても適用可能である。
The electrode and electrolyte using the battery additive (B) of the present invention are useful for electrochemical devices such as lithium ion batteries and thium ion capacitors, and are particularly suitable for lithium ion batteries and lithium ion capacitors for electric vehicles. is there. Moreover, it is applicable also to electrochemical devices (electric double layer capacitor, nickel metal hydride battery, nickel cadmium battery, air battery, alkaline battery, etc.) other than those disclosed in the present invention.
Claims (7)
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Cited By (2)
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CN114006042A (en) * | 2021-10-21 | 2022-02-01 | 湖南立方新能源科技有限责任公司 | Electrolyte for sodium ion battery and sodium ion battery |
JP2023085171A (en) * | 2021-12-08 | 2023-06-20 | コリア・インスティテュート・オブ・サイエンス・アンド・テクノロジー | Delithiation solution and method for forming cathode active material or cathode using the same |
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