具体实施方式
上述专利文献1中记载的添加1,8-双(二甲基氨基)萘的方法,通过发明人的比较试验,充放电特性的降低较大。
另外,如专利文献2及3那样使用固体处理剂的方法,存在变更电池设计的问题。
进而,如专利文献4及5那样使用有机碱性处理剂及有机锂化合物的方法,存在高温时的质子俘获性能及热稳定性差的问题。
另外,在专利文献6记载的方法中,进行电池的充放电时,由于伴随电极表面的氧化还原反应的碱性化合物分解或从正极的碱性化合物夺取电子的原因,难以长期获得中和酸的效果。此外,还存在因碱性化合物的分解生成的分解物使充放电效率大幅降低的课题。
在上述专利文献1~6的方法中,发明人认为不能充分抑制氟化氢带来的不良影响是电池特性低的原因之一。
虽说显示较高的电导率、溶解有电位上稳定的LiPF6的电解液是优异的电解液,但此电解液存在热稳定性、循环特性及保存特性差的问题。可以认为这是由于,电解液中的LiPF6加热分解和水解生成的氟化锂(LiF)、氟化氢(HF)对电池产生不良影响。例如,在本应是非水的电解液中不可避免地混入微量的水分、或其它的电池材料吸附水分、或吸附电池制造环境中的水分时,发生如以下的反应式(1)所示的水解反应,生成氟化氢。
LiPF6+H2O→2HF+LiF+POF3…(1)
另外,在电池容器上存在制造电池时不能发现的程度的针孔时,或制造电池时的密封不充分时,长期保存及长期使用的过程中水分会慢慢浸入电池容器内,可能会使LiPF6水解。由此生成的氟化氢存在使构成电池的材料老化、使电池性能变差的问题。例如,构成材料老化的结果,内阻变差同时充放电效率降低。另外,已知在高温下会促进反应式(1)的反应。
因此,本发明的课题在于,利用简单的方法提供一种具有长期抑制因锂盐的水解而产生的氟化氢等酸的不良影响的功能的非水电解质电池。
因此,本发明的发明人为了进一步改善性能而进行研究的结果,发现可以不变更电池设计、不使充放电特性降低地提供一种高温下的循环特性及保存稳定性提高、特别是具有抑制因锂盐的水解等生成的氟化氢的不良影响的功能的非水电解质电池,直至完成了本发明。
以下,对本发明的非水电解质电池进行具体说明。
本发明的非水电解质电池具备以可以掺杂/脱掺杂锂离子的碳材料作为负极活性物质的负极、以锂和过渡金属的复合氧化物作为正极活性物质的正极、和非水电解液。
(非水电解液)
非水电解液为在非水溶剂中溶解电解质盐而成的电解液。
作为非水溶剂,可以使用以往公知的任何非水溶剂。作为具体的非水溶剂,可以举出:碳酸亚丙酯、碳酸亚乙酯等环状碳酸酯、碳酸二乙酯之类的链状碳酸酯、丙酸甲酯及丁酸甲酯等羧酸酯、γ-丁内酯、环丁砜、2-甲基四氢呋喃、二甲氧基乙烷等醚类等。特别是考虑到氧化稳定性时,作为非水溶剂优选使用碳酸酯。这些非水溶剂既可以单独使用也可以多种混合使用。
作为电解质盐,可以使用以往公知的电解质盐。作为具体的电解质盐,可以举出:LiPF6、LiBF4、LiCF3SO3、LiN(F3SO2)2、LiN(C2F5SO2)2、LiN(CF3SO2)(C4F9SO2)、LiC(CF3SO2)3、LiC(C2F5SO2)3、LiAsF6、LiClO4、Li2B10Cl10、Li2B12Cl12等。这些电解质盐既可以单独使用也可以多种混合使用。作为电解质盐,从在非水溶剂中的溶解度高、得到高电导率的观点出发,优选使用LiPF6。
非水电解液中的电解质盐的浓度在使用任意的电解质盐的情况下均优选为0.2mol/l~2.0mol/l的范围或0.2mol/kg~2.0mol/kg的范围。浓度小于0.2mol/l或0.2mol/kg时,由于电解液中的锂离子浓度低,进行高倍率(high rate)的充放电反应时有时不能充分发挥电池性能。大于2.0mol/l或2.0mol/kg时,有时由于伴随电解液的粘度上升的锂离子的移动阻力增大导致的电池性能降低显著。更优选的浓度为0.5mol/l~1.5mol/l的范围或0.5mol/kg~1.5mol/kg的范围。
在非水电解液中,包含0.001wt%~5wt%的范围的具有2个能够和质子相互作用的氨基的二胺化合物。因此,非水电解液中存在酸时,酸中的质子和氨基相互作用,结果可以俘获酸。
作为二胺化合物,例如可以举出下述化合物:为至少具有借助结合端进行键合或直接键合的2个苯环的芳香族化合物,并且2个氨基分别存在于不同的苯环的可取代的位置上,可取代的位置为上述2个氨基最接近的位置。
作为至少具有借助结合端进行键合的2个苯环的芳香族化合物,可以举出:芴、亚联苯、咔唑、二苯并呋喃、二苯并噻吩及二苯并硒吩等。其中,在咔唑环的氮上具有氢原子的9H-咔唑由于键合在咔唑环的氮上的氢原子在充放电时有时会脱离,因此,优选使用以氢之外的取代基保护氮的N取代咔唑。作为至少具有直接键合的2个苯环的芳香族化合物,可以举出:萘、菲、蒽、并四苯、吖啶等。
这些芳香族化合物既可以单独使用也可以多种混合使用。
作为具体的二胺化合物、可以举出:化合物(A)或化合物(B)表示的结构的化合物。
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(式(A)及(B)中,E为-CH2-、-CH=CH-、-O-、-S-、-Se-中的任一个,取代基RA为氢原子、甲氧基或与RA键合的碳原子共同形成苯环所需要的残基,RB为氢原子或甲氧基,取代基R1~R4为CnH2n+1(n=1~8),式(B)中的RA为形成苯环时所需要的残基时n=1~3,式(B)中的RA为氢原子或甲氧基时n=4~8)。
进而,二胺化合物优选具有和质子相互作用时上述氨基中的2个氮原子和质子所成的角度为155度~180度的结构。需要说明的是,不足155度时,通过氨基上的取代基的位阻对质子的保护变得不充分,有时二胺化合物容易再次放出质子。在以氨基中的2个氮原子(N1、N2)和氢原子(H)处在同一平面上的方式连接各原子而成的图形中,除角N1HN2的角度为0度及180度以外的情况下为三角形,因此上述氨基中的2个氮原子与质子所成的角度不会超过180度。
非水电解液通过溶解上述二胺化合物,有力俘获质子,可以抑制酸的不良影响。因此,可以不使充放电特性降低地提高在高温下的稳定性,特别是具有抑制因电解质盐(锂盐)的水解等生成的氟化氢的不良影响的功能。结果,使用上述含有二胺化合物的非水电解液的非水电解质电池不变更电池设计地有力俘获质子、抑制酸的不良影响,因此不使充放电特性降低地显示优异的在高温下的循环特性和保存稳定性。这里,发明人认为俘获的质子来源于非水电解质电池中存在的水分。
作为二胺化合物,只要是上述氨基中的2个氮原子和质子所成的角度的范围在特定范围的化合物,就可以有力俘获质子、抑制酸的不良影响,因此其结构没有限定。
更优选的二胺化合物为化学式(1)或化学式(2)表示的结构的化合物。
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(式(1)及(2)中,E为-CH2-、-CH=CH-、-O-、-S-、-Se-中的任一个,取代基R1a~R4a为CnH2n+1(其中,n=1~3))。
上述式(1)及(2)中,取代基R1a~R4a优选直链烷基。特别是从合成容易的观点出发,优选取代基R1a~R4a全部为甲基。
具体而言,作为化学式(1)表示的结构的化合物,可以举出以下的化合物。
可以举出化学式(1)中的E为-CH2-、取代基R1a~R4a全部为CnH2n+1(其中,n=1~3。)的4,5-双(二烷基氨基)芴。可以特别优选例示:化学式(1)中的取代基R1a~R4a全部为甲基的4,5-双(二甲基氨基)芴。
另外,还可以举出:化学式(1)中的E为-CH=CH-、取代基R1a~R4a全部为CnH2n+1(其中,n=1~3。)的4,5-双(二烷基氨基)菲。可以特别优选例示:化学式(1)中的取代基R1a~R4a全部为甲基的4,5-双(二甲基氨基)菲。
另外,还可以举出:化学式(1)中的E为O、取代基R1a~R4a全部为CnH2n+1(其中,n=1~3。)的1,9-双(二烷基氨基)二苯并呋喃。可以特别优选例示:化学式(1)中的取代基R1a~R4a全部为甲基的1,9-双(二甲基氨基)二苯并呋喃。
另外,还可以举出:化学式(1)中的E为S、取代基R1a~R4a全部为CnH2n+1(其中,n=1~3。)的1,9-双(二烷基氨基)二苯并噻吩。可以特别优选例示:化学式(1)中的取代基R1a~R4a全部为甲基的1,9-双(二甲基氨基)二苯并噻吩。
另外,还可以举出:化学式(1)中的E为Se、取代基R1a~R4a全部为CnH2n+1(其中,n=1~3。)的1,9-双(二烷基氨基)二苯并硒吩。可以特别优选例示:化学式(1)中的取代基R1a~R4a全部为甲基的1,9-双(二甲基氨基)二苯并硒吩。
另外,还可以举出:化学式(2)表示的1,9-双(二烷基氨基)蒽。可以特别优选例示:化学式(2)中的取代基R1a~R4a全部为甲基的1,9-双(二甲基氨基)蒽。
这些化学式(1)的化合物和质子相互作用时的结构在以下的学术论文1~3等中报道过。
学术论文1:Angew.Chem.Int.Ed.Engl.22(1983)731.
学术论文2:Angew.Chem.Int.Ed.Engl.25(1986)451.
学术论文3:Tetrahedron Lett.29(1988)1905
学术论文4:J.Am.Chem.Soc.122(2000)8238.
在这些学术论文中,例示有化学式(1)中的2个氨基的氮原子和质子所成的角度在168度~178度之间的化合物。另外,学术论文1中记载的1,8-双(二甲基氨基)萘的情况为140度。本说明书中记载的角度,如果没有特别的说明是由X射线结晶结构解析求出的值。X射线结晶结构解析困难时,也可以如学术论文4等中所述使用分子轨道计算求出角度。
另外,这些化合物和质子相互作用时,可以如学术论文1中所述观测质子核磁共振(质子NMR)中的特征光谱,显现非掩蔽化的峰。
优选在非水电解液中以0.001wt%~5wt%的范围含有化学式(3)及化学式(4)表示的二胺化合物中的至少一种。
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非水电解液通过溶解上述二胺化合物,可以有力俘获酸。因此,具有可以抑制因电解质盐(锂盐)的水解等生成的氟化氢的不良影响的功能。另外,由于和酸反应的碱性部位被取代基覆盖,因此,可以抑制电极表面上的碱性物质的分解反应,可以长期抑制酸的不良影响。
特别是由于化学式(3)及(4)在同一分子内具有2个碱性部位,因此,可以实现较高的酸俘获能力。
作为覆盖碱性部位的取代基R1b~R4b,可以举出:碳原子数4~8(n=4~8)的直链烷基、碳原子数3~8的支链状烷基等。具体可以举出:异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、正戊基、异戊基、叔戊基、新戊基、正己基、异己基、正庚基、异庚基、正辛基、异辛基等。另外,在下面的说明中,省略“正”。
作为取代基R5,相同或不同,为氢原子及甲氧基(OMe)。
作为二价的基团E,为-CH2-、-CH=CH-、-O-、-S-、-Se-中的任一个。
具体的说,作为化学式(3)表示的结构的化合物,可以举出:取代基R1b~R4b全部为C4H9、R5为H的1,8-双(二丁基氨基)萘、取代基R1b~R4b全部为C5H11、R5为H的1,8-双(二戊基氨基)萘、取代基R1b~R4b全部为C6H13、R5为H的1,8-双(二己基氨基)萘、取代基R1b~R4b全部为C7H15、R5为H的1,8-双(二庚基氨基)萘、取代基R1b~R4b全部为C8H17、R5为H的1,8-双(二辛基氨基)萘、取代基R1b~R4b全部为异丙基、R5为H的1,8-双(二异丙基氨基)萘、取代基R1b~R4b全部为叔丁基、R5为H的1,8-双(二叔丁基氨基)萘、取代基R1b~R4b全部为C4H9、R5为OMe的1,8-双(二丁基氨基)-2,7-二甲氧基萘、取代基R1b~R4b全部为C5H11、R5为OMe的1,8-双(二戊基氨基)-2,7-二甲氧基萘、取代基R1b~R4b全部为C6H13、R5为OMe的1,8-双(二己基氨基)-2,7-二甲氧基萘、取代基R1b~R4b全部为C7H15、R5为OMe的1,8-双(二庚基氨基)-2,7-二甲氧基萘、取代基R1b~R4b全部为C8H17、R5为OMe的1,8-双(二辛基氨基)-2,7-二甲氧基萘、取代基R1b~R4b全部为异丙基、R5为OMe的1,8-双(异丙基氨基)-2,7-二甲氧基萘、及取代基R1b~R4b全部为叔丁基、R5为OMe的1,8-双(二叔丁基氨基)-2,7-二甲氧基萘等。
化学式(4)中的E为-CH2-,可以举出:取代基R1b~R4b全部为C4H9的4,5-双(二丁基氨基)芴、取代基R1b~R4b全部为C5H11的4,5-双(二戊基氨基)芴、取代基R1b~R4b全部为C6H13的4,5-双(二己基氨基)芴、取代基R1b~R4b全部为C7H15的4,5-双(二庚基氨基)芴、取代基R1b~R4b全部为C8H17的4,5-双(二辛基氨基)芴、取代基R1b~R4b全部为异丙基的4,5-双(二异丙基氨基)芴及取代基R1b~R4b全部为叔丁基的4,5-双(二叔丁基氨基)芴等。
另外,化学式(4)中的E为-CH=CH-,可以举出:取代基R1b~R4b全部为C4H9的4,5-双(二丁基氨基)菲、取代基R1b~R4b全部为C5H11的4,5-双(二戊基氨基)菲、取代基R1b~R4b全部为C6H13的4,5-双(二己基氨基)菲、取代基R1b~R4b全部为C7H15的4,5-双(二庚基氨基)菲、取代基R1b~R4b全部为C8H17的4,5-双(二辛基氨基)菲、取代基R1b~R4b全部为异丙基的4,5-双(二异丙基氨基)菲及取代基R1b~R4b全部为叔丁基的4,5-双(二叔丁基氨基)菲等。
另外,化学式(4)中的E为-O-,可以举出:取代基R1b~R4b全部为C4H9的1,9-双(二丁基氨基)二苯并呋喃、取代基R1b~R4b全部为C5H11的1,9-双(二戊基氨基)二苯并呋喃、取代基R1b~R4b全部为C6H13的1,9-双(二己基氨基)二苯并呋喃、取代基R1b~R4b全部为C7H15的1,9-双(二庚基氨基)二苯并呋喃、取代基R1b~R4b全部为C8H17的1,9-双(二辛基氨基)二苯并呋喃、取代基R1b~R4b全部为异丙基的1,9-双(二异丙基氨基)二苯并呋喃及取代基R1b~R4b全部为叔丁基的1,9-双(二叔丁基氨基)二苯并呋喃等。
另外,化学式(4)中的E为-S-,可以举出:取代基R1b~R4b全部为C4H9的1,9-双(二丁基氨基)二苯并噻吩、取代基R1b~R4b全部为C5H11的1,9-双(二戊基氨基)二苯并噻吩、取代基R1b~R4b全部为C6H13的1,9-双(二己基氨基)二苯并噻吩、取代基R1b~R4b全部为C7H15的1,9-双(二庚基氨基)二苯并噻吩、取代基R1b~R4b全部为C8H17的1,9-双(二辛基氨基)二苯并噻吩、取代基R1b~R4b全部为异丙基的1,9-双(二异丙基氨基)二苯并噻吩及取代基R1b~R4b全部为叔丁基的1,9-双(二叔丁基氨基)二苯并噻吩等。
另外,化学式(4)中的E为-Se-,可以举出:取代基R1b~R4b全部为C4H9的1,9-双(二丁基氨基)二苯并硒吩、取代基R1b~R4b全部为C5H11的1,9-双(二戊基氨基)二苯并硒吩、取代基R1b~R4b全部为C6H13的1,9-双(二己基氨基)二苯并硒吩、取代基R1b~R4b全部为C7H15的1,9-双(二庚基氨基)二苯并硒吩、取代基R1b~R4b全部为C8H17的1,9-双(二辛基氨基)二苯并硒吩、取代基R1b~R4b全部为异丙基的1,9-双(二异丙基氨基)二苯并硒吩及取代基R1b~R4b全部为叔丁基的1,9-双(二叔丁基氨基)二苯并硒吩等。
这些化合物既可以单独使用也可以含有两种以上。例如,由于根据化合物的不同酸俘获能力也不同,在含有俘获速度快和长期有力俘获的化合物时,可以长期抑制酸的不良影响。作为这样的可以抑制酸的不良影响的组合,例如可以举出:(a)化学式(3)中取代基R1b~R4b全部为C4H9、R5为H的1,8-双(二丁基氨基)萘和化学式(3)中取代基R1b~R4b全部为C4H9、R5为OMe的1,8-双(二丁基氨基)-2,7-二甲氧基萘的组合、及(b)化学式(3)中取代基R1b~R4b全部为C4H9、R5为H的1,8-双(二丁基氨基)萘和化学式(3)中取代基R1b~R4b全部为叔丁基、R5为H的1,8-双(二叔丁基氨基)萘的组合等。
另外,这些化合物的碱性部位是否被取代基覆盖,可以使用以往公知的文献的X射线结晶结构解析结果及分子轨道计算来确认结构。
非水电解液优选溶解有0.001wt%~5wt%的范围的上述二胺化合物。含量如果在该范围,则可以赋予非电解液在高温下的稳定性。含量如果不足0.001wt%,则不能表现出赋予非电解液在高温下的稳定性的效果。另一方面,含量如果超过5wt%,则有时充放电特性降低。更优选的含量在0.001wt%~2wt%的范围。
非水电解液可以浸渍在高分子基质中以凝胶电解质的形式使用。除电解质盐以外,还可以使用无机及有机的固体电解质。
二胺化合物可以通过公知的方法得到。例如可以举出;通过将对应的二胺化合物烷基化而得到的方法。具体的说,使二胺化合物在二甲基亚砜或四氢呋喃中和氢氧化钠或氢氧化钾接触,进行离子化。接着,和过量的卤化烷基接触,可以得到二胺化合物。
(负极)
负极只要具有可以掺杂/脱掺杂锂离子的碳材料作为负极活性物质就没有特别的限定。例如,负极可以通过在负极活性物质中混合导电材料和粘合材料,根据需要加入适当的溶剂,作成浆状的负极混合材料,将该浆状的负极混合材料涂布在铜等金属箔制的集电体表面,进行干燥,之后通过挤压提高活性物质密度,由此形成。
上述负极活性物质具有在充电时吸藏锂离子、且在放电时放出锂离子的性质。作为具体的负极活性物质,可以举出:锂金属、石墨、或无定形碳等碳材料等,聚乙炔、聚吡咯等聚合物等。其中特别优选使用碳材料。碳材料由于比表面积可以变大、且锂离子的吸藏、放出速度快,因此在大电流下的充放电特性、输出/再生密度良好。特别是通过使用结晶性高的天然石墨及人造石墨等,可以提高负极的锂离子的转移效率。
作为导电材料,可以举出:炭黑及乙炔黑、石墨等公知的导电材料。作为粘合材料,可以举出:聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、氟橡胶等含氟树脂、聚丙烯、聚乙烯等热塑性树脂等公知的粘合材料。另外,可以在负极混合剂中添加公知的添加剂。另外,导电材料、粘合剂及添加剂不是必须的成分。
(正极)
正极只要具有锂和过渡金属的复合氧化物作为正极活性物质就没有特别的限定。例如,正极可以通过在正极活性物质中混合导电材料和粘合材料,根据需要加入适当的溶剂,作成浆状的正极混合材料,将该浆状的正极混合材料涂布在铝等金属箔制的集电体表面,进行干燥,之后通过挤压提高活性物质密度,由此形成。
在正极活性物质中,可以使用以LixMO2(式中,M表示一种以上的过渡金属、x根据电池的充放电的状态而不同,通常为0.05≤x≤1.10。)、LiFePO4为主体的锂复合氧化物等。作为构成该锂复合氧化物的过渡金属M,优选使用Co、Ni、Mn等。作为具体的锂复合氧化物,可以举出:LiCoO2、LiNiO2、LixNiyCo1-yO2(式中,x及y根据电池的充放电状态而不同,通常为0<x<1、0.7<y<1.02。)、LiMn2O4、或Al、Cr等金属取代锰酸锂、磷酸铁锂等。这些锂复合氧化物由于可以得到电阻低、锂离子的扩散性能优异、可以产生高电压、高充放电效率和良好的充放电循环特性,因此为正极活性物质优选的材料。作为正极活性物质使用时,可以混合多种这些锂复合氧化物使用。
作为导电材料和粘合材料,和负极一样,可以使用公知的导电材料和粘合材料等。另外,正极混合材料也可以使用以往公知的添加剂等。
(间隔件)
根据需要也可以使用间隔件。间隔件配置在正极和负极之间,防止正极和负极物理接触而短路。作为该间隔件,使用无纺布及聚乙烯、聚丙烯等聚烯烃微多孔膜等。
(非水电解质电池的组装)
在非水电解质电池的组装中,可以利用公知的方法。例如,层叠型的非水电解质电池可以如下制作。首先,将负极和正极切成规定的尺寸,在负极和正极之间设置间隔件。作为间隔件的设置方法,有用间隔件包裹正极的方法。重复该操作,层叠目标的片数,以层叠体的负极和正极不错开的方式固定。除层叠体以外,也可以卷绕负极片材、间隔件及正极片材,作成卷层体。
接着,为了获取层叠体或卷层体的负极的集电,例如使由镍构成的极耳(tab)的一端压接或接合在负极的负极集电体上。另外,为了获取层叠体或卷层体的正极的集电,例如使由铝和镍构成的极耳的一端压接或接合在正极的正极集电体上。在层叠体或卷层体上形成的极耳的另一端在以露出层压膜的外部的方式配置的状态下,在层压膜上收纳层叠体或卷层体,密封除电解液注液孔之外的地方。通过作成这样的结构,可以使集电体极耳和外部电极之间导通。在这样制得的层压型的电池容器中注入规定量的非水电解液,最后密封电解液注液孔,由此可以制作非水电解质电池。
另外,所述说明是对层压型非水电解液电池进行的说明,本发明对圆筒型、长方体型、纽扣型、卡片型等任意形状的非水电解质电池也适用。
另外,本发明可以适用于一次电池及二次电池。
[实施例]
以下,基于实施例对本发明进行更详细的说明,但本发明并不限定于以下的实施例。另外,实施例中使用的试剂等如果没有特别的说明使用的就是Kishida化学公司制的锂电池等级试剂。
接着,对适用本发明的具体实施例进行叙述。另外,本发明中使用的化学式(1)和(2)表示的化合物如果没有特别的说明就参考学术论文1~3等已知文献中记载的合成方法及鉴定方法进行合成、鉴定。另外,本实施例中使用的化学式(3)和(4)表示的化合物如果没有特别的说明就是参考已知文献(例如、Russian Chemical Reviews 67(1)1(1998))中记载的合成方法及鉴定方法进行合成、鉴定。
<实施例1a>
在碳酸亚乙酯50容量%和碳酸二乙酯50容量%的混合溶剂中以达到1.0mol/l的方式溶解作为电解质盐的LiPF6。进而,将化学式(1)中E为-CH2-、取代基R1a~R4a全部为甲基的4,5-双(二甲基氨基)芴以为0.01wt%的方式溶解在上述混合溶剂中,得到非水电解液。
另外,非水电解液注入前的电池容器具有以下的结构。
正极混合剂是通过将活性物质LiFePO490质量份和导电材料乙炔黑5质量份和粘结剂聚偏氟乙烯5重量份混合,适当添加N-甲基-2-吡咯烷酮使其分散而制备的。将该正极混合剂均匀涂布在厚20μm的铝集电体上、使之干燥后,用辊压机压缩,切成规定的大小,由此制作正极板。
负极混合剂是通过将中国产天然石墨90质量份和聚偏氟乙烯10质量份混合,适当添加N-甲基-2-吡咯烷酮使其分散而制备的。将该负极混合剂均匀涂布在厚16μm的铜集电体上、使之干燥后,用辊压机压缩,切成规定的大小,由此制作负极板。
间隔件使用厚25微米的微多孔性聚乙烯膜。
接着,用上述间隔件包裹上述正极板,使之和上述负极板交替层叠,在正极的铝集电体上焊接由铝和镍构成的引线极耳(Lead Tab),在负极的铜集电体上焊接由镍构成的引线极耳,制作由正极、负极及间隔件构成的层叠体。
接着,以露出层压膜的外部的方式配置上述层叠体的引线极耳,以层叠体被层压膜包裹住的方式热熔接层压膜的电解液注液孔之外的外周部分。之后,将上述非水电解液注入到电池容器内部,密封电解液注液孔,由此制作非水电解质电池。
<实施例2a>
代替非水电解液中的4,5-双(二甲基氨基)芴,使用化学式(1)中E为-CH=CH-、取代基R1a~R4a全部为甲基的4,5-双(二甲基氨基)菲,除此以外,和实施例1a同样操作,制作非水电解质电池。
<实施例3a>
代替非水电解液中的4,5-双(二甲基氨基)芴,使用化学式(1)中的E为-S-、取代基R1a~R4a全部为甲基的1,9-双(二甲基氨基)二苯并噻吩,除此以外,和实施例1a同样操作,制作非水电解质电池。
<实施例4a>
代替非水电解液中的4,5-双(二甲基氨基)芴,使用化学式(1)中的E为-Se-、取代基R1a~R4a全部为甲基的1,9-双(二甲基氨基)二苯并硒吩,除此以外,和实施例1a同样操作,制作非水电解质电池。
<实施例5a>
代替非水电解液中的4,5-双(二甲基氨基)芴,使用化学式(2)中取代基R1a~R4a全部为甲基的1,9-双(二甲基氨基)蒽,除此以外,和实施例1a同样操作,制作非水电解质电池。
<实施例6a>
使非水电解液中的4,5-双(二甲基氨基)芴的含有比率为0.001wt%,除此以外,和实施例1a同样操作,制作非水电解质电池。
<实施例7a>
使非水电解液中的4,5-双(二甲基氨基)芴的含有比率为0.1wt%,除此以外,和实施例1a同样操作,制作非水电解质电池。
<实施例8a>
使非水电解液中的4,5-双(二甲基氨基)芴的含有比率为1wt%,除此以外,和实施例1a同样操作,制作非水电解质电池。
<实施例9a>
使非水电解液中的4,5-双(二甲基氨基)芴的含有比率为2wt%,除此以外,和实施例1a同样操作,制作非水电解质电池。
<比较例1a>
在非水电解液中,不溶解4,5-双(二甲基氨基)芴,除此以外,和实施例1a同样操作,制作非水电解质电池。
<比较例2a>
代替非水电解液中的4,5-双(二甲基氨基)芴,使用Merck公司制的1,8-双(二甲基氨基)萘,除此以外,和实施例1a同样操作,制作非水电解质电池。
<比较例3a>
使非水电解液中的4,5-双(二甲基氨基)芴的含有比率为0.0001wt%,除此以外,和实施例1a同样操作,制作非水电解质电池。
<比较例4a>
使非水电解液中的4,5-双(二甲基氨基)芴的含有比率为6wt%,除此以外,和实施例1a同样操作,制作非水电解质电池。
[特性评价]
对于如上制作的实施例1a~9a及比较例1a~4a,如下评价60℃时的保存特性及60℃时的循环特性。
(1)60℃时的保存特性
对各个电池,进行20℃、1A的恒定电流恒定电压充电至上限4.2V,接着进行500mA的恒定电流放电至终止电压为2.5V,求出此时的放电容量作为保存前容量。接着,在60℃下保存一周后,在同一条件下进行数个循环的再次充放电。将其中最高的容量的值作为保存后容量。并且,放电容量保持率(%)由下式求出。
放电容量保持率(%)=(保存后容量/保存前容量)×100
(2)60℃下的循环特性
在和上述(1)相同的充放电条件下,在60℃进行100个循环的充放电,求出将第一循环的放电容量设定为100时的第100循环时的放电容量保持率(%)。
将实施例1a~9a及比较例1a~4a在60℃的保存特性及在60℃时的循环特性的评价结果及质子加成体的与质子所成的角度示于表1,将4,5-双(二甲基氨基)芴含量和放电容量保持率的关系示于图2。
表1
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从表1及图2的结果中可得到以下结论。
将化学式(1)中的E为-CH2-、-CH=CH-、-O-、-S-、-Se-、或为化学式(2)、取代基R1a~R4a全部为甲基的结构的化合物溶解在非水电解液中的实施例1a~5a中,和不含有这些化合物时的比较例1a相比,可知在60℃下的保存特性及在60℃下的循环特性提高。
其中,4,5-双(二甲基氨基)芴的含量在0.001wt%以上、2wt%以下的范围内的实施例1a、6a、7a、8a、9a中,得到的特别优选的结果。
<实施例1b>
在碳酸亚乙酯50容量%和碳酸二乙酯50容量%的混合溶剂中以为1.0mol/l的方式溶解作为电解质盐的LiPF6。进而,将化学式(3)的取代基R1b~R4b全部为C4H9、R5为H的1,8-双(二丁基氨基)萘以为0.01wt%的方式溶解在上述混合溶剂中,得到非水电解液。
另外,非水电解液注入前的电池容器具有以下的结构。
正极混合剂是通过将活性物质LiFePO490质量份和导电材料乙炔黑5质量份和粘结剂聚偏氟乙烯5重量份混合,适当添加N-甲基-2-吡咯烷酮使其分散而制备的。将该正极混合剂均匀涂布在厚20μm的铝集电体上、使之干燥后,用辊压机压缩,切成规定的大小,由此制作正极板。
负极混合剂是通过将中国产天然石墨90质量份和聚偏氟乙烯10质量份混合,适当添加N-甲基-2-吡咯烷酮使其分散而制备的。将该负极混合剂均匀涂布在厚16μm的铜集电体上、使之干燥后,用辊压机压缩,切成规定的大小,由此制作负极板。
间隔件使用厚25微米的微多孔性聚乙烯膜。
接着,用上述间隔件包裹上述正极板,使之和上述负极板交替层叠,在正极的铝集电体上焊接由铝和镍构成的引线极耳,在负极的铜集电体上焊接由镍构成的引线极耳,制作由正极、负极及间隔件构成的层叠体。
接着,以露出层压膜的外部的方式配置上述层叠体的引线极耳,以层叠体被层压膜包裹住的方式热熔接层压膜的电解液注液孔之外的外周部分。之后,将上述非水电解液注入到电池容器内部,密封电解液注液孔,由此制作非水电解质电池。
<实施例2b>
代替非水电解液中的1,8-双(二丁基氨基)萘,使用化学式(4)中E为-CH2-、取代基R1b~R4b全部为C4H9的4,5-双(二丁基氨基)芴,除此以外,和实施例1b同样操作,制作非水电解质电池。
<实施例3b>
使用非水电解液中的1,8-双(二丁基氨基)萘的含有比率为0.005wt%、进而化学式(4)中E为-CH2-、取代基R1b~R4b全部为C4H9的4,5-双(二丁基氨基)芴的含有比率为0.005wt%的非水电解液,除此以外,和实施例1b同样操作,制作非水电解质电池。
<实施例4b>
使用非水电解液中的1,8-双(二丁基氨基)萘的含有比率为0.005wt%、进而化学式(3)中取代基R1b~R4b全部为C4H9、R5为OMe的1,8-双(二丁基氨基)-2,7-二甲氧基萘的含有比率为0.005wt%的非水电解液,除此以外,和实施例1b同样操作,制作非水电解质电池。
<实施例5b>
代替非水电解液中的1,8-双(二丁基氨基)萘,使用以0.005wt%的含有比率含有化学式(4)中E为-CH2-、取代基R1b~R4b全部为C4H9的4,5-双(二丁基氨基)芴且以0.005wt%的含有比率含有化学式(4)中E为-S-、取代基R1b~R4b全部为C4H9的1,9-双(二丁基氨基)二苯并噻吩的非水电解液,除此以外,和实施例1b同样操作,制作非水电解质电池。
<实施例6b>
代替非水电解液中的1,8-双(二丁基氨基)萘,使用化学式(3)中取代基R1b~R4b全部为C8H17、R5为H的1,8-双(二辛基氨基)萘,除此以外,和实施例1b同样操作,制作非水电解质电池。
<实施例7b>
使非水电解液中的1,8-双(二丁基氨基)萘的含有比率为0.001wt%,除此以外,和实施例1b同样操作,制作非水电解质电池。
<实施例8b>
使非水电解液中的1,8-双(二丁基氨基)萘的含有比率为0.1wt%,除此以外,和实施例1b同样操作,制作非水电解质电池。
<实施例9b>
使非水电解液中的1,8-双(二丁基氨基)萘的含有比率为1wt%,除此以外,和实施例1b同样操作,制作非水电解质电池。
<实施例10b>
使非水电解液中的1,8-双(二丁基氨基)萘的含有比率为2wt%,除此以外,和实施例1b同样操作,制作非水电解质电池。
<比较例1b>
使非水电解液中不含有1,8-双(二丁基氨基)萘,除此以外,和实施例1b同样操作,制作非水电解质电池。
<比较例2b>
代替非水电解液中的1,8-双(二丁基氨基基)萘,使用蒸馏过的Kishida化学公司制三乙基胺,除此以外,和实施例1b同样操作,制作非水电解质电池。
<比较例3b>
使非水电解液中的1,8-双(二丁基氨基)萘的含有比率为0.0001wt%,除此以外,和实施例1b同样操作,制作非水电解质电池。
<比较例4b>
使非水电解液中的1,8-双(二丁基氨基)萘的含有比率为6wt%,除此以外,和实施例1b同样操作,制作非水电解质电池。
[特性评价]
对如上制作的实施例1b~9b及比较例1b~4b,如下评价其耐湿保存特性,结果示于表2。
(3)在60℃下的保存特性
对各个电池,进行20℃、1A的恒定电流恒定电压充电至上限4.2V,接着进行500mA的恒定电流放电至终止电压为2.5V,求出此时的放电容量作为保存前容量。接着,在设定为40℃、85%RH的恒温恒湿槽中保存一个月后,在同一条件下进行数个循环的再次充放电。将其中最高的容量的值作为保存后容量。并且,放电容量保持率(%)由下式求出。
放电容量保持率(%)=(保存后容量/保存前容量)×100
[表2]
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从表2中可以得到以下结论。
在非水电解液中含有碱性部位被取代基覆盖的用化学式(3)及化学式(4)表示的化合物的实施例1b~10b和不含有这些化合物的比较例1b相比,耐湿保存特性提高。进而,实施例1b~10b和含有位阻小的化合物的比较例2b相比,耐湿保存特性提高。因此,在实施例1b~10b中,即使在评价中浸入水分产生酸,也可以抑制酸的不良影响。
另外,实施例1b~10b通过将化学式(3)及化学式(4)表示的化合物的含量设定在0.001wt%~5wt%的范围,和范围外的比较例3b及4b相比,耐湿保存特性提高。