WO2003054997A1 - Solution electrolytique pour accumulateur et accumulateur contenant cette solution - Google Patents

Solution electrolytique pour accumulateur et accumulateur contenant cette solution Download PDF

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WO2003054997A1
WO2003054997A1 PCT/JP2002/013013 JP0213013W WO03054997A1 WO 2003054997 A1 WO2003054997 A1 WO 2003054997A1 JP 0213013 W JP0213013 W JP 0213013W WO 03054997 A1 WO03054997 A1 WO 03054997A1
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substituted
unsubstituted
secondary battery
electrolyte
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PCT/JP2002/013013
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Jiro Iriyama
Yukiko Morioka
Sigeyuki Iwasa
Kentaro Nakahara
Masaharu Satoh
Masahiro Suguro
Original Assignee
Nec Corporation
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    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052Li-accumulators
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0564Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
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    • H01M10/0567Liquid materials characterised by the additives
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
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    • HELECTRICITY
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    • H01M10/052Li-accumulators
    • H01M10/0525Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to an electrolyte for a secondary battery and a secondary battery using the same.
  • Conventional technology
  • Batteries are those that convert chemical energy into electrical energy by taking advantage of the oxidation-reduction reaction that occurs at the positive and negative electrodes, or that convert electrical energy into chemical energy and store it. It is used as a power source in various devices.
  • protection elements such as polyswitches, PTC elements, thermal fuses and current fuses, and overcharge prevention circuits have been proposed.
  • protection elements and protection circuits greatly restricts the size and cost of battery packs. It is more desirable to ensure the safety of batteries without using protection elements or protection circuits.
  • a negative electrode can be doped with and doped with a lithium-based metal material or lithium.
  • a benzene compound having a 7-electron orbit having a reversible oxidation-reduction potential at a noble potential (anisole derivative, xylene derivative, etc.) and a bifu Xnyl compound (dimethoxybiphenyl derivative) are contained. It is described that by adding such an aromatic compound to the electrolyte, an overcharge reaction in which excessive lithium is released from the positive electrode is prevented and the safety and reliability of the battery are improved.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-106835 discloses that in a non-aqueous lithium battery using a lithium insertion compound for the positive electrode and a carbonaceous compound for the negative electrode, biphenyl, it is disclosed that an aromatic additive such as 3-chloro-1-thiophene and furan is contained. It is stated that these additives polymerize at a battery voltage higher than the maximum operating voltage of the battery, thereby increasing the internal voltage of the battery and protecting the battery during overcharge.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-155555 discloses an electrolyte for a lithium secondary battery in which a lithium salt is dissolved in an organic solvent, an alkylbenzene derivative having a tertiary carbon adjacent to a phenyl group or a cycloalkyl. It is disclosed to contain a rubenzene derivative. It is stated that these additives polymerize in an overcharged state to produce a polymer that is less likely to be redissolved, and that this polymer acts as a resistor.
  • an object of the present invention is to provide a battery which is excellent in safety at the time of overcharging and has excellent battery characteristics such as low-temperature characteristics and cycle characteristics. Disclosure of the invention
  • the present inventors have conducted intensive studies and have found that by adding a compound having a diazine N, N'-dioxide structure to an electrolytic solution, the safety of a battery during overcharge can be improved without deteriorating the battery characteristics. I found that it could be improved. According to the present invention, such specific diazines N, N'- By including a compound having a dioxide structure in an electrolytic solution, a battery having excellent overcharge safety and excellent battery characteristics can be provided.
  • the present invention relates to an electrolyte for a secondary battery, which comprises a compound having a diazine N, ⁇ ′-dioxide structure represented by the following formula (1).
  • n, m, n ′ and m ′ each independently represent an integer of 0 or more.
  • the order of condensation of the diazine ring and the benzene ring may be alternating or random regardless of the order.
  • the substituents R 2 , R 3 , R 4 , R a , R b , R c and R d are each independently a hydrogen atom, a halogen atom, a hydroxyl group, a nitro group, a nitroso group, a cyano group, a carboxyl group.
  • substituted or unsubstituted alkyl group substituted or unsubstituted alkenyl group, substituted or unsubstituted cycloalkyl group, substituted or unsubstituted aromatic hydrocarbon group, substituted or unsubstituted aromatic heterocyclic group, substituted Or an unsubstituted aralkyl group, a substituted or unsubstituted amino group, a substituted or unsubstituted alkoxy group, a substituted or unsubstituted aryloxy group, a substituted or unsubstituted alkoxycarbonyl group, a substituted or unsubstituted It represents a monovalent group selected from an aryloxycarbonyl group and a substituted or unsubstituted acyl group.
  • R a and R b may be the same or different
  • R c and R d may be the same or different.
  • one or more atoms may be substituted with a sulfur atom, a silicon atom, a phosphorus atom, or a boron atom, and the substituents may form a ring structure.
  • the present invention provides a compound represented by the above general formula (1) having a diazine N, N'-dioxide structure, wherein the substituents R 2 , R 3 , R 4 , R a , R b , Rc, and R d
  • the present invention relates to an electrolyte solution for a secondary battery, comprising an oligomer or a polymer compound having, as a structural unit, a divalent group having two bonds instead of two substituents.
  • the present invention provides a compound having the diazine N, N′-dioxide structure represented by the above formula (1) or the substituent 13 ⁇ 4 ⁇ R 2 , R 3 , R 4 , R a ,
  • An oligomer or a polymer compound having, as a structural unit, a divalent group having two bonds instead of two substituents of R b , R c, and R d at least partially dissolves in the electrolytic solution.
  • the present invention relates to the above electrolyte solution for a secondary battery.
  • the present invention also relates to the above secondary battery electrolyte solution for a lithium secondary battery, wherein the solvent is an organic solvent and a lithium salt is dissolved therein.
  • the present invention relates to a secondary battery having a positive electrode, a negative electrode, and the above-mentioned electrolytic solution.
  • the present invention is characterized in that the secondary battery is a lithium secondary battery.
  • the lithium secondary battery in the present invention refers to a secondary battery in which charged particles that function to carry current in the secondary battery include lithium ions.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram showing an example of the configuration of the battery of the present invention.
  • Reference numeral 1 indicates an electrode element.
  • Reference numeral 2 indicates a positive electrode tab.
  • Reference numeral 3 indicates a negative electrode tab.
  • Reference numeral 4 indicates a laminating film.
  • the electrolytic solution for a secondary battery of the present invention comprises, in an electrolytic solution, a compound having the diazine N ..′- dioxide structure represented by the general formula (1), or a substituent R 2 , R 2
  • An oligomer or polymer compound having, as a structural unit, a divalent group having two bonds instead of two substituents among 3 , R 4 , R a , R b , R c, and R d .
  • the compound is referred to as "diazine N, N 'dioxide compound.”
  • One of the preferable embodiments of the electrolyte for a secondary battery of the present invention is one in which the solvent is an organic solvent and a lithium salt is dissolved. Such an electrolyte can be suitably used for a lithium secondary battery in which safety during overcharge is particularly required.
  • a secondary battery of the present invention has a positive electrode, a negative electrode, and an electrolytic solution containing the diazine ⁇ , ⁇ ′-dioxide compound.
  • a lithium secondary battery containing lithium ions as electrolyte cations is preferable.
  • a metal or carbon material mainly composed of lithium is used as the negative electrode active material.
  • the positive electrode active material may have a structure in which a lithium-containing transition metal oxide is used.
  • FIG. 1 shows the configuration of an embodiment of the secondary battery of the present invention.
  • the battery shown in Fig. 1 has a positive electrode tab and a negative electrode provided with a positive electrode tab 2 and a negative electrode tab 3, respectively, and has an electrode element 1 in which these electrodes are overlapped via a separator and wound therearound. It has a configuration in which the electrode element 1 and the electrolytic solution are housed in a laminating film 4 as an exterior body.
  • These diazine N, N'-dioxide compounds can be used alone or in combination of two or more.
  • examples of the halogen atom for the substituents R 2 , R 3 , R 4 , R a , RR c, and R d include fluorine, chlorine, bromine, and iodine. Alternatively, two or more kinds can be used in combination.
  • Examples of the substituted or unsubstituted alkyl group include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an isopropyl group, an n-butyl group, an s-butyl group, an isobutyl group, a t-butyl group, an n-pentyl group, an n-pentyl group —Hexyl group, n —heptyl group, n-octyl group, hydroxymethyl group, 1-hydroxyshethyl group, 2-hydroxylshethyl group, 2-hydroxylisobutyl group, 1,2-dihydroxylshyl group, 1,, 3-dihydroxyisopropyl, 2,3-dihydroxy-tert-butyl, 1,2,3-trihydroxypropyl, chloromethyl, 1-chloroethyl, 2-chloroethyl 1,2-dichloroethyl, 1,3-dichloroisopropy
  • Examples of the substituted or unsubstituted alkenyl group include a vinyl group, an aryl group, a 1-butenyl group, a 2-butenyl group, a 3-butenyl group, a 1,3-butanenyl group, a 1-methylvinyl group, a styryl group, 1,2-diphenylvinyl group, 1.2-divinylvinyl group, 1-methylaryl group, 1,1-dimethylaryl group, 2-methylaryl group, 1-phenylaryl group, 2-phenylaryl group, 3-phenylaryl group And 3,3-diphenylaryl group, 1.2-dimethylaryl group, 1-phenyl-1-butenyl group, 3-phenyl-1-butenyl group and the like.
  • substituted or unsubstituted cycloalkyl group examples include a cyclopropyl group, a cyclobutyl group, a cyclopentyl group, a cyclohexyl group, and a 4-methylcyclohexyl group. These can be used alone or in combination of two or more.
  • substituted or unsubstituted aromatic hydrocarbon group examples include phenyl, 1-naphthyl, 2-naphthyl, 9-fluorenyl, 1-anthryl, 2-anthryl, 9- Anthryl group, 1-phenanthryl group, 2-phenanthryl group, 3-phenanthryl group, 4-phenanthryl group, 9-phenanthryl group, 1-naphthacenyl group, 2-naphthenyl Tacenyl, 9-naphthacenyl, 1-pyrenyl, 2-pyrenyl,
  • Examples of the substituted or unsubstituted aromatic heterocyclic group include 1-pyrrolyl group, 2-pyrrolyl group, 3-pyrrolyl group, virazinyl group, 2-pyridinyl group, 3-pyridinyl group, and 4— Pyridinyl, 1—in drill, 2—in drill, 3—in drill, 4—in drill, 5—in drill, 6—in drill, 7—in drill Drill base, 1—Isoin drill base, 2—Isoin drill base, 3—Isoin drill base, 4—Isoin drill base,
  • Examples of the substituted or unsubstituted aralkyl group include benzyl, 1-phenylethyl, 2-phenylethyl, 1-phenylisopropyl, phenyl, 2-phenylisopropyl, phenylt-butyl, ⁇ —Naphthylmethyl group, 1 ⁇ -naphthylethyl group, 2- ⁇ -naphthylethyl group, 1 ⁇ -naphthylisopropyl group, 2- ⁇ -naphthylisopropyl group, / 3-naphthylmethyl group, 1—3-naphthylethyl group, 2— iS —naphthylethyl group, 1 —
  • the substituted or unsubstituted amino group is a group represented by NX 1 X 2 , and the substituents X 1 and X 2 are each independently a hydrogen atom, the above-mentioned substituted or unsubstituted alkyl group, A substituted or unsubstituted alkenyl group, a substituted or unsubstituted cycloalkyl group, a substituted or unsubstituted aromatic hydrocarbon group, a substituted or unsubstituted aromatic heterocyclic group, a substituted or unsubstituted aralkyl group, etc. Can be These can be used alone or in combination of two or more.
  • the substituted or unsubstituted alkoxy group and a substituted or unsubstituted alkoxycarbonyl group Table one OX 3 Oyopi ⁇ COOX 4 respectively
  • substituents X 3 and X 4 include, for example, the above-mentioned substituted or unsubstituted alkyl group, substituted or unsubstituted cycloalkyl group, and substituted or unsubstituted aralkyl group. No. These can have-species alone or in combination of two or more.
  • a substituted or unsubstituted alkenyl group, a substituted or unsubstituted cycloalkyl group, a substituted or unsubstituted aromatic hydrocarbon group, a substituted or unsubstituted aromatic heterocyclic group, a substituted or unsubstituted aralkyl group, etc. May be used alone or in combination of two or more.
  • Examples of the divalent group forming a ring include a tetramethylene group, a pentamethylene group, a hexamethylene group, a diphenylmethane-1,2'-diyl group, a diphenylethane-1,3,3'-diyl group and a diphenylpropane-14.4.
  • one or more atoms may be substituted with a sulfur atom, a silicon atom, a phosphorus atom, or a boron atom.
  • the group substituted by a sulfur atom include the oxygen of the oxygen-containing group such as the above-mentioned hydroxy, carboxyl, alkoxy, alkoxycarbonyl, aryloxy, aryloxycarbonyl, and acyl groups.
  • Substituents in which an atom is replaced with a sulfur atom can be mentioned.
  • the substituent include a mercapto group, a dithiocarboxyl group, and a hydroxyl group.
  • Talented ponyl group mercaptocarbonyl group, methylthio group, methoxythiocarbonyl group, methylthiocarboxyl group, methyldithiocarboxyl group, phenylthiol group, phenoxythiocarbonyl group, phenylthiocarbonyl group, A phenyldithiocarbonyl group, a methylthiocarbonyl group, a phenylthiocarbonyl group, and the like.
  • Examples of the group substituted by a silicon atom include the above-described alkyl group, alkenyl group, cycloalkyl group, and substituent in which a carbon atom of an aralkyl group is replaced by a gayne atom.
  • Examples of the substituent include a silyl group, a methylsilyl group, a silylmethyl group, an ethylsilyl group, a (methylsilyl) methyl group, a dimethylsilyl group, a trimethylsilyl group, a t-butyldimethylsilyl group, and a triisopropylsilyl group. , And the like.
  • Examples of the group substituted with a phosphorus atom include a substituent in which the nitrogen atom of the amino group described above is substituted with a phosphorus atom.
  • Examples of the substituent include a phosphino group, a trimethylphosphino group, a triphenylphosphino group, and the like.
  • Examples of the group substituted by a boron atom include the above-described substitution group in which a nitrogen atom of an amino group is replaced by a boron atom.
  • Examples of the substituent include a dimethylpolyl group, a diphenylpolyl group, and the like.
  • Diazine N.N' The molecular weight of the dioxide compound is preferably low from the viewpoint of solubility in an electrolytic solution and the like, and n + m + n '+ m' is 20 or less for a polyacetone compound. N + m + n '+ m' is more preferably 10 or less.
  • weight average molecular weight by gel permeation chromatography Is preferably 200,000 or less, more preferably 100,000 or less.
  • the diazine N, ⁇ '-dioxide compound in the present invention can be produced by a known synthesis method such as oxidation of the corresponding diazine compound using a peroxide or a peracid.
  • a synthesis method using urea peroxide is described in Thinlet, September 1990, pp. 533-535. (Synlett, P 533-535, Sept embr er 1990).
  • a compound represented by the following formula (8) is prepared by adding a dichloromethane solution of metabenzo-perbenzoic acid to a dichloromethane solution of tetramethylpyrazine, stirring the mixture at room temperature, and then saturating sodium carbonate. It can be obtained by neutralizing by adding an aqueous solution and purifying according to a conventional method.
  • the oligomer or polymer type diazine N, N'dioxide compound can be produced, for example, as follows.
  • An oligomer or polymer compound containing, as a structural unit, a divalent group having two bonds in a condensed ring of a condensed ring compound having a diazine ring (pyrazine ring) in the condensed ring is referred to as peroxide. It can be obtained by reacting and subjecting the nitrogen atom in the condensed ring to N-oxidation.
  • Another method is to dehalogenate a dihalide compound in which two of the substituents on the fused ring of a polyacene-type diazine N, N'-dioxide compound are halogen by adding a zero-valent nickel compound in an organic solvent. Can be obtained.
  • the diazine N, N'-dioxide compound in the present invention undergoes an oxidation reaction at an overcharge voltage and consumes an overcharge capacity. For this reason, it is possible to prevent excessive lithium from being released from the positive electrode in the overcharged state and being deposited on the negative electrode, and the positive and negative electrodes from becoming thermally unstable. This effect ensures the safety of the battery in the overcharged state.
  • the content of the diazine N, N'-dioxide compound contained in the electrolytic solution is preferably in the range of 0.1 to 20% by weight, more preferably 0.5 to 10% by weight. And most preferably in the range of 1 to 5% by weight. If the content of the above compound in the electrolytic solution is too small, the safety during overcharging will be insufficient, and if it is too large, battery characteristics such as low-temperature characteristics and cycle characteristics will deteriorate.
  • the diazine N.N'-dioxide compound in the electrolytic solution of the present invention may be in a state of being dissolved in the electrolytic solution or in a state of dispersing compound fine particles. It is in a state of being dissolved in a liquid.
  • diazine N, ⁇ ′-dioxide compound in the present invention include compounds represented by the following formulas (2) to (22).
  • the diazine N, ⁇ ′-dioxide compound itself may be directly contained in the electrolytic solution, or may be converted into a diazine ,, N′-dioxide compound by an electrochemical reaction.
  • a possible compound (precursor compound) may be used.
  • Electrolyte solution in the present invention plays a charge carrier transport between the electrodes, typically at 1 0- 5 ⁇ 1 0- i SZc desirable Rukoto have Ion conductivity of m at room temperature, the electrolyte salt Can be used as an electrolytic solution in which the organic solvent is dissolved.
  • electrolyte salt used in the electrolytic solution of the present invention for example, L i PF ⁇ , L i C l O 4, L i BF 4, L i A s F 6, L i CF 3 SO 3, L i
  • Lithium such as (CF 3 S 0 2 ) 2 N, L i (C 2 F 5 S 0 2 ) 2 N, L i (CF 3 SO 2 ) 3 C, L i (C 2 F 5 SO 2 ) 3 C
  • Conventionally known materials such as compounds can be used.
  • Examples of the solvent used in the electrolytic solution of the present invention include ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, getyl carbonate, methylethylcapionate, petyrolactone, valerolactone, dimethoxetane, Organic solvents such as tetrahydrofuran, dioxolan, methyldioxolan, sulfolane, dimethyl sulfoxide, trimethyl phosphate, dimethylformamide, dimethylacetamide, and N-methyl-2-pyrrolidone can be used. . In the present invention, these solvents may be used alone or as a mixed solvent of two or more.
  • the active material of the battery of the present invention the following conventionally known materials can be used.
  • a transition metal oxide, a disulfide compound, a conductive polymer, or the like can be used as the active material of the positive electrode.
  • Examples of conductive polymers include polyacetylene, Examples include refuerylene, polyarylene, and polypyrrolyl. These positive electrode active materials can be used alone or in combination of two or more.
  • examples of the active material of the negative electrode include graphite, amorphous carbon, lithium metal, lithium alloy, lithium ion storage carbon, and conductive polymer. These can be used alone or in combination of two or more.
  • the shape of the active material is not particularly limited.
  • a lithium metal-lithium alloy in addition to a thin film, a bulk metal, a solidified powder, a fiber, a flake Can be used.
  • a conductive auxiliary material / ion conductive auxiliary material may be mixed for the purpose of lowering the impedance.
  • the conductive auxiliary material include carbonaceous fine particles such as graphite, carbon black, and acetylene black, and conductive polymers such as polyaline, polypyrrol, polythiophene, polyacetylene, and polyacene.
  • the ion conduction aid include a gel electrolyte and a solid electrolyte.
  • a binder may be mixed with the electrode material in order to strengthen the connection between the constituent materials of the electrode.
  • a binder include polyvinylidene vinylidene, vinylidenefluoride hexafluoropropylene copolymer, vinylidenefluoride-tetrafluoroethylene copolymer, styrene-butadiene copolymer rubber, and styrene-butadiene copolymer rubber.
  • Resin binders such as polytetrafluoroethylene, polypropylene, polyethylene, polyimide and the like.
  • a catalyst for accelerating the reaction of the additive in the electrolytic solution may be included in the battery in order to further enhance safety during overcharge.
  • a catalyst include conductive polymers such as polyazirine, polypyrrole, polythiophene, polyacetylene, and polyacene; basic compounds such as pyridine derivatives, pyrrolidone derivatives, benzimidazole derivatives, benzothiazole derivatives, and acridine derivatives. And metal ion complexes.
  • the negative electrode current collector and the positive electrode current collector nickel, aluminum, copper, gold, silver, aluminum alloy, metal foil such as stainless steel, metal flat plate, mesh electrode, carbon electrode and the like are used. Can be. Further, such a current collector may have a catalytic effect, or the active material and the current collector may be chemically bonded. Further, in order to prevent electrical contact between the negative electrode current collector and the positive electrode current collector, an insulating packing made of a plastic resin or the like may be disposed between the two.
  • a porous film / nonwoven fabric As a separator used to prevent the contact between the positive electrode and the negative electrode, a porous film / nonwoven fabric can be used.
  • the shape and appearance of the battery of the present invention are not particularly limited, and a conventionally known battery can be employed. That is, for such a battery shape, for example, an electrode laminate or a wound body is formed by using a metal case, a resin case, or a laminate film made of a metal foil such as an aluminum foil and a synthetic resin film. Sealed ones can be mentioned.
  • the external appearance of the battery includes a cylindrical type, a square type, a coin type, a sheet type, and the like.
  • the laminating form of the positive electrode and the negative electrode is not particularly limited, and any laminating form can be adopted. These can be wound.
  • Electrode and battery manufacturing method In the present invention, the method for producing the electrode and the battery is not particularly limited, and a conventionally known method can be employed.
  • Examples of a method of manufacturing an electrode include a method in which a solvent is added to the electrode components to form a slurry and the slurry is applied to the electrode current collector, a method in which a binder resin is applied to the electrode components and pressure is applied to solidify the electrodes, There is a method in which heat is applied to the components of the electrode to harden it.
  • Methods for manufacturing batteries include laminating the fabricated electrode with a counter electrode via a separator, or further winding this, wrapping the resulting product in an outer package, injecting electrolyte, and sealing. Is mentioned.
  • the L i C 0 0 2 and the conductive material (acetylene black and artificial graphite) and also to the port Rifu' fluoride dispersed kneaded in N _ methyl one 2-pyrrolidone was then applied to an aluminum foil positive electrode.
  • a material obtained by dispersing and kneading natural graphite and polyvinylidene fluoride in N-methyl-1-pyrrolidone was applied on a copper foil to form a negative electrode. Overnight at Separe, a polypropylene nonwoven fabric was used.
  • the positive electrode and the negative electrode were overlapped and wound with a separator interposed therebetween to produce an electrode element.
  • the electrode element and the electrolyte were housed in an outer package made of an aluminum laminated film and sealed to produce a prismatic battery.
  • Electrolyte 1 m ⁇ 1 Z 1 of L i PF 6 Echirenkabo sulfonates containing an electrolyte salt / Jefferies chill carbonate mixture: in (mixing ratio 3 7 (volume ratio)), Jiajin N represented by the formula (3), An electrolyte obtained by adding and mixing 3% by weight of N * —dioxide compound,
  • Cathode obtained by L i N i O 2 and the conductive material and which is dispersed kneaded (acetylene black and artificial graphite) and polyvinylidene fluoride in N- methyl-2-pyrrolidone was coated on an aluminum two ⁇ beam foil Electrodes.
  • a battery similar to that of Example 1 was produced except that the following electrolytic solution and positive electrode were used instead of the electrolytic solution and the positive electrode used in Example 1.
  • Electrolyte 1 mo 1/1 of L i PF 6 Echirenkabo sulfonates containing an electrolyte salt
  • Roh Jefferies Chiruka one Boneto mixture in (mixing ratio 3 7 (volume ratio))
  • Jiajin N represented by the formula (4)
  • New ' An electrolyte obtained by adding and mixing 3% by weight of a dioxide compound
  • Example 1 A battery similar to that of Example 1 was produced except that the following electrolytic solutions were used instead of the electrolytic solution used in Example 1.
  • Example 1 A battery similar to that of Example 1 was produced except that the following electrolytic solutions were used instead of the electrolytic solution used in Example 1.
  • Example 1 A battery similar to that of Example 1 was produced except that the following electrolytic solution was used instead of the electrolytic solution used in Example 1.
  • Electrolyte solution Ethylene carbonate Z getyl carbonate mixed solution containing 1 m ⁇ 1/1 Li PF 6 electrolyte salt (mixing ratio 3: 7 (volume ratio)).
  • a battery similar to that of Example 1 was produced except that the following electrolytic solution and positive electrode were used instead of the electrolytic solution and the positive electrode used in Example 1.
  • Electrolyte solution Ethylene carbonate containing 1 m 0 1 1 L i PF 6 electrolyte salt, Getyl carbonate mixed solution (mixing ratio 3: 7 (volume ratio)), Positive electrode: Li NiO 2 and conductivity imparting agent (acetylene Black and artificial graphite) and polyvinylidene fluoride are dispersed and kneaded in N-methyl-1-pyrrolidone and applied to aluminum foil.
  • Example 1 A battery similar to that of Example 1 was produced except that the following electrolytic solution was used instead of the electrolytic solution used in Example 1.
  • Electrolyte 1 mo 1 1 of L i PF 6 Echirenkabo sulfonates
  • Jefferies chill carbonate mixed solution containing an electrolyte salt to (mixing ratio 3 7 (volume ratio)), which was prepared by admixing the Jifuruoroa two sole 4 wt% .
  • Example 1 A battery similar to that of Example 1 was produced except that the following electrolytic solution was used instead of the electrolytic solution used in Example 1.
  • Electrolyte 1 mo 1/1 of L i PF 6 electrolyte Echirenkabo sulfonates
  • Jefferies chill carbonate mixed solution containing a salt the (mixing ratio 3 7 (volume ratio))
  • Biff L sulfonyl 4% by weight adding and mixing to adjust What you did.
  • Example 2 and Comparative Example 2 were charged at a constant current of 120 mA (0.2 C) until the voltage reached 4.1 V, and then charged at a constant voltage of 4.IV for 2.5 hours. The battery was fully charged. The other batteries were charged at a constant current of 12 OmA (0.2 C) until the voltage reached 4.2 V, and then charged at a constant voltage of 4.2 V for 2.5 hours to reach a fully charged state.
  • the above secondary battery was charged at 20 ° C, and discharged at 20 ° C and 20 ° C.
  • the discharge current value was 600 mA (1 C).
  • the ratio of the battery capacity under the discharge condition of ⁇ 20 ° C. and 600 mA (1 C) to the battery capacity under the discharge condition of 20 ° C. and 600 mA (1 C) was determined.
  • the above secondary battery was charged and discharged at 20 ° C.
  • the ratio of the discharge capacity after 300 cycles to the initial discharge capacity was determined.
  • Table 1 shows the test results described above.
  • the batteries of Comparative Examples 1 and 2 using the electrolyte solution containing no additive ignited or burst during overcharging, whereas the batteries of Examples 1 to 7 had a maximum temperature of 100 ° in overcharging. C or lower. From this, it is understood that the safety in overcharging is enhanced when the diazine N, ⁇ '-dioxide compound is contained in the electrolyte.
  • the low-temperature characteristics and cycle characteristics of the batteries of Examples 1 to 7 were equivalent to those of Comparative Examples 1 and 2, whereas the low-temperature characteristics and cycle characteristics of the batteries of Comparative Examples 3 and 4 were compared.
  • the batteries of Examples 1 and 2 were inferior. Therefore, even if the diazine ⁇ , N'-dioxide compound is contained in the electrolyte, the low-temperature characteristics and cycle characteristics of the battery are adversely affected. Understand not
  • a battery comprising at least a positive electrode, a negative electrode, and an electrolytic solution, by including the diazine N, N * -dioxide compound in the electrolytic solution, safety during overcharge is improved. It is possible to obtain a battery having excellent battery characteristics such as low-temperature characteristics and cycle characteristics.

Description

明細書 二次電池用電解液及びそれを用いた二次電池 技術分野
本発明は、 二次電池用電解液及びそれを用いた二次電池に関する。 従来技術
電池は、 正極および負極で起きる酸化還元反応を利用して化学エネ ルギ一を電気工ネルギ一^■と変換して取り出したり、 または電気エネ ルギーを化学エネルギ一^ ·と変換して貯蔵するものであり、 各種の装 置において電源と して利用されている。
近年、 携帯電子機器の急速な普及に伴い、 軽量かつ大容量の電池に 対する要求が高まっている。 そして、 この要求に応えるために、 単位 電荷当たり の質量が小さいアル力 リ金属を用いた電池が開発されてい る。 これらの中でも、特に担体にリチウムイオンを用いる二次電池が、 充放電特性に優れた大容量電池として種々の携帯機器に利用されてい る。
しかし、 このようなリチウム二次電池において、 電子機器の電源回 路ゃ充電装置の故障、 もしくは電子機器の誤使用により、 電池が過充 電状態になった場合、 正極から過剰なリチウムが放出され正極活物質 が熱的に不安定になることがある。 正極活物質が熱的に不安定になる と、 電解液との急激な発熱反応が生じ、 その程度が著しい場合は電池 の破損や発火に至ることが懸念される。 そのため電池の過充電を防止 し安全性を確保することが重要な課題になっている。
過充電時における安全性確保のため、 これまでポリスイッチ、 P T C素子、 温度ヒューズ、 電流ヒューズ等の保護素子、 及び過充電防止 回路等が提案されてきた。 しかし保護素子や保護回路の利用は、 電池 パックの小型化、 低コス ト化に大きな制約を与えるため、 これらの保 護素子や保護回路を用いないで電池の安全性を確保することがより望 ましい。
このような課題を解決するために、 電池内に過充電時の安全性を高 める添加剤を含有させることが提案されている。
例えば特開平 7— 3 0 2 6 1 4号公報および特開平 9— 5 0 8 2 2 号公報には、 負極にリチウムを主体とする金属材料またはリチウムを ドープ ·脱ド一プすることが可能な炭素材料を用い、 正極にリチウム と遷移金属の複合酸化物を用いた非水電解液二次電池において、 非水 電解液に、 分子量 5 0 0以下であり、 満充電時の正極電位よりも貴な 電位に可逆性酸化還元電位を有するような 7Γ電子軌道を持つベンゼン 類化合物 (ァニソール誘導体、 キシレン誘導体等) ゃビフ Xニル化合 物 (ジメ トキシビフヱニル誘導体) を含有させることが開示されてい る。 このような芳香族化合物を電解液に添加することにより、 正極か ら過剰なリチウムが放出される過充電反応が防止され電池の安全性や 信頼性が向上すると記載されている。
また、 特開平 9 - 1 0 6 8 3 5号公報には、 正極にリチウム挿入化 合物を用い、 負極に炭素質化合物を用いた非水系のリチウム電池にお いて、 電解液に、 ビフエニル、 3—クロ口一チォフェン、 フランなど の芳香族添加剤を含有させることが開示されている。 これらの添加剤 が、 電池の最大動作電圧以上の電池電圧で重合することによって、 電 池の内部電圧を高く し、 過充電時に電池が保護されると記載されてい る。
また、 特開 2 0 0 1— 1 5 1 5 5号公報には、 有機溶媒にリチウム 塩を溶解したリチウムニ次電池用電解液において、 フヱニル基に隣接 する第 3級炭素を有するアルキルベンゼン誘導体またはシクロアルキ ルベンゼン誘導体を含有させることが開示されている。 これらの添加 剤は、 過充電状態において重合して再溶解の起きにくい重合物を生成 し、 この重合物は抵抗体として作用すると記載されている。 また、 電 池内部のガス圧力が所定圧力以上になると充電を遮断する電流遮断封 口体を備えた電池において、 過充電状態にてこれらの添加剤の分解に より水素ガスが発生し、 電流遮断封口体が作動し過充電が防止できる と記載されている。 発明が解決しょうとする課題
しかしながら、 特開平 7 - 3 0 2 6 1 4号公報に記載のァニソール 誘導体ゃ特開平 9 - 5 0 8 2 2号公報及び特開平 9— 1 0 6 8 3 5号 公報に記載のビフ Xニル化合物は、 またこれら公報に記載の芳香族化 合物を非水系のリチウム電池の電解液の添加剤に使用した場合には、 低電流で長時間に渡り過充電がなされた場合の安全性の確保が不十分 であった。 また、 3—クロ口一チォフェン、 フランなどの芳香族添加 剤はその取り扱いが難しく、 酸化分解性等による電池特性への悪影響 のおそれがある。 またァニソール誘導体ゃビフヱニル化合物を電解液 に添加することにより、 電池のサイクル特性や低温特性が低下すると いう問題も生じていた。 また特開 2 0 0 1 - 1 5 1 5 5号公報に記載 のアルキルベンゼン誘導体を電解液に添加した場合も電池のサイクル 特性が低下するという問題があつた。
以上に述べたように、 過充電された電池の安全性を向上させる電解 液への添加剤がいくつか提案されているが、 電池特性に悪影響を及ぼ さず、 過充電時の電池の安全性の確保できる添加剤は未だ得られてい ない。
そこで本発明の目的は、 過充電時の安全性に優れ、 かつ低温特性や サイクル特性等の電池特性に優れた電池を提供することにある。 発明の開示
本発明者らは、 鋭意検討した結果、 ジァジン N , N ' —ジォキサイ ド構造を有する化合物を電解液に添加することにより、 電池特性を悪 化させることなく、 過充電時における電池の安全性を向上できること を見出した。 本発明によれば、 このような特定のジァジン N , N ' - ジォキサイ ド構造を有する化合物を、 電解液中に含有させることによ り、 過充電に対する安全性および電池特性に優れた電池を提供するこ とができる。
本発明は、 下記式 ( 1 ) で示される、 ジァジン N, Ν' —ジォキサ ィ ド構造を有する化合物を含有することを特徴とする二次電池用電解 液に関する。
Figure imgf000006_0001
[式中、 n、 m、 n' 及び m' はそれぞれ独立に 0以上の整数を表す。 また、 ジァジン環とベンゼン環との縮合の順序は問わず交互であつて もランダムであってもよい。 また、 置換基 R2、 R3、 R4、 Ra、 Rb、 Rc及び Rdは、 それぞれ独立に、 水素原子、 ハロゲン原子、 ヒ ドロキシル基、 ニトロ基、 ニトロソ基、 シァノ基、 カルボキシル基、 置換もしくは非置換のアルキル基、 置換もしくは非置換のアルケニル 基、 置換もしくは非置換のシクロアルキル基、 置換もしくは非置換の 芳香族炭化水素基、 置換もしくは非置換の芳香族複素環基、 置換もし くは非置換のァラルキル基、 置換もしくは非置換のアミ ノ基、 置換も しくは非置換のアルコキシ基、 置換もしくは非置換のァリールォキシ 基、 置換もしくは非置換のアルコキシカルボニル基、 置換もしくは非 置換のァリールォキシカルボニル基、 または置換もしくは非置換のァ シル基から選択される一価の基を示す。 ただし、 nが 2以上の場合、 Ra及び Rbはそれぞれ同一であっても異なっていてもよく、 n' が 2 以上の場合、 R c及び Rdはそれぞれ同一であつても異なっていてもよ い。 また、 これらの置換基は、 その一個以上の原子が硫黄原子、 ケィ 素原子、 リン原子、 またはホウ素原子で置換されていてもよく、 また 置換基同士で環構造を形成していてもよい。]
また本発明は、 ジァジン N, N' —ジォキサイ ド構造を有する上記 一般式 ( 1 ) で示される化合物の置換基 Rい R2、 R3、 R4、 Ra、 Rb、 Rc及び Rdのうち二つの置換基に代えて二つの結合手を持つ二 価基を構造単位として有するオリ ゴマー又はポリマー化合物を含有す ることを特徴とする二次電池用電解液に関する。
また本発明は、 上記式 ( 1 ) で示される前記ジァジン N, N' —ジ ォキサイ ド構造を有する化合物又は上記式 ( 1 ) の置換基 1¾ぃ R2、 R3、 R4、 Ra、 Rb、 Rc及び Rdのうち二つの置換基に代えて二つ の結合手を持つ二価基を構造単位として有するオリゴマー若しくはポ リマー化合物が、 少なく ともその一部が電解液に溶解していることを 特徴とする上記の二次電池用電解液に関する。
また本発明は、 溶媒が有機溶媒であり、 リチウム塩が溶解されてい る、 リチゥム二次電池用の上記の二次電池用電解液に関する。
また本発明は、 正極および負極、 並びに上記の電解液を有する二次 電池に関する。
また本発明は、 上記の二次電池がリチウム二次電池であることを特 徴とする。
本発明におけるリチウム二次電池とは、 二次電池内で電流を運ぶ働 きをする荷電粒子にリチウムィオンが含まれる二次電池をいう。 図面の簡単な説明
図 1は、 本発明の電池の構成の一例を示す説明図である。
なお、 符号 1は、 電極素子を示す。 符号 2は、 正極タブを示す。 符 号 3は、 負極タブを示す。 符号 4は、 ラミネー トフ ィ ルムを示す。
¾明を実施するための最良の形態 本発明の二次電池用電解液は、 電解液中に、 一般式 (1) で示され る、 前記ジァジン N. Ν' —ジォキサイ ド構造を有する化合物、 又は その化合物の置換基 R2、 R3、 R4、 Ra、 Rb、 Rc及び Rdの うち二つの置換基に代えて二つの結合手を持つ二価基を構造単位とし て有するオリゴマー又はポリマー化合物 (以下、 適宜これらの化合物 を 「ジァジン N, N' 一ジォキサイ ド化合物」 という) を含有する。 本発明の二次電池用電解液の好ましい形態の一つは、 その溶媒が有機 溶媒であり、 リチウム塩が溶解されたものである。 このような電解液 は、 過充電時の安全性が特に要求されているリチウムニ次電池に好適 に用いることができる。
また、 本発明の二次電池は、 正極および負極、 並びに上記ジァジン Ν,Ν'—ジォキサイ ド化合物を含有する電解液を有するものである。 正極と負極がセパレータを介して積層され、 その積層体が前記電解液 とともに容器内へ収容され、 封止された構成をとることができる。 本 発明の二次電池としては、 電池容量の点から、 電解質カチオンとして リチウムイオンを含有するリチウム二次電池が好ましく、 例えば、 負 極活物質にはリチウムを主体とする金属または炭素材料が用いられ、 正極活物質にはリチウム含有遷移金属酸化物が用いられた構成をとる ことができる。
図 1に本発明の二次電池の一実施形態の構成を示す。 図 1に示す電 池は、 正極及び負極にそれぞれ正極タブ 2、 負極タブ 3が設けられ、 これらの電極をセパレータを介して重ね合わせてこれを巻き回してな る電極素子 1を有し、 この電極素子 1と電解液を外装体であるラミネ —トフイ ルム 4に収納した構成を有している。
以下、 本発明の二次電池用電解液およびそれに用いた二次電池につ いて項目ごとに説明する。
[ 1 ] 電解液
[1一 1 ] ジァジン Ν, N' —ジオキサイ ド化合物
本発明の電解液に含有されるジァジン Ν, N' —ジォキサイ ド化合 物には、 上記一般式 ( 1 ) で表されるジァジン化合物 (一般式 ( 1 ) において n +m+ n' +m' = 0を満たすもの) やポリアセン型化合 物 (一般式 ( 1 ) において n + m+ n' +m' ≥ 1を満たすもの) や、 これらの化合物の環に二つの結合手を持つ二価基を構造単位として有 するオリゴマー又はポリマー化合物を挙げることができる。 これらの ジァジン N, N' —ジオキサイ ド化合物は、 その一種単独または二種 類以上を組み合わせて使用することができる。
上記一般式 ( 1 ) において、 置換基 R2、 R3、 R4、 Ra、 R Rc及び Rdのハロゲン原子としては、 例えば、 フッ素、 塩素、 臭 素、 ヨウ素等が挙げられ、 一種単独または二種以上を組み合わせて有 することができる。
置換または非置換のアルキル基としては、 例えば、 メチル基、 ェチ ル基、 プロピル基、 イソプロピル基、 n—ブチル基、 s—ブチル基、 イソブチル基、 t—ブチル基、 n—ペンチル基、 n—へキシル基、 n —ヘプチル基、 n—ォクチル基、 ヒ ドロキシメチル基、 1ーヒ ドロキ シェチル基、 2—ヒ ドロキシェチル基、 2—ヒ ドロキシイソブチル基、 1 , 2—ジヒ ドロキシェチル基、 1 , 3—ジヒ ドロキシイソプロピル 基、 2, 3—ジヒ ドロキシ一 t _ブチル基、 1 , 2 , 3— ト リ ヒ ドロ キシプロピル基、 クロロメチル基、 1 一クロ口ェチル基、 2—クロ口 ェチル基、 2—クロ口イソブチル基、 1. 2—ジクロロェチル基、 1, 3—ジクロロイソプロピル基、 2, 3—ジクロロ一 t一ブチル基、 1 , 2, 3— ト リクロ口プロピル基、 ブロモメチル基、 1—ブロモェチル 基、 2—ブロモェチル基、 2—ブロモイソブチル基、 1 , 2—ジブ口 モェチル基、 1. 3—ジブロモイソプロピル基、 2, 3—ジブロモ一 t一ブチル基、 1. 2. 3— ト リブロモプロピル基、 ョー ドメチル基、 1—ョードエチル基、 2—ョードエチル基、 2—ョードイソブチル基、 1. 2—ジョ一ドエチル基、 1 , 3—ジョードイソプロピル基、 2, 3—ジョー ド— t—ブチル基、 1. 2 , 3— ト リ ョ一ドプロピル基、 アミノメチル基、 1—アミノエチル基、 2—アミ ノエチル基、 2—ァ ミノイソブチル基、 1 , 2—ジアミノエチル基、 1 , 3—ジアミ ノィ ソプロピル基、 2, 3—ジァミノ一 t—ブチル基、 1 , '2, 3—ト リ ァミ ノプロピル基、 シァノメチル基、 1—シァノエチル基、 2—シァ ノエチル基、 2—シァノイソブチル基、 1. 2—ジシァノエチル基、 1 , 3—ジシァノイソプロピル基、 2 , 3—ジシァノ一 t—ブチル基、 1 , 2, 3— ト リシアノプロピル基、 ニトロメチル基、 1—ニ トロェ チル基、 2—ニトロェチル基、 2—ニ トロイソブチル基、 1 , 2—ジ ニ トロェチル基、 1 , 3—ジニトロイソプロピル基、 2, 3—ジニ ト 口一 t一ブチル基、 1 , 2, 3— ト リニ トロプロピル基等が挙げられ る。 これらは一種単独でまたは二種以上を組み合わせて有することが できる。
置換または非置換のアルケニル基としては、 例えば、 ビニル基、 ァ リル基、 1ーブテニル基、 2—ブテニル基、 3—ブテニル基、 1 , 3 —ブタンジェニル基、 1—メチルビニル基、 スチリル基、 2, 2—ジ フエ二ルビニル基、 1. 2—ジフヱ二ルビニル基、 1—メチルァリル 基、 1, 1—ジメチルァリル基、 2—メチルァリル基、 1—フエニル ァリル基、 2—フエニルァリル基、 3—フエニルァリル基、 3, 3— ジフエ二ルァリル基、 1. 2—ジメチルァリル基、 1一フエ二ルー 1 —ブテニル基、 3—フエニル— 1—ブテニル基等が挙げられる。 これ らは一種単独でまたは二種以上を組み合わせて有することができる。 置換または非置換のシクロアルキル基としては、 例えば、 シクロプ 口ピル基、 シクロブチル基、 シクロペンチル基、 シクロへキシル基、 4—メチルシクロへキシル基等が挙げられる。 これらは一種単独でま たは二種以上を組み合わせて有することができる。
置換または非置換の芳香族炭化水素基としては、 例えば、 フエニル 基、 1 —ナフチル基、 2—ナフチル基、 9—フルォレニル基、 1—ァ ン ト リル基、 2—アン ト リル基、 9—アン ト リル基、 1—フエナン ト リル基、 2—フエナン ト リル基、 3—フエナン ト リル基、 4—フエナ ン ト リル基、 9—フエナント リル基、 1—ナフタセニル基、 2—ナフ タセニル基、 9 —ナフタセニル基、 1 ―ピレニル基、 2 -ピレニル基、
4 —ピレニル基、 2 —ビフエ二ルイル基、 3 —ビフエ二ルイル基、 4 —ビフエ二ルイル基、 p —ターフェ二ルー 4—ィル基、 p—ターフェ ニル一 3 —ィル基、 ρ —ターフェ二ルー 2 —ィル基、 m—ターフェ二 ルー 4—ィル基、 m—ターフェニル一 3—ィル基、 m—ターフェニル — 2—ィル基、 o — ト リル基、 m—ト リル基、 ρ — ト リル基、 p— t —プチルフ エ二ル基、 p— ( 2—フヱニルプロピル) フエニル基、 3 ーメチルー 2 —ナフチル基、 4 —メチル一 1 一ナフチル基、 4ーメチ ルー 1 —アン ト リル基、 4 ' —メチルビフエ二ルイル基、 4 " - t - ブチル— p—ターフ ヱニルー 4ーィル基、 及びこれらの誘導体等が挙 げられる。 これらは一種単独でまたは二種以上を組み合わせて有する ことができる。
置換または非置換の芳香族複素環基と しては、 1 一ピロ リル基、 2 —ピロ リル基、 3 —ピロ リル基、 ビラジニル基、 2 —ピリ ジニル基、 3 —ピリ ジニル基、 4 —ピリ ジニル基、 1 —イ ン ドリル基、 2 —イ ン ドリル基、 3—イ ン ドリル基、 4—イ ン ドリル基、 5—イ ン ドリル基、 6 —イ ン ドリル基、 7 —イ ン ドリル基、 1 —イ ソイ ン ドリル基、 2― イ ソイ ン ドリル基、 3—イ ソイ ン ドリル基、 4 一イ ソイ ン ドリル基、
5—イ ソイ ン ドリル基、 6—イ ソイ ン ドリル基、 7 _イ ソイ ン ドリル 基、 2—フ リル基、 3 —フ リル基、 2—ベンゾフラニル基、 3 —ベン ゾフラニル基、 4—ベンゾフラニル基、 5—ベンゾフラニル基、 6— ベンゾフラニル基、 7—ベンゾフラニル基、 1—イ ソべンゾフラニル 基、 3—イ ソべンゾフラニル基、 4—イ ソべンゾフラニル基、 5—ィ ソベンゾフラニル基、 6—イ ソべンゾフラニル基、 7—イ ソべンゾフ ラニル基、 2—キノ リル基、 3—キノ リル基、 4—キノ リル基、 5— キノ リル基、 6—キノ リル基、 7 —キノ リル基、 8—キノ リル基、 1 一イ ソキノ リル基、 3—イ ソキノ リル基、 4—イ ソキノ リル基、 5— イ ソキノ リル基、 6—イ ソキノ リル基、 7—イ ソキノ リル基、 8—ィ ソキノ リル基、 2—キノキサリニル基、 5—キノキサリニル基、 6— キノキサリ ニル基、 1—カルバゾリル基、 2—カルバゾリル基、 3— 力ルバゾリル基、 4—カルバゾリル基、 9—カルバゾリル基、 1 ーフ ェナンスリ ジニル基、 2—フエナンスリ ジニル基、 3—フエナンス リ ジニル基、 4一フエナンス リ ジニル基、 6—フエナンス リ ジニル基、 7—フエナンス リ ジニル基、 8—フエナンス リ ジニル基、 9—フエナ ンス リ ジ二ル基、 1 0—フ エナンス リ ジ二ル基、 1—ァク リ ジニル基、 2—アタ リ ジニル基、 3—アタ リジニル基、 4一ァク リ ジニル基、 9 一ァク リ ジニル基、 1 , 7—フ エナンスロ リ ン一 2—ィル基、 1 , 7 一フ エナンスロ リ ン一 3—ィル基、 1 , 7—フエナンスロ リ ン一 4— ィル基、 1 , 7—フエナンスロ リ ン一 5—ィル基、 1. 7—フエナン スロ リ ン一 6—ィル基、 1 , 7—フエナンスロ リ ン一 8—ィル基、 1. 7—フエナンスロ リ ン一 9—ィル基、 1 , 7—フエナンスロ リ ン一 1
0—ィル基、 1 , 8—フ エナンスロ リ ン一 2—ィル基、 1, 8—フエ ナンスロ リ ン一 3—ィル基、 1 , 8—フエナンスロ リ ン一 4—ィル基、 1 , 8—フエナンスロ リ ン一 5—ィル基、 1 , 8—フエナンスロ リ ン 一 6—ィル基、 1 , 8—フエナンスロリ ン一 7—ィル基、 1. 8—フ ェナンスロ リ ン一 9—ィル基、 1 , 8—フエナンスロ リ ン一 1 0—ィ ル基、 1 , 9—フエナンスロ リ ン一 2—ィル基、 1 , 9 _フエナンス 口 リ ン一 3—ィル基、 1 , 9—フエナンスロ リ ン一 4—ィル基、 1. 9—フエナンスロ リ ン一 5—ィル基、 1. 9—フエナンスロ リ ン一 6 ーィル基、 1 , 9—フ エナンスロ リ ン一 7—ィル基、 1. 9—フエナ ンスロリ ン一 8—ィル基、 1 , 9一フエナンスロ リ ン一 1 0—ィル基、 1 , 1 0—フ エナンスロ リ ン一 2—ィル基、 1. 1 0—フ エナンスロ リ ン一 3—ィル基、 1 , 1 0—フエナンスロ リ ン一 4ーィル基、 1.
1 0—フ エナンスロ リ ン一 5—ィル基、 2, 9—フ エナンスロ リ ン一
1 —ィル基、 2. 9—フエナンスロ リ ン一 3—ィル基、 2, 9—フエ ナンスロ リ ン一 4—ィル基、 2.9—フエナンスロ リ ン一 5—ィル基、 2, 9—フエナンスロ リ ン一 6—ィル基、 2, 9—フエナンスロ リ ン 一 7—ィル基、 2, 9—フエナンスロ リ ン一 8—ィル基、 2. 9—フ ェナンスロ リ ン一 1 0—ィル基、 2 , 8 —フエナンスロリ ン一 1 ーィ ル基、 2 , 8 _フエナンスロ リ ン一 3 —ィル基、 2, 8 —フエナンス 口 リ ン一 4—ィル基、 2 . 8 —フエナンスロ リ ン一 5 —ィル基、 2 , 8 —フ エナンスロ リ ン一 6 —ィル基、 2 , 8 -フエナンスロ リ ン一 7 —ィル基、 2, 8 —フ ヱナンスロ リ ン一 9 —ィル基、 2 . 8 —フ エナ ンスロ リ ン一 1 0 —ィル基、 2 . 7 —フエナンスロ リ ン一 1 —ィル基、 2 , 7 —フエナンスロ リ ン一 3 —ィル基、 2 , 7 —フ エナンスロ リ ン — 4 —ィル基、 2 , 7 —フエナンスロ リ ン一 5 —ィル基、 2 , 7 —フ ェナンスロ リ ン一 6 —ィル基、 2 , 7—フエナンスロ リ ン一 8—ィル 基、 2 , 7 —フエナンスロ リ ン一 9 —ィル基、 2 . 7—フ エナンス π リ ン一 1 0—ィル基、 1—フ エナジニル基、 2 —フエナジニル基、 1 —フエノチアジニル基、 2 —フエノチアジニル基、 3 _フ エノチアジ ニル基、 4 —フエノチアジニル基、 1 0 —フエノチアジニル基、 1— フエノキサジニル基、 2—フ エノキサジニル基、 3—フエノキサジニ ル基、 4 —フ : Lノキサジニル基、 1 0 —フ エノキサジニル基、 2—才 キサゾリル基、 4—ォキサゾリル基、 5—ォキサゾリル基、 2—ォキ サジァゾリル基、 5 —ォキサジァゾリル基、 3 —フラザニル基、 2— チェニル基、 3 —チェニル基、 2 —メチルピロール一 1 —ィル基、 2 —メチルビロール— 3 —ィル基、 2 —メチルビロール一 4 —ィル基、
2 —メチルピロ一ルー 5 —ィル基、 3 —メチルピロール一 1 —ィル基、 3—メチルピロ一ルー 2—ィル基、 3—メチルビロール一 4 —ィル基、
3 —メチルピロ一ルー 5 —ィル基、 2— t ーブチルビロール一 4ーィ ル基、 3— ( 2—フエニルプロピル) ピロール一 1 —ィル基、 2—メ チル一 1 —イ ン ドリル基、 4 —メチル一 1 —イ ン ドリル基、 2—メチ ル一 3 —イ ン ドリル基、 4 —メチル一 3 —イ ン ドリル基、 2— t —ブ チル _ 1 —イ ン ドリル基、 4 一 t 一プチルー 1 —イ ン ドリル基、 2 - t —ブチル一 3—イ ン ドリル基、 4 一 t —ブチルー 3—イ ン ドリル基、 及びこれらの誘導体等が挙げられる。 これらは一種単独でまたは二種 以上を組み合わせて有することができる。 置換または非置換のァラルキル基としては、 例えば、 ベンジル基、 1 一フエニルェチル基、 2—フエニルェチル基、 1—フエ二ルイソプ 口ピル基、 2—フエニルイソプロピル基、 フエ二ルー t—ブチル基、 α —ナフチルメチル基、 1 一 α —ナフチルェチル基、 2— α—ナフチ ルェチル基、 1 一 α —ナフチルイソプロピル基、 2— α—ナフチルイ ソプロピル基、 /3—ナフチルメチル基、 1 — 3—ナフチルェチル基、. 2— iS —ナフチルェチル基、 1 — |8—ナフチルイソプロピル基、 2— |8—ナフチルイソプロピル基、 1—ピロリルメチル基、 2— ( 1 —ピ 口リル) ェチル基、 ρ—メチルベンジル基、 m—メチルベンジル基、 0—メチルベンジル基、 p —クロ口べンジル基、 m—クロ口べンジル 基、 o —クロ口べンジル基、 p—ブロモベンジル基、 m—ブロモベン ジル基、 0 —ブロモベンジル基、 p —ョ一ドベンジル基、 m—ョ一ド ベンジル基、 o —ョ一ドベンジル基、 p —ヒ ドロキシベンジル基、 m —ヒ ドロキシベンジル基、 0—ヒ ドロキシベンジル基、 p —ァミ ノべ ンジル基、 m—ァミ ノべンジル基、 0 —ァミ ノべンジル基、 p—二 ト 口べンジル基、 m—ニトロべンジル基、 0 —ニトロべンジル基、 p— シァノベンジル基、 m—シァノベンジル基、 0—シァノベンジル基、 1 ーヒ ドロキシ一 2—フエニルイソプロピル基、 1 —クロ口一 2—フ ェニルイソプロピル基等が挙げられる。 これらは一種単独でまたは二 種以上を組み合わせて有することができる。
置換または非置換のァミノ基は、 一 N X 1 X 2で表される基であり、 置換基 X 1および X 2は、 それぞれ独立に、 例えば、 水素原子、 上述の 置換または非置換のアルキル基、 置換または非置換のアルケニル基、 置換または非置換のシクロアルキル基、 置換または非置換の芳香族炭 化水素基、 置換または非置換の芳香族複素環基、 置換または非置換の ァラルキル基等が挙げられる。 これらは一種単独でまたは二種以上を 組み合わせて有することができる。
置換または非置換のアルコキシ基および置換または非置換のアルコ キシカルボニル基としては、 それぞれ一 O X 3およぴー C O O X 4で表 される基であり、 置換基 X 3および X 4としてはそれぞれ、 例えば、 上 述の置換または非置換のアルキル基、 置換または非置換のシク口アル キル基、 置換または非置換のァラルキル基等が挙げられる。 これらは —種単独でまたは二種以上を組み合わせて有することができる。
置換または非置換のァリールォキシ基および置換または非置換のァ リールォキシカルボニル基としては、 それぞれ一 O X 5および一 C O 0 X 6で表される基であり、 置換基 X 5および X 6としてはそれぞれ、 例えば、 上述の置換または非置換の芳香族炭化水素基、 置換または非 置換の芳香族複素環基等が挙げられる。 これらは一種単独または二種 以上を組み合わせて有することができる。
置換または非置換のァシル基としては、 一 C ( = 0 ) X 7で表され る基であり、 置換基 X 7としては、 例えば、 水素原子、 上述の置換ま たは非置換のアルキル基、 置換または非置換アルケニル基、 置換また は非置換シクロアルキル基、 置換または非置換の芳香族炭化水素基、 置換または非置換の芳香族複素環基、 置換または非置換ァラルキル基 等が挙げられ、 これらの一種単独または二種以上を組み合わせて有す ることができる。
環を形成する 2価基としては、 テトラメチレン基、 ペンタメチレン 基、 へキサメチレン基、 ジフエニルメタン一 2 , 2 ' —ジィル基、 ジ フエニルェタン一 3 , 3 ' —ジィル基、 ジフエ二ルプロパン一 4 . 4 ' ージィル基、 1 , 3—ブタジエン一 1 . 4—ジィル基、 及びこれらの 誘導体等が挙げられる。
また上述の置換基は、その一個以上の原子が硫黄原子、ケィ素原子、 リ ン原子、 またはホウ素原子で置換されていてもよい。 硫黄原子で置 換された基としては、 例えば、 上述のヒ ドロキシル基、 カルボキシル 基、 アルコキシ基、 アルコキシカルボニル基、 ァリールォキシ基、 ァ リールォキシカルボ二ル基、 ァシル基等の酸素含有基の酸素原子が硫 黄原子で置き換えられた置換基を挙げることができる。 その置換基の 例としては、 メルカプト基、 ジチォカルボキシル基、 ヒ ドロキシ (チ 才力ルポニル) 基、 メルカプトカルボニル基、 メチルチオ基、 メ トキ シチォカルボニル基、 メチルチオカルボ二ル基、 メチルジチォカルボ キシル基、 フエ二ルチオ基、 フエノキシチォカルボニル基、 フエニル チォカルボニル基、 フエニルジチォカルボニル基、 メチルチオカルボ ニル基、 フヱニルチオカルボニル基、 等が挙げられる。 ケィ素原子で 置換された基としては、 例えば、 上述のアルキル基、 アルケニル基、 シク口アルキル基、 ァラルキル基の炭素原子がゲイ素原子で置き換え られた置換基を挙げることができる。 その置換基の例としては、 シリ ル基、 メチルシリル基、 シリルメチル基、 ェチルシリル基、 (メチルシ リル) メチル基、 ジメチルシリル基、 ト リメチルシリル基、 t一プチ ルジメチルシリル基、 ト リイソプロビルシリル基、 等が挙げられる。 リ ン原子で置換された基としては、 例えば、 上述のアミノ基の窒素原 子がリ ン原子で置き換えられた置換基が挙げられる。 その置換基の例 としては、 ホスフイ ノ基、 ト リメチルホスフイ ノ基、 ト リフエニルホ スフイ ノ基、 等が挙げられる。 ホウ素原子で置換された基としては、 例えば、 上述のアミノ基の窒素原子がホウ素原子で置き換えられた置 換基が挙げられる。 その置換基の例としては、 ジメチルポリル基、 ジ フエ二ルポリル基、 等が挙げられる。
ジァジン N. N' —ジォキサイ ド化合物の分子量については、 電解 液への溶解性等の点からは低分子量であることが好ましく、 ポリアセ ン型化合物については n +m+ n' +m' が 20以下であることが好 ましく、 n +m+ n' +m' が 1 0以下であることがより好ましく、 ォリゴマー又はポリマー化合物についてはゲル浸透ク口マ トグラフィ 一による重量平均分子量 (標準試料: ポリスチレン) として 20万以 下が好ましく、 1 0万以下がより好ましい。
本発明におけるジァジン N, Ν' —ジォキサイ ド化合物は、 対応す るジァジン化合物を過酸化物あるいは過酸を用いて酸化するなどの既 知の合成法により製造することができる。 例えば過酸化尿素を用いた 合成法については、 シンレッ ト、 1 990年 9月、 533〜 535頁 (S y n l e t t, P 533-535, S e p t emb e r 1 99 0) に記載されている。 また、 例えば下記式 (8) で表される化合物 は、 テ トラメチルピラジンのジクロロメタン溶液に、 メタクロ口過安 息香酸のジクロロメタン溶液を添加し室温で攪拌し、 その後、 炭酸ナ ト リゥムの飽和水溶液を加えて中和し、 常法に従って精製することに よって得ることができる。
オリゴマー又はポリマー型のジァジン N, N' ージオキサイ ド化合 物は、 例えば次のようにして製造することができる。 縮合環内にジァ ジン環 (ピラジン環) をもつ縮合環化合物の縮合環内に二つの結合手 をもつ二価の基を構造単位として含有するオリゴマー又はポリマー化 合物を、 過酸化物と反応させ、 縮合環内の窒素原子を N—才キシド化 することによって得ることができる。 他の方法として、 ポリアセン型 のジァジン N, N' —ジォキサイ ド化合物の縮合環の置換基の二つが ハロゲンであるジハライ ド化合物を、 有機溶媒中において、 ゼロ価二 ッケル化合物を加えて脱ハロゲン化して得ることができる。
本発明におけるジァジン N, N' —ジォキサイ ド化合物は、 過充電 電圧で酸化反応し、 過充電容量を消費する。 このため、 過充電状態で 正極から過剰なリチウムが放出され負極上に析出して正負極が熱的に 不安定状態になることを抑制する。 この効果により過充電状態におけ る電池の安全性が確保される。
本発明における前記電解液中に含まれるジァジン N, N' —ジォキ サイ ド化合物の含有量は、 好ましくは 0. 1〜20重量%の範囲であ り、 さらに好ましくは 0. 5〜 10重量%の範囲であり、 最も好まし くは 1〜 5重量%の範囲である。 電解液中の上記化合物の含有量が少 なすぎると、 過充電時の安全性の確保が不十分になり、 逆に多すぎる と、 低温特性やサイクル特性等の電池特性が低下する。
本発明の電解液中のジァジン N. N' 一ジォキサイ ド化合物は、 電 解液に溶解した状態であっても、 あるいは化合物微粒子が分散した状 態であっても良いが、より好ましいのは電解液に溶解した状態である。 電解液にジァジン N. N' —ジオキサイ ド化合物を溶解することによ り過充電時に酸化反応が速やかに進行し安全性をより向上させること ができる。
本発明におけるジァジン N, Ν' —ジオキサイ ド化合物の具体例と して、 以下の式 (2) 〜 (22) で表される化合物が挙げられる。
Figure imgf000018_0001
(4)
Figure imgf000019_0001

Figure imgf000020_0001
… οο 〇
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CO
一 o〇
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(20)
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Figure imgf000024_0002
なお、 本発明の電池の製造時において、 前記ジァジン N, Ν' —ジ ォキサイ ド化合物自体をそのまま電解液に含有させてもよいし、 電気 化学反応によってジァジン Ν, N' —ジオキサイ ド化合物に変換され 得る化合物 (前駆体化合物) を用いてもよい。
[ 1 - 2] 電解質および溶媒 本発明における電解液は、電極間の荷電担体輸送を担うものであり、 一般的に室温で 1 0— 5〜 1 0— i SZc mのィオン伝導性を有してい ることが望ましく、 電解質塩を有機溶媒に溶解した電解液を用いるこ とができる。
本発明の電解液に用いられる電解質塩としては、 例えば、 L i P F β、 L i C l O4、 L i B F4、 L i A s F6、 L i C F3 S O3、 L i
(C F3S 02) 2N、 L i (C 2 F 5 S 02) 2N、 L i (C F3 S O2) 3C、 L i (C2F5S O2) 3C等のリチウム化合物などの従来公知の 材料を用いることができる。
本発明の電解液に用いられる溶媒としては、 例えば、 エチレン力一 ボネート、 プロピレンカーボネート、 ブチレンカーボ一ト、 ジメチル カーボネート、 ジェチルカーボネート、 メチルェチルカ一ポネート、 一プチロラク トン、 ァ一バレロラク トン、 ジメ トキシェタン、 テ ト ラヒ ドロフラン、 ジォキソラン、 メチルジォキソラン、 スルホラン、 ジメチルスルホキシド、 リ ン酸ト リメチル、 ジメチルホルムアミ ド、 ジメチルァセ トアミ ド、 N—メチル— 2—ピロリ ドン等の有機溶媒を 用いることができる。 なお、 本発明では、 これらの溶媒を一種単独で または二種以上の混合溶剤として用いることもできる。
C 2 ] 活物質材料
本発明の電池の活物質としては、 以下に挙げる従来公知の材料を用 いることができる。
正極の活物質としては、 遷移金属酸化物、 ジスルフィ ド化合物、 導 電性高分子等を用いることができる。 遷移金属酸化物としては、 L i Mn O2、 L i xMn 204 (0 < x < 2) 等のマンガン酸リチウムもし くはスピネル構造を有するマンガン酸リチウム、 Mn O2、 L i C o O2、 L i N i 02、 L i xV2O5 (0 < x < 2) 等が挙げられ、 ジス ルフイ ド化合物としては、 ジチォグリコール、 2. 5—ジメルカプト — 1 , 3 , 4—チアジアゾール、 S— ト リアジンー 2 , 4. 6— ト リ チオール等が挙げられ、 導電性高分子としては、 ポリアセチレン、 ポ リフエ二レン、 ポリア二リ ン、 ポリピロ一ル等が挙げられる。 これら の正極活物質は一種単独または二種以上を組み合わせて使用すること もできる。
一方、 負極の活物質としては、 グラフアイ ト、 非晶質カーボン、 リ チウム金属、 リチウム合金、 リチウムイオン吸蔵炭素、 導電性高分子 等が挙げられる。 これらを一種単独でまたは二種以上を組み合わせて 用いることができる。
なお、 活物質の形状は特に限定されるものではなく、 例えば、 リチ ゥム金属ゃリチウム合金では薄膜状のもの以外に、 バルク状のもの、 粉末を固めたもの、 繊維状のもの、 フ レーク状のもの等を使用するこ とができる。
[ 3 ] 導電補助材およびイオン伝導補助材
本発明では、 電極を形成する際に、 インピーダンスを低下させる目 的で、 導電補助材ゃイオン伝導補助材を混合させてもよい。 導電補助 材としては、 グラフアイ ト、 力一ボンブラック、 アセチレンブラック 等の炭素質微粒子、 ポリア二リン、 ポリ ピロ一ル、 ポリチォフェン、 ポリアセチレン、 ポリアセン等の導電性高分子が挙げられる。 また、 イオン伝導補助材としては、 ゲル電解質、 固体電解質が挙げられる。
[ 4 ] 結着剤
本発明では、 電極の各構成材料間の結びつきを強めるために、 電極 材料に結着剤を混合してもよい。 このような結着剤としては、 ポリフ ツイ匕ビニリデン、 ビニリデンフルオラィ ドーへキサフルォロプロピレ ン共重合体、 ビニリデンフルオラィ ド一テ トラフルォロェチレン共重 合体、 スチレン一ブタジエン共重合ゴム、 ポリテ トラフルォロェチレ ン、 ポリプロピレン、 ポリエチレン、 ポリイ ミ ド等の樹脂バインダー が挙げられる。
[ 5 ] 触媒
本発明では、 過充電時における安全性をより高めるために、 電解液 中の添加剤の反応を促進させる触媒を電池内に含有してもよい。 この ような触媒としては、ポリア二リ ン、ポリ ピロール、ポリチォフエン、 ポリアセチレン、 ポリアセン等の導電性高分子、 ピリジン誘導体、 ピ ロリ ドン誘導体、 ベンズイ ミダゾール誘導体、 ベンゾチアゾール誘導 体、 ァクリジン誘導体等の塩基性化合物、 ならびに金属イオン錯体等 が挙げられる。
[ 6 ] 集電体およびセパレ一タ
本発明では、 負極集電体および正極集電体として、 ニッケル、 アル ミニゥム、 銅、 金、 銀、 アルミニウム合金、 ステン レス等の金属箔ゃ 金属平板、メ ッシュ状電極、炭素電極等を用いることができる。また、 このような集電体に触媒効果を持たせたり、 活物質と集電体とを化学 結合させてもよい。 また、 負極集電体と正極集電体との電気的接触を 防ぐ目的で、 両者の間にプラステイ ツク樹脂等からなる絶縁パッキン を配置した構成としてもよい。
正極と負極との接触を防ぐために用いられるセパレ一タとしては、 多孔質フィルムゃ不織布を用いることができる。
C 7 ] 電池の形状
本発明の電池の形状およぴ外観については特に限定されるものでは なく、 従来公知のものを採用することができる。 すなわち、 このよう な電池形状としては、 例えば、 電極積層体または巻回体を、 金属ケー ス、 樹脂ケース、 もしくはアルミ ニウム箔などの金属箔と合成樹脂フ イルムとからなるラミネートフィルム等によつて封止したものが挙げ られる。 また、 電池の外観としては、 円筒型、 角型、 コイン型、 シー ト型等が挙げられる。
[ 8 ] 電極の積層形態
本発明では、 正極および負極の積層形態についても特に限定される ものではなく、 任意の積層形態を採用することができ、 多層積層体、 集電体の両面に積層したものを組み合わせた形態、 さらにこれらを巻 回した形態とすることができる。
[ 9 ] 電極および電池の製造方法 本発明では、 電極および電池の製造方法について特に限定されず、 従来公知の方法を採用することができる。
電極の製造方法としては、 例えば、 電極の構成要素に溶剤を加えス ラリ一状にして電極集電体に塗布する方法、 電極の構成要素にバイン ダ樹脂を加えて圧力をかけて固める方法、 電極の構成要素に熱をかけ て焼き固める方法などが挙げられる。
電池の製造方法としては、 作製した電極をセパレー夕を介して対極 と積層し、 あるいはさらにこれを巻回し、 得られたものを外装体で包 み、 電解液を注入して封止する方法等が挙げられる。
以下、 本発明を実施例により具体的に説明するが、 本発明は、 これ らの実施例により限定されるものではない。
(実施例 1 )
1 m 0 1 / 1 ( 1 M ) の L i P F 6電解質塩を含むェチレンカーボ ネート/ジェチルカ一ポネ一ト混合溶液(混合比 3: 7 (体積比))に、 式(2 ) で示されるジァジン N . N ' —ジォキサイ ド化合物を 3重量% 添加混合して電解液を調製した。
L i C 0 0 2と導電付与剤 (アセチレンブラックと人造黒鉛) とポ リフッ化ビニリデンを N _メチル一 2—ピロリ ドンに分散混練したも のをアルミニウム箔上に塗布して正極とした。 天然黒鉛とポリフッ化 ビニリデンを N—メチル一 2—ピロリ ドンに分散混練したものを銅箔 上に塗布して負極とした。 セパレ一夕にはポリプロピレン不織布を用 いた。
電極にタブをつけた後、 これらの正極及び負極をセパレータを介し て重ね合わせて巻回し、 電極素子を作製した。 この電極素子と前記電 解液を、 アルミラミネートフィルムからなる外装体に収納し封止して 角型電池を作製した。
(実施例 2 )
実施例 1で用いた電解液および正極に代えて、 以下の電解液および 正極を用いた以外は実施例 1 と同様な電池を作製した。 電解液 : 1 m ο 1 Z 1 の L i P F 6電解質塩を含むェチレンカーボ ネート /ジェチルカーボネート混合溶液(混合比 3: 7 (体積比))に、 式(3 ) で表されるジァジン N , N * —ジォキサイ ド化合物を 3重量% 添加混合して得られた電解液、
正極: L i N i O 2と導電付与剤 (アセチレンブラックと人造黒鉛) とポリフッ化ビニリデンを N—メチルー 2—ピロリ ドンに分散混練し たものをアルミ二ゥム箔上に塗布して得られた電極。
(実施例 3 )
実施例 1で用いた電解液および正極に代えて、 以下の電解液および 正極を用いた以外は実施例 1 と同様な電池を作製した。
電解液 : 1 m o 1 / 1 の L i P F 6電解質塩を含むェチレンカーボ ネートノジェチルカ一ボネート混合溶液(混合比 3: 7 (体積比))に、 式(4 ) で表されるジァジン N , Ν ' —ジォキサイ ド化合物を 3重量% 添加混合して得られた電解液、
正極: L i N i O 2と導電付与剤 (アセチレンブラックと人造黒鉛) とポリフッ化ビニリデンを N—メチル一 2—ピロリ ドンに分散混練し たものをアルミ二ゥム箔上に塗布したもの。
(実施例 4、 5 )
実施例 1で用いた電解液に代えて、 それぞれ以下の電解液を用いた 以外は実施例 1 と同様な電池を作製した。
1 m 0 1 / 1 の L i P F 6電解質塩を含むェチレンカーボネー ト/ ジェチルカーボネート混合溶液 (混合比 3 : 7 (体積比)) に、 実施例 4では式 (5 ) で表されるジァジン N . N ' —ジオキサイ ド化合物、 実施例 5では式 (6 ) で表されるジァジン N , Ν ' ージオキサイ ド化 合物をそれぞれ 2重量%添加混合して電解液を調製した。
(実施例 6 , 7 )
実施例 1で用いた電解液に代えて、 それぞれ以下の電解液を用いた 以外は実施例 1 と同様な電池を作製した。
1 m ο 1 1 の L i P F 6電解質塩を含むェチレンカーボネー トノ ジェチルカーボネート混合溶液 (混合比 3 : 7 (体積比)) に、 実施例 6では式 (7 ) で表されるジァジン N . Ν ' —ジォキサイ ド化合物、 実施例 7では式 (8 ) で表されるジァジン Ν . N ' —ジオキサイ ド化 合物をそれぞれ 4重量%添加混合して電解液を調製した。
(比較例 1 )
実施例 1で用いた電解液に代えて、 以下の電解液を用いた以外は実 施例 1 と同様な電池を作製した。
電解液 : 1 m ο 1 / 1 の L i P F 6電解質塩を含むェチレンカーボ ネー ト Zジェチルカーボネート混合溶液 (混合比 3 : 7 (体積比))。 (比較例 2 )
実施例 1で用いた電解液および正極に代えて、 以下の電解液および 正極を用いた以外は実施例 1 と同様な電池を作製した。
電解液 : 1 m 0 1 1 の L i P F 6電解質塩を含むェチレンカーボ ネート ジェチルカーボネート混合溶液 (混合比 3 : 7 (体積比))、 正極: L i N i O 2と導電付与剤 (アセチレンブラックと人造黒鉛) とポリフッ化ビニリデンを N—メチル一 2 _ピロリ ドンに分散混練し たものをアルミニウム箔上に塗布したもの。
(比較例 3 )
実施例 1で用いた電解液に代えて、 以下の電解液を用いた以外は実 施例 1 と同様な電池を作製した。
電解液 : 1 m o 1 1 の L i P F 6電解質塩を含むェチレンカーボ ネート ジェチルカーボネート混合溶液(混合比 3: 7 (体積比))に、 ジフルォロア二ソールを 4重量%添加混合して調整したもの。
(比較例 4 )
実施例 1で用いた電解液に代えて、 以下の電解液を用いた以外は実 施例 1 と同様な電池を作製した。
電解液 : 1 m o 1 / 1 の L i P F 6電解質塩を含むェチレンカーボ ネート ジェチルカーボネート混合溶液(混合比 3: 7 (体積比))に、 ビフ: Lニルを 4重量%添加混合して調整したもの。 [過充電試験]
実施例 2および比較例 2の電池は、 1 20mA (0. 2 C) の定電 流で 4. 1 Vになるまで充電し、 その後 4. I Vの定電圧で 2. 5時 間充電し、 満充電状態とした。 その他の電池は 1 2 OmA (0. 2 C) の定電流で 4. 2 Vになるまで充電し、その後 4. 2 Vの定電圧で 2. 5時間充電し、 満充電状態とした。
これらの満充電状態とした電池に 1 20 mA (0. 2 C) の充電電 流で、 最大で 7. 5時間充電し、 過充電を行った。 その際、 上限電圧 は 1 2 Vとし、 電池電圧が 1 2 Vを超えた場合は充電を中止した。 過 充電中の各電池の最高温度を測定した。
[低温特性試験]
上述の二次電池を 20°Cで充電し、 一 20°C及び 20°Cで放電させ た。 放電電流値は 600 mA ( 1 C) とした。 20 °C、 600mA ( 1 C) の放電条件における電池容量に対する— 20 °C、 600mA ( 1 C) の放電条件における電池容量の割合を求めた。
[サイクル試験]
上述の二次電池を 20 °Cで充放電させた。 初回の放電容量に対する 300サイクル後の放電容量の割合を求めた。
[試験結果]
上述の試験結果を表 1に示す。 添加剤を含まない電解液を用いた比 較例 1及び 2の電池は、 過充電において発火もしくは破裂したのに対 して、 実施例 1〜 7の電池は過充電における最高温度が 1 00°C以下 であった。 このことから、 ジァジン N, Ν' —ジオキサイ ド化合物が 電解液に含有されると過充電時の安全性が高くなることが分かる。 また実施例 1〜 7の電池の低温特性およびサイクル特性は、 比較例 1及び 2の電池と同等の特性を示したのに対して、 比較例 3及び 4の 電池の低温特性およびサイクル特性は比較例 1及び 2の電池より劣つ ていた。 このことから、 ジァジン Ν, N' —ジオキサイ ド化合物が電 解液に含有されても、 電池の低温特性やサイクル特性に悪影響を及ぼ さないことが分かる
表 1
Figure imgf000032_0001
産業上の利用可能性
本発明によれば、 少なく とも正極、 負極および電解液を構成要素と する電池において、 当該電解液中に前記ジァジン N , N * —ジォキサ ィ ド化合物を含有させることにより、 過充電時の安全性に優れ、 かつ 低温特性やサイクル特性等の電池特性に優れた電池を得ることができ る。

Claims

請求の範囲
1. 一般式 (1) で示される、 ジァジン N, N' —ジォキサイ ド構造を有する化合物を含有することを特徴とする二次電池用電解液 <
Figure imgf000033_0001
[式中、 n、 m、 n' 及び m' はそれぞれ独立に 0以上の整数を示す。 また、 ジァジン環とベンゼン環との縮合の順序は交互であってもラン ダムであってもよい。 また、 置換基 R2、 R3、 R4、 Ra、 Rb、 Rc及び Rdは、 それぞれ独立に、 水素原子、 ハロゲン原子、 ヒ ドロキ シル基、 ニトロ基、 ニ トロソ基、 シァノ基、 カルボキシル基、 置換も しくは非置換のアルキル基、 置換もしくは非置換のアルケニル基、 置 換もしくは非置換のシク口アルキル基、 置換もしくは非置換の芳香族 炭化水素基、 置換もしくは非置換の芳香族複素環基、 置換もしくは非 置換のァラルキル基、 置換もしくは非置換のアミノ基、 置換もしくは 非置換のアルコキシ基、 置換もしくは非置換のァリールォキシ基、 置 換もしくは非置換のアルコキシカルボニル基、 置換もしくは非置換の ァリールォキシカルボニル基、 または置換もしくは非置換のァシル基 を示す。 ただし、 nが 2以上の場合、 Ra及び Rbはそれぞれ同一であ つても異なっていてもよく、 n' が 2以上の場合、 Rc及び Rdはそれ それ同一であっても異なっていてもよい。 また、 これらの置換基は、 その一個以上の原子が硫黄原子、 ゲイ素原子、 リ ン原子、 またはホウ 素原子で置換されていてもよく、 また置換基同士で環構造を形成して いてもよい。]
2. ジァジン N, N' —ジォキサイ ド構造を有する下記一般式 (1 ) で示される化合物の置換基 Rい R2、 R3、 R4> Ra、 Rb、 R c及び R dのうち二つの置換基に代えて二つの結合手を持つ二価基 を構造単位として有するオリゴマー又はポリマー化合物を含有するこ とを特徴とする二次電池用電解液。
Figure imgf000034_0001
[式中、 n、 m、 n' 及び m' はそれぞれ独立に 0以上の整数を示す。 また、 ジァジン環とベンゼン環との縮合の順序は交互であってもラン ダムであってもよい。 また、 置換基 1¾ぃ R2、 R3、 R4、 Ra、 Rb、 Rc及び Rdは、 それぞれ独立に、 水素原子、 ハロゲン原子、 ヒ ドロキ シル基、 ニトロ基、 ニトロソ基、 シァノ基、 カルボキシル基、 置換も しくは非置換のアルキル基、 置換もしくは非置換のアルケニル基、 置 換もしくは非置換のシク口アルキル基、 置換もしくは非置換の芳香族 炭化水素基、 置換もしくは非置換の芳香族複素環基、 置換もしく は非 置換のァラルキル基、 置換もしくは非置換のアミノ基、 置換もしくは 非置換のアルコキシ基、 置換もしくは非置換のァリールォキシ基、 置 換もしくは非置換のアルコキシカルボ二ル基、 置換もしくは非置換の ァリールォキシカルボ二ル基、 または置換もしくは非置換のァシル基 を示す。 ただし、 nが 2以上の場合、 Ra及び Rbはそれぞれ同一であ つても異なっていてもよく、 n' が 2以上の場合、 Re及び Rdはそれ ぞれ同一であっても異なっていてもよい。 また、 これらの置換基は、 その一個以上の原子が硫黄原子、 ケィ素原子、 リ ン原子、 またはホウ 素原子で置換されていてもよく、 また置換基同士で環構造を形成して いてもよい。]
3 . 前記ジァジン N . N ' —ジォキサイ ド構造を有する化合物 又はオリゴマー若しくはポリマー化合物は、 少なく ともその一部が電 解液に溶解していることを特徴とする請求項 1又は 2に記載の二次電 池用電解液。
4 . 前記電解液は、 その溶媒が有機溶媒であり、 リチウム塩が 溶解されているリチウム二次電池用の電解液である請求項 1、 2又は 3に記載の二次電池用電解液。
5 . 正極および負極、 並びに請求項 1、 2又は 3に記載の電解 液
を有する二次電池。
6 . 前記二次電池がリチウムニ次電池である請求項 5に記載の 二次電池。
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