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WO2006135029A1 - Electrolyte containing oxocarbon and use thereof - Google Patents

Electrolyte containing oxocarbon and use thereof Download PDF

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Publication number
WO2006135029A1
WO2006135029A1 PCT/JP2006/312074 JP2006312074W WO2006135029A1 WO 2006135029 A1 WO2006135029 A1 WO 2006135029A1 JP 2006312074 W JP2006312074 W JP 2006312074W WO 2006135029 A1 WO2006135029 A1 WO 2006135029A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
group
carbon atoms
low molecular
electrolyte
electrolyte according
Prior art date
Application number
PCT/JP2006/312074
Other languages
French (fr)
Japanese (ja)
Inventor
Ken Yoshimura
Original Assignee
Sumitomo Chemical Company, Limited
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Chemical Company, Limited filed Critical Sumitomo Chemical Company, Limited
Publication of WO2006135029A1 publication Critical patent/WO2006135029A1/en

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Classifications

    • 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
    • H01M10/0566Liquid materials
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01BCABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B1/00Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
    • H01B1/06Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of other non-metallic substances
    • H01B1/12Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of other non-metallic substances organic substances
    • H01B1/122Ionic conductors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00Electrolytes
    • H01M2300/0017Non-aqueous electrolytes
    • H01M2300/0025Organic electrolyte
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    • 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 containing oxocarbons and a low molecular weight compound and use thereof.
  • oxocarbons typified by squaric acid (square acid) have a high acidity because the hydrogen dissociated state in the oxocarbon group has a stable structure due to resonance ( ⁇ xo car bon s, 45 Page (Ed ited by Robert We st), Ac ad emi c Pres (1980), (ISBN: 0- 12-744580-3) (J ou rnaloft he Ame ric an Ch emi cal S ociety, 95, 8703 ( 1973)
  • electrolytes especially nonaqueous electrolytes, are used as electrolytes for energy storage devices such as lithium secondary batteries, and these devices have high voltage and high energy density and are highly reliable.
  • Non-aqueous electrolytes are composed of non-aqueous solvents and inorganic salts, and non-aqueous solvents are generally high-dielectric constant organic solvents such as propylene carbonate, Ptylolactone, sulfolane, or low viscosity
  • organic solvent Jimechiruka one port Ne Ichito, dimethoxy E Tan, Te tetrahydrofuran, 1, 3 Jiokisoran is used.
  • electrolytes containing oxocarbons are useful as electrolytes such as lithium secondary batteries, and inorganic.
  • the present invention was completed by finding out that it has lithium conductivity comparable to an electrolyte composed of a salt and an organic solvent, has excellent chemical stability, and can maintain high lithium conductivity over a long period of time.
  • the present invention relates to an electrolyte comprising: [1] oxocarbons and a low molecular compound having a molecular weight of less than 1000.
  • X 1 and X 2 each independently represent —O—, 1 S— or 1 NR ′ —, Z represents 1 CO—, 1 C (S) 1 and 1 C (NR ′ ′) —, Represents an optionally substituted alkylene group having 1 to 6 carbon atoms or an optionally substituted arylene group having 6 to 10 carbon atoms, n represents the number of repetitions, and 0 to Represents an integer of 10.
  • R may have _OH, -SH, — NHR ''', or a substituent
  • An alkyl group having 1 to 18 carbon atoms, an aryl group having 6 to 18 carbon atoms which may have a substituent, or an aralkyl group having 16 to 16 carbon atoms which may have a substituent R ′, R ′ ′ and R ′ ′ ′ each independently represent a hydrogen atom, an optionally substituted alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, or an optionally substituted carbon group having 6 to 10 carbon atoms.
  • B represents an aryl group of It represents an atom or a monovalent metal atom.
  • Z is one CO_, one C (S) — or one C (NH) —.
  • a battery comprising the electrolyte according to any one of [1] to [11],
  • the electrolyte of the present invention is characterized by containing oxocarbons and a low molecular weight compound.
  • oxocarbons a compound represented by the following formula (1).
  • X 1 and X 2 each independently represent —O—, 1 S— or 1 NR ′ —
  • Z represents one CO_, one C (S) one, one C (NR ′,) —
  • substitution represents an alkylene group having 1 to 6 carbon atoms which may have a group or an arylene group having 6 to 10 carbon atoms which may have a substituent
  • n represents the number of repetitions
  • 0 to 10 N may be the same as or different from each other
  • R may be 10H, — SH, 1 NHR ''', or may have a substituent.
  • R, R ′ ′, and R ′ ′ ′ each independently represent a hydrogen atom, an optionally substituted alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, or an optionally substituted carbon group.
  • B is Represents a hydrogen atom or a monovalent metal atom.
  • the free acid in which B is a hydrogen atom has high acidity.
  • X 1 and X 2 each independently represent —O—, —S— or —NR′—.
  • R ′ is a hydrogen atom, a methyl group, a trifluoromethyl group, an ethyl group, a propyl group, an isopropyl group, an n-butyl group, etc., and an optionally substituted alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, Alternatively, it represents an aryl group having 6 to 10 carbon atoms, which may have a substituent represented by a phenyl group, a phenylfluorophenyl group, a naphthyl group, or the like.
  • R ′ is preferably a hydrogen atom.
  • X 1 and X 2 are preferably either 101 or 1 S—, particularly preferably both One is O-.
  • Z is one CO—, one C (S) one, — C (NR, ') one, an optionally substituted alkylene group having 1 to 6 carbon atoms or a substituent.
  • R ′ ′ is a hydrogen atom, a methyl group, a trifluoromethyl group, an ethyl group, a propyl group, an isopropyl group, an n-butyl group and the like. It represents an aryl group having 6 to 10 carbon atoms which may have a substituent represented by an alkyl group, a phenyl group, a penufluorofluorophenyl group, a naphthyl group or the like.
  • R ′ ′ is preferably a hydrogen atom.
  • examples of the alkylene group having 1 to 6 carbon atoms include methylene, ethylene, propylene, i-propylene, butylene, and pentylene.
  • examples of the arylene group having 6 to 10 carbon atoms include phenylene and naphthylene.
  • examples of the substituent include haguchi atom such as fluorine, chlorine, bromine, etc. Among them, fluorine is preferably used.
  • Z is preferably —CO—, 1 C (S) —, 1 C (NR ′ ′) —, methylene, difluoromethylene, phenylene, tetrafluorophenylene, etc., more preferably —C ⁇ 1, 1 C (S) 1st grade, particularly preferably 1 CO— etc.
  • R is —OH, _SH, —NHR ′ ′ ′, an optionally substituted alkyl group having 1 to 18 carbon atoms, an optionally substituted aryl group having 6 to 18 carbon atoms, or a substituent.
  • R ′ ′ ′ is a hydrogen atom, a methyl group, a trifluoromethyl group, an ethyl group, a propyl group, an isopropyl group, an n-butyl group and the like.
  • R ′ ′ ′ is preferably a hydrogen atom.
  • examples of the alkyl group having 1 to 18 carbon atoms include methyl, ethyl, propyl, i-propyl, n-butyl, sec-butyl, isobutyl, t-butyl, pentyl, hexyl, heptyl, octyl, nonyl, Examples include decyl, undecyl, dodecyl, tridecyl, tetradecyl, pen decyl, hexadecyl, hepdecyl, and decyl decyl.
  • Examples of the substituent when the alkyl group having 1 to 18 carbon atoms has a substituent include, for example, halogens such as fluoro, black mouth, and bromo, alkoxy having 1 to 5 carbon atoms such as nitro, cyan, methoxy, ethoxy, and propoxy , Fluoroalkyls having 1 to 5 carbon atoms such as trifluoromethyl and penufluoromethyl.
  • Examples of the aryl group having 6 to 18 carbon atoms include phenyl, naphthyl, and anthranyl.
  • substituents include halogens such as fluoro, black mouth, and bromo, nitro, cyan, methoxy, ethoxy, and propoxy.
  • fluoroalkyl having 1 to 5 carbon atoms such as alkoxy, trifluoromethyl and pentafluoromethyl
  • alkyl having 1 to 5 carbon atoms such as methyl, ethyl, propyl and butyl.
  • Examples of the aralkyl group having 7 to 16 carbon atoms include benzyl, phenylethyl, phenylpropyl, naphthylmethyl, naphthylethyl and the like.
  • Examples of the substituent in the case where the aralkyl group having 7 to 16 carbon atoms has a substituent include halogens such as fluoro, black mouth and bromo, nitro, cyan, methoxy, ethoxy, propoxy and the like having 1 to 5 carbon atoms.
  • Examples thereof include fluoroalkyl having 1 to 5 carbon atoms such as alkoxy, trifluoromethyl and pentafluoromethyl, and alkyl having 1 to 5 carbon atoms such as methyl, ethyl, propyl and butyl.
  • R is preferably one OH, one SH, a methyl group, an ethyl group, a trifluoromethyl group, a phenyl group, a naphthyl group, a pentafluorophenyl group, a benzyl group, etc., more preferably _OH, a phenyl group. And penfluorofluorophenyl group.
  • B represents a hydrogen atom or a monovalent metal atom.
  • monovalent metal atoms include lithium atoms, sodium atoms, potassium atoms, cesium atoms, and silver atoms.
  • B is preferably a hydrogen atom, a lithium atom, a sodium atom, a potassium atom, or a cesium atom, more preferably a hydrogen atom, a lithium atom, a sodium atom, or a potassium atom, and even more preferably a hydrogen atom or a lithium atom. is there.
  • B is preferably a lithium atom.
  • B is preferably a hydrogen atom.
  • Examples of the oxopower compounds represented by the formula (1) in the present invention include the following compounds.
  • B is a hydrogen atom
  • these metal salts may be used.
  • the above oxocarbons are used. Among these,
  • (a 1) to (a 54) are preferred.
  • the oxo power can be produced according to the following method. They may also be obtained from reagent manufacturers.
  • the ester is obtained by the method of (I) to (IV), the ester is hydrolyzed with an acid or alkali to obtain an oxocarbon in which B in the general formula (1) is a hydrogen atom. Can do.
  • B in the formula (1) is a monovalent metal ion, it can be obtained by neutralizing the free acid oxocarbons with a solution containing an alkali metal hydroxide.
  • the electrolyte of the present invention is characterized by containing the above oxocarbons and a low molecular weight compound.
  • those having a molecular weight of less than 1000 are preferably used. More preferably, a molecular weight of 700 or less, particularly preferably a molecular weight of 500 or less is used.
  • a compound showing a liquid state at 1 atmosphere and 25 ° C. is preferred.
  • Low molecular weight compounds include alcohols, ketones, ethers, halogens, sulfoxides, sulfones, amides, aliphatic hydrocarbons, aromatic hydrocarbons, carbonates, esters, nitriles, oligoalkylene glycols, and mixtures thereof.
  • those having a fluorine atom-containing substituent (fluorine substituent) introduced may be mentioned.
  • alcohol methanol, ethanol, isopropanol, butanol And benzophenone.
  • ethers examples include jetyl ether, dibutyl ether, diphenyl ether, tetrahydrofuran (hereinafter abbreviated as TH F), dioxane, dioxolane, ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, propylene glycol monomethyl ether, And propylene glycol monoethyl ester.
  • TH F tetrahydrofuran
  • the eight-logen includes black mouth form, dichloromethane, 1,2-dichloroethane, 1,1,2,2,2-tetrachloroethane, black mouth benzene, dichlorobenzene, and the like.
  • the sulfoxide is dimethyl sulfoxide (hereinafter abbreviated as DMSO). )).
  • sulfone diphenyl sulfone, sulfolane, etc.
  • amide N, N-dimethylacetamide (hereinafter abbreviated as DMAc), N-methylacetamide, N, N-dimethylformamide (hereinafter abbreviated as DMF), N-methylformamide, formamide, N-methylpyrrolidone (hereinafter abbreviated as NMP), and the like.
  • DMAc N-dimethylacetamide
  • DMF N-methylacetamide
  • NMP N-methylpyrrolidone
  • aliphatic hydrocarbons include pentane, hexane, heptane, and octane
  • aromatic hydrocarbons include benzene, toluene, and xylene.
  • carbonate esters examples include propylene carbonate, ethylene carbonate, dimethyl carbonate, jetyl carbonate, ethyl methyl carbonate, 4-trifluoromethyl-1,3-dioxolan-2-one, 1,2-di (methoxycarbonyloxy) Ethane is methyl formate, methyl acetate, and r-ptilolactone, nitrile is acetonitrile, ptyronitrile, etc., and oligoalkylene glycol is oligo (ethylene glycol), oligo (propylene glycol), Oligo (butylene glycol) and the like can be mentioned.
  • an aprotic solvent is mainly used as the low molecular weight compound.
  • low molecular weight compounds include carbonic acid esters, ethers, esters, nitriles, amides, sulfoxides, sulfones, mixtures thereof, or further fluorine substituents. Things.
  • carbonic acid esters, ethers, esters, mixtures thereof, or those in which a fluorine substituent is further introduced are preferable.
  • the low molecular weight compound is preferably a compound having a dielectric constant of 20 or more, more preferably 30 or more, further preferably 40 or more, and more preferably 50 or more, from the viewpoint of solubility of oxocarbons and ion conductivity. Are particularly preferred.
  • the high dielectric constant component having a dielectric constant of 20 or more is preferably 20% by weight or more based on the total weight of the low molecular compounds, and 30% by weight. % Or more, more preferably 40% by weight or more, and particularly preferably 50% by weight or more.
  • the high dielectric constant component having a dielectric constant of 30 or more is preferably 20% by weight or more based on the total weight of the low molecular compounds, and 30% by weight. % Or more, more preferably 40% by weight or more, and particularly preferably 50% by weight or more.
  • the high dielectric constant component having a dielectric constant of 40 or more is preferably 20% by weight or more based on the total weight of the low molecular compounds, and 30% by weight. % Or more, more preferably 40% by weight or more, and particularly preferably 50% by weight or more.
  • the high dielectric constant component having a dielectric constant of 50 or more is preferably 20% by weight or more based on the total weight of the low molecular compounds, and 30% by weight. % Or more, more preferably 40% by weight or more, and particularly preferably 50% by weight or more.
  • the low molecular weight compound used in the electrolyte of the present invention preferably contains a cyclic carbonate.
  • the cyclic carbonate is preferably 20% by weight or more, more preferably 30% by weight or more, still more preferably 40% by weight or more, based on the total weight of the low molecular weight compound. Particularly preferred is 0% by weight or more.
  • Most preferred as cyclic carbonate is propylene carbonate, propylene. Carbonates and mixtures thereof.
  • the electrolyte of the present invention containing the low molecular weight compound as described above and the above oxocarbons is [substance amount of oxocarbons (mmo 1)] / [weight of low molecular weight compound (g) + Bonn weight (g)], that is, the equivalent amount of oxocarbons in the electrolyte is usually 0.05 to 8 mmo 1 Zg, preferably 0.1 to 7 mmol lZg, more preferably 0.3 to 6 mmo. 1 / g, most preferably 0.5-5mmo 1 Zg.
  • the equivalent of oxocarbons in the electrolyte is less than 0.05 mmo lZg, the ionic conductivity tends to decrease, which is not preferable in terms of power generation characteristics, and if it exceeds 8 mmo 1 ng, it dissolves in the solvent. There is a tendency for components that cannot be fully deposited to precipitate.
  • the oxocarbons are usually used so that the equivalent of the oxocarbons in the electrolyte falls within the above range.
  • the equivalent of oxocarbons in the electrolyte of the present invention is determined using the NMR method.
  • the electrolyte of the present invention can be produced by mixing oxocarbons and a low molecular weight compound. When mixing, it may be at room temperature or heated below the boiling point of the low molecular compound. The heating temperature is preferably 150 ° C. or lower, more preferably 100 ° C. or lower.
  • the electrolyte of the present invention can be suitably used by impregnating a support with a mixture of oxocarbons and a low molecular weight compound.
  • the carrier include porous materials, woven fabrics, non-woven fabrics, and the like. Specifically, materials composed of polymers typified by a separate evening described later, inorganic porous materials such as zeolite, molecular sieves, and porous glass. The material which consists of quality etc. is mentioned, The below-mentioned separate evening is especially preferable.
  • the lithium secondary battery of the present invention generally has a positive electrode sheet, a negative electrode sheet, a separator, and the electrolyte of the present invention.
  • the positive electrode sheet usually has a mixture containing a positive electrode active material, a conductive material and a binder on the current collector.
  • the one supported on is used.
  • the positive electrode active material a material containing a material capable of doping and detaching lithium ions, a material containing a carbonaceous material as a conductive material, and a material containing a thermoplastic resin as a binder are used. be able to.
  • the material capable of doping and dedoping lithium ions include lithium composite oxides containing at least one transition metal such as V, Mn, Fe, Co, and Ni.
  • lithium nickel acid lithium composite oxide having an N a F E_ ⁇ 2 type structure, such as cobalt oxide lithium ⁇ beam, a spinel structure such as lithium cartoon Nsupineru And lithium composite oxide.
  • the lithium composite oxide may contain various metal elements, particularly Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Cu, Ag, Mg, Al, Ga, I.
  • the at least one metal element is 0 with respect to the sum of the number of moles of at least one metal element selected from the group consisting of n and Sn and the number of moles of Ni in lithium nickelate. It is preferable to use a composite lithium nickelate containing the metal element so that the amount is 1 to 20 mol% because cycleability in use at a high capacity is improved.
  • thermoplastic resin As the binder, a thermoplastic resin is used. Specifically, polyvinylidene fluoride, vinylidene fluoride copolymer, polytetrafluoroethylene, tetrafluoroethylene monohexafluoropropylene, and the like are used. Polymer, copolymer of tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether, copolymer of ethylene-tetrafluoroethylene, copolymer of vinylidenefluoride hexafluoropropylene-tetrafluoroethylene, thermoplastic Examples include thermoplastic resins such as polyimide, polyethylene, and polypropylene.
  • Examples of the conductive agent include carbonaceous materials such as natural graphite, artificial graphite, coke, and force pump rack.
  • carbonaceous materials such as natural graphite, artificial graphite, coke, and force pump rack.
  • the conductive material each may be used alone, for example, artificial graphite and carbon black may be mixed and used.
  • the positive electrode current collector Al, Ni, stainless steel or the like can be used, and A 1 is preferable in that it is easy to process into a thin film and is inexpensive.
  • a method for supporting the mixture containing the positive electrode active material on the positive electrode current collector a pressure molding method, a solvent, or the like is used. A paste or solution, and coating and drying on a current collector. In the latter method of coating and drying using a solvent, a method of pressing and fixing after drying can also be used.
  • the negative electrode sheet for example, a material capable of doping and dedoping lithium ions, lithium metal or lithium alloy can be used.
  • Materials that can be doped and removed from lithium ions include natural graphite, artificial graphite, cokes, car pump racks, pyrolytic carbons, carbon fibers, and burned organic polymer compounds, and positive electrodes
  • chalcogen compounds such as oxides and sulfides that dope / de-dope lithium ions at a low potential.
  • the main component is a graphite material such as natural graphite or artificial black lead, because it has a high potential flatness and a low average discharge potential, so when combined with a positive electrode, a large energy density can be obtained.
  • a carbonaceous material is preferred.
  • the negative electrode current collector As the negative electrode current collector, Cu, Ni, stainless steel and the like can be used. In particular, in a lithium secondary battery, Cu is preferable because it is difficult to form an alloy with lithium and it is easy to process into a thin film.
  • the negative electrode current collector may be loaded with a mixture containing a negative electrode active material by a method of pressure molding, or by pasting into a paste using a solvent or the like and applying and drying on the current collector, followed by pressing. Is mentioned.
  • the separator can be made of a material such as fluororesin, polyethylene resin such as polyethylene, polypropylene, nylon, aromatic amide, and the like, and has a form such as a porous membrane, a nonwoven fabric, and a woven fabric.
  • the thickness of the separation overnight is preferably as thin as possible as long as the mechanical strength is maintained, from the viewpoint that the volume energy density of the battery increases and the internal resistance decreases, and is preferably about 10 to 200.
  • the shape of the lithium battery using the positive electrode active material for the secondary battery of the present invention is not particularly limited, and may be any of a paper type, a coin type, a cylindrical type, a rectangular type, and the like.
  • the present invention will be described below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.
  • the lithium ion conductivity was measured at 25 ° C in a dry air atmosphere using a conductivity meter (CM-2 OS) manufactured by Toa Denpa Kogyo Co., Ltd., CELL TYPE: CG-51 1 B (cell constant: 0.983). Measurements were taken at C. (Reference Example 1)
  • An electrolyte (B) was obtained in the same manner as in Example 1 except that the amount of propylene carbonate was changed to 10 ml.
  • the equivalent of oxocarbon in (B) was 0.461 mmol / g.
  • Table 1 shows the results of conductivity measurement for (B).
  • Solution B The solution is referred to as Solution B.
  • the electrolyte containing the oxocarbons and the low-molecular compound of the present invention is applied to a battery such as a secondary battery, a fuel battery, an air battery, a solar battery, a capacitor, a capacitor, a sensor, an element, and an overnight.
  • a battery such as a secondary battery, a fuel battery, an air battery, a solar battery, a capacitor, a capacitor, a sensor, an element, and an overnight.
  • a lithium-ion conductive electrolyte for lithium secondary batteries is particularly useful as a lithium-ion conductive electrolyte for lithium secondary batteries.
  • the electrolyte of the present invention is practical because it not only has lithium conductivity comparable to an electrolyte composed of an inorganic salt and an organic compound, but also has excellent chemical stability and can maintain high lithium conductivity for a long time. This is also advantageous.

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Abstract

As an electrolyte that is useful as an electrolyte of lithium secondary battery, etc., excels in chemical stability and can retain high lithium conductivity over a prolonged period of time, there is provided an electrolyte characterized by containing an oxocarbon and a low-molecular compound.

Description

明細書  Specification
ォキソ力一ボン類を含有する電解質およびその用途 技術分野  ELECTROLYTE CONTAINING OXO POWER
本発明は、 ォキソカーボン類と低分子化合物を含有する電解質及びその用途 に関する。 背景技術  The present invention relates to an electrolyte containing oxocarbons and a low molecular weight compound and use thereof. Background art
スクアリン酸 (四角酸) に代表されるォキソカーボン類は、 ォキソカーボン基 における水素が解離した状態が共鳴による安定な構造となるため酸性度が髙いこ とが知られている (〇xo c a r bon s、 45頁 (Ed i t e d by R o b e r t We s t) , Ac ad emi c P r e s s (1980) , ( I S B N : 0- 12-744580-3) (J ou r n a l o f t he Ame r i c an Ch emi c a l S o c i e t y, 95, 8703 (1973) 。 一方、 電解液、 中でも非水電解液は、 リチウム二次電池などエネルギー貯蔵デ バイスの電解液として使用され、 これらのデバイスは高電圧 ·高エネルギー密度 を有し、 信頼性に優れているため、 広く電子機器の電源などに用いられている。 非水電解液は、 非水溶媒と無機塩からなり、 非水溶媒としては、 一般に高誘電率 の有機溶媒であるプロピレンカーボネート、 ァープチロラクトン、 スルホラン、 あるいは低粘度の有機溶媒であるジメチルカ一ポネ一ト、 ジメトキシェタン、 テ トラヒドロフラン、 1、 3—ジォキソランなどが用いられている。 また無機塩と しては L i C 104、 L i P F6、 L i A s F6、 L i S b F6、 L i B F4、 L i CF 3S03、 L i N (CF3S02) 2、 L i C (CF3S02) 3、 L i2B10C 110, 低級脂 肪族カルボン酸リチウム塩、 L i A l C 14などが用いられている。 発明の開示 It is known that oxocarbons typified by squaric acid (square acid) have a high acidity because the hydrogen dissociated state in the oxocarbon group has a stable structure due to resonance (〇xo car bon s, 45 Page (Ed ited by Robert We st), Ac ad emi c Pres (1980), (ISBN: 0- 12-744580-3) (J ou rnaloft he Ame ric an Ch emi cal S ociety, 95, 8703 ( 1973) On the other hand, electrolytes, especially nonaqueous electrolytes, are used as electrolytes for energy storage devices such as lithium secondary batteries, and these devices have high voltage and high energy density and are highly reliable. Therefore, it is widely used in power supplies for electronic devices, etc. Non-aqueous electrolytes are composed of non-aqueous solvents and inorganic salts, and non-aqueous solvents are generally high-dielectric constant organic solvents such as propylene carbonate, Ptylolactone, sulfolane, or low viscosity An organic solvent Jimechiruka one port Ne Ichito, dimethoxy E Tan, Te tetrahydrofuran, 1, 3 Jiokisoran is used. Also in the inorganic salt L i C 10 4, L i PF 6, L i A s F 6 , L i S b F 6 , L i BF 4 , L i CF 3 S0 3 , L i N (CF 3 S0 2 ) 2 , L i C (CF 3 S0 2 ) 3 , L i 2 B 10 C 1 10, a lower fat aliphatic carboxylic acid lithium salts, such as L i a l C 1 4 are used. dISCLOSURE oF iNVENTION
しかしながら、 ォキソ力一ボン類と低分子化合物からなる電解質は知られてい ない。 However, electrolytes composed of oxonobon and low molecular weight compounds are known. Absent.
本発明者等は、 ォキソカーボン類と低分子化合物からなる電解質を製造し種々 検討を重ねた結果、 ォキソカーボン類を含有する電解質が、 リチウム二次電池な どの電解質として有用であることを見出すとともに、 無機塩と有機溶媒からなる 電解質に匹敵するリチウム伝導性を有し、 化学的安定性に優れ、 長時間に亘り高 いリチウム伝導性を維持し得ることを見出し、 本発明を完成した。  As a result of manufacturing various electrolytes made of oxocarbons and low molecular weight compounds, the present inventors have found that electrolytes containing oxocarbons are useful as electrolytes such as lithium secondary batteries, and inorganic. The present invention was completed by finding out that it has lithium conductivity comparable to an electrolyte composed of a salt and an organic solvent, has excellent chemical stability, and can maintain high lithium conductivity over a long period of time.
すなわち本発明は、 .〔1〕 ォキソカーボン類と分子量が 1000未満である低 分子化合物とを含有することを特徴とする電解質に係るものである。  That is, the present invention relates to an electrolyte comprising: [1] oxocarbons and a low molecular compound having a molecular weight of less than 1000.
さらに本発明は、 〔2〕 ォキソ力一ボン類が、 下式 (1) で示される 〔1〕 に 記載の電解質、  Further, the present invention provides: [2] The electrolyte according to [1], wherein the oxodynamic force is represented by the following formula (1):
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(式中、 X1、 X2はそれぞれ独立に— O—、 一 S—又は一 NR' —を表し、 Zは 一 CO—、 一 C (S) 一、 一 C (NR' ' ) ―、 置換基を有していても良い炭素 数 1〜 6のアルキレン基又は置換基を有していても良い炭素数 6〜 10のァリー レン基を表す。 nは、 繰り返しの数を表わし、 0〜10の整数を表わす。 n個あ る Zは、 互いに同じであっても良く、 異なっていても良い。 Rは、 _OH、 -S H、 — NHR' ' ' 、 置換基を有していても良い炭素数 1〜18のアルキル基、 置換基を有していても良い炭素数 6〜18のァリール基又は置換基を有していて も良い炭素数?〜 16のァラルキル基を表す。 R' 、 R' ' 、 R' ' ' は、 それ ぞれ独立に水素原子、 置換基を有していてもよい炭素数 1〜 6のアルキル基又は 置換基を有していてもよい炭素数 6〜10のァリ一ル基を表す。 Bは、 水素原子 または 1価の金属原子を表す。 ) (Wherein X 1 and X 2 each independently represent —O—, 1 S— or 1 NR ′ —, Z represents 1 CO—, 1 C (S) 1 and 1 C (NR ′ ′) —, Represents an optionally substituted alkylene group having 1 to 6 carbon atoms or an optionally substituted arylene group having 6 to 10 carbon atoms, n represents the number of repetitions, and 0 to Represents an integer of 10. The n Z's may be the same or different from each other R may have _OH, -SH, — NHR ''', or a substituent An alkyl group having 1 to 18 carbon atoms, an aryl group having 6 to 18 carbon atoms which may have a substituent, or an aralkyl group having 16 to 16 carbon atoms which may have a substituent R ′, R ′ ′ and R ′ ′ ′ each independently represent a hydrogen atom, an optionally substituted alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, or an optionally substituted carbon group having 6 to 10 carbon atoms. B represents an aryl group of It represents an atom or a monovalent metal atom.)
〔3〕 Zが、 一 CO_、 一 C (S) —又は一 C (NH) —のいずれかであること を特徴とする 〔2〕 記載の電解質、 [3] Z is one CO_, one C (S) — or one C (NH) —. [2] the electrolyte according to the above,
〔4〕 X1と X2がー〇一、 Zがー C O—、 nが 0〜2のいずれかであることを特 徴とする 〔2〕 〜 〔3〕 のいずれかに記載の電解質、 [4] The electrolyte according to any one of [2] to [3], wherein X 1 and X 2 are −001, Z is —CO—, and n is any of 0 to 2,
〔5〕 Bが水素原子、 リチウム原子、 ナトリウム原子、 カリウム原子、 セシウム 原子から選ばれることを特徴とする 〔2〕 〜 〔4〕 のいずれかに記載の電解質、 [5] The electrolyte according to any one of [2] to [4], wherein B is selected from a hydrogen atom, a lithium atom, a sodium atom, a potassium atom, and a cesium atom,
〔6〕 低分子化合物が 2 5 °Cにおいて液体状態を示す化合物であることを特徴と する 〔1〕 〜 〔6〕 のいずれかに記載の電解質、 [6] The electrolyte according to any one of [1] to [6], wherein the low molecular weight compound is a compound that exhibits a liquid state at 25 ° C.
〔7〕 低分子化合物が非プロトン性化合物であることを特徴とする 〔1〕 〜 〔6〕 のいずれかに記載の電解質、  [7] The electrolyte according to any one of [1] to [6], wherein the low-molecular compound is an aprotic compound,
〔8〕低分子化合物が誘電率 5 0以上の低分子化合物であることを特徴とする〔1〕 〜 〔7〕 のいずれかに記載の電解質、  [8] The electrolyte according to any one of [1] to [7], wherein the low molecular compound is a low molecular compound having a dielectric constant of 50 or more,
〔9〕 低分子化合物が環状炭酸エステルであることを特徴とする 〔1〕 〜 〔8〕 のいずれかに記載の電解質、  [9] The electrolyte according to any one of [1] to [8], wherein the low molecular weight compound is a cyclic carbonate.
〔1 0〕 低分子化合物がエチレンカーボネート、 プロピレン力一ポネートのいず れか一方または両方を含むことを特徴とする 〔1〕 〜 〔9〕 のいずれかに記載の 電解質、  [1 0] The electrolyte according to any one of [1] to [9], wherein the low molecular weight compound includes one or both of ethylene carbonate and propylene power monoponate,
〔1 1〕 [ォキソカーボン類の物質量(mm o 1 ) 1 / [低分子化合物の重量(g ) +ォキソ力一ボン類の重量 (g ) ] が 0 . 0 5〜8 mm o 1 / gであることを特 徴とする 〔1〕 〜 〔1 0〕 のいずれかに記載の電解質、  [1 1] [Substance of oxocarbons (mm o 1) 1 / [Weight of low molecular weight compound (g) + Weight of oxobons (g)] is 0.05 to 8 mm o 1 / g The electrolyte according to any one of [1] to [10],
〔1 2〕 前記の 〔1〕 〜 〔1 1〕 のいずれかに記載の電解質を有することを特徴 とする電池、  [12] A battery comprising the electrolyte according to any one of [1] to [11],
〔1 3〕 電池がリチウム二次電池である 〔1 2〕 記載の電池に係るものである。 発明を実施するための最良の形態  [1 3] The battery according to [1 2], wherein the battery is a lithium secondary battery. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
以下、 本発明を詳細に説明する。  Hereinafter, the present invention will be described in detail.
本発明の電解質は、 ォキソカーボン類と低分子化合物を含有することを特徴 とする。 ここで、 ォキソカーボン類の代表例としては、 下式 (1) で示される化合物 が挙げられる。 The electrolyte of the present invention is characterized by containing oxocarbons and a low molecular weight compound. Here, a representative example of oxocarbons is a compound represented by the following formula (1).
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(式中、 X1、 X2はそれぞれ独立に— O—、 一 S—又は一 NR' —を表し、 Zは 一 CO_、 一 C (S) 一、 一 C (NR' , ) ―、 置換基を有していても良い炭素 数 1〜 6のアルキレン基又は置換基を有していても良い炭素数 6〜 10のァリー レン基を表す。 nは、 繰り返しの数を表わし、 0〜10の整数を表わす。 n個あ る Zは、 互いに同じであっても良く、 異なっていても良い。 Rは、 一〇H、 — S H、 一 NHR' ' ' 、 置換基を有していても良い炭素数 1〜18のアルキル基、 置換基を有していても良い炭素数 6〜18のァリ一ル基又は置換基を有していて も良い炭素数?〜 16のァラルキル基を表す。 R、 R' ' 、 R' ' ' は、 それぞ れ独立に水素原子、 置換基を有していてもよい炭素数 1〜 6のアルキル基又は置 換基を有していてもよい炭素数 6〜10のァリール基を表す。 Bは、 水素原子ま たは 1価の金属原子を表す。 ) (In the formula, X 1 and X 2 each independently represent —O—, 1 S— or 1 NR ′ —, Z represents one CO_, one C (S) one, one C (NR ′,) —, substitution Represents an alkylene group having 1 to 6 carbon atoms which may have a group or an arylene group having 6 to 10 carbon atoms which may have a substituent, n represents the number of repetitions, and 0 to 10 N may be the same as or different from each other, and R may be 10H, — SH, 1 NHR ''', or may have a substituent. Represents an alkyl group having 1 to 18 carbon atoms, an aryl group having 6 to 18 carbon atoms which may have a substituent, or an aralkyl group having 16 to 16 carbon atoms which may have a substituent. R, R ′ ′, and R ′ ′ ′ each independently represent a hydrogen atom, an optionally substituted alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, or an optionally substituted carbon group. Represents an aryl group of the number 6 to 10. B is Represents a hydrogen atom or a monovalent metal atom.)
式 (1) で表わされるォキソカーボン類において、 Bが水素原子である遊離酸 は酸性度が高い。  In the oxocarbons represented by the formula (1), the free acid in which B is a hydrogen atom has high acidity.
式 (1) で示されるォキソカーボン類において、 X1、 X2はそれぞれ独立に— 〇一、 — S—又は— NR' —を表す。 R' は、 水素原子、 メチル基、 トリフルォ ロメチル基、 ェチル基、 プロピル基、 イソプロピル基、 n—ブチル基等で代表さ れる置換基を有していてもよい炭素数 1〜6のアルキル基、 又はフエニル基、 ぺ ン夕フルオロフェニル基、 ナフチル基等で代表される置換基を有していてもよい 炭素数 6〜10のァリ一ル基を表す。 R'として好ましくは水素原子である。 X1、 X2として好ましくはいずれかが一〇一、 または一 S—であり、特に好ましくは両 方が一 O—である。 In the oxocarbons represented by the formula (1), X 1 and X 2 each independently represent —O—, —S— or —NR′—. R ′ is a hydrogen atom, a methyl group, a trifluoromethyl group, an ethyl group, a propyl group, an isopropyl group, an n-butyl group, etc., and an optionally substituted alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, Alternatively, it represents an aryl group having 6 to 10 carbon atoms, which may have a substituent represented by a phenyl group, a phenylfluorophenyl group, a naphthyl group, or the like. R ′ is preferably a hydrogen atom. X 1 and X 2 are preferably either 101 or 1 S—, particularly preferably both One is O-.
また Zは一 CO—、 一 C (S) 一、 — C (NR, ' ) 一、 置換基を有していて もよい炭素数 1〜 6のアルキレン基又は置換基を有していてもよい炭素数 6〜 1 0のァリーレン基を表す。 R' ' は、 水素原子、 メチル基、 トリフルォロメチル 基、 ェチル基、 プロピル基、 イソプロピル基、 n—ブチル基等で代表される置換 基を有していてもよい炭素数 1〜6のアルキル基、 又はフエニル基、 ペン夕フル オロフェニル基、 ナフチル基等で代表される置換基を有していてもよい炭素数 6 〜10のァリール基を表す。 R' ' として好ましくは水素原子である。  Z is one CO—, one C (S) one, — C (NR, ') one, an optionally substituted alkylene group having 1 to 6 carbon atoms or a substituent. Represents an arylene group having 6 to 10 carbon atoms. R ′ ′ is a hydrogen atom, a methyl group, a trifluoromethyl group, an ethyl group, a propyl group, an isopropyl group, an n-butyl group and the like. It represents an aryl group having 6 to 10 carbon atoms which may have a substituent represented by an alkyl group, a phenyl group, a penufluorofluorophenyl group, a naphthyl group or the like. R ′ ′ is preferably a hydrogen atom.
ここで、 炭素数 1〜6のアルキレン基としては、 例えばメチレン、 エチレン、 プロピレン、 i—プロピレン、 ブチレン、 ペンチレン等が挙げられる。 また炭素 数 6〜10のァリーレン基としては、 例えばフエ二レン、 ナフチレン等が挙げら れる。 置換基を有する場合の置換基としては、 例えば、 フッ素、 塩素、 臭素など のハ口ゲン原子が挙げられ、 なかでもフッ素が好ましく用いられる。  Here, examples of the alkylene group having 1 to 6 carbon atoms include methylene, ethylene, propylene, i-propylene, butylene, and pentylene. Examples of the arylene group having 6 to 10 carbon atoms include phenylene and naphthylene. In the case of having a substituent, examples of the substituent include haguchi atom such as fluorine, chlorine, bromine, etc. Among them, fluorine is preferably used.
Zは、 好ましくは— CO—、 一 C (S) ―、 一 C (NR' ' ) ―、 メチレン、 ジフルォロメチレン、 フエ二レン、 テトラフルオロフェニレン等であり、 より好 ましくは— C〇一、 一 C (S) 一等であり、 特に好ましくは一 CO—等である。 nは Zの繰り返しの数を表わし、 η = 0〜10の数を表わす。 n個ある Zは同 じであっても良いし、 異なっていても良い。 nは、 好ましくは 0〜4であり、 よ り好ましくは 0〜 2であり、 特に好ましくは 1である。  Z is preferably —CO—, 1 C (S) —, 1 C (NR ′ ′) —, methylene, difluoromethylene, phenylene, tetrafluorophenylene, etc., more preferably —C ○ 1, 1 C (S) 1st grade, particularly preferably 1 CO— etc. n represents the number of repetitions of Z, and represents the number of η = 0-10. The n Zs may be the same or different. n is preferably 0 to 4, more preferably 0 to 2, and particularly preferably 1.
Rは— OH、 _SH、 -NHR' ' ' 、 置換基を有していても良い炭素数 1〜 18のアルキル基、 置換基を有していても良い炭素数 6〜18のァリール基又は 置換基を有していても良い炭素数 7〜16のァラルキル基を表す。 R' ' ' は、 水素原子、 メチル基、 トリフルォロメチル基、 ェチル基、 プロピル基、 イソプロ ピル基、 n―ブチル基等で代表される置換基を有していてもよい炭素数 1〜 6の アルキル基又はフエニル基、 ペン夕フルオロフェニル基、 ナフチル基等で代表さ れる置換基を有していてもよい炭素数 6〜10のァリール基を表す。 R' ' ' と して好ましくは水素原子である。 ここで、 炭素数 1〜1 8のアルキル基としては、 例えばメチル、 ェチル、 プロ ピル、 i 一プロピル、 n—ブチル、 s e cーブチル、 イソブチル、 tーブチル、 ペンチル、 へキシル、 ヘプチル、 ォクチル、 ノニル、 デシル、 ゥンデシル、 ドデ シル、 トリデシル、 テトラデシル、 ペン夕デシル、 へキサデシル、 ヘプ夕デシル、 ォク夕デシル等が挙げられる。 R is —OH, _SH, —NHR ′ ′ ′, an optionally substituted alkyl group having 1 to 18 carbon atoms, an optionally substituted aryl group having 6 to 18 carbon atoms, or a substituent. An aralkyl group having 7 to 16 carbon atoms which may have a group. R ′ ′ ′ is a hydrogen atom, a methyl group, a trifluoromethyl group, an ethyl group, a propyl group, an isopropyl group, an n-butyl group and the like. 6 represents an aryl group having 6 to 10 carbon atoms which may have a substituent represented by 6 alkyl group, phenyl group, penufluorophenyl group, naphthyl group or the like. R ′ ′ ′ is preferably a hydrogen atom. Here, examples of the alkyl group having 1 to 18 carbon atoms include methyl, ethyl, propyl, i-propyl, n-butyl, sec-butyl, isobutyl, t-butyl, pentyl, hexyl, heptyl, octyl, nonyl, Examples include decyl, undecyl, dodecyl, tridecyl, tetradecyl, pen decyl, hexadecyl, hepdecyl, and decyl decyl.
炭素数 1〜1 8のアルキル基が置換基を有する場合の置換基としては、 例えば フルォロ、 クロ口、 ブロモ等のハロゲン、 ニトロ、 シァノ、 メトキシ、 エトキシ、 プロポキシ等の炭素数 1〜 5のアルコキシ、 トリフルォロメチル、 ペン夕フルォ ロメチル等の炭素数 1〜 5のフルォロアルキル等が挙げられる。  Examples of the substituent when the alkyl group having 1 to 18 carbon atoms has a substituent include, for example, halogens such as fluoro, black mouth, and bromo, alkoxy having 1 to 5 carbon atoms such as nitro, cyan, methoxy, ethoxy, and propoxy , Fluoroalkyls having 1 to 5 carbon atoms such as trifluoromethyl and penufluoromethyl.
また炭素数 6〜1 8のァリール基としては、 例えばフエニル、 ナフチル、 アン トラニル等が挙げられる。 炭素数 6〜1 8のァリール基が置換基を有する場合の 置換基としては、 例えばフルォロ、 クロ口、 ブロモ等のハロゲン、 ニトロ、 シァ ノ、 メトキシ、 エトキシ、 プロボキシ等の炭素数 1〜 5のアルコキシ、 トリフル ォロメチル、 ペンタフルォロメチル等の炭素数 1〜5のフルォロアルキル、 メチ ル、 ェチル、 プロピル、 ブチル等の炭素数 1〜 5のアルキルなどが挙げられる。 炭素数 7〜1 6のァラルキル基としては、 例えばベンジル、 フエニルェチル、 フエニルプロピル、 ナフチルメチル、 ナフチルェチル等が挙げられる。 炭素数 7 〜1 6のァラルキル基が置換基を有する場合の置換基としては、例えばフルォロ、 クロ口、 ブロモ等のハロゲン、 ニトロ、 シァノ、 メトキシ、 エトキシ、 プロポキ シ等の炭素数 1〜 5のアルコキシ、 トリフルォロメチル、 ペンタフルォロメチル 等の炭素数 1〜 5のフルォロアルキル、 メチル、 ェチル、 プロピル、 ブチル等の 炭素数 1〜 5のアルキルなどが挙げられる。  Examples of the aryl group having 6 to 18 carbon atoms include phenyl, naphthyl, and anthranyl. When the aryl group having 6 to 18 carbon atoms has a substituent, examples of the substituent include halogens such as fluoro, black mouth, and bromo, nitro, cyan, methoxy, ethoxy, and propoxy. Examples thereof include fluoroalkyl having 1 to 5 carbon atoms such as alkoxy, trifluoromethyl and pentafluoromethyl, and alkyl having 1 to 5 carbon atoms such as methyl, ethyl, propyl and butyl. Examples of the aralkyl group having 7 to 16 carbon atoms include benzyl, phenylethyl, phenylpropyl, naphthylmethyl, naphthylethyl and the like. Examples of the substituent in the case where the aralkyl group having 7 to 16 carbon atoms has a substituent include halogens such as fluoro, black mouth and bromo, nitro, cyan, methoxy, ethoxy, propoxy and the like having 1 to 5 carbon atoms. Examples thereof include fluoroalkyl having 1 to 5 carbon atoms such as alkoxy, trifluoromethyl and pentafluoromethyl, and alkyl having 1 to 5 carbon atoms such as methyl, ethyl, propyl and butyl.
Rは、 一 OH、 一 S H、 メチル基、 ェチル基、 卜リフルォロメチル基、 フエ二 ル基、 ナフチル基、 ペンタフルオロフェニル基、 ベンジル基等であることが好ま しく、 より好ましくは _ OH、 フエニル基、 ペン夕フルオロフェニル基等である。  R is preferably one OH, one SH, a methyl group, an ethyl group, a trifluoromethyl group, a phenyl group, a naphthyl group, a pentafluorophenyl group, a benzyl group, etc., more preferably _OH, a phenyl group. And penfluorofluorophenyl group.
Bは水素原子または 1価の金属原子を表す。 1価の金属原子としては、 リチウ ム原子、 ナトリウム原子、 カリウム原子、 セシウム原子、 銀原子等が挙げられる。 Bとして、好ましくは水素原子、 リチウム原子、 ナトリウム原子、 カリウム原子、 セシウム原子であり、 さらに好ましくは水素原子、 リチウム原子、 ナトリウム原 子、 カリウム原子であり、 さらにより好ましくは水素原子、 リチウム原子である。 本発明の電解質をリチウム二次電池用電解質として用いる場合には、 Bがリチ ゥム原子であることが好ましい。 B represents a hydrogen atom or a monovalent metal atom. Examples of monovalent metal atoms include lithium atoms, sodium atoms, potassium atoms, cesium atoms, and silver atoms. B is preferably a hydrogen atom, a lithium atom, a sodium atom, a potassium atom, or a cesium atom, more preferably a hydrogen atom, a lithium atom, a sodium atom, or a potassium atom, and even more preferably a hydrogen atom or a lithium atom. is there. When the electrolyte of the present invention is used as an electrolyte for a lithium secondary battery, B is preferably a lithium atom.
本発明の電解質を固体高分子型燃料電池に用いる場合は、 Bが水素原子である ことが好ましい。  When the electrolyte of the present invention is used for a polymer electrolyte fuel cell, B is preferably a hydrogen atom.
本発明における式 (1 ) で示されるォキソ力一ボン類の例としては、 例えば下 記の化合物が挙げられる。 ここで、 Bが水素原子の場合を例示するがこれらの金 属塩であってもよい。  Examples of the oxopower compounds represented by the formula (1) in the present invention include the following compounds. Here, although the case where B is a hydrogen atom is illustrated, these metal salts may be used.
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6Z0 /900i OAV
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本発明においては、 上記のようなォキソカーボン類が用いられる。 これらの 中では、  In the present invention, the above oxocarbons are used. Among these,
(a 1) 〜 (a 54) が好ましい。 より好ましくは (a 2) 、 (a 5) (a 8) 、 (a l l) , 14) 、 (a l 7) 、 (a 20) 、 (a 23) , (a 26) , (a 29) 、 (a 32) 、 (a 35) , (a 38) 、 (a 1) (a44) 、 (a47) 、 (a 50) 、 ( a 53 ) であり、 より一層好ましくは ( a 2 ) 、 (a 5) 、 (a l 7) 、 (a 26) 、 (a 29) > (a41) 、 (a44) 、 (a 5 0) 、 (a 53) であり、 特に好ましくは (a 2) 、 (a41) である。  (a 1) to (a 54) are preferred. (A 2), (a 5) (a 8), (all), 14), (al 7), (a 20), (a 23), (a 26), (a 29), ( a 32), (a 35), (a 38), (a 1) (a44), (a47), (a 50), (a 53), and more preferably (a 2), (a 5 ), (Al 7), (a 26), (a 29)> (a41), (a44), (a 50), (a 53), particularly preferably (a 2), (a41) is there.
ォキソ力一ボン類は、 例えば下記の方法に準拠して製造し得る。 また試薬メ一 カーから入手しても良い。  For example, the oxo power can be produced according to the following method. They may also be obtained from reagent manufacturers.
(I) リチウム試薬を用いて、 ォキソカーボン類 (1) における Rがアルキルま たはァリールである化合物を製造する方法 ( J o u r n a 1 o f Or g an i c Ch emi s t ry, 53, 2482、 2477 (1988) ) 。 (II) グリニャ試薬を用いて、 ォキソカーボン類 (1) における Rがアルキルま たはァリールである化合物を製造する方法(He t e r o cyc l e s, 27(5), 1191 (1988) ) 。 (I) A method for producing a compound in which R in the oxocarbons (1) is alkyl or aryl using a lithium reagent (Journa 1 of Organic Chemistry, 53, 2482, 2477 (1988) )). (II) A method for producing a compound in which R in the oxocarbons (1) is alkyl or aryl using a Grignard reagent (Heterocycles, 27 (5), 1191 (1988)).
(III) スズ試薬を用いて、 ォキソカーボン類(1) における Rがアルキルまたは ァリールである化合物を製造する方法 ( J o u r n a 1 o f Or g an i c (III) A method for producing a compound in which R in the oxocarbons (1) is alkyl or aryl using a tin reagent (Jo u rna 1 o f Or g an i c
C emi s t r y, 55, 5359 (1990)、 Te t r ahyd r on L e t t e r s, 31 (30) , 4293 (1990) ) 。 C emi s tr y, 55, 5359 (1990), Tetrahyrdon Le tert rs, 31 (30), 4293 (1990)).
(IV) F r i e d e l C r a f t s反応を用いて合成する方法 (S y n t h e s i s, 46頁 (1974) ) 。  (IV) A method of synthesis using the Fri e dl C r afts reaction (Syn ht e sis, p. 46 (1974)).
これらの方法に準拠することにより様々な誘導体を合成することができる。  Various derivatives can be synthesized by complying with these methods.
(I) 〜 (IV) の方法でエステル体を得た場合には、 エステル体を酸 'アルカリ などで加水分解することで一般式 (1) における Bが水素原子であるォキソカー ボン類を得ることができる。 式 (1) の Bがー価の金属イオンの場合には、 遊離 酸のォキソカーボン類を、 アル力リ金属水酸化物を含む溶液等で中和することで 得ることができる。  When the ester is obtained by the method of (I) to (IV), the ester is hydrolyzed with an acid or alkali to obtain an oxocarbon in which B in the general formula (1) is a hydrogen atom. Can do. When B in the formula (1) is a monovalent metal ion, it can be obtained by neutralizing the free acid oxocarbons with a solution containing an alkali metal hydroxide.
本発明の電解質は、 上記のようなォキソカーボン類と、 低分子化合物とを含有 することを特徴とするものである。  The electrolyte of the present invention is characterized by containing the above oxocarbons and a low molecular weight compound.
本発明における低分子化合物としては分子量が 1000未満のものが好ましく 使用される。 より好ましくは分子量 700以下、 特に好ましくは分子量 500以 下が使用される。  As the low molecular weight compound in the present invention, those having a molecular weight of less than 1000 are preferably used. More preferably, a molecular weight of 700 or less, particularly preferably a molecular weight of 500 or less is used.
1気圧、 25 °Cで液体状態を示す化合物が好ましい。  A compound showing a liquid state at 1 atmosphere and 25 ° C. is preferred.
低分子化合物としてはアルコール、 ケトン、 エーテル、 ハロゲン、 スルホキシド、 スルホン、 アミド、 脂肪族炭化水素、 芳香族炭化水素、 炭酸エステル、 エステル、 二トリル、 ォリゴアルキレングリコ一ル、 これらの混合物、 およびこれらにさら にフッ素原子を有する置換基(フッ素置換基)を導入したものなどが挙げられる。 アルコールとしてはメタノール、 エタノール、 イソプロパノール、 ブタノール ン、 ベンゾフエノンなどが挙げられる。 エーテルとしてはジェチルエーテル、 ジ ブチルエーテル、 ジフエ二ルェ一テル、 テトラヒドロフラン (以下 TH Fと略記 する) 、 ジォキサン、 ジォキソラン、 エチレングリコールモノメチルエーテル、 ェチレングリコ一ルモノェチルエーテル、 プロピレングリコ一ルモノメチルエー テル、 プロピレングリコールモノェチルェ一テルなどが挙げられる。 Low molecular weight compounds include alcohols, ketones, ethers, halogens, sulfoxides, sulfones, amides, aliphatic hydrocarbons, aromatic hydrocarbons, carbonates, esters, nitriles, oligoalkylene glycols, and mixtures thereof. In addition, those having a fluorine atom-containing substituent (fluorine substituent) introduced may be mentioned. As alcohol, methanol, ethanol, isopropanol, butanol And benzophenone. Examples of ethers include jetyl ether, dibutyl ether, diphenyl ether, tetrahydrofuran (hereinafter abbreviated as TH F), dioxane, dioxolane, ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, propylene glycol monomethyl ether, And propylene glycol monoethyl ester.
八ロゲンとしてはクロ口ホルム、 ジクロロメタン、 1, 2—ジクロロェタン、 1, 1 , 2 , 2—テトラクロロェタン、 クロ口ベンゼン、 ジクロロベンゼンなど が、 スルホキシドとしてはジメチルスルホキシド (以下、 DM S Oと略記する) が挙げられる。 スルホンとしてはジフエニルスルホン、 スルホラン等が、 アミド としては N, N—ジメチルァセトアミド (以下 D M A cと略記する) 、 N—メチ ルァセトアミド、 N, N—ジメチルホルムアミド (以下 D M Fと略記する) 、 N 一メチルホルムアミド、 ホルムアミド、 N—メチルピロリドン (以下 NM Pと略 記する) などが挙げられる。 脂肪族炭化水素としてはペンタン、 へキサン、 ヘプ タン、 オクタンなどが、 芳香族炭化水素としてはベンゼン、 トルエン、 キシレン などが挙げられる。  The eight-logen includes black mouth form, dichloromethane, 1,2-dichloroethane, 1,1,2,2,2-tetrachloroethane, black mouth benzene, dichlorobenzene, and the like. The sulfoxide is dimethyl sulfoxide (hereinafter abbreviated as DMSO). )). As sulfone, diphenyl sulfone, sulfolane, etc., as amide, N, N-dimethylacetamide (hereinafter abbreviated as DMAc), N-methylacetamide, N, N-dimethylformamide (hereinafter abbreviated as DMF), N-methylformamide, formamide, N-methylpyrrolidone (hereinafter abbreviated as NMP), and the like. Examples of aliphatic hydrocarbons include pentane, hexane, heptane, and octane, and examples of aromatic hydrocarbons include benzene, toluene, and xylene.
炭酸エステルとしてはプロピレンカーボネ一卜、 エチレンカーボネート、 ジメ チルカーボネート、 ジェチルカーボネート、 ェチルメチルカーボネート、 4—ト リフルォロメチル— 1 , 3—ジォキソラン一 2—オン、 1, 2—ジ (メトキシカ ルポニルォキシ) ェタンなどが、 エステルとしてはギ酸メチル、 酢酸メチル、 r 一プチロラクトンなどが、 二トリルとしてはァセトニトリル、 プチロニトリルな どが、 オリゴアルキレングリコ一ルとしてはオリゴ (エチレングリコール) 、 ォ リゴ (プロピレングリコール) 、 オリゴ (ブチレングリコール) などが挙げられ る。  Examples of carbonate esters include propylene carbonate, ethylene carbonate, dimethyl carbonate, jetyl carbonate, ethyl methyl carbonate, 4-trifluoromethyl-1,3-dioxolan-2-one, 1,2-di (methoxycarbonyloxy) Ethane is methyl formate, methyl acetate, and r-ptilolactone, nitrile is acetonitrile, ptyronitrile, etc., and oligoalkylene glycol is oligo (ethylene glycol), oligo (propylene glycol), Oligo (butylene glycol) and the like can be mentioned.
本発明の電解質をリチウムニ次電池の電解質として使用する場合には、 低分子 化合物として非プロトン性溶媒が主に使用される。 このような低分子化合物とし ては例えば炭酸エステル、 エーテル、 エステル、 二トリル、 アミド、 スルホキシ ド、 スルホン、 これらの混合物、 またはこれらにさらにフッ素置換基を導入した ものが挙げられる。 When the electrolyte of the present invention is used as an electrolyte for a lithium secondary battery, an aprotic solvent is mainly used as the low molecular weight compound. Examples of such low molecular weight compounds include carbonic acid esters, ethers, esters, nitriles, amides, sulfoxides, sulfones, mixtures thereof, or further fluorine substituents. Things.
これらの中でも好ましくは炭酸エステル、 エーテル、 エステル、 これらの混合物、 またはこれらにさらにフッ素置換基を導入したものが挙げられる。 Among these, carbonic acid esters, ethers, esters, mixtures thereof, or those in which a fluorine substituent is further introduced are preferable.
低分子化合物としては、 ォキソカーボン類の溶解性ゃィォン伝導性の観点から 誘電率が 2 0以上のものが好ましく、 3 0以上のものがより好ましく、 4 0以上 のものがさらに好ましく、 5 0以上のものが特に好ましい。  The low molecular weight compound is preferably a compound having a dielectric constant of 20 or more, more preferably 30 or more, further preferably 40 or more, and more preferably 50 or more, from the viewpoint of solubility of oxocarbons and ion conductivity. Are particularly preferred.
低分子化合物として、 2種以上を用いる場合には、 誘電率が 2 0以上の高誘電 率成分が、低分子化合物の総重量に対して 2 0重量%以上であることが好ましく、 3 0重量%以上であることがより好ましく、 4 0重量%以上であることがさらに 好ましく、 5 0重量%以上であることが特に好ましい。  When two or more kinds of low molecular compounds are used, the high dielectric constant component having a dielectric constant of 20 or more is preferably 20% by weight or more based on the total weight of the low molecular compounds, and 30% by weight. % Or more, more preferably 40% by weight or more, and particularly preferably 50% by weight or more.
低分子化合物として、 2種以上を用いる場合には、 誘電率が 3 0以上の高誘電 率成分が、低分子化合物の総重量に対して 2 0重量%以上であることが好ましく、 3 0重量%以上であることがより好ましく、 4 0重量%以上であることがさらに 好ましく、 5 0重量%以上であることが特に好ましい。  When two or more kinds of low molecular compounds are used, the high dielectric constant component having a dielectric constant of 30 or more is preferably 20% by weight or more based on the total weight of the low molecular compounds, and 30% by weight. % Or more, more preferably 40% by weight or more, and particularly preferably 50% by weight or more.
低分子化合物として、 2種以上を用いる場合には、 誘電率が 4 0以上の高誘電 率成分が、低分子化合物の総重量に対して 2 0重量%以上であることが好ましく、 3 0重量%以上であることがより好ましく、 4 0重量%以上であることがさらに 好ましく、 5 0重量%以上であることが特に好ましい。  When two or more kinds of low molecular compounds are used, the high dielectric constant component having a dielectric constant of 40 or more is preferably 20% by weight or more based on the total weight of the low molecular compounds, and 30% by weight. % Or more, more preferably 40% by weight or more, and particularly preferably 50% by weight or more.
低分子化合物として、 2種以上を用いる場合には、 誘電率が 5 0以上の高誘電 率成分が、低分子化合物の総重量に対して 2 0重量%以上であることが好ましく、 3 0重量%以上であることがより好ましく、 4 0重量%以上であることがさらに 好ましく、 5 0重量%以上であることが特に好ましい。  When two or more kinds of low molecular compounds are used, the high dielectric constant component having a dielectric constant of 50 or more is preferably 20% by weight or more based on the total weight of the low molecular compounds, and 30% by weight. % Or more, more preferably 40% by weight or more, and particularly preferably 50% by weight or more.
本発明の電解質に使用される低分子化合物としては、 環状炭酸エステルを含む ことが好ましい。 環状炭酸エステルは低分子化合物の総重量に対して 2 0重量% 以上であることが好ましく、 3 0重量%以上であることがより好ましく、 4 0重 量%以上であることがさらに好ましく、 5 0重量%以上であることが特に好まし レ^ 環状炭酸エステルとして最も好ましくはプロピレンカーボネート、 プロピレ ンカーボネートおよびこれらの混合物である。 The low molecular weight compound used in the electrolyte of the present invention preferably contains a cyclic carbonate. The cyclic carbonate is preferably 20% by weight or more, more preferably 30% by weight or more, still more preferably 40% by weight or more, based on the total weight of the low molecular weight compound. Particularly preferred is 0% by weight or more. Most preferred as cyclic carbonate is propylene carbonate, propylene. Carbonates and mixtures thereof.
上記のような低分子化合物と前記のようなォキソカーボン類とを含有する本発 明の電解質は、 [ォキソカーボン類の物質量 (mmo 1) ] / [低分子化合物の 重量 (g) +ォキソ力一ボン類の重量 (g) ] 、 すなわち電解質中のォキソカー ボン類の当量が通常 0. 05〜8mmo 1 Zgであり、 好ましくは 0. l〜7m mo lZgであり、 さらに好ましくは 0. 3〜6mmo 1 /gであり、 最も好ま しくは 0. 5〜5mmo 1 Zgである。  The electrolyte of the present invention containing the low molecular weight compound as described above and the above oxocarbons is [substance amount of oxocarbons (mmo 1)] / [weight of low molecular weight compound (g) + Bonn weight (g)], that is, the equivalent amount of oxocarbons in the electrolyte is usually 0.05 to 8 mmo 1 Zg, preferably 0.1 to 7 mmol lZg, more preferably 0.3 to 6 mmo. 1 / g, most preferably 0.5-5mmo 1 Zg.
ここで、 前記の電解質中のォキソカーボン類の当量が、 0. 05mmo lZg 未満であるとイオン伝導度が低下する傾向にあり発電特性の面で好ましくなく、 8 mmo 1ノ gを超えると溶媒へ溶解しきれない成分が析出してしまう傾向にあ る。  Here, if the equivalent of oxocarbons in the electrolyte is less than 0.05 mmo lZg, the ionic conductivity tends to decrease, which is not preferable in terms of power generation characteristics, and if it exceeds 8 mmo 1 ng, it dissolves in the solvent. There is a tendency for components that cannot be fully deposited to precipitate.
ォキソカーボン類は、 通常、 電解質中のォキソカーボン類の当量が上記の範囲 となるように使用される。 本発明の電解質中のォキソカーボン類の当量は、 NM R法を用いて求める。  The oxocarbons are usually used so that the equivalent of the oxocarbons in the electrolyte falls within the above range. The equivalent of oxocarbons in the electrolyte of the present invention is determined using the NMR method.
本発明の電解質は、 ォキソカーボン類と低分子化合物とを混合することで製造 することができる。 混合する際には室温でもよいし、 低分子化合物の沸点以下で 加熱してもよい。 加熱する温度として、 好ましくは 1 50°C以下であり、 さらに 好ましくは 100°C以下である。  The electrolyte of the present invention can be produced by mixing oxocarbons and a low molecular weight compound. When mixing, it may be at room temperature or heated below the boiling point of the low molecular compound. The heating temperature is preferably 150 ° C. or lower, more preferably 100 ° C. or lower.
本発明の電解質は、 ォキソカーボン類と低分子化合物との混合物を担体に含浸 することにより、 好適に使用できる。 該担体としては多孔質物質、 織布、 不織布 などが挙げられ、 具体的には、 後述のセパレー夕に代表される高分子からなる材 料や、 ゼォライト、 モレキュラーシーブス、 多孔質ガラスなどの無機多孔質から なる材料などが挙げられ、 特に後述のセパレー夕が好ましい。  The electrolyte of the present invention can be suitably used by impregnating a support with a mixture of oxocarbons and a low molecular weight compound. Examples of the carrier include porous materials, woven fabrics, non-woven fabrics, and the like. Specifically, materials composed of polymers typified by a separate evening described later, inorganic porous materials such as zeolite, molecular sieves, and porous glass. The material which consists of quality etc. is mentioned, The below-mentioned separate evening is especially preferable.
次に、 本発明の電解質を有する電池、 中でも二次電池の例としてリチウム二次 電池について説明する。 本発明のリチウム二次電池は、 一般に、 正極シート、 負 極シート、 セパレ一タ、 および本発明の電解質を有する。  Next, a battery having the electrolyte of the present invention, particularly a lithium secondary battery will be described as an example of a secondary battery. The lithium secondary battery of the present invention generally has a positive electrode sheet, a negative electrode sheet, a separator, and the electrolyte of the present invention.
正極シートは、 通常、 正極活物質、 導電材および結着剤を含む合剤を集電体上 に担持したものを用いる。 具体的には、 該正極活物質として、 リチウムイオンを ドープ ·脱ド一プ可能な材料を含むもの、 導電材として炭素質材料を含むもの、 結着剤として熱可塑性樹脂などを含むものを用いることができる。 該リチウムィ オンをド一プ ·脱ドープ可能な材料としては、 V、 M n、 F e、 C o、 N iなど の遷移金属を少なくとも 1種含むリチウム複合酸化物が挙げられる。 中でも好ま しくは、 平均放電電位が高いという点で、 ニッケル酸リチウム、 コバルト酸リチ ゥムなどの 一 N a F e〇2型構造を有するリチウム複合酸化物、 リチウムマンガ ンスピネルなどのスピネル型構造を有するリチウム複合酸化物が挙げられる。 該リチウム複合酸化物は、 種々の金属元素を含んでもよく、 特に T i、 V、 C r、 M n、 F e、 C o、 C u、 A g、 M g、 A l、 G a、 I nおよび S nからな る群から選ばれた少なくとも 1種の金属元素のモル数とニッケル酸リチウム中の N iのモル数との和に対して、 前記の少なくとも 1種の金属元素が 0 . 1〜2 0 モル%であるように該金属元素を含む複合ニッケル酸リチウムを用いると、 高容 量での使用におけるサイクル性が向上するので好ましい。 The positive electrode sheet usually has a mixture containing a positive electrode active material, a conductive material and a binder on the current collector. The one supported on is used. Specifically, as the positive electrode active material, a material containing a material capable of doping and detaching lithium ions, a material containing a carbonaceous material as a conductive material, and a material containing a thermoplastic resin as a binder are used. be able to. Examples of the material capable of doping and dedoping lithium ions include lithium composite oxides containing at least one transition metal such as V, Mn, Fe, Co, and Ni. Of these preferred details, in that the average discharge potential is high, lithium nickel acid, lithium composite oxide having an N a F E_〇 2 type structure, such as cobalt oxide lithium © beam, a spinel structure such as lithium cartoon Nsupineru And lithium composite oxide. The lithium composite oxide may contain various metal elements, particularly Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Cu, Ag, Mg, Al, Ga, I. The at least one metal element is 0 with respect to the sum of the number of moles of at least one metal element selected from the group consisting of n and Sn and the number of moles of Ni in lithium nickelate. It is preferable to use a composite lithium nickelate containing the metal element so that the amount is 1 to 20 mol% because cycleability in use at a high capacity is improved.
該結着剤としては、 熱可塑性樹脂が用いられ、 具体的には、 ポリビニリデン フロライド、 ビニリデンフロライドの共重合体、 ポリテトラフルォロエチレン、 テトラフルォロエチレン一へキサフロロプロピレンの共重合体、 テトラフルォロ エチレン一パーフルォロアルキルビニルエーテルの共重合体、 エチレン—テトラ フルォロエチレンの共重合体、 ビニリデンフロラィドーへキサフルォロプロピレ ン―テトラフルォロエチレンの共重合体、 熱可塑性ポリイミド、 ポリエチレン、 ポリプロピレンなどの熱可塑性樹脂が挙げられる。  As the binder, a thermoplastic resin is used. Specifically, polyvinylidene fluoride, vinylidene fluoride copolymer, polytetrafluoroethylene, tetrafluoroethylene monohexafluoropropylene, and the like are used. Polymer, copolymer of tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether, copolymer of ethylene-tetrafluoroethylene, copolymer of vinylidenefluoride hexafluoropropylene-tetrafluoroethylene, thermoplastic Examples include thermoplastic resins such as polyimide, polyethylene, and polypropylene.
該導電剤としては、 天然黒鉛、 人造黒鉛、 コークス類、 力一ポンプラックなど の炭素質材料が挙げられる。 導電材として、 それぞれ単独で用いてもよいし、 例 えば人造黒鉛とカーボンブラックとを混合して用いてもよい。  Examples of the conductive agent include carbonaceous materials such as natural graphite, artificial graphite, coke, and force pump rack. As the conductive material, each may be used alone, for example, artificial graphite and carbon black may be mixed and used.
正極集電体としては、 A l、 N i、 ステンレスなどを用いることができ、 薄膜 に加工しやすく、 安価であるという点で A 1が好ましい。 該正極集電体に正極活 物質を含む合剤を担持させる方法としては、 加圧成形する方法、 溶媒などを用い てペースト化または溶液化し、 集電体上に塗布乾燥する方法が挙げられる。 後者 の溶媒を用いて塗布乾燥する方法においては、 乾燥後にプレスして固着させる方 法も用いることができる。 As the positive electrode current collector, Al, Ni, stainless steel or the like can be used, and A 1 is preferable in that it is easy to process into a thin film and is inexpensive. As a method for supporting the mixture containing the positive electrode active material on the positive electrode current collector, a pressure molding method, a solvent, or the like is used. A paste or solution, and coating and drying on a current collector. In the latter method of coating and drying using a solvent, a method of pressing and fixing after drying can also be used.
負極シートとしては、 例えばリチウムイオンをドープ ·脱ドーブ可能な材料、 リチウム金属またはリチウム合金などを用いることができる。 リチウムイオンを ドープ ·脱ド一プ可能な材料としては、 天然黒鉛、 人造黒鉛、 コークス類、 カー ポンプラック、 熱分解炭素類、 炭素繊維、 有機高分子化合物焼成体などの炭素質 材料、 正極よりも低い電位でリチウムイオンのドープ ·脱ドープを行う酸化物、 硫化物等のカルコゲン化合物が挙げられる。  As the negative electrode sheet, for example, a material capable of doping and dedoping lithium ions, lithium metal or lithium alloy can be used. Materials that can be doped and removed from lithium ions include natural graphite, artificial graphite, cokes, car pump racks, pyrolytic carbons, carbon fibers, and burned organic polymer compounds, and positive electrodes In addition, chalcogen compounds such as oxides and sulfides that dope / de-dope lithium ions at a low potential.
炭素質材料として、 電位平坦性が高く、 また平均放電電位が低いため正極と組み 合わせた場合、 大きなエネルギー密度が得られるという点で、 天然黒鉛、 人造黒 鉛等の黒鉛材料を主成分とする炭素質材料が好ましい。 As a carbonaceous material, the main component is a graphite material such as natural graphite or artificial black lead, because it has a high potential flatness and a low average discharge potential, so when combined with a positive electrode, a large energy density can be obtained. A carbonaceous material is preferred.
負極集電体としては、 C u、 N i、 ステンレスなどを用いることができるが、 特にリチウム二次電池においてはリチウムと合金を作り難く、 かつ薄膜に加工し やすいという点で C uが好ましい。 該負極集電体に負極活物質を含む合剤を担持 させる方法としては、 加圧成型する方法、 または溶媒などを用いてペースト化し 集電体上に塗布乾燥後プレスするなどして圧着する方法が挙げられる。  As the negative electrode current collector, Cu, Ni, stainless steel and the like can be used. In particular, in a lithium secondary battery, Cu is preferable because it is difficult to form an alloy with lithium and it is easy to process into a thin film. The negative electrode current collector may be loaded with a mixture containing a negative electrode active material by a method of pressure molding, or by pasting into a paste using a solvent or the like and applying and drying on the current collector, followed by pressing. Is mentioned.
セパレー夕としては、 例えばフッ素樹脂、 ポリエチレン、 ポリプロピレンなど のォレフイン樹脂、 ナイロン、 芳香族ァラミドなどの材質からなり、 多孔質膜、 不織布、 織布などの形態を有する材料を用いることができる。 該セパレ一夕の厚 みは電池としての体積エネルギー密度が上がり、 内部抵抗が小さくなるという点 で、 機械的強度が保たれる限り薄い程よく、 1 0〜2 0 0 程度が好ましい。 なお、 本発明の二次電池用正極活物質を用いたリチウム電池の形状は特に限定 されず、 ペーパー型、 コイン型、 円筒型、 角型などのいずれであってもよい。 以下に実施例を挙げて本発明を説明するが、 本発明はこれらの実施例により何 ら限定されるものではない。 なお、 リチウムイオン伝導度は東亜電波工業株式会社製の伝導度計 (CM— 2 O S) 、 CELL TYPE: CG- 51 1 B (セル定数: 0. 983) を用い て乾燥空気雰囲気下、 25 °Cで測定を行った。 (参考例 1 ) The separator can be made of a material such as fluororesin, polyethylene resin such as polyethylene, polypropylene, nylon, aromatic amide, and the like, and has a form such as a porous membrane, a nonwoven fabric, and a woven fabric. The thickness of the separation overnight is preferably as thin as possible as long as the mechanical strength is maintained, from the viewpoint that the volume energy density of the battery increases and the internal resistance decreases, and is preferably about 10 to 200. The shape of the lithium battery using the positive electrode active material for the secondary battery of the present invention is not particularly limited, and may be any of a paper type, a coin type, a cylindrical type, a rectangular type, and the like. EXAMPLES The present invention will be described below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples. The lithium ion conductivity was measured at 25 ° C in a dry air atmosphere using a conductivity meter (CM-2 OS) manufactured by Toa Denpa Kogyo Co., Ltd., CELL TYPE: CG-51 1 B (cell constant: 0.983). Measurements were taken at C. (Reference Example 1)
3—ヒドロキシ一 4 _フエ二ルー 3—シクロブテン一 1, 2—ジオン (I) の 合成  3-Hydroxy-1 4 _Fenilu 3-Synthesis of 3-cyclobutene-1,2-dione (I)
J ou rna l o f Or gan i c Ch emi s t r y, 1988, 5 3 (1 1) , 2482に記載されている方法に準拠し、 3_ (1—メチルェトキ シ) —4—フエ二ルー 3—シクロブテン一 1, 2—ジオンを製造した。 次いでこ のものを 2. 50 g, THF 20m 1 12 N塩酸 55 m 1を 100 m 1フラス コに入れて 100°Cで 5 h攪拌した。 その後、 室温まで放冷し、 クロ口ホルムで 水層を洗浄した後、 水層を濃縮し、 3—ヒドロキシー 4一フエ二ルー 3—シクロ ブテン一 1, 2—ジオン (I) を 1. 38 g得た。 構造は1 H NMRおよび13 C NMRで確認した。 得られた (I) 15mgを水 3. 0mlに溶解させたところ PH= 1. 3を示した。 In accordance with the method described in J ou rna lof Organic Chemi stry, 1988, 5 3 (1 1), 2482, 3_ (1-Methyloxy) —4—Phenol, 3-cyclobutene, 1, 2-Dione was produced. Next, 2.50 g of this product, 55 ml of THF 20m 1 12 N hydrochloric acid 55 ml were put into a 100 ml flask and stirred at 100 ° C for 5 hours. Then, it is allowed to cool to room temperature, the aqueous layer is washed with black mouth form, and then the aqueous layer is concentrated to give 3-hydroxy-4 1-phenyl 2-cyclobutene-1,2-dione (I) 1.38. g got. The structure was confirmed by 1 H NMR and 13 C NMR. When 15 mg of the obtained (I) was dissolved in 3.0 ml of water, PH = 1.3 was shown.
(実施例 1 ) (Example 1)
100mlフラスコに上記参考例 1で製造した (I) 1. 042 g (5. 98 3mmo 1 ) 、 水酸化リチウム 1水和物 251. 2mg (5. 986mmo l) 、 メタノール 10m 1を加えて均一溶液とした。 エバポレー夕一でメタノールを留 去した後、 室温で 1時間真空乾燥し、 さらに 15 Otで 5 h真空乾燥し、 3—リ チォキシー 4一フエ二ルー 3—シクロブテン— 1, 2—ジオン (II) を 1. 07 7 gを得た。 構造は1 H NMRで確認した。 また、 得られた (II) を 15mgサ ンプリングし、 脱イオン水 3. 0m 1に溶解させたところ、 ρΗ==6· 5を示し た。 得られた (II) 1. 062 gを脱水プロピレン力一ポネ一ト 5. 0mlに溶 解させ、モレキュラーシーブ 3 A (1Z16)で 12時間乾燥させて電解質(A) を得た。(A)中のォキソ力一ボンの当量は 0.852mmo 1 / gであった。 (A) の伝導度測定の結果を表 1に示す。 Prepare a homogeneous solution by adding 1.042 g (5.98 3 mmo 1), lithium hydroxide monohydrate 251.2 mg (5,986 mmol), methanol 10 ml 1 prepared in Reference Example 1 above to a 100 ml flask. It was. After evaporating methanol in the evaporator, it was vacuum-dried at room temperature for 1 hour, and further vacuum-dried at 15 Ot for 5 h to give 3-lithium 4 monophenyl 3-cyclobutene-1, 2-dione (II) 1.07 7 g was obtained. The structure was confirmed by 1 H NMR. When 15 mg of the obtained (II) was sampled and dissolved in 3.0 ml of deionized water, ρΗ == 6.5. The resulting (II) 1.062 g was dissolved in 5.0 ml of dehydrated propylene, and dried with molecular sieve 3 A (1Z16) for 12 hours to obtain electrolyte (A). Got. In (A), the equivalent of oxo force was 0.852 mmo 1 / g. Table 1 shows the results of the conductivity measurement for (A).
(実施例 2) (Example 2)
プロピレンカーボネートの量を 10mlにした以外は実施例 1と同様にして電 解質 (B) を得た。 (B)中のォキソカーボンの当量は 0. 461mmo l/gで あった。 (B) の伝導度測定の結果を表 1に示す。  An electrolyte (B) was obtained in the same manner as in Example 1 except that the amount of propylene carbonate was changed to 10 ml. The equivalent of oxocarbon in (B) was 0.461 mmol / g. Table 1 shows the results of conductivity measurement for (B).
(実施例 3) (Example 3)
プロピレンカーボネートの量を 15m 1にした以外は実施例 1と同様にして電 解質 (C) を得た。 (C)中のォキソカーボンの当量は 0. 316mmo lZgで あった。 (C) の伝導度測定の結果を表 1に示す。  An electrolyte (C) was obtained in the same manner as in Example 1 except that the amount of propylene carbonate was changed to 15 ml. The equivalent of oxocarbon in (C) was 0.316 mmol lZg. Table 1 shows the results of conductivity measurement for (C).
(実施例 4) (Example 4)
(II) の量を 0. 531 g、 プロピレン力一ポネートの量を 20m 1にした以外 は実施例 1と同様にして電解質 (D) を得た。 (D)中のォキソ力一ボンの当量は 0. 148mmo 1 /gであった。 (D) の伝導度測定の結果を表 1に示す。  An electrolyte (D) was obtained in the same manner as in Example 1 except that the amount of (II) was 0.531 g, and the amount of propylene strength monoponate was 20 ml. In (D), the equivalent of oxo force was 0.148 mmo 1 / g. Table 1 shows the results of conductivity measurement for (D).
(参考例 2 ) (Reference Example 2)
4ーリチォキシ _ 3—(ペン夕フルオロフェニル) シクロブ夕一 3—ェン一 1, 24-Ritoxy _ 3— (Pen Yu fluorophenyl)
—ジオン (III) の合成 —Synthesis of dione (III)
フラスコにブロモペン夕フルォロベンゼン (2. 47 g、 10. 0 mm o 1 ) と THF 30mlを入れて均一溶液とした。 この溶液を一 78°Cに保ちながら n Bromopentafluorobenzene (2.47 g, 10.0 mm o 1) and 30 ml of THF were placed in a flask to make a homogeneous solution. Keep this solution at 78 ° C n
—ブチルリチウムのへキサン溶液 (2. 5M) を 4. 0ml (10. Ommo 1 ) を加え、 30分撹拌した。 この溶液を溶液 Aと呼称する。 別のフラスコに 3,—4.0 ml (10. Ommo 1) of butyllithium in hexane (2.5 M) was added and stirred for 30 minutes. This solution is referred to as Solution A. In a separate flask 3,
4ージイソプロポキシ一 3—シクロブテン一 1, 2—ジオン 1. 98 g (10.4-diisopropoxy-1-cyclobutene-1,2-dione 1.98 g (10.
Ommo 1 ) と THF 2 Om 1を入れて均一溶液とし、 一 78°Cに保った。 この 溶液を溶液 Bと呼称する。 Ommo 1) and THF 2 Om 1 were added to make a homogeneous solution and kept at 78 ° C. this The solution is referred to as Solution B.
溶液 Aを溶液 Bに移送し、 一 78°Cで 2時間撹拌した。 その後、 2規定の塩酸 5mlを加えて反応を停止し、 室温にした後に水を 200m 1加えた。 エーテル で抽出し、 油層を硫酸マグネシウムで乾燥させた。 エバポレー夕一で溶媒を留去 し、 シリカゲルカラムで精製し (溶媒:初期はへキサン/エーテル =3/1、 後 期はメタノールを使用した) 、 1. 30 g (49%) の 4—ヒドロキシー 3—( ペンタフルオロフェニル) シクロブ夕— 3—ェン— 1, 2—ジオンを得た。 構造 は1 H— NMRおよび19 F— NMRで確認した。 Solution A was transferred to Solution B and stirred at 78 ° C for 2 hours. Thereafter, 5 ml of 2N hydrochloric acid was added to stop the reaction, and after bringing to room temperature, 200 ml of water was added. Extraction with ether was performed, and the oil layer was dried with magnesium sulfate. Evaporate the solvent in an evaporator and purify on a silica gel column (solvent: initial hexane / ether = 3/1, later methanol was used) 1.30 g (49%) of 4-hydroxy- 3- (Pentafluorophenyl) cyclobut-3-ene-1,2-dione was obtained. The structure was confirmed by 1 H-NMR and 19 F-NMR.
フラスコに 4—ヒドロキシー 3― (ペンタフルオロフェニル) シクロブター 3一 ェンー 1, 2—ジオン 1. 20 g (4. 54mmo 1 ) 、 水酸化リチウム 1水和 物 190. 5mg (4. 54mmo 1 ) およびメタノールを入れて均一溶液とし た。 湿らせた pH試験で中性になっていることを確認した後に溶媒を留去し、 6 0 °Cにおいて真空ポンプで減圧乾燥を 8 h行レ 4ーリチォキシ— 3—(ペンタフ ルオロフェニル) シクロブタ一3—ェン— 1, 2—ジオン (III) 1. 22 g (4 . 54mmo 1 ) を得た。  4-Hydroxy-3- (pentafluorophenyl) cyclobutane 3-ene-1,2-dione 1.20 g (4.54 mmo 1), lithium hydroxide monohydrate 190.5 mg (4.54 mmo 1) and methanol in a flask To make a homogeneous solution. After confirming neutrality in the moistened pH test, the solvent was distilled off, followed by drying under reduced pressure with a vacuum pump at 60 ° C for 8 h. 4-Ritoxy-3- (pentafluorophenyl) cyclobuta 3 -Yen-1,2-dione (III) 1.22 g (4.54 mmo 1) was obtained.
(実施例 5) (Example 5)
(III) を 0. 7120 g秤量し脱水プロピレンカーボネート 3. 5mlに溶解さ せ、 モレキュラーシ一ブ 3A (1/16) で 12時間乾燥させて電解質 (E) を得た。 (E)中のォキソカーボンの当量は 0. 542mmo 1 /gであった。 ( E) の伝導度測定の結果を表 1に示す。  0.7120 g of (III) was weighed and dissolved in 3.5 ml of dehydrated propylene carbonate, and dried with molecular sieve 3A (1/16) for 12 hours to obtain an electrolyte (E). The equivalent of oxocarbon in (E) was 0.542 mmo1 / g. Table 1 shows the results of conductivity measurements for (E).
(実施例 6 ) (Example 6)
プロピレンカーボネートの量を 7m 1にした以外は実施例 5と同様にして電解 質 (F) を得た。 (F)中のォキソカーボンの当量は 0. 292mmo lZgであ つた。 (F) の伝導度測定の結果を表 1に示す。 (実施例 7 ) An electrolyte (F) was obtained in the same manner as in Example 5 except that the amount of propylene carbonate was changed to 7 ml. The equivalent of oxocarbon in (F) was 0.292 mmolZg. Table 1 shows the results of conductivity measurements for (F). (Example 7)
プロピレンカーボネートの量を 1 0 . 5 m lにした以外は実施例 5と同様にし て電解質 (G) を得た。 (G)中のォキソカーボンの当量は 0 . 2 0 0 mm o 1 / gであった。 (G) の伝導度測定の結果を表 1に示す。 表 1  An electrolyte (G) was obtained in the same manner as in Example 5 except that the amount of propylene carbonate was changed to 10.5 ml. The equivalent of oxocarbon in (G) was 0.200 mm o 1 / g. Table 1 shows the results of conductivity measurements for (G). table 1
Figure imgf000021_0001
本発明のォキソカーボン類と低分子化合物を含有する電解質は、 二次電池、 燃 料電池、 空気電池、 太陽電池等の電池、 キャパシター、 コンデンサ一、 センサ一 素子、 ァクチユエ一夕一等に応用することができるが、 とりわけリチウム二次電 池用のリチウムィォン伝導性電解質として有用である。 殊に無機塩と有機化合物 からなる電解質に匹敵するリチウム伝導性を有するのみならず化学的安定性等に も優れ、 長時間に亘り高いリチウム伝導性を維持し得るので、 本発明の電解質は 実用面でも有利となる。
Figure imgf000021_0001
The electrolyte containing the oxocarbons and the low-molecular compound of the present invention is applied to a battery such as a secondary battery, a fuel battery, an air battery, a solar battery, a capacitor, a capacitor, a sensor, an element, and an overnight. However, it is particularly useful as a lithium-ion conductive electrolyte for lithium secondary batteries. In particular, the electrolyte of the present invention is practical because it not only has lithium conductivity comparable to an electrolyte composed of an inorganic salt and an organic compound, but also has excellent chemical stability and can maintain high lithium conductivity for a long time. This is also advantageous.

Claims

請求の範囲  The scope of the claims
1. ォキソカーボン類と、 分子量が 1000未満の低分子化合物とを含有する 電解質。 ォキソカーボン類が、 下式 (1) で示される請求項 1に記載の電解質。  1. An electrolyte containing oxocarbons and a low molecular weight compound having a molecular weight of less than 1000. 2. The electrolyte according to claim 1, wherein the oxocarbons are represented by the following formula (1).
Figure imgf000022_0001
Figure imgf000022_0001
(式中、 X1、 X2はそれぞれ独立に一 0_、 — S—又は— NR' —を表し、 Zは 一 CO—、 一 C (S) 一、 -C (N ' ' ) 一、 置換基を有していても良い炭素 数 1〜6のアルキレン基又は置換基を有していても良い炭素数 6〜10のァリー レン基を表す。 nは、 繰り返しの数を表わし、 0〜10の整数を表わす。 n個あ る Zは、 互いに同じであっても良く、 異なっていても良い。 Rは、 一 OH、 一 S H、 -NHR' ' ' 、 置換基を有していても良い炭素数 1〜18のアルキル基、 置換基を有していても良い炭素数 6〜18のァリール基又は置換基を有していて も良い炭素数 7〜16のァラルキル基を表す。 R' 、 R' , 、 R' ' ' は、 それ ぞれ独立に水素原子、 置換基を有していてもよい炭素数 1〜 6のアルキル基又は 置換基を有していてもよい炭素数 6〜10のァリール基を表す。 Bは、 水素原子 または 1価の金属原子を表す。 ) (In the formula, X 1 and X 2 each independently represent 0_, — S— or — NR ′ —, Z represents one CO—, one C (S) one, -C (N ′ ′) one, substitution Represents an alkylene group having 1 to 6 carbon atoms which may have a group or an arylene group having 6 to 10 carbon atoms which may have a substituent, n represents the number of repetitions, and 0 to 10 N may be the same as or different from each other, and R may have one OH, one SH, -NHR ''', or a substituent. R 1 represents an alkyl group having 1 to 18 carbon atoms, an aryl group having 6 to 18 carbon atoms which may have a substituent, or an aralkyl group having 7 to 16 carbon atoms which may have a substituent. R ′ and R ′ ′ ′ each independently represent a hydrogen atom, an optionally substituted alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, or an optionally substituted carbon group having 6 to 10 carbon atoms. B represents water It represents an atom or a monovalent metal atom.)
3. Zが、 _C (O) 一、 一 C (S) —又は— C (NH) 一のいずれかである 請求項 2記載の電解質。 3. The electrolyte according to claim 2, wherein Z is one of _C (O), C (S) — or — C (NH).
4. X1および X2がー 0— Zが—CO—、 nが 0〜 2の整数である請求項 2 に記載の電解質。 4. The electrolyte according to claim 2, wherein X 1 and X 2 are −0—Z is —CO—, and n is an integer of 0 to 2.
5. Bが水素原子、 リチウム原子、 ナトリウム原子、 カリウム原子、 セシウム 原子から選ばれる請求項 2に記載の電解質。 6. 低分子化合物が 25 °Cにおいて液体状態を示す化合物である請求項 1に記 載の電解質。 . 5. The electrolyte according to claim 2, wherein B is selected from a hydrogen atom, a lithium atom, a sodium atom, a potassium atom, and a cesium atom. 6. The electrolyte according to claim 1, wherein the low molecular weight compound is a compound that exhibits a liquid state at 25 ° C. .
7. 低分子化合物が非プロトン性である請求項 1に記載の電解質。 8. 低分子化合物が誘電率 50以上の低分子化合物である請求項 1に記載の電 解質。 7. The electrolyte according to claim 1, wherein the low molecular compound is aprotic. 8. The electrolyte according to claim 1, wherein the low molecular compound is a low molecular compound having a dielectric constant of 50 or more.
9. 低分子化合物が環状炭酸エステルである請求項 1に記載の電解質。 10. 低分子化合物がエチレンカーボネート、 プロピレンカーボネートのいず れか一方または両方である請求項 1に記載の電解質。 9. The electrolyte according to claim 1, wherein the low molecular compound is a cyclic carbonate. 10. The electrolyte according to claim 1, wherein the low molecular weight compound is one or both of ethylene carbonate and propylene carbonate.
1 1. [ォキソカーボン類の物質量(mmo 1 ) ] / [低分子化合物の重量(g) +ォキソカーボン類の重量 (g) ] が 0. 05〜8mmo 1 /gである請求項 1 に記載の電解質。 1 1. The amount of [oxocarbons (mmo 1)] / [weight of low molecular weight compound (g) + weight of oxocarbons (g)] is 0.05 to 8 mmo 1 / g. Electrolytes.
12. 請求項 1〜11のいずれかに記載の電解質を有することを特徴とする電 池。 13. 電池がリチウム二次電池である請求項 12記載の電池。 12. A battery comprising the electrolyte according to any one of claims 1 to 11. 13. The battery according to claim 12, wherein the battery is a lithium secondary battery.
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