專利名稱：電化學設(shè)備用電解質(zhì)、使用其的電解液及非水電解液電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及被用于鋰電池、鋰離子電池、雙電層電容器等電化學設(shè)備用途的電解質(zhì)和使用其的非水電解液電池用電解液及非水電解液電池。
背景技術(shù)：
隨著近年來便攜儀器的發(fā)展，作為其電源，電池、電容器這類利用了電化學現(xiàn)象的電化學設(shè)備的開發(fā)正在蓬勃地進行。此外，作為電源以外的電化學設(shè)備，可以列舉出顏色因電化學反應(yīng)而發(fā)生變化的電致變色顯示器(ECD)。這些電化學設(shè)備通常由一對電極和充滿其間的離子導體構(gòu)成。該離子導體使用的是在溶劑、高分子或它們的混合物中溶解被稱為電解質(zhì)的由陽離子(A+)和陰離子(B—)構(gòu)成的鹽類(AB)而成的物質(zhì)。該電解質(zhì)通過進行溶解而解離為陽離子和陰離子并進行離子傳導。為了獲得設(shè)備所需的離子傳導度，該電解質(zhì)以充分的量溶解于溶劑、高分子中是必要的。實際上大多使用水以外的物質(zhì)作為溶劑，這樣的在有機溶劑、高分子中具有充分的溶解度的電解質(zhì)在現(xiàn)實中僅限于幾種。例如，作為鋰離子電池用電解質(zhì)，僅僅為Lia04、LiPF6, LiBF4、LiAsF6、LiN(CF3SO2)2及LiCF3S03。陽離子部分如鋰電池的鋰離子那樣大多取決于設(shè)備，而陰離子部分若滿足溶解性高這一條件即能夠使用。在設(shè)備的應(yīng)用范圍日益多樣化的過程中，不斷尋找著對于各種用途而言最佳的電解質(zhì)，但現(xiàn)實中由于陰離子的種類少而使優(yōu)化已達到極限。此外，現(xiàn)有的電解質(zhì)存在多種問題，迫切需要具有新型陰離子部的電解質(zhì)。具體而言，由于ClO4離子具有爆炸性、AsF6離子具有毒性，因此基于安全上的理由而不能使用。LiN(CF3SO2)2及LiCF3SO3由于在施加電勢的狀態(tài)下腐蝕電池內(nèi)的鋁集電體而難以使用。唯一已實用化的LiPF6也具有耐熱性、耐水解性等問題。截至目前，作為具有新型陰離子部的電解質(zhì)，已經(jīng)提出了幾種化合物。例如，作為新型電解質(zhì)，提出了雙(聯(lián)苯基二酚)硼酸鋰(lithium bis (biphenyldiolato) borate)(專利文獻1)，但其對非水有機溶劑的溶解度、電池內(nèi)的耐氧化性均不充分，這已經(jīng)成為課題。 此外，提出了雙(水楊酸)硼酸鋰(lithium bis (salicylato) borate)和在其配體上結(jié)合有作為取代基的吸電子性的Cl的新型電解質(zhì)(非專利文獻1)，但雙(水楊酸)硼酸鋰的離子傳導度、耐氧化性不充分，Cl取代而得的衍生物雖改善了離子傳導度、耐氧化性，但相應(yīng)地存在溶解度極端降低的課題。此外，在作為電化學設(shè)備的電池中，近年來面向信息相關(guān)機器、通信機器即個人電腦、攝像機、數(shù)碼相機(digital still camera)、手機等小型、高能量密度用途的蓄電系統(tǒng)， 面向電動車、混合動力車、燃料電池車輔助電源、儲存電力等大型、動力用途的蓄電系統(tǒng)引起關(guān)注。作為其候選者之一的鋰離子電池、鋰電池、鋰離子電容器等非水電解液電池的開發(fā)正在廣泛進行。這些非水電解液電池，已經(jīng)實用化者雖然眾多但在耐久性方面并非已能滿足各種用途，尤其是由于45°C以上時劣化嚴重，因而在汽車用途等在長期、高溫場所中使用的用途方面存在問題。通常，在這些非水電解液電池中，使用非水電解液或通過凝膠化劑而準固體 (quasi-solid)化的非水電解液作為離子導體。其構(gòu)成如下作為溶劑，使用選自非質(zhì)子性的碳酸亞乙酯、碳酸亞丙酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯等中的1種或數(shù)種的混合溶劑，作為溶質(zhì)，使用鋰鹽即 LiPF6、LiBF4、(CF3SO2)2NLi, (C2F5SO2)2NLi 等。截至目前，作為用于改善非水電解液電池的循環(huán)特性、高溫保存性等耐久性的手段，正在研究對以正極、負極的活性物質(zhì)為首的各種電池構(gòu)成要素的最優(yōu)化。非水電解液相關(guān)技術(shù)也不例外，已經(jīng)提出通過各種添加劑來抑制在活性的正極、負極的表面電解液分解所致的劣化。例如，已經(jīng)提出通過在電解液中添加碳酸亞乙烯酯(專利文獻幻以及添加環(huán)己基苯、四氫萘(專利文獻幻來抑制劣化、提高電池特性的方案。然而，其在45°C以上的高溫下抑制劣化的效果難說充分，并且還存在電池內(nèi)的電阻上升等問題，希望進一步提高電解液的特性?，F(xiàn)有技術(shù)文獻專利文獻專利文獻1 日本特表2000-516930號公報專利文獻2 日本特開2000-123867號公報專利文獻3 日本專利3671936號公報非專利文獻非專利文獻1 :J. Electrochem. Soc.，148 (9)，A999 (2001)

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的問題如前所述，需要出現(xiàn)對于用于應(yīng)對各種電化學設(shè)備而言具有充分特性的新型電解質(zhì)，本發(fā)明課題在于，發(fā)現(xiàn)具有作為電化學設(shè)備用電解質(zhì)的性質(zhì)的新型電解質(zhì)，提供利用其的優(yōu)異的非水電解液電池用電解液和非水電解液電池。用于解決問題的方案本發(fā)明人等鑒于該問題進行了深入研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)一種具有新型化學結(jié)構(gòu)的特征的電解質(zhì)，并發(fā)現(xiàn)了利用其的優(yōu)異的非水電解液電池用電解液和非水電解液電池，從而完成了本發(fā)明。S卩，本發(fā)明提供一種電化學設(shè)備用電解質(zhì)，其特征在于，其為由通式⑴所示的化學結(jié)構(gòu)式構(gòu)成的電化學設(shè)備用電解質(zhì)，
權(quán)利要求
1. 一種電化學設(shè)備用電解質(zhì)，其由通式(1)所示的化學結(jié)構(gòu)式構(gòu)成，
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學設(shè)備用電解質(zhì)，其中，M為B或P中的任意一者。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學設(shè)備用電解質(zhì)，其中，A+為選自由Li離子、Na離子、K 離子或烷基季銨離子組成的組中的任意一種陽離子。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學設(shè)備用電解質(zhì)，其中，R為氟、苯基或五氟苯基官能團。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學設(shè)備用電解質(zhì)，其中，通式(1)的陰離子部分為選自由[BF3 卿2)]_、[BF2 (PO2F2)2]\ [BF(PO2F2) [B (PO2F2) J\ [PF5(PO2F2) ]\ [PF4 (PO2F2)2]\ [PF3 (PO2F2) 3]_、[PF2 (PO2F2) 4]\ [PF (PO2F2) 5] \ [P (PO2F2) 6]_、[B (C6H5) 3 (PO2F2) ] _、 [B (C6F5) 3 (PO2F2)]—組成的組中的任意一種化合物。
6.一種非水電解液電池用電解液，其特征在于，在非水有機溶劑中含有權(quán)利要求1 5 中的任意一項所述的電化學設(shè)備用電解質(zhì)。
7.一種非水電解液電池用電解液，其中，在含有非水有機溶劑和溶質(zhì)的非水電池用電解液中，含有權(quán)利要求1 5中的任意一項所述的電化學設(shè)備用電解質(zhì)作為添加劑。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的非水電解液電池用電解液，其中，非水有機溶劑為碳酸亞乙酯、碳酸亞丙酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯或碳酸甲乙酯。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的非水電解液電池用電解液，其中，權(quán)利要求1 5中的任意一項所述的電化學設(shè)備用電解質(zhì)的添加濃度相對于非水電解液電池用電解液在0.01 10.0質(zhì)量％的范圍內(nèi)。
10.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的非水電解液電池用電解液，其中，溶質(zhì)為LiPF6、LiBF4, (CF3SO2) 2NLi 或(C2F5SO2) 2NLi。
11.一種非水電解液電池，其中，在至少具有正極、由鋰或能夠吸藏釋放鋰的負極材料制成的負極和電解液的非水電解液電池中，電解液中含有權(quán)利要求6 10中的任意一項所述的非水電解液電池用電解液。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于，發(fā)現(xiàn)具有作為電化學設(shè)備用電解質(zhì)的性質(zhì)的新型電解質(zhì)，提供利用其的優(yōu)異的非水電解液電池用電解液和非水電解液電池。提供由通式(1)所示的化學結(jié)構(gòu)式構(gòu)成的電化學設(shè)備用電解質(zhì)。其中，M為元素周期表的13族或15族元素；A+為堿金屬離子或鎓離子；在M為13族時，m為1～4，在M為15族時，m為1～6；在M為13族時，n為0～3，在M為15族時，n為0～5；R可以是鹵素、C1～C10的鹵代烷基、C6～C20的芳基或C6～C20的鹵代芳基，或者可以是代替這些結(jié)構(gòu)中的氫而導入鹵素、鏈狀或環(huán)狀的烷基、芳基、烯基、烷氧基、芳氧基、磺?；?、氨基、氰基、羰基、?；?、酰胺基或羥基的結(jié)構(gòu)，或代替這些結(jié)構(gòu)中的碳而導入氮、硫或氧的結(jié)構(gòu)，所具有的n個R各自獨立，可以表示不同種類的基團或相同的基團。
文檔編號H01M10/0568GK102414902SQ20108001800
公開日2012年4月11日 申請日期2010年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月22日
發(fā)明者三井俊典, 藤原愛一郎, 辻岡章一, 近藤夕季 申請人:中央硝子株式會社