电解液和锂离子二次电池的制作方法_3

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甲基。通过使R4和R5为运样的控基,化 学稳定性趋于更加优异。
[0207 ] R4和r5的控基的碳数为1~10,优选为1~8,更优选为1~6。
[0208] 对式(11)所表示的含有娃的化合物(D)没有特别限定,例如优选FsS i (C曲)2。通过 使用运样的式(11)所表示的含有娃的化合物(D),裡离子二次电池中的化学耐久性趋于进 一步提局。
[0209] [化合物化)]
[0210] 第一方案的电解液优选含有化合物化),所述化合物化)为选自由横酸、簇酸W及 具有憐原子和/或棚原子的质子酸组成的组中的酸的至少1个氨原子被下述式(12)所表示 的结构取代的化合物。通过包含运样的化合物化),裡离子二次电池的循环性能趋于进一步 提局。
(1巧
[0212] (上述式(12)中,R3、R4和R5各自独立地表示任选被取代的碳数1~10的有机基团。)
[0213] 需要说明的是,第一方案的电解液通过包含上述具有娃原子的化合物(D)和化合 物化),循环寿命趋于进一步提高。
[0214] 作为具有憐原子的质子酸,只要是分子内具有憐原子并具有能够W质子的形式离 解的氨原子的化合物就没有特别限定。具有憐原子的质子酸在分子内可W含有氣原子、氯 原子等面素原子;烷氧基、烷基等有机基团,也可W含有Si、B、0、N等异种原子。另外,具有憐 原子的质子酸也可W如聚憐酸那样在分子内含有多个憐原子。对运样的具有憐原子的质子 酸没有特别限定,例如优选憐酸、亚憐酸、焦憐酸、聚憐酸、麟酸。其中,更优选憐酸、亚憐酸、 麟酸。通过使用运样的化合物化),稳定性趋于更加优异。运些质子酸是任选被取代的。
[0215] 作为具有棚原子的质子酸,只要是分子内具有棚原子并且具有能够W质子的形式 离解的氨原子的化合物就没有特别限定。具有棚原子的质子酸在分子内可W含有氣原子、 氯原子等面素原子;烷氧基、烷基等有机基团,也可W含有Si、P、0、N等异种原子。另外,具有 棚原子的质子酸也可W在分子内含有多个棚原子。对运样的具有棚原子的质子酸没有特别 限定,例如优选棚酸、佛尔酬酸、二取代棚酸。运些质子酸是任选被取代的。
[0216]作为横酸,只要是分子内具有-S03H基(横酸基)的化合物就没有特别限定,分子内 也可W具有多个横酸基。另外,第一方案中,横酸中包括硫酸化OS化H)。对横酸没有特别限 定,例如可W优选举出甲基横酸、乙基横酸、丙基横酸、1,2-乙烧二横酸、=氣甲基横酸、苯 横酸、节横酸、硫酸等。
[0217]作为簇酸,只要是分子内具有C02H基(簇酸基)的化合物就没有特别限定,分子内 也可W具有多个簇酸基。对簇酸没有特别限定,例如可W举出乙酸、=氣乙酸、丙酸、下酸、 戊酸、丙締酸、甲基丙締酸、油酸、亚油酸、亚麻酸、苯甲酸、邻苯二甲酸、间苯二甲酸、对苯二 甲酸、水杨酸、丙二酸、富马酸、班巧酸、戊二酸、己二酸W及衣康酸。其中,优选苯甲酸、邻苯 二甲酸、间苯二甲酸、对苯二甲酸、水杨酸、丙二酸、富马酸、班巧酸、戊二酸、己二酸W及衣 康酸等二簇酸,更优选己二酸、衣康酸、班巧酸、间苯二甲酸W及对苯二甲酸。
[0218] 化合物化)为由横酸、簇酸W及具有憐原子和/或棚原子的质子酸组成的组中的酸 的至少1个氨原子被式(12)所表示的结构取代的化合物。此处,式(12)所表示的结构中,R 3、 R4和R5各自独立地表示任选被取代的碳数1~10的控基。
[0219] 对R3、R4和R5所表示的控基没有特别限定,例如可W举出脂肪族控基;苯基等芳香 族控基;W及控基中的氨原子全部被氣原子取代的=氣甲基等氣取代的控基。需要说明的 是,控基根据需要也可具有官能团。对运样的官能团没有特别限定,例如可W举出氣原子、 氯原子、漠原子等面素原子;腊基(-CN)、酸基(-0-)、碳酸醋基(-0C02-)、醋基(-C02-)、幾基 (-CO-)、硫酸基(-S-)、亚讽基(-S0-)、讽基(-s〇2-)、氨基甲酸醋基(-nhc〇2-)等。
[0220] 对R3、R4和R5的优选的例子没有特别限定,例如可W举出甲基、乙基、乙締基、1-甲 基乙締基、丙基、下基、氣甲基等脂肪族控基;苄基、苯基、腊基取代的苯基、氣化苯基等芳香 族控基。上述中,从化学稳定性的观点出发,更优选甲基、乙基、乙締基、1-甲基乙締基、氣甲 基。另外,2个R也可W键合而形成环。对于形成环,例如可W举出被取代或无取代的饱和或 不饱和的亚烷基取代的例子。
[0221] R3、R4和R5的碳数为1~10,优选为1~8,更优选为1~6。通过使碳数处于上述范围 内,与非水溶剂的混和性趋于更加优异。
[022引对式(12)所表示的结构没有特别限定,例如优选-Si (畑3) 3、-Si (CsHs)3、-Si (CHC此)3、-Si (C出CHC此)3、-Si (CF3)3,更优选-Si (C出)3。通过具有运样的结构,裡离子二次 电池中的化学耐久性趋于进一步提高。
[0223] 选自由横酸、簇酸W及具有憐原子和/或棚原子的质子酸组成的组中的酸具有多 个氨原子时,至少1个氨原子被式(12)所表示的结构取代即可。另外,未被取代的其余的氨 原子也可W保持原样地存在,或者被除式(12)所表示的结构W外的官能团所取代。对运样 的官能团没有特别限定,例如可W优选地举出面素取代或无取代的饱和或不饱和的碳数1 ~20的控基。对被面素取代或无取代的、饱和或不饱和的控基没有特别限定,例如可W举出 烷基、链締基、烘基、締丙基、乙締基。另外,2个氨原子的取代基也可W键合而形成环。为了 形成环,例如可W举出被取代或无取代的饱和或不饱和的亚烷基取代的例子。
[0224] 对化合物巧)没有特别限定,例如优选下述式(13)和/或下述式(14)所表示的化合 物。
(13J
[0226](上述式(13)中,M表示憐原子m下,也称为"P原子')或棚原子m下,也称为"B原 子'),M为P原子时,n为0或1,M为B素原子时,n为0,R3、R4和R5各自独立地表示任选被取代的 碳数1~10的有机基团,R 6和R7各自独立地表示选自由OH基、OLi基、任选被取代的碳数1~10 的烷基、任选被取代的碳数1~10的烷氧基、碳数3~10的甲娃烷氧基、碳数6~15的芳基W 及碳数6~15的芳氧基组成的组中的基团。) 。4)
[022引(上述式(14)中,R3、R4和R5各自独立地表示任选被取代的碳数1~10的有机基团, R8表示任选被取代的碳数1~20的有机基团。)
[0229]式(13)所表示的化合物化)中,M表示P原子或B原子,M为P原子时,n表示整数0或1, M为B原子时,n表示整数0。即,式(13)中,M为B原子且n为0时,化合物化)为棚酸结构,M为P原 子且n为0时,化合物化)为亚憐酸结构,M为P原子且n为1时,化合物化)为憐酸结构。从含有 化合物化)的电解液的稳定性的观点出发,更优选M为P原子的下述式(18)的结构。
U泌
[0231] (上述式(18)中,R3、R4和R5各自独立地表示任选被取代的碳数1~10的有机基团, R6和R7各自独立地表示选自由OH基、OLi基、任选被取代的碳数1~10的烷基、任选被取代的 碳数1~10的烷氧基、碳数3~10的甲娃烷氧基、碳数6~15的芳基W及碳数6~15的芳氧基 组成的组中的基团。)
[0232] 式(13)和(18)所表示的化合物化)中,R6和R7各自独立地表示选自由OH基、OLi基、 任选被取代的碳数1~10的烷基、任选被取代的碳数1~10的烷氧基、碳数3~10的甲硅烷氧 基、碳数6~15的芳基W及碳数6~15的芳氧基组成的组中的基团。
[0233] 任选被取代的碳数1~10的烷基是表示碳原子直接键合于M原子上的结构的基团。 对烷基没有特别限定,例如可W举出脂肪族基团、氨原子中的至少一部分被氣原子取代的 =氣甲基等氣取代的控基。烷基根据需要也可被各种官能团所取代。对运样的官能团没有 特别限定,例如可W举出氣原子、氯原子、漠原子等面素原子;腊基(-CN)、酸基(-0-)、碳酸 醋基(-〇C〇2-)、醋基(-C〇2-)、幾基(-CO-)、硫酸基(-S-)、亚讽基(-S0-)、讽基(-S〇2-)、氨基 甲酸醋基(-NHC02-)、苯基W及苄基等芳香族基团。
[0234] 对R6和R7所表示的烷基的优选的例子没有特别限定,例如可W举出甲基、乙基、乙 締基、締丙基(allyl)、丙基、下基、戊基、己基、氣己基等脂肪族烷基。其中,从化学稳定性的 观点出发,更优选甲基、乙基、締丙基(allyl)、丙基、下基、戊基、己基、氣己基。
[02巧]R6和R7所表示的烷基的碳数为IW上且10 W下,优选为2 W上且10 W下,更优选为3 W上且8W下。通过使碳数为IW上,电池性能趋于进一步提高。另外,通过使碳数为IOW下, 与电解液的亲和性趋于进一步提高。
[0236] 任选被取代的碳数1~10的烷氧基是表示碳原子介由氧原子键合于M原子上的结 构的基团。对烷氧基没有特别限定,例如可W举出具有脂肪族基团的烷氧基、烷氧基中的氨 原子被氣取代的=氣乙氧基、六氣异丙氧基等氣取代的烷氧基。烷氧基根据需要也可被各 种官能团所取代。对运样的官能团没有特别限定,例如可W举出氣原子、氯原子、漠原子等 面素原子;腊基(-CN)、酸基(-0-)、碳酸醋基(-0C02-)、醋基(-C02-)、幾基(-C0-)、硫酸基(-S-)、亚讽基(-S0-)、讽基(-S02-)、氨基甲酸醋基(-N肥〇2-)、苯基W及苄基等芳香族基团。
[0237] 对R6和R7所表示的烷氧基的优选的例子没有特别限定,例如可W举出甲氧基、乙氧 基、乙締氧基、締丙氧基(allyloxy)、丙氧基、下氧基、氯基径基、氣乙氧基、氣丙氧基等脂肪 族烷氧基。其中,从化学稳定性的观点出发,更优选甲氧基、乙氧基、乙締氧基、締丙氧基 (allyloxy)、丙氧基、下氧基、氯基径基、氣乙氧基、氣丙氧基。
[0238] R6和R7所表示的烷氧基的碳数为I~10,优选为IW上且8W下,更优选为上且8 W下。通过使碳数为IW上,电池性能趋于进一步提高。另外,通过使碳数为IOW下,与电解 液的亲和性趋于进一步提高。
[0239] 碳数3~10的甲娃烷氧基表示娃原子介由氧原子键合于M原子上的结构的基团。甲 娃烷氧基也可W包含Si-O-Si-运种硅氧烷结构。对甲娃烷氧基没有特别限定,例如,从化学 稳定性的观点出发,优选地可W举出=甲基甲娃烷氧基、=乙基甲娃烷氧基、二甲基乙基甲 娃烷氧基、二乙基甲基甲娃烷氧基等。更优选为=甲基甲娃烷氧基。
[0240] 甲娃烷氧基的碳数为3W上且IOW下,优选为3W上且8W下,更优选为3W上且6W 下。通过使甲娃烷氧基的碳数为3W上,电池性能趋于进一步提高。另外,通过使甲娃烷氧基 的碳数为IOW下,化学稳定性趋于进一步提高。
[0241] 另外,对甲娃烷氧基中的娃数没有特别限制,优选为IW上且4W下,更优选为IW 上且3W下,进一步优选为IW上且2W下,更进一步优选为1。通过使甲娃烷氧基中的娃数处 于上述范围内,化学稳定性和电池性能趋于进一步提高。
[0242] 芳基是表示芳环的碳原子直接键合于M原子上的结构的基团。芳基根据需要也可 被各种官能团所取代。对运样的官能团没有特别限定,例如可W举出氣原子、氯原子、漠原 子等面素原子;腊基(-CN)、酸基(-0-)、碳酸醋基(-0C02-)、醋基(-C02-)、幾基(-C0-)、硫酸 基(-S-)、亚讽基(-SO-)、讽基(-S〇2-)、氨基甲酸醋基(-NHC02-)、烷基W及烷氧基等。
[0243] 对芳基的优选的例子没有特别限定,例如可W举出苄基、苯基、腊基取代的苯基、 氣化苯基等芳香族烷基。
[0244] 芳基的碳数为6W上且15W下,优选为6W上且12W下。通过使芳基的碳数为6W 上,化合物的化学稳定性趋于进一步提高。另外,通过使芳基的碳数为15W下,电池性能趋 于进一步提局。
[0245] 芳氧基是表示芳基介由氧键合于M原子上的结构的基团。芳氧基根据需要也可被 各种官能团所取代。对运样的官能团没有特别限定,例如可W举出氣原子、氯原子、漠原子 等面素原子;腊基(-CN)、酸基(-0-)、碳酸醋基(-0C02-)、醋基(-C02-)、幾基(-CO-)硫酸基(-S-)、亚讽基(-S0-)、讽基(-S02-)、氨基甲酸醋基(-NHC02-)、烷基W及烷氧基等。
[0246] 对芳氧基的优选的例子没有特别限定,例如可W举出苯氧基、苄基烷氧基、腊基取 代的苯氧基、氣化苯氧基等芳香族烷氧基。
[0247] 芳氧基的碳数为6W上且15W下,优选为6W上且12W下。通过使芳氧基的碳数为6 W上,化合物的化学稳定性趋于进一步提高。另外,通过使芳氧基的碳数为15W下,电池性 能趋于进一步提高。
[0248] 对R6和R7没有特别限定,例如优选任选被取代的碳数1~10的烷基、任选被取代的 碳数1~10的烷氧基、碳数3~10的甲娃烷氧基。另外,更优选R 6和R7中的至少任意一个为选 自由任选被取代的碳数1~10的烷氧基和碳数3~10的甲娃烷氧基组成的组中的官能团。通 过使R 6和R7为运样的基团,对电解液的溶解性趋于进一步提高。
[0249] 式(13)和(18)所表示的化合物化)中,R3、R4和R5各自独立地表示碳数1~10的控 基。R 3、R4和R5的优选的结构与前述式(14)所表示的结构中的R3、R 4和R5的优选的结构相同。
[0250] 式(14)所表示的化合物化)中,R8表示任选被取代的碳数1~20的控基。对R8所表示 的控基没有特别限定,例如可W举出脂肪族控基、苯基等芳香族控基;W及控基中的氨原子 全部被氣原子取代的=氣甲基等氣取代的控基。另外,控基根据需要也可被各种官能团所 取代。对运样的官能团没有特别限定,例如可W举出氣原子、氯原子、漠原子等面素原子;腊 基(-CN)、酸基(-〇-)、碳酸醋基(-0C02-)、醋基(-C02-)、幾基(-C0-)、硫酸基(-S-)、亚讽基(-S0-)、讽基(-S02-)、氨基甲酸醋基(-NHC02-)。
[0251] 此处,R8所表示的控基的碳数为IW上且20W下,优选为IW上且16W下,更优选为 IW上且14W下。
[0252] 另外,对R8所表示的控基没有特别限定,优选下述式(19)所示那样的结构。在该情 况下,化合物化)的基本骨架为二簇酸衍生物结构。
(1 S,》
[0254] (上述式(19)中,R9表示任选被取代的碳数1~13的控基,RW表示任选被取代的碳 数1~6的控基或任选被取代的碳数3~6的=烷基甲娃烷基。)
[0255] 式(19)中,作为R9,从化合物化)的化学稳定性的观点出发,优选地可W举出亚甲 基、亚乙基、亚丙基、亚了基、苯基、氣亚甲基、氣亚乙基、氣亚丙基、氣亚了基。
[0256] 另外,式(19)中,作为RW,从化合物巧)的化学稳定性的观点出发,优选地可W举出 甲基、乙基、乙締基、締丙基、=甲基甲娃烷基、=乙基甲娃烷基等=烷基甲娃烷基。更优选 地可W举出S甲基甲娃烷基、S乙基甲娃烷基等S烷基甲娃烷基。尤其,R"为S烷基甲硅烷 基时,化合物化)为下述式(20)所示那样的结构。
巧辑
[0巧引(上述式(20)中,R3、R4和R5各自独立地表示碳数1~10的有机基团,R 9表示任选被 取代的碳数1~13的控基。)
[0259]对化合物化)的优选的具体例子没有特别限定,例如可W举出=(=甲基甲硅烷 基)憐酸醋、甲基甲娃烷基)亚憐酸醋、乙基甲娃烷基)憐酸醋、四甲基甲硅烷 基)焦憐酸醋、=甲基甲娃烷基聚憐酸醋、下基麟酸双(=甲基甲娃烷基)醋、丙基麟酸双(= 甲基甲娃烷基)醋、乙基麟酸双(=甲基甲娃烷基)醋、甲基麟酸双(=甲基甲娃烷基)醋、单 甲基双(=甲基甲娃烷基)憐酸醋、单乙基双(=甲基甲娃烷基)憐酸醋、单(=氣乙基)双(= 甲基甲娃烷基)憐酸醋、单(六氣异丙基)双(=甲基甲娃烷基)憐酸醋、=(=甲基甲娃烷基) 棚酸醋、双甲基甲娃烷基)硫酸醋、=甲基甲娃烷基乙酸醋、双甲基甲娃烷基)草酸 醋、双(S甲基甲娃烷基)丙二酸醋、双(S甲基甲娃烷基)班巧酸醋、双(S甲基甲娃烷基)衣 康酸醋、双(=甲基甲娃烷基)己二酸醋、双(=甲基甲娃烷基)邻苯二甲酸醋、双(=甲基甲 娃烷基)间苯二甲酸醋、双(S甲基甲娃烷基)对苯二甲酸醋。其中,从循环寿命和抑制气体 产生的观点出发,更优选=(=甲基甲娃烷基)憐酸醋、=(=甲基甲娃烷基)亚憐酸醋、四 (=甲基甲娃烷基)焦憐酸醋、=甲基甲娃烷基聚憐酸醋、下基麟酸双(=甲基甲娃烷基)醋、 丙基麟酸双(=甲基甲娃烷基)醋、乙基麟酸双(=甲基甲娃烷基)醋、甲基麟酸双(=甲基甲 娃烷基)醋、单甲基双(S甲基甲娃烷基)憐酸醋、单乙基双(S甲基甲娃烷基)憐酸醋、单(S 氣乙基)双(=甲基甲娃烷基)憐酸醋、单(六氣异丙基)双(=甲基甲娃烷基)憐酸醋、双(= 甲基甲娃烷基)班巧酸醋、双(=甲基甲娃烷基)衣康酸醋、双(=甲基甲娃烷基)己二酸醋。
[0260] 化合物化)的含量相对于电解液100质量%,优选为0.010质量% W上且10质量% W下,更优选为0.020质量% W上且10质量% ^下,进一步优选为0.050质量% W上且8.0质 量% ^下,更进一步优选为0.10质量% W上且5.0质量% ^下,进一步更优选为0.20质量% W上且4.0质量% ^下。通过使化合物化)的含量为0.010质量% ^上,裡离子二次电池的循 环寿命趋于进一步提高。另外,通过使化合物化)的含量为10质量% ^下,电池输出趋于进 一步提高。运些化合物化)的电解液中的含量可W通过NMR测定来进行确认。另外,裡离子二 次电池中的电解液中的化合物化)的含量也与上述同样地可W通过NMR测定来进行确认。
[0261] [其它的添加剂]
[0262] 第一方案的电解液根据需要也可W含有除上述W外的添加剂。对运样的添加剂没 有特别限定,例如可W举出碳酸亚乙締醋、氣代亚乙基碳酸醋、亚硫酸亚乙醋、丙烷横内醋、 班巧腊等。通过包含运样的添加剂,裡离子二次电池的循环特性趋于进一步提高。
[0263] 第一方案的电解液可W适宜地用作非水蓄电装置用电解液。此处,"非水蓄电装 置"是指蓄电装置中的电解液中不使用水溶液的蓄电装置,作为一个例子,可W举出裡离子 二次电池、钢离子二次电池、巧离子二次电池和裡离子电容器。其中,从实用性和耐久性的 观点出发,非水蓄电装置优选裡离子二次电池和裡离子电容器,更优选裡离子二次电池。
[0264] [第二方案:裡离子二次电池]
[0265] 第二方案的裡离子二次电池(W下,还简称为"电池")具备上述电解液、含有正极 活性物质的正极和含有负极活性物质的负极。该电池除了具备上述电解液W外,也可W具 有与W往的裡离子二次电池同样的构成。
[0266]化极]
[0267]正极只要是作为裡离子二次电池的正极起作用的正极就没有特别限定,可W使用 公知的正极。正极优选含有由可吸藏和释放裡离子的材料组成的组中的1种W上作为正极 活性物质。
[026引(正极活性物质)
[0269] 从实现更高的电压的观点出发,第二方案的电池更优选具备如下正极,所述正极 含有在电位为4.4V(vsLi/Li + )W上时具有lOmAh/gW上的放电容量的正极活性物质。即使 在具备运样的正极的情况下,第二方案的电池在W高电压工作且可提高循环寿命方面也是 有用的。此处,在电位为4.4V(vsLi/Li+)W上时具有lOmAh/gW上的放电容量的正极活性物 质是指,在电位为4.4V(vsLi/Li + ) W上时能够作为裡离子二次电池的正极发生充电和放电 反应的正极活性物质,是0.1 C的恒定电流放电时的放电容量相对于活性物质的质量Ig为 IOmAhW上的正极活性物质。因此,正极活性物质只要在电位为4.4V(vsLi/Li+似上时具有 lOmAh/gW上的放电容量即可,即使在4.4V(vsLi/Li + ) W下的电位上具有放电容量也丝毫 不受影响。
[0270] 第二方案中使用的正极活性物质的放电容量在电位为4.4V(vsLi/Li + )W上时优 选为lOmAh/gW上,更优选为15mAh/gW上,进一步优选为20mAh/gW上。通过使正极活性物 质的放电容量处于上述范围内,趋于通过W高电压驱动而能够实现高能量密度。对电位为 4.4V(vsLi/LnW上时的正极活性物质的放电容量的上限没有特别限定,优选为400mAh/g W下。需要说明的是,正极活性物质的放电容量可W通过实施例中记载的方法来进行测定。 [0 2川上述在电位为4.4V(vsLi/Li+似上时具有lOmAh/gW上的放电容量的正极活性物 质可W单独使用I种或者组合使用巧巾W上。另外,作为正极活性物质,也可W组合使用在电 位为4.4V(vsLi/Li+)W上时具有lOmAh/gW上的放电容量的正极活性物质和在电位为4.4V (vsLi/LnW上时不具有lOmAh/gW上的放电容量的正极活性物质。对在电位为4.4V (vsLi/LOW上时不具有lOmAh/gW上的放电容量的正极活性物质没有特别限定,例如可 W举出Li化P04。
[0272] 对运样的正极活性物质没有特别限定,例如优选选自由式(5)所表示的氧化物、式 (6)所表示的氧化物、式(7)所表示的复合氧化物、式(8)所表示的化合物W及式(9)所表示 的化合物组成的组中的1种W上。通过使用运样的正极活性物质,正极活性物质的结构稳定 性趋于更加优异。
[0273] LiMn2-xMax〇4 (5)
[0274] (上述式(5)中,Ma表示选自由过渡金属组成的组中的巧中W上,X为0.2 < X < 0.7。) [027引 LiMm-uMeu02 (6)
[0276] (上述式(6)中,Me表示选自由除MnW外的过渡金属组成的组中的1种W上,U为0.1 <u<0.9〇)
[0277] zLi2Mc〇3-(l-z 化 iMd〇2 (7)
[027引(上述式(7)中,Mc和Md各自独立地表示选自由过渡金属组成的组中的1种W上,Z 为 0.1 <z<0.9。)
[0279] LiMbi-yFeyP〇4 (8)
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