[发明专利]电化学装置用非水电解质、其制造方法及使用其的电化学装置

说明书

技术领域

本发明涉及电化学装置中所使用的非水电解质、其制造方法及使用其的电化学装置。特别地，涉及含有碱土金属氯化物作为支持盐的非水电解质的改良。

背景技术

锂一次电池或锂二次电池等之中，从电位低、容量高等观点出发，作为负极活性物质，使用锂金属或锂和石墨的层间化合物等。锂金属的电容量为2060mAh/cm³，上述层间化合物为C₆Li的组成，具有850mAh/cm³的电容量。但是，近年，对搭载电池的设备（例如，移动电话、便携信息设备、笔记本计算机、摄像机、便携游戏设备等），要求高性能化和长时间驱动，对于电池的高能量密度化的要求也在提高。

出于这样的观点，将比锂金属和上述层间化合物更高容量的负极活性物质，例如镁金属（电容量：3830mAh/cm³）、钙金属（电容量：2070mAh/cm³）作为负极活性物质使用的非水电解质电池等正在被研讨。如果实现这样的电池，则可以期待比使用锂金属作为负极活性物质的电池更高的能量密度化。再者，使用镁金属作为负极活性物质时，需要以高浓度含有镁离子的离子传导性高的非水电解质。

另一方面，电池和电容器等的电化学装置中，作为电解质，使用包含非水溶剂和溶解于非水溶剂的支持盐的非水电解质。非水电解质中，支持盐解离成阳离子和阴离子，这些离子（特别是阳离子）成为电池反应中电荷的载体。锂一次电池（锂二氧化锰电池、锂氟化碳电池等）、锂二次电池、锂离子电容器等，是代表性的电化学装置，这些电化学装置中，成为电荷载体的离子（以下，也简称为载体离子）主要是锂离子。

在以锂离子作为载体离子的电化学装置中，作为支持盐，使用锂盐，其中，六氟磷酸锂（LiPF₆）、四氟硼酸锂（LiBF₄）、高氯酸锂（LiClO₄）、三氟甲基磺酸锂（LiCF₃SO₃）、双三氟甲烷磺酰亚胺锂（LiN（SO₂CF₃）₂）等被广泛使用。

锂离子是一价的阳离子，作为载体离子使用镁离子等多价阳离子的话，即使非水电解质中载体离子的浓度相同，也可以运载二倍以上的电荷。镁离子等的碱土金属离子是二价的阳离子，式量（分子量）比较小，因此作为载体离子的使用受到期待。再者，支持盐的式量小的话，则可以减少非水电解质的使用量，因此能够增大电极所占的体积，由此，容易提高能量密度。

构成支持盐的阴离子如六氟磷酸根离子（PF₆^-）、四氟硼酸根离子（BF₄^-）、高氯酸根离子（ClO₄^-）、双三氟甲烷磺酰亚胺离子（N（SO₂CF₃）₂^-）等那样由非金属元素构成，因此容易使式量比较小，有助于电化学装置的高能量密度化。例如，Mg（ClO₄）₂、Mg（N（SO₂CF₃）₂）₂等，在非水溶剂中比较容易溶解。但是，与多价阳离子组合的情况下，支持盐与锂盐的情况相比，会含有2倍以上的阴离子，因此支持盐的式量变大。要减小含有多价阳离子的支持盐的式量，阴离子的选择也变得重要。

如果可以使阴离子由1种非金属元素构成，而不是像六氟磷酸根离子、高氯酸根离子等这样由多个非金属元素构成，则可以减小式量。作为这样的非金属阴离子，考虑氯离子、溴离子等卤素离子。

非专利文献1中，报告了采用使溴化镁（MgBr₂）溶解在2-甲基四氢呋喃中而成的电解液的情况下，负极的镁金属能够溶解和析出。

氯离子比溴离子的式量更小，因此被认为容易降低非水电解质的量。氯化镁（MgCl₂）的式量是95.2，与LiBF₄的式量：93.7大致相同，比LiPF₆的式量：151.9小。但是，氯化镁等碱土金属氯化物对于有机溶剂的溶解性低，一般在作为非水溶剂使用的碳酸酯等中几乎不溶解。

专利文献1中，研讨了使δ型的氯化镁均匀溶解于聚乙二醇而成的聚合物电解质。