[发明专利]非水电解液、及使用其的非水电解液电池

说明书

提供：在初充放电后具有较低内部电阻、且高温贮藏后的低温输出特性优异的非水电解液电池。作为非水电解液的成分，配混通式(1)所示的化合物。式中，X¹为碳原子或硫原子，Y¹和Y²为氧原子或任选被卤素原子取代的亚甲基，r为1或2，R¹为通式(2)或通式(3)所示的基团，其中，(i)X¹为硫原子且Y¹和Y²为亚甲基时、及(ii)X¹为碳原子且Y¹和Y²为氧原子时，R¹为通式(2)所示的基团。

技术领域

本发明涉及非水电解液、及使用其的非水电解液电池。

背景技术

近些年，除了面向信息相关设备、通信设备、即电脑、摄像机、数码相机、手机、智能手机等小型、高能量密度用途的蓄电系统之外，对电动汽车、混合动力车、能作为燃料电池车辅助电源搭载的、高容量、高输出且能量密度高的电池的需求正迅速扩大。另外，在面向蓄电等大型、能量用途的蓄电系统中也能长期使用的电池需求正日益提高。作为这些各种蓄电系统的候选，正在积极地开发锂离子电池、锂电池、锂离子电容器等的非水电解液电池。

锂二次电池主要由正极、非水电解液和负极构成。作为构成锂二次电池的负极，例如已知金属锂、能吸储和释放锂的金属化合物(例如金属单质、氧化物、与锂的合金等)、碳材料等，特别是使用了能吸储/释放锂的、焦炭、人造石墨、天然石墨等碳材料的锂二次电池被广泛实用化。报道了：例如将天然石墨、人造石墨等经高结晶化的碳材料用作负极材料的锂二次电池中，非水电解液中的非水有机溶剂在充电时在负极表面被还原分解，由此产生的分解物、气体阻碍电池原本的电化学反应，因此循环特性降低。

另外，将锂金属、其合金、硅、锡等金属单质、氧化物等用作负极材料的锂二次电池虽然初始容量高但在循环过程中负极材料的微粉化进展，因此与碳材料的负极相比容易发生非水有机溶剂的还原分解，结果已知伴随电池的初始不可逆容量的增加而第1次循环的充放电效率降低，与其相伴的电池容量、循环特性之类的电池性能大幅降低。

在第1次循环充电时将锂阳离子插入负极中时，负极与锂阳离子、或负极与电解液溶剂发生反应，在负极表面上形成以氧化锂、碳酸锂、烷基碳酸锂为主成分的覆膜。该电极表面上的覆膜被称为固体电解质界面(Solid Electrolyte Interface：SEI)，抑制溶剂的还原分解且抑制电池性能的劣化等，该性质对电池性能产生较大影响。

如此，由于非水有机溶剂的分解物的蓄积、气体的产生、负极材料的微粉化所造成的不良影响等，使锂无法顺利地吸储和释放至负极，结果存在循环特性等电池特性显著降低这样的问题。

另外，作为正极，已知例如LiCoO₂、LiMn₂O₄、LiNiO₂、LiFePO₄等。报道了：使用了这些的锂二次电池在充电状态下变为高温时，在正极材料与非水电解液的界面，非水电解液中的非水有机溶剂局部地部分氧化分解，由此产生的分解物、气体阻碍电池原本的电化学反应，结果使循环特性等电池性能降低。与负极同样地在正极表面上也形成由氧化分解物产生的覆膜，已知该覆膜也起到抑制溶剂的氧化分解、抑制气体产生量等的重要作用。

如上所述，通常的锂二次电池中，在正极上、负极上非水电解液分解时产生的分解物、气体会阻碍锂离子的移动或使电池膨胀，存在使电池性能降低的原因。

为了克服这些课题、且改善以长期耐久性、输出特性为代表的电池性能，重要的是离子传导性高、且电子传导性低、长期形成稳定的SEI，通过在非水电解液中少量(通常为0.01质量％以上且10质量％以下)加入被称为添加剂的化合物，从而积极地广泛尝试了形成良好的SEI。