[发明专利]电化学设备用电解质、使用其的电解液及非水电解液电池

说明书

技术领域

本发明涉及被用于锂电池、锂离子电池、双电层电容器等电化学设备用途的电解质和使用其的非水电解液电池用电解液及非水电解液电池。

背景技术

随着近年来便携仪器的发展，作为其电源，电池、电容器这类利用了电化学现象的电化学设备的开发正在蓬勃地进行。此外，作为电源以外的电化学设备，可以列举出颜色因电化学反应而发生变化的电致变色显示器(ECD)。

这些电化学设备通常由一对电极和充满其间的离子导体构成。该离子导体使用的是在溶剂、高分子或它们的混合物中溶解被称为电解质的由阳离子(A⁺)和阴离子(B^-)构成的盐类(AB)而成的物质。该电解质通过进行溶解而解离为阳离子和阴离子并进行离子传导。为了获得设备所需的离子传导度，该电解质以充分的量溶解于溶剂、高分子中是必要的。实际上大多使用水以外的物质作为溶剂，这样的在有机溶剂、高分子中具有充分的溶解度的电解质在现实中仅限于几种。例如，作为锂离子电池用电解质，仅仅为LiClO₄、LiPF₆、LiBF₄、LiAsF₆、LiN(CF₃SO₂)₂及LiCF₃SO₃。阳离子部分如锂电池的锂离子那样大多取决于设备，而阴离子部分若满足溶解性高这一条件即能够使用。

在设备的应用范围日益多样化的过程中，不断寻找着对于各种用途而言最佳的电解质，但现实中由于阴离子的种类少而使优化已达到极限。此外，现有的电解质存在多种问题，迫切需要具有新型阴离子部的电解质。具体而言，由于ClO₄离子具有爆炸性、AsF₆离子具有毒性，因此基于安全上的理由而不能使用。LiN(CF₃SO₂)₂及LiCF₃SO₃由于在施加电势的状态下腐蚀电池内的铝集电体而难以使用。唯一已实用化的LiPF₆也具有耐热性、耐水解性等问题。

截至目前，作为具有新型阴离子部的电解质，已经提出了几种化合物。例如，作为新型电解质，提出了双(联苯基二酚)硼酸锂(lithium bis(biphenyldiolato)borate)(专利文献1)，但其对非水有机溶剂的溶解度、电池内的耐氧化性均不充分，这已经成为课题。此外，提出了双(水杨酸)硼酸锂(lithium bis(salicylato)borate)和在其配体上结合有作为取代基的吸电子性的Cl的新型电解质(非专利文献1)，但双(水杨酸)硼酸锂的离子传导度、耐氧化性不充分，Cl取代而得的衍生物虽改善了离子传导度、耐氧化性，但相应地存在溶解度极端降低的课题。

此外，在作为电化学设备的电池中，近年来面向信息相关机器、通信机器即个人电脑、摄像机、数码相机(digital still camera)、手机等小型、高能量密度用途的蓄电系统，面向电动车、混合动力车、燃料电池车辅助电源、储存电力等大型、动力用途的蓄电系统引起关注。作为其候选者之一的锂离子电池、锂电池、锂离子电容器等非水电解液电池的开发正在广泛进行。

这些非水电解液电池，已经实用化者虽然众多但在耐久性方面并非已能满足各种用途，尤其是由于45℃以上时劣化严重，因而在汽车用途等在长期、高温场所中使用的用途方面存在问题。

通常，在这些非水电解液电池中，使用非水电解液或通过凝胶化剂而准固体(quasi-solid)化的非水电解液作为离子导体。其构成如下：作为溶剂，使用选自非质子性的碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯等中的1种或数种的混合溶剂，作为溶质，使用锂盐即LiPF₆、LiBF₄、(CF₃SO₂)₂NLi、(C₂F₅SO₂)₂NLi等。