[发明专利]非水电解液以及使用了非水电解液的蓄电设备

说明书

技术领域

本发明涉及在高电压下使用蓄电设备时能够提高电化学特性的非水电解液以及使用了非水电解液的蓄电设备。

背景技术

近年来，蓄电设备、特别是锂二次电池作为手机或笔记本型电脑等电子设备的电源及电动汽车或电力储藏用的电源而被广泛使用。其中，在平板电脑末端或超极本(ultrabook)等薄型电子设备中，大多采用在外包装部件中使用铝层压膜等层压膜的层压型电池或方型电池，但这些电池由于为薄型，所以容易产生因外包装部件的稍微膨胀等而容易发生变形的问题，具有其变形对电子设备的影响非常大的问题。

锂二次电池主要由包含能够嵌入及脱嵌锂的材料的正极及负极、含有锂盐和非水溶剂的非水电解液构成，作为非水溶剂，使用碳酸亚乙酯(EC)、碳酸亚丙酯(PC)等碳酸酯类。

此外，作为锂二次电池的负极，已知有锂金属、能够嵌入及脱嵌锂的金属化合物(金属单质、氧化物、与锂的合金等)、碳材料。特别是使用了碳材料中的例如焦炭、石墨(人造石墨、天然石墨)等能够嵌入及脱嵌锂的碳材料的非水系电解液二次电池已经被广泛实用化。上述的负极材料由于在与锂金属同等的极低的电位下嵌入和脱嵌锂和电子，所以多数溶剂有受到还原分解的可能性，不管负极材料的种类如何，在负极上电解液中的溶剂发生部分还原分解，通过分解物的沉积、气体产生、电极的膨胀而阻碍锂离子的移动，特别是存在使在高电压下使用锂二次电池时的循环特性等电池特性降低的问题或因电极的膨胀而使电池发生变形等问题。进而，对于将锂金属或其合金、锡或硅等金属单质或氧化物作为负极材料使用的锂二次电池，虽然初期的容量高，但由于在循环中发生微粉化，所以与碳材料的负极相比，非水溶剂的还原分解加速产生，电池容量或循环特性那样的电池性能大大降低或因电极的膨胀而使电池发生变形等问题是已知的。

另一方面，对于作为正极材料使用的LiCoO₂、LiMn₂O₄、LiNiO₂、LiFePO₄等能够嵌入及脱嵌锂的材料，由于在以锂基准计为3.5V以上的高电压下嵌入和脱嵌锂和电子，所以特别是在高电压下使用锂二次电池的情况下，多数溶剂有受到氧化分解的可能性，不管正极材料的种类如何，在正极上电解液中的溶剂发生部分氧化分解，具有通过分解物的沉积而使电阻增加、或通过溶剂的分解而产生气体从而使电池膨胀的问题。

尽管是以上那样的状况，搭载了锂二次电池的电子设备的多功能化不断发展，电力消耗量有增大的趋势。为此，锂二次电池的高容量化在不断发展，通过提高电极的密度或减少电池内多余的空间容积等，电池内的非水电解液所占的体积在不断变小。因此，存在因非水电解液的少量分解就容易导致在高电压下使用电池时的电池性能降低的状况。

专利文献1中公开了一种锂二次电池用电解液，其包含苯磺酰氟那样的具有芳基与磺酰基键合而成的结构的砜化合物等，其中记载了减少电池的内部电阻而能够提高电池的电化学特性、特别是低温下的高率放电特性。

专利文献2中公开了一种非水电解液，其包含甲磺酰氟那样的具有烷基与磺酰基键合而成的结构的砜化合物和环状碳酸酯，其中记载了如果使用该电解液则能够抑制连续充电时的容量降低和气体产生，循环特性优异。

专利文献3中公开了一种电解液，其包含含有三氟乙烯基磺酰氟那样的具有氟基与磺酰基键合而成的结构的砜化合物的溶剂，其中记载了具备该电解液的电池由于可抑制电解液的分解反应，所以能够提高循环特性。

另外，专利文献1～3中，虽然暗示或记载了乙烯基磺酰氟，但没有作为实施例记载。

专利文献1：日本特开2002-359001号

专利文献2：国际公开第2005/114773号

专利文献3：日本特开2009-54288号

发明内容

发明要解决的课题

本发明的课题是提供能够提高在高电压下使用蓄电设备时的电化学特性、进而能够提高高电压循环后的放电容量维持率、且能够抑制气体产生的非水电解液以及使用了非水电解液的蓄电设备。

解决课题的手段

本发明人们对上述现有技术的非水电解液的性能进行了详细研究。其结果是，就上述专利文献1～3的非水电解液而言，虽然能够改善低温特性的改良、连续充电时的容量降低和气体产生的抑制、循环特性等，但是在谋求今后进一步的蓄电设备的使用电压的高电压化时，不能说能够充分让人满意，其中，对于抑制在高电压下使用蓄电设备时的伴随充放电的气体产生这一课题，未作任何公开。