[发明专利]磺酸苯酯化合物、使用它的非水电解液及锂电池

说明书

技术领域

本发明涉及作为医药、农药、电子材料、高分子材料等的中间原料或者电池材料来说是有用的磺酸苯酯化合物、非水电解液及低温循环特性优异的锂电池。

背景技术

近年来，锂二次电池作为手机或笔记本型电脑等电子设备的电源、电动汽车或蓄电用的电源等得到广泛的使用。由于这些电子设备或汽车有可能在仲夏的高温下或极其寒冷的低温下等较宽的温度范围中使用，因此要求在较宽的温度范围中提高循环特性。

锂二次电池主要由含有可以嵌入及脱嵌锂的材料的正极和负极、以及由锂盐和非水溶剂组成的非水电解液构成，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。

另外，作为负极，已知有金属锂、可以嵌入及脱嵌锂的金属化合物或碳材料，特别是使用了可以嵌入及脱嵌锂的焦炭、人造石墨、天然石墨等碳材料的锂二次电池已经被广泛地实用化。

但是，已知对于使用了人造石墨或天然石墨等高结晶化了的碳材料作为负极材料的锂二次电池而言，因非水电解液中的溶剂在充电时在负极表面还原分解而产生的分解物或气体会阻碍电池的所希望的电化学反应，因此会引起循环特性的降低。另外，如果非水溶剂的分解物蓄积，则无法顺利地进行锂相对于负极的嵌入及脱嵌，特别是在低温下循环特性容易降低。

另外，已知对于使用了金属锂或其合金、锡、硅等金属单质或其金属氧化物作为负极材料的锂二次电池而言，虽然初期的电池容量高，然而由于在循环中微粉化加剧，因此与碳材料的负极相比会加速地引起非水溶剂的还原分解，使得电池容量或循环特性之类的电池性能大幅度降低。此外，如果这些负极材料微粉化或非水溶剂的分解物蓄积，则无法顺利地进行锂相对于负极的嵌入及脱嵌，特别是低温下的循环特性容易降低。

另一方面，已知对于使用了例如LiCoO₂、LiMn₂O₄、LiNiO₂、LiFePO₄等作为正极的锂二次电池而言，在非水电解液中的非水溶剂在充电状态下达到高温的情况下，在正极材料与非水电解液的界面中，因在局部部分氧化分解而产生的分解物或气体会阻碍电池的所希望的电化学反应，因此仍然会引起循环特性之类的电池性能的降低。

如上所述，因在负极上或正极上非水电解液分解时的分解物或气体会阻碍锂离子的移动、使电池膨胀，从而使电池性能降低。尽管有此种状况，装载有锂二次电池的电子设备的多功能化仍在日益推进，耗电量处于增大的趋势之中。因此，锂二次电池的高容量化日益推进，并且通过提高电极密度、减少电池内的浪费的空间容积等，使得电池内的非水电解液所占的体积变小。所以，即使是少量的非水电解液的分解，也会导致低温下的电池的性能容易降低的状况。

在日本特开平11-162511号中，公开有如下的非水系电解液锂二次电池，其含有具有S-O键的化合物作为有机溶剂，用于正极的集电体的材质及外罐的正极侧的与电解液的液体接触部分的材质是阀金属或其合金。另外，在其[0018]段中作为具有S-O键的化合物的例子，公开有甲磺酸苯酯化合物，示出了25℃的初期的电池容量和循环特性，然而其在低温下的循环特性不能令人十分满意。

另外，作为锂一次电池，例如已知有以二氧化锰或氟化石墨作为正极、以锂金属作为负极的锂一次电池，由于能量密度高而得到广泛使用，然而希望能够抑制长期保存中的内部电阻的增加，并且使室温或低温下的放电负载特性提高。

此外，近年来，作为电动汽车用或混合电动汽车用的新型电源，进行了蓄电装置的开发，例如，从功率密度的方面出发，进行了在电极中使用活性炭等的电双层电容器的开发，以及从兼顾能量密度和功率密度的观点出发，进行了被称作混合电容器(充分利用锂的嵌入、脱嵌所产生的容量和电双层容量二者)的开发，该混合电容器组合了锂离子二次电池与电双层电容器的蓄电原理；并且希望提高低温下的循环特性等特性。

发明内容

本发明的目的在于，提供作为医药、农药、电子材料、高分子材料等的中间原料或者电池材料来说有用的特定的磺酸苯酯化合物、能改善低温循环特性的非水电解液、以及使用它的锂电池。

本发明人等为了解决上述问题反复进行了深入研究，发现在非水溶剂中溶解有电解质盐的非水电解液中，通过向非水电解液中添加在苯环上含有1～4个氟原子、具有氧原子直接与苯环结合的磺酸酯基的磺酸苯酯化合物，就可以改善低温循环特性，从而完成了本发明。

即，本发明提供下述的(1)～(3)。

(1)一种以下述通式(I)表示的磺酸苯酯化合物，