[发明专利]蓄电装置用非水溶剂和非水电解液、以及使用它们的蓄电装置、锂二次电池和双电层电容器

说明书

技术领域

本申请涉及在存储或积累电化学能量的蓄电装置中使用的非水溶剂和非水电解液、以及使用它们的锂二次电池、双电层电容器等的蓄电装置。

背景技术

近年来，对蓄电元件单体的充电电压和放电电压高于1.5V的高电压型的蓄电装置的开发不断进行，作为这种高电压型的蓄电装置，锂一次电池、锂离子二次电池、锂聚合物二次电池、双电层电容器等已经被实用化。

高电压型的蓄电装置中使用以有机化合物作为溶剂的非水电解液。这是由于，在作为电解液的溶剂使用水时，高充电电压和放电电压会使水发生电解分解的缘故。此外，在具备含有与水有反应活性的锂、利用锂的吸藏或释放的电极的蓄电装置中也使用非水电解液。

非水电解液，为了提高所用于的蓄电装置的放电性能，希望高导电性和低粘度。此外，在作为二次电池、双电层电容器等的溶剂使用时，为了反复充放电不使蓄电装置的性能劣化，需要化学上并且电化学上稳定。

从这些观点考虑，作为例如锂离子二次电池的电解液的主溶剂，使用了以碳酸亚乙酯为代表的环状碳酸酯、与以碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯为代表的链状碳酸酯的混合体系。此外，作为双电层电容器的电解液的主溶剂能够很好地使用以碳酸亚丙酯为代表的环状碳酸酯。

上述蓄电装置被广泛用作移动通信设备、便携电子设备的主电源、后备电源和电气电路用电源。近年来需要这些机器更加小型、高性能，因而需要进一步提高蓄电装置的体积能量密度。

为了提高体积能量密度，可以想到提高平均放电电压、增大体积容量密度。作为实现这些目的的手段之一，已经研究了充电电压的高电压化。

通常在锂离子二次电池中作为正极材料使用以钴酸锂、镍酸锂等为代表的含锂过渡金属氧化物。使用这些正极材料的锂离子二次电池，通过提高充电电压，能够提高锂的利用效率，体积容量密度变高。此外，在双电层电容器的情形，通过提高充电电压能够增大双电层容量的值，提高体积容量密度。

但在将一对的电极组中任一电极充电到以锂的溶解析出电位为基准是4.3V以上时，电解液的氧化分解成为大的课题。即使是以往作为耐氧化性优异的、适合高电压型蓄电装置的非水电解液溶剂为人所知的链状碳酸酯类、环状碳酸酯类，也会发生氧化分解，产生气体。该氧化分解反应尤其是在高温状态进行显著，伴随有大量气体产生。因此，例如搭载了在电池过充电时等电池内压上升时就会阻断充电电流的内压感知型电流阻挡机构(CID：Current Interrupt Device)的锂离子二次电池的情况，由于非水溶剂的氧化分解产生气体，有时CID会错误工作，损害作为电池的功能。此外，即使没有搭载CID的情形，在气体的产生量变多时，也存在电池膨胀的问题。

专利文献1中，为了抑制链状碳酸酯类、环状碳酸酯类的超高电位下的氧化分解，公开了使用含有环状磺酸酯的非水电解液而成的非水电解质二次电池。这种非水电解质二次电池，当充电至正极是4.5V以上的电位时，环状磺酸酯在正极被氧化分解，在正极表面形成被膜。通过形成该被膜，抑制了溶剂在正极表面的分解。

另一方面，专利文献2和3中提出了在非水溶剂中含有0.01重量%以上5重量%以下的“也可以含有氟原子的烃化合物”。这些专利文献中记载了，通过在电极表面的活性点存在对氧化和还原稳定的烃化合物，能够抑制高温状态下的电解液成分和电极活性物质之间的副反应。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2005-149750号公报

专利文献2：日本特开2004-111359号公报

专利文献3：日本特开2006-286650号公报

发明内容

发明要解决的课题

但本申请的发明人对专利文献1~3所公开的技术进行了研究，发现这些技术对于抑制电解液的分解、抑制电解液的副反应并不充分。

本申请的目的在于，改善这些现有技术的课题，提供耐氧化性优异的蓄电装置用非水溶剂和非水电解液。

解决课题的手段

本申请中公开的蓄电装置用非水溶剂，含有含氟环状饱和烃、和相对介电常数为25以上的化合物，所述含氟环状饱和烃具有下述通式(1)所示的、在环戊烷环上导入了1个或2个取代基R的结构(通式(1)中，R表示C_nX_2n+1，n是1以上的整数，2n＋1个X中的至少1个是F，其余的X是H。)

发明效果