專利名稱：鋰電池用非水電解液、使用其的鋰電池、以及其中使用的羥基酸衍生物化合物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及能改善低溫及高溫循環(huán)特性的鋰電池用非水電解液、使用了該非水電 解液的鋰電池、以及用于鋰電池等中的新型羥基酸衍生物化合物。
背景技術(shù)：
近年來，鋰二次電池被廣泛應用作手機或筆記本型個人電腦等小型電子設(shè)備、電 動汽車或電力儲存用等的電源。這些電子設(shè)備或汽車有可能會在盛夏的高溫下或在極度寒 冷的低溫下等寬的溫度范圍下使用，因此希望在寬的溫度范圍下平衡性良好地提高充放電 循環(huán)特性。鋰二次電池主要由含有能嵌入脫嵌鋰的材料的正極和負極、包含鋰鹽和非水溶劑 的非水電解液構(gòu)成，作為非水溶劑，一直使用碳酸亞乙酯(EC)、碳酸亞丙酯(PC)等碳酸酯類。另外，作為負極，已知有金屬鋰、能嵌入和脫嵌鋰的金屬化合物(金屬單質(zhì)、氧化 物、與鋰的合金等)或碳材料，特別是采用了能嵌入和脫嵌鋰的焦炭、人造石墨、天然石墨 等碳材料的鋰二次電池在實際中得到廣泛應用。例如對于使用天然石墨或人造石墨等高結(jié)晶化了的碳材料作為負極材料的鋰二 次電池，已知由于非水電解液中的溶劑在充電時在負極表面還原分解而產(chǎn)生的分解物或氣 體會阻礙電池的理想的電化學反應，因此會導致循環(huán)特性下降。另外，若非水溶劑的分解物 蓄積，則鋰對負極的嵌入和脫嵌無法順利進行，特別是低溫或高溫下的循環(huán)特性容易下降。此外，對于使用鋰金屬或其合金、錫或硅等金屬單質(zhì)或氧化物作為負極材料的鋰 二次電池，已知雖然初期的容量高，但由于在循環(huán)中不斷微粉化，因此與碳材料的負極相 比，非水溶劑的還原分解加速進行，電池容量或循環(huán)特性等電池性能大幅下降。另外，若這 些負極材料的微粉化或非水溶劑的分解物蓄積，則鋰對負極的嵌入和脫嵌無法順利進行， 特別是低溫或高溫下的循環(huán)特性容易下降。另一方面，對于采用例如LiCo02、LiMn204、LiNi02、LiFePO4等作為正極的鋰二次電 池，已知當非水電解液中的非水溶劑在充電狀態(tài)下變成高溫時，因在正極材料和非水電解 液的界面局部地發(fā)生部分氧化分解而產(chǎn)生的分解物或氣體會阻礙電池的理想的電化學反 應，因此也會導致循環(huán)特性等電池性能的下降。如上所述，正極上或負極上非水電解液分解時的分解物或氣體會使鋰離子的移動 受阻，或者使電池膨脹，從而導致電池性能下降。但盡管如此，搭載了鋰二次電池的電子設(shè) 備不斷多功能化，耗電量呈增大的趨勢。因此，鋰二次電池的高容量化不斷發(fā)展，提高電極 的密度或縮小電池內(nèi)無用的空間容積等，電池內(nèi)的非水電解液所占的體積變小。因此，少量 的非水電解液的分解也會容易使低溫或高溫下的電池性能下降。在專利文獻1中公開了 在包含含有具有尖晶石結(jié)構(gòu)的鋰錳氧化物的正極、含 有碳材料的負極和有機電解液的鋰離子二次電池中，通過使該有機電解液中含有0.5 3. 0%的丙二酸二酯，能提高25°C下的循環(huán)特性。另外，作為鋰一次電池，已知有例如以二氧化錳或氟化石墨為正極、以鋰金屬為負 極的鋰一次電池，其由于能量密度高而被廣泛使用，但希望能抑制長期保存中的內(nèi)部電阻 的增加、提高高溫或低溫下的放電負荷特性。此外，近年來，作為電動汽車用或混合電動汽車用的新電源，從輸出密度的觀點出 發(fā)，開發(fā)了電極采用活性炭等的雙電荷層電容器，從兼顧能量密度和輸出密度的觀點出發(fā)， 開發(fā)了組合了鋰離子二次電池與雙電荷層電容器的蓄電原理的被稱為混合電容器(充分 利用鋰的嵌入和脫嵌所產(chǎn)生的容量和雙電層容量的非對稱型電容器)的蓄電裝置，希望提 高高溫或低溫下的循環(huán)特性等特性。專利文獻1 日本特開2000-223153號公報

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供能改善低溫及高溫循環(huán)特性的鋰電池用非水電解液、使用 了該非水電解液的鋰電池、以及用于鋰電池等中的新型羥基酸衍生物化合物。本發(fā)明的發(fā)明人對上述現(xiàn)有技術(shù)的非水電解液的性能進行了詳細探討。結(jié)果實情 是，專利文獻1的非水電解液無法實現(xiàn)低溫和高溫的寬范圍下的良好的循環(huán)特性。于是，本發(fā)明的發(fā)明人為了解決上述問題反復進行了潛心研究，發(fā)現(xiàn)通過在由電 解質(zhì)鹽溶解于非水溶劑中而得到的非水電解液中添加通過烴基將羧酸酯基(-CO2R)與磺酰 氧基(-OSO2R)或甲酰氧基(-0CH0)這兩個不同的取代基結(jié)合而得到的羥基酸衍生物化合 物，能改善低溫及高溫循環(huán)特性，從而完成了本發(fā)明。gp，本發(fā)明提供下述⑴ (3)。(1) 一種鋰電池用非水電解液，其是由電解質(zhì)溶解于非水溶劑中而得到的非水電 解液，其特征在于，含有相對于該非水電解液為0.01 10質(zhì)量％的由下述通式(I)和通式 (II)所表示的羥基酸衍生物化合物的至少1種。
權(quán)利要求
一種鋰電池用非水電解液，其是由電解質(zhì)溶解于非水溶劑中而得到的非水電解液，其特征在于，含有相對于該非水電解液為0.01～10質(zhì)量％的由下述通式(I)和通式(II)所表示的羥基酸衍生物化合物的至少1種，通式(I)、(II)中，R1是碳原子數(shù)為1～6的直鏈或支鏈的烷基、碳原子數(shù)為2～6的直鏈或支鏈的鏈烯基、或者碳原子數(shù)為3～6的直鏈或支鏈的炔基，R2是磺酰基( SO2R5)或甲?；? CHO)，R3和R4分別表示氫或甲基，其中R5表示碳原子數(shù)為1～6的直鏈或支鏈的烷基、或者氫原子中的至少1個被鹵原子取代的碳原子數(shù)為1～6的直鏈或支鏈的烷基。FPA00001216757200011.tif
2.一種鋰電池，其是包含正極、負極以及由電解質(zhì)鹽溶解于非水溶劑中而得到的非 水電解液的鋰電池，其特征在于，在該非水電解液中含有相對于該非水電解液的質(zhì)量為 0. 01 10質(zhì)量％的由所述通式(I)和(II)所表示的羥基酸衍生物化合物的至少1種。
3.一種羥基酸衍生物化合物，其由下述通式(III)或(IV)所表示，
全文摘要
本發(fā)明提供(1)一種能改善低溫及高溫循環(huán)特性的鋰電池用非水電解液，其是由電解質(zhì)溶解于非水溶劑中而得到的非水電解液，其中，含有相對于該非水電解液為0.01～10質(zhì)量％的由通式(I)和(II)所表示的羥基酸衍生物化合物的至少1種，式中，R1是碳原子數(shù)為1～6的烷基、碳原子數(shù)為2～6的鏈烯基、或者碳原子數(shù)為3～6的炔基，R2是磺?；蚣柞；?，R3、R4分別表示氫或甲基；(2)一種鋰電池，其是包含正極、負極以及由電解質(zhì)鹽溶解于非水溶劑中而得到的非水電解液的鋰電池，其中，在該非水電解液中含有相對于該非水電解液的質(zhì)量為0.01～10質(zhì)量％的由上述通式(I)和(II)所表示的羥基酸衍生物化合物的至少1種；以及(3)由下述通式(III)或(IV)所表示的新型羥基酸衍生物化合物，式中，R6是碳原子數(shù)為2～6的鏈烯基或碳原子數(shù)為3～6的炔基，R7是磺?；蚣柞；?，R8、R9分別表示氫或甲基。
文檔編號H01M10/36GK101971409SQ200980108519
公開日2011年2月9日 申請日期2009年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月13日
發(fā)明者安部浩司, 川邊和幸 申請人:宇部興產(chǎn)株式會社