TW200912958A - Electrolyte, and electrical and electronic parts made with the same - Google Patents

Description

200912958 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於可用於非水系之電池、電容器等之電氣電 子零件的電解質。 【先前技術】 象徵行動通信機器或高速資訊處理機+ ^ 命寻之電氣電子機 器最近的進步，顯著的在於電子學機器之小型輕量化、及 向性能化。尤其，對小型、輕量且高容量的耐長期保存之 高性能的電池、電容器等的期待較大1求廣泛應用，零 件開發快速發展。對此，各種電氣電子零件，例如 、 為連續引起電子之移動提取電氣能而使離子於正極斑H 之間移動之電解質，對其技術.品質開發的必要性亦逆 高。 曰 電池、電容器等電氣.電子零件中之陽極 '正極等之導 電構件間所使用之電解質，過去 用.祐输7 30去作為洛劑，例如，使 奴酸乙一 S曰、碳酸丙二醋、 沾 * △ 狄敗一 T酯、碳酸二乙 S曰、奴酸乙酯甲醋、碳酸丁二 腈、甲氧基乙腈、”氧… 腈、已二腈、乙 甲軋基丙腈、丁内酯、 % 丁砜、3-甲基環丁砸、Α Υ戍円酉s χτ 硝基乙燒、確基甲烷、構酸：甲 酯、Ν-甲基噁唑啶_ 嶙殹-甲 ，N_—甲基甲醯胺、N-甲基吡η各烷 酮、二甲亞砜、Ν，Ν-二甲其吐， 丫巷比各烷 ^ , 、'坐咬嗣、肺、水、及該等2 種或2種以上之混合物等。 人辱1 又，作為離子，例如， 的組合。 牛彳有以下之陽離子與陰離子 131780.doc 200912958 4級録離子、4級鱗離子、鐘離子、鈉離子、 銨離子、氫離子等，及該等混合物。 高氣酸鹽離子、錢化離子、六氟化構酸離 及該等混 該等溶劑與離子物種之組合作為電解質具有良好的物 然而無法充分對應於近年來對電動車用之電池、電容 器等要求的高容量化或大輸出化。

(1) 陽離子： (2) 陰離子： 子、硫酸離子、氫氧化物離子等 合物。 對於要求高容量 子零件中之陽極、 必須同時滿足 、大輸出之電池、電容器等之電氣電 正極等之導電構件間所使用的電解質， (1) 導電性好； (2) 分解電壓高； (3) 使用溫度範圍廣；

(4 )化學性.電化學性安定（長壽命） 等四個特性。尤其， 作為使用大電流，如 其重要的條件。 欲使長壽命，認為係電氣·電子零件 電動車用之驅動電源之電池等，係極 【發明内容】 本發明之目的在於提供一種適合作為電氣·電子零件中 之電解1夜、可对高容量化.大輸出化之大電流、導電性與 耐電壓馬、及化學性.電化學性安定的電解質材料。 本發明提供一種電解質，其特徵為含有芳族聚醯胺、離 子物種及有機溶劑。 離 131780.doc 200912958 本發明之電解質，由導電度十分大，高耐電壓、長壽 命、使用溫度範圍廣考慮，作為使用於電氣.電子零件中 之導電構件間的電解質較有用，使用本發明之電解質的電 池、電容器等之電褒.雷工十μ 电孔電子零件，可於電動車等大電流環 境下有利地使用。 【實施方式】 以下，對本發明之電解質進行更詳細的說明。 芳族聚酿胺 本發明之電解質中使用之芳族聚㈣，包含線狀高分子 =物’其酿胺鍵（_(：__)之6〇%以上與芳香環（例如， 苯環）直接鍵結。作為該等芳族聚醯胺，例如，可舉例 2 =聚間伸苯基間苯二甲醯胺及其共聚物、聚對伸苯基對 苯二甲酿胺及其共聚物、及聚（對伸苯基）_共扣，4_二苯 喊）對苯二甲酿胺等。該等芳族聚醯胺，例如，係藉由使 用間苯二甲酸氯化物及間伸苯二胺之原本既知之界面聚人 =、溶液聚合法等進行工業之製造，可作為市場銷售品二 \，然而不限於此。該等芳族聚酿胺中，尤其聚間伸苯基 間苯二甲醯胺，具備良好的成型加工性、熱枯著性、難二 性、耐熱性等特徵，較適合使用。 ’'、 離子物種 去„電解質中所使用之離子物種，可使用與過 古電池、電容器等之電氣.電子零件中 導電構件間所使用的電解質相同者。例如，可舉例^: 之b離子與陰離子的組合，然而不限於此，對有機溶劑顯 131780.(j〇c 200912958 :二好：解性’且導電度、耐電屢等特性顯示所期望之 ㈣，例如，只要在溶解於有機溶媒之狀態下導電度為 上(2〇。。)、_為”以上，則均可使用。 ()%離子：4級錄離子、4級鱗離子、鐘離子、納離 子、録離子、氫離子等，及該等2種或2種 以上之？昆合物。 (2)陰離子 有機溶劑 高氯酸鹽離子、魏化離子、六氟化填酸 離子、4酸離子、氫氧化物離子等，及該 等2種或2種以上之混合物。 作為本發明使用之有機溶劑，可使用與過去關於電池、 電容器等之電氣·電子零件中的陽極、正極等之導電部件 間所使用之電解質相同者’例如’可舉例有：碳酸乙二 酯、碳酸丙二酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸乙酯甲 醋、碳酸丁二醋、戊二猜、己二腈、乙腈、甲氧基乙腈、 3-甲氧基丙腈、γ_ 丁内g旨、γ_戊内酯、環丁砜、3·甲基環 丁砜、硝基乙烷、硝基甲院、磷酸三甲酯、Ν_甲基噁唑啶 酮、Ν，Ν-二甲基甲醯胺、Ν_甲基吡咯烷酮、二甲亞砜、 Ν，Ν-二甲基咪唑啶酮、肺等，及該等2種或2種以上之混合 物，若能顯示離子物種之良好的溶解性，且導電度、耐電 壓等特性顯示所期望之值（例如，若於溶解離子物種狀態 下，導電度為1 mS/cm以上（2〇。〇 ,耐電壓為2 ν以上），將 非限疋於此。其中，尤其合適的是，可與芳族聚醯胺良好 地親和、顯示膨潤性、根據混合比凝膠化成均勻狀態之碳 酸乙二酯、碳酸丙二酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸 131780.doc 200912958 乙δ曰甲酯、碳酸丁一酯等於分子内含有碳酸酯鍵的碳酸酯 系有機溶劑。 結晶化度 本發明之結晶化度為將芳族聚醯胺之分類為結晶、非結 晶的基準，表示結晶部分占全體芳族聚醢胺的比例。若所 使用之芳族聚醯胺之結晶化度過高，則即使與有機溶劑之 親和性高亦難以膨潤，故一般較好的是15%以下，尤其

10 /。以下。若所使用之芳族聚醯胺之結晶化度超過15% 時，與有機溶劑混合後，均一化困難，有使電解質之耐電 壓降低的可能性。 本說明書中’芳族聚醯胺之結晶化度，將藉由又線廣角 散射法測定之繞射岭值與藉由相同之χ線廣角散射法測定 之 NOMEX(r)紙 5Τ411(杜邦帝 AADVANCED PAPER& 司製） 之繞射峰對比，表示將Ν0ΜΕχ⑴紙5丁411之結晶度化設定 為23%時之相對值。 平均粒徑 f說明書中’芳族聚醯胺之平均粒徑表示為累積重量5〇 重量％之粒徑。本發明使用之芳族聚醯胺，作為形態，由 於球形表面積最大，與有機溶劑接觸將快速膨潤故較好 為球狀^又’該芳族聚㈣，_般較好為平均粒徑㈣ 以：之粒子H基本地，較好的是，芳族聚醯胺之平均 小母早位重量之表面積越大，’然而，若過小將加大 :二：操作的難度’故，通常較好的是，具有10〜15。降 耗圍内之平均粒徑的球狀粒子。 131780.doc 200912958 電解質之製造 本發明之電解質可藉由將 4〜石孩聚醯胺、雜$ 4 及有機溶劑混合進行調製。 離子物種 ^ ^ ^ 為電解質若膨潤、溶解簟徂 持均句的狀態，混合順料無特 解專保 潤狀離之妁勺魅臌 ± 然而，為調製膨 巧狀“之的㈣，較適宜的是， 有機溶劑混合後，再俶若族令酿 先將離子物種與 態。又’只要不對導電度、耐電屋等之電解質所要= 性造成實質的不良影響，亦可混合其他添加物，如= 防止劑等。 7 虱化 又，於分離器存在下藉由谁并 “ 進订電解質之調製使操作更容 尤”，右於特開2003_064595號公報所記載之如芳族 聚酿胺薄片材料等耐埶性 、 胺雜工“ '之刀離盗存在下，將芳族聚醯 胺、離子物種及有機溶劑混合，並均勾凝膠化 電解質與分離器一體化之Λ τ 表作使 化之加工性、耐熱性高的構件。 用途 本發明之電解質，作為要求有高容量、大輸出之電池、 電容器等電氣·電子零件中之陽極、正極等之導電構件間 二：二的電解質’使浸潰於如芳族聚醯胺薄片材料等分離 或如料’於芳族聚酿胺薄片材料等耐熱性之分 、态子下’將方族聚醯胺、離子物種及有機溶劑混合， 並均勻凝膠化，佳雷魅^睹 解質與/刀離器一體化後，可作為非水 解電池’尤其M2次電池或電氣雙層電 分離器而組裝。 U電極間 使用本發明之電解質的電池或電容器等之電氣電子零 131780.doc 200912958 件，可作為行動電話、電腦等之雷调 ^ ^ ^ , ▼〜电雄’或電動車、油電混 合汽車等之電源有利地使用。 實施例 以下，兹佐舉實施例更具體說明本發明。另該等實施 例僅為例示’並非限定任何本發明之内容 物性測定方法 (1) 凝膠化之判定 預先將料有料物種之有機溶劑與芳族聚酿胺混合 後，攪拌，於不分離成2層而單層白濁，粘度增加之情 況，判定為凝膠化。 (2) 導電度 使用導電度計，於30cc樣本瓶測定。 (3) 吸濕性 於溫度23 C、相對濕度55°/。之氛圍中測定保存丨6個小時 後的重量變化。 (4) 結晶化度 藉由X線廣角散射法’測定以N〇MEX(r)紙5T411 (DYUBONN帝人ADOBANNSUDOPAPER公司製）之結晶化 度為2 3 %作為基準之相對值。 實施例1及2 調製N，N，N-二乙基甲基銨四氟硼酸鹽（TEMA)之1 5M 石厌酸丙二酯（KISHIDA化學株式會社製，鋰電池等級）溶 液，於該溶液混合表1所示比例之聚間伸苯基間苯二甲醯 胺（結晶化度3%、平均粒徑9〇 μίη)，測定導電度、吸濕 131780.doc -11 - 200912958 性。其結果如表1所示。 比較例1 調製上述TEMA之1.5M碳酸丙二酯（KISHIDA化學株式會 社製，鋰電池等級）溶液，測定導電度、吸濕性。其結果 如表1所示。 表1 電解質 添加(wt%) 特性 聚間伸苯基間 苯二甲醯胺 TEMA 之 1.5M 碳酸丙二酯溶 液 混合狀態 導電度 (21。〇 (mS/cm) 吸濕 性 (%) 實施例1 20 80 2層分離 0.9 0.4 實施例2 30 70 凝膠化 0.5 0.3 比較例1 0 100 單層 3.3 0.6 實施例1及2之電解質，其導電度係在可使用於作為電氣 電子零件之導電構件間使用之電解質的範圍内，且吸濕性 低，因此據信水將有機溶劑分解，電氣電子零件之特性劣 化、尤其财電壓之劣化產生的可能性較低，且長壽命化。 又，實施例2之電解質係成凝膠化之構造，由於含有均 勻且本質上電化學安定性較高的芳族聚醯胺，故據信尤其 是耐電壓之提高程度較大。 再者，實施例1及2之電解質，因含有芳族聚醢胺，故有 機溶劑之凝固點降低，既可於低溫下使用，又因芳族聚醯 胺之高耐熱性而可於高溫下使用，且長壽命化。 由上可得知，本發明之電解質，可使用作為電動車中的 電池、電容器等電氣·電子零件中之導電構件間所使用的 電解質。 131780.doc -12-

Claims (1)

1. 200912958 十、申請專利範圍： 1· 一種電解質，其特徵為含有 機溶劑。 殘聚醯胺、離子物種與有 2.如請求項1之電解質 本一曱酿胺。 3_如請求項1或2之電解 15 %以下。 其中芳鴂聚醯胺係聚間伸苯基間 質’其中芳族聚醯胺之結晶化度為 均IS:3中任一項之電解質，其中芳族聚醯胺係平 仫為200 μηι以下的球狀粒子。 5. ::求項…中任—項之電解質，其中離子物種為陽離 、。丢離子之組合’於溶解於有機溶劑之狀態下導電度 為1 mS/Cm以上（2〇t)且耐電壓為2V以上。 6. 如叫求項1至5中任-項之電解質，其中有機溶劑係碳酸 酯系有機溶劑。

   7. 、種電氣電子零件’其特徵為：於導電構件間使用如請 求項1至6中任一項的電解質。 8. —種電池，其特徵為：於導電構件間使用如請求項1至6 中任一項的電解質。 9. 一種電容器，其特徵為：於導電構件間使用如請求項i 至6中任一項的電解質。 131780.doc 200912958 七、指定代表圖： (一) 本案指定代表圖為：（無） (二) 本代表圖之元件符號簡單說明： 八、本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化學式： (無）

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