CN112074983B - 锂离子二次电池用电解液以及锂离子二次电池 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种锂离子二次电池用电解液以及锂离子二次电池。锂离子二次电池具备正极、负极和电解液,该电解液包含由正极CmX2m+1‑O‑(CX2)n‑OH(X分别是氢(H)以及卤素中的任一种。m是1以上的整数,并且n是1以上的整数。但是,(m+n)为4以上。)表示的烷氧基化合物。

Description

锂离子二次电池用电解液以及锂离子二次电池
技术领域
本技术涉及锂离子二次电池所使用的电解液、以及具备该电解液并且具备正极以及负极的锂离子二次电池。
背景技术
移动电话等的各种各样的电子设备不断广泛普及,期望该电子设备的小型化、轻量化以及长寿命化。因此,作为电源正在开发小型且轻量并且能够得到高能量密度的锂离子二次电池的开发。
锂离子二次电池具备正极以及负极并且具备电解液。由于电解液的组成对电池特性带来大的影响,因此对该电解液的组成进行了多方面研究。
具体而言,为了改善电池寿命等,电解液中含有3-辛醇以及甲氧基乙醇等的醇类(例如,参照专利文献1。)。
专利文献1:日本特开2014-170624号公报
发明内容
搭载锂离子二次电池的电子设备越来越高性能化以及多功能化。与此相伴,电子设备的使用频率增加,并且该电子设备等的使用环境不断扩大。因此,关于锂离子二次电池的电池特性,仍存在改善的余地。
本技术是鉴于这样的问题点而完成的,其目的在于提供能够得到优异的电池特性的锂离子二次电池用电解液以及锂离子二次电池。
本技术的锂离子二次电池用电解液包含由下述的式(1)表示的烷氧基化合物。
CmX2m+1-O-(CX2)n-OH······(1)
(X分别是氢(H)以及卤素中的任一种。m是1以上的整数,并且n是1以上的整数。但是,(m+n)为4以上。)
本技术的锂离子二次电池具备正极、负极和电解液,该电解液具有与上述的本技术的锂离子二次电池用电解液同样的组成。
根据本技术的锂离子二次电池用电解液或锂离子二次电池,由于电解液包含上述的烷氧基化合物,因此能够得到优异的电池特性。
另外,本技术的效果并不一定限定于在此所说明的效果,也可以是与后述的本技术相关联的一系列效果中的任一效果。
附图说明
图1是表示本技术的一实施方式的锂离子二次电池的构成的立体图。
图2是表示图1所示的锂离子二次电池的主要部分的构成的剖视图。
具体实施方式
以下,参照附图对本技术的一实施方式详细进行说明。另外,说明的顺序如下所述。
1.锂离子二次电池用电解液以及锂离子二次电池
1-1.锂离子二次电池的构成
1-2.电解液的组成
1-3.动作
1-4.制造方法
1-5.作用以及效果
2.锂离子二次电池用电解液以及锂离子二次电池的用途
<1.锂离子二次电池用电解液以及锂离子二次电池>
首先,对本技术的一实施方式的锂离子二次电池(以下,简称为“锂离子二次电池”。)进行说明。
另外,由于本技术的一实施方式的锂离子二次电池用电解液(以下,简称为“电解液”。)是在此说明的锂离子二次电池的一部分(一构成要素),因此在以下对该电解液一并进行说明。
该锂离子二次电池例如是利用作为电极反应物质的锂的吸留和释放现象而得到电池容量(后述的负极34的容量)的二次电池。
另外,关于在以下适当地说明的一系列具体例、即材料以及形成方法等,对于列举记载的多个候选,可以只使用任意一种,也可以将任意两种以上相互组合。
<1-1.锂离子二次电池的构成>
图1表示出锂离子二次电池的截面构成,并且图2放大了沿图1所示的II-II线的锂离子二次电池的主要部分(卷绕电极体30)的截面构成。但在图1中,示出了卷绕电极体30与外装构件40相互分开的状态。
例如,如图1所示,该锂离子二次电池是在具有柔软性(或挠性)的膜状外装构件40的内部容纳有电池元件(卷绕电极体30)的层压膜型锂离子二次电池。
例如,如图2所示,卷绕电极体30是通过将正极33以及负极34隔着隔膜35以及电解质层36相互层叠之后将该正极33、负极34、隔膜35以及电解质层36卷绕而形成的结构体,由保护带37保护。电解质层36例如介于正极33与隔膜35之间,并且介于负极34与隔膜35之间。
在正极33连接有正极引线31,将该正极引线31从外装构件40的内部朝向外部引出。该正极引线31例如包含铝等的导电性材料,该正极引线31的形状例如是薄板状以及网眼状等中的任一种。
在负极34连接有负极引线32,将该负极引线32从外装构件40的内部朝向外部引出。负极引线32的引出方向例如与正极引线31的引出方向是同样的。该负极引线32例如包含铜等的导电性材料,该负极引线32的形状例如与正极引线31的形状是同样的。
[外装构件]
外装构件40例如是在图1所示的箭头R的方向上可折叠的一张膜。在外装构件40的一部分例如设置有用于容纳卷绕电极体30的凹陷40U。
该外装构件40例如是将熔接层、金属层以及表面保护层从内侧依次层叠而成的层叠体(层压膜)。在锂离子二次电池的制造工序中,例如在以使熔接层彼此隔着卷绕电极体30相互对置的方式将外装构件40折叠之后,使该熔接层中的外周缘部彼此相互熔接。熔接层例如是包含聚丙烯等高分子化合物的膜。金属层例如是包含铝等金属材料的金属箔。表面保护层例如是包含尼龙等高分子化合物的膜。但是,外装构件40例如也可以是经由粘接剂等相互贴合的两张层压膜。
例如,为了防止外部空气的侵入,在外装构件40与正极引线31之间***有密合膜41。该密合膜41包含对正极引线31具有密合性的材料,该材料例如是聚乙烯等的聚烯烃树脂。
在外装构件40与负极引线32之间例如***有与密合膜41具有同样的功能的密合膜42。除了对负极引线32而不是正极引线31具有密合性之外,密合膜42的形成材料与密合膜41的形成材料是同样的。
[正极]
例如,如图2所示,正极33包含正极集电体33A和设置于该正极集电体33A的正极活性物质层33B。该正极活性物质层33B例如可以只设置于正极集电体33A的单面,也可以设置于正极集电体33A的两面。在图2中,例如,示出了将正极活性物质层33B设置于正极集电体33A的两面的情况。
(正极集电体)
正极集电体33A例如包含铝等的导电性材料。
(正极活性物质层)
正极活性物质层33B包含能够吸留和释放锂的正极材料作为正极活性物质。但是,正极活性物质层33B例如也可以进一步地包含正极粘结剂以及正极导电剂等的其他材料。
(正极材料)
正极材料例如包含锂化合物。是因为,可得到高的能量密度。该锂化合物是包含锂作为构成元素的化合物的统称。锂化合物的种类并不特别限定,例如是锂复合氧化物以及锂磷酸化合物等。
锂复合氧化物是包含锂和一种或两种以上的其他元素作为构成元素的氧化物的统称,例如具有层状岩盐型以及尖晶石型等晶体结构。锂磷酸化合物是包含锂和一种或两种以上的其他元素作为构成元素的磷酸化合物的统称,例如具有橄榄石型等晶体结构。
其他元素是锂以外的元素。其他元素的种类并不特别限定,其中,优选为属于长周期型元素周期表中的第2~第15族的元素。是因为,可得到高电压。具体而言,其他元素例如是镍、钴、锰以及铁等。
具有层状岩盐型晶体结构的锂复合氧化物例如是LiNiO2、LiCoO2、LiCo0.99Mg0.01O2、LiCo0.98Al0.01Mg0.01O2、LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2、LiNi0.8Co0.15Al0.05O2、LiNi0.33Co0.33Mn0.33O2、Li1.2Mn0.52Co0.175Ni0.1O2以及Li1.15(Mn0.65Ni0.22Co0.13)O2等。具有尖晶石型晶体结构的锂复合氧化物例如是LiMn2O4等。具有橄榄石型晶体结构的锂磷酸化合物例如是LiFePO4、LiMnPO4、LiFe0.5Mn0.5PO4以及LiFe0.3Mn0.7PO4等。
特别是,锂化合物优选为含锂氟化合物。该含锂氟化合物是包含锂并且包含氟作为构成元素的化合物的统称。
当锂化合物是含锂氟化合物时,如后述那样,通过与电解液中所包含的烷氧基化合物一并使用含锂氟化合物,从而在正极33的表面容易稳定地形成来源于该烷氧基化合物的坚固的覆膜(保护膜)。由此,由于在正极33的表面电解液不容易被分解,因此不容易产生起因于该电解液的分解反应的气体。因此,锂离子二次电池不容易膨胀,并且该锂离子二次电池的电阻不容易增加。
在该情况下,特别是,即使在高温环境等的恶劣环境中保存锂离子二次电池,而由于在正极33的表面形成稳定的覆膜,因此可充分抑制电解液的分解反应。此外,即使在锂离子二次电池的充电时设定高的充电终止电压,而由于在正极33的表面形成稳定的覆膜,因此可充分抑制电解液的分解反应。该充电终止电压是充电时的充电电压的上限值。就与高充电终止电压相关的详细情况而言,例如正极电位相对于锂基准电位为4.35V以上,优选为4.40V以上,即、在使用碳材料(石墨)作为负极活性物质的情况下,正极电位为4.30V以上,优选为4.35V以上。
如上述那样,只要包含锂以及氟作为构成元素,则含锂氟化合物的种类并不特别限定。具体而言,含锂氟化合物例如是具有由下述的式(2)表示的平均组成的化合物(含锂氟复合氧化物)。该含锂氟复合氧化物是包含锂、氟以及钴并且包含一种或两种以上的其他元素(M)作为构成元素的氧化物。是因为,在正极33的表面容易形成来源于烷氧基化合物的稳定的覆膜。
LiwCoxMyO2-zFz······(2)
(M是钛(Ti)、钒(V)、铬(Cr)、锰(Mn)、铁(Fe)、镍(Ni)、铜(Cu)、钠(Na)、镁(Mg)、铝(Al)、硅(Si)、钾(K)、钙(Ca)、锌(Zn)、镓(Ga)、锶(Sr)、钇(Y)、锆(Zr)、铌(Nb)、钼(Mo)、钡(Ba)、镧(La)以及钨(W)中的至少一种。w、x、y以及z满足0.8<w<1.2、0.9<x+y<1.1、0≤y<0.1以及0<z<0.05。)
其中,其他元素(M)优选为钛、镁、铝以及锆等。是因为,在正极33的表面更容易形成来源于烷氧基化合物的稳定的覆膜。
只要是具有式(2)所示的结构的化合物,则含锂氟化合物的种类并不特别限定。
在此,正极活性物质(含锂氟化合物)中的氟,当然是在该含锂氟化合物中作为构成元素而包含的氟。因此,在此说明的氟既不是正极活性物质以外的组成要素中作为构成元素而包含的氟,并且也不是锂离子二次电池的使用时(充放电时)新形成的副反应物中所包含的氟。前者的氟例如是后述的电解质盐(例如,六氟磷酸锂)中所包含的氟,并且后者的氟例如是在充放电时形成的反应物(例如,氟化锂(LiF))中所包含的氟。
为了确认在正极活性物质中是否包含氟作为构成元素,例如,只要通过以下的步骤来分析正极活性物质即可。
首先,在通过对锂离子二次电池进行解体而回收正极33之后,使正极活性物质层33B从正极集电体33A剥离。接着,在将正极活性物质层33B投入有机溶剂中之后,搅拌该有机溶剂。只要能够溶解正极粘结剂等的可溶成分,则有机溶剂的种类并不特别限定。由此,由于将正极活性物质层33B分离成正极活性物质等的不溶成分和正极粘结剂等的可溶成分,因此该正极活性物质被回收。最后,使用X射线光电子能谱分析(XPS)对正极活性物质进行分析,从而确认该正极活性物质中是否包含氟作为构成元素。
列举一例,在正极活性物质(含锂氟化合物)包含氟并且包含作为其他元素(M)的镁来作为构成元素的情况下,在键合能量=306eV的附近检测到起因于Mg-F键合的解析峰。因此,在检测到上述的解析峰的情况下,能够确认正极活性物质包含氟作为构成元素。另一方面,在检测不到上述的解析峰的情况下,能够确认正极活性物质不包含氟作为构成元素。
(正极粘结剂以及正极导电剂)
正极粘结剂例如包含合成橡胶以及高分子化合物等。合成橡胶例如是苯乙烯-丁二烯类橡胶等。高分子化合物例如是聚偏氟乙烯以及聚酰亚胺等。
正极导电剂例如包含碳材料等的导电性材料。该碳材料例如是石墨、炭黑、乙炔黑以及科琴黑等。但是,正极导电剂也可以是金属材料以及导电性高分子等。
[负极]
例如,如图2所示,负极34包含负极集电体34A和设置于该负极集电体34A的负极活性物质层34B。该负极活性物质层34B例如可以只设置于负极集电体34A的单面,也可以设置于负极集电体34A的两面。在图2中,例如,示出了将负极活性物质层34B设置于负极集电体34A的两面的情况。
(负极集电体)
负极集电体34A例如包含铜等的导电性材料。负极集电体34A的表面优选使用电解法等进行粗糙化。是因为,利用锚固效应使负极活性物质层34B相对于负极集电体34A的密合性提高。
(负极活性物质层)
负极活性物质层34B包含能够吸留和释放锂的负极材料作为负极活性物质。但是,负极活性物质层34B例如也可以进一步地包含负极粘结剂以及负极导电剂等的其他材料。
为了防止锂金属在充电中途意外地向负极34的表面析出,作为可充电的负极材料的容量,优选大于正极33的放电容量。即,负极材料的电化学当量优选大于正极33的电化学当量。
负极材料的种类并不特别限定,例如是碳材料以及金属类材料等。
碳材料是包含碳作为构成元素的材料的统称。是因为,由于在锂的吸留和释放时碳材料的晶体结构基本上不变化,因此可稳定地得到高的能量密度。此外,是因为,由于碳材料也作为负极导电剂发挥功能,因此负极活性物质层34B的导电性提高。
具体而言,碳材料例如是易石墨化碳、难石墨化碳以及石墨等。但是,与难石墨化碳相关的(002)面的面间隔优选为0.37nm以上,并且与石墨相关的(002)面的面间隔优选为0.34nm以下。
更具体而言,碳材料例如是热分解碳类、焦炭类、玻璃状碳纤维、有机高分子化合物烧成体、活性炭以及炭黑类等。该焦炭类例如包含沥青焦炭、针状焦炭以及石油焦炭等。有机高分子化合物烧成体是在适当的温度下对酚醛树脂以及呋喃树脂等的高分子化合物进行烧成(碳化)而成的烧成物。除此之外,碳材料例如可以是在约1000℃以下的温度下热处理后的低结晶性碳,也可以是非晶碳。碳材料的形状例如是纤维状、球状、粒状以及鳞片状等。
金属类材料是包含金属元素以及准金属元素中的一种或两种以上作为构成元素的材料的统称。是因为,可得到高的能量密度。
该金属类材料可以是单质,可以是合金,可以是化合物,可以是它们中的两种以上的混合物,也可以是包含它们中的一种或两种以上的相的材料。但是,合金不仅包括由两种以上的金属元素构成的材料,还包括含有一种或两种以上的金属元素、和一种或两种以上的准金属元素的材料。此外,合金也可以包含一种或两种以上的非金属元素。金属类材料的组织例如是固溶体、共晶(共熔混合物)、金属间化合物以及它们中的两种以上的共存物等。
金属元素以及准金属元素分别能够与锂形成合金。具体而言,金属元素以及准金属元素例如是镁、硼、铝、镓、铟、硅、锗、锡、铅、铋、镉、银、锌、铪、锆、钇、钯以及铂等。
其中,优选硅以及锡,更优选硅。是因为,由于锂的吸留和释放能力优异,因此可得到显著高的能量密度。
具体而言,该金属类材料可以是硅的单质,可以是硅的合金,可以是硅的化合物,可以是锡的单质,可以是锡的合金,可以是锡的化合物,可以是它们中的两种以上的混合物,也可以是包含它们中的一种或两种以上的相的材料。由于在此说明的单质意思只不过是一般的单质,因此该单质也可以包含微量的杂质。即,单质的纯度并不一定限于100%。
硅的合金例如包含锡、镍、铜、铁、钴、锰、锌、铟、银、钛、锗、铋、锑以及铬等作为硅以外的构成元素。硅的化合物例如包含碳以及氧等作为硅以外的构成元素。另外,硅的化合物例如还可以包含对硅的合金所说明的一系列构成元素中的任一种或两种以上来作为硅以外的构成元素。
硅的合金以及硅的化合物例如是SiB4、SiB6、Mg2Si、Ni2Si、TiSi2、MoSi2、CoSi2、NiSi2、CaSi2、CrSi2、Cu5Si、FeSi2、MnSi2、NbSi2、TaSi2、VSi2、WSi2、ZnSi2、SiC、Si3N4、Si2N2O、SiOv(0<v≤2)以及LiSiO等。但是,v的范围例如也可以为0.2<v<1.4。
锡的合金例如包含硅、镍、铜、铁、钴、锰、锌、铟、银、钛、锗、铋、锑以及铬等作为锡以外的构成元素。锡的化合物例如包含碳以及氧等作为锡以外的构成元素。另外,锡的化合物例如还可以包含对锡的合金所说明的一系列构成元素中的任一种或两种以上来作为锡以外的构成元素。
锡的合金以及锡的化合物例如是SnOw(0<w≤2)、SnSiO3、LiSnO以及Mg2Sn等。
其中,根据在以下说明的理由,负极材料优选包含碳材料以及金属类材料的双方。
包含金属类材料、特别是包含硅等作为构成元素的材料具有理论容量高的优点,但相反具有在充放电时容易膨胀收缩的担心。另一方面,碳材料具有在充放电时不容易膨胀收缩的优点,但相反具有理论容量低的担心。因此,通过合用碳材料和金属类材料可得到高的理论容量(即、电池容量),并且在充放电时可抑制负极活性物质层34B的膨胀收缩。
与负极粘结剂相关的详细情况,例如与和上述的正极粘结剂相关的详细情况是同样的。与负极导电剂相关的详细情况,例如与和上述的正极导电剂相关的详细情况是同样的。
负极活性物质层34B的形成方法并不特别限定,例如是涂覆法、气相法、液相法、喷射法以及烧成法(烧结法)等。涂覆法例如是如下方法:将通过有机溶剂等使粒子(粉末)状的负极活性物质与负极粘结剂等的混合物溶解或分散而得的溶液涂覆于负极集电体34A。气相法例如是物理沉积法以及化学沉积法等,更具体而言,是真空蒸镀法、溅射法、离子镀法、激光烧蚀法、热化学气相沉积法、化学气相沉积法(CVD)以及等离子体化学气相沉积法等。液相法例如是电解电镀法以及化学镀法等。喷射法是将熔融状态或半熔融状态的负极活性物质喷涂于负极集电体34A的方法。烧成法例如是在使用涂覆法将溶液涂覆于负极集电体34A之后以比负极粘结剂等的熔点高的温度对该溶液(涂膜)进行热处理的方法,更具体而言,是大气烧成法、反应烧成法以及热压烧成法等。
[电解质层]
电解质层36包含电解液并且包含高分子化合物。在此说明的电解质层36是所谓的凝胶状电解质。是因为,可得到高的离子传导率(例如,在室温下为1mS/cm以上),并且可防止电解液的漏液。另外,电解质层36也可以进一步地包含各种添加剂等的其他材料。
(电解液)
电解液在电解质层36中由高分子化合物保持。另外,后述电解液的详细的组成。
(高分子化合物)
高分子化合物例如可以是均聚物,可以是共聚物,也可以是双方。均聚物例如是聚偏氟乙烯等。共聚物例如是偏氟乙烯和六氟丙烯的共聚物等。
在作为凝胶状电解质的电解质层36中,电解液所包含的溶剂是不仅包括液状的材料,还包括可解离电解质盐的具有离子传导性的材料的广泛概念。因此,在使用具有离子传导性的高分子化合物的情况下,该高分子化合物也包含于溶剂。
[电解液的使用]
另外,代替电解质层36,也可以直接使用电解液。在该情况下,使电解液含浸于卷绕电极体30(正极33、负极34以及隔膜35)。
[隔膜]
例如,如图2所示,隔膜35介于正极33与负极34之间,防止起因于两极的接触的短路,并且使锂离子穿过。
该隔膜35例如包含合成树脂以及陶瓷等的多孔质膜,也可以是将两种以上的多孔质膜相互层叠而成的层叠膜。合成树脂例如是聚四氟乙烯、聚丙烯以及聚乙烯等。
特别是,隔膜35例如也可以包含上述的多孔质膜(基材层)和设置于该基材层的单面或两面的高分子化合物层。是因为,由于隔膜35相对于正极33以及负极34各自的密合性提高,因此卷绕电极体30不容易变形。由此,可抑制电解液的分解反应,并且还可抑制含浸于基材层的电解液的漏液。因此,即使反复充放电,锂离子二次电池的电阻也不容易上升,并且该锂离子二次电池也不容易膨胀。
高分子化合物层例如包含聚偏氟乙烯等的高分子化合物。是因为,物理强度优异,并且电化学性稳定。另外,高分子化合物层例如也可以包含无机粒子等的绝缘性粒子。是因为,安全性提高。无机粒子的种类并不特别限定,例如是氧化铝以及氮化铝等。
<1-2.电解液的组成>
在此,对电解液的详细的组成进行说明。
[烷氧基化合物]
电解液包含由下述的式(1)表示的烷氧基化合物。但是,烷氧基化合物的种类可以只是一种,也可以是两种以上。
CmX2m+1-O-(CX2)n-OH······(1)
(X分别是氢(H)以及卤素中的任一种。m是1以上的整数,并且是1以上的整数。但是,(m+n)为4以上。)
如从式(1)可知的那样,该烷氧基化合物是在醇类中导入了烷氧基(CmX2m+1-O-)的化合物。但是,如从m的范围(m≥1)可知的那样,烷氧基的种类是碳原子数为一个以上的烷氧基,并且如从n的范围(n≥1)可知的那样,醇类的种类是碳原子数为一个以上的醇类。此外,如从(m+n)可能取的值的范围((m+n)≥4)可知的那样,烷氧基的碳原子数(m)与醇类的碳原子数(n)之和(m+n)为4以上。
另外,在醇类中导入烷氧基的位置并不特别限定。即,烷氧基可以导入在醇类的碳链(-(CX2)n-)的末端,也可以导入在醇类的碳链的中途。
电解液之所以包含烷氧基化合物,是因为,与电解液不包含烷氧基化合物的情况以及电解液包含类似于烷氧基化合物的其他化合物的情况比较,在正极33的表面容易稳定地形成来源于该烷氧基化合物的坚固的覆膜。由此,由于在正极33的表面电解液不容易被分解,因此不容易产生起因于该电解液的分解反应的气体。
特别是,当正极33(正极活性物质)包含含锂氟化合物时,如上述那样,由于在正极33的表面更容易稳定地形成来源于烷氧基化合物的坚固的覆膜,因此在该正极33的表面电解液更不容易被分解。由此,锂离子二次电池更不容易膨胀,并且该锂离子二次电池的电阻更不容易增加。
在使用烷氧基化合物并一起使用含锂氟化合物的情况下,之所以在正极33的表面更容易稳定地形成坚固的覆膜,可考虑是基于在以下说明的理由。
当合用烷氧基化合物和含锂氟化合物时,该烷氧基化合物中的羟基(-OH)与含锂氟化合物中的氟容易相互反应。由此,由于烷氧基化合物在正极33上比起在负极34上更容易分解,因此该烷氧基化合物在正极33的表面容易覆膜化。在该情况下,起因于烷氧基化合物中的羟基会优先进行反应,该烷氧基化合物在维持烷氧基的情况下覆膜化,因此即使在高温环境中以及高充电电压下等的恶劣环境中,也形成不容易分解的覆膜。
另外,类似于烷氧基化合物的其他化合物是不满足分别与上述的m以及n相关的条件的化合物,例如是3-辛醇以及2-甲氧基乙醇等。由于3-辛醇不具有烷氧基,因此不符合在此说明的烷氧基化合物。此外,由于2-甲氧基乙醇的(m+n)的值是3,因此不符合在此说明的烷氧基化合物。
(烷氧基的种类)
如上述那样,只要碳原子数是一个以上的烷氧基,则烷氧基(CmX2m+1-O-)的种类并不特别限定。但是,如上述那样,由于多个(2m+1个)X分别是氢以及卤素中的任一种,因此烷氧基可以是未被卤代的烷氧基,也可以是被卤代的烷氧基。即,在此说明的烷氧基包含未被卤代的烷氧基以及被卤代的烷氧基的双方。
另外,烷氧基可以是直链状,也可以是具有一个或两个以上的侧链的支链状。
具体而言,未被卤代的烷氧基例如是甲氧基、乙氧基、丙氧基、丁氧基、戊氧基、己氧基、庚氧基、辛氧基、壬氧基以及癸氧基等。
卤素的种类并不特别限定,例如是氟(F)、氯(Cl)、溴(Br)以及碘(I)等。是因为,在正极33的表面更容易形成来源于烷氧基化合物的稳定的覆膜。在多个X分别是卤素的情况下,该多个卤素的种类例如可以彼此相同,也可以彼此不同。当然,也可以只是多个卤素中的一部分的种类彼此相同。
被卤代的烷氧基例如是通过卤素将与上述的未被卤代的烷氧基相关的一系列具体例中的一部分或全部的氢置换而得的基团。更具体而言,被卤代的烷氧基例如是全氟甲氧基、全氟乙氧基、全氟丙氧基、全氟丁氧基、全氟戊氧基、全氟己氧基、全氟庚氧基、全氟辛氧基、全氟壬氧基以及全氟癸氧基等。
烷氧基的碳原子数只要为一个以上,则并不特别限定,其中,优选为十个以下,更优选为八个以下,进一步地优选为六个以下。是因为,可确保烷氧基化合物的溶解性以及相容性等。
(醇类的种类)
如上述那样,只要是碳原子数为一个以上的醇类,则醇类的种类并不特别限定。但是,如上述那样,由于多个(2n个)X分别是氢以及卤素中的任一种,因此醇类可以是未被卤代的醇类,也可以是被卤代的醇类。即,在此说明的醇类包含未被卤代的醇类以及被卤代的醇类的双方。与卤素的种类相关的详细情况,如上所述。
另外,醇类的碳链(-(CX2)n-)可以是直链状,也可以是具有一个或两个以上的侧链的支链状。
具体而言,未被卤代的醇类例如是甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、戊醇、己醇、庚醇、辛醇、壬醇以及癸醇等。
被卤代的醇类例如是通过卤素将与上述的未被卤代的醇类相关的一系列具体例中的一部分或全部的氢置换而得的基团。更具体而言,被卤代的醇类例如是全氟甲醇、全氟乙醇、全氟丙醇、全氟丁醇、全氟戊醇、全氟己醇、全氟庚醇、全氟辛醇、全氟壬醇以及全氟癸醇等。
醇类的碳原子数只要为一个以上,则并不特别限定,其中,优选为十个以下,更优选为八个以下,进一步地优选为六个以下。是因为,可确保烷氧基化合物的溶解性以及相容性等。
另外,烷氧基的碳原子数(m的值)与醇类的碳原子数(n的值)之和(m+n)只要为4以上,则并不特别限定,其中,优选为11以下。是因为,可确保烷氧基化合物的溶解性以及相容性等。
(烷氧基化合物的具体例)
在此,烷氧基化合物的具体例,如下所述。在以下,按醇类的种类,列举未被卤代的烷氧基化合物的一系列具体例。
但是,在以下,简化了烷氧基化合物的一系列具体例的名称。因此,在以下说明的各具体例不仅包含直链状的烷氧基化合物,还包含支链状的烷氧基化合物。
详细而言,在烷氧基化合物的一系列具体例中,如上述那样,烷氧基可以是直链状,也可以是支链状,并且醇类的碳链可以是直链状,也可以是支链状。列举一例,作为n=3的烷氧基化合物的具体例而列举的丙氧基丙醇,可以是丙氧基为直链状的丙氧基丙醇,也可以是丙氧基为支链状的丙氧基丙醇(所谓的异丙氧基丙醇)。
此外,在烷氧基化合物的一系列具体例中,如上述那样,烷氧基可以导入在醇类的碳链的末端,烷氧基也可以导入在醇类的碳链的中途。列举一例,作为n=3的烷氧基化合物的具体例而列举的甲氧基丙醇,可以是甲氧基导入在丙醇的碳链的末端的甲氧基丙醇(所谓的3-甲氧基丙醇),也可以是甲氧基导入在丙醇的碳链的中途的甲氧基丙醇(所谓的1-甲氧基丙醇以及2-甲氧基丙醇)。
由于n=1,因此醇类的种类为甲醇的情况下的烷氧基化合物例如是丙氧基甲醇、丁氧基甲醇、戊氧基甲醇、己氧基甲醇、庚氧基甲醇、辛氧基甲醇、壬氧基甲醇、癸氧基甲醇以及十一烷基甲醇等。
由于n=2,因此醇类的种类为乙醇的情况下的烷氧基化合物例如是乙氧基乙醇、丙氧基乙醇、丁氧基乙醇、戊氧基乙醇、己氧基乙醇、庚氧基乙醇、辛氧基乙醇、壬氧基乙醇以及癸氧基乙醇等。
由于n=3,因此醇类的种类为丙醇的情况下的烷氧基化合物例如是甲氧基丙醇、乙氧基丙醇、丙氧基丙醇、丁氧基丙醇、戊氧基丙醇、己氧基丙醇、庚氧基丙醇、辛氧基丙醇以及壬氧基丙醇等。
由于n=4,因此醇类的种类为丁醇的情况下的烷氧基化合物例如是甲氧基丁醇、乙氧基丁醇、丙氧基丁醇、丁氧基丁醇、戊氧基丁醇、己氧基丁醇、庚氧基丁醇以及辛氧基丁醇等。
由于n=5,因此醇类的种类为戊醇的情况下的烷氧基化合物例如是甲氧基戊醇、乙氧基戊醇、丙氧基戊醇、丁氧基戊醇、戊氧基戊醇、己氧基戊醇以及庚氧基戊醇等。
由于n=6,因此醇类的种类为己醇的情况下的烷氧基化合物例如是甲氧基己醇、乙氧基己醇、丙氧基己醇、丁氧基己醇、戊氧基己醇以及己氧基己醇等。
由于n=7,因此醇类的种类为庚醇的情况下的烷氧基化合物例如是甲氧基庚醇、乙氧基庚醇、丙氧基庚醇、丁氧基庚醇以及戊氧基庚醇等。
由于n=8,因此醇类的种类为辛醇的情况下的烷氧基化合物例如是甲氧基辛醇、乙氧基辛醇、丙氧基辛醇以及丁氧基辛醇等。
由于n=9,因此醇类的种类为壬醇的情况下的烷氧基化合物例如是甲氧基壬醇、乙氧基壬醇以及丙氧基壬醇等。
由于n=10,因此醇类的种类为癸醇的情况下的烷氧基化合物例如是甲氧基癸醇以及乙氧基癸醇等。
被卤代的烷氧基化合物例如是通过卤素将与上述的未被卤代的烷氧基化合物相关的一系列具体例中的一部分或全部的氢置换而得的基团,更具体而言,例如是通过氟将该一系列具体例中的一部分或全部的氢置换而得的基团等。
(烷氧基化合物的含量)
电解液中的烷氧基化合物的含量并不特别限定,其中,优选为0.001重量%~1重量%。是因为,在正极33的表面更容易形成来源于烷氧基化合物的稳定的覆膜。
特别是,电解液中的烷氧基化合物的含量更优选为0.01重量%~0.5重量%。是因为,在正极33的表面进一步地容易形成覆膜。
[其他材料]
另外,电解液也可以包含上述的烷氧基化合物并且包含其他材料。其他材料的种类可以只是一种,也可以是两种以上。其他材料的种类并不特别限定,例如是溶剂以及电解质盐等。
(溶剂)
溶剂例如是非水溶剂(有机溶剂),包含该非水溶剂的电解液是所谓的非水电解液。非水溶剂可以只是一种,也可以是两种以上。但是,将上述的烷氧基化合物从在此说明的非水溶剂中排除。
非水溶剂例如是环状碳酸酯、链状碳酸酯、链状羧酸酯、内酯以及腈(单腈)化合物。是因为,可得到优异的电池容量、循环特性以及保存特性等。
环状碳酸酯例如是碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯以及碳酸亚丁酯等,并且链状碳酸酯例如是碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯以及碳酸甲丙酯等。链状羧酸酯例如是乙酸甲酯、乙酸乙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、丁酸甲酯、异丁酸甲酯、三甲基乙酸甲酯以及三甲基乙酸乙酯等。内酯例如是γ-丁内酯以及γ-戊内酯等。腈化合物例如是乙腈、甲氧基乙腈以及3-甲氧基丙腈等。
此外,非水溶剂例如也可以是1,2-二甲氧基乙烷、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、四氢吡喃、1,3-二氧戊环、4-甲基-1,3-二氧戊环、1,4-二氧六环、N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、N-甲基噁唑烷酮、N,N'-二甲基咪唑啉酮、硝基甲烷、硝基乙烷、环丁砜、磷酸三甲酯以及二甲亚砜。是因为,可得到同样的优点。
其中,非水溶剂优选包含环状的非质子性溶剂,并一起包含链状的非质子性溶剂。是因为,电解质盐的解离性以及离子的迁移率等会提高,并且在正极33的表面更容易形成来源于烷氧基化合物的稳定的覆膜。但是,环状的非质子性溶剂的种类可以只是一种,也可以是两种以上,并且链状的非质子性溶剂的种类可以只是一种,也可以是两种以上。
环状的非质子性溶剂例如是上述的环状碳酸酯等。链状的非质子性溶剂例如是上述的链状碳酸酯以及链状羧酸酯等。该链状的非质子性溶剂例如可以只是链状碳酸酯,可以只是链状羧酸酯,也可以是链状碳酸酯以及链状羧酸酯的双方。
特别是,非水溶剂优选包含不饱和环状碳酸酯、卤代碳酸酯、磺酸酯、酸酐、多元腈化合物、二异氰酸酯化合物以及磷酸酯中的任一种或两种以上。是因为,电解液的化学稳定性提高。
不饱和环状碳酸酯是具有一个或两个以上的碳间不饱和键(碳间双键)的环状的碳酸酯。该不饱和环状碳酸酯例如是碳酸亚乙烯基酯(1,3-二氧杂环戊烯-2-酮)、碳酸乙烯基亚乙酯(4-乙烯基-1,3-二氧戊环-2-酮)以及碳酸亚甲基亚乙酯(4-亚甲基-1,3-二氧戊环-2-酮)等。
卤代碳酸酯是包含一个或两个以上的卤素作为构成元素的碳酸酯。该卤代碳酸酯例如可以是环状,也可以是链状。卤素的种类并不特别限定,例如是氟、氯、溴以及碘等。环状的卤代碳酸酯例如是4-氟-1,3-二氧戊环-2-酮以及4,5-二氟-1,3-二氧戊环-2-酮等。链状的卤代碳酸酯例如是碳酸氟甲基甲酯、碳酸二(氟甲基)酯以及碳酸二氟甲基甲酯等。
磺酸酯例如是单磺酸酯以及二磺酸酯。但是,单磺酸酯可以是环状单磺酸酯,也可以是链状单磺酸酯。此外,二磺酸酯可以是环状二磺酸酯,也可以是链状二磺酸酯。环状单磺酸酯例如是1,3-丙烷磺内酯以及1,3-丙烯磺内酯等。
酸酐例如是羧酸酐、二磺酸酐以及羧酸磺酸酐等。羧酸酐例如是琥珀酸酐、戊二酸酐以及马来酸酐等。二磺酸酐例如是乙二磺酸酐以及丙二磺酸酐等。羧酸磺酸酐例如是磺基苯甲酸酐、磺基丙酸酐以及磺基丁酸酐等。
多元腈化合物是具有两个以上氰基(-CN)的化合物。该多元腈化合物例如是丁二腈(NC-C2H4-CN)、戊二腈(NC-C3H6-CN)、己二腈(NC-C4H8-CN)、癸二腈(NC-C8H10-CN)以及苯二甲腈(NC-C6H4-CN)等。
二异氰酸酯化合物是具有两个异氰酸酯基(-NCO)的化合物。该二异氰酸酯化合物例如是OCN-C6H12-NCO等。
磷酸酯例如是磷酸三甲酯、磷酸三乙酯以及磷酸三烯丙酯等。
(电解质盐)
电解质盐例如是锂盐。锂盐的种类可以只是一种,也可以是两种以上。但是,电解质盐例如也可以包含锂盐并且包含该锂盐以外的其他盐。其他盐例如是锂以外的轻金属的盐等。
锂盐例如是六氟磷酸锂(LiPF6)、四氟硼酸锂(LiBF4)、双(氟磺酰)亚胺锂(LiN(SO2F)2)、双(三氟甲烷磺酰)亚胺锂(LiN(CF3SO2)2)、二氟磷酸锂(LiPF2O2)以及氟化磷酸锂(Li2PFO3)等。
除此之外,锂盐例如也可以是分别由下述的式(3-1)~式(3-6)表示的化合物。分别由式(3-1)、式(3-3)、式(3-4)以及式(3-6)所示的化合物例如包含硼(B)作为中心元素。分别由式(3-2)以及式(3-5)所示的化合物例如包含磷(P)作为中心元素。
[化学式1]
电解质盐的含量并不特别限定,例如相对于溶剂为0.3mol/kg~3.0mol/kg。
<1-3.动作>
该锂离子二次电池例如通过以下的方式动作。在充电时,从正极33释放锂离子,并且该锂离子经由电解质层36而被吸留到负极34。另一方面,在放电时,从负极34释放锂离子,并且该锂离子经由电解质层36而被吸留到正极33。
<1-4.制造方法>
该锂离子二次电池例如通过在以下说明的步骤来制造。在此,在对使用电解液的制造方法进行了说明之后,对使用电解质层36的制造方法进行说明。
[使用电解液的制造方法]
如在以下说明的那样,进行正极33的制备、负极34的制备、电解液的调制以及锂离子二次电池的组装。
(正极的制备)
首先,通过将正极活性物质、以及根据需要的正极粘结剂以正极导电剂等进行混合,形成正极合剂。接着,通过使正极合剂分散于有机溶剂等而形成糊状的正极合剂浆料。最后,在将正极合剂浆料涂覆在正极集电体33A的两面之后,干燥该正极合剂浆料。由此,形成正极活性物质层33B,因此制备正极33。这之后,也可以使用辊压机等对正极活性物质层33B进行压缩成型。在该情况下,可以加热正极活性物质层33B,也可以多次反复进行压缩成型。
(负极的制备)
通过与上述的正极33的制备步骤同样的步骤,在负极集电体34A的两面形成负极活性物质层34B。具体而言,在通过将负极活性物质、以及根据需要的负极粘结剂及负极导电剂等进行混合而形成负极合剂之后,通过使负极合剂分散于有机溶剂等,从而形成糊状的负极合剂浆料。接着,在将负极合剂浆料涂覆在负极集电体34A的两面之后,干燥该负极合剂浆料。由此,形成负极活性物质层34B,因此制备负极34。这之后,也可以对负极活性物质层34B进行压缩成型。
(电解液的调制)
在将电解质盐添加入溶剂之后,将烷氧基化合物添加入该溶剂,搅拌该溶剂。由此,调制包含烷氧基化合物的电解液。
(锂离子二次电池的组装)
首先,使用焊接法等使正极引线31连接于正极集电体33A,并且使用焊接法等使负极引线32连接于负极集电体34A。接着,在隔着隔膜35使正极33以及负极34相互层叠之后,使该正极33、负极34以及隔膜35卷绕而形成卷绕体。接着,在以夹持卷绕体的方式将外装构件40折叠之后,使用热熔接法等将除了外装构件40中一侧的外周缘部之外的其余的外周缘部彼此相互粘接,从而将卷绕体容纳在袋状的外装构件40的内部。在该情况下,在正极引线31与外装构件40之间***密合膜41,并且在负极引线32与外装构件40之间***密合膜42。最后,在将电解液注入到袋状的外装构件40的内部之后,使用热熔接法等对外装构件40进行密封。由此,电解液含浸于卷绕体,因此形成卷绕电极体30。由此,卷绕电极体30被封入外装构件40的内部,因此完成使用电解液的锂离子二次电池。
[使用电解质层的制造方法]
首先,通过上述的步骤分别制备正极33以及负极34,并且调制电解液。接着,通过将电解液、高分子化合物和有机溶剂等进行混合来调制前体溶液。接着,在将前体溶液涂覆于正极33之后,干燥该前体溶液,从而形成电解质层36,并且在将前体溶液涂覆于负极34之后,干燥该前体溶液,从而形成电解质层36。接着,通过上述的步骤,使正极引线31连接于正极集电体33A,并且使负极引线32连接于负极集电体34A。接着,在隔着隔膜35以及电解质层36使正极33以及负极34相互层叠之后,将该正极33、负极34、隔膜35以及电解质层36卷绕,从而形成卷绕电极体30。这之后,将保护带37粘贴在卷绕电极体30的表面。最后,在以夹持卷绕电极体30的方式将外装构件40折叠之后,使用热熔接法等使外装构件40的外周缘部彼此相互粘接。在该情况下,如上述那样,在正极引线31以及负极引线32与外装构件40之间***密合膜41、42。由此,由于卷绕电极体30被封入外装构件40的内部,因此完成使用电解质层36的锂离子二次电池。
<1-5.作用以及效果>
根据该锂离子二次电池,电解液包含烷氧基化合物。在该情况下,如上述那样,与电解液不包含烷氧基化合物的情况以及电解液包含类似于烷氧基化合物的其他化合物的情况比较,在正极33的表面容易形成来源于该烷氧基化合物的坚固的覆膜。因此,由于在正极33的表面电解液不容易被分解,因此能够得到优异的电池特性。
特别是,由于烷氧基化合物包含卤素作为构成元素,该卤素只要是氟等,则在正极33的表面更容易形成来源于烷氧基化合物的稳定的覆膜,因此能够得到更高的效果。
此外,由于只要烷氧基的碳原子数与醇类的碳原子数之和(m+n)为11以下,则烷氧基化合物的溶解性以及相容性等会提高,因此能够得到更高的效果。
此外,由于只要电解液中的烷氧基化合物的含量为0.001重量%~1重量%,则在正极33的表面容易形成来源于烷氧基化合物的覆膜,因此能够得到更高的效果。
此外,由于只要电解液包含环状的非质子性溶剂以及链状的非质子性溶剂,则在正极33的表面更容易形成来源于烷氧基化合物的稳定的覆膜,因此能够得到更高的效果。
此外,由于只要正极33包含含锂氟化合物,则通过该含锂氟化合物与烷氧基化合物的协同作用而在正极33的表面更容易稳定地形成坚固的覆膜,因此能够得到更高的效果。在该情况下,由于含锂氟化合物只要是式(2)所示的含锂氟复合氧化物,则在正极33的表面进一步地容易稳定地形成覆膜,因此能够得到进一步高的效果。
<2.锂离子二次电池用电解液以及锂离子二次电池的用途>
锂离子二次电池的用途例如如下所说明。但是,由于电解液的用途与在此说明的锂离子二次电池的用途是同样的,因此在以下对该电解液的用途一并进行说明。
只要是能够将该锂离子二次电池作为驱动用的电源以及电力蓄积用的电力储存源等进行利用的机器、设备、器具、装置以及***(多个设备等的集合体)等,则锂离子二次电池的用途并不特别限定。作为电源使用的锂离子二次电池可以是主电源,也可以是辅助电源。主电源是指与有无其他电源无关而优先使用的电源。辅助电源例如可以是代替主电源而使用的电源,也可以是根据需要从主电源切换的电源。在将锂离子二次电池作为辅助电源使用的情况下,主电源的种类并不限于锂离子二次电池。
锂离子二次电池的用途例如如下所述。摄像机、数码相机、移动电话、笔记本电脑、无绳电话、立体声耳机、便携式收音机、便携式电视以及便携式信息终端等电子设备(包含便携式电子设备。)。电动剃须刀等便携式生活器具。备用电源以及存储卡等存储用装置。电钻以及电锯等电动工具。作为可拆装的电源而搭载于笔记本电脑等的电池组。起搏器以及助听器等医疗用电子设备。电动汽车(包含混合动力汽车)等电动车辆。蓄积电力以备紧急时所需的家用电池***等蓄电***。当然,锂离子二次电池的用途还可以是上述的用途以外的其他用途。
实施例
在以下,对本技术的实施例进行说明。
(实验例1-1~1-33)
如在以下说明的那样,在制备锂离子二次电池之后,对该锂离子二次电池的电池特性进行评价。
[锂离子二次电池的制备]
通过以下的步骤,制备图1以及图2所示的层压膜型锂离子二次电池。
(正极的制备)
首先,通过将正极活性物质(作为含锂化合物的LiCo0.99Mg0.01O2(LCMO))91质量份、正极粘结剂(聚偏氟乙烯)3质量份和正极导电剂(石墨)6质量份进行混合,形成正极合剂。接着,在将正极合剂投入有机溶剂(N-甲基-2-吡咯烷酮)之后,搅拌该有机溶剂,从而得到糊状的正极合剂浆料。接着,使用涂布装置将正极合剂浆料涂覆在正极集电体33A(带状的铝箔,厚度=12μm)的两面之后,干燥该正极合剂浆料,从而形成正极活性物质层33B。最后,使用辊压机将正极活性物质层33B压缩成型。
(负极的制备)
首先,通过将负极活性物质(石墨)95质量份和负极粘结剂(聚偏氟乙烯)5质量份进行混合,形成负极合剂。接着,在将负极合剂投入有机溶剂(N-甲基-2-吡咯烷酮)之后,搅拌该有机溶剂,从而得到糊状的负极合剂浆料。接着,使用涂布装置将负极合剂浆料涂覆在负极集电体34A(带状的铝箔,厚度=8μm)的两面之后,干燥该负极合剂浆料,从而形成负极活性物质层34B。最后,使用辊压机将负极活性物质层34B压缩成型。
(电解液的调制)
将电解质盐(六氟磷酸锂(LiPF6))添加入溶剂,在对该溶剂进行搅拌之后,将烷氧基化合物添加入该溶剂,对该溶剂进行搅拌。作为溶剂,使用作为环状的非质子性溶剂的碳酸亚乙酯及碳酸亚丙酯、以及作为链状的非质子性溶剂的碳酸二乙酯及丙酸丙酯。
在该情况下,使溶剂的混合比(体积比)为碳酸亚乙酯:碳酸亚丙酯:碳酸二乙酯:丙酸丙酯=20:10:30:40,并且使电解质盐的含量相对于溶剂为1mol/kg。
另外,为了进行比较,不使用烷氧基化合物调制电解液,并且代替烷氧基化合物而使用其他化合物(3-辛醇以及2-甲氧基乙醇)来调制电解液。
烷氧基化合物的种类、电解液中的烷氧基化合物的含量(重量%)、其他化合物的种类以及电解液中的其他化合物的含量(重量%),如表1以及表2所示。
(锂离子二次电池的组装)
首先,将铝制的正极引线31焊接于正极集电体33A,并且将铜制的负极引线32焊接于负极集电体34A。接着,隔着隔膜35(微多孔性聚乙烯膜,厚度=9μm)使正极33以及负极34相互层叠,从而得到层叠体。接着,在将层叠体在长边方向卷绕之后,将保护带37粘贴在该层叠体的周围,从而形成卷绕体。接着,在以夹持卷绕体的方式将外装构件40(表面保护层=尼龙膜(厚度=25μm),金属层=铝箔(厚度=40μm),熔接层=聚丙烯膜(厚度=30μm))折叠之后,使该外装构件40中的两边的外周缘部彼此相互热熔接。在该情况下,在正极引线31与外装构件40之间***密合膜41(聚丙烯膜),并且在负极引线32与外装构件40之间***密合膜42(聚丙烯膜)。
最后,在将电解液注入到外装构件40的内部而使该电解液含浸于卷绕体之后,在减压环境中将外装构件40中的其余的一边的外周缘部彼此热熔接。由此,由于形成卷绕电极体30,并且该卷绕电极体30被封入外装构件40的内部,因此完成层压膜型锂离子二次电池。
[锂离子二次电池的评价]
通过以下的步骤,对锂离子二次电池的电池特性(膨胀特性以及电阻特性)进行评价,得到表1以及表2所示的结果。
(膨胀特性)
首先,为了使锂离子二次电池的状态稳定化,在常温环境中(温度=23℃)对锂离子二次电池进行充放电(一个循环)。接着,在相同环境中(温度=23℃)对锂离子二次电池充电直到充电率(SOC)变为20%之后,测量该充电状态的锂离子二次电池的厚度(保存前厚度(mm))。接着,在相同环境中对锂离子二次电池进行充电直到充电率变为100%。接着,在高温环境中(温度=60℃)对充电状态的锂离子二次电池进行保存(保存时间=720小时)之后,测量该充电状态的锂离子二次电池的厚度(保存后厚度(mm))。最后,算出膨胀率(%)=[(保存后厚度-保存前厚度)/保存前厚度]×100。
在充电时,在0.7C的电流下进行恒定电流充电直到电压达到4.45V之后,在4.45V的电压下进行恒定电压充电直到电流达到0.05C。在放电时,在1C的电流下进行恒定电流放电直到电压达到3.0V。0.7C是指电池容量(理论容量)在10/7小时内被完全放电的电流值。同样地,0.05C是指电池容量在20小时内被完全放电的电流值,并且1C是指电池容量在1小时内被完全放电的电流值。
(电阻特性)
首先,使用通过上述的步骤而状态被稳定化的锂离子二次电池,在常温环境中(温度=23℃)测量锂离子二次电池的电阻(保存前电阻(Ω))。接着,在高温环境中(温度=60℃)对锂离子二次电池进行保存(保存时间=720小时)之后,测量该锂离子二次电池的电阻(保存后电阻(Ω))。最后,算出电阻变化率(%)=(保存后电阻/保存前电阻)×100。
[表1]表1
[表2]
表2
[考察]
如表1以及表2所示,电池特性(膨胀特性以及电阻特性)根据电解液的组成而较大地波动。在以下,分别将电解液既不包含烷氧基化合物也不包含其他化合物的情况下(实验例1-31)的膨胀率以及电阻变化率作为比较基准。
详细而言,在电解液包含其他化合物的情况下(实验例1-32、1-33),膨胀率仅减少极少,并且电阻变化率也仅减少极少。与此相对,在电解液包含烷氧基化合物的情况下(实验例1-1~1-30),不依赖于该烷氧基化合物的种类以及含量,膨胀率大幅度减少,并且电阻变化率也大幅度减少。
特别是,在电解液包含烷氧基化合物的情况下(实验例1-9~1-20),当该烷氧基化合物的含量为0.001重量%~1重量%时,膨胀率以及电阻变化率分别更减少。在该情况下,当烷氧基化合物的含量为0.01重量%~0.5重量%时,膨胀率以及电阻变化率分别进一步地减少。
(实验例2-1~2-4)
如表3所示,除了变更了电解液的组成之外,通过同样的步骤,在制备锂离子二次电池之后,对该锂离子二次电池的电池特性(膨胀特性以及电阻特性)进行评价。
为了变更电解液的组成,使用式(3-1)所示的化合物(LiDFOB)作为其他电解质盐,将其他电解质盐(LiDFOB)添加入电解质盐(LiPF6)。电解质盐(LiPF6)与其他电解质盐(LiDFOB)的混合比如表3所示。
此外,为了变更电解液的组成,使用作为卤代碳酸酯的4-氟-1,3-二氧戊环-2-酮(FEC)来作为其他溶剂,由此将其他溶剂(FEC)添加入电解液。电解液中的其他溶剂(FEC)的含量如表3所示。
[表3]
表3
如表3所示,在使用其他电解质盐(LiDFOB)的情况下(实验例2-1、2-3),与不使用其他电解质盐的情况(实验例1-5、1-13)比较,电阻变化率几乎被一直维持,而膨胀率更减少。
此外,在使用其他溶剂(FEC)的情况下(实验例2-2、2-4),与不使用其他溶剂的情况(实验例1-5、1-13)比较,膨胀率稍微增加,但该膨胀率被一直充分抑制,而电阻变化率更减少。
(实验例3-1~3-3)
如表4所示,除了变更了正极活性物质的种类之外,通过同样的步骤,在制备锂离子二次电池之后,对该锂离子二次电池的电池特性(膨胀特性以及电阻特性)进行评价。作为正极活性物质,使用作为含锂氟化合物(含锂氟复合氧化物)的LiCo0.99Mg0.01O1.99F0.01(LCMOF)。
[表4]
表4
如表4所示,在使用含锂氟化合物(LCMOF)作为正极活性物质的情况下(实验例3-1~3-3),与使用含锂化合物(LCMO)作为正极活性物质的情况(实验例1-5、1-13、1-25)比较,膨胀率减少,并且电阻变化率也减少。
[总结]
根据表1~表4所示的结果,当电解液包含烷氧基化合物时,锂离子二次电池的膨胀特性以及电阻特性被改善。因此,在锂离子二次电池中得到优异的电池特性。
以上,列举一实施方式以及实施例对本技术进行了说明,但由于本技术的方式并不限定于在一实施方式以及实施例中所说明的方式,因此能够进行各种变形。
具体而言,对层压膜型锂离子二次电池进行了说明,但并不限于此。例如,也可以是圆筒型锂离子二次电池、方型锂离子二次电池以及纽扣型锂离子二次电池等其他锂离子二次电池。
此外,对锂离子二次电池所使用的电池元件具有卷绕结构的情况进行了说明,但并不限于此。例如,电池元件也可以具有层叠结构等其他结构。
另外,上述的电解液并不限于锂离子二次电池,也可以应用于其他用途。其他用途例如是电容器等的其他电化学器件等。
由于本说明书中所记载的效果只不过是例示,因此本技术的效果并不限定于本说明书中所记载的效果。因此,关于本技术,也可以得到其他效果。

Claims (5)

1.一种锂离子二次电池,具备:
正极;
负极;以及
电解液,所述电解液包含由下述的式(1)表示的烷氧基化合物,
CmX2m+1-O-(CX2n-OH······(1)
式中,X分别是氢H以及卤素中的任一种,m是1以上的整数,并且n是1以上的整数,但是,(m+n)为4以上且11以下,
所述电解液中的所述烷氧基化合物的含量为0.001重量%以上且1重量%以下,
所述正极包含正极活性物质,
所述正极活性物质包含锂Li以及氟F作为构成元素。
2.根据权利要求1所述的锂离子二次电池,其中,所述卤素是氟F、氯Cl、溴Br以及碘I中的任一种。
3.根据权利要求1或2所述的锂离子二次电池,其中,所述电解液还包含环状的非质子性溶剂以及链状的非质子性溶剂。
4.根据权利要求1所述的锂离子二次电池,其中,
所述正极活性物质包含由下述的式(2)表示的化合物,
LiwCoxMyO2-zFz······(2)
式中,M是钛Ti、钒V、铬Cr、锰Mn、铁Fe、镍Ni、铜Cu、钠Na、镁Mg、铝Al、硅Si、钾K、钙Ca、锌Zn、镓Ga、锶Sr、钇Y、锆Zr、铌Nb、钼Mo、钡Ba、镧La以及钨W中的至少一种,w、x、y以及z满足0.8<w<1.2、0.9<x+y<1.1、0≤y<0.1以及0<z<0.05。
5.一种锂离子二次电池用电解液,包含由下述的式(1)表示的烷氧基化合物,
CmX2m+1-O-(CX2n-OH······(1)
式中,X分别是氢H以及卤素中的任一种,m是1以上的整数,并且n是1以上的整数,但是,(m+n)为4以上且11以下,
所述电解液中的所述烷氧基化合物的含量为0.001重量%以上且1重量%以下,
所述锂离子二次电池具备的正极包含正极活性物质,
所述正极活性物质包含锂Li以及氟F作为构成元素。
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