專利名稱：非水電解質(zhì)電池和非水電解質(zhì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及非水電解質(zhì)電池和非水電解質(zhì)，具體地涉及非水電解質(zhì)電池以及包括有機(jī)溶劑和電解質(zhì)鹽且用于非水電解質(zhì)電池的非水電解質(zhì)。
背景技術(shù)：
為了減小便攜式電子裝置如相機(jī)-集成的VTR、數(shù)字照相機(jī)、手機(jī)、個(gè)人數(shù)字助理、 和膝上型計(jì)算機(jī)的尺寸和重量，已經(jīng)進(jìn)行努力。在該方面，已經(jīng)進(jìn)行積極的研究和開(kāi)發(fā)，以改善用作這樣的電子裝置的便攜式電源的電池，特別是二次電池的能量密度。分別使用碳、鋰過(guò)渡金屬?gòu)?fù)合氧化物、和碳酸酯混合物用于負(fù)極活性物質(zhì)、正極活性物質(zhì)、和電解液的鋰離子二次電池已被投入廣泛的實(shí)際應(yīng)用中，因?yàn)橄啾扔谄渌撬娊庖憾坞姵厝玢U電池和鎳鎘電池，它們具有提供更大的能量密度的能力。使用鋁層壓膜用于外殼(exterior)的層壓型鋰離子二次電池，由于輕質(zhì)而尤其具有高能量密度。在層壓型鋰離子二次電池中，層壓型聚合物鋰離子二次電池也具有廣泛的應(yīng)用，因?yàn)橛糜陔姵氐木酆衔镫S電解液而膨脹，并抑制層壓型電池的變形。為了更高的容量而增大活性物質(zhì)層的厚度，提高了充電期間每面積密度(每面密度)的電流量，并且鋰離子不能及時(shí)被插入(嵌入)到負(fù)極活性物質(zhì)中。這導(dǎo)致了這樣的問(wèn)題，例如，鋰金屬在負(fù)極表面上析出，以及在重復(fù)充電和放電期間低的放電容量保持率。作為對(duì)于這些問(wèn)題的解決方案，JP-A-2009-206073(專利文獻(xiàn)1)和JP-A-2007-188861 (專利文獻(xiàn)幻提出利用通過(guò)向電解液中添加如鹵代環(huán)狀碳酸酯或不飽和環(huán)狀碳酸酯而在負(fù)極表面上形成的保護(hù)涂層來(lái)抑制電解液的分解，并因而改善充電和放電的循環(huán)特性。用作二次電池的正極活性物質(zhì)的物質(zhì)例如具有由通式LixMO2表示的層狀巖鹽晶體結(jié)構(gòu)，如鋰鈷氧化物(氧化鈷鋰)(其中M是選自鋁(Al)、錳(Mn)、鈷(Co)、和鎳(Ni)中的至少一種)。這樣的正極活性物質(zhì)在完全充電狀態(tài)下的組成通常為L(zhǎng)ixMO2U = 0. 5)。然而，具有其中χ < 0. 5的組成的電池在充電期間也被開(kāi)發(fā)用于更高的容量。目前可用于實(shí)現(xiàn)χ小于0. 5的技術(shù)使用在4. 2V的充電電壓，或4. 3V以上的充電電壓下在過(guò)渡金屬M(fèi)中的75%以上的鎳(Ni)含量。

發(fā)明內(nèi)容
鹵代環(huán)狀碳酸酯或不飽和環(huán)狀碳酸酯在高溫保存期間分解，并產(chǎn)生使層壓型鋰離子二次電池膨脹的氣體。在裝配有壓力激活安全閥(壓力啟動(dòng)安全閥)的圓柱型鋰離子二次電池中，在氣體產(chǎn)生后電池中的壓力升高使壓力激活安全閥激活，并使電池?zé)o用。為了更高的容量而含有大量過(guò)渡金屬鎳(Ni)的正極活性物質(zhì)的使用是有問(wèn)題的，這是因?yàn)榧词箍梢愿纳品烹娙萘?，但鎳基?fù)合氧化物顆粒具有許多碳酸鹽離子(碳酸根離子)，并且導(dǎo)致來(lái)自復(fù)合氧化物顆粒的更多的氣體產(chǎn)生。4.3V以上的電池充電電壓的問(wèn)題在于，其主要使正極表面更加可氧化，并且增加了由于電解質(zhì)分解引起的氣體產(chǎn)生。因此，需要一種非水電解質(zhì)電池和非水電解質(zhì)，利用其可以改善充電和放電循環(huán)特性，并且可以抑制高溫保存期間的氣體產(chǎn)生。根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，提供了一種非水電解質(zhì)電池，該非水電解質(zhì)電池包括正極；負(fù)極；非水電解質(zhì)，該非水電解質(zhì)包括溶劑和電解質(zhì)鹽，該溶劑包括下式(1)的鹵代環(huán)狀碳酸酯、或下式⑵和O)的不飽和環(huán)狀碳酸酯中的至少一種；以及在電池內(nèi)添加的多酸和/或多酸化合物，
權(quán)利要求
1.一種非水電解質(zhì)電池，包括正極；負(fù)極；非水電解質(zhì)，所述非水電解質(zhì)包括溶劑和電解質(zhì)鹽，所述溶劑包括下式(1)的鹵代環(huán)狀碳酸酯、或下式( 和(3)的不飽和環(huán)狀碳酸酯中的至少一種；以及所述電池中包含的多酸和/或多酸化合物，
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非水電解質(zhì)電池，其中，所述多酸和/或多酸化合物是包括一種或多種多元素的多酸和/或多酸化合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非水電解質(zhì)電池，其中，所述多酸和/或多酸化合物是雜多酸和/或雜多酸化合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的非水電解質(zhì)電池，其中，所述雜多酸和/或雜多酸化合物是包括選自由Mo、W、Nb和V組成的元素組(a)中的多原子的雜多酸和/或雜多酸化合物；或包括選自所述元素組(a)中的多原子、并且其中所述多原子中的一些被選自由Ti、Cr、Mn、 Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Zr、Tc、Rh、Cd、In、Sn、Ta、Re、Tl、和 Pb 組成的元素組(b)中的至少一種元素所代替的雜多酸和/或雜多酸化合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的非水電解質(zhì)電池，其中，所述雜多酸和/或雜多酸化合物是包括選自由B、Al、Si、P、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ge JPAs組成的元素組(c)中的雜原子的雜多酸和/或雜多酸化合物；或包括選自所述元素組(c)中的雜原子、并且其中所述雜原子中的一些被選自由 H、Be、B、C、Na、Al、Si、P、S、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、 As、Se、Zr、Rh、Sn、Sb、Te、I、Re、Pt、Bi、Ce、Th、U、和 Np 組成的元素組(d)中的至少一種元素所代替的雜多酸和/或雜多酸化合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的非水電解質(zhì)電池，其中，所述雜多酸和/或雜多酸化合物是下式(A)至(D)的雜多酸和/或雜多酸化合物HxAy [BD12O40] · zH20(A)其中，A 表示鋰(Li)、鈉(Na)、鉀(K)、銣(Rb)、銫(Cs)、鎂(Mg)、鈣(Ca)、鋁(Al)、銨 (NH4)、銨鹽、或鱗鹽，B表示磷(P)、硅(Si)、砷(As)、或鍺(Ge)，D是選自鈦(Ti)、釩(V)、 鉻(Cr)、錳(Mn)、鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)、銅(Cu)、鋅(Zn)、鎵(Ga)、鋯(Zr)、鈮(Nb)、鉬 (Mo)、锝(Tc)、銠(Rh)、鎘(Cd)、銦 an)、錫(Sn)、鉭(Ta)、鎢(W)、錸(Re)、和鉈(Tl)中的至少一種元素，x、y禾口 ζ滿足0 < χ彡4、0彡y彡4、0彡ζ彡50，其中，χ和y中的至少一個(gè)不為0;HxAy [BD6O24] · zH20 (B)其中，A 表示鋰(Li)、鈉(Na)、鉀(K)、銣(Rb)、銫(Cs)、鎂(Mg)、鈣(Ca)、鋁(Al)、銨 (NH4)、銨鹽、或鱗鹽，B表示磷(P)、硅(Si)、砷(As)、或鍺(Ge)，D是選自鈦(Ti)、釩(V)、 鉻(Cr)、錳(Mn)、鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)、銅(Cu)、鋅(Zn)、鎵(Ga)、鋯(Zr)、鈮(Nb)、鉬 (Mo)、锝(Tc)、銠(Rh)、鎘(Cd)、銦 an)、錫(Sn)、鉭(Ta)、鎢(W)、錸(Re)、和鉈(Tl)中的至少一種元素，x、y禾口 ζ滿足0 < χ彡8、0彡y彡8、0彡ζ彡50，其中，χ和y中的至少一個(gè)不為0;HxAy [B2D18O62] · zH20 (C)其中，A 表示鋰(Li)、鈉(Na)、鉀(K)、銣(Rb)、銫(Cs)、鎂(Mg)、鈣(Ca)、鋁(Al)、銨 (NH4)、銨鹽、或鱗鹽，B表示磷(P)、硅(Si)、砷(As)、或鍺(Ge)，D是選自鈦(Ti)、釩(V)、 鉻(Cr)、錳(Mn)、鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)、銅(Cu)、鋅(Zn)、鎵(Ga)、鋯(Zr)、鈮(Nb)、鉬 (Mo)、锝(Tc)、銠(Rh)、鎘(Cd)、銦 an)、錫(Sn)、鉭(Ta)、鎢(W)、錸(Re)、和鉈(Tl)中的至少一種元素，x、y禾口 ζ滿足0彡χ彡8、0彡y彡8、0彡ζ彡50，其中，χ和y中的至少一個(gè)不為0 ；以及HxAy [B5D30O110] · ZH2O (D)其中，A 表示鋰(Li)、鈉(Na)、鉀(K)、銣(Rb)、銫(Cs)、鎂(Mg)、鈣(Ca)、鋁(Al)、銨 (NH4)、銨鹽、或鱗鹽，B表示磷(P)、硅(Si)、砷(As)、或鍺(Ge)，D是選自鈦(Ti)、釩(V)、 鉻(Cr)、錳(Mn)、鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)、銅(Cu)、鋅(Zn)、鎵(Ga)、鋯(Zr)、鈮(Nb)、鉬 (Mo)、锝(Tc)、銠(Rh)、鎘(Cd)、銦 an)、錫(Sn)、鉭(Ta)、鎢(W)、錸(Re)、和鉈(Tl)中的至少一種元素，x、y禾Π ζ滿足0彡χ彡15,0 ^ y ^ 15,0彡ζ彡50，其中，χ和y中的至少一個(gè)不為0。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非水電解質(zhì)電池，其中，所述鹵代環(huán)狀碳酸酯是4-氟-1， 3-二氧戊環(huán)-2-酮。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非水電解質(zhì)電池，其中，所述不飽和環(huán)狀碳酸酯是碳酸亞乙烯酯。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非水電解質(zhì)電池，其中，所述正極包括鋰復(fù)合氧化物作為正極活性物質(zhì)，所述鋰復(fù)合氧化物具有由LixMO2 表示的平均組成的層狀巖鹽型晶體結(jié)構(gòu)，其中，M是選自鈷(Co)、鎳(Ni)、鋁(Al)、錳(Mn)、 硼(B)、鎂(Mg)、硅(Si)、磷(P)、硫(S)、鈦(Ti)、鉻(Cr)、鐵(Fe)、銅(Cu)、鋅(Zn)、鎵(Ga)、 鍺(Ge)、釔(Y)、鋯(Zr)、鉬(Mo)、銀(Ag)、鋇(Ba)、鎢(W)、銦(In)、鍶(Sr)、錫(Sn)、鉛 0 )、和銻(Sb)中的至少一種元素，并且在完全充電狀態(tài)下，0.45，并且其中，所述溶劑包括作為所述鹵代環(huán)狀碳酸酯的4-氯-1，3- 二氧戊環(huán)-2-酮。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的非水電解質(zhì)電池，其中，在完全充電狀態(tài)下的電壓為4.30V 以上。
11.根據(jù)權(quán)利要求1或9所述的非水電解質(zhì)電池，其中，所述正極包括正極材料作為正極活性物質(zhì)，所述正極材料包括含磷酸鹽的涂敷層，所述含磷酸鹽的涂敷層形成在包含鋰和過(guò)渡金屬的鋰復(fù)合氧化物的表面的至少一部分上。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非水電解質(zhì)電池，其中，所述非水電解質(zhì)是凝膠電解質(zhì)，所述凝膠電解質(zhì)包括電解液，其包括所述溶劑和所述電解質(zhì)鹽；以及高分子化合物，其通過(guò)吸收所述電解液而膨脹。
13.一種非水電解質(zhì)電池，包括 正極；負(fù)極；以及非水電解質(zhì)，其包括溶劑和電解質(zhì)鹽， 其中，所述負(fù)極包括凝膠化的第一負(fù)極涂層，其包含包括一種或多種多元素的非晶多酸和/或非晶多酸化合物；以及第二負(fù)極涂層，其源自下式(1)的鹵代環(huán)狀碳酸酯、或下式( 和C3)的不飽和環(huán)狀碳酸酯中的至少一種，
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的非水電解質(zhì)電池，其中，所述第一負(fù)極涂層通過(guò)由析出為三維網(wǎng)目結(jié)構(gòu)的所述非晶多酸和/或所述非晶多酸化合物吸收所述電解液而形成。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的非水電解質(zhì)電池，其中，所述第一負(fù)極涂層和所述第二負(fù)極涂層以層狀方式形成。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的非水電解質(zhì)電池，其中，所述第一負(fù)極涂層形成為較深的層，并且其中，所述第二負(fù)極涂層形成為表面層。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的非水電解質(zhì)電池，其中，在完全充電狀態(tài)下的電壓為4.30V 以上。
18.根據(jù)權(quán)利要求13或16所述的非水電解質(zhì)電池，其中，所述正極包括鋰復(fù)合氧化物作為正極活性物質(zhì)，所述鋰復(fù)合氧化物具有由LixMO2 表示的平均組成的層狀巖鹽型晶體結(jié)構(gòu)，其中，M是選自鈷(Co)、鎳(Ni)、鋁(Al)、錳(Mn)、 硼(B)、鎂(Mg)、硅(Si)、磷(P)、硫(S)、鈦(Ti)、鉻(Cr)、鐵(Fe)、銅(Cu)、鋅(Zn)、鎵(Ga)、 鍺(Ge)、釔(Y)、鋯(Zr)、鉬(Mo)、銀(Ag)、鋇(Ba)、鎢(W)、銦(In)、鍶(Sr)、錫(Sn)、鉛 0 )、和銻(Sb)中的至少一種元素，并且在完全充電狀態(tài)下，0.45，并且其中，所述正極包括凝膠化的第一正極涂層，其包括包含一種或多種多元素的非晶多酸和/或非晶多酸化合物；以及第二正極涂層，其包括源自4-氯-1，3- 二氧戊環(huán)-2-酮的涂層。
19.一種非水電解質(zhì)，包括溶劑；電解質(zhì)鹽；以及多酸和/或多酸化合物，其中，所述溶劑包括下式(1)的鹵代環(huán)狀碳酸酯、或下式( 和C3)的不飽和環(huán)狀碳酸酯中的至少一種，
全文摘要
本發(fā)明提供了一種非水電解質(zhì)電池和非水電解質(zhì)。該非水電解質(zhì)電池包括正極；負(fù)極；包括溶劑和電解質(zhì)鹽的非水電解質(zhì)，該溶劑包括下式(1)的鹵代環(huán)狀碳酸酯、或下式(2)和(3)的不飽和環(huán)狀碳酸酯中的至少一種；以及電池中包含的多酸和/或多酸化合物，其中，X是F基團(tuán)或Cl基團(tuán)，R1和R2各自獨(dú)立地是CnH2n+1基團(tuán)(0≤n≤4)，且R3是CnH2n+1-mXm(0≤n≤4，0≤m≤2n+1)，其中，R4和R5各自獨(dú)立地是CnH2n+1基團(tuán)(0≤n≤4)，其中，R6至R11各自獨(dú)立地是CnH2n+1基團(tuán)(0≤n≤4)。
文檔編號(hào)H01M10/0567GK102195088SQ201110044110
公開(kāi)日2011年9月21日 申請(qǐng)日期2011年2月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月2日
發(fā)明者中井秀樹(shù), 川島敦道, 杉田修平, 渡邊春夫, 片山真一, 荒木紀(jì)歲 申請(qǐng)人:索尼公司