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      非水電解液二次電池及其組裝體的制作方法_3

      文檔序號(hào):9328987閱讀:來源:國(guó)知局
      、電池的耐久性提高的效果)。另外,通過將電子傳導(dǎo)性低的無機(jī)磷酸化合物的添加量 抑制為所需最小限度,能夠抑制正極活性物質(zhì)層內(nèi)的電阻的增大。
      [0072] 在正極活性物質(zhì)層中,除了上述正極活性物質(zhì)和無機(jī)磷酸化合物以外,還可以根 據(jù)需要含有在一般的非水電解液二次電池中能夠作為正極活性物質(zhì)層的構(gòu)成成分使用的1 種或2種以上的材料。作為這樣的材料的一例,可舉出導(dǎo)電材料、粘合劑。作為導(dǎo)電材料, 優(yōu)選例如炭黑(典型為乙炔黑、科琴黑)、活性炭、石墨、碳纖維等碳材料。作為粘合劑,優(yōu) 選例如聚偏二氟乙烯(PVdF)等鹵化乙烯樹脂、聚環(huán)氧乙烷(PEO)等聚亞烷基氧化物(poly alkylene oxide)等。而且,在不顯著損害本發(fā)明的效果的限度下,也可以包含各種添加劑 (例如在過充電時(shí)產(chǎn)生氣體的無機(jī)化合物、分散劑、增粘劑等)。
      [0073] 正極活性物質(zhì)在正極活性物質(zhì)層的固體成分量整體中所占的比例,從實(shí)現(xiàn)高能量 密度的觀點(diǎn)出發(fā),設(shè)為約50質(zhì)量%以上(典型為50~95質(zhì)量% )是適當(dāng)?shù)?,通常?yōu)選設(shè)為 約80~95質(zhì)量%。無機(jī)磷酸化合物在正極活性物質(zhì)層的固體成分量整體中所占的比例, 可以設(shè)為例如約〇. 1~5質(zhì)量%,通常優(yōu)選設(shè)為約0. 5~3質(zhì)量% (例如2~3質(zhì)量% )。 在使用導(dǎo)電材料的情況下,導(dǎo)電材料在正極活性物質(zhì)層的固體成分量整體中所占的比例可 以設(shè)為例如1~20質(zhì)量%,通常優(yōu)選設(shè)為約1~10質(zhì)量% (例如5~10質(zhì)量% )。通過 將導(dǎo)電材料的比例設(shè)為1質(zhì)量%以上,能夠?qū)崿F(xiàn)電子傳導(dǎo)性優(yōu)異的正極活性物質(zhì)層。由此, 能夠降低內(nèi)阻,能夠?qū)崿F(xiàn)高的輸入輸出特性。而且,通過將導(dǎo)電材料的比例設(shè)為20質(zhì)量% 以下(優(yōu)選為10質(zhì)量%以下),能夠以更高的水平兼具輸入輸出特性和能量密度。在使用 粘合劑的情況下,粘合劑在正極活性物質(zhì)層的固體成分量整體中所占的比例,可以設(shè)為例 如0. 5~10質(zhì)量%,通常優(yōu)選設(shè)為約1~5質(zhì)量%。由此,能夠確保正極活性物質(zhì)層的機(jī) 械強(qiáng)度(形狀保持性),能夠?qū)崿F(xiàn)良好的耐久性。
      [0074] 〈負(fù)極〉
      [0075] 負(fù)極典型地具備負(fù)極集電體和形成于該負(fù)極集電體上的負(fù)極活性物質(zhì)層。作為負(fù) 極集電體,優(yōu)選由導(dǎo)電性良好的金屬(例如銅、鎳等)構(gòu)成的導(dǎo)電性材料。
      [0076] 負(fù)極活性物質(zhì)層至少包含負(fù)極活性物質(zhì)。作為負(fù)極活性物質(zhì),可以考慮石墨 (graphite)、難石墨化碳(硬碳)、易石墨化碳(軟碳)等碳材料。其中,優(yōu)選石墨系的碳材 料(例如石墨在負(fù)極活性物質(zhì)的總量之中占50質(zhì)量%以上的碳材料)。另外,在負(fù)極活性 物質(zhì)層中,除了上述負(fù)極活性物質(zhì)以外,也可以根據(jù)需要含有在一般的非水電解液二次電 池中能夠作為負(fù)極活性物質(zhì)層的構(gòu)成成分使用的1種或2種以上的材料。作為那樣的材料 的一例,可舉出粘合劑、各種添加劑。作為粘合劑,優(yōu)選例如苯乙烯丁二烯橡膠(SBR)、聚四 氟乙烯(PTFE)等。作為增粘劑,優(yōu)選例如羧甲基纖維素(CMC)等纖維素系材料。
      [0077] 〈非水電解液〉
      [0078] 非水電解液典型是在常溫(例如25°C )下呈液態(tài),優(yōu)選在使用溫度區(qū)域內(nèi)(例 如-30~60°C )總是呈液態(tài)。作為該非水電解液,優(yōu)選在非水溶劑中含有支持電解質(zhì)(例 如,在鋰離子二次電池中為鋰鹽)和草酸硼酸鹽型化合物的非水電解液。
      [0079] 作為支持電解質(zhì),如果是含有電荷載體(例如鋰離子、鈉離子、鎂離子等;在鋰離 子二次電池中為鋰離子)的支持電解質(zhì),則可以適當(dāng)選擇與一般的非水電解液二次電池中 的支持電解質(zhì)同樣的支持電解質(zhì)使用。例如在電荷載體為鋰離子的情況下,可例示LiPF 6、 LiBF4等鋰鹽。非水電解液中的支持電解質(zhì)濃度,優(yōu)選為例如0. 7~I. 3mol/L左右。
      [0080] 在此公開的技術(shù)中,非水溶劑由非氟系的溶劑構(gòu)成。由此,例如在低溫環(huán)境下也能 夠?qū)⒎撬娊庖旱恼承砸种频玫?。其結(jié)果,能夠較高地維持離子傳導(dǎo)性,降低內(nèi)阻。因此, 在低溫環(huán)境下也能夠發(fā)揮優(yōu)異的輸出特性。作為非水溶劑除了為非氟系以外,不特別限定, 可以考慮已知能夠利用于非水電解液二次電池中的各種有機(jī)溶劑。作為具體例,可例示非 氟系的碳酸酯類、醚類、酯類、腈類、砜類、內(nèi)酯類等。其中,優(yōu)選氧化側(cè)的電位窗大的(氧化 電位高的)碳酸酯類。由此,在正極成為高電位時(shí)也能夠以更高的水平抑制非水溶劑的氧 化分解,能夠以更高的水平發(fā)揮本發(fā)明的效果。
      [0081] 在更優(yōu)選的一個(gè)方式中,作為非水溶劑,包含非氟系的環(huán)狀碳酸酯和非氟系的鏈 狀碳酸酯。環(huán)狀碳酸酯相對(duì)地相對(duì)介電常數(shù)高,因此能夠有助于提高電解液的電傳導(dǎo)率。另 外,鏈狀碳酸酯(優(yōu)選為直鏈狀碳酸酯)相對(duì)地粘性低,因此能夠有助于使非水電解液在低 溫環(huán)境下(例如〇°C以下)為液態(tài)、或使非水電解液的粘度降低。通過混合這2種非水溶劑 來使用,能夠?qū)崿F(xiàn)以高的水平兼?zhèn)鋬商匦缘姆撬娊庖骸?br>[0082] 環(huán)狀碳酸酯在非水溶劑整體中所占的比例(體積比)通常為低于50體積%,優(yōu)選 為例如20~40體積%。另外,鏈狀碳酸酯在非水溶劑整體中所占的比例(體積比)通常 為50體積%以上,優(yōu)選為例如60~80體積%。由此,能夠很好地實(shí)現(xiàn)電傳導(dǎo)性良好、且低 粘性的非水電解液。
      [0083] 作為非氟系的(非氟化)環(huán)狀碳酸酯,優(yōu)選分子量較小的環(huán)狀碳酸酯。作為優(yōu)選 例,可舉出碳酸亞乙酯(EC)、碳酸亞乙烯基酯(VC)、碳酸亞丙酯(PC)。另外,作為非氟系的 (非氟化)鏈狀碳酸酯的優(yōu)選例,可舉出碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯 (EMC) 〇
      [0084] 草酸硼酸鹽型化合物是具有至少1個(gè)草酸根離子(C2O4 2 )與作為中心原子的硼 (B)配位的四配位的結(jié)構(gòu)部分的草酸鹽絡(luò)合物。根據(jù)本發(fā)明人的研究,在高電位正極中具備 離子傳導(dǎo)性的無機(jī)磷酸化合物、且在非水電解液中包含非氟系的非水溶劑的情況下,有時(shí) 循環(huán)特性顯示出異常的劣化傾向。但是,根據(jù)在此公開的技術(shù),能夠顯著地抑制該容量維持 率的降低。
      [0085] 對(duì)于其原因目前仍在研究中,但本發(fā)明人等推測(cè)如下。也就是說,在初次充電時(shí), 草酸硼酸鹽型化合物在負(fù)極的表面被還原分解,在負(fù)極的表面形成皮膜。同時(shí),該草酸硼酸 鹽型化合物的分解物的一部分向正極側(cè)移動(dòng),在正極的表面也形成皮膜。由此,在高溫環(huán)境 下也能夠穩(wěn)定地維持正極和/或負(fù)極(具體為正極活性物質(zhì)和/或負(fù)極活性物質(zhì))與非水 電解液的界面。其結(jié)果認(rèn)為能夠提高電池的耐久性。
      [0086] 在優(yōu)選的一個(gè)方式中,草酸硼酸鹽型化合物是由以下的通式(1)表示的化合物,
      [0087] A+[BX42n(C204)J (1)
      [0088] 在式⑴中,A+為堿金屬的陽(yáng)尚子,即Li+、Na +、K+等。另外,X為鹵素原子,即F、 Cl、Br、I等。另外,η為1或2。
      [0089] 其中,X優(yōu)選為電負(fù)度(電陰性度)最大的F。由此,能夠以少的添加量來發(fā)揮本 發(fā)明的效果,能夠?qū)崿F(xiàn)輸出特性更優(yōu)異的非水電解液二次電池。另外,在電荷載體為鋰離子 的情況下,A優(yōu)選為L(zhǎng)i。作為例如A為L(zhǎng)i、且X為F的情況的具體例,可舉出以下的化學(xué)式 (I)所示的二氟草酸硼酸鋰(LiDFOB)、以下的化學(xué)式(II)所示的雙草酸硼酸鋰(LiBOB)。 其中,由于能夠以更少的添加量發(fā)揮高的效果,因此優(yōu)選LiDFOB。
      [0090] [化 1]
      [0091]
      [0092]
      [0093]
      [0094] 草酸硼酸鹽型化合物的優(yōu)選的含有比例,可以根據(jù)例如正極活性物質(zhì)的種類、性 狀、正極的性狀等而不同,因此不特別限定,但相對(duì)于非水電解液整體,通常為0. 1質(zhì)量% 以上,典型為0.5質(zhì)量%以上,優(yōu)選為例如1質(zhì)量%以上。由此,能夠確實(shí)地發(fā)揮本發(fā)明的 效果。另外,含有比例的上限值,通常為5質(zhì)量%以下,典型為3質(zhì)量%以下,優(yōu)選為例如2 質(zhì)量%以下。由此,能夠?qū)㈦娮璧脑龃笠种茷樽钚∠薅?,能夠?qū)崿F(xiàn)優(yōu)異的輸入輸出特性。
      [0095] 《非水電解液二次電池》
      [0096] 通過對(duì)上述那樣的非水電解液二次電池組裝體進(jìn)行至少1次充電處理,能制造出 在此公開的非水電解液二次電池。
      [0097] 在充電處理中,典型地,首先在該組裝體的正極與負(fù)極之間連接外部電源,接著, 流通電流直到正負(fù)極間的電壓成為規(guī)定的值。充電形式可以是以恒流進(jìn)行充電直到規(guī)定的 電壓為止的恒流充電,也可以是在恒流充電后在規(guī)定的電壓下保持一定時(shí)間的恒流恒壓充 電。充電時(shí)的速率可以設(shè)為例如1/100~5C(優(yōu)選為1/10~1C)左右。正負(fù)極間的電壓 (典型為最高到達(dá)電壓)也取決于正極活性物質(zhì)、非水溶劑等,但可以設(shè)為例如4. 5~5. 5V 左右。再者,在本工序中,充電處理可以進(jìn)行1次,也可以例如隔著放電處理而反復(fù)進(jìn)行2 次以上。
      [0098] 通過充電處理,非水電解液中所含的草酸硼酸鹽型化合物的一部分或
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