[發(fā)明專(zhuān)利]非水電解液和電池

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110044035.1
• 申請(qǐng)日: 2011-02-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102195086A
• 公開(kāi)（公告）日: 2011-09-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 山田一郎;齊藤俊介;渡邊春夫;洼田忠彥
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 索尼公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01M10/0567
• 分類(lèi)號(hào): H01M10/0567;H01M10/05
• 代理公司: 北京康信知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11240
• 代理人: 余剛;吳孟秋

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種非水電解液和電池。更具體地，本發(fā)明涉及一種包含有機(jī)溶劑和電解質(zhì)鹽的非水電解液以及使用這種非水電解液的電池。

背景技術(shù)

近年來(lái)，便攜式電子器件如攝像機(jī)、移動(dòng)電話(huà)和膝上型個(gè)人計(jì)算機(jī)已經(jīng)廣為傳播，并強(qiáng)烈地要求實(shí)現(xiàn)其尺寸家小、重量降低和長(zhǎng)壽命。據(jù)此，推動(dòng)了作為用于便攜式電子器件的電源的電池，尤其是量輕并可獲得高能量密度的二次電池的開(kāi)發(fā)。

尤其，利用鋰的嵌入和脫嵌進(jìn)行充電/放電反應(yīng)的二次電池(所謂的鋰離子二次電池)因?yàn)橄啾扔阢U電池和鎳鎘電池可獲得高能量密度而倍受期待。

這樣的二次電池設(shè)置有包含溶劑和其內(nèi)溶解的電解質(zhì)鹽的電解質(zhì)溶液。作為這種溶劑，廣泛使用通過(guò)將易于與電解質(zhì)鹽溶劑化的高介電常數(shù)溶劑(例如，碳酸乙二酯，碳酸丙二酯等)和具有優(yōu)異離子傳導(dǎo)性的低粘度溶劑(碳酸二乙酯，碳酸二甲酯，碳酸甲乙酯等)混合而獲得的混合溶劑。因?yàn)殇嚩坞姵氐奶匦院艽蟪潭壬鲜芩褂玫姆撬娊庖河绊懀詾榱烁蟮卦鰪?qiáng)電池特性，提出了包含各種化合物的非水電解液。

例如，如在專(zhuān)利文獻(xiàn)1(JP-A-2006-86058)中描述的，提出了一種方法，其中通過(guò)向電解液中加入鹵代環(huán)狀碳酸酯如碳酸氟代乙二酯或具有碳碳多鍵的環(huán)狀碳酸酯如碳酸亞乙烯酯，在負(fù)極表面上形成涂層，并抑制負(fù)極活性物質(zhì)與電解液的反應(yīng)等，由此改善了充電/放電效率。而且，如在專(zhuān)利文獻(xiàn)2(JP-A-2007-141830)中描述的，提出了一種方法，其中通過(guò)將作為一種電解質(zhì)鹽的二氟磷酸鹽與之前描述的反應(yīng)性環(huán)狀碳酸酯混合在一起，即使在混合少量碳酸乙烯酯時(shí)，也能增強(qiáng)循環(huán)特性，由此使得能夠與良好的低溫特性相容。

發(fā)明內(nèi)容

然而，盡管反應(yīng)性環(huán)狀碳酸酯能夠形成牢固電極涂層，但是其他增大電極表面的電阻，使得涉及這樣的問(wèn)題，即相對(duì)于放電容量電池特性不充分，尤其是在大電流放電時(shí)或在重復(fù)充電/放電的情況下。而且，由于源于有機(jī)材料如環(huán)狀碳酸酯的涂層在熱穩(wěn)定性上不充分，所以因?yàn)橛捎谠陔姵胤烹姷葧r(shí)電池溫度升高發(fā)生的分解導(dǎo)致產(chǎn)生氣體，而很難獲得充分的電池特性。

因此，期望提供一種非水電解液和一種電池，其中不僅抑制在充電/放電循環(huán)后的電阻增加，而且改善在大電流放電時(shí)的電池特性。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，提供了一種非水電解液，包括溶劑、電解質(zhì)鹽、多酸(polyacid)和/或多酸化合物、以及單氟磷酸鹽和/或二氟磷酸鹽。

根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式，提供了一種包括正極、負(fù)極和非水電解液的電池，其中非水電解液包括溶劑、電解質(zhì)鹽、雜多酸(heteropolyacid)和/或雜多酸化合物、以及單氟磷酸鹽和/或二氟磷酸鹽。

根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施方式，提供了一種包括正極、負(fù)極以及包含溶劑和電解質(zhì)鹽的非水電解液的電池，其中包含源于單氟磷酸鹽和/或二氟磷酸鹽的化合物和具有一種或多種多元素(polyelement)的非晶體多酸和/或多酸化合物的凝膠形式的涂層形成在負(fù)極上。

在本發(fā)明前述一個(gè)和又一個(gè)實(shí)施方式中，通過(guò)在非水電解液中加入多酸和/或多酸化合物，能夠嵌入和脫嵌鋰離子的這種化合物形成稱(chēng)為穩(wěn)定的SEI(固體電解質(zhì)界面涂層)的涂層，在使用的初始階段通過(guò)充電/放電而形成在負(fù)極上，由此抑制了在非水電解液中的溶劑和電解質(zhì)鹽的分解。包含多酸和/或多酸化合物的SEI是無(wú)機(jī)的且牢固的，并且同時(shí)在嵌入和脫嵌鋰離子的情形下電阻較小，因此，可以認(rèn)為幾乎不引起容量等的劣化。而且，可以認(rèn)為，當(dāng)成分與非水電解液中的鋰鹽等相近的單氟磷酸鹽和/或二氟磷酸鹽連同多酸和/或多酸化合物一起加入時(shí)，主要電解質(zhì)鹽的分解被更大地抑制，由此能夠形成具有低電阻的SEI。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，不僅能夠抑制充電/放電循環(huán)之后電阻的增大，而且能夠改善在大電流放電時(shí)的電池特性。

附圖說(shuō)明

圖1是剖視圖，示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的非水電解質(zhì)電池的構(gòu)造實(shí)例。

圖2是剖視圖，放大地示出了圖1中的卷繞電極體的一部分。

圖3是充電之后的負(fù)極表面的SEM照片。

圖4是分解透視圖，示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的非水電解質(zhì)電池的構(gòu)造實(shí)例。

圖5是沿圖3中的卷繞電極體的I-I線(xiàn)截取的剖視圖。

圖6是顯示根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的非水性電解質(zhì)電池的構(gòu)造結(jié)構(gòu)實(shí)例的分解透視圖。

圖7是透視圖，示出了一種電池裝置的外觀的實(shí)例。

圖8是剖視圖，示出了一種電池裝置的構(gòu)造實(shí)例。

圖9是平面圖，示出了一種正極的形狀的實(shí)例。