[發明專利]鋰離子二次電池、電子裝置、電動工具、電動車輛和蓄電系統

有效

• 申請號: 201210098139.5
• 申請日: 2012-04-05
• 公開（公告）號: CN102738504B
• 公開（公告）日: 2017-04-12
• 發明（設計）人: 山田一郎;洼田忠彥
• 申請（專利權）人: 索尼公司
• 主分類號: H01M10/0525
• 分類號: H01M10/0525;H01M2/16
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司11240
• 代理人: 李丙林,吳勝周

技術領域

本發明涉及一種鋰離子二次電池，包括其間具有隔膜的彼此相對的正極和負極、一種使用其的電子裝置、使用其的電動工具(electric?power?tool)、一種使用其的電動車輛(electric?vehicle)、以及使用其的蓄電系統(電功率儲存系統，electric?power?storage?system)。

背景技術

近年來，由移動電話和個人數字助理(PDA)代表的電子裝置已廣泛使用，并且已強烈要求進一步減小它們的尺寸和重量以及實現它們的長壽命。相應地，作為用于這些電子裝置的電源，已經開發了電池，尤其是能夠提供高能量密度的小型且重量輕的二次電池。近年來，已經考慮將這樣的二次電池不僅應用到前述電子裝置，而且應用到由電動工具如電鉆、電動車輛如電動汽車和蓄電系統如家庭電功率服務器代表的各種應用。

作為二次電池，已經廣泛提出了利用各種充放電原理的二次電池。特別地，利用鋰離子的嵌入和脫嵌的鋰離子二次電池被認為是具有前景的，因為該鋰離子二次電池與鉛蓄電池、鎳鎘電池等相比，提供更高的能量密度。

二次電池包括正極、負極和電解液。正極和負極分別包含嵌入和脫嵌鋰離子的正極活性物質和負極活性物質。在二次電池中，為了獲得高的電池容量，將鋰復合氧化物如LiCoO₂用作正極活性物質，并且將碳材料如石墨用作負極活性物質。

在二次電池中，一般地，其操作電壓為2.5V以上4.2V以下。即使在單個電池中，該操作電壓允許被增大直至4.2V的原因之一為如下。即，由于正極與負極通過隔膜分隔開，所以該二次電池是電化學穩定的。

根據二次電池的性能，要求進一步增加其電池容量。同時，在現有二次電池中，作為正極活性物質的鋰復合氧化物的僅約60％的理論容量被利用。因此，存在我們稱為剩余容量(remaining?capacity)的容量。因此，為了利用該剩余容量，已經提出通過將充電電壓增大至大于4.2V的值來實現高能量密度(例如，參見WO03/019713)。

然而，在其中充電電壓增大至大于4.2V的值的情況下，大量鋰離子從鋰復合氧化物脫嵌，并因此正極變為熱和電不穩定的。由此，容易發生副反應如電解液的分解反應，并且由于這些副反應而容易在電池中產生氣體。因此，循環特性降低，并且由于電池溶脹導致安全性降低。

因此，已經提出，即使增大充電電壓，也通過向電解液中加入芳族化合物來抑制副反應(例如，參見日本未審查專利申請公開No.07-302614和2000-058117)。作為芳族化合物，使用具有π電子軌道的苯甲醚衍生物，其中不可逆氧化還原電位在完全充電下比正極電位更惰性，是一種具有特定化學結構的醚衍生物等。芳族化合物在充電后期在正極表面附近、在氧化劑氛圍下發生反應，并抑制氣體產生。

另外，為了改善鋰離子的離子傳導性(離子電導率，ion?conductivity)，提出了向電解液或正極中加入具有聚倍半硅氧烷骨架(polysilsesquioxane?skeleton)的有機硅化合物(例如，參見日本未審查專利申請公開No.2005-002159、2008-171813和2003-306549)。

發明內容

為了解決在增大充電電壓以增加電池容量的情況下存在的問題，已經進行了各種討論。然而，還沒有獲得充分的措施。尤其是，考慮到安全性，在其中向電解液等中加入添加劑以抑制副反應的情況下，添加劑在電池中發生反應并形成電阻器。因此，容易最終降低循環特性。這樣的趨勢在促進副反應的高溫下尤其顯著。因此，已經強烈期望采取措施來確保高溫特性，即確保即使在高溫環境下的循環特性和安全性。

期望提供一種能夠改善高溫特性的鋰離子二次電池、一種電子裝置、一種電動工具、一種電動車輛、以及一種蓄電系統。

根據本發明的一個實施方式，提供了一種鋰離子二次電池，包括彼此相對的正極和負極、其間(正極和負極之間)具有的隔膜、以及電解液。正極、負極和隔膜中的一個或多個(正極、負極和隔膜中的至少一個)包含有機硅化合物，該有機硅化合物包括下述具有由式1表示的聚倍半硅氧烷骨架的化合物或具有由式2表示的聚倍半硅氧烷骨架的化合物或它們二者(該有機硅化合物包括下述具有由式1、式2表示的聚倍半硅氧烷骨架的有機硅化合物中的至少之一)，

[式1]

[R1SiO_3/2]_m...(1)