[發明專利]非水電解液以及使用了該非水電解液的蓄電設備

有效

• 申請號: 201380043708.9
• 申請日: 2013-08-21
• 公開（公告）號: CN104584311B
• 公開（公告）日: 2017-03-08
• 發明（設計）人: 安部浩司;近藤正英
• 申請（專利權）人: 宇部興產株式會社
• 主分類號: H01M10/0567
• 分類號: H01M10/0567;H01M6/16;H01M10/052;H01M10/0569
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司72002
• 代理人: 張楠,陳建全

技術領域

本發明涉及能夠提高高溫下的電化學特性的非水電解液以及使用了該非水電解液的蓄電設備。

背景技術

近年來，蓄電設備、特別是鋰二次電池被廣泛用作手機和筆記本型電腦等電子設備的電源、以及電動汽車或電力儲藏用的電源。搭載于這些電子設備或汽車上的電池很有可能在盛夏的高溫下或因電子設備的發熱而變熱的環境下使用。另外，在平板電腦末端或超極本(ultrabook)等薄型電子設備中，大多使用外包裝部件使用鋁層壓膜等層壓膜的層疊型電池或方型電池，但這些電池由于是薄型的，所以容易發生因外包裝部件的稍微膨脹等而容易變形的問題，具有其變形對電子設備的影響非常大的問題。

鋰二次電池主要由含有可嵌入和脫嵌鋰的材料的正極和負極、含有鋰鹽和非水溶劑的非水電解液構成，作為非水溶劑，使用碳酸亞乙酯(EC)、碳酸亞丙酯(PC)等碳酸酯類。

另外，作為鋰二次電池的負極，已知有金屬鋰、可嵌入和脫嵌鋰的金屬化合物(金屬單質、氧化物、與鋰的合金等)、碳材料。特別是，碳材料中，使用了例如焦炭、石墨(人造石墨、天然石墨)等可嵌入和脫嵌鋰的碳材料的非水系電解液二次電池已經被廣泛實用化。上述的負極材料在與鋰金屬同等的極低的電位下嵌入和脫嵌鋰和電子，所以特別是在高溫下，許多溶劑有受到還原分解的可能性，無論負極材料的種類如何，在負極上電解液中的溶劑發生部分還原分解，因分解物的沉積、氣體的發生、電極的膨脹，鋰離子的移動受到妨礙，存在著使特別是高溫下的循環特性等電池特性下降的問題以及因電極的膨脹而引起電池變形等問題。進而，對于使用鋰金屬或其合金、錫或硅等金屬單質或氧化物作為負極材料的鋰二次電池，已知的是：盡管初期容量高，但由于在循環中不斷微粉化，所以與碳材料的負極相比，非水溶劑的還原分解加速進行，特別是在高溫下存在著電池容量或循環特性等電池性能大幅下降以及因電極的膨脹而引起電池變形等問題。

另一方面，作為正極材料使用的LiCoO₂、LiMn₂O₄、LiNiO₂、LiFePO₄等能夠嵌入和脫嵌鋰的材料由于在以鋰基準計為3.5V以上的高電壓下嵌入和脫嵌鋰和電子，所以特別是在高溫下，許多溶劑有受到氧化分解的可能性，無論正極材料的種類如何，在正極上電解液中的溶劑發生部分氧化分解，因分解物的沉積、氣體的發生，鋰離子的移動受到妨礙，存在著使循環特性等電池特性下降的問題。

盡管是以上的狀況，搭載有鋰二次電池的電子設備的多功能化在不斷發展，電力消耗量有增大的趨勢。為此，鋰二次電池的高容量化在不斷發展，通過提高電極的密度或減少電池內浪費的空間容積等，電池內的非水電解液所占的體積在不斷變小。因此，其狀況是因少量的非水電解液的分解使得高溫下的電池性能容易下降。

在專利文獻1中，作為能夠發揮高溫保存時的膨脹抑制效果的非水電解質二次電池，提出了含有包含二異氰酸根合化合物的電解液的二次電池。

專利文獻1：日本特開2011-14379號公報

發明內容

發明所要解決的課題

本發明的課題是提供一種不僅能夠提高高溫下的電化學特性進而提高高溫循環試驗后的放電容量維持率、而且還能夠降低電極厚度的增加率的非水電解液以及使用了該非水電解液的蓄電設備。

用于解決課題的方法

本發明人們對上述專利文獻1的非水電解液的性能詳細地進行了研究。

其結果是，就專利文獻1的非水電解液而言，雖然能夠改善高溫保存后的電池的膨脹，但是在今后的謀求進一步的高容量化的情況下，還不能說充分令人滿意，尤其對于降低伴隨充放電而引起的電極厚度的增加率這一課題未作任何公開。

因此，本發明人們為了解決上述課題反復進行了深入研究，結果發現：通過含有特定的二異氰酸根合化合物，進而將選自特定的磷酸酯化合物、特定的環狀磺酸酯化合物、具有酯結構的異氰酸根合化合物及含三鍵的化合物中的至少一種添加到非水電解液中，能夠提高高溫下的電化學特性，提高高溫循環后的放電容量維持率，并且能夠降低電極厚度的增加率，從而完成了本發明。

即，本發明提供下述的(1)及(2)。