[發明專利]非水電解質二次電池、其生產方法和非水電解溶液

有效

• 申請號: 201510411459.5
• 申請日: 2015-07-14
• 公開（公告）號: CN105322218B
• 公開（公告）日: 2018-01-05
• 發明（設計）人: 山口裕之
• 申請（專利權）人: 豐田自動車株式會社
• 主分類號: H01M10/05
• 分類號: H01M10/05;H01M10/0566;H01M10/058
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所11247
• 代理人: 唐秀玲,林柏楠

發明背景

1.發明領域

本發明涉及包含非水電解溶液的電池，生產電池的方法和用于電池的非水電解溶液。

2.相關技術描述

在非水電解質二次電池如鋰離子二次電池中，研究了能量密度的進一步改進作為改進性能的努力。例如，日本專利申請公開No.2002-042814(JP 2002-042814 A)公開了高能量密度電池可通過使用具有高動作電位的尖晶石型鋰鎳錳復合氧化物作為正極活性材料而實現。

然而，在JP 2002-042814 A所述電池中，正極為高電位狀態。因此，非水電解溶液在正極上氧化并分解，并可在正極表面上形成高電阻膜。作為選擇，在高電位狀態下，正極活性材料的組成元素(通常過渡金屬元素)在非水電解溶液中逐步洗脫。在這種情況下，電池的耐久性(例如高溫循環特性)可能極大地降低。

發明概述

本發明提供生產具有優越的耐久性(例如高溫循環特性)的非水電解質二次電池的方法。本發明還提供使用上述方法得到的非水電解質二次電池；和用于非水電解質二次電池的非水電解溶液。

本發明人認為正極與非水電解溶液之間的界面可通過預先在正極的表面上形成膜(保護膜)以抑制非水電解溶液的氧化分解并抑制組成元素從正極活性材料中洗脫出來而變得穩定。經過重復研究，完成了本發明。

即，根據本發明第一方面，提供生產非水電解質二次電池的方法，所述方法包括：(S10)使用正極、負極和包含下式(I)所示環狀化合物(I)的非水電解溶液構造電池組件：

(其中M¹和M²各自獨立地表示氫原子、堿金屬原子或銨陽離子，R¹和R²各自獨立地表示氫原子、取代或未取代羧基或者具有1-8個碳原子的取代或未取代烷基)；和(S20)通過將電池組件充電使得化合物(I)分解而在正極的表面上形成膜。

通過將電池組件在其中非水電解溶液包含化合物(I)的狀態下充電，化合物(I)分解，因此在正極的表面上形成包含衍生自化合物(I)的組分的膜。由于該膜，正極與非水電解溶液之間的界面穩定化。因此，即使正極具有高電位，可高度抑制非水電解溶液的氧化分解和組成元素從正極活性材料中的洗脫。因此，根據本文所述方法，可生產具有優越耐久性(例如高溫循環特性)的電池。關于在正極上形成膜的相關技術的一個實例可涉及日本專利申請公開No.2013-243010(JP 2013-243013 A)。

在本文所述方法的一個實施方案中，在電池組件的構造期間，將化合物(I)的含量調整至相對于100質量％的非水電解溶液的總量為0.1質量％或更多。因此，可在正極的表面上更加精確且穩定地形成膜。

環2,3-二磷酸甘油酸三鋰可用作化合物(I)。

在本文所述方法的一個實施方案中，正極可包含尖晶石型鋰鎳錳復合氧化物。因此，可提高正極的動作電位的上限并可實現高能量密度。另外，一般而言，當正極活性材料包含過渡金屬元素(特別是錳)時，過渡金屬元素可能在高電位狀態下洗脫。然而，根據本方法，可高度抑制組成元素的洗脫。因此，顯示出本發明實施方案的效果。

根據本發明第二方面，提供通過上述方法生產的非水電解質二次電池。換言之，提供非水電解質二次電池，其包含：包含含有衍生自化合物(I)的組分的膜的正極；負極；和非水電解溶液。在非水電解質二次電池中，高度抑制非水電解溶液的氧化分解，且正極活性材料的結構穩定性是高的。因此，可顯示出優越的耐久性(例如高溫循環特性)。

根據本發明第三方面，提供用于非水電解質二次電池的非水電解溶液。非水電解溶液包含：支持電解質；非水溶劑；和化合物(I)。通過使用該非水電解溶液，可實現具有高耐久性的上述非水電解質二次電池。

附圖簡述

下面參考附圖描述本發明示例實施方案的特征、優點以及技術和工業重要性，其中類似的數字表示類似的元件，且其中：

圖1為顯示根據本發明實施方案的生產非水二次電池的方法的流程圖；

圖2為示意性顯示根據本發明實施方案的非水電解質二次電池的結構的截面圖；和

圖3為顯示高溫循環試驗中容量保持力轉變的圖。

實施方案詳述