专利名称：非水电解质组合物和非水电解质二次电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及非水电解质、非水电解质二次电池、以及非水电解质二次电池制造方 法。具体地，本发明涉及一种设置为与正极和负极中的至少一个接触，并且包括非水溶剂、 电解质盐、基质聚合物(matrix polymer)和陶瓷粉末的非水电解质组合物，以及涉及一种 非水电解质二次电池。
背景技术：
随着各种便携式电子装置的出现，对于减小这些装置的尺寸和重量已经付出了努 力。这种趋势在用作便携式电子装置的电源的电池中也能看到，要求电池本身的尺寸减小， 或者便携式电子装置中的储存空间更有效地用于便携式电子装置的尺寸和重量的进一步 减小。已知具有大能量密度的锂离子二次电池最有期望满足这样的要求。锂离子二次电池重量轻并且具有高能量密度，并因此能够被制成为非常薄的电 池。由于这些和其他优点，例如，利用层压膜用于外部件(包装件，exterior member)的那 些电池已经投入到实际应用。为了与防止泄漏相关的目的，利用层压膜用于外部件的这样 的电池使用电解液作为电解质，以及提供用于保持该电解液的基质聚合物。这种类型的电 池称为聚合物电池。虽然由于铝层压膜用于外部件，所以聚合物电池在形状方面提供了很大的自由 度，但是该电池可能缺少足够的强度，并且趋于在可能由于电池的错误使用施加的强作用 力下而趋于发生变形。只要电池包装在坚固外包装中，这就不是问题。然而，对于更大容量 的近期要求已经被迫使用简单的外包装，增大了更大变形的机会，以及电池中短路的可能 性，其结果是可能丧失电池功能。作为针对这样的问题的一种对策，已经提出使用施加到电极表面的陶瓷的电池， 如在例如JP-A-10-214640(专利文献1)中描述的。
发明内容
然而，虽然专利文献1中描述的电池能够增大针对短路的强度(负载)，但是电极 中的电解液的浸渍(充满，impregnation)趋于变差，这可能会降低电池特性。因此，对于能够增大针对短路的强度(负载)同时不降低电池特性的非水电解质 组合物和非水电解质二次电池存在需要。为此，本发明的发明人已经进行了大量的研究，并且发现，设置为与正极和负极中 的至少一个接触的非水电解质，该电解质包括非水溶剂、电解质盐、基质聚合物和预定陶瓷 粉末，能够提供期望的非水电解质组合物和非水电解质二次电池。本发明基于这个发现完 成。本发明一个实施方式的非水电解质组合物包括电解质盐、非水溶剂、基质聚合物 和热导率为50W/m°C以上的陶瓷粉末。本发明另一个实施方式的非水电解质二次电池包括正极、负极、设置在该正极和负极之间的隔膜、以及非水电解质。该非水电解质包括电解质盐、非水溶剂、基质聚合物、以 及热导率为50W/m°C以上的陶瓷粉末。本发明实施方式的电解质层包含高度导电性陶瓷粉末，并因此具有用于改善热导 率的电解质层的改善的耐电压性(voltage resistance)。根据本发明的实施方式，由于外部压力导致的变形或短路能够在不降低诸如循环 特性的电池特性下被防止，即使在用简单构造的外部件包装的电池中。
图1是分解透视图，示出了作为根据本发明一个实施方式的非水电解质二次电池 的层压二次电池的一个实例。图2是图1的电池元件在II-II的剖视图。图3是示意图，示出了图1中所示的非水电解质二次电池的电池元件和非水电解 质的一种状态。
具体实施例方式以下将描述本发明的实施方式。将以以下顺序进行描述。1、第一实施方式(非水电解质的一个实例)2、第二实施方式(非水电解质二次电池的一个实例)3、第三实施方式(非水电解质二次电池制造方法的一个实例)1、第一实施方式 在第一实施方式中，详细描述根据本发明的一种非水电解质。[非水电解质的构造]本发明实施方式的非水电解质组合物包括电解质盐、非水溶剂、基质聚合物以及 预定的陶瓷粉末，并且适合用作锂离子非水电解质二次电池的非水电解质。在本发明的该 实施方式中，将热导率为50W/m°C以上的陶瓷材料用作所述预定的陶瓷粉末。非水电解质组合物被形成为凝胶电解质层，其例如通过施加至正极和负极的表 面，并通过干燥该组合物以蒸发溶剂而制备。[陶瓷粉末]在本发明的该实施方式中，将热导率为50W/m°C以上的陶瓷材料用作陶瓷粉末。这 样的陶瓷材料的实例包括碳化硅(SiC)、氮化铝(AlN)和氮化硼(BN)，它们可以单独使用或 者作为两种以上的混合物使用。典型的陶瓷粉末包括氧化铝(Al2O3)、氧化锆(ZrO)、氧化钛 (TiO2)、氧化硅(SiO2)和氧化镁(MgO2)。在本发明中使用的碳化硅(SiC)、氮化铝(AlN)和 氮化硼(BN)具有比氧化铝(Al2O3)、氧化锆(ZrO)、氧化钛(TiO2)、氧化硅(SiO2)和氧化镁 (MgO2)高5至几十倍数量级的热导率。以上例举的陶瓷材料是理想的，因为除了具有大体积热容之外，这些陶瓷能够在 电池中稳定地存在，并且不会对电池反应引起任何不良影响。在本发明实施方式中使用的陶瓷粉末的平均粒径优选为0. Ιμπι以上2.5μπι以 下。平均粒径低于0. 1 μ m，则陶瓷粉末可能会聚集。超过2. 5 μ m的平均粒径可能会导致具 有外部层压膜的电池的外观变差。
优选地，陶瓷粉末对于颗粒分布具有高斯分布(正态分布， Gaussiandistribution)。这是有利的，因为不会混合大量的过大或过小颗粒，并且生产率 和电池特性变得稳定。在本发明实施方式的非水电解质中，依据质量比，优选陶瓷粉末和基质聚合物的 混合比为1/1以上6/1以下，更优选为1/1以上5/1以下。低于1/1的陶瓷粉末对基质聚 合物的混合比，则包括陶瓷粉末的效果变小。高于6/1，则循环特性或其他电池特性可能会 变得不足够。在利用本发明实施方式的非水电解质的非水电解质二次电池中，在正极和负极之 间的每单位面积，具体地，在由夹在相对的正极和负极之间的非水电解质部分中的正极和 负极的单位面积限定的每一个区域中，优选陶瓷粉末以0. 5mg/cm2以上3. 6mg/cm2以下，更 优选0. 6mg/cm2以上3. 5mg/cm2以下的比例存在。低于0. 5mg/cm2,则包括陶瓷粉末的效果 变小。高于3. 6mg/cm2,则循环特性或其他电池特性可能会变得不足够。[非水溶剂]各种高介电溶剂和低粘度溶剂能够用作用于本发明实施方式的非水电解质的非 水溶剂。高介电溶剂没有特别限制，尽管能够合适地使用诸如碳酸乙二酯和碳酸丙二酯的 化合物。除了这些实例之外，能够使用环状碳酸酯如碳酸丁二酯、碳酸亚乙烯酯、4-氟-1， 3-二氧戊环-2-酮(碳酸氟乙二酯)、4_氯-1，3-二氧戊环-2-酮(碳酸氯乙二酯)以及
碳酸三氟甲基乙二酯。而且，代替环状碳酸酯或除了环状碳酸酯之外，例如，内酯如Y-丁内酯和Y-戊 内酯、内酰胺如N-甲基吡咯烷酮、环状氨基甲酸酯如N-甲基噁唑烷酮、以及砜化合物如环 丁砜也可以用作高介电溶剂。化合物如碳酸甲乙酯和碳酸二乙酯能够适合用作低粘度溶剂。低粘度溶剂的其 他实例包括链状碳酸酯如碳酸二甲酯和碳酸甲丙酯；链状羧酸酯如乙酸甲酯、乙酸乙酯、丙 酸甲酯、丙酸乙酯、丁酸甲酯、异丁酸甲酯、乙酸三甲基甲酯和乙酸三甲基乙酯；链状酰胺如 N，N-二甲基乙酰胺；链状氨基甲酸酯如N，N-二乙基氨基甲酸甲酯和N，N-二乙基氨基甲酸 乙酯；以及醚如1，2- 二甲氧基乙烷、四氢呋喃、四氢吡喃和1，3- 二氧戊环。在本发明实施方式的非水电解质中，高介电溶剂和低粘度溶剂可以单独使用或作 为两种以上的混合物使用。非水溶剂的含量优选为70质量％ 90质量％。低于70质量％， 则粘度可能变得过大。高于90质量％，可能不会获得足够的导电性。[基质聚合物]本发明实施方式的非水电解质包含基质聚合物。基质聚合物浸渍或保持电解质 盐、非水溶剂和陶瓷粉末。通过该聚合物化合物的溶胀、凝胶化或固定化，而能够有效地防 止产品电池中的非水电解质泄漏。基质聚合物例如可以分别是下式(1) (3)的聚乙烯醇缩甲醛、聚丙烯酸酯或聚 偏二氟乙烯。也可以使用包含这些材料作为主要成分的共聚物。
权利要求
1.一种非水电解质组合物，包括电解质盐；非水溶剂；基质聚合物；和热导率为50W/m°C以上的陶瓷粉末。
2.根据权利要求1所述的非水电解质组合物，其中，所述陶瓷粉末是选自由碳化硅 (SiC)、氮化铝(AlN)和氮化硼(BN)组成的组中的至少一种。
3.根据权利要求2所述的非水电解质组合物，其中，所述陶瓷粉末的平均粒径为 0. Iym以上2. 5μ 以下。
4.根据权利要求3所述的非水电解质组合物，其中，所述陶瓷粉末以每单位面积 0. 5mg/cm2以上3. 6mg/cm2以下的量混合。
5.根据权利要求1所述的非水电解质组合物，其中，所述陶瓷粉末和所述基质聚合物 以1/1以上6/1以下的质量比混合。
6.根据权利要求1所述的非水电解质组合物，其中，所述电解质盐是锂盐，并且其中在 所述非水电解质中所述锂盐的浓度为0. 5mol/kg以上2. lmol/kg以下。
7.根据权利要求1所述的非水电解质组合物，其中，所述基质聚合物包含聚偏二氟乙 烯，并且其中所述聚偏二氟乙烯的重均分子量为550,000以上。
8.一种非水电解质二次电池，包括正极；负极；设置在所述正极和所述负极之间的隔膜；以及非水电解质，其包括电解质盐、非水溶剂、基质聚合物和热导率为50W/m°C以上的陶瓷 粉末。
9.根据权利要求8所述的非水电解质二次电池，其中，所述陶瓷粉末是选自由碳化硅 (SiC)、氮化铝(AlN)和氮化硼(BN)组成的组中的至少一种。
10.根据权利要求9所述的非水电解质二次电池，其中，所述陶瓷粉末的平均粒径为 0. Iym以上2. 5μ 以下。
11.根据权利要求10所述的非水电解质二次电池，其中，所述陶瓷粉末以每单位面积 0. 5mg/cm2以上3. 6mg/cm2以下的量混合。
12.根据权利要求8所述的非水电解质二次电池，其中，所述非水电解质具有在与层压方向交叉的方向上从正极活性物质层和负极活性物质 层突出的延伸部，并且所述延伸部从所述正极活性物质层和所述负极活性物质层中的至少一个的侧端部覆 盖0. Imm以上2mm以下的宽度。
全文摘要
本发明涉及一种非水电解质组合物以及一种非水电解质二次电池。更具体地，涉及一种非水电解质组合物，包括电解质盐；非水溶剂；基质聚合物；以及热导率为50W/m℃以上的陶瓷粉末。
文档编号H01M10/42GK102142581SQ201110026070
公开日2011年8月3日 申请日期2011年1月24日 优先权日2010年2月1日
发明者町田昌纪 申请人:索尼公司