二次电池、电池组、电动车辆以及电力存储系统的制作方法
【专利说明】
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求于2013年11月21提交的日本在先专利申请JP2013-240695的权益， 通过引用将其全部内容结合在此。
技术领域
[0003] 本技术涉及包括正极、负极、以及非水电解液的二次电池，并且涉及使用该二次电 池的电池组、电动车辆、以及电力存储系统。
【背景技术】
[0004] 近年来，已经广泛应用诸如移动电话和移动信息终端设备（PDA)等各种电子装 置，并且需要进一步减少电子装置的尺寸和重量并且实现其更长的寿命。因此，作为电源， 已经开发出一种电池，具体地，能够提供高能量密度的小型和轻便二次电池。
[0005] 最近，开始考虑将二次电池应用于除上述电子装置之外的各种其他应用。其他应 用的实例可包括可装卸地安装在电子装置等上的电池组、诸如电动汽车等电动车辆、以及 诸如家用电力服务器等电力存储系统。
[0006] 已提出使用各种充电和放电原理的二次电池来获得电池容量。具体地，人们关注 利用电极反应物的嵌入和脱嵌或者析出和溶剂获得电池容量的二次电池。原因之一是在二 次电池中比在铅电池、镍-镉电池等中实现更高的能量密度。
[0007] 二次电池包括正极、负极、以及液态电解液（电解液）。电解液包括溶剂和电解质 盐。用作充电和放电反应的介质的电解液的组成极大地影响了二次电池的性能。因此，需 要考虑有关电解液的组成的各种因素。
[0008] 具体地，为了抑制因电解质的分解反应所产生的氟化氢而使电化学设备特征下 降，所以电解质中的阴离子成分包括含硼的阴离子（例如，参见日本未经审查专利申请公 开号 2013-045887)。
【发明内容】
[0009] 电子装置等正不断具有更高的性能和更多的功能。与此相应的是，电子装置等的 使用频率增加，从而导致在各种不同条件下对二次电池进行频繁地充电和放电的趋势。而 且，在各种环境下使用电子装置等，从而导致使二次电池暴露于各种温度环境下的趋势。因 此，仍然存在改进二次电池性能的空间。
[0010] 希望提供一种能够实现卓越的电池特征的二次电池、电池组、电动车辆、以及电力 存储系统。
[0011] 根据本技术的实施方式，提供一种二次电池，包括：包含含锂氧的化合物的正极、 负极、以及包括由式（1)表示的一种或者多种第一阴离子的非水电解液。
[0012] B(XY)xFyR:…⑴
[0013] (X是二价链烃基、二价氟化链烃基、以及没有基团中的一种。Y是氰基（-C=N) 和异氰基（-N+=(T)中的一种。R是单价氟化链径基和单价氟化环径基中的一种。X至z是满足X>0、y彡0、z彡0、（x+y+z) = 4、以及（y+z) >0的整数。
[0014] 根据本技术的实施方式，提供一种电池组，包括：二次电池；控制部，控制部被配 置为控制二次电池的操作；以及开关部，开关部被配置为根据控制部的指令切换二次电池 的操作。二次电池包括：包括含锂氧的化合物的正极、负极、以及包括由式（1)表示的一种 或者多种第一阴离子的非水电解液。
[0015] B(XY)xFyR:…⑴
[0016] (X是二价链烃基、二价氟化链烃基、以及没有基团中的一种。Y是氰基（-C=N) 和异氰基（-N+=(T)中的一种。R是单价氟化链径基和单价氟化环径基中的一种。X至Z 是满足x>0、y彡0、z彡0、（x+y+z) = 4、以及（y+z) >0的整数。
[0017] 根据本技术的实施方式，提供一种电动车辆，包括：二次电池；转换部，被配置为 将从二次电池供应的电力转换成驱动力；驱动部，被配置为根据驱动力操作；以及控制部， 被配置为控制二次电池的操作。二次电池包括：包括含锂氧的化合物的正极、负极、以及包 括由式（1)表不的一种或者多种第一阴离子的非水电解液。
[0018] B(XY)xFyR:…⑴
[0019] (X是二价链烃基、二价氟化链烃基、以及没有基团中的一种。Y是氰基（-C=N) 和异氰基（-N+=(T)中的一种。R是单价氟化链径基和单价氟化环径基中的一种。X至Z 是满足x>0、y彡0、z彡0、（x+y+z) = 4、以及（y+z) >0的整数。
[0020] 根据本技术的实施方式，提供一种电力存储系统，包括：二次电池；一种或者多种 电气设备，被配置为从二次电池供应电力；以及控制部，被配置为控制从二次电池到一种或 者多种电气设备的电力的供应。二次电池包括：包括含锂氧的化合物的正极、负极、以及包 括由式（1)表不的一种或者多种第一阴离子的非水电解液。
[0021] B(XY)xFyR:…⑴
[0022] (X是二价链烃基、二价氟化链烃基、以及没有基团中的一种。Y是氰基（-C=N) 和异氰基（-N+=(T)中的一种。R是单价氟化链径基和单价氟化环径基中的一种。X至Z 是满足x>0、y彡0、z彡0、（x+y+z) = 4、以及（y+z) >0的整数。
[0023] 根据本技术的实施方式的二次电池，正极包括含锂氧的化合物，并且非水电解液 包括由式（1)表示的一种或者多种第一阴离子，并且由此实现了卓越的电池特征。而且，本 技术的实施方式的电池组、电动车辆、或者电力存储系统也可以实现相似的效果。
[0024] 应注意，本技术的效果并不局限于这里描述的效果并且可以是本技术中所描述的 任何效果。
[0025] 应当理解的是，上述整体描述和下列细节描述均是示例性的，并且旨在提供对所 要求保护的技术的进一步说明。
【附图说明】
[0026] 所包括的附图提供对本公开的进一步理解，并且被整合和构成本说明书的一部 分。附图示出了各种实施方式并且与本说明书共同用于说明本技术的原理。
[0027] 图1是示出了使用根据本技术的实施方式的非水电解液的（圆柱型）二次电池的 配置的截面图。
[0028] 图2是示出了图1中所示的螺旋卷绕的电极体的放大部分的截面图。
[0029] 图3是示出了使用根据本技术的实施方式的电解液的另一（层压膜型）二次电池 的配置的立体图。
[0030] 图4是沿着图3中所示的线IV-IV截取的螺旋卷绕电极体的截面图。
[0031] 图5是示出了二次电池的应用例（电池组）的配置的框图。
[0032] 图6是示出了二次电池的应用例（电动车辆）的配置的框图。
[0033] 图7是示出了二次电池的应用例（电力存储系统）的配置的框图。
[0034] 图8是示出了二次电池的应用例（电动工具）的配置的框图。
【具体实施方式】
[0035] 下面将参考附图详细地描述本技术的一些实施方式.按照下列顺序进行描述。
[0036] 1 ?二次电池
[0037] 1-1?锂离子二次电池（圆柱型）
[0038] 1-2?锂离子二次电池（层压膜型）
[0039] 1-3?锂金属二次电池（圆柱型和层压膜型）
[0040] 2?二次电池的应用
[0041] 2-1.电池组
[0042] 2-2?电动车辆
[0043] 2-3?电力存储系统
[0044] 2-4?电动工具
[0045] 【1?二次电池】
[0046] 首先，描述根据本技术的实施方式的二次电池（在下文中，可被简称为"二次电 池"或者"本技术的二次电池"）。
[0047] 【1-1?锂离子二次电池（圆柱型）】
[0048] 图1和图2示出了二次电池的截面配置。图2示出了图1中所示的螺旋卷绕电极 体20的放大部分。
[0049] 【二次电池的整体配置】
[0050] 这里描述的二次电池是其中通过作为电极反应物的锂（Li)的嵌入和脱嵌获得负 极22的容量的锂二次电池（锂离子二次电池）。
[0051] 二次电池可包含位于电池壳11内部的一对绝缘板12和13以及螺旋卷绕电极体 20。使用电池壳11的二次电池的形式被称为圆柱型。
[0052] 电池壳11是包含螺旋卷绕电极体20等的外部封装件。电池壳11可具有几乎中空 的形状。更具体地，电池壳11具有其中电池壳11的一端封闭并且电池壳11的另一端开口 的中空结构。例如，电池壳11可由铁（Fe)、铝（A1)、其合金等中的一种或者多种制成。电 池壳11的表面可被电镀有诸如镍（Ni)等金属材料。该对绝缘板12和13被布置成垂直于 螺旋卷绕电极体20的螺旋卷绕外围面延伸并且使螺旋卷绕电极体20夹持在其间。
[0053] 在电池壳11的开□端，通过利用垫圈17嵌塞（swage)而附接电池盖14、安全阀 机构15、以及正温度系数器件（PTC器件）16。因此，电池壳11被气密性地密封。例如，电 池盖14可由与电池壳11相似的材料制成。安全阀机构15根据电池壳11的内部压力阻断 电流。更具体地，当电池壳11的内部压力增加至一定的水平或者更高时，安全阀机构15则 翻转盘状板15A，并且由此切断电池盖14与螺旋卷绕电极体20之间的电连接。因此，不太 可能产生诸如热生成或者引燃等缺陷。例如，电池壳11的内部压力增加的原因可能是二次 电池的内部短路、加热等。PTC器件16防止因大电流而产生异常热。当温度升高时，PTC器 件16的电阻相应地增加。例如，垫圈17可由绝缘材料制成。垫圈17的表面可被涂覆有沥 青。
[0054] 例如，螺旋卷绕电极体20可包括面向彼此且隔膜23介于其间的螺旋卷绕的正极 21和负极22。例如，中心销24可被插入在螺旋卷绕电极体20的中心处。然而，可以不提 供中;L、销24。
[0055] 例如，由诸如铝等一种或者多种导电材料制成的正极引线25可连接至正极21。例 如，由诸如镍等一种或者多种导电材料制成的负极引线26可连接至负极22。正极引线25 可连接至安全阀机构15并且可电连接至电池盖14。负极引线26可连接至电池壳11并且 可由此电连接至电池壳11。例如，用于正极引线25和负极引线26中的每个的连接方法可 以是焊接方法等。
[0056] 【正极】
[0057] 正极21具有位于正极集电体21A的一个表面或者两个表面上的正极活性材料层 21B〇
[0058] 例如，正极集电体21A可以由诸如铝、镍、或者不锈钢等导电材料制成。
[0059] 正极活性材料层21B包括能够使锂嵌入和脱嵌的一种或者多种正极材料作为正 极活性材料。应注意，正极活性材料层21B可进一步包括诸如正极粘结剂和正极导电体等 一种或者多种其他材料。
[0060] 正极材料可包括含锂氧的化合物，并且由此实现了高能量密度。"含锂氧的化合 物"是一种包括锂和氧（〇)作为组成元素的化合物。更具体地，例如，含锂氧的化合物可包 括属于长周期表中的第12族至第15组的作为组成元素的一种或者多种元素以及锂和氧。 只要"元素"的种类是属于长周期表中第2族至第15族中的一种或者多种元素，则"元素" 的种类不受具体限制。
[0061] 具体地，含锂氧的化合物可优选包括由式（11)至（15)分别表示的一种或者多种 化合物，因为这样的化合物易于制造或者易于获得并且实现更高的能量密度。
[0062] LialMnQ-b卜。nNibiMldOe-dDFd…（11)
[0063](Ml是钴（Co)、镁（Mg)、铝、硼（B)、钛（Ti)、钒（V)、铬（Cr)、铁（Fe)、铜（Cu)、 锌（Zn)、锆（Zr)、钼（Mo)、锡（Sn)、钙（Ca)、锶（Sr)、以及钨（W)中的一种或者多种。al 至el满足 0? 8 彡al彡 1. 2、0〈bl〈0. 5、0 彡cl彡 0? 5、（bl+cl)〈l、-0? 1 彡dl彡 0? 2、以及 OSelSO.l。根据充电-放电状态，锂的组成不同，并且al是完全放电状态下的值。）
[0064] Lia2Ni(1_b2)M2b20(2_c2)Fd2…（12)
[0065](M2是钴、锰（Mn)、镁、铝、硼、钛、钒、铬、铁、铜、锌、钼、锡、钙、锶、以及钨中的一 种或者多种。a2 至d2 满足OKa2 < 1. 2、0. 005 <b2 < 0? 5、-0? 1 <c2 < 0? 2、以及 0<d2<0.1。根据充电-放电状态，锂的组成不同，并且a2是完全