非水电解质二次电池及其制造方法和用于非水电解质二次电池的分离器的制造方法_3

文档序号:9632871阅读:来源:国知局
成。通常,非水电解质 含有非水性溶剂和支持电解质。作为非水性溶剂,可W使用能用于非水电解质二次电池的 非水电解质中的各种有机溶剂,且没有任何特别的限制。优选的非水性溶剂的例子包括非 质子溶剂,例如碳酸醋、醋、酸、腊、讽和内醋。其中,可W优选使用碳酸醋,例如碳酸亚乙基 醋巧C)、碳酸二乙基醋值EC)、碳酸二甲基醋值MC)和碳酸乙基甲基醋(EMC)。对于支持电 解质没有特别的限制,只要其含有电荷载体即可(例如裡离子、钢离子或儀离子;在裡离子 二次电池中,裡离子)。例如,可W使用能用作用于非水电解质二次电池的支持电解质的任 何公知材料,且没有任何特别的限制。例如,可W用于裡二次电池中的支持电解质的例子包 括裡盐,例如LiPFe和LiBF 4。
[0050] 除了上述组分之外,任选地,非水电解质可W另外含有各种添加剂,其用量不会导 致本发明效果显著变差。运些添加剂用于包括W下的一个或两个或更多个目的:改进电池 的储存性;改进输入和输出特性;改进循环特性;和改进初始充电-放电效率。添加剂的 具体例子包括上述氣憐酸盐(通常是二氣憐酸盐,例如二氣憐酸裡)、二(草酷)棚酸裡 (化i怔也〇4) 2]),碳酸亚乙締基醋(VC)和碳酸氣亚乙基醋(阳0。在一个优选实施方案中, 非水电解质不含上述氣憐酸盐。结果,可W在正极的附近区域中存在大量的氣憐酸盐。换 句话说,在负极附近存在的氣憐酸盐的量可W尽可能小。 阳05U 妨充电
[0052] 接着,将电池组充电至少一次。通常,在电池组的正极和负极之间连接外部电源W 进行充电,直到在正极和负极之间的电压达到预定值。结果,氣憐酸盐在正极和/或负极上 电分解(氧化分解或还原电解)。在根据此实施方案的制造方法中,大多数氣憐酸盐存在于 正极的附近。所W,氣憐酸盐主要在正极上被氧化和分解。在正极表面上形成含有氣憐酸 盐的分解产物的保护膜。结果,在正极活性材料和非水电解质之间的界面被稳定化,并且可 W制造具有优异抗氧化性的非水电解质二次电池。
[0053] 充电方法可W是恒定电流充电(CC充电),其中电池在恒定电流下充电到预定电 压,或可W是恒定电流-恒定电压充电(CCCV充电),其中电池在CC充电后在恒定电压下保 持预定时间。在充电期间的电流速率可W是约1/100C至5C。从在电极表面上均匀形成衍 生自氣憐酸盐的膜的角度考虑,优选充电在约1/10C至IC的较低速率下进行。在正极和负 极之间的电压(通常是实现的最大电压;例如在完成充电之后的电压)可W调节到等于或 小于在正常使用期间的电池电压上限。具体而言,虽然根据例如要使用的活性材料的种类 和要使用的非水性溶剂的种类,在正极和负极之间的电压可W是约3. 8-4. 2V。充电可W进 行一次,或可W进行两次或更多次,例如同时在其间进行充电。"1C"表示电流量,在此电流 量时可W在1小时内充电从正极理论容量估计的电池容量(Ah)。
[0054] 在如上制造的非水电解质二次电池中,在正极的表面上形成大量的从氣憐酸盐衍 生的膜(含有氣憐酸盐的分解产物)。更具体而言,可W在正极的表面上形成含有氣、憐、氧 或裡作为构成元素的膜,也就是说含有组分例如PO2F2、POsF、PO/或LiF的膜。按照正极 单位面积计的膜成分的含量可W高于现有技术电池中的含量。也就是说,在现有技术的电 池中,通常,非水电解质含有氣憐酸盐。所W,如上所述,在电池中所含的大多数氣憐酸盐在 负极上还原和分解,并作为膜沉积在负极表面上。换句话说,按照负极单位面积计的膜成分 的含量大于按照正极单位面积计的膜成分的含量。例如,按照负极单位面积计的膜成分的 含量可W是按照正极单位面积计的膜成分的含量的1. 5倍或更大(例如2倍或更大;尤其 是3倍或更大)。所W,因为在负极上存在过量的膜,所W电池特性降低,在正极上形成膜是 不足的,并且耐久性可能是不足的。但是,在根据此实施方案的非水电解质二次电池中,膜 量的变化得到更合适的抑制。例如,按照正极单位面积计的膜成分的含量可W基本上等于 按照负极单位面积计的膜成分的含量。结果,例如,即使在长时间暴露于苛刻条件之后,也 可W实现具有高耐久性的非水电解质二次电池,其中电池电阻得到抑制。通过检测在正极 和负极上的膜的量,就可W清楚地认识到与其中非水电解质含有氣憐酸盐的现有技术电池 之间的区别。 阳化5] 在电极表面上形成的膜的量可W使用常规方法定量地检测,例如离子色谱(IC)、 诱导禪合等离子-原子发射光谱(ICP-AE巧或X-射线吸收精细结构光谱狂AF巧。在一个 具体例子中,首先,拆开电池,并将电极(活性材料层)从电池取出。接着,将电极浸入合适 的溶剂(例如EMC)中并洗涂,然后切成具有预定尺寸的检测样品。接着,将检测样品浸入 合适的溶剂(例如纯水)中达到预定的时间(例如1-30分钟),W使得作为检测目标的膜 组分(从氣憐酸盐衍生的离子组分)在溶剂中萃取。对运种溶液进行离子色谱分析W检测 作为检测目标的各种离子组分的定量值。作为检测目标的离子的定量值的总和(yM)除W 用于检测的活性材料层的面积(cm2)。结果,可W获得单位面积内所含的膜的量(yM/cm2)。 [0056]根据本发明人的研究,当在分离器表面上不存在氣憐酸盐、而是在正极表面上存 在氣憐酸盐时(例如在正极活性材料层的表面上或在其内侧中),可操作性降低,或者电池 性能可能减低。也就是说,在其中氣憐酸盐存在于正极活性材料层的内侧中的构造(例如, 用于形成正极活性材料层的组合物含有氣憐酸盐)中,认为大多数氣憐酸盐分解,运导致 电池电阻增加,输入和输出特性降低,或者耐久性降低。如上所述,正极活性材料层是多孔 层(具有高孔隙率)。所W,当在正极活性材料层的表面上形成含有氣憐酸盐的多孔层时, 可W需要复杂的制造方法例如转移工艺。也就是说,从可操作性、生产效率和电池特性角 度考虑,认为根据此实施方案的电池构造(其中氣憐酸盐存在于分离器的正极那侧的表面 上)优于上述构造。
[0057] <非水电解质二次电池的实施方案〉
[0058] 不希望限制本发明,作为例子描述根据本发明实施方案的非水电解质二次电池, 其中缠绕电极体和非水电解质布置在扁平长方形(箱形)电池箱中。另外,在W下附图中, 具有相同功能的部件或部分由相同的标记表示,并且将不进行重复描述或将简化描述。在 每个附图中,尺寸关系(例如长度、宽度或厚度)不是必须反映实际的尺寸关系。
[0059] 图1是显示根据本发明实施方案的非水电解质二次电池100的横截面结构的示意 截面图。在非水电解质二次电池100中,电极体(缠绕电极体)80和非水电解质(未显示) 放置在扁平箱形电池箱50中,电极体80具有的构型是其中延长的正极片10和延长的负极 片20与置于它们之间的延长分离器片40发生平面缠绕。电池箱50包括:扁平长方形电池 箱体52,其具有开放的上端;和覆盖开口的盖子54。在电池箱50的顶部表面(也就是盖子 54)上,提供用于外部连接的正极端子70,其与缠绕电极体80的正极电连接;W及负极端子 72,其与缠绕电极体80的负极电连接。如在现有技术中的非水电解质二次电池的电池箱的 情况那样,盖子54还包括安全阀55用于将从电池箱50内部产生的气体排出到电池箱50 的外部。
[0060] 图2是显示图1中所示的扁平缠绕电极体80的结构的示意图。图3是显示沿着 图2的III-III线得到的缠绕电极体80的截面结构示意图。在图3中,在相应组分之间提 供空间W便于理解。但是,在实际的电池中,通常各组分放置使得彼此相对的相应组分(正 极片10/分离器片40/负极片20)彼此接触。如图2和3所示,运种缠绕电极体80在组装 缠绕电极体80之前的步骤中具有延长的片材结构(片状电极体)。正极片10包括延长的 正极集电器12 及正极活性材料层14,其是沿着纵向在至少一个表面上(在运里,在两个 表面上)形成的。负极片20包括延长的负极集电器22 ; W及负极活性材料层24,其是沿着 纵向在至少一个表面上(在运里,在两个表面上)形成的。另外,具有延长片形状的两个分 离器(分离器片)40布置在正极活性材料层14和负极活性材料层24之间,作为隔绝层用 于防止它们之间的直接接触。分离器片40包括延长的分离器基片42 ; W及多孔层44,其是 沿着纵向在至少一个表面上(通常在单个表面上)形成的。
[0061] 沿着缠绕轴向在缠绕电极体80的中屯、,形成缠绕忍部分(也就是层压材料,其中 正极片10、负极片20和分离器片40紧密地层压)。另外,在沿着缠绕轴向的缠绕电极体80 的对侧末端部分,正极片10和负极片20的非形成电极活性层部分(集电器的暴露部分) 的部件分别从缠绕忍部分向外突出。在正极侧上的突出和负极侧上的突出中,分别提供正 极集电器板和负极集电器板,并且它们分别与正极端子70 (图1)和负极端子72 (图1)电 连接。
[0062] <非水电解质二次电池的用途〉
[0063] 根据此实施方案的非水电解质二次电池(例如裡离子二次电池)可W用于各种应 用中。例如,在根据此实施方案的非水电解质二次电池中,即使在长时间暴露于苛刻环境例 如高溫环境(例如在暴晒下)下之后也能保持高的电池特性。具体而言,抑制了电池电阻 的增加,并且可W长时间显示优异的输入和输出特性。因此,非水电解质二次电池可W优选 用于例如其中储存或操作环境可W处于高溫的应用中,W及其中需要高的输入和输出密度 的应用中。运些应用的例子包括用于车辆安装电机的能源(驱动电源)。车辆的类型不受 限制,其例子包括插电式混合驱动车辆(PHV)、混合驱动车辆(HV)、电动车辆巧V)、电动卡 车、电动小型摩托车、电动辅助自行车、电动轮椅和电动轨道。运种非水电解质二次电池可 W W电池组的形式使用,其中多个二次电池彼此串联和/或并联连接。
[0064] 在下文中将描述本发明的多个实施例,但是运些具体实施例并不限制本发明。 阳0化][I.证明含氣憐酸盐的多孔层的效果]
[0066] 两种分离器A和B是在相同条件下制备的,不同的是关于是否含氣憐酸盐的条件 是
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