电解液和锂离子二次电池的制作方法_4

文档序号:9794256阅读:来源:国知局
0280] (上述式(8)中,Mb表示选自由Mn和Co组成的组中的巧中W上,y为0 < y < 0.9。)
[0281] Li2MfP〇4F (9)
[0282] (上述式(9)中,Mf表示选自由过渡金属组成的组中的巧中W上。)
[0283] 对上述式(5)所表示的氧化物没有特别限定,例如优选尖晶石型氧化物,更优选式 (5a)或式(5b)所表示的氧化物。
[0284] LiMn2-xNix〇4 巧a)
[028引(上述式(5a)中,X 满足 0.2<x<0.7。)
[0286] LiMn2-xNix〇4 巧b)
[0287] (上述式(5b)中,X 满足 0.3<x<0.6。)
[0288] 对上述式(5a)或上述式(5b)所表示的氧化物没有特别限定,例如可W举出 LiMni. sNio. 5化和LiMni. sNio.地4。通过使用运样的式(5)所表示的尖晶石型氧化物,稳定性趋 于更加优异。
[0289] 此处,从正极活性物质的稳定性、电子传导性等观点出发,上述式(5)所表示的氧 化物除上述结构W外,也可W在相对于Mn原子的摩尔数为10摩尔% W下范围内进一步含有 过渡金属或过渡金属氧化物。上述式(5)所表示的化合物可W单独使用1种或者组合使用2 种W上。
[0290] 对上述式(6)所表示的氧化物没有特别限定,例如,优选为层状氧化物,更优选为 下述式(6a)所表示的氧化物。
[0291] LiMm-v-X〇vNiw〇2 (6a)
[029引(上述式(6a)中,0.1 <v< 0.4,0.1 <w< 0.8。)
[0293]对上述式(6a)所表示的层状氧化物没有特别限定,例如,可W举出LiMni/3Coi/ 3化1/3〇2心1邮.1(:0日.肌日.8〇2、^111日.3(:0日.2化日.日〇2等。通过使用运样的式(6)所表示的化合物, 稳定性趋于进一步提高。式(6)所表示的化合物可W单独使用I种或者组合使用巧巾W上。 [0294]对上述式(7)所表示的复合氧化物没有特别限定,例如,优选为复合层状氧化物, 更优选为下述式(7a)所表示的复合氧化物。
[029引 zLi2Mn03-(l-z)LiNiaM 祉 Coc 化(7a)
[0296] (上述式(7a)中,Z满足0.3< Z <0.7,a、b和C满足a+b+c = l、0.2<a< 0.6、0.2<b <0.6、0.05<c<0.4)
[0297] 其中,上述式(7a)中,更优选为0.4 < Z < 0.6、a+b+c = l、0.3<a<0.4、0.3<b< 0.4、0.2 ^ C ^0.3的复合氧化物。通过使用运样的式(7)所表示的复合氧化物,稳定性趋于 更加优异。式(7)所表示的复合氧化物可W单独使用1种或者组合使用巧巾W上。
[0298] 对上述式(8)所表示的化合物没有特别限定,例如优选橄揽石型化合物,更优选由 下述式(8a)和下述式(8b)所表示的化合物。
[0299] LiMm-yFeyP〇4 (8a)
[0300] (上述式(8a)中,y满足0.05 < y < 0.8。)
[0301 ] LiCoi-yFeyP〇4 (8b)
[0302] (上述式(8b)中,y满足0.05 < y < 0.8。)
[0303] 通过使用运样的式(8)所表示的化合物,稳定性和电子传导性趋于更加优异。上述 式(8)所表示的化合物可W单独使用1种或者组合使用巧巾W上。
[0304] 对作为上述式(9)所表示的化合物的氣化橄揽石型正极活性物质没有特别限定, 例如优选Li2FeP〇4F、Li2MnP〇4F和Li2CoP〇4F。通过使用运样的式(9)所表示的化合物,稳定性 趋于更加优异。式(9)所表示的化合物可W单独使用1种或者组合使用巧巾W上。
[030引(充满电时的裡基准的正极电位)
[0306]第二方案的裡离子二次电池的充满电时的裡基准的正极电位优选为4.4V(vsLi/ Li+似上,更优选为4.45WvsLi/Li+似上,进一步优选为4.5V(vsLi/Li+似上。通过使充满 电时的正极电位为4.4V(vsLi/Li + ) W上,趋于能够高效地利用裡离子二次电池所具有的正 极活性物质的充放电容量。另外,通过使充满电时的正极电位为4.4V(vsLi/Li+) W上,裡离 子二次电池的能量密度趋于进一步提高。需要说明的是,充满电时的裡基准的正极电位可 W通过控制充满电时的电池的电压来进行控制。需要说明的是,对充满电时的正极电位的 上限没有特别限定,优选为5.2V( vsLi/LO W下。
[0307 ] 充满电时的裡基准的正极电位可W通过如下来容易地测定:将充满电状态的裡离 子二次电池在Ar手套箱中拆开,取出正极,使用金属裡作为对电极而再次组装电池,测定电 压。另外,在负极中使用碳负极活性物质时,由于充满电时的碳负极活性物质的电位为 0.05V(vsLi/Li+),因此通过将充满电时的裡离子二次电池的电压(化)加上0.05V而能够容 易地算出充满电时的正极的电位。例如,在负极中使用碳负极活性物质的裡离子二次电池 中,充满电时的裡离子二次电池的电压(Va)为4.4V时,可W算出充满电时的正极的电位为 4.4V+0.05V = 4.45V〇
[0308]需要说明的是,W往的裡离子二次电池由于充满电时的正极的电位通常被设定为 4.2V(vsLi/Li+)~4.3V(vsLi/LnW下,因此与W往的裡离子二次电池相比,充满电时的正 极的电位为4.4V(vsLi/Li+) W上的裡离子二次电池具有高电压。第二方案中,"高电压裡离 子二次电池"为具备如下正极的裡离子二次电池,所述正极具有在电位为4.4V(vsLi/Li + ) W上时具有lOmAh/gW上的放电容量的正极活性物质,所述"高电压裡离子二次电池"是指 W充满电时的正极电位为4.4V(vsLi/Li+) W上的方式使用的二次电池。在运样的高电压裡 离子二次电池用途中会出现电解液中包含的碳酸醋系溶剂在正极表面氧化分解、电池的循 环寿命降低的课题。运样的课题是W充满电时的正极电位小于4.4V(vsLi/Li+)的方式使用 的W往的裡离子二次电池用途中不易出现的课题。第二方案的裡离子二次电池通过具有上 述构成,能够解决运样的充满电时的正极电位为4.4V(vsLi/Li + ) W上时出现的课题,因此 成为能够W高电压工作且具有高循环寿命的裡离子二次电池。需要说明的是,(vsLi/Li + ) 表示裡基准的电位。
[0309] (正极活性物质的制造方法)
[0310] 正极活性物质可用与通常的无机氧化物的制造方法同样的方法来进行制造。对正 极活性物质的制造方法没有特别限定,例如可W举出将W规定的比例混合了金属盐(例如, 硫酸盐和/或硝酸盐)的混合物在包含氧气的气氛环境下赔烧来得到包含无机氧化物的正 极活性物质的方法。或者可W举出如下方法:使碳酸盐和/或氨氧化物盐作用于溶解有金属 盐的溶液使难溶性的金属盐析出,将其提取分离,在所述提取分离的物质中混合作为裡源 的碳酸裡和/或氨氧化裡之后,在包含氧气的气氛环境下进行赔烧,由此得到包含无机氧化 物的正极活性物质。
[0311] (正极的制造方法)
[031引此处,下面示出正极的制造方法的一个例子。首先,使根据需要在上述正极活性物 质中加入导电助剂、粘结剂等而混合而成的正极合剂分散于溶剂中,制备含有正极合剂的 糊剂。接着,将该糊剂涂布于正极集电体上,进行干燥,形成正极合剂层,根据需要对其加压 来调整厚度,由此能够制作正极。
[0313] 对正极集电体没有特别限定,例如可W举出由侣锥或不诱钢锥等金属锥构成的正 极集电体。
[0314] [负极]
[0315] 第二方案的裡离子二次电池具有负极。负极只要是作为裡离子二次电池的负极起 作用的负极就没有特别限定,可W使用公知的负极。负极优选含有由可吸藏和释放裡离子 的材料组成的组中的1种W上作为负极活性物质。对运样的负极活性物质没有特别限定,例 如可W举出选自由下列物质组成的组中的巧巾W上:W碳负极活性物质、娃合金负极活性物 质和锡合金负极活性物质为代表的包含可与裡形成合金的元素的负极活性物质;娃氧化物 负极活性物质;锡氧化物负极活性物质;W及W铁酸裡负极活性物质为代表的含裡的化合 物。运些负极活性物质可W单独使用1种或者组合使用巧巾W上。
[0316] 对碳负极活性物质没有特别限定,例如可W举出硬碳、软碳、人造石墨、天然石墨、 石墨、热解碳、焦炭、玻璃碳、有机高分子化合物的赔烧体、中间相炭微珠、碳纤维、活性炭、 石墨、碳胶体和炭黑。对焦炭没有特别限定,例如可W举出渐青焦炭、针状焦和石油焦炭。另 夕h对有机高分子化合物的赔烧体没有特别限定,可W举出将酪醒树脂、巧喃树脂等高分子 材料W适当的溫度进行赔烧而碳化得到的赔烧体。
[0317] 对包含可与裡形成合金的元素的负极活性物质没有特别限定,例如可W是金属或 半金属的单质,或者为合金、化合物,另外,也可W是至少一部分具有上述的1种或巧巾W上 的相那样的物质。需要说明的是,"合金"中除了由巧巾W上的金属元素形成的合金W外,还 可W包含具有1种W上的金属元素和1种W上的半金属元素的合金。另外,对于合金,只要总 体上具有金属的性质,则也可W包含非金属元素。
[0318] 对金属元素和半金属元素没有特别限定,例如可W举出铁(Ti)、锡(Sn)、铅(Pb)、 侣(Al)、铜(In)、娃(Si)、锋(Zn)、錬(Sb)、祕(Bi)、嫁(Ga)、错(Ge)、神(As)、银(Ag)、给化f)、 错(Zr)和锭(Y)。其中,优选长式元素周期表中的4族或14族的金属元素和半金属元素,特别 优选铁、娃和锡。
[0319] (负极的制造方法)
[0320] 负极例如可W如下述那样操作来得到。首先,使根据需要在上述负极活性物质中 加入导电助剂、粘结剂等混合而成的负极合剂分散于溶剂中,制备含有负极合剂的糊剂。接 着,将该糊剂涂布于负极集电体上,进行干燥,形成负极合剂层,根据需要对其进行加压来 调整厚度,由此能够制作负极。
[0321] 对负极集电体没有特别限定,例如可W举出由铜锥、儀锥或不诱钢锥等金属锥构 成的负极集电体。
[0322] 在正极和负极的制作中,对根据需要所使用的导电助剂没有特别限定,例如可W 举出石墨、乙烘黑和科琴黑等炭黑W及碳纤维。
[0323] 另外,在正极和负极的制作中,对根据需要所使用的粘结剂没有特别限定,例如可 W举出聚偏二氣乙締(PVW)、聚四氣乙締(PTFE)、聚丙締酸、T苯橡胶和氣橡胶。
[0324] [分隔件]
[0325] 从防止正负极的短路、赋予关闭等安全性的观点出发,第二方案的裡离子二次电 池优选在正极和负极之间具备分隔件。对分隔件没有特别限定,例如可W使用与公知的裡 离子二次电池所具备的分隔件同样的分隔件。其中,优选离子透过性大、机械强度优异的绝 缘性的薄膜。
[0326] 对分隔件没有特别限定,例如可W举出织布、无纺布W及合成树脂制微多孔膜,其 中,优选合成树脂制微多孔膜。另外,对无纺布没有特别限定,例如可W举出陶瓷制、聚締控 审IJ、聚醋制、聚酷胺制、液晶聚醋制、芳绝制等的耐热性树脂制的多孔膜。进而,对合成树脂 制微多孔膜没有特别限定,例如可W举出含有聚乙締或聚丙締作为主要成分的微多孔膜或 同时含有运些聚締控的微多孔膜等聚締控系微多孔膜。分隔件可W是将1种微多孔膜层叠 单层或多层的分隔件,也可W是将巧巾W上的微多孔膜层叠的分隔件。
[0327] 对第二方案的裡离子二次电池没有特别限定,例如具备:分隔件、从两侧夹着该分 隔件的正极和负极、进而夹着它们的层叠体的正极集电体(配置于正极的外侧)、负极集电 体(配置于负极的外侧)W及用于容纳它们的电池封装。层叠有正极、分隔件和负极的层叠 体浸溃于第二方案的电解液中。
[0328] 图1将第二方案中的裡离子二次电池的一个例子用示意性截面图示出。图1所示的 裡离子二次电池100具备:分隔件110、从两侧夹着该分隔件110的正极120和负极130、进而 夹着它们的层叠体的正极集电体140(配置于正极的外侧)、负极集电体150(配置于负极的 外侧)W及用于容纳它们的电池封装160。层叠有正极120、分隔件110和负极130的层叠体浸 溃于电解液中。
[0329] [第=方案:电解液]
[0330] 第=方案的电解液含有:
[0331] 非水溶剂、裡盐(A) W及下述式(10)和/或下述式(11)所表示的具有娃原子的化合 物(D),其中,
[0332] 前述具有娃原子的化合物(D)的含量为0.0 OlO质量% W上且3.0质量% W下。
[0333] SiFRiR2R3 (10)
[0334] (上述式(10)中,Ri、R2和R3各自独立地表示任选被取代的碳数1~10的控基。)
[0335] SiF2R4R5 (11)
[0336] (上述式(11)中,R4和R5各自独立地表示任选被取代的碳数1~10的控基。)
[0337] 除了 W下记载的事项W外,对于非水溶剂、裡盐和具有娃原子的化合物(D) W及它 们的含量等可W与第一方案相同。
[0338] [非水溶剂]
[0339] 非水溶剂优选含有环状碳酸醋和链状碳酸醋。对环状碳酸醋没有特别限定,例如 可W举出由碳酸亚乙醋和碳酸亚丙醋组成的组中的1种W上。另外,对链状碳酸醋没有特别 限定,例如可W举出由碳酸二甲醋、碳酸二乙醋和碳酸甲乙醋组成的组中的1种W上。通过 包含运样的环状碳酸醋和链状碳酸醋,电解液的离子传导性趋于进一步提高。
[0340] [裡盐(A)]
[0341] 裡盐(A)优选包含LiPFs。通过包含LiPFs,电解液的离子传导性趋于进一步提高。
[0342] 裡盐(A)优选包含下述式(4)所表示的具有棚原子的裡盐(C)。通过包含下述式(4) 所表示的具有棚原子的裡盐(C),裡离子二次电池的循环寿命趋于进一步提高。
(4)
[0344](上述式(4)中,X各自独立地表示选自由氣原子、氯原子和漠原子组成的组中的面 素原子,R6各自独立地表示任选被取代的碳数1~10的控基,a表示整数0或l,n表示整数0~ 2。)
[034引另外,裡盐(A)优选包含选自由二氣憐酸裡盐和单氣憐酸裡盐组成的组中的巧中W 上。通过包含由二氣憐酸裡盐和单氣憐酸裡盐组成的组中的1种W上,裡离子二次电池的循 环性能趋于进一步提高。
[0346] [化合物(D)]
[0347] 具有娃原子的化合物(D)的含量相对于电解液100质量%为0.OOlO质量% W上且 3.0质量% ^下,优选为0.0030质量% W上且2.0质量% ^下,更优选为0.0050质量% ^上 且2.0质量% ^下,进一步优选为0.010质量% W上且1.0质量% ^下,特别优选为0.020质 量% W上且2.0质量%^下。通过使具有娃原子的化合物(D)的含量为0.0010质量% W上, 裡离子二次电池中能够得到良好的循环寿命。另外,通过使具有娃原子的化合物(D)的含量 为3.0质量%^下,能够进一步抑制裡离子二次电池的膨胀。另外,具有娃原子的化合物(D) 只要包含于电解液中即可,可在电解液制备时添加或者在电解液中通过反应而生成。具有 娃原子的化合物(D)在电解液中的含量可W通过Ih-醒R、"F-NMR等NMR测定来进行确认。另 夕h裡离子二次电池中的电解液中的具有娃原子的化合物(D)的含量也与上述同样地可W 通过1h-NMR、i9F-NMR等NMR测定来进行确认。
[0348] [化合物化)]
[0349] 电解液优选含有化合物化),所述化合物化)为选自由横酸、簇酸W及具有憐原子 和/或棚原子的质子酸组成的组中的酸的至少1个氨原子被下述式(12)所表示的取代基取 代的化合物。通过包含化合物化),裡离子二次电池的循环性能趋于进一步提高。
'12)
[0351] (上述式(12)中,R3、R4和R5各自独立地表示任选被取代的碳数1~10的有机基团。)
[0352] 其中,化合物化)优选包含下述式(13)和/或下述式(14)所表示的化合物。式(13) 和/或式(14)所表示的化合物可W与第一方案相同。
(1义
[0354](上述式(13)中,M表示憐原子或棚原子,M为憐原子时,n为0或1,M为棚原子时,n为 0,R3、R4和R5各自独立地表示任选被取代的碳数1~10的有机基团,R 6和R7各自独立地表示选 自由OH基、OLi基、任选被取代的碳数1~10的烷基、任选被取代的碳数1~10的烷氧基、碳数 3~10的甲娃烷氧基、碳数6~15的芳基W及碳数6~15的芳氧基组成的组中的基团。)
(14)
[0巧6](上述式(14)中,R3、R4和R5各自独立地表示任选被取代的碳数1~10的有机基团, R8表示任选被取代的碳数1~20的有机基团。)
[0357] 化合物化)的含量相对于电解液100质量%,优选为0.010质量% W上且10质量% W下,更优选为0.020质量% W上且10质量% ^下,进一步优选为0.050质量% W上且8.0质 量% ^下,更进一步优选为0.10质量% W上且5.0质量% ^下,进一步更优选为0.20质量% W上且4.0质量% ^下。通过使化合物化)的含量为0.010质量% ^上,裡离子二次电池的循 环寿命趋于进一步提高。另外,通过使化合物化)的含量为10质量% ^下,电池输出趋于进 一步提高。运些化合物化)的电解液中的含量可W通过NMR测定来进行确认。另外,裡离子二 次电池中的电解液中的化合物化)的含量也与上述同样地可W通过NMR测定来进行确认。
[0358] 第S方案的电解液可W适宜地用作非水蓄电装置用电解液。
[0359] [第四方案:裡离子二次电池]
[0360] 第四方案的裡离子二次电池(W下,也简称为"电池")具有:
[0361] 正极,其具备在电位为4.4V(vsLi/Li + )W上时具有lOmAh/gW上的放电容量的正 极活性物质;
[0362] 具备负极活性物质的负极;W及
[0363] 第=方案的电解液。
[0364]除了 W下记载的事项W外,对于正极、负极、根据需要所使用的分隔件等可W与第 二方案相同。
[036引(正极活性物质)
[0366] 从实现更高的电压的观点出发,第四方案的电池具备如下正极,所述正极含有在 电位为4.4V(vsLi/Li + )W上时具有lOmAh/gW上的放电容量的正极活性物质。即使在具备 运样的正极的情况下,第二方案的电池在W高电压工作且可提高循环寿命方面也是有用 的。
[0367] 第四方案中使用的正极活性物质的放电容量在电位为4.4V(vsLi/Li + )W上时为 lOmAh/gW上,优选为15mAh/gW上,更优选为20mAh/gW上。通过使正极活性物质的放电容 量处于上述范围内,通过W高电压驱动而能够实现高能量密度。对电位为4.4V(vsLi/Li + ) W上时的正极活性物质的放电容量的上限没有特别限定,优选400mAh/gW下。需要说明的 是,正极活性物质的放电容量可W通过实施例中记载的方法来进行测定。
[0368] 第四方案的裡离子二次电池的充满电时的裡基准的正极电位优选为4.4V(vsLi/ Li+似上,更优选为4.45WvsLi/Li+似上,进一步优选为4.5V(vsLi/Li+似上。通过使充满 电时的正极电位为4.4V(vsLi/Li + ) W上,趋于能够高效地利用裡离子二次电池所具有的正 极活性物质的充放电容量。另外,通过使充满电时的正极电位为4.4V(vsLi/Li+) W上,裡离 子二次电池的能量密度趋于进一步提高。需要说明的是,充满电时的裡基准的正极电位可 W通过控制充满电时的电池的电压来进行控制。需要说明的是,对充满电时的正极电位的 上限没有特别限定,优选5.2V( vsLi/LO W下。
[0369] 对正极活性物质没有特别限定,例如优选选自由下述式(5)所表示的氧化物、下述 式(6)所表示的氧化物、下述式(7)所表示的复合氧化物、下述式(8)所表示的化合物W及下 述式(9)所表示的化合物组成的组中的1种W上。通过使用运样的正极活性物质,正极活性 物质的结构稳定性趋于进一步提高。
[0370] LiMn2-xMax〇4 (5)
[0371] (上述式(5)中,Ma表示选自由过渡金属组成的组中的巧中W上,X为0.2 < X < 0.7。)
[0372] LiMm-uMeu〇2 (6)
[0373] (上述式(6)中,Me表示选自由除MnW外的过渡金属组成的组中的1种W上,U为0.1 <u<0.9〇)
[0374] zLi2Mc〇3-(l-z 化 iMd〇2 (7)
[0375](上述式(7)中,Mc和Md各自独立地表示选自由过渡金属组成的组中的I种W上,Z 为 0.1 <z<0.9。)
[0376] LiMbi-yFeyP〇4 (8)
[0377] 化述式(8)中,Mb表示选自由Mn和Co组成的组中的I种W上,y为0含0.9。)
[037 引 Li2MfP04F (9)
[0379] 化述式(9)中,Mf表示选自由过渡金属组成的组中的1种W上。)
[0380] [电解液的制备方法]
[0381] 第一方案和第=方案的电解液可W W通过公知的方法混合各成分而成为规定的 组成的方式进行制备,或者W电解液中通过反应而成为规定的组成的方式进行制备。电解 液中通过反应来进行调整的情况具体而言是指,通过电池中的反应对第一方案和第=方案 的电解液进行调整。
[0382] [裡离子二次电池的制造方法]
[0383] 第二方案和第四方案
当前第4页1 2 3 4 5 6 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1