CN101030661B - 非水电解液二次电池 - Google Patents
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Abstract
本发明所述的非水电解液二次电池包括:以含锂过渡金属氧化物作为正极活性材料的正极、负极、插入在正负极之间的隔膜及非水电解液。非水电解液包括非水溶剂和溶于其中的溶质,非水溶剂包括具有吸电子取代基的溶剂。具有吸电子取代基的溶剂包含选自环丁砜、3-甲基环丁砜、甲基乙基砜、乙腈、丙腈、丁腈、1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚和2,2,3,3-四氟丙基二氟甲基醚中的至少一种。隔膜包含一种含有吸电子取代基或具有未共用电子对的原子的材料,所述含有吸电子取代基或具有未共用电子对的原子的材料包含选自四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚的共聚物、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物、四氟乙烯-乙烯共聚物、聚三氟氯乙烯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚醚酰亚胺、多芳基化合物、聚醚砜、聚苯硫醚、聚醚醚酮、聚邻苯二甲酸乙二酯、聚邻苯二甲酸丁二酯、聚苯醚、聚甲醛、聚苯乙烯、丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯共聚物中的至少一种。
Description
技术领域
本发明涉及一种非水电解液二次电池,尤其涉及一种改进的非水电解液和隔膜。
背景技术
目前,在非水电解液二次电池领域,有关具有高电压和高能量密度的锂二次电池的研究非常活跃。在典型的锂二次电池中,含锂的过渡金属氧化物,如LiCoO2用作正极活性材料,碳材料用作负极活性材料,由聚乙烯或聚丙烯制成的多孔膜用作隔膜。非水电解液通常包括非水溶剂和溶解于其中的溶质。作为非水溶剂,可以采用如环状碳酸酯、链状碳酸酯和环状羧酸酯等。作为溶质,可以采用如六氟磷酸锂(LiPF6)和四氟硼酸锂(LiBF4)等。
为了提高电池的性能,到目前为止,人们试图改进正极活性材料、负极活性材料、隔膜及非水电解液。对于隔膜而言,已经进行了如下改进:
日本专利申请No.3048083(文献1)提出,由包括聚四氟乙烯(PTFE)等在内的多孔氟碳树酯膜和聚乙烯膜或聚丙烯膜加工制成的膜层叠材料能够用作隔膜。通过将具有高熔点的氟碳树酯膜层叠在聚乙烯膜或聚丙烯膜上,那么,在异常放热的情况下,就可以抑制隔膜的熔化。这样,在短路或异常使用的情况下,电池的安全性就能够得到提高。
日本专利申请No.5-258741(文献2)提出,具有不同孔尺寸的二层材料所组成的隔膜可以用来提高以锂金属作为负极活性材料的电池的安全性。具有较小孔尺寸的一层能够抑制锂金属的枝状生长,从而抑制在充/放电以及随之产生的燃烧时所引起的内部短路。文献2公开了一种隔膜,其通过层叠聚四氟乙烯膜和具有更小孔尺寸的聚丙烯膜制成。
对于非水电解液而言,已经进行了如下改进:
日本专利No.3396990(文献3)提出采用一种含有二氧化噻吩和脂肪族砜的混合物作为非水电解液。二氧化噻吩在负极碳上形成一层保护涂层,这样,伴随充电/放电循环所造成的负极碳的损坏就可以得到抑制。由于脂肪族砜的加入降低了非水电解液的粘度,所以非水电解液的离子传导率随之提高。于是,电池的循环性能得以改进。
日本专利No.3239267(文献4)提出,采用由环状碳酸酯和乙腈所组成的混合物作为非水溶剂。由于乙腈的加入降低了非水电解液的粘度,所以,非水电解液的离子传导性能随之提高。此外,由于乙腈高度耐氧化,所以,即使在使用具有高电势的正极活性材料时,非水电解液的劣化也能得到抑制。这样,电池的高速率放电特性及循环特性就能够得到提高。
日本专利申请No.2005-340223(文献5)提出,采用不易燃的含氟醚类作为非水溶剂以提高电池的安全性能。
已经知道,当电池在高电压及高温下蓄电时,作为正极活性材料的含锂过渡金属氧化物容易遭受构成金属氧化物的金属的强烈析出。结合这种情况,即使采用如上文献1和文献2所述的通过层叠聚乙烯膜或聚丙烯膜与聚四氟乙烯膜所形成的隔膜,也不能抑制金属原子从含锂过渡金属氧化物中析出。结果,从含锂过渡金属氧化物中析出的金属原子就沉积在负极上,从而导致负极的阻抗增加,隔膜及其它组件的堵塞。因此,采用含锂过渡金属氧化物作为正极活性材料的电池在蓄电之后,就会出现速率特性下降的情况。
即使采用如文献3~5所述的非水溶剂,上述金属原子从含锂过渡金属氧化物中的析出也不能得到抑制。结果,如上所述,蓄电之后,电池的速率特性就会下降。
因此,本发明的目的就是提供一种,当电池在蓄电时,尤其在是在高压和高温蓄电时,能够抑制其速率特性下降的非水电解液二次电池。
本发明所述的非水电解液二次电池包括:以含锂过渡金属氧化物作为正极活性材料的正极、负极以及非水电解液,在所述正极和所述负极间插入有耐还原性膜或绝缘层之一和隔膜。非水电解液包括非水溶剂及溶解于其中的溶质。非水溶剂包括一种含有吸电子取代基的溶剂。含有吸电子取代基的溶剂包括砜溶剂、腈溶剂、酮溶剂、含氟溶剂、含氯溶剂及羧酸酯溶剂中的至少一种。隔膜包含一种含有吸电子取代基或具有未共用电子对的原子的材料,所述含有吸电子取代基或具有未共用电子对的原子的材料包含选自四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚的共聚物、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物、四氟乙烯-乙烯共聚物、聚三氟氯乙烯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚醚酰亚胺、多芳基化合物、聚醚砜、聚苯硫醚、聚醚醚酮、聚邻苯二甲酸乙二酯、聚邻苯二甲酸丁二酯、聚苯醚、聚甲醛、聚苯乙烯、丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯共聚物中的至少一种,所述隔膜与所述正极相接触,所述耐还原性膜或所述绝缘层之一与负极相接触,所述耐还原性膜是聚乙烯膜或聚丙烯膜,所述绝缘层包括含有所述吸电子取代基或具有未共用电子对的原子的材料及无机填料。
上述具有吸电子取代基的溶剂进一步优选包括选自砜溶剂、腈溶剂及含氟溶剂中的至少一种。含氟溶剂优选包括选自含氟醚、含氟碳酸酯及含氟羧酸酯中的至少一种,特别优 选为含氟醚。含氯溶剂优选包括选自含氯醚、含氯碳酸酯及含氯羧酸酯中的至少一种。
具有吸电子取代基的溶剂进一步优选包括选自环丁砜、3-甲基环丁砜、甲基乙基砜、乙腈、丙腈、丁腈、1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚、以及2,2,3,3-四氟丙基二氟甲基醚中的至少一种。
含有吸电子取代基或具有未共用电子对的原子的材料优选包含氟原子。此外,上述材料优选为聚四氟乙烯。
隔膜进一步优选含有无机填料。
隔膜优选与正极接触,其中进一步优选在隔膜与负极之间插入耐还原性膜或绝缘层。
根据下列与附图相结合的具体描述,当发明的创新性在随后的权利要求书中阐述时,发明的组成、内容以及其它目的和特性都能得到很好的理解。
图1是根据本发明实施例所制作的圆柱形非水电解液二次电池的纵截面图。
本发明的最佳实施方式将在下文进行详细描述。
本发明所述的非水电解液二次电池包括正极、负极、插入在正、负极间的隔膜和非水电解液。
非水电解液包括非水溶剂及溶解于其中的溶质。非水溶剂优选包含砜溶剂、腈溶剂、酮溶剂、含氟溶剂、含氯溶剂及羧酸酯溶剂中的至少一种第一溶剂。
隔膜包含一种含有吸电子取代基或具有未共用电子对的原子的材料。
正极包括如正极集流体和负载于其上的正极活性材料层。正极活性材料层包括正极活性材料、粘结剂和导电剂等。
正极活性材料包括含锂的过渡金属氧化物。含锂的过渡金属氧化物可以列举LixCoO2、LixNiO2、LixMnO2、LixCoyNi1-yO2、LixCoyM1-yOz、LixNi1-yMyOz、LixMn2O4和LixMn2-yMyO4,其中M代表Na、Mg、Sc、Y、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Al、Cr、Pb、Sb和B中的至少一种,x=0~1.2,y=0~0.9,并且z=2.0~2.3。上述代表锂的摩尔比的x值是指活性材料制备完成之后当时的值,在充电/放电过程中x值会发生变化。
负极包括如负极集流体及负载于其上的负极活性材料层。负极活性材料层包括负极活性材料、粘结剂及必要时所加入的导电剂等。
可用作负极活性材料的材料可以列举:石墨如天然石墨(如薄片石墨)和人造石墨、 炭黑如乙炔黑、烟黑、槽法炭黑、炉黑、灯黑和热裂法炭黑、炭纤维、金属纤维、合金、锂金属、锡化合物、硅化物及氮化物。
用于正极和负极粘结剂的例子可以包括聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物及偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物。
电极中所含导电剂的例子可以包括:石墨、炭黑如乙炔黑、烟黑、槽法炭黑、炉黑、灯黑和热裂法炭黑、炭纤维和金属纤维。
用作正极集流体的材料可以包括由不锈钢、铝或钛制成的箔片。用作负极集流体的材料可以包括由不锈钢、镍或铜制成的箔片。对这些箔片的厚度不作特别限制,每片这种箔片的厚度通常为1~500μm。
如上所述,包含在非水电解液中的非水溶剂包括选自砜溶剂、腈溶剂、酮溶剂、含氟溶剂、含氯溶剂及羧酸酯溶剂中的至少一种第一溶剂。这些第一溶剂含有如-F、-Cl、-CN、-SO2-、-CO-、-COO-和-CF3的吸电子官能团。特别提出,含氟溶剂优选包括选自含氟醚、含氟碳酸酯及含氟羧酸酯中的至少一种。含氯溶剂优选包括选自含氯醚、含氯碳酸酯及含氯羧酸酯中的至少一种。
隔膜包含一种含有吸电子取代基或具有未共用电子对原子的材料。吸电子取代基的例子可以包括-F、-Cl、-CN、-SO2-、-CO-、-COO-和-CF3,具有未共用电子对的原子的例子可以包括-N<、-O-、-F和-S-。
对上述材料而言,吸电子取代基或具有未共用电子对的原子处于高电子密度状态。换句话说,在上述材料里会产生偶极矩。对具有吸电子取代基的第一溶剂而言,在每一个溶剂分子中,电荷被极化,从而在电子密度上产生高区和低区,结果产生偶极矩。因此,构成隔膜材料的偶极矩与第一溶剂的偶极矩相互作用。换句话说,包含在隔膜材料中的吸电子取代基或具有未共用电子对的原子与第一溶剂分子中的低电子密度原子(即与吸电子取代基相邻的原子)相互作用,结果,第一溶剂分子就被吸引在隔膜表面并吸附在上面。
在蓄电时,尤其是在高电压和高温蓄电时,构成正极活性材料的金属原子会从如含锂的过渡金属氧化物正极活性材料上析出进入非水电解液,这种析出的原子以金属阳离子形式滞留在非水电解液中,金属阳离子的电子密度较低。
吸附于隔膜上的第一溶剂含有吸电子取代基,该取代基的电子密度较高。吸附在隔膜上的第一溶剂分子(实际上是吸电子取代基)围绕在从正极活性材料上析出的金属阳离子周围,从而诱捕金属阳离子。换句话说,从正极上析出的金属阳离子在其被溶剂化的情况下被隔膜诱捕。因此,即使当电池在高电压和高温下蓄电时,金属阳离子在负极上的沉积 也能够被抑制,而且速率特性的下降也随之得到抑制。
特别提出的是,在上述文献1和文献2中,将其组成中含有吸电子氟原子(氟取代基)的聚四氟乙烯用作构成隔膜的材料。然而,即使采用全部由聚四氟乙烯所构成的隔膜,当非水溶剂不含如上所述的吸电子取代基时,该隔膜也不能诱捕金属阳离子。结果,在蓄电时,从正极析出的金属阳离子就沉积在负极上,蓄电后的速率特性就会随之降低。
此外,即使将上述文献3~5中所述的溶剂用作非水溶剂,即砜溶剂如二氧化噻吩和脂肪族砜、腈溶剂如乙腈和含氟溶剂如含氟醚。若不使用含有吸电子取代基或具有未共用电子对的原子的材料作为隔膜,这种隔膜也不会诱捕金属阳离子。因此,在这种情况下,蓄电后,电池的速率特性仍会下降。
砜溶剂的例子可以包括环丁砜、3-甲基环丁砜及甲基乙基砜。
腈溶剂的例子可以包括乙腈、丙腈及丁腈。
只要含有羧基,羧酸酯溶剂既可以是链状化合物,也可以是环状化合物。羧酸酯溶剂的例子可以包括乙酸甲酯、丙酸甲酯、γ-丁内酯及γ-戊内酯。
酮溶剂的例子可以包括二甲酮、甲乙酮及环己酮。
含氟醚溶剂的例子可以包括1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚及2,2,3,3-四氟丙基二氟甲基醚。
含氟羧酸酯的例子可以包括二氟乙酸甲酯及二氟乙酸乙酯。
含氟碳酸酯的例子可以包括乙基-2,2,2-三氟乙基碳酸酯及二(2,2,2-三氟乙基)碳酸酯。
含氯溶剂的例子可以包括2-氯乙基甲基醚、二氯乙基乙基醚、1-氯乙基二氯甲基醚、二氯乙酸甲酯、二氯乙酸乙酯、乙基-2,2,2-三氯乙基碳酸酯及二(2,2,2-三氯乙基)碳酸酯。
在这些第一溶剂中,优选的是在其组成中每个都含有-SO2-的砜溶剂、在其组成中每个都含有-CN的腈溶剂、在其组成中每个都含有-F(或-CF3)的含氟溶剂。这些取代基都有特别强的吸电子特性,因此,溶剂分子中的电荷极化作用较强,从而增加了吸附在隔膜上的溶剂分子的量。结果,金属阳离子很容易被诱捕。
优选的含氟溶剂是含氟醚溶剂,这是因为在醚键中,O原子上的电子密度较大,因此,醚键中的O原子和溶剂分子中的F原子就具有诱捕从正极析出的金属阳离子的作用。
在上述溶剂中,第一溶剂优选包括选自于环丁砜、3-甲基环丁砜、甲基乙基砜、乙腈、丙腈、丁腈、1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚和2,2,3,3-四氟丙基二氟甲基醚中的至少一种。此外,第一溶剂进一步优选包括选自于环丁砜、1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚及2,2,3,3-四氟丙基二氟甲基醚中的至少一种。进一步讲,第一溶剂特别优选仅为环丁 砜,或者采用环丁砜与1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚或2,2,3,3-四氟丙基二氟甲基醚所组成的混合物。
以体积计,第一溶剂的量优选为非水溶剂量的20%或20%以上,进一步优选为非水溶剂量的50%或50%以上。以体积计,当第一溶剂的量低于20%时,被吸附在隔膜上的第一溶剂分子的数量较少,这样的话,从正极活性材料上析出的金属阳离子有时就不能充分地被诱捕在由被吸附的第一溶剂分子的吸电子取代基所形成的结构上。非水溶剂可能全部由第一溶剂组成。
除第一溶剂外,非水电解液还可以包括第二溶剂。作为第二溶剂,例如可以采用环状碳酸酯和链状碳酸酯。环状碳酸酯的例子可以包括碳酸丙二酯和碳酸乙二酯。链状碳酸酯的例子可以包括碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯和碳酸二甲酯。以体积计,第二溶剂的量优选为非水溶剂量的80%或以下,进一步优选为非水溶剂量的50%或以下。非水溶剂可以不包括第二溶剂。
对溶解于非水溶剂中的溶质不作特别限制。溶质的例子可以包括:LiPF6、LiClO4、LiBF4、LiAlCl4、LiSbF6、LiSCN、LiCF3SO3、LiCF3CO2、Li(CF3SO2)2、LiAsF6、LiB10Cl10、锂的较低的脂肪族羧酸盐、LiCl、LiBr、LiI、氯硼烷基锂、硼酸盐如二(1,2-苯基二油酸酯(2-)-O,O′)硼酸锂、二(2,3-萘基二油酸酯(2-)-O,O′)硼酸锂、二(2,2′-联苯基二油酸酯(2-)-O,O′)硼酸锂、二(5-氟-2-油酸酯-1-苯磺酸-O,O′)硼酸锂和酰亚胺盐如二(三氟甲烷磺酰亚胺)锂((CF3SO2)2NLi)、(三氟甲烷磺酰)(九氟丁烷磺酰)亚胺锂(LiN(CF3SO2)(C4F9SO2))及二(五氟乙烷磺酰)亚胺锂((C2F5SO2)2NLi)。这些溶质既可以单独使用,也可以两种或多种组合使用。
非水电解液优选包括至少含有一个碳碳不饱和键的环状碳酸酯。这种环状碳酸酯在负极上分解,并形成具有高锂离子传导性的涂层。因此,充电/放电效率增强。以体积计,上述环状碳酸酯的量占非水溶剂量的范围为0.1%~10%。
至少含有一个碳碳不饱和键的环状碳酸酯的例子可以包括亚乙烯碳酸酯、3-甲基亚乙烯碳酸酯、3,4-二甲基亚乙烯碳酸酯、3-乙基亚乙烯碳酸酯、3,4-二乙基亚乙烯碳酸酯、3-丙基亚乙烯碳酸酯、3,4-二丙基亚乙烯碳酸酯、3-苯基亚乙烯碳酸酯、3,4-二苯基亚乙烯碳酸酯、乙烯基亚乙基碳酸酯及二乙烯基亚乙基碳酸酯。它们既可以单独使用,也可以两种或多种组合使用。在上述环状碳酸酯中,优选为碳酸亚乙烯酯、乙烯基亚乙基碳酸酯及二乙烯基亚乙基碳酸酯中的至少一种。
而且,像在一些专利中所熟知的,非水电解液可以含有苯衍生物,在过度充电时,该 苯衍生物分解,并在电极上形成涂层,随之使电极失活。苯衍生物优选含有苯基和与苯基相邻的环状化合物基团。作为环状化合物基团,例如,优选苯基、环醚基、环酯基、环烷基和苯氧基。苯衍生物优选的例子可以包括环己烯基苯、联苯和二苯醚。它们既可以单独使用,也可以两种或多种组合使用。以体积计,苯衍生物的量为非水溶剂量的10%及以下。
上述含有吸电子取代基或具有未共用电子对的原子的材料的例子可以包括聚四氟乙烯、四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚的共聚物、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物、四氟乙烯-乙烯共聚物、聚偏二氟乙烯、聚三氟氯乙烯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚醚酰亚胺、多芳基化合物、聚砜、聚醚砜、聚苯硫醚、聚醚醚酮、聚邻苯二甲酸乙二酯、聚邻苯二甲酸丁二酯、聚苯醚、聚甲醛、聚苯乙烯、丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯共聚物及含有丙烯腈单元的聚合物。
隔膜特别优选由在其组成中含有含氟取代基如-F、-CF3的材料制成。氟原子具有强的吸电子特性,因此,氟原子上的电子密度非常高。这样,隔膜就能够与每个第一溶剂分子中的低电子密度原子(与吸电子取代基相邻的原子)强烈地相互作用,并随之提高吸附在隔膜上的第一溶剂分子的数量。结果,在隔膜上能够诱捕金属阳离子的活性位数量就得以增加。
此外,当上述材料含有氟原子时,该材料最优选为聚四氟乙烯。在聚四氟乙烯的每个重复单元中含有四个吸电子的氟原子,因此,聚四氟乙烯能够吸附大量的第一溶剂分子,明显增强金属阳离子的诱捕效应。
隔膜可以是一种包括含有吸电子取代基或具有未共用电子对的原子的材料及无机填料的绝缘层。由于这种绝缘层包括无机填料,所以它高度耐还原性。因此,如下所述的隔膜的还原分解能够得到抑制。当隔膜包含有无机填料时,含有吸电子取代基或具有未共用电子对的原子的材料优选是一种含丙烯腈单元的聚合物。在聚合物中,丙烯腈单元的含量优选为20mol%或以上。含有丙烯腈单元的聚合物的例子可以包括聚丙烯腈、改性聚丙烯腈橡胶及丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯共聚物。
如上所述的材料,含丙烯腈单元的聚合物的应用能够改善绝缘层中材料与无机填料间的分散性,并随之提高金属阳离子的诱捕效应。
无机填料的加入量优选为绝缘层重量的80~99wt%。当无机填料的加入量小于80wt%时,绝缘层内部的孔穴数减少,锂离子的传导性可能降低。当无机填料的加入量大于99wt%时,绝缘层本身的强度可能下降。
无机填料的例子可以包括氧化铝、二氧化钛、二氧化锆、氧化镁和二氧化硅。
当隔膜包括上述绝缘层时,隔膜可以完全由绝缘层构成。可供选择的是,隔膜还可以包括由专利中所熟知的材料制成的多孔膜及绝缘层。
隔膜的厚度优选为0.5~300μm。这也可以应用到由如上所述绝缘层所制成的隔膜上。
在本发明中,特别优选采用包含聚四氟乙烯的隔膜,或者包括含有吸电子取代基或具有未共用电子对的原子的材料及无机填料的隔膜,与含有环丁砜的非水电解液或含有环丁砜和含氟醚的非水电解液组合使用。
当制成隔膜的材料含有吸电子官能团时,隔膜优选与正极直接接触,但不与负极直接接触。
例如,当隔膜由聚四氟乙烯制成时,氟原子的强烈吸电子特性导致形成聚合物骨架的每一个碳原子的电子密度降低。当负极电势明显降低时,聚合物骨架中低电子密度部分很容易减少,因此,该部分很容易受到来自负极电子的进攻。受电子进攻部分的电子密度提高,结果,氟原子就不再吸引来自临近碳原子的电子。换句话说,整个分子的电子密度增加。因此,例如C-F键中电子的极化下降(换句话说,偶极矩降低),所以,第一溶剂分子就很难吸附在隔膜上。从而,金属阳离子的诱捕效应肯定会有所减小。
在这种情况下,耐还原性膜或如上所述的绝缘层优选插入在负极与隔膜之间。这样可能会抑制电子从负极到隔膜的低电子密度部分的传递。从而,有可能抑制隔膜的金属阳离子诱捕效应的减小。
耐还原性膜的例子可以包括聚乙烯膜或聚丙烯膜。耐还原性膜的厚度优选0.5~50μm。
当绝缘层插入在隔膜和负极之间时,绝缘层的厚度优选为0.5~50μm。绝缘层可以形成在正对隔膜的负极表面上或正对负极的隔膜表面上。
随后将给出隔膜制备方法的实施例。
将含有吸电子取代基或具有未共用电子对的原子的材料与有机溶剂进行混和,材料被熔融,这样所得的混合物被捏合后挤出塑模。随后,将塑模体拉伸,除去有机溶剂,干燥并加热固化,从而可制得隔膜。
例如,隔膜可以采用如下方法制得。
首先,将含有吸电子取代基或具有未共用电子对的原子的材料与对该材料的良好溶剂相混合以制备材料溶液。
例如,材料溶液可以通过将加热的上述材料溶解在预定溶剂里而制成。对溶剂不作特 别限定,只要它能够充分溶解上述材料即可。溶剂的例子可以包括:脂肪族及环状烃,如壬烷、癸烷、十一烷、十二烷、液体石蜡及具有沸点与这些烃的沸点类似的矿物油馏分。为了提高在挤出塑模结束时所获得的凝胶状物质的稳定性,优先采用非挥发性溶剂如液体石蜡。
加热溶解可以按这样的方法进行,即在搅拌及可以完全溶解的温度下,将上述材料溶解在溶剂中。或者采用另外一种方法,即在挤出机里,在溶剂均匀混合的情况下溶解上述材料。在搅拌下,将上述材料溶解,溶解温度通常为140~250℃。温度随上述材料和溶剂的类型进行调整。
当在挤出机里进行溶解时,首先将上述材料加入到挤出机里进行熔化。尽管熔化温度随上述材料的类型不同而变化,但熔化温度优选高出相应材料熔点30~100℃。随后,预定的溶剂从挤出机预定的位置加入到熔融状态的材料中,这样即可得到含有熔融材料的溶液。
然后,溶液从挤出机的模头中挤出成薄片,将薄片冷却,制备出凝胶状的组合物。就此而论,当在挤出机里制备上述材料的溶液时,溶液可以通过挤出机的模头从挤出机里挤出,或者,将溶液输送给另外一个挤出机并通过其模头挤出。
接着,将这样制得的凝胶状组合物冷却形成成型的凝胶状物质。通过冷却模头或冷却凝胶薄片进行冷却。冷却优选以50℃/分钟的降温速率直到薄片温度降至90℃或更低,进一步优选直到薄片温度降至80~30℃。凝胶状组合物的冷却方法可以包括如下方法:将组合物与冷却空气、冷却水或其它冷却介质直接接触的方法及将组合物与采用冷却介质进行冷却的辊直接接触的方法。在这些方法中优先采用冷却辊的方法。
随后,通过双轴拉伸将凝胶状的塑模产物制备成塑模产物。拉伸在预定的放大倍数下通过加热凝胶状塑模产物并采用一般的拉幅机方法、卷绕方法或碾压方法或这些方法的联合进行。双轴拉伸要么采用同步的纵向、横向拉伸,要么采用相继的纵向、横向拉伸。特别优选同步的双轴拉伸。
采用清洗剂对这样得到的塑模产物进行清洗处理以除去残余的溶剂。可使用的清洗剂的例子可以包括如下的易挥发溶剂:烃类如戊烷、己烷和庚烷、氯代烃类如二氯甲烷和四氯化碳、氟代烃类如三氟乙烷、醚类如乙醚和二氧杂环乙烷。这些清洗剂既可以单独使用,也可以两种或多种组合使用。这些清洗剂要根据用于溶解上述材料的溶剂进行合理的选择。
塑模产物清洗方法的例子可以包括下列方法:将塑模产物浸泡在预定清洗剂中萃取残 余溶剂的方法;用清洗剂淋洗塑模产物的方法及这些方法的联合方法。
塑模产物的清洗优选进行到其中残余溶剂的含量低于1wt%。
随后,将塑模产物进行干燥以除去清洗剂。例如,干燥可以采用如加热干燥和空气干燥的方法进行。
最后,干燥后的塑模产物在100℃或更高温度下进行加热固化,这样即可制得作为高强度微孔膜的隔膜。
基于如下实施例对本发明进行描述。
实施例
《实施例1》
(电池1~28的制作)
(i)非水电解液的制备
将LiPF6以1.0mol/L的浓度溶解在表1所示的每种非水溶剂中以制备出非水电解液1~28。特别指出,在下述实施例和对照例中,每种非水电解液中LiPF6的浓度也被设为1.0mol/L。
表1中所用的第一溶剂的缩写如下所述:
SL:环丁砜
3MeSL:3-甲基环丁砜
EMS:甲基乙基砜
AN:乙腈
PN:丙腈
BN:丁腈
TFETFPE:1,1,2,2-四氟乙基2,2,3,3-四氟丙基醚
TFPDFME:2,2,3,3-四氟丙基二氟甲基醚
MDFA:二氟乙酸甲酯
EDFA:二氟乙酸乙酯
ETFEC:乙基2,2,2-三氟乙基碳酸酯
DTFEC:二(2,2,2-三氟乙基)碳酸酯
MA:乙酸甲酯
MP:丙酸甲酯
GBL:γ-丁内酯
GVL:γ-戊内酯
DMK:二甲酮
EMK:甲乙酮
CHK:环己酮
所用第二溶剂的缩写如下:
EC:碳酸乙二酯
EMC:碳酸甲乙酯
DEC:碳酸二乙酯
(ii)隔膜
所用隔膜由在其组成中含有氟原子的聚四氟乙烯(PTFE)构成。隔膜厚度为54μm,孔隙率为61%。
(iii)正极板的制备
将下列组分进行混合:85重量份的钴酸锂、10重量份的乙炔黑作为导电剂以及5重量份的聚偏二氟乙烯树酯作为粘结剂。将该混合物分散在脱水的N-甲基-2-吡咯烷酮中制备出浆液状的正极材料混合物。将所制得的正极材料混合物涂布到由铝箔制成的正极集流体(厚度:15μm)的二个侧面,干燥,辗压即制得正极板(厚度:160μm)。
(iv)负极板的制备
将下列组分进行混合:75重量份的人造石墨粉、20重量份的乙炔黑作为导电剂以及5重量份的聚偏二氟乙烯树酯作为粘结剂。将该混合物分散在脱水的N-甲基-2-吡咯烷酮中制备出浆液状的负极材料混合物。将所制得的负极材料混合物涂布到由铜箔制成的负极集流体(厚度:10μm)的二个侧面,干燥,辗压即制得负极板(厚度:160μm)。
(v)圆柱形电池的制作
每种圆柱形电池按图1所示进行制作。
电池1的制作方法如下所述:
将正极板11、负极板12和插入在正极板11及负极板12之间的隔膜13呈螺旋状卷绕在一起制成电极板组件。将电极板组件插入到用镍电镀的铁质电池盒18中。把由铝制成的正极导线14的一端连接到正极板11上,另一端连接到与正极接线端20相连的密封板19的背面。由镍制成的负极导线15的一端连接到负极板12上,另一端连接到电池盒18的底部。上部绝缘板16安装在电极板组件的顶端,底部绝缘板17安装在电极板组件的底部。将按上述方法制备的预定量的非水电解液1(没有显示在图中)注入到电池盒18 中。把电池盒18的开口端卷曲到带有垫圈21(插入到密封板19之间)的密封板19上密封电池盒的开口,这样即制得电池1。
除了采用非水电解液2~28代替非水电解液1外,分别以与电池1相同的方法制得电池2~28。
《对照例1》
除了采用一种含有由碳酸乙二酯(EC)和碳酸甲乙酯(EMC)所组成的混合溶剂(体积比:1∶1)及溶解于该混合溶剂的LiPF6的非水电解液“a”,并使用由聚乙烯(PE)所制成的隔膜(HiporeTM,购自Asahi Kasei化学品公司,厚度20μm)以外,以与电池1相同的方法制得对照电池1。
《对照例2》
除了采用一种含有由环丁砜(SL)和甲基乙基砜(EMS)所组成的混合溶剂(体积比:1∶1)及溶解于该混合溶剂的LiPF6的非水电解液“b”,并使用由聚丙烯(PP)所制成的隔膜(HiporeTM,购自Asahi Kasei化学品公司,厚度20μm)以外,以与电池1相同的方法制得对照电池2。
《对照例3》
除了采用一种含有由碳酸乙二酯(EC)和乙腈(AN)所组成的混合溶剂(体积比:1∶1)及溶解于该混合溶剂的LiPF6的非水电解液“c”,并使用由聚丙烯(PP)所制成的隔膜(HiporeTM,购自Asahi Kasei化学品公司,厚度20μm)以外,以与电池1相同的方法制得对照电池3。
《对照例4》
除了采用一种含有由碳酸乙二酯(EC)和1,1,2,2-四氟乙基2,2,3,3-四氟丙基醚(TFETFPE)所组成的混合溶剂(体积比:1∶1)及溶解于该混合溶剂的LiPF6的非水电解液“d”,并使用由聚丙烯(PP)所制成的隔膜(HiporeTM,购自Asahi Kasei化学品公司,厚度20μm)以外,以与电池1相同的方法制得对照电池4。
《对照例5》
除了采用一种含有由碳酸乙二酯(EC)和碳酸甲乙酯(EMC)所组成的混合溶剂(体积比:1∶1)及溶解于该混合溶剂的LiPF6的非水电解液“e”以外,以与电池1相同的方法制得对照电池5。
[评估]
(a)蓄电后负极上金属沉积量的测定
按上述方法制成的电池1~28和对照电池1~5均在4.3V的固定电压下进行充电,充电后每个电池都在85℃蓄电72小时。
蓄电结束后,将这些电池拆开,切下负极板的中心部分制得2cm×2cm的切片,用碳酸甲乙酯洗涤该切片三次。将酸加入到该切片上,并加热使其溶解。将未溶解的物质从上述制得的溶液中滤去,把所得的滤液调节到预定的量,即制得测量样品。
采用该方法所制备的测量样品,利用ICP发射光谱仪(VISTA,由Varian公司制造),可用来定量测定从正极析出并沉积在负极上的金属量(在该情况下是指Co的量),测量结果如表1所示。在表1中,沉积的金属量(金属沉积量)以每单位负极重量的量表示。
(b)容量恢复速率
首先,每个电池都经历恒流一恒压充电,其中,电池在20℃、1050mA恒流下充电,直到电池电压达到4.3V,然后,电池在4.3V恒压下充电2小时30分钟。然后,每个充电后的电池在4500mA(1C)的放电电流值下放电直到电池电压降至3.0V以评估蓄电前的放电容量。
然后,放电后的电池以上述方式进行充电,充电后的电池在85℃下蓄电72小时。
蓄电后的电池于20℃下放电,首先在1C的电流值下放电,然后,在0.2C的电流值下进一步放电。接着,放电后的电池在4.3V的恒压下充电2小时30分钟。充电后的电池在1C的恒流值下放电,直到电池电压降至3.0V。这样所测得的放电容量被定义为蓄电后的恢复容量。蓄电后的恢复容量与蓄电前的放电容量之比以百分数表示,该值被定义为蓄电后的容量复原率,测量结果如表1所示。所用非水溶剂的类型及隔膜类型也列于表1中。
[表1]
非水溶剂 (体积比) | 隔膜 | 蓄电后的金 属沉积量 (μg/g) | 蓄电后的容 量复原率 (%) | |
电池1 | SL | PTFE | 8.6 | 84.5 |
电池2 | 3MeSL | PTFE | 8.7 | 84.3 |
电池3 | EMS | PTFE | 8.8 | 84.1 |
电池4 | SL∶EMS(1∶1) | PTFE | 8.6 | 84.4 |
电池5 | SL∶TFETFPE(1∶1) | PTFE | 8.3 | 84.7 |
电池6 | SL∶TEPDFME(1∶1) | PTFE | 8.7 | 84.3 |
电池7 | SL∶DMC(1∶1) | PTFE | 9.3 | 83.2 |
电池8 | SL∶EMC(1∶1) | PTFE | 9.1 | 83.5 |
电池9 | SL∶DEC(1∶1) | PTFE | 9.0 | 83.6 |
电池10 | EC∶SL(1∶1) | PTFE | 9.0 | 83.7 |
电池11 | EC∶3MeSL(1∶1) | PTFE | 9.0 | 83.6 |
电池12 | EC∶EMS(1∶1) | PTFE | 9.0 | 83.8 |
电池13 | EC∶AN(1∶1) | PTFE | 9.0 | 83.7 |
电池14 | EC∶PN(1∶1) | PTFE | 9.1 | 83.5 |
电池15 | EC∶BN(1∶1) | PTFE | 9.1 | 83.3 |
电池16 | EC∶TFETFPE(1∶1) | PTFE | 9.0 | 83.7 |
电池17 | EC∶TFPDFME(1∶1) | PTFE | 9.0 | 83.6 |
电池18 | EC∶MDFA(1∶1) | PTFE | 11 | 82.5 |
电池19 | EC∶EDFA(1∶1) | PTFE | 11 | 82.7 |
电池20 | EC∶ETFEC(1∶1) | PTFE | 11 | 82.8 |
电池21 | EC∶DTFEC(1∶1) | PTFE | 11 | 82.6 |
电池22 | EC∶MA(1∶1) | PTFE | 13 | 81.0 |
电池23 | EC∶MP(1∶1) | PTFE | 13 | 81.2 |
电池24 | EC∶GBL(1∶1) | PTFE | 13 | 80.9 |
电池25 | EC∶GVL(1∶1) | PTFE | 13 | 81.3 |
电池26 | EC∶DMK(1∶1) | PTFE | 14 | 80.1 |
电池27 | EC∶EMK(1∶1) | PTFE | 14 | 80.2 |
电池28 | EC∶CHK(1∶1) | PTFE | 14 | 80.1 |
对照电池1 | EC∶EMC(1∶4) | PE | 75 | 38.1 |
对照电池2 | SL∶EMS(1∶1) | PE | 65 | 41.0 |
对照电池3 | EC∶AN(1∶1) | PE | 69 | 42.1 |
对照电池4 | EC∶TFETFPE(1∶1) | PE | 68 | 42.0 |
对照电池5 | EC∶EMC(1∶4) | PTFE | 70 | 40.6 |
如表1所示,当非水电解液包含一种具有吸电子取代基的第一溶剂,并且采用由具有吸电子取代基的聚四氟乙烯所制成的隔膜时,就能够制得在蓄电后具有较低金属沉积量和满意容量复原率的电池。这是可以想像到的,因为在隔膜中具有高电子密度的氟原子吸引第一溶剂分子中具有低电子密度的原子(邻近吸电子取代基的各个原子),结果第一溶剂分子就被吸附在隔膜上,第一溶剂分子中具有高电子密度的吸电子取代基就随之诱捕从正极析出的金属阳离子。
如表1所示,与其它电池相比,含有砜溶剂、腈溶剂或含氟溶剂的电池1~21在蓄电后,均有较低的金属沉积量和较高的容量复原率。包含在这些电池中的第一溶剂均有具有特别高吸电子特性的取代基。因此,可以理解为被吸附在隔膜上的第一溶剂的量增加更有利于诱捕金属阳离子。
在含有含氟溶剂的电池中,那些含有含氟醚溶剂的电池均有较低的金属沉积量和较高的容量复原率。这是因为在含氟醚溶剂中,醚键上的O原子和F原子具有较高的电子密度,因此,在含氟醚溶剂中,醚键上的O原子和F原子就用于诱捕从正极析出的金属阳离子。
《实施例2》
除了采用由表2中所示的材料所制成的隔膜外,以与电池5相同的方法制得电池29~51。采用与上述相同的方法,评估电池29~51在蓄电后的金属沉积量及蓄电后的容量复原率,评估结果如表2所示。电池5的评估结果也列于表2中。
表2中所用隔膜的材料缩写如下所述:
PFA:四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物
FEP:四氟乙烯-六氟丙烯共聚物
ETFE:四氟乙烯-乙烯共聚物
PVDF:聚偏二氟乙烯
PCTFE:聚三氟氯乙烯
PA:聚酰胺
PI:聚酰亚胺
PAI:聚酰胺-酰亚胺
PEI:聚醚酰亚胺
PAR:多芳基化合物
PSF:聚砜
PES:聚醚砜
PPS:聚苯硫醚
PEEK:聚醚醚酮
PET:聚对苯二甲酸乙二酯
PBT:聚对苯二甲酸丁二酯
PPE:聚苯醚
POM:聚甲醛
PS:聚苯乙烯
ASA:丙烯腈-苯乙烯-丙烯酸酯共聚物
含PAN的绝缘层:由含丙烯腈单元(PAN)的聚合物和氧化铝组成的绝缘层
含PVDF的绝缘层:由聚偏二氟乙烯(PVDF)和氧化铝组成的绝缘层
含PES的绝缘层:由聚醚砜(PES)和氧化铝组成的绝缘层
作为由聚酰亚胺制成的隔膜,采用聚酰亚胺多孔膜(Upilex-PTTM,购自UBE工业有限责任公司)。
其它隔膜采用上述方法制备。
将每种聚合物单独溶解在预定的有机溶剂中制备出聚合物溶液,将聚合物溶液从挤出机的模头挤出成薄片。在50℃/分钟的冷却速率下,将挤出的薄片冷却至90℃或更低的温度,制备出凝胶状混合物。
然后,在预定的放大倍数下,将凝胶状混合物进行双轴拉伸制备出塑模产物。接着用清洗剂洗涤所制得的塑模产物,直到其中残余的溶剂量低于塑模产物的1wt%。根据所用的溶剂类型采用不同清洗剂。随后,干燥塑模产物,除去清洗剂。
最后,在100℃或更高的温度下,将干燥之后的塑模产物进行加热固化制得隔膜。
当隔膜由上述绝缘层构成时,将绝缘层形成在负极上。
上述含PAN的绝缘层、含PVDF的绝缘层及含PES的绝缘层按如下方法制备:
将下述组分在双臂捏合机中进行捏合以制备浆料:970克具有中值粒径为0.3μm的氧化铝、375克改性聚丙烯腈橡胶粘结剂(BM-720H,购自Zeon公司(固体含量为8wt%))和适量的N-甲基-2-吡咯烷酮。将浆料以20μm的厚度涂布到负极活性材料层的二个侧面,干燥,然后进一步于120℃在真空下减压干燥10小时,即制得由氧化铝和含丙烯腈单元的聚合物组成的绝缘层。
除了分别采用聚偏二氟乙烯(固体含量为8wt%)和聚醚砜(固体含量为8wt%)代替改性聚丙烯腈橡胶粘结剂外,一种由聚偏二氟乙烯及氧化铝组成的绝缘层和另外一种由聚 醚砜及氧化铝组成的绝缘层分别采用与上述相同的方法进行制备。
每种所用隔膜的厚度均为大约50μm。
[表2]
隔膜 | 蓄电后的金 属沉积量 (μg/g) | 蓄电后的容 量复原率 (%) | |
电池5 | PTFE | 8.3 | 84.7 |
电池29 | PFA | 11 | 82.6 |
电池30 | FEP | 11 | 82.7 |
电池31 | ETFE | 11 | 82.5 |
电池32 | PVDF | 11 | 82.5 |
电池33 | PCTFE | 10 | 82.3 |
电池34 | PA | 15 | 80.3 |
电池35 | PI | 14 | 80.6 |
电池36 | PAI | 15 | 80.2 |
电池37 | PEI | 16 | 80.0 |
电池38 | PAR | 16 | 80.1 |
电池39 | PSF | 12 | 81.6 |
电池40 | PES | 13 | 81.3 |
电池41 | PPS | 12 | 81.4 |
电池42 | PEEK | 13 | 81.0 |
电池43 | PET | 13 | 81.1 |
电池44 | PBT | 12 | 81.5 |
电池45 | PPE | 14 | 80.9 |
电池46 | POM | 14 | 80.8 |
电池47 | PS | 15 | 80.3 |
电池48 | ASA | 14 | 80.7 |
电池49 | 含PAN的绝缘层 | 8.1 | 84.3 |
电池50 | 含PVDF的绝缘层 | 8.8 | 83.1 |
电池51 | 含PES的绝缘层 | 9.5 | 82.7 |
如表2所示,即使包含在构成隔膜的材料中的吸电子取代基类型或具有未共用电子对的原子类型各种各样,但均能制得蓄电后在负极上金属沉积量较低且容量复原率令人满意的电池。
在这些电池当中,包括由在其组成中含有氟原子的材料所构成的隔膜的电池5和电池29~33均有较低的金属沉积量,并且容量复原率也得到提高。这可能是因为氟原子强烈的吸电子特性增强了隔膜与第一溶剂中低电子密度原子间的相互作用,从而增加了隔膜中金属阳离子诱捕位的数量。
在包括了在其组成中含有氟原子的隔膜的电池中,与其它电池相比,包括了由PTFE所构成的隔膜的电池5具有更低的金属沉积量并显示出更高的容量复原率。在其每个重复的单元中,PTFE含有四个具有强吸电子特性的氟原子。这可以被理解为,由于第一溶剂的存在,PTFE与第一溶剂间的相互作用随之更大程度地得到增强,从而提高了金属阳离子的诱捕效应。
对将包括含有吸电子取代基或具有未共用电子对原子材料和无机填料的绝缘层用作隔膜的电池49~51而言,其中每个电池都具有较低的金属沉积量并显现出较高的容量复原率。这可能是因为,该绝缘层包括了一种无机填料,因此耐还原,从而抑制了电子从负极到隔膜低电子密度部分的传递。
当绝缘层中包括有含丙烯腈单元的聚合物时,电池的蓄电特性尤其出色。这可能是因为,在绝缘层中,含丙烯腈单元的聚合物与无机填料的分散性好,从而增强了金属阳离子的诱捕效应。
《实施例3》
除了将耐还原性的聚乙烯膜(HiporeTM,购自Asahi Kasei化学品公司,厚度20μm)和耐还原性的聚丙烯膜(HiporeTM,购自Asahi Kasei化学品公司,厚度20μm)分别层叠在由PTFE构成的隔膜上时,以与制作电池5相同的方法制作电池52和53。在电池52上,将PTFE膜布置在正对正极一侧上,而将PE膜布置在正对负极一侧上。而在电池53上,将PTFE膜布置在正对正极一侧上,而将PP膜布置在正对负极一侧上。
采用与上述相同的方法,分别评估电池52和53在蓄电后的金属沉积量和容量复原率,评估结果如表3所示。电池5的评估结果也列于表3中。
[表3]
与电池5的评估结果相比,对含有插在隔膜与负极间的PE膜的电池52及含有插在隔膜与负极间的PP膜的电池53而言,蓄电后,它们的金属沉积量明显降低,且具有非常出色的容量复原率。在正对负极的隔膜侧面上布置具有强烈耐还原性的PE膜或PP膜可以抑制电子从负极到PTFE隔膜的迁移。因此,与正极相邻的PTFE隔膜和第一溶剂分子中具有较低电子密度的原子间的相互作用就能够得以保持,金属阳离子的诱捕效应就随之进一步增强。
《实施例4》
除了将绝缘层形成在负极上外,以与制作电池5相同的方法制作电池54。蓄电后,电池54的金属沉积量和容量复原率按上述描述的方法进行评估,评估结果如表4所示。电池5的评估结果也列于表4中。
对电池54而言,作为形成在负极上的绝缘层,采用实施例2中所用的含PAN绝缘层。在电池54中,除了将含PAN绝缘层的厚度改为5μm外,含PAN绝缘层的制作方法与实施例2中的制作方法相同。
[表4]
绝缘层 | 蓄电后的金属沉 积量 (μg/g) | 蓄电后的容量复 原率 (%) | |
电池5 | 无 | 8.3 | 84.7 |
电池54 | 有 | 6.5 | 86.1 |
与电池5的评估结果相比,对具有进一步形成在负极上的绝缘层的电池54而言,蓄电后,金属沉积量明显降低,并且具有非常满意的容量复原率。绝缘层用于抑制电子从负极到隔膜的低电子密度部分的迁移,而且也由此防止PTFE隔膜中氟原子的吸电子效应减弱。因此,PTFE隔膜和第一溶剂分子中具有较低电子密度的原子间的强烈相互作用就能够得以保持,金属阳离子的诱捕效应就随之进一步增强。
《实施例5》
除了将Li[Ni1/2Mn3/2]O4用作正极活性材料外,以与制作电池8相同的方法制得电池55。
《对照例6》
除了采用包含由碳酸乙二酯(EC)和碳酸甲乙酯(EMC)所组成的混合溶剂(体积比1∶1)及溶解于其中的LiPF6的非水电解液“f”,并采用由聚乙烯(PE)所构成的隔膜(HiporeTM,购自Asahi Kasei化学品公司,厚度20μm)以外,以与制作电池55相同的方法制得对照电池6。
《对照例7》
除了采用由聚乙烯(PE)所构成的隔膜(HiporeTM,购自Asahi Kasei化学品公司,厚度20μm)以外,以与制作电池55相同的方法制得对照电池7。
《对照例8》
除了采用包含由碳酸乙二酯(EC)和碳酸甲乙酯(EMC)所组成的混合溶剂(体积比1∶1)及溶解于其中的LiPF6的非水电解液“g”以外,以与制作电池55相同的方法制得对照电池8。
对电池55和对照电池6~8而言,其蓄电后的金属沉积量和容量复原率均采用与上述相同的方法进行评估,评估结果如表5所示。所用的非水溶剂、隔膜及正极活性材料也列于表5中。
需要特别注意的是,相对锂金属而言,正极活性材料Li[Ni1/2Mn3/2]O4具有高达4.6~4.8V的放电电压。因此,充电电压的上限值设定为4.9V。在测定(ICP发射光谱)负极上的金属沉积量时,要定量测定Ni的量和Mn的量,它们的总量被定义为蓄电后的金属沉积量。
[表5]
非水溶剂 (体积比) | 隔膜 | 正极活性材料 | 蓄电后的 金属沉积 里 (μg/g) | 蓄电后的 容量复原 率 (%) | |
电池55 | SL∶EMC (1∶1) | PTFE | Li[Ni1/2Mn3/2]O4 | 13 | 81.1 |
对照电池6 | EC∶EMC (1∶1) | PE | Li[Ni1/2Mn3/2]O4 | 116 | 20.5 |
对照电池7 | SL∶EMC (1∶1) | PE | Li[Ni1/2Mn3/2]O4 | 110 | 21.3 |
对照电池8 | EC∶EMC (1∶1) | PTFE | Li[Ni1/2Mn3/2]O4 | 102 | 23.6 |
由表5中的结果可以看出,与对照电池6~8相比,蓄电后,电池55具有明显更低的金属沉积量,并表现出明显提高的容量复原率。从而还可以看到,当Li[Ni1/2Mn3/2]O4用作 正极活性材料时,如果非水电解液包含具有吸电子取代基的第一溶剂,并且采用一种包括含吸电子取代基或具有未共用电子对原子的材料作隔膜,那么就可以制得蓄电后具有较低金属沉积量和出色容量复原率的电池。
根据本发明,蓄电后,尤其是在高电压和高温蓄电后,可以避免速率特性的降低。因此,根据本发明,可以提供一种具有出色蓄电性能的非水电解液二次电池。
尽管所给的优选实施例已经对本发明进行了描述,但不言而喻,该说明书还没有解释极端的情况。阅读了上述说明书之后,对本发明所涉及的技术而言,毫无疑问会存在各种各样明显的变更和修正。因此,试图利用下述的专利说明书来解释所包括的变更和修正,使之符合本发明所包含的实质及范畴。
Claims (5)
1.一种非水电解液二次电池,包括:
含有以含锂过渡金属氧化物作为正极活性材料的正极;
负极;以及
非水电解液,
在所述正极和所述负极间插入有耐还原性膜和隔膜,
其特征在于,所述非水电解液包括非水溶剂和溶于所述非水溶剂中的溶质,
所述非水溶剂包括具有吸电子取代基的溶剂,
所述具有吸电子取代基的溶剂包含环丁砜、以及选自1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚或2,2,3,3-四氟丙基二氟甲基醚两者中的一个,并且
所述隔膜由聚四氟乙烯构成,
所述耐还原性膜是聚乙烯膜或聚丙烯膜,
所述隔膜与所述正极相接触,所述耐还原性膜与负极相接触。
2.如权利要求1所述的非水电解液二次电池,其特征在于,以体积计,所述具有吸电子取代基的溶剂的量为非水溶剂量的20%以上。
3.如权利要求1所述的非水电解液二次电池,其特征在于,以体积计,所述具有吸电子取代基的溶剂的量为非水溶剂量的50%以上。
4.如权利要求1所述的非水电解液二次电池,其特征在于,所述非水溶剂还包括环状碳酸酯或链状碳酸酯,以体积计,所述环状碳酸酯或链状碳酸酯为所述非水溶剂量的50%以下。
5.如权利要求1所述的非水电解液二次电池,其特征在于,所述非水溶剂还包括具有至少一个碳碳不饱和键的环状碳酸酯,以体积计,所述环状碳酸酯为所述非水溶剂量的0.1%~10%。
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Legal Events
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---|---|---|---|
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PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant |