CN102969531A - 用于二次电池的电解液、二次电池、电池组以及电动车辆 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了用于二次电池的电解液、二次电池、电池组以及电动车辆。二次电池包括:正极;负极;和电解液。电解液包含由下述式(1)表示的不饱和六元环碳酸酯、或由下述式(2)表示的不饱和六元环碳酸酯、或两者,在式(1)中,W、X和Y各自为>C=CR1R2和>CR3R4中的一种;R1至R4各自为氢基团等;R1至R4中的任意两个以上可以相互键合;且W、X和Y中的一个以上为>C=CR1R2,在式(2)中Z是>C=CR7R8和>CR9R10中的一种;R5至R10各自为氢基团等;且R5至R10中的任意两个以上可以相互键合。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于二次电池的电解液、使用所述用于二次电池的电解液的二次电池、使用所述二次电池的电池组、使用所述二次电池的电动车辆、使用所述二次电池的电力储存系统、使用所述二次电池的电动工具和使用所述二次电池的电子装置。
背景技术
近年来,已经广泛使用了各种电子装置如移动电话和个人数字助理(PDA),且已经强烈需要进一步降低电子装置的尺寸和重量并实现它们的长寿命。因此,作为用于电子装置的电源,已经开发了电池,特别是能够提供高能量密度的小且轻质的二次电池。近年来,已经考虑了将这种二次电池应用于由可附着且可拆卸地加载到电子装置等、电动车辆如电动汽车、电力储存系统如家用电力服务器和电动工具如电钻上的电池组代表的各种其他应用。
作为二次电池,已经提议了通过使用各种充放电原理获得电池容量的二次电池。特别地,认为使用锂作为电极反应物的锂二次电池是有希望的,因为这种锂二次电池提供比铅电池、镍镉电池等更高的能量密度。锂二次电池包括使用锂离子的插入(嵌入,insertion)和提取(脱嵌,extraction)的锂离子二次电池和使用锂金属的析出和溶解的锂金属二次电池。
二次电池包括正极、负极和电解液。所述电解液包含非水溶剂和电解质盐。充当用于充放电反应的介质的电解液大大影响二次电池的性能。因此,对电解液的组成进行了各种研究。
具体地,为了获得优异的充放电特性等,对使用具有环结构如五元环、六元环和七元环的碳酸酯型化合物进行了研究(例如,参见日本未审查专利申请公开号05-034781、11-260402、2004-039625和2002-373702,以及日本未审查专利申请公开(PCT申请的译文)号2003-243035)。具有环结构的碳酸酯型化合物不仅用于二次电池,而且用于电双层电容器(例如,参见日本未审查专利申请公开号2002-175948)。
发明内容
近年来,日益开发了应用二次电池的电子装置等的高性能和多功能。因此,随着电子装置等的电力消耗增大,倾向于频繁重复二次电池的充放电。另外,随着其应用环境的扩展,二次电池倾向于曝露于严苛环境中。因此,期望电池容量特性的进一步提高。
期望提供一种能够提供优异电池特性的用于二次电池的电解液、二次电池、电池组、电动车辆、电力储存系统、电动工具和电子装置。
根据本发明的实施方式,提供了一种用于二次电池的电解液,其包含由下述式(1)表示的不饱和六元环碳酸酯(unsaturated six-membered ringester carbonate)、或由下述式(2)表示的不饱和六元环碳酸酯、或两者。
其中W、X和Y各自为>C=CR1R2和>CR3R4中的一种;R1至R4各自为氢基团、卤素基团、一价烃基团、一价卤代烃基团和一价含硅烃基团中的一种;R1至R4中的任意两个以上可以(允许,allow)相互键合(连接,结合,bond);并且W、X和Y中的一个以上为>C=CR1R2。
其中Z是>C=CR7R8和>CR9R10中的一种;R5至R10各自为氢基团、卤素基团、一价烃基团、一价卤代烃基团和一价含硅烃基团中的一种;并且R5至R10中的任意两个以上可以相互键合。
根据本发明的实施方式,提供了一种二次电池,其包括正极;负极和电解液。所述电解液包含由下述式(1)表示的不饱和六元环碳酸酯、或由下述式(2)表示的不饱和六元环碳酸酯、或两者。
其中W、X和Y各自为>C=CR1R2和>CR3R4中的一种;R1至R4各自为氢基团、卤素基团、一价烃基团、一价卤代烃基团和一价含硅烃基团中的一种;R1至R4中的任意两个以上可以相互键合;并且W、X和Y中的一个以上为>C=CR1R2。
其中Z是>C=CR7R8和>CR9R10中的一种;R5至R10各自为氢基团、卤素基团、一价烃基团、一价卤代烃基团和一价含硅烃基团中的一种;并且R5至R10中的任意两个以上可以相互键合。
根据本发明的实施方式,提供了一种电池组,其包括:二次电池;控制所述二次电池的使用状态的控制部;以及根据所述控制部的指令切换所述二次电池的使用状态的开关部(转换部,切换部)。所述二次电池包括正极、负极和电解液。所述电解液包含由下述式(1)表示的不饱和六元环碳酸酯、或由下述式(2)表示的不饱和六元环碳酸酯、或两者。
其中W、X和Y各自为>C=CR1R2和>CR3R4中的一种;R1至R4各自为氢基团、卤素基团、一价烃基团、一价卤代烃基团和一价含硅烃基团中的一种;R1至R4中的任意两个以上可以相互键合;并且W、X和Y中的一个以上为>C=CR1R2。
其中Z是>C=CR7R8和>CR9R10中的一种;R5至R10各自为氢基团、卤素基团、一价烃基团、一价卤代烃基团和一价含硅烃基团中的一种;并且R5至R10中的任意两个以上可以相互键合。
根据本发明的实施方式,提供了一种电动车辆,其包括:二次电池;将由所述二次电池供应的电力转换为驱动力的转换部;根据所述驱动力进行操作(运行,operate)的驱动部;和控制所述二次电池的使用状态的控制部。所述二次电池包括正极、负极和电解液。所述电解液包含由下述式(1)表示的不饱和六元环碳酸酯、或由下述式(2)表示的不饱和六元环碳酸酯、或两者。
其中W、X和Y各自为>C=CR1R2和>CR3R4中的一种;R1至R4各自为氢基团、卤素基团、一价烃基团、一价卤代烃基团和一价含硅烃基团中的一种;R1至R4中的任意两个以上可以相互键合;并且W、X和Y中的一个以上为>C=CR1R2。
其中Z是>C=CR7R8和>CR9R10中的一种;R5至R10各自为氢基团、卤素基团、一价烃基团、一价卤代烃基团和一价含硅烃基团中的一种;并且R5至R10中的任意两个以上可以相互键合。
根据本发明的实施方式,提供了一种电力储存系统,包括:二次电池;供应有来自所述二次电池的电力的一个或两个以上电气装置;和控制从所述二次电池到所述电气装置的电力供应的控制部。所述二次电池包括正极、负极和电解液。所述电解液包含由下述式(1)表示的不饱和六元环碳酸酯、或由下述式(2)表示的不饱和六元环碳酸酯、或两者。
其中W、X和Y各自为>C=CR1R2和>CR3R4中的一种;R1至R4各自为氢基团、卤素基团、一价烃基团、一价卤代烃基团和一价含硅烃基团中的一种;R1至R4中的任意两个以上可以相互键合;并且W、X和Y中的一个以上为>C=CR1R2。
其中Z是>C=CR7R8和>CR9R10中的一种;R5至R10各自为氢基团、卤素基团、一价烃基团、一价卤代烃基团和一价含硅烃基团中的一种;并且R5至R10中的任意两个以上可以相互键合。
根据本发明的实施方式,提供了一种电动工具,包括:二次电池;和供应有来自所述二次电池的电力的可动部。所述二次电池包括正极、负极和电解液。所述电解液包含由下述式(1)表示的不饱和六元环碳酸酯、或由下述式(2)表示的不饱和六元环碳酸酯、或两者。
其中W、X和Y各自为>C=CR1R2和>CR3R4中的一种;R1至R4各自为氢基团、卤素基团、一价烃基团、一价卤代烃基团和一价含硅烃基团中的一种;R1至R4中的任意两个以上可以相互键合;并且W、X和Y中的一个以上为>C=CR1R2。
其中Z是>C=CR7R8和>CR9R10中的一种;R5至R10各自为氢基团、卤素基团、一价烃基团、一价卤代烃基团和一价含硅烃基团中的一种;并且R5至R10中的任意两个以上可以相互键合。
根据本发明的实施方式,提供了一种电子装置,所述电子装置包括二次电池作为电力供应源。所述二次电池包括正极、负极和电解液。所述电解液包含由下述式(1)表示的不饱和六元环碳酸酯、或由下述式(2)表示的不饱和六元环碳酸酯、或两者。
其中W、X和Y各自为>C=CR1R2和>CR3R4中的一种;R1至R4各自为氢基团、卤素基团、一价烃基团、一价卤代烃基团和一价含硅烃基团中的一种;R1至R4中的任意两个以上可以相互键合;并且W、X和Y中的一个以上为>C=CR1R2。
其中Z是>C=CR7R8和>CR9R10中的一种;R5至R10各自为氢基团、卤素基团、一价烃基团、一价卤代烃基团和一价含硅烃基团中的一种;并且R5至R10中的任意两个以上可以相互键合。
根据按照本发明实施方式的用于二次电池的电解液和二次电池,所述电解液包含由式(1)表示的不饱和六元环碳酸酯、或由式(2)表示的不饱和六元环碳酸酯、或两者。因此,获得了优异的电池特性。此外,根据各自使用按照本发明实施方式的二次电池的电池组、电动车辆、电力储存系统、电动工具和电子装置,获得了类似的效果。
应理解,上述一般说明和下列详细说明都是例示性的且旨在提供所要求的本发明的进一步说明。
附图说明
包括附图以提供公开内容的进一步理解并将附图并入说明书中且构成本说明书的一部分。所述附图示出了实施方式且与说明书一起用于解释本发明的原理。
图1是示出包含根据本发明实施方式的用于二次电池的电解液的二次电池(圆柱型)的构造的截面图。
图2是示出图1中所示的螺旋卷绕电极体的放大部分的截面图。
图3是示出包含根据本发明实施方式的用于二次电池的电解液的另一种二次电池(层压膜型)的构造的透视图。
图4是沿图3中所示的螺旋卷绕电极体的线IV-IV所截取的截面图。
图5是示出二次电池的应用例(电池组)的构造的方块图。
图6是示出二次电池的应用例(电动车辆)的构造的方块图。
图7是示出二次电池的应用例(电力储存系统)的构造的方块图。
图8是示出二次电池的应用例(电动工具)的构造的方块图。
具体实施方式
在下文中将参考附图对本发明的实施方式进行详细说明。以下列顺序给出说明。
1.用于二次电池的电解液和二次电池
1-1.锂离子二次电池(圆柱型)
1-2.锂离子二次电池(层压膜型)
1-3.锂金属二次电池(圆柱型和层压膜型)
2.二次电池的应用
2-1.电池组
2-2.电动车辆
2-3.电力储存系统
2-4.电动工具
[1.用于二次电池的电解液和二次电池]
[1-1.锂离子二次电池(圆柱型)]
图1和图2示出了使用根据本发明实施方式的用于二次电池的电解液的二次电池的截面构造。图2示出了图1中所示的螺旋卷绕电极体20的放大部分。
[二次电池的总体构造]
二次电池是例如其中通过锂离子的插入(嵌入)和提取(脱嵌)而表示负极容量的锂离子二次电池(在下文中也简称为“二次电池”)。
此处描述的二次电池是所谓的圆柱型二次电池。所述二次电池在基本上中空的圆柱体形状的电池壳11内部容纳螺旋卷绕电极体20以及一对绝缘板12和13。在所述螺旋卷绕电极体20中,例如,利用其间的隔膜23将正极21和负极22层压并将其螺旋卷绕。
电池壳11具有其中电池壳11的一端关闭且电池壳11的另一端打开的中空结构。电池壳11可以由例如铁、铝、其合金等制成。电池壳11的表面可以镀有金属材料如Ni。设置所述一对绝缘板12和13以在其间夹入螺旋卷绕电极体20并垂直于螺旋卷绕周面延伸。
在电池壳11的开口端部处,通过用垫圈17填塞而附着(连接)电池盖14、安全阀机构15和正温度系数装置(PTC装置)16。由此,将电池壳11密闭地密封。所述电池盖14可以由例如与电池壳11类似的材料制成。所述安全阀机构15和所述PTC装置16设置在所述电池盖14的内侧。所述安全阀机构15通过所述PTC装置16而电连接至所述电池盖14。在所述安全阀机构15中,在内压因内部短路、外部加热等而变为特定水平以上的情况下,盘状板15A反转而切断所述电池盖14和所述卷绕电极体20之间的电连接。所述PTC装置16防止了由大电流造成的异常生热。在所述PTC装置16中,随着温度上升,其电阻相应增大。所述垫圈17可以由例如绝缘材料制成。所述垫圈17的表面可以涂布有沥青。
在螺旋卷绕电极体20的中心处,可以插入中心销24。例如,将由导电材料如铝制成的正极引线25连接至正极21。例如,将由导电材料如镍制成的负极引线26连接至负极22。将正极引线25例如焊接至安全阀机构15,并电连接至电池盖14。将负极引线26例如焊接至电池壳11,并电连接至电池壳11。
[正极]
在正极21中,例如,将正极活性物质层21B设置在正极集电体21A的一个表面或两个表面上。所述正极集电体21A由例如导电材料如铝、镍和不锈钢制成。
所述正极活性物质层21B包含一种或两种以上能够插入和提取锂离子的正极材料作为正极活性物质。根据需要,所述正极活性物质层21B可以包含其他材料如正极粘合剂和正极导电剂。
正极材料优选为含锂的化合物,因为由此获得了高能量密度。含锂的化合物的实例包括包含锂和过渡金属元素作为构成元素的复合氧化物以及包含锂和过渡金属元素作为构成元素的磷酸盐化合物。特别地,优选的是,过渡金属元素是钴、镍、锰、铁等的一种或两种以上,因为由此获得了更高的电压。其化学式由例如LixMIO2或LiyM2PO4表示。在式中,MI和M2表示一种或多种过渡金属元素。x和y的值随充放电状态而变化,且通常在0.05≤x≤1.10和0.05≤y≤1.10的范围内。
包含锂和过渡金属元素的复合氧化物的实例包括LixCoO2、Li×NiO2和由下述式(20)表示的锂镍基复合氧化物。包含锂和过渡金属元素的磷酸盐化合物的实例包括LiFePO4和LiFe1-uMnuPO4(u<1),因为由此获得了高电池容量并获得了优异的循环特性。作为正极材料,可以使用除了上述材料以外的其他材料。
LiNi1-zMzO2…(20)
在式中,M是Co、Mn、Fe、Al、V、Sn、Mg、Ti、Sr、Ca、Zr、Mo、Tc、Ru、Ta、W、Re、Yb、Cu、Zn、Ba、B、Cr、Si、Ga、P、Sb和Nb中的一种或多种。z在0.005<z<0.5的范围内。
另外,正极材料可以是例如氧化物、二硫化物、硫属元素化物、导电聚合物等。氧化物的实例包括二氧化钛、氧化钒和二氧化锰。二硫化物的实例包括二硫化钛和二硫化钼。硫属元素化物的实例包括硒化铌。导电聚合物的实例包括硫磺、聚苯胺和聚噻吩。
正极粘合剂的实例包括合成橡胶、聚合物材料等的一种或两种以上。合成橡胶的实例包括苯乙烯丁二烯基橡胶、氟基橡胶和乙烯丙烯二烯。聚合物材料的实例包括聚偏氟乙烯和聚酰亚胺。
正极导电剂的实例包括碳材料等的一种或两种以上。碳材料的实例包括石墨、炭黑、乙炔黑和科琴黑。正极导电剂可以是金属材料、导电聚合物等,只要所述材料具有导电性即可。
[负极]
在负极22中,例如,将负极活性物质层22B设置在负极集电体22A的一个表面或两个表面上。
所述负极集电体22A由例如导电材料如铜、镍和不锈钢制成。优选将所述负极集电体22A的表面粗糙化。由此,由于所谓的锚固效应而提高了负极活性物质层22B对负极集电体22A的粘附特性。在这种情况下,至少在与负极活性物质层22B相对的区域中将负极集电体22A的表面粗糙化是足够的。粗糙化方法的实例包括通过电解处理形成微粒的方法。电解处理是通过电解方法在电解槽中在负极集电体22A的表面上形成微粒以提供凹凸的方法。通过电解方法形成的铜箔通常称作“电解铜箔”。
负极活性物质层22B包含一种或两种以上能够插入和提取锂离子的负极材料作为负极活性物质,且可还根据需要包含其他材料如负极粘合剂和负极导电剂。负极粘合剂和负极导电剂的细节例如分别与正极粘合剂和正极导电剂的细节类似。在负极活性物质层22B中,例如,负极材料的可充电容量优选大于正极21的放电容量以便防止在充放电时锂金属无意地析出。
负极材料的实例包括碳材料。在碳材料中,在锂离子的插入和提取时其晶体结构变化非常小。因此,碳材料提供高能量密度和优异的循环特性。此外,碳材料也用作负极导电剂。碳材料的实例包括可石墨化碳、其中(002)面的间距等于或大于0.37nm的非石墨化碳和其中(002)面的间距等于或小于0.34nm的石墨。更具体地,碳材料的实例包括热解碳、焦炭、玻璃状碳纤维、有机高分子化合物烧成体、活性炭和炭黑。在上述之中,焦炭的实例包括沥青焦、针状焦和油焦。所述有机高分子化合物烧成体通过在合适的温度下将高分子化合物如酚醛树脂和呋喃树脂烧成(碳化)而获得。另外,所述碳材料可以是在等于或低于约1000℃的温度下进行了热处理的低结晶性碳或无定形碳。所述碳材料的形状可以是纤维状、球状、粒状和鳞片状的任一种。
此外,负极材料可以是例如包含一种或两种以上金属元素和准金属元素作为构成元素的材料(金属基材料),因为由此获得了高能量密度。这种金属基材料可以为单质、合金或者化合物,可以为其两种以上,或者可以在其部分或全部中具有其一种或多种相。除了由两种以上金属元素形成的材料之外,“合金”还包括包含一种以上金属元素和一种以上准金属元素的材料。此外,合金可包含非金属元素。其结构的实例包括固溶体、低共熔晶体(低共熔混合物)、金属间化合物和其中其两种以上共存的结构。
上述金属元素或上述准金属元素可以为例如能够与锂形成合金的一种或两种以上金属元素和准金属元素。其具体实例包括Mg、B、Al、Ga、In、Si、Ge、Sn、Pb、Bi、Cd、Ag、Zn、Hf、Zr、Y、Pd和Pt。特别地,优选使用Si或Sn或两者。Si和Sn具有高的插入和提取锂离子的能力,因此提供了高能量密度。
包含Si或Sn或两者的材料可以为Si或Sn的单质、合金或化合物;其两种以上;或者在其部分或全部中具有其一种或两种以上相的材料。单质仅指通常的单质(在其中可以包含少量杂质)且不一定指100%纯度的单质。
Si的合金的实例包括包含一种或两种以上元素如Sn、Ni、Cu、Fe、Co、Mn、Zn、In、Ag、Ti、Ge、Bi、Sb和Cr作为除了Si以外的构成元素的材料。Si的化合物的实例包括包含C或O作为除了Si以外的构成元素的材料。例如,Si的化合物可以包含一种或两种以上对于Si的合金所述的元素作为除了Si以外的构成元素。
Si的合金或化合物的实例包括SiB4、SiB6、Mg2Si、Ni2Si、TiSi2、MoSi2、CoSi2、NiSi2、CaSi2、CrSi2、Cu5Si、FeSi2、MnSi2、NbSi2、TaSi2、VSi2、WSi2、ZnSi2、SiC、Si3N4、Si2N2O、SiOv(0<v≤2)和LiSiO。SiOv中的v可以在0.2<v<1.4的范围内。
Sn的合金的实例包括包含一种或两种以上元素如Si、Ni、Cu、Fe、Co、Mn、Zn、In、Ag、Ti、Ge、Bi、Sb和Cr作为除了Sn以外的构成元素的材料。Sn的化合物的实例包括包含C或O作为构成元素的材料。Sn的化合物可以包含例如一种或两种以上对于Sn的合金所述的元素作为除了Sn以外的构成元素。Sn的合金或化合物的实例包括SnOw(0<w≤2)、SnSiO3、LiSnO和Mg2Sn。
此外,作为含Sn的材料,例如,除了作为第一元素的Sn之外还包含第二构成元素和第三构成元素的材料是优选的。第二构成元素的实例包括元素如Co、Fe、Mg、Ti、V、Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、Ga、Zr、Nb、Mo、Ag、In、Ce、Hf、Ta、W、Bi和Si的一种或两种以上。第三构成元素的实例包括B、C、Al、P等的一种或两种以上。在包含第二构成元素和第三构成元素的情况下,获得了高电池容量、优异的循环特性等。
特别地,包含Sn、Co和C的材料(含SnCoC的材料)是优选的。含SnCoC的材料的组成例如如下。即,C含量为9.9wt%以上至29.7wt%以下,且Sn和Co的含量的比率(Co/(Sn+Co))为20wt%以上至70wt%以下,因为在这种组成范围内获得了高能量密度。
优选的是,所述含SnCoC的材料具有包含Sn、Co和C的相。这种相优选为低结晶或无定形的。所述相是能够与Li发生反应的反应相。因为所述反应相的存在,获得了优异的特性。在将CuKa射线用作特定X射线且扫描速度为1℃/分钟的情况下,所述相的通过X射线衍射获得的衍射峰的半宽度优选基于2θ的衍射角等于或大于1.0℃。由此,锂离子更平稳地插入和提取,且降低了与电解液的反应性。应注意,在一些情况下,除了低结晶性相或无定形相之外,所述含SnCoC的材料还包含含有单质或各构成元素的一部分的相。
可以通过比较在与锂发生电化学反应前后的X射线衍射图而容易地确定通过X射线衍射获得的衍射峰是否对应于能够与锂发生反应的反应相。例如,如果在与锂发生电化学反应之后的衍射峰位置从在与锂发生电化学反应之前的衍射峰位置发生变化,则获得的衍射峰对应于能够与锂发生反应的反应相。在这种情况下,例如,在2θ=20℃以上至50℃以下的范围内看到了低结晶性反应相或无定形反应相的衍射峰。这种反应相具有例如上述各构成元素且其低结晶性或无定形结构可能主要由碳的存在而引起。
在含SnCoC的材料中,作为构成元素的碳的一部分或全部优选与作为其他构成元素的金属元素或准金属元素结合在一起,因为由此抑制了锡等的凝聚或结晶。可以通过例如X射线光电子能谱(XPS)检查元素的结合状态。在市售的装置中,例如,使用Al-Kα射线、Mg-Kα射线等作为软X射线。在部分或全部碳与金属元素、准金属元素等结合在一起的情况下,在低于284.5eV的区域中显示碳的1s轨道(C1s)的合成波的峰。在装置中,进行能量校准,使得在84.0eV处获得金原子的4f轨道(Au4f)的峰。此时,通常,由于在材料表面上存在表面污染碳,所以将表面污染碳的C1s的峰视为284.8eV,将284.8eV用作能量基准。在XPS测量中,以包含表面污染碳的峰和含SnCoC的材料中的C的峰的形式获得C1s的峰的波形。因此,例如,可以通过使用市售的软件以将两个峰相互分离来进行分析。在波形分析中,在最低结合能侧存在的主峰的位置为能量基准(284.8eV)。
应注意,含SnCoC的材料可还根据需要包含例如一种或两种以上元素如Si、Fe、Ni、Cr、In、Nb、Ge、Ti、Mo、Al、P、Ga和Bi。
除了含SnCoC的材料之外,包含Sn、Co、Fe和C的材料(含SnCoFeC的材料)也是优选的。所述含SnCoFeC的材料的组成可以任意设定。例如,其中将Fe的含量设定为小的组成如下。即,C的含量为9.9wt%以上至29.7wt%以下,Fe的含量为0.3wt%以上至5.9wt%以下,Sn和Co的含量的比率(Co/(Sn+Co))为30wt%以上至70wt%以下。另外,例如,其中将Fe的含量设定为大的组成如下。即,C的含量为11.9wt%以上至29.7wt%以下,Sn、Co和Fe的含量的比率((Co+Fe)/(Sn+Co+Fe))为26.4wt%以上至48.5wt%以下,且Co和Fe的含量的比率(Co/(Co+Fe))为9.9wt%以上至79.5wt%以下。在这种组成范围内,获得了高能量密度。所述含SnCoFeC的材料的物理性质(半宽度等)与上述含SnCoC的材料类似。
另外,负极材料可以是例如金属氧化物、高分子化合物等。金属氧化物的实例包括氧化铁、氧化钌和氧化钼。高分子化合物的实例包括聚乙炔、聚苯胺和聚吡咯。
负极活性物质层22B通过例如涂布法、气相沉积法、液相沉积法、喷涂法、烧成法(烧结法)、或两种以上这些方法的组合形成。所述涂布法是其中例如在将粒状负极活性物质与负极粘合剂等混合之后,将混合物分散在溶剂如有机溶剂中,并用所得物对负极集电体进行涂布的方法。所述气相沉积法的实例包括物理沉积法和化学沉积法。具体地,其实例包括真空蒸发法、溅射法、离子镀法、激光烧蚀法、热化学气相沉积法、化学气相沉积(CVD)法和等离子体化学气相沉积法。所述液相沉积法的实例包括电镀法和化学镀法。所述喷涂法是其中以熔融状态或半熔融状态对负极活性物质进行喷涂的方法。所述烧成法是例如其中通过涂布法对负极集电体进行涂布之后,在高于负极粘合剂等的熔点的温度下进行热处理的方法。烧成法的实例包括公知技术如大气烧成法、反应烧成法和热压烧成法。
在二次电池中,如上所述,为了防止在充电中间锂金属无意地析出在负极22上,能够插入和提取锂离子的负极材料的电化学当量大于正极的电化学当量。此外,在其中完全充电状态下的开路电压(即,电池电压)等于或大于4.25V的情况下,即使使用相同的正极活性物质,每单位质量的锂离子提取量也大于开路电压为4.20V的情况。因此,相应地调节正极活性物质和负极活性物质的量。由此,可以获得高能量密度。
[隔膜]
隔膜23将正极21和负极22隔开,并在防止由两个电极的接触所造成的电流短路的同时通过锂离子。所述隔膜23由例如由合成树脂或陶瓷制成的多孔膜形成。所述隔膜23可以是其中层压两种以上多孔膜的层压膜。合成树脂的实例包括聚四氟乙烯、聚丙烯和聚乙烯。
特别地,隔膜23可以包括例如由上述多孔膜形成的基底材料层(basematerial layer)和设置在所述基底材料层的一个表面或两个表面上的高分子化合物层。由此,提高了隔膜23相对于正极21和负极22的粘附特性并因此抑制了螺旋卷绕电极体20的偏斜(skewness)。由此,抑制了电解液的分解反应并抑制了浸渍基底材料层的电解液的液体泄漏。因此,即使重复充放电,二次电池的电阻也不太可能增加,并抑制了电池的膨胀。
高分子化合物层包含例如聚合物材料如聚偏氟乙烯,因为这种聚合物材料具有优异的物理强度且电化学稳定。然而,聚合物材料可以是除了聚偏氟乙烯以外的材料。例如,如下形成高分子化合物层。即,在制备其中溶解了聚合物材料的溶液之后,利用所述溶液涂布基底材料层的表面或将所述基底材料浸泡在所述溶液中,随后对所得物进行干燥。
[电解液/不饱和六元环碳酸酯]
隔膜23浸渍有作为液体电解质的电解液。所述电解液包含由下述式(1)表示的不饱和六元环碳酸酯、或由下述式(2)表示的不饱和六元环碳酸酯、或两者。然而,所述电解液可包含其他材料如非水溶剂和电解质盐。
其中W、X和Y各自为>C=CR1R2和>CR3R4中的一种;R1至R4各自为氢基团、卤素基团、一价烃基团、一价卤代烃基团和一价含硅烃基团中的一种;R1至R4中的任意两个以上可以相互键合;并且W、X和Y中的一个以上为>C=CR1R2。
其中Z是>C=CR7R8和>CR9R10中的一种;R5至R10各自为氢基团、卤素基团、一价烃基团、一价卤代烃基团和一价含硅烃基团中的一种;并且R5至R10中的任意两个以上可以相互键合。
由式(1)表示的不饱和六元环碳酸酯是在环结构(六元环)的外部具有不饱和碳键(碳-碳双键)的碳酸酯型化合物。同时,由式(2)表示的不饱和六元环碳酸酯是在环结构(六元环)内部具有不饱和碳键(碳-碳双键)的碳酸酯型化合物。在下列说明中,根据需要,将前者称为“外部不饱和六元环碳酸酯”,将后者称为“内部不饱和六元环碳酸酯”,并将其两者统称为“不饱和六元环碳酸酯”。
所述电解液包含不饱和六元环碳酸酯。这是因为,由于在这种情况下,与电解液不包含不饱和六元环碳酸酯的情况中相比,大大提高了化学稳定性,抑制了电解液的分解反应。更具体地,在这种情况下,在充放电时,主要在负极22的表面上形成由不饱和六元环碳酸酯产生的刚性膜,因此抑制了因高反应性负极22的存在而造成的电解液的分解反应。由此,即使对二次电池进行重复充放电并储存,也抑制了放电容量的下降。在严苛温度环境如高温环境和低温环境中对二次电池进行充电、放电和储存的情况下,这种倾向特别显著。
在外部不饱和六元环碳酸酯中,W、X和Y各自为>C=CR1R2或>CR3R4。如上所述,W、X和Y中的一个以上为>C=CR1R2。即,外部不饱和六元环碳酸酯在六元环的外部具有最多三个碳-碳双键(>C=CR1R2)。W、X和Y可以为相同类型的基团,可以为相互不同的基团,或者W、X和Y中的任意两个可以为相同类型的基团。
R1至R4中的每一个的类型没有特别限制,只要如上所述,R1至R4各自为氢基团、卤素基团、一价烃基团、一价卤代烃基团或一价含硅烃基团即可。这是因为,由于外部不饱和六元环碳酸酯具有碳酸酯型环结构(六元环)和一个或多个碳-碳双键(>C=CR1R2),所以可以在与R1至R4的类型无关的情况下获得上述优势。应注意,R1至R4可以为相同类型的基团,可以为相互不同的基团,或者R1至R4中的任意两个以上可以是相同类型的基团。R1至R4中的任意两个以上可以相互键合,且键合的基团可以形成环结构。
“烃基团”是用于指由碳和氢构成的基团的通用术语且可具有直链结构或支链结构。“卤代烃基团”通过用卤素基团取代上述烃基中的部分或所有氢基团而获得。卤素基团是例如氟基团(-F)、氯基团(-Cl)、溴基团(-Br)、碘基团(-I)等的一种或两种以上。特别地,氟基团是优选的,因为由此可以容易地形成由外部不饱和六元环碳酸酯获得的膜。“含硅的烃基团”是由碳、氢和硅构成的基团。
在R1至R4中,卤素基团的具体实例与对于“卤代烃基团”所述的类似。一价烃基团或一价卤代烃基团的具体实例包括碳数为1以上至12以下的烷基基团、碳数为2以上至12以下的烯基基团、碳数为2以上至12以下的炔基基团、碳数为6以上至18以下的芳基基团、碳数为3以上至18以下的环烷基基团、碳数为1以上至12以下的烷氧基基团、以及通过用卤素基团取代上述基团的每一个中的部分或所有氢基团而获得的基团。烷基基团、烯基基团、炔基基团和烷氧基基团可具有直链结构,或者具有一个或两个以上侧链的支链结构。一价含硅烃基团的具体实例包括由-SiR19R20R21表示的三烷基甲硅烷基基团(trialkylsilyl group)(R19至R21各自表示碳数为1以上至12以下的烷基基团),因为在确保外部六元环碳酸酯的溶解性、相容性等的同时,由此获得了上述优势。然而,R1至R4各自可以为除了上述基团以外的其他基团。
烷基基团的更具体实例包括甲基基团(-CH3)、乙基基团(-C2H5)和丙基基团(-C3H7)。烯基基团的实例包括乙烯基基团(-C2H3)和烯丙基基团(-C3H5)。炔基基团的实例包括乙炔基基团(-C2H1)。芳基基团的实例包括苯基基团和萘基基团。环烷基基团的实例包括环丙基基团、环丁基基团、环戊基基团、环己基基团、环庚基基团和环辛基基团。烷氧基基团的实例包括甲氧基基团(-OCH3)和乙氧基基团(-OC2H5)。通过用卤素基团取代氢基团而获得的基团的实例包括三氟甲基基团(-CF3)和五氟乙基基团(-C2F5)。
应注意,R1至R4各自可以为上述基团的每一种的衍生物。所述衍生物通过将一种或两种以上取代基引入到上述基团的每一种中而获得。取代基基团类型可以是任意类型。后述的R5至R18各自也可以为其衍生物。
在内部不饱和六元环碳酸酯中,Z是>C=CR7R8或>CR9R10。与W、X和Y不同,Z不一定是>C=CR7R8。这是因为,如从式(2)中看到的,内部不饱和六元环碳酸酯在六元环内部与Z分开地具有碳-碳双键(>C=C<)。即,内部不饱和六元环碳酸酯在六元环内部具有碳-碳双键(>C=C<)且可还根据需要在六元环外部具有碳-碳双键(>C=CR7R8)。
R5至R10的细节与R1至R4的上述细节类似。因为内部不饱和六元环碳酸酯具有碳酸酯型环结构(六元环)和一个或多个碳-碳双键(>C=C<),所以可以在与R5至R10的类型无关的情况下获得上述优势。
特别地,例如,外部不饱和六元环碳酸酯优选为由下述式(3-1)表示的化合物或由下述式(3-2)表示的化合物,且例如,内部不饱和六元环碳酸酯优选为由下述式(4)表示的化合物。这是因为,易于合成上述化合物,且由此易于形成由不饱和六元环碳酸酯获得的膜。
在式(3-1)中,R11至R14各自为氢基团、卤素基团、一价烃基团、一价卤代烃基团和一价含硅烃基团的一种;R11至R14中的任意两个以上可以相互键合。在式(3-2)中,R91至R94各自为氢基团、卤素基团、一价烃基团、一价卤代烃基团和一价含硅烃基团中的一种;并且R91至R94中的任意两个以上可以相互键合。
在式中,R15至R18各自为氢基团、卤素基团、一价烃基团、一价卤代烃基团和一价含硅烃基团中的一种;并且R15至R18中的任意两个以上可以相互键合。
在由式(3-1)表示的外部不饱和六元环碳酸酯中,例如,R11至R14的细节与R1至R4的细节类似。即,此处所述的外部不饱和六元环碳酸酯整体仅具有一个碳-碳双键(>C=CH2)。同时,例如,在由式(4)表示的内部不饱和六元环碳酸酯中,R15至R18的细节与R5至R10的细节类似。即,此处所述的内部不饱和六元环碳酸酯整体仅具有一个碳-碳双键(>C=C<)。
不饱和六元环碳酸酯的具体实例如下。外部不饱和六元环碳酸酯的实例包括由下述式(1-1)至式(1-22)表示的化合物。内部不饱和六元环碳酸酯的实例包括由下述式(2-1)至式(2-26)表示的化合物。然而,不饱和六元环碳酸酯可以是对应于式(1)或式(2)的其他化合物。
特别地,作为外部不饱和六元环碳酸酯,由对应于式(3-1)和(3-2)的式(1-1)至式(1-17)表示的化合物是优选的。作为内部不饱和六元环碳酸酯,由对应于式(4)的式(2-1)至式(2-24)表示的化合物是优选的。
尽管电解液中的不饱和六元环碳酸酯的含量没有特别限制,但是特别地,其含量优选为0.01wt%以上至10wt%以下,更优选为0.1wt%以上至5wt%以下。这是因为,由此获得了更高的效果。
[辅助化合物(auxiliary compound)]
电解液优选与不饱和六元环碳酸酯一起包含由下述式(5)至式(9)表示的一种或多种化合物(辅助化合物)。这是因为,由此进一步提高了电解液的化学稳定性,且由此进一步抑制了电解液的分解反应。
在式中,R22和R24各自为一价烃基团和一价卤代烃基团中的一种,并且R23为二价烃基团和二价卤代烃基团中的一种。
在式中,R25和R27各自为一价烃基团和一价卤代烃基团中的一种,R26为二价烃基团和二价卤代烃基团中的一种,且n为等于或大于1的整数。
在式中,R28和R30各自为一价烃基团和一价卤代烃基团中的一种,并且R29为二价烃基团和二价卤代烃基团中的一种。
Li2PFO3...式(8)
LiPF2O2...式(9)
由式(5)表示的辅助化合物是在其两端具有碳酸酯基团(-O-C(=O)-O-R22和-O-C(=O)-O-R24)的二碳酸酯化合物(dicarbonic estercompound)。
R22和R24的各自的类型没有特别限制,只要R22和R24各自为一价烃基团或一价卤代烃基团即可。这是因为,在这种情况下,由于二碳酸酯化合物具有碳酸酯基团,所以可以在与R22和R24的类型无关的情况下获得上述优势。应注意,R22和R24可以是相同类型的基团,或可以为相互不同的基团。
一价烃基团的实例包括碳数为1以上至12以下的烷基基团、碳数为2以上至12以下的烯基基团、碳数为2以上至12以下的炔基基团、碳数为6以上至18以下的芳基基团、碳数为3以上至18以下的环烷基基团、碳数为1以上至12以下的烷氧基基团、以及通过用卤素基团取代上述基团的每一个中的部分或所有氢基团而获得的基团。这是因为,在这种情况下,在确保二碳酸酯化合物的溶解性、相容性等的同时获得了上述优势。烷基基团、烯基基团、炔基基团和烷氧基基团可具有直链结构,或者具有一个或两个以上侧链的支链结构。R22和R24的细节例如与R1至R18的细节类似。
R23的类型没有特别限制,只要R23为二价烃基团或二价卤代烃基团即可。这是因为,在这种情况下,由于与上述R22和R24的情况中类似的原因,可以在与R23的类型无关的情况下获得上述优势。
二价烃基团的实例包括碳数为1以上至12以下的亚烷基基团、碳数为2以上至12以下的亚烯基基团、碳数为2以上至12以下的亚炔基基团(alkynylene group)、碳数为6以上至18以下的亚芳基基团、碳数为3以上至18以下的亚环烷基基团(环亚烷基基团,cycloalkylene group)、包含亚芳基基团和亚烷基基团的二价基团、包含醚键和亚烷基基团的二价基团、以及通过用卤素基团取代上述基团的每一个中的部分或所有氢基团而获得的基团。这是因为,在这种情况下,在确保二碳酸酯化合物的溶解性、相容性等的同时获得了上述优势。
包含亚芳基基团和亚烷基基团的二价基团可以是其中一个亚芳基基团与一个亚烷基基团连接的基团,或可以是其中两个亚烷基基团以其间具有亚芳基基团的方式相互连接的基团(亚芳烷基基团)。此外,包含醚键和亚烷基基团的二价基团可以是其中一个醚键与一个亚烷基基团连接的基团,或可以是其中两个亚烷基基团通过一个醚键相互连接的基团(亚芳烷基基团)。
R23的具体实例包括由下述式(5-1)至式(5-7)表示的直链亚烷基基团、由下述式(5-8)至式(5-16)表示的支链亚烷基基团、由下述式(5-17)至式(5-19)表示的亚芳基基团以及由下述式(5-20)至式(5-22)表示的包含亚芳基基团和亚烷基基团的二价基团(亚苄基基团(苄叉基基团,苯亚甲基基团,benzylidene group))。
此外,作为碳数为2以上至12以下且包含醚键和亚烷基基团的二价基团,其中两个以上亚烷基基团通过醚键相互连接且其两个端部为碳原子的基团是优选的。这种基团的碳数优选为4以上至12以下。这是因为,由此获得了优异的溶解性和优异的相容性。醚键的数目、醚键和亚烷基基团的连接顺序等可以任意设定。
在这种情况下,R23的具体实例包括由下述式(5-23)至式(5-35)表示的二价基团。此外,在由式(5-23)至式(5-35)表示的二价基团被氟化的情况下,其实例可包括由式(5-36)至式(5-44)表示的基团。特别地,由式(5-28)至式(5-30)表示的基团是优选的。
-CH2-O-CH2-…(5-23)
-CH2-CH2-O-CH2-CH2-…(5-28)
-CH2-CH2-CH2-O-CH2-CH2-CH2-…(5-33)
-CF2-O-CF2-…(5-36)
-CF2-CF2-O-CF2-CF2-…(5-39)
-CH2-CF2-O-CF2-CH2-…(5-42)
-CH2-CF2-O-CF2-CF2-O-CF2-CH2-…(5-43)
尽管二碳酸酯化合物的分子量没有特别限制,但是特别地,二碳酸酯化合物的分子量优选为200以上至800以下,更优选为200以上至600以下,进一步更优选为200以上至450以下。这是因为,由此获得了优异的溶解性和优异的相容性。
二碳酸酯化合物的具体实例包括由下述式(5-45)至式(5-56)表示的化合物。这是因为,由此获得了充分的溶解性和充分的相容性,且充分提高了电解液的化学稳定性。然而,可以使用对应于式(5)的其他化合物。
由式(6)表示的辅助化合物是在其两端具有羧酸基团(-O-C(=O)-R25和-O-C(=O)-R27)的二羧酸化合物(dicarboxylic compound)。n的值没有特别限制,只要n是等于或大于1的整数即可。R25和R27可以为相同基团,或者可以为相互不同的基团。应注意,例如,R25至R27的细节分别与上述R22至R24的细节类似。
尽管二羧酸化合物的分子量没有特别限制,但是特别地,二羧酸化合物的分子量优选为162以上至1000以下,更优选为162以上至500以下,进一步更优选为162以上至300以下。这是因为,由此获得了优异的溶解性和优异的相容性。
二羧酸化合物的具体实例包括由下述式(6-1)至式(6-17)表示的化合物。这是因为,由此获得了充分的溶解性和充分的相容性,且充分提高了电解液的化学稳定性。然而,可以使用对应于式(6)的其他化合物。
由式(7)表示的辅助化合物是在其两端上具有磺酸基团(-O-S(=O)2-R28和-O-S(=O)2-R30)的二磺酸化合物(disulfoniccompound)。R28和R30可以是相同基团,或可以是相互不同的基团。应注意,例如,R28和R30的细节分别与R22至R24的细节类似。
尽管二磺酸化合物的分子量没有特别限制,但是特别地,二磺酸化合物的分子量优选为200以上至800以下,更优选为200以上至600以下且进一步更优选为200以上至450以下。这是因为,由此获得了优异的溶解性和优异的相容性。
二磺酸化合物的具体实例包括由下述式(7-1)至式(7-9)表示的化合物。这是因为,由此获得了充分的溶解性和充分的相容性,且充分提高了电解液的化学稳定性。然而,可以使用对应于式(7)的其他化合物。
由式(8)表示的辅助化合物是单氟磷酸锂,且由式(9)表示的辅助化合物是二氟磷酸锂。
尽管电解液中的辅助化合物的含量没有特别限制,但是特别地,其含量优选为0.001wt%以上至2wt%以下,因为由此可获得更高的效果。
[非水溶剂]
非水溶剂包含一种或两种以上有机溶剂等(除了上述不饱和六元环碳酸酯和上述辅助化合物以外)。
有机溶剂的实例包括碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯、碳酸亚丁酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯、γ-丁内酯,γ-戊内酯、1,2-二甲氧基乙烷、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、四氢吡喃、1,3-二氧戊环、4-甲基-1,3-二氧戊环、1,3-二噁烷、1,4-二噁烷、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、三甲基乙酸甲酯、三甲基乙酸乙酯、乙腈、戊二腈、己二腈、甲氧基乙腈、3-甲氧基丙腈、N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、N-甲基噁唑烷酮、N,N'-二甲基咪唑烷酮、硝基甲烷、硝基乙烷、环丁砜、磷酸三甲酯和二甲亚砜。由此,获得了优异的电池容量、优异的循环特性、优异的保存特性(conservationcharacteristics)等。
特别地,碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯和碳酸甲乙酯的一种或多种是优选的,因为由此获得了优异的电池容量、优异的循环特性、优异的保存特性等。在这种情况下,高粘度(高介电常数)溶剂(例如,比介电常数ε≥30)如碳酸亚乙酯和碳酸亚丙酯与低粘度溶剂(例如粘度≤1mPa·s)如碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯和碳酸二乙酯的组合是更优选的。由此,提高了电解质盐的离解性能和离子迁移率。
特别地,非水溶剂优选包含由下述式(8)至式(10)表示的不饱和环状碳酸酯中的一种或两种以上。由此,在充放电时,主要在负极22的表面上形成稳定的保护膜,由此抑制了电解液的分解反应。“不饱和环状碳酸酯”是指具有一个或两个以上不饱和碳键(碳-碳双键)的环状碳酸酯。R31和R32可以是相同基团,或可以是相互不同的基团。同样适用于R33至R36。不饱和环状碳酸酯在非水溶剂中的含量没有特别限制,且例如为0.01wt%以上至10wt%以下。然而,不饱和环状碳酸酯的具体实例不限于后述化合物,且可以使用对应于式(8)至式(10)的其他化合物。
在式中,R31和R32各自为氢基团或烷基基团。
在式中,R33至R36各自为氢基团、烷基基团、乙烯基基团、或烯丙基基团。R33至R36中的一个以上各自为乙烯基基团或烯丙基基团。
在式中,R37为亚烷基基团。
由式(8)表示的不饱和环状碳酸酯为碳酸亚乙烯基酯类化合物(vinylene carbonate-based compound)。碳酸亚乙烯基酯类化合物的实例包括碳酸亚乙烯基酯(1,3-间二氧杂环戊烯-2-酮)、碳酸甲基亚乙烯基酯(4-甲基-1,3-间二氧杂环戊烯-2-酮)、碳酸乙基亚乙烯基酯(4-乙基-1,3-间二氧杂环戊烯-2-酮)、4,5-二甲基-1,3-间二氧杂环戊烯-2-酮、4,5-二乙基-1,3-间二氧杂环戊烯-2-酮、4-氟-1,3-间二氧杂环戊烯-2-酮和4-三氟甲基-1,3-间二氧杂环戊烯-2-酮。特别地,碳酸亚乙烯基酯是优选的,因为碳酸亚乙烯基酯易于获得且提供高效果。
由式(9)表示的不饱和环状碳酸酯为碳酸乙烯基亚乙基酯类化合物(vinylethylene carbonate-based compound)。碳酸乙烯基亚乙基酯类化合物的实例包括碳酸乙烯基亚乙基酯、4-甲基-4-乙烯基-1,3-二氧戊环-2-酮、4-乙基-4-乙烯基-1,3-二氧戊环-2-酮、4-正丙基-4-乙烯基-1,3-二氧戊环-2-酮、5-甲基-4-乙烯基-1,3-二氧戊环-2-酮、4,4-二乙烯基-1,3-二氧戊环-2-酮和4,5-二乙烯基-1,3-二氧戊环-2-酮。特别地,碳酸乙烯基亚乙基酯是优选的,因为碳酸乙烯基亚乙基酯易于获得且提供高效果。不用说,R32至R35全部可以为乙烯基基团或烯丙基基团。可替换地,R32至R35中的一些可以为乙烯基基团且其其他可以为烯丙基基团。
由式(10)表示的不饱和环状碳酸酯是碳酸亚甲基亚乙基酯类化合物(methylene ethylene carbonate-based compound)。碳酸亚甲基亚乙基酯类化合物的实例包括4-亚甲基-1,3-二氧戊环-2-酮、4,4-二甲基-5-亚甲基-1,3-二氧戊环-2-酮和4,4-二乙基-5-亚甲基-1,3-二氧戊环-2-酮。碳酸亚甲基亚乙基酯类化合物可以为由式(10)表示的具有一个亚甲基基团的化合物,或可以为具有两个亚甲基基团的化合物。
应注意,不饱和环状碳酸酯可以为由式(8)至式(10)表示的化合物,或可以为具有苯环的儿茶酚碳酸酯(邻苯二酚碳酸酯)。
此外,非水溶剂优选包含由下述式(11)和式(12)表示的卤代碳酸酯中的一种或两种以上。由此,在充放电时,主要在负极22的表面上形成稳定的保护膜,由此抑制了电解液的分解反应。由式(11)表示的卤代碳酸酯为具有一个或两个以上卤素作为构成元素的环状碳酸酯(卤代的环状碳酸酯)。同时,由式(12)表示的卤代碳酸酯为具有一个或两个以上卤素作为构成元素的链状碳酸酯(卤代的链状碳酸酯)。应注意,R38至R41可以是相同基团,或可以是相互不同的基团。其一部分可以是相同的基团。同样适用于R42至R47。尽管卤代碳酸酯在非水溶剂中的含量没有特别限制,但是其含量为例如0.01wt%以上至50wt%以下。然而,卤代碳酸酯的具体实例不限于下述化合物,且可以使用对应于式(11)和式(12)的其他化合物。
在式中,R38至R41各自为氢基团、卤素基团、烷基基团、或卤代烷基基团。R38至R41中的一个以上各自为卤素基团或卤代烷基基团。
在式中,R42至R47各自为氢基团、卤素基团、烷基基团、或卤代烷基基团。R41至R46中的一个以上各自为卤素基团或卤代烷基基团。
尽管卤素类型没有特别限制,但是特别地,氟(-F)、氯(-Cl)、或溴(Br)是优选的,并且氟是更优选的,因为与其他卤素相比,由此获得了更高的效果。然而,卤素的数目更优选为2而不是1,并且进一步可以为3以上,因为由此提高了形成保护膜的能力,且形成了更刚性和稳定的保护膜。因此,由此更加抑制了电解液的分解反应。
卤代环状碳酸酯的实例包括由下述式(11-1)至式(11-21)表示的化合物。卤代环状碳酸酯包括几何异构体。特别地,由式(11-1)表示的4-氟-1,3-二氧戊环-2-酮或由式(11-3)表示的4,5-二氟-1,3-二氧戊环-2-酮是优选的,并且后者是更优选的。此外,作为4,5-二氟-1,3-二氧戊环-2-酮,反式异构体是比顺式异构体更优选的,因为反式异构体易于获得并且提供高效果。卤代链状碳酸酯的实例包括碳酸氟甲基甲基酯(碳酸氟甲酯甲酯)、碳酸双(氟甲基)酯和碳酸二氟甲基甲基酯。
此外,非水溶剂优选包含磺内酯(环状磺酸酯),因为由此更加提高了电解液的化学稳定性。磺内酯的实例包括丙烷磺内酯和丙烯磺内酯。非水溶剂中的磺内酯含量没有特别限制,并且例如为0.5wt%以上至5wt%以下。磺内酯的具体实例不限于上述化合物,且可以是其他化合物。
此外,非水溶剂优选包含酸酐,因为由此进一步提高了电解液的化学稳定性。酸酐的实例包括羧酸酐、二磺酸酐和羧酸磺酸酐。羧酸酐的实例包括琥珀酸酐、戊二酸酐和马来酸酐。二磺酸酐的实例包括乙烷二磺酸酐和丙烷二磺酸酐。羧酸磺酸酐的实例包括磺基苯甲酸酐、磺基丙酸酐和磺基丁酸酐。酸酐在非水溶剂中的含量没有特别限制,并且例如为0.5wt%以上至5wt%以下。然而,酸酐的具体实例不限于上述化合物,且可以使用其他化合物。
[电解质盐]
电解质盐可包含例如一种或两种以上盐如锂盐。然而,电解质盐可以包含除了锂盐以外的盐(例如,除了锂盐以外的轻金属盐)。
锂盐的实例包括六氟磷酸锂(LiPF6)、四氟硼酸锂(LiBF4)、高氯酸锂(LiClO4)、六氟砷酸锂(LiAsF6)、四苯基硼酸锂(LiB(C6H5)4)、甲烷磺酸锂(LiCH3SO3)、三氟甲烷磺酸锂(LiCF3SO3)、四氯铝酸锂(LiAlCl4)、六氟硅酸二锂(Li2SiF6)、氯化锂(LiCl)和溴化锂(LiBr)。由此,获得了优异的电池容量、优异的循环特性、优异的保存特性等。然而,锂盐的具体实例不限于上述化合物,且可以是其他化合物。
特别地,六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、高氯酸锂和六氟砷酸锂中的一种或多种是优选的,并且六氟磷酸锂是更优选的,因为由此降低了内阻,并且由此获得了更高的效果。
特别地,电解质盐优选包含一种或两种以上由下述式(13)至式(15)表示的化合物,因为由此获得了更高的效果。应注意,R51和R53可以是相同基团,或可以是彼此不同的基团。这同样适用于R61至R63、R71和R72。然而,由式(13)至式(15)表示的化合物的具体实例不限于后述化合物,并且可以使用对应于式(13)至式(15)的其他化合物。
在式中,X51是长周期型周期表中的1族元素或2族元素或者铝。M51是长周期型周期表中的过渡金属、13族元素、14族元素或15族元素。R51是卤素基团。Y51是-C(=O)-R52-C(=O)-、-C(=O)-CR532-、或-C(=O)-C(=O)-。R52是亚烷基基团、卤代亚烷基基团、亚芳基基团、或卤代亚芳基基团。R53是烷基基团、卤代烷基基团、芳基基团或卤代芳基基团。a5是整数1以上至4以下中的一个。b5是整数0、2和4中的一个。c5、d5、m5和n5各自为整数1以上至3以下中的一个。
在式中,X61是长周期型周期表中的1族元素或2族元素。M61是长周期型周期表中的过渡金属、13族元素、14族元素或15族元素。Y61是-C(=O)-(CR612)b6-C(=O)-、-R632C-(CR622)c6-C(=O)-、-R632C-(CR622)c6-CR632-、-R632C-(CR622)c6-S(=O)2-、-S(=O)2-(CR622)d6-S(=O)2-、或-C(=O)-(CR622)d6-S(=O)2-。R61和R63各自为氢基团、烷基基团、卤素基团、或卤代烷基基团。R61和R63中的一个以上为卤素基团或卤代烷基基团。R62是氢基团、烷基基团、卤素基团、或卤代烷基基团。a6、e6和n6各自为整数1和2中的一个。b6和d6各自为整数1以上至4以下中的一个。c6是整数0以上至4以下中的一个。f6和m6各自为整数1以上至3以下中的一个。
在式中,X71是长周期型周期表中的1族或2族元素。M71是长周期型周期表中的过渡金属、13族元素、14族元素或15族元素。Rf是碳数为1以上至10以下的氟代烷基基团或碳数为1以上至10以下的氟代芳基基团。Y71是-C(=O)-(CR712)d7-C(=O)-、-R722C-(CR712)d7-C(=O)-、-R722C-(CR712)d7-CR722-、-R722C-(CR712)d7-S(=O)2-、-S(=O)2-(CR712)e7-S(=O)2-、或-C(=O)-(CR712)e7-S(=O)2-。R71是氢基团、烷基基团、卤素基团、或卤代烷基基团。R72是氢基团、烷基基团、卤素基团、或卤代烷基基团,并且其一种或多种为卤素基团或卤代烷基基团。a7、f7和n7各自为整数1和2中的一个。b7、c7和e7各自为整数1以上至4以下中的一个。d7是整数0以上至4以下中的一个。g7和m7各自为整数1以上至3以下中的一个。
应注意,1族元素包括氢、锂、钠、钾、铷、铯和钫。2族元素包括铍、镁、钙、锶、钡和镭。13族元素包括硼、铝、镓、铟和铊。14族元素包括碳、硅、锗、锡和铅。15族元素包括氮、磷、砷、锑和铋。
由式(13)表示的化合物的实例包括由式(13-1)至式(13-6)表示的化合物。由式(14)表示的化合物的实例包括由式(14-1)至式(14-8)表示的化合物。由式(15)表示的化合物的实例包括由式(15-1)表示的化合物。
此外,电解质盐优选包含一种或两种以上由下述式(16)至式(18)表示的化合物,因为由此获得了更高的效果。m和n可以是相同值,或彼此不同的值。这同样适用于p、q和r。然而,由式(16)至式(18)表示的化合物的具体实例不限于下述化合物,且可以使用对应于式(16)至式(18)的其他化合物。
LiN(CmF2m+1SO2)(CnF2n+1SO2)...(16)
在式中,m和n各自为等于或大于1的整数。
在式中,R81是碳数为2以上至4以下的直链或支链全氟亚烷基基团。
LiC(CpF2p+1SO2)(CqF2q+1SO2)(CrF2r+1SO2)...(18)
在式中,p、q和r各自为等于或大于1的整数。
由式(16)表示的化合物为链状酰亚胺化合物。链状亚胺化合物的实例包括双(三氟甲磺酰基)酰亚胺锂(LiN(CF3SO2)2)、双(五氟乙磺酰基)酰亚胺锂(LiN(C2F5SO2)2)、(三氟甲磺酰基)(五氟乙磺酰基)酰亚胺锂(LiN(CF3SO2)(C2F5SO2))、(三氟甲磺酰基)(七氟丙磺酰基)酰亚胺锂(LiN(CF3SO2)(C3F7SO2))和(三氟甲磺酰基)(九氟丁磺酰基)酰亚胺锂(LiN(CF3SO2)(C4F9SO2))。
由式(17)表示的化合物是环状酰亚胺化合物。环状酰亚胺化合物的实例包括由式(17-1)至式(17-4)表示的化合物。
由式(18)表示的化合物是链状甲基化物化合物。链状甲基化物化合物的实例包括三(三氟甲磺酰基)甲基化锂(LiC(CF3SO2)3)。
尽管电解质盐的含量没有特别限制,但是特别地,其含量相对于非水溶剂优选为0.3mol/kg以上至3.0mol/kg以下,因为由此获得了高离子传导率。
[二次电池的运行]
在二次电池中,例如,在充电时,将从正极21提取(脱嵌)的锂离子通过电解液插入(嵌入)到负极22中。而且,在放电时,将从负极22提取的锂离子通过电解液插入到正极21中。
[二次电池的制造方法]
二次电池例如通过下述程序制造。
首先,形成正极21。将正极活性物质与根据需要的正极粘合剂、正极导电剂等混合以制备正极混合物。然后,将所述正极混合物分散在有机溶剂等中以获得糊状正极混合物浆料。随后,利用所述正极混合物浆料涂布正极集电体21A的两个表面,将其干燥以形成正极活性物质层21B。随后,在根据需要进行加热的同时,通过使用辊压机等对所述正极活性物质层21B进行压缩成型。在这种情况下,可以将压缩成型重复多次。
此外,通过与上述正极21类似的程序来形成负极22。将负极活性物质与根据需要的负极粘合剂、负极导电剂等混合以制备负极混合物,然后,将其分散在有机溶剂等中以形成糊状负极混合物浆料。随后,利用所述负极混合物浆料涂布负极集电体22A的两个表面,将其干燥以形成负极活性物质层22B。之后,根据需要对所述负极活性物质层22B进行压缩成型。
此外,在将电解质盐分散在非水溶剂中之后,将不饱和六元环碳酸酯添加到其中以制备电解液。在这种情况下,可以根据需要向其中添加辅助化合物。
最后,通过使用正极21和负极22来对二次电池进行组装。首先,通过使用焊接法等将正极引线25连接至正极集电体21A,并且通过使用焊接法等将负极引线26连接至负极集电体22A。随后,利用其间的隔膜23对正极21和负极22进行层压,并将其螺旋卷绕,由此形成螺旋卷绕电极体20。之后,将中心销24插入到螺旋卷绕电极体20的中心。随后,将螺旋卷绕电极体20夹在一对绝缘板12和13之间,并将其容纳在电池壳11中。在这种情况下,通过使用焊接法等将正极引线25的端部连接至安全阀机构15,并通过使用焊接法等将负极引线26的端部连接至电池壳11。随后,将电解液注入到电池壳11内,并且使隔膜23浸渍有电解液。随后,在电池壳11的开口端部处,通过用垫圈17嵌塞而将电池盖14、安全阀机构15和PTC装置16固定。
[二次电池的作用和效果]
根据圆柱型二次电池,电解液包含不饱和六元环碳酸酯。在这种情况下,与电解液不包含不饱和六元环碳酸酯的情况中或电解液包含具有其他化学结构的化合物的情况中相比,特别地即使在苛刻的温度环境如高温环境和低温环境中,也抑制了电解液的分解反应。“具有其他化学结构的化合物”的实例包括由下述式(18-1)表示的其他碳酸酯和碳酸亚乙烯基酯。由式(18-1)表示的碳酸酯是具有环结构(六元环)但不具有碳-碳双键的不饱和六元环碳酸酯。此外,碳酸亚乙烯基酯是在环结构中具有碳-碳双键的不饱和五元环碳酸酯,其中所述环结构是五元环。因此,即使在苛刻的温度环境中对二次电池进行充电、放电或储存,电解液也不太可能分解。因此,获得了优异的电池特性。特别地,在不饱和六元环碳酸酯在电解液中的含量为0.01wt%以上至10wt%以下,或更优选为0.1wt%以上至5wt%以下的情况下,获得了更高的效果。
此外,在电解液包含辅助化合物的情况下,获得了更高的效果。在这种情况下,当辅助化合物在电解液中的含量为0.001wt%以上至2wt%以下时,仍然获得了更高的效果。
[1-2.锂离子二次电池(层压膜型)]
图3示出了根据本发明实施方式的另一种二次电池的分解透视构造。图4示出了沿图3中所示的螺旋卷绕电极体30的线IV-IV截取的放大截面图。在下列说明中,将根据需要使用上述圆柱型二次电池的元件(要素)。
[二次电池的整体结构]
此处描述的二次电池是所谓的层压膜型锂离子二次电池。在所述二次电池中,将螺旋卷绕电极体30容纳在膜外包装构件40中。在螺旋卷绕电极体30中,利用其间的隔膜35和电解质层36对正极33和负极34进行层压,并将其螺旋卷绕。将正极引线31连接至正极33,并将负极引线32连接至负极34。通过保护带37保护螺旋卷绕电极体30的最外周部。
例如,正极引线31和负极引线32在相同方向上从外包装构件40的内部引出至外部。正极引线31由例如导电材料如铝制成,并且负极引线32由例如导电材料如铜、镍和不锈钢制成。这些导电材料为例如薄板状或网状。
所述外包装构件40是其中例如依次层压熔融粘合层、金属层和表面保护层的层压膜。在层压膜中,例如,通过熔融粘合、胶粘剂等将两片膜的熔融粘合层的相应外周相互粘合,使得熔融粘合层与螺旋卷绕电极体30彼此相对。所述熔融粘合层的实例包括由聚乙烯、聚丙烯等制成的膜。所述金属层的实例包括铝箔。所述表面保护层的实例包括由尼龙、聚对苯二甲酸乙二醇酯等制成的膜。
特别地,作为外包装构件40,其中依次层压聚乙烯膜、铝箔和尼龙膜的铝层压膜是优选的。然而,所述外包装构件40可以由具有其他层压结构的层压膜、聚合物膜如聚丙烯、或金属膜制成。
将用于防止外部空气侵入的胶粘膜41插入到外包装构件40与正极引线31和负极引线32之间。胶粘膜41由对于正极引线31和负极引线32具有粘附特性的材料制成。这种材料的实例包括聚烯烃树脂如聚乙烯、聚丙烯、改性聚乙烯和改性聚丙烯。
在正极33中,例如,在正极集电体33A的两个表面上设置正极活性物质层33B。在负极34中,例如,在负极集电体34A的两个表面上设置负极活性物质层34B。正极集电体33A、正极活性物质层33B、负极集电体34A和负极活性物质层34B的构造分别与正极集电体21A、正极活性物质层21B、负极集电体22A和负极活性物质层22B的构造类似。此外,隔膜35的构造与隔膜23的构造类似。
在电解质层36中,通过高分子化合物保持电解液。所述电解质层36是所谓的凝胶电解质,因为由此获得了高离子传导率(例如,在室温下为1mS/cm以上)且防止了电解液的液体泄漏。所述电解质层36可以根据需要包含其他材料如添加剂。
高分子化合物的实例包括下述中的一种或两种以上:聚丙烯腈、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚六氟丙烯、聚环氧乙烷、聚环氧丙烷、聚磷腈、聚硅氧烷、聚氟乙烯、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、丁苯橡胶、丁腈橡胶、聚苯乙烯、聚碳酸酯、以及偏二氟乙烯和六氟丙烯的共聚物。特别地,聚偏氟乙烯或偏二氟乙烯和六氟丙烯的共聚物是优选的,且聚偏氟乙烯是更优选的,因为这种高分子化合物是电化学稳定的。
电解液的组成与圆柱型二次电池的组成类似。所述电解液包含不饱和六元环碳酸酯。然而,在作为凝胶电解质的电解质层36中,电解液的溶剂是指不但包括液体溶剂而且包括能够离解电解质盐的具有离子传导性的材料的广泛概念。因此,在使用具有离子传导性的高分子化合物的情况下,在溶剂中也包含高分子化合物。
可以原样使用电解液来代替凝胶电解质层36。在这种情况下,使隔膜35浸渍有电解液。
[二次电池的运行]
在二次电池中,例如,在充电时,将从正极33提取的锂离子通过电解质层36插入到负极34中。而且,在放电时,将从负极34提取的锂离子通过电解质层36插入到正极33中。
[二次电池的制造方法]
包含凝胶电解质层36的二次电池例如通过如下三种程序制造。
在第一种程序中,通过与正极21和负极22类似的形成程序来形成正极33和负极34。在这种情况下,通过在正极集电体33A的两个表面上形成正极活性物质层33B来形成正极33,并通过在负极集电体34A的两个表面上形成负极活性物质层34B来形成负极34。随后,制备包含电解液、高分子化合物和溶剂如有机溶剂的前体溶液。之后,利用所述前体溶液涂布所述正极33和所述负极34,从而形成凝胶电解质层36。随后,通过使用焊接法等将正极引线31连接至正极集电体33A,并通过使用焊接法等将负极引线32连接至负极集电体34A。随后,利用其间的隔膜35,对设置有电解质层36的正极33和负极34进行层压,并将其螺旋卷绕以形成螺旋卷绕电极体30。之后,将保护带37粘附至其最外周部。随后,在将螺旋卷绕电极体30夹在两片膜状外包装构件40之间之后,通过热熔融粘合法等使所述外包装构件40的外缘部粘合而将螺旋卷绕电极体30包装在外包装构件40内。在这种情况下,将胶粘膜41插入到正极引线31和负极引线32与外包装构件40之间。
在第二种程序中,将正极引线31连接至正极33,并将负极引线32连接至负极34。随后,利用其间的隔膜35对正极33和负极34进行层压,并将其螺旋卷绕以形成作为螺旋卷绕电极体30的前体的螺旋卷绕体。然后,将保护带37粘附至其最外周部。随后,在将所述螺旋卷绕体夹在两片膜状外包装构件40之间之后,通过使用热熔融粘合法等将除了一边之外的最外周粘合以获得袋形状态,并将螺旋卷绕体容纳在袋状外包装构件40中。随后,准备包含电解液、作为高分子化合物的原料的单体、聚合引发剂以及根据需要的其他材料如聚合抑制剂的电解质用组合物,将其注入到袋状外包装构件40中。之后,通过使用热熔融粘合法等将所述外包装构件40密闭地密封。随后,将所述单体热聚合。由此,形成了高分子化合物,因此形成了凝胶电解质层36。
在第三种程序中,以与上述第二种程序类似的方式形成螺旋卷绕体并将其容纳在袋状外包装构件40中,不同之处在于,使用两个表面涂布有高分子化合物的隔膜35。使用其涂布隔膜35的高分子化合物的实例包括包含偏二氟乙烯作为成分的聚合物(均聚物、共聚物、或多元共聚物)。其具体实例包括聚偏氟乙烯,包含偏二氟乙烯和六氟丙烯作为成分的二元共聚物,以及包含偏二氟乙烯、六氟丙烯和氯三氟乙烯作为成分的三元共聚物。除了包含偏二氟乙烯作为成分的聚合物之外,还可以使用其他一种或两种以上高分子化合物。随后,制备了电解液并将其注入到外包装构件40中。然后,通过热熔融粘合法等将外包装构件40的开口密闭地密封。随后,在对外包装构件40施加重量的同时对所得物进行加热,并利用其间的高分子化合物将隔膜35粘附至正极33和负极34。由此,利用电解液对高分子化合物进行浸渍,并因此将高分子化合物凝胶化而形成电解质层36。
与第一种程序相比,在第三种程序中,大大抑制了二次电池的膨胀。此外,与第二种程序相比,在第三种程序中,作为高分子化合物的原料的单体、溶剂等不太可能残留在电解质层36中。因此,有利地控制了高分子化合物的形成步骤。因此,在正极33、负极34和隔膜35与电解质层36之间获得了充分的粘附特性。
[二次电池的作用和效果]
根据所述层压膜型二次电池,电解质层36的电解液包含不饱和六元环碳酸酯。因此,因为与圆柱型二次电池类似的原因,可以获得优异的电池特性。其他作用和其他效果与圆柱型二次电池类似。
[1-3.锂金属二次电池(圆柱型和层压膜型)]
此处所述的二次电池是其中负极容量由锂金属的析出和溶解表示的锂金属二次电池。所述二次电池具有与上述锂离子二次电池(圆柱型)类似的构造,不同之处在于,负极活性物质层22B由锂金属形成且通过与上述锂离子二次电池(圆柱型)类似的程序制造。
在二次电池中,将锂金属用作负极活性物质并由此获得了更高的能量密度。在组装时可以存在负极活性物质层22B,或者在组装时不一定存在负极活性物质层22B,并且所述负极活性物质层22B可以由充电时析出的锂金属形成。此外,也可以将负极活性物质层22B用作集电体,并可以省略负极集电体22A。
在二次电池中,例如,在充电时,从正极21提取的锂离子通过电解液作为锂金属析出在负极集电体22A的表面上。同时,例如,在放电时,锂金属作为锂离子从负极活性物质层22B中逃出(elude),并通过电解液插入在正极21中。
根据所述锂金属二次电池,电解液包含不饱和六元环碳酸酯。因此,因为与上述锂离子二次电池类似的原因,可以获得优异的电池特性。其他作用和其他效果与圆柱型二次电池类似。上述锂金属二次电池不限于圆柱型二次电池,且可以为层压膜型二次电池。在这种情况下,也获得了类似的效果。
[2.二次电池的应用]
接下来,将对上述二次电池的应用例进行描述。
二次电池的应用没有特别限制,只要将二次电池用于可将所述二次电池用作驱动电源或者用于电力储存的电力储存源等的机器、设备、装置、仪器、系统(多个装置等的集合实体)等中即可。在其中将二次电池用作电源的情况中,可以将二次电池用作主电源(优先使用的电源),或者辅助电源(代替主电源使用的电源,或者通过由主电源切换而使用的电源)。在后一种情况中,主电源不限于二次电池。
二次电池的应用的实例包括移动电子装置如摄像机、数码相机、移动电话、笔记本个人电脑、无线电话、立体声耳机、便携式收音机、便携式电视和个人数字助理。它们的其他实例包括移动生活电器如电动剃须刀;储存装置如备用电源和记忆卡;电动工具如电钻和电动切片机;用作笔记本个人电脑等的电源的电池组;医用电子装置如起搏器和助听器;电动车辆如电动汽车(包括混合动力汽车);以及电力储存系统如用于储存应急用电的家用电池系统等。不用说,可以采用上述应用以外的其他应用。
特别地,二次电池可有效地用于电池组、电动车辆、电力储存系统、电动工具、电子装置等。在这些应用中,因为需要优异的电池特性,所以通过使用根据本发明实施方式的二次电池可以有效地提高特性。应注意,电池组是使用二次电池的电源且是所谓的组装电池等。电动车辆是通过使用二次电池作为驱动电源来运行(运转)的车辆。如上所述,可以包括包含二次电池以外的其他驱动源的汽车(混合动力汽车等)。电力储存系统是使用二次电池作为电力储存源的系统。例如,在家用电力储存系统中,在作为电力储存源的二次电池中储存电力,且根据需要消耗电力。由此,家用电子产品等变得可用。电动工具是通过使用二次电池作为驱动电源来使移动部(例如钻头等)移动的工具。电子装置是通过使用二次电池作为驱动电源而执行各种功能的装置。
将具体给出二次电池的一些应用例的说明。下面解释的各应用例的构造仅为例示性的且可以适当修改。
[2-1.电池组]
图5示出了电池组的方块构造。例如,如图5中所示,电池组在由塑料材料等制成的壳体60中包括控制部61、电源62、开关部63、电流测量部64、温度检测部65、电压检测部66、开关控制部67、存储器68、温度检测装置69、电流检测电阻70、正极端子71和负极端子72。
控制部61控制整个电池组的操作(包括电源62的使用状态)并包括例如中央处理单元(CPU)等。电源62包含一个或两个以上二次电池(未示出)。电源62是例如包括两个以上二次电池的组装电池。其连接类型可以是串联连接型,可以是并联连接型,或者其混合类型。作为实例,电源62包括以两个并联和三个串联的方式连接的六个二次电池。
开关部63根据控制部61的指令切换电源62的使用状态(电源62是否可以与外部装置连接)。开关部63包括例如充电控制开关、放电控制开关、充电二极管、放电二极管等(未示出)。充电控制开关和放电控制开关为例如半导体开关如使用金属氧化物半导体的场效应晶体管(MOSFET)。
电流测量部64通过使用电流检测电阻(current detection resistance)70来测量电流并将测量结果输出至控制部61。温度检测部65通过使用温度检测装置69来测量温度并将测量结果输出至控制部61。温度测量结果用于例如其中控制部61在异常生热时控制充放电的情况或者其中在计算残余容量时控制部61进行校正处理的情况。电压检测部66用于测量电源62中的二次电池的电压,对测量的电压进行模拟到数字转换(A/D转换),并将所得物供应至控制部61。
开关控制部67根据从电流测量部64和电压测量部66输入的信号控制开关部63的操作(运行)。
开关控制部67进行控制,从而使得在例如电池电压达到过充电检测电压的情况下,通过断开开关部63(充电控制开关)来防止充电电流流入电源62的电流通路中。由此,在电源62中,可以仅通过放电二极管进行放电。应注意,例如,在充电时流过大电流的情况下,开关控制部67阻挡了充电电流。
开关控制部67进行控制,从而使得在例如电池电压达到过放电检测电压的情况下,通过断开开关部63(放电控制开关)来防止放电电流流入电源62的电流通路中。由此,在电源62中,可以仅通过充电二极管进行充电。例如,在放电时流过大电流的情况下,开关控制部67阻挡了放电电流。
应注意,在二次电池中,例如,过充电检测电压为4.20V±0.05V且过放电检测电压为2.4V±0.1V。
存储器68是例如作为非易失性存储器的EEPROM等。存储器68储存例如由控制部61计算的数值和在制造步骤中测得的二次电池的信息(例如,初始状态中的内阻等)。应注意,在存储器68储存二次电池的全部充电容量的情况下,控制部61可以获得信息如残余容量。
温度检测装置69测量电源62的温度并将测量结果输出至控制部61。温度检测装置69为例如热敏电阻等。
正极端子71和负极端子72是连接至通过使用电池组驱动的外部装置(例如,笔记本个人电脑等),或者用于对电池组进行充电的外部装置(例如,电池充电器等)的端子。通过正极端子71和负极端子72对电源62进行充放电。
[2-2.电动车辆]
图6示出了作为电动车辆的实例的混合动力汽车的方块构造。例如,如图6中所示,电动车辆在由金属制成的壳体73中包括控制部74、发动机75、电源76、驱动马达77、差速器78、发电机79、变速器80、离合器81、逆变器(inverter)82和83以及各种传感器84。另外,电动车辆包括例如与差速器78和变速器80连接的前驱动轴85和前轮86、后驱动轴87和后轮88。
电动车辆可以通过使用发动机75和马达77之一作为驱动源来运转。发动机75是主电源,且例如是汽油发动机。在将发动机75用作电源的情况下,例如,通过作为驱动部的差速器78、变速器80和离合器81将发动机75的驱动力(扭矩)传输至前轮86或后轮88。还将发动机75的扭矩传输至发电机79。由于扭矩,发电机79产生交流电力。通过逆变器83将交流电力变换为直流电力并将变换的电力储存在电源76中。同时,在将作为转换部的马达77用作电源的情况下,通过逆变器82将从电源76供应的电力(直流电力)变换为交流电力。通过交流电力来驱动马达77。例如,通过作为驱动部的差速器78、变速器80和离合器81将通过马达77变换电力而获得的驱动力(扭矩)传输至前轮86或后轮88。
应注意,可替换地,可以采用下列机构。在该机构中,在通过未示出的制动机构来降低电动车辆的速度的情况下,将速度降低时的阻力作为扭矩传输至马达77,并且所述马达77通过扭矩而产生交流电力。优选的是,将通过逆变器82变换成直流电力的交流电力和再生的直流电力储存在电源76中。
控制部74控制整个电动车辆的运行,且例如包括CPU等。电源76包括一个或两个以上二次电池(未示出)。可替换地,可以将电源76连接至外部电源,且可以通过从外部电源接收电力来储存电力。将各种传感器84用于例如控制发动机75的旋转次数或者控制未示出的节流阀的打开水平(节流打开水平)。各种传感器84包括例如速度传感器、加速传感器、发动机频率传感器等。
在上文中已经给出了作为电动车辆的混合动力汽车的说明。然而,电动车辆的实例可包括通过仅使用电源76和马达77而不使用发动机75工作的车辆(电动汽车)。
[2-3.电力储存系统]
图7示出了电力储存系统的方块构造。例如,如图7中所示,电力储存系统在房屋89如一般住宅和商业建筑物中包括控制部90、电源91、智能仪表92和功率枢纽(电源集线器,power hub)93。
在这种情况下,电源91连接至例如设置在房屋89内部的电气装置94,并且可以连接至停放在房屋89外部的电动车辆96。此外,例如,电源91通过功率枢纽93连接至设置在房屋89内部的私人发电机95,并可以通过智能仪表92和功率枢纽93连接至外部集中电力系统97。
应注意,电气装置94包括例如一个或两个以上家用电器如冰箱、空调、电视和热水器。私人发电机95是太阳能发电机、风力发电机等中的一种或两种以上。电动车辆96是电动汽车、电动摩托车、混合动力汽车等中的一种或两种以上。集中电力系统97是例如热电厂、原子能电厂、水电厂、风电厂等中的一种或两种以上。
控制部90控制整个电力储存系统的操作(包括电源91的使用状态),并且例如包括CPU等。电源91包含一个或两个以上二次电池(未示出)。智能仪表92是例如与设置在需要电力的房屋89内部的网络兼容的电力计量器,并且与电力供应器连通。因此,例如,在智能仪表92根据需要与外部连通的同时,智能仪表92控制房屋89中的供应和需求的平衡,并使得可进行有效且稳定的能量供应。
在电力储存系统中,例如,通过智能仪表92和功率枢纽93将电力从作为外部电源的集中电力系统97储存在电源91中,并通过功率枢纽93从作为独立电源的太阳能发电机95将电力储存在电源91中。根据需要,根据控制部90的指令将储存在电源91中的电力供应至电气装置94或电动车辆96。因此,电气装置94变得可运行,且电动车辆96变得可充电。即,电力储存系统是能够通过使用电源91在房屋89中储存和供应电力的系统。
电源91中储存的电力可任意使用。因此,例如,可以在电价便宜的半夜将电力从集中电力系统97储存在电源91中,并可以在电价昂贵的白天期间使用储存在电源91中的电力。
可以对每个家庭(家庭单元)设置上述电力储存系统,或者可以对多个家庭(家庭单元)设置上述电力储存系统。
[2-4.电动工具]
图8示出了电动工具的方块构造。例如,如图8中所示,电动工具是电钻且在由塑料材料等制成的工具主体98中包含控制部99和电源100。例如,以可运行(可旋转)的方式将作为可动部的钻头部分101连接至工具主体98。
控制部99控制整个电动工具的运行(操作)(包括电源100的使用状态),且包含例如CPU等。电源100包括一个或两个以上二次电池(未示出)。控制部99进行控制,从而使得根据未示出的操作开关的运行,根据需要将电力从电源100供应至钻头部101,从而操作钻头部101。
[实施例]
将详细描述根据本发明实施方式的具体实施例。
[实施例1-1至1-14]
通过下列程序来制造图1和图2中所示的圆柱型锂离子二次电池。
在形成正极21时,首先,以Li2CO3:CoCO3=0.5:1的摩尔比将碳酸锂(Li2CO3)和碳酸钴(CoCO3)混合。之后,在空气中对混合物进行烧成(在900℃下持续5小时)。由此,获得了锂钴复合氧化物(LiCoO2)。随后,将91质量份的正极活性物质(LiCoO2)、3质量份的正极粘合剂(聚偏氟乙烯:PVDF)和6质量份的正极导电剂(石墨)混合以获得正极混合物。随后,将正极混合物分散在有机溶剂(N-甲基-2-吡咯烷酮:(NMP))中以获得糊状正极混合物浆料。随后,通过使用涂布装置利用所述正极混合物浆料均匀地涂布带状正极集电体21A(20μm厚的铝箔)的两个表面,将其干燥以形成正极活性物质层21B。最后,通过使用辊压机对所述正极活性物质层21B进行压缩成型。
在形成负极22时,首先,将90质量份的负极活性物质(作为碳材料的人造石墨)和10质量份的负极粘合剂(PVDF)混合以获得负极混合物。随后,将负极混合物分散在有机溶剂(NMP)中以获得糊状负极混合物浆料。随后,通过使用涂布装置利用所述负极混合物浆料均匀地涂布带状负极集电体22A(15μm厚的电解铜箔)的两个表面,将其干燥以形成负极活性物质层22B。最后,通过使用辊压机对所述负极活性物质层22B进行压缩成型。
在制备电解液时,将电解质盐(LiPF6)溶解在非水溶剂(碳酸亚乙酯(EC)和碳酸二甲酯(DMC))中。之后,如表1中所示,根据需要,向其中添加不饱和六元环碳酸酯。在这种情况下,非水溶剂的组成以重量比计为EC:DMC=50:50,并且电解质盐相对于溶剂的含量为1mol/kg。为了比较,根据需要,使用饱和六元环碳酸酯或不饱和五元环碳酸酯(碳酸亚乙烯基酯:VC)代替不饱和六元环碳酸酯。
在组装二次电池时,首先,将由铝制成的正极引线25焊接至正极集电体21A,并将由镍制成的负极引线26焊接至负极集电体22A。随后,利用其间的隔膜23(25μm厚的微孔聚丙烯膜)对正极21和负极22进行层压并将其螺旋卷绕。之后,通过使用胶粘带对卷绕端部进行固定以形成螺旋卷绕电极体20。随后,将中心销24插入到螺旋卷绕电极体20的中心中。随后,在将螺旋卷绕电极体20夹在一对绝缘板12和13之间的同时,将螺旋卷绕电极体20容纳在镀有镍的铁电池壳11中。在这种情况下,将正极引线25的一端焊接至安全阀机构15,并将负极引线26的一端焊接至电池壳11。随后,通过减压法将电解液注入到电池壳11内,并利用电解液浸渍隔膜23。最后,在电池壳11的开口端部处,通过用垫圈17嵌塞而将电池盖14、安全阀机构15和PTC装置16固定。由此完成了圆柱型二次电池。在形成二次电池时,通过调节正极活性物质层21B的厚度而防止锂金属在完全充电时析出在负极22上。
作为二次电池的特性,对高温循环特性、高温保存特性(高温储存特性,high-temperature conservation characteristics)和低温循环特性进行检查。获得了表1中所示的结果。
在检查高温循环特性中,在室温环境(23℃)下对二次电池进行充放电一个循环以稳定电池状态。之后,在高温环境(60℃)中对二次电池进行充放电另一个循环,并测量放电容量。随后,在相同环境中对二次电池进行进一步充放电,直至总循环数达到300,并测量放电容量。根据这些结果,计算了高温循环保持率(%)=(在第300次循环时的放电容量/在第二次循环时的放电容量)×100。在充电时,在0.2C的电流下进行恒流和恒压充电,直至电压达到4.2V的上限电压,并在恒压下进行进一步充电,直至电流达到0.05C。在放电时,在0.2C的电流下进行恒流放电,直至电压达到2.5V的最终电压。“0.2C”和“0.05C”分别是在5小时和20小时内将电池容量(理论容量)完全放掉的电流值。
在检查高温保存特性中,使用通过与检查循环特性的情况中类似的程序稳定其电池状态的二次电池。在室温环境(23℃)下对二次电池进行充放电一个循环,并测量放电容量。之后,将再次处于充电状态的二次电池在恒温槽(80℃)中储存10天。之后,在室温环境(23℃)下对二次电池进行放电,并测量放电容量。根据这些结果,计算了高温保存维持率(high-temperature conservation retention ratio)(%)=(保存后的放电容量/保存前的放电容量)×100。充放电条件与检查循环特性的情况中类似。
在检查低温循环特性中,进行与检查高温循环特性的情况中类似的程序,不同之处在于,在低温环境(0℃)而不是高温环境中对二次电池进行充放电。根据结果,计算了低温循环保持率(%)=(在第300次循环时的放电容量/在第二次循环时的放电容量)×100。
[表1]
负极活性物质:人造石墨
在将碳材料(人造石墨)用作负极活性物质的情况下,如果电解液包含不饱和六元环碳酸酯,则与电解液不包含不饱和六元环碳酸酯的情况相比,获得了更优异的高温循环保持率、更优异的高温保存维持率和更优异的低温循环保持率。
更具体地,将其中不使用添加剂如不饱和六元环碳酸酯的情况(实施例1-12)看作标准。在使用饱和六元环碳酸酯的情况下(实施例1-13),高温循环保持率、高温保存维持率和低温循环保持率全部下降。此外,在使用不饱和五元环碳酸酯的情况下(实施例1-14),尽管高温循环保持率大大提高且高温保存维持率略微提高,但是低温循环保持率大大下降。同时,在使用不饱和六元环碳酸酯的情况下(实施例1-1至1-11),高温循环保持率、高温保存维持率和低温循环保持率全都提高。上述结果示出了如下内容。即,在碳酸酯型化合物具有六元环作为环结构且在六元环的外部或内部具有碳-碳双键的情况下,具体地在作为高温环境和低温环境的严苛环境中抑制了电解液的分解反应。
特别地,在使用不饱和六元环碳酸酯的情况下,如果电解液中的其含量为0.01wt%以上至10wt%以下,或更优选0.1wt%以上至5wt%以下,则获得了更高的循环保持率和更高的保存维持率。
[实施例2-1至2-14]
通过与实施例1-5类似的程序制造了二次电池,不同之处在于,如表2中所示将辅助化合物添加到电解液中并检查特性。
[表2]
负极活性物质:人造石墨
在电解液包含辅助化合物与不饱和六元环碳酸酯的情况下,大大提高了高温循环保持率和高温保存维持率。
[实施例3-1至3-20]
通过与实施例1-5类似的程序制造了二次电池,不同之处在于,如表3中所示改变非水溶剂的组成并检查各特性。
在这种情况下,将下列非水溶剂与EC组合使用。即,使用碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)和碳酸丙酯(PC)。另外,作为不饱和环状碳酸酯,使用碳酸亚乙烯基酯(VC)。作为卤代的环状碳酸酯,使用4-氟-1,3-二氧戊环-2-酮(FEC)、或反式-4,5-二氟-1,3-二氧戊环-2-酮(t-DFEC)。作为卤代的链状碳酸酯,使用碳酸双(氟甲基)酯(DFDMC)。作为磺内酯,使用丙烯磺内酯(PRS)。作为酸酐,使用琥珀酸酐(SCAH)或磺基丙酸酐(PSAH)。
非水溶剂的组成以重量比计为EC:PC:DMC=10:20:70。VC在非水溶剂中的含量为2wt%,FEC、t-DFEC或DFDMC在非水溶剂中的含量为5wt%,并且PRS、SCAH或PSAH在非水溶剂中的含量为1wt%。
[表3]
负极活性物质:人造石墨
即使改变非水溶剂的组成,也获得了优异的高温循环保持率和优异的高温保存维持率。特别地,在电解液包含不饱和环状碳酸酯、卤代环状碳酸酯、卤代链状碳酸酯、磺内酯或酸酐的情况下,大大提高了高温循环保持率和高温保存维持率中的一种或两种。
[实施例4-1至4-3]
通过与实施例1-5类似的程序制造了二次电池,不同之处在于,如表4中所示改变电解质盐的组成并检查各特性。
在这种情况下,作为与LiPF6组合的电解质盐,使用四氟硼酸锂(LiBF4)、由式(14-8)表示的(4,4,4-三氟丁酸草酸)硼酸锂((4,4,4-trifluorobutyrate oxalato)lithium borate)(LiTFOB)、或双(三氟甲磺酰基)酰亚胺锂(LiN(CF3SO2)2:LiTFSI)。在这种情况下,LiPF6相对于非水溶剂的含量为0.9mol/kg,并且LiBF4等相对于非水溶剂的含量为0.1mol/kg。
[表4]
负极活性物质:人造石墨
即使改变电解质盐的组成,也获得了优异的高温循环保持率和优异的高温保存维持率。特别地,在电解液包含其他电解质盐如LiBF4的情况下,大大提高了高温循环保持率和高温保存维持率。
[实施例5-1至5-14、6-1至6-14、7-1至7-21和8-1至8-3]
通过与实施例1-1至1-14、2-1至2-14、3-1至3-20和4-1至4-4类似的程序制造了二次电池,不同之处在于,如表5至表8中所示将金属基材料(硅)用作负极活性物质,并检查各特性。
在形成负极22时,通过使用蒸发法(电子束蒸发法)将硅沉积在负极集电体22A的两个表面上,由此形成负极活性物质层22B。在这种情况下,重复10次沉积步骤,使得在负极集电体22A的一个表面侧上的负极活性物质层22B的总厚度变为6μm。作为卤代的环状碳酸酯,也使用顺式-4,5-二氟-1,3-二氧戊环-2-酮(c-DFEC)。
[表5]
负极活性物质:硅
[表6]
负极活性物质:硅
[表7]
负极活性物质:硅
[表8]
负极活性物质:硅
在将金属基材料(硅)用作负极活性物质的情况下,获得了与使用碳材料的情况(表1至表4)中类似的结果。即,在电解液包含不饱和六元环碳酸酯的情况下,获得了优异的高温循环保持率、优异的高温保存维持率和优异的低温循环保持率。由于其他倾向与使用碳材料的情况中类似,所以省略其说明。
根据表1至表8的结果可确认,在电解液包含不饱和六元环碳酸酯的情况下,获得了优异的电池特性。
已经参考实施方式和实施例对本发明进行了说明。然而,本发明不限于实施方式和实施例中所述的实例,且可以进行各种修改。例如,根据本发明实施方式的用于二次电池的电解液可应用于其他应用如电容器。
此外,在实施方式和实施例中,已经对作为二次电池类型的锂离子二次电池或锂金属二次电池进行了说明。然而,适用的二次电池类型不限于此。根据本发明实施方式的二次电池可类似地应用于其中负极容量包括通过插入和提取锂离子而获得的容量以及与锂金属的析出和溶解相关的容量,且电池容量由这些容量的总和表示的二次电池。在这种情况下,将能够插入和提取锂离子的负极材料用作负极活性物质,并将负极材料的可充电容量设定为小于正极的放电容量的值。
此外,在实施方式和实施例中,已经对其中电池结构为圆柱型或层压膜型的情况的具体实例以及其中电池装置具有螺旋卷绕结构的具体实例进行了说明。然而,适用的结构不限于此。根据本发明实施方式的二次电池可类似地应用于具有其他电池结构的电池如方型电池、硬币型电池和纽扣型电池、或者其中电池装置具有其他结构如层压结构的电池。
此外,在实施方式和实施例中,已经对使用锂作为电极反应物的情况进行说明。然而,电极反应物不必限制于此。作为电极反应物,例如,可以使用其他1族元素如钠(Na)和钾(K),2族元素如镁和钙,或其他轻金属如铝。可以在与电极反应物类型无关的情况下获得根据本发明实施方式的效果,由此即使改变电极反应物的类型,也获得了类似的效果。
此外,在实施方式和实施例中,关于不饱和六元环碳酸酯的含量,已经对源自实施例的结果的适当范围进行了说明。然而,所述说明没有完全否定含量在上述范围之外的可能性。即,上述适当范围是用于获得根据本发明实施方式的效果的特别优选的范围。因此,只要获得根据本发明实施方式的效果,含量可以在一定程度上在上述范围之外。
可以由本公开内容的上述例示性实施方式和修改来实现至少下列构造。
(1)一种二次电池,包括:
正极;
负极;以及
电解液,其中
所述电解液包含由下述式(1)表示的不饱和六元环碳酸酯、或由下述式(2)表示的不饱和六元环碳酸酯、或两者,
其中W、X和Y各自为>C=CR1R2和>CR3R4中的一种;R1至R4为氢基团、卤素基团、一价烃基团、一价卤代烃基团和一价含硅烃基团中的一种;R1至R4中的任意两种以上可以相互键合;且W、X和Y中的一个以上为>C=CR1R2,
其中Z是>C=CR7R8和>CR9R10中的一种;R5至R10各自为氢基团、卤素基团、一价烃基团、一价卤代烃基团和一价含硅烃基团中的一种;并且R5至R10中的任意两种以上可以相互键合。
(2)根据(1)的二次电池,其中所述由式(1)表示的不饱和六元环碳酸酯是由下述式(3-1)表示的化合物和由下述式(3-2)表示的化合物中的一种,并且所述由式(2)表示的不饱和六元环碳酸酯是由下述式(4)表示的化合物,
其中,R11至R14各自为氢基团、卤素基团、一价烃基团、一价卤代烃基团和一价含硅烃基团中的一种;R11至R14中的任意两种以上可以相互键合;R91至R94各自为氢基团、卤素基团、一价烃基团、一价卤代烃基团和一价含硅烃基团中的一种;并R91至R94中的任意两个以上可以相互键合,
其中,R15至R18各自为氢基团、卤素基团、一价烃基团、一价卤代烃基团和一价含硅烃基团中的一种;R15至R18中的任意两个以上可以相互键合。
(3)根据(2)的二次电池,其中在R1至R18中,卤素基团是氟基团、氯基团、溴基团和碘基团中的一种,
一价烃基团和一价卤代烃基团各自为碳数为1以上至12以下的烷基基团、碳数为2以上至12以下的烯基基团、碳数为2以上至12以下的炔基基团、碳数为6以上至18以下的芳基基团、碳数为3以上至18以下的环烷基基团、碳数为1以上至12以下的烷氧基基团、以及通过用卤素基团取代上述基团的每一个中的部分或所有氢基团而获得的基团,以及
一价含硅烃基团为由-SiR19R20R21表示的三烷基甲硅烷基基团,R19至R21各自表示碳数为1以上至12以下的烷基基团。
(4)根据(1)至(3)中任一个的二次电池,其中所述电解液中的所述不饱和六元环碳酸酯的含量为约0.01重量%以上至约10重量%以下。
(5)根据(1)至(4)中任一个的二次电池,其中所述电解液包含由下述式(5)至式(9)表示的化合物中的一种或多种,
其中R22和R24各自为一价烃基团和一价卤代烃基团中的一种,且R23为二价烃基团和二价卤代烃基团中的一种,
其中R25和R27各自为一价烃基团和一价卤代烃基团中的一种,R26为二价烃基团和二价卤代烃基团中的一种,且n为等于或大于1的整数,
其中R28和R30各自为一价烃基团和一价卤代烃基团中的一种,且R29为二价烃基团和二价卤代烃基团中的一种,
Li2PFO3...(8)
LiPF2O2...(9)。
(6)根据(5)的二次电池,其中R22、R24、R25、R27、R28和R30各自为下述中的一种:碳数为1以上至12以下的烷基基团、碳数为2以上至12以下的烯基基团、碳数为2以上至12以下的炔基基团、碳数为6以上至18以下的芳基基团、碳数为3以上至18以下的环烷基基团、碳数为1以上至12以下的烷氧基基团、以及通过用卤素基团取代上述基团的每一个中的部分或所有氢基团而获得的基团,以及
R23、R26和R29各自为下述中的一种:碳数为1以上至12以下的亚烷基基团、碳数为2以上至12以下的亚烯基基团、碳数为2以上至12以下的亚炔基基团、碳数为6以上至18以下的亚芳基基团、碳数为3以上至18以下的亚环烷基基团、以及通过用卤素基团取代上述基团的每一个中的部分或所有氢基团而获得的基团。
(7)根据(5)或(6)的二次电池,其中所述电解液中的由式(5)至式(9)表示的化合物的总含量为约0.001重量%以上至约2重量%以下。
(8)根据(1)至(7)中任一个的二次电池,其中所述二次电池是锂离子二次电池。
(9)一种电解液,其包含由下述式(1)表示的不饱和六元环碳酸酯、或由下述式(2)表示的不饱和六元环碳酸酯、或两者,
其中W、X和Y各自为>C=CR1R2和>CR3R4中的一种;R1至R4为氢基团、卤素基团、一价烃基团、一价卤代烃基团和一价含硅烃基团中的一种;R1至R4中的任意两个以上可以相互键合;且W、X和Y中的一个以上为>C=CR1R2,
其中Z是>C=CR7R8和>CR9R10中的一种;R5至R10各自为氢基团、卤素基团、一价烃基团、一价卤代烃基团和一价含硅烃基团中的一种;并且R5至R10中的任意两个以上可以相互键合。
(10)一种电池组,包括:
根据(1)至(8)中任一个的二次电池;
控制所述二次电池的使用状态的控制部;以及
根据所述控制部的指令切换所述二次电池的使用状态的开关部。
(11)一种电动车辆,包括:
根据(1)至(8)中任一个的二次电池;
将由所述二次电池供应的电力转换为驱动力的转换部;
根据所述驱动力进行操作的驱动部;以及
控制所述二次电池的使用状态的控制部。
(12)一种电力储存系统,包括:
根据(1)至(8)中任一个的二次电池;
供应有来自所述二次电池的电力的一个或两个以上电气装置;以及
控制从所述二次电池到所述电气装置的电力供应的控制部。
(13)一种电动工具,包括:
根据(1)至(8)中任一个的二次电池;和
供应有来自所述二次电池的电力的可动部。
(14)一种电子装置,包括根据(1)至(8)中任一个的二次电池作为电力供应源。
本公开内容包含与2011年9月1日在日本专利局提交的日本优先权专利申请JP 2011-191037和2012年1月6日在日本专利局提交的日本优先权专利申请JP 2012-000957中所披露的有关的主旨,通过参考由此将其全部内容并入本文中。
本领域技术人员应当理解,可以根据设计要求和其它因素进行各种变更、组合、子组合以及改变,只要它们在所附权利要求或其等同物的范围内。
Claims (16)
2.根据权利要求1所述的二次电池,其中,所述由式(1)表示的不饱和六元环碳酸酯是由下述式(3-1)表示的化合物和由下述式(3-2)表示的化合物中的一种,并且
所述由式(2)表示的不饱和六元环碳酸酯是由下述式(4)表示的化合物,
其中,R11至R14各自为氢基团、卤素基团、一价烃基团、一价卤代烃基团和一价含硅烃基团中的一种;R11至R14中的任意两个以上可以相互键合;R91至R94各自为氢基团、卤素基团、一价烃基团、一价卤代烃基团和一价含硅烃基团中的一种;并且R91至R94中的任意两个以上可以相互键合,
其中,R15至R18各自为氢基团、卤素基团、一价烃基团、一价卤代烃基团和一价含硅烃基团中的一种;并且R15至R18中的任意两个以上可以相互键合。
3.根据权利要求2所述的二次电池,其中,在R1至R18中,所述卤素基团是氟基团、氯基团、溴基团和碘基团中的一种,
所述一价烃基团和所述一价卤代烃基团各自为碳数为1以上至12以下的烷基基团、碳数为2以上至12以下的烯基基团、碳数为2以上至12以下的炔基基团、碳数为6以上至18以下的芳基基团、碳数为3以上至18以下的环烷基基团、碳数为1以上至12以下的烷氧基基团、以及通过用卤素基团取代上述基团中的每一个的部分或所有氢基团而获得的基团,并且
所述一价含硅烃基团为由-SiR19R20R21表示的三烷基甲硅烷基基团,其中R19至R21各自表示碳数为1以上至12以下的烷基基团。
4.根据权利要求1所述的二次电池,其中,所述电解液中的所述不饱和六元环碳酸酯的含量为0.01重量%以上至10重量%以下。
6.根据权利要求5所述的二次电池,其中,R22、R24、R25、R27、R28和R30各自为下述中的一种:碳数为1以上至12以下的烷基基团、碳数为2以上至12以下的烯基基团、碳数为2以上至12以下的炔基基团、碳数为6以上至18以下的芳基基团、碳数为3以上至18以下的环烷基基团、碳数为1以上至12以下的烷氧基基团、以及通过用卤素基团取代上述基团的每一个中的部分或所有氢基团而获得的基团,以及
R23、R26和R29各自为下述中的一种:碳数为1以上至12以下的亚烷基基团、碳数为2以上至12以下的亚烯基基团、碳数为2以上至12以下的亚炔基基团、碳数为6以上至18以下的亚芳基基团、碳数为3以上至18以下的亚环烷基基团、以及通过用卤素基团取代上述基团的每一个中的部分或所有氢基团而获得的基团。
7.根据权利要求5所述的二次电池,其中,所述电解液中的由式(5)至式(9)表示的化合物的总含量为0.001重量%以上至2重量%以下。
8.根据权利要求1所述的二次电池,其中,所述二次电池是锂离子二次电池。
12.一种电池组,包括:
二次电池;
控制所述二次电池的使用状态的控制部;以及
根据所述控制部的指令切换所述二次电池的使用状态的开关部,其中
所述二次电池包括正极、负极和电解液,并且
所述电解液包含由下述式(1)表示的不饱和六元环碳酸酯、或由下述式(2)表示的不饱和六元环碳酸酯、或两者,
其中W、X和Y各自为>C=CR1R2和>CR3R4中的一种;R1至R4各自为氢基团、卤素基团、一价烃基团、一价卤代烃基团和一价含硅烃基团中的一种;R1至R4中的任意两个以上可以相互键合;并且W、X和Y中的一个以上为>C=CR1R2,
其中Z是>C=CR7R8和>CR9R10中的一种;R5至R10各自为氢基团、卤素基团、一价烃基团、一价卤代烃基团和一价含硅烃基团中的一种;并且R5至R10中的任意两个以上可以相互键合。
13.一种电动车辆,包括:
二次电池;
将由所述二次电池供应的电力转换为驱动力的转换部;
根据所述驱动力进行操作的驱动部;以及
控制所述二次电池的使用状态的控制部,其中
所述二次电池包括正极、负极和电解液,并且
所述电解液包含由下述式(1)表示的不饱和六元环碳酸酯、或由下述式(2)表示的不饱和六元环碳酸酯、或两者,
其中W、X和Y各自为>C=CR1R2和>CR3R4中的一种;R1至R4各自为氢基团、卤素基团、一价烃基团、一价卤代烃基团和一价含硅烃基团中的一种;R1至R4中的任意两个以上可以相互键合;并且W、X和Y中的一个以上为>C=CR1R2,
其中Z是>C=CR7R8和>CR9R10中的一种;R5至R10各自为氢基团、卤素基团、一价烃基团、一价卤代烃基团和一价含硅烃基团中的一种;并且R5至R10中的任意两个以上可以相互键合。
14.一种电力储存系统,包括:
二次电池;
一个或两个以上电气装置,供应有来自所述二次电池的电力;以及
控制从所述二次电池到所述电气装置的电力供应的控制部,其中
所述二次电池包括正极、负极和电解液,并且
所述电解液包含由下述式(1)表示的不饱和六元环碳酸酯、或由下述式(2)表示的不饱和六元环碳酸酯、或两者,
其中W、X和Y各自为>C=CR1R2和>CR3R4中的一种;R1至R4各自为氢基团、卤素基团、一价烃基团、一价卤代烃基团和一价含硅烃基团中的一种;R1至R4中的任意两个以上可以相互键合;并且W、X和Y中的一个以上为>C=CR1R2,
其中Z是>C=CR7R8和>CR9R10中的一种;R5至R10各自为氢基团、卤素基团、一价烃基团、一价卤代烃基团和一价含硅烃基团中的一种;并且R5至R10中的任意两个以上可以相互键合。
15.一种电动工具,包括:
二次电池;和
供应有来自所述二次电池的电力的可动部,其中
所述二次电池包括正极、负极和电解液,并且
所述电解液包含由下述式(1)表示的不饱和六元环碳酸酯、或由下述式(2)表示的不饱和六元环碳酸酯、或两者,
其中W、X和Y各自为>C=CR1R2和>CR3R4中的一种;R1至R4各自为氢基团、卤素基团、一价烃基团、一价卤代烃基团和一价含硅烃基团中的一种;R1至R4中的任意两个以上可以相互键合;并且W、X和Y中的一个以上为>C=CR1R2,
其中Z是>C=CR7R8和>CR9R10中的一种;R5至R10各自为氢基团、卤素基团、一价烃基团、一价卤代烃基团和一价含硅烃基团中的一种;并且R5至R10中的任意两个以上可以相互键合。
16.一种电子装置,包括二次电池作为电力供应源,其中
所述二次电池包括正极、负极和电解液,并且
所述电解液包含由下述式(1)表示的不饱和六元环碳酸酯、或由下述式(2)表示的不饱和六元环碳酸酯、或两者,
其中W、X和Y各自为>C=CR1R2和>CR3R4中的一种;R1至R4各自为氢基团、卤素基团、一价烃基团、一价卤代烃基团和一价含硅烃基团中的一种;R1至R4中的任意两个以上可以相互键合;并且W、X和Y中的一个以上为>C=CR1R2,
其中Z是>C=CR7R8和>CR9R10中的一种;R5至R10各自为氢基团、卤素基团、一价烃基团、一价卤代烃基团和一价含硅烃基团中的一种;并且R5至R10中的任意两个以上可以相互键合。
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