【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】非水电解质二次电池
本专利技术涉及非水电解质二次电池。
技术介绍
已知在非水电解质二次电池的负极和正极的表面生成被膜。该被膜也被称为SEI(SolidElectrolyteInterphase:固体电解质界面膜),由电解液的还原分解物等构成(例如,参照专利文献1)。以下,根据情况,将该被膜简称为SEI被膜。负极表面和正极表面的SEI被膜允许锂离子等电荷载体的通过。另外,认为例如负极表面的SEI被膜存在于负极表面与电解液之间,有助于抑制电解液的进一步还原分解。特别是对于使用了石墨、Si系的负极活性物质的低电位负极而言,SEI被膜是必须的。认为如果由于SEI被膜存在而抑制电解液的继续分解,则能够提高经过循环后的电池的放电特性(以下,称为循环特性)。然而其另一方面,对于现有的非水电解质二次电池而言,并不能说负极表面和正极表面的SEI被膜一定有助于电池特性的提高。因此,希望开发出一种具有能够使电池特性进一步提高的SEI被膜的非水电解质二次电池。另一方面,例如锂离子二次电池是充放电容量高、能够高输出功率化的二次电池。锂离子二次电池现在主要用作便携式电子设备、笔记本电脑、电动汽车用的电源,需要更小型·轻型的二次电池。特别是在汽车用途,由于需要以大电流进行锂离子二次电池的充放电,所以要求开发出一种具有高的输入输出特性的锂离子二次电池。锂离子二次电池的正极和负极分别具有能够吸留和放出锂(Li)的活性物质。而且,是通过锂离子在密封于两极间的电解液内移动而工作的。为了提高输入输出特性等锂离子二次电池的电池特性,需要改进正极和/或负极中使用的活性物质、粘结剂以及改进电解液等。作 ...
【技术保护点】
一种非水电解质二次电池,含有负极、电解液和正极,所述电解液含有盐和具有杂元素的有机溶剂,该盐以碱金属、碱土金属或铝为阳离子且在阴离子的化学结构中含有硫元素和氧元素,对于所述电解液的振动光谱中的来自所述有机溶剂的峰强度,将所述有机溶剂本来的峰的强度设为Io、将所述峰位移后的峰的强度设为Is时,满足Is>Io,在所述负极的表面形成了具有S=O结构的含S、O被膜。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.09.25 JP 2013-198281;2013.09.25 JP 2013-198281.一种非水电解质二次电池,含有负极、电解液和正极,对于所述电解液的振动光谱中的来自有机溶剂的峰强度,将所述有机溶剂本来的峰的强度设为Io、将所述峰位移后的峰的强度设为Is时,满足Is>Io;进一步满足下述的条件1和/或条件2,条件1:所述电解液含有盐和具有杂元素的有机溶剂,该盐以碱金属或碱土金属为阳离子且在阴离子的化学结构中含有硫元素和氧元素,所述电解液中的盐仅由将碱金属或碱土金属作为阳离子的盐构成,所述电解液中的有机溶剂选自腈类、酰胺类、酯类、酮类、酸酐、砜类、亚砜类、硝基类、杂环类,在所述负极和/或所述正极的表面形成了具有S=O结构的含S、O被膜,条件2:所述电解液含有以碱金属或碱土金属为阳离子的盐和具有杂元素的有机溶剂,所述电解液中的盐仅由将碱金属或碱土金属作为阳离子的盐构成,所述电解液中的有机溶剂选自腈类、酰胺类、酯类、酮类、酸酐、砜类、亚砜类、硝基类、杂环类,所述负极包含粘结剂,该粘结剂由具有亲水基团的聚合物构成。2.根据权利要求1所述的非水电解质二次电池,其中,所述酯类是碳酸酯类、异氰酸酯类、环状酯类或磷酸酯类。3.根据权利要求1所述的非水电解质二次电池,其中,所述杂环类是环氧类、唑类、呋喃类、环状酯类、芳香族杂环类或醚类,其中,所述醚类选自四氢呋喃、1,2-二烷、1,3-二烷、1,4-二烷、2,2-二甲基-1,3-二氧戊环、2-甲基四氢吡喃、2-甲基四氢呋喃、冠醚。4.根据权利要求1所述的非水电解质二次电池,其中,所述电解液中的有机溶剂选自乙腈、丙腈、丙烯腈、丙二腈、四氢呋喃、1,2-二烷、1,3-二烷、1,4-二烷、2,2-二甲基-1,3-二氧戊环、2-甲基四氢吡喃、2-甲基四氢呋喃、冠醚、碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯、甲酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、异丙基异氰酸酯、正丙基异氰酸酯、氯甲基异氰酸酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸甲酯、甲酸甲酯、甲酸乙酯、乙酸乙烯酯、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、缩水甘油基甲醚、环氧丁烷、2-乙基环氧乙烷、唑、2-乙基唑、唑啉、2-甲基-2-唑啉、丙酮、甲乙酮、甲基异丁基酮、乙酸酐、丙酸酐、二甲基砜、环丁砜、二甲基亚砜、1-硝基丙烷、2-硝基丙烷、呋喃、糠醛、γ-丁内酯、γ-戊内酯、δ-戊内酯、噻吩、吡啶、四氢-4-吡喃酮、1-甲基吡咯烷、N-甲基吗啉、磷酸三甲酯、磷酸三乙酯或下述通式(10)表示的链状碳酸酯,R19OCOOR20······通式(10)R19、R20各自独立地选自为链状烷基的CnHaFbClcBrdIe或化学结构中含有环状烷基的CmHfFgClhBriIj中的任一种,n为1~6的整数,m为3~8的整数,a、b、c、d、e、f、g、h、i、j各自独立地为0以上的整数,满足2n+1=a+b+c+d+e,2m-1=f+g+h+i+j。5.根据权利要求4所述的非水电解质二次电池,其中,所述通式(10)表示的链状碳酸酯是碳酸二甲酯、碳酸二乙酯或碳酸甲乙酯。6.根据权利要求1所述的非水电解质二次电池,其中,满足所述条件1,所述负极的负极活性物质中含有碳元素。7.根据权利要求1所述的非水电解质二次电池,其中,满足所述条件1,所述盐的阴离子的化学结构由下述通式(1)、通式(2)或通式(3)表示,(R1X1)(R2X2)N通式(1)R1选自氢、卤素、可以被取代基取代的烷基、可以被取代基取代的环烷基、可以被取代基取代的不饱和烷基、可以被取代基取代的不饱和环烷基、可以被取代基取代的芳香族基团、可以被取代基取代的杂环基、可以被取代基取代的烷氧基、可以被取代基取代的不饱和烷氧基、可以被取代基取代的硫代烷氧基、可以被取代基取代的不饱和硫代烷氧基、CN、SCN、OCN,R2选自氢、卤素、可以被取代基取代的烷基、可以被取代基取代的环烷基、可以被取代基取代的不饱和烷基、可以被取代基取代的不饱和环烷基、可以被取代基取代的芳香族基团、可以被取代基取代的杂环基、可以被取代基取代的烷氧基、可以被取代基取代的不饱和烷氧基、可以被取代基取代的硫代烷氧基、可以被取代基取代的不饱和硫代烷氧基、CN、SCN、OCN,另外,R1和R2可以相互键合而形成环,X1选自SO2、S=O,X2选自SO2、S=O;R3X3Y通式(2)R3选自氢、卤素、可以被取代基取代的烷基、可以被取代基取代的环烷基、可以被取代基取代的不饱和烷基、可以被取代基取代的不饱和环烷基、可以被取代基取代的芳香族基团、可以被取代基取代的杂环基、可以被取代基取代的烷氧基、可以被取代基取代的不饱和烷氧基、可以被取代基取代的硫代烷氧基、可以被取代基取代的不饱和硫代烷氧基、CN、SCN、OCN,X3选自SO2、S=O,Y选自O、S;(R4X4)(R5X5)(R6X6)C通式(3)R4选自氢、卤素、可以被取代基取代的烷基、可以被取代基取代的环烷基、可以被取代基取代的不饱和烷基、可以被取代基取代的不饱和环烷基、可以被取代基取代的芳香族基团、可以被取代基取代的杂环基、可以被取代基取代的烷氧基、可以被取代基取代的不饱和烷氧基、可以被取代基取代的硫代烷氧基、可以被取代基取代的不饱和硫代烷氧基、CN、SCN、OCN,R5选自氢、卤素、可以被取代基取代的烷基、可以被取代基取代的环烷基、可以被取代基取代的不饱和烷基、可以被取代基取代的不饱和环烷基、可以被取代基取代的芳香族基团、可以被取代基取代的杂环基、可以被取代基取代的烷氧基、可以被取代基取代的不饱和烷氧基、可以被取代基取代的硫代烷氧基、可以被取代基取代的不饱和硫代烷氧基、CN、SCN、OCN,R6选自氢、卤素、可以被取代基取代的烷基、可以被取代基取代的环烷基、可以被取代基取代的不饱和烷基、可以被取代基取代的不饱和环烷基、可以被取代基取代的芳香族基团、可以被取代基取代的杂环基、可以被取代基取代的烷氧基、可以被取代基取代的不饱和烷氧基、可以被取代基取代的硫代烷氧基、可以被取代基取代的不饱和硫代烷氧基、CN、SCN、OCN,另外,R4、R5、R6中任2个或3个可以键合而形成环,X4选自SO2、S=O,X5选自SO2、S=O,X6选自SO2、S=O。8.根据权利要求1所述的非水电解质二次电池,其中,满足所述条件1,所述盐的阴离子的化学结构由下述通式(4)、通式(5)或通式(6)表示,(R7X7)(R8X8)N通式(4)R7、R8各自独立地为CnHaFbClcBrdIe(CN)f(SCN)g(OCN)h,n、a、b、c、d、e、f、g、h各自独立地为0以上的整数,满足2n+1=a+b+c+d+e+f+g+h,另外,R7和R8可以相互键合而形成环,此时,满足2n=a+b+c+d+e+f+g+h,X7选自SO2、S=O,X8选自SO2、S=O;R9X9Y通式(5)R9为CnHaFbClcBrdIe(CN)f(SCN)g(OCN)h,n、a、b、c、d、e、f、g、h各自独立地为0以上的整数,满足2n+1=a+b+c+d+e+f+g+h,X9选自SO2、S=O,Y选自O、S;(R10X10)(R11X11)(R12X12)C通式(6)R10、R11、R12各自独立地为CnHaFbClcBrdIe(CN)f(SCN)g(OCN)h,n、a、b、c、d、e、f、g、h各自独立地为0以上的整数,满足2n+1=a+b+c+d+e+f+g+h,R10、R11、R12中任2个可以键合而形成环,此时,形成环的基团满足2n=a+b+c+d+e+f+g+h,另外,R10、R11、R12这3个可以键合而形成环,此时,3个中的2个基团满足2n=a+b+c+d+e+f+g+h,1个基团满足2n-1=a+b+c+d+e+f+g+h,X10选自SO2、S=O,X11选自SO2、S=O,X12选自SO2、S=O。9.根据权利要求1所述的非水电解质二次电池,其中,满足所述条件1,所述正极具有由铝或铝合金构成的正极用集电体。10.根据权利要求1所述的非水电解质二次电池,其中,满足所述条件1,所述含S、O被膜的S浓度和O浓度在充放电时变化。11.根据权利要求1所述的非水电解质二次电池,其中,满足所述条件1,所述含S、O被膜的厚度在充放电时变化。12.根据权利要求1所述的非水电解质二次电池,其中,满足所述条件1,所述含S、O被膜含有2原子%以上的S。13.根据权利要求1所述的非水电解质二次电池,其中,满足所述条件2,所述具有亲水基团的聚合物在一分子中含有多个羧基和/或磺基。14.根据权利要求1所述的非水电解质二次电池,其中,满足所述条件2,所述具有亲水基团的聚合物为水溶性聚合物。15.根据权利要求1所述的非水电解质二次电池,其中,满足所述条件2,所述具有亲水基团的聚合物为水溶性聚合物,所述水溶性聚合物在一分子中含有多个羧基和/或磺基。16.根据权利要求1所述的非水电解质二次电池,其中,满足所述条件2,所述电解液中所述盐的阴离子的化学结构含有选自卤素、硼、氮、氧、硫或碳中的至少一种元素。17.根据权利要求1所述的非水电解质二次电池,其中,满足所述条件2,所述电解液中所述盐的阴离子的化学结构由下述通式(1)、通式(2)或通式(3)表示,(R1X1)(R2X2)N通式(1)R1选自氢、卤素、可以被取代基取代的烷基、可以被取代基取代的环烷基、可以被取代基取代的不饱和烷基、可以被取代基取代的不饱和环烷基、可以被取代基取代的芳香族基团、可以被取代基取代的杂环基、可以被取代基取代的烷氧基、可以被取代基取代的不饱和烷氧基、可以被取代基取代的硫代烷氧基、可以被取代基取代的不饱和硫代烷氧基、CN、SCN、OCN,R2选自氢、卤素、可以被取代基取代的烷基、可以被取代基取代的环烷基、可以被取代基取代的不饱和烷基、可以被取代基取代的不饱和环烷基、可以被取代基取代的芳香族基团、可以被取代基取代的杂环基、可以被取代基取代的烷氧基、可以被取代基取代的不饱和烷氧基、可以被取代基取代的硫代烷氧基、可以被取代基取代的不饱和硫代烷氧基、CN、SCN、OCN,另外,R1和R2可以相互键合而形成环,X1选自SO2、C=O、C=S、RaP=O、RbP=S、S=O、Si=O,X2选自SO2、C=O、C=S、RcP=O、RdP=S、S=O、Si=O,Ra、Rb、Rc、Rd各自独立地选自氢、卤素、可以被取代基取代的烷基、可以被取代基取代的环烷基、可以被取代基取代的不饱和烷基、可以被取代基取代的不饱和环烷基、可以被取代基取代的芳香族基团、可以被取代基取代的杂环基、可以被取代基取代的烷氧基、可以被取代基取代的不饱和烷氧基、可以被取代基取代的硫代烷氧基、可以被取代基取代的不饱和硫代烷氧基、OH、SH、CN、SCN、OCN,另外,Ra、Rb、Rc、Rd可以与R1或R2键合而形成环;R3X3Y通式(2)R3选自氢、卤素、可以被取代基取代的烷基、可以被取代基取代的环烷基、可以被取代基取代的不饱和烷基、可以被取代基取代的不饱和环烷基、可以被取代基取代的芳香族基团、可以被取代基取代的杂环基、可以被取代基取代的烷氧基、可以被取代基取代的不饱和烷氧基、可以被取代基取代的硫代烷氧基、可以被取代基取代的不饱和硫代烷氧基、CN、SCN、OCN,X3选自SO2、C=O、C=S、ReP=O、RfP=S、S=O、Si=O,Re、Rf各自独立地选自氢、卤素、可以被取代基取代的烷基、可以被取代基取代的环烷基、可以被取代基取代的不饱和烷基、可以被取代基取代的不饱和环烷基、可以被取代基取代的芳香族基团、可以被取代基取代的杂环基、可以被取代基取代的烷氧基、可以被取代基取代的不饱和烷氧基、可以被取代基取代的硫代烷氧基、可以被取代基取代的不饱和硫代烷氧基、OH、SH、CN、SCN、OCN,另外,Re、Rf可以与R3键合而形成环,Y选自O、S;(R4X4)(R5X5)(R6X6)C通式(3)R4选自氢、卤素、可以被取代基取代的烷基、可以被取代基取代的环烷基、可以被取代基取代的不饱和烷基、可以被取代基取代的不饱和环烷基、可以被取代基取代的芳香族基团、可以被取代基取代的杂环基、可以被取代基取代的烷氧基、可以被取代基取代的不饱和烷氧基、可以被取代基取代的硫代烷氧基、可以被取代基取代的不饱和硫代烷氧基、CN、SCN、OCN,R5选自氢、卤素、可以被取代基取代的烷基、可以被取代基取代的环烷基、可以被取代基取代的不饱和烷基、可以被取代基取代的不饱和环烷基、可以被取代基取代的芳香族基团、可以被取代基取代的杂环基、可以被取代基取代的烷氧基、可以被取代基取代的不饱和烷氧基、可以被取代基取代的硫代烷氧基、可以被取代基取代的不饱和硫代烷氧基、CN、SCN、OCN,R6选自氢、卤素、可以被取代基取代的烷基、可以被取代基取代的环烷基、可以被取代基取代的不饱和烷基、可以被取代基取代的不饱和环烷基、可以被取代基取代的芳香族基团、可以被取代基取代的杂环基、可以被取代基取代的烷氧基、可以被取代基取代的不饱和烷氧基、可以被取代基取代的硫代烷氧基、可以被取代基取代的不饱和硫代烷氧基、CN、SCN、OCN,另外,R4、R5、R6中任二个或三个可以键合而形成环,X4选自SO2、C=O、C=S、RgP=O、RhP=S、S=O、Si=O,X5选自SO2、C=O、C=S、RiP=O、RjP=S、S=O、Si=O,X6选自SO2、C=O、C=S、RkP=O、RlP=S、S=O、Si=O,Rg、Rh、Ri、Rj、Rk、Rl各自独立地选自氢、卤素、可以被取代基取代的烷基、可以被取代基取代的环烷基、可以被取代基取代的不饱和烷基、可以被取代基取代的不饱和环烷基、可以被取代基取代的芳香族基团、可以被取代基取代的杂环基、可以被取代基取代的烷氧基、可以被取代基取代的不饱和烷氧基、可以被取代基取代的硫代烷氧基、可以被取代基取代的不饱和硫代烷氧基、OH、SH、CN、SCN、OCN,另外,Rg、Rh、Ri、Rj、Rk、Rl可以与R4、R5或R6键合而形成环。18.根据权利要求1所述的非水电解质二次电池,其中,满足所述条件2,所述电解液中所述盐的阴离子的化学结构由下述通式(4)、通式(5)或通式(6)表示,(R7X7)(R8X8)N通式(4)R7、R8各自独立地为CnHaFbClcBrdIe(CN)f(SCN)g(OCN)h,n、a、b、c、d、e、f、g、h各自独立地为0以上的整数,满足2n+1=a+b+c+d+e+f+g+h,另外,R7和R8可以相互键合而形成环,此时,满足2n=a...
【专利技术属性】
技术研发人员:山田淳夫,山田裕贵,中垣佳浩,河合智之,间濑浩平,长谷川雄纪,三好学,合田信弘,佐佐木博之,福本武文,
申请(专利权)人:国立大学法人东京大学,
类型:发明
国别省市:日本;JP
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