用于二次电池的非水性电解液和非水性电解液二次电池制造技术

用于非水性电解液二次电池的非水性电解液，所述非水性电解液二次电池包括：　　　　负极，所述负极包括集电器和通过化学气相沉积法、溅射、蒸发、热喷镀或电镀沉积在所述集电器上的活性物质薄膜，其中，所述活性物质薄膜能够吸纳和释放锂，并且被形成在厚度方向上的裂缝分割成柱状物，各柱状物的底部附着在所述集电器上；　　　　正极，所述正极能够吸纳和释放锂；和　　　　所述非水性电解液，其中包括非水性溶剂和溶解在所述非水性溶剂中的锂盐；　　　　所述非水性电解液的特征在于其含有以通式（Ⅰ）表示的化合物：　　　　＊＊＊　　……（Ⅰ）　　　　其中，Ｒ↑［１］、Ｒ↑［２］和Ｒ↑［３］是氢原子或各自选择性地具有取代基的烷基，Ｒ↑［１］、Ｒ↑［２］和Ｒ↑［３］为彼此相同或不同，或者是独立的取代基，或者彼此键合成环。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于二次电池的非水性电解液和非水性电解液二次电池
本专利技术涉及非水性电解液二次电池和在非水性电解液二次电池中使用的非水性电解液。特别是，本专利技术涉及在充放电循环中可以有效改善锂二次电池的充放电性能的非水性电解液和使用该非水性电解液的锂二次电池，其中所述锂二次电池包括通过化学气相沉积(CVD)法、溅射、蒸发、热喷镀或电镀将活性物质薄膜沉积在集电器上形成的负极，该活性物质薄膜主要进行锂的吸纳和释放。
技术介绍
由于近来电器设备重量的减轻和小型化，比以往任何时候都更需要具有更高能量密度的锂二次电池。此外，锂二次电池应用范围的日益扩大也要求改善电池的性能。目前，锂二次电池的正极使用金属氧化物盐，诸如锂钴氧化物、锂镍氧化物或锂锰氧化物。锂二次电池的负极可以单独使用或组合使用诸如焦碳、人造石墨或天然石墨等含碳材料。在这样的锂二次电池中，已知电解液中的溶剂会在负极表面上分解，从而使电池的存贮性能或循环性恶化。然而，碳酸亚乙酯几乎不会在负极表面上分解。此外，碳酸亚乙酯的分解产物会在负极表面上形成相对良好的保护膜。因而，传统上将碳酸亚乙酯广泛用作非水性电解液二次电池的电解液中的主要溶剂。然而，即使当使用碳酸亚乙酯时，在充放电过程中电解液也会轻微而持续地分解。因而，这会降低电池的库仑效率。为解决这些问题，已知将少量的用于形成保护膜的试剂，例如，碳酸亚乙烯酯添加至电解液中(例如，日本特开平第6-52887号公报)。所述用于形成保护膜的试剂在初期充放电时发生分解而在含碳的负极表面-->上生成分解产物。由此产生的分解产物形成了良好的保护膜从而改善了电池的存贮特性或循环性能。鉴于此，通常将用于形成保护膜的试剂用在锂二次电池中。另一方面，近年来，已经提出了下一代非水性电解液二次电池并引起了关注。该电池包含可以吸收和释放锂离子的诸如锡或硅等金属或其氧化物作为新的负极材料，与含碳负极相比，该负极材料具有更高的每单位质量或单位体积的充放电容量(Solid State Ionics.113～115.57(1998))。特别是，通过CVD法、溅射、蒸发、热喷镀或电镀等将能够吸收或放出锂的活性物质的薄膜(例如硅薄膜或锡薄膜)沉积在集电器上形成电极，具有该电极的非水性电解液二次电池显示出了高充放电容量和优异的充放电循环性能。在该电极中，活性物质薄膜被在厚度方向上所形成的裂缝分割成柱状物。各柱状物的底部附着在集电器上。环绕柱状物的缝隙可以缓和充/放电循环中因薄膜的膨胀和收缩而产生的应力。该缓和可以降低会导致活性物质薄膜与集电器相分离的应力。因而，电池表现出了优异的充放电循环性能(日本特开第2002-279972号公报)。然而，与传统的含碳负极相比，由诸如硅和锡等金属、含有该金属元素的合金或氧化物所构成的负极材料通常与电解液中的各种电解质、有机溶剂和添加剂具有更高的反应性。因而，需要用于形成适用于这些新型负极材料的保护膜的电解质添加剂。
技术实现思路
本专利技术提供了用于二次电池的非水性电解液和使用该非水性电解液的二次电池，其中使电解液的分解降到最低，从而非水性电解液二次电池展现出了高充放电效率和优异的充放电循环性能，并具有高能量密度。根据本专利技术第一方面的用于二次电池的非水性电解液用于非水性电解液二次电池。该电池包含具有集电器和通过CVD法、溅射、蒸发、热喷镀或电镀而沉积在集电器上的活性物质薄膜的负极。活性物质薄膜可以吸收和释放锂。薄膜被在厚度方向上所形成的裂缝分割成柱状物，各-->柱状物的底部附着在集电器上。电池还具有能够吸纳和释放锂的正极；和包含非水性溶剂和溶解在该非水性溶剂中的锂盐的非水性电解液。非水性电解液含有以通式(I)表示的化合物：(其中，R1、R2和R3是氢原子或各自选择性地具有取代基的烷基，可以彼此相同或不同，可以是独立的取代基，也可以彼此键合成环。)根据本专利技术第二方面的非水性电解液二次电池包含具有集电器和通过CVD法、溅射、蒸发、热喷镀或电镀而沉积在集电器上的活性物质薄膜的负极。活性物质薄膜可以吸收和释放锂。薄膜被在厚度方向上所形成的裂缝分割成柱状物，各柱状物的底部附着在集电器上。电池还具有能够吸纳和释放锂的正极；和包含非水性溶剂和溶解在该非水性溶剂中的锂盐的非水性电解液。该电解液是根据本专利技术第一方面的非水性电解液。通过使用含有以通式(I)表示的化合物的非水性电解液，可以从初期充电时起，就在负极上的活性物质薄膜的各个柱状物的前面和侧面上有效地产生稳定且优异的对锂离子具有高度渗透性的保护膜。该保护膜降低了电解液的过度分解，稳定了活性物质薄膜的柱状结构，防止了柱状物的劣化或破碎。这改善了锂二次电池的充放电循环性能。在本专利技术的一个方面中，通式(I)中的R1、R2和R3是各自具有1～4个碳原子且各自选择性地具有取代基的独立的链烷基。在本专利技术的另一方面中，在通式(I)中，R1和R2彼此键合形成具有3～5个碳原子和选择性地具有取代基的亚烷基，该亚烷基构成环的一部分，R3是具有1～4个碳原子且选择性地具有取代基的链烷基。附图说明图1是根据本专利技术的负极表面的示意图；和图2是显示根据本专利技术的实施例的纽扣型电池结构的截面图。-->具体实施方式下面将对本专利技术的实施方式进行详细描述。首先，将对本专利技术的用于二次电池的非水性电解液进行描述。本专利技术的非水性电解液含有以通式(I)表示的化合物：在通式(I)中，R1、R2和R3是氢原子或各自选择性地具有取代基的烷基，可以彼此相同或不同，可以是独立的取代基，也可以彼此键合成环。优选地，R1、R2和R3是烷基而不是氢原子。这是因为如果R1、R2和R3是氢原子，则以通式(I)表示的化合物的抗氧化性和抗还原性会降低。各自选择性地具有取代基的独立的烷基R1、R2和R3可以是链烷基或环烷基。链烷基可以具有1～4个碳原子，具体可以是甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基或叔丁基。环烷基可以具有3至8个碳原子，具体可以是环丙基或环己基。选择性地具有取代基的独立的烷基R可以是选择性地具有取代基的具有1～4个碳原子的链烷基，诸如甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基或叔丁基。当该烷基具有过多碳原子时，以通式(I)表示的化合物会具有较低的抗氧化性和在电解液中具有较低的溶解性。独立的烷基R1、R2和R3中的选择性的取代基可以是烷基；卤素原子，诸如氯原子、溴原子或碘原子；烷氧基；碳酸酯基；羧酸酯基；氨基；或酰胺基。这些取代基还可以被选这些取代基的组中的取代基所取代。各个独立的烷基R1、R2和R3及其选择性的取代基的总分子量通常为小于或等于200，优选为小于或等于100。当该分子量过高时，以通式(I)表示的化合物会在下述的非水性溶剂中具有较低的溶解性，且电解液的粘度会增大。优选地，选择性地具有取代基的独立的烷基R1、R2和R3是不具有取-->代基的烷基或者是其中键合至碳原子的至少部分(优选取代基中的约1～3个)氢原子被一个或多个氟原子所取代的氟代烷基，所述烷基R1、R2和R3具有高抗氧化-还原性、优异的溶解性和高存贮稳定性。具体地，选择性地具有取代基的独立烷基R1、R2和R3可以是甲基、氟代甲基、二氟甲基、三氟甲基、乙基、α-氟代乙基、β-氟代乙基、β，β，β-三氟乙基、正丙基、α-氟代正丙基、β-氟代正丙基、γ-氟代正丙基、γ本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.用于非水性电解液二次电池的非水性电解液，所述非水性电解液二次电池包括：负极，所述负极包括集电器和通过化学气相沉积法、溅射、蒸发、热喷镀或电镀沉积在所述集电器上的活性物质薄膜，其中，所述活性物质薄膜能够吸纳和释放锂，并且被形成在厚度方向上的裂缝分割成柱状物，各柱状物的底部附着在所述集电器上；正极，所述正极能够吸纳和释放锂；和所述非水性电解液，其中包括非水性溶剂和溶解在所述非水性溶剂中的锂盐；所述非水性电解液的特征在于其含有以通式(I)表示的化合物：其中，R1、R2和R3是氢原子或各自选择性地具有取代基的烷基，R1、R2和R3为彼此相同或不同，或者是独立的取代基，或者彼此键合成环。2.如权利要求1所述的用于非水性电解液二次电池的非水性电解液，其中所述以通式(I)表示的化合物在电解液中的含量为0.01重量％～10重量％。3.如权利要求1所述的用于非水性电解液二次电池的非水性电解液，其中在所述通式(I)中，R1、R2和R3是各自具有1～4个碳原子且各自选择性地具有取代基的独立的链烷基。4.如权利要求1所述的用于非水性电解液二次电池的非水性电解液，其中在通式(I)中，R1和R2彼此键合成具有3～5个碳原子的亚烷基且选择性地具有取代基，所述亚烷基构成环的一部分，R3是具有1～4个碳原子且选择性地具有取代基的链烷基。5.如权利要求1所述的用于非水性电解液二次电池的非水性电解液，其中所述活性物质薄膜中的所述裂缝是通过第一次或第一次以后的充放电形成的。-->6.如权利要求1所述的用于非水性电解液二次电池的非水性电解液，其中在所述活性物质薄膜中的所述裂缝是沿着在厚度方向上延展的活性物质薄膜的低密度区而形成。7.如权利要求1所述的用于非水性电解液二次电池的非水性电解液，其中所述活性物质薄膜是无定形硅薄膜或微晶硅薄膜。8.如权利要求1所述的用于非水性电解液二次电池的非水性电解液，其中所述活性物质薄膜是由锡及锡与集电器金属的合金构成。9.如权利要求1所述的用于非水性电解液二次电池的非水性电解液，其中所述集电器是由选自铜、镍、不锈钢、钼、钨和钽中的至少一种金属构成。10.如权利要求1所述的用于非水性电解液二次电池的非水性电解液，其中所述集电器的表面粗糙度Ra为0.01μm～1μm。11.如权利要求1所述的用于非水性电解液二次电池的非水性电解液，其中所述集电器是铜箔。12.如权利要求11所述的用于非水性电解液二次电池的非水性电解液，其中所述集电器是经表面粗糙化的铜箔。13.如权利要求12所述的用于非水性电解液二次电池的非水性电解液，其中所述集电器是电解铜箔。14.如权利要求1所述的用于非水性电解液二次电池的非水性电解液，其中所述集电器的成分扩散进入至所述活性物质薄膜内。15.如权利要求14所...

【专利技术属性】
技术研发人员：田村宜之，吉田智一，神野丸男，藤谷伸，竹原雅裕，宇惠诚，
申请(专利权)人：三洋电机株式会社，三菱化学株式会社，
类型：发明
国别省市：