非水电解质和非水电解质电池制造技术

本发明专利技术涉及非水电解质和非水电解质电池。具体地，提供了一种非水电解质，包括：非水溶剂，包含0.1％体积以上50％体积以下的选自由下式(1)表示的含卤素链状碳酸酯和下式(2)表示的含卤素环状碳酸酯组成的组中的至少一种；以及电解质盐，包含相对于该非水溶剂为0.001mol/L以上0.5mol/L以下的量的由下式(3)表示的化合物，M+[(ZY)2N]-  (3)。

【技术实现步骤摘要】
本申请是申请日为2011年1月18日，申请号为201110021078.8，专利技术名称为“非水电解质和非水电解质电池”的专利技术专利申请的分案申请。
本专利技术涉及一种非水电解质和非水电解质电池。具体地，本专利技术涉及一种非水电解质以及一种在低温环境和高温环境中能够保持优异的电池特性的非水电解质电池。
技术介绍
近年来，涌现了大量便携式电子产品，如集成了照相机的VTR、数字静态照相机、移动电话、个人数字助理和膝上型计算机，并且努力实现其尺寸减小和重量减轻。对于电池，尤其是，用作这样的电子产品的便携电源的二次电池，人们积极研究和开发以便增强能量密度。特别是，提出了将碳用于负极活性物质、锂过渡金属复合氧化物用于正极活性物质以及碳酸酯混合物用于电解液的锂离子二次电池。这样的电池广泛投入到实际应用中，因为与作为相关领域的非水电解液二次电池的铅电池和镍镉电池相比，可获得大能量密度。尤其是，近来，努力实现改进正极活性物质或增强充电电压以便实现更高的容量。在这样的具有高容量的电池中，通过减小电子产品尺寸而增强便携性，且户外使用的机会增加。即，可以考虑电子产品在低温环境和高温环境中使用。当在高温下置于充电状态时，正极由于电解液和正极表面上的正极活性物质之间的反应而劣化，导致长期储存后容量降低。而且，当置于低温环境中时，离子导电率降低，导致容量降低。为了解决这些问题，专利文献1(JP-T-8-511274)描述了使用双(氟磺酰)亚胺锂(lithium bis(fluorosulfonyl)imide)(LiFSI)作为电解质盐。专利文献2(JP-A-2004-165151)报道了，当使用包含内酯作为溶剂和双(氟磺酰)亚胺锂(LiFSI)作为电解质盐的电解液时，稳定性在高温或储存过程中为优异。专利文献2还报道了，通过将碳酸亚乙烯酯、碳酸乙烯亚乙酯、碳酸苯基乙二酯或丙烷磺内酯用作添加剂，更大地增强稳定性。专利文献3(JP-A-2009-70636)披露了包含季铵阳离子和包含(氟磺酰)亚胺(FSI)阴离子和无机阴离子的电池。
技术实现思路
然而，在专利文献1到3中所描述的方法中，很难在低温环境和高温环境中都保持良好的电池特性。因此，期望提供一种在低温环境和高温环境中都具有高电池容量的非水电解质和非水电解质电池。根据本专利技术的一个实施方式，提供了一种非水电解质，包括：非水溶剂，包含0.1％体积以上50％体积以下的选自由下式(1)表示的含卤素链状碳酸酯和下式(2)表示的含卤素环状碳酸酯组成的组中的至少一种；以及电解质盐，包含相对于非水溶剂为0.001mol/L以上0.5mol/L以下的量的由下式(3)表示的化合物。(在式(1)中，R1到R6各自表示氢基团、卤素基团、烷基或卤代烷基，只要R1到R6中的至少一个表示卤素基团或卤代烷基。)(在式(2)中，R7到R10各自表示氢基团、卤素基团、烷基或卤代烷基，只要R7到R10中的至少一个表示卤素基团或卤代烷基。)M+[(ZY)2N]- (3)(在式(3)中，M表示一价阳离子；Y表示SO2或CO；且每个Z独立地表示氟原子、或可以包含至少一个可聚合官能团且可以被全氟化的有机基团，只要至少一个Z表示氟原子。)根据本专利技术另一个实施方式，提供了一种非水电解质电池，包括正极、负极和非水电解质，其中非水电解质包括：非水溶剂，包含0.1％体积以上50％体积以下的选自由下式(1)表示的含卤素链状碳酸酯和下式(2)表示的含卤素环状碳酸酯组成的组中的至少一种；以及电解质盐，包含相对于非水溶剂为0.001mol/L以上0.5mol/L以下的量的由下式(3)表示的化合物。(在式(1)中，R1到R6各自表示氢基团、卤素基团、烷基或卤代烷基，只要R1到R6中的至少一个表示卤素基团或卤代烷基。)(在式(2)中，R7到R10各自表示氢基团、卤素基团、烷基或卤代烷基，只要R7到R10中的至少一个表示卤素基团或卤代烷基。)M+[(ZY)2N]- (3)(在式(3)中，M表示一价阳离子；Y表示SO2或CO；且每个Z独立地表示氟原子、或可以包含至少一个可聚合官能团且可以被全氟化的有机基团，只要至少一个Z表示氟原子。)优选由式(3)表示的化合物是选自由下式(4)表示的双(氟磺酰)亚胺锂和下式(5)表示的(氟磺酰基)(三氟甲基磺酰)亚胺锂组成的组中的至少一种。根据本专利技术的实施方式，电极表面上的膜形成效果高，且由该电极表面形成更坚固和更稳定的膜。根据本专利技术的实施方式，可以抑制由低温环境和高温环境下循环进展之后引起的电池容量降低。而且，可以抑制非水电解质分解，由此使得几乎不会出现气体产生。附图说明图1是剖视图，示出了根据本专利技术第二实施方式的非水电解质电池的构造实例。图2是剖视图，示出了图1中所示的卷绕电极体的电极层压体的构造。图3是示意图，示出了根据本专利技术第三实施方式的非水电解质电池的构造实例。图4是沿图3的II-II线的剖视图，其示出了图3所示的卷绕电极体的电极层压体的构造。图5是剖视图，示出了根据本专利技术第四实施方式的非水电解质电池的构造实例。具体实施方式下面将参考附图以下面的顺序描述根据本专利技术的实施方式。1.第一实施方式(非水电解质的构造)2.第二实施方式(圆柱型非水电解质电池的实例)3.第三实施方式(层压型非水电解质电池的实例)4.第四实施方式(硬币型非水电解质电池的实例)1.第一实施方式(1-1)非水电解质的构造根据本专利技术第一实施方式的非水电解质由含卤素碳酸酯的非水溶剂和含亚胺盐(亚氨盐，imide salt)的电解质盐构成。下面详细描述非水溶剂和电解质盐。[非水溶剂]<含卤素碳酸酯>根据本专利技术第一实施方式的非水溶剂包含选自由下式(1)表示的含卤素链状碳酸酯和下式(2)表示的含卤素环状碳酸酯组成的组中的至少一种。(在式(1)中，R1到R6各自表示氢基团、卤素基团、烷基或卤代烷基，只要R1到R6中的至少一个表示卤素基团或卤代烷基。)(在式(2)中，R7到R10各自表示氢基团、卤素基团、烷基或卤代烷基，只要R7到R10中的至少一个表示卤素基团或卤代烷基。)式(1)中的R1到R6可以彼此相同或不同。这也适用于式(2)中的R7到R10。在式(1)和式(2)中，虽然卤素的种类没有特别限制，但是，例如，能够例举选自由氟(F)、氯(Cl)和溴(Br)组成的组中的至少一种。这之中，氟(F)是优选的。这是因为可获得更高的效果。当然，也可以使用其他卤素。卤素数目优选是2而不是1，并可以是3以上。这是因为当用于电化学装置如二次电池时，用于在电极表面上形成保护膜的能力变高，且形成更坚固和更稳定的保护膜，使得更大地抑制电解液的分解反应。式(1)表示的含卤素链状碳酸酯的实例包括碳酸氟甲基甲酯(FDMC)、碳酸二(氟甲基)酯(DFDMC)和碳酸二氟甲基甲酯。这些材料可单独使用或以其多种的掺混物使用。式(2)表示的含卤素环状碳酸酯的实例包括4-氟-1,3-二氧戊环-2-酮(FEC)、4-氯-1,3-二氧戊环-2-酮(FEC)、4,5-二氟-1,3-二氧戊环-2-酮(DFEC)、四氟-1,3-二氧戊环-2-酮、4-氯-5-氟-1,3-二氧戊环-2-酮、4,5-二氯-1,3-二氧戊环-2-酮、四氯-1,3-二氧戊环-2-酮、4,5-双三氟甲基-1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非水电解质，包括：非水溶剂，包含0.1％体积以上50％体积以下的选自由下式(1)表示的含卤素链状碳酸酯和下式(2)表示的含卤素环状碳酸酯组成的组中的至少一种；以及电解质盐，包含相对于所述非水溶剂为0.001mol/L以上0.5mol/L以下的量的由下式(3)表示的化合物，其中：R1到R6各自表示氢基团、卤素基团、烷基或卤代烷基，只要R1到R6中的至少一个表示卤素基团或卤代烷基，其中：R7到R10各自表示氢基团、卤素基团、烷基或卤代烷基，只要R7到R10中的至少一个表示卤素基团或卤代烷基，以及M+[(ZY)2N]‑  (3)其中：M表示一价阳离子；Y表示SO2或CO；而每个Z独立地表示氟原子、或可以包含至少一个可聚合官能团且可以被全氟化的有机基团，只要至少一个Z表示氟原子，所述非水溶剂还包含除了所述含卤素环状碳酸酯以外的环状碳酸酯和除了所述含卤素链状碳酸酯以外的链状碳酸酯，并且除了所述含卤素环状碳酸酯以外的环状碳酸酯和除了所述含卤素链状碳酸酯以外的链状碳酸酯混合的体积比在1/99到55/45的范围内。

【技术特征摘要】
2010.01.25 JP 2010-0128391.一种非水电解质，包括：非水溶剂，包含0.1％体积以上50％体积以下的选自由下式(1)表示的含卤素链状碳酸酯和下式(2)表示的含卤素环状碳酸酯组成的组中的至少一种；以及电解质盐，包含相对于所述非水溶剂为0.001mol/L以上0.5mol/L以下的量的由下式(3)表示的化合物，其中：R1到R6各自表示氢基团、卤素基团、烷基或卤代烷基，只要R1到R6中的至少一个表示卤素基团或卤代烷基，其中：R7到R10各自表示氢基团、卤素基团、烷基或卤代烷基，只要R7到R10中的至少一个表示卤素基团或卤代烷基，以及M+[(ZY)2N]- (3)其中：M表示一价阳离子；Y表示SO2或CO；而每个Z独立地表示氟原子、或可以包含至少一个可聚合官能团且可以被全氟化的有机基团，只要至少一个Z表示氟原子，所述非水溶剂还包含除了所述含卤素环状碳酸酯以外的环状碳酸酯和除了所述含卤素链状碳酸酯以外的链状碳酸酯，并且除了所述含卤素环状碳酸酯以外的环状碳酸酯和除了所述含卤素链状碳酸酯以外的链状碳酸酯混合的体积比在1/99到55/45的范围内。2.根据权利要求1所述的非水电解质，其中，由所述式(3)表示的化合物是选自由下式(4)表示的双(氟磺酰)亚胺锂和下式(5)表示的(氟磺酰基)(三氟甲基磺酰)亚胺锂组成的组中的至少一种，3.根据权利要求1或2所述的非水电解质，其中，所述含卤素链状碳酸酯是选自由碳酸氟甲基甲酯和碳酸双(氟甲基)酯组成的组中的至少一种。4.根据权利要求1或2所述的非水电解质，其中，所述含卤素环状碳酸酯是选自由4-氟-1,3-二氧戊环-2-酮和4,5-二氟-1,3-二氧戊环-2-酮组成的组中的至少一种。5.根据权利要求1所述的非水电解质，其中，所述体积比在15/85到45/55的范围内。6.根据权利要求1所述的非水电解质，其中，所述电解质还包含相对于所述非水溶剂为0.5wt％至3wt％的磺内酯。7.根据权利要求1所述的非水电解质，其中，所述电解质还包含相对于所述非水溶剂为0.5wt％至3wt％的酸酐。8.根据权利要求1所述的非水电解质，其中，所述电解质还包含选自由六氟磷酸锂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、甲磺酸锂LiCH3SO3、三氟甲磺酸锂LiCF3SO3、四氯铝酸锂LiAlCl4、六氟硅酸二锂Li2SiF6、氯化锂LiCl和溴化锂LiBr组成的组的锂盐中的至少一种。9.根据权利要求1所述的非水电解质，其中，所述电解质还包含选自由下式(9)到(11)表示的化合物组成的组的锂盐中的至少一种，在式(9)中，X21表示长周期形式周期表中的第1族或第2族元素或铝；M21表示长周期形式周期表中的过渡金属元素或第13、14或15族元素；R21表示卤素基团；Y21表示-OC-R22-CO-、-OC-C(R23)2-或-OC-CO-，其中R22表示亚烷基、卤代亚烷基、亚芳基或卤代亚芳基，并且R23表示烷基、卤代烷基、芳基或卤代芳基；a1表示1到4的整数；b1是0、2或4；而c1、d1、m1和n1各自表示1到3的整数，在式(10)中，X31表示长周期形式周期表中第1或2族元素；M31表示长周期形式周期表中的过渡金属元素或第13、14或15族元素；Y31表示-OC-(C(R31)2)b2-CO-、-(R33)2C-(C(R32)2)c2-CO-、-(R33)2C-(C(R32)2)c2-C(R33)2-、-(R33)2C-(C(R32)2)c2-SO2-、-O2S-(C(R32)2)d2-SO2-或-OC-(C(R32)2)d2-SO2-，其中R31和R33各自表示氢基团、烷基、卤素基团或卤代烷基，只要R31和R33中的至少一个表示卤素基团或卤代烷基，而R32表示氢基团、烷基、卤素基团或卤代烷基；a2、e2和n2各自是1或2；b2和d2各自表示1到4的整数；c2表示0到4的整数；而f2和m2各自表示1到3的整数，在式(11)中，X41表示长周期形式周期表中第1或2族元素；M41表示长周期形式周期表中的过渡金属元素或第13、14或15族元素；Rf表示各自具有1到10个碳原子的氟代烷基或氟代芳基；Y41表示-OC-(C(R41)2)d3-CO-、-(R42)2C-(C(R41)2)d3-CO-、-(R42)2C-(C(R41)2)d3-C(R42)2-、-(R42)2C-(C(R41)2)d3-SO2-、-O2S-(C(R41)2)e3-SO2-或-OC-(C(R41)2)e3-SO2-，其中R41表示氢基团、烷基、卤素基团或卤代烷基，R42表示氢基团、烷基、卤素基团或卤代烷基，只要R41和R42中的至少一个表示卤素基团或卤代烷基；a3、f3和n3各自是1或2；b3、c3和e3各自表示1到4的整数；d3表示0到4的整数；而g3和m3各自表示1到3的整数。10.一种非水电解质电池，包括：正极，负极，以及非水电解质，其中所述非水电解质包括：非水溶剂，包含0.1％体积以上50％体积以下的选自由下式(1)表示的含卤素链状碳酸酯和下式(2)表示...

【专利技术属性】
技术研发人员：小谷徹，洼田忠彦，
申请(专利权)人：索尼公司，
类型：发明
国别省市：日本;JP