非水电解溶液及含有该非水电解溶液的蓄电池制造技术

本发明专利技术公开一种含非水溶剂和电解质的非水电解溶液以及含有该非水电解溶液的蓄电池。所述的非水溶剂是含有特定混合比的碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯和碳酸二乙酯的混合溶剂。所述的非水电解溶液能使蓄电池具有高的安全性能和优良的低温性能。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及能使蓄电池具有高安全性、优良低温性能和极好充／放电性能的非水电解溶液以及含有该非水电解溶液的蓄电池。电子设备(如便携式个人计算机、移动电话和录像机)的小型化、轻型化和高性能化倾向越来越快。针对这种情况，对适用于这种电子设备的高性能小型电池电源的需求越来越大。从环境问题和有效利用能源的观点出发，对适用于动汽电车和平衡电力荷载的高性能大型电池也有很大的需求。特别是希望开发可重复使用的蓄电池。在高性能蓄电池方面，已注意到具有高电压和高能量密度特点的锂离子蓄电池。电池的电压取决于正电极和负电极间的电势差。因为锂是氧化-还原电势为-3．03V的碱性最强的金属，将锂用作活性负电极材料可获得高的电动势。另外，锂具有所有金属中最低的原子量和密度，它具有高的能量密度和低的重量／单位电量。因此，使用锂可以减少电池的尺寸和重量。目前正在对锂离子蓄电池中正负电极、隔板、电解溶液等进行研究。首先，电解溶液是能显著影响电池性能和性质的重要因素之一。对于锂蓄电池，必须使用具有与锂或锂化合物反应活性低的电解溶液。另外，因为锂蓄电池在高电压(3-4伏)下工作，要求电解溶液在高电压下具有低的分解性以及在溶液状态下具有很高的离子迁移率。由于非水电解溶液满足这些要求，所以已引起了注意。到目前为止，已提出把碳酸酯、γ-丁内酯、环丁砜、二甲氧基乙烷、四氢呋喃等用作组成非水电解溶液的非水溶剂。锂离子蓄电池具有循环寿命长和自放电低的特点以及上述高电压和高能量密度的特点。另外，锂离子蓄电池具有特别需要考虑的安全性特点。本申请所述的安全性是指，当锂离子蓄电池受到恶劣条件(即外短路、内短路、充电过度或不正常高温(超过100℃)时，不会发生爆炸或起火。为了确保锂离子蓄电池的安全，现已提出或采用具有关闭能力的隔板、PTC元件、保护电路、断电机构、安全阀等。本专利技术人认为，如果用构成电池并对电池的性能起到重要作用的非水电解溶液来改善锂离子蓄电池的安全性，可以大大提高其价值。沿着这条思路，本专利技术人继续认真研究，终于成功地作出了本专利技术。如上所述，必须将与锂或锂化合物反应活性低的电解溶液用作锂离子蓄电池的电解溶液。另外，也要求锂离子蓄电池在高电压下工作时应具有低的分解性以及在电解溶液状态下的高离子迁移率。电解溶液一般由溶剂和电解质组成，但本专利技术人寻找一种非水电解溶液作为能满足这些要求和能提高电池安全性的电解溶液。结果，本专利技术人最后得出如下结论，非水电解溶液应该将特定的碳酸酯用作非水溶剂，并将电解质溶解在该非水溶剂中。过去，人们已知环状碳酸酯(如碳酸亚乙酯和碳酸亚丙酯)、链状碳酸酯(如碳酸二乙酯、碳酸二丙酯和碳酸二丁酯)以及混合物(如碳酸亚丙酯或碳酸亚丙酯与碳酸二甲酯或碳酸二乙酯的混合物)是可用作非水溶剂的碳酸酯。但本专利技术人现已发现，按特定比例混合碳酸酯制得的特定碳酸酯组合物用于非水电解溶液时不仅使电池具有很高的安全性，而且同时又满足电解溶液的上述要求。本专利技术人提出的非水溶剂主要由按特定比例混合的碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯和碳酸二乙酯组成。由于该特定的碳酸酯组合物用作电解溶液的溶剂，该电解溶液具有低的高电压分解性和高的离子迁移率。因此，该电解溶液能赋予电池高的稳定性，同时又能保持电池的优良低温性能和充／放电性能。含有本专利技术人专利技术的非水电解溶液的电池是主要包括电解溶液、正电极、负电极和隔板的电池。根据需要可以选择合适的正电极、负电极和隔板，但当与电解溶液组合时，它们会显示电池的上述特性。参照如下描述，可清楚本专利技术的特征。参照附图，可清楚地了解本专利技术的许多电池实施方式。附图说明图1是一个长方形电池的截面示意图，它表示本专利技术非水电解溶液蓄电池的一个实例。图2是一个钮扣型电池的截面示意图，它表示本专利技术非水电解溶液蓄电池的一个实例。以下详细描述本专利技术非水电解溶液和使用本专利技术非水电解溶液的非水电解溶液蓄电池。非水电解溶液构成本专利技术非水电解溶液的非水溶剂由碳酸亚乙酯(EC)、碳酸亚丙酯(PC)和碳酸二乙酯(DEC)的混合物组成。混合物中碳酸亚乙酯和碳酸亚丙酯的体积比必须使碳酸亚乙酯过量。优选的体积比(EC∶PC)是10∶1-10∶8，较好为10∶2-10∶7，更好为10∶4-10∶6。体积比在上述范围内的碳酸亚乙酯(EC)和碳酸亚丙酯(PC)混合物能使电池具有高的安全性。碳酸亚乙酯和碳酸亚丙酯的总量与碳酸二乙酯的体积比((EC+PC)∶DEC)可以为7∶3-3∶7，较好为6∶4-5∶5。体积比在上述范围内的碳酸亚乙酯(EC)、碳酸亚丙酯(PC)和碳酸二乙酯(DEC)混合物能使电池具有极好的低温性能。本专利技术中每种非水溶剂(如EC、PC、DEC和MEC)的体积可通过每种非水溶剂(如EC、PC、DEC和MEC)的重量除以每种非水溶剂的密度(20℃时PC、DEC和MEC的密度、40℃时EC的密度)计算。对于锂离子蓄电池中的电解溶液，必须注意水杂质的含量。使用前需要用蒸发、分子筛或其它各种已知的脱水方法降低电解溶液中非水溶剂的含水量。脱水处理后非水溶剂的剩余含水量不得超过50ppm，较好不超过10ppm。本专利技术的非水电解溶液应充分满足上述体积比的要求。但混合溶剂中碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯和碳酸二乙酯间的体积比(EC∶PC∶DEC)可以为35-45∶5-25∶30-60。本专利技术中，上述非水溶剂可含有碳酸甲乙酯(MEC)。非水溶剂中所含的碳酸甲乙酯(MEC)与碳酸二乙酯(DEC)的体积比(MEC／DEC)为0-1，较好为0．1-1。本专利技术的非水电解溶液尤其可用作锂离子蓄电池的电解溶液。应当注意，如果不损害电解溶液的性能，非水电解溶液中也可含有碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯、碳酸二乙酯和碳酸甲乙酯以外的其它非水溶剂。这种可存在于非水电解溶液中的非水溶剂的实例包括链酯，如甲酸甲酯、甲酸乙酯、甲酸丙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸甲酯和丙酸乙酯；链醚，如二甲氧基乙烷；环醚，如四氢呋喃；链酰胺，如二甲基甲酰胺；链氨基甲酸酯，如N，N-二甲基氨基甲酸甲酯；环酯，如γ-丁内酯；环砜，如环丁砜，环状氨基甲酸酯，如N-甲基噁唑烷酮和环酰胺，如N-甲基吡咯烷酮(pyrolydon)。按非水电解溶液中溶剂的总量计，这种其它非水溶剂的含量应宜不超过20％体积，较好为5-10％体积。非水电解溶液中所含的电解质的实例包括LiPF6、LiBF4、LiAsF6、LiClO4、LiN(SO2CF3)2、LiC(SO2CF3)3和LiN(SO2C2F5)3盐。这些电解质可以单独使用或不少于2种组合使用。当所有上述电解质在非水电解溶液中离解时，它形成Li+和反离子。非水电解溶液中，这些电解质的含量可以为0．5-2．0摩尔／升，较好为0．7-1．5摩尔／升。上述所有电解质都可预先加入非水溶剂中。关于本专利技术非水电解溶液的性质，它的比电导率(或离子电导率)可以为7．5-8．5mS／cm，较好为7．9-8．5mS／cm，室温(25℃)下它的比粘度较好为2-10厘泊。当本专利技术的非水电解溶液用于制造锂蓄电池时，可使所得的蓄电池具有极好的安全性能。电池的安全性可通过铁钉(nailing)试验时不会发生起火或冒烟得到证实。含有非水电解溶液的蓄电池非水电解溶液蓄电池包括负电极，所述的负电极含有能掺杂和不掺杂锂离子的含碳材料作本文档来自技高网...

【技术保护点】
非水电解溶液，其特征在于它含有非水溶剂和（非水）电解质，所述的非水溶剂是含有碳酸亚乙酯（ＥＣ）、碳酸亚丙酯（ＰＣ）和碳酸二乙酯（ＤＥＣ），碳酸亚乙酯与碳酸亚丙酯的（混合）体积比（ＥＣ∶ＰＣ）为１０∶１－１０∶８。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：鸟井田昌弘，横山惠一，
申请(专利权)人：三井化学株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]