电解液和电池制造技术

本发明专利技术提供能够改善循环特性的电解液和电池。隔膜中浸渍有电解液。电解液包括具有卤素原子的环状碳酸酯衍生物例如４－氟－１，３－二氧戊环－２－酮或４－氯－１，３－二氧戊环－２－酮，以及环状酰亚胺盐例如１，１，２，２，３，３－六氟丙烷－１，３－二磺酰亚胺锂。由此，可以抑制电解液的分解反应，并且可以改善循环特性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及包含电解质盐的电解液以及使用该电解液的电池。
技术介绍
近年来，已经出现了大量的便携式电子设备，例如可携式摄像机、数字照相机、蜂窝电话、个人数字助手和膝上型电脑，并且已进行减小它们的尺寸和重量的尝试。已积极促进了目标在于改善用作电子设备的便携式电源的电池(特别是二次电池)的能量密度的研究和开发。在这些电池中，使用碳材料用于负极、锂(Li)和过渡金属的复合材料用于正极和碳酸酯用于电解液的锂离子二次电池与现有技术中的铅酸电池和镍镉电池相比，可获得高的能量密度，因此锂离子二次电池已经广泛地实际应用。而且，近来随着便携式电子设备的性能的增强，已期望进一步改善容量，并且已经研究了使用锡(Sn)或硅(Si)作为负极活性材料以代替碳材料。这是因为锡和硅的理论容量分别是994mAh/g和4199mAh/g，其比372mAh/g的石墨的理论容量大的多，因此，可预计容量改善。特别是，据报道通过在通过在集电体上形成锡或硅的薄膜而形成的负极中，负极活性材料不会由于锂的嵌入和脱嵌而粉碎，并且可以保持相对大的放电容量(例如，参见国际公开号WO01/031724的内容)。此外，作为能够获得高能量密度的二次电池，有使用锂金属用于负极并且仅使用锂金属的沉积和溶解反应用于负极反应的锂金属二次电池。锂金属具有2054mAh/cm3的理论电化学当量，其比石墨的理论电化学当量大2.5倍，因此锂金属二次电池有希望改善容量。许多研究者已经进行了目标在于将锂金属二次电池实际应用的研究和开发(例如，参见“Lithium Batteries”，由Jean-Paul Gabano编辑，Academic Press，1983，London，New York)。此外，最近已开发了一种二次电池，其中负极容量包含通过锂嵌入和脱嵌的容量部分和通过锂析出和溶解的容量部分，并以它们之和表示(例如，参见国际公开号WO01/22519的内容)。在二次电池中，能够嵌入和脱嵌锂的碳材料用作负极，并且在充电过程中，锂沉积在碳材料的表面上。如锂金属二次电池的情况一样，该二次电池有希望获得高能量密度。
技术实现思路
然而，在以这种方式使用锡、硅或锂金属用于负极的电池中，其活性比现有技术中使用碳材料用于负极的电池的活性高，因此有这样的问题当使用在现有技术中用于电解液的碳酸酯、六氟磷酸锂等等时，电解液将分解，并且锂钝化。因此，当重复充电和放电时，充放电效率下降，因此难以获得足够的循环特性。众所周知，即使在碳材料用作负极活性材料的情况下，当电池电压增大时，放电容量也得到改善；然而，在这种情况下，有这样的问题电解液容易分解，因此充放电效率下降，并且循环特性下降。考虑到以上所述，希望提供一种能改善循环特性的电解液，以及使用该电解液的电池。根据本专利技术的实施方式，提供一种电解液，包含环状酰亚胺盐；和具有卤素原子的环状碳酸酯衍生物。根据本专利技术的第一实施方式，提供一种电池，包含正极、负极、以及电解液，其中该负极包含能嵌入和脱嵌电极反应物的材料，且包含选自金属元素和准金属元素的至少一种作为构成元素，并且该电解液包含环状酰亚胺盐。根据本专利技术的第二实施方式，提供一种电池，包含正极、负极、以及电解液，其中每对正极和负极在完全充电的状态下的开路电压是4.25V或更高，并且该电解液包含环状酰亚胺盐。根据本专利技术的第三实施方式，提供一种电池，包含正极、负极、以及电解液，其中锂金属用作负极活性材料，并且该电解液包含环状酰亚胺盐和具有卤素原子的环状碳酸酯衍生物。根据本专利技术的第四实施方式，提供一种电池，包含正极、负极、以及电解液，其中该负极的容量包括通过轻金属的嵌入和脱嵌的容量部分和通过轻金属的析出和溶解的容量部分，并且以它们的总和表示，并且该电解液包含环状酰亚胺盐和具有卤素原子的环状碳酸酯衍生物。在根据本专利技术的实施方式的电极液中，包含环状酰亚胺盐，因此可以抑制电解液的分解反应，并且进一步包含具有卤素原子的环状碳酸酯衍生物，因此可以获得较高的效果。在根据本专利技术的第一和第二实施方式的电池中，包含环状酰亚胺盐，因此可以抑制电解液的分解反应，并且可以改善循环特性。而且，当进一步包含具有卤素原子的环状碳酸酯衍生物时，可以进一步抑制电解液的分解反应，并且可以进一步改善循环特性。在根据本专利技术的第三和第四实施方式的电池中，包含环状酰亚胺盐和具有卤素原子的环状碳酸酯衍生物，因此可以抑制电解液的分解反应，并且可以改善循环特性。特别地，当电解液中的酰亚胺盐的含量在0.1重量％至31重量％的范围内(包括端点)时，可以获得较高的效果。而且，当电解液包含选自具有不饱和键的环状碳酸酯和磺内酯的至少一种时，可以改善在高温条件下的循环特性。本专利技术的其它和进一步的目的、特征和优点将从以下的描述中更充分地体现。附图说明图1是使用根据本专利技术实施方式的电解液的第一种二次电池的截面图；图2是在图1中示出的二次电池中的螺旋卷绕电极体的部分的放大截面图；图3是使用根据本专利技术实施方式电解液的第五种二次电池的分解透视图；图4是沿图3的线I-I的螺旋卷绕电极体的截面图；图5是实例中形成的二次电池的截面图；图6是关于实例中形成的含CoSnC的材料通过X射线光电子能谱法获得的峰的实例的图；图7为显示最大充电电压和放电容量保持率之间的关系的曲线图。具体实施例方式下面将参照附图详细描述优选实施方式。根据本专利技术实施方式的电解液包含例如溶剂和溶解在该溶剂中的电解质盐。溶剂包括相对介电常数是30或更大的高介电常数溶剂，因为通过高介电常数溶剂可以增加锂离子的数量。高介电常数的实例包含碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯、碳酸亚丁酯、环状碳酸酯例如1，3-间二氧杂环戊烯(dioxol)-2-酮和4-乙烯基-1，3-二氧戊环-2-酮、其中环状碳酸酯中的部分氢被卤素取代的碳酸酯衍生物、内酯例如γ-丁内酯和γ-戊内酯、内酰胺例如N-甲基-2-吡咯烷酮、环状氨基甲酸酯例如3-甲基-2-噁唑烷二酮、砜化合物例如四亚甲基砜和磺内酯。选自上述的一种或包括选自上述的两种或多种的混合物可以用作高介电常数溶剂。其中，优选具有卤素原子的环状碳酸酯衍生物，因为可以抑制溶剂的分解反应。作为这种碳酸酯衍生物，例如列举化学式1中表示的碳酸酯衍生物，且更具体地说，列举在所引用的化学式2(1)至2(26)中所示的碳酸酯衍生物。其中，优选化学式2(1)表示的4-氟-1，3-二氧戊环-2-酮或化学式2(2)表示的4-氯-1，3-二氧戊环-2-酮，且尤其是，期望4-氟-1，3-二氧戊环-2-酮，因为可以获得较高的效果。(化学式1) 其中R11、R12、R13和R14各自代表氢、氟、氯、溴、甲基、乙基或其中甲基或乙基中部分氢被氟、氯和溴取代的基团，且R11、R12、R13和R14中的至少一个是具有卤素的基团，并且它们可彼此相同或不同。(化学式2) 而且，优选具有不饱和键的环状碳酸酯例如化学式3(1)中表示的1，3-间二氧杂环戊烯-2-酮或化学式3(2)中表示的4-乙烯基-1，3-二氧戊环-2-酮，或磺内酯如化学式4(1)中显示的1，3-丙烷磺内酯或化学式4(2)中显示的3-丙烯磺内酯，因为可以抑制溶剂的分解反应，并且可以获得在高温条件下的高效果。在电解液中包含具有不饱和键的环状碳酸酯的情况下，环状碳酸酯的含量优选在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电解液，包含：环状酰亚胺盐；和具有卤素原子的环状碳酸酯衍生物。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：川岛敦道，井原将之，山口裕之，堀内博志，窪田忠彦，山口晃，高木久美子，
申请(专利权)人：索尼株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]