二次电池及包括二次电池的车辆制造技术

本发明专利技术的一个方式提供一种二次电池，该二次电池在较广的温度范围内可用而不容易受到环境温度的影响。此外，提供一种安全性高的二次电池。为了降低电极与电解质的界面电阻，使用混合高温特性优异的链状酯与5vol.％以上，优选为20vol.％以上的氟代碳酸酯而成的电解质，由此可以实现在较广的温度范围，具体为

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】二次电池及包括二次电池的车辆


本专利技术的一个方式涉及一种二次电池及其制造方法。此外，本专利技术的一个方式涉及一种包括二次电池的车辆等。本专利技术的一个方式涉及一种物品、方法或者制造方法。此外，本专利技术涉及一种工序(process)、机器(machine)、产品(manufacture)或者组合物(composition of matter)。本专利技术的一个方式涉及一种半导体装置、显示装置、发光装置、蓄电装置、照明装置、电子设备或它们的制造方法。在本说明书中，电子设备是指具有蓄电装置的所有装置，具有蓄电装置的电光装置、具有蓄电装置的信息终端装置等都是电子设备。在本说明书中，蓄电装置是指具有蓄电功能的所有元件以及装置。例如，锂离子二次电池等蓄电装置(也称为二次电池)、锂离子电容器及双电层电容器等都包括在蓄电装置的范畴内。

技术介绍

近年来，对利用电化学反应的锂离子二次电池、锂离子电容器及空气电池等各种蓄电装置的研究开发日益火热。尤其是，伴随手机、智能手机、笔记本型个人计算机等便携式信息终端、便携式音乐播放机、数码相机、医疗设备、混合动力汽车(HV)、电动汽车(EV)或插电式混合动力汽车(PHV)等新一代清洁能源汽车等半导体产业的发展，高输出、高能量密度的锂离子二次电池的需求量剧增，作为能够反复充电的能量供应源，成为现代信息化社会的必需品。锂离子二次电池在低温状态或高温状态下有充放电的问题。尤其是，二次电池是利用化学反应的电力储存单元，由此难以在冰点以下的低温下充分发挥性能。此外，有时锂离子二次电池在高温下的使用寿命减短，有可能发生异常。人们需求无论在使用或者保存时的环境温度如何都能够稳定发挥性能的二次电池。专利文献1公开了一种锂离子二次电池，其中使用包含氟的有机化合物。[先行技术文献][专利文献][专利文献1]美国专利第10483522号公报

技术实现思路

专利技术所要解决的技术问题本专利技术的一个方式的目的之一是提供一种二次电池，该二次电池在较广的温度范围内可用而不容易受到环境温度的影响。此外，本专利技术的一个方式的目的之一是提供一种安全性高的二次电池。本专利技术的一个方式的目的之一是提供一种新颖的物质、电解质、蓄电装置或它们
的制造方法。注意，这些目的的记载并不妨碍其他目的的存在。本专利技术的一个方式并不需要实现所有上述目的。可以从说明书、附图、权利要求书的记载中抽取上述目的以外的目的。解决技术问题的手段为了降低电极与电解质的界面电阻，使用混合高温特性优异的链状酯与5vol.％以上，优选为20vol.％以上的氟代碳酸酯而成的电解质，由此可以实现在较广的温度范围，具体为
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40℃以上且150℃以下，优选为
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40℃以上且85℃以下的范围内可工作的二次电池。本说明书所公开的结构是一种二次电池，该二次电池包括正极、电解质以及负极，电解质包括链状酯及5vol.％以上且95vol.％以下，优选为5vol.％以上且50vol.％以下，更优选为5vol.％以上且30vol.％以下的氟代碳酸酯。锂离子在与介电常数高的溶剂配位而被溶剂化的状态下溶解于电解质中。由于电位差或浓度差成为推动力，锂离子在与溶剂配位的状态下扩散。锂离子在进入正极或负极的层内时在去除溶剂的同时接近正极或负极表面。与锂离子单独存在的情况相比，锂在与溶剂分子配位的状态，即被溶剂化的状态下稳定。因此，去除溶剂分子的去溶剂化过程需要能量，这在传导锂离子时会成为界面电阻。通过使用上述电解质，可以适用于高温范围和低温范围的双方，其原理如下：在去除溶剂分子的去溶剂化过程中，通过使用作为吸电子基团的F原子取代，降低羧基的电子密度，容易发生去溶剂化，从而界面电阻减少。氟代碳酸酯的氟具有降低溶剂化能量的效果。此外，正极活性物质或负极活性物质有时因充放电而发生体积变化，但是通过在活性物质之间配置如氟代碳酸酯等包含氟的有机化合物，具有如下结果：即使在充放电时发生体积变化也容易得到平滑性并抑制裂缝，由此提高循环特性。多个正极活性物质之间存在着包含氟的有机化合物是很重要的。此外，多个负极活性物质之间存在着包含氟的有机化合物也是很重要的。作为电解质的成分，更优选使用氟代环状碳酸酯之一种或两种以上的组合。氟代环状碳酸酯可以提高不燃性，以提高锂离子二次电池的安全性。作为氟代环状碳酸酯，可以使用氟代碳酸乙烯酯，例如可以使用单氟代碳酸乙烯酯(碳酸氟代乙烯酯、FEC、F1EC)、二氟代碳酸乙烯酯(DFEC、F2EC)、三氟代碳酸乙烯酯(F3EC)、四氟代碳酸乙烯酯(F4EC)等。此外，作为DFEC，可以举出顺
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4，5、反
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4，5等异构体。作为电解质的成分，使用一种或两种以上的氟代环状碳酸酯使锂离子溶剂化，来在充放电时将锂离子传输到正极与负极间，这对在低温下工作来说是很重要的。通过使氟代环状碳酸酯给充放电时的锂离子传输做贡献而不起到少量添加剂的作用，可以实现在低温下工作。例如，单氟代碳酸乙烯酯(FEC)由下述式(1)表示。[化学式1]四氟代碳酸乙烯酯(F4EC)由下述式(2)表示。[化学式2]二氟代碳酸乙烯酯(DFEC)由下述式(3)表示。[化学式3]已知以二次电池的电解质整体中占小于5vol.％的方式使用氟代环状碳酸酯作为电解质的添加剂。本专利技术的一个方式的特征之一是不作为添加剂而作为电解质的成分使用氟代环状碳酸酯。通过使用氟代环状碳酸酯作为电解质的成分，降低在电解质中被溶剂化的锂离子进入正极(或负极)所需的去溶剂化能量。如果可以降低该去溶剂化能量，就在低温范围内也容易使锂离子嵌入正极(或负极)或脱嵌。此外，只要是具有降低溶剂化能量的效果的电解质，就不局限于氟代环状碳酸酯。例如，也可以使用包含氰基的环状碳酸酯。氰基或氟基也被称为吸电子基团。此外，本说明书所公开的另一结构是一种二次电池，该二次电池包括正极、电解质以及负极，电解质包括链状酯及5vol.％以上且95vol.％以下，优选为5vol.％以上且50vol.％以下，更优选为5vol.％以上且30vol.％以下的包含吸电子基团的环状碳酸酯。在上述结构中，吸电子基团为氟基或氰基。在上述结构中，作为电解质可以使用由下述式(4)表示的碳酸乙烯酯类化合物，R1与R2彼此相同或不同，并选自由氢、氟基、氰基以及碳原子数为1至5的氟代烷基构成的组中，但是R1和R2不均是氢。R1及R2中的任一个优选为吸电子基团。[化学式4]在上述各结构中，链状酯为5vol.％以上且80vol.％以下。此外，链状酯也可以包含氟。在本说明书中，电解质的成分是指二次电池的电解质整体中占5vol.％以上的成分。在此，二次电池的电解质整体中占5vol.％以上是指在制造二次电池时测量的电解质整体中的成分占比。此外，当在制造二次电池之后分解的情况下，难以对多种电解质的各比例
进行定量，但是可以判断某一种有机化合物是否在电解质整体中占5vol.％以上。此外，作为高温特性优异的链状酯，使用二甲基碳酸酯(DMC)、乙基甲基碳酸酯(EMC)、二乙基碳酸酯(DEC)等。例如，二甲基碳酸酯(DMC)由下述式(5)表示。[化学式5]此外，乙基甲基碳酸酯(EMC)由下述式本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种二次电池，包括：正极；电解质；以及负极，其中，所述电解质包括：链状酯；以及5vol.％以上且95vol.％以下的氟代碳酸酯。2.根据权利要求1所述的二次电池，其中所述氟代碳酸酯为氟代碳酸乙烯酯。3.根据权利要求1或2所述的二次电池，其中所述链状酯为二乙基碳酸酯。4.根据权利要求1至3中任一项所述的二次电池，其中所述氟代碳酸酯与锂离子被溶剂化。5.一种二次电池，包括：正极；电解质；以及负极，其中，所述电解质包括：链状酯；以及5vol.％以上且95vol.％以下的包含吸电子基团的环状碳酸酯。6.根据权利要求5所述的二次电池，其中所述吸电子基团为氟基或氰基...

【专利技术属性】
技术研发人员：荻田香，栗城和贵，米田祐美子，门间裕史，铃木邦彦，岩城裕司，山崎舜平，
申请(专利权)人：株式会社半导体能源研究所，
类型：发明
国别省市：