非水电解质蓄电元件及其制造方法技术

本发明专利技术的一个方式是一种非水电解质蓄电元件，其具备：具有每单位面积的容量密度为5mAh/cm2以上的正极活性物质层的正极；具有金属锂的负极；以及，包含离子液体和氟化醚的非水电解质。水电解质。水电解质。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】非水电解质蓄电元件及其制造方法


[0001]本专利技术涉及非水电解质蓄电元件及其制造方法。

技术介绍

[0002]以锂离子二次电池为代表的非水电解质二次电池由于其高能量密度而广泛用于个人计算机、通信终端等电子设备、汽车等。上述非水电解质二次电池一般构成为：具有一对由隔离件电隔离的电极和介于该电极之间的非水电解质，并且，在两电极之间进行离子的授受，由此进行充电和放电。另外，作为除非水电解质二次电池以外的非水电解质蓄电元件，还广泛使用锂离子电容器、双电层电容器等电容器。作为非水电解质蓄电元件中使用的具有高能量密度的负极活性物质，已知金属锂(参照专利文献1、2)。
[0003]另外，近年来，使用离子液体作为非水电解质的非水电解质蓄电元件的研究也在进行中(参照专利文献3、4)。离子液体具有其自身常温下为液体、基本不挥发、具有高阻燃性等优点。
[0004]现有技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献1：日本特开2016－100065号公报
[0007]专利文献2：日本特开平7－245099号公报
[0008]专利文献3：日本特开2001－319688号公报
[0009]专利文献4：日本特开2003－331918号公报

技术实现思路

[0010]在负极活性物质中使用金属锂的非水电解质蓄电元件中，也正在研究使用包含离子液体的非水电解质。另外，从提高非水电解质蓄电元件的能量密度等观点出发，优选在正极也实现容量密度提高等。但是，根据专利技术人等的研究，在负极活性物质中使用金属锂、使用包含离子液体的非水电解质的非水电解质蓄电元件中，在提高正极的容量密度的情况下，具有因重复充电和放电而容易发生短路的不良情况。
[0011]本专利技术是基于以上情况而进行的，其目的在于提供具备具有每单位面积的容量密度为5mAh/cm2以上的正极活性物质层的正极、具有金属锂的负极和包含离子液体的非水电解质、且抑制因重复充电和放电而发生短路的非水电解质蓄电元件、以及这样的非水电解质蓄电元件的制造方法。
[0012]本专利技术的一个方式的非水电解质蓄电元件具备具有每单位面积的容量密度为5mAh/cm2以上的正极活性物质层的正极、具有金属锂的负极、以及包含离子液体和氟化醚的非水电解质。
[0013]本专利技术的另一方式的非水电解质蓄电元件具备正极、具有金属锂的负极和包含离子液体的非水电解质，通常使用时的充电终止电压的正极电位超过4.2V(vs.Li/Li
+
)，上述离子液体以不具有醚基的离子液体为主要成分。
[0014]本专利技术的另一方式的非水电解质蓄电元件的制造方法具备准备具有每单位面积的容量密度为5mAh/cm2以上的正极活性物质层的正极、准备具有金属锂或充电时可析出金属锂的表面区域的负极、以及准备包含离子液体和氟化醚的非水电解质。
[0015]根据本专利技术的一个方式，可以提供具备具有每单位面积的容量密度为5mAh/cm2以上的正极活性物质层的正极、具有金属锂的负极和包含离子液体的非水电解质、且抑制因重复充电和放电而发生短路的非水电解质蓄电元件、以及这样的非水电解质蓄电元件的制造方法。
附图说明
[0016]图1是表示本专利技术的一个实施方式的非水电解质蓄电元件的外观立体图。
[0017]图2是表示将多个本专利技术的一个实施方式的非水电解质蓄电元件集合而构成的蓄电装置的概略图。
具体实施方式
[0018]首先，对本说明书所公开的非水电解质蓄电元件和非水电解质蓄电元件的制造方法的概要进行说明。
[0019]本专利技术的一个方式的非水电解质蓄电元件具备具有每单位面积的容量密度为5mAh/cm2以上的正极活性物质层的正极、具有金属锂的负极、以及包含离子液体和氟化醚的非水电解质。
[0020]本专利技术的一个方式的非水电解质蓄电元件具备具有每单位面积的容量密度为5mAh/cm2以上的正极活性物质层的正极、具有金属锂的负极和包含离子液体的非水电解质，抑制因重复充电和放电而发生短路。该理由尚未明确，但是推测其理由如下。通常，在负极活性物质中使用金属锂的非水电解质蓄电元件中，充电时金属锂有时在负极表面呈树枝状析出(以下，将呈树枝状方式的金属锂称为“枝晶”)。如果该枝晶生长并贯通隔离件而与正极接触，则引起短路。另外，构成非水电解质的成分在负极上还原分解也可以成为促进枝晶生长的因素。而且，在正极活性物质层的每单位面积的容量密度高的情况下，可以认为由于充电时的每单位面积的电流密度变高，所以负极表面的枝晶的生长速度快，容易发生短路。与此相对，在本专利技术的一个方式的非水电解质蓄电元件中，通过在包含离子液体的非水电解质中包含氟化醚，非水电解质的粘度降低，离子液体自身的还原分解得到抑制。另外，氟化醚在氟化溶剂中不易发生还原分解。由此推测，根据本专利技术的一个方式的非水电解质蓄电元件，尽管正极活性物质层的每单位面积的容量密度高，但是抑制因重复充电和放电而发生短路。
[0021]另外，该非水电解质蓄电元件的库伦效率也高。该理由也尚未明确，但是推测其理由如下。通过在包含离子液体的非水电解质中包含氟化醚，如上所述非水电解质的粘度降低，离子液体自身的还原分解得到抑制。另外，可以认为由于氟化醚难以与非水电解质中的离子配位，所以不阻碍将在负极活性物质中使用金属锂的非水电解质蓄电元件的库伦效率相对提高的离子液体的特性。应予说明，如后述的比较例所示，推测在包含离子液体的非水电解质中包含除氟化醚以外的其他氟化溶剂的情况下，库伦效率降低是因为其他氟化溶剂与非水电解质中的离子配位，阻碍上述离子液体的特性。这样，推测根据该非水电解质蓄电
元件，通过使用混合有离子液体和氟化醚的非水电解质，粘度降低而不阻碍上述离子液体的特性，其结果，库伦效率提高。另外，该非水电解质蓄电元件即使重复充电和放电也能够维持高的库伦效率，其结果，充电和放电循环后的容量维持率也高。进而，该非水电解质蓄电元件具备具有每单位面积的容量密度为5mAh/cm2以上的正极活性物质层的正极和具有金属锂的负极，因此能量密度高。
[0022]正极活性物质层的每单位面积的容量密度在非水电解质蓄电元件的设计明确的情况下为通过下式(a)求出的值，在非水电解质蓄电元件的设计不明的情况下为通过以下的容量确认试验和下式(b)求出的值。下式(a)和(b)中，“容量密度”是指正极活性物质层的每单位面积的容量密度。另外，下式(a)中，“额定容量”是指将非水电解质蓄电元件采用对该非水电解质蓄电元件推荐或指定的充电和放电条件并使该非水电解质蓄电元件成为满充电状态后进行放电至完全放电状态时的放电容量，在制备用于该非水电解质蓄电元件的充电器的情况下，是指应用该充电器进行充电的情况。“有效面积”是指正极活性物质层和负极活性物质层相对的面积。
[0023](在非水电解质蓄电元件的设计明确的情况下)
[0024]非水电解质蓄电元件的额定容量(mAh)/正极活性物质层的有效面积(cm2)＝容量密度(mAh/cm2)
···...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种非水电解质蓄电元件，具备：正极，其具有每单位面积的容量密度为5mAh/cm2以上的正极活性物质层；具有金属锂的负极；以及包含离子液体和氟化醚的非水电解质。2.根据权利要求1所述的非水电解质蓄电元件，其中，所述正极含有：具有α－NaFeO2型晶体结构或尖晶石型晶体结构的锂过渡金属复合氧化物，或者，包含镍、钴或锰的聚阴离子化合物。3.根据权利要求1或2所述的非水电解质蓄电元件，其通常使用时的充电终止电压的正极电位为3.5V(vs.Li/Li
+
)以上。4.根据权利要求1、2或3所述的非水电解质蓄电元件，其中，所述非水电解质进一步包含双(氟磺酰基)亚胺锂。5.根据权利要求1、2或3所述的非水电解质蓄电元件，其中，所述非水电解质进一步包含锂盐，所述非水电解质中的所述锂盐的含量为1.5mol/dm3以上。6.根据权利要求1～5中任一项所述的非水电解质蓄电元件，其中，所述氟化醚的氟原子数为2～6。7.根据权利要求1～6中任一项所述的非水电解质蓄电元件，其中，相对于所述氟化醚的氢原子数和氟原子数的合计的、所述氟原子数比率为10％～50％。8.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：山梶正树，
申请(专利权)人：株式会社杰士汤浅国际，
类型：发明
国别省市：