电解质和电池制造技术

本发明专利技术提供了使用在低温下能够确保有利的离子传导性的电解质的电池。固体电解质（１６）设置在正极（１４）和负极（１５）之间，该正极中正极活性物质层（１４Ｂ）形成在正极集电体（１４Ａ）上，而在该负极中负极活性物质层（１５Ｂ）形成在负极集电体（１５Ａ）上。电解质（１６）包含诸如富勒烯的碳簇和诸如锂盐的电解质盐。因此，相比于由诸如聚环氧乙烷的高分子化合物与锂盐构成的电解质，在低温下离子传导性的降低得以抑制。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种包含电解质盐的电解质及使用该电解质的电池。
技术介绍
近年来，诸如组合相机(磁带录像机)、移动电话、笔记本个人电脑的便携式电子 装置已经得到广泛应用，人们强烈需要减小其尺寸和重量，并实现其寿命的增长。因此，作 为便携式电子装置的电源，已经开发了一种电池，尤其是一种能够提供高能量密度的轻重 量二次电池。具体地，利用作为用于充放电反应的电极反应物的锂的嵌入和脱嵌的二次电 池(即所谓的锂离子二次电池)是非常有前景的，因为与铅电池和镍镉电池相比，这种二次 电池能够提供更高的能量密度。作为锂离子二次电池的电解质，广泛使用这样的液体电解质(电解液)，其中将作 为电解质盐的锂盐溶解在碳酸酯类溶剂中。然而，在使用该电解液的电池中，存在电解液渗 漏的可能性，从而其邻近的电子部件可能被损坏。因此，建议使用固体电解质来代替电解 液。固体电解质的实例包括无机固体电解质和有机固体电解质。在使用无机固体电解质的 情况下，难以在正极和负极的每一个的之间形成有利的界面，并且柔性低。因此，有机固体 电解质引起了关注。作为用于二次电池的有机固体电解质，广泛已知的是由高分子化合物和电解质盐 构成的电解质。对于使用由聚环氧乙烷所代表的聚醚化合物作为高分子化合物的固体电解 质，已进行了积极的研究。作为用于燃料电池的具有质子传导性的电解质膜，广泛使用全氟磺酸树脂。此外， 使用碳簇(诸如具有质子可离解基团的碳纳米管和富勒烯)的技术，以及使用高分子化合 物(其中具有离子可离解官能团的各个碳簇利用其间的连接基团进行相互连接)的技术是 已知的(例如，参见专利文献1和2)。对于上述碳簇，已经考虑了使用碳簇作为负极活性物 质的材料并作为二次电池中电解液的添加剂的技术(例如，参见专利文献3和4)。专利文献1 日本专利第3951225号专利文献2 日本未审查专利申请公开第2004-055562号专利文献3 日本未审查专利申请公开第2005-116327号专利文献4 日本未审查专利申请公开第2004-234949号
技术实现思路
然而，在用于二次电池的包含高分子化合物的上述固体电解质中，在高分子化合 物中离解的锂离子利用聚合物链的链段的移动而移动，从而产生离子传导性。因此，在低温 时，存在这样的趋势，即链段移动降低，则离子传导性也显著降低。因此，难以在宽的温度范 围内保持有利的电池特性。鉴于上述问题，本专利技术的目的在于提供一种电解质，利用这种电解质能够在低温 下确保有利的离子传导性，并提供一种使用该电解质的电池。本专利技术的电解质是固体电解质，并包含碳簇和含有碱金属盐和碱土金属盐中的至 少一种的电解质盐。本专利技术的电池包括正极、负极和固体电解质。所述固体电解质包含碳簇和含有碱 金属盐和碱土金属盐中的至少一种的电解质盐。根据本专利技术的电解质，包含碳簇。因此，即使电解质为固体电解质，也能够在低温 下确保有利的离子传导性。因此，根据包括本专利技术的电解质的电池，电解质在低温下的离子 传导性的降低得到抑制，由此能够保持有利的电池特性。附图说明图1是示出了根据本专利技术的实施方式的第一电池的结构的截面图。图2是示出了电解质(实施例1-1至1-4以及比较例1)中的离子传导性的温度 特性的示图。图3是示出了在其他电解质(实施例2-1和2-2以及比较例1)中的离子传导性 的温度特性的示图。具体实施例方式在下文中，将参照附图详细地描述本专利技术的实施方式。根据本专利技术的实施方式的电解质例如是用作诸如电池的电化学装置的固体电解 质，并且包含碳簇(carbon cluster)和电解质盐。“碳簇”是指含有碳作为主要元素的物 质，其中几十个至几百个的碳原子相结合，或者其中这样结合的原子发生聚集或结晶化。电解质包含碳簇的原因如下。如果电解质包含碳簇，则离子传导性可以在低温下 有利地得以保留，而不同于含有聚环氧乙烷或环氧乙烷并且其中阳离子通过聚合物链的链 段的移动(segment movement)而移动的聚合物。碳簇的实例包括球形结构、笼状结构、平面状结构以及圆筒状结构。可以单独使用 其中一种结构，或者可以通过混合使用其中的多种。此外，可以使用其单晶，或使用其多晶。球形结构的实例包括富勒烯及其衍生物。该衍生物例如通过将诸如官能团的原子 团引入至富勒烯中而形成，这同样适用于以下描述。富勒烯的实例包括c36、c6(l、cTO、c76、c78、 C80> C82, C84, C86, C88, C90, C92, C94和c96。富勒烯的衍生物的实例包括上述富勒烯的氧化物和 氢化物。具体地，优选C6tl富勒烯或其氧化物，因为它们能够相对容易地获得，并能够在低温 下确保有利的离子传导性。笼状结构的实例包括球状结构的缺陷体。其具体实例包括上述富勒烯及其衍生物 的缺陷体。该“缺陷体”具有例如通过缺失该球状结构的部分原子而得到的开口结构，并且 意指在生产所谓的煤烟(SOOt)结构时产生的副产物等。缺陷体的含义同样适用于以下描 述。平面状结构的实例包括石墨烯、其衍生物、及它们的缺陷体。圆筒状结构的实例包 括碳纳米管、其衍生物、及它们的缺陷体。碳簇优选为选自由富勒烯、碳纳米管、石墨烯、富勒烯的氢化物、碳纳米管的氢化 物、石墨烯的氢化物、富勒烯的氧化物、碳纳米管的氧化物、石墨烯的氧化物、及它们的缺陷 体组成的组中的至少一种，因为由此能够获得好的效果。电解质盐例如具有电池的电极反应物作为阳离子，并包含碱金属盐和碱土金属 盐中的至少一种。碱金属盐的实例包括锂盐、钠盐和钾盐。锂盐的具体实例包括六氟磷 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)、双(三氟甲磺酰亚胺)锂(LiN(CF3SO2)2)、双(五氟乙磺酰亚胺)锂 (LiN(C2F5SO2)2)、(三氟甲磺酰亚胺)(五氟乙磺酰亚胺)锂(LiN(CF3SO2) (C2F5SO2))、(三氟 甲磺酰亚胺)(七氟丙磺酰亚胺)锂(LiN(CF3SO2) (C3F7SO2))、(三氟甲磺酰亚胺)(九氟丁 磺酰亚胺)锂(LiN(CF3SO2) (C4F9S02))、1，2-全氟乙烷二磺酰亚胺锂、1，3_全氟丙烷二磺酰 亚胺锂、1，3-全氟丁烷二磺酰亚胺锂、1，4-全氟丁烷二磺酰亚胺锂、以及三(三氟甲烷磺酰 基)甲基化锂(LiC(CF3SO2)3)。可以单独使用这样的锂盐，或者通过混合使用它们中的多 种。电解质中的碳簇的摩尔数(Ml)与电解质盐的摩尔数(M2)的比率Ml/M2(摩尔比) 是任意设定的，但优选范围为1/4至4/1 (包括两个端值)，因为由此能够获得好的效果。在形成电解质时，例如，优选电解质通过在固相下粉碎并混合给定量的碳簇和给 定量的电解质盐而形成。由此，能够容易地形成上述电解质。如上所述，在该实施方式中的电解质是固体电解质，并含有碳簇和包含碱金属盐 和碱土金属盐中的至少一种的电解质盐。由此，低温下不会出现由于聚合物链的链段的移 动的抑制而造成的离子传导性的强烈下降，并且离子传导性可在较宽的温度范围内得到有 利保持，这与由诸如聚环氧乙烷的高分子化合物和电解质盐构成的现有固体电解质不同。 在该实施方式中，电解质可以是含有碳簇和电解质盐的粉末状混合物，或可以是本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电解质，其为固体电解质，并且包含碳簇和含有碱金属盐和碱土金属盐中的至少一种的电解质盐。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：武志一正，守冈宏之，
申请(专利权)人：索尼公司，
类型：发明
国别省市：JP[日本]