專利名稱：用于二次電池的電解液、二次電池、電子裝置及電動工具的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于二次電池的電解液，使用所述用于二次電池的電解液的二次電池，以及各自使用所述二次電池的電子裝置、電動工具、電動車輛和電力儲存系統。
背景技術：
近年來，已經廣泛使用了由移動電話、個人數字助理(PDA)等代表的電子裝置，且強烈需要實現其甚至更小型化、輕質化和長壽命。遵循這個，推進了作為電源的電池，特別是小尺寸且輕質的且由其可獲得高能量密度的二次電池的開發。近來，關于這種二次電池，還研究了不僅將其應用于上述電子裝置，而且應用于由電動工具如動力鉆機、電動車輛如電動汽車和電力儲存系統如家用電力服務器代表的各種應用。作為二次電池，廣泛提議了使用各種充放電原理的二次電池。尤其是，將利用鋰離·子的嵌入和脫嵌的鋰離子二次電池看作是有希望的。這是因為，可以獲得比鉛蓄電池或鎳鎘電池等更高的能量密度。二次電池配備有電解液與正極和負極，且所述正極和所述負極分別包含正極活性物質和負極活性物質。為了獲得高電池容量，將Li復合氧化物如LiCoO2用作正極活性物質，并且還將碳材料如石墨用作負極活性物質。通常，在2. 5V至4. 2V的運行電壓下使用這種二次電池。即使在單電池中也可以將運行電壓提高至4. 2V的原因在于下述事實，正極和負極通過隔膜相互隔開，或者將電解液的組成電化學穩定化。現在，在目的在于甚至大大提高二次電池的性能并擴展其應用時，為了大大提高電池容量，經研究，使得充電電壓高于4. 2V，從而使得正極活性物質可具有高能量密度。然而，如果使充電電壓高于4. 2V，則特別是在高溫環境中在正極表面附近中電解液被氧化且發生分解，因此，作為二次電池重要特性的循環特性容易下降。在所述情況下，因電解液的分解反應而在電池內產生氣體，并且產生電池膨脹和液體泄漏且在場合需要時產生電池爆炸等，因此，也存在安全性下降的可能性。因而，為了改善循環特性等，提議了通過金屬氧化物來覆蓋正極的表面或正極活性物質的表面(參見，例如，日本專利號3172338和JP-A-2000-195517)。據此，由于過渡金屬難以從正極溶出至電解液中，所以改善了電池壽命。另外，為了改善高溫特性等，提議了在電極中添加鄰苯二甲酰亞胺化合物或腈衍生物等(參見，例如，JP-A-2002-270181和JP-A-2005-072003)。在前一種情況下，由于已經溶出至電解液中的鄰苯二甲酰亞胺化合物吸附在正極或負極的表面上，所以在正極中抑制了過渡金屬的溶出，且在負極中也抑制了過渡金屬的析出。在后一種情況下，為了抑制電池膨脹，將環狀或鏈狀酯和內酯等的混合溶劑與腈衍生物一起使用。此外，為了提高在高溫環境中的循環特性、儲存特性、膨脹特性等，提議了在電解液中添加具有氮作為構成元素的芳族化合物(參見，例如，US-A-2009/0035646、JP-A-2001-09357UJP-A-07-003101 和 JP-A-05-029019)。作為這種芳族化合物，使用聯吡啶、三乙胺或者1，8-雙(二甲基氨基)萘或其衍生物等。
發明內容
為了改善在為了提高電池容量而提高充電電壓的情況下引起的問題，已經進行了各種研究。然而，很難說已經制定了足夠的對策。特別地，在考慮到安全性時，如果將添加劑添加至電解和電解液等中，則添加劑在電池內發生反應而形成電阻體(電阻器，resistor),從而使得特別地，循環特性在高溫環境中容易下降。因而，強烈需要獲得用于使得能夠確保二次電池的高溫特性，即，即使在高溫環境中也能夠確保循環特性的對策。因此期望提供其各自能夠提高高溫特性的用于二次電池的電解液、二次電池、電子裝置、電動工具、電動車輛和電力儲存系統。根據本發明實施方式的用于二次電池的電解液包含含氮化合物，其中所述含氮化合物包含含有一個或兩個以上芳環的芳族骨架(aromatic skeleton)以及與所述一個或兩個以上芳環結合且由下式(I)表示的一個或兩個以上含氮官能團。另外，根據本發明實施方式的二次電池包含上述用于二次電池的電解液以及正極和負極。此外，根據本發明實施方式的電子裝置、電動工具、電動車輛和電力儲存系統使用上述二次電池。
權利要求
1.一種二次電池，包括 正極； 負極；以及 電解液，所述電解液包含含氮芳族化合物，其中， 所述含氮芳族化合物包含含有一個或兩個以上芳環的芳族骨架以及與所述一個或兩個以上芳環結合且由下列式(I)表示的一個或兩個以上含氮官能團
2.根據權利要求I所述的二次電池，其中，所述芳族骨架是選自由萘、聯苯、菲、芴和雜芴組成的組中的成員。
3.根據權利要求I所述的二次電池，其中，所述式(I)中的Y是供電子基團。
4.根據權利要求3所述的二次電池，其中，所述式(I)中的Y為二烷基氨基和芳基中的至少一種。
5.根據權利要求I所述的二次電池，其中，所述含氮官能團的數目為2以上。
6.根據權利要求I所述的二次電池，其中， 所述芳環包含兩個以上環，且一個或多個含氮官能團與所述兩個以上環中的至少兩個環的每個芳環結合，以及 使得碳原子的數目變得最小的從結合一個含氮官能團的環中的碳原子到結合另一個含氮官能團的其他環中的碳原子計數的值為2以上且不大于4。
7.根據權利要求I所述的二次電池，其中，所述含氮芳族化合物包含由下列式(2)至(5)表示的化合物中的至少一種 [〔;2]ζ2 Xl Χ2//W.N Jal I N Ja2 …⑵ (ROm [R2)c1 其中，Xl和X2各自表示C或P ;Y1、Y2、R1和R2各自表示由一種或兩種以上的下述元素構成的基團，所述元素選自由H、C、N、0、S、F、Cl、Br和I組成的組，條件是X1、X2、Y1、Y2、Rl和R2中的任意兩個以上可以相互結合來形成環結構；zl和ζ2各自為2或3 ;并且al、a2、bl和Cl各自表示整數且分別滿足al彡O、a2彡O、bl彡O和cl彡O的關系，條件是(al+a2)彡 1，
8.根據權利要求I所述的二次電池，其中，所述含氮芳族化合物包含由下列式(6)至(13)表示的化合物中的至少一種
9.根據權利要求I所述的二次電池，其中，所述含氮芳族化合物在所述電解液中的含量為O. OOl重量％以上且不大于10重量％。
10.根據權利要求I所述的二次電池，其中，所述電解液包含非水溶劑，并且所述非水溶劑包含4-氟-1，3- 二氧戊環-2-酮和4，5- 二氟-1，3- 二氧戊環_2_酮中的至少一種作為鹵代環狀碳酸酯。
11.根據權利要求10所述的二次電池，其中，所述鹵代環狀碳酸酯在所述非水溶劑中的含量為O. 01重量％以上且不大于30重量％。
12.根據權利要求I所述的二次電池，其中， 所述正極和所述負極經由包含高分子化合物的隔膜而層壓，以及 所述隔膜具有由兩種以上高分子化合物在厚度方向上的層壓體構成的多層結構，或者由兩種以上具有相互不同組成的高分子化合物在厚度方向上構成的單層結構。
13.根據權利要求12所述的二次電池，其中，所述高分子化合物包含選自由下述組成的組中的至少一種成員聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、芳族聚酰胺、聚酰胺酰亞胺、聚酰胺、聚酰亞胺、聚醚酰亞胺和聚丙烯腈。
14.根據權利要求I所述的二次電池，其中，完全充電狀態下的開路電壓為4.25V以上且不大于6. OOV0
15.根據權利要求I所述的二次電池，所述二次電池為鋰離子二次電池。
16.根據權利要求I所述的二次電池，其中，所述正極包括LiFePO4或LiFe1JfauPO4作為正極材料，其中u〈I。
17.一種用于二次電池的電解液，包含含氮芳族化合物，其中， 所述含氮芳族化合物包含含有一個或兩個以上芳環的芳族骨架以及與所述一個或兩個以上芳環結合且由下列式(I)表示的一個或兩個以上含氮官能團
18.一種電子裝置，包括根據權利要求I至16中任一項所述的二次電池。
19.一種電動工具，包括根據權利要求I至16中任一項所述的二次電池。
20.一種電動車輛，包括根據權利要求I至16中任一項所述的二次電池。
21.一種電力儲存系統，包括根據權利要求I至16中任一項所述的二次電池。
全文摘要
本發明提供了一種用于二次電池的電解液、二次電池、電子裝置及電動工具。所述二次電池包括正極、負極以及電解液，所述電解液包含含氮芳族化合物，其中所述含氮芳族化合物包含含有一個或兩個以上芳環的芳族骨架以及與所述一個或兩個以上芳環結合且由下式(1)表示的一個或兩個以上含氮官能團其中X表示C或P；Y表示由一種或兩種以上的下述元素構成的基團，所述元素選自由H、C、N、O、S、F、Cl、Br和I組成的組，條件是X和Y中的任意兩個以上可以相互結合來形成環結構，且z是2或3。
文檔編號H01M10/0567GK102790238SQ20121014489
公開日2012年11月21日 申請日期2012年5月10日 優先權日2011年5月17日
發明者吉村謙太郎, 洼田忠彥 申請人:索尼公司