蓄電器件的制作方法
【專利摘要】本文公開的蓄電器件具有第1電極(正極20)、第2電極(負極21)和非水電解液。第1電極含有具有醌骨架的有機化合物作為活性物質(zhì)。第2電極具有與第1電極相反的極性。非水電解液含有鋰鹽和下式(1)所表示的溶劑。R-O(CH2CH2O)n-R'----(1)，式(1)中，R和R'分別獨立地表示碳原子數(shù)1～5的飽和烴基，n是2～6的整數(shù)。
【專利說明】蓄電器件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及蓄電器件。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著電子技術(shù)的進步，移動電話、便攜型個人計算機、便攜信息終端(PDA，Personal Data Assistance)、便攜型游戲機等便攜型電子設備迅速普及。相應地,作為便攜型電子設備的電源，二次電池等蓄電器件的需求增加。在這些中，鋰離子二次電池由于電動勢和能量密度高、比較容易適應小型化，因而作為便攜型電子設備的電源而廣泛應用。
[0003]由于便攜型電子設備的廣泛應用，要求便攜型電子設備提高輕量化、小型化、多功能化等性能。于是，期望作為便攜型電子設備的電源使用的電池例如高能量密度化。為了電池的高能量密度化，采用能量密度高的電極活性物質(zhì)的方法是有效的。因此，針對正極活性物質(zhì)和負極活性物質(zhì)兩者，對能量密度高的新穎材料進行了積極地研究開發(fā)。
[0004]例如，研究了將能夠可逆地發(fā)生氧化還原反應的有機化合物用作電極活性物質(zhì)。有機化合物的比重為lg/cm3左右，比以往用作電極活性物質(zhì)的鈷酸鋰等無機氧化物更輕量。因此，通過采用有機化合物作為電極活性物質(zhì)，可以獲得重量能量密度高的蓄電器件。此外，如果使用不含有重金屬的有機化合物作為電極活性物質(zhì)，還能夠降低稀有金屬資源的枯竭、資源價格的變動、由重金屬泄漏引起的環(huán)境污染等的風險。
[0005]作為具體的嘗試，已經(jīng)提出了，在含有非水電解質(zhì)的紐扣型二次電池中使用9，10-菲醌作為正極活性物質(zhì)，使用鋰離子作為相對離子(參照專利文獻I)。專利文獻I的電池中，正極含有9，10-菲醌和碳等導電劑。正極的對電極由金屬鋰形成。電解質(zhì)由以Imol/升的濃度溶解高氯酸鋰的碳酸亞丙酯溶液形成。
[0006]但9，10-菲醌容易在電解質(zhì)(液狀電解質(zhì))中溶解。其溶解性大大取決于電解質(zhì)的成分和量、以及電池的構(gòu)造。專利文獻I中雖然沒有關(guān)于正極活性物質(zhì)在電解質(zhì)中溶解的記載，但由于放電容量隨著充放電循環(huán)而降低，所以可以認為，正極活性物質(zhì)在電解質(zhì)中的溶解沒有被充分抑制。為了使9，10-菲醌作為電極活性物質(zhì)實用化，抑制其在電解質(zhì)中溶解是不可缺少的。
[0007]出于抑制菲醌化合物在電解質(zhì)中溶解的目的，已經(jīng)提出了使用在主鏈上具有菲醌骨架的高分子化合物作為電極活性物質(zhì)(參照專利文獻2和3)。專利文獻2公開了以2，7位使9，10-菲醌聚合而成的高分子化合物。專利文獻3公開了以苯基、噻吩基等芳香族化合物作為連接部，與9，10-菲醌的2，7位或3，6位結(jié)合的高分子化合物。通過使用專利文獻2和3所公開的高分子化合物作為電極活性物質(zhì)，有可能能夠在不破壞9，10-菲醌的電化學特性的情況下抑制在電解質(zhì)中溶解。
[0008]現(xiàn)有技術(shù)文獻
[0009]專利文獻
[0010]專利文獻1:日本特開昭56-86466號公報
[0011]專利文獻2:日本特開2008-222559號公報[0012]專利文獻3:國際公開第2009/118989號
[0013]專利文獻4:日本特開2004-079356號公報
[0014]專利文獻5:日本特開2006-040829號公報
[0015]專利文獻6:日本特開2010-73489號公報
[0016]專利文獻7:日本特開2010-287481號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0017]發(fā)明要解決的課題
[0018]但要使使用菲醌化合物等醌化合物作為電極活性物質(zhì)的蓄電器件實用化，需要反復特性的進一步改善。特別是對于在使用在電解液中的溶解性得到抑制的醌化合物作為電極活性物質(zhì)時、電解質(zhì)鹽和電解質(zhì)溶劑的合適組合的認識并不充分。本發(fā)明的目的是使用具有醌骨架的有機化合物作為電極活性物質(zhì)，提供具有高能量密度和優(yōu)異的充放電反復特性的蓄電器件。
[0019]解決課題的手段
[0020]S卩、本文提供了一種蓄電器件，其具有第I電極、第2電極和非水電解液，所述第I電極含有具有醌骨架的有機化合物作為活性物質(zhì)，所述第2電極具有與所述第I電極相反的極性，所述非水電解液含有鋰鹽和下式(I)所表示的溶劑，
[0021]R-O(CH2CH2O)n-R, (I)
[0022]式(I)中，R和R’分別獨立地表示碳原子數(shù)I?5的飽和烴基，η是2?6的整數(shù)。
[0023]發(fā)明效果
[0024]上述蓄電器件，在第I電極中使用具有醌骨架的有機化合物作為活性物質(zhì)。通過這樣，能夠?qū)崿F(xiàn)高能量密度。此外，通過使用含有鋰鹽和式(I)所表示的溶劑的非水電解液，能夠?qū)崿F(xiàn)優(yōu)異的反復特性。進而、通過使用具有醌骨架的有機化合物作為活性物質(zhì)，能夠減少重金屬的使用量，或不使用重金屬就行。通過這樣，能夠降低由稀少金屬資源的枯竭造成的資源價格的變動風險和重金屬的泄露等環(huán)境風險。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1是本發(fā)明的蓄電器件的一實施方案的紐扣型電池的模式截面圖。
【具體實施方式】
[0026]本發(fā)明人在使用醌化合物作為活性物質(zhì)的蓄電器件的研究過程中，對醌化合物的充放電反應機理進行了深入研究。結(jié)果弄清楚了隨著充放電進行的醌化合物的容量老化機理。具體地說，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)了含有醌骨架的分子結(jié)構(gòu)與電解質(zhì)的組成的組合、與蓄電器件的反復特性極其關(guān)聯(lián)。
[0027]本公開中的第I方案提供了一種蓄電器件，具有第I電極、第2電極和非水電解液，所述第I電極含有具有醌骨架的有機化合物作為活性物質(zhì)，所述第2電極具有與所述第I電極相反的極性，所述非水電解液含有鋰鹽和下式(I)所表示的溶劑，
[0028]R-O(CH2CH2O)n-R, (I)[0029]式(I)中，R和R’分別獨立地表示碳原子數(shù)I?5的飽和烴基，η是2?6的整數(shù)。
[0030]第2方案是在第I方案的基礎上，提供所述非水電解液還含有鏈狀碳酸酯的蓄電器件。使用含有鏈狀碳酸酯的非水電解液的蓄電器件，在室溫和低溫的充放電性能優(yōu)異。由于非水電解液的耐氧化性優(yōu)異，所以即使使用能夠發(fā)揮4V級的高電壓的活性物質(zhì)，也表現(xiàn)出高可靠性。
[0031]第3方案是在第I或第2方案的基礎上，提供所述式(I)中η為3或4的蓄電器件。η = 3或4時式(I)所表示的乙二醇二醚具有適度的流動性，所以能夠作為溶劑很好地使用。
[0032]第4方案是在第I?第3方案的任一基礎上，提供相對于Imol的所述鋰鹽，所述式(I)所表示的溶劑以0.8?1.5mol的范圍存在于所述非水電解液中的蓄電器件。在鋰鹽和式⑴所表示的溶劑以這種比例存在于非水電解液中時，能夠充分得到降低鋰鹽的表面電荷密度的效果。
[0033]第5方案是在第I?第4方案的任一基礎上，提供所述鋰鹽為酰亞胺鹽的蓄電器件。酰亞胺鹽從相對于電位的穩(wěn)定性和離子傳導性的觀點優(yōu)選。
[0034]第6方案是在第2方案的基礎上，提供相對于Imol的所述鋰鹽，所述鏈狀碳酸酯以I?IOmol的范圍存在于所述非水電解液中的蓄電器件。
[0035]第7方案是在第2方案的基礎上，提供相對于Imol的所述鋰鹽，所述鏈狀碳酸酯以3?IOmol的范圍存在于所述非水電解液中的蓄電器件。
[0036]如第6和第7方案那樣，在將鋰鹽和鏈狀碳酸酯的混合比調(diào)整到合適時，能夠充分降低非水電解液的粘度。此外，由于鋰的濃度被調(diào)整到合適，所以離子傳導率難以降低。結(jié)果能夠提供具有優(yōu)異的離子傳導性的非水電解液。
[0037]第8方案是在第I方案的基礎上，提供在所述非水電解液中作為溶劑成分實質(zhì)上僅含有所述式(I)所表示的溶劑的蓄電器件。通過這樣，能夠充分得到降低鋰的表面電荷密度的效果。
[0038]第9方案是在第I?第9方案的任一基礎上，提供所述有機化合物為高分子化合物的蓄電器件。通過這樣，能夠抑制有機化合物溶解在電解質(zhì)中。
[0039]第10方案是在第I?第9方案的任一基礎上，提供所述醌骨架為鄰醌骨架的蓄電器件。鄰醌化合物的反應可逆性比對醌化合物的反應可逆性高。因此，在具有醌骨架的有機化合物中、優(yōu)選醌骨架是鄰醌骨架。
[0040]第11方案是在第I?第10方案的任一基礎上，提供所述有機化合物為選自9，10-菲醌、9，10-菲醌衍生物、和主鏈或側(cè)鏈具有9，10-菲醌骨架的高分子化合物中的至少I種的蓄電器件。使用這些化合物，能夠得到具有良好的反復特性的蓄電器件。
[0041]第12方案是在第I?第10方案的任一基礎上，提供所述有機化合物為選自4，5，9，10-芘四酮、4，5，9，10-芘四酮衍生物、和主鏈或側(cè)鏈具有4，5，9，10-芘四酮骨架的高分子化合物中的至少I種的蓄電器件。使用這些化合物，能夠得到具有良好的反復特性的蓄電器件。
[0042]下面將對本發(fā)明的實施方式予以具體說明。
[0043]先對使用鄰醌化合物作為電極活性物質(zhì)時的反應機理，依照下式(2A)和(2B)予以說明。鄰醌化合物和鋰離子的氧化還原反應為下式(2A)和(2B)所示的2步反應。
【權(quán)利要求】
1.一種蓄電器件，具有第I電極、第2電極和非水電解液， 所述第I電極含有具有醌骨架的有機化合物作為活性物質(zhì)，所述第2電極具有與所述第I電極相反的極性，所述非水電解液含有鋰鹽和下式(I)所表示的溶劑， R-O(CH2CH2O)n-R, (I) 式(I)中，R和R’分別獨立地表示碳原子數(shù)I?5的飽和烴基，η是2?6的整數(shù)。
2.如權(quán)利要求1所述的蓄電器件，所述非水電解液還含有鏈狀碳酸酯。
3.如權(quán)利要求1所述的蓄電器件，所述式(I)中η為3或4。
4.如權(quán)利要求1所述的蓄電器件，相對于Imol的所述鋰鹽，所述式⑴所表示的溶劑以0.8?1.5mol的范圍 含在所述非水電解液中。
5.如權(quán)利要求1所述的蓄電器件，所述鋰鹽為酰亞胺鹽。
6.如權(quán)利要求2所述的蓄電器件，相對于Imol的所述鋰鹽，所述鏈狀碳酸酯以I?IOmol的范圍含在所述非水電解液中。
7.如權(quán)利要求2所述的蓄電器件，相對于Imol的所述鋰鹽，所述鏈狀碳酸酯以3?IOmol的范圍含在所述非水電解液中。
8.如權(quán)利要求1所述的蓄電器件，在所述非水電解液中作為溶劑成分實質(zhì)上僅含有所述式⑴所表示的溶劑。
9.如權(quán)利要求1所述的蓄電器件，所述有機化合物為高分子化合物。
10.如權(quán)利要求1所述的蓄電器件，所述醌骨架為鄰醌骨架。
11.如權(quán)利要求1所述的蓄電器件，所述有機化合物為選自9，10-菲醌、9，10-菲醌衍生物、和主鏈或側(cè)鏈具有9，10-菲醌骨架的高分子化合物中的至少I種。
12.如權(quán)利要求1所述的蓄電器件，所述有機化合物為選自4，5,9,10-芘四酮、4，5，9，10-芘四酮衍生物、和主鏈或側(cè)鏈具有4，5，9，10-芘四酮骨架的高分子化合物中的至少I種。
【文檔編號】H01M10/052GK103534849SQ201280023760
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2012年7月5日 優(yōu)先權(quán)日:2011年7月8日
【發(fā)明者】大冢友, 北條伸彥 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社