專利名稱：液態(tài)疏水性相變物質(zhì)及使用該液態(tài)疏水性相變物質(zhì)的電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及能夠在不使電池特性降低的情況下提高電池的安全性并且抑制性能降低的液態(tài)疏水性相變物質(zhì)。
背景技術(shù)：
近年來，伴隨著個人電腦、攝像機(jī)和手機(jī)等信息相關(guān)器材和通信器材等的迅速普及，作為其電源利用的電池的開發(fā)受到重視。此外，在汽車業(yè)界，也正在推進(jìn)用于電動汽車或混合動力汽車的高輸出且高容量的電池的開發(fā)。作為這種電池，可以使用具有電解質(zhì)和夾持上述電解質(zhì)的一對電極的電池。此外，作為構(gòu)成電極和電解質(zhì)的材料，可以廣泛使用金屬鋰和硫化物系固體電解質(zhì)等。 但是，上述的金屬鋰和硫化物系固體電解質(zhì)具有與水發(fā)生反應(yīng)的性質(zhì)，存在因與水接觸而發(fā)熱、或者隨著硫化氫的產(chǎn)生而性能變差的問題。針對上述問題，在使用氧氣作為正極活性物質(zhì)并且使用金屬鋰作為負(fù)極層的空氣電池的領(lǐng)域，公開了一種通過使用使氧氣和水難以透過的疏水性非水電解質(zhì)液作為電解質(zhì)來抑制金屬鋰與水的接觸的方法(專利文獻(xiàn)I)。專利文獻(xiàn)2中，在包含含有硫化物系固體電解質(zhì)的固體電解質(zhì)層的硫化物系固體電池的領(lǐng)域，公開了一種利用離子性液體對包含上述固體電解質(zhì)層以及夾持該固體電解質(zhì)層的正極和負(fù)極的發(fā)電元件進(jìn)行包覆的方法。專利文獻(xiàn)3中，為了提高電池的密封性，公開了一種使用預(yù)定的密封材料的方法。此外，專利文獻(xiàn)4中，對于層疊正極層疊體和負(fù)極層疊體而形成的鋰電池而言，為了改善上述兩個層疊體的密合性，公開了在兩個層疊體之間形成由離子性液體構(gòu)成的中間層的觀點。但是，由于上述專利文獻(xiàn)I中使用的上述疏水性非水電解質(zhì)的熔點為60°C以下，因此，在電池的使用溫度下為液體。因此，即使其具有疏水性，也無法防止水分的混入，隨著時間流逝，水混入到電解質(zhì)(液體)中。因此，在上述使用疏水性非水電解質(zhì)液的方法中，存在不能充分地防止水分混入的問題。由于上述專利文獻(xiàn)2中使用的離子性液體為液體，因此，水必定按照水的分配系數(shù)混入，因而存在不能充分地防止水分混入到上述固體電解質(zhì)層中的問題。此外，由于浸潰至IJ不具有電池中使用的離子例如鋰電池時為Li+、鈉電池時為Na+、鈣電池時為Ca2+的離子性液體中，因此，存在由于因離子性液體混入帶來的電阻增大等而使電池特性降低的問題。進(jìn)而，作為上述專利文獻(xiàn)2中使用的離子性液體，可以使用具有氯鋁酸鹽和四氟硼酸鹽等的離子性液體，但它們具有親水性而促進(jìn)水分混入，因而存在不適合作為防止水分混入的材料的問題。上述專利文獻(xiàn)3公開的方法中，存在如下問題難以完全地抑制水分的混入，此夕卜，在制造時混入水分的情況下失效。此外，上述專利文獻(xiàn)4中使用的離子性液體也是如上所述的液體，因此，與上述專利文獻(xiàn)2同樣地存在不能充分地抑制水的混入的問題?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)I :日本特開2005-116317號公報專利文獻(xiàn)2 :日本特開2009-117168號公報專利文獻(xiàn)3 日本特開2009-146800號公報 專利文獻(xiàn)4 :日本特開2008-171588號公報

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明所要解決的問題本發(fā)明鑒于上述問題而完成，其主要目的在于提供能夠在不使電池特性降低的情況下提高電池的安全性并且抑制性能降低的液態(tài)疏水性相變物質(zhì)。用于解決問題的方法為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種液態(tài)疏水性相變物質(zhì)，其特征在于，含有熔點為80°C以上的疏水性鹽及堿金屬或堿土金屬的親水性鹽，并且呈液態(tài)。根據(jù)本發(fā)明，通過含有熔點為80°C以上的疏水性鹽及堿金屬或堿土金屬的親水性鹽，并使上述疏水性鹽的熔點降低，在作為電池運(yùn)轉(zhuǎn)溫度的室溫即60°C以下為液體，但由于上述疏水性鹽具有疏水性，因此在與水接觸時，能夠從液體相變?yōu)楣腆w。因此，在將這種液態(tài)疏水性相變物質(zhì)和含有與水反應(yīng)的水反應(yīng)性活性物質(zhì)的電極或硫化物系固體電解質(zhì)層一起使用的情況下，能夠抑制上述水反應(yīng)性活性物質(zhì)或硫化物固體電解質(zhì)與水的接觸，從而能夠抑制發(fā)熱、性能降低。此外，由于是堿金屬或堿土金屬的親水性鹽溶解后的液體并且具有離子傳導(dǎo)性，因此，即使在混入到構(gòu)成上述電極或電解質(zhì)等的材料等中的情況下，也能夠抑制因離子傳導(dǎo)電阻增大引起的電池特性的降低。因此，能夠在不使電池特性降低的情況下提高電池的安全性并且抑制性能降低。本發(fā)明中，作為上述疏水性鹽，優(yōu)選使用二乙基甲基異丙基銨雙三氟甲磺酰亞胺鹽、四乙基銨雙三氟甲磺酰亞胺鹽。這是由于，因上述堿金屬或堿土金屬的親水性鹽的添加而使熔點的控制容易。此外，上述堿金屬或堿土金屬的親水性鹽優(yōu)選為雙三氟甲磺酰亞胺鋰。這是由于能夠使化學(xué)穩(wěn)定性優(yōu)良。本發(fā)明提供一種電池，其特征在于，具有電極層和電解質(zhì)層中的至少一種，其中，所述電極層含有與水反應(yīng)的水反應(yīng)性活性物質(zhì)和硫化物系固體電解質(zhì)中的至少一種以及上述液態(tài)疏水性相變物質(zhì)，所述電解質(zhì)層含有上述液態(tài)疏水性相變物質(zhì)和硫化物系固體電解質(zhì)。根據(jù)本發(fā)明，通過含有上述液態(tài)疏水性相變物質(zhì)，能夠抑制上述水反應(yīng)性活性物質(zhì)等與水的接觸，從而能夠抑制發(fā)熱、性能降低。此外，由于具有離子傳導(dǎo)性，因此能夠抑制因離子傳導(dǎo)電阻增大引起的電池特性的降低。因此，能夠在不使電池特性降低的情況下提高電池的安全性并且抑制性能降低。
本發(fā)明中，上述電極層可以采用上述液態(tài)疏水性相變物質(zhì)配置在該電極層的表面上或者上述液態(tài)疏水性相變物質(zhì)與構(gòu)成電極層的電極材料混合的電極層。此外，本發(fā)明中，上述電解質(zhì)層可以采用上述液態(tài)疏水性相變物質(zhì)配置在該電解質(zhì)層的表面上或者上述液態(tài)疏水性相變物質(zhì)與上述硫化物系固體電解質(zhì)混合的電解質(zhì)層。這是因為，通過采用上述電極層和電解質(zhì)層，能夠有效地抑制上述水反應(yīng)性活性物質(zhì)等與水的接觸。發(fā)明效果本發(fā)明達(dá)到了如下效果，S卩，可以提供能夠在不使電池特性降低的情況下提高電池的安全性并且抑制性能降低的液態(tài)疏水性相變物質(zhì)。


圖I是表示本發(fā)明的電池的一例的概略圖。
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圖2是表示本發(fā)明的電池的另一例的概略圖。圖3是表示本發(fā)明的電池的另一例的概略圖。圖4是表示本發(fā)明的電池的另一例的概略圖。圖5是表示本發(fā)明的電池的另一例的概略圖。圖6是表示本發(fā)明的電池的另一例的概略圖。圖7是表不本發(fā)明的鋰空氣電池的一例的概略圖。圖8是實施例中用于評價的單電池的概略截面圖。圖9是實施例I中制作的電解質(zhì)在大氣下放置前后的照片。圖10是表示硫化氫產(chǎn)生量測定結(jié)果的曲線圖。圖11是表示Li傳導(dǎo)性測定結(jié)果的曲線圖。
具體實施例方式本發(fā)明涉及液態(tài)疏水性相變物質(zhì)及使用該液態(tài)疏水性相變物質(zhì)的電池。以下，對本發(fā)明的液態(tài)疏水性相變物質(zhì)、電池和鋰空氣電池詳細(xì)地進(jìn)行說明。A.液態(tài)疏水性相變物質(zhì)本發(fā)明的液態(tài)疏水性相變物質(zhì)的特征在于，含有熔點為80°C以上的疏水性鹽及堿金屬或堿土金屬的親水性鹽，并且呈液態(tài)。根據(jù)本發(fā)明，通過含有熔點為80°C以上的疏水性鹽及堿金屬或堿土金屬的親水性鹽，能夠通過降低熔點而使上述疏水性鹽的熔點降至作為電池運(yùn)轉(zhuǎn)溫度的室溫即60°C以下，從而能夠形成液體。在此，由于上述疏水性鹽具有疏水性，因而與水發(fā)生相分離。另一方面，溶解在上述疏水性鹽中的堿金屬或堿土金屬的親水性鹽與水的親和性高。因此，在水與上述液態(tài)疏水性相變物質(zhì)接觸的情況下，溶解在離子固體中的堿金屬或堿土金屬的親水性鹽溶出到水中，使上述液態(tài)疏水性相變物質(zhì)的熔點升高，結(jié)果，能夠使呈溶液狀態(tài)的上述疏水性鹽相變?yōu)楣腆w。因此，通過使用上述液態(tài)疏水性相變物質(zhì)作為含有與水反應(yīng)而發(fā)熱或使性能變差的水反應(yīng)性活性物質(zhì)的電極層或者含有硫化物固體電解質(zhì)的固體電解質(zhì)層的保護(hù)材料，能夠抑制上述水反應(yīng)性活性物質(zhì)等與水的接觸，從而能夠提高電池的安全性并且抑制性能降低。此外，由于是堿金屬或堿土金屬的親水性鹽溶解后的液體并且具有離子傳導(dǎo)性，因此，即使在混入到構(gòu)成上述電極或電解質(zhì)等的材料等中的情況下，也能夠抑制因離子傳導(dǎo)電阻增大引起的電池特性的降低?；谏鲜隼碛桑軌蛟诓皇闺姵靥匦越档偷那闆r下提高電池的安全性并且抑制性能降低。本發(fā)明的液態(tài)疏水性相變物質(zhì)含有離子固體及堿金屬或堿土金屬的親水性鹽。以下，對本發(fā)明的液態(tài)疏水性相變物質(zhì)的各成分詳細(xì)地進(jìn)行說明。 I.疏水性鹽本發(fā)明中使用的疏水性鹽是熔點為80°C以上的疏水性鹽。作為這種疏水性鹽，只要是具有疏水性的鹽、即與水發(fā)生相分離的鹽則沒有特別限定。其中，本發(fā)明中，可以使用通過添加上述堿金屬或堿土金屬的親水性鹽、能夠使熔點降至作為電池運(yùn)轉(zhuǎn)溫度的室溫即60°C以下而形成液體的疏水性鹽。這是因為，易于作為具有電池中所含的水反應(yīng)性活性物質(zhì)等的構(gòu)件的保護(hù)材料使用。具體而言，作為本發(fā)明中使用的疏水性鹽，可以列舉二乙基甲基異丙基銨雙三氟甲磺酰亞胺鹽、四乙基銨雙三氟甲磺酰亞胺鹽、四甲基銨雙三氟甲磺酰亞胺鹽、N-乙基，N-甲基哌啶鍵等，由下述式(1Γ(6)中的任意一種與C1F2wSO3-或(CmF2lrtSO2)(CnF2n+1S02) N—等構(gòu)成的鹽，其中，可以優(yōu)選使用二乙基甲基異丙基銨雙三氟甲磺酰亞胺鹽、四乙基銨雙三氟甲磺酰亞胺鹽、四甲基銨雙三氟甲磺酰亞胺鹽，可以特別優(yōu)選使用二乙基甲基異丙基銨雙三氟甲磺酰亞胺鹽、四乙基銨雙三氟甲磺酰亞胺鹽。這是由于，因上述堿金屬或堿土金屬的親水性鹽的添加而使熔點的控制容易。N+R1R2R3R4 (I)
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O mP+R1R2R3R4 (4)
權(quán)利要求
1.一種液態(tài)疏水性相變物質(zhì)，其特征在于，含有熔點為80°C以上的疏水性鹽及堿金屬或堿土金屬的親水性鹽。
2.如權(quán)利要求I所述的液態(tài)疏水性相變物質(zhì)，其特征在于，所述疏水性鹽為二乙基甲基異丙基銨雙三氟甲磺酰亞胺鹽、四乙基銨雙三氟甲磺酰亞胺鹽。
3.如權(quán)利要求I或2所述的液態(tài)疏水性相變物質(zhì)，其特征在于，所述堿金屬或堿土金屬的親水性鹽為雙三氟甲磺酰亞胺鋰。
4.一種電池，其特征在于，具有電極層和電解質(zhì)層中的至少一種，其中，所述電極層含有與水反應(yīng)的水反應(yīng)性活性物質(zhì)和硫化物系固體電解質(zhì)中的至少一種以及權(quán)利要求廣3中任一項所述的液態(tài)疏水性相變物質(zhì)，所述電解質(zhì)層含有所述液態(tài)疏水性相變物質(zhì)和硫化物系固體電解質(zhì)。
5.如權(quán)利要求4所述的電池，其特征在于，所述電極層中，所述液態(tài)疏水性相變物質(zhì)配置在所述電極層的表面上。
6.如權(quán)利要求4所述的電池，其特征在于，所述電極層中，所述液態(tài)疏水性相變物質(zhì)與構(gòu)成電極層的電極材料混合。
7.如權(quán)利要求4飛中任一項所述的電池，其特征在于，所述電解質(zhì)層中，所述液態(tài)疏水性相變物質(zhì)配置在所述電解質(zhì)層的表面上。
8.如權(quán)利要求4飛中任一項所述的電池，其特征在于，所述電解質(zhì)層中，所述液態(tài)疏水性相變物質(zhì)與所述硫化物系固體電解質(zhì)混合。
全文摘要
本發(fā)明的主要目的在于提供能夠在不使電池特性降低的情況下提高電池的安全性并且抑制性能降低的液態(tài)疏水性相變物質(zhì)。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種液態(tài)疏水性相變物質(zhì)，其特征在于，含有熔點為80℃以上的疏水性鹽及堿金屬或堿土金屬的親水性鹽。
文檔編號H01M10/052GK102714316SQ201080061310
公開日2012年10月3日 申請日期2010年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月12日
發(fā)明者中本博文 申請人:豐田自動車株式會社