非水電解液二次電池及非水電解液二次電池的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種非水電解液二次電池以及非水電解液二次電池的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 鋰離子二次電池因為其高能量密度而受關(guān)注，并且被積極地研宄和開發(fā)。
[0003] 傳統(tǒng)的鋰離子二次電池通常使用通過將諸如1^?匕等Li鹽溶解到諸如碳酸乙烯 酯（EC)或碳酸丙烯酯（PC)等環(huán)狀碳酸酯和諸如碳酸二乙酯（DEC)或碳酸二甲酯（DMC)等 鏈狀碳酸酯的混合溶劑中而制備的溶液作為電解液。通過使用這些碳酸鹽制備的非水電解 液具有約30°C的低閃點。因此，在存在火源的情況下，當(dāng)電解液由于某些事故等漏出時，存 在著漏出的電解液著火而導(dǎo)致火災(zāi)的危險。有鑒于此，研宄了升高電解液的閃點的各種技 術(shù)。例如，將阻燃劑混合到電解液中作為升高電解液的閃點的一種技術(shù)正在被研宄（例如， 參照專利文獻(xiàn)1)。
[0004] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0005] 專利文獻(xiàn)
[0006] 專利文獻(xiàn)1 :日本特開平11-317232號公報
[0007] 專利文獻(xiàn)2 :日本特開平6-13108號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 發(fā)明要解決的問題
[0009] 在傳統(tǒng)的使用含有阻燃劑的電解液的非水電解液二次電池中，電解液的閃點上升 以提高應(yīng)對火災(zāi)的安全性。然而，在長時間使用非水電解液二次電池的情況下，電解液的閃 點可能降低。另外，傳統(tǒng)的使用混合有阻燃劑的電解液的非水電解液二次電池具有如下問 題：電池的各種特性、尤其是諸如循環(huán)特性和浮充電特性等的壽命特性與不含有阻燃劑的 電池相比，顯著地劣化。
[0010] 有鑒于上述情況，完成本發(fā)明以提供即使在長時間使用非水電解液二次電池的情 況下也能夠抑制電解液的閃點降低的非水電解液二次電池。
[0011] 用于解決問題的方案
[0012] 本發(fā)明提供一種非水電解液二次電池，其包括：電極體，所述電極體具有使含有正 極活性材料的正極和含有負(fù)極活性材料的負(fù)極以隔離體介于所述正極和所述負(fù)極之間的 方式層疊的結(jié)構(gòu)；含有阻燃劑的非水電解液；外殼體，所述外殼體容納所述電極體和所述 非水電解液，其中所述電極體內(nèi)的非水電解液的阻燃劑的濃度比所述電極體和所述外殼體 之間的非水電解液的阻燃劑的濃度低。
[0013] 發(fā)明的效果
[0014] 根據(jù)本發(fā)明，該非水電解液二次電池包括：電極體，所述電極體具有使含有正極活 性材料的正極和含有負(fù)極活性材料的負(fù)極以隔離體介于所述正極和所述負(fù)極之間的方式 層疊的結(jié)構(gòu)；含有阻燃劑的非水電解液；外殼體，所述外殼體容納所述電極體和所述非水 電解液前半部分。因此，電荷能夠在正極活性材料和負(fù)極活性材料之間經(jīng)過非水電解液移 動，由此電池能夠被充放電。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明的非水電解液二次電池包括含有阻燃劑的非水電解液。因此，能夠使 非水電解液的閃點升高，由此能夠提高電池的安全性。
[0016] 在本發(fā)明中，電極體內(nèi)的非水電解液的阻燃劑的濃度比電極體和外殼體之間的非 水電解液的阻燃劑的濃度低。該特征能夠抑制由于電池的充放電而引起的正極活性材料和 負(fù)極活性材料中的電化學(xué)反應(yīng)所導(dǎo)致的阻燃劑的消耗。這即使在電池反復(fù)充放電的情況下 也能夠抑制非水電解液中的阻燃劑濃度的降低。結(jié)果，即使在長時間使用非水電解液二次 電池的情況下，也能夠抑制非水電解液的閃點降低。因此，能夠提高非水電解液二次電池的 安全性。
[0017] 已從本發(fā)明人所進(jìn)行的實驗發(fā)現(xiàn)：在傳統(tǒng)的使用含有阻燃劑的非水電解液的非水 電解液二次電池中，非水電解液的閃點由于反復(fù)充放電而降低。已從本發(fā)明人所進(jìn)行的實 驗還發(fā)現(xiàn)：即使在根據(jù)本發(fā)明的實施例的非水電解液二次電池中反復(fù)充放電的情況下，也 能夠抑制非水電解液的閃點降低。
[0018] 根據(jù)本發(fā)明，電極體內(nèi)的非水電解液的阻燃劑的濃度比電極體和外殼體之間的非 水電解液的阻燃劑的濃度低。該特征能夠減少進(jìn)入在對非水電解液二次電池充電時形成在 正極活性材料的表面或負(fù)極活性材料的表面上的固體電解質(zhì)界面膜的阻燃劑的量。因此， 即使在非水電解液二次電池反復(fù)充放電的情況下，也能夠抑制電池容量的降低，由此能夠 提高電池壽命特性。該效果已由本發(fā)明人所進(jìn)行的實驗所證實。
【附圖說明】
[0019] 圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的非水電解液二次電池的示意性俯視圖。
[0020] 圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的非水電解液二次電池的示意性側(cè)視圖。
[0021] 圖3是示出沿著圖1中的虛線A-A截取的非水電解液二次電池的示意性截面圖。
[0022] 圖4是示出沿著圖1中的虛線B-B截取的非水電解液二次電池的示意性截面圖。
[0023] 圖5是示出沿著圖2中的點劃線C-C截取的非水電解液二次電池的示意性截面 圖。
[0024] 圖6是示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的非水電解液二次電池中包括的電極體 的說明圖。
[0025] 圖7的（a)是示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的非水電解液二次電池中包括的正 極的示意性平面圖，圖7的（b)是示出沿著圖7的（a)中的虛線D-D截取的正極的示意性 截面圖。
[0026] 圖8的（a)是示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的非水電解液二次電池中包括的負(fù) 極的示意性平面圖，圖8的（b)是示出沿著圖8的（a)中的虛線E-E截取的負(fù)極的示意性 截面圖。
[0027] 圖9是示出由圖8中的虛線包圍的范圍F中的負(fù)極活性材料層的示意性截面圖。
[0028] 圖10是示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的非水電解液二次電池的制造方法的工 序圖。
[0029] 圖11是示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的非水電解液二次電池的制造方法的工 序圖。
[0030] 圖12是示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的非水電解液二次電池的制造方法的工 序圖。
[0031] 圖13是示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的非水電解液二次電池的制造方法的工 序圖。
[0032] 圖14是示出充放電循環(huán)試驗的測量結(jié)果的圖表。
【具體實施方式】
[0033] 根據(jù)本發(fā)明的非水電解液二次電池包括：電極體，所述電極體具有使含有正極活 性材料的正極和含有負(fù)極活性材料的負(fù)極以隔離體介于所述正極和所述負(fù)極之間的方式 層疊的結(jié)構(gòu)；含有阻燃劑的非水電解液；外殼體，所述外殼體容納所述電極體和所述非水 電解液，其中所述電極體內(nèi)的非水電解液的阻燃劑的濃度比所述電極體和所述外殼體之間 的非水電解液的阻燃劑的濃度低。
[0034] 電極體內(nèi)的非水電解液在這里指保持在電極體內(nèi)的非水電解液，即電極活性材料 層的細(xì)孔內(nèi)的非水電解液、隔離體的細(xì)孔內(nèi)的非水電解液、電極和隔離體之間的間隙的非 水電解液以及諸如將電極捆束在一起的收縮管等的固定構(gòu)件內(nèi)部的非水電解液。
[0035] 電極體和外殼體之間的非水電解液在這里指在電極體和外殼體之間存在的電解 液。當(dāng)設(shè)置諸如收縮管等的用于固定電極體的固定構(gòu)件時，電極體和外殼體之間的非水電 解液指固定構(gòu)件和外殼體之間的電解液。
[0036] 優(yōu)選地，在根據(jù)本發(fā)明的非水電解液二次電池中，所述負(fù)極包括多孔性的負(fù)極活 性材料層，所述負(fù)極活性材料層含有所述負(fù)極活性材料，所述電極體內(nèi)的非水電解液是所 述負(fù)極活性材料層的孔內(nèi)的非水電解液。
[0037] 該特征能夠抑制由于電池的充放電而引起的負(fù)極活性材料中的電化學(xué)反應(yīng)所導(dǎo) 致的阻燃劑的消耗。
[0038] 優(yōu)選地，在根據(jù)本發(fā)明的非水電解液二次電池中，所述非水電解液含有碳酸乙烯 酯。
[0039] 利用該特征，用作固體電解質(zhì)界面膜的SEI(固體電解質(zhì)界面（SolidElectrolyte Interface))能夠在充電時形成在負(fù)極活性材料的表面上。
[0040] 優(yōu)選地，在根據(jù)本發(fā)明的非水電解液二次電池中，所述阻燃劑是磷腈化合物。
[0041] 利用該特征，能夠通過阻燃劑使非水電解液的閃點升高。
[0042] 優(yōu)選地，在根據(jù)本發(fā)明的非水電解液二次電池中，所述負(fù)極活性材料由諸如石墨 或硬碳等的碳材料制成。
[0043] 利用該特征，鋰離子可以脫離和/或進(jìn)入碳材料，因此非水電解液二次電池能夠 充放電。該特征還使得在對非水電解液二次電池充電時固體電解質(zhì)界面膜形成在碳材料的 表面上。
[0044] 優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的非水電解液二次電池還包括用于捆束所述電極體的收縮 管。
[0045] 利用該特征，能夠使電極體的形狀穩(wěn)定。該特征還防止收縮管外側(cè)的非水電解液 中含有的阻燃劑流動和擴(kuò)散到電極體內(nèi)，由此能夠抑制由于電極活性材料中的電化學(xué)反應(yīng) 導(dǎo)致的阻燃劑的消耗。
[0046] 本發(fā)明還提供一種非水電解液二次電池的制造方法，其包括如下步驟：浸入步驟， 其通過將電極體浸在實質(zhì)上不含有阻燃劑的非水電解液中來利用該非水電解液浸入多孔 性的負(fù)極活性材料層和多孔性的正極活性材料層，其中所述電極體具有使包括所述多孔性 的負(fù)極活性材料層的負(fù)極和包括所述多孔性的正極活性材料層的正極以隔離體介于所述 負(fù)極和所述正極之間的方式層疊的結(jié)構(gòu)；以及將阻燃劑和非水電解液放入容納所述正極和 所述負(fù)極的外殼體內(nèi)的步驟。
[0047] 根據(jù)本發(fā)明的非水電解液二次電池的制造方法包括：通過將電極體浸在實質(zhì)上不 含有阻燃劑的非水電解液中來利用該非水電解液浸入多孔性的負(fù)極活性材料層和多孔性 的正極活性材料層的步驟，其中電極體具有使包括負(fù)極活性材料層的負(fù)極和包括正極活性 材料層的正極以隔離體介于負(fù)極和正極之間的方式層疊的結(jié)構(gòu)。利用此，實質(zhì)上不含有阻 燃劑的非水電解液能夠保持在電極體內(nèi)。
[0048] 根據(jù)本發(fā)明的非水電解液二次電池的制造方法包括將阻燃劑和非水電解液放入 容納正極和負(fù)極的外殼體內(nèi)的步驟。利用此，能夠使外殼體內(nèi)的非水電解液的閃點升高，由 此能夠提高非水電解液二次電池的安全性。保持在電極體內(nèi)的非水電解液難以移動。因此， 即使在將含有阻燃劑的非水電解液注入保持非水電解液的電極體的外側(cè)的情況下，阻燃劑 也難以流動和擴(kuò)散到電極體內(nèi)的非水電解液。因此，可以使電極體內(nèi)的非水電解液的阻燃 劑的濃度比電極體和外殼體之間的非水電解液的阻燃劑的濃度低。這能夠在通過根據(jù)本發(fā) 明的制造方法制造的非水電解液二次電池中抑制由于充放電而引起的正極活性材料和負(fù) 極活性材料中的電化