专利名称：用于二次电池的电解液、二次电池、电子装置及电动工具的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于二次电池的电解液，使用所述用于二次电池的电解液的二次电池，以及各自使用所述二次电池的电子装置、电动工具、电动车辆和电力储存系统。
背景技术：
近年来，已经广泛使用了由移动电话、个人数字助理(PDA)等代表的电子装置，且强烈需要实现其甚至更小型化、轻质化和长寿命。遵循这个，推进了作为电源的电池，特别是小尺寸且轻质的且由其可获得高能量密度的二次电池的开发。近来，关于这种二次电池，还研究了不仅将其应用于上述电子装置，而且应用于由电动工具如动力钻机、电动车辆如电动汽车和电力储存系统如家用电力服务器代表的各种应用。作为二次电池，广泛提议了使用各种充放电原理的二次电池。尤其是，将利用锂离·子的嵌入和脱嵌的锂离子二次电池看作是有希望的。这是因为，可以获得比铅蓄电池或镍镉电池等更高的能量密度。二次电池配备有电解液与正极和负极，且所述正极和所述负极分别包含正极活性物质和负极活性物质。为了获得高电池容量，将Li复合氧化物如LiCoO2用作正极活性物质，并且还将碳材料如石墨用作负极活性物质。通常，在2. 5V至4. 2V的运行电压下使用这种二次电池。即使在单电池中也可以将运行电压提高至4. 2V的原因在于下述事实，正极和负极通过隔膜相互隔开，或者将电解液的组成电化学稳定化。现在，在目的在于甚至大大提高二次电池的性能并扩展其应用时，为了大大提高电池容量，经研究，使得充电电压高于4. 2V，从而使得正极活性物质可具有高能量密度。然而，如果使充电电压高于4. 2V，则特别是在高温环境中在正极表面附近中电解液被氧化且发生分解，因此，作为二次电池重要特性的循环特性容易下降。在所述情况下，因电解液的分解反应而在电池内产生气体，并且产生电池膨胀和液体泄漏且在场合需要时产生电池爆炸等，因此，也存在安全性下降的可能性。因而，为了改善循环特性等，提议了通过金属氧化物来覆盖正极的表面或正极活性物质的表面(参见，例如，日本专利号3172338和JP-A-2000-195517)。据此，由于过渡金属难以从正极溶出至电解液中，所以改善了电池寿命。另外，为了改善高温特性等，提议了在电极中添加邻苯二甲酰亚胺化合物或腈衍生物等(参见，例如，JP-A-2002-270181和JP-A-2005-072003)。在前一种情况下，由于已经溶出至电解液中的邻苯二甲酰亚胺化合物吸附在正极或负极的表面上，所以在正极中抑制了过渡金属的溶出，且在负极中也抑制了过渡金属的析出。在后一种情况下，为了抑制电池膨胀，将环状或链状酯和内酯等的混合溶剂与腈衍生物一起使用。此外，为了提高在高温环境中的循环特性、储存特性、膨胀特性等，提议了在电解液中添加具有氮作为构成元素的芳族化合物(参见，例如，US-A-2009/0035646、JP-A-2001-09357UJP-A-07-003101 和 JP-A-05-029019)。作为这种芳族化合物，使用联吡啶、三乙胺或者1，8-双(二甲基氨基)萘或其衍生物等。
发明内容
为了改善在为了提高电池容量而提高充电电压的情况下引起的问题，已经进行了各种研究。然而，很难说已经制定了足够的对策。特别地，在考虑到安全性时，如果将添加剂添加至电解和电解液等中，则添加剂在电池内发生反应而形成电阻体(电阻器，resistor),从而使得特别地，循环特性在高温环境中容易下降。因而，强烈需要获得用于使得能够确保二次电池的高温特性，即，即使在高温环境中也能够确保循环特性的对策。因此期望提供其各自能够提高高温特性的用于二次电池的电解液、二次电池、电子装置、电动工具、电动车辆和电力储存系统。根据本发明实施方式的用于二次电池的电解液包含含氮化合物，其中所述含氮化合物包含含有一个或两个以上芳环的芳族骨架(aromatic skeleton)以及与所述一个或两个以上芳环结合且由下式(I)表示的一个或两个以上含氮官能团。另外，根据本发明实施方式的二次电池包含上述用于二次电池的电解液以及正极和负极。此外，根据本发明实施方式的电子装置、电动工具、电动车辆和电力储存系统使用上述二次电池。
权利要求
1.一种二次电池，包括 正极； 负极；以及 电解液，所述电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个或两个以上芳环的芳族骨架以及与所述一个或两个以上芳环结合且由下列式(I)表示的一个或两个以上含氮官能团
2.根据权利要求I所述的二次电池，其中，所述芳族骨架是选自由萘、联苯、菲、芴和杂芴组成的组中的成员。
3.根据权利要求I所述的二次电池，其中，所述式(I)中的Y是供电子基团。
4.根据权利要求3所述的二次电池，其中，所述式(I)中的Y为二烷基氨基和芳基中的至少一种。
5.根据权利要求I所述的二次电池，其中，所述含氮官能团的数目为2以上。
6.根据权利要求I所述的二次电池，其中， 所述芳环包含两个以上环，且一个或多个含氮官能团与所述两个以上环中的至少两个环的每个芳环结合，以及 使得碳原子的数目变得最小的从结合一个含氮官能团的环中的碳原子到结合另一个含氮官能团的其他环中的碳原子计数的值为2以上且不大于4。
7.根据权利要求I所述的二次电池，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种 [〔;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各自表示由一种或两种以上的下述元素构成的基团，所述元素选自由H、C、N、0、S、F、Cl、Br和I组成的组，条件是X1、X2、Y1、Y2、Rl和R2中的任意两个以上可以相互结合来形成环结构；zl和ζ2各自为2或3 ;并且al、a2、bl和Cl各自表示整数且分别满足al彡O、a2彡O、bl彡O和cl彡O的关系，条件是(al+a2)彡 1，
8.根据权利要求I所述的二次电池，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种
9.根据权利要求I所述的二次电池，其中，所述含氮芳族化合物在所述电解液中的含量为O. OOl重量％以上且不大于10重量％。
10.根据权利要求I所述的二次电池，其中，所述电解液包含非水溶剂，并且所述非水溶剂包含4-氟-1，3- 二氧戊环-2-酮和4，5- 二氟-1，3- 二氧戊环_2_酮中的至少一种作为卤代环状碳酸酯。
11.根据权利要求10所述的二次电池，其中，所述卤代环状碳酸酯在所述非水溶剂中的含量为O. 01重量％以上且不大于30重量％。
12.根据权利要求I所述的二次电池，其中， 所述正极和所述负极经由包含高分子化合物的隔膜而层压，以及 所述隔膜具有由两种以上高分子化合物在厚度方向上的层压体构成的多层结构，或者由两种以上具有相互不同组成的高分子化合物在厚度方向上构成的单层结构。
13.根据权利要求12所述的二次电池，其中，所述高分子化合物包含选自由下述组成的组中的至少一种成员聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、芳族聚酰胺、聚酰胺酰亚胺、聚酰胺、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺和聚丙烯腈。
14.根据权利要求I所述的二次电池，其中，完全充电状态下的开路电压为4.25V以上且不大于6. OOV0
15.根据权利要求I所述的二次电池，所述二次电池为锂离子二次电池。
16.根据权利要求I所述的二次电池，其中，所述正极包括LiFePO4或LiFe1JfauPO4作为正极材料，其中u〈I。
17.一种用于二次电池的电解液，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个或两个以上芳环的芳族骨架以及与所述一个或两个以上芳环结合且由下列式(I)表示的一个或两个以上含氮官能团
18.一种电子装置，包括根据权利要求I至16中任一项所述的二次电池。
19.一种电动工具，包括根据权利要求I至16中任一项所述的二次电池。
20.一种电动车辆，包括根据权利要求I至16中任一项所述的二次电池。
21.一种电力储存系统，包括根据权利要求I至16中任一项所述的二次电池。
全文摘要
本发明提供了一种用于二次电池的电解液、二次电池、电子装置及电动工具。所述二次电池包括正极、负极以及电解液，所述电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个或两个以上芳环的芳族骨架以及与所述一个或两个以上芳环结合且由下式(1)表示的一个或两个以上含氮官能团其中X表示C或P；Y表示由一种或两种以上的下述元素构成的基团，所述元素选自由H、C、N、O、S、F、Cl、Br和I组成的组，条件是X和Y中的任意两个以上可以相互结合来形成环结构，且z是2或3。
文档编号H01M10/0567GK102790238SQ20121014489
公开日2012年11月21日 申请日期2012年5月10日 优先权日2011年5月17日
发明者吉村谦太郎, 洼田忠彦 申请人:索尼公司