[发明专利]锂离子电池

说明书

技术领域

本发明涉及具有高安全性的锂离子电池。

背景技术

锂离子电池可以提供高能量密度，因此作为用于移动电话和笔记本电脑的电源以及大型的蓄电用电源和用于汽车的电源正在吸引注意。

尽管锂离子电池可以提供高能量密度，但是它们日益增大的尺寸产生极大量的能量并且需要更高的安全性。例如，大型的蓄电用电源和用于汽车的电源需要特别高的安全性，并且充分考虑并且用措施确保它们的安全性，所述的措施包括：电池和组件的结构设计，保护电路，电极材料，具有防止过充电功能的添加剂，和关闭功能得到增强的隔板；并且用于进一步提高安全性的一种手段是使电解液为阻燃性的。

锂离子电池使用非质子溶剂如环状碳酸酯或线性碳酸酯和为电解液溶剂，并且这种碳酸酯具有高的介电常数和锂离子的高离子电导率的特性，但是由于低的闪点而是可燃的。通常，环状碳酸酯具有高介电常数和高粘度，而线性碳酸酯具有低介电常数和低粘度。因此，在锂离子电池中，取决于应用，将这些溶剂以混合物的形式使用。

另一方面，对在一定的温度为液体的离子液体作为电解液溶剂进行了研究。由于离子液体由于其不挥发性和高的分解温度而具有极不可燃的特性，因此对离子液体作为锂离子电池的电解液的应用的研究活跃地进行。

在日本专利3426869中，将含有1-甲基-3-乙基咪唑鎓阳离子的离子液体用作电解液溶剂。电解液溶剂由于其即使在120℃的高环境温度也不蒸发而显示出良好的性质。但是，含有这样的阳离子的离子液体具有差的还原稳定性，并且在1V以下的电势被Li/Li⁺还原和分解。为此原因，在1V以下负极对Li/Li⁺起作用时的缺点在于电池循环特性的显著降低。因此，必须使用使负极对Li/Li⁺的工作电势为1V以上的负极活性材料，并且在此情况下，不能提供高能量密度，因为电池的电压低于与在使用碳负极的情况下的电池的电压。

日本专利申请公开2003-331918公开：至少由选自N-甲基-N-乙基吡咯烷鎓，N-甲基-N-丙基吡咯烷鎓，N-甲基-N-乙基吡咯烷鎓和N-甲基-N-丙基哌啶鎓中的阳离子构成的离子液体即使在Li金属或Sn对Li/Li⁺的工作电势为1V以下的情况下，也具有优异的还原稳定性，并且其中负极由Li金属制成并且正极由LiCoO₂制成的电池具有高能量密度，优异的贮存特性和阻燃性。

日本专利申请公开2007-207675公开了使用含有双(氟磺酰)亚胺阴离子的4V水平的锂二次电池，其中使用诸如石墨，氧化锌或Si材料如SiO₂的负极活性材料，所述的负极活性材料允许Li在接近于Li金属的氧化还原电势的电势下插入或释放。

此外，J.Power Sources第162卷(2006)第658-662页表明：由双(氟磺酰)亚胺阴离子构成的离子液体使Li离子的插入和释放成为可能。

但是，日本专利申请公开2007-207675和J.Power Sources第162卷(2006)第658-662页仅仅描述了在使用石墨时可以充电和放电，并没有描述被覆有无定形碳或其上沉积无定形碳的石墨。对于它们的实际应用，离子液体在石墨上的还原和分解仍然是问题。

另一方面，在锂离子电池中，通常将碳材料用作负极材料，并且已知的是，在这种碳的表面上，作为电解液溶剂的碳酸酯如碳酸亚丙酯在约1V被Li/Li⁺还原和分解，导致不可逆容量增加和充电/放电效率或循环特性降低。特别是，已知的是，在具有高石墨化程度的碳的表面上，环状碳酸酯如PC(碳酸亚丙酯)容易分解，从而引起循环特性降低。