[发明专利]锂离子二次电池、电子装置、电动工具、电动车辆和蓄电系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子二次电池，包括其间具有隔膜的彼此相对的正极和负极、一种使用其的电子装置、使用其的电动工具(electric power tool)、一种使用其的电动车辆(electric vehicle)、以及使用其的蓄电系统(电功率储存系统，electric power storage system)。

背景技术

近年来，由移动电话和个人数字助理(PDA)代表的电子装置已广泛使用，并且已强烈要求进一步减小它们的尺寸和重量以及实现它们的长寿命。相应地，作为用于这些电子装置的电源，已经开发了电池，尤其是能够提供高能量密度的小型且重量轻的二次电池。近年来，已经考虑将这样的二次电池不仅应用到前述电子装置，而且应用到由电动工具如电钻、电动车辆如电动汽车和蓄电系统如家庭电功率服务器代表的各种应用。

作为二次电池，已经广泛提出了利用各种充放电原理的二次电池。特别地，利用锂离子的嵌入和脱嵌的锂离子二次电池被认为是具有前景的，因为该锂离子二次电池与铅蓄电池、镍镉电池等相比，提供更高的能量密度。

二次电池包括正极、负极和电解液。正极和负极分别包含嵌入和脱嵌锂离子的正极活性物质和负极活性物质。在二次电池中，为了获得高的电池容量，将锂复合氧化物如LiCoO₂用作正极活性物质，并且将碳材料如石墨用作负极活性物质。

在二次电池中，一般地，其操作电压为2.5V以上4.2V以下。即使在单个电池中，该操作电压允许被增大直至4.2V的原因之一为如下。即，由于正极与负极通过隔膜分隔开，所以该二次电池是电化学稳定的。

根据二次电池的性能，要求进一步增加其电池容量。同时，在现有二次电池中，作为正极活性物质的锂复合氧化物的仅约60％的理论容量被利用。因此，存在我们称为剩余容量(remaining capacity)的容量。因此，为了利用该剩余容量，已经提出通过将充电电压增大至大于4.2V的值来实现高能量密度(例如，参见WO03/019713)。

然而，在其中充电电压增大至大于4.2V的值的情况下，大量锂离子从锂复合氧化物脱嵌，并因此正极变为热和电不稳定的。由此，容易发生副反应如电解液的分解反应，并且由于这些副反应而容易在电池中产生气体。因此，循环特性降低，并且由于电池溶胀导致安全性降低。

因此，已经提出，即使增大充电电压，也通过向电解液中加入芳族化合物来抑制副反应(例如，参见日本未审查专利申请公开No.07-302614和2000-058117)。作为芳族化合物，使用具有π电子轨道的苯甲醚衍生物，其中不可逆氧化还原电位在完全充电下比正极电位更惰性，是一种具有特定化学结构的醚衍生物等。芳族化合物在充电后期在正极表面附近、在氧化剂氛围下发生反应，并抑制气体产生。

另外，为了改善锂离子的离子传导性(离子电导率，ion conductivity)，提出了向电解液或正极中加入具有聚倍半硅氧烷骨架(polysilsesquioxane skeleton)的有机硅化合物(例如，参见日本未审查专利申请公开No.2005-002159、2008-171813和2003-306549)。

发明内容

为了解决在增大充电电压以增加电池容量的情况下存在的问题，已经进行了各种讨论。然而，还没有获得充分的措施。尤其是，考虑到安全性，在其中向电解液等中加入添加剂以抑制副反应的情况下，添加剂在电池中发生反应并形成电阻器。因此，容易最终降低循环特性。这样的趋势在促进副反应的高温下尤其显著。因此，已经强烈期望采取措施来确保高温特性，即确保即使在高温环境下的循环特性和安全性。

期望提供一种能够改善高温特性的锂离子二次电池、一种电子装置、一种电动工具、一种电动车辆、以及一种蓄电系统。

根据本发明的一个实施方式，提供了一种锂离子二次电池，包括彼此相对的正极和负极、其间(正极和负极之间)具有的隔膜、以及电解液。正极、负极和隔膜中的一个或多个(正极、负极和隔膜中的至少一个)包含有机硅化合物，该有机硅化合物包括下述具有由式1表示的聚倍半硅氧烷骨架的化合物或具有由式2表示的聚倍半硅氧烷骨架的化合物或它们二者(该有机硅化合物包括下述具有由式1、式2表示的聚倍半硅氧烷骨架的有机硅化合物中的至少之一)，

[式1]

[R1SiO_3/2]_m...(1)