[发明专利]锂离子二次电池、电池组、混合动力汽车以及电池系统

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子二次电池、使用此锂离子二次电池的电池组、安装有此电池组的混合动力汽车、以及电池系统。

背景技术

作为移动电话的功率源或者作为电动汽车和混合动力汽车的功率源，锂离子二次电池已经引起了人们的注意。近年来，具有由LiMO₂(其中M代表Co、Ni、Mn、V、Al、Mg等)组成的正电极活性材料、由石墨组成的负电极活性材料以及由Li盐和非水溶剂组成的非水电解溶液的锂离子二次电池已经成为最受欢迎的锂离子二次电池(例如，参见日本专利申请公开No 2005-336000(JP-A-2005-336000)，日本专利申请公开No2003-100300(JP-A-2003-100300)和日本专利申请公开No 2003-059489(JP-A-2003-059489))。这种锂离子二次电池的优点之一是它实现了高放电电压和高输出。

另外，为了确保足够的充电量并获得高输出，在使用这种以LiMO₂为正电极活性材料且以石墨为负电极活性材料的锂离子二次电池时，将充电电压上限值设为4.2或者更高。然而，当充电电压上限值被设为4.2或更高时，电解溶液逐渐发生氧化分解，这会导致电池的寿命特性下降。可通过将充电电压上限值设成4.0或者更低来阻止电解溶液发生氧化分解，但是这样不能获得足够的充电量并且输出特性明显下降。此外，JP-A-2005-336000、JP-A-2003-100300和JP-A-2003-059489所公开的锂离子二次电池在温度较低时(特别在-20℃或更低时)会降低输出特性。

另一方面，日本专利申请公开No 2006-172775(JP-A-2006-172775)公开了一种具有出色的低温输出特性的锂离子二次电池，其具有含例如酯类溶剂的非水电解溶液。然而，特别地由于电池电压的增长，含酯类溶剂的非水电解溶液容易发生氧化分解。JP-A-2006-172775描述了一个实例，其中充电电压上限值被设为4.1V，但即使在充电电压上限值为4.1V的情况下，具有酯类溶剂的电解溶液也会发生氧化分解，这会导致电池的寿命特性明显下降。

发明内容

本发明提供了具有出色的低温输出特性和寿命特性并且能够确保足够的充电量的锂离子二次电池，使用这种锂离子二次电池的电池组，安装有这种电池组的混合动力汽车，以及电池系统。

本发明的一个方面是一种锂离子二次电池，其具有正电极活性材料、负电极活性材料和非水电解溶液，其中：正电极活性材料为LiFe_(1-x)M_xPO₄(其中M表示Mn、Cr、Co、Cu、Ni、V、Mo、Ti、Zn、Al、Ga、Mg、B和Nb中的至少一种，并且0≤X≤0.5)，并且非水电解溶液包含用以下公式(1)表示的酯类溶剂，在公式(1)中，R1表示具有1至4个氢原子或碳原子的烷基，R2表示具有1至4个碳原子的烷基：

根据这个方面的锂离子二次电池，非水电解溶液包含用公式(1)表示的酯类溶剂。因此能够获得出色的低温输出特性(尤其在-20℃或更低时)。另外，特别地由于电池电压(＝正电极电位-负电极电位)的增长，含有该酯类溶剂的非水电解溶液容易发生氧化分解。具体是，如果充电电压增长至使(基于Li的)正电极电位超过4.05V的数值，则会发生氧化分解，从而导致电池寿命明显下降。

然而根据常规技术，在用作正电极活性材料的LiMO₂(其中M代表Co、Ni、Mn、V、Al、Mg等)中，当(基于Li的)电荷电位上限值被设为4.05V或更低时，可插入(insert)其中的Li离子量降至等于或低于理论电容量的85％。此外，随着(基于Li的)电荷电位上限值在4.05V-3.55V的范围内下降，可插入的Li离子量明显下降。换句话说，当(基于Li的)电荷电位上限值为3.85V时，可插入的Li离子量降至约等于理论电容量的65％，且当(基于Li的)电荷电位上限值为3.55V时，可插入的Li离子量降至约等于理论电容量的10％。