[發明專利]鋰聚合物二次電池

無效

• 申請號: 01117930.9
• 申請日: 2001-05-08
• 公開（公告）號: CN1323075A
• 公開（公告）日: 2001-11-21
• 發明（設計）人: 森垣健一;村田年秀;柴野靖幸;江田信夫
• 申請（專利權）人: 松下電器產業株式會社
• 主分類號: H01M10/40
• 分類號: H01M10/40;H01M10/38
• 代理公司: 上海專利商標事務所
• 代理人: 章鳴玉

本發明涉及鋰聚合物二次電池，該電池具備由含鋰復合氧化物構成的正極、能夠可逆地吸藏和釋放鋰的材料構成的負極和包含無機或有機填充物的隔層層疊而成的電極群，以及包含在前述正極、前述負極和前述隔層中的聚合物材料及非水電解液組成的聚合物電解質。

含鋰復合氧化物構成的正極、能夠可逆地吸藏和釋放鋰的材料構成的負極及非水電解液組成的鋰離子二次電池具有高能量密度和良好的低溫特性。此外，由于負極未采用金屬鋰，所以安全性良好，能夠很快地實用化。研究者們還正在開發一種能夠保持非水電解液、且采用了凝膠狀態的聚合物材料(凝膠化聚合物)的既薄又輕的新型鋰聚合物二次電池。

由于前述聚合物材料對非水電解液有很高的親和性，所以在非水電解液隨著充放電反應而轉移時，非水電解液會使該聚合物材料出現過分膨潤的傾向。其結果是，含有前述聚合物材料的極板出現膨脹，使活性物質粒子間及活性物質粒子和導電劑粒子間的電接觸受到影響，導致與充放電反應無關的粒子的比例增加，使電池容量減少。因此，鋰聚合物二次電池和鋰離子二次電池相比，存在充放電循環特性下降的問題。

目前找到了多種能夠適度膨潤的聚合物材料，但這些聚合物材料存在各種不足的地方，至今不能夠獲得具有充分充放電循環特性的鋰聚合物二次電池。

例如，在M.Armand等的美國專利第4,303,748號的說明書等揭示了與非水電解液具有良好相溶性的環氧乙烷系聚合物，但這類聚合物的熱穩定性不夠理想。

此外，日本專利公開公報平4-306560號等揭示了因阻燃性而顯現出較高離子傳導性的丙烯腈系聚合物，但與這類聚合物具有相溶性的非水電解液有限，且熱穩定性不佳。

此外，在A.Gozdz等的美國專利第5,296,318號的說明書等揭示了因阻燃性而顯現出良好電化學穩定性的偏二氟乙烯系聚合物，但這類聚合物存在高溫下電解液相容易從聚合物分離出來的問題。

再有，日本專利公報昭58-3628號等揭示了對非水電解液的保持性優異的丙烯酸酯系聚合物，但這類聚合物存在電化學性能不穩定的問題。

據此，本發明的目的是解決與鋰離子二次電池相比，鋰聚合物二次電池充放電循環特性劣化的問題，提供高可靠性的鋰聚合物二次電池。

本發明涉及鋰聚合物二次電池，該電池具備由含鋰復合氧化物構成的正極、能夠可逆地吸藏和釋放鋰的材料構成的負極和包含無機或有機填充物的隔層層疊而成的電極群，以及包含在前述正極、前述負極和前述隔層中的聚合物材料及非水電解液組成的聚合物電解質，該電池的特征是，前述電極群的總空隙容積的70～90％被非水電解液填滿。

前述聚合物材料較好為聚偏二氟乙烯或具有偏二氟乙烯單元的共聚物。

此外，前述聚合物材料也可以是在聚氧烯烴基的末端具有丙烯酸酯基或甲基丙烯酸酯基的單體的聚合物或具有前述單體單元的共聚物。

圖1為本發明的鋰聚合物二次電池之一例的剖面圖。

圖2為實施例1制得的鋰聚合物二次電池中被非水電解液填滿的電極群的空隙體積比例和容量維持率之間的關系圖。

圖3為實施例2制得的鋰聚合物二次電池中被非水電解液填滿的電極群的空隙體積比例和容量維持率之間的關系圖。

本發明重點關注鋰聚合物二次電池的各構成要素中所包含的非水電解液的量，通過對該量的最適化調整來改善鋰聚合物二次電池的充放電循環特性。即，通過將包含在各構成要素中的非水電解液量調整在一定范圍內，以抑制因充放電反應時非水電解液的轉移而出現的非水電解液的局部化和極板體積的變化。

本發明的鋰聚合物二次電池具備由含鋰復合氧化物構成的正極，能夠可逆地吸藏及釋放鋰的材料構成的負極，以及包含無機或有機填充物的隔層層疊而成的電極群。前述正極、前述負極及前述隔層中都包含了同種聚合物材料，該聚合物材料經非水電解液的膨潤后呈凝膠狀態。

為了以非水電解液對電極群中的聚合物材料進行膨潤，例如可以將電極群裝入電池外殼中后，在該殼中注入非水電解液。非水電解液一注入電池外殼內，非水電解液在浸入電極群的空隙(細孔)的同時使聚合物材料膨潤。

圖1是作為本發明的鋰聚合物二次電池之一例的平板型鋰聚合物二次電池的剖面圖。以下，參考圖1對本發明的鋰聚合物二次電池進行說明。