[發明專利]非水電解質二次電池

無效

• 申請號: 01800323.0
• 申請日: 2001-02-21
• 公開（公告）號: CN1363124A
• 公開（公告）日: 2002-08-07
• 發明（設計）人: 岡田干雄;安田秀雄
• 申請（專利權）人: 日本電池株式會社
• 主分類號: H01M10/40
• 分類號: H01M10/40
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司
• 代理人: 王維玉,丁業平

技術領域

本發明涉及一種非水電解質二次電池。

背景技術

現在，在電子應用方面，二氧化錳-鋅電池主要被用做提供能量的原電池。在電子應用方面，鎳電池，例如鎳-鎘電池，鎳-鋅電池和鎳-金屬氫化物電池，以及鉛酸電池主要被用做提供能量的二次電池。

一般使用堿的水溶液例如氫氧化鉀或硫酸的水溶液之類的物質作為這些電池的電解質。水的理論分解壓是1.23V。高于1.23V電壓的電池容易受水分解，這樣就幾乎不能儲存電能。因而，實際應用的電池的電動勢最高大約為2V。因此，在電子應用方面，為了滿足對新的高性能電池的需求，電壓為3V或更高，包括非水電解質高電壓電池已經被應用。這種電池的典型的例子是包含金屬鋰作為負極活性材料的鋰電池。鋰電池的原電池例子包括二氧化錳-鋰電池、氟化碳-鋰電池等。二次鋰電池例子包括二氧化錳-鋰電池、氧化釩-鋰電池等。

二次鋰電池使用金屬鋰作負極活性材料的缺點是金屬鋰導致枝晶，容易引起短路，而減少電池壽命。此外，因為金屬鋰活性高，很難保證安全。因此本發明提供了高能量密度的鋰離子電池，這種電池使用石墨或碳替代了金屬鋰作為負極活性材料，鋰鈷氧化物、鋰鎳氧化物之類的物質作為電池正極活性材料。然而，隨著最近使用領域的擴展，越來越需要電池具有更高性能、更高能量密度和更高的安全性。

因此，具有高能量密度、由金屬鋰作為負極活性材料的二次鋰電池又引起了人們的關注。但是，正如上面所述，循環壽命短的技術問題還很難克服，更不用說安全性了。所以，這種二次鋰電池還沒有被實際應用。

換句話說，如圖3所示，以金屬鋰為負極25中的負極活性材料的二次鋰電池在接受到重復充電、放電的循環時，形成金屬鋰的枝晶21，它能刺破隔膜層29，導致在充電時發生短路。此外，不參與充電和放電的細的金屬鋰粉末23在鄰近的負極25處累積，就降低了放電能力，更進一步會減少電池壽命。

尤其是，一般含有易燃的有機電解質溶液的非水電解質二次電池，能導致產生熱和冒煙，這就要求必須充分保證其安全性。因此，人們嘗試使用不同的安全元件和聚合物電解質，它們和電極反應的活性要比已經常使用液體電解質和電極的反應活性要弱。此外，還有一些報告是關于多孔聚合物電解質和在孔內摻入液體電解質(PROCEEDINGS?of?16th?International?Electric?Vehicle?Symposium，1999，第156頁)的。但是即使使用安全元件或聚合物電極，也不足以解決因為產生枝晶或形成細金屬粉末而使安全性降低，這一問題以前就存在。

在使用那些能夠吸收或釋放鋰的鋰合金或碳材料時，包括金屬鋰的鋰電池還將產生前述問題。換句話說，在充電或放電的情況下，增加使用負極活性材料提高了電池的能量密度，或者是以高速率或在低溫時進行放電時，金屬鋰枝晶沉淀在負活性材料的表面上，會發生與金屬鋰負極活性材料相同的問題。

因此，本發明的目的是提供一種具有優良的循環壽命性能和增強安全性的非水電解質二次電池。

發明公開

本發明包括一個聚合物膜，該膜含有選自下列組中的至少一種物質：碳粉、硅粉、錫粉和鋁粉(在下文稱之為“碳粉類物質”)，且位于正極和負極之間。根據本發明的結構，碳粉類物質作為鋰-吸收材料，吸收由于充電或放電時從陰極產生的金屬鋰粉或枝晶，而不參與充電或放電。因為鋰-吸收材料比金屬鋰粉或枝晶活性差，所以電池的安全性就明顯增強。更進一步，因為金屬鋰粉或枝晶被碳粉類物質吸收，就可以防止電池內部正極和負極之間發生短路，使充電和放電的循環壽命性能有顯著的改進。

含有碳粉類物質的聚合物膜最好是多孔的，尤其是孔隙率為10％到90％。當含有碳粉類物質的聚合物膜被制成多孔狀時，液體電解質可以被保留在孔內。按照這種結構，在充電和放電時，因液體電解質保留在孔中，因活性材料體積的改變而引起液體電解質的流動同樣發生。金屬鋰粉或枝晶從負極中釋放出來，就不能進行充電或放電，它們隨著液體電解質的流動而穿過聚合物膜孔，因此，就很容易到達碳粉類物質。

另一方面，隔膜層還可以位于正極和聚合物膜之間。

附圖的簡要說明

圖1和圖2分別為根據本發明的非水電解質二次電池的結構示意圖，而圖3為常規非水電解質二次電池的結構示意圖。圖4是實施例5的循環壽命性能曲線圖，而圖5是實施例6的循環壽命性能曲線圖。

本發明的最佳實施方式