[發(fā)明專利]電化學(xué)器件及其電極的制造方法、電化學(xué)器件電極的處理裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810087085.6
• 申請日: 2008-04-11
• 公開（公告）號: CN101286557A
• 公開（公告）日: 2008-10-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 武澤秀治
• 申請（專利權(quán)）人: 松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社
• 主分類號: H01M4/04
• 分類號: H01M4/04;H01M4/02;H01M10/40
• 代理公司: 永新專利商標(biāo)代理有限公司
• 代理人: 陳建全

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及非水電解質(zhì)二次電池等電化學(xué)器件的電極的制造方法，更詳細(xì)地說，涉及可以高精度地補(bǔ)充電極的不可逆容量的、適于批量生產(chǎn)的鋰嵌入量的控制技術(shù)。

背景技術(shù)

采用鋰的電化學(xué)器件由于其理論容量大，所以正在進(jìn)行作為各種設(shè)備的主電源的用途開發(fā)。下面作為一個例子，就非水電解質(zhì)二次電池進(jìn)行說明。

非水電解質(zhì)二次電池要求進(jìn)一步的高容量化。為此，作為負(fù)極活性物質(zhì)，正在謀求從理論容量不足400mAh/g的石墨等碳素材料、向包含具有近10倍的理論容量的硅和錫等材料的轉(zhuǎn)換。

所有負(fù)極活性物質(zhì)在初期的充放電中，能夠充電的容量和能夠放電的容量產(chǎn)生差別即具有容量損失部分(不可逆容量)。碳素材料也具有這樣的不可逆容量。特別地，為人所知的是含有硅或錫等的高容量材料的不可逆容量較大。一般認(rèn)為該不可逆容量產(chǎn)生的原因在于，在充電中鋰與電解液或負(fù)極活性物質(zhì)發(fā)生副反應(yīng)而使之鈍化。這樣一來，起因于負(fù)極活性物質(zhì)的不可逆容量結(jié)果也使擔(dān)負(fù)電池容量實體的、作為鋰離子根源的正極的可逆容量損失一部分，從而導(dǎo)致電池容量的降低。

為防止起因于不可逆容量的電池容量的降低，人們提出了預(yù)先在負(fù)極活性物質(zhì)中補(bǔ)充鋰的技術(shù)方案。具體地說，公開了采用輥轉(zhuǎn)印等將金屬鋰等的箔片貼附在使用了含有錫等的復(fù)合氧化物的負(fù)極上的方法。在其后的電池組裝時，通過注入電解液而使鋰嵌入負(fù)極活性物質(zhì)中(例如，國際公開第96/027910號小冊子)。

但在該方法中，欲嵌入負(fù)極活性物質(zhì)中的鋰量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于以能夠處理的金屬鋰箔厚度的下限值(大約30μm)為基礎(chǔ)的鋰賦予量。為此，實質(zhì)上部分地設(shè)置金屬鋰箔，從而不能在負(fù)極中均勻地嵌入鋰。其結(jié)果是，引起因膨脹而產(chǎn)生的負(fù)極變形和充放電反應(yīng)的不均勻化。

另外，還公開了如下方法：在含有負(fù)極活性物質(zhì)的合劑層之上，采用真空蒸鍍法等干式成膜法形成金屬鋰等輕金屬層的方法。如果將該負(fù)極保存在干燥氣氛或電解液中，則鋰嵌入負(fù)極中(例如，特開2005-038720號公報)。

在該方法中，可以通過真空蒸鍍法制造比鋰箔更薄的鋰層本身。但是，因某種原因而使鋰層的厚度偏離所期望的數(shù)值也未嘗可知。為此，存在連續(xù)生產(chǎn)與期望數(shù)值偏差較大的負(fù)極的可能性。

進(jìn)而提出了如下的技術(shù)：在電池組裝之前另行制造電化學(xué)單元，采用能夠嵌入和脫嵌鋰的對電極對負(fù)極進(jìn)行充電(例如，特開平06-325765號公報)。

在該方法中，可以根據(jù)電化學(xué)單元的通電量準(zhǔn)確地評價應(yīng)該賦予負(fù)極活性物質(zhì)的鋰量。但是，如果構(gòu)成這樣的電化學(xué)單元，則連續(xù)生產(chǎn)變得困難，所以不適合批量生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明涉及一種向負(fù)極活性物質(zhì)補(bǔ)充數(shù)量與不可逆容量相當(dāng)?shù)匿嚂r，始終準(zhǔn)確地把握并控制應(yīng)該賦予電極前體的鋰量的方法。由此，例如可以批量生產(chǎn)高精度的非水電解質(zhì)二次電池用負(fù)極。本發(fā)明的電化學(xué)器件的電極的制造方法包括：在能夠嵌入和脫嵌鋰的電極前體上賦予鋰的A步驟、測量嵌入了鋰的電極前體的電阻的B步驟。另外，具體實現(xiàn)這種制造方法的本發(fā)明電化學(xué)器件的電極的處理裝置包括：在能夠嵌入和脫嵌鋰的電極前體上賦予鋰的鋰賦予部，以及測量嵌入了鋰的電極前體的電阻的第1測量部。

這樣一來，可以通過測量嵌入了鋰的電極前體的電阻，準(zhǔn)確地把握在電極前體中所嵌入的鋰量。由此，可以管理或者控制在電極前體中所嵌入的鋰量。為此，如果采用本發(fā)明電化學(xué)器件的電極的制造方法、處理裝置，則可以批量生產(chǎn)高容量且充放電循環(huán)特性優(yōu)良、并且它們的特性偏差較小的電化學(xué)器件。

附圖說明

圖1是表示本發(fā)明實施方案的電化學(xué)器件的電極的處理裝置之結(jié)構(gòu)的示意圖。

圖2A～圖3B是表示圖1所示的處理裝置的第1測量部的其它結(jié)構(gòu)的示意圖。

圖4是表示采用圖1所示的處理裝置的第1測量部測量的電阻率和實際的鋰嵌入量之間的關(guān)系的一個實例的相關(guān)圖。

圖5是本發(fā)明實施方案的非水電解質(zhì)二次電池的縱向剖面圖。

具體實施方式

圖1是表示本發(fā)明實施方案的電化學(xué)器件的電極的處理裝置之結(jié)構(gòu)的示意圖。該處理裝置包括鋰賦予部、第1測量部5、第2測量部6、推測部8和調(diào)整部9。第1測量部5和第2測量部6與推測部8連接，調(diào)整部9與推測部8和鋰賦予部連接。首先就鋰賦予部的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。