[發(fā)明專利]負(fù)極和二次電池

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010106279.3
• 申請(qǐng)日: 2010-01-29
• 公開（公告）號(hào): CN101794883A
• 公開（公告）日: 2010-08-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 山本健介;鈴木浩一;川瀬賢一;北昭憲
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 索尼公司
• 主分類號(hào): H01M4/38
• 分類號(hào): H01M4/38;H01M4/48;H01M10/052
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務(wù)所 11105
• 代理人: 封新琴

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及負(fù)極和包含該負(fù)極的二次電池，該負(fù)極包括負(fù)極集電體和 在負(fù)極集電體上的負(fù)極活性物質(zhì)層，該負(fù)極活性物質(zhì)層包含負(fù)極活性物質(zhì)。

背景技術(shù)

近年來，便攜式電子設(shè)備如攝錄影機(jī)(camcorder)(裝配相機(jī)的磁帶錄像 機(jī)(videotape?recorder))，移動(dòng)電話和筆記本電腦已經(jīng)變得非常普及，人們強(qiáng) 烈需要這些便攜式電子設(shè)備具有更小的尺寸，更輕的重量和更長的壽命。 為了滿足這些需要，開發(fā)了輕質(zhì)和高能量密度的電池，特別是二次電池作 為這些便攜式電子設(shè)備的電源。

具體地，利用鋰離子吸留和釋放進(jìn)行充/放電反應(yīng)的二次電池(鋰離子二 次電池)可以比鉛電池和鎳-鎘電池具有更高的能量密度。因此，非常期望進(jìn) 一步提高鋰離子二次電池的能量密度。

此鋰離子二次電池包括負(fù)極，其中在負(fù)極集電體上形成含有負(fù)極活性 物質(zhì)的負(fù)極活性物質(zhì)層。碳材料廣泛用作這種負(fù)極活性物質(zhì)。然而，由于 近年來具有更高性能和更多功能的便攜式電子設(shè)備往往要求電池容量進(jìn)一 步提高，已經(jīng)提出使用錫或硅而不是碳材料作為這種負(fù)極活性物質(zhì)(例如， 參見U.S.專利4950566)。這是因?yàn)殄a的理論容量(994mAh/g)和硅的理論容 量(4199mAh/g)比石墨的理論容量(372mAh/g)高得多，因此可期望電池容量 得到相當(dāng)大的提高。

然而，由于吸留過鋰的硅合金等具有高反應(yīng)性，存在電解質(zhì)溶液容易 分解和鋰被失活的問題。因此，反復(fù)充放電降低充電-放電效率并且得不到 足夠高的循環(huán)特性。

為了解決這個(gè)問題，正在研究在負(fù)極活性物質(zhì)的表面上形成惰性層。 例如，已經(jīng)提出在負(fù)極活性物質(zhì)的表面上形成氧化硅膜(例如，參考特開 2004-171874號(hào)公報(bào)和特開2004-319469號(hào)公報(bào))。

發(fā)明內(nèi)容

然而，當(dāng)形成這種氧化硅膜時(shí)，該氧化硅膜的厚度增加導(dǎo)致反應(yīng)電阻 增加。這引起鋰離子的吸留不太容易發(fā)生和金屬鋰容易沉淀的問題。沉淀 在負(fù)極上的金屬鋰往往失活，這降低了循環(huán)特性。此外，由于沉淀的金屬 鋰在約100℃的溫度下和電解質(zhì)溶液發(fā)生反應(yīng)，該反應(yīng)產(chǎn)生的熱可能引起 電池的熱失控(thermal?runaway)。

因此，希望提供可以獲得優(yōu)異的循環(huán)特性而不降低安全性的負(fù)極；以 及包含這種負(fù)極的二次電池。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的負(fù)極包括負(fù)極集電體和在負(fù)極集電體上的負(fù)極 活性物質(zhì)層，該負(fù)極活性物質(zhì)層包含能夠吸留和釋放鋰的負(fù)極活性物質(zhì)。 當(dāng)使用⁷Li的魔角自旋(MAS)法進(jìn)行核磁共振(NMR)光譜分析(下文稱為 ⁷Li-MAS-NMR分析)時(shí)，在完全充電狀態(tài)下的負(fù)極活性物質(zhì)滿足下面的條件 表達(dá)式(1)。在條件表達(dá)式(1)中，A代表第一峰的積分面積和第一峰的邊帶 峰(side?band?peak)的積分面積的總和，相對(duì)于濃度為1mol/dm³(1·M)的LiCl 水溶液的共振峰顯示的參照位置，第一峰顯示的化學(xué)位移的范圍為-1ppm 以上和25ppm以下；B代表第二峰的積分面積，相對(duì)于濃度為1mol/dm³的LiCl水溶液的共振峰顯示的參照位置，第二峰顯示的化學(xué)位移的范圍為 25ppm以上和270ppm以下，第二峰不同于第一峰的邊帶峰。當(dāng)測(cè)量樣品 在⁷Li-MAS-NMR分析中旋轉(zhuǎn)時(shí)，第一峰的邊帶峰顯示與主信號(hào)(對(duì)應(yīng)于第 一峰的信號(hào))一起產(chǎn)生的假信號(hào)(spurious?signal)。

0≤(B/A)＜0.1????????????(1)

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的二次電池包括正極，上述本發(fā)明實(shí)施方式的負(fù) 極，以及電解液。

在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的負(fù)極和二次電池中，由于⁷Li-MAS-NMR分析 中具有吸留的鋰的負(fù)極活性物質(zhì)在完全充電狀態(tài)下滿足條件表達(dá)式(1)，所 以抑制了金屬鋰的沉淀。

在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的負(fù)極和包含本發(fā)明實(shí)施方式這種負(fù)極的二次 電池中，在充電時(shí)可以抑制在負(fù)極表面上將會(huì)變成失活的金屬鋰的沉淀。 因此，可以獲得良好的循環(huán)特性，同時(shí)可以提供充分高的安全性。

附圖說明

圖1是說明根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式的負(fù)極結(jié)構(gòu)的橫截面圖；