[發明專利]鋰二次電池

有效

• 申請號: 201080049166.2
• 申請日: 2010-10-25
• 公開（公告）號: CN102598388A
• 公開（公告）日: 2012-07-18
• 發明（設計）人: 東崎哲也;杉本敏規;星原悠司;石古惠理子
• 申請（專利權）人: 第一工業制藥株式會社
• 主分類號: H01M10/052
• 分類號: H01M10/052;H01M4/13;H01M4/136;H01M4/58;H01M4/62;H01M10/0566;H01M10/058
• 代理公司: 北京泛誠知識產權代理有限公司 11298
• 代理人: 陳波;文琦

技術領域

本發明涉及用于鋰二次電池的陰極和采用該陰極的鋰二次電池。

背景技術

鋰離子二次電池是體積小、重量輕的可充電電池，其單位體積和單位重量的儲存容量大，廣泛應用于移動電話、筆記本電腦、個人數字助理、攝影機、數碼相機等，對于具有相對大能量消耗的小型、輕型的移動裝置是必不可少的。基于這些特征，可知鋰離子二次電池成為蓄電池技術中作為節能和儲能的重要技術。節能包括車載用途的應用，例如電動車(EV)和混合電動車(HEV)，儲能包括應用于有效利用風力發電、太陽能發電、夜間電源的固定電源。在實際應用中，期望鋰離子二次電池具有更高的性能、高容量和低成本。另一方面，近幾年來，鋰離子二次電池的事故和回收接連發生，安全性的考慮被加重。因此，特別需要高可靠性的蓄電池。

最普遍使用的鋰離子二次電池的陰極材料是鈷酸鋰。鈷酸鋰具有優異的性能，被用在多種用電設備上。然而，由于其為稀有金屬，存在著價格昂貴、價格波動大、安全性差的問題。其他陰極材料包括鎳酸鋰和錳酸鋰。雖然鎳酸鋰具有高容量和優異的高溫循環特性，但是它安全性差；雖然錳酸鋰具有過充安全性能優異、價格低的特點，但是它容量低、高溫循環性能差。此外，已經有鎳錳鈷復合材料的出現，該材料能減少鈷的使用，導致成本降低，且安全性能提高。因此，電極材料的實際應用正在發展過程中。

在上述情況下，橄欖石型氧化鋰對環境的影響小，資源豐富，成本低。此外，橄欖石型氧化鋰在充電時具有高容量和優異的熱穩定性，因此即便在緊急情況如過沖情況下，能提高安全性。所以，橄欖石型氧化鋰被期望用作陰極材料(專利文獻1～3)。

通常，鋰離子二次電池的充電時間約為1至5小時，所需時間很長。基于此，快速充電的需要增大。快速充電能縮小所用設備尺寸，能增加單位時間的使用頻率。使得減少輔助蓄電池，降低蓄電池成本成為可能。為了能夠快速充電，專利文獻4提出將A/C比值，即：陽極容量A與陰極容量C的比值，調整為1.1到1.6。雖然該發明的快速充電性能優異，但是快速充放電循環壽命并沒有明確描述。

在進行快速充電的情況下，大充電電流流經鋰離子二次電池，鋰離子嵌入陽極的速度減緩了充電速率，結果導致，陽極的電子與鋰離子反應，金屬鋰沉積在陽極上。這大大降低了蓄電池的性能，反向影響了安全性。基于此，通常在15min或更短時間內的快速充電并沒有先例。

專利文獻1：JP-A?2002-216770

專利文獻2：JP-A?2002-117902

專利文獻3：JP-A?2002-117907

專利文獻4：JP-A?2008-171661

發明內容

本發明要解決的技術問題

基于上述觀點完成了本發明，本發明的目的是提供一種能在15分鐘甚至更短的時間內完成充電的鋰離子二次電池。

解決問題的方案

本發明的鋰離子二次電池包括：

陰極，該陰極包括形成于陰極集電器表面的包括陰極活性材料和導電劑的陰極復合層；

陽極，該陽極包括陽極活性材料；

隔膜，該隔膜用于使所述陰極和所述陽極之間絕緣；以及

電解質，該電解質包含鋰離子；

其中，所述陰極活性材料由以下化學式(I)表示；所述導電劑包含平均粒徑為大于等于3μm且小于等于12μm的重量比大于等于1％的粒子；形成在所述陰極集電器表面的所述陰極復合層的厚度為每個表面小于等于50μm；所述陽極的電極密度大于等于1.55g/cm³；所述陽極的可嵌入/脫嵌的鋰容量A與所述陰極的可嵌入/脫嵌的鋰容量C的比值A/C被調整為：1.8≤A/C≤2.2；

Li_xMPO₄????(I)

(在上述式(I)中，M是包含至少一種選自以下組的金屬原子的金屬原子：Co，Ni，Fe，Mn，Cu，Mg，Zn，Ti，Al，Si，B和Mo，且0＜x＜2)。

在鋰離子二次電池中，優選陰極活性材料為LiFePO₄。

另外，優選對鋰離子二次電池進行在首次充電后的加熱以及重復充放電三次或以上的老化處理。

本發明的有益效果

根據本發明的鋰離子二次電池，充電時間從以往的1～5小時的時間縮短到15分鐘或更少。而且，即便重復進行這樣的快速充電，蓄電池的壽命特征優異。

本發明的最佳實施方式

1.陰極材料

本發明采用的陰極活性材料用以下化學式(I)表示：