[發(fā)明專利]非水電解質(zhì)二次電池用負極及其制造方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201180003351.2
• 申請日: 2011-03-25
• 公開（公告）號: CN102668196A
• 公開（公告）日: 2012-09-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 高橋慶一
• 申請（專利權(quán)）人: 松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社
• 主分類號: H01M4/587
• 分類號: H01M4/587;C01B31/04;H01M4/133;H01M4/1393;H01M4/36
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 劉鳳嶺;陳建全

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種包括芯材和附著于芯材上的負極合劑層的非水電解質(zhì)二次電池用負極，詳細地說，涉及含有碳材料的負極的改良。

背景技術(shù)

近年來，非水電解質(zhì)二次電池作為具有高工作電壓和高能量密度的二次電池，作為手機、筆記本型個人計算機、視頻攝像機等可移動電子設(shè)備的驅(qū)動用電源而得到廣泛普及。非水電解質(zhì)二次電池具有正極、負極和非水電解質(zhì)。

非水電解質(zhì)二次電池的負極一般使用可以插入和脫插鋰離子的碳材料。其中，石墨材料由于可以實現(xiàn)平坦的放電電位和高容量密度，因而得到廣泛應(yīng)用(專利文獻1、2)。具體地說，提出了由廣角X射線衍射法得到的歸屬于(101)面的峰強度I(101)與歸屬于(100)面的峰強度I(100)之比：I(101)/I(100)滿足0.7≤I(101)/I(100)≤2.2的材料。該峰值比成為石墨化度的指標。特別地，推薦了I(101)/I(100)比在0.8以上或者在1.0以上的碳材料(專利文獻3)。

最近，上述不僅在小型民生用途方面、而且在電力儲藏用、電動汽車用、混合動力汽車(HEV)用等高輸出用途方面加以利用的、且大容量的非水電解質(zhì)二次電池的開發(fā)也正在快速地進行。在大型的非水電解質(zhì)二次電池和小型民生用非水電解質(zhì)二次電池中，其用途和所要求的特性大大不同。在上述的電動汽車中，成為驅(qū)動源的電池需要以有限的容量在瞬時有助于發(fā)動機或者電動機的動力助動(輸出)和再生(輸入)。因此，這些電池要求高容量和高輸出輸入特性。

為了電池的高輸出輸入化，重要的是減少電池的內(nèi)部阻抗。于是，從這樣的角度考慮，就電極結(jié)構(gòu)、電池結(jié)構(gòu)部件、電極活性物質(zhì)、電解質(zhì)等進行了各種研究。例如，通過電極的集電結(jié)構(gòu)的改良、由電極的薄型長尺寸化產(chǎn)生的電極反應(yīng)面積的增加、以及將電池結(jié)構(gòu)部件設(shè)定為阻抗小的材料等，可以降低電池的內(nèi)部阻抗。

另外，活性物質(zhì)的選定以及改質(zhì)對于在低溫環(huán)境下的電池的高輸出輸入化是有效的。其中，負極所使用的碳材料的充電接受性對電池的輸出輸入特性產(chǎn)生較大的影響。也就是說，使用容易插入和脫插鋰離子的碳材料對于電池的高輸出輸入化是有效的。

于是，人們研究了含有難石墨化碳材料等低結(jié)晶性的碳材料的負極(專利文獻4)。難石墨化碳材料的取向性較低，而且能夠插入和脫插鋰離子的位點處于隨機的位置。因此，充電接受性較高，從而對于輸出輸入特性的提高是有利的。

現(xiàn)有技術(shù)文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開2000-260479號公報

專利文獻2：日本特開2000-260480號公報

專利文獻3：日本特開平6-275321號公報

專利文獻4：日本特開2000-200624號公報

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明所要解決的課題

然而，包含上述以前的碳材料的電極特別具有使低溫環(huán)境下的充放電特性、以及在高電流密度下的循環(huán)特性降低的傾向。這樣的電池難以長時間地使用。

專利文獻1～3的石墨材料具有層狀結(jié)構(gòu)，可以得到較高的容量密度。然而，如果充電時鋰離子插入石墨的層間，則層面間距得以擴張。因此，石墨材料發(fā)生膨脹。與這樣的膨脹相伴的應(yīng)力通過反復(fù)進行在大電流下的充電而逐漸增大。因此，石墨材料的充電接受性逐漸降低，從而循環(huán)壽命降低。另外，雖然也依賴于粒子形狀等，但石墨在壓延等時，具有c軸方向容易與電極面垂直地取向，從而使鋰離子的插入位點減少的傾向。因此，含有石墨的負極的充電接受性容易降低。

對于專利文獻4的難石墨化碳材料，其充放電反應(yīng)的機理與石墨材料不同，在充電時鋰離子幾乎不會插入層間。鋰離子的大部分由于插入碳材料的空隙，因而可以認為與上述的石墨材料相比，因與充放電相伴的膨脹和收縮引起的應(yīng)力減少。但是，難石墨化碳材料與石墨材料相比，由于其導(dǎo)電性較低，因而內(nèi)部阻抗容易增大。該傾向在反復(fù)進行大電流放電時較為顯著。

如上所述，將以前的碳材料用作負極的非水電解質(zhì)二次電池在低溫環(huán)境下或高電流密度下的充放電時，難以與高輸出輸入相適應(yīng)。該傾向通過使負極高容量化而變得顯著。

用于解決課題的手段