[發(fā)明專利]鋰二次電池用電極材料及鋰二次電池

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201180010307.4
• 申請(qǐng)日: 2011-07-07
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102934266A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-02-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 澤井岳彥;齊藤慎治;浦尾和憲;川崎卓
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: SEI株式會(huì)社;電氣化學(xué)工業(yè)株式會(huì)社
• 主分類(lèi)號(hào): H01M4/587
• 分類(lèi)號(hào): H01M4/587;H01M4/36;H01M4/48;H01M4/62;H01M10/052;H01M10/0566;H01M10/0587
• 代理公司: 中國(guó)國(guó)際貿(mào)易促進(jìn)委員會(huì)專利商標(biāo)事務(wù)所 11038
• 代理人: 吳宗頤

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鋰二次電池的電極材料及使用該電極材料的鋰二次電池。

背景技術(shù)

使用可吸留和釋放鋰離子的材料形成負(fù)極的鋰二次電池與使用金屬鋰形成負(fù)極的鋰電池相比，可以抑制樹(shù)枝狀晶體的析出。因此，作為提高了安全性的二次電池，已投入市場(chǎng)。

近年來(lái)，在車(chē)載用途方面對(duì)該鋰二次電池的開(kāi)發(fā)正不斷進(jìn)行，大電流充放電和高容量化以及其重復(fù)帶來(lái)的長(zhǎng)壽命化的全部性能的提高正成為大的課題。

針對(duì)該課題，設(shè)計(jì)有各種鋰二次電池。正極材料除鋰金屬氧化物的正極材料以外，特別是研究了直至絕緣氧化物和電阻高的正極材料。另外，負(fù)極材料除碳系、鈦氧化物和合金系等自身的高容量化以外，研究有能使大電流流通的負(fù)極材料。

通過(guò)構(gòu)成正極材料和負(fù)極材料的活性物質(zhì)粒子的小粒徑化帶來(lái)的比表面積的增加及由電極設(shè)計(jì)帶來(lái)的電極面積的增加等設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了鋰二次電池的電流密度負(fù)荷降低。

通過(guò)這些設(shè)計(jì)提高了高容量化和大電流充放電，但對(duì)于鋰二次電池的長(zhǎng)壽命的對(duì)策并不充分。因此，對(duì)于正極，研究了鋰金屬氧化物的金屬元素的替代配比及摻雜金屬的替代。另外，對(duì)于碳系負(fù)極，提出了用于防止由電解液分解而生成電阻膜的添加劑。對(duì)于具有半導(dǎo)體特性的合金系負(fù)極，提出了添加合金組分或?qū)щ姴牧希约疤砑佑糜谝种坪辖鸬捏w積膨脹的粘合劑。例如，已知一種二次電池用電極，其特征在于，具有電極材料，所述電極材料具有活性物質(zhì)粉末、由碳材料形成的附著在活性物質(zhì)粉末表面的導(dǎo)電材料和粘合于導(dǎo)電材料的纖維狀導(dǎo)電材料（專利文獻(xiàn)1）。

但是，在上述建議的裝置中，可以將數(shù)百個(gè)循環(huán)的循環(huán)壽命制成3000～4000個(gè)循環(huán)水平，但對(duì)于實(shí)現(xiàn)作為車(chē)載用的10年、5000個(gè)循環(huán)以上來(lái)說(shuō)并不充分。特別是對(duì)于使用聚酰亞胺等作為合金系負(fù)極的粘合劑，并通過(guò)增強(qiáng)粘合劑的粘合力來(lái)緩和合金的體積膨脹的建議，作為合金活性物質(zhì)的微細(xì)化以及從集電箔的防剝離技術(shù)，粘合劑的使用量增加且不能滿足設(shè)計(jì)容量或成本上升，難以滿足作為車(chē)載用電池的要求性能。

難以改善分別使用電阻高的鋰金屬氧化物正極、和具有絕緣、半導(dǎo)體特性的鈦氧化物負(fù)極或合金系負(fù)極以及即使具有導(dǎo)電性但通過(guò)微細(xì)化接觸電阻也能增大的碳系負(fù)極的電池的高容量化、高輸出功率和壽命性能。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本特開(kāi)2008-277128號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明要解決的課題

本發(fā)明是為了應(yīng)對(duì)如上所述的問(wèn)題而完成的，其目的在于，提供一種鋰二次電池用電極材料及使用該電極材料的鋰二次電池，所述鋰二次電池用電極材料可以極大地降低電極材料電阻，除了大電流充放電（高輸出功率）以外，可高容量化，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)可用作車(chē)載用途的循環(huán)壽命。

解決課題的手段

本發(fā)明的鋰二次電池用電極材料用于在與正極板接觸的正極材料以及與負(fù)極板接觸的負(fù)極材料之間隔著隔膜卷繞或?qū)盈B而成的電極組中浸透或浸漬有機(jī)電解液而反復(fù)進(jìn)行鋰離子的吸留和釋放的二次電池。

上述負(fù)極板的負(fù)極材料含有如下所示的成分（a）、成分（b）和成分（c）。其特征在于，這些各成分具有選自石墨烯相和非晶相中的至少一相（以下，稱為石墨烯相等）作為表面相，所述負(fù)極材料含有使這些表面相彼此之間熔融結(jié)合而得到的復(fù)合負(fù)極活性物質(zhì)。在此，石墨烯相是指sp²鍵合的碳原子的平面6元環(huán)結(jié)構(gòu)層，非晶相是指該6元環(huán)結(jié)構(gòu)以三維構(gòu)成，他們之間熔融結(jié)合是指利用石墨烯相和/或非晶相的紊亂而粘合。

成分（a）為被碳材料覆蓋且至少在表面具有石墨烯相等的選自包合金屬的金屬氧化物和合金材料中的至少一種活性物質(zhì)，

成分（b）為至少在表面具有石墨烯相等的石墨系碳材料，

成分（c）為所述石墨系碳材料以外的且至少在表面具有石墨烯相等的碳材料。

特別是其特征在于，所述活性物質(zhì)為包合金屬錫的錫氧化物的粉體或包合金屬硅的硅氧化物的粉體。

另外，上述正極材料的特征在于，含有使如下所示的成分（d）和成分（e）的表面的石墨烯相等彼此之間熔融結(jié)合而得到的復(fù)合正極活性物質(zhì)。

成分（d）為被碳材料覆蓋且至少在表面具有石墨烯相等的橄欖石形鋰金屬磷氧化物，

成分（e）為石墨系碳材料以外的、且至少在表面具有石墨烯相等的碳材料。

其特征在于，所述石墨系碳材料為選自人造石墨、天然石墨、易石墨化碳材料和非晶質(zhì)碳材料中的至少一種碳材料。