[發明專利]方形鋰二次電池

有效

• 申請號: 201210518764.0
• 申請日: 2012-12-06
• 公開（公告）號: CN103151553A
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發明（設計）人: 細谷邦雄;木村邦夫
• 申請（專利權）人: 株式會社半導體能源研究所
• 主分類號: H01M10/052
• 分類號: H01M10/052;H01M10/0587;H01M10/0525;H01M4/13
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 何欣亭;李浩

技術領域

本發明涉及一種方形鋰二次電池。

背景技術

近年來，隨著環境技術的提高，對于其環境負擔比現有的發電方式小的發電裝置（例如，太陽光發電）的研發非常活躍。對發電技術進行開發的同時，也對鋰二次電池、鋰離子電容器、空氣電池等蓄電裝置進行開發。

尤其是，混合動力汽車（HEV）、電動汽車（EV）或插電式混合動力汽車（PHEV）等新一代清潔能源汽車或者手機、智能手機、筆記本電腦等便攜式信息終端、便攜式音樂播放機、數碼相機等小型消費類產品蓄電池等，隨著半導體產業的發展迅速擴大鋰二次電池的需要，對于現代信息社會作為能夠充電的能源的供應源的鋰二次電池是不可缺少的。尤其是當用于電動汽車或家電時，希望更高容量、高輸出的方形鋰二次電池。

方形鋰二次電池由于包括多次卷繞重疊正極、隔離體、負極的長薄片的卷繞體，所以在因卷繞產生的彎曲部具有脆弱性。也就是說，彎角部的活性物質混合劑層（active?material?mixture?layer）產生裂縫、剝離、滑落等，分離的活性物質穿過隔離體，有導致正極與負極之間的短路之虞。于是，在專利文獻1或專利文獻2中，以卷繞體中產生曲率半徑小的彎曲的部分不形成活性物質混合劑層的方式預先去除或剝離，來形成卷繞體。

用于卷繞型鋰二次電池的負極通過在薄片狀的集電體的雙面形成負極活性物質混合劑層來制造。作為現有的負極活性物質，使用能夠吸留和釋放成為載流子的離子（以下，稱為載體離子）的材料的石墨（黑鉛）。就是說，混煉作為負極活性物質的石墨、作為導電助劑的碳黑及作為粘結劑的樹脂形成漿料，在集電體上涂布該漿料，然后干燥來制造負極。

相對于此，當作為負極活性物質使用硅或摻雜有磷的硅時，與碳相比，可以吸留大約4倍的載體離子，相對于碳（黑鉛）負極的理論容量的372mAh/g，硅負極的理論容量則大得多，即為4200mAh/g。因此，從二次電池的大容量化的觀點來看是最適當的材料，目前以高容量化為目的而對作為負極活性物質使用硅的鋰二次電池的研究開發盛行。

但是，當載體離子的吸留量增大時，產生如下問題：充放電循環中的伴隨載體離子的吸留和釋放的體積變化大，使集電體與硅之間的密接性降低，從而充放電導致電池特性的劣化。再者，有時，有如下重大的問題：因硅變壞而剝離或微粉化導致不能維持電池的功能。

于是，例如，在專利文獻3中，在由表面粗糙的銅箔等構成的集電體上作為負極活性物質以柱狀或粉末狀形成由微晶或非晶硅構成的層，在該由硅構成的活性物質層上設置由其導電性比硅低的黑鉛等的碳材料構成的層。由此，由于即使由硅構成的活性物質層剝離也可以通過由黑鉛等碳材料構成的層集電，所以可以降低電特性的劣化。

[專利文獻1]?日本專利申請公開平7-153490號公報；

[專利文獻2]?日本專利申請公開平10-270068號公報；

[專利文獻3]?日本專利申請公開2001-283834號公報。

但是，如專利文獻1或專利文獻2的記載，在方形鋰二次電池中，以僅在產生曲率半徑小的彎曲的部分不形成活性物質混合劑層的方式形成卷繞體，在電極制造技術上實際上是很困難的。為了以僅在產生曲率半徑小的彎曲的部分不形成活性物質混合劑層的方式形成卷繞體，需要預測成為彎曲部的只有幾mm的區域而去除或剝離活性物質層。但是，從電極制作時的位置控制的精度的觀點來看，將去除或剝離了的區域準確地配置在卷繞體的該部分是困難的。這是因為構成重疊正極、隔離體及負極的長薄片的集電體或活性物質混合劑層的厚度的制造偏差或手工進行卷繞工序等的緣故。

此外，專利文獻1或專利文獻2所公開的方形鋰二次電池由于在產生曲率半徑小的彎曲的部分不形成活性物質混合劑層，所以這相應地導致放電容量的降低。由此，不能充分利用卷繞體的電極表面的面積。

另外，如專利文獻3的記載，當為了實現二次電池的高容量化作為負極活性物質使用硅時，因載體離子的嵌入而硅膨脹至4倍左右。由此，由于既定的應力集中且一直施加到卷繞體的產生曲率半徑小的彎曲的部分，所以有可能產生嚴重的活性物質混合劑層的剝離。因此，難以防止負極活性物質的變壞，維持電池的可靠性是很困難的。再者，當剝離了的活性物質穿過隔離體而使正極與負極之間產生短路時，因產生的熱而二次電池內的電解液分解并汽化導致起火，從而顯著損害安全性。

發明內容

于是，本發明的一個方式提供一種可靠性高而不降低充放電容量的方形鋰二次電池。