[發(fā)明專利]非水電解質(zhì)二次電池

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201280063342.7
• 申請(qǐng)日: 2012-12-20
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104011924A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-08-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 巖見(jiàn)安展
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 三洋電機(jī)株式會(huì)社
• 主分類(lèi)號(hào): H01M10/052
• 分類(lèi)號(hào): H01M10/052;H01M4/36;H01M4/38;H01M4/48;H01M4/587;H01M10/0569
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 蔣亭

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及使非水電解質(zhì)二次電池高容量化的手段，涉及將金屬硅(Si)或氧化硅(SiOx)與石墨材料混合作為負(fù)極活性物質(zhì)使用時(shí)初期的電池厚度的增大化得到抑制、且循環(huán)特性也優(yōu)異的非水電解質(zhì)二次電池。

背景技術(shù)

近年，包括智能手機(jī)的移動(dòng)電話、便攜式個(gè)人計(jì)算機(jī)、PDA、便攜式游戲機(jī)等移動(dòng)、便攜型電子設(shè)備悉數(shù)登場(chǎng)。根據(jù)這些設(shè)備的高性能化、小型化和輕量化的要求，期望作為其驅(qū)動(dòng)電源的二次電池進(jìn)一步高容量化。另外，由于近年的環(huán)境保護(hù)活動(dòng)的日益增加，二氧化碳等成為氣候變暖的原因的廢氣的排放控制被強(qiáng)化。在汽車(chē)行業(yè)內(nèi)，將使用汽油、柴油、天然氣等化石燃料的汽車(chē)進(jìn)行替代，電動(dòng)汽車(chē)(EV)、混合動(dòng)力汽車(chē)(HEV、PHEV)的開(kāi)發(fā)被積極開(kāi)展。

作為它們的驅(qū)動(dòng)用電池，正在使用鎳－氫二次電池、鋰離子二次電池，近年，由于能夠得到輕量且高容量的電池，故鋰離子二次電池等非水電解質(zhì)二次電池逐漸被廣泛使用。此外，在用于抑制太陽(yáng)能發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電等的輸出變動(dòng)的用途、用于在夜間積蓄電力而利用于日間的系統(tǒng)電力的錯(cuò)峰用途等的固定用蓄電池系統(tǒng)中，非水電解質(zhì)二次電池的使用也逐漸增多。

這樣的非水電解質(zhì)二次電池通常以如下的方式來(lái)制作。即，在負(fù)極極板和正極極板之間，配置由微多孔性聚乙烯膜等構(gòu)成的間隔件，通過(guò)間隔件將負(fù)極和正極以相互絕緣的狀態(tài)螺旋狀地卷繞于圓柱狀的卷繞芯，制作圓筒形的卷繞電極體，其中，負(fù)極極板在包含由細(xì)長(zhǎng)的片狀銅箔等構(gòu)成的導(dǎo)電性金屬箔的集電體的兩面涂布有含有負(fù)極活性物質(zhì)的負(fù)極合劑，正極極板在包含細(xì)長(zhǎng)的片狀鋁箔等的正極集電體的兩面涂布有含有正極活性物質(zhì)的正極合劑。方形電池的情況下，進(jìn)一步用沖壓機(jī)將該圓筒形的卷繞電極體壓扁而成型為能夠插入方形電池外殼體內(nèi)的形狀。接著，將這些圓筒形或方形的卷繞電極體收納于各自對(duì)應(yīng)的電池外殼體內(nèi)，注入非水電解質(zhì)成為非水電解質(zhì)二次電池。

作為該非水電解質(zhì)二次電池中使用的負(fù)極活性物質(zhì)，石墨、無(wú)定形碳等碳質(zhì)材料由于以下優(yōu)點(diǎn)而被廣泛使用：具有與鋰金屬、鋰合金相匹敵的放電電位，并且由于不生長(zhǎng)樹(shù)枝狀晶體而安全性高，此外初期效率優(yōu)異、電位平坦性良好，并且還具有密度也高的優(yōu)異性質(zhì)。但是，使用了包含碳材料的負(fù)極活性物質(zhì)時(shí)，插入鋰只能達(dá)到LiC₆的組成，理論容量372mAh/g為限度，因此成為電池的高容量化的障礙。

因此，正在開(kāi)發(fā)使用與鋰合金化的硅或硅合金、氧化硅作為單位質(zhì)量和單位體積的能量密度高的負(fù)極活性物質(zhì)的非水電解質(zhì)二次電池。在此情況下，例如對(duì)于硅而言，可以插入鋰達(dá)到Li_4.4Si的組成，因此理論容量達(dá)到4200mAh/g，可以期待遠(yuǎn)高于使用碳材料作為負(fù)極活性物質(zhì)時(shí)的大容量。但是具有如下問(wèn)題，使用硅或硅合金、氧化硅等作為非水電解質(zhì)二次電池的負(fù)極活性物質(zhì)的情況下，伴隨充放電循環(huán)的進(jìn)行引起負(fù)極活性物質(zhì)明顯的膨脹、收縮，因此引起負(fù)極活性物質(zhì)微粉化或從導(dǎo)電性網(wǎng)絡(luò)(ネットワーク)脫落，其結(jié)果導(dǎo)致電池的循環(huán)特性降低，為了解決該課題而進(jìn)行著各種改進(jìn)。

例如，在下述專利文獻(xiàn)1中公開(kāi)了一種非水電解質(zhì)二次電池，作為負(fù)極而使用如下的負(fù)極：具有含有構(gòu)成元素包括硅和氧的材料(其中，氧相對(duì)于硅的元素比x為0.5≤x≤1.5)和石墨的負(fù)極活性物質(zhì)合材層，且將構(gòu)成元素包括硅和氧的材料與石墨的合計(jì)設(shè)為100質(zhì)量％時(shí)、構(gòu)成元素包括硅和氧的材料的比率為3～20質(zhì)量％。根據(jù)該非水電解質(zhì)二次電池，雖然使用高容量且伴隨充放電的體積變化大的氧化硅，但能夠抑制其體積變化導(dǎo)致的電池特性的降低，因此在沒(méi)有明顯改變現(xiàn)有的非水電解質(zhì)二次電池的構(gòu)成的情況下，能夠確保良好的電池特性的電池。

專利文獻(xiàn)1：日本特開(kāi)2010－212228號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明所要解決的課題

但是，就非水電解質(zhì)二次電池而言，將非水電解液注入電池后，使非水電解液充分?jǐn)U散至極板和間隔件后進(jìn)行充放電，因此需要放置一定期間。但是，在完全沒(méi)有進(jìn)行充電的狀態(tài)下放置非水電解質(zhì)二次電池時(shí)，負(fù)極的電位以鋰基準(zhǔn)為3V以上，達(dá)到比通常負(fù)極的芯體中使用的銅的溶解電位高的電位，因此銅制的芯體發(fā)生溶解，最壞的情況是有可能發(fā)生內(nèi)部短路的不良狀況。因此，為了將電池放置一定期間，有需要進(jìn)行少量的充電，以使負(fù)極電位達(dá)到比銅制的芯體發(fā)生溶解的電位低的電位，然后進(jìn)行放置(下面將該充電稱為“放置前充電”。)。