[發明專利]電極體、制造電極體的方法及具有電極體的電池

有效

• 申請號: 201310334656.2
• 申請日: 2013-08-02
• 公開（公告）號: CN103579580A
• 公開（公告）日: 2014-02-12
• 發明（設計）人: 穗積正人;齋藤俊哉;山田英登;鈴木達;打越哲郎;目義雄
• 申請（專利權）人: 豐田自動車株式會社;獨立行政法人物質·材料研究機構
• 主分類號: H01M4/131
• 分類號: H01M4/131;H01M4/36;H01M4/525;H01M4/505;H01M4/04;H01M4/1391;H01M10/0525
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 顧晉偉;冷永華

技術領域

本發明涉及當用在電池中時可使電池的放電容量增加超過常規電池而同時減小電壓降的電極體，并涉及制造這樣的電極體的方法。

背景技術

在二次電池中，伴隨化學反應遞減的化學能可被轉化為電能，使得電池可放電；同樣，電能可通過使電流以與放電過程中相反的方向流動而被轉化為化學能并被充存在電池中。在二次電池中，以鋰二次電池為代表的二次電池表現出高的能量密度，并因此被廣泛用作筆記本式個人計算機、移動式電話等中的電源。

在鋰二次電池中，在其中使用石墨(由C表示)作為負電極活性材料的情況下，放電過程中負電極中將發生下式(I)所表示的反應。

Li_xC₆→6C+xLi⁺+xe^-(I)(在式(I)中，0＜x＜1)

式(I)的反應中生成的電子流過外電路、在外負載處做功并到達正電極。式(I)中生成的鋰離子(Li⁺)通過電滲經由包夾在負電極和正電極之間的電解質從負電極向正電極移動。

在其中使用鋰鈷氧化物(Li_1-xCoO₂)作為正電極活性材料的情況下，放電過程中正電極中將發生下式(II)所表示的反應。

Li_1-xCoO₂+xLi⁺+xe^-→LiCoO₂(II)(在式(II)中，0＜x＜1)

在充電過程中，負電極和正電極中將分別發生式(I)和式(II)的反應的逆反應，使得在負電極中通過石墨嵌入而再生其中結合了鋰的石墨(Li_xC₆)，并且在正電極中再生鋰鈷氧化物(Li_1-xCoO₂)。因此使得再放電成為可能。

當制成薄膜時，在全固態鋰二次電池中用作正電極活性材料的LiCoO₂具有呈現c-軸取向的強烈傾向，因此正電極活性材料和固體電解質之間的鋰離子交換不會平穩地發生，結果是全固態鋰二次電池的輸出電流減小。為解決這樣的問題，日本專利申請公開第2012-099405號(JP2012-099405A)公開了一種傾斜地使鋰鈷氧化物晶體中的c-軸相對于基板的法線傾斜的技術。該技術依賴于具有導電基板并在導電基板的至少一個表面上具有通過磁取向形成的取向層的燒結體，其中所述取向層由鋰鈷氧化物(LiCoO₂)的球形顆粒組成，并且鋰鈷氧化物的c-軸在相對于導電基板的法向傾斜預定的角度以上的預定方向上取向。

發明內容

本發明人的研究結果已表明，采用通過在給定方向上對準鈷酸鋰的c-軸來取向的燒結體的鋰電池，例如JP2012-099405A中公開的鋰電池，如下面描述的對比例4中一樣，呈現出低的放電容量，這是成問題的。鑒于上述情況，本發明的一個目的是提供一種當用在電池中時可增加電池的放電容量使之超過常規電池而同時減小電壓降的電極體，并提供一種制造所述電極體的方法。

所述電極體具有基板并且在基板的至少一個表面上具有取向層。取向層包含活性材料顆粒，所述活性材料顆粒具有在垂直于<001>方向的方向上呈現出最高離子電導率的晶體結構，使得在與取向層中的活性材料顆粒相關且其中平行于基板的平面被定義為赤道面的(001)極圖中，A面的Lotgering因子f_a(001)和B面的Lotgering因子f_b(001)滿足下面的兩個表達式(1)和(2)，A面為垂直于連接(001)極圖的中心與在赤道面的外周處歸屬于(001)面的峰的最大XRD強度的點的線的赤道截面，B面為垂直于連接(001)極圖的中心與在赤道面的外周處歸屬于(001)面的峰的最小XRD強度的點的線的赤道截面：

f_a(001)＞0.3?????表達式(1)

f_a(001)-f_b(001)＜1.0?????表達式(2)。