[發明專利]鋰二次電池

在審

• 申請號: 201380014101.8
• 申請日: 2013-02-22
• 公開（公告）號: CN104247113A
• 公開（公告）日: 2014-12-24
• 發明（設計）人: 西村淳一;后藤和宏;細江晃久;吉田健太郎
• 申請（專利權）人: 住友電氣工業株式會社
• 主分類號: H01M4/80
• 分類號: H01M4/80;H01M4/38;H01M4/46;H01M4/505;H01M4/525;H01M4/58;H01M4/62;H01M10/052;H01M10/0562
• 代理公司: 北京天昊聯合知識產權代理有限公司 11112
• 代理人: 丁業平;常海濤

技術領域

本發明涉及具有鋰離子傳導性固體電解質膜的鋰二次電池。

背景技術

近年來，人們期望用作便攜電子設備(例如移動電話和智能電話)以及分別使用發動機作為動力源的電動汽車和混合動力汽車的電源的電池具有更高的能量密度。具體而言，由于鋰的原子量小且為具有高電離能的物質，因此在多個領域中對鋰離子二次電池作為能夠實現高能量密度的電池進行了積極研究。

目前的鋰離子二次電池使用了有機電解液作為電解液。然而，盡管有機電解液展現出了高離子傳導性，但是有機電解液為易燃液體。因此，當有機電解液被用作電池的電解液時，則需要為鋰離子二次電池安裝保護電路。此外，當使用有機電解液作為電解液時，金屬負極會因負極與有機電解液間的反應而鈍化，從而導致阻抗增加。由此，電流集中于阻抗低的部分，從而生成枝狀晶體。此外，枝狀晶體穿過位于正極和負極之間的隔板。因此，易于發生電池內部短路的情況。

因此，存在進一步提高鋰離子二次電池的安全性以及進一步增強鋰離子二次電池性能的技術目標。

由此，為了實現上述目標，研究了采用更為安全的無機固體電解質替代有機電解液的鋰離子二次電池進行了研究。由于無機固體電解質通常不易燃且具有高耐熱性，因此人們期望研制出采用無機固體電解質的全固態鋰二次電池。

例如，專利文獻1披露了采用鋰離子傳導性硫化物陶瓷作為全固態電池，其中鋰離子傳導性硫化物陶瓷包含Li₂S和P₂S₅，并且其組成為含有82.5摩爾％至92.5摩爾％的Li₂S、以及7.5摩爾％至17.5摩爾％的P₂S₅。

專利文獻2披露了使用高離子傳導性離子玻璃作為固體電解質，其中在該高傳導性離子玻璃中，離子液體被導入以式M_aX-M_bY(其中，M為堿金屬原子，X和Y分別選自SO₄、BO₃、PO₄、GeO₄、WO₄、MoO₄、SiO₄、NO₃、BS₃、PS₄、SiS₄和GeS₄，“a”為X陰離子的價數，“b”為Y陰離子的價數)表示的離子玻璃中。

專利文獻3披露了這樣一種全固態鋰離子二次電池，其包括：正極，其含有選自由過渡金屬氧化物和過渡金屬硫化物構成的組中的化合物作為正極活性材料；含有Li₂S的鋰離子傳導性玻璃固體電解質；以及負極，其含有與鋰形成合金的金屬作為活性材料，其中正極活性材料和負極活性材料中的至少一者含有鋰。

此外，專利文獻4披露了為了提高全固態電池中電極材料層的柔軟性和機械強度以抑制電極材料的缺乏和開裂以及電極材料與集電體間的剝離，并且為了改善集電體與電極材料之間的接觸性以及電極材料之間的接觸性，使用了電極材料片作為全固態鋰離子電池的集電體，其中該電極材料片是通過將無機固體電解質插入具有三維網絡結構的多孔金屬片的孔中形成的。

當集電體具有三維網絡結構時，集電體與活性材料間的接觸面積增加。因此，使用這種集電體可降低電池的內部電阻并提高電池效率。另外，由于使用該集電體可改善電解液的流通并防止電流集中以及Li枝狀晶體的形成(Li枝狀晶體的形成為常見問題)，因此可實現電池可靠性的提高、抑制發熱并提高電池功率。此外，由于集電體的骨架表面凹凸不平，因此該集電體能夠提高活性材料的保持力、抑制活性材料的脫落、確保獲得大的比表面積、提高活性材料利用效率并進一步提高電池容量。

專利文獻5披露了使用金屬多孔體作為集電體，其中該金屬多孔體是通過如下方式獲得的：通過非電解鍍覆、化學氣相沉積(CVD)、物理氣相沉積(PVD)、金屬涂覆或石墨涂覆對具有三維網絡結構的合成樹脂的骨架表面進行一次導電處理，并通過電鍍對骨架表面進一步進行金屬化處理。

據認為，通用鋰系二次電池用正極的集電體材料優選為鋁。然而，由于鋁的標準電極電位低于氫，因此在水溶液中，在鍍鋁之前會發生水的電解。因此，難以在水溶液中進行鍍鋁。

另一方面，專利文獻6披露了將鋁多孔體用作電池的集電體，其中該鋁多孔體是通過如下方式形成的：利用熔融鹽鍍覆在聚氨酯發泡體的表面上形成鋁覆層，然后除去聚氨酯發泡體。