[發明專利]非水電解質二次電池

在審

• 申請號: 201480038090.1
• 申請日: 2014-06-11
• 公開（公告）號: CN105359308A
• 公開（公告）日: 2016-02-24
• 發明（設計）人: 石井健太
• 申請（專利權）人: 豐田自動車株式會社
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/587;H01M2/34;H01M10/42;H01M4/02;H01M10/0525;H01M10/0587;H01M10/0567
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所 11247
• 代理人: 楊曉光;賀月嬌

技術領域

本發明涉及非水電解質二次電池。更具體地，本發明涉及包括具有高不可逆容量的陽極的非水電解質二次電池。

背景技術

近年來，諸如鋰離子二次電池和鎳氫電池的非水電解質二次電池已經被用作便攜式電子設備和運輸設備的電源。特別地，能夠實現高能量密度且重量輕的鋰離子二次電池可有利地被用作電動車輛、混合動力車輛等中的高輸出動力源。

已經針對此類非水電解質二次電池進行了研究來進一步改善循環特性以提高電池性能。與此相關的特征已在公開號為09-017431的日本專利申請(JP09-017431A)中進行了公開。JP09-017431A指出，通過在陽極中使用上面支撐有特定有機材料的碳材料，可降低不可逆容量，并且可改善循環特性。

發明內容

某些非水電解質二次電池在這樣的模式下使用：其中，在電池處于低充電狀態(SOC)的同時頻繁地重復高速率放電(快速放電)。針對此類使用模式設計的電池的例子包括作為動力源被安裝在諸如插電式混合動力車輛的車輛中的電池。然而，非水電解質二次電池在低SOC區域(例如，其中SOC為30％或更低的區域)中呈現出極高的內阻。這意味著難以確保輸入-輸出特性。

本發明提供這樣一種非水電解質二次電池：該非水電解質二次電池能夠高水平地同時實現耐久性(例如，循環特性和高溫存儲特性)和跨過大范圍的SOC區域(特別地，在低SOC區域中)的輸入-輸出特性。

根據本發明的發明人的發現，低SOC區域中內阻的增加主要由陰極導致。更具體地，陰極中的電流在低SOC區域中(在放電的最后階段期間)顯著降低，這意味著電池電壓的降低由陰極導致。結果，陰極的反應電阻增加，并且輸入-輸出特性會劣化。因此，本發明的發明人考慮將用于充電和放電的陰極的電位范圍(操作電位)移動到高電位側。圖1是示出本發明的概念的圖，其中垂直軸表示電位，水平軸表示容量。此外，(1)是根據比較發明的陽極的圖表，(2)是根據本發明的陽極的圖表。也就是，本發明的發明人考慮通過將陽極的電位從(1)移動到(2)，這樣即使在低SOC區域中也可將陰極的電位保持在高水平，從而降低電池的反應電阻。此外，作為勤奮研究的結果，本發明的發明人發現可借以解決此問題的手段，并從而完成本發明。

根據本發明的一方面的非水電解質二次電池包括電極體、非水電解質和電池殼。所述電極體具有陰極和陽極。所述陰極具有陰極活性物質。所述陽極具有陽極活性物質。每1g所述陽極活性物質中所述陽極的單位不可逆容量處于從15mAh/g到35mAh/g的范圍內。所述陽極的不可逆容量與所述陰極的不可逆容量之間的關系滿足Uc<Ua。其中，Ua是所述陽極的不可逆容量，其是每1g所述陽極活性物質中所述陽極的單位不可逆容量乘以所述陽極活性物質的質量的乘積，并且Uc是所述陰極的不可逆容量，其是每1g所述陰極活性物質中所述陰極的單位不可逆容量乘以所述陰極活性物質的質量的乘積。所述電池殼容納所述電極體和所述非水電解質。所述非水電解質二次電池是例如鋰離子電池。

根據本發明的一方面，通過將陽極的不可逆容量Ua設定為大于陰極的不可逆容量Uc，陽極的電位(相對于Li/Li⁺)顯示為相對增加。因此，對于相同的電流和電壓，與傳統陰極相比，放電的最后階段期間的陰極的電位移動到高電位側。結果，低SOC區域中電池電壓的降低取決于陽極，并且實現優良的輸入-輸出特性。此外，通過將陽極的單位不可逆容量設定為落在上述范圍內，可保持高水平的耐久性(例如，高溫存儲特性)。這樣，可以提供同時呈現低SOC區域中的優良輸入-閃存特性和高耐久性的電池。