锂二次电池制造技术

技术编号:17961895 阅读:67 留言:0更新日期:2018-05-16 06:21
一种锂二次电池,具有正极、含有锂离子的电解液、和负极集电体,所述负极集电体具有锂金属或锂合金在其上进行溶解和析出的表面,所述负极集电体具有晶体结构。按照以下方式将所述负极集电体的所述表面的多个区域分成3个或4个组,所述方式为:各自具有1个主晶面、或相对于所述1个主晶面具有20°以内的偏离角的偏离面的1个以上区域,相应于各所述主晶面而被分成属于同一组,在如此分组时,在所述负极集电体的所述表面中,以密排面作为所述主晶面的组在所述多个组中占据最大的面积。

Lithium two battery

A lithium two battery has a positive pole, a lithium ion electrolyte, and a negative collector. The negative collector has a surface with a lithium metal or lithium alloy dissolving and precipitating on it. The negative collector has a crystal structure. A plurality of regions of the surface of the negative collector are divided into 3 or 4 groups according to the following manner: each of them has 1 main crystal surfaces, or more than 1 regions with deviation angles of the 1 main crystal surfaces having a deviation angle within 20 degrees, and are divided into the same group corresponding to each of the main crystal surfaces, as in the same group. In this group, the surface of the negative collector is used as the main surface group to occupy the largest area in the plurality of groups.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】锂二次电池
本公开涉及锂二次电池。
技术介绍
金属锂的标准电极电位为-3.01V,这是在标准状态下所有的金属元素中最低的值。由于正极和负极之间的电极电位之差会成为电池的电动势,所以金属锂负极是理论上能够构成具有最大电动势的电池的材料。而且,金属锂在所有金属元素中最轻,单位质量的电荷量大,所以金属锂负极也是能够构成单位重量蓄积的电荷量提高了的电池的材料。由于从电池取出的能量是由电动势和蓄积的电荷量之积求出的,所以金属锂负极是实现高能量密度的理想材料。基于这样的情况,金属锂负极作为搭载于难以减轻动力源重量的电动汽车上的二次电池的材料备受期待。金属锂负极,由于通过放电反应(氧化)而被溶解的锂离子在充电反应(还原)时变回金属锂,所以潜在性的成为蓄电池负极。但是在锂离子通过充电反应变回金属锂之际,在作为生长基的负极集电体上金属锂以树枝状析出,该树枝状析出的金属锂存在引起短路的问题。而且,由于金属锂是禁水性的,所以尽管作为电解液使用有机溶剂,但通常有机溶剂是可燃性的,有短路造成电池热失控的危险,在安全性和可靠性方面有问题。面对在这样的负极集电体上金属锂以树枝状析出的问题,过去研究了通过各种技术来解决。例如在专利文献1中公开了例如使用JISB0601中定义的10点平均粗糙度(Rz)为10μm以下的金属作为负极集电体的技术。例如专利文献2中公开了使用非晶金属作为负极集电体的技术。现有技术文献专利文献专利文献1:日本特开2001-243957号公报专利文献2:日本特开2001-250559号公报
技术实现思路
专利技术要解决的课题本公开提供了能够抑制金属锂以树枝状析出的现象的负极集电体和锂二次电池。解决课题的手段本公开的一方案涉及的锂二次电池,具有正极、含有锂离子的电解液、和负极集电体,所述负极集电体具有锂金属或锂合金在其上进行溶解和析出的表面,所述负极集电体具有晶体结构,按照以下方式将所述负极集电体的所述表面的多个区域分成3个或4个组,所述方式为:各自具有密勒指数中的3个分别用0或1表示的一个主晶面、或相对于所述1个主晶面具有20°以内的偏离角的偏离面的1个以上区域,相应于各所述主晶面而分成属于同一组,在如此分组时,在所述负极集电体的所述表面中,以所述晶体结构的密排面(mostdenseplane)作为所述主晶面的组在所述多个组中占据最大的面积。专利技术效果本公开的一方案涉及的锂二次电池能够抑制在负极集电体上金属锂以树枝状析出。附图说明图1是电解室的分解图。图2是电解室的平面图。图3是电解室的纵切侧面图。图4是显示正极集电体、负极集电体和参比电极的配置的图。图5是显示步骤的流程图。图6是显示通过短时间充电进行电解实验的电压-时间曲线图。图7是显示通过长时间充电进行电解实验的电压-时间曲线图。图8是显示通过短时间充电进行电解实验前的负极集电体的晶面地图。图9是显示通过短时间充电进行电解实验后的析出物的SEM图像。图10是显示SEM图像的放大图。图11是显示通过长时间充电进行电解实验前的负极集电体的晶面地图。图12是显示通过长时间充电进行电解实验后的析出物的SEM图像。图13是显示SEM图像的放大图。图14是析出物的形状解析图。图15是反极图中的等角度线的图。图16是显示析出物的平均径和(111)面之间的关系的图。图17是显示析出物的平均径和(101)面之间的关系的图。图18是显示析出物的平均径和(001)面之间的关系的图。图19是显示析出物的径的标准偏差和(111)面之间的关系的图。图20是显示析出物的径的标准偏差和(101)面之间的关系的图。图21是显示析出物的径的标准偏差和(001)面之间的关系的图。图22是显示FCC结构的(111)面与[-110]晶带轴和[-101]晶带轴之间关系的模式图。图23是显示[-101]晶带的模式图和反极图之间的关系的图。图24是显示[-110]晶带的模式图和反极图之间的关系的图。图25是显示析出物的径的标准偏差在小于0.03的范围的图。图26是显示析出物的径的标准偏差在小于0.03的范围的图。图27是显示晶面和<-101>晶带轴所成角度之间的关系的图。图28是显示析出物的径的标准偏差和相对于<-101>晶带轴的角度之间的关系的图。图29是显示常数的图。图30是显示过电压的时间变化的图。图31是显示核生成频率的时间变化的图。图32是显示金属锂电池的充电和放电的方式的图。具体实施方式下面参照附图来对本公开的一实施方案进行说明。先对在金属锂负极中金属锂以树枝状在负极集电体上析出的机理从结晶成长的观点进行说明。具体地说,关注于电化学性析出的金属的析出形状受到作为生长基的集电体的晶面的影响,可以预测到,与金属锂负极的情况同样,在负极集电体上析出的金属锂的析出形状会受到成为生长基的负极集电体的晶面的影响。本公开中,对负极集电体的晶面进行解析,使金属锂在该负极集电体上析出,求出在该负极集电体上析出的金属锂的平均径和径的标准偏差,由此求出负极集电体的晶面和析出物的析出形状之间的关系。再者,本公开中,只要没有特殊说明,析出物的「径」就是指SEM图像中观察的析出物的最大弗雷特径。此外,图8、图10、14、和16~18中所示的「um」表示「μm」。下面对(1)电解实验的实验方法、(2)结果和考察依次进行说明。(1)电解实验的实验方法作为电解实验的实验方法,对(1-1)电解室的结构、(1-2)负极集电体的加工和评价、(1-3)实验条件依次进行说明。(1-1)电解室的结构电解室,如图1~图3所示,由外部室1、3个电极部件2~4、内部室5、视窗6、密封压件7和不锈钢盖8组合而成。外部室1具有在其内部保持内部室5的容器功能和通过O型环的嵌入来分别固定3个电极部件2~4的功能。外部室1,为了不溶于注入内部室5的电解液而使用PTFE(聚四氟乙烯)作为材质。3个电极部件2~4分别是正极集电体用的电极部件2、负极集电体用的电极部件3、参比电极用的电极部件4。正极集电体用的电极部件2由特氟龙(注册商标)部2a、不锈钢部2b和正极集电体2c组合而构成。负极集电体用的电极部件3由特氟龙部3a、不锈钢部3b和负极集电体3c组合而构成。参比电极的电极部件4由特氟龙部4a、不锈钢部4b和参比电极4c组合而构成。各特氟龙部2a、3a、4a,与外部室1同样地为了不溶于电解液而使用PTFE作为材质。内部室5具有用于注入电解液的注入部5a。内部室5与外部室1同样地为了不溶于电解液,而使用PTFE作为材质。视窗6为了能够从外部室1的上方观察到内部室5的内部的样子,作为材质使用透明的石英玻璃。密封压件7将视窗6同O型环9一起从上方按压,具有防止电解液与外部气体接触的功能。密封压件7可以使用不锈钢作为材质。不锈钢盖8通过从上方盖在外部室1上,具有使内部室5、视窗6和密封压件7固定于外部室1上的功能。通过将这些各部件1~8组合,如图2和图3所示,组装电解室。电解室的组装在氩气环境的手套箱内通过以下所示步骤进行。步骤1:将内部室5设置在外部室1的内部。步骤2:分别组装3个电极部件2~4。正极集电体用的电极部件2是通过在特氟龙部2a和不锈钢部2b之间夹着O型环2d,将正极集电体2c从特氟龙部2a的顶端侧插入孔部2e,以正极集电体2c的一端侧露出的状态本文档来自技高网...
锂二次电池

【技术保护点】
一种锂二次电池,具有正极、含有锂离子的电解液、和负极集电体,所述负极集电体具有锂金属或锂合金在其上进行溶解和析出的表面,所述负极集电体具有晶体结构,按照以下方式将所述负极集电体的所述表面的多个区域分成3个或4个组,所述方式为:各自具有密勒指数中的3个分别用0或1表示的1个主晶面、或相对于所述1个主晶面具有20°以内的偏离角的偏离面的1个以上区域,相应于各所述主晶面而归属于同一组,在如此分组时,在所述负极集电体的所述表面中,以所述晶体结构的密排面作为所述主晶面的组在所述多个组中占据最大的面积。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.07.14 JP 2016-1393521.一种锂二次电池,具有正极、含有锂离子的电解液、和负极集电体,所述负极集电体具有锂金属或锂合金在其上进行溶解和析出的表面,所述负极集电体具有晶体结构,按照以下方式将所述负极集电体的所述表面的多个区域分成3个或4个组,所述方式为:各自具有密勒指数中的3个分别用0或1表示的1个主晶面、或相对于所述1个主晶面具有20°以内的偏离角的偏离面的1个以上区域,相应于各所述主晶面而归属于同一组,在如此分组时,在所述负极集电体的所述表面中,以所述晶体结构的密排面作为所述主晶面的组在所述多个组中占据最大的面积。2.如权利要求1所述的锂二次电池,还具有所述负极集电体上析出的所述锂金属或所述锂合金。3.如权利要求1或2所述的锂二次电池,在所述锂二次电池的充电状态下,所述锂金属或所述锂合金由具有半球形状的多个粒子构成,所述多个粒子的粒径的标准偏差在0.01以上0.05以下。4.如权利要求1或2所述的锂二次电池,进而、相对于所述1个主晶面、所述偏离角在15°以内。5.如权利要求4所述的锂二次电池,在所述锂二次电池的充电状态下,所述锂金属或所述锂合金由具有半球形状的多个粒子构成,所述多个粒子的平均径为120nm以上200nm以下。6.如权利要求4所述的锂二次电池,在所述锂二次电池的充电状态下,所述锂金属或所述锂合金由具有半球形状的多个粒子构成,所述多个...

【专利技术属性】
技术研发人员:宇治原彻石川晃平
申请(专利权)人:松下电器产业株式会社
类型:发明
国别省市:日本,JP

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