锂离子电池用负极和锂离子电池制造技术

本发明专利技术提供一种锂离子电池用负极，其能量密度高、且快速充电特性优异。该锂离子电池用负极具备：负极集电体、形成在所述负极集电体的表面的负极活性物质层、以及包含含有锂离子的电解质和非水溶剂的非水电解液，所述负极活性物质层包含负极活性物质和空隙，所述空隙中填充有所述非水电解液，基于所述负极活性物质层中存在的所述非水电解液中的锂离子总量的电池容量相对于基于所述负极活性物质总量的电池容量的比例为3～17％。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】锂离子电池用负极和锂离子电池
本专利技术涉及锂离子电池用负极和锂离子电池。
技术介绍
近年来，为了保护环境，强烈要求减少二氧化碳排放。在汽车工业中，人们对通过引入电动汽车(EV)、混合动力电动汽车(HEV)来减少二氧化碳排放寄予厚望，深入进行着对作为其实际应用的关键的电动机驱动用二次电池的开发。作为二次电池，关注点集中在能够实现高能量密度和高输出密度的锂离子二次电池上。关于锂离子二次电池，谋求输出等电池特性的进一步提高，并进行了各种研究，例如，作为能够实现高容量的锂离子二次电池，已知有使用了负极活性物质的电池，在上述负极活性物质中，纳米尺寸的氧化锡粒子担载在导电性碳粉末上(参照日本特开2011-253620号公报)。
技术实现思路
专利技术所要解决的问题另一方面，还需要能够应对快速充电。通常而言，为了能够在不降低电池的能量密度的情况下实现快速充电，除电极活性物质层(正极活性物质层或负极活性物质层)以外的构成部件、例如隔膜、集电体也需要薄膜化。然而，当隔膜过薄时，存在因析出的锂而容易发生内部短路这样的问题，而当集电体过薄时，存在电池的内阻增加的问题。即，如果试图通过使电极变薄来提高充电速度，则参照整个电池中隔膜和集电体所占的体积增加、造成整个电池的能量密度降低的问题。此外，如果为了提高薄膜化的电极中的能量密度而增加每单位体积的负极活性物质的量(增加负极活性物质的填充密度)，则存在于负极活性物质周围的非水电解液的量相对减少，存在无法应对快速充电的问题。因此，即使是日本特开2011-253620号公报等中记载的现有的可高容量化的电池，也存在难以同时实现快速充电的应对和高容量化(能量密度的提高)的问题。本专利技术是为了解决上述问题而完成的，其目的在于提供一种能量密度高、且快速充电特性优异的锂离子电池用负极。用于解决问题的技术方案本专利技术人为了解决上述课题而进行了深入研究，结果完成了本专利技术。即，本专利技术涉及一种锂离子电池用负极以及使用了上述负极的锂离子电池，该锂离子电池用负极具备：负极集电体、形成在所述负极集电体的表面的负极活性物质层、以及包含含有锂离子的电解质和非水溶剂的非水电解液，其中，所述负极活性物质层包含负极活性物质和空隙，所述空隙中填充有所述非水电解液，基于所述负极活性物质层中存在的所述非水电解液中的锂离子总量的电池容量相对于基于所述负极活性物质总量的电池容量的比例为3～17％。具体实施方式在下文中，将详细描述本专利技术。需要说明的是，在本说明书中，当记载为锂离子电池时，是也包含锂离子二次电池在内的概念。本专利技术涉及一种锂离子电池用负极，其具备：负极集电体、形成在所述负极集电体的表面的负极活性物质层、以及包含含有锂离子的电解质和非水溶剂的非水电解液，其中，所述负极活性物质层包含负极活性物质和空隙，所述空隙中填充有所述非水电解液，基于所述负极活性物质层中存在的所述非水电解液中的锂离子总量的电池容量相对于基于所述负极活性物质总量的电池容量的比例为3～17％。当使用本专利技术的锂离子电池用负极时，可以获得能量密度高、且快速充电特性优异的锂离子电池。需要说明的是，在本说明书中，表示范围的“X～Y”包括X和Y，是指“X以上且Y以下”。本专利技术人等对通过现有方法将电极进行薄膜化而得到的锂离子电池的问题进行了深入研究，推测随着电极的薄膜化，存在于负极活性物质周围的锂离子数减少。在现有技术中，认为当正极与负极之间的距离因隔膜的薄膜化而缩短时，锂离子的扩散距离缩短，可以应对快速充电。另一方面，认为为了使其高能量密度化而增加负极活性物质的填充密度时，负极活性物质周围存在的非水电解液的量相对减少，并且无法应对快速充电。此外，认为如果在不增加负极活性物质的填充密度的情况下增加负极活性物质的质量，则正极与负极之间的距离变长，因此，锂离子的扩散需要时间，无法应对高度充电。快速充电时存在的问题在于锂离子从锂离子电池内部的正极到负极的移动速度(也称为扩散速度)，但当负极活性物质周围存在充分量的锂离子时，如果开始充电反应，则存在于负极活性物质周围的锂离子首先被导入负极活性物质中。即使负极活性物质周围的锂离子被导入负极活性物质中也不会结束充电时，则认为从正极解离的锂离子被导入负极活性物质中并且进行充电反应。这里认为，在充电开始之前存在于负极活性物质周围的锂离子由于锂离子与负极活性物质之间的距离非常接近，可以应对快速充电。另一方面，存在于正极中的锂离子需要在正极和负极之间移动以导入负极，因此，锂离子的扩散速度成为速度限制，无法应对快速充电。对此，在本专利技术的锂离子电池用负极中，在负极活性物质周围存在的空隙中填充有非水电解液，并且基于负极活性物质层中存在的非水电解液中的锂离子总量的电池容量相对于基于所述负极活性物质总量的电池容量的比例(电池容量比)为3～17％，因此，可以说可应对快速充电的锂离子充分存在于负极活性物质周围。如果基于负极活性物质层中存在的非水电解液中的锂离子总量的电池容量的比例小于3％，则存在于负极活性物质周围的可应对快速充电的锂离子是不充分的，如果其超过17％，则因电解液的高浓度化而导致溶液电阻的增加、锂盐的析出，因此，快速充电特性劣化。上述电池容量比优选为5～17％，更优选为10～17％。此外，在本专利技术的锂离子电池用负极中，由于在负极活性物质周围存在充分量的锂离子，因此在快速充电时不必考虑正极-负极之间的锂离子的扩散速度。即，在本专利技术的锂离子电池用负极中，即使通过增加负极活性物质的量来增加能量密度，正极与负极之间的锂离子扩散速度也不会影响充电速度，因此，快速充电特性不会劣化。因此，使用了本专利技术的锂离子电池用负极的锂离子电池可以同时实现快速充电的应对和能量密度的提升。需要说明的是，基于负极活性物质总量的电池容量是指，基于构成负极活性物质层的负极活性物质的重量的理论电池容量。然而，电池容量的理论值是指能够承受反复充放电的程度，不包括发生不可逆反应而难以反复充放电时的首次充电容量等。此外，基于负极活性物质层中存在的非水电解液中的锂离子总量的电池容量是指，负极活性物质层中包含的非水电解液中的所有锂离子全部插入负极活性物质时的电池容量。基于负极活性物质总量的电池容量根据下式进行计算。电池容量[mAh/cm2]＝负极活性物质容量[mAh/g]×负极活性物质的单位面积重量[mg/cm2]/103需要说明的是，负极活性物质容量[mAh/g]通过下述方式测定而得到：将负极活性物质(在负极活性物质是被包含高分子化合物的包覆层包覆的包覆负极活性物质的情况下，为包覆负极活性物质)、与将LiN(FSO2)2以3mol/L的比例溶解在碳酸亚乙酯(EC)和碳酸二乙酯(DEC)的混合溶剂(体积比1:1)中而制得的非水电解液进行混合，形成浆料，并将其涂布在芳香族聚酰胺隔膜[JapanVilene株式会社制造]的一个面上，然后在10MPa的压力下压制10秒以制成电极，并在隔着隔膜与对电极(金属锂)对置的状态下装入电池组中，通过充放电测定装置“BatteryAnalyzer1470型”[ToyoTechnica株式会社制造]等测定在室温下从0.0V放电到1.5V(放电率：1/20C)时的放电容量。基于负极活性物质层中存在的非水电解液中的锂离子总量的电池容量，可以唯一性地根据负极活本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂离子电池用负极，其具备：负极集电体、形成在所述负极集电体的表面的负极活性物质层、以及包含含有锂离子的电解质和非水溶剂的非水电解液，所述负极活性物质层包含负极活性物质和空隙，所述空隙中填充有所述非水电解液，基于所述负极活性物质层中存在的所述非水电解液中的锂离子总量的电池容量相对于基于所述负极活性物质总量的电池容量的比例为3～17％。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.11.07 JP 2016-217173;2017.11.06 JP 2017-213671.一种锂离子电池用负极，其具备：负极集电体、形成在所述负极集电体的表面的负极活性物质层、以及包含含有锂离子的电解质和非水溶剂的非水电解液，所述负极活性物质层包含负极活性物质和空隙，所述空隙中填充有所述非水电解液，基于所述负极活性物质层中存在的所述非水电解液中的锂离子总量的电池容量相对于基于所述负极活性物质总量的电池容量的比例为3～17％。2.根据权利要求1所述的锂离子电池用负极，其中，所述负极活性物质层的厚度为100～1500μm。3.根据权利要求1或2所述的锂离子电池用负极，其中，所述空隙的总体积为所述负极活性物质层的总体积的35～60体积...

【专利技术属性】
技术研发人员：南和也，中岛勇辅，大泽康彦，草地雄树，佐藤一，赤间弘，堀江英明，
申请(专利权)人：日产自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP