锂离子二次电池及其制造方法技术

本发明专利技术的锂离子二次电池具有：正极、负极以及电解质，所述正极含有使硅酸锂系材料和碳材料复合化而成的正极活性物质复合体，所述负极含有具有硅的负极活性物质。将正极的不可逆容量设为A并将负极的不可逆容量设为B时，为0.8＜B/A＜1.2的关系。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及对电池容量进行改进的。
技术介绍
锂离子二次电池可广泛地用作便携式电子设备的电源。锂离子二次电池的正极活 性物质主要可使用LiC 〇02、LiMn2O4等复合氧化物，负极活性物质可使用石墨系材料。这些 材料均由于不可逆容量小，因此能够在不使正极或负极的容量那么减少的情况下取出作为 电池的容量。 近年来，从高安全性、资源量的观点考虑，作为正极活性物质，硅酸盐材料 Li2MSiO4 (选自M = Fe、Mn、Co中的至少1种）受到注目。但是，硅酸盐材料与以往的LiCo02、 LiMn2O4等复合氧化物相比，有不可逆容量大这种问题。因此，由使用不可逆容量大的硅酸 盐材料作为正极活性物质的正极和使用不可逆容量小的石墨系材料作为负极活性物质的 负极构成电池的情况下，有负极的实际容量减少这种问题。 另一方面，作为负极活性物质，正在进行对容量比石墨材料大的锡系材料及硅系 材料的研究开发。锡系材料及硅系材料有不可逆容量大的问题。因此，由使用不可逆容量 小的上述复合氧化物作为正极活性物质的正极和使用不可逆容量大的锡系材料或硅系材 料作为负极活性物质的负极构成电池的情况下，产生正极的实际容量减少这种问题。为了 改善该情况，认为在锡系、硅系材料中预掺杂锂而使不可逆容量减少。但是，由于增加预掺 杂工序，因此对电池量产不利。 另外，专利文献1中提出了如下方案：通过向负极添加利用充电而电化学还原成 金属的金属化合物，能够将正极和负极的可逆容量最大限度地活用而高容量化。但是，增加 向负极添加金属化合物的工序，不适于电池量产。 专利文献2中提出了如下方案：除Li离子以外的阳离子通过初次充电而从正极活 性物质Li 2MnO3向负极移动，基于该见解，通过与以往相比减少负极活性物质的使用量，从 而能够将负极的实际容量设定为比正极的实际容量小，在不降低电池容量的情况下，实现 电池的轻量化?小型化。 专利文献1 :日本特开2000-173586号公报 专利文献2 :日本特开2011-228052号公报
技术实现思路
专利技术人等利用与专利文献1、2不同的方法，开发一种能够有效取出电池的实际容 量的锂离子二次电池。 本专利技术是鉴于上述情况而作出的，以提供一种能够有效地取出电池的实际容量的 锂离子二次电池为课题。 本专利技术的锂离子二次电池的特性在于，具有正极、负极、以及电解质，所述正极含 有使硅酸锂系材料和碳材料复合化而成的正极活性物质复合体，所述负极含有具有硅的负 极活性物质，将上述正极的不可逆容量设为A并将上述负极的不可逆容量设为B时，为0. 8 < B/A < 1. 2的关系。 本专利技术的锂离子二次电池的制造方法的特征在于，是制造具有正极、负极、以及电 解质的锂离子二次电池的制造方法，所述正极含有使硅酸锂系材料和碳材料复合化而成的 正极活性物质复合体，所述负极含有具有硅的负极活性物质，通过对上述硅酸锂系材料和 上述碳材料进行机械研磨处理，从而使上述硅酸锂系材料和上述碳材料复合化而形成上述 正极活性物质复合体，并且，将上述正极的不可逆容量设为A并将上述负极的不可逆容量 设为B时，为0.8 <B/A< 1.2的关系。 根据本专利技术，将正极的不可逆容量设为A并将负极的不可逆容量设为B时，形成 0. 8 < B/A < 1. 2的关系。因此，能够有效地取出电池的实际容量。【附图说明】 图1是表示正极和负极的不可逆容量接近时的正极与负极的关系的说明图。 图2是表示正极的不可逆容量比负极的不可逆容量大时的正极与负极的关系的 说明图。 图3是正极的不可逆容量比负极的不可逆容量小时的正极与负极的关系的说明 图。 图4表不试样1的SEM照片。 图5表示试样2的SEM照片。 图6表示试样3的SEM照片。 图7表示试样4的SEM照片。 图8表示试样5的SEM照片。 图9表示试样6的SEM照片。 图10表示试样4的截面的SEM照片，图10的上图、下图的刻度为5 μm、l μm。 图11表示试样6的截面的SEM照片，图11的上图、中图以及下图的刻度为10 μ m、 5 μ m、1 μ m〇 图12是表示使用试样3的正极活性物质制成的半电池的充放电曲线的图。 图13是表示使用试样4的正极活性物质制成的半电池的充放电曲线的图。 图14是表示使用试样5的正极活性物质制成的半电池的充放电曲线的图。 图15是表示使用试样6的正极活性物质制成的半电池的充放电曲线的图。 图16是表示使用试样7的正极活性物质制成的半电池的充放电曲线的图。 图17是表示电池1~3的负极的不可逆容量B与正极的不可逆容量A之比（B/A) 和各电池的初次放电容量维持率的关系的图。【具体实施方式】 对本专利技术的实施方式的锂离子二次电池进行详细说明。 锂离子二次电池的正极包含使硅酸锂系材料和碳材料复合化而成的正极活性物 质复合体，负极包含具有硅的负极活性物质。 专利技术人等反复深入探索，结果发现，在使硅酸锂系材料与碳材料复合化而得到正 极活性物质复合体的工序，能够调整不可逆容量。通过操作硅酸锂系材料与碳材料的复 合化的工序，使正极的相对于可逆容量的不可逆容量改变。由此，使正极的不可逆容量A 与负极的不可逆容量B接近，使正极的不可逆容量与负极的不可逆容量之差为0. 8 < B/A < 1. 2〇 在此，正极、负极的各电极的容量中有不可逆容量和可逆容量。本说明书中，不可 逆容量是指，在各电极的充电容量中无法放电的容量，不可逆容量相当于各电极的初次充 电容量与各电极的初次放电容量的容量差。可逆容量是指，各电极的充电容量中能够放电 的容量，相当于各电极的初次放电容量。组合了可逆容量和不可逆容量的容量相当于初次 充电容量。正极、负极的初次充电容量、可逆容量、不可逆容量是组装如下半电池时检测出 的容量，所述半电池具备本专利技术的正极、负极作为各个电极。 实际容量是指，组装具备正极和负极的本专利技术的二次电池时能够实际取出的初次 放电容量。初次是指，对于没有外加电压的正极、负极最初外加的电压。 正极的不可逆容量是因在初次充电时从正极活性物质放出Li离子后被放出的Li 离子在后续放电时没有被吸留在正极活性物质中而产生的。另外，负极的不可逆容量是因 在初次充电时吸留于负极活性物质中的Li离子在后续放电时没有被放出而产生的。 图1是表示正极与负极的不可逆容量接近时的正极与负极的关系的说明图。如图 1所示，通过使正极的不可逆容量A与负极的不可逆容量B接近并使0. 8 < B/A < 1. 2的关 系成立，从而两电极的不可逆容量相抵消。即，在初次充电时从正极放出的Li离子的不可 逆容量部分多半被吸留于负极的不可逆容量。在初次充电时，负极的不可逆容量恰当地由 正极的不可逆容量充满。因此，能够有效提取两电极的可逆容量。也无需向负极预掺杂Li 的劳力和时间。 进而，优选A和B的关系为I. 0 < B/A < 1. 2。此时，正极的不可逆容量A与负极 的不可逆容量B更相近，能够有效提取两电极的可逆容量。 图2是表示正极的不可逆容量大于负极的不可逆容量时的正极与负极的关系的 说明图。如图2所示，正极的不可逆容量大于负极的不可逆容量，B/A为0.8以下。此时，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子二次电池，其特征在于，具有正极、负极、以及电解质，所述正极含有使硅酸锂系材料和碳材料复合化而成的正极活性物质复合体，所述负极含有具有硅的负极活性物质，将所述正极的不可逆容量设为A并将所述负极的不可逆容量设为B时，为0.8＜B/A＜1.2的关系。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：小岛晶，丹羽淳一，川澄一仁，池内勇太，森下正典，小岛敏胜，境哲男，
申请(专利权)人：株式会社丰田自动织机，独立行政法人产业技术综合研究所，
类型：发明
国别省市：日本;JP