二次电池、电池组、电子装置、电动车辆、电力存储装置及电力系统制造方法及图纸

该二次电池包含以下：正极，具有包含正极活性材料的正极活性材料层；负极，具有包含负极活性材料的负极活性材料层；以及电解质。正极活性材料包含具有橄榄石结构的磷酸锂铁化合物或者具有尖晶石结构的锂锰复合氧化物。负极活性材料包含含钛无机氧化物。正极的表面积、负极的表面积、正极的每单位表面积的不可逆容量和初次充电容量、及负极的每单位表面积的不可逆容量和初次充电容量满足规定关系。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本技术涉及二次电池、电池组、电子装置、电动车辆、存储装置及电力系统。
技术介绍
诸如锂离子二次电池的二次电池具有性能改善的增长的需求并且期望改善电池特性，诸如大容量和高输出。作为用于二次电池的负极的负极材料，除惯用的碳系负极材料以外，使用诸如钛酸锂(Li4Ti5O12)的高电位负极材料。近年来，已积极进行使用高电位负极材料等的二次电池的开发。以下专利文献1至6公开与二次电池相关的技术。引用列表专利文献专利文献1：日本专利申请公开号2011-91039专利文献2：日本专利申请公开号2011-113961专利文献3：日本专利号5191232专利文献4：日本专利申请公开号2013-16522专利文献5：日本专利申请公开号2011-124220专利文献6：国际公开号2011/145301
技术实现思路
本专利技术要解决的问题要求二次电池抑制气体的产生和循环特性的劣化。因此，本技术的目的是提供可以抑制气体的产生和循环特性的劣化的二次电池、电池组、电子装置、电动车辆、存储装置、及电力系统。问题的解决方案为了解决上述问题，本技术是包括正极、负极及电解质的二次电池，正极包括具有正极活性材料的正极活性材料层，负极包括具有负极活性材料的负极活性材料层，其中，正极活性材料至少包含具有橄榄石结构并且包含至少锂、铁、及磷的磷酸锂铁化合物，或者具有尖晶石结构并且包含至少锂和锰的锂锰复合氧化物，负极活性材料包含含钛无机氧化物，并且二次电池满足以下式(A)、式(B)、及式(C)：式(A)1.005≤(Aa/Ac)≤1.08(在该式中，Ac：正极的电极面积(cm2)，Aa：负极的电极面积(cm2))；式(B)1.03≤(QA1/QC1)(在该式中，QC1(mAh/cm2)：第一正极每单位面积充电容量，QA1(mAh/cm2)：第一负极每单位面积充电容量)；以及式(C)0.90≤(QCL/QAL)≤1.10(在该式中，QCL(mAh/cm2)：正极的每单位面积不可逆容量，QAL(mAh/cm2)：负极的每单位面积不可逆容量)。本技术是包括正极、负极及电解质的二次电池，正极包括具有正极活性材料的正极活性材料层，负极包括包含负极活性材料的负极活性材料层，其中，表示电位相对于正极活性材料的容量(V vs.Li/Li+)的变化的曲线至少具有平稳区域和电位上升区域，在电位上升区域，电位急剧上升并且在充电结束阶段改变，负极活性材料包含含钛无机氧化物，并且二次电池满足以下式(A)、式(B)、及式(C)：式(A)1.005≤(Aa/Ac)≤1.08(在该式中，Ac：正极的电极面积(cm2)，Aa：负极的电极面积(cm2))；式(B)1.03≤(QA1/QC1)(在该式中，QC1(mAh/cm2)：第一正极每单位面积充电容量，QA1(mAh/cm2)：第一负正极每单位面积充电容量)；以及式(C)0.90≤(QCL/QAL)≤1.10(在该式中，QCL(mAh/cm2)：正极的每单位面积不可逆容量，QAL(mAh/cm2)：负极的每单位面积不可逆容量)。本技术的电池组、电子装置、电动车辆、存储装置、及电力系统包括上述二次电池。本专利技术的效果根据本技术，可以抑制气体的产生和循环特性的劣化。附图说明图1的A是示出了二次电池的外观的线路示意图。图1的B是示出了二次电池的构造实例的线路示意图。图1的C是示出了二次电池的外观的底表面侧的线路示意图。图2的A和图2的B是利用封装材料封装的电池元件的侧视图。图3的A是示出了正极的构造实例的立体图。图3的B是示出了负极的构造实例的立体图。图4的A是示出了电池元件的构造的一部分的截面示意图。图4的B是示出了电池组成的构造的平面示意图。图5的A是示出了正极和负极相对于容量的电位变化的实例的曲线图。图5的B是示出了正极和负极相对于容量的电位变化的实例的曲线图。图5的C是示出了正极和负极相对于容量的电位变化的实例的曲线图。图6的A是示出了二次电池的外观的线路示意图。图6的B是示出了二次电池的构造实例的线路示意图。图6的C是示出了二次电池的外观的底表面侧的线路示意图。图6的D是利用封装材料封装的电池元件的侧视图。图7的A是构造电池元件的正极的构造实例。图7的B是构造电池元件的负极的构造实例。图8是容纳卷绕电极体的二次电池的分解立体图。图9是示出了在图8中示出的卷绕电极体50的沿着I-I线的截面结构的示图。图10是二次电池的构造实例的截面图。图11是示出了在图10中示出的卷绕电极体90的放大部分的示图。图12是示出了简化的电池组的构造实例的分解立体图。图13的A是示出简化的电池组的外观的示意性立体图，图13的B是示出了简化的电池组的外观的示意性立体图。图14是示出了本技术的二次电池应用于电池组的情况下的电路构造实例的框图。图15是示出了用于本技术所应用的住宅的存储系统的实例的示意性视图。图16是示意性地示出了应用本技术的采用串联式混合动力系统的混合动力车辆的构造的示意图。具体实施方式(本技术的概况)首先，为了有助于理解本技术，将描述本技术的概况。所谓的碳系负极材料在大电流充电和低温充电中具有问题。同时，如果诸如钛酸锂(Li4Ti5O12)的高电位负极材料用于负极，负极电位高于Li沉积电位，并且因此不太可能出现Li沉积并且负极劣化。因此，可以抑制安全性的显著降低。此外，当单元以正极容量超过负极容量的结合装配时，充电由负极限定。即，充电终止由负极的充电结束阶段中的激烈的电压变化(电压下降)限定。因此，已发现负极电位下降，并且产生大量气体。本专利申请的专利技术人基于以上知识勤奋研究，并且已发现，为了通过正极限定充电(即，为了通过正极的充电结束阶段中的电压变化限定充电终止)，负极需要在恒定的基础上保持大容量。因此，专利技术人已发现避免负极的电位下降可以抑制气体等的产生。在使用诸如钛酸锂(Li4Ti5O12)的高电位负极材料作为负极材料的二次电池中，已检查负极面积的大小关系。然而，未限定正极与负极之间的电容平衡。电极面积和电容平衡两者的限定很重要。限定电极面积和电容平衡两者可以实现电池具有长时间内不劣化的特性。将描述上述专利文献1至6与本技术之间的差异。例如，专利文献1(日本专利申请公开号2011-91039)中描述的二次电池由负极限定充电，并且因此不能抑制气体的产生。专利文献2(日本专利申请公开号2011-113961)描述使正极的面积大于负极的面积。然而，专利文献2没有记载关于限定电极面积和电容平衡两者。专利文献3(日本专利号5191232)和专利文献4(日本专利申请公开号2013-16522)描述电极容量比(正极容量/负极容量)是1或更大。然而，当电极容量比(正极容量/负极容量)是1时，充电受正极和负极两者的影响，并且可能引起负极电位下降和气体的产生。当电极容量比超过1时，充电由负极限定，并且因此可能引起负极电位下降和气体的产生。在专利文献5(日本专利申请公开号2011-124220)中描述的技术中，正极与负极之间的区域被改变以抑制在制造电池时的产量并且生产具有稳定特征的电池。如果正极与负极的面积制成相同，由于层压偏移导致可能出现容量上的变化。专利文献6(国际公开号2011/145301)描述使用镍系含本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种二次电池，包括：正极，包括具有正极活性材料的正极活性材料层；负极，包括具有负极活性材料的负极活性材料层；以及电解质，其中，所述正极活性材料至少包含：具有橄榄石结构、并且至少含有锂、铁、及磷的磷酸锂铁化合物；或者具有尖晶石结构并且至少含有锂和锰的锂锰复合氧化物，所述负极活性材料包括含钛无机氧化物，并且所述二次电池满足以下式(A)、式(B)、及式(C)：式(A)1.005≤(Aa/Ac)≤1.08(在所述式中，Ac：所述正极的电极面积(cm2)，Aa：所述负极的电极面积(cm2))；式(B)1.03≤(QA1/QC1)(在所述式中，QC1(mAh/cm2)：第一正极每单位面积充电容量，QA1(mAh/cm2)：第一负极每单位面积充电容量)；以及式(C)0.90≤(QCL/QAL)≤1.10(在所述式中，QCL(mAh/cm2)：所述正极的每单位面积不可逆容量，QAL(mAh/cm2)：所述负极的每单位面积不可逆容量)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.04.03 JP 2014-0771071.一种二次电池，包括：正极，包括具有正极活性材料的正极活性材料层；负极，包括具有负极活性材料的负极活性材料层；以及电解质，其中，所述正极活性材料至少包含：具有橄榄石结构、并且至少含有锂、铁、及磷的磷酸锂铁化合物；或者具有尖晶石结构并且至少含有锂和锰的锂锰复合氧化物，所述负极活性材料包括含钛无机氧化物，并且所述二次电池满足以下式(A)、式(B)、及式(C)：式(A)1.005≤(Aa/Ac)≤1.08(在所述式中，Ac：所述正极的电极面积(cm2)，Aa：所述负极的电极面积(cm2))；式(B)1.03≤(QA1/QC1)(在所述式中，QC1(mAh/cm2)：第一正极每单位面积充电容量，QA1(mAh/cm2)：第一负极每单位面积充电容量)；以及式(C)0.90≤(QCL/QAL)≤1.10(在所述式中，QCL(mAh/cm2)：所述正极的每单位面积不可逆容量，QAL(mAh/cm2)：所述负极的每单位面积不可逆容量)。2.根据权利要求1所述的二次电池，其中，所述(QA1/QC1)满足(QA1/QC1)≤1.50。3.根据权利要求1所述的二次电池，其中，所述磷酸锂铁化合物是通过以下(化学式1)表示的磷酸锂铁化合物：(化学式1)LiuFerM1(1-r)PO4(在所述式中，M1表示由钴(Co)、锰(Mn)、镍(Ni)、镁(Mg)、铝(Al)、硼(B)、钛(Ti)、钒(V)、铌(Nb)、铜(Cu)、锌(Zn)、钼(Mo)、钙(Ca)、锶(Sr)、钨(W)、及锆(Zr)组成的组的至少一种。r是范围为0<r≤1的值，u是范围为0.9≤u≤1.1的值。应注意，锂的组成根据充电/放电状态而不同，并且u的值表示在完全放电状态下的值)。4.根据权利要求3所述的二次电池，其中，所述磷酸锂铁化合物至少是LiuFePO4(u与前述的u同义)或者LiuFerMn(1-r)PO4(u与前述的u同义。r与前述的r同义)。5.根据权利要求1所述的二次电池，其中，所述锂锰复合氧化物是通过以下(化学式2)表示的锂锰复合氧化物：(化学式2)LivMn(2-w)M2wOs(在所述式中，M2表示由钴(Co)、镍(Ni)、镁Mg)、铝(Al)、硼(B)、钛(Ti)、钒(V)、铬(Cr)、铁(Fe)、铜(Cu)、锌(Zn)、钼(Mo)、锡(Sn)、钙(Ca)、锶(Sr)、及钨(W)组成的组的至少一种。v、w、及s是范围为0.9≤v≤1.1、0≤w≤0.6、及3.7≤s≤4.1的值。应注意，锂的组成根据充电/放电状态而不同，并且v的值表示在完全放电状态下的值)。6.根据权利要求5所述的二次电池，其中，所述锂锰复合氧化物是LivMn2O4(v与前述的v同义)。7.根据权利要求1所述的二次电池，其中，所述含钛无机氧化物是通过以下(化学式3)至(化学式5)表示的含钛锂复合氧化物及TiO...

【专利技术属性】
技术研发人员：坂本卓诚，浅川雄一郎，高桥翔，
申请(专利权)人：索尼公司，
类型：发明
国别省市：日本;JP