非水电解质电池制造技术

非水电解质电池包含正极、负极、夹在正极与负极之间的间隔件、以及非水电解质。正极包含五氧化钒、第一炭黑和第一粘合剂，负极包含含硅材料、石墨、第二炭黑和第二粘合剂。电池电压为0V时，正极和负极的电位相对于金属锂分别为2.5V～3.5V。

Nonaqueous electrolyte battery

Non aqueous electrolyte batteries contain positive electrodes, negative electrodes, spacers sandwiched between positive and negative electrodes, and non-aqueous electrolytes. The positive electrode contains vanadium pentoxide, the first carbon black and the first binder, and the negative electrode contains silicon-containing material, graphite, the second carbon black and the second binder. When the battery voltage is 0V, the potential of positive and negative electrodes is 2.5V ~ 3.5V respectively.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】非水电解质电池
本专利技术涉及使用包含五氧化钒的正极和包含含硅材料的负极得到的非水电解质电池。
技术介绍
非水电解质电池被广泛用作各种电子设备的主电源、存储备份电源。近年来，手机、数码相机、无线通信设备、手表等便携设备逐渐实现小型化、高功能化和存储容量的增大化。与此相伴，寻求体积小、容量高且输出功率高的非水电解质电池。作为非水电解质电池的正极活性物质，二氧化锰、氟化石墨、五氧化钒、钴酸锂、锰酸锂等得以实用化。其中，五氧化钒(V2O5)相对于金属锂具有3.0V～4.0V的电位，为高容量。另一方面，作为负极活性物质，含硅材料为高容量。因而，专利文献1提出了包含五氧化钒作为正极活性物质、且包含硅作为负极活性物质的锂电池。此处，为了从初始就发挥出期望性能，提出了控制正极和负极所包含的非水电解质的平衡。现有技术文献专利文献专利文献1：国际公开第2013/140791号单行本
技术实现思路
便携设备会有在耗电的同时进行长期放置的情况。此时，便携设备所具备的非水电解质电池达到完全放电状态，并在该状态下被放置。若非水电解质电池达到完全放电状态，则通常正极活性物质和负极活性物质发生结构劣化，并发生与非水电解质的分解相伴的副反应。因而，寻求即使在完全放电状态下保存后其劣化程度也小、能够维持期望性能的非水电解质电池。鉴于上述情况，本申请的一个方案涉及一种非水电解质电池，其包含正极、负极、夹在正极与负极之间的间隔件、以及非水电解质。正极包含五氧化钒、第一炭黑和第一粘合剂，负极包含含硅材料、石墨、第二炭黑和第二粘合剂。电池电压为0V时，正极和负极的电位相对于金属锂分别为2.5V～3.5V。根据本申请的上述方案，能够得到即使在完全放电状态下放置后其劣化程度也小、实用性优异的非水电解质电池。附图说明图1是示意性地示出本专利技术的一个实施方式所示的硬币形锂二次电池的截面图。具体实施方式本申请所述的非水电解质电池包含正极、负极、夹在正极与负极之间的间隔件、以及非水电解质。正极包含五氧化钒、第一炭黑和第一粘合剂。负极包含含硅材料、石墨、第二炭黑和第二粘合剂。其中，正极和负极以电池电压为0V时各自相对于金属锂的电位达到2.5V～3.5V、优选达到2.7V～3.3V、更优选达到2.8V～3.2V的方式进行设计。五氧化钒(V2O5)具有能够实现锂离子的嵌入和脱嵌的三维通道，因而作为高容量的正极活性物质而发挥功能。五氧化钒通常为结晶质或非晶质，但从难以溶于非水电解质、还容易抑制不可逆容量的增加这一点出发，期望为结晶质。就作为代表性非水电解质电池的锂离子电池而言，从抑制负极中的锂析出的观点出发，采用了相对于正极容量增大负极容量的正极调节方式。但是，正极调节方式难以抑制完全放电状态下的正极电位的降低。若五氧化钒相对于金属锂的电位低于2.5V，则结构劣化变大，容量逐渐降低。另一方面，如果相对于负极容量充分增大正极容量，则完全放电状态下的正极电位的降低受到抑制，能够将相对于金属锂的正极电位维持至2.5V以上、优选维持至2.7V以上、进一步优选维持至2.8V以上。由此，能够得到五氧化钒的结构劣化小、实用性优异的电池。负极中包含的含硅材料即使在负极电位达到2.5V～3.5V的情况下也不会大幅劣化。在通常的锂离子电池的情况下，负极相对于金属锂的上限电位通常被设计为2.0V～2.5V。因此，超过2.5V的高电位下的含硅材料的稳定性是未知数。在这一点上，根据新的见解，如果负极的上限电位为3.5V左右，则能够得到含硅材料的劣化程度小、实用性优异的负极。以下，针对本申请所述的非水电解质电池的构成，更详细地进行说明。(正极)正极中，作为必需成分，包含正极活性物质、第一炭黑和第一粘合剂，正极活性物质包含五氧化钒。正极使用包含必需成分的混合物(正极合剂)来形成。例如，如果将正极合剂压缩成形为粒料状，则能够得到硬币形或纽扣形电池的正极。此外，如果将正极合剂与液状分散介质混合而制备浆料，将浆料涂布于正极集电体而形成涂膜，并将涂膜干燥、压缩，则能够得到卷绕型等的电池中使用的带状正极。在使用五氧化钒作为正极活性物质的情况下，正极相对于金属锂表现出3.5V左右的高电位，平台(plateau)的平坦性也高，因此容易实现高容量的电池。五氧化钒的自放电小，不仅适合于便携设备用电源，还适合于备份用途。正极活性物质可以还包含作为非水电解质电池的正极活性物质而公知的成分。其中，五氧化钒在正极活性物质中所占的比例期望为70质量％以上、更期望为80质量％以上，也可以是正极活性物质的100％为五氧化钒。作为上述公知成分，可列举出TiS2、MoS2等硫化物；V6O13、MnO2等金属氧化物；钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂等含锂的过渡金属氧化物等。五氧化钒可以是非晶质，但从即使为高电压也难以熔解、且由结构变化导致的容量劣化也小的观点出发，期望为结晶质(斜方晶)。五氧化钒为结晶质可通过测定五氧化钒的X射线衍射图像来确认。如果是斜方晶的五氧化钒，则在2θ＝20°附近观测到归属于(001)面的峰，在2θ＝25°附近观测到归属于(110)面的峰。五氧化钒通常为粒子状，其平均粒径优选为1μm～30μm、更优选为3μm～20μm、进一步优选为5μm～15μm。此处，平均粒径如下求出：通过空气透过法算出比表面积，并基于所得的比表面积来求出。正极包含作为第一导电剂的第一炭黑。正极通过包含第一炭黑，在电池电压达到0V前后的正极电位容易稳定化。因而，正极电位的过度降低受到抑制。正极电位的稳定化起因于第一炭黑与非水电解质所含的溶质的阴离子或阳离子(锂离子)之间的相互作用。可以认为：正极电位相对于金属锂为3V以上时，阴离子被吸附于炭黑，正极电位相对于金属锂低于3V时，锂离子被吸附于炭黑。作为第一炭黑，可列举出乙炔黑、科琴黑、槽法炭黑、炉法炭黑、灯黑、热炭黑等。这些之中，特别优选为科琴黑。第一炭黑的平均粒径没有特别限定，例如为10nm～300nm的范围。正极中包含的第一炭黑量相对于五氧化钒100质量份优选为2质量份～10质量份、更优选为3质量份～9质量份。如果为这样的范围，则能够将正极容量维持得很高，且充分发挥出由炭黑带来的正极电位稳定化作用。此外，在确保正极的高导电性、抑制初始的内部电阻上升的方面也是有效的。第一导电剂可以包含除了炭黑之外的材料。作为除了炭黑之外的第一导电剂，可列举出天然石墨、人造石墨等石墨、碳纤维等。正极可以还包含铝粉末。通过使正极包含铝粉末，从而抑制过充电时五氧化钒被氧化而溶出至非水电解质中。如果五氧化钒的氧化物溶出，则在负极表面形成覆膜，充放电反应有时受阻。可推测铝粉末在过充电时优先于五氧化钒被氧化。此外，通过使用铝粉末，正极的强度提高。铝粉末优选包含60质量％以上粒径为45μm以下的粒子。由此，在过充电时铝粉末容易被氧化。铝粉末的粒度分布可通过ROTAP法进行测定。正极中包含的铝粉末量相对于正极活性物质100质量份优选为1质量份～20质量份、更优选为1质量份～10质量份。作为正极中包含的第一粘合剂，可列举出例如聚乙烯、聚丙烯等聚烯烃；聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物及其改性体等氟树脂；苯乙烯丁二烯橡胶、改性丙烯腈橡胶等橡胶状聚合物；聚丙烯酸、丙烯酸-甲基丙烯酸共聚物等丙烯酸类聚合物或其盐等。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种非水电解质电池，其包含正极、负极、夹在所述正极与所述负极之间的间隔件、以及非水电解质，所述正极包含五氧化钒、第一炭黑和第一粘合剂，所述负极包含含硅材料、石墨、第二炭黑和第二粘合剂，电池电压为0V时，所述正极和所述负极的电位相对于金属锂分别为2.5V～3.5V。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.11.18 JP 2015-2255101.一种非水电解质电池，其包含正极、负极、夹在所述正极与所述负极之间的间隔件、以及非水电解质，所述正极包含五氧化钒、第一炭黑和第一粘合剂，所述负极包含含硅材料、石墨、第二炭黑和第二粘合剂，电池电压为0V时，所述正极和所述负极的电位相对于金属锂分别为2.5V～3.5V。2.根据权利要求1所述的非水电解质电池，其中，所述正极中包含的所述第一炭黑的量相对于所述五氧化钒100质量份为2质量份～10质量份。3.根据权利要求1或2所述的非水电解质...

【专利技术属性】
技术研发人员：高桥忠义，柳下朋大，绵寿惠，
申请(专利权)人：松下知识产权经营株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP