非水二次电池制造技术

提供一种在高容量下充放电循环特性以及储藏特性都优良的非水二次电池。该非水二次电池的特征是具备具有正极合剂层的正极、负极和非水电解质，所述正极具有含有由Ｍｇ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｇｅ、Ｎｂ、Ａｌ和Ｓｎ中选出的至少一种的金属元素的含锂过渡金属氧化物作为活性物质，所述正极合剂层的密度为３．５ｇ／ｃｍ↑［３］以上，所述非水电解质含有在分子内具有２个以上腈基的化合物，由此，解决了上述课题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种高容量、具有优良的充放电循环特性，安全性等可靠性高的非水二次电池。
技术介绍
近年来，二次电池作为个人电脑或者手机等的电源，或者作为电动汽车或电力储存用的电源，已经成为必不可少的重要构成要素之一。特别的，在称为便携式计算机或便携信息终端(Personal Digital Assiatant)的移动通信用途中，要求更小型化、轻量化。但是因为液晶显示面板的背灯或图画控制所消耗的电力高，以及二次电池的容量目前还不够充分，因此，有难于系统紧凑化、轻量化的现状。特别在个人电脑中，随着通过搭载DVD等向多功能化发展，消耗的电力有增加的倾向。因此，急切要求电力容量，特别是单电池的电压在3.3V以上的放电容量的增大。进而，伴随着地球环境问题的日益突出，对没有气体排放或发出噪音的电动汽车也日益受到瞩目。最近，对于有效地利用在电池中蓄积刹车时产生的能量，或者使用在电池中蓄积的起动时的电能等，采用例如这些提高效率等的系统的混合型电动汽车(HEV)正受到广泛的关注。但是，目前的电池因为电力容量低，必须通过增加电池个数来提高电压，因此会使车内的空间变窄，会产生车体稳定性变差等问题。在二次电池中，使用非水电解液的二次锂电池因为电压高且质量轻、能期待高能量密度而受注目。特别在专利文献1中公开了以LiCoO2为代表的含锂过渡金属氧化物作为正极活性物质，金属锂作为负极活性物质，使用该两种活性物质的二次锂电池因为具有4V以上的电动势，因此能期待实现高能量密度。但是，用目前的LiCoO2作为正极活性物质，作为负极活性物质使用石墨等碳材料的LiCoO2系二次电池，其充电终止电压通常在4.2V以下，该充电条件下的充电量停留在LiCoO2的理论容量的约6成。通过将充电终止电压提高-->到高于4.2V，尽管可以增加电力容量，但是伴随充电量的增加，会产生LiCoO2的晶体结构破坏，充放电循环寿命变短，由于LiCoO2的晶体结构变得缺乏稳定性，会有热稳定性降低等问题。为了解决该问题，进行了许多在LiCoO2中添加不同金属元素的尝试(专利文献2～5)。并且，也多次进行在4.2V以上的高电压领域中使用电池的尝试(专利文献6～8)。专利文献1：特开昭55-136131号公报专利文献2：特开平4-171659号公报专利文献3：特开平3-201368号公报专利文献4：特开平7-176202号公报专利文献5：特开2001-167763号公报专利文献6：特开2004-296098号公报专利文献7：特开2001-176511号公报专利文献8：特开2002-270238号公报
技术实现思路
今后，对于二次电池，除了要求迄今为止更高的高容量化，还要求比以前更高的高可靠性。通常，增加电极中的活性物质含量比例，或者通过提高电极密度，特别是正极合剂层密度，可以大大改善电池容量，但是，另一方面，这样的高容量化方法会有电池的储藏特性等的可靠性慢慢降低的问题。因而，为了响应高电力容量化的要求，期望的电池要满足这样的条件：在比LiCoO2更高的电动势(电压范围)下，使用能够进行安全且可逆性良好的充放电的晶体结构的稳定材料，且即使进行正极合剂层的高密度化也能确保不产生在储藏时电池膨胀等的安全性。并且，目前的LiCoO2正极活性物质电池如果放电终止电压比3.2V更高，则在放电末期因为电位降低大，不能完全放电，相对于充电的放电电量效率就会显著地降低。而且，因为不能完全放电，LiCoO2的晶体结构易于破坏，充放电循环寿命变短。该现象在上述的高电压区域更为显著。进而，在满充电时的终止电压达到4.2V以上的充电条件下，除了由正极-->活性物质的晶体结构的破坏引起的充放电循环寿命或热稳定性降低之外，由于正极活性物质的活性点的增加，电解液(溶剂)氧化分解，在正极表面上形成钝化膜，增加内部电阻，会有负荷特性变差的情况。鉴于上述情况，本专利技术的目的在于提供在高容量下具有优良的充放电循环特性和储藏特性的非水二次电池。为了实现上述目的而制成的本专利技术的非水二次电池是具备具有正极合剂层的正极、负极和非水电解质的非水二次电池，其特征在于，上述正极使用具有含有从Mg、Ti、Zr、Ge、Nb、Al和Sn中选出的至少一种金属元素的含锂过渡金属氧化物作为活性物质，上述正极合剂层的密度为3.5g/cm3以上，上述非水电解质含有在分子内具有2个以上腈基的化合物。本专利技术的非水二次电池将用于正极的正极合剂层的密度设定为特定值以上，在提高正极合剂层中的正极活性物质的填充量的同时，通过使用在高电压的充电状态下也具有高稳定性、在正极活性物质中使用含有特定金属元素的含锂过渡金属氧化物，使在高电压下可以充电，由此达到高容量化。另外，正如上述所述本专利技术的非水二次电池中的正极活性物质由于具有优良的稳定性，因此即使反复地进行电池的充放电，也可以抑制正极活性物质的毁坏。由此，本专利技术的非水二次电池可以确保优良的充放电循环特性。进一步，本专利技术的非水二次电池虽然在非水电解质中含有在分子内具有2个以上腈基的化合物，但是使用的化合物作用于正极的表面，具有防止正极和非水电解质之间直接接触的功能，由此可以抑制正极和非水电解质之间的反应，控制伴随该反应而在电池内产生的气体。因此，本专利技术的非水二次电池可以通过因由上述的腈化合物产生的正极和非水电解质之间的反应抑制作用和使用高稳定性的正极活性物质而产生的作用之间互相发挥功能，抑制充电状态下的电池例如在高温下储藏时的电池膨胀，提高其储藏特性。根据本专利技术，可以提供一种高容量、具有优良充放电循环特性和储藏特性的非水二次电池。本专利技术的非水二次电池，例如，可以进行正极电位以Li的基准电位达到4.35～4.6V这样的高电压充电，可适用于需要更高输出功率的用途中。-->附图说明图1是以模式地表示本专利技术的非水二次电池的一个实施例，(a)是其平面图，(b)是其部分的纵截面图。图2是图1所示的非水二次电池的立体图。符号说明1  正极2  负极3  隔膜具体实施方式本专利技术的非水二次电池是具有这样结构的电池，例如，将具有正极合剂层的正极和负极间隔隔膜而重叠，形成层叠结构的的电极体，将该电极体或者进一步将电极体卷饶成为旋涡状而形成的卷饶结构的电极体等，与非水电解质一起封入到外装体内。在本专利技术的非水二次电池中，例如从电气特性或者容易操作角度来讲，非水电解质优选使用在有机溶剂等的非水系溶剂中让锂盐等的电解质盐溶解的非水溶剂系的电解液，但是只要是多聚物电解质、凝胶电解质就没有问题可以使用。对于非水电解质的溶剂没有特别的限定，可以举出例如，二甲基碳酸酯、二乙基碳酸酯、乙基甲基碳酸酯、甲基丙基碳酸酯等链状酯，碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、碳酸亚乙烯酯等介电常数高的环状酯，链状酯和环状酯的混合溶剂等，其中，特别适用以链状酯为主要溶剂的与环状酯的混合溶剂。另外，对于溶剂除了上述酯之外，还可以使用磷酸三甲酯等链状磷酸三酯、1，2-二甲氧基乙烷、1，3-二氧戊烷、四氢呋喃、2-甲基-四氢呋喃、二乙基醚等醚类，腈类、二腈类、异氰酸酯类、含有卤素的溶剂等。进而，还可以使用胺系或亚胺系有机溶剂或者环丁砜等硫系有机溶剂等。作为在非水电解液的制备中溶解于溶剂中的电解质盐，例如能列举如LiClO4、LiPF6、LiBF4、LiAsF6、Li本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非水二次电池，具备含有正极合剂层的正极、负极和非水电解质，其特征在于，所述正极具有含有由Ｍｇ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｇｅ、Ｎｂ、Ａｌ和Ｓｎ中选出的至少一种的金属元素的含锂过渡金属氧化物作为活性物质，　　　　所述正极合剂层的密度为３．５ｇ／ｃｍ↑［３］以上，　　　　所述非水电解质含有在分子内具有２个以上腈基的化合物。

【技术特征摘要】
JP 2006-10-26 2006-2906371.一种非水二次电池，具备含有正极合剂层的正极、负极和非水电解质，其特征在于，所述正极具有含有由Mg、Ti、Zr、Ge、Nb、Al和Sn中选出的至少一种的金属元素的含锂过渡金属氧化物作为活性物质，所述正极合剂层的密度为3.5g/cm3以上，所述非水电解质含有在分子内具有2个以上腈基的化合物。2.根据权利要求1所述的非水二次电池，其中，在分子内具有2个以上腈基的化合物为二腈基化合物。3.根据权利要求2所述的非水二次电池，其中，二腈基化合物是用通式NC-R-CN表示的化合物，其中R是碳原子数为1-10的直链或者支链的烃链。4.根据权利要求1-3中任一项所述的非水二次电池，其中，所使用的非水电解质中，在分子内具有2个以上腈基的化合物的含量是非水电解质总量的0.005～1质量％。5.根据权利要求1-3中任一项所述的非水二次电池，其中，正极使用2种以上平均粒径不同的含锂过渡金属氧化物作为活性物质。6.根据权利要求5所述的非水二次电池，其中，在二种以上平均粒径不同的含锂过渡金属氧化物中，具有最小平均粒径的含锂过渡金属氧化物是用下述通式(1)表...

【专利技术属性】
技术研发人员：坂田英郎，喜多房次，石塚久美子，
申请(专利权)人：日立麦克赛尔株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]