锂离子电池制造技术

本发明专利技术提供了一种锂离子电池，包括：在正极集电体上设置有 正极活性材料的正极、负极、以及电解质溶液，其中，正极活性材 料层包含纳米陶瓷颗粒。该锂离子电池抑制了正极上正极薄膜的生 长，并提高了能量密度，且具有优异的周期特性。

【技术实现步骤摘要】
锂离子电池相关申请交叉参考本专利技术包含涉及2006年5月15日提交的日本专利申请JP2006-135669的主题，其全部内容整体结合于此作为参考。
本专利技术涉及一种锂离子电池，该锂离子电池包括使用正极活性材料的正极，该正极活性材料能够吸留(occlude)或释放锂离子。
技术介绍
近年来便携式电子技术的重大发展使得作为支撑高度信息化发展的社会的基础技术的电子设备(诸如移动电话、笔记本电脑、和个人数字助理(PDA))得到人们的认同。而且，与这些设备的高功能性有关的研究和发展正在积极进行，并且电子设备的能耗与高功能性成比例地持续增加。另一方面，要求这些电子设备长时间工作，这不可避免地需要开发具有用于驱动电源的高能量密度的二次电池。从电池占用的体积和重量的角度出发，设置在电子设备内部的电池的能量密度优选地较高。为了满足这个要求，一种提议是使用锂Li作为电极反应材料的二次电池。在这些二次电池中，使用能够掺杂或除去掺杂有锂离子的碳材料作为负极的锂离子二次电池由于具有高能量密度而被设置于几乎所有的设备中。-->但是，这种电池在充电或放电方面被利用的程度已经达到接近碳材料的理论电容量。为此，正在进行关于提高能量密度的措施的研究，以增加活性材料层的厚度，从而增加活性材料层的比率，并降低集电体和隔离片(separator)的比例，如日本专利申请公开(JP-A)第9-204936号中所示。但是，在改进能量密度的电池中，锂离子在正极中的扩散不够充分，因此迫切需要改进锂离子扩散的措施。具体地说，在增加活性材料层厚度的情况下，由于为了制造具有相同大小的电池而使得电极长度减小，所以电极的面积减小。由此而出现的问题是电流密度增加，从而锂在正极表面中的扩散无法追上充电密度的增加，因而导致正极上形成过量的电压，造成的结果是正极附近的电解质溶液被氧化分解，进而增加了薄膜在正极表面上的生长。形成在正极表面上的薄膜导致电池的电荷转移电阻的增加，进而引起周期特性的显著恶化。该问题使得与以改进能量密度为目的现有电池的情况相比，更难以使正极活性材料层加厚。因此，一种与正极活性材料有关的提议是，通过将氧化铝应用到钴酸锂(锂钴复合氧化物)颗粒表面的一部分来获得正极活性材料，如日本专利申请公开(JP-A)第2002-151077号中所示。在JP-A-2002-151077中，将铝盐加入到其中散布有钴酸锂颗粒的水溶液中，调整该溶液的pH值，使得微小的氢氧化铝胶体可以吸附到钴酸锂颗粒的表面。接着，在氧化气氛中、在600℃至900℃下，对所得到的钴酸锂颗粒进行热处理，以获得涂覆有氧化铝的正极活性材料，根据包含在钴酸锂颗粒粉末中的钴，所包含的氧化铝的量是1-4mol％。在使用这种正极活性材料的非水电解质二次电池中，被认为可行的一种做法是，抑制正极活性材料颗粒表面上的-->四价钴与电解质溶液的氧化分解反应，在高温或者4.8V或更高的充电电压的条件下预期会发生所述反应。但是，根据J.Cho等人的“Journal of The ElectrochemicalSociety”，148(10)，2001，pp.A1110-A1115，报告了如果热处理温度是700℃或更高，则铝元素会扩散到钴酸锂颗粒中并在表面层上形成固溶体，因此，不仅不会获得涂覆薄膜的效果，还会引起电池容量的降低。具体地说，在JP-A-2002-151077所描述的方法中，氧化铝与钴酸锂颗粒表面的一部分以化学方法结合，因此电池被过量充电时容量降低的程度增大并超出氧化铝的含量。这是JP-A-2005-276454中提出与正极材料有关的提议的原因所在，在该提议中，通过喷射(spray)方式将水溶性氧化铝溶胶溶液添加到锂/钴复合氧化物粉末中，其中，通过吹动加热空气而形成流化床，接着在400℃至650℃下进行干燥，以便进而形成非晶质的氧化铝涂层，对于100份重量的锂/钴复合氧化物而言，该氧化铝涂层为1.0-8.0重量份。
技术实现思路
然而，当在使用有机溶剂电解质溶液的锂离子二次电池中将正极活性材料层加厚时，使用以与JP-A-2005-276454中相同的方式制造的正极活性材料，在凝结的同时被粘着的氧化铝出现在正极活性材料的表面上。为此，尽管改进了锂的扩散性能，但是由于正极活性材料层体积大仍然出现了这样的问题，它的体积密度不增大，而压力载荷增大。而且，还存在这样一种担忧，由于，例如，凝结的氧化铝妨碍了活性材料之间的导电性的问题，所以无法抑制周期特性的降低。-->此外，在JP-A-2002-151077和JP-A-2005-276454中，对于涂覆有氧化铝的正极活性材料，必须进行表面处理步骤，这使得生产工艺复杂。因此，需要解决上述问题并提供一种具有高能量密度和优异的周期特性的锂离子电池。根据本专利技术的实施例，提供了一种锂离子电池，该锂离子电池包括：正极，其在正极集电体上设置有正极活性材料层；负极；以及电解质溶液，其中，正极活性材料层包含纳米陶瓷颗粒。由于本专利技术中这样设计，即将正极制造成含有中径小于1μm的纳米陶瓷颗粒，所以即使电解质溶液通过氧化而分解，在正极活性材料的表面上仍会形成含有较小中径的陶瓷的正极薄膜。因此，即使正极活性材料层的厚度增加，仍然可以抑制正极中电荷转移电阻的增加。根据本专利技术的该实施例，可以获得一种锂离子电池，该锂离子电池抑制了正极薄膜在正极上的生长，改进了能量密度，而且具有优异的周期特性。根据以下对本专利技术最佳实施例的详细描述，本专利技术的这些和其它的目的、特征、和优点将变得更显而易见，附图中示出了本专利技术最佳实施例。附图说明图1是示出了应用本专利技术的锂离子电池实施例的截面图；以及图2是示出了应用本专利技术的锂离子电池的电极的截面图。-->具体实施方式将参照附图解释根据本专利技术的实施例。图1是应用本专利技术的锂离子二次电池的截面图实例。该电池被称为圆柱型电池，并且设置有电池芯(cell element)10，通过在具有几乎中空圆柱形式的电池外壳1中经由隔离片15将带状正极11和负极12缠绕起来而获得该电池芯。例如，电池外壳1由镀有镍的铁构成，并且其一端封闭而另一端开口。一对绝缘板2a和2b以将电池芯10夹在电池外壳1内部的方式被设置成垂直于缠绕周缘表面。电池外壳1的材料的实例包括铁Fe、镍Ni、不锈钢SUS、铝Al、和钛Ti。例如，可以电镀该电池外壳1，以防止由非水溶性电解质溶液以及电池的充电和放电造成的电化学腐蚀。通过将电池盖3、设置在该电池盖3内侧的安全阀机构4、和正温度系数(PTC)元件5嵌塞穿过绝缘密封垫圈6而将这些部件安装于电池外壳1的开口端，并且密封电池外壳1的内部。例如，电池盖3由与用于电池外壳1的相同的材料制成。安全阀机构4这样设计，即通过PTC元件5与电池盖3电连接，并且当由于形成内部短路或来自外部的加热而使电池内部压力升高到固定值或更高时，盘状板4a反向并切断电池盖3与电池芯10之间的电连接。PTC元件5用作限制电流量的元件，并且例如由钛酸钡型半导体陶瓷制成，该PTC元件通过增加与温度升高有关的电阻来限制电流量，从而防止由于大电流而引起的热的异常发生。绝缘密封垫圈6例如由绝缘材料制成，并且该绝缘材料的表面涂覆有沥青。电池芯10缠绕在中央管脚16周围。正极端子13和负极端子14分别连接于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子电池，包括：　　　　正极，在正极集电体上设置有正极活性材料层；　　　　负极；以及　　　　电解质溶液，　　　　其中，所述正极活性材料层包含纳米陶瓷颗粒。

【技术特征摘要】
2006.5.15 JP 2006-1356691.一种锂离子电池，包括：正极，在正极集电体上设置有正极活性材料层；负极；以及电解质溶液，其中，所述正极活性材料层包含纳米陶瓷颗粒。2.根据权利要求1所述的锂离子电池，其中，所述陶瓷为选自以下组成的组中的至少一种：Al2O3、SiO2、ZrO2、MgO、Na2O、和TiO2。3.根据权利要求1所述的锂离子电池，其中，所述陶瓷是Al2O...

【专利技术属性】
技术研发人员：胁田真也，冈江功弥，
申请(专利权)人：索尼株式会社，
类型：发明
国别省市：JP