锂离子二次电池、以及锂离子二次电池的充电方法技术

本锂离子二次电池备有：表面上设置有包含正极活性物质的正极活性物质层（１０）的正极集电体（１５）；表面上设置有包含负极活性物质的负极活性物质层（２０）的负极集电体（１６）；电绝缘性而且多孔性的隔膜（４０）；以及浸渍在隔膜中的含有锂盐的电解质溶液。负极活性物质层（２０）中的负极活性物质的载持量为２．０～６．０ｍｇ／ｃｍ↑［２］，隔膜（４０）的空孔率为４５～９０％，隔膜（４０）的格利式通气度小于２００ｓ／１００ｃｍ↑［３］。

【技术实现步骤摘要】
锂离子二次电池、以及锂离子二次电池的充电方法
本专利技术涉及锂离子二次电池及其充电方法。
技术介绍
伴随近年来的各种各样的携带型设备的普及和发展，希望提高锂离子二次电池的新的特性。作为期待提高的特性之一，能举出多次重复进行了充电及放电循环后的容量维持率。迄今，例如，尝试着通过活性物质材料的最佳化，来提高容量维持率(特开平10-236809号公报)，或者尝试着使电极薄膜化，增加正极和负极的对置面积，同时缩短电极内的离子移动距离，来提高容量维持率(特开2002-231312号公报)。最近，为了缩短充电时间，尝试着进行10C以上恒流恒压充电，进而进行恒压充电等快速(高效率)充电。可是，如上所述在现有的锂离子二次电池中，在进行了上述的快速充电的情况下，已知在经过充放电循环后的容量维持率显著地容易劣化。
技术实现思路
本专利技术就是鉴于上述课题而完成的，目的在于提供一种即使进行快速充电，容量维持率也足够高的锂离子二次电池及该锂离子二次电池的充电方法。本专利技术者锐意研究的结果，发现通过(1)使设置在负极集电体上的负极活性物质的载持量在规定的范围内，(2)使隔膜的通气度及空孔率在规定的范围内，即使在进行了快速充电的情况下，经过了充放电循环后的容量维持率也能达到足够高，从而得到本专利技术。本专利技术的锂离子二次电池备有：表面上设置有包含正极活性物质的正极活性物质层的正极集电体；表面上设置有包含负极活性物质的负极活性物质层的负极集电体；电绝缘性而且多孔性的隔膜；以及浸-->渍在隔膜中的含有锂盐的电解质溶液。这里，正极集电体及负极集电体相对配置，将隔膜夹在正极活性物质层和负极活性物质层之间。而且，负极活性物质层中的负极活性物质的载持量为2.0～6.0mg/cm2，隔膜的空孔率为45～90％，另外，隔膜的格利式通气度小于200s/100cm3。这里，所谓格利式通气度，是日本工业标准中的JIS P8117中规定的多孔体的气体透气度。另外，所谓空孔率，是将隔膜的空孔部分的体积除以隔膜的空孔部分和实心部分合计的体积所得的值。这样构成的锂离子二次电池，即使在进行了快速充电的情况下，经过了充放电循环后也不容易引起容量劣化。因此，例如能进行恒压充电，能谋求提高携带装置等的便利性。虽然关于本专利技术的锂离子二次电池呈现出这样的特性的理由还不清楚，但可以认为其原因之一是：通过使负极活性物质的载持量比以往少，实际上扩大了活性物质/电解液界面的面积，负极活性物质层内的Li浓度极化降低，所以负极上不容易引起锂离子的树枝状晶体析出，以及使隔膜的物性在规定范围，从而能使锂离子充分且均匀地移动。在这样的锂离子二次电池中，优选使正极活性物质层的正极活性物质的载持量为4.0～11.0mg/cm2。而且，如果用相当于10C以上的设定电流值对这样的锂离子二次电池进行充电，则能适宜地进行快速充电。另外，即使对这样的锂离子二次电池进行4.2V的恒压充电，也能适宜地进行快速充电。如果采用本专利技术，则即使在进行了快速充电的情况下，也不容易引起经过了充放电循环后的大的容量劣化，能实现这样的锂离子二次电池。附图说明图1是表示实施方式的锂离子二次电池的局部剖面立体图。图2是图1中的锂离子二次电池沿YZ平面的剖面图。图3是图1中的锂离子二次电池沿XZ平面的矢向图。-->图4是表示图1中的锂离子二次电池的制作工序的剖面图。图5(a)及图5(b)是表示锂离子二次电池的制造方法的立体图。图6表示实施例1～5、比较例1～6的条件及结果。符号说明：10阴极(正极活性物质层)，15正极集电体，16负极集电体，20阳极(负极活性物质层)，40隔膜，50外壳，61、62、63、64二次电池元件，85层叠结构体，87电解质溶液，100锂离子二次电池。具体实施方式(第一实施方式)首先，详细说明本专利技术的锂离子二次电池的实施方式。图1是表示本专利技术的第一实施方式的锂离子二次电池100的局部剖面立体图。另外，图2是图1的YZ面剖面图。图3是图1中的层叠结构体85、引线12及引线22的ZX剖面矢向图。本实施方式的锂离子二次电池100如图1～图3所示，主要由层叠结构体85、在密闭状态下收容层叠结构体85的外壳(外包装体)50、连接层叠结构体85和外壳50的外部用的引线12及引线22构成。层叠结构体85按照从上至下的顺序有：正极集电体15、二次电池元件61、负极集电体16、二次电池元件62、正极集电体15、二次电池元件63、负极集电体16、二次电池元件64、以及正极集电体15，分别呈板状。(二次电池元件)如图2所示，二次电池元件61、62、63、64分别由互相相对的板状的阴极(正极活性物质层)10及板状的阳极(负极活性物质层)20；相邻地配置在阴极10和阳极20之间的板状的电绝缘性的隔膜40；含有电解质的阴极10、阳极20；以及隔膜40中含有的电解质溶液(图中未示出)构成。这里，在负极集电体16的表面上形成各二次电池元件61～64的阳极20，在正极集电体15的表面上分别形成各二次电池元件61～64的阴极10。这里为了说明的方便，阳极及阴极负极是以锂离子二次电池100放电时的极性为基准决定的。锂离子二次电池100充电时，电荷的流-->动方向与放电时相反，所以阳极及阴极能互相替换。(阳极)阳极20是含有负极活性物质、导电助剂、粘合剂等的层。以下说明阳极20。阳极活性物质如果能可逆地进行锂离子的吸收及放出、锂离子的脱离及插入、或锂离子和该锂离子的相当量的阴离子(例如，ClO4-)的掺杂及去杂，则不特别限定，能使用与众所周知的锂离子二次电池元件中使用的相同的材料。例如，能举出天然石墨、人造石墨、中间相碳(meso carbon)微球、中间相碳(meso carbon)纤维(MCF)、焦碳类、玻璃状碳、有机化合物烧成体等碳材料、Al、Si、Sn等能与锂化合的金属、以SiO2、SnO2等氧化物为主体的非晶态化合物、钛酸锂(Li4Ti3O12)等。在上述的材料中，碳材料优选。特别是碳材料的层间距离d002为0.335～0.338nm、而且碳材料的微晶的大小Lc002为30～120nm的材料优选。由于使用这样的材料，所以能更有效地进行锂离子的吸收及放出、锂离子的脱离及插入。满足这样的条件的碳材料，能举出人造石墨、MCF等。另外，上述层间距离d002及微晶的大小Lc002能用X射线衍射法求得。在本实施方式中，特别是阳极20中的负极活性物质的载持量为2.0～6.0mg/cm2是必要的。这里，所谓载持量，是负极集电体16的表面每单位面积的负极活性物质的重量。假设使负极活性物质的载持量为比以往少的那样的2.0～6.0mg/cm2，那么与以往相比，阳极的厚度也变得极薄。因此，与以往相比，不容易引起阳极中的Li浓度极化，即使通过10C以上的快速充电，大电流被供给锂离子二次电池，也不容易阻碍锂离子向负极活性物质的插入(インタ-カレ-ト)。这里，如果负极活性物质的载持量超过6.0mg/cm2，则由于浓度极化而有引起阻碍插入的倾向。另一方面，如果负极活性物质的载持量低于2.0mg/cm2，则负极活性物质和电解质溶液的界面上的锂离子的插入过程起控速作用，不能完成由更低的载持量进行的快速充电。另外，负极活性物质层太薄，-->在锂离子二次电池本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子二次电池，其特征在于：备有表面上设置有包含正极活性物质的正极活性物质层的正极集电体；表面上设置有包含负极活性物质的负极活性物质层的负极集电体；电绝缘性而且多孔性的隔膜；以及浸渍在隔膜中的含有锂盐的电 解质溶液，所述正极集电体及所述负极集电体相对配置，以便使所述正极活性物质层和所述负极活性物质层将所述隔膜夹住，所述负极活性物质层中的所述负极活性物质的载持量为２．０～６．０ｍｇ／ｃｍ↑［２］，所述隔膜的空孔率为４５～ ９０％，所述隔膜的格利式通气度小于２００ｓ／１００ｃｍ↑［３］。

【技术特征摘要】
JP 2004-3-31 2004-1051911.一种锂离子二次电池，其特征在于：备有表面上设置有包含正极活性物质的正极活性物质层的正极集电体；表面上设置有包含负极活性物质的负极活性物质层的负极集电体；电绝缘性而且多孔性的隔膜；以及浸渍在隔膜中的含有锂盐的电解质溶液，所述正极集电体及所述负极集电体相对配置，以便使所述正极活性物质层和所述负极活性物质层将所述隔膜夹住，所述负极活性物质层中的所述负极活性物质的载持量为2.0～...

【专利技术属性】
技术研发人员：小川和也，饭岛刚，丸山哲，
申请(专利权)人：TDK株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]