二次锂电池制造技术

二次锂电池包括正极，负极和非水电解液，所述正极或负极是在其集电器上具有吸附／释放锂活性材料薄膜的电极，所述活性材料薄膜通过沿其被其中形成的缝隙沿其厚度方向分成柱体部分，此柱体部分的底部和集电器紧贴，作为电极，其特点在于其非水电解液包含混合溶剂，所述混合溶剂包含至少两种溶剂，且混合溶剂至少包含作为其组分的碳酸亚乙酯和／或碳酸亚乙烯酯。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及可充锂电池，特别是可充锂电池中非水电解液的改进，所述电池所用的电极在集电器上具有可储存和释放锂的活性材料薄膜。
技术介绍
近年来，在迅猛的发展下，可充锂电池表现出电池性能特点，例如充放电电压，充放电循环寿命特点和储存特点，所述这些特点主要取决于所用的电极类型。根据本申请先前的发现，在集电器上电极具有可储存和释放锂的活性材料薄膜，例如无定形或微晶硅薄膜，它表现出高的充放电能力和优异的充放电循环特征。此电极具有这样的结构活性材料薄膜被其中形成的缝隙沿其厚度方向分成柱体，所述柱体在其底部粘附到集电器上。此结构使电极能够表现出优异的充放电循环性能特征，因为用来包围那些柱体的空间可以缓和在充放电循环时薄膜膨胀和收缩产生的应力，减轻把活性材料薄膜从集电器分离的应力。可是，对使用这种电极的可充锂电池，非水电解液和充放电循环特征的关系还没有充分的研究。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种可充锂电池，这种电池使用一种电极，所述电极在集电器上有可储存和释放锂的活性材料薄膜，它表现出更高的充放电特征。本专利技术可充锂电池包括正极，负极和非水电解液。所述正极或负极包含在集电器上有可储存和释放锂的活性材料薄膜的电极，且具有如下结构所述活性材料薄膜被其中形成的缝隙沿其厚度方向分成柱体，所述柱体在其底部粘附到集电器上。表示特征地，所述非水电解液包含混合溶剂，所述溶剂由两种或多种不同的溶剂组成，且至少包含碳酸亚乙酯作为其组分。在本专利技术中，所述混合溶剂宜包含环状碳酸酯和链式碳酸酯。宜包含作为环状碳酸酯的碳酸亚乙酯。包含作为环状碳酸酯的碳酸亚乙酯以及链碳酸酯更加提高了充放电循环性能特征。较好的是，还包含作为环状碳酸酯的碳酸亚乙烯酯。包含碳酸亚乙烯酯更加提高了充放电循环性能特征。较好的是，包含作为链式碳酸酯的碳酸二乙酯。包含碳酸二乙酯更加提高了充放电循环性能特征。从电导率和粘度来看，包含环状碳酸酯和链式碳酸酯的混合溶剂，其适宜的体积比为1∶9-8∶2(环状碳酸酯∶链式碳酸酯)，更适宜的为2∶8-6∶4。本专利技术中，以混合溶剂总体积碳酸亚乙酯的计，含量宜大致为10-80体积％。以混合溶剂总体积计，碳酸亚乙烯酯的含量宜大致为0.1-80体积％。更适宜的是，以100重量份(100体积份)除去碳酸亚乙烯酯的混合溶剂计，以至少0.5重量份(0.4体积份)的量加入碳酸亚乙烯酯。本专利技术的其他方面，可充锂电池包括正极，负极和非水电解液。正极或负极包含在集电器上有可储存和释放锂的活性材料薄膜的电极，且具有如下结构所述活性材料薄膜被其中形成的缝隙沿其厚度方向分成柱体，所述柱体在其底部粘附着集电器。表示特征地，所述非水电解液包含混合溶剂，所述溶剂含由两种或多种不同的溶剂组成，至少包含碳酸亚乙烯酯作为其组分。以混合溶剂的总体积计，碳酸亚乙烯酯宜为0.1-80体积％。更适宜的是，以100重量份(100体积份)除碳酸亚乙烯酯外的混合溶剂计，加入至少0.5重量份(0.4体积份)的碳酸亚乙烯酯。而且在这方面，如上所述，所述混合溶剂宜包含环状碳酸酯和链式碳酸酯。适宜的是，所述混合溶剂包含和上述相同的环状碳酸酯和链式碳酸酯体积比。如下文所用的，“本专利技术”是指也包括上述的其他方面。在本专利技术中，除了碳酸亚乙酯和碳酸亚乙烯酯以外的其他溶剂也能使用，这些溶剂的类型没有特别说明，只要它们应用于可充锂电池。有效的溶剂例子包括如碳酸异丙烯酯和碳酸丁烯酯的环状碳酸酯，以及如碳酸二甲酯、碳酸二乙酯和碳酸甲基乙酯的链式碳酸酯。适宜的是，使用包含环状碳酸酯和链式碳酸酯的混合溶剂。环状碳酸酯和醚类溶剂如1，2-二甲氧基乙烷或1，2-二乙氧基乙烷，或者和链酯如γ-丁内酯、环丁砜或醋酸甲酯混合也能得到有效的混合溶剂。对非水电解液溶质没有特别说明其类型，只要它有用于可充锂电池。非水电解液溶质的例子包括LiPF6、LiBF4、LiCF3SO3、LiN(CF3SO2)2、LiN(C2F5SO2)2、LiN(CF3SO2)(C4F9SO2)、LiC(CF3SO2)3、LiC(C2F5SO2)3、LiAsF6、LiClO4、Li2B10Cl10和Li2B12Cl12。特别优选使用的是LiXFy(X是P、As、Sb、B、Bi、Al、Ga或In；如果X是P、As或Sb则y是6，如果X是B、Bi、Al、Ga或In则y是4)和全氟烷基磺酰亚胺(perfluoroalkyl sulfonimide)锂LiN(CmF2m+1SO2)(CnF2n+1SO2)(其中m、n分别为1-4之间的整数)或者和全氟烷基眠砜甲烷锂(perfluoroalkylsulfonmethide)LiC(CpF2p+1SO2)(CqF2q+1SO2)(CrF2r+1SO2)(其中p、q和r分别为1-4之间的整数)的混合溶质，它们中特别优选的是LiPF6和LiN(C2F5SO2)2的混合溶质。其他有效的非水电解液包括凝胶聚合物电解液，所述电解液包含注入聚合物电解液体的电解溶液例如聚环氧乙烷，聚丙烯腈和聚偏二氟乙烯；以及无机固体电解液如LiI和Li3N。本专利技术中可充锂电池的电解液可以不受限制地使用，只要锂化合物作为能够给予离子电导性的溶质即可，溶解和容纳锂化合物的溶剂在电池充电，放电和储存的电压下不会分解。本专利技术中，上述活性材料薄膜被其中形成并沿着厚度方向延伸的缝隙分成柱体，形成包围这柱体部分的空间，这些空间用来缓和在充放电循环时薄膜膨胀和收缩产生的应力，由此抑制把活性材料薄膜和集电器分离的应力的产生。因此柱体在其底部紧密粘附到集电器上。本专利技术中，非水电解液中的碳酸亚乙酯和/或碳酸亚乙烯酯可能形成膜，该膜选择性地覆盖活性材料薄膜的柱状部份，使此柱状结构稳定，从而更提高充放电循环特征。在本专利技术中，至少占其厚度的一半薄膜厚度部分宜通过缝隙分成柱体。而且，由于缝隙来源于不规则部分的谷底，当在薄膜表面形成不规则的部分时，这些缝隙可以用来包围那些柱体部分薄膜表面的至少一处突出。或者，这些缝隙也可以用来包围各柱体部分的许多突出。在本专利技术中，缝隙可以在第一次或随后的充放电循环中在薄膜上形成。阐述如下，在充放电前，可以提供在其表面上具有不规则部分的薄膜。在第一或随后的充放电循环中在薄膜表面生成这些来源于不规则部分谷底的缝隙，由此把薄膜分成柱体。这些薄膜表面上的不规则部分可以以大体符合下面集电器的表面的形状形成。即，通过使用表面有不规则部分的集电器并将薄膜沉积在其上，所述薄膜表面可以具有不规则部分。集电器的表面粗糙度Ra宜为0.01微米或以上，较好为0.01-1微米，更好为0.05-0.5微米。所述表面粗糙度Ra按日本工业标准(JIS B 0601-1994)定义，可以用表面粗糙计测量。在本专利技术中，集电器的表面粗糙度Ra宜满足如下关系Ra≤t，其中t是活性材料薄膜的厚度。另外，集电器的表面粗糙度Ra和相邻局部峰间的平均距离S宜满足如下关系100Ra≥S。局部峰之间的平均距离S按日本工业标准(JISB 0601-1994)定义，可以用表面粗糙计测量。集电器表面不规则部分的突出外形没有特别说明，但是较好为圆锥形。适宜的是，这些突出具有圆形顶部，这个形状适于在充放电反应时防止电流的局部聚中。在本专利技术中，缝隙在包含活性材料的薄膜上形成，沿其厚度方向延伸。这些缝本文档来自技高网...

【技术保护点】
可充锂电池，它包括正极、负极和非水电解液，所述正极或负极是在集电器上具有存储和释放锂的活性材料薄膜的电极，所述活性材料薄膜由其中形成的缝隙沿其厚度方向分成柱体，所述柱体部分的底部粘附到集电器上，所述可充锂电池的特点在于：所述非水电解液包 含混合溶剂，所述混合溶剂由两种或多种不同的溶剂组成，并至少包含碳酸亚乙酯作为其组分。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：太田妙子，藤本洋行，大下竜司，神野丸男，
申请(专利权)人：三洋电机株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]