用于可充电锂电池的负极以及可充电锂电池制造技术

用于可充电锂电池的负极，包含碳材料，其中发生锂嵌入，和从氧化钇、氧化铈和氧化钛中选出的至少一种金属氧化物。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
相关申请的交叉参考本申请是依据2000年8月21日在日本专利局提出的申请号为2000-250256的申请，在本文中其内容做为参考引入。
技术介绍
(a)专利
本专利技术涉及用于可充电锂电池的负极以及可充电锂电池，尤其涉及具有提高的锂离子扩散速率并在其中浸入了大量的非水电解液的负极。(b)相关技术说明随着电子产品日趋小型化、轻型化以及更高的质量和性能，这就要求可充电锂电池具有更高的容量。目前，用于可充电锂电池的负极是通过将含有作为负极活性物质的碳材料和聚合物粘结剂的浆料涂覆在收集极(collector)例如铜箔上、干燥被涂覆的收集极、再滚压干燥过的收集极来制备的。在制得的负极中，收集极上充满了碳材料。曾建议过一些用于提高可充电锂电池容量的方法，最有效的方法是提高包含在电池中的活性物质的含量。为了在不增大电池总体积的条件下提高负极活性物质的含量，在收集极上的负极活性物质膜的厚度应该降低。这可以通过压制过程来实现，在压制过程中，将通过在收集极上涂覆负极活性物质浆料而制备的负极压制，从而提高负极活性物质的密度。然而，在负极混合物粘稠的情况下也存在一些问题。如此高的密度降低了负极活性物质浆料的孔隙率，因此很难将电解液浸入到负极活性物质中，降低了负极锂离子的扩散速率以致于锂离子的嵌入反应不易发生并使充放电效率降低。放电速率越高，锂离子扩散速率下降的就越大。即使在压制过程中增加了碳物质的含量，也会在高速率放电过程中降低放电容量和恶化循环寿命特性。专利技术概要本专利技术的目的是提供一种在高速率放电过程中具有高充放电效率、高放电效率、高放电容量和优异的循环寿命的可充电锂电池，这是由于提高在负极中电解液的保留量并增加锂离子的扩散速率的结果。这些和其它目的可以通过用于锂可充电电池的包含有碳材料和从氧化钇、氧化铈和氧化钛中选出的至少一种金属氧化物的负极来实现，在上述碳材料中可逆地发生锂的嵌入反应。附图简要说明结合附图、参考以下的详细说明对本专利技术将更好理解，对本专利技术更加完整的理解以及附带的许多优点会是显而易见的，这里附图说明图1是显示根据本专利技术的可充电锂电池的侧视截面图。本专利技术的详细说明用于本专利技术的可充电锂电池的负极包含碳材料，其中发生可逆的锂嵌入，和至少一种金属氧化物。这种金属氧化物优选从氧化钇、氧化铈和氧化钛中选择，而且更优选氧化钇。以100重量份的碳材料为基准，金属氧化物的含量在1到20重量份的范围内。金属氧化物的平均直径在10nm到10μm的范围内。用于可充电锂电池的电极包含碳材料和从氧化钇、氧化铈和氧化钛中选择的至少一种金属氧化物。该金属氧化物对非水溶液电解液具有好的润湿性。金属氧化物的良好润湿性会提高负极的润湿性，并且有助于使电解液能够很容易地浸入到负极中使得容易地发生锂的嵌入反应并提高充放电效率。此外，因为氧化钇显著地提高了锂离子的扩散速率，它比其它的金属氧化物更能提高放电容量和循环特性。氧化钇不同锂离子发生电化学反应，并且在氧化钇中不会发生锂离子的嵌入。这使得电极电位不会突然地改变从而提供了恒压的电能。以100重量份的碳材料为基准，金属氧化物的含量优选在1到20重量份的范围内。在金属氧化物的含量低于1重量份(基于100重量份碳材料)的情况下，电解液浸入负极的容易程度不令人满意。另外，在金属氧化物的含量高于20重量份(基于100重量份碳材料)的情况下，由于碳材料的含量相对降低，因此充放电容量可能降低。用于可充电锂电池的负极可以通过将包含碳负极活性物质、金属氧化物和聚合物粘结剂的负极物质浆料形成预定形状来制备，并且可以将其浸入在例如铜的收集极中。本专利技术的电极并不限于上面所提到的，而且可以通过除了上述方法外的各种方法来制备。本专利技术的可充电锂电池包括上面所提到的负极、正极和非水溶液电解液。正极包括正极活性物质和含有锂盐的非水电解液。在上述正极活性物质中发生可逆的锂嵌入。负极包括碳材料和至少一种金属氧化物，在上述碳材料中发生锂嵌入。金属氧化物是从氧化钇、氧化铈和氧化钛中选择的，并且更优选的是氧化钇。以100重量份的碳材料为基准，可充电锂电池优选含有1到20重量份的金属氧化物。此外，优选金属氧化物的平均直径在10nm到10μm的范围。包含在本专利技术的可充电锂电池负极中的金属氧化物对非水电解液具有好的润湿性并且有助于使电解液很容易地浸入到负极中以均匀地发生电池反应、活性地进行锂的嵌入并提高充放电效率。此外，由于氧化钇能提高锂离子的扩散速率，在高速率放电时的放电容量和循环特性可以提高。由于氧化钇不同锂离子发生电化学反应，因此在氧化钇内部不会发生锂的嵌入。这充分地提供恒定的电极电位并提供恒定的电压和电能。金属氧化物的含量优选如上所述，其理由也如上所阐述的。金属氧化物的平均直径优选如上所述，其理由也如上所述。本专利技术的可充电锂电池可以以多种形状的形式装配，例如圆柱形、棱柱形和薄片形。可充电锂电池的形状并不限于上面所提到的，并且可以加工成不同于上面所提到的其它各种形状。本专利技术的正极可以由包含正极活性物质、导电剂和粘结剂的正极活性物质组合物来生产。正极活性物质可以是其中发生可逆的锂嵌入的化合物例如LiMn2O4、LiCoO2、LiNiO2、LiFeO2、V2O5、TiS或MoS。作为在本专利技术的可充锂电池中所使用的隔膜，可以使用多聚孔烯烃膜，例如聚乙烯和聚丙烯、或者采用聚合物电解质膜。非水电解液包括非质子溶剂和在溶剂中的锂盐。非质子溶剂包括碳酸亚丙酯、碳酸亚乙酯、碳酸亚丁酯、苄氰、乙腈、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、γ-丁内酯、二氧戊环、4-甲基二氧戊环、N，N-二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、二氧杂环己烷、1，2-二甲氧基乙烷、sulforane、二氯乙烷、氯苯、硝基苯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲丙酯、碳酸甲异丙酯、碳酸乙丙酯、碳酸二丙酯、碳酸二异丙酯、碳酸二丁酯、二甘醇、二甲醚、或它们的混合物。锂盐包括LiPF6、LiBF4、LiSbF6、LiAsF6、LiClO4、LiCF3SO3、Li(CF3SO2)2N、LiC4F9SO3、LiAlO4、LiAlCl4、LiN(CxF2x+1SO2)(CyF2y+1SO2)(x和y是自然数)、LiCl、LiI、或它们的混合物。聚合物电解质膜是通过将电解质加到聚合物材料中并且使得到的混合物凝胶化来制备。本专利技术的可充锂电池将参考附图来说明。本专利技术的可充锂电池并不限于下面的说明。图1表示根据本专利技术的圆柱可充电锂电池1。可充电锂电池1包括片状负极2、片状正极3、置于负极2和正极3之间的隔膜4、非水电解质、圆柱型电池壳5和垫片6。电解液包括锂盐并且浸入负极2、正极3和隔膜4中。可充电锂电池1包括负极2、正极3和隔膜4。负极2、正极3和隔膜4是指电极部件。将电极部件螺旋地卷绕并插入电池壳5中。负极2通过在收集极例如铜箔片上涂覆负极活性物质组合物来形成。负极活性物质组合物包括作为负极活性物质的碳材料、从氧化钇(Y2O3)、氧化铈(CeO2)和氧化钛(TiO2)中选出的至少一种金属氧化物和聚合物粘结剂例如聚偏1，1-二氟乙烯。作为负极物质，碳材料优选是人造石墨、天然石墨、石墨化碳纤维或无定形碳，在碳材料中，发生可逆的锂嵌入。常规的负极活性物质可以用作本专利技术的负极材料。对非水电解液具有良好润湿性的金属氧本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于可充电锂电池的负极，包含： 碳材料，其中发生可逆的锂嵌入；以及 从由氧化钇、氧化铈和氧化钛构成的组中选出的至少一种金属氧化物。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：松原惠子，津野利章，尹相荣，
申请(专利权)人：三星SDI株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]