非水电解质二次电池制造技术

提供一种非水电解质二次电池，包括包含正极活性材料的正极、包含负极活性材料的负极，以及非水电解质溶液。所述负极还包含碳纤维和碳薄片。通过碳纤维改善所述电解液的保持特性和通过碳薄片改善所述活性材料颗粒之间的导电性的协同作用促进了高负荷电流模式中锂的掺杂／去掺杂并增大高负荷电流模式中的电池容量。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及非水电解质二次电池，该电池具有插入/脱出(掺杂/去掺杂)锂的正极活性材料和负极活性材料以及非水电解质溶液。镍镉蓄电池和铅蓄电池已经被广泛用作电子设备的二次电池。由于先进电子技术产生的电子设备趋向更高性能和小型化的趋势要求具有更高能量密度的二次电池。由于镍镉蓄电池和铅蓄电池的放电电压低，限制了能量密度的提高。由于非水电解质二次电池，称为锂离子电池，具有高放电电压和较小的自放电，并具有较长的循环寿命，所以已经积极开发了使用能在负极中插入/脱出锂的含碳材料和正极中的锂复合氧化物的非水电解质二次电池，代替镍-镉蓄电池和铅蓄电池。在这些非水电解质二次电池中，用石墨等含碳材料作为负极活性材料，用LixMO2作为正极活性材料，其中，M是至少一种过渡金属，0.05＜x＜1.10，用LiPF6和LiBF4作为电解质。作为溶解所述电解质的有机溶剂，使用碳酸亚丙酯、碳酸亚乙酯、γ-丁内酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸二甲酯、乙酸乙酯、丙酸甲酯、1,2-二甲氧基乙烷、和二甲基四氢呋喃。所述非水电解质二次电池适用于便携电子设备的能源。近年来，通常使用具有减小尺寸和重量要求的小型电池组，包括电池和保护电路。在所述电池组中的电池中，要求在大电流放电模式下具有更高的容量。为了满足这样的要求，除了改进正极和非水电解质溶液以外，负极的改进也是必要的。但是，目前的非水电解质二次电池通过负极的改进来改进大电流放电模式下的容量方面仍然不能令人满意。因此，本专利技术的一个目的是提供一种在大电流放电模式过程中具有令人满意的容量特性的非水电解质二次电池。根据本专利技术的一个方面，一种非水电解质二次电池包含含有正极活性材料的正极、含有负极活性材料的负极以及电解质溶液，所述正极活性材料和所述负极活性材料能够插入/脱出锂，其中，所述负极还含有碳纤维和碳薄片。在这种结构中，所述碳纤维和碳薄片可以分布在负极活性材料颗粒之间的间隙中。而且，所述碳纤维改善非水电解质溶液的保持能力，位于活性材料颗粒之间的碳薄片改善导电性(降低内阻)。这些协同作用改善非水电解质二次电池的容量特性。在这种非水电解质二次电池中，在大电流充放电条件下，锂平稳地掺杂或去掺杂，产生高电流负荷下的高容量。在这种非水电解质二次电池中，负极中的碳纤维含量优选在0.02-5重量％范围内，更优选在0.5-4重量％范围内，负极中碳薄片的含量优选在0.1-30重量％范围内，更优选在1-20重量％范围内，最优选在1-10重量％范围内。而且，所述负极中碳纤维与碳薄片的比例优选在0.2-100范围内，更优选在0.4-20范围内。在本专利技术的一个优选的实施方案中，所述非水电解质二次电池含有一种电极复合体，其中，用置于其间的隔板缠绕包含作为正极活性材料的锂复合氧化物的正极和包含作为负极活性材料的含碳材料的负极(称为胶质卷绕型)。附图说明图1是根据本专利技术的一个实施方案的负极的放大截面图。图2是表示5A恒定电流下的容量与负极中碳纤维VGCF含量之间的关系图和23℃时的内阻与碳纤维含量之间的关系图。图3是表示5A恒定电流下的容量与负极中碳薄片KS-15含量之间的关系图和23℃时的内阻与碳薄片含量之间的关系图。图4是表示恒定电流5A下的容量与负极中碳薄片与碳纤维的重量比之间的关系图和23℃时的内阻与所述重量比之间的关系图。图5是根据本专利技术的一个实施方案的非水电解质二次电池的纵向截面图。下面将参考附图详细描述本专利技术的优选实施方案。图5是根据本专利技术的一个实施方案的非水电解质二次电池的纵向截面图。这种二次电池包括一种在圆筒形外壳1和心轴2之间的电极复合体11，其中，用设置在其中的隔板交替缠绕集电体3和负极5的叠层以及集电体4和正极6的另一叠层。电极复合体11含有非水电解质溶液(图中未表示)。在电极复合体11之上和之下提供绝缘板8。电极复合体11在底部用电池外壳底10和在其顶部用安全阀13和电池盖14覆盖。把电池外壳底10连接到负极引线9上，而把电池盖14连接到正极引线12上。提供安全阀13来释放充电/放电循环产生的压力增大的内部气体。垫圈15使所述正极和所述负极相互绝缘隔开。所述二次电池还有一个正温度系数(PTC)元件16，来防止过放电和过充电电流。在这种非水电解质二次电池中，负极5和正极6都可以插入/脱出(可以掺杂/去掺杂)锂。负极5和正极6通过隔板7分开，并浸入到有机溶剂和锂化合物的非水电解质溶液中。正极6包含正极活性材料，如锂复合氧化物，而负极5含有负极活性材料，如石墨。负极5还含有碳纤维和碳薄片。这些活性材料保持在由金属箔等组成的集电体3或4上，并用作电极。正极活性材料和负极活性材料都具有层状分子结构，可以插入和脱出锂。这些电极材料基本不与非水电解质溶液和锂反应，也不会迁移进入所述非水电解质溶液中。在放电模式中，锂从负极5脱出，通过隔板7，插入到正极6中。在充电模式中，锂从正极6脱出，通过隔板7，插入负极5中。在本实施方案中，如图1所示，负极5包含在由例如铜组成的集电体上用结合剂(图中未表示出)相互结合的负极活性材料颗粒17。负极5含包含碳纤维18。由于与颗粒17相比，碳纤维18又薄又长，所以它们分布在负极活性材料颗粒17之间的间隙中。由于所述非水电解质溶液可以浸透在在负极活性材料颗粒17之间的全部空隙中，这种结构可以改进所述非水电解质溶液的保留能力。在本专利技术中，在负极活性材料颗粒17中还包含碳薄片19。因为碳薄片19是平板状的并且由于高结晶性而具有高导电性，所以，所述薄片进入负极活性材料颗粒17之间的间隙中，并且改善在这些颗粒17之间的接触，因此改善了负极活性材料颗粒17之间的导电性。为了保证上述效果，所述负极中碳纤维的含量优选在0.02-5重量％范围内，更优选在0.5-4重量％范围内，所述负极中碳薄片的含量优选在0.1-30重量％范围内，更优选在1-20重量％范围内，最优选在1-10重量％范围内。而且，所述负极中碳纤维与碳薄片的重量比优选在0.2-100范围内，更优选在0.4-20范围内。负极活性材料颗粒17的含量优选在65-99.88重量％范围内。优选地，所述碳纤维的平均直径为0.01-1微米，平均长度为1-100微米。碳薄片的平均直径为0.5-50微米，平均厚度为0.01-1微米。负极活性材料颗粒17的平均直径优选为1-100微米。现在更详细描述构成正极6的材料。作为可以插入和脱出锂的负极活性材料，例如可以使用含碳材料。含碳材料的实例包括热解碳、焦炭(如沥青焦炭、针状焦炭和石油焦炭)、石墨、玻璃碳、焙烧有机聚合物(如酚醛树脂和呋喃树脂)、碳纤维和活性炭。其它可用的负极材料是例如可以插入/脱出锂的晶体和无定形金属氧化物。在这些材料中，石墨、软碳(可石墨化的碳)和硬碳(不可石墨化的碳)是优选的。优选的是用于负极的材料含有一定量的树脂成分。所述石墨可以是天然石墨或人造石墨。优选的石墨具有约0.336纳米的d002间距(石墨化度)、大于100的Lc值(c轴上的层厚)、约30纳米的D50颗粒尺寸、约2m2/g的BET值(用于比表面积的指标)。优选的硬碳具有约0.37-0.38纳米的d002间距。把这种可以插入/脱出锂的负极活性材料与所述碳纤维和所述碳薄片混合形成负极。通过由纤维状聚合物或沥青组成的前本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非水电解质二次电池，包括： 一种包含正极活性材料的正极； 一种包含负极活性材料的负极，所述正极活性材料和所述负极活性材料能够插入／脱出锂；以及 一种非水电解质溶液； 其中，所述负极还含有碳纤维和碳薄片。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：山口晃，畑真次，小丸笃雄，永峰政幸，
申请(专利权)人：索尼株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]