锂二次电池及电池系统技术方案

技术编号:34318440 阅读:19 留言:0更新日期:2022-07-30 23:39
本发明专利技术提供一种锂二次电池,其具有能够嵌入及脱嵌锂离子的金属负极、能够嵌入及脱嵌锂离子的正极、和配置于金属负极与正极之间的电解质,金属负极为板状,包含锂和锂固溶的母材,放电状态的金属负极具有置换型固溶体的层,置换型固溶体具有将构成母材的金属的结晶晶格的一部分用锂置换而得到的结构,层位于金属负极的和与正极相对的面相反侧的表面、或金属负极的内部。极的内部。极的内部。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】锂二次电池及电池系统


[0001]本专利技术涉及锂二次电池及电池系统。
[0002]本专利技术基于2019年12月19日申请的日本特愿2019

229604号而主张优先权,并将其内容援引于此。

技术介绍

[0003]能够充电的锂二次电池不仅已经在手机用途、笔记本电脑用途等小型电源中,而且在汽车用途、电力贮藏用途等中型或大型电源中,实用化也取得进展。
[0004]以往,对于构成锂二次电池的负极,进行了使用理论容量比以往的负极材料即石墨大的材料来提高电池性能的研究。作为这样的材料,与石墨同样地能够嵌入及脱嵌锂离子的金属材料受到关注。在以下的说明中,有时将由金属材料形成的负极称为“金属负极”。
[0005]例如,在专利文献1中,记载了一种非水电解质电池,其使用将不与锂合金化的基材层和与锂形成合金的铝层接合而成的包层材料作为金属负极。
[0006]现有技术文献
[0007]专利文献
[0008]专利文献1:日本特开2017

195028号公报

技术实现思路

[0009]专利技术所要解决的课题
[0010]锂二次电池在应用领域扩展的过程中,要求循环特性的进一步提高。使用了金属负极的锂二次电池在循环特性方面存在改良的余地。此外,不仅锂二次电池,而且在包含锂二次电池的电池单元的电池系统中也同样地要求循环特性的提高。
[0011]需要说明的是,所谓“循环特性”是指反复进行充放电时的放电容量维持率。将在使二次电池反复充放电时放电容量维持率高评价为“循环特性良好”。
[0012]此外,在锂二次电池的领域中,低成本竞争激烈。因此,对于金属负极,要求不使用作为成本提高要因之一的包层材料。
[0013]本专利技术是鉴于这样的情况而进行的,目的是提供在不使用包层材料的情况下循环特性良好的锂二次电池、及电池系统。
[0014]用于解决课题的手段
[0015]专利技术者们对上述课题进行了研究,结果获知:具有金属负极的锂二次电池在放电时负极崩坏,有时负极破损。专利技术者们认为这样的负极的破损会引起锂二次电池的循环特性的恶化。此外专利技术者们认为在包含锂二次电池的电池单元的电池系统中,也由于同样的机理,循环特性可能恶化。
[0016]基于以上的推论,专利技术者们认为:通过抑制负极的破损,能够实现循环特性良好的锂二次电池、及电池系统,进行了深入研究,结果完成本申请专利技术。
[0017]为了解决上述的课题,本专利技术包含以下的方案。
[0018][1]一种锂二次电池,其具有能够嵌入及脱嵌锂离子的金属负极、能够嵌入及脱嵌锂离子的正极、和被上述金属负极和上述正极夹持的电解质,上述金属负极为板状,包含锂和上述锂固溶的母材,放电状态的上述金属负极具有置换型固溶体的层,上述置换型固溶体具有将构成上述母材的金属的结晶晶格的一部分用上述锂置换而得到的结构,上述置换型固溶体的层位于上述金属负极的至少和与上述正极相对的面相反侧的表面、或上述金属负极的内部。
[0019][2]根据[1]所述的锂二次电池,其中,上述母材为选自由铝、硅、锡、铅构成的组中的1种以上的金属。
[0020][3]一种电池系统,其具备锂二次电池单元和控制部,上述锂二次电池单元具有能够嵌入及脱嵌锂离子的金属负极、能够嵌入及脱嵌锂离子的正极、和配置于上述金属负极与上述正极之间的电解质,上述金属负极为板状,包含锂和上述锂固溶的母材,放电状态的上述金属负极具有置换型固溶体的层,上述置换型固溶体具有将构成上述母材的金属的结晶晶格的一部分用上述锂置换而得到的结构,上述控制部将上述锂二次电池单元的动作电压控制为不使锂离子从上述置换型固溶体脱离的电压。
[0021][4]根据[3]所述的电池系统,其中,上述母材为选自由铝、硅、锡、铅构成的组中的1种以上的金属。
[0022]专利技术效果
[0023]根据本专利技术,能够提供循环特性良好的锂二次电池、及电池系统。
附图说明
[0024]图1是表示实施方式的锂二次电池的一个例子的示意图。
[0025]图2是金属负极3的厚度方向的截面中的SEM照片。
[0026]图3是金属负极3的厚度方向的截面中的SEM照片。
[0027]图4是金属负极3的厚度方向的截面中的利用TOF

SIMS的Li映射图像。
[0028]图5是表示金属负极的晶体结构的示意图。
[0029]图6是表示第2实施方式的电池系统的示意图。
具体实施方式
[0030][第1实施方式][0031][锂二次电池][0032]以下,参照图的同时对本实施方式的锂二次电池进行说明。需要说明的是,在以下的全部附图中,为了容易观察附图,使各构成要素的尺寸、比率等适当不同。
[0033]图1是表示本实施方式的锂二次电池的一个例子的示意图。锂二次电池10具有能够嵌入及脱嵌锂离子的正极2、能够嵌入及脱嵌锂离子的金属负极3、和配置于金属负极3与正极2之间的电解液6。
[0034]此外,锂二次电池10具有防止正极2与金属负极3的物理接触的隔膜7、和容纳正极2、金属负极3、电解液6及隔膜7的电池外包装体5。
[0035]以下,对各构成依次进行说明。
[0036](金属负极)
[0037]金属负极3为板状,包含锂和锂固溶的母材。
[0038]“母材”是构成从金属负极3整体中除去锂以外的剩余部分的金属材料。如下文所述的那样母材可以为金属单质,也可以为合金。母材中,也可以包含在纯化工序中不可避免地混入的制造残渣等不可避免的杂质。
[0039]本实施方式中所谓“板状”是指具有至少相对的2个主表面的三维形状。2个主表面不仅分别包含数学上的平面,而且也可以在一部分中包含一定的曲面,还可以具有在金属负极3的制作中产生的凹凸。在该含义中,板状不限于较薄的长方体。
[0040]在“板状”的金属负极3中,上述的相对的2个主表面之间的间隔相当于金属负极3的厚度。在金属负极3中,与厚度方向正交的第1方向(例如宽度方向)的长度大于厚度。此外,在金属负极3中,与厚度方向和第1方向各自正交的第2方向(例如长度方向)的长度大于厚度。
[0041]金属负极3的厚度可采用各种值。作为板状的金属负极3,包含具有容易弯曲、屈曲的可挠性的薄膜型的电极、弯曲、屈曲困难的薄板型的电极。
[0042]金属负极3的厚度优选为5μm以上,更优选为6μm以上,进一步优选为7μm以上。此外,优选为200μm以下,更优选为190μm以下,特别优选为180μm以下。
[0043]上述金属负极3的厚度的上限值及下限值可以任意地组合。
[0044]金属负极3的厚度优选为5μm~200μm,更优选为6μm~190μm,特别优选为7μm~180μm。
[0045]金属负极3的厚度只要使用测厚仪(Thickness gauge)或游标卡尺进行测定即可。
[0046]金属负极本文档来自技高网
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种锂二次电池,其具有:能够嵌入及脱嵌锂离子的金属负极、能够嵌入及脱嵌锂离子的正极、和配置于所述金属负极与所述正极之间的电解质,所述金属负极为板状,包含锂和所述锂固溶的母材,放电状态的所述金属负极具有置换型固溶体的层,所述置换型固溶体具有将构成所述母材的金属的结晶晶格的一部分用所述锂置换而得到的结构,所述层位于所述金属负极的和与所述正极相对的面相反侧的表面、或所述金属负极的内部。2.根据权利要求1所述的锂二次电池,其中,所述母材包含选自由铝、硅、锡、铅构成的组中的1种以上的金属。3.一种电池系统,其具备:锂二次...

【专利技术属性】
技术研发人员:山口泷太郎松本慎吾星河浩介市坪哲李弘毅
申请(专利权)人:国立大学法人东北大学
类型:发明
国别省市:

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