用于二次电池的阳极材料、用于二次电池的阳极层、固体二次电池以及其充电方法技术

技术编号：42655109 阅读：208 留言：0更新日期：2024-09-06 01:47

提供了固体二次电池，其能够比现有技术更好地抑制由于晶枝的生成或生长引起的短路。阳极材料包括非晶碳和通过电化学反应与锂形成合金的第一元素，其中非晶碳为炭黑，炭黑的初级颗粒为多孔的，并且平均初始粒径(cm)×氮吸附比表面积(cm<supgt;2</supgt;/g)的值包含在5至35内。

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【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】

本专利技术涉及用于二次电池的阳极材料、用于二次电池的阳极层、固体二次电池以及其充电方法。

技术介绍

1、使用锂作为阳极活性物质的固体二次电池的示例可包括使用通过对电池充电而析出在阳极层中的锂作为活性物质的电池。在这样的固体二次电池中，在阳极析出的锂有时生长成树状形状(所谓的锂晶枝)，好像通过固体电解质层的间隙流失，这不仅可导致电池短路，还会劣化电池容量。

2、相应地，作为能够抑制固体电解质层中锂晶枝的生成或生长的固体二次电池，已经考虑了日本特开公布第2019-096610号。在日本特开公布第2019-096610号中描述的全固态二次电池使用非晶碳作为阳极活性物质以及与锂形成合金或化合物的元素。如果对这样的电池充电，则锂在充电开始时嵌入由前述的阳极活性物质形成的阳极活性物质层中，并且在超过阳极活性物质层的充电容量后，锂可析出在阳极活性物质层内部或析出在阳极活性物质层的后侧(在集流体侧)。结果，可抑制固体电解质层中锂晶枝的生成或生长，从而抑制短路和电池容量的劣化。

技术实现思路

1、【技术问题】

2、为了进一步抑制锂晶枝的生成和生长，作为重复研究的结果，已经发现可通过将用作阳极活性物质的非晶碳的孔隙率调整在预定范围内来进一步抑制固体二次电池中的短路。

3、【技术方案】

4、根据本专利技术的用于二次电池的阳极材料包括非晶碳以及通过电化学反应与锂形成合金的第一元素，其中非晶碳为多孔炭黑，并且平均初级粒径(cm)×氮吸附比表面积(cm2/g)的

5、另一方面，元素是否通过电化学反应与锂形成合金或化合物可例如通过进行下述实验来确定。首先，使用li金属箔作为对电极，并且使用混合有重量比为1∶1的目标元素粉末和固体电解质粉末的10mg的粉末作为工作电极，从ocv(开路电压)至0.01v进行cc-cv充电。当目标元素与锂形成合金或化合物时，观察到每重量目标元素数百～数千mah/g的容量。另一方面，当没有形成合金或化合物时，几乎观察不到容量。

6、与现有技术相比，根据以这种方式构造的用于二次电池的阳极材料，可进一步抑制固体二次电池中的短路。

7、为了表现出更有效的短路抑制效果，期望炭黑进一步满足下述条件(1)和条件(2)。

8、(1)炭黑的平均初级粒径大于或等于10nm且小于或等于80nm。

9、(2)炭黑的聚集体直径大于或等于50nm且小于或等于300nm。

10、除了上面提到的(1)和(2)之外，更期望炭黑满足下述条件(3)和条件(4)。

11、(3)炭黑的吸油量大于或等于200ml/100g且小于或等于350ml/100g。

12、(4)炭黑的整体孔体积大于或等于0.5ml/g且小于或等于3ml/g。

13、作为炭黑，特别期望使用炉法炭黑。

14、如果用于二次电池的阳极材料中包括的非晶碳和第一元素的总含量为100重量份，则非晶碳的含量期望地大于或等于33重量份且小于或等于95重量份。

15、在具体的实施方式中，第一元素可为银或锌。

16、为了减少固体二次电池的制造成本，用于二次电池的阳极材料可包括不通过电化学反应与锂形成合金的第二元素。

17、作为本专利技术的具体的实施方式，当用于二次电池的阳极材料中包括的非晶碳的含量为100重量份时，第二元素的含量期望地大于或等于16重量份且小于或等于100重量份。

18、为了减少固体二次电池的制造成本和改善固体二次电池的电池特性使其超过常规电池，第二元素可为铁或镍。

19、如果阳极包括板状集流体和在集流体上的由用于二次电池的阳极材料制成的阳极活性物质层，并且阳极活性物质层以每1cm2的0.3mg～2mg的范围形成在集流体上，则可进一步抑制固体二次电池中的短路。

20、在具体的实施方式中，固体二次电池包括阴极层、阳极层以及在阴极层和阳极层之间的固体电解质层，其中阳极层包括前述的阳极活性物质，并且阴极层的初始充电容量和阳极层的初始充电容量满足方程式1。

21、[方程式1]

22、0.01<b/a<0.5

23、在方程式1中，a表示阴极层的充电容量(mah)，并且b表示阳极层的充电容量(mah)。

24、【有益的效果】

25、如上述，与现有技术相比，可进一步抑制固体二次电池中的短路。

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【技术保护点】

1.一种用于二次电池的阳极材料，包括

2.如权利要求1所述的用于二次电池的阳极材料，其中

3.如权利要求1所述的用于二次电池的阳极材料，其中

4.如权利要求1所述的用于二次电池的阳极材料，其中

5.如权利要求1所述的用于二次电池的阳极材料，其中

6.如权利要求1所述的用于二次电池的阳极材料，其中

7.如权利要求1所述的用于二次电池的阳极材料，其中

8.如权利要求1所述的用于二次电池的阳极材料，其中

9.如权利要求8所述的用于二次电池的阳极材料，其中

10.如权利要求8所述的用于二次电池的阳极材料，其中

11.一种用于二次电池的阳极层，包括

12.如权利要求11所述的用于二次电池的阳极层，其中

13.一种全固态二次电池，包括

14.如权利要求13所述的全固态二次电池，其中

15.一种对全固态二次电池充电的方法，包括对如权利要求14所述的全固态二次电池充电至超过所述阳极层的所述充电容量。

16.如权利要求15所述的方法，其中

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【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】