非水电解质二次电池制造技术

本发明专利技术提供使用高容量正极抑制了初次充放电中的不可逆容量所引起的电池容量的降低的具有高容量的非水电解质二次电池。本实施方式中的非水电解质二次电池包括正极和负极，所述负极含有选自Si、Si氧化物和碳中的至少一种负极活性物质，其中，前述正极含有正极活性物质，所述正极活性物质含有能够吸收和放出锂的氧化物、和过渡金属氧化物，该过渡金属氧化物由Li2MO2（其中M为Cu和Ni的至少一者）表示、含有平面四配位MO4结构、该平面四配位MO4结构形成共有由2个相对氧原子形成的边的一维链，其中将前述负极的初次充电容量设为Y，前述正极的初次充电容量设为Z时，满足Z≤Y的关系。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本实施方式涉及具有高容量的非水电解质二次电池，其中正极使用了高容量正极活性物质。
技术介绍
现在由于移动电话、笔记本个人电脑等移动设备的普及，作为电力源的二次电池的作用受到更多重视。用于这些设备的二次电池要求小型和轻量、具有高容量、并具有即使反复充放电也不易劣化的性能，现在使用最多的是锂离子二次电池。锂离子二次电池的负极主要使用石墨和硬碳等碳(C)。使用碳可以令人满意地重复充放电循环，但其容量已经被使用至接近其理论容量，因而今后无法期待碳在容量方面 的大幅提高。另一方面，提高锂离子二次电池容量的要求强烈，正在研究比碳具有更高容量的负极材料。作为可以实现高容量的负极材料，可以列举出例如硅(Si)。使用Si的负极具有高容量，其中每单位体积吸收和放出大量的锂离子。然而，由于锂离子被吸收和放出时，电极活性物质本身的膨胀和收缩大，电极活性物质的微粉化进行，导致初次充放电中的不可逆容量大，在正极侧形成无法用于充放电的部分。此外，还有充放电循环寿命短的问题。专利文献I中提出了使用Si氧化物作为负极活性物质的方法来作为使用Si的初次不可逆容量的降低、和充放电循环寿命改善的对策。专利文献I中，通过使用Si氧化物作为负极活性物质，可以降低活性物质每单位质量的体积膨胀和收缩，因而确认到了循环特性的提高。另一方面，由于氧化物具有低导电性，因而存在集电性降低，和充放电中的不可逆容量大的问题。进而，作为改善容量和充放电循环寿命的方法，专利文献2中提出了将Si和Si氧化物与碳材料复合化而成的粒子作为负极活性物质来使用的方法。由此虽然确认到了循环特性的提高，但其仍然不充分，而且初次充放电效率的改善也不充分。作为该初次不可逆容量的对策，已经尝试了预先电化学性地充电相当于不可逆容量的容量的方法，将金属锂粘贴至负极以补充不可逆容量的方法等。预先进行电气化学性地充电的方法在通过控制通电电量从而可以进行与目的相应的充电方面优异，但由于需要在对电极进行一次充电后，再次作为电池重新组装，因而复杂、生产率也极低。另一方面，粘贴金属锂的方法是通过注入电解液，Li自动地在短路状态的氧化物与金属锂之间进行移动的方法。然而，该方法的情况下，根据极板形态，Li的移动不充分且金属锂残留，在品质上产生问题，如特性不均和安全性问题的产生。除此以外，作为初次不可逆容量的对策，专利文献3提出了负极使用包含Si氧化物和由Li3_xMxN (其中M表示过渡金属，且O < X < O. 8)表示的含锂复合氮化物的混合活性物质的非水电解质锂离子二次电池。尽管所提出的电池在使用含锂复合氮化物补充Si氧化物的不可逆容量方面优异，但具有下述问题含锂复合氮化物的每质量的容量为约800mAh/g,与Si氧化物的相比较小，与仅使用Si氧化物作为负极活性物质的情况下的电池的能量密度相比，作为电池的能量密度较小。通过使用Si作为可以实现高容量的负极材料，电池的容量变大,但由于正极在电池总重量中所占的百分比更大，因而也要求正极的容量增大。另一方面，专利文献4和5中记载了作为正极活性物质使用Li2NiO215现有技术文献 专利文献 专利文献I :日本特愿平5-162958号公报 专利文献2 :日本特开2004-139886号公报 专利文献3 :日本特开2000-164207号公报 专利文献4 :日本特开平10-208730号公报 专利文献5 :日本特表2008-547156号公报。
技术实现思路
专利技术要解决的问题 如前文所述，使用Si系负极时，初次充放电中的不可逆容量大，正极侧会产生无法用于充放电的部分。因此，存在无法充分获得Si系负极的高容量化的效果的问题。本实施方式是为了解决上述问题而进行的，本实施方式的在于，提供具有高容量的非水电解质二次电池，其中初次充放电中的不可逆容量所引起的电池的每质量的容量降低被抑制在最小限度。解决问题的技术手段 本实施方式的非水电解质二次电池是包括正极和负极，所述负极含有选自Si、Si氧化物和碳中的至少一种负极活性物质，其中，前述正极含有正极活性物质，所述正极活性物质含有能够吸收和放出锂的氧化物、和过渡金属氧化物，所述过渡金属氧化物由Li2MO2 (其中M为Cu和Ni的至少一者)表示、含有平面四配位MO4结构，该平面四配位MO4结构形成共有由2个相对氧原子形成的边的一维链，其中将前述负极的初次充电容量设为Y，前述正极的初次充电容量设为Z时，满足ZSY的关系。专利技术效果 根据本实施方式，可以提供具有高容量的非水电解质二次电池，其中初次充放电中的不可逆容量所引起的电池的每质量的容量降低被抑制在最小限度。附图说明[图I]图I是作为本实施方式所述的非水电解质二次电池的实例的层叠型二次电池的截面图。具体实施例方式本实施方式所述的非水电解质二次电池包括正极和负极，所述负极含有选自Si、Si氧化物和碳中的至少一种负极活性物质，其中前述正极含有正极活性物质，所述正极活性物质含有能够吸收和放出锂的氧化物、和过渡金属氧化物，所述过渡金属氧化物由Li2MO2(其中M为Cu和Ni的至少一者)表示并且含有平面四配位MO4结构，该平面四配位MO4结构形成共有由2个相对氧原子形成的边的一维链，其中将前述负极的初次充电容量设为Y，前述正极的初次充电容量设为Z时，满足ZSY的关系。本实施方式所述的非水电解质二次电池中，将更高容量的由Li2MO2 (其中M = Cu、Ni)表示、并且仅在初次充电时放出Li的过渡金属氧化物用作因选自Si、Si氧化物和碳中的至少一种负极活性物质固有的初次不可逆容量而消耗的正极活性物质。这会降低初次放电以后不被用于充放电的正极活性物质的质量，从而可以实现高容量的非水电解质二次电池。在以往的锂离子二次电池中，通过初次的充电操作，Li从正极供给到负极中的负极活性物质，但在随后的初次放电中，从负极活性物质回到正极的Li中会产生不足(相当于不可逆容量)。因此，Li不再供给至整个正极，正极中产生不参与充放电的正极活性物质。这里，本实施方式中，预先使正极中含有相当于初次不可逆容量的量或相当于初次不可逆容量的一部分的量的过渡金属氧化物，所述过渡金属氧化物由Li2MO2 (M = Cu、Ni)表示并且比能够吸收和放出锂的氧化物的每单位质量的容量更大，从而使正极活性物质的质量比只使用能够吸收和放出锂的氧化物的情形更轻。结果，可以提高二次电池的每单位质量的容量。需要说明的是，由Li2MO2 (其中M = Cu、Ni)表示的过渡金属氧化物是仅在初次充电时放出Li的物质，并且它对初次放电后的充放电没有贡献。本实施方式中，将前述负极的初次充电容量设为Y，前述正极的初次充电容量设为Z时，满足ZSY的关系。由此，可以将整个正极用于充放电，可以实现高容量。需要说明的是，对于前述负极的充放电性能，通过以金属锂为对电极的模型电池在I. 5V O. 02V之间进行容量特性的确认，其初次充电容量的值被定义为前述Y。此外，对于前述正极的充放电性能，通过以金属锂为对电极的模型电池在4. 3V 3. OV之间进行容量特性的确认，其初次充电容量的值被定义为前述Z。本实施方式中，将相当于前述负极活性物质的初次不可逆容量的Li量设为α，将前述Li2MO2 (其中M = Cu、Ni)本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.06.21 JP 2010-1407531.非水电解质二次电池，其包含正极和负极，所述负极包含选自Si、Si氧化物和碳中的至少一种负极活性物质， 其中，所述正极包含正极活性物质，所述正极活性物质包含能够吸收和放出锂的氧化物、和过渡金属氧化物，所述过渡金属氧化物由Li2MO2 (其中M为Cu和Ni的至少一者)表示且包括平面四配位MO4结构，该平面四配位MO4结构形成共有由2个相对氧原子形成的边的一维链， 其中，将所述负极的初次充电容量设为Y，所述正极的初次充电容量设为Z时，满足Z≤Y的关系。2.根据权利要求I所述的非...

【专利技术属性】
技术研发人员：梶田彻也，高桥浩雄，笠原龙一，入山次郎，沼田达治，
申请(专利权)人：NEC能源元器件株式会社，
类型：
国别省市：