锂一次电池及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种锂一次电池，其具备正极、包含锂或锂合金的负极、配置在正极与负极之间的隔膜、介于负极与隔膜之间的碳材料层、及非水电解质，负极的碳材料层侧的表面具有第1凹凸，且与碳材料层的负极侧的表面密合，碳材料层的隔膜侧的表面具有第2凹凸，第1凹凸和第2凹凸相对应。第1凹凸及第2凹凸也可以是通过将碳材料层压紧在负极表面、使碳材料层及负极的表面变形而形成的凹凸。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及采用了非水电解质的锂一次电池，特别是涉及锂一次电池的负极表面的改进。
技术介绍
在使用环境温度为以人的生活区为基础的一 20°C 60°C范围的温度的设备中，以往广泛使用锂一次电池。近年来，采用一次电池的设备的用途在扩大，特别是伴随着设备的高功能化或轻量化，要求高输出的一次电池。例如，在有源标签(Active Tag)或遥控门锁(Keyless entry)中，在发送电波时需要大的电流。特别是,期望着即使在一 20°C左右的 低温环境下也能良好地工作的一次电池。锂一次电池包含含有二氧化锰(MnO2)等金属氧化物、氟化石墨((CFx) n)、硫化铁(FeS2)、氯化亚硫酰(SOCl2)等正极活性物质的正极；含有锂或锂合金的负极；隔膜及非水电解质。其中，采用二氧化锰作为正极活性物质的锂一次电池，除了放电特性良好，而且二氧化锰是比较容易采购的材料，因而被广泛采用。在负极表面，活性的锂和非水电解质中所含的成分发生反应，产生气体或形成含有高电阻(或绝缘性)成分的皮膜。因此，有时阻碍电池的反应，使电池的电阻增大，损害放电特性。在采用二氧化锰或氟化石墨作为正极活性物质的锂一次电池中，活性物质的一部分在电池内溶解于非水电解质中，生成锰离子或氟离子。生成的离子通过与负极的反应生成高电阻成分，在负极表面上形成其皮膜，因而电池的电阻增大。特别是，在采用二氧化锰作为正极活性物质时，伴随着放电的进行，锰离子的溶出性提高。因此，如果以放电了一定程度的状态保存电池，则在负极表面生成许多高电阻成分，使负极及电池的电阻显著增大。所以，尽管残存有电池的容量，但在再使用电池时，放电特性显著下降。特别是，低温下的大电流放电特性或脉冲放电特性的下降显著，不能以大电流使电池放电。为了抑制正极活性物质的溶出，或保护负极表面而抑制生成高电阻皮膜，研究了非水电解质的添加剂。可是，不能充分抑制负极表面的电阻的增加，且低温环境下的高输出化不足。为了抑制负极表面上的负极与非水电解质中所含的成分的反应，研究了在负极表面上设置使用碳材料的层。例如，在专利文献I中，为了通过防止锂与电解液的反应，抑制不活性的锂的增力口，而在金属锂或锂合金的表面附着碳质粉末，并通过用辊加压使其一体化。此外，在专利文献2中，为了抑制负极与电解液的反应，而在负极表面配置由碳材料及其保持材料构成的含碳材料层。再有，在有关二次电池的专利文献3中，通过涂布、蒸镀或溅射等在负极表面形成由有机物烧结体构成的碳材料的薄层。由此，尝试了抑制在负极表面生成锂枝晶，提高充放电循环寿命及贮藏特性。现有技术文献专利文献专利文献I :日本特开平11-135116号公报专利文献2 :日本特开2009-140648号公报专利文献3 :日本特开平2-215043号公报
技术实现思路
专利技术要解决的问题 如果在锂等负极的表面上形成碳材料层，则碳材料层保护负极，能够抑制在负极表面上形成高电阻的皮膜，另一方面，在碳材料的表面上形成稳定的低电阻的皮膜。其结果是，能够一定程度地抑制放电特性的下降。但是，在专利文献I中，需要对压接有碳质粉末的薄板状的锂进行裁断或冲裁来形成负极。在此种情况下，在裁断等时或组装电池时，碳质粉末脱落。在碳质粉末脱落的部分，负极表面露出，不能有效地抑制高电阻皮膜的形成，因此损害放电特性。为了防止其发生，在硬币型电池中，还考虑在将圆盘状的锂负极压接在封口板上后，将碳质粉末压接在锂负极的表面上。可是，在技术上难以在具有被限定的表面积的圆盘状的锂负极上高效率地压接碳质粉末。碳质粉末容易凝集，难形成具有均匀的密度分布的层。此外，在组装电池时要求干燥气氛，但要在如此的气氛下处理碳质粉末，需要防飞溅对策等，工序繁杂。专利文献2的含碳材料层，由于在电池的组装时对电池内的各构成部件施加压力，因此形成某种程度地密合在负极表面上的状态。因此，能够在放电前一定程度地抑制负极与非水电解质的反应、或从正极中溶解的锰离子或氟离子与负极的反应。可是，如果进行放电，则施加给电池内的各构成部件的压力减小，含碳材料层与负极的密合性降低，接触状态产生偏差。其结果是，不能稳定地提高低温时的大电流放电特性或脉冲放电特性。在专利文献3中，在通过蒸镀或溅射形成薄层时，能够一定程度地确保相对于负极的密合性。可是，在锂一次电池中，这样的薄膜因放电时的锂离子的移动被抑制而不能提高大电流放电特性。用于解决课题的手段本专利技术的目的在于，提供一种不仅在初期、而且即使在进行了放电后，低温环境下的大电流放电特性也优良的锂一次电池。本专利技术的一方面涉及一种锂一次电池，其具备正极、包含锂或锂合金的负极、配置在正极与负极之间的隔膜、介于负极与隔膜之间的碳材料层、及非水电解质；负极的碳材料层侧的表面具有第I凹凸，且与碳材料层的负极侧的表面密合；碳材料层的隔膜侧的表面具有第2凹凸；第I凹凸和第2凹凸相对应。本专利技术的另一方面涉及一种锂一次电池的制造方法，是具备正极、包含锂或锂合金的负极、配置在正极与负极之间的隔膜、介于负极与隔膜之间的碳材料层、及非水电解质的锂一次电池的制造方法，其具有以下工序第I工序，其将碳材料层配置在负极的隔膜侧的表面上；第2工序，其通过将挤压工具的具有凹凸的表面经由碳材料层压紧在负极的表面上，从而在负极的表面及碳材料层的隔膜侧的表面上，分别形成与挤压工具的凹凸对应的第I凹凸和第2凹凸，同时使碳材料层密合在负极的表面。专利技术效果根据本专利技术，在负极和碳材料层的界面，负极表面具有第I凹凸，碳材料层的隔膜侧的表面具有第2凹凸，第I凹凸和第2凹凸相对应。因此，负极和碳材料层的密合性高，且碳材料层具有均匀的厚度。即使在进行放电时也能维持负极和碳材料层的高的密合性，能够抑制负极的电阻的增大。因而，不仅在放电初期，即使在进行了放电后也可得到优良的大电流放电特性及脉冲放电特性。碳材料层能够有效地抑制负极与非水电解质中所含的成分(源自正极活性物质的成分、非水溶剂等)的反应，能够抑制在负极表面上形成高电阻(或绝缘性)的皮膜。此外，碳材料层通过与非水电解质接触，在碳材料(或碳材料层)的表面形成低电 阻的皮膜，同时碳材料层嵌入负极的一部分锂。因此，能够在负极表面上确保高的电子导电性及离子传导性，能够在初期有效地防止负极电阻增大。在所附的权利要求书中记述了本专利技术的新的特征，但关于本专利技术的构成及内容双方，与本专利技术的其它目的及特征一并，通过参照附图的以下的详细说明，将理解得更清楚。附图说明图I是从正极侧观看形成于碳材料层的表面上的第2凹凸的一个例子的概略主视图。图2是从正极侧观看形成于碳材料层的表面上的第2凹凸的一个例子的概略主视图。图3是概略地表示本专利技术的锂一次电池的一个例子的纵向剖视图。具体实施例方式锂一次电池具备正极、包含锂或锂合金的负极、配置在正极与负极之间的隔膜、介于负极与隔膜之间而且密合在负极表面上的碳材料层、及非水电解质。碳材料层抑制在负极表面上形成源自非水电解质所含成分的高电阻皮膜，在初期阶段(放电开始前或放电初期)有效地防止负极电阻增大。在本专利技术中，负极与碳材料层的界面、具体是该界面上的负极表面具有第I凹凸，碳材料层的隔膜侧的表面具有第2凹凸，第I凹凸和第2凹凸相对应。碳材料层通过将与第2凹凸对应的第I凹凸形成在负极与碳材料层的界面上，从而以高的强度密本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：佐野阳子，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：
国别省市：