锂离子二次电池及其制造方法技术

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及。
技术介绍
随着诸如蜂窝电话和笔记本电脑的移动设备的普及，二次电池即移动设备电源的角色被认为是重要的。需要这些二次电池的尺寸小、重量轻且容量高，并且即使重复充放电，也不太可能造成充放电能力降低。目前，使用许多锂离子二次电池作为满足这种特性的二次电池。诸如石墨和硬碳的碳主要用于锂离子二次电池的负电极。采用碳，可以很好地重复充放电循环，但是已经实现了接近理论容量的容量，因此，未来不可能期望容量有显著的提高。另一方面，对于提高锂离子二次电池容量的需求大，因此，对比碳具有更高容量(即，更高能量密度)的负电极材料进行研究。从高能量密度和轻重量的角度，针对锂离子二次电池的负电极执行对金属锂的研究。但是，金属锂的问题在于，随着充放电循环的进行，在充电过程中，树枝晶沉积在金属锂表面上，并且晶体穿透隔离物，从而造成内部短路，进而寿命缩短。作为增大能量密度的材料，研究使用与锂形成合金的Li吸留物质(L1-occludingsubstance)作为负电极活性材料，Li吸留物质表示为组成式LixA (A包括诸如铝的元素)。这种负电极活性材料每单位体积具有大量吸留和释放的锂离子并且具有高容量。非专利文献I描述使用硅作为负电极活性材料。据说，通过使用这种负电极材料，得到具有高容量的负电极。专利文献I描述了 非水性电解质二次电池，在该非水性电解质二次电池中，之前固定于正电极的金属锂箔在负电极的碳材料中电化学地扩散，并且能够放电的锂被保留在负电极的碳材料中。其公开了在这个二次电池中，所固定的金属箔的容量是关于用于负电极的碳材料的饱和可逆容量的4%至40%。专利文献2描述了一种非水性电解质二次电池，该非水性电解质二次电池的特征在于，之前向不与正电极相对的负电极部分提供锂。作为向负电极部分提供锂的方法，描述了固定锂或者用锂进行电化学掺杂。其公开了在这个二次电池中，被容许之前存在于不与正电极相对的负电极部分中的金属锂的量是每Icm2负电极为0.1Omg至3.0Omg。专利文献3描述了一种非水性二次电池，该非水性二次电池的特征在于，负电极包含其中SiOx (0.3 ^ X ^ 1.6)被预先掺杂锂的材料。其公开了当从正电极释放的和被吸留在负电极中的锂与负电极Si的原子比Lp和负电极被预先掺杂的锂与负电极Si的原子比Ln满足特定条件时，能量密度和平均电压提高，并且得到良好的额定特性。引用列表专利文献专利文献I JP5-144471A专利文献2 JP7-192766A专利文献3 JP2009-076372A非专利文献非专利文献1:Li 和其它四人的 “A High Capacity Nano-Si Composite AnodeMaterial for Lithium Rechargeable Batteries”(用于锂可再充电电池的高容量纳米Si复合阳极材料)，Electrochemical and Solid-State Letters (《电化学与固态快报》)，第2卷，第11期，第547-549页(1999年)
技术实现思路
技术问题如在非专利文献I中描述的，使用硅作为负电极活性材料的电池具有每单位体积大量吸留和释放的锂离子并且具有高容量。但是，问题在于，由于当吸留和释放锂离子时电极活性材料本身膨胀和收缩的事实，导致粉化继续进行，并且首次充放电的不可逆容量大，并且充放电循环寿命短。另外，在专利文献I中描述的方法中，正电极的容量和所固定锂的容量的总和可以大于负电极的容量，这作为条件是不充分的。在这种情况下，问题在于，在充电期间，锂沉积在负电极表面上，从而造成容量快速减小。在专利文献2中描述的方法中，只限定之前固定到负电极的金属锂箔的量。因此，问题在于，出于与以上相同的原因，重复充放电造成容量快速减小。另外，在专利文献3中描述的方法中，取决于所使用的正电极材料和负电极材料，正电极的容量和所固定锂的容量的总和可以大于如上所述的负电极的容量。在这种情况下，问题在于，重复充放电造成容量快速减小。本专利技术的目的在于提供具有高能量密度和良好循环特性的锂离子二次电池。问题的解决方案本专利技术的一个方面提供了一种包括正电极、隔离物、负电极和封装体的锂离子二次电池，其中，所述负电极包括作为负电极活性材料的单质硅和负电极粘结剂，并且被掺杂锂，并且满足以下的公式(I)和(2):1.2≤M/Mc ≤1.9(I)1.0<Ma/(Mc+MLi)<l.6 (2)其中，在所述负电极相对于金属锂达到0.02V的电势之前，插入所述负电极的锂的量是Ma (原子数)，在所述正电极相对于金属锂达到4.3V的电势之前，从所述正电极释放的锂的量是M。(原子数)，并且所述负电极被掺杂的锂的量是Mu (原子数)。本专利技术的另一个方面提供了一种包括正电极、隔离物、负电极和封装体的锂离子二次电池，其中，所述负电极包括作为负电极活性材料的单质硅和负电极粘结剂，并且被掺杂锂，并且满足以下的公式(3)和(4):1.2 ≤ Ca/Cc ≤ 1.9(3)1.0〈Ca/(Cc+CLi)〈l.6 (4)其中，当相对于金属锂达到0.02V的电势时所述负电极的首次充电容量是Ca(Ah),当相对于金属锂达到4.3V的电势时所述正电极的首次充电容量是C。(Ah)，并且所述负电极被掺杂的锂的容量Cu (Ah)0本专利技术的另一个方面提供了一种制造锂离子二次电池之一的方法，其中，所述正电极的活性材料的重量、所述负电极的活性材料的重量和所述负电极被掺杂的锂的重量被设置成满足公式(I)和(2 )或公式(3 )和(4 )。本专利技术的有益效果本专利技术的示例性实施例可以提供具有高能量密度和良好循环特性的锂离子二次电池。附图说明图1是示出根据示例性实施例的锂离子二次电池的示意性横截面图。图2是示出根据另一个示例性实施例的锂离子二次电池的示意性横截面图。图3是示出根据本专利技术的示例和比较例的锂离子二次电池中锂的量之间的关系的图示。图4是示出根据本专利技术的示例和比较例的锂离子二次电池中的容量之间的关系的图示。具体实施例方式以下，参照附图描述本专利技术的示例性实施例。如图1中所示，根据这个示例性实施例的锂离子二次电池包括:负电极，其由诸如铜箔的负电极集流器2和形成在负电极集流器2的表面上的负电极活性材料层I组成；以及正电极，其由诸如铝的正电极集流器4和形成在正电极集流器4的表面上的正电极活性材料层3组成。负电极活性材料层I和正电极活性材料层3被设置成经由隔离物5彼此相对。用电解质溶液浸溃隔离物5和负电极活性材料层I被设置成彼此相对的部分以及隔离物5和正电极活性材料层3被设置成彼此相对的部分。负电极端子6和正电极端子7分别连接到负电极集流器2和正电极集流器4，以便取出电极。在图1中，负电极活性材料层设置在负电极集流器2的两个表面上，并且正电极活性材料层通过隔离物设置在各个负电极活性材料层上，并且两个正电极集流器的端部通过焊接等彼此连接。另外，可以层叠由负电极集流器上的负电极活性材料层、正电极集流器上的正电极活性材料层及正电极活性材料层和负电极活性材料层之间的隔离物组成的层叠体。正电极集流器的端部可以通过焊接等彼此连接，并且负电极集流器的端部可以通过焊接等彼此连接。以此方式形成的元件被密封在封装体8中。这里，如图2中所示，与正本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.07.29 JP 2010-170760;2011.03.04 JP 2011-047781.一种包括正电极、隔离物、负电极和封装体的锂离子二次电池， 其中，所述负电极包含作为负电极活性材料的单质硅和负电极粘结剂，并且被掺杂锂，并且 满足以下的公式(I)和(2): 1.2≤ Ma/Mc ≤ 1.9(I)1.0〈Ma/(Mc+MLi)〈l.6 (2) 其中，在所述负电极相对于金属锂达到0.02V的电势之前，插入到所述负电极的锂的量是Ma (原子数)，在所述正电极相对于金属锂达到4.3V的电势之前，从所述正电极释放的锂的量是M。(原子数)，并且所述负电极被掺杂的锂的量是Mu (原子数)。2.一种包括正电极、隔离物、负电极和封装体的锂离子二次电池， 其中，所述负电极包含作为负电极活性材料的单质硅和负电极粘结剂，并且被掺杂锂，并且 满足以下的公式(3)和(4): 1.2 ≤ Ca/Cc ≤ 1.9(3)1.0〈Ca/(Cc+CLi)〈l.6 (4) 其中，当相对于金属锂达到0.02V的电势时所述负电极的首次充电容量是Ca (Ah),当相对于金属锂达到4.3V的电势时所述正电极的首次充电容量是C。(Ah)，并且所述负电极被掺杂的锂的容量是Cu (Ah)03.根据权利要求1所述的锂离子二次电池，其中，满足以下的公式(5)、(6)和(7): Ma=Mal-Ma2(5) Mc=Mc2-Mcl(6) Mu=Ma2(7) 其中，在充电状态下，所述负电极中锂的量和所述正电极中锂的量分别是Mal和Mcl，并且 在放电状态下，所述负电极中锂的量和所述正电极中锂的量分别是Ma2和Mc^4.根据权利要求1或3所述的锂离子二次电池，其中，M1/M2是1.05或更大， 其中，...

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