非水電解質二次電池制造技術

本發明專利技術提供使用高容量正極抑制了初次充放電中的不可逆容量所引起的電池容量的降低的具有高容量的非水電解質二次電池。本實施方式中的非水電解質二次電池包括正極和負極，所述負極含有選自Si、Si氧化物和碳中的至少一種負極活性物質，其中，前述正極含有正極活性物質，所述正極活性物質含有能夠吸收和放出鋰的氧化物、和過渡金屬氧化物，該過渡金屬氧化物由Li2MO2（其中M為Cu和Ni的至少一者）表示、含有平面四配位MO4結構、該平面四配位MO4結構形成共有由2個相對氧原子形成的邊的一維鏈，其中將前述負極的初次充電容量設為Y，前述正極的初次充電容量設為Z時，滿足Z≤Y的關系。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本實施方式涉及具有高容量的非水電解質二次電池，其中正極使用了高容量正極活性物質。
技術介紹
現在由于移動電話、筆記本個人電腦等移動設備的普及，作為電力源的二次電池的作用受到更多重視。用于這些設備的二次電池要求小型和輕量、具有高容量、并具有即使反復充放電也不易劣化的性能，現在使用最多的是鋰離子二次電池。鋰離子二次電池的負極主要使用石墨和硬碳等碳(C)。使用碳可以令人滿意地重復充放電循環，但其容量已經被使用至接近其理論容量，因而今后無法期待碳在容量方面 的大幅提高。另一方面，提高鋰離子二次電池容量的要求強烈，正在研究比碳具有更高容量的負極材料。作為可以實現高容量的負極材料，可以列舉出例如硅(Si)。使用Si的負極具有高容量，其中每單位體積吸收和放出大量的鋰離子。然而，由于鋰離子被吸收和放出時，電極活性物質本身的膨脹和收縮大，電極活性物質的微粉化進行，導致初次充放電中的不可逆容量大，在正極側形成無法用于充放電的部分。此外，還有充放電循環壽命短的問題。專利文獻I中提出了使用Si氧化物作為負極活性物質的方法來作為使用Si的初次不可逆容量的降低、和充放電循環壽命改善的對策。專利文獻I中，通過使用Si氧化物作為負極活性物質，可以降低活性物質每單位質量的體積膨脹和收縮，因而確認到了循環特性的提高。另一方面，由于氧化物具有低導電性，因而存在集電性降低，和充放電中的不可逆容量大的問題。進而，作為改善容量和充放電循環壽命的方法，專利文獻2中提出了將Si和Si氧化物與碳材料復合化而成的粒子作為負極活性物質來使用的方法。由此雖然確認到了循環特性的提高，但其仍然不充分，而且初次充放電效率的改善也不充分。作為該初次不可逆容量的對策，已經嘗試了預先電化學性地充電相當于不可逆容量的容量的方法，將金屬鋰粘貼至負極以補充不可逆容量的方法等。預先進行電氣化學性地充電的方法在通過控制通電電量從而可以進行與目的相應的充電方面優異，但由于需要在對電極進行一次充電后，再次作為電池重新組裝，因而復雜、生產率也極低。另一方面，粘貼金屬鋰的方法是通過注入電解液，Li自動地在短路狀態的氧化物與金屬鋰之間進行移動的方法。然而，該方法的情況下，根據極板形態，Li的移動不充分且金屬鋰殘留，在品質上產生問題，如特性不均和安全性問題的產生。除此以外，作為初次不可逆容量的對策，專利文獻3提出了負極使用包含Si氧化物和由Li3_xMxN (其中M表示過渡金屬，且O < X < O. 8)表示的含鋰復合氮化物的混合活性物質的非水電解質鋰離子二次電池。盡管所提出的電池在使用含鋰復合氮化物補充Si氧化物的不可逆容量方面優異，但具有下述問題含鋰復合氮化物的每質量的容量為約800mAh/g,與Si氧化物的相比較小，與僅使用Si氧化物作為負極活性物質的情況下的電池的能量密度相比，作為電池的能量密度較小。通過使用Si作為可以實現高容量的負極材料，電池的容量變大,但由于正極在電池總重量中所占的百分比更大，因而也要求正極的容量增大。另一方面，專利文獻4和5中記載了作為正極活性物質使用Li2NiO215現有技術文獻 專利文獻 專利文獻I :日本特愿平5-162958號公報 專利文獻2 :日本特開2004-139886號公報 專利文獻3 :日本特開2000-164207號公報 專利文獻4 :日本特開平10-208730號公報 專利文獻5 :日本特表2008-547156號公報。
技術實現思路
專利技術要解決的問題 如前文所述，使用Si系負極時，初次充放電中的不可逆容量大，正極側會產生無法用于充放電的部分。因此，存在無法充分獲得Si系負極的高容量化的效果的問題。本實施方式是為了解決上述問題而進行的，本實施方式的在于，提供具有高容量的非水電解質二次電池，其中初次充放電中的不可逆容量所引起的電池的每質量的容量降低被抑制在最小限度。解決問題的技術手段 本實施方式的非水電解質二次電池是包括正極和負極，所述負極含有選自Si、Si氧化物和碳中的至少一種負極活性物質，其中，前述正極含有正極活性物質，所述正極活性物質含有能夠吸收和放出鋰的氧化物、和過渡金屬氧化物，所述過渡金屬氧化物由Li2MO2 (其中M為Cu和Ni的至少一者)表示、含有平面四配位MO4結構，該平面四配位MO4結構形成共有由2個相對氧原子形成的邊的一維鏈，其中將前述負極的初次充電容量設為Y，前述正極的初次充電容量設為Z時，滿足ZSY的關系。專利技術效果 根據本實施方式，可以提供具有高容量的非水電解質二次電池，其中初次充放電中的不可逆容量所引起的電池的每質量的容量降低被抑制在最小限度。附圖說明[圖I]圖I是作為本實施方式所述的非水電解質二次電池的實例的層疊型二次電池的截面圖。具體實施例方式本實施方式所述的非水電解質二次電池包括正極和負極，所述負極含有選自Si、Si氧化物和碳中的至少一種負極活性物質，其中前述正極含有正極活性物質，所述正極活性物質含有能夠吸收和放出鋰的氧化物、和過渡金屬氧化物，所述過渡金屬氧化物由Li2MO2(其中M為Cu和Ni的至少一者)表示并且含有平面四配位MO4結構，該平面四配位MO4結構形成共有由2個相對氧原子形成的邊的一維鏈，其中將前述負極的初次充電容量設為Y，前述正極的初次充電容量設為Z時，滿足ZSY的關系。本實施方式所述的非水電解質二次電池中，將更高容量的由Li2MO2 (其中M = Cu、Ni)表示、并且僅在初次充電時放出Li的過渡金屬氧化物用作因選自Si、Si氧化物和碳中的至少一種負極活性物質固有的初次不可逆容量而消耗的正極活性物質。這會降低初次放電以后不被用于充放電的正極活性物質的質量，從而可以實現高容量的非水電解質二次電池。在以往的鋰離子二次電池中，通過初次的充電操作，Li從正極供給到負極中的負極活性物質，但在隨后的初次放電中，從負極活性物質回到正極的Li中會產生不足(相當于不可逆容量)。因此，Li不再供給至整個正極，正極中產生不參與充放電的正極活性物質。這里，本實施方式中，預先使正極中含有相當于初次不可逆容量的量或相當于初次不可逆容量的一部分的量的過渡金屬氧化物，所述過渡金屬氧化物由Li2MO2 (M = Cu、Ni)表示并且比能夠吸收和放出鋰的氧化物的每單位質量的容量更大，從而使正極活性物質的質量比只使用能夠吸收和放出鋰的氧化物的情形更輕。結果，可以提高二次電池的每單位質量的容量。需要說明的是，由Li2MO2 (其中M = Cu、Ni)表示的過渡金屬氧化物是僅在初次充電時放出Li的物質，并且它對初次放電后的充放電沒有貢獻。本實施方式中，將前述負極的初次充電容量設為Y，前述正極的初次充電容量設為Z時，滿足ZSY的關系。由此，可以將整個正極用于充放電，可以實現高容量。需要說明的是，對于前述負極的充放電性能，通過以金屬鋰為對電極的模型電池在I. 5V O. 02V之間進行容量特性的確認，其初次充電容量的值被定義為前述Y。此外，對于前述正極的充放電性能，通過以金屬鋰為對電極的模型電池在4. 3V 3. OV之間進行容量特性的確認，其初次充電容量的值被定義為前述Z。本實施方式中，將相當于前述負極活性物質的初次不可逆容量的Li量設為α，將前述Li2MO2 (其中M = Cu、Ni)本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2010.06.21 JP 2010-1407531.非水電解質二次電池，其包含正極和負極，所述負極包含選自Si、Si氧化物和碳中的至少一種負極活性物質， 其中，所述正極包含正極活性物質，所述正極活性物質包含能夠吸收和放出鋰的氧化物、和過渡金屬氧化物，所述過渡金屬氧化物由Li2MO2 (其中M為Cu和Ni的至少一者)表示且包括平面四配位MO4結構，該平面四配位MO4結構形成共有由2個相對氧原子形成的邊的一維鏈， 其中，將所述負極的初次充電容量設為Y，所述正極的初次充電容量設為Z時，滿足Z≤Y的關系。2.根據權利要求I所述的非...

【專利技術屬性】
技術研發人員：梶田徹也，高橋浩雄，笠原龍一，入山次郎，沼田達治，
申請(專利權)人：NEC能源元器件株式會社，
類型：
國別省市：