[发明专利]充电电池的阳极及其制造方法无效

专利信息
申请号: 01104633.3 申请日: 1995-10-20
公开(公告)号: CN1305235A 公开(公告)日: 2001-07-25
发明(设计)人: 川上总一郎;三品伸也;小林直哉;浅尾昌也 申请(专利权)人: 佳能株式会社
主分类号: H01M4/02 分类号: H01M4/02;H01M4/64;H01M4/04
代理公司: 中国国际贸易促进委员会专利商标事务所 代理人: 王茂华
地址: 日本*** 国省代码: 暂无信息
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摘要:
搜索关键词: 充电电池 阳极 及其 制造 方法
【说明书】:

本申请是中国专利申请No.95120509.9的分案申请。

本发明涉及一种改进的阳极,它可以被用作理想的可充电电池阳极,例如用于可充电锂电池和可充电锌系列电池(这些可充电电池在下文中被简称为充电电池),上述阳极包括集电器和设在集电器上的阳极活性材料保持体,上述阳极活性材料保持体包括一个由特殊绝缘或半导体材料和分布在上述绝缘或半导体材料中的导电材料构成的层,并且在层内散布着许多细孔,上述阳极活性材料保持体具有缓冲的性质,它在反复充放电循环期间的反复膨胀或收缩不会使其变形或破裂。

本发明还涉及一种具有上述阳极的充电电池,它具有持久的安全性能并且提供稳定、良好的电池性能,同时在反复的充放电循环中防止锂或锌的枝状晶体(或是分枝的树状突起)的产生或生长,并且有足够长的循环寿命(换言之就是可以延长充放电循环寿命)。

本发明还涉及上述阳极的制造方法。

按照近年来的预测,由于大气中CO2的增加而产生的所谓温室效应会使地球越来越热。

在火力发电厂中,为了发电要消耗大量的以煤或石油为主的矿物燃料,以便满足社会对电力供应的持续增长的需求,随之而来的是发电厂产生的烟雾也不断增加,使得空气中所含的会导致温室效应的气体例如二氧化碳的含量持续增加。这样就会导致地球变暖的现象。为了阻止地球变暖现象的进一步的发展,在有些国家已逐渐开始禁止建造新的火力发电厂。

在这种环境下,为了有效地利用发电机,人们提出了一种所谓平衡负荷的概念,即在普通家庭中安装充电电池,并且把夜间不用的剩余电力即所谓多余电力存储在充电电池中,并且在白天电力需求增加的时间存储的电力供电,以便从负载的角度来使发电机得到平衡。

近年来已经出现了电动车辆,它不燃烧任何带来空气污染的物质并且对环境的危害很小,预期可以用它来代替燃烧汽油的车辆和柴油发电车辆。这种电动车辆需要有一种可供其有效地使用的高能量密度,高性能的充电电池。

除此之外,对于可用做小型个人计算机,文字处理器,摄像机及手提电话一类的便携式仪器的电源的一种小型、轻便的高性能充电电池的需求也在不断增加。

此外,人们还希望获得一种高性能的充电电池,它不仅能为太阳能电池所产生的电力实现负荷平衡,还可以用于气动发电机或波浪发电机所产生的电力的负荷平衡,以便把多余的电能存储在充电电池中,并且可以根据供电的需求提供其存储的电能。

对于这种充电电池来说,已经有了各种可逆性的锂离子电池,其中把诸如石墨那样的能在充电操作中的电池反应期间把锂离子插入其中由碳原子构成的六节网络平面的夹层中的碳材料作为阳极材料,并且用在充电操作中的电池反应期间能使锂离子脱离上述夹层的锂夹层(intercalation)化合物作为阴极材料。有些此类电池已经投入了实用。然而,无论是那种锂离子电池,可以被阳极夹住的锂的理论数量仅占碳原子量的1/6。如果想使阳极夹住的锂的数量大于上述理论值,在充电操作期间就不可避免地会在阳极上沉积一种处于枝晶状态(即枝状晶体形式的)的锂,这样就会在反复充放电的循环中在阳极和阴极之间造成内部短路,因而不能获得足够的充放电循环寿命。

因此,按照上述锂离子电池的结构,不能获得一种在电容量和能量密度上能比得上那些用锂金属做阳极的初级电池的理想充电电池。

有人提出了一种充电锂电池,其中用金属锂做阳极。然而,这种充电电池至今无法投入实用,这是因为其充放电循环寿命极短。其主要原因大体是上由于金属锂与电解液中所含的诸如水或有机溶剂一类的杂质发生了反应,从而形成了一个绝缘膜,这一绝缘膜的形成会使金属锂在充电操作期间产生枝状晶体,在反复的充放电循环中会导致阳极和阴极间发生内部短路,因此,这种充电电池的充放电循环寿命被大大地缩短了。

如上所述,一旦形成了锂的枝状晶体,这种枝状晶体在充电操作时就很容易逐渐生长,从而造成阳极和阴极间的内部短路。当阳极与阴极发生内部短路时,电池拥有的能量在内部短路部位被很快地消耗了,这样就会造成电池发热,或是由于电解质溶液受热分散而产生气体导致电池内部的压力升高。这些问题会导致充电电池损坏或/和缩短电池的寿命。

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