[发明专利]非水电解质二次电池

说明书

发明领域

本发明涉及非水电解质二次电池。

发明背景

锂二次电池作为非水电解质二次电池主要实际应用于需要采用小型轻质电池的场合。对于此类锂二次电池，首先对正极材料进行了详细研究。结果可以发现锂钴氧化物(LiCoO₂)可用作正极材料。

但是，那时的所述锂二次电池采用锂金属作为负极活性材料，其缺点在于当所述锂金属重复地充电和放电时，它将形成局部的枝晶使得容量下降，并且隔膜被刺穿导致内部短路。因此，建议使用锂合金而不是锂金属。但是，这种作法给循环寿命性能和能量密度。

因此，锂二次电池(特别是目前使用的)包括作为负极活性材料的碳质材料，其中可插入锂离子或从其上脱除。在这些碳质材料中，含硼石墨具有极高结晶度，并且可提高锂二次电池的容量。

但是，在包括含硼石墨作为负极活性材料的非水电解质二次电池中，在负极活性材料中存在硼是一个重要因素。因此，该非水电解质二次电池的缺点在于其放电容量依据硼的存在条件而减少。换言之，当含硼石墨具有高硼含量，在石墨化过程中硼无法与石墨形成固溶体，使得硼化合物结合于活性材料表面，并降低了其电导率。因此，在负极复合物中的活性材料间的电导率以及活性材料与集电体间的电导率降低，导致电池放电容量的降低。

因此，本发明将提高包含含硼石墨的非水电解质二次电池的放电容量。

发明简述

本发明的非水电解质二次电池，包括以下部件。即，其包括：正极，其含有能吸收/释放锂离子的正极活性材料；以及负极，其含有作为负极活性材料的含硼石墨，S1/S2比例为约1.0或以下，其中，S1为顶部值为188-192eV的峰面积，以及S2为顶部值为185-187eV的峰面积，其由X射线光电子能谱(XPS)测定，并且石墨中硼含量为约0.008％重量-约3％重量。在本发明的非水电解质二次电池中，作为负极活性材料，含硼石墨几乎不含具有极低电导率的硼化合物。因此提高了非水电解质二次电池的放电容量。

进一步地，所述正极活性材料优选为Li_xMO₂，M为一种或多种选自Co，Ni，以及Mn的过渡元素，以及X为0.1-1.2(0.1≤X≤1.2)，或Li_xMn₂O₄，其中X为0.1-1.2(0.1≤X≤1.2)。

而且，其中石墨中的硼优选源自硼酸。

附图简述

图1.所示为本发明一个实施方式的棱柱形非水电解质二次电池的剖面图；

图2.所示为含硼石墨的X射线光电子能谱(XPS)的B1s谱图的实例；以及

图3.所示为通过高斯波函数彼此分离的峰A和B。

发明详述

本发明的实施例将结合附图描述如下。图1.所示为本发明一个实施方式的棱柱形非水电解质二次电池的剖面图。该棱柱形非水电解质二次电池1是通过将扁平卷绕电极体2和含有电解质盐(图中未示出)收纳于电池壳体6中而制得，该电极体2则通过将正极3和负极4与设于其间隔膜5卷绕而形成。

设有安全阀8的电池盖7激光焊接于电池壳体6上。正极端子10通过正极引线11连接至正极3。负极4与电池壳体6的内壁接触以形成电连接。

负极4包括含有负极复合物的负极活性材料层，其设于负极集电体的两侧，负极可为铜、镍或不锈钢材质。

负极4(例如)通过以下方法制备。负极活性材料与粘结剂诸如聚偏二氟乙烯混合制得负极复合物。该负极复合物然后分散于溶剂诸如N-甲基-2-吡咯烷酮以制得浆料。该浆料施用于负极集电体的两侧，干燥并然后通过辊压机或类似物压制并光滑以制备负极4。

在本发明中，负极包括含硼石墨作为负极活性材料。该含硼石墨具有因在石墨化步骤中硼的催化行为产生的高结晶度。因此，非水电解质二次电池的放电容量得到提高。

但是，当发明人通过X射线光电子能谱(XPS)进行详细研究时，明显可以看出放电容量随着石墨中存在的硼的状态而变化。

换言之，明显可以看出硼在石墨中必须以固溶体形式存在，以提高放电容量。

另一方面，可以看出即使使用了含硼石墨在石墨化步骤中产生具有极低电导率的硼化合物诸如B₂O₃，并且然后其结合于负极活性材料的表面，将进一步降低放电容量。特别地，可以看出该硼化合物结合于负极活性材料的表面以降低负极复合物中的负极活性材料间的电导率和负极活性材料与集电体间的电导率。导致放电容量降低。