[发明专利]锂二次电池

说明书

技术领域

本发明涉及将含有硅、锡中的至少任何一种元素的活性物质用于负极 且充放电循环优良的锂二次电池。

背景技术

近年来，随着个人计算机、手机等轻便设备的开发，作为其电源的电 池的需求不断增加。对于用于上述用途的电池，在要求常温使用的同时， 还要求高的能量密度和优良的循环特性。

针对此要求，对于正极及负极的各自来说，一直在新开发具有高容量 密度的活性物质。其中可得到非常高的容量密度的硅(Si)或锡(Sn)的单 质、合金或氧化物，被认为有希望作为负极活性物质。

可是，在采用这些负极活性物质的锂二次电池中，存在不能得到充分 的充放电循环特性的问题。具体地讲，采用氧化硅SiO_x(x＝0.3)作为负极 活性物质。采用通常的锂二次电池所用的钴酸锂(LiCoO₂)作为正极活性 物质。采用含有六氟磷酸锂(LiPF₆)的碳酸亚乙酯(EC)和碳酸甲乙酯(EMC) 的混合溶液作为电解质。制作采用了上述材料的卷绕式锂二次电池。当按 充放电电流为1.0C、充电终止电压为4.2V、放电终止电压为2.5V的条件， 对该电池反复进行充放电时，在100个循环左右产生大的容量劣化。

为了避免上述问题，优选使负极的放电电位尽可能低。例如，专 利文献1中关于采用氧化硅(SiO)作为负极活性物质的锂二次电池， 公开了通过将负极的放电终止电位相对于锂参比极控制在0.6V以下， 可抑制与充放电循环相伴随的容量劣化。

但是，如专利文献1所述，当为了相对于锂参比极控制采用了SiO 的负极的放电电位，而在电池内设置锂参比极时，使电池构成变得复 杂，因此不利于实用性。也就是说，在电池中除了正极端子、负极端 子，还需要第3个电极端子。此外，当从正负极活性物质无劣化的充 放电循环的初期开始重复充放电循环时，伴随着正负极各自的活性物 质的劣化，正负极各自可使用的电位范围也变化。因此即使以正极为 基准以负极的放电终止电位达到0.6V以下的方式设定放电终止电压， 也难以判断负极的放电终止电位是否维持在0.6V以下。这样，难以通 过电池电压的测定来检测负极的充放电状态，抑制与充放电循环相伴 随的容量劣化。

专利文献1：日本特开平11-233155号公报

发明内容

本发明涉及将含有硅、锡中的至少任何一种元素的活性物质作为负极 且充放电循环优良的锂二次电池。

本发明的锂二次电池具备：正极、负极以及具有锂离子传导性且介于 正极和负极之间的非水电解质。正极具有嵌入/脱嵌锂离子的正极活性物质。 负极具有含有选自硅和锡之中的至少1种元素的负极活性物质。而且，在 用规定的充电方法充电后的锂二次电池的完全充电状态下，正极活性物质 和负极活性物质分别为第1部分充电状态。此外，在用规定的放电方法放 电后的锂二次电池的完全放电状态下，负极活性物质为第2部分充电状态。 通过这样组合正极活性物质和负极活性物质的充电状态，能够抑制与充放 电循环相伴随的容量劣化。通过这样组合正极活性物质的充电状态和负极 活性物质的充电状态来进行电池设计，能够提供充放电循环特性优良的锂 二次电池。

附图说明

图1是本发明的实施方式的锂二次电池的概要剖视图。

图2是表示本发明的实施方式1的锂二次电池的负极的充电状态和其 电阻率的关系的示意图。

图3是表示该锂二次电池的充电中的正极、负极的电位变化的示意图。

图4是表示该锂二次电池的充电终止时的正极、负极中的锂离子的存 在状态的示意图。

图5是表示该锂二次电池的放电中的正极、负极的电位变化的示意图。

图6是表示该锂二次电池的放电终止时的正极、负极中的锂离子的存 在状态的示意图。

图7A是表示该锂二次电池的组装时的正极、负极中的锂离子的存在状 态的示意图。

图7B是表示该锂二次电池的放电终止时的正极、负极中的锂离子的存 在状态的示意图。

图8是表示本发明的实施方式1的另一锂二次电池的组装时或放电终 止时的正极、负极中的锂离子的存在状态的示意图。

图9A是表示本发明的实施方式1的又一锂二次电池的组装时的正极、 负极中的锂离子的存在状态的示意图。