[发明专利]锂离子二次电池

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子二次电池。更详细地说，本发明主要涉及负极的改良。 

背景技术

锂离子二次电池由于具有高容量及高能量密度，容易进行小型化及轻量化，因此被广泛用作例如便携式电话、便携式信息终端(PDA)、笔记本型个人计算机、摄像机、便携式游戏机等便携式电子设备的电源。作为代表性的锂离子二次电池，可以列举出在电池罐内收纳有包含正极、隔膜和负极的电极组的锂离子二次电池，其中正极在铝箔(正极集电体)表面形成有含有锂钴化合物的正极活性物质层，隔膜为聚烯烃制多孔质膜，负极在铜箔(负极集电体)表面形成有含有碳材料的负极活性物质层。 

该电池的容量及输出功率高，寿命也长。另外，在实际使用该电池时，在安全性方面也没有大问题。但是，在进一步切实地确保使用者的安全性的方面，还有进一步改良的余地。 

作为电池的安全性评价试验，已知有钉刺试验。所谓钉刺试验，是例如将钉刺入电极组的层叠方向而强制地使内部短路发生、调查发热的程度来评价调查电池的安全性的试验方法。对于上述的锂离子二次电池，如果进行钉刺试验，则首先使钉介于正极集电体与负极集电体之间使内部短路发生，由此在电池内部引起局部的发热，正极集电体和负极集电体的与钉接触的部分及其附近成为600～800℃左右的高温。由于铝的熔点为600℃左右，正极集电体的与钉接触的部分熔融而使集电体间的短路停止。 

然而，由于活性物质层间的内部短路还在进一步进行，因此电池温度进一步升高。由此，隔膜熔融，不介由钉而使活性物质层彼此的面短路发生，发热变得极端显著，有可能引起热失控。这只不过是钉刺试验中的结果，实际的制品中即使发生内部短路，也非常难以发生上述这样的发热。 但是，即使是钉刺试验中的结果，很明显也是发热更少的具有高安全性。通过使钉刺试验的结果更为良好，可以预测到例如即使制品被用于制造者预料不到的使用方式，在确保使用者的安全性方面也是有效的。 

另一方面，伴随着锂离子二次电池的显著普及，期望锂离子二次电池的更高容量化。对于锂离子二次电池的高容量化，例如对于选择高容量的正极活性物质和负极活性物质、正极活性物质和负极活性物质自身的最优化、组合的最优化等进行了研究，提出有各种方案。 

作为高容量的负极活性物质，集中注目于硅、锡、它们的氧化物、含有它们的化合物、合金等合金系负极活性物质。合金系负极活性物质通过与锂的合金化而嵌入锂，且可逆地嵌入和脱嵌锂。由于合金系负极活性物质具有高的放电容量，所以对锂离子二次电池的高容量化是有效的。例如，硅的理论放电容量大约为4199mAh/g，是以往作为负极活性物质而使用的石墨的理论放电容量的大约11倍。 

另外，作为高容量的正极活性物质，可以列举出含有锂和镍的含锂镍复合氧化物。例如，LiNiO₂正在市售的锂离子二次电池中使用，但循环特性和安全性存在问题。因此，最近，为了追求更进一步的高容量化、高安全性化、长寿命化等，正在进行对含锂镍复合氧化物的改良。 

例如，提出有Li_mM5_nNi_oCo_pO_q(式中，M5是选自Al、Mn、Sn、In、Fe、V、Cu、Mg、Ti、Zn和Mo中的1种或2种以上的元素。0＜m＜1.3，0.02≤n≤0.5，0.02≤o/(o+p)≤0.9，1.8＜q＜2.2，n+o+p＝1)表示的含锂镍复合氧化物(例如参照专利文献1)。该化合物的晶体结构稳定，所以可以高容量化，在安全性(热稳定性)这一点上也比以往的化合物更好。 

例如提示有在锂离子二次电池中合金系负极活性物质与含锂镍复合氧化物即正极活性物质的组合(例如参照专利文献2)。但是，在专利文献2中，作为负极活性物质而具体公开的是以锡氧化物为主体、含有选自周期表第1族、第2族、第13族、第14族、第15族、过渡元素和卤素元素中的1种或2种以上元素的化合物，严格来说与合金系负极活性物质是不同的。另外，在专利文献2中，制作粒子状的负极活性物质，将其与粘合剂树脂混合而形成负极活性物质层。也就是说，没有形成不含粘合剂树脂、以合金系负极活性物质为主成分的薄膜状负极活性物质层。