[发明专利]负极以及二次电池

说明书

相关申请的引用

本发明包含于2008年2月21日向日本专利局提交的日本专利 申请JP 2008-040112涉及的主题，将其全部内容结合于此作为参考。

技术领域

本发明涉及一种使用碳材料作为负极活性物质的负极以及二 次电池。

背景技术

近年来，诸如移动电话、PDA(个人数字助理)和笔记本式计 算机的便携式电子装置的尺寸和重量已被迅速降低。作为它们的一 部分，已强烈要求作为用于便携式电子装置的电源的电池尤其是二 次电池的能量密度的提高。

作为用于提供高能量密度的二次电池，例如，众所周知，使用 锂(Li)作为电极反应物的二次电池。特别地，使用能够使锂嵌入 负极和使锂从负极脱嵌的碳材料的锂离子二次电池已被广泛和实 际使用。然而，在将碳材料用于负极的锂离子二次电池中，技术已 经被开发至接近理论容量的水平(程度)。因此，作为用于进一步 改善能量密度的方法，例如，已考虑增加活性物质层的厚度，由此 增大电池内的活性物质层的比例并降低集电体和隔膜的比例，如在 日本未审查专利申请公开号9-204936中描述的。

发明内容

然而，在没有改变电池容积而增加活性物质层的厚度的情况 下，集电体的面积相对减小。因此，存在这样的缺点，即在充电时 对负极的电流密度增大，并且在负极中锂离子的扩散和锂离子的电 化学接收不能赶上这样的增加的电流密度，从而金属锂容易沉积。 这样，沉积在负极中的金属锂容易失去活性。结果，循环特性被显 著降低。因此，很难增加活性物质层的厚度。

考虑到上述问题，在本发明中，期望提供一种具有优异的放电 容量以及优异的充电和放电效率的负极。此外，在本发明中，期望 提供一种能够提供高能量密度和优异的循环特性的二次电池。

根据本发明的实施方式，提供了一种具有包含碳材料和由化学 式1表示的含锂化合物作为负极活性物质的负极活性物质层的负 极。含锂化合物的平均颗粒直径为1μm以下。根据本发明的实施 方式，提供了一种包括本发明的实施方式的负极、正极以及电解液 的二次电池。

化学式1

Li_3-aM_aN

在该式中，M是一种以上过渡金属元素，并且a是满足0＜a≤0.8 的数值。

在本发明的实施方式的负极和二次电池中，包含其中平均颗粒 直径为1μm以下的含锂化合物作为负极活性物质。因此，改善了 锂离子的扩散特性和接收特性。此外，通过增加负极活性物质层的 厚度，可以获得更高的能量密度。

根据本发明的实施方式的负极，负极活性物质层包含碳材料和 其中平均颗粒直径为1μm以下并由化学式1表示的含锂化合物作 为负极活性物质。因此，能够获得更高的电池容量以及更高的充电 和放电效率。此外，根据包括这样的负极的本发明的实施方式的二 次电池，能够获得更高的电池容量和优异的循环特性。

根据以下的描述，本发明其他的和进一步的目的、特征以及优 点将变得更完整。

附图说明

图1是示出了根据本发明的实施方式的第一种二次电池的结构 的剖视图；

图2是示出了在图1所示的第一种二次电池中的螺旋卷绕电极 体的放大部分的剖视图；

图3是示出了根据本发明的实施方式的第二种二次电池的结构 的分解透视图；

图4是示出了沿图3所示的螺旋卷绕电极体的沿线IV-IV的结 构的剖视图；

图5是示出了图4所示的螺旋卷绕电极体的放大部分的剖视 图；

图6是根据本发明的实施方式的第三种二次电池的结构的剖视 图；

图7是示出了用于本发明的实施例中的测试电池(test cell)的 结构的剖视图；

图8是示出了在本发明的实施例中含锂化合物的平均颗粒直径 与容量保持率之间的关系的特性图；

图9是示出了在本发明的实施例中MCMB的晶格间距d₀₀₂与 初始充电和放电效率/放电容量之间的关系的特性图；

图10是示出了在本发明的实施例中MCMB的晶格间距d₀₀₂与 容量保持率/电池容量之间的关系的特性图；