[发明专利]非水电解质二次电池用电极及含有该电极的非水电解质二次电池

说明书

技术领域

本发明涉及非水电解质二次电池用电极，详细来说，涉及含有嵌入及脱嵌锂离子的电位相互不同的多种活性物质的非水电解质二次电池用电极。

背景技术

近年来，作为便携式电子设备、混合动力汽车、电动汽车等的驱动用电源，非水电解质二次电池的需求正在扩大。锂离子电池所代表的非水电解质二次电池为轻量，且具有高电动势和高能量密度。

锂离子电池的正极含有例如含锂复合氧化物作为正极活性物质。负极含有例如碳材料作为负极活性物质。在碳材料中，特别是石墨，能够获得高容量、高能量密度的电池。石墨具有层状构造，在充电时，锂离子嵌入层间即(002)面的面间隔中。在放电时，锂离子从该面间隔中脱嵌。

但是，在低温环境下，即使是石墨，锂离子的接受性也会下降，因此有时不能得到充分的输出输入特性。如果锂离子的接受性下降，则在负极表面析出锂，充放电循环特性有可能变得不充分。特别在作为混合动力汽车、电动汽车等的驱动用电源使用的电池中，需要高输出输入特性，因此要求将负极更进一步地改良。

于是，专利文献1提案如下：将含有石墨的第1层与含有难石墨化碳材料的第2层进行层叠。第1层形成于集电体的表面，第2层形成于第1层的表面。难石墨化碳材料与石墨相比晶粒小，晶粒的面间隔也大，因此可以认为其对锂离子的接受性优于石墨。

另外，使用石墨时，作为非水电解质的成分，如果使用低熔点溶剂即碳酸亚丙酯，则碳酸亚丙酯可能在石墨表面分解，从而阻碍充放电。另一方面，碳酸亚丙酯即使在低温下也为低粘度，因此从提高低温环境下的锂离子的扩散性的观点出发，期望使用碳酸亚丙酯。

于是，专利文献2提案如下：并用石墨和无定形碳。无定形碳不像石墨那样促进碳酸亚丙酯的分解，认为其能够弥补石墨的缺点。

专利文献3提案如下：作为锂离子的接受性良好的材料，使用锂钛氧化物。锂钛氧化物与碳材料相比导电性低，因此一般来说考虑将其与碳材料混合使用。但是，专利文献3记载如下：如果将碳材料与锂钛氧化物一起在一个电池中使用，则由碳材料嵌入及脱嵌锂离子变得难以发生，从而不能得到高放电容量。于是，提案将负极含有碳材料的第1电池与负极含有锂钛氧化物的第2电池并用的电源系统。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2008-59999号公报

专利文献2：日本特开平8-153514号公报

专利文献3：日本特开2008-98149号公报

发明内容

发明所要解决的问题

专利文献1及专利文献2均通过并用多种碳材料来使负极的锂离子接受性或低温特性提升。但是，低温环境下的负极的锂离子接受性或低温特性的提升是有限的，期望进一步地改良。另外，在如专利文献3将多种电池进行组合时，电源系统的控制方法变得复杂，其制造成本容易变高。

用于解决问题的手段

本发明的一个方面涉及非水电解质二次电池用电极，其含有片状的集电体、含有附着于所述集电体的表面上的第1层及附着于所述第1层上的第2层的活性物质层，所述第1层含有以第1电位可逆地嵌入或脱嵌锂离子的第1活性物质，所述第1活性物质含有碳材料，所述第2层含有以高于所述第1电位的第2电位可逆地嵌入或脱嵌锂离子的第2活性物质，所述第2活性物质含有第1过渡金属氧化物，所述第1电位与所述第2电位的差为0.1V以上，所述第1层的厚度T1与所述第2层的厚度T2的比T1/T2为0.33～75。

这里，“以第1电位可逆地嵌入或脱嵌锂离子的第1活性物质”及“以第2电位可逆地嵌入或脱嵌锂离子的第2活性物质”是指，具有电化学地反复嵌入或脱嵌锂离子的能力的活性材料，例如具有110mAh/g以上的容量密度的材料。

另外，第1过渡金属氧化物只要是含有过渡金属和氧的无机材料即可，例如过渡金属的磷酸盐、硫酸盐等也包含在第1过渡金属氧化物中。

优选所述第1电位相对于金属锂为低于1.2V。优选所述第2电位相对于金属锂为0.2V以上且3.0V以下，更加优选为1.2V以上。

所述碳材料优选具有石墨结构。

所述第1过渡金属氧化物优选具有层状的晶体结构或尖晶石型、萤石型、岩盐型、二氧化硅型、B₂O₃型、ReO₃型、畸变尖晶石型、NASICON型、NASICON类似物型、烧绿石型、畸变金红石型、硅酸盐型、钙铁石型、单斜晶系P2/m型、MoO₃型、三方晶Pnma型、锐钛矿型、斜方锰矿型、斜方晶Pnma型或者钙钛矿型的晶体结构。