[发明专利]锂离子二次电池及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子二次电池及其制造方法。

背景技术

随着诸如蜂窝电话和笔记本电脑的移动设备的普及，二次电池即移动设备电源的角色被认为是重要的。需要这些二次电池的尺寸小、重量轻且容量高，并且即使重复充放电，也不太可能造成充放电能力降低。目前，使用许多锂离子二次电池作为满足这种特性的二次电池。

诸如石墨和硬碳的碳主要用于锂离子二次电池的负电极。采用碳，可以很好地重复充放电循环，但是已经实现了接近理论容量的容量，因此，未来不可能期望容量有显著的提高。另一方面，对于提高锂离子二次电池容量的需求大，因此，对比碳具有更高容量（即，更高能量密度）的负电极材料进行研究。

从高能量密度和轻重量的角度，针对锂离子二次电池的负电极执行对金属锂的研究。但是，金属锂的问题在于，随着充放电循环的进行，在充电过程中，树枝晶沉积在金属锂表面上，并且晶体穿透隔离物，从而造成内部短路，进而寿命缩短。

作为增大能量密度的材料，研究使用与锂形成合金的Li吸留物质（Li-occluding substance）作为负电极活性材料，Li吸留物质表示为组成式Li_XA（A包括诸如铝的元素）。这种负电极活性材料每单位体积具有大量吸留和释放的锂离子并且具有高容量。

非专利文献1描述使用硅作为负电极活性材料。据说，通过使用这种负电极材料，得到具有高容量的负电极。

专利文献1描述了非水性电解质二次电池，在该非水性电解质二次电池中，之前固定于正电极的金属锂箔在负电极的碳材料中电化学地扩散，并且能够放电的锂被保留在负电极的碳材料中。其公开了在这个二次电池中，所固定的金属箔的容量是关于用于负电极的碳材料的饱和可逆容量的4%至40%。

专利文献2描述了一种非水性电解质二次电池，该非水性电解质二次电池的特征在于，之前向不与正电极相对的负电极部分提供锂。作为向负电极部分提供锂的方法，描述了固定锂或者用锂进行电化学掺杂。其公开了在这个二次电池中，被容许之前存在于不与正电极相对的负电极部分中的金属锂的量是每1cm²负电极为0.10mg至3.00mg。

专利文献3描述了一种非水性二次电池，该非水性二次电池的特征在于，负电极包含其中SiO_x（0.3≤x≤1.6）被预先掺杂锂的材料。其公开了当从正电极释放的和被吸留在负电极中的锂与负电极Si的原子比Lp和负电极被预先掺杂的锂与负电极Si的原子比Ln满足特定条件时，能量密度和平均电压提高，并且得到良好的额定特性。

引用列表

专利文献

专利文献1：JP5-144471A

专利文献2：JP7-192766A

专利文献3：JP2009-076372A

非专利文献

非专利文献1：Li和其它四人的“A High Capacity Nano-Si Composite Anode Material for Lithium Rechargeable Batteries”（用于锂可再充电电池的高容量纳米Si复合阳极材料）,Electrochemical and Solid-State Letters（《电化学与固态快报》），第2卷，第11期，第547-549页（1999年）

发明内容

技术问题

如在非专利文献1中描述的，使用硅作为负电极活性材料的电池具有每单位体积大量吸留和释放的锂离子并且具有高容量。但是，问题在于，由于当吸留和释放锂离子时电极活性材料本身膨胀和收缩的事实，导致粉化继续进行，并且首次充放电的不可逆容量大，并且充放电循环寿命短。

另外，在专利文献1中描述的方法中，正电极的容量和所固定锂的容量的总和可以大于负电极的容量，这作为条件是不充分的。在这种情况下，问题在于，在充电期间，锂沉积在负电极表面上，从而造成容量快速减小。

在专利文献2中描述的方法中，只限定之前固定到负电极的金属锂箔的量。因此，问题在于，出于与以上相同的原因，重复充放电造成容量快速减小。

另外，在专利文献3中描述的方法中，取决于所使用的正电极材料和负电极材料，正电极的容量和所固定锂的容量的总和可以大于如上所述的负电极的容量。在这种情况下，问题在于，重复充放电造成容量快速减小。

本发明的目的在于提供具有高能量密度和良好循环特性的锂离子二次电池。

问题的解决方案

本发明的一个方面提供了一种包括正电极、隔离物、负电极和封装体的锂离子二次电池，