[发明专利]锂二次电池

说明书

技术领域

本发明涉及具有锂离子传导性固体电解质膜的锂二次电池。

背景技术

近年来，人们期望用作便携电子设备(例如移动电话和智能电话)以及分别使用发动机作为动力源的电动汽车和混合动力汽车的电源的电池具有更高的能量密度。具体而言，由于锂的原子量小且为具有高电离能的物质，因此在多个领域中对锂离子二次电池作为能够实现高能量密度的电池进行了积极研究。

目前的锂离子二次电池使用了有机电解液作为电解液。然而，尽管有机电解液展现出了高离子传导性，但是有机电解液为易燃液体。因此，当有机电解液被用作电池的电解液时，则需要为锂离子二次电池安装保护电路。此外，当使用有机电解液作为电解液时，金属负极会因负极与有机电解液间的反应而钝化，从而导致阻抗增加。由此，电流集中于阻抗低的部分，从而生成枝状晶体。此外，枝状晶体穿过位于正极和负极之间的隔板。因此，易于发生电池内部短路的情况。

因此，存在进一步提高锂离子二次电池的安全性以及进一步增强锂离子二次电池性能的技术目标。

由此，为了实现上述目标，研究了采用更为安全的无机固体电解质替代有机电解液的锂离子二次电池进行了研究。由于无机固体电解质通常不易燃且具有高耐热性，因此人们期望研制出采用无机固体电解质的全固态锂二次电池。

例如，专利文献1披露了采用锂离子传导性硫化物陶瓷作为全固态电池，其中锂离子传导性硫化物陶瓷包含Li₂S和P₂S₅，并且其组成为含有82.5摩尔％至92.5摩尔％的Li₂S、以及7.5摩尔％至17.5摩尔％的P₂S₅。

专利文献2披露了使用高离子传导性离子玻璃作为固体电解质，其中在该高传导性离子玻璃中，离子液体被导入以式M_aX-M_bY(其中，M为碱金属原子，X和Y分别选自SO₄、BO₃、PO₄、GeO₄、WO₄、MoO₄、SiO₄、NO₃、BS₃、PS₄、SiS₄和GeS₄，“a”为X阴离子的价数，“b”为Y阴离子的价数)表示的离子玻璃中。

专利文献3披露了这样一种全固态锂离子二次电池，其包括：正极，其含有选自由过渡金属氧化物和过渡金属硫化物构成的组中的化合物作为正极活性材料；含有Li₂S的锂离子传导性玻璃固体电解质；以及负极，其含有与锂形成合金的金属作为活性材料，其中正极活性材料和负极活性材料中的至少一者含有锂。

此外，专利文献4披露了为了提高全固态电池中电极材料层的柔软性和机械强度以抑制电极材料的缺乏和开裂以及电极材料与集电体间的剥离，并且为了改善集电体与电极材料之间的接触性以及电极材料之间的接触性，使用了电极材料片作为全固态锂离子电池的集电体，其中该电极材料片是通过将无机固体电解质插入具有三维网络结构的多孔金属片的孔中形成的。

当集电体具有三维网络结构时，集电体与活性材料间的接触面积增加。因此，使用这种集电体可降低电池的内部电阻并提高电池效率。另外，由于使用该集电体可改善电解液的流通并防止电流集中以及Li枝状晶体的形成(Li枝状晶体的形成为常见问题)，因此可实现电池可靠性的提高、抑制发热并提高电池功率。此外，由于集电体的骨架表面凹凸不平，因此该集电体能够提高活性材料的保持力、抑制活性材料的脱落、确保获得大的比表面积、提高活性材料利用效率并进一步提高电池容量。

专利文献5披露了使用金属多孔体作为集电体，其中该金属多孔体是通过如下方式获得的：通过非电解镀覆、化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)、金属涂覆或石墨涂覆对具有三维网络结构的合成树脂的骨架表面进行一次导电处理，并通过电镀对骨架表面进一步进行金属化处理。

据认为，通用锂系二次电池用正极的集电体材料优选为铝。然而，由于铝的标准电极电位低于氢，因此在水溶液中，在镀铝之前会发生水的电解。因此，难以在水溶液中进行镀铝。

另一方面，专利文献6披露了将铝多孔体用作电池的集电体，其中该铝多孔体是通过如下方式形成的：利用熔融盐镀覆在聚氨酯发泡体的表面上形成铝覆层，然后除去聚氨酯发泡体。