[发明专利]锂蓄电池及具有该电池的电池装置

说明书

本发明涉及一种锂蓄电池及具有该锂蓄电池的电池装置，具体地说，涉及一种包括：可吸附与解吸附锂离子的负极、以含锂金属氧化物为正极活性物质的正极、非水电解质、隔离正极与负极的隔板的锂蓄电池及具有该锂蓄电池的电池装置。

近年来，电子器械的小型化与轻量化显著发展，随之希望成为电源的电池也要小型轻量化的要求也是非常之大。因此，作为小型轻量且高容量可充放电的电池以锂离子电池为代表的锂蓄电池在实用化，并用于小型摄像机、便携式电话、笔记本电脑等便携式电子和通信设备等。

这种锂蓄电池，作为负极活性物质使用吸附与吸附锂离子的碳系材料，作为正极活性物质使用LiCoO₂、LiNiO₂、LiMn₂O₄、LiFeO₂等含锂金属氧化物，在有机溶剂中作为溶质使用溶解了锂盐的电解液，作为电池组装之后，通过初次充电，出自正极活性物质的锂离子进入碳粒子而可进行充电放电。

在这种锂蓄电池的情况下，一进行过充电，就会伴随着过充电状态而由正极提出过剩的锂离子，在负极便产生插入过剩的锂离子，于是析出锂金属。在失去锂离子的正极一方，便生成极为不稳定的过氧化物。此外，若过充电的电池电压上升到5.0V以上，则电解液中的有机溶液发生分解反应，大量产生可燃性气体，同时产生电池异常发热的事态，产生损害电池安全性的问题。在这种状况下，锂蓄电池的能量密度愈增加，愈成为重要的问题。

如上所述，若产生电池异常发热的现象，则将招致正极、负极和电解液等的电池构成材料的变质，这不仅不能维持此后的电池性能，还将无法维持电池的安全性。因此，目前在这种锂蓄电池的情况下，必须装入为防止过充电的保护电路加以使用。

但是，在镍镉蓄电池等中，过充电时，巧妙地利用正极一方所产生的氧与负极一方的氢反应而形成的水气体吸收机理来防止过充电。但在使用有机溶剂的锂蓄电池的情况下，目前用这样的气体吸收机理，从原理上来说几乎是不可能的。因此，在利用有机溶剂的锂蓄电池时，必然要装入防止过充电的保护电路。

然而，防止过充电的保护电路而需要复杂的控制技术，并成为电池总成本增加的重要因素。因此，实际使用的锂蓄电池在电池组件中设有保护电路，从而其占有的体积与质量成为电池的实质能量密度，特别是体积能量密度(wh/m³)下降的主要因素。

因此，本发明人进行各种研究，结果发现，不需要设置防止过充电的保护电路，就可得到的无过充电状态的锂蓄电池。

本发明的目的在于，提供一种不产生过充电状态的锂蓄电池以及利用该锂蓄电池而不需设保护电路的电池装置。

为了达到上述目的，本发明的锂蓄电池包括可吸附与解吸附锂离子的负极、以含锂金属氧化物为正极活性物质的正极和非水电解质，其特征是在所述正极与负极之间含有聚偏氟乙烯树脂；即使在该电池过充电时，电池电压也不会上升到给定电压值以上。

理想的是，锂蓄电池包括有可吸附与解吸附锂离子负极、以含锂金属氧化物为正极活性物质的正极、非水电解质、隔离正极与负极用的、含有聚偏氟乙烯树脂的隔板；该锂蓄电池即使发生过充电，电池电压也不会上升到给定电压值，具体地说上升到5.0V以上。

因此，利用含有聚偏氟乙烯(PVDF)树脂的隔板，并将该板置于中间，配置可吸附与解吸附含锂离子的负极(例如石墨)和以含锂金属氧化物(例如含锂的钴氧化物)为正极活性物的正极之后，注入非水电解质，制成了锂蓄电池。本发明人等能动通过该蓄电池(过充电至少达到电池容量的400％的充电量)试验时，惊奇地证明了：电池电压未上升到给定电压值(具体为5.0V)以上(参照图5)。

其理由现在虽不明确，但聚偏氟乙烯(PVDF)树脂电绝缘性是优良的，而且其内部保持电解液的能力高并由于示出高的导离子性，所以作为隔板材料是优良的。于是，可以这样推测，即将这样的聚偏氟乙烯(PVDF)树脂用于隔板材料构成电池，当该电池过充电时，电池电压异常地达到4.5V左右时，聚偏氟乙烯(PVDF)树脂的化学或电性质发生变化，过充电时的充电电流通过与充电的本来的正极活性物质和负极活性物质的充电反应的另一反应途径而被消耗了。

这种另一反应途径的形成机理虽然是从理论上推测的，但可考虑如下①至③的机理，即：

①通过过充电，聚偏氟乙烯(PVDF)的一部分与锂和电解液成分的一部分一起生成与可逆的电化学反应(氧化还原反应)有关的反应种，该反应种往返于正极与负极之间而抑制另一反应(充电反应)。