[发明专利]用于可充电锂电池的负极以及可充电锂电池

说明书

相关申请的交叉参考

本申请是依据2000年8月21日在日本专利局提出的申请号为2000-250256的申请，在本文中其内容做为参考引入。

                发明背景

(a)发明领域

本发明涉及用于可充电锂电池的负极以及可充电锂电池，尤其涉及具有提高的锂离子扩散速率并在其中浸入了大量的非水电解液的负极。

(b)相关技术说明

随着电子产品日趋小型化、轻型化以及更高的质量和性能，这就要求可充电锂电池具有更高的容量。

目前，用于可充电锂电池的负极是通过将含有作为负极活性物质的碳材料和聚合物粘结剂的浆料涂覆在收集极(collector)例如铜箔上、干燥被涂覆的收集极、再滚压干燥过的收集极来制备的。在制得的负极中，收集极上充满了碳材料。

曾建议过一些用于提高可充电锂电池容量的方法，最有效的方法是提高包含在电池中的活性物质的含量。为了在不增大电池总体积的条件下提高负极活性物质的含量，在收集极上的负极活性物质膜的厚度应该降低。这可以通过压制过程来实现，在压制过程中，将通过在收集极上涂覆负极活性物质浆料而制备的负极压制，从而提高负极活性物质的密度。

然而，在负极混合物粘稠的情况下也存在一些问题。如此高的密度降低了负极活性物质浆料的孔隙率，因此很难将电解液浸入到负极活性物质中，降低了负极锂离子的扩散速率以致于锂离子的嵌入反应不易发生并使充放电效率降低。

放电速率越高，锂离子扩散速率下降的就越大。即使在压制过程中增加了碳物质的含量，也会在高速率放电过程中降低放电容量和恶化循环寿命特性。    

                发明概要

本发明的目的是提供一种在高速率放电过程中具有高充放电效率、高放电效率、高放电容量和优异的循环寿命的可充电锂电池，这是由于提高在负极中电解液的保留量并增加锂离子的扩散速率的结果。

这些和其它目的可以通过用于锂可充电电池的包含有碳材料和从氧化钇、氧化铈和氧化钛中选出的至少一种金属氧化物的负极来实现，在上述碳材料中可逆地发生锂的嵌入反应。

                附图简要说明

结合附图、参考以下的详细说明对本发明将更好理解，对本发明更加完整的理解以及附带的许多优点会是显而易见的，这里：

图1是显示根据本发明的可充电锂电池的侧视截面图。

              本发明的详细说明

用于本发明的可充电锂电池的负极包含碳材料，其中发生可逆的锂嵌入，和至少一种金属氧化物。这种金属氧化物优选从氧化钇、氧化铈和氧化钛中选择，而且更优选氧化钇。

以100重量份的碳材料为基准，金属氧化物的含量在1到20重量份的范围内。

金属氧化物的平均直径在10nm到10μm的范围内。

用于可充电锂电池的电极包含碳材料和从氧化钇、氧化铈和氧化钛中选择的至少一种金属氧化物。该金属氧化物对非水溶液电解液具有好的润湿性。金属氧化物的良好润湿性会提高负极的润湿性，并且有助于使电解液能够很容易地浸入到负极中使得容易地发生锂的嵌入反应并提高充放电效率。

此外，因为氧化钇显著地提高了锂离子的扩散速率，它比其它的金属氧化物更能提高放电容量和循环特性。

氧化钇不同锂离子发生电化学反应，并且在氧化钇中不会发生锂离子的嵌入。这使得电极电位不会突然地改变从而提供了恒压的电能。

以100重量份的碳材料为基准，金属氧化物的含量优选在1到20重量份的范围内。在金属氧化物的含量低于1重量份(基于100重量份碳材料)的情况下，电解液浸入负极的容易程度不令人满意。另外，在金属氧化物的含量高于20重量份(基于100重量份碳材料)的情况下，由于碳材料的含量相对降低，因此充放电容量可能降低。

用于可充电锂电池的负极可以通过将包含碳负极活性物质、金属氧化物和聚合物粘结剂的负极物质浆料形成预定形状来制备，并且可以将其浸入在例如铜的收集极中。本发明的电极并不限于上面所提到的，而且可以通过除了上述方法外的各种方法来制备。

本发明的可充电锂电池包括上面所提到的负极、正极和非水溶液电解液。正极包括正极活性物质和含有锂盐的非水电解液。在上述正极活性物质中发生可逆的锂嵌入。

负极包括碳材料和至少一种金属氧化物，在上述碳材料中发生锂嵌入。金属氧化物是从氧化钇、氧化铈和氧化钛中选择的，并且更优选的是氧化钇。    

以100重量份的碳材料为基准，可充电锂电池优选含有1到20重量份的金属氧化物。