[发明专利]锂离子电池

说明书

相关申请的交叉引用

本发明包括于2006年5月15日提交的日本专利申请JP 2006-135668号有关的主题，将其全部内容以引用方式结合于本文 作为参考。

技术领域

本发明涉及利用例如碳素材料作为负极的锂离子电池。

背景技术

近年来，便携式电子技术的重大进展已经容许承认电子设备如 手机、便携式计算机以及个人数字助理(PDA)作为支持高度信息 化社会的基础技术。此外，对于这些设备的高度功能化的研究和开 发正在积极地进行，并且电子设备的功耗正在与此成比例地稳定增 加。另一方面，需要这些电子设备持续工作较长时间，因而必然希 望开发用来驱动电源的具有高能量密度的二次电池(secondary battery)。

出于电池占有的体积和重量的考虑，装备在电子设备内的电池 优选具有更高的能量密度。为了适应这种需要，人们提出利用锂(Li) 作为电极活性物质的二次电池。在这些二次电池中，利用可以对锂 离子掺杂或去掺杂的碳素材料作为负极的锂离子二次电池，由于其 具有高能量密度，已经开始装备在几乎所有的设备中。

然而，这样的电池的充电或放电已经达到了接近碳素材料的理 论容量的范围。因此，如在日本专利申请公开(JP-A)第9-204936 号中所说明的，正在研究提高能量密度的措施，以增加活性物质层 的厚度，从而增加活性物质层的比率并降低集电体和隔离片的比 率。

然而，在提高了能量密度的电池中，负极中的锂离子扩散是不 充分的，因而强烈期望采取措施来改善锂离子的扩散。尤其在增加 活性物质层厚度的情况下，电极的面积会减小，这是由于电极的长 度被减小以制造具有相同尺寸的电池。因此，这些电池具有下述问 题：相对于相关技术领域的电池，在充电期间加载在负极上的电荷 密度会更为增加，并且在负极中锂的扩散和锂的电接受(electric acceptance)不能赶上充电密度的增加，从而锂金属倾向于析出。析 出的锂金属倾向于剥离或脱落，引起活性物质的减少，其导致循环 特性显著劣化。因此难以增加活性物质层的厚度。

鉴于此，提出了一种锂离子二次电池，如在JP-A第10-255807 号中所描述的，通过在负极中混合陶瓷粒子来改善负极中的锂的扩 散性。

在JP-A第10-255807号中，通过在负极中混合具有高离子传导 性的陶瓷来降低电极的内阻(internal resistance)，从而获得具有高 容量的锂离子二次电池。并且，同时可以改善电极的强度，因而可 以改善循环特性。在JP-A第10-255807号中，描述了通过在100 重量份的负极活性材料中复合0.01～20重量份的上述陶瓷可以改 善电池的性能。此时，将10μm以下的陶瓷用作上述陶瓷。

发明内容

当在如JP-A第10-255807号中所述的在负极中混合陶瓷时，会 担心在利用含有有机溶剂的电解质溶液的锂离子电池中，如果要混 合的陶瓷的粒径太大，则无法获得离子扩散效应。此外，还担心离 子的扩散会受到阻碍。

通常，在锂离子电池中，在最初充电时，一部分电解质溶液会 溶解，由此在负极活性物质的表面上形成有机SEI(固体电解质界 面)膜。这种有机SEI膜会引起负极活性物质的界面阻力提高，从 而阻碍离子的扩散。为了解决这个问题，在负极中混合陶瓷粒子以 形成负极活性物质层。因而可以形成离子扩散率增加的复合SEI膜， 其不仅提供有有机SEI膜而且提供有高离子扩散率的有机SEI膜， 其中除有机SEI膜之外陶瓷也被粘附于负极活性物质的表面。在这 样的复合SEI膜中，锂离子可以在膜中的陶瓷表面上高速移动，因 而可以改善在负极活性物质表面上的离子扩散性。

然而，在负极活性物质表面上形成的有机SEI膜具有大约几个 nm的厚度。因此，当混合较大粒径的陶瓷时，面向电解质溶液的 陶瓷表面也随之增加。由于陶瓷的表面离子扩散率低于电解质溶 液，所以会担心，如果陶瓷的粒径太大，则离子的扩散会受到阻碍。 此外，在复合SEI膜中有助于离子扩散的陶瓷表面积被如此减小， 以致改善负极活性物质表面上的离子扩散性的效果被降低，结果导 致难以限制锂的析出。

因此，期望解决上述问题并提供具有高能量密度和极好的循环 特性的锂离子电池。