[发明专利]负极和使用该负极的非水电解质二次电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种非水电解质二次电池，具体地涉及一种包含能够吸藏和释放电极反应物质的含碳材料作为负极活性物质的非水电解质二次电池。

背景技术

在最近例如具有集成照相机的VTR(磁带录像机)、移动电话、笔记本型个人电脑等电子设备倾向于无线和便携特征的情况下，已经积极努力地接连开发出薄、小且轻质的便携电子设备。随着所述装置向着功能性更广和性能更高发展，便携电子设备的功耗也日益增加，因此作为这些电子设备的能源，对容量更大且重量减轻的电池的需求日益增加。特别地，二次电池被认为是这些电子设备的关键装置，并且是目前积极研发的对象，旨在提高能量密度，因此使用非水电解质作为电解质的非水电解质二次电池已经投放市场。其中，与常规水溶液类电池例如铅电池、镍-镉电池等相比，利用锂离子的掺杂/不掺杂，或者插入/脱出的锂离子二次电池由于其高能量密度的优点已经广泛地得到应用。

常规锂离子二次电池利用锂钴氧化物作为正极以及含碳材料作为负极，其中在非水电解质中的充电导致正极中的锂离子电化学掺杂进入构成负极的碳的层间。因此掺杂或者插入锂的碳起到锂电极的作用，而在放电过程中允许锂不掺杂在碳层间或者从碳层间脱出，并返回到正极中。关于这种锂离子二次电池，特开平(KOKAI)No.H03-252053(专利文献1)提出一种改善循环性能的方法，该方法包括：使用(002)面的晶面间距为3.70或更大以及真密度小于1.70g/cm³的难石墨化含碳材料作为负极，以提高锂离子在负极碳层间中的可接受性。

发明内容

最近，已经广泛地使用作为具有良好晶体结构的高结晶度含碳材料的石墨作为负极材料。石墨的真密度大于仅仅具有低结晶度的难石墨化含碳材料，因此在使用它们作为负极材料时能够提高电极的填充性能。

针对使用液体类电解质时可能造成麻烦的液漏，作为对策，诸如使用浸渍有非水电解质溶液的凝胶状聚合物膜或者固态电解质作为电解质的锂离子聚合物二次电池已经实用化。这类锂离子聚合物二次电池的特征在于电池元件自身具有自支撑性质，这是因为电解质自身是固定化的，并且还因为电极和电解质之间的界面是固定化的。

由于这些锂离子聚合物二次电池能够使用叠层膜进行封装，所以可以通过深度拉伸使它们变薄。与由金属封装的那些相比，还可以减轻它们的重量。它们适合用于小型移动设备的电源，因为与使用电池壳的常规电池相比，它们由数量较少的组件构成，因此能够以低成本制造。

此外，为了提高便携性，这类非水电解质二次电池需要缩短充电时间。然而，相关技术中的非水电解质二次电池存在问题在于，当为了缩短充电时间在高负荷率(高负荷充电)下进行反复充电时，随着充电-放电循环的进行，锂在负极表面上沉积。锂的沉积会减少可插入到负极中的锂离子量，并且随着充电-放电循环的进行，会逐渐降低容量。而且，由此沉积的枝状锂会损坏隔板，这是造成微短路的原因，并且会使循环性能劣化。因此需要抑制在高负荷充电条件下的锂沉积，并且需要提高循环性能。

因此本发明的目的是提供一种即使在反复高负荷充电条件下也不会造成锂沉积的负极；以及通过采用这种负极实现优异充电-放电循环性能的非水电解质二次电池。

为了解决上述问题，根据本发明的第一实施方案，提供一种用于非水电解质二次电池的负极，其包括导电基底(electro-conductive base)；设置在导电基底上的第一层；以及设置在第一层上的第二层。在该负极中，第一层至少包含石墨材料作为负极活性物质；并且第二层至少包含难石墨化含碳材料(non-graphitizable carbonaceous material)作为负极活性物质。

优选地，石墨材料的(002)面的晶面间距(interplanar spacing)可为3.37或更小，并且Lc值可为150或者更大。

石墨材料可优选是人造石墨(artificial graphite)。

优选地，难石墨化含碳材料的(002)面的晶面间距可为3.44或更大，并且Lc值可为80或者更小。

根据本发明的第二实施方案，提供一种非水电解质二次电池，其包括正极、负极、隔板和电解质。在该非水电解质二次电池中，负极还包括具有一对相对表面的导电基底、设置在导电基底上的第一层、以及设置在第一层上的第二层。第一层至少包含石墨材料作为负极活性物质；并且第二层至少包含难石墨化含碳材料作为负极活性物质。

电解质可优选至少包含碳酸乙二醇酯。