[发明专利]锂离子二次电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种电池技术，特别涉及一种针对非水类锂离子二次电池有效的技术。

背景技术

近年来，提供有一种所谓锂离子二次电池，其负极使用石墨等碳材料，正极使用LiCoO₂等含锂金属氧化物。该锂离子二次电池由于与其他二次电池相比具有高电压和高容量，所以作为蓄电装置主要实用化为笔记本型计算机及移动电话的主电源。

锂离子二次电池是所谓的摇椅式电池，即，在电池组装后，通过充电，从正极的含锂金属氧化物向负极供给锂离子，在放电中，使负极的锂离子返回正极。通常，锂离子二次电池所使用的正极材料与负极材料在充放电时的库仑效率相比，正极材料的库仑效率高于负极材料的库仑效率。在该情况下，组装后的电池的初始容量为充电量与负极的库仑效率的乘积。即，电池的初始容量由负极的库仑效率决定。

因此，即使以锂离子二次电池的高能量密度化为目标，使用单位重量的放电容量较大的负极材料例如Sn类氧化物，如果负极的库仑效率较低，则电池的放电容量也会变小。在当前的锂离子二次电池中，负极的库仑效率较低。因此，相对于所填充的正极材料，无法利用100％的能量。

另外，在锂离子二次电池中，正极材料通常广泛使用以LiCoO₂、LiNiO₂、LiMn₂O₄为代表的氧化物型化合物群，或以LiFePO₄为代表的橄榄石化合物群。在所述结构中，正极材料中含有锂离子。因此，仅通过与负极组合就可以容易地作为二次电池进行动作。

但是，上述含锂金属氧化物在其氧化还原反应中，每1摩尔含锂金属氧化物的锂离子的利用量低于1摩尔。由此，无法期望高的放电容量。

另一方面，对于钒氧化物，每1摩尔钒氧化物可以使数摩尔的锂离子嵌入或脱嵌。因此，可以成为大容量的锂离子二次电池用正极材料。例如在专利文献1和2中，公开了将使五氧化二钒(V₂O₅)凝胶化而合成的干凝胶作为正极活性物质进行使用的技术。但是，这些都是使用晶体充分生长后的凝胶状态的活性物质。另外，是将活性物质直接形成在集电体上的薄膜电极。因此，电子传导性较低，无法充分发挥特性。

专利文献1和2所公开的结构，为使用金属锂的高分子固体电解质型的电池结构。由此避免了由于枝晶锂析出而导致的短路。但是，即使使用所述高分子固体电解质，也很难抑制长时间循环后的枝晶析出。因此，专利文献1和2中公开的结构难以用作大容量电源。

在专利文献3中公开了使用碳负极和液体电解质的二次电池。该电池是如下所示进行制造的，即，将正极和锂极组合而预先在正极中嵌入锂离子，然后将锂极替换为碳负极。在非专利文献1中，公开了在正极动作电位大于或等于2.5V时工作的相同电池系统中与充放电相关的技术。

另一方面，在专利文献4中，通过将V₂O₅和锂盐进行热处理，以化学方式合成LiV₂O₅。由此预先补充锂离子。

专利文献1：日本专利3108186号公报

专利文献2：日本专利3115448号公报

专利文献3：特公平5—80791号公报

专利文献4：特开平05—198300号公报

非专利文献1：Journal of Power Sources 54(1995)146—150

发明内容

但是，在上述锂离子二次电池的技术中存在以下问题。即，在专利文献3的技术中，锂离子供给源仅是正极。因此，受到由负极的充放电效率的限制，无法产生较高的放电能量。另外，由于存在锂离子的嵌入工序和电极的替换工序，所以在实际的电池生产中，生产率较低。

如非专利文献1所示，如果在大于或等于2.5V时工作，则正极的利用率低，难以形成高能量密度。

在专利文献4的技术中，通过将V₂O₅和锂盐进行热处理而以化学方式预先补充锂离子。在该方法中，可以通过热处理与V₂O₅进行反应而掺杂的锂离子的量有限。因此，无法供给较高的放电能量。

本发明的目的在于提供一种锂离子二次电池，其易于制造，具有高能量密度。

本发明的上述以及其他目的和新特征，根据本说明书的记述及附图可以明确。

如下所述，对本发明所公开的发明中的代表性发明的概要进行简单说明。