[发明专利]双离子电池

说明书

本发明的目的在于提供一种高温耐久性优异的双离子电池。本发明的双离子电池具有正极和负极，所述正极包含正极集流体及其上所配置的正极活性物质；所述负极包含负极集流体及其上所配置的负极活性物质。正极活性物质包含石墨。负极活性物质包含能够吸留和放出阳离子的金属氧化物。正极集流体和负极集流体通过以非晶碳覆膜所覆盖的铝材料来构成。

技术领域

本发明涉及一种双离子电池。

背景技术

目前，作为存储电能的技术，已知有双电层电容器(EDLC：Electric double-layercapacitor)及二次电池。作为二次电池，例如，可列举锂离子电池(LIB：lithium-ionbattery)。双电层电容器的寿命、安全性、输出密度远远优于二次电池。然而，双电层电容器存在与二次电池相比能量密度(体积能量密度)较低的技术问题。

另一方面，锂离子电池虽然能量密度优异，但存在充电速度、输出密度及寿命等技术问题。例如，用于汽车的锂离子电池虽然能量密度很高，但电阻高，寿命短，难以进行大电流充放电。因此，例如，混合动力汽车用LIB通过对其充电状态(SOC：state of charge)设置制约而延长了使用寿命。当SOC50％时，电池性能的一半不再使用，不使用部分的电池的空间及重量被浪费。

迄今为止，在现有的双电层电容器中，主要使用活性炭作为正极及负极的活性物质。为了提高双电层电容器的能量密度，作为新概念的电容器，开发了利用如下反应的电容器(例如，参见专利文献1)：使用石墨代替活性炭作为正极活性物质并在石墨的层间嵌入及脱嵌(intercalation-deintercalation)电解质离子。使用该技术之后，能够相比现有的双电层电容器将能量密度提高2～3倍左右。循环特性、低温特性、输出特性也与现有的双电层电容器相同或更优。

而且，有人提出了一种蓄电器件(例如，参见专利文献1、专利文献2)，该蓄电器件在负极中也利用了如下反应：使用金属氧化物代替活性炭作为负极活性物质并在钛酸锂的层间嵌入及脱嵌锂离子。充电时，电解液中所含的电解质的阴离子和阳离子(锂离子)分别向正极或负极移动，因此，将该蓄电器件称为“双离子电池(DIB：Dual Ion Battery)”。换而言之，该蓄电器件是指利用如下反应的电池：阴离子和阳离子分别向相反方向移动，在正极活性物质的层间嵌入及脱嵌阴离子，在负极活性物质的层间同时嵌入及脱嵌阳离子。

对于锂离子电池而言，在充电的情况下正极中的锂离子脱嵌而被嵌入在作为负极的石墨的层间。此时，在石墨的层间的入口形成SEI(Solid electrolyte interface)这种覆膜，锂离子通过该SEI覆膜而嵌入。由于锂离子经由SEI这种固体进行移动，因此，此时的移动电阻变为电极电阻。另外，电解质离子与溶剂进行溶剂化，该溶剂化发生脱离并透过SEI覆膜而移动至石墨层间。因此，溶剂化脱离时的电阻也会提高电极电阻。因此，将锂离子电池和双离子电池比较而言，相比仅锂离子移动的锂离子电池，双离子电池的输出特性更高。另外，在锂离子电池中要经由SEI覆膜或者发生溶剂化脱离。但是，在双离子电池中，电解质的阴离子或阳离子直接被嵌入及脱嵌于正极或负极材料的层间，因此，不经由如锂离子电池那样的反应。其结果，与锂离子电池相比，双离子电池的寿命优异，无需对SOC设置制约。因此，双离子电池有望作为不会产生如LIB那样的未使用部分的电池。

另外，作为锂离子电池，正极活性物质中使用含锂氧化物，充电时从该正极活性物质脱嵌的锂离子被嵌入在作为负极活性物质的石墨的层间。双离子电池将作为锂离子电池的负极活性物质的石墨用作正极活性物质。在锂离子电池中，由于在正极活性物质中使用了含锂氧化物，因此，当电池发生短路时，容易从该含锂氧化物中放出氧而引起热失控。但是，双离子电池使用石墨正极，而石墨中不含有氧，因此，原理上不会产生热失控，这是双离子电池的优点。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2010-040180号公报