[发明专利]可充电锂电池及这种电池阳极的制造工艺过程

说明书

本发明涉及适用于移动式电源或存储记忆后备装置用电源的可充电锂电池。本发明还涉及特别用于可充电锂电池的阳极制造工艺过程。

现今电子学领域的技术进步加速了电子装置的微型化。作为用于这些装置的电源，对体积小、重量轻、能量密度高的电池的需求不断增加、这方面，已注意到应用锂阳极的可充电锂电池。这类电池受到各国的广泛研究。

但是，使用金属锂作为阳极的可充电锂电池在经受反复的充放电循时，则会引起以下缺陷：在充放电循环过程中一部分锂分离为微细片并在阳极表面生成锂的树枝状结构，从而引起阳极的变形损坏，因而电池的循环寿命是很短的。

为了克服这些缺陷，研究了使用合金和金属氧化物作为阳极，这包括锂和铝合金，夹锂铅合金，掺锂铌五氧化物，具有锐钛矿晶体结构的钛二氧化物。特别是对于防止锂的树枝晶体形成，金属二氧化物优于合金。钛的二氧化物在接近1.5V电动势处呈现平坦的充放电曲线，于是钛的二氧化物很有可能用作可充电锂电池的阳极。另外，日本专利公开No.63—1708提出由钛二氧化物的阳极与锰二氧化物的阴极的组合。但是由电动势低为1V且循环寿命短，应用上述组合的电池尚未被付诸实用。

如本专业人员所周知，钛二氧化物具有包括兰鹞石(blue kite)，锐钛矿与金红石结构的几种类型的晶体结构。对具有锐钛矿与金红石结构的钛二氧化物作为锂电池阳极已有研究，如刊登在“电化学46.No(1978)P.407”。锐钛矿结构表现出比金红石结构为高的电极容量。因而，对锐钛故钛二氧化物评价是高的。虽然当用作阳极时，锐钛矿型钛二氧化物比金比石型钛二氧化物具有更高的容量，但是，这些钛二氧化物阳极在锂离子掺入和析出时其晶格易受到损坏，于是，制成的电池的循环寿命特性并不总是好的。在反复充放电循环中电池的容量会衰减。

因而本发明的一个目的在于提供一种克服了已有技术的电池的缺陷的可充电锂电池，其中，在应用金属锂或锂合金时电池的反复充放电循环过程中会形成的树枝状结构可以完全避免形成。

本发明的另一目的在于提供一种可保证稳定的循环寿命特性的可充电锂电池，例如可得到具有高的放电电势的300个充放电周期。

本发明的又一目的是提供一种包括由锂的钛酸盐构成阳极的可充电锂电池，其阳极具有尖晶石结构或锂的钛酸盐及金红石型二氧化物的混合晶体。

本发明的又一目的是提供制造用于可充电锂电池的阳极的工艺过程。

根据本发明的一个实施例，提供了一种可充电锂电池，这种电池包括：具有相对于Li/Li⁺阳极不于2V的放电电势的阴极；可掺入和析出锂并由包括具有尖晶石结构锂钛酸盐化合物的反应产物制成的阳极，这种锂钛酸盐化合物可由以下一般的分子式表示，LixTyO₄表示，其中0.8≤x≤1.4，以及1.6≤y≤2.2；将阳极与阴极彼此隔开的隔离器；以及至少浸泡在隔离器中的并包含溶解在非水溶剂中的锂盐的电解溶液；当该反应产物受到用Cu(铜)靶的X—射线衍射分析时，它至少在4.84±0.02埃(A)，2.53±0.02埃，2.09±0.02埃以及1.48±0.02埃处有衍射峰值，并且在4.84±0.02埃与1.48±0.02埃处峰值强度之间的比率为100∶30±10。该反应物最好主要包括锂钛酸盐化合物或由以下所定义的锂钛酸盐分子式为TiO₂的金红石型钛二氧化物的混合晶体产物，由此可获得良好的周期特性。

根据本发明的另一实施例，提供了在一种可充电锂电池中可掺入和析出锂的阳极的制造工艺，这种电池包括了：其相对阳极的放电电势不小2V的阴极；将阴极与阳极彼此隔离开的隔离器；以及至少浸泡在该隔离器中的电解溶液，该电解液包含溶解在非水溶液中的锂盐；该方法包括对于锂化合物与钛二氧化物以在锂化合物与钛二氧化物中的Li/Ti的原子比率分别为0.8∶1到1∶3的情形进行热处理，其加热条件足以获得包含具有尖晶石结构并由一般的分子式Li4/3Ti5/3O₄表示的锂钛酸盐化合物的产物，于是形成获得阳极体的产物。

图1是本发明一个实施例的可充电锂电池的剖视图；