[发明专利]锂二次电池

说明书

本发明涉及锂二次电池；本发明尤其是涉及锂二次电池的负极，该锂二次电池具有大的放电容量、输出功率密度和充电-放电速率，以及优良的循环特性。锂二次电池能用作电动汽车、后援存储器、便携式装置及类似物的驱动电源。例如，通过组装到如笔记本个人电脑、文字处理器、便携式电话、无绳电话、便携式传真机、便携式打印机、立体声耳机、视频电影、液晶TV装置、轻便吸尘器、便携式CD播放机、电动剃刀、电子翻译机、自动电话、收发报机、电动工具、存储卡等这样的电子装置中使用锂二次电池。

锂二次电池也用作象医疗装置，例如，起搏器、助听器、按摩器等这样的消费器的电源。而且，锂二次电池能用作太空装置的电源。锂二次电池能用作与太阳能电池结合的电源。

作为锂二次电池的负极，使用锂金属(Li)和象Li-Al、Li-Pb等的合金。然而，上述现有锂电池由于树脂状锂的沉淀具有趋于导致电池负极和正极之间短路这样的缺陷，并且现有电池也具有象短循环寿命和低能量密度这样的缺陷。目前，为克服上述缺陷，正积极研究使用碳作负极。例如，在JP-A-5-299073(1993)，JP-A-2-121258(1990)，JP-A-6-349482(1994)和JP-A-7-335263(1995)中已公开了一些碳负极。在JP-5-299073(1993)中公开的组分采用碳复合体作电极材料，该碳复合体包括高结晶碳颗粒形成芯，其表面覆盖含VIII族金属元素的膜并且又用碳涂敷此膜。从而，有任意层结构的碳材料增加锂的嵌入，同时电极的大表面积极大地提高充放电容量和充放电速率。根据JP-A-2-121258(1990)，通过使用H/C＜0.15、间距＞3.37和L_C＜150的六方晶碳材料和能与锂形成合金的金属的混合物，这里L_C是C轴方向的晶格大小，就能获得长的充放电循环寿命和具有大电流的优选充放电特性。根据JP-A-6-349482(1994)，氧化铜沉积在允许锂嵌入-脱逸(deintercalation)的石墨颗粒的整个或部分表面的碳复合体用作电极材料。从而，因为锂和铜的复合氧化物可逆地形成在电化学还原的氧化铜上，增加容量变成可能。根据JP-A-7-335263(1995)，通过把作为导电助剂的金属加入到用作正极或负极中活性材料的碳中就能降低活性材料相互间的接触电阻。如上所述通过把金属加入碳中也能降低集电体和活性材料之间的接触电阻，相应地，即使高速率放电(大电流放电)也尽可能抑制了容量降低。仅考虑负极，除象镍、铜、银、铝、和类似物这样的金属载体外，还把象不锈钢、坡莫合金和类似物这样的合金加入到碳中就能防止碳的取向。结果，因为侧平面面对电解质取向的碳颗粒部分增加并且离子扩散容易进行，大电流放电变成可能。在JP-A-8-273702(1996)中，本发明的发明人提出具有增加容量、增加能量密度和优良循环耐久特性的锂二次电池，其中含有表面直径最大100、能与锂形成合金的金属颗粒的碳颗粒用作负极材料。然而，无论如何，因为负极制备困难并且未利用碳的理论容量，所以能量密度没有充分增加。特别是要解决象显著提高快速充放电(大电流充放电)方面的问题。相应地，锂二次电池没有足够的能量密度和装载在电动汽车和摩托车上的功率密度。

如上所述，当碳材料或碳复合材料用作负极材料时，仍要解决象不能利用碳的理论容量、负极碳材料制备困难、不能快速充放电(大电流充放电)这样的问题。

本发明的发明人致力于解决上述问题的研究，并且通过利用由特殊成分组成的负极就能实现具有增加容量、能快速充放电工作和优良循环耐久特性的改进锂二次电池。本发明目的之一是提供上述改进的锂二次电池。

本发明的发明人获得如下结果，并基于此结果达到本发明。