本發(fā)明專利技術(shù)提供一種具有含有含硅負(fù)極活性物質(zhì)的負(fù)極的鋰離子二次電池等電器件，其能夠更進(jìn)一步提高循環(huán)耐久性。所述電器件具有包含單電池層的發(fā)電元件，該單電池層包含：在正極集電體的表面形成含有正極活性物質(zhì)的正極活性物質(zhì)層而得到的正極；在負(fù)極集電體的表面形成含有含硅負(fù)極活性物質(zhì)的負(fù)極活性物質(zhì)層而得到的負(fù)極；隔板。其中，該電器件以如下方式構(gòu)成，在構(gòu)成發(fā)電元件的單電池層的至少一層中，將負(fù)極活性物質(zhì)層的面積設(shè)為A[m2]且將正極活性物質(zhì)層的面積設(shè)為C[m2]時(shí)，滿足式(1)：0.91≤C/A＜1。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【國(guó)外來華專利技術(shù)】
本專利技術(shù)涉及電器件。本專利技術(shù)的電器件以例如二次電池、電容器等的形式用于電動(dòng)汽車、燃料電池汽車及混合動(dòng)力電動(dòng)汽車等車輛的電動(dòng)機(jī)等的驅(qū)動(dòng)用電源、輔助電源。
技術(shù)介紹
近年來，為了應(yīng)對(duì)全球變暖，迫切希望降低二氧化碳量。在汽車產(chǎn)業(yè)界，期待著眼于通過引入電動(dòng)汽車(EV)、混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(HEV)來實(shí)現(xiàn)二氧化碳排放量的減少，從而廣泛地進(jìn)行了作為它們實(shí)用化的關(guān)鍵的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)用二次電池等電器件的開發(fā)。作為電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)用二次電池，與手機(jī)、筆記本電腦等所使用的民用鋰離子二次電池相比，要求其具有極高的輸出特性及較高的能量。因此，在所有電池中具有最高理論能量的鋰離子二次電池備受關(guān)注，目前其開發(fā)進(jìn)展迅速。一般而言，鋰離子二次電池具備將正極與負(fù)極經(jīng)由電解質(zhì)層連接，并收納于電池殼體內(nèi)的結(jié)構(gòu)，所述正極是使用粘合劑將正極活性物質(zhì)等涂布在正極集電體的兩面而得到的，所述負(fù)極是使用粘合劑將負(fù)極活性物質(zhì)等涂布在負(fù)極集電體的兩面而得到的。目前，鋰離子二次電池的負(fù)極使用了在充放電循環(huán)的壽命、成本方面有利的碳/石墨系材料。但是，對(duì)于碳/石墨系的負(fù)極材料而言，由于通過向石墨晶體中吸留/放出鋰離子而進(jìn)行充放電，因此，存在得不到理論容量372mAh/g以上的充放電容量的缺點(diǎn)，該理論容量是根據(jù)作為最大鋰導(dǎo)入化合物的LiC6得到的。因此，難以利用碳/石墨系負(fù)極材料得到滿足車輛用途的實(shí)用化水平的容量、能量密度。相比之下，對(duì)于使用了與Li形成化合物的SiOx(0＜x＜2)材料等含硅負(fù)極活性物質(zhì)的電池而言，能量密度比現(xiàn)有的碳/石墨系負(fù)極材料得到了提高，因此，期待其作為車輛用途中的負(fù)極材料。例如，微觀地觀察具有以SiOx表示的化學(xué)組成的硅氧化物時(shí)，Si(單晶的納米粒子)與非晶質(zhì)(無定形)SiO2相分離
而存在。硅氧化物具有四面體結(jié)構(gòu)作為單元結(jié)構(gòu)，SiO2以外的硅氧化物(中間氧化物)可以對(duì)應(yīng)于四面體頂點(diǎn)的氧數(shù)1個(gè)、2個(gè)及3個(gè)而表示為Si2O、SiO及Si2O3，但這些中間氧化物在熱力學(xué)上不穩(wěn)定，極難以單晶的形式存在。因此，SiOx以單元結(jié)構(gòu)不規(guī)則地排列的非晶質(zhì)結(jié)構(gòu)構(gòu)成，另外，該非晶質(zhì)結(jié)構(gòu)是多個(gè)非晶質(zhì)化合物不形成界面而構(gòu)成的非晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，主要以均質(zhì)的非晶質(zhì)結(jié)構(gòu)部分構(gòu)成。因此，SiOx中具有在非晶質(zhì)的SiO2中分散有Si納米粒子的結(jié)構(gòu)。在該SiOx的情況下，可參與充放電的僅為Si，SiO2不參與充放電。因此，SiOx表示它們的平均組成。SiOx中，如反應(yīng)式(A)那樣每1mol Si吸留放出4.4mol的鋰離子，且生成Li22Si5(＝Li4.4Si)這樣的理論容量4200mAh/g的可逆容量成分，另一方面，如反應(yīng)式(B)那樣每1mol SiO吸留放出4.3mol的鋰離子，從生成Li4SiO4的觀點(diǎn)考慮，存在較大的問題，所述Li4SiO4成為在初次吸留Li時(shí)與Li4.4Si一起產(chǎn)生不可逆容量的原因。[化學(xué)式1]但是，作為含有Li的鋰硅酸鹽化合物，例如可舉出：Li4SiO4、Li2SiO3、Li2Si2O5、Li2Si3O8、Li6Si4O11等LiySiOx(0＜y，0＜x＜2)，但這些LiySiOx的導(dǎo)電性極小，且SiO2不具有導(dǎo)電性，因此，存在負(fù)極電阻升高的問題。其結(jié)果是使鋰離子脫離及插入負(fù)極活性物質(zhì)變得極其困難。但是，負(fù)極使用了與Li合金化的材料而制成的鋰離子二次電池在充放電時(shí)負(fù)極的膨脹收縮較大。例如，對(duì)于吸留鋰離子時(shí)的體積膨脹而言，石墨材料的情況下約為1.2倍，相比之下，在Si材料的情況下，Si和Li進(jìn)行合金化時(shí)，從非晶狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)晶狀態(tài)，引起較大的體積變化(約4倍)，因此，存在使電極的循環(huán)壽命降低的問題。另外，在Si負(fù)極活性物質(zhì)的情況下，電池的容量與循環(huán)耐久性處于折衷選擇的關(guān)系，存在難以既呈現(xiàn)高容量又增加高循環(huán)耐久性的問題。為了解決這樣的問題，提出了含有SiOx和石墨材料的鋰離子二次電池用的負(fù)極(例如，參照專利文獻(xiàn)1)。該專利文獻(xiàn)1所記載的專利技術(shù)中，在第“0018”段中記載了通過將SiOx的含量設(shè)為最小限而呈現(xiàn)高容量及良好的循環(huán)壽命。現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1：日本特表2009-517850號(hào)公報(bào)專利技術(shù)的內(nèi)容專利技術(shù)所要解決的課題使用了上述專利文獻(xiàn)1所記載的含有SiOx和碳材料的負(fù)極的鋰離子二次電池可以表現(xiàn)出良好的循環(huán)特性。但是，根據(jù)本專利技術(shù)人等的研究判明，即使在使用了這種含有含硅負(fù)極活性物質(zhì)的負(fù)極的情況下，有時(shí)也難以一定能實(shí)現(xiàn)充分的循環(huán)耐久性。本專利技術(shù)的目的在于提供一種具有含有含硅負(fù)極活性物質(zhì)的負(fù)極的鋰離子二次電池等電器件，其能夠更進(jìn)一步提高循環(huán)耐久性。本專利技術(shù)人等為了解決所述課題而進(jìn)行了深入研究。其結(jié)果發(fā)現(xiàn)，通過將構(gòu)成電器件的單電池層的正極活性物質(zhì)層的面積與負(fù)極活性物質(zhì)層的面積之比控制在給定的范圍內(nèi)的值，可解決所述課題，從而最終完成了本專利技術(shù)。即，本專利技術(shù)涉及一種電器件，其具有包含單電池層的發(fā)電元件，該單電池層包含：在正極集電體的表面形成含有正極活性物質(zhì)的正極活性物質(zhì)層而得到的正極；在負(fù)極集電體的表面形成含有含硅負(fù)極活性物質(zhì)的負(fù)極活性物質(zhì)層而得到的負(fù)極；以及隔板。而且，本專利技術(shù)的電器件的特征在于，在構(gòu)成所述發(fā)電元件的所述單電池層的至少一層中，將負(fù)極活性物質(zhì)層的面積設(shè)為A[m2]且將正極活性物質(zhì)層的面積設(shè)為C[m2]時(shí)，滿足式(1)：0.91≤C/A＜1。專利技術(shù)的效果根據(jù)本專利技術(shù)，可抑制在充電時(shí)吸留于負(fù)極活性物質(zhì)層的Li從負(fù)極活性物質(zhì)層的與正極相對(duì)區(qū)域向正極非相對(duì)區(qū)域移動(dòng)而造成的不可逆化。其結(jié)果是可提供一種能防止隨著充放電循環(huán)的進(jìn)行而電池容量下降、且循環(huán)耐久性優(yōu)異的電器件。附圖說明圖1是示出作為本專利技術(shù)的電器件的一個(gè)實(shí)施方式的扁平型(疊層型)且非雙極型的非水電解質(zhì)鋰離子二次電池的基本結(jié)構(gòu)的剖面示意圖。圖2是示出作為本專利技術(shù)的電器件的代表性實(shí)施方式的扁平鋰離子二次電池外觀的立體圖。符號(hào)說明10、50 鋰離子二次電池11 負(fù)極集電體12 正極集電體13 負(fù)極活性物質(zhì)層15 正極活性物質(zhì)層17 隔板19 單電池層21、57 發(fā)電元件25 負(fù)極集電板27 正極集電板29、52 電池外裝材料58 正極極耳59 負(fù)極極耳具體實(shí)施方式根據(jù)本專利技術(shù)的一個(gè)方式，提供一種電器件，其具有包含單電池層的發(fā)電元件，該單電池層包含：在正極集電體的表面形成含有正極活性物質(zhì)的正極活性物質(zhì)層而得到的正極；在負(fù)極集電體的表面形成含有含硅負(fù)極活性物質(zhì)的負(fù)極活性物質(zhì)層而得到的負(fù)極；以及隔板。其中，在構(gòu)成上述發(fā)電元件的上述單電池層的至少一層中，將上述負(fù)極活性物質(zhì)層的面積設(shè)為A[m2]，且將上述正極活性物質(zhì)層的面積設(shè)為C[m2]時(shí)，滿足式(1)：0.91≤C/A＜1。以下，對(duì)本專利技術(shù)的電器件的基本結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。在本實(shí)施方式中，例示出鋰離子二次電池作為電器件來進(jìn)行說明。首先，對(duì)于使用本專利技術(shù)的電器件得到的鋰離子二次電池而言，電池(單電池層)的電壓大，能夠?qū)崿F(xiàn)高能量密度、高輸出密度。因此，本實(shí)施方式的鋰
離子二次電池作為車輛的驅(qū)動(dòng)電源用、輔助電源用很優(yōu)異。其結(jié)果是可適合用作車輛的驅(qū)動(dòng)電源用等的鋰離子二次電池。除此以外，也可以充分地適用于面向手機(jī)等便攜設(shè)備的鋰離子二次電池。在以形態(tài)/結(jié)構(gòu)對(duì)上述鋰離子二次電池進(jìn)行區(qū)分的情況下，也可適用于例如疊層型(扁平型)電池、卷繞型(圓筒型)電池等目前公本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種電器件，其具有包含單電池層的發(fā)電元件，所述單電池層包含：在正極集電體的表面形成含有正極活性物質(zhì)的正極活性物質(zhì)層而得到的正極，在負(fù)極集電體的表面形成含有含硅負(fù)極活性物質(zhì)的負(fù)極活性物質(zhì)層而得到的負(fù)極，以及隔板，其中，在構(gòu)成所述發(fā)電元件的所述單電池層的至少一層中，將所述負(fù)極活性物質(zhì)層的面積設(shè)為A[m2]且將所述正極活性物質(zhì)層的面積設(shè)為C[m2]時(shí)，滿足式(1)：0.91≤C/A＜1。
【技術(shù)特征摘要】
【國(guó)外來華專利技術(shù)】1.一種電器件，其具有包含單電池層的發(fā)電元件，所述單電池層包含：在正極集電體的表面形成含有正極活性物質(zhì)的正極活性物質(zhì)層而得到的正極，在負(fù)極集電體的表面形成含有含硅負(fù)極活性物質(zhì)的負(fù)極活性物質(zhì)層而得到的負(fù)極，以及隔板，其中，在構(gòu)成所述發(fā)電元件的所述單電池層的至少一層中，將所述負(fù)極活性物質(zhì)層的面積設(shè)為A[m2]且將所述正極活性物質(zhì)層的面積設(shè)為C[m2]時(shí)，滿足式(1)：0.91≤C/A＜1。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電器件，其中，在滿足所述式(1)的所述單電池層中，在將所述負(fù)極活性物質(zhì)層的每單位面積的不可逆容量設(shè)為IA，且將所述正極活性物質(zhì)層的每單位面積的不可逆容量設(shè)為IC時(shí)，IC/IA≥0.40，且0.91≤C/A＜0.99。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電器件，其中，在滿足所述式(1)的所述單電池層中，所述正極活性物質(zhì)層含有下述式(2)所示的正極活性物質(zhì)，e(固溶體正極活性物質(zhì)) (2)式(2)中，e表示正極活性物質(zhì)層中各成分的重量％，80≤e≤98，此時(shí)，所述固溶體正極活性物質(zhì)具有下述式(3)所示的組成作為基本結(jié)構(gòu)，Li1.5[NiaMnbCoc[Li]d]Oz (3)式(3)中，z表示滿足原子價(jià)的氧數(shù)，a+b+c+d＝1....
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：荻原航，山本伸司，田中秀明，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：日產(chǎn)自動(dòng)車株式會(huì)社，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：日本;JP
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