[发明专利]二次电池

说明书

发明领域

本发明涉及包括正极，负极和电解质的二次电池，特别将是轻金属用于电极反应的二次电池。

相关技术描述

最近，便携式电子设备，比如具有内置照相机的VTRs(录像机)，蜂窝电话，或便携式计算机已广泛使用，从而对这些设备的长时间连续驱动产生强烈的需求。据此，极需获得具有大容量和高能量密度的二次电池作为这些设备的便携式电源。

具有高能量密度的二次电池的例子是使用能够包藏/释放锂(Li)的材料，比如含碳的材料用于负极的锂离子二次电池，以及使用锂金属用于负极的锂二次电池。尤其是，锂二次电池预计可以比锂离子二次电池得到更高的能量密度，因为锂二次电池中的锂金属的理论电化学当量高达2054mAh/dm³，这相当于锂离子二次电池中使用的石墨材料的2.5倍。

然而，在锂二次电池的负极中使用了锂金属的析出/溶解反应，所以在充电/放电时，负极的体积变化很大。因此，充电/放电循环特性差，从而很难使锂二次电池得到实用。

因此，本发明人研究了由包藏/释放锂和析出/溶解锂得到的容量组分的总和来表示负极容量的二次电池。能够包藏/析出锂的含碳材料用作负极，并且在充电过程中，锂会在含碳材料的表面上析出。使用该二次电池，当达到高能量密度的同时，循环特性能够改善。然而，为了使二次电池得到实用，需要优化诸如正极和负极这样的电池结构，才能实现进一步的改善和稳定的特性。

例如，包藏/释放锂的正极混合物层的厚度与包藏/释放锂的负极混合物层的厚度之间的关系在电池结构中是重要的因素之一，通过优化该关系能够获得优异的特性。在相关技术的锂离子二次电池中，已经进行了对正极混合物层和负极混合物层厚度之间的关系的各种研究。比如，通常通过使负极混合物层的厚度厚于正极混合物层的厚度，而把负极的容量设计得比正极的容量稍大，以避免锂金属在负极上析出(参见日本专利No.2701347)。

与此相反，本发明人更早期开发的二次电池从负极中用锂包藏/释放和析出/溶解的电极反应角度来讲不同于相关技术的锂离子二次电池。因此，不能够如此地使用相关技术的锂离子二次电池中的正极混合物层与负极混合物层厚度之间的关系。

发明概述

本发明设计为克服上述缺陷。其一个目的是提供一种二次电池，其中通过优化正极混合物层与负极混合物层厚度之间的关系而使特性得以改善。

本发明的二次电池包括正极，负极和电解质。正极包括能够包藏和释放轻金属的正极混合物层，而负极包括能够包藏和释放轻金属的负极混合物层。负极的容量用包藏和释放轻金属的容量细分与析出和溶解轻金属的容量组分的总和来表示。正极混合物层的厚度A与负极混合物层的厚度B的比例(A/B)为0.92或更大。

在本发明的二次电池中，负极的容量用包藏/释放轻金属的容量组分与析出/溶解轻金属的容量组分的总和来表示。正极混合物层的厚度A与负极混合物层的厚度B的比例(A/B)为0.92或更大。因此，负极中轻金属的包藏和释放以及轻金属的析出和溶解都稳定且有效地进行。

本发明的其它和进一步的目的，特点以及优点会从下面的描述中更充分地体现出来。

附图的简更说明

    图1所示为根据本发明一个实施方案的二次电池的结构的剖面图。

    图2所示为取自示于图1中的二次电池的卷绕电极体的放大剖面图。

    图3是根据本发明的实施例1的负极的X-射线衍射图。

    图4是根据本发明的对比例1的负极的X-射线衍射图。

优选实施方案的详细描述

下面，将参考附图来详细描述发明的实施方案。

图1所示为根据本发明一个实施方案的二次电池的剖面结构。该二次电池是所谓的凝胶卷绕型，并具有通过在基本中空圆柱形电池壳体11中，卷绕其间设置有隔板23的带状正极21和负极22而得到的卷绕电极体20。该电池壳体11是由，诸如镀镍的铁制成的。电池壳体11的一端是封闭的，另一端是开放的。一对绝缘片12和13垂直于卷绕体的周边表面放置在电池壳体11内，以便夹住卷绕电极体20。