非水电解质电池、电池模块、以及电池组的制作方法
【专利说明】非水电解质电池、电池模块、W及电池组
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请是基于2014年7月31日提交的日本专利申请No. 2014-156712并且要求 其优先权权益，该专利申请的全部内容W引用的方式并入本文中。
技术领域
[0003] 本文所描述的实施方案总体上设及一种非水电解质电池、电池模块W及电池组。
【背景技术】
[0004] 包括包含裡金属、裡合金、裡化合物或碳质材料的负电极的非水电解质电池预期 是高能量密度电池，并且已被广泛研究和研发。包括含有LiCo化或LiMn2〇4作为活性材料的 正电极和含有吸收和释放裡离子的碳质材料的负电极的裡离子电池广泛用于移动装置中。
[0005] 另一方面，当安装于诸如汽车和火车等车上时，正电极和负电极的组分优选具有 高化学和电化学稳定性、强度W及耐腐蚀性，从而提供在高溫（60°C或更高）下的高储存性 能、循环性能W及具有高输出的长期使用可靠性。此外，可能需要在诸如-40°C的低溫（寒 冷气候区域）下的高功率性能和长循环寿命性能。
[0006] 另一方面，为改善非水电解质的安全性能，不可燃且非挥发性的电解溶液正在研 究中，但它们仍未被实际使用，因为它们可劣化输出性质、低溫性能W及长寿命性能。此外， 当安装于车辆等上时，裡离子电池难W代替安装于车辆发动机室上的铅蓄电池，并且具有 高溫耐久性的问题。
[0007] 在裡离子电池中，如果降低负电极的厚度W增加密度W便增加输出和容量，那么 集电体具有不充足的强度，W致电池容量、输出性能、循环寿命W及可靠性可能显著受到限 审IJ。此外，如果增加负电极活性材料的粒径而不是降低负电极的厚度，那么电极的界面电阻 增加，运使得更难W开发高性能。具体地说，在低溫（例如-20°C或更低）下，活性材料的利 用率降低并且放电困难。
【发明内容】
[0008] 实施方案意在提供一种在高溫下具有高充电-放电循环寿命性能的非水电解质 电池，W及包括所述非水电解质电池的电池模块和电池组。
[0009] 根据一个实施方案，非水电解质电池包括容器、提供于容器中的非水电解质、提供 于容器中的正电极W及提供于容器中的负电极。正电极包括含Al正电极集流体和形成于 正电极集流体上的含正电极活性材料的层。负电极包括含Al负电极集流体和形成于负电 极集流体上的含负电极活性材料的层。含负电极活性材料的层包括平均二次粒子大于5ym 的含铁氧化物粒子。非水电解质电池满足下式（1):
[0010] Lp<Ln(l)
[0011] 其中Lp是正电极集流体的厚度，而Ln是负电极集流体的厚度。
[0012] 所述实施方案还提供包括W上所描述的非水电解质电池的电池模块和电池组。
[0013] 根据所述实施方案，提供一种在高溫下具有高充电-放电循环寿命性能的非水电 解质电池，W及包括所述非水电解质电池的电池模块和电池组。
【附图说明】
[0014] 图1是示意性显示根据一实施方案的非水电解质电池的部分剖面透视图；
[0015] 图2是图1中A部分的放大截面视图；
[0016] 图3是根据一实施方案的非水电解质电池的截面视图；
[0017] 图4是图3中B部分的放大截面视图；
[0018] 图5是根据一实施方案的电池组的分解透视图；并且
[0019] 图6是显示图5中的电池组的电路的方框图。
【具体实施方式】
[0020] (第一实施方案）
[0021] 在包括平均二次粒径小于5ym的含铁氧化物粒子的负电极中，非水电解质的还 原分解在高溫（例如70°C或更高）下进行。因此，负电极在高溫下具有次级循环寿命性能。 如果含铁氧化物粒子的二次粒子的平均粒径增加到超过5ym，从而抑制高溫下非水电解质 的还原分解，那么当增加制造负电极期间的压制力从而增加负电极密度（或负电极填充密 度）时二次粒子容易破裂。如果二次粒子破裂，那么二次粒子中一次粒子之间的许多导电 路径被破坏，使得负电极的电子阻力增加。此外，因二次粒子破裂出现的新的表面促进高溫 下非水电解质的还原分解。因此，替代增加负电极密度，通过满足由W上所描述的式（1)表 示的关系，更具体地说，使正电极集流体的厚度Lp小于负电极集流体的厚度Ln来增加正电 极密度。作为此举的结果，增加负电极的制造过程期间所施加的压制力的必要性得W避免， 使得抑制含铁氧化物的二次粒子的破裂。作为此举的结果，在不引起负电极的电子阻力增 加的情况下抑制了高溫下非水电解质的还原分解。此外，正电极密度的增加使含正电极活 性材料的层与正电极集流体之间的粘附强度增加，借此抑制了高溫下粘附强度的降低，并 且抑制了高溫下正电极电阻的增加。
[0022] 因此，当非水电解质电池安装于汽车的发动机室上时，在包括在高溫（例如70°C 或更高）下的高速率充电-放电循环和大电流放电条件下负电极和正电极电阻的增加得W 抑制，使得在高溫下的循环寿命性能和大电流放电性能得W改善。
[0023] 当W高速率并且在70°C或更高的高溫下重复充电-放电循环时，正电极电阻的增 加是由例如正电极活性材料对非水电解质的氧化分解W及正电极集流体与含正电极活性 材料的层之间的粘附力降低引起。另一方面，负电极电阻的增加是由例如含铁氧化物粒子 之间的电子传导率降低引起。
[0024]作为由本发明人进行的研究的结果，发现在高溫下正电极活性材料对非水电解质 的氧化分解在非水电解质电池满足W下式（2)时得W抑制，其中正电极的最大充电电压相 对于Li电位变为4V(相对于Li/Li+4V)或更小。
[00巧](PW/NW) > (NC/PC4) (2)
[0026] 其中PW是含正电极活性材料的层的重量（g)，NW是含负电极活性材料的层的重量 (g)，PC4是当正电极的最大充电电压相对于Li电位是4V(相对于Li/Li+的伏特数）时的 充电容量/重量（mAh/g)，并且NC是当负电极的充电电压相对于Li电位是IV(相对于Li/Li+的伏特数）时的充电容量/重量（mAh/g)。
[0027]PW是通过从正电极重量的重量中扣除正电极集流体的重量来计算，而NW是通过 从负电极的重量中扣除负电极集流体的重量来计算。
[002引在满足式似的非水电解质电池中，含正电极活性材料的层的重量大于负电极活 性材料的重量，并且当正电极的最大充电电压相对于Li电位是4V(相对于Li/Li+的伏特 数）时的充电容量/重量PC4小于当负电极的充电电压相对于Li电位是1V(相对于Li/ Li+的伏特数）时的充电容量/重量NC。作为此情况的结果，充电结束取决于负电极的电 位变化，并且在正电极的充电电位达到4.2V之前充电完成，使得在高溫下因正电极活性材 料对非水电解质的氧化分解而造成的电阻增加得W抑制。
[002引在满足式似的非水电解质电池中，含正电极活性材料的层厚，但满足式（1)，使 得含正电极活性材料的层与正电极集流体之间的粘附强度高。作为此情况的结果，含正电 极活性材料的层与正电极集流体之间的电子阻力减小，使得甚至在充电-放电循环之后也 维持低电阻。
[0030] 在含于负电极中的含铁氧化物粒子中，Li的吸收和释放电位优选是相对于Li电 位1至3V(相对于Li/Li+的伏特数）。此外，可单独或W两种或更多种的组合形式含有 活性材料。含铁氧化物粒子优选含有一种或多种选自氧化裡铁、氧化铁W及氧化妮铁的 化合物。氧化裡铁的实例包括具有尖晶石结构（例如通式Li4/3hTi5/3〇4(〇《X《1.1)) 的氧化裡铁；具有斜方儘矿结构（例如化4化〇7(-1《X《扣、LiihTi2〇4(〇《X《1)、 LiTii.s〇4(〇《X《1)、Lii.〇~Tii.s6〇4(〇《X《1)W及LixTi〇2(0《X《1)的氧化裡铁。
[0031] 氧化铁的实例包括具有单斜晶系结构、金红石结构W及锐铁矿结构的氧化铁。具 有单斜晶系结构的氧化铁的实例包括由通式LiJi〇2(0《X，更优选0《X《1)表示的氧 化铁，即具有青铜结构度）的氧化铁。在充电之前具有金红石结构或锐铁矿结构的氧化铁 的结构可由Ti〇2表示。不可逆Li在电池充电和放电之后可保留于氧化铁中，使得在电池 充电和放电之后氧化铁可由LiJi〇2(0《X，更优选0<x《1)表示。
[0032] 氧化妮铁的实例包括由LiaTiMbNb2±p〇7±。（0《a《5,0《b《0. 3,0《0《0. 3,0 《O《0.3,其中M是一种或多种选自Fe、V、MoW及化的元素）表示的氧化妮铁。
[0033] 含铁氧化物粒子优选是具有尖晶石结构的氧化裡铁。具有尖晶石结构的氧化裡铁 在充电-放电期间引起更小体积变化，