非水电解质电池及电池组的制作方法
【专利说明】
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请基于并要求2014年7月31日递交的日本专利申请号2014-156968的优先 权益；其全部内容通过引用并入本申请。
技术领域
[0003] 本文描述的实施方案一般设及非水电解质电池及电池组。
【背景技术】
[0004] 关于通过裡离子在负电极和正电极之间的运动而充放电的非水电解质电池作为 高能量密度电池的研究很活跃。
[0005] 除了可用作小型电子设备的能源外，所述非水电解质电池有望被用作车辆和固定 用途的中到大型能源。在该中到大型的应用中，要求寿命特性和高安全性。此外，还需要高 溫和低溫环境下的充电和放电特性。
[0006] 对于具有优异寿命特性及在高溫和低溫环境下充放电特性的非水电解质电池的 非水电解质，W下是必需的。在该非水电解质中，氧化和还原分解不应不断发生。此外，所 述非水电解质的沸点要高。最后，所述非水电解质的烙点要低。
[0007] 作为具有高沸点和低烙点的非水电解质的溶剂，可W举出环状碳酸醋如碳酸亚丙 醋，及环状醋。
【发明内容】
[0008] -个实施方案的目标是提供具有优异高溫特性和低溫特性的非水电解质电池。
[0009] 根据一个实施方案，提供了包括正电极、负电极、和非水电解质的非水电解质电 池。所述正电极包括正电极活性材料。所述负电极包括在相对于Li/Li+电势为0.4V或更 高电势下吸收和释放裡的负电极活性材料。所述非水电解质溶解于包括在a位由控取代 基取代的丫-下内醋的非水溶剂中。
[0010] 依照上述非水电解质电池，可W得到优异的高溫特性和低溫特性。
【附图说明】
[0011] 图1是依据第一实施方案的示例性平板非水电解质电池的横截面视图；
[0012] 图2是图1中A部分的放大横截面试图；
[0013] 图3是依据第一实施方案的另一个平板非水电解质电池的局部切除透视图；
[0014] 图4是图3中B部分的放大横截面视图；
[0015] 图5是依据第二实施方案的示例性电池组的分解透视图；和
[0016] 图6是图5中电池组的电路框图。
【具体实施方式】
[0017] 下文将参照所附的附图对各实施方案进行说明。
[001引（第一实施方案）
[0019] 将参照图1和2对第一实施方案的非水电解质电池进行更具体的说明。
[0020] 图1给出了第一实施方案的平板非水电解质电池10的横截面视图，及图2给出了 图1中A部分的放大横截面视图。每个图都是用来说明的典型视图。尽管有的部件与实际 电池在形状、尺寸或比例上有所不同，但运些结构设计可W考虑下述说明和已知技术从而 适当改变。
[0021] 平板卷绕电极组1被安装在由一个金属层被夹在两个树脂薄膜中的叠层薄膜所 制成的袋状容器2中。所述平板卷绕电极组1是通过螺旋卷绕并按压一叠层而形成的，其 中负电极3、分隔物4、正电极5、和另一个分隔物4从外侧按此顺序被叠层。所述位于最外 层的负电极3具有如图2所示的构造，其中包含负电极活性材料的层3b形成在负电极电流 收集器3a的一个内侧。另一个负电极3的构造是将包含负电极活性材料的层3b形成在负 电极电流收集器3a的两侧。所述正电极5的构造是将包含正电极活性材料的层化形成在 正电极电流收集器5a的两侧。
[0022] 在所述卷绕电极组1的外周附近，负电极端子6被电连接到所述最外层负电极3 的负电极电流收集器3a上。在所述卷绕电极组1的外周附近，正电极端子7也被电连接到 内侧正电极5的正电极电流收集器5a上。所述负电极端子6和正电极端子7从所述袋状容 器2的开口处突出到外面。例如，液体非水电解质被从所述袋状容器2的开口处注入。通 过将所述袋状容器2的开口热封并将负电极端子6和正电极端子7夹层在中间而将所述卷 绕电极组1及液体非水电解质密封。
[0023] 第一实施方案的非水电解质电池不限于图1和2所示的构造，例如，也可W如图3 和4所示构造。图3是第一实施方案的另一个平板非水电解质电池的局部切除透视图，图 4是图3中B部分的放大横截面视图。
[0024] 叠层电极组11被安置在由叠层薄膜制成的容器12中，在该叠层中金属层被夹在 两个树脂薄膜中。如图4所示，所述叠层电极组11的结构中正电极13和负电极14交替叠 层，且分隔物15被夹在二者之间。有多个正电极13,且运多个正电极中的每一个都包括电 流收集器13a和保持在所述电流收集器13a两个表面上的含正电极活性材料的层13b。有 多个负电极14,且运多个负电极中的每一个都包括电流收集器14a和保持在所述电流收集 器14a两个表面上的含正电极活性材料的层14b。每个负电极14的电流收集器14a的一侧 都从所述正电极13中突出。该突出的电流收集器14a被电连接到带状负电极端子16上。 所述带状负电极端子16的一端被从容器12中拉出。虽然没有显示，但与电流收集器14a 突出侧相反的电流收集器13a的一侧从负电极14中突出。从所述负电极14中突出的电流 收集器13a被电连接到带状正电极端子17上。所述带状正电极端子17的一端被放置在负 电极端子16相反的一侧。带状正电极端子17的一端被从容器12中拉出。
[0025] 下面将详细说明本实施方案中非水电解质电池所用的负电极、正电极、非水电解 质、分隔物、容器、正电极端子、和负电极端子。
[002引（负电极）
[0027]所述负电极3包括负电极电流收集器3a和含有负电极活性材料的层3b。所述含 有负电极活性材料的层3b包括负电极活性材料、导电剂、及粘合剂。所述含有负电极活性 材料的层3b形成在负电极电流收集器3a的一个或两个表面上。
[002引所述含有负电极活性材料的层3b包括在相对于Li/Li+电势为0. 4V或更高电势 下吸收和释放裡的负电极活性材料。将所述活性材料的Li的吸收电势限制在上述范围的 原因将在下面说明。如果对吸收裡离子的电势低于0.4V(相对于Li/LiO的活性材料（该 类活性材料的实例包括石墨、裡金属等）进行重复的大电流输入和输出，金属裡会沉积在 该电极的表面，且该沉积会呈树枝状生长。因此，在大电流输入和输出过程中可能会发生内 部短路。金属裡在电极表面上的沉积可W通过使用Li的吸收电势为0.4V(相对于Li/L0 或更高的活性材料来抑制。从而可W避免在大电流输入输出过程中发生内部短路。因此， 该活性材料的Li吸收电势优选为0. 4V(相对于Li/LiO或更高。该活性材料的Li吸收电 势的上限优选为3V(相对于Li/L0。特别优选的范围是0.4V(相对于Li/LiO或更高及 2V(相对于Li/LiO或更低。
[0029] 能够在0.4V(相对于Li/LiO或更高电势下吸收裡离子的活性材料优选为金属氧 化物、金属硫化物、金属氮化物、或合金。作为金属氧化物，例如，可W举出含铁的金属复合 氧化物、基于锡的氧化物如5址。.4?。.诉3.1和5记1〇3、基于娃的氧化物如510、及基于鹤的氧化 物如W〇3。其中，优选含铁的金属复合氧化物。
[0030] 作为含铁的金属复合氧化物，例如，可W举出在氧化物合成时不含裡的铁系氧化 物，裡-铁氧化物，和裡-铁复合氧化物，其中构成裡-铁氧化物的一部分元素被其它元素 所代替。作为裡-铁氧化物，例如，可W举出具有尖晶石结构的铁酸裡（如Li4hTie〇i2(X为 随充电和放电状态而改变的值，且0《X《如）和斜方儘矿型铁酸裡（如Li2+yTi3〇7(y为随 充电和放电状态而改变的值，且0《y《3))。
[0031]作为铁系氧化物，可W举出Ti〇2和含有Ti及至少一个选自于包含V、Sn、化、Ni、 Co、和化的组中的元素的金属复合氧化物。例如，具有单斜晶体0-型结构的铁复合氧化 物，其是Ti〇2的一种晶体结构，包括Ti〇2度）及通过将Ti〇2度）中的一部分元素用其他元素 (如Li)替换而得到的氧化物。
[0032] 优选具有尖晶石结构的铁酸裡作为负电极活性材料。此外，可W举出正交晶体 0 -型铁复合氧化物、锐铁矿型铁复合氧化物、斜方儘矿型铁酸裡、及含铁氧化物如TiNbzO, 和TizNbzOg作为负电极活性材料。所述负电极活性材料可W包含多种运些含铁氧化物。
[0033] 所述活性材料的形状包括初级粒子或初级粒子聚集的二次粒子。即所述活性材料 可W包括单个的初级粒子和初级粒子聚集的二次粒子。在包括二次粒子和单个初级粒子的 活性材料中，初级粒子的直径最好是0. 1ym-10ym，而二次粒子的直径为1ym-30ym。通 过将初级粒子和二次粒子的直径设定在上述范围内，可W抑制因与非水电解质反应而发生 所述活性材料的降解。更理想的初级粒子的直径范围是0.5ym-3ym。更理想的二次粒子 的直径范围是10ym-20ym。
[0034] 活性材料初级粒子和二次粒子的直径可W通过激光衍射方法测量。所述负电极活 性材料、导电剂和粘合剂的混合比例优选的范围是70-96%重量的负电极活性材料，2-28% 重量的导电剂，和2-28%重量的粘合剂。如果导电剂的量小于2%重量，包含负电极活性材 料的层3b的电流收集性能可能会下降，导致所述非水电解质电池的大电流特性下降。如果 所述粘合剂的量小于2 %重量，包含负电极活性材料的层3b与负电极电流收集器3a之间的 粘结会降低，导致循环特性下降。另一方面，从实现更高容量的角度来看，优选将导电剂和 粘合剂的量分别设定在28%重量或W下。
[0035] 所述