CN105359308A - 非水电解质二次电池 - Google Patents

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Abstract

一种非水电解质二次电池包括电极体、非水电解质、以及电池壳。所述电极体具有阴极和阳极。所述阴极具有阴极活性物质。所述阳极具有阳极活性物质。所述阳极的不可逆容量与所述阴极的不可逆容量之间的关系满足Uc<Ua。其中，Ua是所述阳极的不可逆容量，其是每1g所述阳极活性物质中所述阳极的单位不可逆容量乘以所述阳极活性物质的质量的乘积，并且Uc是所述阴极的不可逆容量，其是每1g所述阴极活性物质中所述阴极的单位不可逆容量乘以所述阴极活性物质的质量的乘积。

Description

非水电解质二次电池
技术领域
本发明涉及非水电解质二次电池。更具体地，本发明涉及包括具有高不可逆容量的阳极的非水电解质二次电池。
背景技术
近年来，诸如锂离子二次电池和镍氢电池的非水电解质二次电池已经被用作便携式电子设备和运输设备的电源。特别地，能够实现高能量密度且重量轻的锂离子二次电池可有利地被用作电动车辆、混合动力车辆等中的高输出动力源。
已经针对此类非水电解质二次电池进行了研究来进一步改善循环特性以提高电池性能。与此相关的特征已在公开号为09-017431的日本专利申请(JP09-017431A)中进行了公开。JP09-017431A指出，通过在阳极中使用上面支撑有特定有机材料的碳材料，可降低不可逆容量，并且可改善循环特性。
发明内容
某些非水电解质二次电池在这样的模式下使用：其中，在电池处于低充电状态(SOC)的同时频繁地重复高速率放电(快速放电)。针对此类使用模式设计的电池的例子包括作为动力源被安装在诸如插电式混合动力车辆的车辆中的电池。然而，非水电解质二次电池在低SOC区域(例如，其中SOC为30％或更低的区域)中呈现出极高的内阻。这意味着难以确保输入-输出特性。
本发明提供这样一种非水电解质二次电池：该非水电解质二次电池能够高水平地同时实现耐久性(例如，循环特性和高温存储特性)和跨过大范围的SOC区域(特别地，在低SOC区域中)的输入-输出特性。
根据本发明的发明人的发现，低SOC区域中内阻的增加主要由阴极导致。更具体地，阴极中的电流在低SOC区域中(在放电的最后阶段期间)显著降低，这意味着电池电压的降低由阴极导致。结果，阴极的反应电阻增加，并且输入-输出特性会劣化。因此，本发明的发明人考虑将用于充电和放电的阴极的电位范围(操作电位)移动到高电位侧。图1是示出本发明的概念的图，其中垂直轴表示电位，水平轴表示容量。此外，(1)是根据比较发明的阳极的图表，(2)是根据本发明的阳极的图表。也就是，本发明的发明人考虑通过将阳极的电位从(1)移动到(2)，这样即使在低SOC区域中也可将阴极的电位保持在高水平，从而降低电池的反应电阻。此外，作为勤奋研究的结果，本发明的发明人发现可借以解决此问题的手段，并从而完成本发明。
根据本发明的一方面的非水电解质二次电池包括电极体、非水电解质和电池壳。所述电极体具有阴极和阳极。所述阴极具有阴极活性物质。所述阳极具有阳极活性物质。每1g所述阳极活性物质中所述阳极的单位不可逆容量处于从15mAh/g到35mAh/g的范围内。所述阳极的不可逆容量与所述阴极的不可逆容量之间的关系满足Uc<Ua。其中，Ua是所述阳极的不可逆容量，其是每1g所述阳极活性物质中所述阳极的单位不可逆容量乘以所述阳极活性物质的质量的乘积，并且Uc是所述阴极的不可逆容量，其是每1g所述阴极活性物质中所述阴极的单位不可逆容量乘以所述阴极活性物质的质量的乘积。所述电池壳容纳所述电极体和所述非水电解质。所述非水电解质二次电池是例如锂离子电池。
根据本发明的一方面，通过将阳极的不可逆容量Ua设定为大于阴极的不可逆容量Uc，阳极的电位(相对于Li/Li+)显示为相对增加。因此，对于相同的电流和电压，与传统阴极相比，放电的最后阶段期间的阴极的电位移动到高电位侧。结果，低SOC区域中电池电压的降低取决于阳极，并且实现优良的输入-输出特性。此外，通过将阳极的单位不可逆容量设定为落在上述范围内，可保持高水平的耐久性(例如，高温存储特性)。这样，可以提供同时呈现低SOC区域中的优良输入-闪存特性和高耐久性的电池。
而且，本说明书中的“单位不可逆容量”表示每1g活性物质的不可逆容量。该值可通过使用这样的方法测量：此方法涉及使用常规的公众可得的双电极型电池单体。例如，当测量阳极(阳极活性材料)的单位不可逆容量时，首先通过将被测量的阳极(阳极活性物质层)切割为规定大小来制备工作电极。接着，通过将该工作电极设置为通过分隔物(separator)而面向金属锂反电极来制备层叠体。然后通过将该层叠体与非水电解质一起容纳在壳中来构造双电极型电池单体。接着，在25℃的温度下，以0.1C的恒定电流对该电池单体充电，直到工作电极与反电极之间的端子电压达到0.01V，接着以恒定电压充电，直到总充电时间达到14小时，然后允许休止10分钟，接下来以0.1C的恒定电流放电，直到工作电极与反电极之间的端子电压达到1.5V。在此，阳极的单位不可逆容量可通过以下方式确定：从第一周期的CCCV充电容量减去第一周期的CC放电容量，然后除以在测量中使用的阳极活性物质的质量。
在根据本发明的一方面的非水电解质二次电池中，所述阳极的充电容量与所述阴极的充电容量的比率满足以下关系：1.2≤Ca/Cc≤1.5。其中，Ca是所述阳极的充电容量，其是每1g所述阳极活性物质中所述阳极的单位充电容量乘以所述阳极活性物质的质量的乘积，并且Cc是所述阴极的充电容量，其是每1g所述阴极活性物质中所述阴极的单位充电容量乘以所述阴极活性物质的质量的乘积。电池中阴极容量与阳极容量的比率直接影响电池的容量(或不可逆容量)以及电池的能量密度，并且根据电池的使用条件(例如，快速充电或放电)，电荷载子可变为固定在阳极的表面上(例如，锂可以沉淀在阳极的表面上)，从而导致热稳定性劣化。通过将阴极和阳极的容量比率设定为落在上述范围内，可保持诸如能量密度的良好电池特性，并且可以令人满意地防止电荷载子变为固定在阳极上。因此，可高水平地展现本发明的操作效果。
而且，本说明书中的“单位充电容量”表示每1g活性物质的充电容量。阳极(阳极活性物质)的单位充电容量可通过以下方式确定：用通过上述双电极型电池单体测量获得的第一周期的CCCV充电容量除以在测量中使用的阳极活性物质的质量。另外，阴极(阴极活性物质)的单位充电容量可通过上述用于阳极的相同方式测量。具体而言，与上述用于阳极的方式相同，首先通过将被测量的阴极(阴极活性物质层)切割为规定大小来制备工作电极。接着，通过将该工作电极设置为通过分隔物而面向金属锂反电极来制备层叠体。然后通过将该层叠体与非水电解质一起容纳在壳中来构造双电极型电池单体。接着，在25℃的温度下，以0.1C的恒定电流对该电池单体充电，直到工作电极与反电极之间的端子电压达到4.2V，接着以恒定电压充电，直到总充电时间达到14小时，然后允许中止10分钟，接下来以0.1C的恒定电流放电，直到工作电极与反电极之间的端子电压达到3.0V。在此，阴极的单位充电容量可通过用第一周期的CCCV充电容量除以在测量中使用的阴极活性物质的质量来确定。
在根据本发明的一方面的非水电解质二次电池中，所述电池壳可具有电流中断装置(CID)，所述电流中断装置被配置为，当所述电池壳内部的压力超过预设的压力时，中断所述非水电解质二次电池的电流。所述非水电解质可包含气体发生剂，所述气体发生剂能够在所述电池的SOC处于从115％到140％的范围内时，通过分解产生气体。当电池处于过充电状态，并且SOC(或氧化电位)达到规定值时，电池中包含的气体发生剂在阴极处发生氧化分解，并且典型地产生氢离子(H+)。此外，这些氢离子扩散到非水电解质中，并且在阳极处被还原，从而产生氢气(H2)。由于电池内部的压力因此而增加，因而使CID工作(deploy)。通过将气体发生剂分解时的SOC设定为落在上述范围内，当过充电发生时，CID迅速工作。此外，在通常使用期间的电阻降低，并且优良的电池特性(循环特性)被长时间地保持。
在根据本发明的一方面的非水电解质二次电池中，所述阳极活性物质可以是颗粒状非晶碳覆石墨，并且所述阳极活性物质的特性满足以下关系：-0.03≤log(R×SBET)≤0.18。其中，R是通过拉曼光谱法测量的所述颗粒状非晶碳覆石墨的R值，并且SBET是使用氮吸附法测量的所述颗粒状非晶碳覆石墨的BET比表面积。通过将阳极活性物质的特性设定为落在上述范围内，可以令人满意地实现阳极的单位充电容量范围(mAh/g)。
而且，本说明书中的“R值”表示在由使用具有514.5nm波长的氩激光器的拉曼光谱法获得的拉曼光谱中，在大约1580cm-1处的拉曼带(G峰)的强度IG相对于在大约1360cm-1处的拉曼带(D峰)的强度ID的比率(R＝ID/IG)。此外，“BET比表面积”表示使用BET法(例如，BET多点法)对所吸附的气体量进行分析而获得的值，其中所吸附的气体量是通过使用氮气(N2)作为被吸附物的气体吸附法(固定容量式吸附法)而测量的。
在根据本发明的一方面的非水电解质二次电池中，所述电极体是扁平卷绕电极体，并且所述卷绕电极体的扁平部的厚度T为20mm或更大。根据本发明的发明人的发现，在其中扁平部的厚度T为20mm或更大的电极体中，过充电期间电极体内的温度差会增加。因此，为解决过充电而设计的措施尤为重要。根据这里公开的特征，可以高水平地同时实现通常使用期间的电池特性和过充电期间的可靠性(抗过充电性)。因此，在电极体厚的情况下，尤其优选使用上述扁平部厚度。此外，本说明书中的“扁平部的厚度T”表示扁平卷绕电极体中扁平部的平均厚度。
如上所述，根据本发明的一方面的非水电解质二次电池高水平地同时实现耐久性和低SOC区域中的输入-输出特性。此外，可以实现高可靠性，从而在过充电发生时正确地使CID工作。因此，根据本发明的一方面的非水电解质二次电池利用这些特性，并且可被有利地用作插电式混合动力车辆、混合动力车辆等的动力源(驱动电源)。
附图说明
下面将参考附图描述本发明的示例性实施例的特征、优点、以及技术和工业意义，在附图中，相同的参考标号表示相同的部件，并且其中：
图1是示出电位与容量之间的关系以解释本发明的概念的说明图；
图2是示出根据一个实施例的非水电解质二次电池的截面结构的示意图；
图3是示出阳极的单位不可逆容量(mAh/g)与容量劣化梯度(％/√(天))之间的关系的图；
图4是示出阳极活性物质的特性(log(R×SBET))与阳极的单位不可逆容量(mAh/g)之间的关系的图；
图5是示出气体发生剂的总量被取为1时CHB的比例与氧化分解开始时的SOC(％)之间的关系的图；
图6是示出气体发生剂的添加量(质量％)与电池的表面温度(℃)之间的关系的图；以及
图7是示出在过充电期间卷绕电极体的温度变化(随时间的变化)的图。
具体实施方式
下面将说明本发明的优选实施例。此外，对于执行本发明所必需的事项以及除了在本说明书中具体描述的事项之外的事项(例如，未作为本发明特征的电池的构成部件，或普通生产工艺)是这样的事项：这些事项可以本领域中的技术人员理解为基于本技术领域中的相关技术的设计事项。本发明可基于本说明书中公开的事项以及本技术领域中的一般技术常识而被执行。
此处公开的非水电解质二次电池具有这样的构造：其中，电极体和非水电解质被容纳在电池壳中。例如，诸如铝的重量轻的金属可优选地被用作电池壳。在优选方面，上述电池壳具有在壳内部的压力增加时工作的CID。这样，可以提供具有优良的抗过充电性的大容量电池。
电极体包括具有阴极活性物质的阴极和具有阳极活性物质的阳极，并且其特征在于：阳极的不可逆容量Ua(mAh)大于阴极的不可逆容量Uc(mAh)(即，Uc<Ua)。这样，放电的最后阶段期间的电池电压降低取决于阳极，并且即使在低SOC区域中，也可以实现高输入-输出特性(参见图1)。此外，“不可逆容量”是从单位不可逆容量(mAh/g)与活性物质的质量(g)的乘积计算出的。因此，阴极和阳极的不可逆容量可通过调整活性物质的单位不可逆容量(即，活性物质的特性)和/或所使用的活性物质的质量来调整。
对阳极不做具体限制，只要其中包含阳极活性物质即可，但是典型地通过将包含阳极活性物质的阳极活性物质层固定在阳极集电体上来获得。此类阳极例如可使用诸如下面描述的方法来制造。首先，通过将阳极活性物质和粘合剂分散在适当的溶剂(例如，水或N-甲基-2-吡咯烷酮)中来制备糊状或浆状组合物。接着，将该组合物施加于阳极集电体的表面，并且通过干燥去除溶剂。这样，可以制成在阳极集电体上具有阳极活性物质层的阳极。由呈现出良好导电性的金属(例如，铜、镍、钛或不锈钢)构成的导电部件可被优选地用作阳极集电体。
可将其每1g物质的单位不可逆容量处于从15mAh/g到35mAh/g的范围内的物质用作阳极活性物质。通过实现比常规产品高的单位不可逆容量，例如，不低于或等于15mAh/g(典型地，不低于或等于16mAh/g，例如不低于或等于20mAh/g，优选地不低于或等于22mAh/g)，可以改善电池的输入-输出特性(尤其是低SOC区域中的输入-输出特性)。然而，根据本发明的发明人的发现，单纯地增加单位不可逆容量可能导致耐久性劣化。图3是示出阳极的单位不可逆容量与容量劣化梯度之间的关系的图形。具体而言，首先使用七种仅在单位不可逆容量方面有区别的阳极活性物质构造锂离子二次电池，然后对这些电池进行循环测试(在25℃下执行1000次循环)。此外，诸如阳极活性物质的质量的其它条件全部相同。推断循环测试后电池的容量，并且根据平方根定律计算容量劣化梯度(％/√(天))。如图3所示，随着阳极的单位不可逆容量增加，容量劣化梯度增加。这是因为，在阳极的单位不可逆容量高的电池中，大量电荷载子被俘获在阳极活性物质内，而且能够用于充电和放电的电荷载子(例如，锂离子)的有效量减少。因此，在此处公开的特征中，单位不可逆容量不高于35mAh/g(典型地不高于34mAh/g)。这样，可以保持或改善电池的耐久性(例如，循环特性或高温存储特性)。因此，此处公开的电池可同时实现耐久性和跨大范围SOC区域的输入-输出特性。
可使用各种方法调整阳极的单位不可逆容量。具体而言，阳极的单位不可逆容量可通过控制拉曼光谱法所测量的R值，以及氮吸附法所测量的BET比表面积SBET(m2/g)来调整。图4示出阳极的单位不可逆容量与上述特性(log(R×SBET))之间的关系。如此处所示，在阳极的特性满足以下关系-0.03≤log(R×SBET)≤0.18的情况下，阳极的单位不可逆容量可被调整为处于从15mAh/g到35mAh/g的范围内的优选值。此外，可通过例如混合诸如下面所示的具有不同石墨化度的两种或更多种(结晶性的)材料来调整R值。此外，可通过例如粉碎或筛选(过滤)来调整SBET值。
对阳极活性物质不做具体限制，只要满足阳极的单位不可逆容量的上述范围内即可，并且可使用能够被用作非水电解质二次电池中的阳极活性物质的一种或多种类型的常规物质。其优选例子包括具有不同结晶度的两种或更多种类型的碳材料(例如，选自石墨、难石墨化的碳(硬碳)、易石墨化的碳(软碳)、碳纳米管等的两种或更多种类型的碳材料)的混合物。其中，可有利地使用非晶碳覆石墨，所述非晶碳覆石墨是通过在石墨表面上形成由非晶碳材料(例如，易石墨化的碳)构成的涂覆膜而获得的。通过用具有高电荷载子存储/释放速度的非晶碳涂覆具有高理论容量的石墨，可以同时实现高能量密度和高输出密度。
此类非晶碳覆石墨可使用常规的公众可得的方法制造。例如，首先制备石墨材料和易石墨化的碳材料作为原材料。石墨材料可以是诸如聚合(aggregated)石墨或片状石墨的天然石墨、通过烧制碳前体而获得的人造石墨、或通过对上述类型的石墨进行诸如粉碎或压制的加工而获得的石墨。此外，易石墨化的碳材料可以是焦炭(沥青焦、石油焦等)、基于中间相沥青的碳纤维、热组分气相生长的碳纤维等。接下来，通过常规的公众可得的方法，例如，诸如化学气相沉积(CVD)的气相法或者液相法或固相法，在石墨材料的表面上沉积易石墨化的碳材料。另外，通过采用烧制来碳化该组合物材料，可以制造非晶碳覆石墨。此外，可通过例如调整所用的原材料的类型、其混合比、烧制温度等来调整R值。
例如，可优选地使用诸如丁苯橡胶(SBR)、聚偏二氟乙烯(PVdF)或聚四氟乙烯(PTFE)的聚合材料作为粘合剂。除了上述材料之外，还可以使用各种添加物(例如，增粘剂、分散剂、导电材料等)，只要不显著破坏本发明的效果即可。例如，可以使用羧甲基纤维素(CMC)、甲基纤维素(MC)等作为增粘剂。
阳极活性物质相对于整个阳极活性物质层的比例应该为大约50质量％或更高，优选地为90到99.5质量％或更高(例如，95到99质量％)。在使用粘合剂的情况下，粘合剂相对于整个阳极活性物质层的比例可以为例如大约0.5到10质量％，优选地为1到5质量％。在使用诸如增粘剂的各种添加物的情况下，添加物相对于整个阳极活性物质层的比例可以为例如大约0.5到10质量％，优选地为1到5质量％。
每个电池使用的阳极活性物质的质量应该被确定为满足上述不可逆容量的关系(Uc<Ua)并实现所需的能量密度。例如，每单位面积的阳极集电体的阳极活性物质的质量可以为每个表面大约5到20mg/cm2(典型地，10到15mg/cm2)。
对阴极不做具体限制，只要其中包含阴极活性物质即可，但是典型地通过将包含阴极活性物质的阴极活性物质层固定在阴极集电体上来获得。此类阴极例如可使用诸如下面描述的方法来制造。首先，通过将阴极活性物质、导电材料和粘合剂分散在适当的溶剂(例如，N-甲基-2-吡咯烷酮)中来制备糊状或浆状组合物。接着，将该组合物施加于阴极集电体的表面，并且通过干燥去除溶剂。这样，可以制成在阴极集电体上具有阴极活性物质层的阴极。由呈现出良好导电性的金属(例如，铝、镍、钛或不锈钢)构成的导电部件可被优选地用作阴极集电体。
对阴极活性物质不做具体限制，可以使用能够被用作非水电解质二次电池中的阴极活性物质的一种或多种常规物质。其优选例子包括层状尖晶石型锂复合氧化物(例如，LiNiO2、LiCoO2、LiFeO2、LiMn2O4、LiNi0.5Mn1.5O4、LiCrMnO4、LiFePO4等)。其中，可优选地使用包含Li、Ni、Co和Mn作为构成元素且具有层状结构(典型地，属于六方晶系的层状岩盐结构)的锂镍钴锰复合氧化物(例如，LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2)，这是因为此类氧化物能够呈现出优良的热稳定性和高能量密度。
例如，诸如碳黑(典型地，乙炔黑或科琴黑)、活性炭、石墨或碳纤维的碳材料可优选地被用作导电材料。例如，诸如基于乙烯基卤化物的树脂(例如聚偏二氟乙烯(PVdF))；或诸如聚环氧乙烷(PEO)的聚环氧烷烃的聚合材料可被优选地用作粘合剂。除了上述材料之外，还可以使用各种添加物(例如，在过充电时产生气体的无机化合物、分散剂、增粘剂等)，只要不显著破坏本发明的效果即可。
阴极活性物质相对于整个阴极活性物质层的比例应该为大约60质量％或更高(典型地，60到99质量％)，优选地为大约70到95质量％。在使用导电材料的情况下，导电材料相对于整个阴极活性物质层的比例可以为大约1到20质量％，优选地为大约2到10质量％。在使用粘合剂的情况下，粘合剂相对于整个阴极活性物质层的比例可以为例如大约0.5到10质量％，优选地为1到5质量％。
每个电池所使用的阴极活性物质的质量应该被确定为满足上述不可逆容量的关系(Uc<Ua)并且实现所需的能量密度。例如，每单位面积的阴极集电体的阴极活性物质的质量可以为每个表面大约5到35mg/cm2(典型地，10到30mg/cm2)。
在此处公开的优选方面中，阳极的充电容量Ca(mAh)与阴极的充电容量Cc(mAh)的比率(Ca/Cc)满足以下关系：1.2≤(Ca/Cc)≤1.5。此外，“充电容量”可根据每1g活性物质的单位充电容量(mAh/g)与活性物质的质量(g)的乘积来计算。通过将该容量比率(Ca/Cc)设定为1.2或更高(典型地，1.25或更高)，可以防止电荷载子在过充电期间变为固定在阳极上(例如，防止锂沉淀在阳极的表面上)。这样，可以获得具有优良的热稳定性的电池。此外，通过将该容量比率(Ca/Cc)设定为1.5或更低(典型地，1.45或更低)，可以在初始充电期间使阳极的电位保持在较低水平，并且还可以有利地在阳极表面上形成由从非水电解质得到的分解产物所构成的膜(所谓的固体电解质界面(SEI)膜)。这样，可以极大地稳定阳极活性物质与非水电解质之间的界面，并且还可以在后续充电和放电期间高度抑制非水电解质的还原分解。因此，此处公开的电池可实现这样的电池：该电池呈现出优良耐久性并且可实现长期高能量密度。
分隔物典型地可被用作绝缘层，用于防止上述阴极与上述阳极之间的直接接触。对分隔物不做具体限制，它可以是将阴极活性物质层与阳极活性物质层绝缘，并且呈现出非水电解质保持功能或关闭功能的任何分隔物。其优选例子包括由诸如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚酯、纤维素和聚酰胺的树脂构成的多孔树脂片(膜)。此类多孔树脂片可具有单层结构或包含两层或更多层的层叠结构(例如，通过在PE层的两个表面上都层叠PP层而获得的三层结构)。
在优选方面中，分隔物具有这样的构造：其中，多孔耐热层被设置在上述多孔树脂片的一个表面或全部两个表面上(典型地，一个表面上)。此类多孔耐热层可以是包含无机材料(例如，诸如氧化铝颗粒的无机填料)和粘合剂的层。或者，此类多孔耐热层可以是包含绝缘树脂颗粒(例如，聚乙烯颗粒、聚丙烯颗粒等)的层。这样，即使在例如因内部短路等导致电池内部温度升高(典型地，升高到160℃或更高，例如200℃或更高)的情况下，分隔物也不会软化或熔化，并且可保持其形状(允许稍微变形)。换言之，优选地，分隔物的熔化温度为160℃或更高(优选地，200℃或更高)。
非水电解质典型地具有这样的构造：其中，支持电解质被溶解或分散在非水溶剂中。对支持电解质不做具体限制，只要其中包含电荷载子(例如，锂离子、钠离子、镁离子等；在锂离子二次电池情况下，为锂离子)即可，而且支持电解质可类似于在普通非水电解质二次电池中使用的支持电解质。例如，在电荷载子为锂离子的情况下，支持电解质的例子包括诸如LiPF6、LiBF4和LiClO4的锂盐。此类支持电解质可以是单一的支持电解质，也可以是两种或多种类型的支持电解质的组合。支持电解质的尤其优选的例子是LiPF6。此外，优选地将支持电解质相对于整体非水电解质的浓度调整为0.7mol/L到1.3mol/L。
对非水溶剂不做具体限制，而且可以是在普通非水电解质二次电池中的电解质溶液中使用的诸如碳酸酯化合物、醚化合物、酯化合物、腈化合物、砜化合物或内酯化合物的有机溶剂。在优选方面中，使用主要由碳酸酯化合物构成的非水溶剂。具体而言，可有利地使用碳酸亚乙酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)等。
在优选方面中，除了上述支持电解质和非水溶剂之外，还包含气体发生剂。气体发生剂是这样的添加物：当电压超过规定值时，该添加物在阴极处发生氧化分解，并产生气体。对气体发生剂不做具体限制，只要它是这样的化合物即可：该化合物具有不低于阴极充电电位的上限的氧化电位(相对于Li/Li+)，并且在该电位被超过的情况(电池处于过充电状态的情况)下通过分解而产生气体。可以使用选自用于类似应用的试剂(agent)的一种或多种试剂。具体而言，气体发生剂可以是芳族化合物，例如联苯化合物、烷基联苯化合物、环烷基苯化合物、烷基苯化合物、有机磷化合物、氟置换的芳族化合物、碳酸酯化合物或芳族烃。此类化合物的更具体的例子(化合物的缩写和这些化合物的近似氧化电位(相对于Li/Li+)在括号中示出)包括联苯(BP；4.4V)、环己基苯(CHB；4.6V)、碳酸甲苯酯(MPhC；4.8V)和邻三联苯(OTP；4.3V)。此外，这些化合物的氧化电位可借助这样的测量方法测量：该测量方法使用常规的公众可得的三电极型电池单体。
应该在考虑了例如阴极活性物质的类型、电池的工作电压、上述容量比率(Ca/Cc)等而决定所使用的气体发生剂的类型。在优选方面中，气体发生剂的氧化电位被调整为使得气体发生剂在电池的SOC不低于115％且不高于140％时分解并产生气体。通过将SOC设定为不低于115％(例如，不低于120％)，可以防止当电池在通常使用条件下工作时气体发生剂发生反应。因此，可以实现高耐久性(例如，优良的循环特性和高温存储特性)。此外，通过将SOC设定为不高于140％，可以在过充电的初始阶段期间快速产生气体。因此，可以使CID快速工作，从而可以提高电池的可靠性。
根据发明人的发现，气体发生剂开始反应时的SOC(反应启动电位，典型地，氧化电位)可通过混合具有不同氧化电位的两种或更多种类型的气体发生剂来调整。例如，图5示出其中使用CHB和BP的情况。在图5中，水平轴示出如果气体发生剂的总量(CHB添加量+BP添加量)被取为为1时CHB的比例，垂直轴示出气体发生剂开始反应时的SOC(％)。也就是，当CHB的比例为0.0时，仅使用BP，当CHB的比例为1.0时，仅使用CHB，而在值处于0.0与1.0之间时，使用CHB和BP的混合物。如此处所示，通过以规定比例混合CHB和BP，气体发生剂开始反应时的SOC可在大约120％与130％之间调整。换言之，反应开始时的氧化电位(相对于Li/Li+)可在大约4.4V与4.6V之间随意调整。类似地，在需要使得气体发生剂开始反应时的SOC超过130％的气体发生剂的情况下，应该额外地使用其氧化电位高于CHB或BP的氧化电位的气体发生剂(例如，MPhC)。在需要使得气体发生剂开始反应时的SOC为120％或更低的气体发生剂的情况下，应该额外地使用其氧化电位低于CHB或BP的氧化电位的气体发生剂(例如，OTP)。这样，通过改变具有不同氧化电位的两种或更多种类型的气体发生剂的混合比，可以相对简单地调整气体发生剂开始反应时的SOC。
在优选方面中，上述阳极与阴极的充电容量比率(Ca/Cc)和气体发生剂开始反应时的SOC(％)满足以下关系：(气体发生剂开始反应时的SOC(％)+5(％))/100≤(Ca/Cc)。更具体地，当使用在例如115％的SOC下开始反应的气体发生剂时，优选地包括5％的裕度(margin)，并且将阳极与阴极的充电容量比率(Ca/Cc)设定为1.20或更高。此外，当使用在140％的SOC下开始反应的气体发生剂时，优选地包括5％的裕度，并且将阳极与阴极的充电容量比率(Ca/Cc)设定为1.45或更高。通过以此方式包括5％(优选地为10％或更高，更优选地为15％或更高)的裕度，可以在非水电解质在阳极处被还原分解之前，优先地在阴极处对气体发生剂进行氧化分解。因此，气体发生剂在过充电期间有效地反应并可快速产生大量气体。
对气体发生剂的添加量不做具体限制，但是从确保足量气体以使防过充电装置工作的角度来看，该添加量相对于100质量％的非水电解质应该为大约0.05质量％或更高，优选地为0.1质量％或更高。然而，由于气体发生剂可以是引起对电池反应的抵抗性的成分，因此，如果气体发生剂的添加量过大，则输入-输出特性会劣化。此外，由于气体发生剂典型地为无极性的，因此在有极性的非水溶剂中会发生层分离。此外，根据本发明的发明人的发现，如果在过充电时瞬间发生氧化分解反应，则电池内部温度会升高。图6是其中水平轴示出气体发生剂的添加量(质量％)且垂直轴示出电池表面温度(℃)的图。具体而言，构造六种类型的电池，其中唯一的区别是气体发生剂的添加量，并且在执行过充电测试时测量电池表面温度。根据发明人的研究，如果电池表面温度超过130℃，则电极体的中心部便会局部地达到至少与分隔物的熔化温度一样高的温度(例如，160℃)，但是这会根据电池容量、电极体厚度等而变化。如果分隔物熔化并且丧失绝缘功能，则阳极与阴极会发生短路，电池内部的温度会升高。从这方面来看，气体发生剂的添加量相对于100质量％的非水电解质为大约5质量％或更低，优选地为4质量％或更低。
尽管并非旨在作为具体限制，下面将通过使用图2示意性示出的非水电解质二次电池(电池单体)作为根据本发明的一个实施例的非水电解质二次电池的配置实例来详细地说明本发明。在下面所示的图中，具有相同动作的构件和部件被赋予相同的参考标号，重复的说明可能被省略或简化。图中示出的尺寸(长度、宽度、厚度等)不一定反映真实尺寸。
图2所示的非水电解质二次电池100具有这样的构造：其中，通过将阴极片10和阳极片20夹着两个分隔物40A和40B以扁平的方式卷绕而获得的电极体(卷绕电极体)80与非水电解质(未示出)一起被容纳在扁平盒状电池壳50中。
电池壳50包括其顶部开放的扁平矩形(盒型)电池壳主体52、以及密封该开口部的盖54。电池壳50的上表面(即，盖54)具有：用于外部连接的阴极端子70，其被电连接到卷绕电极体80的阴极；以及阳极端子72，其被电连接到卷绕电极体80的阳极。盖54还包括安全阀55，其用于将在电池壳50的内部产生的气体释放到电池壳50的外部，释放方式与用于常规的非水电解质二次电池的电池壳相同。
在电池壳50的内部设置电流中断装置30，该电流中断装置30在电池壳内部的压力增加时工作。当电池壳50内部的压力增加时，电流中断装置30切断从电极端子中的至少一个到电极体80的导电路径(例如，充电路径)，对电流中断装置30的形式不做具体限制。例如，在图2所示的方面中，电流中断装置30被设置在阴极端子70(其被固定在盖54上)与电极体80之间，并且被配置为使得当电池壳50内部的压力(气压)增加时，切断阴极端子70与电极体80之间的导电路径。具体而言，上述电流中断装置30可包括例如第一部件32和第二部件34。此外，当电池壳50内部的压力增加时，第一部件32和/或第二部件34(在此情况下是第一部件32)变形，并且与另一部件分离，从而切断上述导电路径。在此方面中，第一部件32是变形的金属板，第二部件34是与上述变形的金属板32接合的连接金属板。变形的金属板(第一部件)32为弧形的，其中弧形的中心部向下弯曲，其周边部经由集电体引线端子35而被连接到阴极端子70的下表面。此外，变形的金属板32的弯曲部33的尖端被接合到连接金属板34的上表面。阴极集电体74被接合到连接金属板34的下表面(背面)，并且该阴极集电体74被连接到电极体80的阴极10。这样，形成从阴极端子70到电极体80的导电路径。
此外，电流中断装置30包括由塑料等形成的绝缘壳38。绝缘壳38被设置为围绕变形的金属板32并且气密地密封变形的金属板32的上表面。电池壳50内部的压力不会作用于该气密地密封的弯曲部33的上表面。此外，绝缘壳38具有影响(impact)变形的金属板32的弯曲部33的开口部，而且弯曲部33的下表面通过该开口部而暴露于电池壳50的内侧。电池壳50内部的压力作用于在电池壳50内侧暴露的弯曲部33的下表面。该电流中断装置30被配置为使得：如果电池壳50内部的压力增加，该压力作用于变形的金属板32的弯曲部33的下表面，并且向下弯曲的弯曲部33被向上推。该弯曲部33被向上推动的程度随着电池壳50内部的压力增加而增加。此外，如果电池壳50内部的压力超过预设的压力，则弯曲部33变为反转的，并且该弯曲部变形为向上弯曲。当弯曲部33以此方式变形时，变形的金属板32与连接金属板34之间的接合36断开。这样，阴极端子70与电极体80之间的导电路径被切断，过充电电流被中断。此外，电流中断装置30不限于阴极端子70侧，也可被设置在阳极端子72侧。另外，电流中断装置30不限于由上述变形的金属板32的变形所导致的机械中断，也可设置例如外部电路，借以通过传感器检测电池壳50内部的压力，并且如果传感器检测到的压力超过预设的压力，则像电流中断装置那样中断充电电流。
扁平卷绕电极体80与非水电解质(未示出)一起被容纳在电池壳50的内部。在初始组装阶段，卷绕电极体80包括长片状阴极(阴极片)10和长片状阳极(阳极片)20。阴极片10包括长型阴极集电体和阴极活性物质层14，该阴极活性物质层14被设置在长型阴极集电体的至少一个表面上(典型地在全部两个表面上)，并且在长型阴极集电体的长度方向上形成。阳极片20包括长型阳极集电体和阳极活性物质层24，该阳极活性物质层24被设置在长型阳极集电体的至少一个表面上(典型地在全部两个表面上)，并且在长型阳极集电体的长度方向上形成。此外，防止阴极活性物质层14与阳极活性物质层24直接接触的绝缘层被设置在阴极活性物质层14与阳极活性物质层24之间。在此，两个长片状分隔物40A和40B被用作上述绝缘层。此类卷绕电极体80可通过以下方式制造：卷绕通过在长度方向上使阴极片10、分隔片40A、阳极片20和分隔片40B以此顺序重叠而获得的层叠体，然后从两侧挤压所获得的卷绕体以形成扁平形状。
通过重叠在阴极集电体的表面上形成的阴极活性物质层14和在阳极集电体的表面上形成的阳极活性物质层24而获得的紧密层叠的卷绕芯部在沿宽度方向的中心部中形成，该宽度方向被规定为从在卷绕电极体80的卷绕轴方向上的一个边到另一个边的方向。此外，阴极片10上未形成阴极活性物质层的部分和阳极片20上未形成阳极活性物质层的部分在卷绕芯部的沿卷绕电极体80的卷绕轴方向上的两个边处从卷绕芯部向外突出。另外，阴极集电体74被设置在阴极侧的突出部上，阳极集电体76被设置在阳极侧的突出部上，阴极端子70被电连接到阳极端子72。
具有该配置的非水电解质二次电池100可通过以下方式构造：通过开口部将卷绕电极体80置于电池壳50中，将盖54附接到电池壳50的开口部上，经由在盖54中设置的电解质引入孔(未示出)引入非水电解质，然后通过焊接等方式密封该引入孔。
此处公开的非水电解质二次电池可高水平地同时实现优良的电池性能和可靠性(抗过充电性)。因此，本发明的优选应用实例包括具有大容量(例如，电池容量为20Ah或更高，典型地25Ah或更高，例如30Ah或更高)的二次电池和具有厚电极体的二次电池(例如，其中卷绕电极体的扁平部的厚度T为10mm或更大(典型地20mm或更大)且小于45mm(典型地40mm或更小)的电池)。根据本发明的发明人的发现，在其中卷绕电极体的扁平部的厚度T为20mm或更大的电极体中，在过充电期间电极体内部的温度差可增加。例如，如图7所示，卷绕电极体的中心部(卷绕芯)与卷绕电极体的周边部(外周)之间的温度差可达到最大为大约20℃。例如，即使电池内部的温度在过充电期间升高并且电极体的周边部中的分隔物达到关闭温度，卷绕电极体中心附近的分隔物也会熔化并且绝缘功能会消失。在这些情况下，由于阴极与阳极之间出现短路，电池温度升高。因此，在此类大尺寸或大容量电池中，为解决过充电而设计的措施(例如，将CID附接到电池壳上)尤为重要。根据此处公开的特征，可以高水平地同时实现通常使用期间的电池特性和过充电期间的可靠性(抗过充电性)。
在优选方面中，通过将电池的能量容量(Wh)除以扁平部的厚度T(mm)而计算出的相对于电极体厚度的能量容量(Wh/mm)为4.4Wh/mm或更低(例如，4.2Wh/mm或更低)。根据发明人的调研，通过设定上述范围，可以在穿刺测试(nailpenetrationtest)中抑制温度(所产生的热量)的升高，并且进一步提高对内部短路的抵抗力。
此处公开的非水电解质二次电池可用于各种应用，但是其特征在于能够实现比常规电池优越的电池特性(例如，能够高水平地同时实现耐久性和跨大范围SOC区域的输入-输出特性)。此外，此处公开的非水电解质二次电池可高水平地同时实现优良的电池性能和可靠性(抗过充电性和抗内部短路性)。因此，通过利用这些特性，此处公开的非水电解质二次电池可被有利地用于需要高能量密度或高输入-输出特性的应用以及需要高可靠性的应用中。此类应用的实例包括被安装到诸如插电式混合动力车辆、混合动力车辆和电动车辆的车辆上的驱动电源。此外，此类二次电池典型地以电池组的形式使用，在该电池组中，多个电池被串联和/或并联连接。
下面将说明与本发明相关的一些工作实例，但是本发明绝不限于这些具体实例。
(锂离子二次电池的构造)首先，制备满足表1所示的关系log(R×SBET)的球形非晶碳覆石墨C1到C10作为阳极活性物质。此外，R表示通过拉曼光谱法获得的R值。此外，SBET表示通过氮吸附法获得的BET比表面积(m2/g)。接下来，通过在离子交换水中以99:0.5:0.5的质量比混合该阳极活性物质、作为粘合剂的丁苯橡胶和作为分散剂的羧甲基纤维素来制备浆状组合物。该组合物被涂覆在厚度为10μm的铜箔(阳极集电体)的两面上，被干燥和压制，从而制造出在阳极集电体上具有阳极活性物质层的阳极片C1到C10。
接下来，测量每1g该阳极活性物质的单位不可逆容量。具体而言，首先将如上所述制造的阳极片C1到C10切割为□45mm×47mm的大小。然后通过将该阳极片放置为通过分隔物(在此，分隔物是在其一面上具有多孔耐热层的聚乙烯分隔物)而面向金属锂片(测量□47mm×49mm)来制造层叠体(电极体)。接着将该层叠体容纳在层叠壳中，而且将非水电解质(在此，非水电解质是通过将作为支持电解质的LiPF6以1.1mol/L的浓度溶解在混合溶剂中而获得的非水电解质，所述混合溶剂包含碳酸亚乙酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)和碳酸甲乙酯(EMC)，其中EC:DMC:EMC体积比为30:40:30)引入该壳中。接着，通过在真空下热密封层叠片中的开口来构造层叠片型双电极电池单体C1到C10。然后在25℃的温度下对电池单体进行诸如上述的充电和放电测试，并且确定阳极的单位不可逆容量(mAh/g)。结果在表1中的相应列中示出。
接下来，通过在N-甲基吡咯烷酮中以94:3:3的质量比混合作为阴极活性物质的LiNi0.38Co0.32Mn0.30O4粉末、作为导电材料的乙炔黑和作为粘合剂的聚偏二氟乙烯来制备浆状组合物。该组合物被涂覆在厚度为15μm的长铝箔(阴极集电体)的两面上，然后被干燥和压制，从而制造出在阴极集电体上具有阴极活性物质层的阴极片。
接下来，测量每1g该阴极活性物质的单位不可逆容量。具体而言，首先将如上所述制造的阴极片切割为□45mm×47mm的大小。然后通过将该阴极片放置为通过分隔物(在此，分隔物是在其一个表面上具有多孔耐热层的聚乙烯分隔物)面向金属锂片(测量□47mm×49mm)来制造层叠体(电极体)。接着将该层叠体容纳在层叠壳中，而且将非水电解质(在此，非水电解质是通过将作为支持电解质的LiPF6以1.1mol/L的浓度溶解在混合溶剂中而获得的非水电解质，所述混合溶剂包含碳酸亚乙酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)和碳酸甲乙酯(EMC)，其中EC:DMC:EMC体积比为30:40:30)引入该壳中。接着，通过在真空下热密封层叠片中的开口来构造层叠片型双电极电池单体。然后在25℃的温度下对电池单体进行诸如上述的充电和放电测试，并且确定阴极的单位不可逆容量(mAh/g)。接着，根据阳极的单位不可逆容量(mAh/g)与阳极活性物质的质量(g)的乘积来计算出上述阳极片C1到C10中阳极的不可逆容量Ua(mAh)。类似地，然后根据上述阴极的单位不可逆容量(mAh/g)与阴极活性物质的质量(g)的乘积来确定上述阴极片中阴极的不可逆容量Uc(mAh)。接着将Ua和Uc进行比较。Ua与Uc之间的大小关系在表1中的相应列中示出。
接下来，通过以下方式层叠如上所述制造的阳极片C1到C10：该方式使得这些阳极片通过两个分隔片面向如上所述制造的阴极片。每个分隔片具有这样的配置：其中，包含氧化铝的耐热层被设置在单层聚乙烯(PE)上。通过在长度方向上卷绕该层叠体，然后从两侧挤压所获得的卷绕层叠体，制造与阳极片C1到C10对应的10种扁平卷绕电极体。计算阴极与阳极的充电容量比率(Ca/Cc)，并且针对每个层叠体测量卷绕电极体的扁平部的厚度(mm)。结果在表1中的相应列中示出。
接下来，将阴极端子和阳极端子附接到电池壳的盖上，并且将这些端子分别焊接到在卷绕电极体的边上暴露的阴极集电体(阴极活性物质层的未涂覆部)和在卷绕电极体的边上暴露的阳极集电体(阳极活性物质层的未涂覆部)上。此外，在阴极端子与卷绕电极体之间设置诸如图2所示的电流中断装置。这样，与引线相连的卷绕电极体通过电池壳的开口部而被置于方形铝电池壳中，然后将盖焊接到开口部上。
接下来，制备非水电解质。也就是，通过将作为支持电解质的LiPF6以1.1mol/L的浓度溶解在混合溶剂中来制备非水电解质，所述混合溶剂包含碳酸亚乙酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)和碳酸甲乙酯(EMC)，其中EC:DMC:EMC体积比为30:40:30，并且通过按照表1所示的比例(质量％)将表1所示的类型的气体发生剂并入非水电解质中来制备这些物质。接着，经由在电池壳的盖中设置的电解质引入孔引入非水电解质，并且气密地密封电池壳的开口部。这样，构造出三个单元，每个单元都是方形锂离子二次电池(实例1到10)。
对如上所述构造的锂离子二次电池进行充电。具体而言，以1C的恒定电流对上述电池充电，直到阴极端子与阳极端子之间的电压达到4.1V(CC充电)，接着以恒定电压充电，直到总充电时间达到2.5小时(CV充电)，然后允许中止10分钟，接下来以1/3C的恒定电流放电，直到阴极端子与阳极端子之间的电压达到3.0V(CC放电)，接着以恒定电压放电，直到总放电时间达到3小时(CV放电)。上述放电容量(CCCV放电容量)被记录为初始容量。此外，通过将此时的能量容量(Wh)除以所测量的电极体的扁平部的厚度(mm)，计算出相对于电极体厚度的能量容量(Wh/mm)。结果在表1中的相应列中示出。
接下来，在25℃的温度下，将上述电池的SOC调整到20％。在25℃的温度下，以10C的放电速率对该电池进行CC放电，直到电压达到3V，测量由放电10秒的时间段内降低的电压量。通过将该电压降(mV)除以对应的电流(mA)而计算IV电阻(mΩ)。结果在表1中的相应列中示出。
如表1所示，实例10在相对低的SOC区域中呈现出高IV电阻值。这被认为是因为阴极的不可逆容量Uc大于阳极的不可逆容量Ua(Uc>Ua)，这意味着放电初始阶段中的电压改变取决于阴极电位。因此可以理解，通过使Uc<Ua，可以实现跨大范围SOC区域(特别地，在低SOC区域中)的优良输入-输出特性。
接下来，在25℃的温度下将上述电池调整到具有85％的SOC的充电状态。将该电池持续100天存储在60℃下的恒温箱内。接下来，以用于上述初始容量的相同方式测量在该高温存储测试之后的电池容量，并且根据[(高温存储后的容量/初始容量)×100]计算容量保持率(％)。结果在表1中的相应列中示出。
如表1所示，实例8的高温存储特性相对较差。这被认为是因为阳极的单位不可逆容量过高。因此可以理解，通过将阳极的单位不可逆容量设定为不高于35mAh/g，可以实现优良的耐久性(例如，高温存储特性)。根据这些结果可以理解，通过将每1g阳极活性物质的阳极单位不可逆容量设定为不低于15mAh/g且不高于35mAh/g，以及通过将阳极的不可逆容量Ua(mAh)和阴极的不可逆容量Uc(mAh)设定为使得Uc<Ua，可以获得同时呈现出高耐久性和在低SOC区域中的优良输入-输出特性的电池。
此外，在25℃的温度下将上述电池调整到具有100％的SOC的充电状态(满充电状态)，然后对其进行过充电测试。在以下操作期间观察该电池的行为：以1C的恒定电流对电池连续充电，直到出现下述(1)到(3)的任一种情况，然后进一步强制充电。(1)SOC达到200％，(2)电池电压(阴极电位与阳极电位之差)达到5V，或者(3)CID工作，并且结果在表1中的相应列中示出。在表1中，其中由于(3)而结束测试的情况(即，其中CID安全地工作的情况)被示出为“o”，这些情况之外的情况被示出为“×”。
如表1所示，实例9不包含气体发生剂，因此CID不工作。此外，CID在实例6或实例7中也不工作。在实例6中，气体发生剂开始反应时的SOC和阴极与阳极之间的充电容量比率(Ca/Cc)不满足以下关系：(气体发生剂开始反应时的SOC+5)/100≤(Ca/Cc)。因此可认为，锂在过充电期间沉淀在阳极的表面上，并且发生非水电解质的还原分解，这意味着气体发生剂很难分解，而且电池内部的压力增加幅度小。而在实例7中，电极体厚，这意味着在电池的内部出现温度不均匀性。因此可认为，发生分隔物的局部熔化，并且在CID工作之前出现结束测试的另一条件。根据这些结果，可以理解，如果气体发生剂开始反应时的SOC和阴极与阳极之间的充电容量比率(Ca/Cc)满足以下关系：(气体发生剂开始反应时的SOC+5)/100≤(Ca/Cc)，则可以获得具有优良的抗过充电性和热稳定性的电池。例如，可理解，如果气体发生剂开始反应时的SOC不低于115％且不高于140％，则满足关系1.2≤(Ca/Cc)≤1.5，并且可以获得具有优良的抗过充电性和热稳定性的电池。
接着，在25℃的温度下将上述电池调整到具有80％的SOC的充电状态，然后对其进行穿刺测试。具体而言，将两个热电偶附接到电池壳的外表面上，然后在25℃的温度下，以20mm/秒的速度将直径(Φ)为6mm、尖端锐度为30°的铁钉直接扎入方形电池壳的近似中心，以使得铁钉穿透电池壳。测量该过程期间的电池温度变化。结果在表1中的相应列中示出。在表1中，其中仅发出烟雾的情况被记录为“o”，且其中观察到温度连续上升的其它情况被记录为“×”。
如表1所示，实例7达到热不稳定状态。这被认为是因为相对于电极体厚度的能量容量高，这意味着温度增加幅度大。
上面详细说明了本发明，但是上面示出的实施例仅作为示例，此处公开的发明包括通过多种多样地修改或改变上面示出的具体实例而获得的实施例。
此处公开的电池的特征在于能够实现跨大范围SOC区域的优良输入-输出特性。因此，通过利用此特征，此处公开的电池可被特别有利地用于需要例如在低SOC区域中的输入-输出特性的应用。此类应用的实例包括用于被安装到诸如插电式混合动力车辆、混合动力车辆和电动车辆的车辆上的电动机的动力源(驱动电源)。

Claims (5)

1.一种非水电解质二次电池，包括：
电极体，其具有阴极和阳极，所述阴极具有阴极活性物质，所述阳极具有阳极活性物质，每1g所述阳极活性物质中所述阳极的单位不可逆容量处于从15mAh/g到35mAh/g的范围内，所述阳极的不可逆容量与所述阴极的不可逆容量之间的关系满足Uc<Ua，
其中Ua是所述阳极的不可逆容量，其是每1g所述阳极活性物质中所述阳极的单位不可逆容量乘以所述阳极活性物质的质量的乘积，并且
Uc是所述阴极的不可逆容量，其是每1g所述阴极活性物质中所述阴极的单位不可逆容量乘以所述阴极活性物质的质量的乘积；
非水电解质；以及
电池壳，其容纳所述电极体和所述非水电解质。
2.根据权利要求1所述的非水电解质二次电池，其中
所述阳极的充电容量与所述阴极的充电容量的比率满足以下关系：1.2≤Ca/Cc≤1.5，
其中Ca是所述阳极的充电容量，其是每1g所述阳极活性物质中所述阳极的单位充电容量乘以所述阳极活性物质的质量的乘积，并且
Cc是所述阴极的充电容量，其是每1g所述阴极活性物质中所述阴极的单位充电容量乘以所述阴极活性物质的质量的乘积。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的非水电解质二次电池，其中
所述电池壳包括电流中断装置，所述电流中断装置被配置为，当所述电池壳内部的压力超过预设的压力时，中断所述非水电解质二次电池的电流，并且
所述非水电解质包含气体发生剂，所述气体发生剂能够在所述电池的SOC处于从115％到140％的范围内时，通过分解产生气体。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的非水电解质二次电池，其中
所述阳极活性物质是颗粒状非晶碳覆石墨，并且所述阳极活性物质的特性满足以下关系：-0.03≤log(R×SBET)≤0.18，
其中R是通过拉曼光谱法测量的所述颗粒状非晶碳覆石墨的R值，并且
SBET是使用氮吸附法测量的所述颗粒状非晶碳覆石墨的BET比表面积。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的非水电解质二次电池，其中
所述电极体是扁平卷绕电极体，并且
所述卷绕电极体的扁平部的厚度为20mm或更大。
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