CN110832677A - 二次电池、电池包、电动车辆、电力储存系统、电动工具以及电子设备 - Google Patents

二次电池、电池包、电动车辆、电力储存系统、电动工具以及电子设备 Download PDF

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Abstract

一种二次电池,具备正极、负极以及电解液,在所述负极中,(A)具备包含负极活性物质和负极导电剂的负极活性物质层,(B)负极活性物质包含多个一次负极活性物质颗粒及多个二次负极活性物质颗粒,(C)负极活性物质包含锂钛复合氧化物,(D)多个一次负极活性物质颗粒的数量相对于多个一次负极活性物质颗粒的数量与二次负极活性物质颗粒的数量的总和所占的比例为95%以上,(E)多个一次负极活性物质颗粒的中值粒径D50为0.1μm以上且1μm以下,(F)负极导电剂包含多个鳞片状碳材料,(G)多个鳞片状碳材料的平均长径比为6以上且8.5以下,(H)负极导电剂的重量相对于负极活性物质层的重量所占的比例为2.5重量%以下。

Description

二次电池、电池包、电动车辆、电力储存系统、电动工具以及电 子设备
技术领域
本技术涉及具备包含负极活性物质及负极导电剂的负极的二次电池以及使用该二次电池的电池包、电动车辆、电力储存系统、电动工具及电子设备。
背景技术
人们广泛使用移动电话等各种电子设备,并期待该电子设备的小型化、轻量化和长寿命化。与此同时,在电源方面,正在推进在小型且轻量的同时能够获得高能量密度的二次电池的开发。
二次电池的用途不限于电子设备,也在研究将其适用于其他用途。其他用途的示例是可拆装地搭载在电子设备等上的电池包、电动汽车等电动车辆、家用电力服务器等电力储存系统以及电钻等电动工具。
具体地,二次电池在具备正极和负极的同时还具备电解液,该负极包含负极活性物质和负极导电剂。由于负极的构成极大地影响电池特性,因此对该负极的构成进行了各种研究。
具体而言,为了获得优异的充电和放电特性并且抑制过充电时的特性劣化,作为负极活性物质使用了钛酸锂(Li4Ti5O12)等锂钛复合氧化物,并且作为负极导电剂使用了人造石墨等碳材料(例如,参照专利文献1和非特許文献1。)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2013-191439号公报
非专利文献
非专利文献1:东芝新闻发布(新型二次电池“SCiB”的产业化),2007年12月11日,http://www.toshiba.co.jp/about/press/2007#12/pr#j1102.htm。
发明内容
搭载了二次电池的电子设备等日益高性能化和多功能化。与此同时,电子设备等的使用频率增加,并且电子设备等的使用环境正在扩大。因此,关于二次电池的电池特性还存在改进的余地。
本技术是鉴于这样的问题点所做出的,其目的在于提供能够获得优异的电池特性的二次电池、电池包、电动车辆、电力储存系统、电动工具以及电子设备。
本技术的一实施方式的二次电池具备正极、负极以及电解液,在负极中,(A)具备包含负极活性物质和负极导电剂的负极活性物质层,(B)负极活性物质包含多个一次负极活性物质颗粒及多个二次负极活性物质颗粒,(C)负极活性物质包含锂钛复合氧化物,该锂钛复合氧化物包含用下面的式(1)~式(3)分别表示的化合物中的至少一种,(D)多个一次负极活性物质颗粒的数量相对于多个一次负极活性物质颗粒的数量与二次负极活性物质颗粒的数量的总和所占的比例为95%以上,(E)多个一次负极活性物质颗粒的中值粒径D50为0.1μm以上且1μm以下,(F)负极导电剂包含多个鳞片状碳材料,(G)多个鳞片状碳材料的平均长径比为6以上且8.5以下,(H)负极导电剂的重量相对于负极活性物质层的重量所占的比例为2.5重量%以下。
Li[LixM1(1-3x)/2Ti(3+x)/2]O4 ……(1)
(M1为镁(Mg)、钙(Ca)、铜(Cu)、锌(Zn)以及锶(Sr)中的至少一种。x满足0≤x≤1/3。)
Li[LiyM21-3yTi1+2y]O4 ……(2)
(M2为铝(Al)、钪(Sc)、铬(Cr)、锰(Mn)、铁(Fe)、锗(Ge)、镓(Ga)以及钇(Y)中的至少一种。y满足0≤y≤1/3。)
Li[Li1/3M3zTi(5/3)-z]O4 ……(3)
(M3为钒(V)、锆(Zr)以及铌(Nb)中的至少一种。z满足0≤z≤2/3。)
本技术的一实施方式的电池包、电动车辆、电力储存系统、电动工具以及电子设备分别具备二次电池,该二次电池具有与上述的本技术的二次电池相同的构成。
这里,“一次负极活性物质颗粒”是指多个颗粒状的负极活性物质中的1次颗粒。另外,“二次负极活性物质颗粒”是指多个颗粒状的负极活性物质中的二次颗粒,是多个1次颗粒的集合(聚集)体。
根据本技术的一实施方式的二次电池,由于负极具备包含负极活性物质和负极导电剂的负极活性物质层,负极活性物质和负极导电剂分别具有上述的构成,因此能够获得优异的电池特性。另外,在本技术的电池包、电动车辆、电力储存系统、电动工具或者电子设备中,也能够获得同样的效果。
此外,这里记载的效果并不受限制,可以是本技术中记载的任何效果。
附图说明
图1是表示本技术的一实施方式的二次电池(圆筒型)的构成的剖视图。
图2是将图1所示的卷绕电极体的构成中的一部分放大表示的剖视图。
图3是表示本技术的一实施方式的其他二次电池(层压膜型)的构成的立体图。
图4是卷绕电极体沿着图3所示的IV-IV线的剖视图。
图5是表示二次电池的适用例(电池包:单电池)的构成的立体图。
图6是表示图5所示的电池包的构成的框图。
图7是表示二次电池的适用例(电池包:组合电池)的构成的框图。
图8是表示二次电池的适用例(电动车辆)的构成的框图。
图9是表示二次电池的适用例(电力储存系统)的构成的框图。
图10是表示二次电池的适用例(电动工具)的构成的框图。
图11是表示试验用的二次电池(硬币型)的构成的剖视图。
具体实施方式
在下文中,将参照附图详细说明本技术的实施方式。此外,说明的顺序如下:
1.二次电池(圆筒型)
1-1.构成
1-2.动作
1-3.制造方法
1-4.作用和效果
2.二次电池(层压膜型)
2-1.构成
2-2.动作
2-3.制造方法
2-4.作用和效果
3.二次电池的用途
3-1.电池包(单电池)
3-2.电池包(组合电池)
3-3.电动车辆
3-4.电力储存系统
3-5.电动工具
<1.二次电池(圆筒型)>
首先,对本技术的一实施方式的二次电池进行说明。
这里说明的二次电池例如是作为电极反应物质使用锂的二次电池,更加具体而言,是利用锂的吸留现象和锂的释放现象来获得电池容量(负极的容量)的锂离子二次电池。该“电极反应物质”是指为了使电极反应(充电和放电反应)进行而使用的物质。
<1-1.构成>
首先,对二次电池的构成进行说明。图1示出二次电池的截面构成,图2将图1所示的卷绕电极体20的截面构成中的一部分放大。
该二次电池例如图1所示,为在圆筒状的电池罐11的内部收容有作为电池元件的卷绕电极体20的圆筒型的二次电池。
具体而言,二次电池例如在电池罐11的内部具备一对绝缘板12、13和卷绕电极体20。
[电池罐]
电池罐11例如具有一端部封闭并且另一端部敞开的中空构造,例如包含铁、铝以及它们的合金等导电性材料中的任一种或两种以上。在电池罐11的表面例如也可以镀有镍等金属材料。
一对绝缘板12、13例如在与卷绕电极体20的卷绕周面垂直的方向上延伸,并且以相互夹持卷绕电极体20的方式配置。
在电池罐11的敞开端部例如经由垫圈17铆接有电池盖14、安全阀机构15以及热敏电阻元件(PTC元件)16。由此,电池罐11被密闭。
电池盖14的形成材料例如与电池罐11的形成材料相同。安全阀机构15和热敏电阻元件16分别设置在电池盖14的内侧,该安全阀机构15经由热敏电阻元件16而与电池盖14电连接。
在该安全阀机构15中,当电池罐11的内压由于内部短路和外部加热等而变为一定水平以上时,圆盘板15A翻转,因此电池盖14与卷绕电极体20的电连接被切断。为了防止大电流引起的异常发热,热敏电阻元件16的电阻随着温度的上升而增加。
垫圈17例如包含绝缘性材料中的任一种或两种以上。在垫圈17的表面例如也可以涂布有沥青等。
[卷绕电极体]
卷绕电极体20例如通过隔膜23将正极21与负极22相互层叠之后、卷绕该正极21、负极22以及隔膜23而形成。在该卷绕电极体20例如含浸有液状的电解质亦即电解液。
在设置于卷绕电极体20的卷绕中心的空间(卷绕中心20C)例如插入有中心销24。不过,也可以省略中心销24。
在正极21连接有正极引线25,该正极引线25例如包含铝等导电性材料中的任一种或者两种以上。该正极引线25例如与安全阀机构15连接,因此与电池盖14电导通。
在负极22连接有负极引线26,该负极引线26例如包含镍等导电性材料中的任一种或两种以上。该负极引线26例如与电池罐11连接,因此与该电池罐11电导通。
[正极]
正极21例如如图2所示,包括正极集电体21A和设置于该正极集电体21A的双面的两个正极活性物质层21B。其中,也可以仅在正极集电体21A的一面设置一个正极活性物质层21B。
(正极集电体)
正极集电体21A例如包含铝、镍以及不锈钢等导电性材料中的任一种或两种以上。该正极集电体21A可以是单层,也可以是多层。
(正极活性物质层)
正极活性物质层21B包含可吸留及释放锂的正极活性物质。正极活性物质的种类可以是一种,也可以是两种以上。不过,正极活性物质层21B还可以包含正极粘结剂及正极导电剂等其他材料中的任一种或两种以上。
(正极活性物质)
正极活性物质例如是含锂化合物。这是因为可得到较高的能量密度。含锂化合物的种类未被特别限制,例如是含锂磷酸化合物及含锂复合氧化物等。
“含锂磷酸化合物”是指包含锂和一种或两种以上的其他元素作为构成元素的磷酸化合物的总称,例如,具有橄榄石型等晶体结构。“含锂复合氧化物”是指包含锂和一种或两种以上其他元素作为构成元素的氧化物的总称,例如,具有层状岩盐型和尖晶石型等中的任一种晶体结构。此外,“其他元素”是指除锂以外的元素。
其他元素的种类未被特别限制,其中,优选是长周期型元素周期表中属于2族~15族的元素。具体地,其他元素例如为镍(Ni)、钴(Co)、锰(Mn)以及铁(Fe)等。这是由于能够获得高电压的缘故。
具有橄榄石型晶体结构的含锂磷酸化合物例如是由下面的式(11)表示的化合物。
LiaM11PO4 ……(11)
(M11为钴(Co)、锰(Mn)、铁(Fe)、镍(Ni)、镁(Mg)、铝(Al)、硼(B)、钛(Ti)、钒(V)、铌(Nb)、铜(Cu)、锌(Zn)、钼(Mo)、钙(Ca)、锶(Sr)、钨(W)以及锆(Zr)中的至少一种。a满足0.9≤a≤1.1。其中,锂的组成根据充电和放电状态而不同,a是完全放电状态的值。)
具有橄榄石型晶体结构的含锂磷酸化合物的具体例是LiFePO4、LiMnPO4、LiFe0.5Mn0.5PO4以及LiFe0.3Mn0.7PO4等。
具有层状岩盐型晶体结构的含锂复合氧化物例如是由下面的式(12)~式(14)分别表示的化合物。
LiaMn(1-b-c)NibM12cO(2-d)Fe ……(12)
(M12为钴(Co)、镁(Mg)、铝(Al)、硼(B)、钛(Ti)、钒(V)、铬(Cr)、铁(Fe)、铜(Cu)、锌(Zn)、锆(Zr)、钼(Mo)、锡(Sn)、钙(Ca)、锶(Sr)以及钨(W)中的至少一种。a~e满足0.8≤a≤1.2,0<b<0.5,0≤c≤0.5,(b+c)<1,-0.1≤d≤0.2以及0≤e≤0.1。其中,锂的组成根据充电和放电状态而不同,a是完全放电状态的值。)
LiaNi(1-b)M13bO(2-c)Fd ……(13)
(M13为钴(Co)、锰(Mn)、镁(Mg)、铝(Al)、硼(B)、钛(Ti)、钒(V)、铬(Cr)、铁(Fe)、铜(Cu)、锌(Zn)、钼(Mo)、锡(Sn)、钙(Ca)、锶(Sr)以及钨(W)中的至少一种。a~d满足0.8≤a≤1.2,0.005≤b≤0.5,-0.1≤c≤0.2以及0≤d≤0.1。其中,锂的组成根据充电和放电状态而不同,a是完全放电状态的值。)
LiaCo(1-b)M14bO(2-c)Fd ……(14)
(M14为镍(Ni)、锰(Mn)、镁(Mg)、铝(Al)、硼(B)、钛(Ti)、钒(V)、铬(Cr)、铁(Fe)、铜(Cu)、锌(Zn)、钼(Mo)、锡(Sn)、钙(Ca)、锶(Sr)以及钨(W)中的至少一种。a~d满足0.8≤a≤1.2,0≤b<0.5,-0.1≤c≤0.2以及0≤d≤0.1。其中,锂的组成根据充电和放电状态而不同,a是完全放电状态的值。)
具有层状岩盐型晶体结构的含锂复合氧化物的具体例是LiNiO2、LiCoO2、LiCo0.98Al0.01Mg0.01O2、LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2、LiNi0.8Co0.15Al0.05O2、LiNi0.33Co0.33Mn0.33O2、Li1.2Mn0.52Co0.175Ni0.1O2以及Li1.15(Mn0.65Ni0.22Co0.13)O2等。
此外,在具有层状岩盐型晶体结构的含锂复合氧化物包含镍、钴、锰以及铝作为构成元素的情况下,该镍的原子比率优选为50原子%以上。这是由于能够获得高能量密度的缘故。
具有尖晶石型晶体结构的含锂复合氧化物例如是由下面的式(15)表示的化合物。
LiaMn(2-b)M15bOcFd ……(15)
(M15是钴(Co)、镍(Ni)、镁(Mg)、铝(Al)、硼(B)、钛(Ti)、钒(V)、铬(Cr)、铁(Fe)、铜(Cu)、锌(Zn)、钼(Mo)、锡(Sn)、钙(Ca)、锶(Sr)以及钨(W)中的至少一种。a~d满足0.9≤a≤1.1,0≤b≤0.6,3.7≤c≤4.1以及0≤d≤0.1。其中,锂的组成根据充电和放电状态而不同,a是完全放电状态的值。)
具有尖晶石型晶体结构的含锂复合氧化物的具体例是LiMn2O4等。
此外,含锂复合氧化物也可以是由下面的式(16)表示的化合物。
(Li2MnO3)x(LiMnO2)1-x ……(16)
(x满足0≤x≤1。其中,锂的组成根据充电和放电状态而不同,x是完全放电状态的值。)
其中,含锂化合物优选为含锂磷酸化合物,更加具体地,优选为式(11)所示的化合物。这是由于含锂磷酸化合物电化学性稳定,因此二次电池的电池特性稳定。由此,二次电池的寿命长期化。
除此之外,正极活性物质例如也可以是氧化物、二硫化物、硫族化物以及导电性高分子等。氧化物例如是氧化钛、氧化钒以及二氧化锰等。二硫化物例如是二硫化钛和硫化钼等。硫族化物例如是硒化铌等。导电性高分子例如是硫、聚苯胺以及聚噻吩等。
(正极粘结剂)
正极粘结剂例如包括合成橡胶和高分子化合物等中的任一种或两种以上。合成橡胶例如是苯乙烯-丁二烯系橡胶、氟系橡胶以及三元乙丙橡胶等。高分子化合物例如是聚偏二氟乙烯和聚酰亚胺等。
(正极导电剂)
正极导电剂例如包含碳材料等导电性材料中的任一种或两种以上。该碳材料例如是石墨、炭黑、乙炔黑以及科琴黑等。另外,正极导电剂只要是导电性材料即可,可以是金属材料及导电性高分子等。
[负极]
负极22例如如图2所示,包括负极集电体22A和设置于该负极集电体22A的双面的两个负极活性物质层22B。其中,也可以仅在负极集电体22A的一面设置一个负极活性物质层22B。
(负极集电体)
负极集电体22A例如包含铜、铝、镍以及不锈钢等导电性材料中的任一种或两种以上。该负极集电体22A可以是单层,也可以是多层。
负极集电体22A的表面优选粗糙化。这是由于利用所谓的锚固效应可改善负极活性物质层22B对负极集电体22A的紧贴性。该情况下,至少在与负极活性物质层22B相对的区域中,负极集电体22A的表面被粗糙化即可。粗糙化的方法例如是利用电解处理来形成微细颗粒的方法等。在电解处理中,在电解槽中利用电解法在负极集电体22A的表面形成微细颗粒,因此在该负极集电体22A的表面设置有凹凸。利用电解法制备的铜箔通常称为电解铜箔。
(负极活性物质层)
负极活性物质层22B包含可吸留及释放锂的负极活性物质、和负极导电剂。负极活性物质的种类可以是一种,也可以是两种以上,并且负极导电剂的种类可以是一种,也可以是两种以上。其中,负极活性物质层22B还可以包含负极粘结剂等其他材料中的任一种或两种以上。
(负极活性物质)
负极活性物质是多个颗粒状。具体地,负极活性物质包含多个一次负极活性物质颗粒及多个二次负极活性物质颗粒。
如上述那样,“一次负极活性物质颗粒”是指多个颗粒状的负极活性物质中的一次颗粒。另外,如上述那样,“二次负极活性物质颗粒”是指多个颗粒状的负极活性物质中的二次颗粒,并且是多个一次颗粒的集合(聚集)体。
该负极活性物质(多个一次负极活性物质颗粒及多个二次负极活性物质颗粒)包含锂钛复合氧化物。具体地,锂钛复合氧化物包含由下面的式(1)~式(3)分别表示的化合物中的任一种或两种以上。此外,多个一次负极活性物质颗粒所包含的锂钛复合氧化物的种类与多个二次负极活性物质颗粒所包含的锂钛复合氧化物的种类可以彼此相同,也可以彼此不同。
Li[LixM1(1-3x)/2Ti(3+x)/2]O4 ……(1)
(M1为镁(Mg)、钙(Ca)、铜(Cu)、锌(Zn)以及锶(Sr)中的至少一种。X满足0≤x≤1/3。)
Li[LiyM21-3yTi1+2y]O4 ……(2)
(M2为铝(Al)、钪(Sc)、铬(Cr)、锰(Mn)、铁(Fe)、锗(Ge)、镓(Ga)以及钇(Y)中的至少一种。y满足0≤y≤1/3。)
Li[Li1/3M3zTi(5/3)-z]O4 ……(3)
(M3为钒(V)、锆(Zr)以及铌(Nb)中的至少一种。z满足0≤z≤2/3。)
以下,将式(1)所示的化合物称为“第一锂钛复合氧化物”,将式(2)所示的化合物称为“第二锂钛复合氧化物”。将式(3)所示的化合物称为“第三锂钛复合氧化物”。另外,将第一锂钛复合氧化物、第二锂钛复合氧化物以及第三锂钛复合氧化物合起来统称为“锂钛复合氧化物”。
锂钛复合氧化物可以仅包含第一锂钛复合氧化物、第二锂钛复合氧化物以及第三锂钛复合氧化物中的任意一种,也可以包含任意的组合的两种,还可以包含全部三种。
第一锂钛复合氧化物的具体例是Li3.75Ti4.875Mg0.375O12等。第二锂钛复合氧化物的具体例是LiCrTiO4等。第三锂钛复合氧化物的具体例是Li4Ti5O12和Li4Ti4.95Nb0.05O12等。
其中,锂钛复合氧化物优选是第三锂钛复合氧化物。这是因为在高负荷充电条件下二次电池被充电时的过电压(后述的负荷电位)下降的缘故。
特别是,锂钛复合氧化物进一步优选包含其他元素中的任一种或两种以上。更加具体地,锂钛复合氧化物优选包含固着于式(1)~式(3)各自所示的化合物中的任一种或两种以上的表面的其他元素。其他元素的种类未被特别限制,是除钛以外的金属元素。具体地,其他元素例如是镁、锌、铝、镓以及铟等,锂钛复合氧化物中的其他元素的含量例如是0.001mol%~5mol%。这是由于在高负荷充电条件下二次电池被充电时的过电压进一步下降的缘故。此外,关于使锂钛复合氧化物含有其他元素的方法,将在后文叙述。
这里,在包含多个一次负极活性物质颗粒及多个二次负极活性物质颗粒的负极活性物质中,使与该多个一次负极活性物质颗粒及多个二次负极活性物质颗粒相关的粒径分布适当化。
具体地,多个一次负极活性物质颗粒的数量相对于多个一次负极活性物质颗粒的数量和多个二次负极活性物质颗粒的数量的总和所占的比例、即粒径比例(%)为95%以上。该粒径比例通过粒径比例(%)=[多个一次负极活性物质颗粒的数量/(多个一次负极活性物质颗粒的数量+二次负极活性物质颗粒的数量)]×100而计算。
因此,多个颗粒状的负极活性物质(多个一次负极活性物质颗粒及多个二次负极活性物质颗粒)中的大部分是多个一次负极活性物质颗粒。这是由于多个一次负极活性物质颗粒彼此易于经由负极粘结剂而粘结,由此负极活性物质层22B相对于负极集电体22A的紧贴力提高,因此该负极活性物质层22B的剥离强度增加的缘由。由此,即使反复充电和放电,负极活性物质层22B也不易从负极集电体22A剥离,并且该负极活性物质层22B不易崩坏,因此放电容量不易减少。
详细而言,由于粒径比例不是足够大,因此在多个一次负极活性物质颗粒的数量过少的情况下,主要是多个二次负极活性物质颗粒彼此经由负极粘结剂而粘结,从而形成负极活性物质层22B。该情况下,经由负极粘结剂而多个二次负极活性物质颗粒彼此粘结的部位(粘结点)的数量未变得足够多,因此该多个二次负极活性物质颗粒彼此变得不易于经由负极粘结剂而充分粘结。另外,由于因负极粘结剂易于侵入二次负极活性物质颗粒的内部而引起该负极粘结剂不易于充分发挥粘结功能,因此多个二次负极活性物质颗粒彼此根本上不易经由负极粘结剂而粘结。由此,负极活性物质层22B相对于负极集电体22A的紧贴力不足,该负极活性物质层22B的剥离强度下降。
相对于此,由于粒径比例足够大,因此在多个一次负极活性物质颗粒的数量足够多的情况下,主要是多个一次负极活性物质颗粒彼此经由负极粘结剂而粘结,由此形成负极活性物质层22B。该情况下,经由负极粘结剂而将多个一次负极活性物质颗粒彼此粘结的部位(粘结点)的数量变得足够多,因此该多个一次负极活性物质颗粒彼此变得易于经由负极粘结剂而充分粘结。而且,由于负极粘结剂不易侵入一次负极活性物质颗粒的内部,因此该负极粘结剂易于充分发挥粘结功能,因此多个一次负极活性物质颗粒彼此变得根本上易于经由负极粘结剂而粘结。由此,负极活性物质层22B相对于负极集电体22A的紧贴力变得足够大,因此确保了该负极活性物质层22B的剥离强度。
该粒径比例例如按照以下进行说明的顺序计算。首先,使用扫描型电子显微镜等来观察负极活性物质层22B的截面。观察范围和观察倍率等条件能够任意地设定。接下来,基于负极活性物质层22B的截面的观察结果(显微镜照片),来数一次负极活性物质颗粒的数量,并且数二次负极活性物质颗粒的数量。最后,计算粒径比例(%)=[多个一次负极活性物质颗粒的数量/(多个一次负极活性物质颗粒的数量+二次负极活性物质颗粒的数量)]×100。此外,为了分别数一次负极活性物质颗粒的数量和二次负极活性物质颗粒的数量,可以通过人力数数,也可以使用图像处理软件等来自动地数数。
另外,在包含多个一次负极活性物质颗粒的负极活性物质中,使该多个一次负极活性物质颗粒的平均粒径适当化。具体地,多个一次负极活性物质颗粒的中值粒径D50为0.1μm~1μm以下。
因此,在如上述那样粒径比例足够大的情况下,进一步,以多个一次负极活性物质颗粒的平均粒径足够小的方式进行设定。这是由于经由负极粘结剂将多个一次负极活性物质颗粒彼此粘结的粘结点的数量更多,因此负极活性物质层22B相对于负极集电体22A的紧贴力进一步提高的缘故。由此,负极活性物质层22B的剥离强度进一步增加。
(其他负极活性物质)
此外,负极活性物质层22B除上述的负极活性物质(多个一次负极活性物质颗粒及多个二次负极活性物质颗粒)以外,还可以包含可以吸留和释放锂的其他负极活性物质中的任一种或两种以上。
其他负极活性物质例如是碳材料。这是由于在锂吸留时及锂释放时碳材料的晶体结构不易变化,因此可稳定地获取高能量密度的缘故。另外,这是由于碳材料也作为负极导电剂发挥功能,因此负极活性物质层22B的导电性提高的缘故。
碳材料例如是易石墨化性碳、难石墨化性碳以及石墨等。其中,优选关于难石墨化性碳的(002)面的面间距为0.37nm以上,并且优选关于石墨的(002)面的面间距为0.34nm以下。
更加具体地,碳材料例如是热解碳类、焦炭类、玻璃状碳纤维、有机高分子化合物烧成体、活性炭以及炭黑类等。该焦炭类包括沥青焦炭、针状焦炭以及石油焦炭等。有机高分子化合物烧成体是在适当的温度下烧成(碳化)酚醛树脂及呋喃树脂等高分子化合物而成的烧成物。除此之外,碳材料例如可以是在约1000℃以下的温度下进行热处理后的低结晶碳,也可以是无定形碳。此外,碳材料的形状可以是纤维状、球状、粒状及鳞片状中的任一种。
另外,其他负极活性物质为金属系材料。该“金属系材料”是包含金属元素和半金属元素中的任一种或两种以上作为构成元素的材料的总称。这是由于能够获得高能量密度的缘故。然而,上述的锂钛复合氧化物被从这里说明的金属系材料去除。
金属系材料可以是单质、合金及化合物中的任一种,或者它们中的两种以上,也可以是其中至少一部分具有它们中的任一种或两种以上的相的材料。然后,这里说明的“合金”中,除了由两种以上的金属元素构成的材料以外,包括包含一种以上的金属元素和一种以上的半金属元素的材料,并且该“合金”还可以包含非金属元素。该金属系材料的组织例如是固溶体、共晶(共熔混合物)、金属间化合物以及它们中的两种以上的共存物等。
金属元素例如是能够与锂形成合金的金属元素中的任一种或两种以上,并且半金属元素例如是能够与锂形成合金的半金属元素中的任一种或两种以上。具体地,金属元素及半金属元素例如为镁(Mg)、硼(B)、铝(Al)、镓(Ga)、铟(In)、硅(Si)、锗(Ge)、锡(Sn)、铅(Pb)、铋(Bi)、镉(Cd)、银(Ag)、锌、铪(Hf)、锆、钇(Y)、钯(Pd)以及铂(Pt)等。
其中,优选硅和锡中的一方或者双方。这是由于硅和锡各自具有易于吸留和释放锂的性质,能够获得显著高的能量密度的缘故。
包含硅和锡中的一方或双方作为构成元素的材料可以是硅的单质,或者是硅的合金,或者是硅的化合物,或者是锡的单质,或者是锡的合金,或者是锡的化合物,或者是它们中的两种以上,或者是至少在一部分中包含它们中的一种或两种以上的相的材料。不过,这里说明的“单质”不过是指一般意义下的单质(可以包含微量的杂质),因此该单质的纯度不一定是100%。
硅的合金例如作为除硅以外的构成元素,包含锡、镍、铜、铁、钴、锰、锌、铟、银、钛、锗、铋、锑以及铬等中的任一种或两种以上。硅的化合物例如作为除硅以外的构成元素,包含碳和氧等中的任一种或两种以上。此外,硅的化合物例如作为除硅以外的构成元素,也可以包含关于硅的合金说明了的一系列的元素中的任一种或两种以上。
硅的合金的具体例和硅的化合物的具体例为SiB4、SiB6、Mg2Si、Ni2Si、TiSi2、MoSi2、CoSi2、NiSi2、CaSi2、CrSi2、Cu5Si、FeSi2、MnSi2、NbSi2、TaSi2、VSi2、WSi2、ZnSi2、SiC、Si3N4、Si2N2O、SiOv(0<v≤2)以及LiSiO等。此外,SiOv中的v也可以是0.2<v<1.4。
锡的合金例如作为除锡以外的构成元素,包含硅、镍、铜、铁、钴、锰、锌、铟、银、钛、锗、铋、锑以及铬等中的任一种或两种以上。锡的化合物例如作为除锡以外的构成元素包含碳和氧等中的任一种或两种以上。此外,锡的化合物例如作为除锡以外的构成元素,也可以包含关于锡的合金说明了的一系列的元素中的任一种或两种以上。
锡的合金和锡的化合物的具体例为SnOw(0<w≤2)、SnSiO3、LiSnO以及Mg2Sn等。
特别是,包含锡作为构成元素的材料例如优选为含锡材料。该“含锡材料”是在包含作为第一构成元素的锡的同时包含第二构成元素及第三构成元素的材料的总称。
第二构成元素例如包括钴、铁、镁、钛、钒、铬、锰、镍、铜、锌、镓、锆、铌、钼、银、铟、铯(Ce)、铪(Hf)、钽、钨、铋以及硅等中的任一种或两种以上。第三构成元素例如包括硼、碳、铝以及磷等中的任一种或两种以上。这是由于能够获得高电池容量和优异的循环特性等的缘故。
其中,含锡材料优选为含锡钴碳材料。该“含锡钴碳材料”是指包含锡、钴及碳作为构成元素的材料的总称。在该含锡钴碳材料中,例如,碳的含量为9.9质量%~29.7质量%、锡及钴的含量比(Co/(Sn+Co))为20质量%~70质量%。这是由于能够获得高能量密度。
含锡钴碳材料具有包含锡、钴以及碳的相,优选该相为低结晶性或无定形。由于该相是可以与锂反应的相(反应相),因此由于该反应相的存在而获得优异的特性。在使用CuKα线作为特定X射线且扫描速度为1°/min的情况下,优选通过该反应相的X射线衍射获得的衍射峰的半值宽度(衍射角2θ)为1°以上。这是由于锂更顺畅地被吸留和释放,并且对电解液的反应性降低。此外,除了低结晶性或无定形的相以外,含锡钴碳材料有时包含含有各构成元素的单质或一部分的相。
通过X射线衍射得到的衍射峰是否是对应反应相的衍射峰,可以通过比较与锂的电化学反应前后的X射线衍射图而容易地判断。例如如果与锂的电化学反应前后衍射峰的位置发生变化,则该衍射峰是对应反应相的衍射峰。该情况下,例如在2θ=20°~50°之间可发现低结晶性或无定形的反应相的衍射峰。该反应相例如包含上述的各构成元素,且可以认为主要由于碳的存在而低结晶化或无定形化。
在含锡钴碳材料中,优选作为构成元素的碳中的至少一部分与作为其他构成元素的金属元素及半金属元素结合。这是由于锡等的聚集被抑制,并且锡等的结晶化也被抑制的缘故。
关于元素的结合状态,例如能够使用X射线光电子分光法(XPS)来进行确认。在市售的装置中,例如,可以使用Al-Kα线或者Mg-Kα线等作为软X射线。当碳中的一部分或全部与金属元素或半金属元素等结合时,碳的1s轨道(C1s)的合成波的峰在低于284.5eV的区域中被检测出。另外,金原子的4f轨道(Au4f)的峰以能够在84.0eV得到所述峰的方式进行了能量校准。
通常,由于物质的表面存在有表面污染碳,因此该表面污染碳的C1s的峰的能量为284.8eV,且该峰被作为能量基准。在XPS测定中,C1s峰的波形以包含起因于表面污染碳的峰和起因于含锡钴碳材料中的碳的峰的状态而获得。因此,例如,通过使用市售的软件进行分析,将两者的峰分开。在波形分析中,将最低结合能侧存在的主峰的位置定义为能量基准(284.8eV)。
该含锡钴碳材料并不限于构成元素仅为锡、钴以及碳。该含锡钴碳材料例如在锡、钴以及碳的基础上,还可以包含硅、铁、镍、铬、铟、铌、锗、钛、钼、铝、磷、镓以及铋等中的任一种或两种以上作为构成元素。
除了含锡钴碳材料以外,还优选含锡钴铁碳材料。该“含锡钴铁碳材料”是指包含锡、钴、铁以及碳作为构成元素的材料的总称。
该含锡钴铁碳材料的组成是任意的。若举一例,在将铁的含量设定为较少时,则碳的含量为9.9质量%~29.7质量%,铁的含量为0.3质量%~5.9质量%,锡和钴的含量比(Co/(Sn+Co))为30质量%~70质量%。另外,在将铁含量设定得较大时,碳的含量为11.9质量%~29.7质量%,锡、钴以及铁的含量比((Co+Fe)/(Sn+Co+Fe))为26.4质量%~48.5质量%,钴与铁的含量比(Co/(Co+Fe))为9.9质量%~79.5质量%。这是由于能够获得高能量密度。
此外,关于含锡钴铁碳材料的物性的详细内容(半值宽度等)例如与关于上述的含锡钴碳材料的物性的详细内容相同。
另外,其他负极活性物质例如也可以是金属氧化物及高分子化合物等。金属氧化物例如是氧化铁、氧化钌以及氧化钼等。高分子化合物例如是聚乙炔、聚苯胺以及聚吡咯等。
此外,负极活性物质层22B例如使用涂布法、气相法、液相法、熔射法以及烧成法(烧结法)等中的任一种或两种以上的方法来形成。
涂布法例如是将负极活性物质与负极粘结剂等的混合物被溶解或分散在有机溶剂等中的溶液涂布于负极集电体22A的方法。气相法例如是物理沉积法和化学沉积法等,更具体地例如是真空蒸镀法、溅射法、离子镀法、激光烧蚀法、热化学气相沉积、化学气相沉积(CVD)法以及等离子化学气相沉积法等。液相法例如是电解电镀法及化学镀法等。熔射法是将熔融状态或半熔融状态的负极活性物质喷射到负极集电体22A的方法。烧成法例如是使用涂布法将溶液涂布于负极集电体22A后,在比负极粘结剂等的熔点高的温度下对溶液进行热处理的方法。具体地,烧成法例如是气氛烧成法、反应烧成法以及热压烧成法等。
在该二次电池中,如上述所示,为了防止在充电中途锂金属无意地析出到负极22的表面,优选能够吸留和释放锂的负极材料的电化学当量比正极的电化学当量大。另外,若完全充电时的开路电压(即,电池电压)为4.25V以上,则与该完全充电时的开路电压为4.20V的情况相比,即使使用相同的正极活性物质但每单位质量的锂的释放量也变多,因此优选考虑该情况的基础上调整正极活性物质的量和负极活性物质的量。由此,能够得到高能量密度。
(负极粘结剂)
关于负极粘结剂的详细内容例如与关于正极粘结剂的详细内容相同。
(负极导电剂)
负极导电剂包含碳材料,更加具体地,包含多个鳞片状碳材料。这是由于因为在负极活性物质层22B的内部易于形成利用了鳞片状碳材料的电子传导路径,因此该负极活性物质层22B的电阻降低的缘故。该“电子传导路径”是指多个一次负极活性物质颗粒间的电子传导路径、多个二次负极活性物质颗粒间的电子传导路径以及多个一次负极活性物质颗粒与多个二次负极活性物质颗粒之间的电子传导路径。
鳞片状碳材料的种类未被特别限制,例如是鳞片状石墨等。这是由于在负极活性物质层22B的内部易于形成电子传导路径,并且该负极活性物质层22B的电阻充分降低的缘故。
这里,在包含鳞片状碳材料的负极导电剂中,该鳞片状碳材料的形状被适当化。
具体地,多个鳞片状碳材料的平均长径比是6~8.5。这是由于因为在负极活性物质层22B的内部更易于形成利用了鳞片状碳材料的电子传导路径,因此该负极活性物质层22B的电阻进一步降低的缘故。另外,这是由于在高负荷充电条件下二次电池被充电的情况的过电压进一步降低的缘故。
该平均长径比例如通过以下进行说明的顺序而计算。首先,使用扫描型电子显微镜等来观察负极活性物质层22B的截面。观察范围及观察倍率等的条件能够任意地设定。接下来,基于负极活性物质层22B的截面的观察结果(显微镜照片),针对每个鳞片状碳材料分别测定长轴尺寸及短轴尺寸,计算长径比=长轴尺寸/短轴尺寸。该情况下,将长径比的计算次数设为100次、即计算长径比的鳞片状碳材料的个数设为100个。此外,为了分别测定长轴尺寸及短轴尺寸,可以通过人力进行测定,也可以使用图像处理软件等来自动地测定。最后,通过计算100个长径比的平均值,来求出平均长径比。
另外,在作为负极导电剂包含多个鳞片状碳材料的负极活性物质层22B中,该负极导电剂的含量被适当化。
具体地,负极导电剂的重量相对于负极活性物质层22B的重量所占的比例、即重量比例(重量%)为2.5重量%以下,优选为2重量%以下。这是由于因为易于在负极活性物质层22B的内部进一步形成利用了鳞片状碳材料的电子传导路径,因此该负极活性物质层22B的电阻进一步下降的缘故。另外,是由于在高负荷充电条件下二次电池被充电的情况的过电压进一步降低的缘故。该重量比例通过重量比例(%)=(负极导电剂的重量/负极活性物质层22B的重量)×100而计算。重量比例的下限值未被特别限制,例如为0.1重量%。
此外,负极导电剂在上述的鳞片状碳材料的基础上,还可以包含其他导电性材料中的任一种或两种以上。关于其他导电性材料的详细内容例如与关于正极导电剂的详细内容(导电性材料)相同。
[隔膜]
如图2所示,隔膜23例如夹设在正极21与负极22之间。由此,隔膜23一边防止由于正极21与负极22的接触而引起的电流的短路一边使锂离子通过。
该隔膜23例如包括合成树脂和陶瓷等多孔质膜中的任一种或两种以上,也可以是两种以上的多孔质膜的层压膜。合成树脂例如是聚四氟乙烯、聚丙烯以及聚乙烯等。
特别是,隔膜23例如也可以包括上述的多孔质膜(基材层)和设置在该基材层的单面或双面的高分子化合物层。这是由于因为隔膜23相对于正极21的紧贴性提高,并且隔膜23相对于负极22的紧贴性提高,因此抑制卷绕电极体20的变形的缘故。由此,由于抑制了电解液的分解反应,并且也抑制了含浸在基材层中的电解液的漏液,因此即使反复充电和放电,电阻也不易上升,并且抑制了电池膨胀。
高分子化合物层例如包含聚偏氟乙烯等高分子化合物中的任一种或两种以上。这是由于物理强度优异,并且电化学性稳定的缘故。在形成该高分子化合物层的情况下,例如在基材层上涂布将高分子化合物溶解于有机溶剂等而得到的溶液之后,使该基材层干燥。另外,例如也可以在将基材层浸渍在溶液中之后,使该基材层干燥。
此外,高分子化合物层例如也可以包含无机颗粒等绝缘性颗粒中的任一种或两种以上。无机颗粒的种类例如是氧化铝和氮化铝等。
[电解液]
电解液包含溶剂及电解质盐。其中,电解液还可以包含添加剂等其他材料中的任一种或两种以上。
(溶剂)
溶剂包含机溶剂等非水溶剂中的任一种或两种以上。包含非水溶剂的电解液是所谓的非水电解液。
非水溶剂例如是环状碳酸酯、链状碳酸酯、内酯、链状羧酸酯以及腈(单腈)等。这是由于能够获得优异的电池容量、循环特性以及保存特性等。
环状碳酸酯例如是碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯以及碳酸亚丁酯等。链状碳酸酯例如是碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯以及碳酸甲丙酯等。内酯例如是γ-丁内酯和γ-戊内酯等。链状羧酸酯例如是乙酸甲酯、乙酸乙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丁酸甲酯、异丁酸甲酯、三甲基乙酸甲酯以及三甲基乙酸乙酯等。腈例如是乙腈、甲氧基乙腈和3-甲氧基丙腈等。
另外,非水溶剂例如也可以是1,2-二甲氧基乙烷、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、四氢吡喃、1,3-二氧戊环、4-甲基-1,3-二氧戊环、1,3-二噁烷、1,4-二噁烷、N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮、N-甲基噁唑烷酮、N,N’-二甲基咪唑啉酮、硝基甲烷、硝基乙烷、环丁砜、磷酸三甲酯以及二甲基亚砜等。这是由于能够获得同样的优点。
其中,优选非水溶剂包含环状碳酸酯和链状碳酸酯中的一方或双方,更加具体地,优选包含碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯以及碳酸甲乙酯等中的任一种或两种以上。这是由于能够获得高电池容量、优异的循环特性以及优异的保存特性等。
特别是,优选非水溶剂包含环状碳酸酯和链状碳酸酯双方,更加具体地,更加优选碳酸亚乙酯及碳酸亚丙酯等高粘度(高介电常数)溶剂(例如,相对介电常数ε≥30)与碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯及碳酸二乙酯等低粘度溶剂(例如,粘度≤1mPa·s)的组合。这是由于电解质盐的离解性和离子迁移率提高的缘故。
其中。环状碳酸酯优选为碳酸亚丙酯。这是由于因为熔点较低,因此能够在低温环境中使二次电池动作的缘故。另外,链状碳酸酯优选不是碳酸二乙酯,更加具体地优选为碳酸二甲酯和碳酸甲乙酯。这是由于因为粘度较低,因此电解质盐的离解性及离子迁移率提高的缘故。另外,这是由于能够得到与上述的碳酸亚丙酯同样的优点的缘故。
另外,非水溶剂例如为不饱和环状碳酸酯、卤化碳酸酯、磺酸酯、酸酐、双氰基化合物(二腈化合物)、二异氰酸酯化合物、磷酸酯以及具有碳碳三键的链状化合物等。这是由于电解液的化学稳定性提高的缘故。
不饱和环状碳酸酯是具有一个或两个以上不饱和键(碳碳双键或碳碳三键)的环状碳酸酯。该不饱和环状碳酸酯例如可以是碳酸亚乙烯酯系化合物、碳酸乙烯基亚乙酯系化合物以及碳酸亚甲基亚乙酯系化合物等。
碳酸亚乙烯酯系化合物的具体例是碳酸亚乙烯酯(1,3-二氧杂环戊烯-2-酮)、碳酸甲基亚乙烯酯(4-甲基-1,3-二氧杂环戊烯-2-酮)、碳酸乙基亚乙烯酯(4-乙基-1,3-二氧杂环戊烯-2-酮)、4,5-二甲基-1,3-二氧杂环戊烯-2-酮、4,5-二乙基-1,3-二氧杂环戊烯-2-酮、4-氟-1,3-二氧杂环戊烯-2-酮以及4-三氟甲基-1,3-二氧杂环戊烯-2-酮等。
碳酸乙烯基亚乙酯系化合物的具体例为碳酸乙烯基亚乙酯(4-乙烯基-1,3-二氧戊环-2-酮)、4-甲基-4-乙烯基-1,3-二氧戊环-2-酮、4-乙基-4-乙烯基-1,3-二氧戊环-2-酮、4-n-丙基-4-乙烯基-1,3-二氧戊环-2-酮、5-甲基-4-乙烯基-1,3-二氧戊环-2-酮、4,4-二乙烯基-1,3-二氧戊环-2-酮以及4,5-二乙烯基-1,3-二氧戊环-2-酮等。
碳酸亚甲基亚乙酯系化合物的具体例为碳酸亚甲基亚乙酯(4-亚甲基-1,3-二氧戊环-2-酮)、4,4-二甲基-5-亚甲基-1,3-二氧戊环-2-酮以及4,4-二乙基-5-亚甲基-1,3-二氧戊环-2-酮等。
其中,碳酸亚乙烯酯系化合物优选为碳酸亚乙烯酯。碳酸乙烯基亚乙酯系化合物优选为碳酸乙烯基亚乙酯。碳酸亚甲基亚乙酯系化合物优选为碳酸亚甲基亚乙酯。即,不饱和环状碳酸酯优选包含碳酸亚乙烯酯、碳酸乙烯基亚乙酯以及碳酸亚甲基亚乙酯中的任一种或两种以上。这是由于电解液的化学稳定性进一步提高的缘故。
非水溶剂中不饱和环状碳酸酯的含量没有特别限制,但例如为0.001重量%~2.5重量%。这是由于电解液的化学稳定性充分提高的缘故。
卤化碳酸酯是包含一个或两个以上卤素作为构成元素的环状或链状碳酸酯。在卤化碳酸酯包含两个以上卤素作为构成元素的情况下,该两个以上的卤素的种类可以仅为一种,也可以是两种以上。环状卤化碳酸酯例如是4-氟-1,3-二氧戊环-2-酮和4,5-二氟-1,3-二氧戊环-2-酮等。链状卤化碳酸酯例如是碳酸氟甲基甲酯、碳酸二(氟甲基)酯和碳酸二氟甲基甲酯等。非水溶剂中卤化碳酸酯的含量没有特别限制,例如为0.01重量%~50重量%。
磺酸酯例如是单磺酸酯和二磺酸酯等。非水溶剂中磺酸酯的含量没有特别限制,例如为0.01重量%~10重量%。
单磺酸酯可以是环状单磺酸酯,也可以是链状单磺酸酯。环状单磺酸酯例如是1,3-丙烷磺内酯和1,3-丙烯磺内酯等磺内酯。链状单磺酸酯例如是环状单磺酸酯中途被切断的化合物等。二磺酸酯可以是环状二磺酸酯,也可以是链状二磺酸酯。
酸酐例如是羧酸酐、二磺酸酐以及羧酸磺酸酐等。羧酸酐例如是琥珀酸酐、戊二酸酐以及马来酸酐等。二磺酸酐例如是乙二磺酸酐和丙二磺酸酐等。羧酸磺酸酐例如是磺基苯甲酸酐、磺基丙酸酐以及磺基丁酸酐等。非水溶剂中酸酐的含量没有特别限制,例如是0.5重量%~5重量%。
二腈化合物例如是用NC-R1-CN(R1是亚烷基和亚芳基中的任一种。)表示的化合物。该二腈化合物例如是丁二腈(NC-C2H4-CN)、戊二腈(NC-C3H6-CN)、己二腈(NC-C4H8-CN)以及邻苯二甲腈(NC-C6H4-CN)等。非水溶剂中二腈化合物的含量没有特别限制,例如是0.5重量%~5重量%。
二异氰酸酯化合物例如是用OCN-R2-NCO(R2是亚烷基和亚芳基中的任一种。)表示的化合物。该二异氰酸酯化合物例如是六亚甲基二异氰酸酯(OCN-C6H12-NCO)等。非水溶剂中二异氰酸酯化合物的含量没有特别限制,例如是0.5重量%~5重量%。
磷酸酯例如是磷酸三甲酯和磷酸三乙酯等。非水溶剂中磷酸酯的含量没有特别限制,例如是0.5重量%~5重量%。
具有碳碳三键的链状化合物是具有一个或者两个以上碳碳三键(-C≡C-)的链状的化合物。具有该碳碳三键的链状化合物例如是甲基羧酸丙炔酯(CH≡C-CH2-O-C(=O)-O-CH3)和甲基磺酸丙炔酯(CH≡C-CH2-O-S(=O)2-CH3)等。非水溶剂中具有碳碳三键的链状化合物的含量没有特别限制,例如是0.5重量%~5重量%。
(电解质盐)
电解质盐例如包含锂盐等盐中的任一种或两种以上。然而,电解质盐例如也可以包含除锂盐以外的盐。该除锂以外的盐例如是锂以外的轻金属的盐等。
锂盐例如是六氟磷酸锂(LiPF6)、四氟硼酸锂(LiBF4)、高氯酸锂(LiClO4)、六氟砷酸锂(LiAsF6)、四苯基硼酸锂(LiB(C6H5)4)、双(氟磺酰基)氨基锂(LiN(SO2F)2)、双(三氟甲磺酰基)氨基锂(LiN(CF3SO2)2)、甲磺酸锂(LiCH3SO3)、三氟甲磺酸锂(LiCF3SO3)、四氯铝酸锂(LiAlCl4)、六氟硅酸二锂(Li2SiF6)、盐化锂(LiCl)以及溴化锂(LiBr)等。这是由于能够得到优异的电池容量、循环特性以及保存特性等。
其中,优选六氟磷酸锂、四氟硼酸锂、高氯酸锂以及六氟砷酸锂中的任一种或两种以上,更加优选六氟磷酸锂。这是由于内部电阻降低的缘故。
电解质盐的含量没有特别限制,其中,优选相对于溶剂为0.3mol/kg~3.0mol/kg。这是由于能够得到高离子电导性的缘故。
<1-2.动作>
接着,关于二次电池的动作进行说明。该二次电池例如像以下那样动作。
在充电时,从正极21释放锂离子,并且该锂离子经由电解液而被吸留在负极22中。另一方面,在放电时,从负极22释放锂离子,并且该锂离子经由电解液而被吸留正在正极21中。
<1-3.制造方法>
接着,关于二次电池的制造方法进行说明。该二次电池例如通过以下的顺序制造。
此外,关于负极活性物质(多个一次负极活性物质颗粒及多个二次负极活性物质颗粒)和负极导电剂(多个鳞片状碳材料)各自的详细内容已经进行了说明,因此,以下,省略其说明。
在制作正极21的情况下,首先,将正极活性物质、正极粘结剂以及正极导电剂等混合后,对该混合物进行搅拌,由此形成正极合剂。接着,将正极合剂投入到机溶剂等中后,对该有机溶剂进行搅拌,由此制备糊状的正极合剂浆料。最后,对正极集电体21A的双面涂布正极合剂浆料后,使该正极合剂浆料干燥,由此形成正极活性物质层21B。之后,可以使用辊压机等将正极活性物质层21B压缩成形。在该情况下,可以将正极活性物质层21B加热,也可以反复多次压缩成形。
在制作负极22的情况下,通过与上述的正极21的制造步骤相同的步骤,在负极集电体22A的双面形成负极活性物质层22B。具体地,将包含锂钛复合氧化物的负极活性物质、负极导电剂以及负极粘结剂等混合后,对该混合物进行搅拌,由此形成负极合剂。接着,将负极合剂投入到有机溶剂等后,对该有机溶剂等进行搅拌,由此制备糊状的负极合剂浆料。最后,将负极合剂浆料涂布于负极集电体22A的双面后,使该负极合剂浆料干燥。
这里,在准备负极合剂前的阶段的负极活性物质中,多个二次负极活性物质颗粒的数量十分多,因此粒径比例也可以小于95%。这是由于负极活性物质的堆积密度增加,因此该负极活性物质的处理性提高的缘故。该情况下,通过调整负极合剂的准备所需的时间、即负极活性物质与负极导电剂等的混合所需的时间,从而在负极合剂准备时多个二次负极活性物质颗粒解聚(一次颗粒化)。具体地,由于负极合剂的准备所需的时间越长,则越促进解聚,因此粒径比例增加。由此,在负极合剂中,由于多个一次负极活性物质颗粒的数量变得十分多,因此粒径比例变成95%以上。此外,关于解聚的程度,例如,能够基于负极活性物质层22B的剥离强度来确认。除此之外,例如,也能够基于负极合剂的硬度来确认解聚的程度。
此外,在使锂钛复合氧化物含有其他元素的情况下,将式(1)~式(3)分别所示的化合物中的任一种或两种以上的粉末与供给源材料中的任一种或两种以上进行混合后,对该混合物进行热处理。该“供给源材料”是指成为其他元素的供给源的材料。
供给源材料的种类只要是包含其他元素作为构成元素并且能够根据热处理而扩散的材料,则没有特别限制,例如是包含其他元素的氧化物、包含其他元素的氢氧化物以及包含其他元素的金属盐化合物等。关于供给源材料的详细内容如以下那样。在其他元素为镁的情况下的供给源材料例如是乙酸镁(Mg(CH3COO)2)等。其他元素为锌的情况下的供给源材料例如是乙酸锌(Zn(CH3COO)2)等。其他元素为铝的情况下的供给源材料例如是乙酸铝(Al(CH3COO)3)等。其他元素为镓的情况下的供给源材料例如是乙酸镓(Ga(CH3COO)3)等。其他元素为铟的情况下的供给源材料例如是乙酸铟(In(CH3COO)3)等。其中,并不限于乙酸盐,也可以是硫酸盐等。
混合方法可以是干式混合法,也可以是湿式混合法。在干式混合法中,例如,使用涂料搅拌机、亨舍尔搅拌机、超声波分散装置、均质机、乳钵、球磨机、离心式球磨机、行星式球磨机、振动球磨机、磨碎型高速球磨机、珠磨机以及辊轧机等中的任一种或两种以上。在湿式混合法中,例如,将锂复合氧化物和供给源材料投入到水性溶剂等溶剂后,对该溶剂进行搅拌,由此制备浆料。水性溶剂例如除纯水以外,是甲醇、乙醇以及异丙醇等醇类。其中,混合方法优选是湿式混合法。这是由于其他元素易于在锂复合氧化物中扩散,因此该其他元素易于均匀地分布的缘故。
此外,在湿式混合法中,也可以事先制备通过溶剂使供给源材料溶解的溶液后,使用该溶液。另外,在使用湿式混合法的情况下,也可以通过在进行热处理之前使溶剂蒸发,由此将该溶剂去除。
与热处理相关的处理温度和处理时间等条件没有特别限制,因此能够任意地设定。通过该热处理,在锂复合氧化物中固着(牢固地附着)有其他元素。
在组装二次电池的情况下,首先,利用焊接法等来将正极引线25安装于正极集电体21A,并且利用焊接法等来将负极引线26安装于负极集电体22A。接着,经由隔膜23而使正极21与负极22相互层压后,使该正极21、负极22以及隔膜23卷绕,由此形成卷绕体。接着,向卷绕体的卷绕中心20C插入中心销24。
接着,一边使用一对绝缘板12、13来夹持卷绕体,一边将该卷绕体收纳于电池罐11的内部。该情况下,利用焊接法等来将正极引线25安装于安全阀机构15,并且利用焊接法等来将负极引线26安装于电池罐11。接着,向电池罐11的内部注入电解液。由此,由于电解液含浸在卷绕体中,因此形成卷绕电极体20。最后,经由垫圈17而对电池罐11的开口端部铆接电池盖14、安全阀机构15以及热敏电阻元件16。
由此,由于在电池罐11的内部封入有卷绕电极体20,因此圆筒型二次电池完成。
<1-4.作用和效果>
根据该圆筒型二次电池,负极22作为负极活性物质包含多个一次负极活性物质颗粒及多个二次负极活性物质颗粒(锂钛复合氧化物),并且作为负极导电剂包含多个鳞片状碳材料。另外,关于负极活性物质的构成(粒径比例和中值粒径D50)和负极导电剂的构成(平均长径比和重量比例),分别满足上述的条件。该情况下,如上述那样,由于负极活性物质层22B的剥离强度增加,因此即使反复充电和放电,放电容量也不易减少。而且,在负极活性物质层22B的内部,易形成利用了鳞片状碳材料的电子传导路径,因此该负极活性物质层22B的电阻降低,并且即使在高负荷充电条件下二次电池被充电过电压也降低。由此,能够得到优异的电池特性。
特别是,若锂钛复合氧化物包含镁等其他元素,该锂钛复合氧化物中的其他元素的含量为0.001mol%~5mol%,则上述的过电压进一步降低,因此能够获得更高的效果。
另外,若鳞片状碳材料包含鳞片状石墨,则在负极活性物质层22B的内部易形成电子传导路径,并且该负极活性物质层22B的电阻充分下降,因此能够获得更高的效果。
另外,若正极21作为正极活性物质包含含锂磷酸化合物,则二次电池的电池特性稳定,由于该二次电池的寿命长期化,因此能够获得更高的效果。
另外,若电解液包含环状碳酸酯和链状碳酸酯,该环状碳酸酯包含碳酸亚丙酯并且链状碳酸酯包含碳酸二甲酯和碳酸甲乙酯,则可获得关于电解质盐的离解性以及离子的电导率提高等的优点,因此能够获得更高的效果。
另外,若电解液包含不饱和环状碳酸酯,该不饱和环状碳酸酯包含碳酸亚乙烯酯等,则电解液的化学稳定性提高,因此能够获得更高的效果。该情况下,若电解液中的不饱和环状碳酸酯的含量为0.001重量%~2.5重量%,则电解液的化学稳定性进一步提高,因此能够进一步获得高的效果。
<2.二次电池(层压膜型)>
接下来,关于本技术的一个实施方式的另一二次电池进行说明。在以下的说明中,随时引用已经说明的圆筒型的二次电池的构成要素。
图3表示另一二次电池的立体构成,并且图4将卷绕电极体30的沿着图3所示的IV-IV线的截面构成放大。此外,在图3中,示出卷绕电极体30与外包装部件40相互分离的状态。
<2-1.构成>
如图3所示,二次电池例如是在具有柔软性(或者挠性)的膜状的外包装部件40的内部收容有作为电池元件的卷绕电极体30的层压膜型二次电池。
[外包装部件]
如图3所示,外包装部件40例如是可向箭头R的方向折叠的一张膜,在该外包装部件40的一部分设置有用于收纳卷绕电极体30的凹陷40U。
该外包装部件40例如是将熔接层、金属层、表面保护层依次层压而成的层压膜型。在二次电池的制造工序中,例如,如后述那样,以熔接层彼此隔着卷绕电极体30而相互相对的方式将外包装部件40折叠后,对该熔接层的外周缘部彼此进行熔接。
熔接层例如包括聚乙烯和聚丙烯等膜中的任一种或两种以上。金属层例如包括铝箔等中的任一种或两种以上。表面保护层例如包括尼龙和聚对苯二甲酸乙二醇酯等膜中的任一种或两种以上。
其中,外包装部件40优选为依次层压有聚乙烯膜、铝箔以及尼龙膜的铝层压膜。
不过,外包装部件40例如也可以是具有其他层压构造的层压膜。另外,外包装部件40也可以例如为两张膜,该两张膜例如经由粘接剂而相互贴合。除此之外,外包装部件40例如可以是聚丙烯等单层的高分子膜,也可以是铝等单层的金属箔。
[卷绕电极体]
如图4所示,卷绕电极体30例如通过经由隔膜35和电解质层36而将正极33与负极34相互层压之后,卷绕该正极33、负极34、隔膜35以及电解质层36而形成。卷绕电极体30的最外周部例如由保护胶带37保护。
在正极33连接有正极引线31,该正极引线31被从外包装部件40的内部向外部导出。该正极引线31例如包含铝等导电性材料中的任一种或两种以上。正极引线31的形状例如是薄板状或网眼状。
在负极34连接有负极引线32,该负极引线32被从外包装部件40的内部向外部导出。负极引线32的导出方向例如与正极引线31的导出方向相同。该负极引线32例如包含铜、镍以及不锈钢等导电性材料中的任一种或两种以上。负极引线32的形状例如与正极引线31的形状相同。
在外包装部件40与正极引线31之间,例如为了防止外部空气的侵入而插入有紧贴膜41。该紧贴膜41例如包含相对于正极引线31具有紧贴性的材料中的任一种或两种以上,更加具体地,包含聚烯烃树脂等。该聚烯烃树脂例如是聚乙烯、聚丙烯、改性聚乙烯以及改性聚丙烯等中的任一种或两种以上。
在外包装部件40与负极引线32之间,例如插入有具有与紧贴膜41同样功能的紧贴膜42。紧贴膜42的形成材料例如与紧贴膜41的形成材料相同。
[正极、负极、隔膜以及电解液]
正极33例如包括正极集电体33A和正极活性物质层33B,并且负极34包括负极集电体34A和负极活性物质层34B。正极集电体33A、正极活性物质层33B、负极集电体34A以及负极活性物质层34B各自的构成例如与正极集电体21A、正极活性物质层21B、负极集电体22A以及负极活性物质层22B各自的构成相同。另外,隔膜35的构成例如与隔膜23的构成相同。
即,负极34作为负极活性物质包含多个一次负极活性物质颗粒及多个二次负极活性物质颗粒(锂钛复合氧化物),并且作为负极导电剂包含多个鳞片状碳材料。另外,关于负极活性物质的构成(粒径比例和中值粒径D50)和负极导电剂的构成(平均长径比和重量比例),分别满足上述的条件。
[电解质层]
电解质层36包含电解液和高分子化合物。电解液的组成例如与圆筒型二次电池所使用的电解液的组成相同。不过,电解质层36例如还可以包含添加剂等其他材料中的任一种或两种以上。
这里进行说明的电解质层36是所谓的凝胶状电解质,因此在该电解质层36中,由高分子化合物保持电解液。这是由于可得到高离子电导性(例如,在室温下为1mS/cm以上),并且防止电解液的漏液的缘故。
高分子化合物包含均聚物和共聚物等中的任一种或两种以上。均聚物例如为聚丙烯腈、聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯、聚六氟丙烯、聚环氧乙烷、聚环氧丙烷、聚磷腈、聚硅氧烷、聚氟乙烯、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸、丁苯橡胶、丁腈橡胶、聚苯乙烯以及聚碳酸酯等。共聚物例如是偏二氟乙烯和六氟芘的共聚物等。其中,均聚物优选为聚偏二氟乙烯,并且共聚物优选为偏二氟乙烯和六氟芘的共聚物。这是由于电化学性稳定的缘故。
在凝胶状的电解质亦即电解质层36中,电解液中包含的“溶剂”是一个宽泛的概念,其不仅包含液状的材料,还包含具有能够使电解质盐解离的离子电导性的材料。因此,在使用具有离子电导性的高分子化合物的情况下,该高分子化合物也包含在溶剂中。
此外,也可以代替电解质层36而使用电解液。该情况下,电解液含浸在卷绕电极体30(正极33、负极34以及隔膜35)中。
<2-2.动作>
该二次电池例如像以下那样动作。
在充电时,从正极33释放锂离子,并且该锂离子经由电解质层36而被吸留在负极34中。另一方面,在放电时,从负极34释放锂离子,并且该锂离子经由电解质层36而被吸留在正极33中。
<2-3.制造方法>
具备凝胶状的电解质层36的二次电池例如通过以下三种步骤而制造。
[第一步骤]
首先,通过与正极21的制作步骤同样的步骤,制作正极33,并且通过与负极22的制作步骤同样的步骤,制作负极34。具体地,在制作正极33的情况下,在正极集电体33A的双面形成正极活性物质层33B,并且在制作负极34的情况下,在负极集电体34A的双面形成负极活性物质层34B。
接下来,将电解液、高分子化合物以及有机溶剂等混合之后,对该混合物进行搅拌,由此制备前驱体溶液。粘接,对正极33涂布前驱体溶液之后,使该前驱体溶液干燥,由此形成凝胶状的电解质层36。另外,对负极34涂布前驱体溶液之后,使该前驱体溶液干燥,由此形成凝胶状的电解质层36。
接下来,利用焊接法等来使正极引线31连接到正极集电体33A,并且利用焊接法等来使负极引线32连接到负极集电体34A。接下来,在经由隔膜35和电解质层36而使正极33与负极34相互卷绕之后,使该正极33、负极34、隔膜35以及电解质层36卷绕,由此形成卷绕电极体30。之后,在卷绕电极体30的最外周部粘贴保护胶带37。
最后,以夹住卷绕电极体30的方式将外包装部件40折叠之后,利用热熔接法等来使外包装部件40的外周缘部彼此粘接,由此向该外包装部件40的内部封入卷绕电极体30。该情况下,向正极引线31与外包装部件40之间插入紧贴膜41,并且向负极引线32与外包装部件40之间插入紧贴膜42。
[第二步骤]
首先,通过与上述的第一步骤同样的步骤,分别制作正极33和负极34之后,利用焊接法等来使正极引线31连接到正极33,并且利用焊接法等来使负极引线32连接到负极34。接着,经由隔膜35而使正极33与负极34相互层压之后,使该正极33、负极34以及隔膜35卷绕,由此制作作为卷绕电极体30的前驱体的卷绕体。之后,在卷绕体的最外周部粘贴保护胶带37。
接着,以夹住卷绕电极体30的方式将外包装部件40折叠之后,利用热熔接法等来使外包装部件40中的除一边的外周缘部以外的剩下的外周缘部粘接,由此将卷绕体收纳于袋状的外包装部件40的内部。
接着,将电解液、作为高分子化合物的原料的单体、聚合引发剂以及根据需要添加的聚合抑制剂等其他材料混合之后,对该混合物进行搅拌,由此制备电解质用组合物。接着,在向袋状的外包装部件40的内部注入电解质用组合物之后,利用热熔接法等来将外包装部件40密封。
最后,通过使电解质用组合物中的单体热聚合,由此形成高分子化合物。由此,由于电解液由高分子化合物保持,因此形成凝胶状的电解质层36。
[第三步骤]
首先,除使用在多孔质膜(基材层)的双面形成两个高分子化合物层的隔膜35以外,通过与上述的第二步骤相同的步骤制作卷绕体。接着,将卷绕体收纳于袋状的外包装部件40的内部。接着,在向外包装部件40的内部注入电解液之后,利用热熔接法等来将外包装部件40的开口部密封。接着,在对外包装部件40施加负荷的同时,对该外包装部件40进行加热,由此使隔膜35经由高分子化合物层而与正极33紧贴,并且使隔膜35经由高分子化合物层而与负极34紧贴。由此,电解液含浸在高分子化合物层中,并且该高分子化合物层凝胶化,因此形成电解质层36。
在该第三步骤中,与第一步骤相比,二次电池变得难以膨胀。另外,在第三步骤中,与第二步骤相比,由于溶剂和单体(高分子化合物的原料)等不易残留在电解质层36中,因此高分子化合物的形成工序得到良好地控制。由此,正极33、负极34以及隔膜35分别与电解质层36充分紧贴。
<2-4.作用和效果>
根据该层压膜型二次电池,由于负极34具有与负极22相同的构成,因此根据与关于圆筒型二次电池进行说明的情况相同的理由,能够得到优异的电池特性。
关于层压膜型二次电池的其他作用及效果与关于圆筒型二次电池的作用及效果相同。
<3.二次电池的用途>
接下来,关于上述的二次电池的适用例进行说明。
二次电池的用途只要是可以将二次电池作为用于驱动的电源或作为用于电力蓄积的电力储存源等使用的机械、设备、器具、装置以及系统(多个设备等的集合体)等,则没有特别限制。用作电源使用的二次电池可以是主电源,也可以是辅助电源。主电源是优选使用的电源,而无论是否存在其他电源。辅助电源例如可以是代替主电源而使用的电源,也可以是根据需要从主电源切换的电源。当二次电池用作辅助电源时,主电源的种类不限于二次电池。
二次电池的用途例如如以下那样:摄像机、数码相机、便携式电话机、笔记本电脑、无绳电话、耳机立体声、便携式收音机、便携式电视机以及便携式信息终端等电子设备(包括便携式电子设备);电动剃须刀等便携式生活工具;备用电源和存储卡等存储用装置;电钻和电锯等电动工具;作为可装拆的电源搭载在笔记本电脑等上的电池包;起搏器和助听器等医疗用电子设备;电动汽车(包括混合动力汽车)等电动车辆;以及存储电力以备紧急情况等使用的家用电池系统等电力储存系统。当然,二次电池的用途可以是除上述以外的用途。
其中,将二次电池适用于电池包、电动车辆、电力储存系统、电动工具以及电子设备等是有效的。由于这些用途需要优异的电池特性,因此,通过使用本技术的二次电池,能够有效地提高性能。此外,电池包是使用二次电池的电源。如后述那样,该电池包可以使用单电池,也可以使用组合电池。电动车辆是将二次电池作为驱动用电源动作(行驶)的车辆,如上述那样,它可以是也包括二次电池以外的驱动源的汽车(混合动力汽车等)。电力储存系统是使用二次电池作为电力储存源的系统。例如,在家用电力储存系统中,由于电力被蓄积在作为电力储存源的二次电池中,因此能够利用该电力来使用家用电气产品等。电动工具是以二次电池为驱动用的电源使可动部(例如钻头等)可动的工具。电子设备是以二次电池为驱动用的电源(电力供给源)来发挥各种功能的设备。
这里,关于二次电池的若干适用例具体地进行说明。此外,以下进行说明的适用例的构成不过是一例,因此该适用例的构成能够适当变更。
<3-1.电池包(单电池)>
图5表示使用单电池的电池包的立体构成。图6表示图5所示的电池包的块构成。此外,在图5中,示出了电池包被分解后的状态。
这里进行说明的电池包是使用一个二次电池的简易型电池包(所谓的软包装),例如搭载在以智能手机为代表的电子设备等中。如图5所示,该电池包例如包括为层压膜型二次电池亦的电源111、和连接到该电源111的电路基板116。在该电源111安装有正极引线112和负极引线113。
在电源111的两侧面粘贴有一对胶带118、119。在电路基板116形成有保护电路(PCM:保护电路模块)。该电路基板116经由极耳114连接到正极112,并且经由极耳115连接到负极引线113。另外,电路基板116连接到外部连接用的带连接器的引线117。此外,在电路基板116连接至电源111的状态下,该电路基板116由标签120和绝缘片121保护。通过粘贴该标签120,从而电路基板116和绝缘片121等被固定。
另外,如图6所示,电池包例如具备电源111和电路基板116。电路基板116例如具备控制部121、开关部122、PTC元件123以及温度检测部124。电源111能够经由正极端子125和负极端子127而与外部连接,因此该电源111经由正极端子125和负极端子127而被充电和放电。温度检测部124使用温度检测端子(所谓的T端子)126来检测温度。
控制部121控制电池包整体的动作(包括电源111的使用状态)。该控制部121例如包括中央运算处理装置(CPU)和存储器等。
该控制部121例如在电池电压达到过充电检测电压时,断开开关部122,使得没有充电电流流过电源111的电流路径。另外,控制部121例如在充电期间有大电流流过时,通过断开开关部122来切断充电电流。
另一方面,控制部121例如在电池电压达到过放电检测电压时,通过断开开关部122,使得没有放电电流流过电源111的电流路径。另外,控制部121例如在放电期间有大电流流过时,通过断开开关部122来切断放电电流。
此外,过充电检测电压未被特别限制,例如为4.2V±0.05V,并且过放电检测电压未被特别限制,例如为2.4V±0.1V。
开关部122根据控制部121的指示,切换电源111的使用状态、即电源111和外部设备之间有无连接。该开关部122例如包括充电控制开关和放电控制开关等。充电控制开关和放电控制开关分别例如是使用金属氧化物半导体的场效应晶体管(MOSFET)等半导体开关。此外,充电和放电电流例如基于开关部122的导通电阻来检测。
温度检测部124测定电源111的温度,并且将该温度的测定结果输出至控制部121。该温度检测部124例如包括热敏电阻等温度检测元件。此外,由温度检测部124测定出的温度的测定结果被用于下面的情况,即、异常发热时控制部121进行充电和放电控制时;以及计算剩余容量时控制部121进行校正处理等时候。
此外,电路基板116也可以不具备PTC元件123。该情况下,可以另外将PTC元件附接到电路基板116。
<3-2.电池包(组合电池)>
图7是表示使用组合电池的电池包的块构成。
该电池包例如在箱体60的内部具备控制部61、电源62、开关部63、电流测定部64、温度检测部65、电压检测部66、开关控制部67、存储器68、温度检测元件69、电流检测电阻70、正极端子71以及负极端子72。该箱体60例如包含塑料材料等。
控制部61控制电池包整体的动作(包括电源62的使用状态)。该控制部61例如包括CPU等。电源62是包括两个以上的二次电池的组合电池,这种两个以上的二次电池的连接形式可以是串联、并联或者两者的混合型。举一例,电源62包括连接成2并联3串联的六个二次电池。
开关部63根据控制部61的指示,切换电源62的使用状态、即电源62与外部设备之间是否存在连接。该开关部63例如包括充电控制开关、放电控制开关、充电用二极管以及放电用二极管等。充电控制开关和放电控制开关分别例如是使用金属氧化物半导体的场效应晶体管(MOSFET)等半导体开关。
电流测定部64使用电流检测电阻70来测定电流,并将该电流的测定结果输出至控制部61。温度检测部65使用温度检测元件69来测定温度,并且将该温度的测定结果输出至控制部61。该温度的测定结果例如被用于以下情况:在异常发热时控制部61进行充电和放电控制;以及在计算剩余容量时控制部61进行校正处理等。电压检测部66测定电源62中的二次电池的电压,并将模数转换后的电压的测定结果供给至控制部61。
开关控制部67根据从电流测定部64和电压检测部66分别输入的信号来控制开关部63的动作。
该开关控制部67例如在电池电压达到过充电检测电压时,通过断开开关部63(充电控制开关),使得没有充电电流流过电源62的电流路径。由此,在电源62中,只能通过放电用二极管进行放电。此外,开关控制部67例如在充电时若有大电流流过,则切断充电电流。
另外,开关控制部67例如在电池电压达到过放电检测电压时,通过断开开关部63(放电控制开关),使得没有放电电流流过电源62的电流路径。由此,在电源62中,只能通过充电用二极管进行充电。此外,开关控制部67例如在放电时若有大电流流过,则切断放电电流。
此外,过充电检测电压未被特别限制,例如为4.2V±0.05V,并且过放电检测电压未被特别限制,例如为2.4V±0.1。
存储器68例如包括作为非易失性存储器的EEPROM等。在该存储器68例如存储有由控制部61运算的数值、在制造工序阶段测定的二次电池的信息(例如,初始状态下的内部电阻等)等。此外,如果二次电池的满充电容量被事先存储在存储器68中,则控制部61能够掌握剩余容量等信息。
温度检测元件69测定电源62的温度,并且将该温度的测定结果输出至控制部61。该温度检测元件69例如包括热敏电阻等。
正极端子71和负极端子72分别是连接到使用电池包来工作的外部设备(例如,笔记本型个人计算机等)、用于对电池包充电的外部设备(例如充电器等)等的端子。电源62经由正极端子71和负极端子72而被充电和放电。
<3-3.电动车辆>
图8是表示作为电动车辆的一例的混合动力汽车的块构成。
该电动车辆例如在金属制的箱体73的内部具备控制部74、发动机75、电源76、驱动用马达77、差动装置78、发电机79、变速箱80、离合器81、逆变器82、83以及各种传感器84。除此之外,电动车辆例如具备连接到差动装置78及变速箱80的前轮用驱动轴85及前轮86和后轮用驱动轴87及后轮88。
该电动车辆例如能够使用发动机75和马达77中的任一个作为驱动源运行。发动机75是主要动力源,例如是汽油发动机等。当发动机75用作动力源时,例如发动机75的驱动力(旋转力)经由作为驱动部的差动装置78、变速箱80以及离合器81而传递至前轮86和后轮88。此外,由于发动机75的旋转力被传递至发电机79,因此发电机79利用该旋转力产生交流电力,并且该交流电力经由逆变器83而被转换为直流电力,因此该直流电力蓄积在电源76中。另一方面,在将作为转换部的马达77设为动力源的情况下,从电源76供给的电力(直流电力)经由逆变器82转换为交流电力,因此马达77利用该交流电力进行驱动。通过该马达77从电力转换而来的驱动力(旋转力)例如经由作为驱动部的差动装置78、变速箱80以及离合器81而传递至前轮86和后轮88。
此外,当电动车辆经由制动机构而减速时,该减速时的阻力作为旋转力被传递到马达77,因此马达77也可以利用该旋转力来产生交流电力。由于该交流电力经由逆变器82而被转换为直流电力,因此优选将该直流再生电力蓄积在电源76中。
控制部74控制电动车辆整体的动作。该控制部74例如包括CPU等。电源76包括一个或两个以上的二次电池。该电源76连接到外部电源,并且可以从该外部电源接受电力供给以蓄积电力。各种传感器84例如用于控制发动机75的转速,并且控制节气门的开度(油门开度)。该各种传感器84例如包括速度传感器、加速度传感器以及发动机转速传感器等中的任一种或两种以上。
此外,尽管以电动车辆是混合动力汽车的情况为例,但该电动车辆可以是不使用发动机75而仅使用电源76和马达77运行的车辆(电动汽车)。
<3-4.电力储存系统>
图9表示电力储存系统的块构成。
该电力储存系统例如在普通住宅和商用大楼等房屋89的内部具备控制部90、电源91、智能电表92以及电力集线器93。
这里,电源91例如可以连接至设置在房屋89内部的电气设备94,同时连接至停放在房屋89外部的电动车辆96。另外,电源91例如能够经由电力集线器93连接至设置在房屋89中的自发电用发电机95,同时经由智能电表92和电力集线器93而连接到外部集中型电力系统97。
此外,电气设备94例如包括一种或两种以上家用电器,该家用电器例如是冰箱、空调、电视机以及热水器等。自发电用发电机95例如包括太阳能发电机和风力发电机等中的任一种或两种以上。电动车辆96例如包括电动汽车、电动自行车以及混合动力汽车等中的任一种或两种以上。集中型电力系统97例如包括火力发电厂、核电厂、水力发电厂以及风力发电厂等中的任一种或两种以上。
控制部90控制电力储存系统整体的动作(包括电源91的使用状态)。该控制部90例如包括CPU等。电源91包括一个或两个以上二次电池。智能电表92例如是设置在电力需求侧的房屋89的网络兼容型电力表,并能够与电力供应侧通信。与此同时,智能电表92例如在与外部通信时,能够通过控制房屋89中的电力需求与供应之间的平衡,实现高效且稳定的能源供给。
在该电力储存系统中,例如电力从作为外部电源的集中型电力系统97经由智能电表92和电力集线器93而蓄积在电源91中,并从作为独立电源的自发电用发电机95经由电力集线器93蓄积在电源91中。由于蓄积在该电源91中的电力根据控制部90的指示供给至电气设备94和电动车辆96,因此该电气设备94变得能够工作,并且该电动车辆96变得能够充电。即,电力储存系统是能够使用电源91在房屋89内进行电力的蓄积和供给的系统。
蓄积在电源91中的电力能够根据需要来使用。因此,例如能够在电费便宜的深夜,从集中型电力系统97向电源91蓄积电力,在电费贵的白天,使用蓄积在该电源91中的电力。
此外,上述的电力储存系统可以设置在一户(一个家庭),或者可以多户(多个家庭)合装一个。
<3-5.电动工具>
图10表示电动工具的块构成。
这里进行说明的电动工具例如是电钻。该电动工具例如在工具主体98的内部具备控制部99和电源100。在该工具主体98中例如可运转(旋转)地安装有作为可动部的钻头部101。
工具主体98例如包含塑料材料等。控制部99控制电动工具整体的动作(包括电源100的使用状态)。该控制部99例如包括CPU等。电源100包括一个或两个以上的二次电池。该控制部99根据动作开关的操作,从电源100向钻头部101供给电力。
实施例
关于本技术的实施例进行说明。
(实验例1-1~1-11)
通过以下进行说明的步骤,制作图1和图2所示的二次电池(锂离子二次电池)之后,对该二次电池的电池特性进行评价。
制作正极21的情况下,首先,通过将正极活性物质(为含锂磷酸化合物的锂铁磷酸化合物(LiFePO4))94质量份、正极粘结剂(聚偏二氟乙烯)3质量份、正极导电剂(科琴黑)3质量份进行混合,由此形成正极合剂。接着,将正极合剂投入到有机溶剂(N-甲基-2-吡咯烷酮)后,对该有机溶剂进行搅拌,由此制备糊状的正极合剂浆料。接着,使用涂布装置来对正极集电体21A(铝箔,厚度=12μm)的双面涂布正极合剂浆料后,使该正极合剂浆料干燥,由此形成正极活性物质层21B。最后,使用辊压机来对正极活性物质层21B进行压缩成型。
在制作负极22的情况下,首先,通过将包含多个一次负极活性物质次颗粒和多个二次负极活性物质颗粒的负极活性物质(为锂钛复合氧化物的宇部兴产株式会社制的钛酸锂(Li4Ti5O12))93质量份、负极粘结剂(聚偏二氟乙烯)5质量份、负极导电剂(为多个鳞片状碳材料的鳞片状石墨(FG))2质量份进行混合,由此形成负极合剂。接着,将负极合剂投入到有机溶剂(N-甲基-2-吡咯烷酮)后,对该有机溶剂进行搅拌,由此制备糊状的负极合剂浆料。
在负极合剂浆料制备后的多个一次负极活性物质颗粒的中值粒径D50(μm)、多个二次负极活性物质颗粒的中值粒径D50(μm)、粒径比例(%)、多个鳞片状碳材料的平均长径比(AR:Aspect Ratio)以及重量比例(重量%))如表1所示。为了变更粒径比例,如上述那样,使负极合剂的准备所需的时间变化。
此外,为了进行比较,作为负极导电剂,也代替鳞片状碳材料而使用粒状碳材料(科琴黑(KB)、乙炔黑(AB))以及纤维状碳材料(气相法碳纤维(VGCF))。
接着,使用涂布装置来对负极集电体22A(铝箔,厚度=12μm)的双面涂布负极合剂浆料后,使该负极合剂浆料干燥,由此形成负极活性物质层22B。最后,使用辊压机来对负极活性物质层22B进行压缩成形。
在制备电解液的情况下,对溶剂(环状碳酸酯和链状碳酸酯)加入其他溶剂(不饱和环状碳酸酯)后,进一步对溶剂加入电解质盐(六氟磷酸锂),由此使该电解质盐溶解。该情况下,作为环状碳酸酯使用碳酸亚丙酯,作为链状碳酸酯使用碳酸二甲酯和碳酸甲乙酯,作为不饱和环状碳酸酯使用碳酸亚乙烯酯。溶剂的混合比(重量比)为碳酸亚丙酯:碳酸二甲酯:碳酸甲乙酯=40:30:30,并且其他溶剂(不饱和环状碳酸酯)的含量为1重量%。电解质盐的含量相对于溶剂及其他溶剂为1.3mol/kg。
在组装二次电池的情况下,首先,将正极集电体21A焊接到铝制的正极引线25,并且将镍制的负极引线26焊接到负极集电体22A。接下来,经由隔膜23(多孔性聚乙烯膜,厚度=16μm)来使正极21与负极22相互层压。接下来,在使经由隔膜23而被相互层压的正极21及负极22卷绕之后,向卷绕结束部分粘贴胶带,由此制作了卷绕体。接下来,向卷绕体的中心空间20C插入中心销24。接下来,在镀镍的铁制的电池罐11的内部,一边用一对绝缘板12、13夹持一边收纳卷绕体。该情况下,将正极引线25的一端部焊接到安全阀机构15,并且将负极引线26的一端部焊接到电池罐11。接下来,利用减压方式来向电池罐11的内部注入电解液。由此,由于在正极21、负极22以及隔膜23分别含浸有电解液,因此形成了卷绕电极体20。最后,经由垫圈17而在电池罐11的开口端部铆接电池盖14、安全阀机构15以及热敏电阻元件16。由此,由于在电池罐11的内部收纳了卷绕电极体20,因此二次电池完成。
[电池特性的评价]
作为二次电池的电池特性,对剥离耐久特性、电阻特性以及负荷特性进行了评价,得到表1所示的结果。
在对剥离耐久特性进行评价的情况下,在二次电池的制作工序中制作负极22后,使用该负极22来进行剥离试验,由此调查剥离强度(mN/mm)。
具体地,使用剥离试验机来使负极活性物质层22B从负极集电体22A剥离,由此测定该负极活性物质层22B的剥离强度。该情况下,将负极活性物质层22B的形成条件设为面积密度=9.3mg/cm2~9.5mg/cm2,将剥离强度的测定条件设为剥离速度=100mm/分。
在评价电阻特性的情况下,以0.1C的电流对二次电池进行定电流充电直至充电深度到达50%后,使该二次电池放电。在放电时,以1C的电流放电10秒钟,中断60秒后,以3C的电流放电10秒钟,中断60秒。0.1C是将电池容量(理论容量)在10小时完全放电的电流值,1C是将电池容量在1小时完全放电的电流值,3C是将电池容量在1/3小时完全放电的电流值。该情况下,以1C的电流放电10秒后,测定电流I1和开路电压V1,并且以3C的电流放电10秒后,测定电流I2和开路电压V2。其结果为,计算出直流电阻(mΩ)=(V2-V1)/(I2-I1)。
在调查负荷特性的情况下,通过使用二次电池来进行负荷试验,由此测定负荷电位(V)。
具体地,为了使电池状态稳定化,在常温环境下(23℃)对二次电池进行一次充电和放电循环。在充电时,以10C的电流进行定电流充电直至电压到达2.5V为止后,进一步以2.5V的电压进行定电压充电直至电流到达0.01C为止。在放电时,以1C的电流进行放电直至电压到达0.5V为止。10C是指将电池容量在0.1小时完全放电的电流值,0.01C是指将电池容量在100小时完全放电的电流值,0.5C是指将电池容量在2小时完全放电的电流值。
其中,通过在充电深度到达50%之前以10C的电流使二次电池定电流充电,测定出该二次电池的负荷电位。
表1
正极活性物质:LiFePO4
Figure BDA0002338736660000441
如表1所示,剥离强度、直流电阻以及负荷电位分别与粒径比例相应地变动较大。在该情况下,若粒径比例为95%以上(实验例1-6~1-8),则与粒径比例为上述范围外的情况(实验例1-1~1-5)相比较,剥离强度增加,并且直流电阻及负荷电位分别降低。
此外,即使在粒径比例为95%以上,但在作为负极导电剂使用粒状碳材料和纤维状碳材料的情况下(实验例1-9~1-11),与作为负极导电剂使用鳞片状碳材料的情况(实验例1-6)相比较,剥离强度减少,并且直流电阻及负荷电位各自以变为同等以上的方式上升。
(实验例2-1~2-6)
如表2所示,除变更了多个一次负极活性物质颗粒的中值粒径D50以外利用同样的顺序,制作二次电池并且对电池特性进行了评价。为了变更多个一次负极活性物质颗粒的中值粒径D50,使用了该中值粒径D50不同的多个种类的多个一次负极活性物质颗粒。
表2
正极活性物质:LiFePO4
Figure BDA0002338736660000451
如表2所示,在多个一次负极活性物质颗粒的中值粒径D50为0.1μm~1μm的情况下(实验例1-6、2-2~2-5),与中值粒径D50为上述的范围外(实验例2-1、2-6)相比较,能够保持分别抑制直流电阻及负荷电位较低地得到较大的剥离强度。
(实验例3-1~3-7)
如表3所示,除变更了负极导电剂(多个鳞片状碳材料)的平均长径比以外通过同样的顺序,制作二次电池并且对电池特性进行了评价。为了变更负极导电剂的平均长径比,使用了该平均长径比不同的多个种类的多个鳞片状碳材料。
表3
正极活性物质:LiFePO4
Figure BDA0002338736660000461
如表3所示,在负极导电剂的平均长径比为6~8.5的情况下(实验例1-6、3-2~3-6),与平均长径比为上述的范围外(实验例3-1、3-7)相比较,能够保持将直流电阻及负荷电位分别抑制得较低地得到较大的剥离强度。
(实验例4-1~4-7)
如表4所示,除变更了负极导电剂的重量比例以外通过同样的顺序,制作二次电池并且对电池特性进行了评价。为了变更负极导电剂的重量比例,调整了该负极导电剂的混合比。
表4
正极活性物质:LiFePO4
Figure BDA0002338736660000471
如表4所示,在负极导电剂的重量比例为2.5重量%以下的情况下(实验例1-6、4-2~4-6),与重量比例为上述的范围外(实验例4-1、4-7)相比较,保持将直流电阻及负荷电位分别抑制得较低地得到较大的剥离强度。
(实验例5-1~5-9)
如表5所示,除使作为负极活性物质的锂钛复合氧化物(Li4Ti5O12)含有其他元素以外通过同样的顺序,制作二次电池并且对电池特性进行了评价。其他元素的种类及含量(mol%)如表5所示。
该情况下,作为其他元素,使用了镁(Mg)、锌(Zn)、铝(Al)、镓(Ga)以及铟(In)。
在使锂钛复合氧化物含有其他元素的情况下,利用上述的湿式混合法来调制浆料后,对该浆料进行热处理(处理温度=500℃,处理时间=5小时)。由此,在锂钛复合氧化物中固着有其他元素。该情况下,作为溶剂使用纯水,并且作为供给源材料使用了乙酸镁、乙酸锌、乙酸铝、乙酸镓以及乙酸铟。
表5
正极活性物质:LiFePO4
如表5所示,在使锂钛复合氧化物含有其他元素的情况下(实验例5-1~5-9),与不使多个锂钛复合氧化物含有其他元素的情况(实验例1-6)相比较,在原样维持了较大的剥离强度的同时,直流电阻及负荷电位分别下降。
特别是,在使锂钛复合氧化物含有其他元素的情况下,若该其他元素的含量为0.001mol%~5mol%,则直流电阻及负荷电位分别进一步下降。
(实验例6-1~6-7)
如表6所示,除变更了电解液(溶剂)的组成通过同样的顺序,制作二次电池并且评价了电池特性。
该情况下,变更电解液中的不饱和环状碳酸酯的含量,并且不使用该不饱和环状碳酸酯。另外,作为环状碳酸酯代替碳酸亚丙酯而使用碳酸亚乙酯,并且作为链状碳酸酯代替碳酸甲乙酯而使用碳酸二乙酯。
表6
正极活性物质:LiFePO4
Figure BDA0002338736660000491
如表6所示,在使用了不饱和环状碳酸酯的情况(实验例1-6、6-1~6-4)下,与未使用不饱和环状碳酸酯的情况(实验例6-5)相比较,直流电阻及负荷电位分别进一步下降。
特别是,在使用不饱和环状碳酸酯的情况下,若电解液中的不饱和环状碳酸酯的含量为0.001重量%~2.5重量%,则直流电阻及负荷电位分别进一步下降。
此外,在作为环状碳酸酯使用碳酸亚丙酯并且作为链状碳酸酯使用碳酸二甲酯及碳酸甲乙酯的情况下(实验例1-6),与作为环状碳酸酯使用碳酸亚乙酯的情况(实验例6-6)及作为链状碳酸酯使用碳酸二乙酯的情况(实验例6-7)相比较,直流电阻及负荷电位分别下降。
根据表1~表6所示的结果,若负极活性物质包含多个一次负极活性物质颗粒及多个二次负极活性物质颗粒(锂钛复合氧化物),并且负极导电剂包含多个鳞片状碳材料,关于负极活性物质的构成(粒径比例和中值粒径D50)及负极导电剂的构成(平均长径比及重量比例)分别满足上述的条件,则剥离耐久特性、电阻特性以及负荷特性分别被改善。由此,在二次电池中得到优异的电池特性。
以上,一边列举一系列的实施方式及实施例一边对本技术进行说明,但关于该技术,并不限于在各实施方式及实施例中说明的方式,而能够进行各种变形。
具体地,关于电池元件具有卷绕构造的情况进行了说明,但并不限制于此。例如,电池元件也可以具有层压构造等其他构造。
另外,列举了利用锂的吸留现象及锂的释放现象来得到负极的容量的锂离子二次电池,但并不限制于此。例如,也可以是利用锂的析出现象及锂的溶解现象来得到负极的容量的锂金属二次电池。另外,例如,也可以是通过将可吸留和释放锂的负极活性物质的容量以比正极的容量小的方式进行设定,由此基于由锂的吸留现象和锂的释放现象所产生的容量与由锂的析出现象和锂的溶解现象所产生的容量之和来获得负极的容量的二次电池。
另外,关于作为电极反应物质使用锂的锂离子二次电池进行了说明,但并不限制于此。电极反应物质例如也可以是钠和钾等长周期型元素周期表中的其他1族元素,也可以是镁和钙等长周期型元素周期表中的2族元素,还可以是铝等其他轻金属。另外,电极反应物质也可以是包含上述的一系列元素中的任一种或两种以上的合金。
此外,本说明书中所记载的效果终归是例示的并不是限制的,另外,也可以存在其他效果。
此外,本技术也能够采用以下那样的构成。
(1)一种二次电池,具备正极、负极以及电解液,
在所述负极中,(A)具备包含负极活性物质和负极导电剂的负极活性物质层,(B)所述负极活性物质包含多个一次负极活性物质颗粒及多个二次负极活性物质颗粒,(C)所述负极活性物质包含锂钛复合氧化物,所述锂钛复合氧化物包含用下面的式(1)~式(3)分别表示的化合物中的至少一种,(D)所述多个一次负极活性物质颗粒的数量相对于所述多个一次负极活性物质颗粒的数量与所述二次负极活性物质颗粒的数量的总和所占的比例为95%以上,(E)所述多个一次负极活性物质颗粒的中值粒径D50为0.1μm以上且1μm以下,(F)所述负极导电剂包含多个鳞片状碳材料,(G)所述多个鳞片状碳材料的平均长径比为6以上且8.5以下,(H)所述负极导电剂的重量相对于所述负极活性物质层的重量所占的比例是2.5重量%以下。
Li[LixM1(1-3x)/2Ti(3+x)/2]O4 ……(1)
(M1是镁(Mg)、钙(Ca)、铜(Cu)、锌(Zn)以及锶(Sr)中的至少一种。x满足0≤x≤1/3。)
Li[LiyM21-3yTi1+2y]O4 ……(2)
(M2是铝(Al)、钪(Sc)、铬(Cr)、锰(Mn)、铁(Fe)、锗(Ge)、镓(Ga)以及钇(Y)中的至少一种。y满足0≤y≤1/3。)
Li[Li1/3M3zTi(5/3)-z]O4 ……(3)
(M3是钒(V)、锆(Zr)以及铌(Nb)中的至少一种。z满足0≤z≤2/3。)
(2)根据上述(1)所述的二次电池,其中,
所述锂钛复合氧化物还包含固着于所述式(1)~式(3)分别所示的化合物的表面的其他元素,
所述其他元素包含镁、锌、铝、镓以及铟中的至少一种,
所述锂钛复合氧化物中的所述其他元素的含量为0.001mol%以上且5mol%以下。
(3)根据上述(1)或(2)所述的二次电池,其中,
所述鳞片状碳材料包含鳞片状石墨。
(4)根据上述(1)~(3)中的任一项所述的二次电池,其中,
所述正极包含正极活性物质,
所述正极活性物质包含用下面的式(11)表示的含锂磷酸化合物。
LiaM11PO4 ……(11)
(M11是钴(Co)、锰(Mn)、铁(Fe)、镍(Ni)、镁(Mg)、铝(Al)、硼(B)、钛(Ti)、钒(V)、铌(Nb)、铜(Cu)、锌(Zn)、钼(Mo)、钙(Ca)、锶(Sr)、钨(W)以及锆(Zr)中的至少一种。a满足0.9≤a≤1.1。)
(5)根据上述(1)~(4)中的任一项所述的二次电池,其中,
所述电解液包含环状碳酸酯和链状碳酸酯,
所述环状碳酸酯包含碳酸亚丙酯,
所述链状碳酸酯包含碳酸二甲酯和碳酸甲乙酯。
(6)根据上述(1)~(5)中的任一项所述的二次电池,其中,
所述电解液包含不饱和环状碳酸酯,
所述不饱和环状碳酸酯包含碳酸亚乙烯酯、碳酸乙烯基亚乙酯以及碳酸亚甲基亚乙酯中的至少一种。
(7)根据上述(6)所述的二次电池,其中,
所述电解液中的所述不饱和环状碳酸酯的含量为0.001重量%以上且2.5重量%以下。
(8)根据上述(1)~(7)中的任一项所述的二次电池,其中,
所述二次电池为锂离子二次电池。
(9)一种电池包,具备:
上述(1)~(8)中的任一项所述的二次电池;
控制部,控制所述二次电池的动作;以及
开关部,根据所述控制部的指示来切换所述二次电池的动作。
(10)一种电动车辆,具备:
上述(1)~(8)中的任一项所述的二次电池;
转换部,将从所述二次电池供给的电力转换为驱动力;
驱动部,根据所述驱动力来进行驱动;以及
控制部,控制所述二次电池的动作。
(11)一种电力储存系统,具备:
上述(1)~(8)中的任一项所述的二次电池;
一种或两种以上的电气设备,被从所述二次电池供给电力;以及
控制部,控制从所述二次电池对所述电气设备的电力供给。
(12)一种电动工具,具备:
上述(1)~(8)中的任一项所述的二次电池;以及
可动部,被从所述二次电池供给电力。
(13)一种电子设备,具备上述(1)~(8)中的任一项所记载的二次电池作为电力供给源。

Claims (13)

1.一种二次电池,其特征在于,具备:
正极;
负极,在所述负极中,(A)具备包含负极活性物质及负极导电剂的负极活性物质层,(B)所述负极活性物质包含多个一次负极活性物质颗粒及多个二次负极活性物质颗粒,(C)所述负极活性物质包含锂钛复合氧化物,所述锂钛复合氧化物包含用下面的式(1)~式(3)分别表示的化合物中的至少一种,(D)所述多个一次负极活性物质颗粒的数量相对于所述多个一次负极活性物质颗粒的数量与所述二次负极活性物质颗粒的数量的总和所占的比例为95%以上,(E)所述多个一次负极活性物质颗粒的中值粒径D50为0.1μm以上且1μm以下,(F)所述负极导电剂包含多个鳞片状碳材料,(G)所述多个鳞片状碳材料的平均长径比为6以上且8.5以下,(H)所述负极导电剂的重量相对于所述负极活性物质层的重量所占的比例是2.5重量%以下;以及
电解液,
Li[LixM1(1-3x)/2Ti(3+x)/2]O4……(1)
M1是镁(Mg)、钙(Ca)、铜(Cu)、锌(Zn)以及锶(Sr)中的至少一种,x满足0≤x≤1/3,
Li[LiyM21-3yTi1+2y]O4……(2)
M2是铝(Al)、钪(Sc)、铬(Cr)、锰(Mn)、铁(Fe)、锗(Ge)、镓(Ga)以及钇(Y)中的至少一种,y满足0≤y≤1/3,
Li[Li1/3M3zTi(5/3)-z]O4……(3)
M3是钒(V)、锆(Zr)以及铌(Nb)中的至少一种,z满足0≤z≤2/3。
2.根据权利要求1所述的二次电池,其特征在于,
所述锂钛复合氧化物还包含固着于所述式(1)~式(3)分别所示的化合物的表面的其他元素,
所述其他元素包含镁、锌、铝、镓以及铟中的至少一种,
所述锂钛复合氧化物中的所述其他元素的含量为0.001mol%以上且5mol%以下。
3.根据权利要求1所述的二次电池,其特征在于,
所述鳞片状碳材料包含鳞片状石墨。
4.根据权利要求1所述的二次电池,其特征在于,
所述正极含有正极活性物质,
所述正极活性物质包含用下面的式(11)表示的含锂磷酸化合物,
LiaM11PO4……(11)
M11是钴(Co)、锰(Mn)、铁(Fe)、镍(Ni)、镁(Mg)、铝(Al)、硼(B)、钛(Ti)、钒(V)、铌(Nb)、铜(Cu)、锌(Zn)、钼(Mo)、钙(Ca)、锶(Sr)、钨(W)以及锆(Zr)中的至少一种,a满足0.9≤a≤1.1。
5.根据权利要求1所述的二次电池,其特征在于,
所述电解液包含环状碳酸酯和链状碳酸酯,
所述环状碳酸酯包含碳酸亚丙酯,
所述链状碳酸酯包含碳酸二甲酯及碳酸甲乙酯。
6.根据权利要求1所述的二次电池,其特征在于,
所述电解液包含不饱和环状碳酸酯,
所述不饱和环状碳酸酯包含碳酸亚乙烯酯、碳酸乙烯基亚乙酯以及碳酸亚甲基亚乙酯中的至少一种。
7.根据权利要求6所述的二次电池,其特征在于,
所述电解液中的所述不饱和环状碳酸酯的含量为0.001重量%以上且2.5重量%以下。
8.根据权利要求1所述的二次电池,其特征在于,
所述二次电池为锂离子二次电池。
9.一种电池包,其特征在于,具备:
二次电池;
控制部,控制所述二次电池的动作;以及
开关部,根据所述控制部的指示来切换所述二次电池的动作,
所述二次电池具备:
正极;
负极,在所述负极中,(A)具备包含负极活性物质和负极导电剂的负极活性物质层,(B)所述负极活性物质包含多个一次负极活性物质颗粒及多个二次负极活性物质颗粒,(C)所述负极活性物质包含锂钛复合氧化物,所述锂钛复合氧化物包含用下面的式(1)~式(3)分别表示的化合物中的至少一种,(D)所述多个一次负极活性物质颗粒的数量相对于所述多个一次负极活性物质颗粒的数量与所述二次负极活性物质颗粒的数量的总和所占的比例是95%以上,(E)所述多个一次负极活性物质颗粒的中值粒径D50是0.1μm以上且1μm以下,(F)所述负极导电剂包含多个鳞片状碳材料,(G)所述多个鳞片状碳材料的平均长径比为6以上且8.5以下,(H)所述负极导电剂的重量相对于所述负极活性物质层的重量所占的比例是2.5重量%以下;以及
电解液,
Li[LixM1(1-3x)/2Ti(3+x)/2]O4……(1)
M1是镁(Mg)、钙(Ca)、铜(Cu)、锌(Zn)以及锶(Sr)中的至少一种,x满足0≤x≤1/3,
Li[LiyM21-3yTi1+2y]O4……(2)
M2是铝(Al)、钪(Sc)、铬(Cr)、锰(Mn)、铁(Fe)、锗(Ga)以及钇(Y)中的至少一种,y满足0≤y≤1/3,
Li[Li1/3M3zTi(5/3)-z]O4……(3)
M3是钒(V)、锆(Zr)以及铌(Nb)中的至少一种,z满足0≤z≤2/3。
10.一种电动车辆,其特征在于,具备:
二次电池;
转换部,将从所述二次电池供给的电力转换为驱动力;
驱动部,根据所述驱动力来进行驱动;以及
控制部,控制所述二次电池的动作,
所述二次电池具备:
正极;
负极,在所述负极中,(A)具备包含负极活性物质和负极导电剂的负极活性物质层,(B)所述负极活性物质包含多个一次负极活性物质颗粒及多个二次负极活性物质颗粒,(C)所述负极活性物质包含锂钛复合氧化物,所述锂钛复合氧化物包含用下面的式(1)~式(3)分别表示的化合物中的至少一种,(D)所述多个一次负极活性物质颗粒的数量相对于所述多个一次负极活性物质颗粒的数量与所述二次负极活性物质颗粒的数量的总和所占的比例是95%以上,(E)所述多个一次负极活性物质颗粒的中值粒径D50为0.1μm以上且1μm以下,(F)所述负极导电剂包含多个鳞片状碳材料,(G)所述多个鳞片状碳材料的平均长径比为6以上且8.5以下,(H)所述负极导电剂的重量相对于所述负极活性物质层的重量所占的比例为2.5重量%以下;以及
电解液,
Li[LixM1(1-3x)/2Ti(3+x)/2]O4……(1)
M1是镁(Mg)、钙(Ca)、铜(Cu)、锌(Zn)以及锶(Sr)中的至少一种,x满足0≤x≤1/3,
Li[LiyM21-3yTi1+2y]O4……(2)
M2是铝(Al)、钪(Sc)、铬(Cr)、锰(Mn)、铁(Fe)、锗(Ga)以及钇(Y)中的至少一种,y满足0≤y≤1/3,
Li[Li1/3M3zTi(5/3)-z]O4……(3)
M3是钒(V)、锆(Zr)以及铌(Nb)中的至少一种,z满足0≤z≤2/3。
11.一种电力储存系统,其特征在于,具备:
二次电池;
一种或两种以上的电气设备,被从所述二次电池供给电力;以及
控制部,控制从所述二次电池针对所述电气设备的电力供给,
所述二次电池具备:
正极;
负极,在所述负极中,(A)具备包含负极活性物质和负极导电剂的负极活性物质层,(B)所述负极活性物质包含多个一次负极活性物质颗粒及多个二次负极活性物质颗粒,(C)所述负极活性物质包含锂钛复合氧化物,所述锂钛复合氧化物包含用下面的式(1)~式(3)分别表示的化合物中的至少一种,(D)所述多个一次负极活性物质颗粒的数量相对于所述多个一次负极活性物质颗粒的数量与所述二次负极活性物质颗粒的数量的总和所占的比例为95%以上,(E)所述多个一次负极活性物质颗粒的中值粒径D50为0.1μm以上且1μm以下,(F)所述负极导电剂包含多个鳞片状碳材料,(G)所述多个鳞片状碳材料的平均长径比为6以上且8.5以下,(H)所述负极导电剂的重量相对于所述负极活性物质层的重量所占的比例为2.5重量%以下;以及
电解液,
Li[LixM1(1-3x)/2Ti(3+x)/2]O4……(1)
M1是镁(Mg)、钙(Ca)、铜(Cu)、锌(Zn)以及锶(Sr)中的至少一种,x满足0≤x≤1/3,
Li[LiyM21-3yTi1+2y]O4……(2)
M2是铝(Al)、钪(Sc)、铬(Cr)、锰(Mn)、铁(Fe)、锗(Ga)以及钇(Y)中的至少一种,y满足0≤y≤1/3,
Li[Li1/3M3zTi(5/3)-z]O4……(3)
M3是钒(V)、锆(Zr)以及铌(Nb)中的至少一种,z满足0≤z≤2/3。
12.一种电动工具,其特征在于,具备:
二次电池;以及
可动部,其被从所述二次电池供给电力,
所述二次电池具备:
正极;
负极,在所述负极中,(A)具备包含负极活性物质和负极导电剂的负极活性物质层,(B)所述负极活性物质包含多个一次负极活性物质颗粒及多个二次负极活性物质颗粒,(C)所述负极活性物质包含锂钛复合氧化物,所述锂钛复合氧化物包含用下面的式(1)~式(3)分别表示的化合物中的至少一种,(D)所述多个一次负极活性物质颗粒的数量相对于所述多个一次负极活性物质颗粒的数量与所述二次负极活性物质颗粒的数量的总和所占的比例为95%以上,(E)所述多个一次负极活性物质颗粒的中值粒径D50为0.1μm以上且1μm以下,(F)所述负极导电剂包含多个鳞片状碳材料,(G)所述多个鳞片状碳材料的平均长径比为6以上且8.5以下,(H)所述负极导电剂的重量相对于所述负极活性物质层的重量所占的比例为2.5重量%以下;以及
电解液,
Li[LixM1(1-3x)/2Ti(3+x)/2]O4……(1)
M1是镁(Mg)、钙(Ca)、铜(Cu)、锌(Zn)以及锶(Sr)中的至少一种,x满足0≤x≤1/3,
Li[LiyM21-3yTi1+2y]O4……(2)
M2是铝(Al)、钪(Sc)、铬(Cr)、锰(Mn)、铁(Fe)、锗(Ga)以及钇(Y)中的至少一种,y满足0≤y≤1/3,
Li[Li1/3M3zTi(5/3)-z]O4……(3)
M3是钒(V)、锆(Zr)以及铌(Nb)中的至少一种,z满足0≤z≤2/3。
13.一种电子设备,其特征在于,
具备二次电池作为电力供给源,
所述二次电池具备:
正极;
负极,在所述负极中,(A)具备包含负极活性物质和负极导电剂的负极活性物质层,(B)所述负极活性物质包含多个一次负极活性物质颗粒及多个二次负极活性物质颗粒,(C)所述负极活性物质包含锂钛复合氧化物,所述锂钛复合氧化物包含用下面的式(1)~式(3)分别表示的化合物中的至少一种,(D)所述多个一次负极活性物质颗粒的数量相对于所述多个一次负极活性物质颗粒的数量与所述二次负极活性物质颗粒的数量的总和所占的比例为95%以上,(E)所述多个一次负极活性物质颗粒的中值粒径D50为0.1μm以上且1μm以下,(F)所述负极导电剂包含多个鳞片状碳材料,(G)所述多个鳞片状碳材料的平均长径比为6以上且8.5以下,(H)所述负极导电剂的重量相对于所述负极活性物质层的重量所占的比例为2.5重量%以下;以及
电解液,
Li[LixM1(1-3x)/2Ti(3+x)/2]O4……(1)
M1是镁(Mg)、钙(Ca)、铜(Cu)、锌(Zn)以及锶(Sr)中的至少一种,x满足0≤x≤1/3,
Li[LiyM21-3yTi1+2y]O4……(2)
M2是铝(Al)、钪(Sc)、铬(Cr)、锰(Mn)、铁(Fe)、锗(Ga)以及钇(Y)中的至少一种,y满足0≤y≤1/3,
Li[Li1/3M3zTi(5/3)-z]O4……(3)
M3是钒(V)、锆(Zr)以及铌(Nb)中的至少一种,z满足0≤z≤2/3。
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