CN117280515A - 锂二次电池 - Google Patents

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CN117280515A CN202180097915.7A CN202180097915A CN117280515A CN 117280515 A CN117280515 A CN 117280515A CN 202180097915 A CN202180097915 A CN 202180097915A CN 117280515 A CN117280515 A CN 117280515A
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Abstract

本发明提供每单位体积/单位重量的能量效率优异的锂二次电池。一实施方式涉及的锂二次电池具备正极、不具有负极活性物质的负极和配置于正极与负极之间的分隔件。负极的缘的至少一部分和分隔件的与该负极的一部分缘对应的缘在俯视下配置于相同的位置。

Description

锂二次电池
技术领域
本发明涉及锂二次电池。
背景技术
近几年，将太阳光或者风力等的自然能转换为电能的技术备受瞩目。伴随于此，作为安全性高且能够积蓄较多电能的蓄电设备，开发有各种各样的二次电池。
其中，已知通过使锂离子在正极以及负极之间移动从而进行充放电的锂二次电池表现出高电压以及高能量密度。作为典型的锂二次电池，已知有在正极以及负极具有能够保持锂元素的活性物质，通过在该正极活性物质以及负极活性物质之间给予和接受锂离子而进行充放电的锂离子二次电池(LIB)。
此外，将高能量密度化的实现作为目的，作为负极活性物质，代替碳材料那样的能够插入锂离子的材料，开发有使用锂金属的锂二次电池(锂金属电池；LMB)。例如，在专利文献1中，公开有作为负极使用将锂金属设为基底的电极的充电型电池。
另外，以进一步提高高能量密度化、生产率等为目的，开发有使用碳材料或锂金属这样的不具有负极活性物质的负极的锂二次电池。例如，在专利文献2中，公开有在包含正极、负极、夹设在它们之间的分离膜以及电解质的锂二次电池中，所述负极在负极集电体上形成金属粒子，通过充电从所述正极移动，在负极内的负极集电体上形成锂金属的锂二次电池。专利文献2公开了这样的锂二次电池解决由锂金属的反应性导致的问题和在组装的过程中发生的问题点，能够提供使性能以及寿命提高的锂二次电池。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:特表2006-500755号公報
专利文献2:特表2019-505971号公報
发明内容
在上述那样的锂二次电池中，存在构成使分隔件介于正极与负极而层积、通过层压板包含的袋型(或者有时称为层压型)的锂二次电池。在这样的袋型的锂二次电池中，为了防止在负极析出的负极活性物质从负极离散，与正极接触而短路，所以设置边距而配置成正极以及负极的缘相对于片状的分隔件的缘离开一定以上。此外，在本说明书中，将分隔件的缘与正极或者负极的缘在俯视下的距离称为边距。
然而，在如此设置边距的情况下，需要设为与分隔件相比将正极以及负极缩小一圈的构成。因此，产生因电极的尺寸限制而限制了每单位体积/重量的能量密度。
本发明的目的在于，提高锂二次电池的每单位体积/重量的能量。
本发明的一实施方式涉及的锂二次电池具备：正极；不具有负极活性物质的负极；以及分隔件，配置于正极与负极之间。在该锂二次电池中，负极的缘的至少一部分和分隔件的与该负极的一部分缘对应的缘在俯视下配置于相同的位置。
本发明人们发现，在负极不具有负极活性物质的构成中，即使不在分隔件的缘与负极的缘之间设置边距也能够防止电极之间的短路。其主要原因推测为：由于在负极不存在活性物质，所以能够排除负极材料进入端面的材料。在本发明的锂二次电池中，设为在负极不具有负极活性物质的构成、且分隔件的缘与负极的缘在俯视下位于相同的位置、即作为分隔件的缘与负极的缘在俯视下的距离的边距实质上成为0的构成。由此，能够防止电极之间的短路且与以往相比增大负极。根据这样的本发明的锂二次电池，能够设为提高每单位体积/单位重量的能量效率的构成。
在上述锂二次电池中，优选负极以及分隔件分别为矩形形状的构成。而且，优选矩形形状的负极的至少一边和矩形形状的分隔件的与该负极的一边对应的边在俯视下配置于相同的位置。
在这样的锂二次电池中，能够设为在具有矩形形状的负极以及分隔件的锂二次电池中，具有与以往相比更大的负极的构成。由此，能够设为提高锂二次电池的每单位体积/单位重量的能量效率的构成。
在上述锂二次电池中，优选设为负极的至少一边以外的其他边和分隔件的与该负极的其他边对应的其他边相比在俯视下位于内侧的构成。此时，优选设为负极的其他边和分隔件的对应的其他边在俯视下的距离为0.3mm以上5.0mm以下。
在这样的锂二次电池中，在俯视下，成为关于负极的四个边之中的一部分的边，将作为分隔件的缘与负极的缘在俯视下的距离的边距实质上设为0，关于其他边设置0.3mm以上5.0mm以下的边距的构成。通过该构成，能够设为关于需要的部分设置最低限的边距且具有与以往相比更大的负极的构成。
在上述锂二次电池中，优选设为负极的四个边与所述分隔件的四个边在俯视下配置于相同的位置的构成。
根据这样的锂二次电池，能够将俯视下的负极的大小设为与分隔件的大小相同的大小。由此，能够设为将负极进一步增大的构成，能够设为提高每单位体积/单位重量的能量效率的锂二次电池。
在上述锂二次电池中，优选设为在俯视下，正极的缘与负极的对应的缘相比位于内侧的构成。此时，优选构成为正极的缘与负极的对应的缘在俯视下的距离为0.3mm以上。
此外，本发明的一实施方式涉及的锂二次电池除了正极、不具有负极活性物质的负极和配置于正极与负极之间的分隔件以外，还具备封入正极、负极以及分隔件的外包装体。在该锂二次电池种，设为分隔件的至少一部分缘以及负极的与该一部分缘相同侧的缘位于距离相对的外包装体的内壁相同的距离的构成。
在上述锂二次电池中，能够设为封入外包装体的负极至少部分地与以往相比更大的构成。由此，能够设为提高锂二次电池的每单位体积/单位重量的能量效率的构成。
发明效果
根据本发明，能够提供提高每单位体积/单位重量的能量效率的锂二次电池。
附图说明
图1是本发明的实施方式涉及的锂二次电池的俯视图。
图2是表示本发明的实施方式涉及的包含正极、负极以及分隔件的锂二次电池的一部分的俯视图。
图3是表示本发明的实施方式涉及的锂二次电池的截面的一部分的图。
图4是表示本发明的变形例1涉及的包含正极、负极以及分隔件的锂二次电池的一部分的俯视图。
图5是表示本发明的变形例2涉及的包含正极、负极以及分隔件的锂二次电池的一部分的俯视图。
具体实施方式
以下，根据需要参照附图，关于本发明的实施方式(以下，称为“本实施方式”)详细地说明。此外，在附图中，对相同要素标注相同附图标记，省略重复的说明。此外，上下左右等的位置关系只要没有特别说明，则基于附图所示的位置关系。而且，附图的尺寸比例不限于图示的比例。
[锂二次电池的构成]
图1是表示本发明的实施方式涉及的锂二次电池1的构成的俯视图。图2是表示本发明的实施方式涉及的、包含正极、负极以及分隔件的锂二次电池1的一部分的俯视图。图3是表示锂二次电池1的截面的一部分的图。
如图1～图3所示那样，锂二次电池1包含正极11、负极12以及配置在正极11与负极12之间的分隔件13。如图3的截面图所示那样，正极11、负极12以及分隔件13层状地层积。如图1所示那样，锂二次电池1层积多层正极11、负极12以及分隔件13的组(电池)而构成。这些正极11、负极12以及分隔件13通过被外包装体14密封而构成袋式电池。在一个袋式电池中封入多个正极11、负极12以及分隔件13的组，但可以在一个袋式电池中封入一组正极11、负极12以及分隔件13。如图1以及图2所示那样，正极11以及负极12分别与正极端子15以及负极端子16连接。这些正极端子15以及负极端子16构成为能够向构成袋式电池的外包装体14的外部延伸而与外部电路连接。如图1以及图2所示那样，从锂二次电池1中的层积正极11、负极12以及分隔件13的方向俯视的面为平坦面。其形状为矩形(方形)，但不限定于此。正极11、负极12以及分隔件13在俯视下的形状根据用途等能够设为例如为圆形、椭圆形、多边形等的任意的形状。正极11、负极12以及分隔件13在俯视下的形状可以为彼此相似的形状。
分隔件13防止正极11与负极12接触而电池短路。在本实施方式的锂二次电池1中，由于在负极不存在活性物质，能够排除负极材料进入端面的材料，所以能够防止正极11与负极12短路。因此，如果在以往，需要设置作为俯视下的负极12的缘12a与分隔件13的缘13a的距离的负极/分隔件边距(或者仅称为“边距”)，设为负极12的缘12a比分隔件13的缘13a向内侧避开的构成，但在锂二次电池1中不需要设置该边距。在本实施方式的锂二次电池1中，如图3的截面图所示那样，能够设为消除分隔件13的缘13a与负极12的缘12a的边距，实质上设为0的构成。此时，例如，如图2所示那样，负极12的缘12a与分隔件13的缘13a在与边A、B以及C对应的位置，在俯视下成为相同的位置。在与边D对应的位置中，负极12的缘12a与分隔件13的缘13a在俯视下不成为相同的位置而设置有边距。换言之，在与边D对应的位置，负极12的缘12a在俯视下，配置为位于分隔件13的缘13a的内侧。此外，在该位置，配置为正极11的缘11a与负极12的缘12a相比在俯视下位于内侧。在与边A、B以及C对应的位置，如图3所示那样，负极12的缘12a以及分隔件13的缘13a与外包装体14的内壁14a抵接。
另一方面，在锂二次电池1中，设为将作为正极11的缘11a与分隔件13的缘13a之间的距离的正极/分隔件边距设置在例如为0.3mm以上0.5mm以下的范围的构成。
此外，即使将负极/分隔件边距实质上设为0的情况下，由于正极11、负极12以及分隔件13在制造时的尺寸偏差，或者层积时的位置偏移，有时产生±0.3mm程度的误差。在本说明书中，像这样即使在由于制造时的尺寸偏差以及位置偏移等具有或多或少的边距的构成的情况下，边距实质上视为0。边距实质上为0的、换言之负极12的缘12a与分隔件13的缘13a视为相同的位置是例如边距为0.3mm以下的情况，优选为边距为0.2mm以下的情况，更加优选为边距为0.1mm以下的情况。
此外，负极12的缘12a以及分隔件13的缘13a也可以设为不一定与外包装体14的内壁14a抵接的构成。但是，负极12的缘12a以及分隔件13的缘13a优选为在至少一部分，距离相对的外包装体14的内壁14a实质上相同的距离的构成。由于上述同样的主旨，外包装体14的内壁14a分别与负极12的缘12a以及分隔件13的缘13a的距离视为实质上相同的距离是例如该距离之差为0.3mm以内的情况，优选为该距离之差为0.2mm以内的情况，更加优选为该距离之差为0.1mm以内的情况。
此外，如图4所示的变形例那样，负极12B的缘12c也可以设为在与其四个边A、B、C以及D的所有对应的位置将边距实质上设为0的构成。此外，如图5所示的变形例那样，负极12D的缘12e也可以仅在与边B对应的位置，将边距实质上设为0，在与其他边对应的位置设置边距。此外，在与设置了边距的边对应的位置，在俯视下，配置为负极12的缘12a位于分隔件13的缘13a的内侧，正极11的缘11a位于负极12的缘12a的内侧。
即，在本实施方式的锂二次电池12中，在矩形形状的负极12以及分隔件13中，通过设为在俯视下，在负极12的至少一边将边距实质上设为0的构成，能够防止电极的短路且将负极12设为与以往构成相比更大。由于能够使负极12的四个边之中的、将边距实质上设为0的边越增加，越增大负极12的大小，所以优选关于负极12的四个边全部将边距实质上设为0。由此，能够设为提高锂二次电池1的每单位体积/单位重量的能量效率的构成。
此外，在设置了边距的边中，优选为将边距设置在0.3mm以上5.0mm以下的范围。边距的最小距离优选比负极12以及分隔件13的尺寸的制造偏差小，也可以设为0.2mm以上或者0.1mm以上。边距的最大距离优选较小，但如上述那样优选设为5.0mm以下，更加优选为3.0mm以下，进一步优选为1.0mm以下。
此外，通过将作为锂二次电池的负极的缘与分隔件的缘的距离的边距至少部分地实质上设为0，在增大负极这一点上得到一定的效果。例如，在使锂二次电池1的正极11、负极12以及分隔件13层积而配置成圆筒状的圆筒电池中，也与上述同样地，通过设置将作为负极12的缘与分隔件13的缘的距离的边距实质上设为0的部分，从而能够增大负极。
此外，在本说明书中公开的本实施方式的锂二次电池典型地是具备电解液的液体电解质类锂二次电池(尤其是非水电解液系锂二次电池)、具备聚合物电解质的固体或者半固体电解质类锂二次电池或者具备凝胶电解质的凝胶电解质类锂二次电池。但是，只要解决本发明的课题，本实施方式的锂二次电池也可以是除此以外的、例如具备无机固体电解质的全固体电池。
(负极)
负极12不具有负极活性物质。在本说明书中，“负极活性物质”是指在负极中产生电极反应，即氧化反应以及还原反应的物质。具体来说，作为本实施方式的负极活性物质，列举出锂金属以及锂元素(锂离子或者锂金属)的宿主物质。锂元素的宿主物质是指为了将锂离子或者锂金属保持在负极上而设置的物质。作为这样的保持机构，无特别限定，列举出例如嵌入、合金化以及金属簇的吸收等，典型地是嵌入。
本实施方式的锂二次电池1由于在电池的初始充电前负极12不具有负极活性物质，所以通过在负极12上析出锂金属以及该析出的锂金属电解溶出从而进行充放电。因此，本实施方式的锂二次电池1与具有负极活性物质的锂二次电池比较，由于负极活性物质所占的体积以及负极活性物质的质量削减，电池整体的体积以及质量变小，所以能量密度原则上高。
本实施方式的锂二次电池1在电池的初始充电前，负极12不具有负极活性物质，通过电池的充电在负极上析出锂金属，通过电池的放电，电解溶出该析出的锂金属。因此，在本实施方式的锂二次电池1中，负极12作为负极集电体工作。
当将本实施方式的锂二次电池1与锂离子电池(LIB)以及锂金属电池(LMB)比较时，在以下方面不同。
在锂离子电池(LIB)中，负极具有锂元素(锂离子或者锂金属)的宿主物质，通过电池的充电在涉及的物质中填充锂元素，通过宿主物质释放锂元素从而进行电池的放电。LIB在负极具有锂元素的宿主物质这一点上与本实施方式的锂二次电池1不同。
锂金属电池(LMB)是在其表面具有锂金属的电极，或者将锂金属单体作为负极使用而制造的。即，LMB与本实施方式的锂二次电池1的不同之处在于，在刚刚组装电池之后，即在电池的初始充电之前，负极具有作为负极活性物质的锂金属。LMB在该制造中，使用包含可燃性以及反应性高的锂金属的电极，但由于本实施方式的锂二次电池使用不具有锂金属的负极制造，所以安全性以及生产性更加优异。此外，本实施方式的锂二次电池1与LMB相比，能量密度以及循环特性优异。
在本说明书中，负极“不具有负极活性物质”是指负极不具有或者实质上不具有负极活性物质。负极实质上不具有负极活性物质是指，负极中的负极活性物质的含量相对于负极整体为10质量％以下。负极中的负极活性物质的含量相对于负极整体，优选为5.0质量％以下，可以为1.0质量％以下，也可以为0.1质量％以下，还可以为0.0质量％以下。通过负极不具有负极活性物质或者负极中的负极活性物质的含量在上述范围内，从而锂二次电池1的能量密度变高。
在本说明书中，“具备不具有负极活性物质的负极的锂二次电池”是指，在电池的初始充电前，负极不具有负极活性物质。因此，“不具有负极活性物质的负极”这样的句子可以换言之为“在电池初始充电前不具有负极活性物质的负极”、“无论电池处于何种充电状态，都不具有锂金属以外的负极活性物质，并且在初始充电前不具有锂金属的负极”或者“在初始充电前不具有锂金属的负极集电体”等。此外，“具备不具有负极活性物质的负极的锂二次电池”也可以换言之为无阳极锂电池、零阳极锂电池、或者无负极锂电池。
在本说明书中，电池为“初始充电前”是指从电池组装到进行第一次为止的状态。此外，电池为“放电结束时”是指，即使进一步使电池的电压降低，也实质上不会产生与正极活性物质相关的放电反应，此时的电池的电压例如为1.0～3.5V、2.0～3.2V或者2.5～3.0V。
本实施方式的负极12是无论电池处于何种充电状态，除了锂金属以外的负极活性物质的含量相对于负极整体为10质量％以下，优选为5.0质量％以下，可以为1.0质量％以下，也可以为0.1质量％以下，也可以为0.0质量％以下，还可以为0质量％。
此外，本实施方式的负极12是在初始充电前，锂金属的含量相对于负极整体为10质量％以下，优选为5.0质量％以下，更加优选为1.0质量％以下，或者为0.1质量％以下。本实施方式的负极尤其优选为，在初始充电前不具有锂金属，即，锂金属的含量相对于负极整体为0质量％。
本实施方式的锂二次电池1在电池的电压为2.5V以上3.5V以下的情况下，可以是锂金属的含量相对于负极整体为10质量％以下(优选为5.0质量％以下，也可以为1.0质量％以下)；或者，在电池的电压为2.5V以上3.0V以下的情况下，也可以是锂金属的含量相对于负极整体为10质量％以下(优选为5.0质量％以下，也可以为1.0质量％以下)。
此外，在本实施方式的锂二次电池1中，电池的电压在3.0V的状态下在负极上析出的锂金属的质量M3.0相对于在电池的电压为4.2V的状态下在负极上析出的锂金属的质量M4.2的比值M3.0/M4.2优选为30％以下，更加优选为25％以下，进一步优选为20％以下。比值M3.0/M4.2可以为1.0％以上，可以为2.0％以上，可以为3.0％以上，也可以为4.0％以上。
作为作为本实施方式的负极活性物质的例子，列举出锂金属以及包含锂金属的合金、碳类物质、金属氧化物以及与锂合金化的金属和包含该金属的合金等。作为上述碳类物质，无特别限定，列举出例如石墨烯、石墨、硬碳、介孔碳、碳纳米管以及碳纳米角等。作为上述金属氧化物，无特别限定，列举出例如氧化钛类化合物、氧化锡类化合物以及氧化钴类化合物等。作为与上述锂合金化的金属，列举出例如硅、锗、锡、铅、铝以及镓。
作为负极12，如果是不具有负极活性物质但能够作为集电体使用则无特别限定，列举出例如从由Cu、Ni、Ti、Fe和除此之外不与Li反应的金属及它们的合金，以及不锈钢(SUS)构成的组中选择的至少一种构成，列举出优选为从由Cu、Ni及它们的合金，以及不锈钢(SUS)构成的组选择的至少一种构成。当使用这样的负极时，电池的能量密度以及生产性趋于更加优异。
此外，在负极中使用SUS的情况下，作为SUS的种类能够使用以往公知的各种物质。上述负极材料单独使用一种或者并用两种以上。此外，本说明书中，“不与Li反应的金属”是指在锂二次电池的工作条件下不与锂离子或者锂金属反应而合金化的金属。
负极12优选为从由Cu、Ni、Ti、Fe和它们的合金、以及不锈钢(SUS)构成的组中选择的至少一种构成的，更加优选为从由Cu、Ni和它们的合金、以及不锈钢(SUS)构成的组中选择的至少一种构成的。负极12进一步优选为Cu、Ni、它们的合金或者不锈钢(SUS)。当使用这样的负极12时，电池的能量密度以及生产性趋于更加优异。
本实施方式的负极12的平均厚度优选为4μm以上20μm以下，更加优选为5μm以上18μm以下，进一步优选为6μm以上15μm以下。根据这样的方式，由于锂二次电池中的负极所占的体积减少，所以锂二次电池1的能量密度更加提高。
此外，在本说明书中，“平均厚度”意味着使用扫描型电子显微镜或光学显微镜放大观察对象的部件，测量三处以上的部分的厚度时的相加平均。
(正极)
正极11只要具有正极活性物质，一般来说如果是用于锂二次电池则无特别限定，根据锂二次电池的用途不同，能够适当选择公知的材料。正极11由于具有正极活性物质，所以稳定性以及输出电压高。正极活性物质在正极11的表面作为正极活性物质层11b形成。
在本说明书中，“正极活性物质”是指在正极中，发生电极反应、即氧化反应以及还原反应的物质。具体来说，列举出锂元素(典型的地是锂离子)的宿主物质。本说明书中的正极活性物质典型地是在本实施方式的锂二次电池的电压为3.0～4.2V的范围的条件下发生氧化还原反应的物质，或者在3.0～4.2V(vs.Li/Li+基准电极)的电位范围发生氧化还原反应的物质。
作为这样的正极活性物质，无特别限定，例如列举出金属氧化物以及金属磷酸盐。作为金属氧化物，无特别限定，例如列举出氧化钴类化合物、氧化锰类化合物以及氧化镍类化合物。作为上述金属磷酸盐，无特别限定，例如列举出磷酸铁类化合物以及磷酸钴类化合物。
作为典型的正极活性物质，列举出LiCoO2、LiNixCoyMnZO(x+y+z＝1)、LiNixCoyAlZO(x+y+z＝1)、LiNixMnyO2(x+y＝1)、LiNiO2、LiMn2O4、LiFePO、LiCoPO、LiFeOF、LiNiOF以及LiTiS2。上述正极活性物质单独使用一种或者并用两种以上。本实施方式的正极活性物质优选为从由LiCoO2、LiNixCoyMnZO(x+y+z＝1)、LiNixCoyAlzO(x+y+z＝1)、LiNixMnyO(x+y＝1)、LiNiO2以及LiMn2O4构成的组中选择的至少一种。
正极11也可以包含上述正极活性物质以外的成分。作为这样的成分，无特别限定，列举出例如公知的导电助剂、粘合剂、固体聚合物电解质以及无机固体电解质。
作为正极11中的导电助剂，无特别限定，列举出例如碳黑、单壁碳纳米管(SW-CNT)、多壁碳纳米管(MW-CNT)、碳纳米纤维(CF)以及乙炔黑。
此外，作为粘合剂，无特别限定，列举出例如聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、丁苯橡胶、丙烯酸树脂以及聚酰亚胺树脂等。上述导电助剂以及粘合剂分别单独使用一种或者并用两种以上。
正极11中的正极活性物质的含量相对于正极11整体也可以为例如50质量％以上100质量％以下。
关于导电助剂，制造本实施方式的正极时的配合量以及电池的放电结束时中的含量相对于正极的总质量例如也可以为0.5质量％30质量％以下、1.0质量％20质量％以下，或者1.5质量％10质量％以下。
关于粘合剂，制造本实施方式的正极时的配合量以及电池的放电结束时中的含量相对于正极的总质量例如也可以为0.5质量％30质量％以下、1.0质量％20质量％以下，或者1.5质量％10质量％以下。
关于电解质，制造本实施方式的正极时的配合量以及电池的放电结束时中的含量相对于正极的总质量例如也可以为0.5质量％30质量％以下、1.0质量％20质量％以下，或者1.5质量％10质量％以下。
本实施方式的正极的平均厚度例如为10μm以上300μm以下，优选为30μm以上200μm以下，或者为50μm以上150μm以下。但是，正极的平均厚度能够根据期望的电池的容量适当调整。
(分隔件)
本实施方式的分隔件13为用于通过将正极11与负极12隔离而防止电池短路，并且确保成为正极11与负极12之间的电荷载体的锂离子的离子传导性的部件。即，分隔件13具有将正极11与负极12隔离的功能以及确保锂离子的离子传导性的功能。作为这样的分隔件，既可以单独使用具有上述两种功能的一种部件，也可以组合两个以上具有上述一种功能的部件而使用。作为分隔件，如果是承担上述功能则无特别限定，例如列举出具有绝缘性的多孔质的部件、聚合物电解质、凝胶电解质以及无机固体电解质，典型地是从由具有绝缘性的多孔质的部件、聚合物电解质以及凝胶电解质构成的组中选择的至少一种。
在分隔件13包含具有绝缘性的多孔质部件的情况下，通过在涉及的部件的细孔中填充具有离子传导性的物质，涉及的部件发挥离子传导性。作为填充的物质，列举出电解液、聚合物电解质以及凝胶电解质。
本实施方式的分隔件13能够单独使用一种或者组合两种以上使用具有绝缘性的多孔质部件、聚合物电解质或者凝胶电解质。但是，在作为分隔件单独使用具有绝缘性的多孔质的部件的情况下，为了确保离子传导性，需要锂二次电池还具备电解液。
作为构成上述具有绝缘性的多孔质部件的材料，无特别限定，列举出例如绝缘性高分子材料，具体来说，列举出聚乙烯(PE)以及聚丙烯(PP)。即，本实施方式的分隔件可以是多孔质的聚乙烯(PE)膜、多孔质的聚丙烯(PP)膜或者它们的层积构造。
作为上述聚合物电解质，无特别限定，例如列举出主要包含高分子以及电解质的固体聚合物电解质以及主要包含高分子、电解质、以及增塑剂的半固体聚合物电解质。
作为上述凝胶电解质，无特别限定，例如列举出主要包含高分子以及液体电解质(即，溶剂和电解质)。
作为能够包含聚合物电解质以及凝胶电解质的高分子，无特别限定，例如列举出为包含醚以及酯等的包含氧原子的官能基、卤基、以及氰基那样的极性基团的高分子。具体来说，列举出例如在主链和/或侧链上具有环氧乙烷单元树脂如环氧乙烷(PEO)、丙烯酸树脂、乙烯基树脂、酯树脂、尼龙树脂、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚丙烯腈(PAN)、聚硅氧烷、聚磷腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚酰胺、聚酰亚胺、芳族聚酰胺、聚乳酸、聚氨酯、聚缩醛、聚砜、聚碳酸亚乙酯、聚碳酸亚丙酯及聚四氟乙烯等。上述树脂单独使用一种或者并用两种以上。
作为聚合物电解质以及凝胶电解质所包含的电解质，列举出Li、Na、K、Ca、以及Mg的盐等。典型地是，在本实施方式中，聚合物电解质以及凝胶电解质包含锂盐。
作为锂盐，无特别限定，列举出例如LiI、LiCl、LiBr、LiF、LiBF4、LiPF6、LiAsF6、LiSO3CF3、LiN(SO2F)2、LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2CF3CF3)2、LiB(O2C2H4)2、LiB(C2O4)2、LiB(O2C2H4)F2、LiB(OCOCF3)4、LiNO3以及Li2SO4，优选为从由LiN(SO2F)2、LiN(SO2CF3)2以及LiN(SO2CF3CF3)2构成的组中选择的至少一种。上述锂盐单独使用一种或者并用两种以上。
聚合物电解质以及凝胶电解质中的高分子与锂盐的配合比也可以通过高分子所具有的极性基团与锂盐所具有的锂原子之比来决定。例如在高分子具有氧原子的情况下，可以通过高分子所具有的氧原子的数量与锂盐所具有的锂原子的数量之比([Li]/[O])来决定。在聚合物电解质以及凝胶电解质中，高分子与锂盐的配合比为上述比([Li]/[O])，例如能够调整为0.02以上0.20以下、0.03以上0.15以下或者0.04以上0.12以下。
作为凝胶电解质所包含的溶剂，无特别限定，例如能够单独使用一种或组合使用两种以上为后述的电解液所能够包含的溶剂。关于优选的溶剂的例，与后述的电解液中同样。
作为半固体聚合物电解质所包含的增塑剂，无特别限定，例如列举出与为凝胶电解质所能够包含的溶剂同样的成分以及各种各样的低聚物。
本实施方式的分隔件13也可以被分隔件覆盖层覆盖。分隔件覆盖层既可以覆盖分隔件13的两面，也可以仅覆盖一面。分隔件覆盖层如果是不与锂离子反应的部件则无特别限定，优选为能够使分隔件与和分隔件邻接的层牢固地粘接。作为这样的分隔件覆盖层无特别限定，列举出例如包含聚偏氟乙烯(PVDF)、苯乙烯-丁二烯橡胶与羧甲基纤维素的复合材料(SBR-CMC)、聚丙烯酸(PAA)、聚丙烯酸锂(Li-PAA)、聚酰亚胺(PI)、聚酰胺酰亚胺(PAI)以及芳纶那样的粘合剂。分隔件覆盖层也可以在上述粘合剂中添加二氧化硅、氧化铝、二氧化钛、氧化锆、氧化镁、氢氧化镁、硝酸锂等的无机粒子。
本实施方式的分隔件13的平均厚度优选为20μm以下，更加优选为18μm以下，进一步优选为15μm以下。根据这样的方式，由于锂二次电池1中的分隔件所占的体积减少，所以锂二次电池的能量密度更加提高。此外，分隔件13的平均厚度优选为5μm以上，更加优选为7μm以上，进一步优选为10μm以上。根据这样的方式，能够更加可靠地隔离正极11与负极12，能够更加抑制电池短路。
(电解液)
锂二次电池1优选还具备电解液。电解液为包含溶剂以及电解质的液体，具有离子传导性。电解液也可以换言之为液体电解质，作为锂离子的导电路径发挥作用。因此，当锂二次电池具有电解液时，趋于内部电阻更加降低，能量密度、容量以及循环特性更加提高。电解液可以使分隔件13浸润其中，也可以将负极、分隔件、正极以及正极集电体的层积体共同封入电解液的产物作为锂二次电池1的完成品。
作为电解液所包含的电解质，能够单独使用一种或者组合两种以上聚合物电解质以及凝胶电解质所能够包含的电解质、尤其是上述锂盐而使用。优选的锂盐与聚合物电解质以及凝胶电解质中的相同。
作为电解液所包含的溶剂，例如列举出具有氟原子的非水溶剂(以下，称为“氟溶剂”)以及不具有氟原子的非水溶剂(以下，称为“非氟溶剂”)。
作为氟溶剂，无特别限定，例如列举出1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙醚、1,1,2,2-四氟乙基-2,2,2-三氟乙醚以及1H,1H,5H-八氟戊基-1,1,2,2-四氟乙醚等。
作为非氟溶剂，无特别限定，例如列举出三乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚、1,2-二甲氧基乙烷、二甲氧基乙烷、二甲氧基丙烷、二甲氧基丁烷、二乙二醇二甲醚、乙腈、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯、氯代碳酸亚乙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、磷酸三甲酯、磷酸三乙酯和12-冠醚-4。
上述氟溶剂以及/或者非氟溶剂能够单独使用一种，或者以任意比例自由组合两种以上而使用。氟溶剂与非氟溶剂的含量无特别限定，既可以是氟溶剂相对于溶剂整体的比例可以为0～100体积％，也可以是非氟溶剂相对于溶剂整体的比例为0～100体积％。
(外包装体)
外包装体14收纳锂二次电池1的正极11、负极12、分隔件13以及电解液等而密封。外包装体14的材料例如使用层压膜。
(正极端子以及负极端子)
正极端子15其一端与正极11连接，向外包装体14的外部延伸，另一端与未图示的外部电路连接。负极端子16其一端与负极12连接，向外包装体14的外部延伸，另一端与未图示的外部电路连接。作为正极端子15以及负极端子16的材料，如果是具有导电性则无特别限定，例如列举出Al或者Ni等。
实施例1
[关于电池的不合格率的实验]
在此，使用本实施方式的锂二次电池1和以往的锂二次电池的任一个，进行使作为俯视下的分隔件13的缘13a与负极12的缘12a的距离的边距变化的同时求出电池的不合格率的实验。此外，实施例是使用了本实施方式的锂二次电池1的实验，比较例是为了与本实施方式的锂二次电池1对比而进行的实验。
在实验中，使用如以下那样的锂二次电池。在比较例1～3中，使用负极包含负极活性物质的以往的锂二次电池。在这些锂二次电池中，将负极容量设为350mAh/g，将作为负极/正极的容量比率的NP比设为1.05。在比较例4～7以及实施例中，使用负极不包含负极活性物质的锂二次电池。在负极中使用铜箔(Cu箔)。将正极、分隔件以及负极的组层积的层积数设为25。正极单位面积容量设为25mg/cm2，或者为10mg/cm2。正极活性物质容量设为200mAh/g，活性物质比率设为97％。作为正极的缘与负极的缘的距离的正极/负极边距设为2mm。使作为负极与分隔件的距离的负极/分隔件边距(边距)在0以上2.5mm之间变化。此外，将该边距设为0以外的边的数量作为具有边距的边数，在0～4变化。即，表示如果具有边距的边数为4，则在矩形的所有的边中设置边距，如果具有边距的边数为1，则仅在矩形的四个边之中的一个边中设置边距。一边使这些条件变化，一边如下求出体积能量密度(Wh/L)以及电池的不合格率(％)。
[比较例1～3]
在比较例1～3中，在负极中使用包含负极活性物质的以往的锂二次电池。比较例1～3的条件以及实验结果如下表1。
[表1]
在比较例1～3的锂二次电池中，体积能量密度为700～710，与后述的负极不包含负极活性物质的本实施方式的锂二次电池1比较变小。在比较例1中，设置2.5mm的边距，电池的不合格率小于0.001％。在比较例2中，设置0.5mm的边距，电池的不合格率为0.02％。在比较例3中，将边距设为0，电池的不合格率为5％。
如此，在负极中包含负极活性物质的以往的锂二次电池中，通过缩小边距，电池的不合格率上升。尤其是，在将边距设为0的情况下成为不合格率高。
[比较例4～5以及实施例1]
在以后的比较例以及实施例中，使用在负极不包含负极活性物质的锂二次电池。将正极单位面积容量设为25mg/cm2的比较例4～5以及实施例1的条件以及实验结果如下表2。
[表2]
在比较例4的锂二次电池中，设置2.5mm的边距，体积能量密度为1484Wh/L、电池的不合格率小于0.001％。在比较例5的锂二次电池中，设置0.5mm的边距，体积能量密度为1658Wh/L，电池的不合格率为0.003％。在实施例1的锂二次电池中，将边距设为0，体积能量密度为1707Wh/L、电池的不合格率为0.009％。
[比较例6～7、以及实施例2]
在比较例6～7以及实施例2中，将正极单位面积容量设为10mg/cm2，以下的条件以及实验结果如下表3。
[表3]
在比较例6的锂二次电池中，设置2.5mm的边距，体积能量密度为1129Wh/L、电池的不合格率小于0.001％。在比较例7的锂二次电池中，设置0.5mm的边距，体积能量密度为1261Wh/L、电池的不合格率为0.002％。在实施例2的锂二次电池中，将边距设为0，体积能量密度为1298Wh/L、电池的不合格率为0.005％。
[实施例3～5]
在实施例3～5中，与实施例2同样地将正极单位面积容量设为10mg/cm2，使具有边距的边数在1～3中变化而进行实验。在具有边距的边将边距设为0.5mm，在具有边距的边以外的边将边距设为0。实施例3～5的条件以及实验结果如下表4。
[表4]
在实施例3的锂二次电池中，仅在四个边之中的一个边设置边距。实施例3的锂二次电池的体积能量密度为1292Wh/L、电池的不合格率为0.004％。
在实施例4的锂二次电池中，在四个边之中的两个边设置边距。实施例4的锂二次电池的体积能量密度为1285Wh/L、电池的不合格率为0.0035％。
在实施例5的锂二次电池中，在四个边之中的三个边设置边距。实施例5的锂二次电池的体积能量密度为1273Wh/L、电池的不合格率为0.003％。
从上述比较例4～7与实施例1以及2的比较可知，在负极中不包含负极活性物质的本实施方式的锂二次电池中，在将边距设为0的情况下，能够较低地抑制电池的不合格率且得到高体积能量密度。此外，如从实施例2～5可知，将边距设为0的边数越多，体积能量密度越上升，电池的不合格率越降低。但是，即使在所有边中将边距设为0的情况下，电池的不合格率较好，能够实用。
[变形例]
上述实施方式是用于说明本发明示例，并不是将本发明仅限定于该实施方式的主旨，本发明只要不脱离其主旨，就能够进行各种变形。
例如，锂二次电池也可以具有配置为与正极或者负极接触的集电体。在这种情况下，正极端子以及负极端子与集电体连接。作为集电体，无特别限定，例如，列举出能够用于负极材料的集电体。此外，在锂二次电池不具有集电体的情况下，负极以及正极自身作为集电体工作。
以上说明的实施方式是为了使本发明的理解变得容易，并不是用于限定本发明进行解释的方式。实施方式所具备各要素及其配置、材料、条件、形状及尺寸等不限于例示，可以适当变更。此外，可以部分置换或组合以不同实施方式表示的构成彼此。
工业实用性
本发明的锂二次电池由于每单位体积/单位重量的能量效率优异，所以作为在各种各样的用途中使用的蓄电设备，具有工业实用性。
附图标记说明
1…锂二次电池
11…正极
12…负极
13…分隔件
14…外包装体
15…正极端子
16…负极端子。

Claims (9)

1.一种锂二次电池，具备：
正极；
负极，不具有负极活性物质；以及
分隔件，配置于所述正极与所述负极之间，
所述负极的缘的至少一部分和与该负极的一部分缘对应的所述分隔件的缘在俯视下配置于相同的位置。
2.根据权利要求1所述的锂二次电池，其中，
所述负极以及所述分隔件分别为矩形形状。
3.根据权利要求2所述的锂二次电池，其中，
所述负极的至少一边和所述分隔件的与该负极的一边对应的边在俯视下配置于相同的位置。
4.根据权利要求3所述的锂二次电池，其中，
所述负极的所述至少一边以外的其他边与所述分隔件的与该负极的其他边对应的其他边相比在俯视下位于内侧。
5.根据权利要求4所述的锂二次电池，其中，
所述负极的所述其他边与所述分隔件的所述对应的其他边在俯视下的距离为0.3mm以上5.0mm以下。
6.根据权利要求2所述的锂二次电池，其中，
所述负极的四个边与所述分隔件的四个边在俯视下配置于相同的位置。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的锂二次电池，其中，
在俯视下，所述正极的缘与所述负极的对应的缘相比位于内侧。
8.根据权利要求7所述的锂二次电池，其中，
所述正极的缘与所述负极的对应的缘在俯视下的距离为0.3mm以上。
9.一种锂二次电池，具备：
正极；
负极，不具有负极活性物质；
分隔件，配置于所述正极与所述负极之间；以及
外包装体，封入所述正极、所述负极以及所述分隔件，
所述分隔件的至少一部分缘以及所述负极的与该一部分缘相同侧的缘处于距离相对的所述外包装体的内壁相同的距离。
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