非水電解質(zhì)電池及電池包的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明的實施方式設(shè)及非水電解質(zhì)電池及電池包。
【背景技術(shù)】
[0002] 為了降低過充電時的正極的電位，迄今為止通過相對于負(fù)極容量使正極容量過剩 來應(yīng)對。由此，通過使正極容量大于負(fù)極容量能夠抑制過充電時正極電位的增高，從而抑制 急發(fā)熱。
[0003] 在正極容量和負(fù)極容量的比p/n大大超過1那樣的電池中，在過充電時，負(fù)極電 位的下降顯著，其結(jié)果是，有安全性降低的問題。其理由如下。首先，對于負(fù)極的容量與正 極相比相對小的電池，在使電池滿充電時，負(fù)極為滿充電狀態(tài)，但正極為可W進一步充電的 狀態(tài)。如果從運樣的滿充電狀態(tài)進一步對電池進行充電，達到過充電狀態(tài)，則負(fù)極電位急劇 下降。如果負(fù)極電位顯著降低，則使負(fù)極表面和電解液的副反應(yīng)加速，伴隨該副反應(yīng)可產(chǎn)生 熱。該熱使非水電解質(zhì)電池的內(nèi)部的溫度上化結(jié)果是非水電解質(zhì)電池的安全性可能下降。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 發(fā)明要解決的問題
[0005] 本發(fā)明的目的在于，提供一種能夠顯示優(yōu)異的安全性的非水電解質(zhì)電池及具備該 非水電解質(zhì)電池的電池包。
[0006] 用于解決問題的手段
[0007] 根據(jù)第1實施方式，提供一種非水電解質(zhì)電池。該非水電解質(zhì)電池具備負(fù)極、正 極和非水電解質(zhì)。負(fù)極含有鐵氧化物。通過對負(fù)極表面進行光電子光譜測定而得到的Li 原子存在比率Au、Ti原子存在比率Ati及C原子存在比率At滿足不等式210 及1.01.5。正極含有儀鉆儘復(fù)合氧化物。儀鉆儘復(fù)合氧化物可W由組成式 Liia化xC〇yMriz〇2表示。運里，下標(biāo)X、y及Z滿足不等式0. 1《x/"(y+z)《1. 3,0《a《1。 正極的容量P和負(fù)極的容量n的比p/n在1.2W上且2W下的范圍內(nèi)。
[0008] 根據(jù)第2實施方式，提供一種電池包。該電池包包含第1實施方式所設(shè)及的非水 電解質(zhì)電池。
【附圖說明】
[0009] 圖1是第1實施方式所設(shè)及的第1例的非水電解質(zhì)電池的局部剖面立體圖。
[0010] 圖2是圖1的A部的放大剖面圖。
[0011] 圖3是第1實施方式所設(shè)及的第2例的非水電解質(zhì)電池的局部剖面立體圖。
[0012] 圖4是第1實施方式所設(shè)及的一個例子的非水電解質(zhì)電池含有的負(fù)極的表面的光 電子光譜譜圖的一部分。
[0013] 圖5是第1實施方式所設(shè)及的一個例子的非水電解質(zhì)電池含有的負(fù)極的表面的光 電子光譜譜圖的另一部分。
[0014] 圖6是第I實施方式所設(shè)及的一個例子的非水電解質(zhì)電池含有的負(fù)極的表面的光 電子光譜譜圖的又另一部分。
[0015] 圖7是第2實施方式所設(shè)及的一個例子的電池包的分解立體圖。
[0016] 圖8是表示圖7所示的電池包的電路的方框圖。
[0017] 符號說明
[001引1:電極組，2:負(fù)極，2a:負(fù)極集電體，2b:負(fù)極合劑層，3 :正極，3a:正極集電體， 3b:正極合劑層，4 :隔膜，5 :負(fù)極端子，5a:負(fù)極極耳，6:正極端子，6a:正極極耳，7 :外包 裝構(gòu)件，7a:金屬制容器，7b:封口板，7c:絕緣部件，20:電池包，21:單電池，22:粘接膠帶， 23 :組電池，24 :印制電路布線基板，25 :熱敏電阻，26 :保護電路，27 :向外部端子通電的通 電用的端子，37 :收納容器，100 :非水電解質(zhì)電池。
【具體實施方式】
[0019] W下，參照附圖對實施方式進行說明。另外，對實施方式中共同的構(gòu)成標(biāo)注相同的 符號，并省略重復(fù)的說明。此外，各圖是有助于實施方式的說明及其理解的示意圖，其形狀 或尺寸、比例等與實際的裝置有不同的地方，但它們可W通過參考W下的說明和公知技術(shù) 來適當(dāng)?shù)剡M行設(shè)計變更。
[0020] (第1實施方式）
[0021] 根據(jù)第1實施方式，提供一種非水電解質(zhì)電池。該非水電解質(zhì)電池具備負(fù)極、正 極和非水電解質(zhì)。負(fù)極含有鐵氧化物。通過對負(fù)極表面進行光電子光譜測定而得到的Li 原子存在比率Au、Ti原子存在比率Ati及C原子存在比率At滿足不等式210 及1.01.5。正極含有儀鉆儘復(fù)合氧化物。儀鉆儘復(fù)合氧化物可W由組成式 Liia化xC〇yMriz〇2表示。運里，下標(biāo)X、y及Z滿足不等式0. 1《x/(y+z)《1. 3,0《a《1。 正極的容量P和負(fù)極的容量n的比p/n在1.2W上且2W下的范圍內(nèi)。
[0022] 正極含有的由組成式Liia化xC〇yMriz〇2(0. 1《x/(y+z)《1. 3、0《a《1)表示的 儀鉆儘復(fù)合氧化物能夠抑制Ni的價數(shù)的增加，能夠提高過充電時的熱穩(wěn)定性。
[0023] 在由組成式LiigNixC〇yMn,〇2表示的儀鉆儘復(fù)合氧化物中，如果x/(y+z)小于0. 1， 則在充放電時主要Co的價數(shù)發(fā)生變化，因此正極電位增高。如果正極電位增高，則在過充 電時促進電解液在正極的氧化分解，產(chǎn)生發(fā)熱。因如此產(chǎn)生的熱而使安全性降低。另一方 面，在由組成式LiigNiyC〇yMn,〇2表示的儀鉆儘復(fù)合氧化物中，如果x/(y+z)大于1. 3,則因 Ni的價數(shù)增高而使過充電時的熱穩(wěn)定性降低。
[0024] x/(y+z)為0. 3W上且1. 3W下、y>Z是優(yōu)選的。只要x/(y+z)為0. 3W上，就能 夠進一步降低正極電化從而能夠抑制過充電時的電解液的氧化分解。此外，在Z時，可W得到能夠使晶體結(jié)構(gòu)進一步穩(wěn)定化、對過充電時的伴隨氧釋放的發(fā)熱進行抑制的效果。 [002引 x/^(y+z)為0.6W上且1.0W下、y>Z是優(yōu)選的。只要x/(y+z)為0.6W上，就 可W進一步得到通過抑制正極電位上升來抑制電解液氧化分解的效果。此外在X/(y+z)為1.0W下時，防止過充電時Ni的價數(shù)上升的效果進一步提高。
[0026] 再者，正極含有的儀鉆儘復(fù)合氧化物的組成式LiigNiyC〇yMn,〇2中的下標(biāo)a表示每 1摩爾的儀鉆儘復(fù)合氧化物的Li的脫嵌量。
[0027] 此外，第1實施方式所設(shè)及的非水電解質(zhì)電池基于W下的理由能夠防止負(fù)極表面 和非水電解質(zhì)的反應(yīng)，其結(jié)果是，能夠防止發(fā)熱。
[0028]對于具有通過光電子光譜法得到的Li原子存在比率Au、Ti原子存在比率Ati和C原子存在比率At滿足不等式2《10及1. 0《Au/At《1. 5的表面狀態(tài)的負(fù)極，在 鐵氧化物表面形成有保護被膜。運樣的保護被膜能夠抑制在鐵氧化物粒子表面的與電解液 的副反應(yīng)。此外，具有運樣的表面狀態(tài)的負(fù)極因表面的Li濃度高，而能夠?qū)^充電時的Li 向鐵氧化物內(nèi)部的過剩嵌入進行抑制。由此，第1實施方式所設(shè)及的非水電解質(zhì)電池能夠 防止負(fù)極的鐵氧化物成為過充電狀態(tài)，從而能夠防止負(fù)極電位顯著下降。由此，第1實施方 式所設(shè)及的非水電解質(zhì)電池能夠在充電末期防止負(fù)極表面和非水電解質(zhì)的反應(yīng)，從而能夠 防止發(fā)熱。
[002引如果比VA。小于2,則難W充分保護負(fù)極表面中的與電解液的副反應(yīng)的活性點， 不能充分得到抑制副反應(yīng)的效果。如果比A^Ati大于10,則對負(fù)極賦予過度的絕緣性。在 此種情況下，在過充電時負(fù)極因過電壓而使電位急劇下降。負(fù)極如果電位急劇下降，則產(chǎn)生 與非水電解質(zhì)的副反應(yīng)，可引起電池發(fā)熱。
[0030] 此外，如果比Au/Ac小于1. 0,則因不能充分防止Li相對于鐵氧化物的過剩嵌入， 而引起電位下降。如果Au/Ac大于1.5,則負(fù)極過度地形成絕緣性。在此種情況下，在過充 電時負(fù)極因過電壓而使電位急劇下降。
[0031]此外，即使用導(dǎo)電性的碳保護層覆蓋鐵氧化物表面，也不能得到抑制負(fù)極表面的 副反應(yīng)的效果。運是因為：因在導(dǎo)電性的碳保護層中可W給予和接受負(fù)極活性物質(zhì)和電解 液的界面中的電子，所W不能抑制在負(fù)極表面的副反應(yīng)。
[0032]負(fù)極表面中的比Ac/Ati可依賴于含碳化合物在鐵氧化物粒子表面的生成。在運樣 的含C化合物中含有C-Li鍵、C-C鍵、C-H鍵、CF2-CH2鍵、C-O鍵、C-N鍵、C=0鍵、0=C-O 鍵中的至少一種。
[0033] 負(fù)極的表面中的比Au/A?？蒞依賴于含裡化合物在鐵氧化物粒子表面的生成。運 樣的含Li化合物例如依賴于鐵氧化物粒子的構(gòu)成材料的組成、非水電解質(zhì)的組成、非水電 解質(zhì)中含有的水分量等，可W含有1種W上的化合物。例如，可W含有氣化裡化iF)、氧化 裡化i2〇)、氨氧化裡化iOH)、碳酸裡化izCOs)、碳酸氨裡化i肥〇3)或碳酸烷基裡（ROOX)Li: R為控基）。
[0034]含有運樣的表面狀態(tài)的負(fù)極的非水電解質(zhì)電池可W通過將材料的選擇、制造條 件、初充電及老化等條件綜合地組合起來而制作。例如，可W通過W下的各實施例中說明的 步驟來制作實施方式所設(shè)及的非水電解質(zhì)電池。
[0035]通過將正極容量P和負(fù)極容量n的容量比率p/n規(guī)定為1. 2W上且2W下，能夠抑 制正極的電位上升，從而抑制來自正極的發(fā)熱。另一方面，在比p/n小于1.2時，不能充分 抑制過充電時的正極電位的上升，容易產(chǎn)生來自正極的伴隨氧釋放的急發(fā)熱或電解液的氧 化分解反應(yīng)。此外，在比p/n為2. 0W上時，由于使正極活性物質(zhì)過剩地?fù)?dān)載于集電錐上， 所W正極電阻隨著正極合劑層的厚度變厚而增加。因此，因電阻而容易使正極電位增高，容 易發(fā)生電解液的氧化分解反應(yīng)，從而因發(fā)熱引起安全性下降。
[0036] 如此，第1實施方式所設(shè)及的非水電解質(zhì)電池即使在過充電狀態(tài)下，也能夠使負(fù) 極活性物質(zhì)表面的起因于副反應(yīng)的發(fā)熱的抑制和正極的急發(fā)熱的抑制得W兼顧。其結(jié)果 是，第1實施方式所設(shè)及的非水電解質(zhì)電池能夠顯示得W提高的安全性。
[0037] 接著，對第I實施方式所設(shè)及的非水電解質(zhì)電池進行更詳細(xì)的說明。
[0038] 第1實施方式所設(shè)及的非水電解質(zhì)電池具備負(fù)極、正極和非水電解質(zhì)。
[0039] 負(fù)極可W含有負(fù)極集電體和形成在負(fù)極集電體上的負(fù)極合劑層。
[0040] 負(fù)極集電體可W含有表面未擔(dān)載有負(fù)極合劑層的部分。該部分可W作為負(fù)極極耳 發(fā)揮作用。或者負(fù)極也可W進一步具備與負(fù)極集電體不同的負(fù)極極耳。
[0041] 鐵氧化物可W作為負(fù)極活性物質(zhì)而包含在負(fù)極合劑層中。負(fù)極合劑層也可W根據(jù) 需要進一步含有導(dǎo)電劑及粘結(jié)劑。
[0042] 正極可W含有正極集電體和形成在正極集電體上的正極合劑層。正極集電體可W 包含表面上未擔(dān)載有正極合劑層的部分。該部分可W作為正極極耳發(fā)揮作用?；蛘哒龢O也 可W進一步具備與正極集電體不同的正極極耳。
[0043] 儀鉆儘復(fù)合氧化物可W作為正極活性物質(zhì)而包含在正極合劑層中。正極合劑層也 可W根據(jù)需要進一步含有導(dǎo)電劑及粘結(jié)劑。
[0044] 正極