[发明专利]非水电解质二次电池

说明书

技术领域

本发明涉及圆筒型的非水电解质二次电池，具体地说涉及该电池的负极的结构。

背景技术

近年来，随着电子设备的便携化、无绳化，作为其驱动用的电源，小型、轻便、且具有高能量密度的镍氢或锂离子等的二次电池倍受关注。

锂离子二次电池包含：由含锂复合氧化物形成的正极、含有金属锂或锂合金或者能嵌入和脱嵌锂离子的负极活性物质的负极、以及电解质。

而且，近年来报道了关于用具有锂离子的嵌入性、且理论容量密度超过833mAh/cm³的元素来代替以往一直用作负极材料的石墨等碳材料的研究。例如，作为理论容量密度超过833mAh/cm³的负极活性物质的元素，有与锂合金化的硅(Si)、锡(Sn)、锗(Ge)和它们的氧化物以及合金等。其中，Si粒子和氧化硅粒子等含硅粒子由于价廉而被广泛研究。

但是，这些材料在嵌入锂离子时，其体积增加。例如，在使用包含由Si形成的活性物质的负极时，在锂离子被最大量嵌入的状态下，所述负极活性物质用Li_4.4Si表示。而且，在从Si变成Li_4.4Si时的体积增加率为4.12倍。

因此，由于锂离子的嵌入、脱嵌，负极活性物质发生膨胀、收缩，在反复进行充放电循环时，负极活性物质与负极集电体的粘附性降低，由此可能会发生剥离等。

因此，为了解决上述问题，日本特开2005-196970号公报(以下称为“专利文献1”)中公开了在集电体的表面上设置凹凸，在该凹凸上相对于与负极材料的主面垂直的面倾斜形成薄膜状的负极材料的方法。

根据专利文献1的二次电池，将倾斜形成在集电体的凸部上的柱状的负极材料与隔膜以及正极层叠而形成电极组，将该电极组卷绕制作成圆筒型二次电池。由此，使得由充放电的膨胀和收缩产生的应力在与负极材料的主面平行的方向和垂直的方向上分散，从而可以抑制皱褶和剥离的发生。

但是，通过由锂离子的嵌入而引起的负极材料的膨胀，电极组的直径会增大，因此预先考虑到电极组的形状的变化，必须将电极组制成小尺寸，从而可以收容在电池壳中。因此，无法有效利用电池壳内的空间，存在电池容量的提高受到限制的问题。而且，二次电池的尺寸受到电池壳的尺寸的限制，因此，由于电极组的膨胀，柱状的负极材料上会产生很大的应力。此外，柱状的负极材料尤其在凸部与集电体接合，因此应力集中在该接合部上，存在柱状的负极材料会从集电体剥离的问题。此外，即使在不剥离的情况下，也可能在集电体上产生皱褶和变形。结果有时使得循环特性和可靠性降低。

发明内容

本发明的非水电解质二次电池具有下述结构：至少具备：负极，其包含在具有凸部的集电体的所述凸部上形成的柱状体，所述柱状体由n段沿所述集电体的长度方向斜立的方向交替不同的柱状体部层叠构成，其中n≥2；正极，其在正极集电体的两面上具有包含能可逆地嵌入和脱嵌锂离子的正极活性物质的正极合剂层；和隔膜，其在所述正极和所述负极之间相对向设置；并且设置在所述负极的所述柱状体的最上段的所述柱状体部的前端向卷绕时的终端方向斜立。

根据该结构，可以将由多个斜立方向不同的柱状体部构成的柱状体中的接合部的应力集中加以分散并降低。此外，在充电时，通过柱状体的膨胀而引起的作用在负极的集电体上的水平方向的应力来进行形状变化，以使得电极组卷紧；在放电时，仅仅返回到原先的电极组的形状，因此，可以将电极组设计成与电池壳的内径尺寸相同的程度。结果，负极活性物质带来电池容量的提高，同时由于电极面积扩大，电池容量可以进一步提高。从而可以实现循环特性和高速率放电特性大幅度改善的可靠性高的非水电解质二次电池。

附图说明

图1为本发明实施方式1中的非水电解质二次电池的剖面图；

图2A为示意性地表示本发明实施方式1中的非水电解质二次电池的电极组的卷绕状态的平面图；

图2B为详细说明图2A的负极的结构的部分放大剖面图；

图3A为表示本发明的实施方式1的负极的结构的部分剖面示意图；

图3B为说明本发明的实施方式1的活性物质的宽度方向的x值的变化的示意图；

图4A为表示使用了本发明的实施方式1中的负极的二次电池在充电前的状态的部分剖面示意图；

图4B为表示使用了本发明的实施方式1中的负极的二次电池在充电后的状态的部分剖面示意图；

图5为说明使用本发明的实施方式1中的负极对电极组的形状变化所产生的效果的图；