[发明专利]锂离子二次电池用负极以及锂离子二次电池

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子二次电池用负极以及锂离子二次电池。更详细地说，本发明主要涉及锂离子二次电池用负极的改善。

背景技术

最近，随着个人电脑、手提电话、移动设备等便携式电子设备的广泛普及，作为便携式电子设备的电源的电池，其需求明显增大。便携式电子设备所使用的电池在要求常温使用的同时，还要求具有大的电池容量，而且兼备高的能量密度和优良的充放电循环特性。作为这样的电池之一，为人所知的有锂离子二次电池，它包括：含有能够可逆地嵌入和脱嵌锂离子的正极活性物质的正极；含有能够嵌入和脱嵌锂离子的负极活性物质的负极；以及具有锂离子电导性的电解质。锂离子二次电池的现状是：具有充分的电池容量、能量密度以及充放电循环特性，并被广泛地用作便携式电子设备的电源，但为了谋求便携式电子设备的进一步高功能化，要求进一步的高容量化。

为了实现锂离子二次电池的高容量化，例如人们提出了如下的方案：使用硅(Si)、锡(Sn)、它们的氧化物以及含有它们的合金等作为负极活性物质。这些材料由于具有非常高的容量，因而如果对它们加以利用，则可以制造出大容量的电池。另一方面，这些材料具有在嵌入和脱嵌锂时、结晶结构发生变化而膨胀和收缩的特性。因此，对于在负极集电体表面设置有包含这些材料的负极活性物质层的负极，充放电时将在负极活性物质层产生膨胀和收缩。随之在负极集电体和负极活性物质层的界面产生应力，导致负极集电体和负极活性物质层的附着力降低，从而负极活性物质层部分地从负极集电体上剥离。这种部分的剥离不久也将传播至其它部分。负极活性物质层从负极集电体上的剥离部分越大，则集电性越恶化，从而充放电循环寿命越是缩短。

针对这样的问题，例如日本专利第3733065号说明书(以下称为“专利文献1”)提出了一种锂电池用负极的方案，该锂电池用负极包括具有粗化表面的负极集电体、和负极集电体的粗化表面上设置的非晶硅薄膜即负极活性物质层。专利文献1的技术的最大特征在于：使用非晶硅薄膜作为负极活性物质层。非晶硅薄膜所具有的特征是：因充放电时的膨胀和收缩而在其厚度方向有规则地形成空隙部分即裂缝。非晶硅薄膜因该裂缝的形成而分离为各自独立的柱状体，从而成为柱状体的集合体。而且在专利文献1中记载着：各柱状体伴随着膨胀和收缩而产生的应力因空隙部分即裂缝而得以缓和，所以能够防止各柱状体的剥离。

然而，由于在形成裂缝时施加较强的应力，所以与裂缝相邻的柱状体的端部容易发生从负极集电体上的剥离。柱状体端部的剥离即使在膨胀和收缩的应力因裂缝而得以缓和的状态下，逐渐地向其它部分传播也是不可避免的。另外，即使柱状体端部不发生剥离，在伴随着充放电的膨胀和收缩时所产生的应力将会集中在柱状体中央部的与负极集电体的界面，从而不可避免地产生柱状体从负极集电体上的局部剥离、以及负极集电体的变形等。因此，专利文献1的技术尚未达到使负极活性物质层的剥离得以充分且切实地防止的程度。另外，专利文献1的技术只限于负极活性物质因充放电而形成裂缝的材料，所以能够使用的负极活性物质受到制约。再者，在专利文献1中，完全没有记载在负极活性物质层从负极集电体上局部剥离的情况下、防止剥离传播的技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锂离子二次电池用负极，其可以显著减少负极活性物质层的剥离以及负极自身的变形，并且能够在高水平上维持集电性。

本发明的另一目的在于提供一种锂离子二次电池，其含有本发明的锂离子二次电池用负极，具有较高的电池容量和能量密度，充放电循环特性优良，而且能够长期稳定地维持高的输出功率。

本发明提供一种锂离子二次电池用负极，其特征在于，包括：

负极集电体，其为金属制板状物；

第1凸部，其被形成为从负极集电体的表面向负极集电体的外方延伸；

柱状体，其设置于第1凸部的至少顶部上，且包含负极活性物质；

剥离传播阻止部，其设置于第1凸部表面的至少一部分上，以阻止因负极活性物质的收缩或膨胀而引起的柱状体从第1凸部表面的剥离。

剥离传播阻止部优选设置于第1凸部侧面的至少一部分上。

在一实施方案中，剥离传播阻止部优选包括形成于第1凸部侧面的至少1个台阶。

台阶的至少1个优选为阶梯状台阶。

在其它实施方案中，剥离传播阻止部在第1凸部侧面的周向上，优选包括1)形成为相对于第1凸部侧面塌陷下去的凹部、以及2)形成为从第1凸部侧面向第1凸部外方突出的第2凸部之中的一个或两者。

凹部优选形成于第1凸部侧面中的负极集电体的表面附近。