[发明专利]电化学元件用电极的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及包含集电体和担载在集电体上的活性物质的电化学元件用电极及其制造方法。

背景技术

近年，随着个人计算机、便携式电话等的便携式设备的开发，作为其电源的电池的需求在增大。对用于如上所述用途的电池，希望具有高的能量密度和优异的循环特性。

针对上述要求，将有机电解液、利用聚合物或凝胶化剂将有机电解液非流动化而成的凝胶聚合物电解质之类的各种非水电解质用作为电解质，并以锂离子为电荷移动用介质的非水电解质锂二次电池引人注目。作为非水电解质锂二次电池的正极材料，可使用如LiCoO₂、LiNiO₂、LiMn₂O₄等那样在其与各种电解质之间可逆地吸藏、放出锂离子并显示高的可逆电位的材料，另外，作为负极材料，可使用如石墨、碳等各种碳体那样显示低的可逆电位的材料。

然而，随着便携式设备的功能提高，对电源要求在以往以上的高能量密度。因此，作为负极材料，曾提出了：使用与Li形成金属间化合物，并通过吸藏、放出锂可得到非常高的容量的高容量负极材料来代替石墨、碳等的碳材料的方案。作为这些高容量负极材料，例如可举出Si(硅)、Sn(锡)或以它们为主成分的合金材料。Si的理论放电容量为约4199mAh/g，是石墨的理论放电容量的约11倍。

这些高容量负极材料(以下也简称为「负极活性物质」，在充放电时，在吸藏、放出锂离子时大大地膨胀以及收缩。为此，当使包含负极活性物质的薄膜(以下称为「活性物质层」)沉积在集电体上形成负极时，由于锂离子的吸藏、放出，活性物质层进行膨胀、收缩，但由于集电体基本上没有膨胀和收缩，因此包含集电体的负极发生大的应力而产生变形。其结果，集电体有可能产生皱纹或裂纹，或活性物质层从集电体上剥离。另外，负极产生变形、皱纹时，在负极与隔板之间产生空间，充放电反应变得不均匀，也有可能局部地引起电池的特性降低。此外，起因于活性物质层从集电体上剥离，负极的电子传导性降低，也有不能够得到充分的充放电循环特性的可能性。

为了解决起因于如上所述的负极活性物质的膨胀和收缩的问题，曾提出了通过在集电体上配置包含负极活性物质的多个柱状体(以下称为「活性物质体」)，在相邻的活性物质体间形成空隙，来缓和负极活性物质的膨胀应力的构成。

例如，专利文献1提出了通过从相对于集电体的法线方向倾斜的方向向集电体的表面蒸镀(斜向蒸镀)负极活性物质，利用后述的阴影效应，空开间隔地使相对于集电体的法线方向倾斜的多个活性物质体生长的方案。

专利文献2提出了在集电体的表面上形成规则的凹凸图案，通过斜向蒸镀使活性物质体在其各凸部上生长的方案。根据该构成，能够根据凹凸图案的尺寸和配置间距控制活性物质体的间隔，因此能够有效地降低活性物质体的膨胀应力。另外，专利文献2也公开了通过斜向蒸镀一边使片状的集电体移动，一边在其表面连续地形成活性物质体的方法和装置。

此外，为了更有效地缓和施加于集电体的活性物质膨胀应力，也提出了通过一边切换蒸镀方向一边进行多次的斜向蒸镀，来形成生长成锯齿状(曲折形)的活性物质体的方案(例如专利文献2～4)。锯齿状的活性物质体，例如，如下所述地形成。

首先，在表面形成有突起(凸部)的集电体上，从相对于集电体的法线方向倾斜的第1方向进行蒸镀，在各凸部上形成第1层。接着，从相对于集电体的法线方向在与第1方向相反侧倾斜的第2方向进行蒸镀，在第1部分的上面形成第2层。然后，再从第1方向进行蒸镀形成第3层。这样地一边切换蒸镀方向一边重复蒸镀工序直到达到任意的层叠数，得到活性物质体。

这样的活性物质体的形成可以使用如下的蒸镀装置。在蒸镀装置的真空室内，配置有蒸发源和固定集电体的固定台。固定台，使其表面相对于与蒸发源的蒸发面(蒸镀原料的上表面)平行的平面倾斜地进行配置，由此，能够使蒸镀原料从相对于集电体的法线方向倾斜任意角度的方向入射到集电体表面上。并且，通过切换固定台的倾斜方向，能够切换蒸镀原料的入射方向(蒸镀方向)。因此，若一边切换固定台的倾斜方向一边重复进行多次的蒸镀工序，则能够得到如上所述的锯齿状的活性物质体。

此外，专利文献4，为了使活性物质体生长成锯齿状，还提出了通过改变蒸发源的位置，或交替地使用多个蒸发源，来切换蒸镀原料的入射方向的方案。

专利文献1：日本特开2005-196970号公报

专利文献2：国际公开第2007/094311号小册子

专利文献3：国际公开第2007/086411号小册子