[发明专利]二次电池和阳极

说明书

背景技术

1.发明领域

本发明涉及在阳极集流体上具有能够嵌入和脱出电极反应物的阳极活性材料层的阳极以及使用该阳极的二次电池。

2.相关技术描述

近年来，已经广泛使用便携式电子装置例如摄像机、数字静态照相机、移动电话和笔记本式个人计算机，强烈需要减小它们的尺寸和重量并且实现它们的长寿命。因此，作为便携式电子装置的电源，已经开发了电池、特别是能提供高能量密度的小且重量轻的二次电池。

特别地，利用锂离子的嵌入和脱出来进行充放电反应的锂离子二次电池得到广泛的实际应用，这是因为这样的锂离子二次电池能提供比铅电池和镍镉电池更高的能量密度。

锂离子二次电池包括阴极、阳极和电解质，所述阴极含有能够嵌入和脱出锂离子的阴极活性材料，所述阳极含有能够嵌入和脱出锂离子的阳极活性材料。

作为阳极活性材料，碳材料得到广泛使用。然而，近年来，随着发展了便携式电子装置的高性能和多功能，需要进一步提高电池容量。因此，考虑使用硅代替碳材料。因为硅的理论容量(4199mAh/g)显著高于石墨的理论容量(372mAh/g)，从而有望高度改善电池容量。

在使用硅作为阳极活性材料的情形中，使用气相沉积法例如蒸发法作为形成阳极活性材料层的方法。在这种情形中，硅直接沉积在阳极集流体的表面上，且阳极活性材料连接到(固定在)阳极集流体上，因此在充电和放电时阳极活性材料层几乎不膨胀和收缩。

然而，在这种情形中，存在的顾虑是由于下面的原因降低了作为二次电池重要特性的循环特性和膨胀(swollenness)特性。

第一，在充电和放电时，嵌入锂离子的阳极活性材料变得高度活性。因此，电解质易于分解，并且部分锂离子易于变为惰性。因此，在重复充电和放电后，由于电解质的分解，放电容量易于降低并且在电池中易于产生气体。

第二，即使将阳极活性材料连接到阳极集流体，取决于在充电和放电时阳极活性材料层的膨胀和收缩程度，存在阳极活性材料层被破坏并且从阳极集流体脱落的可能性。因而，在重复充电和放电后，放电容量易于降低。另外，如果阳极活性材料层强烈地膨胀和收缩，结果阳极集流体变得容易变形。

第三，因为硅沉积膜变为非晶态(无定形)，阳极活性材料易于受到氧化的影响。因此，阳极活性材料的物理性能随工作时间发生劣化，并且阳极活性材料层与阳极集流体的接触强度易于降低。因此，在重复充电和放电后，放电容量易于降低。

因此，为改善锂离子二次电池的循环特性等，提出了若干技术。特别地，将阳极活性材料形成为包含晶态区域和非晶态区域(例如，参考WO.01/029912)。另外，使用多个包含硅和锂的阳极活性材料颗粒并且通过进行烧结或熔化将其结合(例如，参考日本未审专利申请公开No.2006-269331)。另外，形成阳极活性材料层，使得具有通过使用气相沉积法生长的一次颗粒的下层和具有通过使用涂覆法沉积的二次颗粒的上层是层叠的(例如，参考日本未审专利申请公开No.2007-122915)。

发明内容

近年来，随着便携式电子装置的高性能和多功能日益开发，其电力消耗趋于增加。因此，倾向于频繁地重复二次电池的充电和放电。因此，为了频繁和安全地使用二次电池，渴求进一步改善循环特性和膨胀特性。

鉴于上述缺点，在本发明中，希望提供能够获得优异的循环特性和优异的膨胀特性的阳极以及使用该阳极的二次电池。

根据本发明的实施方案，提供了包括能够嵌入和脱出电极反应物的阴极和阳极以及电解质的二次电池，所述电解质含有溶剂和电解质盐。阳极在阳极集流体上具有阳极活性材料层。阳极活性材料层包含多个具有硅作为组元(element)的晶态阳极活性材料颗粒。所述多个阳极活性材料颗粒包含球形颗粒和非球形颗粒。根据本发明的实施方案，提供了能够嵌入和脱出电极反应物并且在阳极集流体上具有阳极活性材料层的阳极。阳极活性材料层包含多个具有硅作为组元的晶态阳极活性材料颗粒，并且所述多个阳极活性材料颗粒包含球形颗粒和非球形颗粒。

根据本发明实施方案的阳极，阳极活性材料层包含多个具有硅作为组元的晶态阳极活性材料颗粒，并且所述多个阳极活性材料颗粒包含球形颗粒和非球形颗粒。因而，阳极活性材料颗粒的物理性能几乎不随工作时间而劣化。另外，在电极反应时，阳极活性材料层几乎不膨胀和收缩，且因此阳极集流体几乎不变形。因此，根据使用本发明实施方案的阳极的二次电池，能够获得优异的循环特性和优异的膨胀特性。