[发明专利]锂离子二次电池用负极及锂离子二次电池

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子二次电池用负极及使用了该负极的锂离子二次电池。详细而言，本发明涉及使用了合金系活性物质的负极的改良。

背景技术

近年来，用于便携式计算机或手机等便携设备的电池的需求正在增加。对于便携设备用的电池要求高容量、高能量密度及优异的循环特性。锂离子二次电池是满足这种要求的电池。

锂离子二次电池具备用于嵌入和脱嵌锂离子的正极及负极、用于隔离正极与负极的隔膜、和具有锂离子传导性的电解质。负极通常在铜箔等负极集电体的表面支撑而形成有负极活性物质层。作为负极活性物质层中所含的负极活性物质，一直以来使用石墨等炭系负极活性物质。近年来，作为比炭系负极活性物质更高容量、更高能量密度的负极活性物质，还已知有所谓的合金系负极活性物质。合金系负极活性物质例如包括硅或锡的单质、氧化物、或它们的合金。对锂离子二次电池进行充放电时，合金系负极活性物质可逆地嵌入或脱嵌锂离子。合金系负极活性物质通过可逆地嵌入锂离子而与锂合金化并发生膨胀，通过脱嵌锂离子而脱合金化并发生收缩。

负极活性物质通过嵌入锂离子而显著膨胀。锂离子的嵌入所引起的合金系负极活性物质的膨胀率与炭系负极活性物质的膨胀率相比明显要高。在充电时，负极集电体自身无法充分追随合金系负极活性物质的显著膨胀来发生变形。因此，在充电时，有可能负极集电体部分地损伤、或者负极活性物质层从负极集电体部分地剥离。这种情况下，在负极集电体与负极活性物质层之间形成间隙，两者间的导电性降低，有可能导致充放电特性降低。此外，在反复充放电的情况下，还有可能在集电体上产生皱褶、弯曲、变形等。这种情况下，在与隔膜及正极之间产生间隙，还有可能导致充放电反应在电池内变得不均匀，引起局部电池的特性降低。

为了缓和膨胀时产生的合金系活性物质的内部应力，已知有在负极活性物质层的内部设有空隙的负极。具体而言，例如下述专利文献1公开了：通过在负极集电体的平坦的表面上形成硅薄膜，并部分地除去所形成的硅薄膜，从而形成硅的柱状凸部。专利文献1公开了：根据这样的负极，能够在邻接的硅的柱状凸部间形成空隙，由此能够缓和膨胀时发生的合金系活性物质的内部应力而抑制皱褶的发生等。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2003-303586号公报

发明内容

发明要解决的课题

在专利文献1中公开的电极中，在平坦的集电体的表面介由基底层而形成柱状的硅。这种柱状的硅由于伴随充电从正极吸收锂离子而显著膨胀。并且，过度膨胀的硅变得不耐受膨胀而产生裂缝。因裂缝而露出的面由于活性高而使电解质分解。因此，这种裂缝的产生成为使循环特性降低的原因。

本发明的目的在于提供一种高容量的锂离子二次电池，其是使用了高容量的合金系负极活性物质的锂离子二次电池，通过降低因充放电的反复进行而导致的裂缝的发生等，从而抑制了循环特性的降低。

用于解决课题的手段

本发明的一个方面的锂离子二次电池用负极具备集电体片和支撑于集电体片上的负极活性物质层，集电体片具有由按照具有规则间隔的图案而配置的多个凸部和存在于多个凸部间的多个平坦部形成的表面，负极活性物质层具备由合金系负极活性物质形成的、支撑于各凸部上的多个大致纺锤形的柱状体和支撑于各平坦部上的多个隆起体，各隆起体的高度比邻接的柱状体的最接近位置的高度低，在锂离子二次电池的放电状态下，在从经过俯视时的邻接的2个柱状体的各自中央部及2个柱状体间夹持的隆起体的中央部的假想直线向集电体片的表面假想切断的垂直截面中，相对于由连接邻接的2个柱状体彼此的最接近位置的线段、平坦部的表面和2个柱状体的侧面而规定的空间的截面积，隆起体的截面积所占的比例平均为25％以上。

根据这样的锂离子二次电池用负极，通过在电池的充电时发生膨胀的柱状体及隆起体的彼此接触，从而使负极活性物质层内产生的内部应力分散，并且限制负极活性物质的膨胀。由此，能够抑制负极活性物质中发生裂缝等。此外，在多个柱状体间形成的空间中配置的隆起体有助于确保电池的容量。因此，在集电体上担载相同量的合金系负极活性物质时，由于能够有效利用空间，所以能够抑制负极活性物质层内产生的内部应力的集中。

本发明的另一方面的锂离子二次电池具备锂离子二次电池用负极、用于嵌入及脱嵌锂离子的正极、用于隔离负极及正极的隔膜、和具有锂离子传导性的电解质。

这种锂离子二次电池为高容量，循环特性也优异。

发明的效果

根据本发明，能够提供循环特性优异的高容量的锂离子二次电池。