[发明专利]硅膜和锂二次电池

说明书

技术领域

本发明涉及硅膜和锂二次电池。详细而言，涉及通过蒸镀而制得的硅膜、和将具有该硅膜的电极用于负极的锂二次电池。

背景技术

锂二次电池一直作为个人计算机、手提电话等移动机器的电源使用，近年来，不仅尝试在这些移动机器用途中使用，还尝试作为电动汽车、混合动力车等能够使CO₂的环境负荷变小的汽车的电源使用。

在锂二次电池中，作为构成能够吸留·排放锂离子的负极的材料，一直在研究硅(Si)材料。目前，主要使用碳电极作为负极，而Si负极的理论放电容量约为4200mAh/g这样大，能够达到碳负极的理论放电容量的10倍以上。

但是，在锂二次电池中，在使用Si负极的情况下，有记载指出充放电时负极的膨胀·收缩率大，因而导致循环特性等二次电池特性降低(专利文献1)。

在专利文献1中，作为锂二次电池的负极，使用的是将硅原料投入到热等离子体中然后在基板上配置由纳米硅线网络构成的硅膜而制得的电极。通过使这种硅膜中的线之间的空隙作为对锂二次电池充电时即锂离子吸留时的膨胀进行缓和的空间而发挥作用，从而降低了Si负极的膨胀·收缩率。

另外，同样在专利文献2中，将对硅基板进行蚀刻而形成硅柱状结构体而制得的电极作为锂二次电池的负极。在这种情况下，硅柱状结构体间的空隙作为对上述膨胀进行缓和的空间而发挥作用。

另外，在专利文献3中，通过预先使用硅的平坦膜作为锂二次电池的负极且重复对二次电池进行充放电，从而在该平坦膜中形成了裂缝即空隙。在这种情况下，裂缝作为对上述膨胀进行缓和的空间而发挥作用。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2008-269827号公报

专利文献2：国际公开2004/042851号公开文本

专利文献3：国际公开2001/031720号公开文本

发明内容

发明要解决的技术问题

但是，如专利文献1所公开的那样，虽然在使用纳米线形状的硅的情况下，能够使膜厚变大，并有效地降低充放电时的膨胀·收缩率，但是线之间的空隙占据了硅膜的大部分，因此，电极中的Si材料的密度变低，难以使二次电池的容量变大。另外，这些纳米硅线随机地进行生长，因此也难以控制空隙。

另外，如专利文献2所公开的那样，将对硅基板进行蚀刻而形成硅柱状结构体而制得的电极作为负极的情况下，硅为基板，因此在得到锂二次电池时，难以进行卷绕。结果，存在结构上难以得到大容量二次电池等的限制。

另外，即使在专利文献3中，也会因二次电池的充放电导致在硅平坦膜中产生裂缝，因此难以高精度地控制空隙，难以得到大容量的二次电池。

本发明的目的在于提供能够对大容量锂二次电池提供合适的电极的硅膜及其简便的制造方法。

解决课题的方法

本发明人为了解决上述课题反复进行了深入的研究，从而完成了本发明。即，本发明提供如下的发明。

<1>一种硅膜，其具有柱状集合体，所述柱状集合体是由Si或Si化合物构成的柱状结构体的集合体。

<2>根据上述<1>所述的硅膜，其中，柱状结构体的侧面彼此接触而构成柱状集合体。

<3>根据上述<1>或<2>所述的硅膜，其中，柱状结构体在硅膜的膜厚方向上进行生长。

<4>根据上述<1>～<3>中任一项所述的硅膜，其中，柱状结构体的纵横尺寸比为20以上。

<5>根据上述<1>～<4>中任一项所述的硅膜，其具有多个柱状集合体。

<6>根据上述<1>～<5>中任一项所述的硅膜，其中，柱状结构体的直径为1～100nm，膜厚为0.2～100μm。

<7>根据上述<1>～<6>中任一项所述的硅膜，其中，在柱状集合体彼此之间具有与柱状集合体平行的方向上的0.3～10nm的空隙。

<8>根据上述<1>～<7>中任一项所述的硅膜，其中，在作为柱状集合体的集合体的二次柱状集合体之间，具有与二次柱状集合体平行的方向上的宽0.01～3μm的龟裂，该龟裂的间隔为1～100μm。

<9>根据上述<1>～<8>中任一项所述的硅膜，其中，柱状结构体为多结晶物质或无定形物质。