[发明专利]阳极和电池

说明书

本申请是申请日为2004年11月5日、申请号为200910137760.6、题目为“阳极和电池”的发明专利申请的分案申请。

发明背景

发明领域

本发明涉及一种阳极以及一种使用该阳极的电池，其中阳极集电器(collector)配置有阳极活性材料层。

现有技术说明

近年来，与移动设备的高性能和多功能有关，非常需要用于移动设备的高容量的二次电池，即电源。锂二次电池是满足该需要的二次电池。但是，目前作为锂二次电池的典型模式，即在使用钴酸锂为阴极和石墨为阳极的情况下，电池容量处于饱和状态，极难达到高容量的电池。因此，过去考虑将金属锂(Li)用于阳极。但是，为了将该阳极付诸实际用途，必须改进锂的沉淀溶解效率并控制枝晶沉淀的形成(dendrite precipitation form)。

同时，近来已积极地考虑使用硅(Si)、锗(Ge)、锡(Sn)等的高容量阳极。但是，当重复充电和放电时，由于活性材料的明显膨胀和收缩，这些阳极被粉化和颗粒化，集电特性降低，由于表面积增加促进了电解质溶液的溶解反应，因此其循环特性非常差。由此，已考虑其中以汽相淀积法、液相淀积法、烧结法等在集电器上形成活性材料层的阳极(例如，参考日本待审专利申请公开号H08-50922、日本专利公开号2948205、和日本待审专利申请公开号H11-135115)。当使用这种阳极时，与涂覆有包含颗粒活性材料、粘合剂等的浆料的常规涂覆型阳极相比，可抑制颗粒化，并可整合集电器和活性材料层。由此，阳极的电导率变得非常好，可预期在容量和循环寿命等方面的高性能。此外，可减少或消除常规存在于阳极中的导电材料、粘合剂、砂眼等。因此阳极可实质上成为薄膜。

但是，即使使用该阳极时，由于例如集电器和活性材料之间的分离以及由于活性材料随着充电与放电的膨胀与缩小的导致集电器中产生起皱的问题，不能得到充分的循环特性。而且，与电解质的反应性还是高。问题还在于与充电和放电有关的电解质的反应引起容量的损伤。

作为解决这些问题的方法，例如，考虑在集电器与活性材料层之间形成中间层以改进集电器与活性材料层之间的接触特性。迄今，对此的报道有下列阳极，例如，一种阳极，其中的集电器，由具有高机械强度的金属或合金制成，而在集电器和活性材料层之间的中间层由与活性材料合金化的铜形成(例如，参考日本未审专利申请公开号2002-83594)；和一种阳极其中在和活性材料层之间形成含钼(Mo)或钨(W)的中间层(例如，参考日本未审专利申请公开号2002-373644)。

但是，如日本待审专利申请公开号2002-83594中描述的，当在集电器和活性材料层之间形成由与活性材料层合金化的铜等制成的中间层时，存在问题是，尽管集电器和活性材料层之间的接触特性得到了改进，但是与其集电器由铜制成的常规阳极相比，该作用很小。而且，如日本待审专利申请公开号2002-373644中描述的，当配置包含钼或钨的中间层时，存在问题是：尽管可抑制集电器的组成部分过度扩散到活性材料层中，但是由于作为中间层形成了这种具有高硬度的金属层，集电器和活性材料层之间的接合面的挠性往往会丧失。因此，循环特性难以改进。

进而，日本待审专利申请公开号2002-83594中也描述了集电器的抗张强度。但是，作为集电器所需的机械特性，除了强度以外，例如弹性变形能力的挠性也很重要。因此，仅通过改进抗张强度难以改进循环特性。

发明概述

考虑到这些问题而实现了本发明。发明的第一个目的是提供一种能够缓和由于阳极活性材料层与充电与放电有关的膨胀与收缩而引起的应力并能够改进循环性能的阳极，以及使用它的电池。

发明的第二个目的是提供一种能够通过减小阳极活性材料层的结构性破坏和阳极活性材料层与电解质之间与充电和放电有关的反应性而改进循环性能的阳极，以及使用它的电池。

依照发明的第一阳极是一种其中阳极集电器配置有阳极活性材料层的阳极，它包括：在阳极集电器和阳极活性材料层之间的含有具有超弹性或形状记忆效应的材料的中间层。

依照发明的第二阳极是一种其中阳极集电器配置有阳极活性材料层的阳极，它包括：在阳极集电器和阳极活性材料层之间的含有镍(Ni)和钛(Ti)的中间层。

依照发明的第三阳极是一种其中阳极集电器配置有阳极活性材料层的阳极，并且其中阳极集电器含有具有超弹性或形状记忆效应的材料。

依照发明的第四阳极是一种其中阳极集电器配置有阳极活性材料层的阳极，并且其中阳极集电器含有镍(Ni)和钛(Ti)。