[发明专利]用于锂离子二次电池的负极、锂离子二次电池、电动工具、电动车辆、和电力存储系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于锂离子二次电池的负极、包括该负极的锂离子二次电池、使用该锂离子二次电池的电动工具、使用该锂离子二次电池的电动车辆、以及使用该锂离子二次电池的电力存储系统，所述负极包含含有硅(Si)作为元素(构成元素)的负极活性物质。

背景技术

近年来，便携式电子装置，如摄像机集成的VTR(磁带录像机)、移动电话、和笔记本式个人计算机已经被广泛使用，并且强烈要求减小它们的尺寸和重量以及实现它们的长寿命。因此，作为用于便携式电子装置的电源，已经开发了电池，特别是能够提供高能量密度的轻量化二次电池。近年来，已经考虑不仅将这样的二次电池应用于小型电子装置，而且还应用于由电动车辆等代表的大型电子装置。

特别地，使用锂的插入(嵌入)和提取(脱嵌)用于充电和放电反应的二次电池(所谓的锂离子二次电池)是极其有前途的，因为与铅电池和镍镉电池相比，这样的二次电池能够提供更高的能量密度。

锂离子二次电池包括负极，所述负极具有这样的结构，其中包含负极活性物质的负极活性物质层设置在负极集电体上。作为负极活性物质，已经广泛使用了碳材料。然而，近年来，随着便携式电子装置的高性能和多功能被开发，要求电池容量的进一步改善。因此，已经考虑使用硅代替碳材料。由于硅的理论容量(4199mAh/g)显著高于石墨的理论容量(372mAh/g)，因此期待电池容量由此被高度改善。

然而，在其中负极活性物质层通过经由气相沉积法沉积作为负极活性物质的硅而形成的情况下，粘结特性不足。因此，如果重复充电和放电，则存在这样的可能性，即，负极活性物质层强烈膨胀并收缩以被粉碎。如果负极活性物质层粉碎，则取决于粉碎程度，由于表面积的增加，不可逆锂氧化物过度形成，并且由于从负极集电体的脱落使集电性降低。因此，作为二次电池的重要特性的循环特性降低。

因此，为了改善循环特性，即使当使用硅作为负极活性物质时，也已经发明了多种装置。具体地，已经公开了通过在气相沉积法中沉积几次硅来形成作为多层结构的负极活性物质层的技术(例如，参见日本未审查专利申请公开号2007-317419)。此外，已经提出了用金属如铁、钴、镍、锌、和铜覆盖负极活性物质的表面的技术(例如，参见日本未审查专利申请公开号2000-036323)，使不与锂合金化的金属元素如铜在负极活性物质中扩散的技术(例如，参见日本未审查专利申请公开号2001-273892)，在负极活性物质中形成铜的固溶体的技术(例如，参见日本未审查专利申请公开号2002-289177)等。此外，本发明的申请人已经公开了这样的技术，提供了其中均包含硅且每个均具有不同氧含量的第一层和第二层交替层压的多层结构，并且从而抑制了负极活性物质层的强烈膨胀和收缩，并抑制了结构破裂(例如，参见日本未审查专利申请公开号2004-349162)。

发明内容

最近的便携式电子装置日益倾向于变得小型化，并且其高性能和多功能倾向于被日益开发。因此，存在这样的趋势，即，频繁重复二次电池的充电和放电，并且因此循环特性容易被降低。尤其是，在其中使用硅作为实现高容量的负极活性物质的锂离子二次电池中，受在前述充电和放电时负极活性物质层的粉碎的影响，循环特性易于显著降低。因此，期望二次电池的循环特性的进一步改善。

考虑到前述缺点，在本发明中，期望提供一种能够改善循环特性的用于锂离子二次电池的负极、使用该负极的锂离子二次电池、使用前述锂离子二次电池的电动工具、使用前述锂离子二次电池的电动车辆、以及使用前述锂离子二次电池的电力存储系统。

根据本发明的实施方式，提供了一种用于锂离子二次电池的负极，所述负极具有设置在负极集电体上的负极活性物质层，所述负极活性物质层包括含有硅作为元素(构成元素)的多个(多条)负极活性物质纤维。而且，根据本发明的实施方式，提供了一种锂离子二次电池，包括正极、本发明的实施方式的用于锂离子二次电池的负极、以及电解质。此外，根据本发明的实施方式，提供了一种使用前述锂离子二次电池作为电源或电力存储源的电动工具、电动车辆、以及电力存储系统。

在本发明的实施方式的用于锂离子二次电池的负极、锂离子二次电池、电动工具、电动车辆、以及电力存储系统中，构造这样的负极活性物质层，所述负极活性物质层包括含有硅作为元素的多个负极活性物质纤维。从而，在负极活性物质层中伴随充电和放电时膨胀和收缩的应力的局部集中被缓和(松弛)。