[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

本发明涉及高容量的锂离子二次电池，详细而言，涉及以含有硅或锡的合金系活性物质作为负极活性物质的负极的改良。

背景技术

锂离子二次电池的重量轻、电动势高、能量密度高。因此，作为移动电话、数码静态照相机(Digital Still Camera)、笔记本型个人电脑等各种便携型电子机器的驱动用电源，需要正在扩大。

锂离子二次电池(以下，也简单称为电池)具备：含有能够嵌入和脱嵌锂离子的负极活性物质的负极、含有能够嵌入和脱嵌锂离子的正极活性物质的正极、将它们之间隔离的隔膜、和非水电解质。作为负极活性物质，代替一直以来被广泛使用的石墨等碳材料，近年来，广泛研究了采用含有硅(Si)或锡(Sb)的所谓合金系活性物质。这是因为合金系活性物质与碳材料相比能够实现高容量化和高输出化。

合金系活性物质的容量大，因此在电池充电时显著膨胀，在放电时显著收缩。在使用了例如Si作为合金系活性物质的情况下，在Si嵌入最大量的锂离子而变化为Li_4.4Si时，其体积会增大至约4倍。因此，在使用了合金系活性物质作为负极的电池中，由于充电时的合金系活性物质膨胀，在合金系活性物质与支撑该物质的负极集电体的界面上会产生很大的应力。并且，所产生的应力会使负极集电体产生皱褶、翘曲这样的变形，或者使合金系活性物质从负极集电体上脱落。其结果是，电池的充放电循环特性有可能会降低。

为了解决这样的问题，下述专利文献1公开了以下内容：在向集电体上蒸镀由SiO_x(0.05≤x≤0.3)表示的活性物质层时，交替地设置堆积SiO_x的期间和中止堆积的期间以抑制集电体的温度上升，从而抑制硅和铜箔等集电体之间的相互扩散，另外，通过使柱状粒子集合化，能够形成可缓和由膨胀所致的应力的岛状构造。并且，叙述如下：根据这样的构成，界面的脆化得到抑制，可以得到抑制了活性物质从负极集电体上脱落的负极。

另外，作为其他方法，还已知使合金系活性物质作为多个柱状体形成在负极集电体的表面上的方法。根据这样的柱状体的合金系活性物质，通过柱状体间存在的空隙，能够以某种程度缓和伴随充电时的膨胀而产生的应力。

例如，下述专利文献2公开了以下方法：在具备由SiO_x形成的柱状体状的合金系活性物质的负极中，通过在柱状体内部的规定部分设置x值大的层，可以调整充电时的柱状体的形状变化。在SiO_x的x值大时，与x值小时相比，膨胀收缩得到抑制。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2007-207663号公报

专利文献2：日本特开2008-192594号公报

发明内容

发明要解决的问题

如专利文献2中公开的那样，在柱状体的一部分形成x值大的SiO_x层时，存在以下问题。x值相对较大的SiO_x层与x值相对较小的邻接的SiO_x层相比，虽然膨胀得到抑制，但导电电阻升高，其结果是，存在柱状体整体的容量降低这样的问题。因此，在柱状体中设置多个x值大的SiO_x层时，存在作为柱状体整体的容量降低这样的问题。

本发明的目的在于提供具备以合金系活性物质作为负极活性物质的负极的锂离子二次电池，在具备形成在集电体表面上的柱状的合金系活性物质的负极中，边维持高容量，边抑制由反复进行集电体的充放电而产生的活性物质的脱落等。

用于解决问题的方法

本发明的一个方面涉及锂离子二次电池用负极，具备：在表面形成有凸部的负极集电体、和被凸部支撑的由能够嵌入和脱嵌锂离子的合金系活性物质形成的柱状体，柱状体具有多层构造，该多层构造是由合金系活性物质形成的多个单元层从凸部表面依次层叠而成的，位于从凸部表面起20％的厚度区域中的单元层的平均层厚比位于剩余的80％的厚度区域中的单元层的平均层厚薄。

发明的效果

根据本发明，能够提供锂离子二次电池，在具备具有形成在集电体表面上的柱状的合金系活性物质的负极的锂离子二次电池中，边维持高容量，边抑制由反复进行集电体的充放电而产生的活性物质的脱落等，循环特性优异。

本发明的目的、特征、方面、以及优点通过以下的详细说明和附图能够更加清楚。

附图说明

图1是示意性地示出本实施方式的负极10的构造的示意剖面图。

图2是形成在负极10上的柱状体2的放大示意图。