[发明专利]锂离子电池用负极及其制造方法以及锂离子电池

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池用负极的改良。

背景技术

近年来，笔记本型个人计算机、便携式电话等的携带用电子设备的小型化和轻量化在进展，作为它们的电源，二次电池的需求在增加。特别是锂离子电池由于具有高的容量和高的能量密度，而且充放电循环特性优异，因此作为携带用电子设备的电源是优选的。

随着携带用电子设备的多功能化，对锂离子电池要求进一步的高能量密度化和充放电循环特性的进一步提高。作为满足这样的要求的负极活性物质，能够吸藏和释放锂的合金系活性物质受到关注。作为合金系活性物质，硅和锡是代表性的，含有这些元素的合金、氧化物以及氮化物也为人所知。

合金系活性物质在吸藏了锂离子时显著地膨胀。与合金系活性物质的膨胀相伴的应力，成为活性物质粒子的开裂、负极活性物质层从负极集电体的剥离、负极集电体的变形等的原因。

专利文献1曾记载了具有集电体和形成于集电体上的合金系活性物质的薄膜的电极。薄膜由多数的柱状体构成。柱状体例如通过交错排列被规则地配置。根据专利文献1中记载的电极，可以在沿着集电体的表面的方向缓和与活性物质的膨胀相伴的应力。

专利文献2曾记载了具备集电体和含有氧和硅的负极活性物质层，且负极活性物质层的氧浓度在集电体的附近提高的负极。根据专利文献2中记载的负极，在集电体的附近，可以抑制与充放电相伴的负极活性物质的膨胀和收缩。

但是，即使采用专利文献1和2的技术，依然不容易实现基于集电体和活性物质薄膜的充分的粘附强度的良好循环特性。

现有技术文献

专利文献1：日本特开2004-127561号公报

专利文献2：日本特开2006-107912号公报

发明内容

鉴于上述课题，本发明的目的是提供用于提高负极集电体和负极活性物质层之间的粘附强度的技术。

即，本发明提供一种锂离子电池用负极，其具备：

负极集电体；

含有硅的负极活性物质层；和

硅酸锂层，该硅酸锂层含有形成了Li-O-Si键的锂、氧和硅且形成于上述负极集电体和上述负极活性物质层的界面。

另一方面，本发明提供一种锂离子电池用负极的制造方法，该制造方法包括：

以随着从负极集电体的表面远离氧浓度阶段性地或连续性地降低的方式，在上述负极集电体之上形成含有硅和氧的硅氧化物层的工序；

使上述硅氧化物层吸藏锂的工序；和

在上述吸藏工序后，在具有-20℃以下的露点温度的气氛下将上述硅氧化物层保持一定期间，使得含有形成了Li-O-Si键的锂、氧和硅的硅酸锂层形成于上述负极集电体的表面上的工序。

此外，在另一方面，本发明提供一种锂离子电池，其具备：

上述本发明的锂离子电池用负极；

含有能够吸藏和释放锂的正极活性物质的正极；

配置在上述负极和上述正极之间的隔板；和

非水电解质。

根据本发明的锂离子电池用负极，在负极集电体和负极活性物质层的界面设置有硅酸锂层。具有Li-O-Si键的硅酸锂无助于充放电反应。即，形成了硅酸锂的锂在充放电时移动。因此，如果在负极集电体和负极活性物质层的界面设置了硅酸锂层，则能够防止在界面产生过大的应力。负极集电体和负极活性物质层之间的粘附强度提高，由此，能够防止负极活性物质层从负极集电体剥离。所以，使用本发明的负极制造的锂离子电池能够发挥优异的循环特性。

根据本发明的制造方法，可以高效且容易地在负极集电体和负极活性物质层的界面形成硅酸锂层。虽然原因未必清楚，但通过在特定的气氛下将硅氧化物层保持一定期间，被硅氧化物层吸藏的锂移动到负极集电体的表面附近，与氧结合形成硅酸锂。

附图说明

图1A是表示本发明的锂离子电池用负极的一实施方式的纵截面图。

图1B是表示本发明的锂离子电池用负极的另一实施方式的纵截面图。

图1C是表示本发明的锂离子电池用负极的又一实施方式的纵截面图。

图2是图1B所示的负极所使用的负极集电体的概略立体图。

图3是表示柱状体的详细结构的纵截面图。

图4是锂离子电池用负极的制造工序图。

图5是表示蒸镀装置的一例的模式图。

图6是表示本发明的锂离子电池的一实施方式的纵截面图。

具体实施方式