[发明专利]电极的制造方法及蓄电装置

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种电极的制造方法及蓄电装置。

在本说明书中，蓄电装置是指具有蓄电功能的所有元件以及所有装置。

背景技术

近年来，对锂二次电池、锂离子电容器以及空气电池等各种蓄电装置进行了开发。尤其是，作为高输出且高能量密度的二次电池，使锂离子在正极与负极之间迁移而进行充放电的锂二次电池引人注目。

用于蓄电装置的电极通过在集电体的一个表面上形成活性物质层而制造。活性物质层由碳或硅等能够存储和释放用作载流子的离子的活性物质形成。例如，与由碳形成的活性物质层相比，由硅或添加有磷的硅形成的活性物质层的理论容量大，在蓄电装置的大容量化这一点上占优势（参照专利文献1）。

但是，已知在活性物质的硅嵌入锂离子时硅的体积膨胀，在硅脱离锂离子时硅的体积收缩。因此，随着电池的充放电会发生活性物质层微粉化而从集电体上脱离等的问题。结果，电极内的集电性降低，使得充放电循环特性变差。作为上述问题的对策，可以采用用碳、铜或镍等包覆活性物质层表面来抑制硅受到破坏的方法。然而，在进行上述包覆时，锂与硅的反应性会下降，使得充放电容量下降。

[专利文献1]日本专利申请公开2001-210315号公报。

发明内容

本发明的一个方式的目的是提供一种能够提高循环特性及比率特性的蓄电装置及电极的制造方法。

本发明的一个方式是一种使用如下电极的蓄电装置，该电极包括集电体、该集电体上的第一活性物质层、以及该第一活性物质层上的包含具有氧化铌的粒子和粒状活性物质的第二活性物质层。

本发明的一个方式是一种蓄电装置，该蓄电装置包括：负极，该负极包括集电体、该集电体上的第一活性物质层、以及该第一活性物质层上的包含具有氧化铌的粒子和粒状活性物质的第二活性物质层；以接触于该负极的方式形成的电解质；以及隔着该电解质与负极对置的正极。

本发明的一个方式是一种蓄电装置，其中上述第一活性物质层及活性物质包含选自硅、锡、铝、和锗中的一种以上的材料。上述材料是能够与锂进行合金化的材料。也可以通过将磷或硼等杂质添加到该材料来降低电阻值。

本发明的一个方式是一种电极的制造方法，该制造方法包括如下步骤：在集电体上形成第一活性物质层；在该第一活性物质层上涂敷包含粘结剂、导电助剂、具有氧化铌的粒子和粒状活性物质的浆料；以及进行烧结，其中利用溶胶-凝胶法形成上述具有氧化铌的粒子。

本发明的一个方式是一种电极的制造方法，其中上述第一活性物质层及活性物质包含选自硅、锡、铝、和锗中的一种以上的材料。上述材料是能够与锂进行合金化的材料。也可以通过将磷或硼等杂质添加到该材料来降低电阻值。

另外，上述第一活性物质层及活性物质是与锂形成合金的材料，所以能够可逆地嵌入及脱离锂离子。与现在常用的将石墨用于负极的活性物质而成的锂电池的理论容量372mAh/g相比，例如硅具有大约10倍的4000mAh/g的理论容量，这是优选的。然而，如上所述，由利用锂离子的嵌入及脱离的充放电导致的活性物质的硅的体积变化非常大，所以发生由充放电导致活性物质的微粉化或从集电体上活性物质剥离等故障，会增加充放电循环的劣化。

在本发明的一个方式中，通过使粒状活性物质与具有氧化铌的粒子接触，由此粒状活性物质被物理地固定，从而能够抑制伴随蓄电装置的充放电的活性物质的膨胀或收缩导致的活性物质的微粉化等劣化。因此，优选很多具有氧化铌的粒子与粒状活性物质的周围接触。由于氧化铌具有对成为载流子的离子（锂离子等）的传导性，所以即使氧化铌覆盖活性物质也不妨碍电池的功能。然而，由于氧化铌导电性低，所以如果氧化铌完全覆盖活性物质，则集电体与活性物质之间会产生电阻，所以导致电池的比率特性降低。

因此，通过在形成包含具有氧化铌的粒子和粒状活性物质的第二活性物质层之前将第一活性物质层形成在集电体上，可以防止在集电体和活性物质层之间产生由氧化铌导致的电阻。

对上述第一活性物质层、活性物质及氧化铌的结晶性没有特别的限制，可以采用非晶、微晶和单晶中的任何一种。此外，也可以采用混有不同的结晶性的材料。

另外，具有氧化铌的粒子可以包含铌锂氧化物，例如可以包含Li₂Nb₂O₅。