[发明专利]电化学元件及其电极的制造方法、制造装置

说明书

技术领域

本发明涉及包括向电化学元件的电极的活性物质层中赋予锂的处理的制造方法和制造装置、以及采用了使用其制造的电极的电化学元件。更具体地说，涉及包括向非水电解质二次电池用的负极中赋予锂的处理的制造方法和制造装置、以及采用了使用其制造的负极的非水电解质二次电池。 

背景技术

近年来，电子设备正在向便携化、无绳化迅速发展，作为它们的驱动用电源，对小型且轻质、具有高能量密度的二次电池的需求也在提高。另外，不仅是小型民用用途，而且对于电力储存用或电动汽车之类的历经长时间的耐久性或安全性有要求的大型二次电池的技术开发也在加速。基于此种观点，高电压并且具有高能量密度的非水电解质二次电池、尤其是锂二次电池作为电子设备用、电力储存用或者电动汽车的电源而备受期待。 

非水电解质二次电池具有正极、负极、介于它们之间的隔膜和非水电解质。隔膜主要由聚烯烃制的微多孔膜构成。在非水电解质中，使用将LiBF₄、LiPF₆等锂盐溶解于非质子性的有机溶剂中的液状的非水电解质液(非水电解液)。另外，作为正极活性物质，使用相对于锂的电位较高、安全性优良、合成比较容易的锂钴氧化物(例如LiCoO₂)。作为负极活性物质，使用石墨等各种碳材料。此种构成的非水电解质二次电池已经被实用化。 

作为负极的活性物质使用的石墨由于在理论上，相对于6个碳原子可以嵌入1个锂原子，因此石墨的理论容量密度为372mAh/g。但是，由于由不可逆容量造成的容量损失等，实际的放电容量密度降低到310～330mAh/g左右。由此，基本上很难得到在该容量密度以上的能够 嵌入和脱嵌锂离子的碳材料。 

所以，在探求更高能量密度的电池的过程中，作为理论容量密度大的负极活性物质，与锂合金化的硅(Si)、锡(Sn)、锗(Ge)或它们的氧化物、合金等就受到期待。其中特别是廉价的Si及其氧化物正在被广泛的研究。 

但是，Si、Sn、Ge、以及它们的氧化物或者合金在嵌入锂离子时晶体结构改变，其体积增加。由于如果在充电时活性物质很大地膨胀，则会在活性物质与集电体之间产生接触不良，因此充放电循环寿命就会变短。所以，提出过如下所示的方案。 

例如从改良由膨胀造成的活性物质与集电体的接触不良的观点考虑，提出过在集电体表面将活性物质以薄膜状成膜的方法(例如专利文献1)。另外，提出过在集电体表面以柱状并且以倾斜的状态将活性物质成膜的方法(例如专利文献2)。根据这些方法，可以通过使活性物质与集电体牢固地结合以确保稳定的集电。特别是在后者中，在柱状的活性物质的周围具有对吸收膨胀来说所必需的足够的空间。由此，通过防止由活性物质的膨胀和收缩造成的负极自身的破坏，并且削减对与其接触的隔膜或正极的压迫应力，因此尤其能够提高充放电循环特性。 

但是，在将硅氧化物(SiO_x(0<x<2))用于活性物质中的情况下，在初次的充电中产生的不可逆容量非常大。由此，在直接与正极组合的情况下，就会将正极的可逆容量的大部分作为不可逆容量浪费掉。因此，为了在负极使用硅氧化物作为活性物质而实现高容量的电池，就需要从正极以外来补充锂。 

所以，为了补充锂，提出过很多在负极上赋予金属锂、利用固相反应将其嵌入的方法。例如，提出过下述方法，其具备在负极表面上蒸镀锂的工序、进而将其保存的工序(例如专利文献3)。 

但是，在利用如专利文献1、2中所述的方法将活性物质成膜后，一旦将该负极放回大气中后，在像专利文献3中所述那样在负极表面上蒸镀锂的情况下，则在蒸镀锂之前活性物质就会与大气中的水分或氧反应。这样，活性物质的氧化度发生变化，偏离目标氧化度。在极端的情 况下，活性物质放热而使操作变得困难。另外，如果水分吸附在活性物质表面，则即使蒸镀锂，锂也很难向活性物质中扩散。由此，就会有所蒸镀的锂在不可逆容量的补充中无法被有效地利用的情况。 

专利文献1：日本特开2002—83594号公报 

专利文献2：日本特开2005—196970号公报 

专利文献3：日本特开2005—38720号公报 

发明内容

本发明的目的在于，解决这些问题，并且提供一种利用目标活性物质组成和有效的锂赋予来制造高容量的电化学元件用电极的方法。