[发明专利]负极和电池

说明书

相关申请的交叉引用

本发明包含提交给日本特许厅的申请日为2007年7月26日，申请号为JP2007-194516的日本专利申请涉及的主题，其整个内容包含在此作为参考。

技术领域

本发明涉及包括负极集流体上的负极活性材料层的负极，以及包括该负极的电池。

背景技术

近年来，便携式电子设备被广泛使用，例如集成照相机的VTR(录像带记录器)、蜂窝电话或膝上型电脑，强烈需要减小便携式电子设备的尺寸及重量，并增加便携式电子设备的寿命。因而，作为便携式电子设备的电源，已经提出发展电池，特别是能够获得高能量密度的轻量二次电池。它们之中使用插入及提取锂来进行充放电反应的二次电池(所谓的锂离子二次电池)有较大希望，因为与铅酸电池或镍镉电池相比，二次电池能够获得更大的能量密度。

锂离子二次电池包括正极、负极及电解质溶液，负极包括负极集流体上的负极活性材料层。作为负极的活性材料(负极活性材料)，广泛使用碳材料；然而，最近随着便携式电子设备性能提升及功能扩展，期望电池容量进一步提高，所以考虑使用硅来代替碳材料。由于硅的理论容量(4199mAh/g)远大于石墨的理论容量(372mAh/g)，所以期望提高电池容量。

使用具有高理论容量的硅作为负极活性材料的情况下，已经进行了某些尝试。更具体地，已经提出了在硅颗粒上还原沉积导电金属的技术(例如参考公开号为H11-297311的日本未审专利申请)、硅化合物被涂覆金属的技术(例如参考公开号为2000-036323的日本未审专利申请)、在硅颗粒上散布未与锂化合的金属元素的技术(例如参考公开号为2001-273892的日本未审专利申请)、将铜溶解到硅薄膜中的技术(例如参考公开号为2002-289177的日本未审专利申请)等。

作为形成负极活性材料的方法，使用例如溅射法的气相(vapor-phase)方法(例如参考公开号为2005-285651、2006-278104及2006-086058的日本未审专利申请)。更具体地，硅被沉积在具有粗糙表面配置的负极集流体上，从而形成负极活性材料，因而负极活性材料在厚度方向上包括由间隙分离的多个柱形部分，每个柱形部分与负极集流体紧密接触。

然而，当通过气相方法沉积作为负极活性材料的硅时，在负极活性材料上形成多孔(洞)来增加负极活性材料的表面积，其中插入了锂的负极活性材料在充电期间具有高活性，从而电解质溶液容易被分解，而且锂容易被去激活。因而，虽然二次电池获得了更高的容量，但作为二次电池重要特性的循环特性容易下降。特别是，小直径的孔的存在在负极活性材料的表面积上有很大影响，因而孔的存在是循环特性下降的主要原因。

已经报告了有关负极活性材料中形成多孔的某些情况(例如参考公开号为2005-293899和2004-071305的日本未审专利申请)。这种情况下，报告了初始充电及放电期间，多个初级颗粒被聚集来形成多个二次颗粒，二次颗粒在厚度方向上由凹槽分离，一些初级颗粒被凹槽分离来形成的分束颗粒(例如参考公开号为2006-155957的日本未审专利申请)。

类似于上述具有小直径的孔，分离二次颗粒的凹槽宽度对循环特性上有很大影响。更具体地，当每单位区域形成分离二次颗粒的大量的具有较窄宽度的凹槽时，减小了单个二次颗粒的尺寸及表面积；然而，提高了二次颗粒形成的整个负极活性材料的表面积，因而电解质溶液容易被分解。另一方面，当分离二次颗粒的具有较宽宽度的凹槽被形成时，二次颗粒不太可能被分割成小块，因而减小了每单位区域负极活性材料的表面积，电解质溶液不太可能被分解，但提高了单个二次颗粒的尺寸，因而提高了充放电期间根据负极活性材料的膨胀及收缩的压力。因而，难以释放负极活性材料层中的压力，从而负极活性材料层容易从负极集流体剥离。

发明内容

由于最近的便携式电子设备具有更小尺寸、更高性能及更多功能，二次电池因而期望被频繁地充放电，因而循环特性容易下降。因此，期望进一步改进二次电池的循环特性。

考虑到前述内容，可期望提供一种能够改进循环特性的负极及电池。