[发明专利]电化学元件用电极

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子二次电池、电化学电容器等电化学元件中所使用的电极，更详细地说，涉及电化学元件用电极的集电体与活性物质层的附着性的改进。

背景技术

近年来，伴随着个人计算机、便携式电话等可移动设备的开发，作为其电源的电池的需求正在增大。此外，对于上述可移动设备用的电池，要求高的能量密度和优良的循环特性。

因此，对于这样的要求，新近进行了高容量的活性物质的开发，其中，硅(Si)或锡(Sn)的单质、氧化物或合金被视为有望作为容量非常高的活性物质。例如，在专利文献1所记载的锂二次电池用负极中，采用以薄膜状形成于集电体表面上的硅氧化物作为活性物质，在专利文献2所记载的锂二次电池用负极中，采用以薄膜状形成于铜基板表面上的锡氧化物作为负极活性物质。

可是，采用硅的活性物质通过电池充放电反应显示出最大440％的体积膨胀。此外，采用锡的活性物质也与硅的情况同样地通过电池充放电反应而显示出显著的体积膨胀。这样的体积膨胀在集电体与活性物质的界面产生非常大的应力，因此有可能引起活性物质从集电体上的剥离。

为了抑制活性物质的剥离，需要提高集电体与活性物质的附着性。因此，在专利文献3所记载的锂电池用电极中，直接在铜箔等集电体的表面上形成由硅等构成的薄膜，进而使形成集电体的成分(例如铜)向活性物质层中扩散。另一方面，在专利文献4所记载的锂二次电池用电极中，在铜箔等集电体与由硅等活性物质构成的薄膜之间形成含有Mo或W的中间层，通过该中间层抑制形成集电体的成分向由活性物质构成的薄膜中的过度扩散。

此外，在专利文献5所记载的双电层电容器(电化学电容器)中，使用含有锂离子的非水电解液作为电解液，使用能够嵌入和脱嵌锂的石墨以代替碳黑作为电极活性物质，由此谋求能量密度的提高。

根据专利文献3所记载的锂电池用电极，通过使集电体成分向活性物质层内扩散，可以提高活性物质与集电体之间的附着性。但是，因集电体成分扩散，从而使得充放电容量降低。

另一方面，如专利文献4所记载的锂二次电池用电极那样，在抑制了形成集电体的成分向活性物质层内的扩散时，尽管能够抑制充放电容量的下降，但是难以谋求集电体与活性物质的附着性的提高。此外，在专利文献4所记载的锂二次电池用电极中，通过在中间层的表面设置凹凸来提高中间层与活性物质膜的附着性。可是，单凭这些，在活性物质膜显示出非常大的体积膨胀的情况下，抑制活性物质膜剥离的效果有可能并不充分。

此外，如果通过抑制集电体成分向活性物质层内的扩散，能够防止充放电容量的降低，并能够防止集电体和活性物质的剥离，则通过在专利文献5所记载的电化学电容器中作为电极活性物质采用硅或锡，便与锂离子二次电池的情况同样，能够期待能量密度的提高。

专利文献1：日本特开2004-349237号公报

专利文献2：日本特开2002-110151号公报

专利文献3：日本专利第3733067号公报

专利文献4：日本特开2002-373644号公报

专利文献5：日本特开2005-093777号公报

发明内容

本发明的目的在于：解决上述课题，提供一种高容量化的、而且抑制了活性物质伴随着充放电的剥离的、显示出良好的循环特性的电化学元件用电极。

为了达到所述目的，本发明涉及一种电化学元件用电极，其特征在于，具备：集电体、形成于所述集电体的表面的至少一部分上的薄膜层、和形成于所述薄膜层的表面上的活性物质层；所述活性物质层含有活性物质，该活性物质在与形成所述集电体的成分之间不形成化学键；所述薄膜层主要由极化率比形成所述集电体的成分大的成分形成。

在该电化学元件用电极中，作为活性物质采用在与形成集电体的成分之间不形成化学键的成分。因此，根据该电化学元件用电极，能够抑制集电体成分向活性物质层内的扩散、和与之相伴随的充放电容量的下降。

此外，在所述电化学元件用电极中，形成于集电体与活性物质层之间的薄膜层含有极化率比形成集电体的成分大的成分。因此，基于下述理由，活性物质层与薄膜层的附着性得以提高。

活性物质层与集电体的附着力、以及活性物质层与薄膜层的附着力在与活性物质层之间不形成化学键的情况下，可以认为起因于物理结合、所谓范德华(van der Waals)力。按下式给出活性物质与集电体或薄膜层之间的相互作用能U_v(r)/eV。