[发明专利]阳极和二次电池

说明书

技术领域

本发明涉及阳极及包括阳极的二次电池，其中所述阳极具有在 阳极集流器上的阳极活性材料层，所述阳极活性材料层包括含有硅 (Si)作为构成元素的阳极活性材料的多层结构。

背景技术

近年来，便携式电子设备如组合式摄相机(磁带录像机)、移动电话 和笔记本个人计算机已得到广泛应用，并且强烈要求减小它们的尺寸 和重量并且实现长寿命。因此，作为便携式电子设备的电源即电池， 尤其是能够提供高能量密度的轻量二次电池已经得到发展。

具体而言，利用吸藏和放出锂离子进行充放电反应的二次电池 (所谓的锂离子二次电池)非常有前途，因为这种锂离子二次电池能够 提供比铅电池和镍镉电池更高的能量密度。

锂离子二次电池包括如下结构的阳极：其中在阳极集流器上提 供含有阳极活性材料的阳极活性材料层。作为阳极活性材料，碳材 料已经得到广泛应用。但是，近年来，随着便携式电子设备的高性 能和多功能性的开发，要求进一步改善电池容量。因此，已经考虑 使用硅代替碳材料。由于硅的理论容量(4199mAh/g)显著高于石墨 的理论容量(372mAh/g)，因此电池容量有希望因此大大提高。

但是，当通过气相沉积法来沉积硅作为阳极活性材料以形成阳 极活性材料层时，接合特性不足。因此，如果反复充放电，则有可 能使阳极活性材料层强烈膨胀和收缩从而粉碎。如果阳极活性材料 层粉碎，则根据粉碎程度，由于区域表面增加而导致过度形成不可 逆氧化锂，并且由于从阳极集流器脱落而导致集流特性下降。因此， 作为二次电池重要特性的循环特性下降。

因此，为了在即使使用硅作为阳极活性材料时也能提高循环特 性，已经发明了各种装置。具体而言，已经公开了一种通过在气相 沉积法中多次沉积硅来形成具有多层结构的阳极活性材料层的技 术(例如，参考日本未审查专利申请公报第2007-317419号)。此外， 已经提出了一种用金属如铁、钴、镍、锌和铜覆盖阳极活性材料表 面的技术(例如，参考日本未审查专利申请公报第2000-036323号)， 一种在阳极活性材料中扩散不与锂合金化的金属元素如铜的技术 (例如，参考日本未审查专利申请公报第2001-273892号)，一种在 阳极活性材料中形成铜的固体溶液的技术(例如，参考日本未审查专 利申请公报第2002-289177号)，等等。另外，作为相关技术，已知 一种使用两类元素作为阳极活性材料的包括其中等离子体区域互 相重叠的两个溅射源的溅射装置(例如，参考日本未审查专利申请公 报第2003-007291号)。

发明内容

最近，便携式电子设备倾向于越来越小，并且其高性能和多功 能性也在逐渐发展。因此，存在二次电池充放电频繁重复的趋势， 因此循环特性很容易下降。特别是，在使用硅作为阳极活性材料以 获得高容量的锂离子二次电池中，受到阳极活性材料层在上述充放 电时粉碎的影响，循环特性易于显著下降。因此，期望进一步改善 二次电池的循环特性。

鉴于上述缺点，在本发明中，期望提供能够改善循环特性的阳 极和包括该阳极的电池。

根据本发明的一个实施方案，提供一种在阳极集流器上具有阳 极活性材料层的阳极，包括含有硅作为构成元素的阳极活性材料的 多层结构，其中多层结构中每一层的厚度为50nm～1050nm，包 括端值。根据本发明的一个实施方案，提供包括阴极和本发明前述 实施方案的阳极以及电解质的二次电池。

在本发明的实施方案的阳极和二次电池中，包括在阳极活性材 料层中的多层结构中每一层的厚度为50nm～1050nm，包括端值。 因此，每层之间的接触特性，阳极活性材料层与阳极集流器之间的 接触特性以及集流特性得到改善。

根据本发明的实施方案的阳极，在含硅的具有多层结构的阳极 活性材料层中，每一层具有指定范围内的厚度。因此，改善了每层 之间的接触特性，阳极活性材料层中的应力松弛性能，阳极活性材 料层与阳极集流器之间的接触特性以及集流特性。结果，可以抑制 与反复充放电相关的阳极活性材料层的粉碎、分离和脱落。因此， 在利用硅作为阳极活性材料实现高容量的同时，也能改善循环特 性。

本发明的其他和另外的目的、特征和优点将从以下描述中更全 面地展现。

附图说明

图1是示出根据本发明第一实施方案的阳极的结构的截面图；

图2是示出根据本发明第二实施方案的阳极的结构的截面图；