[发明专利]锂二次电池

说明书

技术领域

本发明涉及使用铁氧化物作为活性物质的锂二次电池。

背景技术

已知通过锂离子往来于正极与负极之间而进行充电及放电的锂二次电池(典型的是锂离子电池)。在这种锂二次电池的一个典型的构成中，具有将能够可逆地吸藏和释放锂离子的材料(活性物质)保持于导电性部件(集电体)上的构成的电极。现在，广泛使用石墨作为负极用的活性物质。但是，在石墨中，每6个碳原子插入1个Li，因此其充放电容量存在372mAh/g的上限。

因此，正在研究各种的期待可实现在石墨以上的充放电容量的活性物质。作为所述活性物质的一例，可举出含有Fe₂O₃等的铁氧化物(含有铁作为构成元素的氧化物)的组成的活性物质。例如，专利文献1记载了：将由气相或液相沉积于基板上形成的铁氧化物薄膜用于正极活性物质的锂二次电池。作为锂二次电池中的涉及铁氧化物的利用的其他的技术文献，可举出专利文献2～5。

专利文献1：日本国专利申请公开2002-298834号公报

专利文献2：日本国专利申请公开昭62-219465号公报

专利文献3：日本国专利申请公开平11-111294号公报

专利文献4：日本国专利申请公开2003-257426号公报

专利文献5：日本国专利申请公开平3-112070号公报

发明内容

但是，已知Fe₂O₃等的铁系氧化物通常是充放电的可逆性低、难以应用于二次电池的物质(专利文献4的第0006项等)。因此，本发明的目的在于，提供具有包含铁氧化物的活性物质、且充放电特性优异的锂二次电池及其制造方法。相关联的其他目的是提供用于该锂二次电池的构筑的电极。

由本发明提供的锂二次电池，具有正极和负极以及非水电解质，上述正极和上述负极之中的一方，是具有能可逆地吸藏和释放锂(Li)的铁氧化物膜(典型的是含有α-Fe₂O₃的结晶的铁氧化物膜。)被保持于导电性基体上的构成的带有铁氧化物膜的电极。在此，上述导电性基体具有表面粗糙度Rz为3μm以上的粗糙面，在该粗糙面上设置有上述铁氧化物膜。

根据具有这样的铁氧化物膜(活性物质膜)的电极，与具有粉末状的铁氧化物的电极(例如，将铁氧化物粉末与导电材料和/或粘结剂一起成形为颗粒状而成的电极)相比，可构筑大幅度改善充放电的可逆性的锂二次电池。另外，通过在Rz为规定值以上的粗糙面上设置上述铁氧化物膜，与在一般的金属箔的表面(平滑面)上设置了铁氧化物膜的构成的电极相比，可构筑充放电特性更优异的锂二次电池。例如，可实现充放电的可逆性高、以及活性物质膜的单位质量的充放电容量(质量容量密度)大这两方之中的至少一方(优选两方)的效果。

另外，在本说明书中所谓“锂二次电池”，是指利用锂离子作为电解质离子，通过正负极间的锂离子移动进行充放电的二次电池。通常称为锂离子电池的二次电池，是在本说明书中的锂二次电池所包含的典型例。

上述铁氧化物膜，可以是在上述粗糙面上沉积铁氧化物而成的膜。在该沉积中，例如，可优选采用将铁氧化物作为靶的蒸镀法、溅射法等。在此所公开的技术的一种优选方式中，上述铁氧化物膜是通过氧离子束辅助沉积法在上述粗糙面上沉积铁氧化物(典型的是蒸镀)而成的膜。通过进行上述氧离子束辅助沉积，可形成铁氧化物(特别是α-Fe₂O₃)的结晶更好地生长的膜。因此，根据具有该铁氧化物膜的锂二次电池，可实现更优异的充放电特性。

在此所公开的技术，可以以上述铁氧化物膜的厚度TA小于上述粗糙面的Rz的方式来优选地实施。根据该方式，粗糙面的表面形状可由铁氧化物膜的表面形状更好地反映。因此，可使铁氧化物膜的表面积更大。该表面积的增加，使电解质与铁氧化物膜之间的物质移动容易，可有助于提高电池反应的效率及可逆性，因此优选。作为更优选的方式，可例示TA小于Rz且TA为5μm以下的方式。根据厚度这样小的铁氧化物膜，可实现更良好的充放电特性。