[发明专利]锂离子二次电池用负极及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子二次电池用负极及其制造方法。更具体地，本发明涉及用于在包含硅类负极活性物质作为负极活性物质的情况下提高锂离子二次电池的循环特性的技术。

背景技术

近年来，为了应对地球温暖化，迫切要求减少二氧化碳排放量。在汽车产业界，集中期待通过引入电动车(EV)、混合电动汽车(HEV)来实现二氧化碳排放量的减少，而作为它们实用化的关键的发动机驱动用二次电池的开发正在盛行。

作为发动机驱动用二次电池，与手机、笔记本电脑等中使用的民生用锂离子二次电池相比，要求其发挥极高的输出特性、以及高能量密度。因此，在所有电池中具有最高理论能量的锂离子二次电池备受关注，目前其开发进展迅速。

一般而言，锂离子二次电池具备下述结构：将使用粘合剂将正极活性物质等涂布在集电体表面而得到的正极、与使用粘合剂将负极活性物质等涂布在集电体表面而得到的负极通过包含电解质的电解质层连接，并被收纳于电池壳体内。

在这样的锂离子二次电池中，作为负极活性物质，可以使用碳/石墨类负极活性物质、能够与锂形成合金的硅(Si)、锡(Sn)等合金类负极活性物质。这其中，特别是包含硅的硅类负极活性物质，其与碳/石墨类负极活性物质及锡类负极活性物质相比，单位质量的能量密度高，作为车辆用电池的负极活性物质的候选而备受期待。

另一方面，硅类负极活性物质伴随锂离子的吸留/放出的膨胀/收缩大。例如，就吸留锂离子时的体积膨胀而言，石墨约膨胀1.2倍，而硅甚至达到约4倍。这样一来，当硅发生大幅膨胀/收缩时，在反复充放电的过程中，会发生下述现象：电极结构被破坏；从导电网络脱落的硅发生不可逆容量化；在破裂的硅的活性面上电解液发生分解；等等。这些现象是导致锂离子二次电池的循环特性降低的原因之一，因而在使用硅类负极活性物质作为负极活性物质的情况下，正设法使用高强度的粘合剂来保持电极结构。

例如，专利文献1中提出了下述方案：在包含硅类负极活性物质的锂离子二次电池用负极中，使导电性金属箔集电体的表面粗糙度Ra为一定值以上，同时，使用聚酰亚胺(PI)作为粘合剂材料。根据该文献，聚酰亚胺的分解起始温度高，在进行用于烧结的热处理后粘合剂仍有所残留而不会完全分解，由此，集电体与负极活性物质粒子之间的密合性提高，循环特性得到提高。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：美国专利申请公开第2004/043294号说明书

发明内容

发明要解决的问题

然而，即使采用专利文献1所述的技术，仍无法充分抑制循环特性的降低，要求进一步的改进。

因此，本发明的目的是：提供用于在含有硅类负极活性物质作为负极活性物质的情况下提高锂离子二次电池的循环特性的手段。

解决问题的方法

本发明的锂离子二次电池用负极的特征在于：在制备包含负极活性物质和粘合剂材料的负极活性物质浆料时，使用粘合性提高剂。这里，负极活性物质包含硅作为主成分。粘合剂材料是选自聚酰亚胺、聚酰胺、聚酰胺酰亚胺、以及它们的预聚物中的至少1种。此外，粘合性提高剂是选自多元羧酸及其衍生物、以及多元胺中的至少1种。

本发明的实施方式之一涉及的锂离子二次电池用负极可以采用包括以下工序(1)和(2)的方法来制造。(1)在溶剂中混合上述负极活性物质、上述粘合剂材料和上述粘合性提高剂，制备负极活性物质浆料。(2)将该负极活性物质浆料涂布于集电体表面，在无氧条件下进行热处理。

此外，本发明的另一实施方式涉及的锂离子二次电池用负极可以采用包括以下工序(1)～(3)的方法来制造。(1)在溶剂中混合上述负极活性物质和上述粘合性提高剂后，除去溶剂，制备负极活性物质材料。(2)在溶剂中混合该负极活性物质材料与上述粘合剂材料，制备负极活性物质浆料。(3)将该负极活性物质浆料涂布于集电体表面，在无氧条件下进行热处理。

发明的效果

根据本发明，通过使含硅的硅类负极活性物质与粘合剂材料通过粘合性提高剂形成化学键合，来提高硅类负极活性物质与粘合剂材料之间的粘合性。由此，下述现象得到抑制：反复充放电引起的电极结构的破坏；硅类负极活性物质从导电网络脱落；位于破裂的硅类负极活性物质界面的电解液的分解；等等，进而能够实现锂离子二次电池的循环特性的提高。

附图说明

[图1]示意性地示出本发明的实施方式之一的锂离子二次电池用负极的剖视图。

符号说明

10  负极