[发明专利]锂离子二次电池

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子二次电池。

背景技术

锂离子二次电池因为与镍镉电池、镍氢电池等相比分量轻、高容量，所以广泛用作便携式电子设备用电源。另外，作为搭载于混合动力车或电动汽车用的电源也是最有希望的候补。而且，近年来，伴随着便携式电子设备的小型化、高功能化，对于作为其电源的锂离子二次电池期待进一步高容量化。

锂离子二次电池的容量主要依赖于电极的活性物质。对于负极活性物质来说，通常利用石墨。然而，石墨的理论容量为372mAh/g，在被实用化的电池中，已经利用了约350mAh/g的容量。因此，为了得到作为将来的高功能便携式设备的能源的具有充分的容量的非水电解质二次电池，需要实现进一步高容量化，为此，需要具有石墨以上的理论容量的负极材料。

因此，现在受到注目的是硅或氧化硅等合金类负极材料。硅能够电化学地吸附和放出锂离子，与石墨相比能够非常大容量的充放电。特别是已知硅的理论放电容量为4210mAh/g，表现出石墨的11倍的高容量。

然而，这些合金材料在吸附锂时，由于会形成锂-硅合金，从原来的结晶结构发生变化，因此伴随着非常大的体积膨胀。

特别是在将硅充电至最大容量的情况下，理论上其体积会膨胀至4.1倍。因此，活性物质会从集电体上脱落，失去电导通，从而使充放电循环特性显著降低（例如，专利文献1）。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第2964732号公报

发明内容

发明所要解决的问题

进一步，在作为负极活性物质使用硅或氧化硅的情况下，充放电时随着负极活性物质的膨胀收缩负极电极也发生膨胀收缩，在隔离物和负极的界面上发生摩擦，因此，负极活性物质或导电助剂剥离，从而充放电循环特性发生降低。

本发明鉴于上述现有技术所具有的问题，其目的在于提供一种提高了充放电循环特性的锂离子二次电池。

解决问题的技术手段

为了达成上述目的，本发明所涉及的锂离子二次电池，隔离物的平均3%模量强度除以具有以硅和氧化硅为主成分的负极活性物质层的负极的平均3%模量强度的值为0.079以下。

通过使用上述本发明所涉及的锂离子二次电池，可以提高充放电循环特性。

本发明中的平均3%模量强度是对于10点的样品，用拉伸试验机将50mm宽的负极样品、隔离物样品拉伸至位移量为0.3cm，样品拉伸3%时的强度（3%模量强度）的算术平均值。以下，将负极的平均模量强度表示为M₃a，将隔离物的平均模量强度表示为M₃s。本发明中使用模量强度是由于，负极和隔离物的拉伸行为完全不同，因而难以以拉伸强度明确地表现两者的关系，另外，可以显示能够追随着负极的膨胀的隔离物的机械强度与负极的机械强度的关系。

在M₃s除以M₃a的值（M₃s/M₃a）为0.079以下的情况下，由于伴随着充放电，隔离物追随着负极的膨胀，因此可以抑制负极和隔离物的界面上的摩擦，抑制负极活性物质或导电助剂的剥离，从而提高充放电循环特性。

在M₃s/M₃a超过上限的情况下，充放电时，随着负极活性物质的膨胀收缩负极也膨胀收缩，在隔离物和负极电极的界面上发生摩擦，因此负极活性物质或导电助剂剥离，从而充放电循环特性降低。

本发明所涉及的负极活性物质以硅和氧化硅为主成分，可以包含它们两者。通过使用所述活性物质，与使用石墨作为负极活性物质的情况相比较，可以得到高容量的负极。另外，在本说明书中，“以硅和氧化硅为主成分的负极活性物质层”是指负极活性物质层中所含的负极活性物质的总质量中硅和氧化硅所占的质量为90质量%以上。从能够达成更大的理论容量的观点出发，优选该质量为95质量%以上，更优选为100质量%。

本发明所涉及的负极，进行10个循环的充放电之后的面积膨胀率为9%以下。

在伴随着充放电的负极的膨胀超过上限的情况下，由于负极活性物质的体积膨胀而发生负极的断裂或者负极活性物质层从负极集电体上的剥离，从而充放电循环特性降低。