[發(fā)明專利]非水電解質(zhì)二次電池用負極和使用該負極的非水電解質(zhì)二次電池

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200680001121.1
• 申請日: 2006-10-19
• 公開（公告）號: CN101061593A
• 公開（公告）日: 2007-10-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 白根隆行;柏木克巨;井上薰
• 申請（專利權(quán)）人: 松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社
• 主分類號: H01M4/02
• 分類號: H01M4/02;H01M4/38;H01M4/58;H01M4/62;H01M4/64;H01M10/40
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司
• 代理人: 陳建全

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及非水電解質(zhì)二次電池用負極，更詳細地說，涉及對使用了含有含硅粒子作為活性物質(zhì)核的復(fù)合負極活性物質(zhì)的負極進行長壽命化的技術(shù)。

背景技術(shù)

隨著電子設(shè)備的便攜化、無繩化的發(fā)展，對小型、輕量且具有高能量密度的非水電解質(zhì)二次電池的期待正日益高漲?，F(xiàn)在，石墨等碳材料作為非水電解質(zhì)二次電池的負極活性物質(zhì)正在實用化。然而其理論容量密度為372mAh/g。因此，為了進一步對非水電解質(zhì)二次電池進行高能量密度化，正在研究將與鋰合金化的硅(Si)、錫(Sn)、鍺(Ge)或它們的氧化物以及合金等作為負極活性物質(zhì)。這些材料的理論容量密度比碳材料大。特別是由于Si粒子或氧化硅粒子等含硅粒子價格便宜，正在被廣泛研究。

然而，如果將這些材料用于負極活性物質(zhì)并進行反復(fù)充放電循環(huán)，則活性物質(zhì)粒子的體積發(fā)生變化。由于該體積變化使得活性物質(zhì)粒子發(fā)生微粉化。其結(jié)果是，活性物質(zhì)粒子間的導(dǎo)電性降低。因此，不能得到充足的充放電循環(huán)特性(以下稱為“循環(huán)特性”)。

因此，例如在特開2004—349056號公報中提出了將含有形成鋰合金的金屬或半金屬的活性物質(zhì)粒子作為核(活性物質(zhì)核)、將該活性物質(zhì)核與大量碳纖維結(jié)合而作為復(fù)合粒子(復(fù)合負極活性物質(zhì))使用的技術(shù)。報道了在該結(jié)構(gòu)中，即使活性物質(zhì)粒子的體積發(fā)生變化，導(dǎo)電性也能得到確保，能夠維持循環(huán)特性。另外，基于該技術(shù)，通過活用與例如在特開平11—354126號公報中公開的粘合劑進行適當組合的技術(shù)，可以認為能夠構(gòu)成高容量且功能性高的負極。

但是僅僅只混合多種的粘合劑，由于復(fù)合負極活性物質(zhì)發(fā)生膨脹收縮時產(chǎn)生的應(yīng)力，難以抑制含有復(fù)合負極活性物質(zhì)的合劑層從負極集電體上剝離下來?；蛘唠y以抑制復(fù)合負極活性物質(zhì)從合劑層上脫離下來。這可以認為是由于含硅粒子的表面物性與碳纖維的表面物性不同的緣故。如果無視這些表面物性而僅僅只將多種粘合劑混合，難以得到具有粘合力充足的合劑層的負極。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明涉及下述非水電解質(zhì)二次電池用負極和使用了該負極的非水電解質(zhì)二次電池，所述負極通過維持合劑層內(nèi)的復(fù)合負極活性物質(zhì)彼此之間的粘合力、并且也維持合劑層與集電體的粘合力，從而抑制負極整體的內(nèi)阻增大，具有優(yōu)良的循環(huán)特性。本發(fā)明的非水電解質(zhì)二次電池用負極具有：集電體；以及含有復(fù)合負極活性物質(zhì)、第1粘合劑、第2粘合劑的合劑層。合劑層設(shè)置在集電體上。復(fù)合負極活性物質(zhì)至少由可以嵌入脫嵌鋰離子的含硅粒子、碳納米纖維(以下稱為CNF)、和催化劑元素形成。CNF粘附在含硅粒子的表面。催化劑元素是選自銅(Cu)、鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)、鉬(Mo)以及錳(Mn)中的至少1種，促進CNF的生長。第1粘合劑是含丙烯基高分子。第2粘合劑是粘合性橡膠粒子。第1粘合劑將含硅粒子與集電體粘合，第2粘合劑將CNF彼此粘合。第1粘合劑與含硅粒子的親合性高，第2粘合劑與CNF的親合性高。而且集電體也和含硅粒子同樣地與第1粘合劑的親合性高。因此含有CNF的復(fù)合負極活性物質(zhì)彼此之間通過第2粘合劑而接合，復(fù)合負極活性物質(zhì)與集電體通過第1粘合劑的化學(xué)鍵架橋而接合。由此合劑層內(nèi)以及合劑層與集電體的接合變牢固，含硅粒子即使隨著充放電而膨脹、收縮，合劑層內(nèi)以及合劑層與集電體之間的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)也被保持，其結(jié)果是提高了循環(huán)特性。

本發(fā)明進一步涉及使用了含有上述復(fù)合負極活性物質(zhì)的負極的非水電解質(zhì)二次電池。

附圖說明

圖1是表示本發(fā)明的實施方式中模型電池(model?cell)的結(jié)構(gòu)的立體平面圖。

圖2是圖1所示的模型電池的A—A線剖面圖。

圖3是表示本發(fā)明的實施方式中非水電解質(zhì)二次電池用負極的集電體附近的合劑層的結(jié)構(gòu)的示意剖面圖。

圖4是表示本發(fā)明的實施方式中非水電解質(zhì)二次電池用負極的其它結(jié)構(gòu)的剖面圖。

符號說明

1???負極

1A???集電體

1B???合劑層

1C???引線

2????對電極

2A???集電體

2C???引線

3????隔膜

4????層疊袋

5????非水電解質(zhì)

7????改性聚丙烯薄膜

11???含硅粒子

12???碳納米纖維

13???催化劑元素

14???復(fù)合負極活性物質(zhì)

15??第1粘合劑

16??第2粘合劑

20??粘合層

具體實施方式