[發(fā)明專(zhuān)利]非水電解液二次電池用負(fù)極、使用其的非水電解液二次電池以及用于制造非水電解液二次電池用負(fù)極的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200980147746.2
• 申請(qǐng)日: 2009-12-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102227835A
• 公開(kāi)（公告）日: 2011-10-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 入山次郎;笠原龍一;梶田徹也;沼田達(dá)治
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: NEC能源元器件株式會(huì)社
• 主分類(lèi)號(hào): H01M4/485
• 分類(lèi)號(hào): H01M4/485;H01M4/131;H01M4/134;H01M4/1391;H01M4/1395;H01M4/36
• 代理公司: 中科專(zhuān)利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 孫紀(jì)泉

技術(shù)領(lǐng)域

本示例性發(fā)明涉及非水電解液二次電池，尤其涉及鋰離子二次電池，并且涉及用于即使充電和放電重復(fù)時(shí)充電和放電容量的減少小的二次電池的負(fù)極。

背景技術(shù)

隨著筆記本電腦、手機(jī)、電動(dòng)車(chē)等的市場(chǎng)的快速膨脹，需要具有高能量密度的二次電池。通常，使用具有大的充電和放電容量的負(fù)極活性材料的方法被認(rèn)為是用于增強(qiáng)二次電池的能量密度的手段。專(zhuān)利文獻(xiàn)1描述作為采用作為具有大的充電和放電容量的負(fù)極活性材料的含有鋰的氧化硅或者二氧化硅(SiO₂)的硅酸鋰(Li₂SiO₃)以及采用作為非水電解液的溶液的含有碳酸乙二酯的電解液溶液的非水電解液二次電池的實(shí)例。這里，作為用于獲取具有高能量密度的二次電池的方法，專(zhuān)利文獻(xiàn)1公開(kāi)如下步驟：諸如硅酸鋰或二氧化硅的氧化硅與鋰或者含鋰物質(zhì)電化學(xué)反應(yīng)以獲得包括含鋰二氧化硅的負(fù)極活性材料。

另一方面，專(zhuān)利文獻(xiàn)2涉及二級(jí)電池用電極，其中，作為活性材料的硅薄膜形成在集電器的表面上，而這個(gè)硅薄膜具有包括多個(gè)柱狀結(jié)構(gòu)的構(gòu)造。專(zhuān)利文獻(xiàn)2中的上述構(gòu)造的目的在于阻止具有硅薄膜的集電器由于重復(fù)充電和放電而造成的電極中皺紋的發(fā)生，原因在于二次電池的快速充電和放電中硅薄膜體積的大的變化。在專(zhuān)利文獻(xiàn)2中，通過(guò)排列多個(gè)柱狀結(jié)構(gòu)的這種方式形成上述硅薄膜的形狀，由充電和放電所造成的硅薄膜的體積的變化被這些多個(gè)柱狀結(jié)構(gòu)之間的孔洞吸收，從而防止硅薄膜的變形。

在包括這個(gè)硅薄膜的用于第二電池的電極中，通過(guò)諸如印墨的方法在作為集電器的銅薄片等的表面上形成圖案，并且，在通過(guò)濺射等方式在表面上形成硅薄膜以后，通過(guò)諸如浸沒(méi)在堿溶液中的方法去除上述圖案。采用這種方法，根據(jù)上述圖案的形狀的硅薄膜形成在集電器上。通過(guò)使得這個(gè)圖案的形狀為圓形穿孔圖案等，可能形成包括在集電器表面上的多個(gè)柱狀結(jié)構(gòu)的硅薄膜。

引用列表

專(zhuān)利文獻(xiàn)

專(zhuān)利文獻(xiàn)1：JP6-325765A

專(zhuān)利文獻(xiàn)2：JP2003-303586A

發(fā)明內(nèi)容

技術(shù)問(wèn)題

通常，當(dāng)負(fù)極活性材料的表面區(qū)域增加時(shí)，非水電解液二次電池用負(fù)極中鋰的吸收量增加，并且因此，也改進(jìn)了采用它的二次電池的能量密度。因此，在非水電解液二次電池中，采用諸如以顆粒形式的含鋰氧化硅的負(fù)極活性材料優(yōu)選地形成負(fù)極。

然而，公知的是，在采用這種含鋰氧化硅顆粒作為負(fù)極活性材料的非水電解液二次電池中，負(fù)極活性材料的體積隨著電池的充電和放電的變動(dòng)比較大。問(wèn)題是，當(dāng)專(zhuān)利文獻(xiàn)1中的電池反復(fù)地充電和放電時(shí)，負(fù)極活性材料的顆粒反復(fù)地膨脹和收縮，并且負(fù)極活性材料的組成顆粒被此時(shí)顆粒中出現(xiàn)的應(yīng)變(stress?strain)破壞，并且，進(jìn)行顆粒的粉碎。當(dāng)進(jìn)行負(fù)極活性材料的粉碎時(shí)，電池的充電和放電容量大大地減少，導(dǎo)致非水電解液二次電池的循環(huán)性能的降低。

另一方面，要考慮的是，當(dāng)專(zhuān)利文獻(xiàn)2中所描述的二次電池用電極用作非水電解液二次電池用負(fù)極時(shí)，循環(huán)性能的降低問(wèn)題歸因于電池的充電和放電的反復(fù)不會(huì)發(fā)生，原因在于其中形成有多個(gè)柱狀結(jié)構(gòu)的硅薄膜的表面結(jié)構(gòu)。但是，在這種情況下，非水電介質(zhì)二次電池的能量密度不能增加，原因在于形成負(fù)極的硅薄膜的表面區(qū)域小。

此外，要可慮的是，在正如專(zhuān)利文獻(xiàn)1中使用的負(fù)極活性材料顆粒的情況下，如果可能正如專(zhuān)利文獻(xiàn)2中的在負(fù)極活性材料的表面上形成具有多個(gè)柱狀結(jié)構(gòu)的區(qū)域，這在抑制電池的充電和放電容量的降低上是有效的。然而，正如專(zhuān)利文獻(xiàn)2中所描述的，使用負(fù)極活性材料的圖案印刷和噴濺相結(jié)合的方法專(zhuān)注于當(dāng)薄膜作為電極使用時(shí)表面的形狀控制的情況。因此，即便這種方法應(yīng)用到負(fù)極活性材料顆粒表面的形狀控制上，以薄膜的形式的柱狀結(jié)構(gòu)不能形成，原因在于顆粒與薄膜之間表面形狀的不同等等。

這個(gè)示例性實(shí)施例提出具有能夠減輕由于體積隨著電池的充電和放電而變動(dòng)所造成的應(yīng)變的這種表面結(jié)構(gòu)的負(fù)極活性材料顆粒，同時(shí)還提出用于形成這種顆粒的表面結(jié)構(gòu)的方法。因此，通過(guò)使用這些顆粒，提供一種非水電解液二次電池用負(fù)極，其中即便充電和放電重復(fù)時(shí)，能量密度高并且充電和放電容量的降低小。此外，還提供采用其的非水電解液二次電池以及用于制造這種非水電解液二次電池用負(fù)極的方法。

解決問(wèn)題的技術(shù)方案