[發明專利]負極和二次電池

有效

• 申請號: 201010106279.3
• 申請日: 2010-01-29
• 公開（公告）號: CN101794883A
• 公開（公告）日: 2010-08-04
• 發明（設計）人: 山本健介;鈴木浩一;川瀬賢一;北昭憲
• 申請（專利權）人: 索尼公司
• 主分類號: H01M4/38
• 分類號: H01M4/38;H01M4/48;H01M10/052
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 封新琴

技術領域

本發明涉及負極和包含該負極的二次電池，該負極包括負極集電體和 在負極集電體上的負極活性物質層，該負極活性物質層包含負極活性物質。

背景技術

近年來，便攜式電子設備如攝錄影機(camcorder)(裝配相機的磁帶錄像 機(videotape?recorder))，移動電話和筆記本電腦已經變得非常普及，人們強 烈需要這些便攜式電子設備具有更小的尺寸，更輕的重量和更長的壽命。 為了滿足這些需要，開發了輕質和高能量密度的電池，特別是二次電池作 為這些便攜式電子設備的電源。

具體地，利用鋰離子吸留和釋放進行充/放電反應的二次電池(鋰離子二 次電池)可以比鉛電池和鎳-鎘電池具有更高的能量密度。因此，非常期望進 一步提高鋰離子二次電池的能量密度。

此鋰離子二次電池包括負極，其中在負極集電體上形成含有負極活性 物質的負極活性物質層。碳材料廣泛用作這種負極活性物質。然而，由于 近年來具有更高性能和更多功能的便攜式電子設備往往要求電池容量進一 步提高，已經提出使用錫或硅而不是碳材料作為這種負極活性物質(例如， 參見U.S.專利4950566)。這是因為錫的理論容量(994mAh/g)和硅的理論容 量(4199mAh/g)比石墨的理論容量(372mAh/g)高得多，因此可期望電池容量 得到相當大的提高。

然而，由于吸留過鋰的硅合金等具有高反應性，存在電解質溶液容易 分解和鋰被失活的問題。因此，反復充放電降低充電-放電效率并且得不到 足夠高的循環特性。

為了解決這個問題，正在研究在負極活性物質的表面上形成惰性層。 例如，已經提出在負極活性物質的表面上形成氧化硅膜(例如，參考特開 2004-171874號公報和特開2004-319469號公報)。

發明內容

然而，當形成這種氧化硅膜時，該氧化硅膜的厚度增加導致反應電阻 增加。這引起鋰離子的吸留不太容易發生和金屬鋰容易沉淀的問題。沉淀 在負極上的金屬鋰往往失活，這降低了循環特性。此外，由于沉淀的金屬 鋰在約100℃的溫度下和電解質溶液發生反應，該反應產生的熱可能引起 電池的熱失控(thermal?runaway)。

因此，希望提供可以獲得優異的循環特性而不降低安全性的負極；以 及包含這種負極的二次電池。

根據本發明實施方式的負極包括負極集電體和在負極集電體上的負極 活性物質層，該負極活性物質層包含能夠吸留和釋放鋰的負極活性物質。 當使用⁷Li的魔角自旋(MAS)法進行核磁共振(NMR)光譜分析(下文稱為 ⁷Li-MAS-NMR分析)時，在完全充電狀態下的負極活性物質滿足下面的條件 表達式(1)。在條件表達式(1)中，A代表第一峰的積分面積和第一峰的邊帶 峰(side?band?peak)的積分面積的總和，相對于濃度為1mol/dm³(1·M)的LiCl 水溶液的共振峰顯示的參照位置，第一峰顯示的化學位移的范圍為-1ppm 以上和25ppm以下；B代表第二峰的積分面積，相對于濃度為1mol/dm³的LiCl水溶液的共振峰顯示的參照位置，第二峰顯示的化學位移的范圍為 25ppm以上和270ppm以下，第二峰不同于第一峰的邊帶峰。當測量樣品 在⁷Li-MAS-NMR分析中旋轉時，第一峰的邊帶峰顯示與主信號(對應于第 一峰的信號)一起產生的假信號(spurious?signal)。

0≤(B/A)＜0.1????????????(1)

根據本發明實施方式的二次電池包括正極，上述本發明實施方式的負 極，以及電解液。

在根據本發明實施方式的負極和二次電池中，由于⁷Li-MAS-NMR分析 中具有吸留的鋰的負極活性物質在完全充電狀態下滿足條件表達式(1)，所 以抑制了金屬鋰的沉淀。

在根據本發明實施方式的負極和包含本發明實施方式這種負極的二次 電池中，在充電時可以抑制在負極表面上將會變成失活的金屬鋰的沉淀。 因此，可以獲得良好的循環特性，同時可以提供充分高的安全性。

附圖說明

圖1是說明根據本發明第一實施方式的負極結構的橫截面圖；