[發(fā)明專利]用于鋰離子二次電池的負(fù)極、鋰離子二次電池、電動(dòng)工具、電動(dòng)車輛、和電力存儲(chǔ)系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110035226.1
• 申請(qǐng)日: 2011-02-09
• 公開（公告）號(hào): CN102148358A
• 公開（公告）日: 2011-08-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 藤永卓士;倉澤俊佑;足立百惠;川瀨賢一
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 索尼公司
• 主分類號(hào): H01M4/134
• 分類號(hào): H01M4/134;H01M4/139;H01M10/0525;B60L11/18
• 代理公司: 北京康信知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11240
• 代理人: 李丙林;張英

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于鋰離子二次電池的負(fù)極、包括該負(fù)極的鋰離子二次電池、使用該鋰離子二次電池的電動(dòng)工具、使用該鋰離子二次電池的電動(dòng)車輛、以及使用該鋰離子二次電池的電力存儲(chǔ)系統(tǒng)，所述負(fù)極包含含有硅(Si)作為元素(構(gòu)成元素)的負(fù)極活性物質(zhì)。

背景技術(shù)

近年來，便攜式電子裝置，如攝像機(jī)集成的VTR(磁帶錄像機(jī))、移動(dòng)電話、和筆記本式個(gè)人計(jì)算機(jī)已經(jīng)被廣泛使用，并且強(qiáng)烈要求減小它們的尺寸和重量以及實(shí)現(xiàn)它們的長(zhǎng)壽命。因此，作為用于便攜式電子裝置的電源，已經(jīng)開發(fā)了電池，特別是能夠提供高能量密度的輕量化二次電池。近年來，已經(jīng)考慮不僅將這樣的二次電池應(yīng)用于小型電子裝置，而且還應(yīng)用于由電動(dòng)車輛等代表的大型電子裝置。

特別地，使用鋰的插入(嵌入)和提取(脫嵌)用于充電和放電反應(yīng)的二次電池(所謂的鋰離子二次電池)是極其有前途的，因?yàn)榕c鉛電池和鎳鎘電池相比，這樣的二次電池能夠提供更高的能量密度。

鋰離子二次電池包括負(fù)極，所述負(fù)極具有這樣的結(jié)構(gòu)，其中包含負(fù)極活性物質(zhì)的負(fù)極活性物質(zhì)層設(shè)置在負(fù)極集電體上。作為負(fù)極活性物質(zhì)，已經(jīng)廣泛使用了碳材料。然而，近年來，隨著便攜式電子裝置的高性能和多功能被開發(fā)，要求電池容量的進(jìn)一步改善。因此，已經(jīng)考慮使用硅代替碳材料。由于硅的理論容量(4199mAh/g)顯著高于石墨的理論容量(372mAh/g)，因此期待電池容量由此被高度改善。

然而，在其中負(fù)極活性物質(zhì)層通過經(jīng)由氣相沉積法沉積作為負(fù)極活性物質(zhì)的硅而形成的情況下，粘結(jié)特性不足。因此，如果重復(fù)充電和放電，則存在這樣的可能性，即，負(fù)極活性物質(zhì)層強(qiáng)烈膨脹并收縮以被粉碎。如果負(fù)極活性物質(zhì)層粉碎，則取決于粉碎程度，由于表面積的增加，不可逆鋰氧化物過度形成，并且由于從負(fù)極集電體的脫落使集電性降低。因此，作為二次電池的重要特性的循環(huán)特性降低。

因此，為了改善循環(huán)特性，即使當(dāng)使用硅作為負(fù)極活性物質(zhì)時(shí)，也已經(jīng)發(fā)明了多種裝置。具體地，已經(jīng)公開了通過在氣相沉積法中沉積幾次硅來形成作為多層結(jié)構(gòu)的負(fù)極活性物質(zhì)層的技術(shù)(例如，參見日本未審查專利申請(qǐng)公開號(hào)2007-317419)。此外，已經(jīng)提出了用金屬如鐵、鈷、鎳、鋅、和銅覆蓋負(fù)極活性物質(zhì)的表面的技術(shù)(例如，參見日本未審查專利申請(qǐng)公開號(hào)2000-036323)，使不與鋰合金化的金屬元素如銅在負(fù)極活性物質(zhì)中擴(kuò)散的技術(shù)(例如，參見日本未審查專利申請(qǐng)公開號(hào)2001-273892)，在負(fù)極活性物質(zhì)中形成銅的固溶體的技術(shù)(例如，參見日本未審查專利申請(qǐng)公開號(hào)2002-289177)等。此外，本發(fā)明的申請(qǐng)人已經(jīng)公開了這樣的技術(shù)，提供了其中均包含硅且每個(gè)均具有不同氧含量的第一層和第二層交替層壓的多層結(jié)構(gòu)，并且從而抑制了負(fù)極活性物質(zhì)層的強(qiáng)烈膨脹和收縮，并抑制了結(jié)構(gòu)破裂(例如，參見日本未審查專利申請(qǐng)公開號(hào)2004-349162)。

發(fā)明內(nèi)容

最近的便攜式電子裝置日益傾向于變得小型化，并且其高性能和多功能傾向于被日益開發(fā)。因此，存在這樣的趨勢(shì)，即，頻繁重復(fù)二次電池的充電和放電，并且因此循環(huán)特性容易被降低。尤其是，在其中使用硅作為實(shí)現(xiàn)高容量的負(fù)極活性物質(zhì)的鋰離子二次電池中，受在前述充電和放電時(shí)負(fù)極活性物質(zhì)層的粉碎的影響，循環(huán)特性易于顯著降低。因此，期望二次電池的循環(huán)特性的進(jìn)一步改善。

考慮到前述缺點(diǎn)，在本發(fā)明中，期望提供一種能夠改善循環(huán)特性的用于鋰離子二次電池的負(fù)極、使用該負(fù)極的鋰離子二次電池、使用前述鋰離子二次電池的電動(dòng)工具、使用前述鋰離子二次電池的電動(dòng)車輛、以及使用前述鋰離子二次電池的電力存儲(chǔ)系統(tǒng)。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，提供了一種用于鋰離子二次電池的負(fù)極，所述負(fù)極具有設(shè)置在負(fù)極集電體上的負(fù)極活性物質(zhì)層，所述負(fù)極活性物質(zhì)層包括含有硅作為元素(構(gòu)成元素)的多個(gè)(多條)負(fù)極活性物質(zhì)纖維。而且，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，提供了一種鋰離子二次電池，包括正極、本發(fā)明的實(shí)施方式的用于鋰離子二次電池的負(fù)極、以及電解質(zhì)。此外，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，提供了一種使用前述鋰離子二次電池作為電源或電力存儲(chǔ)源的電動(dòng)工具、電動(dòng)車輛、以及電力存儲(chǔ)系統(tǒng)。

在本發(fā)明的實(shí)施方式的用于鋰離子二次電池的負(fù)極、鋰離子二次電池、電動(dòng)工具、電動(dòng)車輛、以及電力存儲(chǔ)系統(tǒng)中，構(gòu)造這樣的負(fù)極活性物質(zhì)層，所述負(fù)極活性物質(zhì)層包括含有硅作為元素的多個(gè)負(fù)極活性物質(zhì)纖維。從而，在負(fù)極活性物質(zhì)層中伴隨充電和放電時(shí)膨脹和收縮的應(yīng)力的局部集中被緩和(松弛)。