[發(fā)明專利]負(fù)極和二次電池

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310611544.7
• 申請日: 2008-06-05
• 公開（公告）號: CN103730627B
• 公開（公告）日: 2017-04-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 廣瀬貴一;川瀬賢一;小西池勇;倉澤俊佑;巖間正之;松元浩一
• 申請（專利權(quán)）人: 索尼株式會(huì)社
• 主分類號: H01M4/02
• 分類號: H01M4/02;H01M4/38;H01M10/05
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務(wù)所11105
• 代理人: 賈靜環(huán)

本申請是2008年6月5日向中國國家知識產(chǎn)權(quán)局提交的申請?zhí)枮?00810109884.9、發(fā)明名稱為：“負(fù)極和二次電池”的發(fā)明專利申請的分案申請。

相關(guān)申請交叉參考

本發(fā)明包含下列日本專利申請的主題，即分別于2007年6月5日和2008年1月25日提交給日本專利局的JP2007-149253和JP2008-015253，其全部內(nèi)容引入本文作為參考。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及負(fù)極以及包括該負(fù)極的二次電池，所述負(fù)極包括負(fù)極集電體和布置在負(fù)極集電體上的負(fù)極活性物質(zhì)層。

背景技術(shù)

近年來，便攜式電子設(shè)備如集成了照相機(jī)的VTR(磁帶錄像機(jī))、便攜式電話或膝上型計(jì)算機(jī)廣泛使用，人們已強(qiáng)烈地要求減小便攜式電子設(shè)備的尺寸和重量并提高便攜式電子設(shè)備的壽命。因此，作為便攜式電子設(shè)備的電源，人們已經(jīng)設(shè)法開發(fā)電池，特別是重量輕的能夠?qū)崿F(xiàn)高能量密度的二次電池。它們當(dāng)中，很有前途的是充放電反應(yīng)利用鋰的嵌入和脫出的二次電池(所謂的鋰離子二次電池)，因?yàn)樵摱坞姵乜色@得比鉛-酸電池或鎳-鎘電池大的能量密度。

鋰離子二次電池包括正極、負(fù)極和電解液，且負(fù)極具有包含負(fù)極活性物質(zhì)的負(fù)極活性物質(zhì)層布置在負(fù)極集電體上的構(gòu)造。作為負(fù)極活性物質(zhì)，廣泛使用碳材料；然而，近來隨著便攜式電子設(shè)備性能的增強(qiáng)和功能的拓展，人們渴望進(jìn)一步提高電池容量，因此考慮用硅代替碳材料。因?yàn)楣璧睦碚撊萘?4199mAh/g)遠(yuǎn)大于石墨的理論容量(372mAh/g)，所以預(yù)期會(huì)提高電池容量。

然而，當(dāng)硅通過氣相法沉積為負(fù)極活性物質(zhì)時(shí)，在負(fù)極活性物質(zhì)中形成大量的孔隙，增加了負(fù)極活性物質(zhì)的表面積。這種情況下，負(fù)極活性物質(zhì)具有高活性，所以在充放電期間電解液容易分解，而且鋰容易鈍化。因而，在二次電池獲得較高容量的同時(shí)，二次電池的重要特性—循環(huán)特性卻易于降低。

因此，為了在用硅作為負(fù)極活性物質(zhì)時(shí)也能提高循環(huán)特性，人們已經(jīng)提出各種想法。

更具體地，已經(jīng)提出了下列方法：在通過氣相法多次沉積硅膜的情況下，于第二次或更后的沉積步驟之前，將離子施用于硅薄膜的表面的方法(例如，參見特開2005-293899號公報(bào))；使用具有三維構(gòu)造如泡沫金屬或燒結(jié)纖維金屬體的負(fù)極集電體的方法(例如，參見特開2004-071305號公報(bào))；或者燒結(jié)硅使其與負(fù)極集電體成為一體的方法(例如，參見特開平11-339777和11-339778號公報(bào))等。

而且，還提出了下列方法：用燒結(jié)體(陶瓷)如金屬氧化物包覆硅顆粒的方法(例如，參見特開2004-335334和2004-335335號公報(bào))；在硅合金層的表面形成氧化物層如硅氧化物層的方法(例如，參見特開2004-319469號公報(bào))；在硅粉上還原沉積導(dǎo)電金屬的方法(例如，參見特開平11-297311號公報(bào))；用金屬包覆硅化合物顆粒的方法(例如，參見特開2000-036323號公報(bào))；在硅顆粒中分散不與鋰形成合金的金屬元素的方法(例如，參見特開2001-273892號公報(bào))；將銅固溶在硅薄膜中的方法(例如，參見特開2002-289177號)公報(bào)等。

發(fā)明內(nèi)容

由于新近的便攜式電子設(shè)備具有更小的尺寸、更高的性能和更多的功能，二次電池要頻繁地充電和放電，因而其循環(huán)特性容易降低。具體地，在采用硅作為負(fù)極活性物質(zhì)以增加容量的鋰離子二次電池中，循環(huán)特性往往因?yàn)樯鲜龅谋砻娣e增加而顯著地降低。因此，人們渴望進(jìn)一步提高該二次電池的循環(huán)特性。

有鑒于前述問題，期望提供能夠改善循環(huán)特性的負(fù)極和二次電池。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，提供一種負(fù)極，該負(fù)極包括：負(fù)極集電體；及布置在負(fù)極集電體上的負(fù)極活性物質(zhì)層，其中負(fù)極活性物質(zhì)層包含負(fù)極活性物質(zhì)，該負(fù)極活性物質(zhì)含有硅，并包含直徑為3～50nm且包括兩個(gè)端點(diǎn)的孔隙的群(pore?group)，且按每單位重量的硅計(jì)，該直徑為3～50nm且包括兩個(gè)端點(diǎn)的孔隙的群的容積(volumetric?capacity)為0.2cm³/g或更小，該容積是利用水銀孔隙率計(jì)，通過水銀孔隙率法測量的。