[发明专利]锂离子二次电池用负极及采用了该负极的锂离子二次电池

说明书

技术领域

本发明涉及包括含硅的负极活性物质的锂离子二次电池用负极以及采用了该负极的锂离子二次电池，具体地说涉及负极所采用的集电体的改良。

背景技术

近年来，随着个人电脑、手机等便携设备的开发，对作为其电源的电池的需求逐渐增大。对于用于上述这样的用途的电池而言，要求在常温下使用的同时，还要求具有高能量密度和优良的循环特性。

针对该要求，将能够得到非常高的容量的硅(Si)或锡(Sn)的单质、氧化物或合金作为负极活性物质使用的电池被认为是有前途的。

但是，如上所述的负极活性物质在嵌入锂时结晶结构发生变化，其体积增加。如果充放电时的活性物质的体积变化大，则由于活性物质与集电体会发生接触不良等，因而充放电循环寿命缩短。

为了解决这样的问题，例如提出了在将表面粗化了的集电体上形成硅薄膜的方法(日本专利第3733065号公报(文献1))。

但是，在文献1的负极中，由于硅薄膜内没有空间，所以在充电时活性物质膨胀的情况下，硅薄膜上产生极大的应力，硅薄膜从集电体上剥落，或者极板变形。

发明内容

因此，本发明的目的是提供即使在使用充放电时的体积变化大的活性物质的情况下也能得到循环特性优良的锂离子二次电池的负极以及采用该负极的锂离子二次电池。

本发明的锂离子二次电池用负极具有片状的集电体和附载在该集电体上的活性物质层。集电体包括基材部和比基材部容易塑性变形的表层部，表层部具有凹凸。活性物质层包括含硅的多个柱状粒子，柱状粒子附载在表层部上。

在本发明的一种实施方式中，优选表层部的硬度比基材部的硬度低。例如，基材部和表层部含有铜，通过使表层部中含有的铜的浓度比所述基材部中含有的铜的浓度高，可以使表层部的硬度比基材部的硬度低。

这种表层部可以包括压接在基材部的表面上的高纯度的铜箔，也可以通过在基材部的表面镀覆铜来形成，还可以通过在基材部的表面蒸镀铜来形成。

在本发明的另一实施方式中，优选表层部为多孔质的。多孔质的表层部可以通过将基材部浸蚀来形成，也可以通过在基材部的表面电沉积铜来形成。

在本发明的又一实施方式中，优选的是，表层部为多孔质的，同时基材部和表层部含有铜，表层部中含有的铜的浓度比所述基材部中含有的铜的浓度高。

所述柱状粒子优选包括相对于集电体的表面的法线方向倾斜地生长的多个粒子层的层叠体。所述层叠体中含有的多个粒子层的生长方向优选相对于集电体的表面的法线方向向第1方向和第2方向交替倾斜。

此外，本发明还涉及一种锂离子二次电池，其包括电极组、具有锂离子传导性的电解质和收容电极组以及电解质的电池壳，所述电极组包括能够嵌入和脱嵌锂离子的正极、上述负极以及设置在正极和负极之间的隔膜。

附图说明

图1是用于在表层部上形成凹凸的装置的一例的示意图；

图2是示意性地表示在表层部上设置凹凸之前的负极集电体前驱体的一例的纵向剖面图；

图3是示意性地表示在表层部上设置有凹凸的负极集电体的一例的纵向剖面图；

图4是用于形成负极活性物质层的装置的一例的示意图；

图5是示意性地表示本发明的一实施方式的锂离子二次电池用负极的纵向剖面图；

图6是示意性地表示本发明的另一实施方式的锂离子二次电池用负极中所包括的柱状粒子的图；

图7是示意性地表示本发明的又一实施方式的锂离子二次电池用负极中所包括的柱状粒子的图；

图8是用于制作负极活性物质层的装置的另一例子的示意图；

图9是示意性地表示本发明的一实施方式的锂离子二次电池的纵向剖面图；

图10是示意性地表示由实施例1制作的集电体的纵向剖面图。

具体实施方式

本发明的锂离子二次电池用负极具有片状的集电体和附载在该集电体上的活性物质层。集电体包括基材部和比基材部容易塑性变形的表层部，表层部具有凹凸。活性物质层包括含硅的多个柱状粒子，所述柱状粒子附载在表层部上。

在上述锂离子二次电池用负极中，集电体具有比基材部容易塑性变形的表层部。该表层部在施加应力时容易变形。因此，通过对集电体表面例如施加机械应力，可以在集电体的表面上容易地形成任意尺寸的凹凸。例如，通过使用在表面上规则地排列有凹凸的模具对集电体加压，就可以在集电体表面容易地形成凹凸。