[发明专利]锂二次电池用电极和具有该电极的锂二次电池

说明书

技术领域

本发明涉及锂二次电池用电极和具有该电极的锂二次电池。

背景技术

近年，随着个人电子计算机、便携式电话等的便携式设备的开发，作为其电源的电池的需求在增大。用于如上所述用途的电池，要求高的能量密度。针对这样的要求，锂二次电池引人注目。其正极和负极分别在进行比以往高容量的活性物质的开发。其中，作为能够得到容量非常大的活性物质，硅(Si)或锡(Sn)的单质、氧化物或合金被视为大有希望。

然而，使用这些活性物质构成锂二次电池用的电极时，存在随着充放电的反复产生电极变形的问题。如上述那样的活性物质，在与锂离子反应时产生较大的体积变化，因此在充放电时，由于锂离子对活性物质的插入和脱离的反应，活性物质较大地膨胀和收缩。因此，在反复充放电时，电极发生大的应力而产生变形，存在引起皱纹和开裂等的可能性。另外，在电极发生应变而变形时，在电极与隔板之间产生空间，充放电反应变得不均匀，存在使电池的特性局部地降低的可能性。因此，难以使用上述的活性物质得到具有充分的充放电循环特性的锂二次电池。

为了解决这样的问题，曾提出了在活性物质层内形成用于活性物质膨胀的空隙。

例如，本申请人的专利文献1，曾提出了在集电体表面形成有具有多个柱状活性物质体的活性物质层的电极。多个活性物质体隔开间隔而配置在集电体表面。这样的电极，可通过使蒸发了的蒸镀材料(例如硅)从相对于集电体表面的法线方向倾斜的方向蒸镀(斜向蒸镀)到表面具有多个凸部的集电体上来制作。进行斜向蒸镀时，硅容易入射到集电体表面中的凸部上而沉积，难以沉积在成为凸部(和沉积在凸部上的材料)的影的部分上。因此，能够在各凹部上形成含有硅的柱状的活性物质体，并且在相邻的活性物质体之间确保吸收活性物质体的体积膨胀的空隙。根据这样的构成，在充电时膨胀了的活性物质体彼此接触，由此能够减少施加给集电体的应力，能够抑制活性物质体的收缩和膨胀所引起的电极的变形。

另外，专利文献2提出了在集电体上形成活性物质层后，对集电体施加拉伸载荷，在活性物质层上形成裂缝的方案。在专利文献2中，记载了：形成于活性物质层的裂缝成为用于缓和活性物质的膨胀应力的空隙，能够提高充放电循环特性。

现有技术文献

专利文献1：国际公开第2009/019869号小册子

专利文献2：日本特开2006-260928号公报

发明内容

采用以往的电极的制造方法时，有时不能够在活性物质层内形成能够充分地缓和活性物质的膨胀应力的空间。

如专利文献1所记载，在使用斜向蒸镀制作电极的方法中，利用阴影效应(shadowing effect)隔开间隔形成多个活性物质体。因此，难以使活性物质体间的间隔比集电体表面中的成为凸部等的影的部分大。因此，如后面详细地说明，虽然也取决于集电体的凸部的高度、蒸镀角度，但有时难以使空隙在活性物质层中占有的比例进一步增加。

另外，根据专利文献2所记载的方法，当只是由拉伸载荷形成的活性物质层的裂缝时，存在不能够为了缓和由充放电产生的应力而形成充分的空隙的可能性。此外，由于充放电而电极进一步伸长，其结果，存在电极上产生皱纹的可能性。因此，存在不能够有效地抑制起因于由电池的充放电产生的应力的电极变形和电池可靠性的降低。

本发明的锂二次电池用电极的制造方法，包括：(A)通过向表面具有多个凸部的集电体的上述表面，从相对于上述集电体的上述表面的法线方向倾斜的方向入射蒸发了的蒸镀材料，在上述集电体的上述多个凸部上分别形成活性物质体的工序；和

(B)将形成有上述活性物质体的集电体沿着与上述集电体的上述表面平行的至少一个轴向拉伸的工序。

根据本发明，在工序(A)中，由于在集电体的各凸部上形成活性物质体，因此能够在相邻的活性物质体间形成空隙。然后，在工序(B)中，通过将形成有活性物质体的集电体进行拉伸，能够进一步扩大活性物质体的空隙。因此，能够形成足够缓和由充放电产生的活性物质的膨胀的空间。

因此，能够抑制由活性物质体的膨胀应力引起的电极变形，所以能够提供充放电循环特性优异、可靠性高的锂二次电池。

根据本发明，在具有集电体和形成于集电体表面上的多个活性物质体的锂二次电池用电极中，能够在活性物质体之间形成更大的空隙，其结果，在包含多个活性物质体的活性物质层中，能够使空隙占有的比例比以往增加，因此，在活性物质体膨胀时，通过相邻的活性物质体接触，能够大幅度地抑制施加给集电体的应力。所以，能够抑制由活性物质体的收缩和膨胀引起的集电体的变形，提高充放电循环特性和可靠性。