[发明专利]锂离子二次电池和用于锂离子二次电池的负极

说明书

本申请是申请日为2011年1月20日，申请号为201110023439.2，发明名称为“锂离子二次电池和用于锂离子二次电池的负极”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种包括包含负极活性物质和金属导电材料的负极活性物质层的用于锂离子二次电池的负极，以及使用这种负极的锂离子二次电池。

背景技术

近年来，已经广泛使用以摄像机、数字静态照相机、移动电话、笔记本式个人计算机等为代表的小型电子装置，并且强烈要求减小它们的尺寸和重量以及实现它们的长寿命。相应地，作为用于这些小型电子装置的电源，已经开发了电池，尤其是，能够提供高能量密度的小型且轻量型的二次电池。近年来，已经考虑将这样的二次电池不仅应用于小型电子装置，而且应用于以电瓶车等为代表的大型电子装置。

特别地，利用锂离子的嵌入和脱嵌用于充放电反应的锂离子二次电池是大有前景的，因为这样的锂离子二次电池能够比铅电池和镍镉电池提供更高的能量密度。这种锂离子二次电池包括正极、负极和电解液。负极在负极集流体上具有负极活性物质层。该负极活性物质层包含与充放电反应相关的负极活性物质。

作为负极活性物质，广泛使用碳材料。然而，近年来，由于要求进一步改善电池容量，所以已经考虑利用硅。由于硅的理论容量(4199mAh/g)显著高于石墨的理论容量(372mAh/g)，所以预测电池容量由此被高度改善。在这种情况下，除了使用硅单质之外，已经能够考虑使用硅的合金、化合物等。

对于锂离子二次电池中的负极的结构，已经进行了各种研究以改善循环特性等。

具体地，形成包含与锂形成合金的金属(锡(Sn)等)和不与锂形成合金的金属(铜(Cu)等)的合金层或复合氧化物层(例如，参见日本未审查专利申请公开No.2003-217574)。第4～6周期中的第3A族～第7A族、第8族、第1B族和第2B族的元素(除了铜之外)至少包含在其上沉积了硅的薄膜表面中(例如，参见日本未审查专利申请公开No.2003-007295)。由具有低形成锂化合物能力的导电材料(铜等)制成的表面涂层形成在由硅材料(硅和金属等的混合材料)制成的活性物质层上(例如，参见日本未审查专利申请公开No.2004-228059)。由能够与锂形成合金的锂嵌入材料(硅等)制成的第二层形成在该第一层(铜等)上(例如，参见日本未审查专利申请公开No.2004-039407)。在这些情况下，含硅层通过蒸发法、溅射法，化学气相沉积(CVD)法、电镀法等形成。

而且，由金属氧化物(氧化钛(TiO₂)等)构成的涂层部设置在反应部(硅等)的表面上(例如，参见日本未审查专利申请公开No.2007-141666)。在这种情况下，涂层部通过液相沉淀法形成。

而且，硅和铁磁性金属元素(铁(Fe)等)包含在负极活性物质层中(例如，参见日本未审查专利申请公开No.2007-257866)。在这种情况下，硅和铁磁性金属元素被共蒸发。由此，铁磁性金属元素的至少一部分在硅中不是被固体-分散的，而是被分隔开的(segregated)，并且通过磁化曲线获得的负极活性物质层的最大磁化强度为0.0006T以上。

而且，金属元素(铁等)包含在含硅的负极活性物质层中，使其浓度在厚度方向上增加和降低(例如，参见日本未审查专利申请公开No.2007-257868)。在这种情况下，硅层和金属层通过蒸发法交替地形成。

另外，负极活性物质的颗粒表面用具有低形成锂化合物能力的金属材料(铜等)涂覆，以获得孔隙率为15％以上45％以下的负极活性物质层孔隙率(例如，参见日本未审查专利申请公开No.2008-066278)。在这种情况下，在负极集流体用含负极活性物质的颗粒的浆料涂覆之后，通过电镀法实施金属材料的渗透和电镀。

发明内容

这些年来，已经开发了电子装置的高性能和多功能，并且其使用频率也增加。因此，锂离子二次电池趋于频繁进行充电和放电。相应地，易于连续产生电池中由电解液的分解反应引起的电解液分解反应和气体产生。因此，随着充电和放电重复进行，放电容量降低并且趋于产生电池溶胀。

鉴于前述缺点，在本发明中，期望提供一种用于能够改善循环特性和溶胀特性的锂离子二次电池的负极以及一种锂离子二次电池。