电池制造技术

本发明专利技术提供了一种能够改善循环特性的电池。阳极活性材料层至少在与阳极集流体的部分界面处和阳极集流体形成合金。所述阳极活性材料层中的平均氧含量为４０ａｔｏｍ％或更小。当其中所述阳极活性材料层在厚度方向上被分成两个，所述集流体侧的平均氧含量是Ａ并且表面侧的平均氧含量是Ｂ时，所述集流体侧的平均氧含量Ａ大于所述表面侧的平均氧含量Ｂ，并且其间的差Ａ－Ｂ为４ａｔｏｍ％至３０ａｔｏｍ％。

【技术实现步骤摘要】
电池本专利技术包括与2004年10月18日在日本专利局提交的日本专利申请JP2004-303376相关的主题，其全部内容引入结合于此。
本专利技术涉及其中阳极集流体设置有阳极活性材料层的阳极，以及使用该阳极的电池。
技术介绍
近年来，与移动设备的高性能和多功能相关，迫切需要高容量的二次电池这一用于移动设备的电源。锂二次电池就是满足这种要求的二次电池。然而，在目前用于锂二次电池的一种通常模式中，将钴酸锂用于阴极并将石墨用于阳极，电池容量处于饱和状态，极难获得高容量的电池。因此，长久以来，已考虑将金属锂(Li)用于阳极。然而，为了将这样的阳极付诸实际应用，必须改善锂的析出和溶解的效率并控制枝晶析出的形式。同时，最近人们积极考虑使用硅(Si)、锡(Sn)等的高容量阳极。然而，当重复充电和放电时，这种高容量阳极会由于活性材料的显著膨胀和收缩而粉碎并细化，集流特性降低，并且电解质溶液的分解反应会由于增大的表面积而加快，从而使循环特性极差。因此，已经提出了一种阳极，其中通过气相沉积法、液相沉积法、烧制法或热喷涂工艺在阳极集流体上形成阳极活性材料层(例如，参照日本未审查专利申请公开No.H08-50992和No.H11-135115以及日本专利No.2948205)。根据这种阳极，与其中涂敷包含粒状活性材料、粘合剂等的浆料的传统涂敷型阳极相比，细化能够得以抑制，并且能够将阳极集流体和阳极活性材料层结合起来。因此，阳极的导电性变得极佳，并且有望获得容量和循环寿命方面的高性能。然而，即使在其中阳极集流体和阳极活性材料层结合的阳极中，由于活性材料膨胀并收缩，使阳极集流体和阳极活性材料层分离，所以难以得到充分的特性。因此，例如，已经报导了一种技术，其中通过将阳极集流-->体的组分扩散到阳极活性材料层中，改善了阳极集流体与阳极活性材料层之间的接触特性，并抑制了扩散区域中的膨胀和收缩(例如，参照国际公开No.WO01/029912)。此外，还已经报导了一种技术，在该技术中将杂质添加到阳极活性材料层中以获得梯度结构，其中在厚度方向上改变杂质浓度(例如，参照国际公开No.WO01/031721)。
技术实现思路
然而，即使在利用这些技术的情况下，仍存在不利之处，即难于充分地抑制阳极活性材料层的膨胀和收缩，并改善诸如循环特性的电池特性。鉴于以上缺点，在本专利技术中，所希望的是提供一种能够抑制膨胀和收缩并改善诸如循环特性的电池特性的阳极，以及利用该阳极的电池。根据本专利技术的一实施例，提供了第一阳极，其含有：阳极集流体；以及，活性材料层，所述活性材料层设置在所述阳极集流体上并且至少在与所述阳极集流体的部分界面处与所述阳极集流体形成合金，其中所述阳极活性材料层包括硅和氧(O)元素，所述阳极活性材料层中的平均氧含量为40atom％或更小，并且当其中所述阳极活性材料层在厚度方向上被分成两个，所述集流体侧的平均氧含量是A并且表面侧的平均氧含量是B时，所述集流体侧的平均氧含量A大于所述表面侧的平均氧含量B，并且其间的差A-B为4atom％至30atom％。根据本专利技术的一实施例，提供了第二阳极，其含有：阳极集流体；以及，活性材料层，所述活性材料层通过气相沉积法、热喷涂工艺和烧制法所构成的组中的至少一种方法形成在所述阳极集流体上，其中所述阳极活性材料层包括硅和氧(O)元素，所述阳极活性材料层中的平均氧含量为40atom％或更小，并且当其中所述阳极活性材料层在厚度方向上被分成两个，所述集流体侧的平均氧含量是A并且表面侧的平均氧含量是B时，所述集流体侧的平均氧含量A大于所述表面侧的平均氧含量B，并且其间的差A-B为4atom％至30atom％。根据本专利技术的一实施例，提供了第一电池，其包括：阴极；阳极；以及电解质，其中所述阳极具有阳极集流体和阳极活性材料层，所述阳极活性材料层设置在所述阳极集流体上并且至少在与所述阳极集流体的部分界面处与所述阳极集流体形成合金，所述阳极活性材料层包括硅和氧元素，-->所述阳极活性材料层中的平均氧含量为40atom％或更小，并且当其中所述阳极活性材料层在厚度方向上被分成两个，所述集流体侧的平均氧含量是A并且表面侧的平均氧含量是B时，所述集流体侧的平均氧含量A大于所述表面侧的平均氧含量B，并且其间的差A-B为4atom％至30atom％。根据本专利技术的一实施例，提供了第二电池，包括：阴极；阳极；以及电解质，其中所述阳极具有阳极集流体和阳极活性材料层，该阳极活性材料层通过气相沉积法、热喷涂工艺和烧制法所构成的组中的至少一种方法形成在所述阳极集流体上，所述阳极活性材料层包括硅和氧元素，所述阳极活性材料层中的平均氧含量为40atom％或更小，并且当其中所述阳极活性材料层在厚度方向上被分成两个，所述集流体侧的平均氧含量是A并且表面侧的平均氧含量是B时，所述集流体侧的平均氧含量A大于所述表面侧的平均氧含量B，并且其间的差A-B为4atom％至30atom％。根据本专利技术实施例的阳极，阳极活性材料层中的平均氧含量为40atom％或更小，并且所述集流体侧的平均氧含量A大于所述表面侧的平均氧含量B，并且其间的差A-B为4atom％至30atom％。因此，能够抑制阳极活性材料层的膨胀和收缩。例如，当将根据本专利技术实施例的阳极应用于根据本专利技术实施例的电池时，能够改善诸如循环特性的电池特性。特别是，当阳极活性材料层中的平均氧含量为10atom％或更大时，能够获得更好的效果。从以下的描述中将更充分地表明本专利技术的其它和进一步的目的、特征及优点。附图说明图1是示出根据本专利技术一实施例的阳极的结构的剖面图；图2是示出利用图1所示阳极的二次电池结构的剖面图；图3是示出利用图1所示阳极的另一二次电池结构的分解透视图；图4是示出沿图3所示的螺旋缠绕电极沿线I-I得到的结构的剖面图；图5是示出实例1-1的俄歇电子能谱测量结果的特性曲线图；图6是示出比较实例1-1的俄歇电子能谱测量结果的特性曲线图；图7是示出实例2-2的俄歇电子能谱测量结果的特性曲线图。-->具体实施方式以下将参照附图详细描述本专利技术的实施例。图1示出了根据本专利技术一实施例的阳极的简化结构。阳极10具有例如阳极集流体11和设置在该阳极集流体11上的阳极活性材料层12。可以在阳极集流体11的两侧或单侧形成阳极活性材料层12。此外，在阳极活性材料层12的表面上形成涂层13，其包括例如氧化物或氢氧化物。阳极集流体11优选由金属材料制成，该金属材料包含至少一种不会与锂形成金属间化合物的金属元素。当与锂形成金属间化合物时，由于放电和充电而发生膨胀和收缩，所以导致结构无序，并且集流特性降低。此外，支持阳极活性材料层12的能力变小，因此阳极活性材料层12容易与阳极集流体11分离。不会与锂形成金属间化合物的金属元素的实例包括铜(Cu)、镍(Ni)、钛(Ti)、铁(Fe)和铬(Cr)。具体而言，优选的是与阳极活性材料层12形成合金的金属元素。正如以下所描述的，当阳极活性材料层12包含硅元素时，阳极活性材料层12会由于充电和放电而显著膨胀和收缩，因而容易与阳极集流体11分离。然而，当通过制备阳极活性材料层12和阳极集流体11的合金以使其获得它们间强粘附力时，能够抑制阳极活性材料层12与阳极集流体11分离。对于不会与锂形成金属间化合本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种阳极，包括：阳极集流体；以及阳极活性材料层，所述阳极活性材料层设置在所述阳极集流体上，并且至少在与所述阳极集流体的部分界面处和所述阳极集流体形成合金，其中所述阳极活性材料层包括硅和氧元素，所述阳极活性材料 层中的平均氧含量为４０ａｔｏｍ％或更小，并且当其中所述阳极活性材料层在厚度方向上被分成两个，所述集流体侧的平均氧含量是Ａ并且表面侧的平均氧含量是Ｂ时，所述集流体侧的平均氧含量Ａ大于所述表面侧的平均氧含量Ｂ，并且其间的差Ａ－Ｂ为４ａｔ ｏｍ％至３０ａｔｏｍ％。

【技术特征摘要】
JP 2004-10-18 303376/041.一种阳极，包括：阳极集流体；以及阳极活性材料层，所述阳极活性材料层设置在所述阳极集流体上，并且至少在与所述阳极集流体的部分界面处和所述阳极集流体形成合金，其中所述阳极活性材料层包括硅和氧元素，所述阳极活性材料层中的平均氧含量为40atom％或更小，并且当其中所述阳极活性材料层在厚度方向上被分成两个，所述集流体侧的平均氧含量是A并且表面侧的平均氧含量是B时，所述集流体侧的平均氧含量A大于所述表面侧的平均氧含量B，并且其间的差A-B为4atom％至30atom％。2.根据权利要求1所述的阳极，其中所述阳极活性材料层中的平均氧含量为10atom％或更大。3.一种阳极，包括：阳极集流体；以及阳极活性材料层，所述阳极活性材料层通过气相沉积法、热喷涂工艺和烧制法所构成的组中的至少一种方法形成在所述阳极集流体上，其中所述阳极活性材料层包括硅和氧元素，所述阳极活性材料层中的平均氧含量为40atom％或更小，并且当其中所述阳极活性材料层在厚度方向上被分成两个，所述集流体侧的平均氧含量是A并且表面侧的平均氧含量是B时，所述集流体侧的平均氧含量A大于所述表面侧的平均氧含量B，并且其间的差A-B为4atom％至30a...

【专利技术属性】
技术研发人员：小西池勇，川瀬贤一，佐鸟浩太郎，
申请(专利权)人：索尼株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]