專利名稱：電化學(xué)元件用電極的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋰離子二次電池、電化學(xué)電容器等電化學(xué)元件中所使用的電極， 更詳細(xì)地說，涉及電化學(xué)元件用電極的集電體與活性物質(zhì)層的附著性的改進(jìn)。
背景技術(shù)：
近年來，伴隨著個人計算機(jī)、便攜式電話等可移動設(shè)備的開發(fā)，作為其電源的電池 的需求正在增大。此外，對于上述可移動設(shè)備用的電池，要求高的能量密度和優(yōu)良的循環(huán)特 性。因此，對于這樣的要求，新近進(jìn)行了高容量的活性物質(zhì)的開發(fā)，其中，硅(Si)或錫 (Sn)的單質(zhì)、氧化物或合金被視為有望作為容量非常高的活性物質(zhì)。例如，在專利文獻(xiàn)1 所記載的鋰二次電池用負(fù)極中，采用以薄膜狀形成于集電體表面上的硅氧化物作為活性物 質(zhì)，在專利文獻(xiàn)2所記載的鋰二次電池用負(fù)極中，采用以薄膜狀形成于銅基板表面上的錫 氧化物作為負(fù)極活性物質(zhì)?？墒?，采用硅的活性物質(zhì)通過電池充放電反應(yīng)顯示出最大440%的體積膨脹。此 外，采用錫的活性物質(zhì)也與硅的情況同樣地通過電池充放電反應(yīng)而顯示出顯著的體積膨 脹。這樣的體積膨脹在集電體與活性物質(zhì)的界面產(chǎn)生非常大的應(yīng)力，因此有可能引起活性 物質(zhì)從集電體上的剝離。為了抑制活性物質(zhì)的剝離，需要提高集電體與活性物質(zhì)的附著性。因此，在專利文 獻(xiàn)3所記載的鋰電池用電極中，直接在銅箔等集電體的表面上形成由硅等構(gòu)成的薄膜，進(jìn) 而使形成集電體的成分(例如銅)向活性物質(zhì)層中擴(kuò)散。另一方面，在專利文獻(xiàn)4所記載的 鋰二次電池用電極中，在銅箔等集電體與由硅等活性物質(zhì)構(gòu)成的薄膜之間形成含有Mo或W 的中間層，通過該中間層抑制形成集電體的成分向由活性物質(zhì)構(gòu)成的薄膜中的過度擴(kuò)散。此外，在專利文獻(xiàn)5所記載的雙電層電容器(電化學(xué)電容器)中，使用含有鋰離子 的非水電解液作為電解液，使用能夠嵌入和脫嵌鋰的石墨以代替碳黑作為電極活性物質(zhì)， 由此謀求能量密度的提高。根據(jù)專利文獻(xiàn)3所記載的鋰電池用電極，通過使集電體成分向活性物質(zhì)層內(nèi)擴(kuò) 散，可以提高活性物質(zhì)與集電體之間的附著性。但是，因集電體成分?jǐn)U散，從而使得充放電 容量降低。另一方面，如專利文獻(xiàn)4所記載的鋰二次電池用電極那樣，在抑制了形成集電體 的成分向活性物質(zhì)層內(nèi)的擴(kuò)散時，盡管能夠抑制充放電容量的下降，但是難以謀求集電體 與活性物質(zhì)的附著性的提高。此外，在專利文獻(xiàn)4所記載的鋰二次電池用電極中，通過在中 間層的表面設(shè)置凹凸來提高中間層與活性物質(zhì)膜的附著性。可是，單憑這些，在活性物質(zhì)膜 顯示出非常大的體積膨脹的情況下，抑制活性物質(zhì)膜剝離的效果有可能并不充分。此外，如果通過抑制集電體成分向活性物質(zhì)層內(nèi)的擴(kuò)散，能夠防止充放電容量的 降低，并能夠防止集電體和活性物質(zhì)的剝離，則通過在專利文獻(xiàn)5所記載的電化學(xué)電容器 中作為電極活性物質(zhì)采用硅或錫，便與鋰離子二次電池的情況同樣，能夠期待能量密度的提聞。專利文獻(xiàn)1日本特開2004-349237號公報 專利文獻(xiàn)2日本特開2002-110151號公報專利文獻(xiàn)3 日本專利第3733067號公報 專利文獻(xiàn)4日本特開2002-373644號公報專利文獻(xiàn)5 日本特開2005-093777號公報

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決上述課題，提供一種高容量化的、而且抑制了活性物質(zhì)伴 隨著充放電的剝離的、顯示出良好的循環(huán)特性的電化學(xué)元件用電極。為了達(dá)到所述目的，本發(fā)明涉及一種電化學(xué)元件用電極，其特征在于，具備集電 體、形成于所述集電體的表面的至少一部分上的薄膜層、和形成于所述薄膜層的表面上的 活性物質(zhì)層；所述活性物質(zhì)層含有活性物質(zhì)，該活性物質(zhì)在與形成所述集電體的成分之間 不形成化學(xué)鍵；所述薄膜層主要由極化率比形成所述集電體的成分大的成分形成。在該電化學(xué)元件用電極中，作為活性物質(zhì)采用在與形成集電體的成分之間不形成 化學(xué)鍵的成分。因此，根據(jù)該電化學(xué)元件用電極，能夠抑制集電體成分向活性物質(zhì)層內(nèi)的擴(kuò) 散、和與之相伴隨的充放電容量的下降。此外，在所述電化學(xué)元件用電極中，形成于集電體與活性物質(zhì)層之間的薄膜層含 有極化率比形成集電體的成分大的成分。因此，基于下述理由，活性物質(zhì)層與薄膜層的附著 性得以提高?；钚晕镔|(zhì)層與集電體的附著力、以及活性物質(zhì)層與薄膜層的附著力在與活性物質(zhì) 層之間不形成化學(xué)鍵的情況下，可以認(rèn)為起因于物理結(jié)合、所謂范德華(van der ffaals) 力。按下式給出活性物質(zhì)與集電體或薄膜層之間的相互作用能Uv(r)/eV。
權(quán)利要求
一種電化學(xué)元件用電極，其特征在于，具備集電體、形成于所述集電體的表面的至少一部分上的薄膜層、和形成于所述薄膜層的表面上的活性物質(zhì)層；所述活性物質(zhì)層含有活性物質(zhì)，該活性物質(zhì)在與形成所述集電體的成分之間不形成化學(xué)鍵；所述薄膜層主要由極化率比形成所述集電體的成分大的成分形成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)元件用電極，其中，所述活性物質(zhì)層含有選自硅的氧 化物、氮化物及碳化物、以及錫的氧化物、氮化物及碳化物之中的任一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電化學(xué)元件用電極，其中，所述活性物質(zhì)層是用式=SiOx表示 的硅的氧化物，式中，χ表示O < χ < 1. 2的范圍的氧的原子比例。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電化學(xué)元件用電極，其中，所述活性物質(zhì)層是用式=SnOy表示 的錫的氧化物，式中，y表示O < y < 2的范圍的氧的原子比例。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)元件用電極，其中，所述集電體由銅、銅合金、鎳、鎳合 金、或不銹鋼形成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)元件用電極，其中，所述集電體由銅或銅合金形成，所 述薄膜層中含有的、極化率比形成所述集電體的成分大的成分是從由Ti、Ni、C0、Fe、Mn、Cr、 V、Sc、Y、&及Rh構(gòu)成的組中選擇的1種金屬、或由選自所述組之中的2種以上金屬構(gòu)成的I=I 巫 O
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)元件用電極，其中，所述集電體由鎳或鎳合金形成，所 述薄膜層中含有的、極化率比形成所述集電體的成分大的成分是從由Cr、V、Ti、Y、&、Nb及 Sc構(gòu)成的組中選擇的1種金屬、或由選自所述組之中的2種以上金屬構(gòu)成的合金。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)元件用電極，其中，所述集電體由不銹鋼形成，所述薄 膜層中含有的、極化率比形成所述集電體的成分大的成分是從由V、Ti、Y、Zr、Nb及Sc構(gòu)成 的組中選擇的1種金屬、或由選自所述組之中的2種以上金屬構(gòu)成的合金。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電化學(xué)元件用電極，其中，所述集電體是銅，所述薄膜層是鈦。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)元件用電極，其中，所述集電體在表面具有多個凸部。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電化學(xué)元件用電極，其中，所述活性物質(zhì)層由附載在所述集 電體表面的各所述凸部上的所述活性物質(zhì)的柱狀體形成。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電化學(xué)元件用電極，其中，所述活性物質(zhì)的柱狀體相對于 所述集電體表面的法線方向傾斜地形成。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電化學(xué)元件用電極，其中，所述凸部在所述集電體表面均 等地分離，形成規(guī)則的排列。
14.一種鋰離子二次電池，其具備正極、負(fù)極、隔離所述正極和所述負(fù)極的隔膜、以及非 水電解質(zhì)，所述正極及所述負(fù)極中的任一方由權(quán)利要求1所述的電極構(gòu)成。
15.一種電化學(xué)電容器，其具備至少一對極化性電極、隔離鄰接的極化性電極間的隔 膜、和設(shè)在所述一對極化性電極間的電解質(zhì)，所述一對極化性電極中的任一方由權(quán)利要求1 所述的電極構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明的課題在于提供一種高容量化的、而且抑制了活性物質(zhì)伴隨著充放電的剝離的、顯示出良好的循環(huán)特性的電化學(xué)元件用電極。為解決該課題，在本發(fā)明中，在電化學(xué)元件用電極(1)的集電體(2)與形成于集電體(2)上的活性物質(zhì)層(4)之間的至少一部分上形成薄膜層(3)。另外，用在與形成集電體(2)的成分之間不形成化學(xué)鍵的活性物質(zhì)等形成活性物質(zhì)層(4)，用極化率比形成集電體(2)的成分大的成分形成薄膜層(3)。
文檔編號H01M4/70GK101939867SQ20088011509
公開日2011年1月5日 申請日期2008年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月9日
發(fā)明者古結(jié)康隆, 山本泰右, 巖本和也 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社