非水电解质二次电池用负极、非水电解质二次电池及电池包制造技术

本发明专利技术提供一种长寿命的非水电解质二次电池用负极、非水电解质二次电池及电池包。本发明专利技术的非水电解质二次电池用负极具有集电体及配置在集电体上的含有负极活性物质、导电材料和粘结剂的负极合剂层，负极活性物质是具有碳质物、碳质物中的氧化硅物相和在氧化硅相中具有结晶性硅的硅相的复合体粒子，在所述非水电解质二次电池用负极中，当合剂层的平均厚度为d0、以负极活性物质的单一粒子占据的合剂层中所述粒子相对于集电体面的垂直方向的最大厚度为d1时，具有满足d1/d0≥0.9的负极活性物质。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及非水电解质二次电池用负极、非水电解质二次电池及电池包。
技术介绍
近年来，由于电子设备的小型化技术的快速发展，各种便携电子设备正在普及。并且，对于作为这些便携电子设备的电源的电池也要求小型化，具有高能量密度的非水电解质二次电池备受瞩目。特别是，作为负极活性物质，尝试了使用硅、锡等与锂进行合金化的元素、非晶质硫属化合物等锂嵌入容量大、密度高的物质。其中，硅能以锂原子相对于1个硅原子为4.4个的比率嵌入锂，单位质量的负极容量达到石墨质碳的约10倍。但是，硅在充放电循环中伴随着锂的嵌入脱嵌的体积变化大，在活性物质粒子的微粉化等循环寿命方面具有问题。专利技术人们进行了深入实验，结果发现：在将微细的一氧化硅和碳质物进行复合化、烧成而得到的活性物质中，可得到微晶硅在包含或保持于与硅牢固结合的氧化硅中的状态下分散在碳质物中而成的负极活性物质，将该负极活性物质使用在非水电解质二次电池用负极中时，可以达成高容量化及循环特性的提高。但是，如果对这种活性物质进行数百次的充放电循环，则集合体与电极合剂的粘结力无法耐受该体积变化，因而电极合剂发生剥离，从而容量降低，在长期间的使用中寿命特性不充分。当产生因上述这样的粘结力不足导致的电极合剂剥离时，可以列举出通过粘结剂量的增量等来增大粘结力作为对策。但是，通常粘结剂使用绝缘性的树脂材料，通过增加这些物质会降低电极合剂内的集电性，导致性能劣化。因此，粘r>结剂量的增量也有限。现有技术专利文献专利文献1：日本特开2004-288520号公报附图说明图1是表示实施方式所涉及的负极的截面概念图。图2是实施方式所涉及的负极的SEM图像。图3是实施方式所涉及的负极活性物质的制造方法的工艺流程图。图4是实施方式的非水电解质二次电池的概念图。图5是实施方式的非水电解质二次电池的放大概念图。图6是实施方式的电池包的概念图。图7是表示电池包的电路的方块图。符号说明100：负极、101：负极合剂层、102：集电体、103：负极活性物质、104：导电材料、105：粘结剂、200：非水电解质二次电池、200：卷绕电极组、200：外包装材料、203：负极、204：隔膜、205：正极、300：电池包、301：单电池、302：负极端子、303：正极端子、304：粘接胶带、305：组电池、306：印制电路布线基板、307：热敏电阻、308：保护电路、309：通电用端子、310：正极侧引线、311：正极侧连接器、312：负极侧引线、313：负极侧连接器、314：布线、315：布线、316a：正极侧布线、316b：负极侧布线、317：布线、318：保护片材、319：收纳容器、320：盖
技术实现思路
专利技术要解决的课题本专利技术的目的在于提供长寿命的非水电解质二次电池。用于解决课题的手段本专利技术的非水电解质二次电池用负极具有集电体及配置在集电体上的含有负极活性物质、导电材料和粘结剂的负极合剂层，负极活性物质是具有碳质物、碳质物中的氧化硅物相和在氧化硅相中具有结晶性硅的硅相的复合体粒子，在所述非水电解质二次电池用负极中，当负极合剂层的平均厚度为d0、以负极活性物质的单一粒子占据的合剂层中所述粒子相对于集电体面的垂直方向的最大厚度为d1时，具有满足d1/d0≥0.9的负极活性物质。具体实施方式以下，参照附图对实施方式进行说明。(第1实施方式)第1实施方式所涉及的非水电解质二次电池用负极具有集电体及配置于集电体上的含有负极活性物质、导电材料和粘结剂的负极合剂层。如图1的概念图所示，第1实施方式的负极100含有负极合剂层101和集电体102。负极合剂层101是配置在集电体102上的含有负极活性物质103、导电材料104和粘结剂105的负极合剂的层。粘结剂105将构成负极100的负极活性物质103及导电材料104结合，进而将负极合剂层101与集电体102接合。负极合剂层101的厚度优选为1μm～150μm的范围。因此，担载于负极集电体102的两面时，负极合剂层101的总厚度为2.0μm～300μm的范围。一面的厚度的更优选的范围为30μm～100μm。为该范围时，大电流放电特性和循环寿命大幅度提高。为了获得良好的大电流放电特性和循环寿命，负极合剂层101的负极活性物质103、导电材料104及粘结剂105的配合比例优选设定为：负极活性物质103为57质量％～95质量％、导电材料104为3质量％～20质量％、粘结剂105为2质量％～40质量％的范围。实施方式的集电体102是与负极合剂层101进行粘结的导电性的构件。作为集电体102，可以使用多孔质结构的导电性基板或者无孔的导电性基板。这些导电性基板例如可以由铜、不锈钢或镍形成。集电体的厚度优选为5μm以上20μm以下。其原因在于，为该范围内时，可以获得电极强度和轻量化的平衡。实施方式的负极活性物质103是含有进行锂的嵌入脱嵌的结晶性硅的活性物质。作为具体的负极活性物质103的例子，可以列举出碳质物中具有氧化硅相和在氧化硅相中具有结晶性硅的硅相的复合体粒子。该形态的负极活性物质的氧化硅相分散地存在于碳质物中，并与碳质物复合化。另外，硅相分散在氧化硅相中，与氧化硅相复合化。负极活性物质103的平均一次粒径例如为5μm～100μm、是比表面积为0.5m2/g～10m2/g的粒子。活性物质的粒径及比表面积影响锂的嵌入脱嵌反应的速度，对负极特性造成大的影响，但只要为该范围的值，就可以稳定地发挥特性。负极活性物质103的硅相在嵌入和脱嵌锂时的膨胀收缩大，为了缓和该应力，优选尽量被微细化地分散。具体地说，优选自数nm的簇团(cluster)中最大以100nm以下的尺寸将其分散。氧化硅相采取非晶质、结晶质等结构，但优选与硅相结合、并以包含或保持其的形态没有偏倚地分散于活性物质粒子中。但是，保持于该氧化硅中的微晶硅在充放电时嵌入和脱嵌锂而反复进行体积变化中，相互结合而进行微晶尺寸生长，从而成为容量降低及初次充放电效率的原因。因此，本专利技术中通过减小氧化硅相的尺寸且使其均匀，并通过阻碍微晶硅的微晶尺寸的生长，从而抑制因充放电循环所导致的容量劣化，提高寿命特性。氧化硅相的优选平均尺寸为50nm～1000nm的范围。比该范围大时，无法获得微晶硅的尺寸生长的抑制效果。另外，比该范围小时，制作活性物质时氧化硅相的分散变难，同时发生本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非水电解质二次电池用负极，其具有集电体以及配置在所述集电体上的含有负极活性物质、导电材料和粘结剂的负极合剂层，所述负极活性物质是具有碳质物、所述碳质物中的氧化硅物相和在所述氧化硅相中具有结晶性硅的硅相的复合体粒子，在所述非水电解质二次电池用负极中，当所述合剂层的平均厚度为d0、以所述负极活性物质的单一粒子占据的合剂层中所述粒子相对于集电体面的垂直方向的最大厚度为d1时，具有满足d1/d0≥0.9的负极活性物质。

【技术特征摘要】
2013.09.25 JP 2013-197759;2014.08.29 JP 2014-175031.一种非水电解质二次电池用负极，其具有集电体以及配置在所述集
电体上的含有负极活性物质、导电材料和粘结剂的负极合剂层，所述负极
活性物质是具有碳质物、所述碳质物中的氧化硅物相和在所述氧化硅相中
具有结晶性硅的硅相的复合体粒子，在所述非水电解质二次电池用负极中，
当所述合剂层的平均厚度为d0、以所述负极活性物质的单一粒子占据的合
剂层中所述粒子相对于集电体面的垂直方向的最大厚度为d1时，具有满足
d1/d0≥0.9的负极活性物质。
2.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：堀田康之，久保木贵志，森田朋和，深泽孝幸，越崎健司，长田宪和，
申请(专利权)人：株式会社东芝，
类型：发明
国别省市：日本;JP