电极的制造方法及蓄电装置制造方法及图纸

本发明专利技术的目的是提供一种充放电循环特性及比率特性高且不容易发生活性物质的剥离等导致的劣化的电极及蓄电装置。在蓄电装置的电极中，通过使用如下电极可以提高蓄电装置的充放电循环特性，该电极包含：集电体；该集电体上的第一活性物质层；以及该活性物质层上的包含具有氧化铌的粒子和粒状活性物质的第二活性物质层。再者，通过使粒状活性物质与具有氧化铌的粒子接触，由此粒状活性物质被物理地固定，从而能够抑制伴随蓄电装置的充放电的活性物质的膨胀或收缩导致活性物质的微粉化或活性物质从集电体上剥离等劣化。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电极的制造方法及蓄电装置。在本说明书中，蓄电装置是指具有蓄电功能的所有元件以及所有装置。
技术介绍
近年来，对锂二次电池、锂离子电容器以及空气电池等各种蓄电装置进行了开发。 尤其是，作为高输出且高能量密度的二次电池，使锂离子在正极与负极之间迁移而进行充放电的锂二次电池引人注目。用于蓄电装置的电极通过在集电体的一个表面上形成活性物质层而制造。活性物质层由碳或硅等能够存储和释放用作载流子的离子的活性物质形成。例如，与由碳形成的活性物质层相比，由硅或添加有磷的硅形成的活性物质层的理论容量大，在蓄电装置的大容量化这一点上占优势(参照专利文献I)。但是，已知在活性物质的硅嵌入锂离子时硅的体积膨胀，在硅脱离锂离子时硅的体积收缩。因此，随着电池的充放电会发生活性物质层微粉化而从集电体上脱离等的问题。 结果，电极内的集电性降低，使得充放电循环特性变差。作为上述问题的对策，可以采用用碳、铜或镍等包覆活性物质层表面来抑制硅受到破坏的方法。然而，在进行上述包覆时，锂与硅的反应性会下降，使得充放电容量下降。日本专利申请公开2001-210315号公报。
技术实现思路
本专利技术的一个方式的目的是提供一种能够提高循环特性及比率特性的蓄电装置及电极的制造方法。本专利技术的一个方式是一种使用如下电极的蓄电装置，该电极包括集电体、该集电体上的第一活性物质层、以及该第一活性物质层上的包含具有氧化铌的粒子和粒状活性物质的第二活性物质层。本专利技术的一个方式是一种蓄电装置，该蓄电装置包括负极，该负极包括集电体、 该集电体上的第一活性物质层、以及该第一活性物质层上的包含具有氧化铌的粒子和粒状活性物质的第二活性物质层；以接触于该负极的方式形成的电解质；以及隔着该电解质与负极对置的正极。本专利技术的一个方式是一种蓄电装置，其中上述第一活性物质层及活性物质包含选自硅、锡、铝、和锗中的一种以上的材料。上述材料是能够与锂进行合金化的材料。也可以通过将磷或硼等杂质添加到该材料来降低电阻值。本专利技术的一个方式是一种电极的制造方法，该制造方法包括如下步骤在集电体上形成第一活性物质层；在该第一活性物质层上涂敷包含粘结剂、导电助剂、具有氧化铌的粒子和粒状活性物质的浆料；以及进行烧结，其中利用溶胶-凝胶法形成上述具有氧化铌的粒子。本专利技术的一个方式是一种电极的制造方法，其中上述第一活性物质层及活性物质包含选自硅、锡、铝、和锗中的一种以上的材料。上述材料是能够与锂进行合金化的材料。也可以通过将磷或硼等杂质添加到该材料来降低电阻值。另外，上述第一活性物质层及活性物质是与锂形成合金的材料，所以能够可逆地嵌入及脱离锂离子。与现在常用的将石墨用于负极的活性物质而成的锂电池的理论容量 372mAh/g相比，例如硅具有大约10倍的4000mAh/g的理论容量，这是优选的。然而，如上所述，由利用锂离子的嵌入及脱离的充放电导致的活性物质的硅的体积变化非常大，所以发生由充放电导致活性物质的微粉化或从集电体上活性物质剥离等故障，会增加充放电循环的劣化。在本专利技术的一个方式中，通过使粒状活性物质与具有氧化铌的粒子接触，由此粒状活性物质被物理地固定，从而能够抑制伴随蓄电装置的充放电的活性物质的膨胀或收缩导致的活性物质的微粉化等劣化。因此，优选很多具有氧化铌的粒子与粒状活性物质的周围接触。由于氧化铌具有对成为载流子的离子(锂离子等)的传导性，所以即使氧化铌覆盖活性物质也不妨碍电池的功能。然而，由于氧化铌导电性低，所以如果氧化铌完全覆盖活性物质，则集电体与活性物质之间会产生电阻，所以导致电池的比率特性降低。因此，通过在形成包含具有氧化铌的粒子和粒状活性物质的第二活性物质层之前将第一活性物质层形成在集电体上，可以防止在集电体和活性物质层之间产生由氧化铌导致的电阻。对上述第一活性物质层、活性物质及氧化铌的结晶性没有特别的限制，可以采用非晶、微晶和单晶中的任何一种。此外，也可以采用混有不同的结晶性的材料。另外，具有氧化铌的粒子可以包含铌锂氧化物，例如可以包含Li2Nb205。另外，该Li2Nb2O5是通过电池的初次放电，Nb2O5与Li起反应而形成的。另外，此后的充放电中上述Li2Nb2O5可以被保持，或者Li可以从上述Li2Nb2O5脱离而形成Nb205。如此，通过在活性物质上形成Li2Nb2O5, Li2Nb2O5用作稳定的无机SEI (Solid Electrolyte Interface :固体电解质界面)，而不形成有机SEI。由此，能够得到低电阻化、锂的扩散性的提高以及活性物质的体积膨胀的缓和等的效果。在用于蓄电装置的电极中，通过在集电体上形成第一活性物质层和该第一活性物质层上的包含具有氧化铌的粒子及粒状活性物质的第二活性物质层，能够改善蓄电装置的循环特性及比率特性。另外，用于电极的制造的导电助剂或粘合剂可以包含上述具有氧化铌的粒子。作为集电体的材料，可以采用以钼、铝、铜为代表的金属元素等导电性高的材料。 另外，也可以利用与硅起反应而形成硅化物的金属元素形成集电体。在蓄电装置的负极与对置于该负极的正极之间形成的电解质可以使用液体或固体形成，还可以使该电解质包含具有氧化铌的粒子。另外，在本专利技术的一个方式中，在形成有集电体上的第一活性物质层和该第一活性物质层上的包含具有氧化铌的粒子及粒状活性物质的第二活性物质层的电极中，还可以在第二活性物质层上形成碳基覆膜。该碳基覆膜由膜状碳基材料形成，具有石墨或I片以上且100片以下，优选10片以上且30片以下的石墨烯。当层叠有2片或3片石墨烯时，膜状碳基材料的厚度为Inm至 2nm。膜状碳基材料既可以为非晶又可以为晶体。这种膜状碳基材料能够作为导电助剂在大范围内形成导电网络。根据本专利技术的一个方式，能够降低活性物质的剥离等导致的蓄电装置的劣化，由此能够提供循环特性及比率特性高的蓄电装置。附图说明图IA和IB是示出有关本专利技术的一个方式的蓄电装置的电极的截面图及俯视图； 图2是说明有关本专利技术的一个方式的电极的制造方法的图；图3A和3B是蓄电装置的一个方式的平面图及截面图；图4A至4D是蓄电装置的应用的一个方式的透视图；图5是示出无线供电系统的结构的例子的图；图6是示出无线供电系统的结构的例子的图。具体实施方式下面，参照附图对本专利技术的实施方式的一个例子进行说明。注意，本专利技术不局限于以下说明，所属
的普通技术人员可以很容易地理解一个事实就是其方式及详细内容在不脱离本专利技术的宗旨及其范围的情况下可以被变换为各种各样的形式。因此，本专利技术不应该被解释为仅限定在以下所示的实施方式所记载的内容中。另外，当使用附图进行说明时，有时在不同的附图之间共同使用相同附图标记来表示相同对象。另外，有时使用相同的阴影图案来表示相同对象，而不特别附加标记。实施方式I在本实施方式中，参照图1A、图IB及图2对本专利技术的一个方式的蓄电装置的电极及其制造方法进行说明。图IA和图IB是示出蓄电装置的电极的一个方式的图。图IA示出电极的截面图， 图IB示出电极的俯视图。图IA和图IB所示的蓄电装置的电极具有集电体101、设置在集电体101的一个表面上的第一活性物质层102、以及第二活性物质层100，该第二活性物质层100包含具有氧化铌的粒子109及粒状活性物质103。注意，虽然为了方便起见未图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种蓄电装置，包括：电极，包括：集电体；所述集电体上的第一活性物质层；以及第二活性物质层，在所述第一活性物质层上并且包含具有氧化铌的粒子和粒状活性物质。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：野田耕生，栗城和贵，井上信洋，
申请(专利权)人：株式会社半导体能源研究所，
类型：发明
国别省市：