專利名稱：負極材料、負極和電池以及它們的制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種具有負極活性物質的負極材料、使用該負極材 泮+的負才及和電池，以及它們的制造方法。
背景技術：
近年來，便攜式電子裝置，例如組合攝像機(磁帶錄像機)、 移動電話以及筆記本式計算機已被廣泛使用，并且強烈要求減小它 們的尺寸和重量并實現(xiàn)它們的長壽命。因此，已經(jīng)開發(fā)了作為用于 便攜式電子裝置的電源的電池，特別是能夠提供高能量密度的輕量 化二次電池。特別地，使用鋰的嵌入和脫嵌用于充電和放電反應的 二次電池(所謂的鋰離子二次電池)是非常有希望的，因為與鉛電 池和鎳鎘電池相比，這樣的二次電池能夠提供更高的能量密度。鋰離子二次電池具有正極、負才及和電解液。該負極的負極集電 體上具有負極活性物質層。作為負極活性物質層中的負極活性物 質，諸如石墨的碳材料已被廣泛使用。在碳材料用作負極活性物質的情況下，由于電池容量已經(jīng)達到 接近理論容量的水平，因此進一步改善電池容量是一個難題。為了 解決這樣的難題，已經(jīng)提出了以下技術(例如，參考日本未審查專
利申請公開號09-204936)。在該二技術中，通過增加負極活性物質層 的厚度，電池中負才及活性物質層的占有率(occupancy ratio )比負才及 集電體和隔膜的占有率相對增加。在本說明書中，其中這樣的有意 增加負極活性物質層的厚度以實現(xiàn)高容量的4支術稱為"增厚 (thickening )負才及活性物質層的"。
增厚負極活性物質層的技術被用于改善電池容量。另 一方面， 該技術引起新的問題。具體地說，如前所述在恒定電池容積下，當 進行設計使得負極活性物質層的厚度增加，同時保持材料和其密度 時，電池中負極集電體的占有率降低，并且每單位面積的負極集電 體形成的負4及活性物質量增加。因此，當充》文電同樣的電容量時， 負極的電流密度相對增加。因此，在負極中，不能充分地產(chǎn)生鋰離 子的嵌入(插入)和脫嵌(脫出)。在某些情況下，鋰析出，變成 樹枝狀晶體(dendrite),并且失去其活性。結果，充;^文電時鋰離子 的輸入和輸出特性降低。而且，當重復進行充放電時，放電容量被 大大降低，因此循環(huán)特性也被降低。
上述問題除了在實施增厚負極活性物質層的情況下發(fā)生外，同 樣也發(fā)生在增加負才及活性物質層的體積密度以獲得高電池容量的 情況下。這是因為當增加負極活性物質層的體積密度時，鋰離子移 動的間隙變小，由此充電時鋰離子的轉移速率變慢。在本說明書中， 這樣的有意增加負極活性物質層的體積密度以獲得高容量的技術 一皮稱為"增加負極活性物質層的體積密度"。
近年來，隨著高性能和多功能的便攜式電子裝置的開發(fā)，需要 進一步改善電池容量。因此，已經(jīng)考慮使用硅、錫等代替碳材料(例 如，參考美國專利第4950566號)。因為硅的理論容量(4199mAh/g)
和錫的理i侖容量(994 mAh/g)顯著高于石墨的理i侖容量(372 mAh/g)，所以期望電池容量^皮大大纟是高。
當使用具有高理論容量的硅等作為負極活性物質時，電池容量 得到改善。另一方面，當嵌入鋰離子時，負極活性物質變得高度活 性。因此，電解液易于分解。因此，當反復進行充放電時，通過使 用碳材料作為負極活性物質，在增厚負極活性物質層和增加負極活 性物質層的體積密度的情況下，循環(huán)特性一皮降低。
為了改善輸入和輸出特性以及循環(huán)特性，已經(jīng)提出了各種技 術。具體地說，已知以下技術在使用碳材料作為負極活性物質的 情況下，纟是供在結晶石墨核上添加了-威金屬元素或^威土金屬元素的 碳殼的技術(例如，參考日本未審查專利申請公開號2000-164218 ); 在負極活性物質的表面上提供包含諸如氫氧化物的含涂層元素 (coating element )的4匕合凈勿以及電導體(導電劑，electrical conductor)的表面處理層的技術(例如，參考日本未審查專利申請
發(fā)明者岡江功彌, 脅田真也 申請人:索尼株式會社