[發明專利]負極活性物質和二次電池

有效

• 申請號: 200810095455.0
• 申請日: 2008-04-23
• 公開（公告）號: CN101295785A
• 公開（公告）日: 2008-10-29
• 發明（設計）人: 石原英貴
• 申請（專利權）人: 索尼株式會社
• 主分類號: H01M4/38
• 分類號: H01M4/38;H01M10/04
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所
• 代理人: 吳培善;封新琴

相關申請的交叉引用

本發明包含與2007年4月23日提交于日本專利局的特愿2007-113015和2008年2月14日提交于日本專利局的特愿2008-033343相關的主題，在此引入其全部內容作為參考。

技術領域

本發明涉及包含錫、鐵、鈷和碳元素的負極活性物質和使用該負極活性物質的二次電池。

背景技術

近年來，引入了多種便攜式電子設備，例如集成照相機(磁帶錄像機)、移動電話和筆記本型個人電腦，并減小了它們的尺寸和重量。由于用作這些電子設備的便攜式電源的關鍵裝置電池，特別是二次電池十分重要，所以積極推動了改善能量密度的研究與開發。具體而言，與現有含水電解液二次電池鉛電池和鎳鎘電池相比，非水電解質二次電池(例如鋰離子二次電池)能夠提供較高的能量密度。因此，在不同的領域開展了改善這種非水電解質二次電池的研究。

在鋰離子二次電池中，作為負極活性物質，已廣泛使用容量較高且循環特性良好的碳材料，例如難石墨化碳和石墨。然而，由于近年來對更高容量的需求，所以必須進一步改善碳材料的容量。

在這種背景下，已開發出在使用碳材料的情況下通過選擇碳化原料和形成條件實現高容量的技術(例如參考特開平8-315825號公報)。然而，在使用這種碳材料的情況下，負極放電電勢相對于鋰為0.8V～1.0V，在構造二次電池時電池放電電壓減小。因此，在這種情況下，不可能期望電池能量密度明顯改善。此外，在這種情況下，存在下述缺點：在充放電曲線線形中滯后大，在各充放電循環中能量效率低。

此外，作為容量高于碳材料的負極，推動了對合金材料的研究。在這種合金材料中，利用了某種類型金屬與鋰的電化學合金化和所得合金生成和分解的可逆這一事實。例如，開發了使用Li-Al合金或Sn合金的高容量負極。此外，開發了Si合金制成的高容量負極(例如參考美國專利No.4950566)。

然而，充放電導致Li-Al合金、Sn合金或Si合金膨脹和收縮，每當重復充放電都使負極粉化，因而循環特性極差。

因此，作為改善循環特性的技術，對以錫或硅作為合金成分抑制膨脹進行了研究。例如，提出了以過渡金屬例如鐵和鈷和錫作為合金成分(例如參考特開2004-022306、2004-063400、2005-078999、2006-107792、2006-128051和2006-344403號公報；″Journal?of?the?Electrochemical?Society，″1999，No.146，p.405，″Journal?of?the?Electrochemical?Society，″1999，No.146，p.414，和″Journal?of?the?Electrochemical?Society，″1999，No.146，p.423)。此外，提出了Mg₂Si等(例如參考″Journal?of?the?Electrochemical?Society，″1999，No.146，p.4401)。此外，提出了例如Sn·A·X(A表示過渡金屬中的至少一種，X表示選自碳等的至少一種)，其中Sn/(Sn+A+X)之比為20原子％～80原子％(例如參考特開2000-311681號公報)，以及與能夠插入和脫出鋰的碳材料合金化的金屬化合物(A_1-xB_x：A為錫、硅等，B為鐵、鈷等)分散在碳材料中的物質(例如參考特開2004-349253號公報)。

發明內容

然而，即使采用前述技術，在目前的狀況下，改善循環特性的效果仍不充分，并且沒有充分利用采用合金材料的高容量負極的優勢。因此，探索了進一步改善循環特性的技術。

因而，在本發明中，期望提供具有高容量和良好循環特性的二次電池和用于該二次電池的負極活性物質。

根據本發明的實施方案，提供至少包含錫、鐵、鈷和碳元素的負極活性物質。碳含量為11.9wt％～29.7wt％，鐵、鈷總和與錫、鐵、鈷總和的比例為26.4wt％～48.5wt％以及鈷與鐵、鈷總和的比例為9.9wt％～79.5wt％。負極活性物質具有能夠與電極反應物反應的反應相。由X射線衍射得到的衍射峰(在41度和45度之間的衍射角2θ處觀察到的峰)的半寬為1.0度或以上。