[發明專利]負極活性物質以及二次電池

有效

• 申請號: 200910150261.0
• 申請日: 2009-06-23
• 公開（公告）號: CN101615674A
• 公開（公告）日: 2009-12-30
• 發明（設計）人: 水谷聰;井上弘
• 申請（專利權）人: 索尼株式會社
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M10/36;H01M10/40
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司
• 代理人: 吳孟秋;梁 韜

相關申請的引用

本申請包含涉及于2008年6月23日向日本專利局提交的日本 優先權專利申請JP?2008-162754中披露的主題，將其全部內容并入 本文作為參考。

技術領域

本發明涉及一種包含硅作為構成元素的負極活性物質以及包 括該負極活性物質的二次電池。

背景技術

近年來，已經引進了許多便攜式電子裝置，例如攝像機、移動 電話以及筆記本式個人計算機，并且已經減少了它們的尺寸和重 量。由于用作用于這些電子裝置的便攜式電源的電池，尤其是二次 電池作為關鍵裝置是重要的，因此已積極促進了對改善能量密度的 研究和開發。特別地，與作為現有的含水電解液二次電池的鉛電池 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) 提供更高的能量密度。因此，已經在各種領域中進行了改善這樣的 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，已經廣泛使用顯示 出相對高容量并具有良好的循環特性的碳材料，諸如非石墨化碳和 石墨。然而，由于近年來已經要求更高的容量，因此應該進一步改 善碳材料的容量。

相對于這樣的背景，已經開發了通過選擇碳化的原料和形成條 件利用碳材料來保持高容量的技術，如在例如日本未審查專利申請 公開號8-315825中所披露的。然而，在使用這樣的碳材料的情況下， 負極放電電位對于鋰為0.8V～1.0V，并且當制造電池時電池的放 電電壓降低。因此，在這種情況下，不可能期待電池能量密度的大 大改善。而且，在這種情況下，存在這樣的缺點，即，在充電和放 電曲線形狀中滯后現象較大，并且在各充電和放電循環中的能量效 率較低。

同時，作為具有比碳材料更高容量的負極，已經促進了對合金 材料的研究。在這樣的合金材料中，某些類型的金屬與鋰電化學合 金化，并且所得的合金被可逆地生成和分解。例如，已經開發了使 用Li-Al合金或Sn合金的高容量負極。此外，已經開發了由Si合 金制成的高容量負極，如在例如美國專利第4950566號中所披露的。

然而，Li-Al合金、Sn合金或Si合金由于充電和放電而膨脹和 收縮，每次重復充電和放電時負極被粉碎(pulverize)，因此循環特 性極差。

因此，作為用于改善循環特性的技術，已經進行了對通過使錫 或硅合金化來抑制膨脹的研究。例如，已經提出了使鐵和錫合金化， 如在例如“Journal?of?the?Electrochemical?Society，”1999，No.146，p. 414中所披露的。而且，已經提出了Mg₂Si等，如在例如“Journal?of the?Electrochemical?Society”1999，No.146，p.4401中所披露的。此 外，例如，已經提出了其中比率Sn/(Sn+A+V)為20原子％～80原 子％的Sn·A·X(A表示過渡金屬中的至少一種，而X表示選自由 碳等組成的組中的至少一種)，如在例如日本未審查專利申請公開 號2000-311681中所披露的。

發明內容

然而，即使當使用上述技術時，在目前的情況下，改善循環特 性的效果也是不充分的，并且利用合金材料的高容量負極的優點不 能被充分利用。因此，已經尋求用于進一步改善循環特性的技術。

在本發明中，期望提供一種具有高容量和優異的循環特性的二 次電池以及用于該二次電池的負極活性物質。

根據本發明的實施方式，提供了一種包含硅、硼、碳、以及選 自由鈷、鈦和鐵組成的組中的一種或多種金屬元素作為構成元素的 負極活性物質，其中硼含量為4.9質量％～19.8質量％，碳含量為 4.9質量％～19.8質量％，硼含量和碳含量的總和為9.8質量％～29.8 質量％，硅含量與硅含量和金屬元素含量的總和的比率為70質量 ％～95質量％，并且可以包括通過X射線衍射獲得的衍射峰的半寬 度為1度以上的反應相，并且該負極活性物質能夠與電極反應物反 應。

根據本發明的實施方式，提供了一種包括正極、負極以及電解 質的二次電池。該負極包括本發明實施方式的負極活性物質。