[發明專利]負電極活性材料、負電極和蓄電裝置

有效

• 申請號: 201080040086.0
• 申請日: 2010-09-17
• 公開（公告）號: CN102576861A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 森若圭惠;高橋辰也
• 申請（專利權）人: 株式會社半導體能源研究所
• 主分類號: H01M4/136
• 分類號: H01M4/136;C01G53/00;H01G9/058;H01M4/58;H01M10/052;H01M10/0566
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 賈成功

技術領域

本發明涉及為蓄電池所提供的負電極活性材料、包括所述負電極活性材料的負電極、和包括所述負電極的蓄電裝置。

背景技術

在最近幾年中，隨著環境技術的進展，與傳統發電方法相比對環境施加較小負擔的發電裝置(例如太陽能發電裝置)的開發正在積極地進行。伴隨發電裝置的開發的同時，蓄電裝置的開發也在進行中。

鋰離子蓄電池是蓄電裝置之一，例如鋰離子蓄電池。鋰離子蓄電池由于它們的能量密度高和它們適合于小型化而得到廣泛普及。作為用于鋰離子蓄電池負電極的材料，優選的是可將鋰插入其中并且可將鋰從中除去的材料，例如氮化鋰。當使用氮化鋰作為負電極活性材料時，可在低電壓下進行充電和放電并且可得到極高的比容量(例如參見專利文獻1)。而且，作為蓄電裝置的一種類型，電容器的開發也正在進行。

[參考文獻]

[專利文獻1]日本公開的專利申請No.H09-035714

發明內容

然而，當使用氮化鋰作為用于蓄電裝置(例如鋰離子蓄電池)的負電極的材料時，存在的問題在于體積和(或)結晶性可根據充電和放電而改變。當電極的體積和(或)結晶性改變時，存在的問題在于蓄電裝置的特性劣化并且在集流體界面發生剝離。

本發明一個實施方式的目標是改善蓄電裝置的特性并因此實現蓄電裝置的長壽命。

本發明的一個實施方式是蓄電裝置中使用氮化鋰形成的負電極活性材料。該負電極活性材料包括由Li_aM_bN_z(M是過渡金屬；0.6＜a≤2.4，0.6＜b≤2.4，0.6≤z≤1.4；即a大于0.6且小于或等于2.4，b大于0.6且小于或等于2.4，以及z大于或等于0.6且小于或等于1.4)表示的第一氮化鋰層和由Li_xM_yN_z(M是過渡金屬；0.6＜x≤2.9，0.1＜y≤0.6，0.6≤z≤1.4；即x大于0.6且小于或等于2.9，y大于0.1且小于或等于0.6，z大于或等于0.6且小于或等于1.4)表示的第二氮化鋰層的層疊體，其中a小于x且b大于y。

本發明的一個實施方式是蓄電裝置中使用氮化鋰形成的負電極。該負電極包括集流體、以及由Li_aM_bN_z(M是過渡金屬；0.6＜a≤2.4，0.6＜b≤2.4，0.6≤z≤1.4；即a大于0.6且小于或等于2.4，b大于0.6且小于或等于2.4，以及z大于或等于0.6且小于或等于1.4)表示的第一氮化鋰層和由Li_xM_yN_z(M是過渡金屬；0.6＜x≤2.9，0.1＜y≤0.6，0.6≤z≤1.4；即x大于0.6且小于或等于2.9，y大于0.1且小于或等于0.6，z大于或等于0.6且小于或等于1.4)表示的第二氮化鋰層的層疊體，其中a小于x且b大于y。

本發明的一個實施方式是包括氮化鋰的蓄電裝置。該蓄電裝置包括集流體、由Li_aM_bN_z(M是過渡金屬；0.6＜a≤2.4，0.6＜b≤2.4，0.6≤z≤1.4；即a大于0.6且小于或等于2.4，b大于0.6且小于或等于2.4，以及z大于或等于0.6且小于或等于1.4)表示的第一氮化鋰層和由Li_xM_yN_z(M是過渡金屬；0.6＜x≤2.9，0.1＜y≤0.6，0.6≤z≤1.4；即x大于0.6且小于或等于2.9，y大于0.1且小于或等于0.6，z大于或等于0.6且小于或等于1.4)表示的第二氮化鋰層的層疊體、與負電極成對的正電極、和在正電極和負電極之間的包括電解質溶液的分隔體，其中a小于x且b大于y。

在作為本發明一個實施方式的上述結構中，優選在充電狀態中x與y之和接近于3。

注意，M可以是一種或多種金屬。在M包括一種金屬的情況下，可以選擇鈷、鎳和銅中的任意一種。在M包括多種金屬的情況下，可包括鈷、鎳和銅中的至少一種或多種，并且可以另外包括第3族元素、第4族元素或第5族元素。

在具有以上結構的本發明的一個實施方式中，氮化鋰層可以是三層或更多層的層疊體。在氮化鋰層是三個或更多個具有不同鋰濃度的層的層疊體的情況下，在較接近集流體的一側上的氮化鋰層優選具有較低的鋰濃度。