[發明專利]蓄電裝置用電極材料、蓄電裝置以及電氣設備

在審

• 申請號: 201310467411.7
• 申請日: 2013-10-09
• 公開（公告）號: CN103715400A
• 公開（公告）日: 2014-04-09
• 發明（設計）人: 井上信洋;田島亮太;森若圭惠;桃純平;小國哲平;木村佳;栗城和貴;山崎舜平
• 申請（專利權）人: 株式會社半導體能源研究所
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/587;H01M4/62;H01M10/0525
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 馮雅

技術領域

本發明涉及一種蓄電裝置用電極材料。此外，涉及一種蓄電裝置。此外，涉及一種電氣設備。

背景技術

近年來，對鋰離子電池（也稱為LIB）等非水類二次電池、鋰離子電容器（也稱為LIC）及空氣電池等各種蓄電裝置積極地進行著開發。尤其是，伴隨手機、智能手機、筆記本個人計算機等便攜式信息終端、便攜式音樂播放機、數碼相機等電子設備、或者醫療設備、混合動力汽車（也稱為HEV）、電動汽車（也稱為EV）或插電式(plug-in)混合動力汽車（也稱為PHEV）等新一代清潔能源汽車等的半導體產業的發展，高輸出功率、高能密度的鋰離子電池的需求量劇增，在現代信息化社會上作為能夠充電的能量供應源鋰離子電池是不可缺少的。

鋰離子電池及鋰離子電容器等蓄電裝置用的負極為至少包括負極集電體及設置在該負極集電體表面上的負極活性物質層的結構體。此外，負極活性物質層包含能夠儲藏和釋放成為載體的鋰離子的碳或硅等負極活性物質。

作為鋰離子電池的負極，例如以如下方法制造使用石墨類碳材料的負極：將作為負極活性物質的石墨（黑鉛）、作為導電助劑的乙炔黑（也稱為AB）和作為粘合劑的樹脂的聚偏氟乙烯（也稱為PVDF）混煉形成漿料，將其涂敷在負極集電體上使其干燥。

上述鋰離子電池及鋰離子電容器有因反復地對負極活性物質插入和脫離鋰離子而產生不可逆容量的問題。

鋰離子電池及鋰離子電容器的負極的電極電勢非常低且還原力較強。因此，使用有機溶劑的電解液被還原分解，通過其分解物在負極表面上形成被膜。形成該被膜時會產生不可逆容量，而損失放電容量的一部分。

作為抑制上述放電容量的損失的技術，例如已知由金屬的氧化物膜或硅的氧化物膜等將負極活性物質表面覆蓋的技術等（例如專利文獻1）。通過由上述氧化物膜將負極活性物質表面覆蓋，可以抑制該被膜的形成，從而減少不可逆容量。

現有技術文獻

專利文獻

[專利文獻1]日本專利特開平11-329435號公報

發明內容

發明所要解決的技術問題

但是，對于現有的蓄電裝置，容量損失的抑制并不充分。

例如，在作為負極活性物質使用碳類材料時，可以認為產生上述不可逆容量的原因不僅在于該被膜的形成，還在于例如位于負極活性物質端部的官能團和懸空鍵。具有上述官能團和懸空鍵的部分不穩定且碳類材料的結構容易變化，容易產生不可逆容量。

上述官能團和懸空鍵即使在例如像專利文獻1那樣負極活性物質表面被氧化物膜覆蓋的情況下也會殘留。因此，用現有的方法僅將負極活性物質表面用氧化物膜覆蓋時，不能充分地抑制容量的損失。

上述問題不局限于鋰離子電池，對于鋰離子電容器也是同樣的。

本發明的一個方式的一個目的是減少蓄電裝置的不可逆容量。

本發明的一個方式的一個目的是減少用作活性物質的材料的端部的官能團或懸空鍵。

另外，本發明的一個方式的一個目的是提高蓄電裝置的可靠性。

解決技術問題所采用的技術方案

在本發明的一個方式中，在使用含有碳的粒狀活性物質時，在該粒狀活性物質表面的一部分上形成具有多個如下鍵合的網狀結構：構成該粒狀活性物質的一部分的碳原子通過氧原子與硅原子或金屬原子的鍵合。通過形成上述網狀結構，抑制電解液的還原分解來實現不可逆容量的減少。另外，減少位于粒狀活性物質表面的官能團和懸空鍵的個數來實現不可逆容量的減少。

本發明的一個方式是一種蓄電裝置用電極材料，其包括粒狀活性物質，并且在粒狀活性物質表面的一部分上形成具有多個如下鍵合的網狀結構：構成粒狀活性物質表面的一部分的多個碳原子通過氧原子與硅原子或金屬原子的鍵合。

在本發明的一個方式中，例如當粒狀活性物質是具有多個石墨烯層的石墨顆粒時，也可以以遍及位于粒狀活性物質表面的一部分上的多個石墨烯層端部的方式設置網狀結構。由此，可以實現抑制通過對石墨顆粒插入和脫離載流子而產生的石墨烯層的剝離等結構變化。

在本發明的一個實施方式中，也可以在上述網狀結構上設置n層（n為自然數）包含由上述硅原子或金屬原子與氧原子構成的鍵合的氧化物層。

本發明的一個方式是一種包括負極的蓄電裝置，該負極在負極活性物質中包含上述蓄電裝置用電極材料。

本發明的一個方式是包括上述蓄電裝置的電氣設備。

根據本發明的一個方式，由于可以減少不可逆容量，因此可以抑制放電容量的損失。另外，可以減少用作活性物質的材料的端部的官能團或懸空鍵。另外，可以提高蓄電裝置的可靠性。

附圖說明