[發明專利]電氣設備用負極活性物質以及使用其的電氣設備

有效

• 申請號: 201480084170.0
• 申請日: 2014-12-17
• 公開（公告）號: CN107112514B
• 公開（公告）日: 2020-02-28
• 發明（設計）人: 蕪木智裕;渡邊學;千葉啟貴;三木文博;谷村誠
• 申請（專利權）人: 日產自動車株式會社
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/02;H01M4/38;H01M10/0585
• 代理公司: 北京林達劉知識產權代理事務所(普通合伙) 11277
• 代理人: 劉新宇;李茂家

[課題]提供一種能提高鋰離子二次電池等電氣設備的循環耐久性的手段。[解決手段]在電氣設備中使用含有含硅合金的負極活性物質，所述含硅合金具有化學式(I)：Si_xSn_yM_zA_a所示的組成，式中，A表示不可避免的雜質，M表示1種或2種以上過渡金屬元素，x、y、z和a表示質量％的值，此時，0＜x＜100、0＜y＜100、0＜z＜100且0≤a＜0.5，并且x+y+z+a＝100，由該含硅合金的通過透射電子顯微鏡得到的晶格圖像進行傅里葉變換處理而得到衍射圖案，對該衍射圖案中的、將Si正四面體間距離設為1.0時存在于0.7～1.0寬度內的衍射環部分進行逆傅里葉變換，由得到的傅里葉圖像計算非晶質區域的Si正四面體間距離時，該Si正四面體間距離為0.39nm以上。

技術領域

本發明涉及電氣設備用負極活性物質和使用其的電氣設備。本發明的電氣設備用負極活性物質和使用其的電氣設備以例如二次電池、電容器等形式用作電動汽車、燃料電池車和混合動力電動汽車等車輛的發動機等的驅動用電源、輔助電源。

背景技術

近年來，為了應對大氣污染、全球變暖，迫切希望減少二氧化碳量。在汽車業界，對通過引入電動汽車(EV)、混合動力電動汽車(HEV)來減少二氧化碳排放量充滿了期待，掌握著這些的實用化的關鍵的、發動機驅動用二次電池等電氣設備的開發正在如火如荼地進行。

作為發動機驅動用二次電池，與手機、筆記本電腦等中使用的民用鋰離子二次電池相比，要求具有極高的輸出特性和高能量。因此，在全部電池中具有最高理論能量的鋰離子二次電池備受關注，現在正在迅速地推進開發。

鋰離子二次電池一般具有正極和負極借助電解質層而連接、并收納于電池殼的構成，所述正極使用粘結劑將正極活性物質等涂布在正極集電體的兩面而成，所述負極使用粘結劑將負極活性物質等涂布在負極集電體的兩面而成。

一直以來，鋰離子二次電池的負極中使用的是在充放電循環的壽命、成本方面有利的碳·石墨系材料。但是，碳·石墨系的負極材料通過鋰離子向石墨晶體中的吸存/釋放來進行充放電，因此具有得不到理論容量372mAh/g以上的充放電容量的缺點，所述理論容量是由鋰導入最多的化合物LiC₆而得到的。因此，用碳·石墨系負極材料難以得到滿足車輛用途的實用化水平的容量、能量密度。

與此相對地，負極中使用了與Li進行合金化的材料的電池與此前的碳·石墨系負極材料相比，能量密度提高，因此作為車輛用途中的負極材料而受到期待。例如，就Si材料而言，在充放電中，如下述反應式(A)所示，每1mol的Si材料吸存釋放3.75mol的鋰離子，Li₁₅Si₄(＝Li_3.75Si)的理論容量為3600mAh/g。

但是，就負極中使用了與Li進行合金化的材料的鋰離子二次電池而言，充放電時的負極的膨脹收縮較大。例如，就吸存Li離子時的體積膨脹而言，石墨材料時為約1.2倍，而在Si材料的情況下，Si與Li進行合金化時，從無定形狀態向結晶狀態轉變而發生較大體積變化(約4倍)，因此存在使電極的循環壽命縮短的問題。此外，在Si負極活性物質的情況下，容量和循環耐久性為折衷關系，存在難以在顯示高容量的同時提高循環耐久性的問題。

這里，專利文獻1公開了課題在于提供具有高容量且循環壽命優異的負極顆粒的非水電解質二次電池的發明。具體而言，使用包含以硅為主體的第1相和含有鈦的硅化物(TiSi₂等)的第2相的含硅合金作為負極活性物質，所述含硅合金是將硅粉末和鈦粉末通過機械合金化法混合并進行濕式粉碎而得到的。還公開了：這種情況下，這兩相中的至少一相為非晶質或低結晶性。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1:國際公開第2006/129415號小冊子

發明內容