[發(fā)明專利]負極活性物質材料、負極和電池

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811520767.1
• 申請日: 2015-02-25
• 公開（公告）號: CN110061201A
• 公開（公告）日: 2019-07-26
• 發(fā)明（設計）人: 山本祐義;禰宜教之;永田辰夫
• 申請（專利權）人: 日本制鐵株式會社
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/62;H01M4/04;H01M4/13;H01M4/134;H01M10/0525;C22C9/02;C22C9/04;C22C9/06;C22C9/10
• 代理公司: 北京林達劉知識產(chǎn)權代理事務所(普通合伙) 11277
• 代理人: 劉新宇;李茂家

本發(fā)明提供負極活性物質材料、負極和電池，所述負極活性物質材料能夠改善單位體積的放電容量和充放電循環(huán)特性。本實施方式的負極活性物質材料具備氧化層和含有合金相的粉末材料。所述合金相含有10～20原子％的Sn、且余量由Cu和雜質組成，所述氧化層形成于所述粉末材料的表面、具有10nm以下的厚度、且由所述合金相的構成元素與氧組成。

本申請是申請日為2015年2月25日、申請?zhí)枮?01580009876.5、發(fā)明名稱為負極活性物質材料、負極和電池的申請的分案申請。

技術領域

本發(fā)明涉及電極活性物質材料，更詳細而言涉及負極活性物質材料。

背景技術

近年來，家庭用攝像機、筆記本電腦、以及智能手機等小型電子設備等的普及推進，電池的高容量化和長壽命化成為技術課題。

為了進一步普及混合動力汽車、插電式混合動力車以及電動汽車，電池的小型化也成為技術課題。

現(xiàn)在，在鋰離子電池中利用了石墨系的負極活性物質材料。然而，石墨系的負極活性物質材料具有上述的技術課題。

此處，比石墨系負極活性物質材料更高容量的合金系負極活性物質材料受到關注。作為合金系負極活性物質材料，已知有硅(Si)系負極活性物質材料、錫(Sn)系負極活性物質材料。為了實現(xiàn)更小型的長壽命的鋰離子電池的實用化，對上述合金系負極活性物質材料進行了各種各樣的研究。

然而，合金系負極活性物質材料的體積在充放電時反復進行較大的膨脹和收縮。因此，合金系負極活性物質材料的容量易劣化。例如，石墨隨著充電發(fā)生的體積膨脹收縮率為12％左右。與此相對，Si單質或Sn單質的隨著充電的體積膨脹收縮率為400％左右。因此，Si單質或Sn單質的負極板在反復充放電時，發(fā)生顯著的膨脹收縮，且涂布于負極板的集電體的負極合劑產(chǎn)生裂紋。其結果，負極板的容量急劇地降低。這主要是由于體積膨脹收縮導致一部分的活性物質游離而使負極板失去電子傳導性。

美國專利申請公開第2008/0233479號(專利文獻1)中，提出了合金系負極活性物質材料的上述課題的解決方案。具體而言，專利文獻1的負極材料具備Ti-Ni系超彈性合金、超彈性合金中形成的Si顆粒。專利文獻1記載了：由超彈性合金能夠抑制伴隨鋰離子的吸收和釋放所引起的硅顆粒的較大的膨脹收縮變化。

現(xiàn)有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：美國專利申請公開第2008/0233479號

但是，以專利文獻1公開的方式有可能不會充分地提高鋰離子二次電池的充放電循環(huán)特性。歸根結底，認為實際制造專利文獻1中提出的負極活性物質材料是極其困難的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于，提供能夠改善單位體積的放電容量和/或充放電循環(huán)特性的負極活性物質材料。

本實施方式的負極活性物質材料具備粉末材料和氧化層。粉末材料含有在釋放金屬離子時或吸收金屬離子時發(fā)生熱彈性型無擴散相變的合金相。氧化層形成于粉末材料的表面、且具有10nm以下的厚度。

本實施方式的負極活性物質材料能夠改善單位體積的放電容量和充放電循環(huán)特性。

附圖說明

圖1為DO₃結構的立體圖。

圖2A為本實施方式的合金相的母相的DO₃結構的示意圖。

圖2B為馬氏體相的1種即γ₁’相的2H結構的示意圖。

圖2C為用于說明由DO₃結構熱彈性型無擴散相變?yōu)?H結構的晶面的示意圖。

圖2D為與圖2C不同的其他晶面的示意圖。