负极活性物质和电池制造技术

本公开提供能够使电池的放电容量提高的负极活性物质。负极活性物质包含由组成式CaxByC1‑y(其中，x和y满足0＜x＜0.2和2x≤y≤0.5)表示的石墨材料。

Negative active substances and batteries

The present disclosure provides a negative active material capable of raising the discharge capacity of the battery. The negative active material consists of graphite material represented by the constituent CaxByC1_y (where X and y satisfy 0 < x < 0.2 and 2x < y < 0.5).

【技术实现步骤摘要】
负极活性物质和电池
本公开涉及负极活性物质和具备包含该负极活性物质的负极的电池。
技术介绍
近年来，作为高能量密度的蓄电设备，非水电解质二次电池已实用化。例如，锂二次电池不仅作为移动设备的电源，作为混合动力汽车和电动汽车、以及家庭用蓄电等用途中的蓄电池也受到关注，并不断进行开发。例如，作为锂二次电池的负极所使用的负极活性物质，可使用能够吸藏、放出锂的碳材料等。另外，已知通过使用向能够吸藏、放出锂的碳材料添加硼而得到的材料作为负极活性物质，能够使负极容量提高。例如专利文献1中，作为能够使放电容量提高的负极活性物质，提出一种由组成式AxByC1-y(其中，A表示金属元素，x、y满足0.2≤x≤1、0.2≤y≤0.5)表示的锂二次电池用的负极活性物质。在先技术文献专利文献1：日本特开2002-110160号公报
技术实现思路
【专利技术要解决的课题】本公开提供一种能够使电池的放电容量提高的负极活性物质。【用于解决课题的手段】本公开的一个实施方案涉及的负极活性物质，包含由组成式CaxByC1-y(其中，x和y满足0＜x＜0.2和2x≤y≤0.5)表示的石墨材料。【专利技术的效果】根据本公开的一个实施方案涉及的负极活性物质，能够实现放电容量提高了的电池。附图说明图1是示出第1实施方式中的负极活性物质所含的石墨材料的X射线衍射图案的一例、以及其它石墨材料的X射线衍射图案的图。图2是示出第1实施方式中的负极活性物质所含的石墨材料的拉曼光谱的一例、以及其它石墨材料的拉曼光谱的图。图3是示出作为第2实施方式中的电池的一例的电池的大致结构的剖视图。附图标记说明10电池11负极集电体12负极合剂层13负极14正极集电体15正极合剂层16正极17隔膜18外壳具体实施方式＜构成本公开的基础的见解＞以下，对得到本公开的负极活性物质的经过进行说明。目前的锂二次电池中，广泛使用石墨作为负极活性物质。但是，随着以锂二次电池为动力源的电动汽车(EV)的快速普及、以及与此相伴的对于EV的续航距离提高的要求，期望开发出一种能够使锂二次电池的容量进一步提高的负极活性物质。然而，如“
技术介绍
”一栏中所记载，专利文献1中公开了一种由组成式AxByC1-y(其中，A表示金属元素，x、y满足0.2≤x≤1、0.2≤y≤0.5)表示的锂二次电池用的负极活性物质。该负极活性物质能够使锂二次电池的放电容量提高。但是，本专利技术人详细研究了专利文献1公开的技术，结果了解到在专利文献1公开的负极活性物质中，充放电的电压范围相对于锂参比电极，在0V～3V这样的大范围。然而从更实用的观点出发，期望在一般所采用的电压范围即0V～2V的范围下的容量提高。本专利技术人基于以上着眼点进行认真研究，结果得到本公开的负极活性物质。具体而言，本专利技术人着眼于含有硼和钙的石墨材料，研究了硼和钙相对于碳的固溶比率与电池的放电容量的关系。研究的结果，本专利技术人发现一种硼和钙的固溶比率能够实现在0V～2V的电压范围中具有高的放电容量的电池，从而得到本公开的负极活性物质。＜本公开涉及的一个实施方案的概要＞本公开的第1实施方案涉及的负极活性物质，包含由组成式CaxByC1-y表示的石墨材料。在所述组成式中，x和y满足0＜x＜0.2和2x≤y≤0.5。根据第1实施方案涉及的负极活性物质，能够实现放电容量提高了的电池。关于其机制推测如下。再者，这里以负极活性物质用于锂二次电池的情况为例进行说明。石墨在其层间吸藏锂。石墨与锂的层间化合物的饱和组成为LiC6，因此石墨最多每6个碳原子吸藏1个锂原子。另一方面，石墨化合物MBC(其中，M表示金属元素，B表示硼，C表示碳)能够在层间吸藏更多的阳离子。具体而言，石墨晶体中的碳原子的一部分置换为硼，由此石墨的电子密度减小，能够在石墨的层间保持更多的阳离子。石墨化合物MBC例如可以通过对石墨与金属元素与硼化物的混合物进行热处理而合成。例如，Mg0.25B0.5C0.5和Ca0.25B0.5C0.5中，一半的碳原子被置换为硼，相对于构成各层的每6个原子(碳原子或硼原子)，在层间存在1.5个金属元素。将包含这样的石墨材料的负极在锂电解液中进行充放电的情况下，在石墨的层间的位点的一部分中以石墨能够稳定存在的程度保持阳离子，并且在剩余的位点中能够吸藏、放出锂。为了使负极活性物质的放电容量提高，在石墨化合物中需要适当控制阳离子的种类、以及硼和钙相对于碳的固溶比率。根据第1实施方案涉及的负极活性物质所含的石墨材料，能够使阳离子(即钙)的吸藏量充分增加，并且能够充分确保有助于充放电的阳离子位点。因此，根据第1实施方案涉及的负极活性物质，能够实现在例如0V～2V的电压范围中放电容量提高了的电池。在第2实施方案中，例如在第1实施方案涉及的负极活性物质的所述组成式中，x和y可以满足2x≤y≤0.36。根据第2实施方案涉及的负极活性物质，能够实现放电容量提高了的电池。在第3实施方案中，例如在第1或第2实施方案涉及的负极活性物质的所述组成式中，x可以满足0.001≤x≤0.084。根据第3实施方案涉及的负极活性物质，能够实现放电容量提高了的电池。在第4实施方案中，例如在第3实施方案涉及的负极活性物质的所述组成式中，x和y可以满足2x≤y≤0.23。根据第4实施方案涉及的负极活性物质，能够实现放电容量提高了的电池。本公开的第5实施方案涉及的电池，具备负极、正极和电解质，所述负极包含第1～第4实施方案中任一实施方案涉及的负极活性物质。第5实施方案涉及的电池，由于具备包含第1～第4实施方案中任一实施方案涉及的负极活性物质的负极，因此能够实现高的放电容量。＜本公开的实施方式＞以下，对本公开的实施方式进行详细说明。再者，以下的实施方式只是一个例子，本公开不限定于以下的实施方式。[第1实施方式]在第1实施方式中，对负极活性物质的实施方式进行说明。本实施方式的负极活性物质包含由组成式CaxByC1-y表示的石墨材料。在上述组成式中，x和y满足0＜x＜0.2和2x≤y≤0.5。x和y可以满足2x≤y≤0.36。另外，x可以满足0.001≤x≤0.084，并且，x和y可以满足2x≤y≤0.23。再者，为了添加会成为2价阳离子的1个钙，至少需要将两个碳原子置换为两个硼原子，使石墨的电子密度降低两个电子的程度。上述“2x≤y”表示这一数值关系。石墨材料含有硼和钙。石墨材料可以是具有石墨晶体中的碳原子的一部分被置换为硼、并且在石墨晶体的层间存在钙的结构的石墨化合物。石墨化合物的结构可以通过例如X射线衍射(XRD)测定来确认。图1例示出本实施方式涉及的石墨化合物的XRD图案、仅固溶有硼的石墨的XRD图案、以及石墨的XRD图案。如图1所示，本实施方式涉及的石墨化合物与仅固溶有硼的石墨和石墨不同，显示出特有的XRD图案。图1所示的例子中，本实施方式涉及的石墨化合物的XRD图案的峰位置，与仅固溶有硼的石墨和石墨相比，向低角度侧移动。这表示一部分被硼置换了的石墨的层的间隔，由于存在于其间的钙而扩大。再者，峰位置的移动量会根据石墨化合物的具体成分组成而变动，因此并不限定于图1的例子。钙的浓度低的情况下，预测即使是本实施方式涉及的石墨化合物，也不会显示出上述特有的XRD图案。该情况下，石墨化合物的结构例如可根据拉曼测定的结果来推本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种负极活性物质，包含由组成式CaxByC1‑y表示的石墨材料，其中，x和y满足0＜x＜0.2和2x≤y≤0.5。

【技术特征摘要】
2017.03.28 JP 2017-0630071.一种负极活性物质，包含由组成式CaxByC1-y表示的石墨材料，其中，x和y满足0＜x＜0.2和2x≤y≤0.5。2.根据权利要求1所述的负极活性物质，所述石墨材料包含多个层和...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑豪，宫前亮平，蚊野聪，
申请(专利权)人：松下知识产权经营株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP