电气设备用负极活性物质、电气设备用负极以及电气设备制造技术

一种电气设备用负极活性物质，其具有下述合金，所述合金含有29质量％以上的硅，余量为锡、碳以及不可避免的杂质。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电气设备用负极活性物质、电气设备用负极以及电气设备
本专利技术涉及以可作为电动汽车(EV)、混合电动汽车(HEV)等的发动机驱动用电源使用的二次电池、电容器等为代表的电气设备用的负极活性物质。
技术介绍
近年来，作为应对大气污染、地球温室效应的对策，以降低二氧化碳(CO2)排放量为目标采取了各种措施。此外，在汽车产业界，期待通过引入混合电动汽车、电动汽车来削减CO2排放量。因此，作为这些车辆的发动机驱动用电源，高性能二次电池的开发正日益盛行。作为上述的发动机驱动用二次电池，特别要求高容量、同时循环特性优异。因此，从这样的观点来看，在各种二次电池中，具有高理论能量的锂离子二次电池已备受关注。为了提高诸如这样的锂离子二次电池中的能量密度，必须增加正极和负极每单位质量所蓄积的电量，为了满足诸如这样的要求，各自的活性物质的选定变得极其重要。作为提高这样的锂离子二次电池的性能的提案，提出了能够获得低电阻、高充放电效率的高容量电池的电极材料、电极结构体、以及使用它们的二次电池(参见例如专利文献I)。即，公开了一种由合金颗粒构成的电极材料，所述合金颗粒是以硅为主成分的固体状态的合金颗粒，且在微晶硅或者非晶化硅中分散有由硅以外的元素构成的微晶或者非晶质。现有技术文献专利文献专利文献1:日本特开2004-311429号公报
技术实现思路
然而，在使用了上述专利文献I所述的电极材料的锂离子二次电池中存在下述问题:在硅(Si)与锂(Li)合金化时，由无定形状态向结晶状态转变，引起大的体积变化，因而电极的循环寿命降低。此外，在诸如这样的Si系活性物质的情况下，容量与循环耐久性一般呈折衷关系，能够在显示高容量的同时、提高循环耐久性的活性物质的开发成为课题。鉴于诸如这样的传统技术中的问题，本专利技术的目的在于，在锂离子二次电池等电气设备用的负极活性物质中，抑制无定形-结晶的相转移，提高循环寿命。而且，还在于，提供能够得到高容量的负极活性物质。然后，还在于，提供使用了诸如这样的负极活性物质的电气设备用负极、电气设备、以及锂离子二次电池。本专利技术的电气设备用负极活性物质具有下述合金，所述合金含有29质量％以上的硅，余量为锡、碳以及不可避免的杂质。【附图说明】[图1]图1描绘并示出了构成本专利技术的实施方式的电气设备用负极活性物质的S1-Sn-C系合金的组成范围、以及实施例中成膜的合金成分的三元组成图。[图2]图2为显示构成本专利技术的实施方式的电气设备用负极活性物质的S1-Sn-C系合金的适宜组成范围的三元组成图。[图3]图3为显示构成本专利技术的实施方式的电气设备用负极活性物质的S1-Sn-C系合金的更适宜组成范围的三元组成图。[图4]图4为显示构成本专利技术的实施方式的电气设备用负极活性物质的S1-Sn-C系合金的更适宜组成范围的三元组成图。[图5]图5为显示本专利技术的实施方式的锂离子二次电池的一例的截面示意图。[图6]图6为显示负极活性物质合金组成对本专利技术的实施例以及比较例中所得的电池的初期放电容量的影响的图。[图7]图7为显示负极活性物质合金组成对本专利技术的实施例以及比较例中所得的电池的第50个循环的放电容量保持率的影响的图。[图8]图8为显示负极活性物质合金组成对本专利技术的实施例以及比较例中所得的电池的第100个循环的放电容量保持率的影响的图。符号说明I锂离子二次电池10电池元件11 正极12 负极12a负极集电体12b负极活性物质层13电解质层30外装体专利技术的【具体实施方式】以下，针对本专利技术的实施方式的电气设备用负极活性物质，以使用其的锂离子二次电池用负极、锂离子二次电池为例进行具体说明。而且，在本说明书中，如无特殊提及是指质量百分数。此外，为了便于说明，有些情况下，附图的尺寸比例可能存在一定程度的夸张，与实际的比例存在出入。[电气设备用负极活性物质]本专利技术的实施方式的电气设备用负极活性物质具有包含29质量％以上的硅(Si)、余量为锡(Sn)、碳(C)以及不可避免的杂质的合金。而且，该数值范围与图1的符号A所示的范围相当。而且，该电气设备用负极活性物质可用于电气设备、典型例如锂离子二次电池的负极。该情况下，电气设备用负极活性物质中所含的合金在电池充电时吸收锂离子，在放电时放出锂离子。S卩，本专利技术的实施方式的电气设备用负极活性物质是硅系活性物质，其中添加有作为第I添加元素的Sn、作为第2添加元素的C。而且，通过适宜地选择作为第I添加元素的Sn、作为第2添加元素的C，能够在锂合金化时抑制无定形-结晶相转移，提高循环寿命。此外，由此可以使得比传统的负极活性物质、例如碳系负极活性物质更高容量。而且，通过分别将作为第I以及第2添加元素的Sn与C的组成范围最适化，能够得到50循环后、100循环后仍具有良好的循环寿命的Si系合金负极活性物质。本专利技术的实施方式的电气设备用负极活性物质由上述组成范围的S1-Sn-C系合金构成，各成分含量偏离上述范围，则循环耐久性劣化，存在无法得到100循环后为45%以上的容量保持率的隐患。而且，从谋求进一步改善该负极活性物质的上述特性的观点来看，优选为包含29质量％?63质量％的S1、14质量％?48质量％的Sn、11质量％?48质量％的C的范围，由此，能够得到50循环后为92%以上、100循环后为45%以上的放电容量保持率。而且，该数值范围与图2的符号B所示的范围相当。而且，从确保更良好的循环特性的观点来看，优选包含29质量％?44质量％的S1、14质量％?48质量％的Sn、ll质量％?48质量％的C的范围，由此,循环耐久性得到改善，能够得到100循环后为50%以上的放电容量保持率。而且，该数值范围与图3的符号C所示的范围相当。进一步，优选包含29质量％?40质量％的S1、34质量％?48质量％的Sn(因此,12质量％ <C〈37质量％ )的范围，由此,循环耐久性进一步改善,能够得到50循环后为96%以上、100循环后为55%以上的放电容量保持率。而且，该数值范围与图4的符号D所示的范围相当。此外，本专利技术的实施方式的负极活性物质中除了包含上述3种成分之外，还不可避免的含有原料、制法来源的杂质。作为诸如这样的不可避免的杂质的含量，优选小于0.5质量％，更优选小于0.1质量％。这里，本实施方式的负极活性物质中所含的合金如上述是含有29质量％以上的S1、余量为Sn、C以及不可避免的杂质的合金。由此,换言之,上述合金仅由29质量％以上的S1、以及Sn、C、不可避免的杂质组成。作为本专利技术的实施方式的负极活性物质、即上述组成的S1- Sn - C系合金的制造方法，没有特殊限制，可以利用传统公知的各种制造方法来制造。也就是说，由于基本不存在由制作方法引起的合金状态、特性的差异，因而传统公知的任何制作方法均可以无问题地使用。例如，通过利用多元PVD法(溅射法、电阻加热法、激光烧蚀法)、多元CVD法(化学气相沉积法)等，可以获得具有上述组成的薄膜形态的合金。就这样的合金薄膜而言，可以通过在集电体上直接形成(成膜)而得到负电极，在谋求工序的简化、精简方面是优异的。而且，不必使用合金(负极活性物质)以外的粘合剂、导电助剂等其他构成负极活性物质层的成分，可以由作为负极活性物质的合金薄膜直接制成负极。因此，在谋求满足车辆用途的实用化本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电气设备用负极活性物质，其具有下述合金，所述合金含有29质量％以上的硅，余量为锡、碳以及不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.12.27 JP 2011-2846601.一种电气设备用负极活性物质，其具有下述合金，所述合金含有29质量％以上的硅，余量为锡、碳以及不可避免的杂质。2.权利要求1所述的电气设备用负极活性物质，其中，在所述合金中，硅含量为63质量％以下,锡含量为14质量％以上且48质量％以下,碳含量为11质量％以上且48质量％以下。3.权利要求2所述的电气...

【专利技术属性】
技术研发人员：渡边学，田中修，吉田雅夫，
申请(专利权)人：日产自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP