负极材料、负极和电池以及它们的制造方法技术

本发明专利技术涉及负极材料、负极和电池以及它们的制造方法。本发明专利技术提供了能够改善循环特性同时确保输入和输出特性的具有负极活性物质的负极材料、使用该负极材料的负极和电池以及它们的制造方法。该电池包括正极、负极、以及电解液。该负极在负极集电体上具有负极活性物质层。负极活性物质层包含在能够嵌入和脱嵌电极反应物的负极活性物质的表面上具有多个包覆颗粒的负极材料。该多个包覆颗粒包含碱金属盐和碱土金属盐中的至少一种。本发明专利技术的电池能够改善循环特性，同时确保输入和输出特性。

【技术实现步骤摘要】
负极材料、负极和电池以及它们的制造方法本专利技术是申请日2008年7月4日、标题为“负极材料、负极和电池以及它们的制造方法”申请号200810133033.8的分案申请。相关申请的交叉参考本专利技术包含于2007年7月6日向日本专利局提交的日本专利申请JP2007-178365号涉及的主题，将其全部内容结合于此作为参考。
本专利技术涉及一种具有负极活性物质的负极材料、使用该负极材料的负极和电池，以及它们的制造方法。
技术介绍
近年来，便携式电子装置，例如组合摄像机(磁带录像机)、移动电话以及笔记本式计算机已被广泛使用，并且强烈要求减小它们的尺寸和重量并实现它们的长寿命。因此，已经开发了作为用于便携式电子装置的电源的电池，特别是能够提供高能量密度的轻量化二次电池。特别地，使用锂的嵌入和脱嵌用于充电和放电反应的二次电池(所谓的锂离子二次电池)是非常有希望的，因为与铅电池和镍镉电池相比，这样的二次电池能够提供更高的能量密度。锂离子二次电池具有正极、负极和电解液。该负极的负极集电体上具有负极活性物质层。作为负极活性物质层中的负极活性物质，诸如石墨的碳材料已被广泛使用。在碳材料用作负极活性物质的情况下，由于电池容量已经达到接近理论容量的水平，因此进一步改善电池容量是一个难题。为了解决这样的难题，已经提出了以下技术(例如，参考日本未审查专利申请公开号09-204936)。在该技术中，通过增加负极活性物质层的厚度，电池中负极活性物质层的占有率(occupancyratio)比负极集电体和隔膜的占有率相对增加。在本说明书中，其中这样的有意增加负极活性物质层的厚度以实现高容量的技术被称为“增厚(thickening)负极活性物质层的”。增厚负极活性物质层的技术被用于改善电池容量。另一方面，该技术引起新的问题。具体地说，如前所述在恒定电池容积下，当进行设计使得负极活性物质层的厚度增加，同时保持材料和其密度时，电池中负极集电体的占有率降低，并且每单位面积的负极集电体形成的负极活性物质量增加。因此，当充放电同样的电容量时，负极的电流密度相对增加。因此，在负极中，不能充分地产生锂离子的嵌入(插入)和脱嵌(脱出)。在某些情况下，锂析出，变成树枝状晶体(dendrite)，并且失去其活性。结果，充放电时锂离子的输入和输出特性降低。而且，当重复进行充放电时，放电容量被大大降低，因此循环特性也被降低。上述问题除了在实施增厚负极活性物质层的情况下发生外，同样也发生在增加负极活性物质层的体积密度以获得高电池容量的情况下。这是因为当增加负极活性物质层的体积密度时，锂离子移动的间隙变小，由此充电时锂离子的转移速率变慢。在本说明书中，这样的有意增加负极活性物质层的体积密度以获得高容量的技术被称为“增加负极活性物质层的体积密度”。近年来，随着高性能和多功能的便携式电子装置的开发，需要进一步改善电池容量。因此，已经考虑使用硅、锡等代替碳材料(例如，参考美国专利第4950566号)。因为硅的理论容量(4199mAh/g)和锡的理论容量(994mAh/g)显著高于石墨的理论容量(372mAh/g)，所以期望电池容量被大大提高。当使用具有高理论容量的硅等作为负极活性物质时，电池容量得到改善。另一方面，当嵌入锂离子时，负极活性物质变得高度活性。因此，电解液易于分解。因此，当反复进行充放电时，通过使用碳材料作为负极活性物质，在增厚负极活性物质层和增加负极活性物质层的体积密度的情况下，循环特性被降低。为了改善输入和输出特性以及循环特性，已经提出了各种技术。具体地说，已知以下技术：在使用碳材料作为负极活性物质的情况下，提供在结晶石墨核上添加了碱金属元素或碱土金属元素的碳壳的技术(例如，参考日本未审查专利申请公开号2000-164218)；在负极活性物质的表面上提供包含诸如氢氧化物的含涂层元素(coatingelement)的化合物以及电导体(导电剂，electricalconductor)的表面处理层的技术(例如，参考日本未审查专利申请公开号2003-100296)；以及在负极活性物质的表面上提供由金属或金属氧化物制成的薄膜的技术(例如，参考日本未审查专利申请公开号2003-249219)。
技术实现思路
最近的便携式电子装置高性能和多功能化趋向于日益被开发。因此，期望进一步改善二次电池的输入和输出特性以及循环特性。特别是，在使用碳材料作为负极活性物质的情况下，即使执行增厚负极活性物质层和增加负极活性物质层的体积密度，也能改善输入和输出特性以及循环特性是很重要的。同时，在使用具有高理论容量的硅等作为负极活性物质的情况下，改善循环特性同时保持输入和输出特性是很重要的。考虑到上述，期望提供一种能够改善循环特性同时确保输入和输出特性的负极材料、负极和电池以及它们的制造方法。根据本专利技术的一个实施例，提供了一种在能够嵌入和脱嵌电极反应物的负极活性物质的表面上包括多个包覆颗粒(覆盖颗粒，coveringparticle)的负极材料，其中，所述多个包覆颗粒包含碱金属盐和碱土金属盐中的至少一种。根据本专利技术的一个实施例，提供了一种制备负极材料的方法，所述负极材料在能够嵌入和脱嵌电极反应物的负极活性物质的表面上具有多个包覆颗粒，其中使碱金属盐和碱土金属盐中的至少一种溶解，然后在负极活性物质的表面上析出，从而形成多个包覆颗粒。根据本专利技术的一个实施例，提供了一种在负极集电体上含有负极活性物质层的负极，其中，所述负极活性物质层包含在能够嵌入和脱嵌电极反应物的负极活性物质的表面上具有多个包覆颗粒的负极材料，并且所述多个包覆颗粒包含碱金属盐和碱土金属盐中的至少一种。根据本专利技术的一个实施例，提供了一种制备在负极集电体上具有负极活性物质层的负极的方法，其中所述负极活性物质层包含在能够嵌入和脱嵌电极反应物的负极活性物质的表面上具有多个包覆颗粒的负极材料。将碱金属盐和碱土金属盐中的至少一种溶解，然后在负极活性物质的表面上析出，从而形成多个包覆颗粒。根据本专利技术的一个实施例，提供了一种包括正极、负极以及电解液的电池。所述负极具有在负极集电体上的负极活性物质层，所述负极活性物质层包含在能够嵌入和脱嵌电极反应物的负极活性物质的表面上具有多个包覆颗粒的负极材料，并且所述多个包覆颗粒包含碱金属盐和碱土金属盐中的至少一种。根据本专利技术的一个实施例，提供了一种制备具有正极、负极和电解液的电池的方法，其中所述负极在负极集电体上具有负极活性物质层，并且所述负极活性物质层包含在能够嵌入和脱嵌电极反应物的负极活性物质的表面上具有多个包覆颗粒的负极材料。将碱金属盐和碱土金属盐中的至少一种溶解，然后在负极活性物质的表面上析出，从而形成多个包覆颗粒。根据本专利技术实施例的负极材料及其制造方法，包含碱金属盐和碱土金属盐中的至少一种的所述多个包覆颗粒在能够嵌入和脱嵌电极反应物的负极活性物质的表面上形成。因此，电极反应物的嵌入和脱嵌易于在负极活性物质上发生，并且改善了负极活性物质的化学稳定性。从而，根据所述负极材料、使用制备所述负极材料的方法的负极或电池、或者制备所述负极或电池的方法，在电极反应中，电极反应物被平稳地嵌入和脱嵌，并且抑制了电解液的分解反应。因此，可以改善循环特性，同时确保输入和输出特性。通过以下描述，本专利技术的其它和另外的目的、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种负极材料，包括：在能够嵌入和脱嵌电极反应物的负极活性物质的表面上的多个包覆颗粒，其中，所述多个包覆颗粒包含碱金属盐和碱土金属盐中的至少一种。

【技术特征摘要】
2007.07.06 JP 2007-1783651.一种负极材料，包括：包含碳材料的负极活性物质；在能够嵌入和脱嵌电极反应物的所述负极活性物质的表面上的多个包覆颗粒，其中，所述多个包覆颗粒包含碱金属盐和碱土金属盐中的至少一种，所述多个包覆颗粒与所述负极活性物质的比率在0.1wt％～10wt％的范围内，负极活性物质层的体积密度在1.70g/cm3～1.95g/cm3的范围内，并且所述负极活性物质层的厚度在60μm～120μm的范围内，其中，所述碱金属盐选自由氯化物盐、硫酸盐以及它们的混合物组成的组，其中，所述碱土金属盐选自由氯化物盐、碳酸盐、硫酸盐以及它们的混合物组成的组，以及其中，在首次充电之前所述多个包覆颗粒覆盖小于所述负极活性物质的整个表面，并且所述碱金属盐和碱土金属盐中的至少一种存在于所述负极活性物质的表面上。2.根据权利要求1所述的负极材料，其中，所述多个包覆颗粒以膜状覆盖所述负极活性物质的表面的至少一部分。3.根据权利要求1所述的负极材料，其中，所述碱金属盐是选自由氯化锂、氯化钠以及氯化钾组成的组中的至少一种，并且所述碱土金属盐是碳酸镁和碳酸钙中的至少一种。4.根据权利要求1所述的负极材料，其中，所述碳材料为天然石墨。5.根据权利要求1所述的负极材料，其中，所述负极活性物质包含含有金属元素和类金属元素中的至少一种的材料。6.根据权利要求5所述的负极材料，其中，所述含有金属元素和类金属元素中的至少一种的材料是选自由硅的单质、硅的合金、硅的化合物、锡的单质、锡的合金以及锡的化合物组成的组中的至少一种。7.根据权利要求5所述的负极材料，其中，所述含有金属元素和类金属元素中的至少一种的材料是包含以下元素的材料：锡，作为第一元素，选自由钴、铁、镁、钛、钒、铬、锰、镍、铜、锌、镓、锆、铌、钼、银、铟、铈、铪、钽、钨、铋以及硅组成的组中的至少一种，作为第二元素，以及选自由硼、碳、铝以及磷组成的组中的至少一种，作为第三元素。8.一种负极，包括：在负极集电体上的负极活性物质层，其中，所述负极活性物质层包含负极材料，所述负极材料在能够嵌入和脱嵌电极反应物的负极活性物质的表面上具有多个包覆颗粒，所述负极活性物质包含碳材料，所述多个包覆颗粒包含碱金属盐和碱土金属盐中的至少一种，所述多个包覆颗粒与所述负极活性物质的比率在0.1wt％～10wt％的范围内；其中，所述负极活性物质层的体积密度在1.70g/cm3～1.95g/cm3的范围内，并且所述负极活性物质层的厚度在60μm～120μm的范围内，其中，所述碱金属盐选自由氯化物盐、硫酸盐以及它们的混合物组成的组，其中，所述碱土金属盐选自由氯化物盐、碳酸盐、硫酸盐以及它们的混合物组成的组，以及其中，所述多个包覆颗粒覆盖小于所述负极活性物质的整个表面，并且在首次充电之前所述碱金属盐和碱土金属盐中的至少一种存在于所述负极活性物质的表面上。9.根据权利要求8所述的负极，其中，所述多个包覆颗粒以膜状覆盖所述负极活性物质的表面的至少一部分。10.根据权利要求8所述的负极，其中，所述碱金属盐是选自由氯化锂、氯化...

【专利技术属性】
技术研发人员：胁田真也，冈江功弥，
申请(专利权)人：索尼株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP