活性材料、活性材料的制造方法、电极及二次电池技术

一种二次电池包括正极、包括活性材料的负极、以及非水电解液。所述活性材料包括中心部分以及设置在一部分或所有中心部分上的覆盖部分。所述中心部分包括硅、锡或这两者作为组成元素。所述覆盖部分包括多个纤维状碳材料。一部分或所有纤维状碳材料在沿中心部分的表面的方向上延伸并紧密附接在中心部分上。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本技术涉及包括硅（Si)、锡（Sn)或这两者作为组成元素的活性材料，、活性材料 的制造方法、以及使用该活性材料的电极和二次电池。
技术介绍
已经广泛使用诸如移动电话和个人数字助理（PDA)等各种电子设备，强烈要求进 一步降低电子设备的尺寸和重量并实现其长寿命。因此，作为电力源，已经开发了一种电 池，特别是小且重量轻的能量密度高的二次电池。 近来，已经考虑了将这种二次电池不仅应用于上述电子设备，而且还应用于各种 其他应用。其他应用的代表性实例可包括以可连接和可拆卸方式安装在电子设备等上的电 池组、电动车辆如电动汽车、电力存储系统（如家用电源服务器）和电动工具（如电钻）。 已经提出使用不同充放电原理来获得电池容量的二次电池。具体地，因为这些二 次电池提供比铅电池、镍镉电池等更高的能量密度，使用电极反应物的插入和提取的二次 电池引起了人们的关注。 二次电池包括正极、负极和电解液。负极包括能够插入并提取电极反应物的活性 材料（负极活性材料）。广泛使用碳材料比如石墨作为负极活性材料。然而，近来考虑了 使用硅作为负极活性材料以便进一步提高电池容量。这样的一个原因是因为硅的理论容量 (4199mAh/g)明显大于石墨的理论容量（372mAh/g)，因此期望极大地提高电池容量。在这 种情况下，锡也被认为与硅一样具有较高的理论容量。 然而，因为硅等在充放电时剧烈地扩张并收缩，所以负极活性材料主要在其表面 层附近容易产生裂缝。负极活性材料的裂缝会导致产生新的高反应表面（活性表面），这会 导致负极活性材料的表面面积（反应区域）增加。因此，在新表面中会导致电解液的分解 反应，并使用该电解液以便在新表面上形成由电解液获得的涂膜。这种情况使电池的特性 比如循环特性更容易降低。 因此，已对二次电池的配置进行了各种研宄以便提高电池特性。具体地，为了控 制充放电时的体积变化并提高导电性，由硅和金属的复合颗粒制成的表面覆盖有碳纳米管 (例如，参见专利文献1)。该碳纳米管通过将烃气体热分解并碳化来形成，使用复合颗粒中 金属组分作为催化剂而生长。 现有技术文献 专利文献 专利文献1:日本未经审查的专利申请公开案No. 2010-095797
技术实现思路
适于使用二次电池的高性能和多功能的电子设备等日益发展，电子设备等的使用 频率也增加。因此，希望进一步改善二次电池的电池特性。 因此，希望提供能够实现优良电池特性的活性材料、活性材料的制造方法、电极和 二次电池。 本技术的实施方式的活性材料包括中心部分，以及设置在一部分或所有中心部分 上的覆盖部分。所述中心部分包括硅、锡或这两者作为组成元素，所述覆盖部分包括多个纤 维状碳材料。一部分或所有纤维状碳材料在沿中心部分的表面的方向上延伸并紧密附接在 中心部分上。 本技术的实施方式的电极包括一种电极包括活性材料，该活性材料的配置与上述 的本技术的活性材料的配置相似。此外，本技术的实施方式的二次电池包括正极、负极、以 及非水电解液，并且负极的配置与上述的本技术的电极的配置相似。 本技术的实施方式的活性材料的制造方法包括使包括多个纤维状碳材料的溶胶 溶液与一部分或所有中心部分接触，然后对溶胶溶液进行加热，由此形成包括纤维状碳材 料的覆盖部分，所述中心部分包括硅、锡或这两者作为组成元素。 根据本技术的实施方式的活性材料、其制造方法、电极或二次电池，包括纤维状碳 材料的覆盖部分形成在包括硅等作为组成元素的中心部分上。一部分或所有纤维状碳材料 在沿中心部分的表面的方向上延伸，并紧密附接在中心部分上。因此，实现了优良的电池特 性。 应注意，这里描述的效果不一定是限制性的，并且可以有本技术中描述的任何效 果。【附图说明】 图1是示出了使用根据本技术实施方式的活性材料的电极的配置的剖视图； 图2是示出了活性材料的配置的剖视图； 图3是示出了活性材料的另一配置的剖视图； 图4是示出了活性材料的再一配置的剖视图； 图5是活性材料层的扫描电子显微镜（SEM)照片； 图6是示意性地示出了图5中所示的活性材料层的一部分的图； 图7是活性材料层的另一 SEM照片； 图8是示意性地示出了图7中所示的活性材料层的一部分的图； 图9是活性材料层的再一 SEM照片； 图10是示意性地示出了图9中所示的活性材料层的一部分的图； 图11是示出了根据本技术实施方式的使用活性材料和电极的二次电池（圆柱型） 的配置的剖视图； 图12是示出了图11中所示的螺旋卷绕电极体的放大部分的剖视图； 图13是示意性地示出了图12中所示的正极和负极的配置的平面图； 图14是示出了使用根据本技术实施方式的活性材料和电极的另一个二次电池 (层压膜型）的配置的透视图； 图15是沿图14中所示的螺旋卷绕电极体的XV-XV线截取的剖视图； 图16是示出了二次电池的应用例（电池组）的配置的框图； 图17是示出了二次电池的应用例（电动车辆）的配置的框图； 图18是示出了二次电池的应用例（电力存储系统）的配置的框图； 图19是示出了二次电池的应用例（电动工具）的配置的框图； 图20是示出了试验二次电池（硬币型）的配置的剖视图； 图21是实施例1-2中的二次电池中的活性材料层的SEM照片； 图22是实施例1-3中的二次电池中的活性材料层的SEM照片。【具体实施方式】 下面将参照附图对本技术的实施方式进行详细描述。顺便说一句，将按下列顺序 给出描述。 1、使用活性材料的电极 1-1、活性材料和电极的配置 1-2、活性材料和电极的制造方法 2、二次电池 2-1、锂离子二次电池（圆柱型） 2-2、锂离子二次电池（层压膜型） 3、二次电池的应用3-1、电池组 3-2、电动车辆 3-3、电力存储系统 3-4、电动工具 图1示出了根据本技术实施方式的使用活性材料的电极的剖面配置（在下文，可 以简称为"电极"或"本技术的电极"）。图2至图4分别示出了活性材料的剖面配置。 这里描述的电极可以广泛用于各种应用的电化学装置。电化学装置的实例可以包 括二次电池和电容器。电极可以被用作正极，或可以被用作负极。 这里，如图1所示，电极可以包括集电体1上的活性材料层2。活性材料层2可以 设置在集电体1的两个表面上，或可以只设置在其一个表面上。然而，集电体1不一定是必 要的。因此，可以不设置集电体1。 集电体1例如可以由具有优异的电化学稳定性、优异的导电性和优异的机械强度 的导电材料制成。导电材料可以是例如一种或多种材料比如铜（Cu)、镍（Ni)和不锈钢。特 别地，不与电极反应物形成金属间化合物且可以与活性材料层2形成合金的材料可以是优 选的。 "电极反应物"是在电极反应中充当介质的物质，并且可以是锂离子二次电池中的 锂（Li)等。此外，"电极反应"的实例可以包括二次电池的充放电反应。 集电体1的表面（与活性材料层2接触的表面）可以被粗糙化，或者可以不被粗 糙化。未被粗糙化的集电体1的实例可以包括辊压金属箔。被粗糙化的集电体1的实例可 以包括进行了电解处理、喷砂处理等的金属箔。电解处理是一种通过在电解槽中使用电解 法在金属膜等的表面上形成细颗粒的方法。由电解法制造的金属膜通常被称为电解箔（例 如，电解铜箔等）。 特别地，集电体1的表面可以优选被粗糙化，因为由于锚固效应，改善本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种二次电池，包括：正极；包括活性材料的负极；以及非水电解液，所述活性材料包括中心部分以及设置在一部分或所有所述中心部分上的覆盖部分，所述中心部分包括硅(Si)、锡(Sn)或这两者作为组成元素，所述覆盖部分包括多个纤维状碳材料，并且一部分或所有所述纤维状碳材料在沿所述中心部分的表面的方向上延伸并紧密附接在所述中心部分上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：两角武，北田敬太郎，永田佳秀，宗冈高敏，松原健二，大谷内裕子，金泽爱子，长冈信之，吉川正弘，
申请(专利权)人：索尼公司，
类型：发明
国别省市：日本;JP