[课题]提供一种表现出维持高循环特性且初始容量也高的平衡良好的特性的Li离子二次电池等的电气设备用负极。[解决手段]一种电气设备用负极，其具有集电体、以及配置于前述集电体的表面的包含负极活性物质、导电助剂和粘结剂的电极层，前述负极活性物质是由下述式(1)：SixZnyMzAa(上述式(1)中，M为选自由V、Sn、Al、C、以及它们的组合组成的组中的至少1种金属，A为不可避免的杂质，x、y、z和a表示质量％的值，此时，0<x<100、0<y<100、0<z<100，并且0≤a<0.5、x+y+z+a＝100。)所示的合金与碳系材料混合而成的。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电气设备用负极和使用了其的电气设备
本专利技术涉及电气设备用负极和使用了其的电气设备。本专利技术的电气设备用负极和使用了其的电气设备例如可以作为二次电池、电容器等用于电动汽车、燃料电池车和混合动力电动汽车等车辆的发动机等的驱动用电源、辅助电源。
技术介绍
近年来，为了应对大气污染、全球变暖，迫切期望二氧化碳量的降低。在汽车行业中，电动汽车(EV)、混合动力电动汽车(HEV)的导入所带来的二氧化碳排出量的降低备受期待，正在积极进行掌握它们的实用化的关键的发动机驱动用二次电池等电气设备的开发。作为发动机驱动用二次电池，与移动电话、笔记本电脑等所使用的民用锂离子二次电池相比，要求具有极高的功率特性和高能量。因此，在所有电池之中具有最高理论能量的锂离子二次电池备受关注，现在正在快速地进行开发。锂离子二次电池通常具有如下的结构：使用粘结剂将正极活性物质等涂布于正极集电体的两面而成的正极与使用粘结剂将负极活性物质等涂布于负极集电体的两面而成的负极夹着电解质层而被连接并容纳于电池外壳。一直以来，锂离子二次电池的负极使用了在充放电循环的寿命、成本方面有利的碳/石墨系材料。但是，碳/石墨系的负极材料由于通过向石墨晶体中吸藏/释放锂离子来进行充放电，因此存在无法获得由最大锂导入化合物即LiC6得到的理论容量372mAh/g以上的充放电容量这一缺点。因此，难以利用碳/石墨系负极材料获得满足车辆用途的实用化水平的容量、能量密度。另一方面，负极使用了与Li进行合金化的材料而成的电池与现有的碳/石墨系负极材料相比，能量密度提高，因此作为车辆用途的负极材料受到期待。例如，Si材料在充放电中如下述反应式(1)那样平均1mol吸藏释放4.4mol的锂离子，对于Li22Si5(＝Li4.4Si)，理论容量为2100mAh/g。进而，相对于Si重量而算出时，具有3200mAh/g(参照参考例C的样品42)的初始容量。然而，负极使用了与Li进行合金化的材料而成的锂离子二次电池在充放电时的负极处的膨胀收缩大。例如，关于吸藏了Li离子时的体积膨胀，石墨材料约为1.2倍，而Si材料在Si与Li进行合金化时，由于从非晶状态向晶体状态转变而发生较大的体积变化(约4倍)，因此存在使电极的循环寿命降低的问题。另外，在Si负极活性物质的情况下，容量与循环耐久性为此消彼长的关系，存在难以同时表现出高容量且提高高循环耐久性这一问题。为了解决这种问题，提出了包含具有式SixMyAlz的非晶合金的锂离子二次电池用的负极活性物质(例如参照专利文献1)。此处，式中的x、y、z表示原子百分比值，x+y+z＝100、x≥55、y<22、z>0，M为包含Mn、Mo、Nb、W、Ta、Fe、Cu、Ti、V、Cr、Ni、Co、Zr和Y中的至少1种的金属。上述专利文献1所记载的专利技术中，第0018段记载了通过将金属M的含量设为最小限，除了表现出高容量之外，还会表现出良好的循环寿命。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特表2009-517850号公报
技术实现思路
专利技术要解决的问题然而，在上述专利文献1所记载的使用包含具有式SixMyAlz的非晶合金的负极的锂离子二次电池的情况下，据称能够表现出良好的循环特性，但初始容量不能说充分。另外，循环特性也不能说充分。因而，本专利技术的目的在于，提供表现出维持高循环特性且初始容量也高的平衡良好的特性的Li离子二次电池等的电气设备用负极。用于解决问题的方案本专利技术人等为了解决上述课题而进行了深入研究。其结果发现：通过使用利用了由特定的3元系Si合金与碳系材料混合而成的负极活性物质的负极，能够解决上述课题，从而完成了本专利技术。即，本专利技术涉及一种电气设备用负极，其具有：集电体、以及配置于前述集电体的表面的包含负极活性物质、导电助剂和粘结剂的电极层。此时，负极活性物质的特征在于，其是由下述式(1)所示的合金(以下，也简称为“合金”或“Si合金”)与碳系材料混合而成的。SixZnyMzAa(1)此时，上述式(1)中，M为选自由V、Sn、Al、C、以及它们的组合组成的组中的至少1种金属。另外，A为不可避免的杂质。进而，x、y、z和a表示质量％的值，此时，0<x<100、0<y<100、0<z<100，并且0≤a<0.5、x+y+z+a＝100。附图说明图1为示意性地表示本专利技术的电气设备的一个代表性实施方式即层叠型的扁平非双极型锂离子二次电池的概要的截面示意图。图2为示意性地表示本专利技术的电气设备的代表性实施方式即层叠型的扁平锂离子二次电池的外观的立体图。图3为将构成本专利技术的电气设备用负极所具有的负极活性物质的Si-Zn-V系合金的组成范围与参考例A中成膜的合金成分共同标绘并示出的3元组成图。图4为示出构成本专利技术的电气设备用负极所具有的负极活性物质的Si-Zn-V系合金的适合组成范围的3元组成图。图5为将构成本专利技术的电气设备用负极所具有的负极活性物质的Si-Zn-Sn系合金的组成范围与参考例B中成膜的合金成分共同标绘并示出的3元组成图。图6为示出构成本专利技术的电气设备用负极所具有的负极活性物质的Si-Zn-Sn系合金的适合组成范围的3元组成图。图7为示出构成本专利技术的电气设备用负极所具有的负极活性物质的Si-Zn-Sn系合金的更适合组成范围的3元组成图。图8为示出构成本专利技术的电气设备用负极所具有的负极活性物质的Si-Zn-Sn系合金的进一步适合的组成范围的3元组成图。图9为示出本专利技术的参考例B中得到的电池的负极活性物质合金组成对初始放电容量造成的影响的图。图10为示出本专利技术的参考例B中得到的电池的第50个循环的放电容量维持率与负极活性物质合金组成的关系的图。图11为示出本专利技术的参考例B中得到的电池的第100个循环的放电容量维持率与负极活性物质合金组成的关系的图。图12为将本专利技术的参考例C中进行的、使用各样品(样品编号1～48)的电池的第1个循环的放电容量(mAh/g)根据容量大小标记颜色(标记深浅)地标绘而得到的Si-Zn-Al系的3元系合金的组成图。图13为将本专利技术的参考例C中进行的、使用各样品(样品编号1～48)的电池的第50个循环的放电容量维持率(％)根据放电容量维持率的大小标记颜色(标记深浅)地标绘而得到的Si-Zn-Al系的3元系合金的组成图。图14为在图12的Si-Zn-Al系的3元系合金的组成图中将参考例C的Si-Zn-Al合金样品的组成范围标记颜色(标记深浅)地围起来的图。图中，0.21≤Si(wt％/100)<1.00、0<Zn(wt％/100)<0.79、0<Al(wt％/100)<0.79。图15为在图13的Si-Zn-Al系的3元系合金的组成图中将参考例C的Si-Zn-Al合金样品中的优选组成范围标记颜色(标记深浅)地围起来的图。图中，0.26≤Si(wt％/100)≤0.78、0.16≤Zn(wt％/100)≤0.69、0<Al(wt％/100)≤0.51。图16为在图13的Si-Zn-Al系的3元系合金的组成图中将参考例C的Si-Zn-Al合金样品中的更优选组成范围标记颜色(标记深浅)地围起来的图。图中，0.26≤Si(wt％/100)≤0.66、0.1本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种电气设备用负极，其具有集电体、以及配置于所述集电体的表面的包含负极活性物质、导电助剂和粘结剂的电极层，所述负极活性物质是由下述式(1)所示的合金与碳系材料混合而成的，SixZnyMzAa (1)上述式(1)中，M为选自由V、Sn、Al、C、以及它们的组合组成的组中的至少1种金属，A为不可避免的杂质，x、y、z和a表示质量％的值，此时，0<x<100、0<y<100、0<z<100，并且0≤a<0.5、x+y+z+a＝100。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.11.22 JP 2012-2569201.一种电气设备用负极，其具有集电体、以及配置于所述集电体的表面的包含负极活性物质、导电助剂和粘结剂的电极层，所述负极活性物质是由下述式(1)所示的合金与碳系材料混合而成的，SixZnyMzAa(1)上述式(1)中，M为Sn，A为不可避免的杂质，x、y、z和a表示质量％的值，此时，23<x<64、0<y<65、4≤z<34，并且0≤a<0.5、x+y+z+a＝100，和其中，所述合金的平均粒径小于所述碳系材料的平均粒径。2.一种电气设备用负极，其具有集电体、以及配置于所述集电体的表面的包含负极活性物质、导电助剂和粘结剂的电极层，所述负极活性物质是由下述式(1)所示的合金与碳系材料混合而成的，SixZnyMzAa(1)上述式(1)中，M为Sn，A为不可避免的杂质，x、y、z和a表示质量％的值，此时，23<x<44、0<y<65、34≤z≤58，并且0≤a<0.5、x+y+z+a＝100，和其中，所述合金的平均粒径小于所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：山本健介，渡边学，三木文博，真田贵志，千叶启贵，
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
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