负极活性材料和电池制造技术

提供能够提供优越循环特性的具有高容量的负极活性材料及使用其的电池。负极包含能够与锂反应的负极活性材料。该负极活性材料至少包含锡、铁、和碳作为构成元素。碳含量为１１．９重量％－２９．７重量％，且相对锡和铁的总量的铁的比例为２６．４重量％－４８．５重量％。从而，在保持高容量的同时，改善循环特性。

【技术实现步骤摘要】
负极活性材料和电池相关申请的交叉引用本专利技术包含与2005年5月19日向日本专利局提交的日本专利申请JP2005-147074、2005年10月7日向日本专利局提交的日本专利申请JP2005-295359和2006年1月23日向日本专利局提交的日本专利申请JP2006-13911相关的主题，其全部内容在此引入作为参考。
本专利技术涉及含锡(Sn)、铁(Fe)和碳(C)作为构成元素的负极活性材料及使用该负极活性材料的电池。
技术介绍
近年来，已引入了许多便携式电子设备如组合照相机(磁带录像机)、移动电话、和笔记本个人电脑，且已进行了这些设备的小型化和轻型化。已经积极促进了用于改善用作这种电子设备的便携式电源的电池、特别是作为关键部件的二次电池的能量密度的研究和开发。具体地说，与作为传统的含水电解液二次电池的铅蓄电池或镍镉电池相比，非水电解质二次电池(例如，锂离子二次电池)提供较高的能量密度。因此，已在各个领域中考虑其改善。作为用于锂离子二次电池的负极活性材料，展现出相对高容量和有利的循环特性的碳材料如非可石墨化碳和石墨已被广泛使用。但是，考虑到最近对于高容量的要求，获得碳材料的更高容量成为一个任务。基于这种背景，已开发出以通过选择碳化的原材料和制备条件的碳材料获得高容量的技术(例如，参考日本未审专利申请公开No.H08-315825)。但是，在使用这种碳材料的情况下，相对锂(Li)的负极放电电压为0.8V-1.0V，且当形成电池时电池放电电压变低，因此考虑到电池能量密度，无法期望显著的改善。此外，有这样的缺点：充电和放电曲线形状的滞后大，且每次充电和放电循环的能量效率低。-->同时，作为超过碳材料的高容量负极，还促进了对于合金材料的研究，该合金材料应用这样的事实：某些金属与锂电化学合金化，且该合金可逆地产生和分解。例如，已开发出使用Li-Al合金或Sn合金的高容量负极，且此外已开发出由Si合金制成的高容量负极(例如，参考美国专利No.4950566)。但是，这有很大的缺点：Li-Al合金、Sn合金、或Si合金通过充电和放电而膨胀和收缩，且每次充电和放电时负极被粉化，因此循环特性非常差。因此，作为改善循环特性的方法，已考虑通过将锡或硅(Si)合金化抑制这种膨胀。例如，已提出将过渡金属如铁和锡合金化(例如，参考日本未审专利申请公开No.2004-22306、2004-63400和2005-78999，“Journal of TheElectrochemical Society”，1999，Vol.146，p.405，“Journal of TheElectrochemical Society”，1999，Vol.146，p.414和“Journal of TheElectrochemical Society”，1999，Vol.146，p.423)。此外，已提出Mg2Si等(例如，参考“Journal of The Electrochemical Society”，1999，Vol.146，p.4401)。
技术实现思路
但是，即使在使用上述方法的情况下，实际情况也是改善循环特性的效果不足，且没有充分利用合金材料中高容量负极的优势。考虑到以上所述，在本专利技术中，期望提供具有高容量并提供优越循环特性的负极活性材料和使用该负极活性材料的电池。根据本专利技术的实施方式，提供一种负极活性材料，其中至少包含锡、铁和碳作为构成元素，碳含量为11.9重量％-29.7重量％，且相对铁和锡的总量的铁的比例为26.4重量％-48.5重量％。根据本专利技术的实施方式，提供一种电池，包括正极、负极和电解质，其中该负极包含负极活性材料，该负极活性材料至少包含锡、铁和碳作为构成元素，在该负极活性材料中，碳含量为11.9重量％-29.7重量％，且相对铁和锡的总量的铁的比例为26.4重量％-48.5重量％。根据本专利技术实施方式的负极活性材料，由于包含锡作为构成元素，可获得高容量。此外，由于包含铁作为构成元素且相对铁和锡的总量的铁的比例为26.4重量％-48.5重量％，在保持高容量的同时，可改善循环特性。-->此外，由于包含碳作为构成元素且碳含量为11.9重量％-29.7重量％，可进一步改善循环特性。因此，根据使用该负极活性材料的本专利技术实施方式的电池，可获得高容量，且可获得优越的循环特性。此外，当在该负极活性材料中包含银(Ag)作为构成元素时，可减小对电解质的反应性，且可更加改善循环特性。特别地，当负极活性材料中银含量为0.1重量％-9.9重量％时，可获得更高的容量。此外，当在该负极活性材料中包含硅作为构成元素时，可获得更高的容量。而且，当在该负极活性材料中包含选自铝(Al)、钛(Ti)、钒(V)、铬(Cr)、铌(Nb)和钽(Ta)的至少一种、和选自钴(Co)、镍(Ni)、铜(Cu)、锌(Zn)、镓(Ga)和铟(In)的至少一种作为构成元素时，可更加改善循环特性。特别地，当其含量分别为0.1重量％-9.9重量％和0.5重量％-14.9重量％时，可获得更高的容量。另外，当在电解质中包含具有卤原子的环状碳酸酯衍生物时，可抑制在该负极中溶剂的分解反应，且可进一步改善循环特性。此外，当除环状碳酸酯衍生物外还包含环状硫化合物时，可更加抑制该溶剂的分解反应，且可获得更高的效果。本专利技术的其他和进一步的目的、特征和优点将从以下描述中更加充分地体现。附图说明图1为展示根据本专利技术实施方式的二次电池的结构的横截面；图2为展示图1中所示二次电池的螺旋卷绕电极体的放大部分的横截面；图3为展示根据本专利技术实施方式的另一二次电池的结构的分解透视图；图4为展示沿图3中所示螺旋卷绕电极体的线I-I的结构的横截面；图5为展示在实施例中制造的硬币型电池的结构的横截面；图6为展示负极活性材料中碳含量与容量保持率和初始充电容量之间的关系的特性图；图7为展示负极活性材料中相对锡和铁的总量的铁的比例与容量保持率和初始充电容量之间的关系的特性图；-->图8为展示负极活性材料中相对锡和铁的总量的铁的比例与容量保持率和初始充电容量之间的关系的另一特性图；图9为展示负极活性材料中相对锡和铁的总量的铁的比例与容量保持率和初始充电容量之间的关系的另一特性图；图10为展示负极活性材料中碳含量与容量保持率和初始充电容量之间的关系的另一特性图；图11为展示负极活性材料中相对锡和铁的总量的铁的比例与容量保持率和初始充电容量之间的关系的另一特性图；图12为展示负极活性材料中相对锡和铁的总量的铁的比例与容量保持率和初始充电容量之间的关系的另一特性图；和图13为展示负极活性材料中相对锡和铁的总量的铁的比例与容量保持率和初始充电容量之间的关系的另一特性图。具体实施方式下面将参考附图详细描述本专利技术的实施方式。根据本专利技术实施方式的负极活性材料能够与锂等反应，且包含锡和铁作为构成元素。锡具有每单位重量的高的锂反应量，且提供高容量。此外，尽管通过锡单质难以提供足够的循环特性，但可通过包含铁来改善循环特性。对于铁含量，相对锡和铁的总量的铁的比例优选为26.4重量％-48.5重量％，且相对锡和铁的总量的铁的比例更优选为29.3重量％-45.5重量％。当该比例低时，铁含量减小且难以获得充分的循环特性。同时，当该比例高时，锡含量减小，且本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种负极活性材料，其中至少包含锡（Ｓｎ）、铁（Ｆｅ）、和碳（Ｃ）作为构成元素，且碳含量为１１．９重量％－２９．７重量％，且相对锡和铁的总量的铁的比例为２６．４重量％－４８．５重量％。

【技术特征摘要】
JP 2005-5-19 147074/05;JP 2005-10-7 295359/05;JP 21.一种负极活性材料，其中至少包含锡(Sn)、铁(Fe)、和碳(C)作为构成元素，且碳含量为11.9重量％-29.7重量％，且相对锡和铁的总量的铁的比例为26.4重量％-48.5重量％。2.权利要求1的负极活性材料，其中进一步包含银(Ag)作为构成元素。3.权利要求2的负极活性材料，其中银含量为0.1重量％-9.9重量％。4.权利要求1的负极活性材料，其中包含由选自铝(Al)、钛(Ti)、钒(V)、铬(Cr)、铌(Nb)和钽(Ta)的至少一种构成的第一元素和由选自钴(Co)、镍(Ni)、铜(Cu)、锌(Zn)、镓(Ga)和铟(In)的至少一种构成的第二元素作为构成元素。5.权利要求4的负极活性材料，其中该第一元素含量为0.1重量％-9.9重量％。6.权利要求4的负极活性材料，其中该第二元素含量为0.5重量％-14.9重量％。7.权利要求1的负极活性材料，其中进一步包含硅(Si)作为构成元素。8.权利要求7的负极活性材料，其中硅含量为0.5重量％-7.9重量％。9.一种电池，包括：正极；负极；和电解质，其中该负极包含负极活性材料，该负极活性材料至少包含锡(Sn)、铁(Fe)、和碳(C)作为构成元素，且在该负极活性材料中，碳含量为11.9重量％-29.7重量％，且相对锡和铁的总量的铁的比例为26.4重量％-48.5重量％。10.权利要求9的电池，其中该负极...

【专利技术属性】
技术研发人员：石原英贵，堀内博志，
申请(专利权)人：索尼株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]