活性物质、负极层、电池及它们的制造方法技术

本公开为活性物质、负极层、电池及它们的制造方法。作为课题，本公开的主要目的是提供由充放电导致的体积变化小的活性物质。在本公开中，通过提供下述活性物质来解决所述课题，所述活性物质具有硅包合物II型的结晶相，在一次粒子的内部具有空隙，细孔直径为100nm以下的空隙的空隙量A大于0.15cc/g且为0.40cc/g以下。下。下。

【技术实现步骤摘要】
活性物质、负极层、电池及它们的制造方法


[0001]本公开涉及活性物质、负极层、电池及它们的制造方法。

技术介绍

[0002]近年来，积极地进行着电池的开发。例如，在汽车产业界，正在进行电动汽车(BEV)或混合动力汽车(HEV)中所使用的电池的开发。另外，作为在电池中所使用的活性物质，已知Si。
[0003]例如，在专利文献1中公开了一种含有硅粒子等的合金系负极活性物质粒子的全固体电池系统。另一方面，在专利文献2中公开了：作为锂离子电池的负极活性物质，在计算上能够使用硅包合物(silicon clathrate)。另外，在专利文献3、4中公开了一种具有硅包合物II型的结晶相、并且在一次粒子的内部具有空隙的活性物质。
[0004]在先技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献1：日本特开2017
‑
059534号公报
[0007]专利文献2：美国专利申请公开第2012/0021283号说明书
[0008]专利文献3：日本特开2021
‑
158003号公报
[0009]专利文献4：日本特开2021
‑
158004号公报

技术实现思路

[0010]Si的理论容量大，对电池的高能量密度化有效。另一方面，Si的充放电时的体积变化大。
[0011]本公开是鉴于上述实际情况而完成的，其主要目的是提供由充放电导致的体积变化小的活性物质。
[0012][1]一种活性物质，具有硅包合物II型的结晶相，在一次粒子的内部具有空隙，细孔直径为100nm以下的所述空隙的空隙量A大于0.15cc/g且为0.40cc/g以下。
[0013][2]一种活性物质，具有硅包合物II型的结晶相，在一次粒子的内部具有空隙，细孔直径为50nm以下的所述空隙的空隙量B大于0.065cc/g且为0.25cc/g以下。
[0014][3]根据[2]所述的活性物质，细孔直径为100nm以下的所述空隙的空隙量A为0.05cc/g以上且0.40cc/g以下。
[0015][4]根据[1]～[3]的任一项所述的活性物质，在使用CuKα射线的X射线衍射测定中，作为所述硅包合物II型的所述结晶相的峰，观察到位于2θ＝20.09
°±
0.50
°
的峰A和位于2θ＝31.72
°±
0.50
°
的峰B，在将所述峰A的强度记为I
A
、将所述峰B的强度记为I
B
、将2θ＝22
°
～23
°
处的最大强度记为I
M
的情况下，I
A
/I
M
为1.75以上且2.00以下，I
B
/I
M
为1.35以上且1.75以下。
[0016][5]一种负极层，含有[1]～4]的任一项所述的活性物质。
[0017][6]一种电池，是具有正极层、负极层和配置于所述正极层与所述负极层之间的电
解质层的电池，所述负极层为[5]所述的负极层。
[0018][7]一种活性物质的制造方法，是[1]～4]的任一项所述的活性物质的制造方法，具有：使Na源和Si源反应而得到Na
‑
Si合金的合金化工序；以及，将所述Na
‑
Si合金加热，使所述Na
‑
Si合金中的Na量减少，生成硅包合物II型的结晶相的硅包合物生成工序，在所述硅包合物生成工序中，使用捕捉所述Na
‑
Si合金中的Na的捕捉剂，作为所述Si源，使用细孔直径为50nm以下的空隙的空隙量C为0.02cc/g以上且0.20cc/g以下的粒子。
[0019][8]一种负极层的制造方法，具有：采用[7]所述的活性物质的制造方法来制造活性物质的活性物质制造工序；以及，使用所述活性物质来形成负极层的负极层形成工序。
[0020][9]根据[8]所述的负极层的制造方法，所述负极层形成工序具有将所述负极层在厚度方向上进行压制的压制处理，通过所述压制处理来使所述活性物质中的细孔直径为50nm以下的所述空隙的空隙量D为0.035cc/g以上且0.11cc/g以下。
[0021][10]根据[9]所述的负极层的制造方法，通过所述压制处理来使所述活性物质中的细孔直径为100nm以下的所述空隙的空隙量E为0.053cc/g以上且0.16cc/g以下。
[0022][11]一种电池的制造方法，具有：采用[7]所述的活性物质的制造方法来制造活性物质的活性物质制造工序；以及，使用所述活性物质来形成负极层的负极层形成工序。
[0023]在本公开中，获得了能够得到由充放电导致的体积变化小的活性物质的效果。
附图说明
[0024]图1是说明Si的结晶相的概略立体图。
[0025]图2是例示本公开中的电池的概略截面图。
[0026]图3是例示本公开中的活性物质的制造方法的流程图。
[0027]图4是针对在实施例1～3及比较例1中得到的活性物质的XRD测定的结果。
[0028]附图标记说明
[0029]1…
正极层
[0030]2…
负极层
[0031]3…
电解质层
[0032]4…
正极集电体
[0033]5…
负极集电体
[0034]10
…
电池
具体实施方式
[0035]以下对本公开中的活性物质、负极层、电池及它们的制造方法进行详细说明。
[0036]A.活性物质
[0037]本公开中的活性物质，具有硅包合物II型的结晶相，在一次粒子的内部具有空隙，细孔直径为100nm以下的空隙的空隙量A、或者细孔直径为50nm以下的空隙的空隙量B多。
[0038]本公开中的活性物质，具有硅包合物II型的结晶相。如图1(a)所示，在硅包合物II型的结晶相中，采用多个Si元素来形成包含五边形或六边形的多面体(笼状体)。该多面体在内部具有能够包容Li离子等金属离子的空间。通过向该空间插入金属离子，能够抑制由充放电导致的体积变化。特别是在全固体电池中，为了抑制由充放电导致的体积变化，一般
需要赋予高的约束压力，但是，通过使用本公开中的活性物质，能够实现约束压力的降低，作为结果，能够抑制约束治具(jig)的大型化。
[0039]另一方面，通常的Si具有金刚石型的结晶相。如图1(b)所示，在金刚石型的Si结晶相中，采用多个Si元素来形成四面体。四面体在内部不具有能够包容Li离子等金属离子的空间，因此难以抑制由充放电导致的体积变化。因此，耐久性容易恶化。
[0040]另外，本公开中的活性物质，在一次粒子的内部具有空隙。如上所述，由于硅包合物II型的结晶相具有能够包容Li离子等金属离子的笼状体，因此能够抑制本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种活性物质，具有硅包合物II型的结晶相，在一次粒子的内部具有空隙，细孔直径为100nm以下的所述空隙的空隙量A大于0.15cc/g且为0.40cc/g以下。2.一种活性物质，具有硅包合物II型的结晶相，在一次粒子的内部具有空隙，细孔直径为50nm以下的所述空隙的空隙量B大于0.065cc/g且为0.25cc/g以下。3.根据权利要求2所述的活性物质，细孔直径为100nm以下的所述空隙的空隙量A为0.05cc/g以上且0.40cc/g以下。4.根据权利要求1或2所述的活性物质，在使用CuKα射线的X射线衍射测定中，作为所述硅包合物II型的所述结晶相的峰，观察到位于2θ＝20.09
°±
0.50
°
的峰A和位于2θ＝31.72
°±
0.50
°
的峰B，在将所述峰A的强度记为I
A
、将所述峰B的强度记为I
B
、将2θ＝22
°
～23
°
处的最大强度记为I
M
的情况下，I
A
/I
M
为1.75以上且2.00以下，I
B
/I
M
为1.35以上且1.75以下。5.一种负极层，含有权利要求1或2所述的活性物质。6.一种电池，是具有正极层、负极层和配置于所述正极层与所述负极...

【专利技术属性】
技术研发人员：大泷光俊，吉田淳，原田正则，山口泰弘，浦部晃太，江口达也，
申请(专利权)人：丰田自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：