负极复合体及二次电池制造技术

本发明专利技术的课题在于提供一种针对将碱金属用作负极时的碱金属的析出的对策。通过包含负极活性物质和物质X的负极复合体来解决上述课题，所述负极活性物质包含Li和能够固溶于Li的元素M作为主成分，所述物质X具有比负极活性物质高的氧化还原电位或不具有电极活性。质高的氧化还原电位或不具有电极活性。质高的氧化还原电位或不具有电极活性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】负极复合体及二次电池


[0001]本专利技术涉及负极复合体及二次电池。更具体地，本专利技术涉及一种负极复合体以及包含所述负极复合体的二次电池，所述负极复合体包含：负极活性物质，其包含Li和能够固溶于Li的元素M作为主成分；以及物质X，其具有比负极活性物质高的氧化还原电位或不具有电极活性。

技术介绍

[0002]近年来，在电动汽车、混合动力汽车等汽车、太阳能电池、风力发电等发电装置中，用于储存电力的锂离子二次电池的需求增大。
[0003]另外，从确保安全性的观点出发，电解质层不使用液体而使用固体电解质的全固体电池正在被积极研究。
[0004]这些锂离子二次电池作为手机或小型设备的电力源而被广泛使用，也被列举为电动汽车的电源的候补。但是，与汽油车相比能量密度低，为了使续航距离相等，需要更高的能量密度。
[0005]但是，对实用化的锂离子二次电池中所用的碳负极进行改良已经达到了极限，需要具有更高容量的负极材料。但是，使用碳以外的负极的新型负极材料在充电时在负极容易引起锂的树枝状析出，析出的金属刺破隔膜从而引发正极和负极的内部短路，伴随着起火的危险性。
[0006]为了得到解决了这一点的新型负极材料，进行了各种尝试，存在几个报告例。例如，公开了一种混合有Si的鳞片状微粉末和碳的负极材料(专利文献1)。在另一例中，公开了一种在Cu或Cu合金的集电体上具有能够吸藏、脱离Li的金属间化合物作为活性物质层的非水二次电池用负极(专利文献2)。在又一例中，公开了一种负极，其中交替层叠总共三层以上的包含不与Li合金化的金属的薄膜层和包含能够与Li合金化的金属元素或金属元素的化合物的薄膜层(专利文献3)。
[0007]这些例子是不使用Li系金属作为负极而试图得到新的负极材料的尝试。另一方面，Li系金属负极具有大的理论容量(3861mAh g
‑1)和最低的氧化还原电位(
‑
3.045Vvs.SHE)，因此是实现高能量密度的最有吸引力的物质。通过使用Li系的金属负极，能够构筑能量密度高的电池。作为将Li系的金属负极用于负极的尝试，例如公开了一种在热分解氧化石墨的表面使用锂金属化合物的负极(专利文献4)。
[0008]现有技术文件
[0009]专利文献
[0010]专利文献1：日本专利技术专利公开公报2015
‑
032447号
[0011]专利文献2：日本专利技术专利公开公报2004
‑
319457号
[0012]专利文献3：日本专利技术专利公开公报2004
‑
103476号
[0013]专利文献4：日本专利技术专利公开公报2002
‑
008653号

技术实现思路

[0014]本专利技术要解决的问题
[0015]但是，例如专利文献4所述，在使用Li系金属作为负极时，也会产生碱金属的树枝状析出，诱发内部短路。在全固体型电池中，碱金属的树枝状析出也会诱发内部短路，成为电池性能大幅度劣化的原因。因此，使用Li系金属的负极的实用化尚未进展。本专利技术的课题在于提供一种作为新型负极材料，使用Li系金属，同时能够抑制碱金属的树枝状析出的更优异的负极材料。
[0016]解决问题的手段
[0017]本专利技术的专利技术人等进行了深入研究，结果发现，通过包含负极活性物质和物质X的负极复合体，可以解决上述课题，从而完成了本专利技术。所述负极活性物质包含Li和能够固溶于Li的元素M作为主成分，所述物质X的氧化还原电位比所述负极活性物质高或不具有电极活性。
[0018]这样，根据本专利技术，提供一种负极复合体，其包含负极活性物质和物质X，所述负极活性物质包含Li和能够固溶于Li的元素M作为主成分，所述物质X具有比负极活性物质高的氧化还原电位或不具有电极活性。
[0019]另外，根据本专利技术，提供一种负极复合体，其具备包含负极活性物质的负极层，所述负极活性物质包含Li和Mg作为主成分。
[0020]另外，根据本专利技术，提供一种二次电池，其具备上述负极复合体、与薄层相接的电解质层、以及包含正极活性物质的正极复合体。
[0021]本专利技术的效果
[0022]根据本专利技术，可以提供一种具有优异的溶解析出特性的新型负极复合体。
附图说明
[0023]图1A是对称电池1的概略图。
[0024]图1B是对称电池2的概略图。
[0025]图1C是对称电池3的概略图。
[0026]图2是对称电池1及对称电池3的恒流循环试验的结果。
[0027]图3是对称电池2及对称电池3的恒流循环试验的结果。
[0028]图4是短路后的对称电池1的剖面的SEM图像。
[0029]图5是短路后的对称电池2的剖面的SEM图像。
[0030]图6是短路后的对称电池3的剖面的SEM图像。
[0031]图7是对称电池4的概略图。
[0032]图8是对称电池4的恒流循环试验的结果。
[0033]图9是短路后的对称电池4的剖面的SEM图像。
[0034]图10是短路后的对称电池1的界面的XRD测定的结果。
[0035]图11是短路后的对称电池2的界面的XRD测定的结果。
[0036]图12是短路后的对称电池4的界面的XRD测定的结果。
[0037]图13A是短路后的对称电池1的界面的SEM图像。
[0038]图13B是短路后的对称电池1的界面的Mg的SEM
‑
EDS图像。
[0039]图14A是短路后的对称电池2的界面的SEM图像。
[0040]图14B是短路后的对称电池2的界面的Sn的SEM
‑
EDS图像。
[0041]图15A是短路后的对称电池4的界面的SEM图像。
[0042]图15B是短路后的对称电池4的界面的Sn的SEM
‑
EDS图像。
[0043]图16是对称电池2、对称电池5及对称电池6的恒流循环试验的结果。
[0044]图17是对称电池7的恒流循环试验的结果。
[0045]图18是短路后的对称电池7的界面的XRD测定的结果。
[0046]图19是短路后的对称电池7的界面的SEM图像。
[0047]图20A是短路后的对称电池7的界面的Sn的SEM
‑
EDS图像。
[0048]图20B是短路后的对称电池7的界面的I的SEM
‑
EDS图像。
[0049]图21A是对称电池3的常温下的恒流循环试验的结果。
[0050]图21B是对称电池4的常温下的恒流循环试验的结果。
[0051]图22是常温下的恒流循环试验后的对称电池3及对称电池4的界面的XRD测定的结果。
[0052]图23是常温下的恒流循环试验后的对称电池4的界面的SEM图像。
具体实施方式
[0053](负极复合体)
本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种负极复合体，其包含：(1)包含Li和能够固溶于Li的元素M作为主成分的负极活性物质，(2)具有比所述负极活性物质高的氧化还原电位或不具有电极活性的物质X。2.根据权利要求1所述的负极复合体，其中，所述负极复合体具备：包含所述负极活性物质的负极层、以及层叠于所述负极层上且包含所述物质X作为主成分的薄层。3.根据权利要求1或2所述的负极复合体，其中，所述负极活性物质包含所述Li和所述元素M的固溶体作为主成分。4.根据权利要求1
‑
3中任意一项所述的负极复合体，其中，所述负极活性物质为所述Li和所述元素M的固溶体。5.根据权利要求2所述的负极复合体，其中，所述负极层为所述Li和所述元素M的固溶体的层。6.根据权利要求1
‑
5中任意一项所述的负极复合体，其中，所述Li与所述元素M的摩尔比为Li：元素M＝0.999：0.001
‑
0.300：0.700。7.根据权利要求1
‑
6中任意一项所述的负极复合体，其中，所述元素M为选自Mg、Al、Zn、Au、Ag、Pt、Na、In和Bi中的至少一种元素。8.根据权利要求1
‑
7中任意一项所述的负极复合体，其中，所述物质X具有10
‑8S
·
cm
‑1以上的离子传导性。9.根据权利要求1
‑
8中任意一项所述的负极复合体，其中，所述物质X为能够与Li合金化但不能固溶于Li的金属或半金属、和/或该金属或半金属与Li的合金。10.根据权利要求9所述的负极复合体，其中，所述金属或半金属为选自Sn、Ni、Fe和Si中的至少一种。11.根据权利要求2和5、直接或间接引用权利要求2时的权利要求3、4以及6
‑
10中任意一项所述的负极复合体，其中，所述薄层具有5
‑
500nm范围的厚度。12.根据权利要求1
‑
11中任意一项所述的负极复合体，其中，所述元素M为Mg。13.根据权利要求1
‑
12中任意一项所述的负极复合体，其中，所述物质X为Sn和/或Sn与Li的合金。14.一种负极复合体，其具备负极层，所述负极层包含...

【专利技术属性】
技术研发人员：作田敦，稻冈嵩晃，林晃敏，辰巳砂昌弘，
申请(专利权)人：公立大学法人大阪，
类型：发明
国别省市：