非水电解质二次电池用负极材料和非水电解质二次电池制造技术

非水电解质二次电池用负极活性物质具备复合颗粒，所述复合颗粒包含：锂铝酸盐相、和分散于锂铝酸盐相内的硅相。散于锂铝酸盐相内的硅相。散于锂铝酸盐相内的硅相。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】非水电解质二次电池用负极材料和非水电解质二次电池


[0001]本公开主要涉及非水电解质二次电池的负极的改良。

技术介绍

[0002]非水电解质二次电池、特别是锂离子二次电池具有高电压且高能量密度，因此，期待作为小型民用用途、电力储藏装置和电动汽车的电源。在要求电池的高能量密度化的过程中，期待与锂合金化的包含硅(silicon)的材料的利用作为理论容量密度高的负极活性物质。
[0003]专利文献1中，提出了一种负极活性物质(以下，也称为LSX)，其具备Li
2z
SiO
2+z
(0<z<2)所示的锂硅酸盐相、和分散于锂硅酸盐相内的硅颗粒。
[0004]现有技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献1：国际公开第2016/35290号小册子

技术实现思路

[0007]LSX与SiO2相内分散有硅颗粒的SiOx相比，不可逆容量小，初始的充放电效率增大。
[0008]然而，LSX中的锂硅酸盐相的耐碱性(对Li的稳定性)低，初始的充电时仍然与Li离子有时产生副反应，要求初始充放电效率的进一步的改善。
[0009]鉴于以上，本公开的一方案涉及一种非水电解质二次电池用负极活性物质，其具备复合颗粒，所述复合颗粒包含：锂铝酸盐相、和分散于前述锂铝酸盐相内的硅相。
[0010]本公开的另一方案涉及一种非水电解质二次电池，其具备：正极、负极和非水电解质，前述负极包含上述非水电解质二次电池用负极活性物质。
[0011]根据本公开，可以抑制非水电解质二次电池的初始的充放电效率的降低。
附图说明
[0012]图1为示出本公开的一实施方式的负极活性物质(复合颗粒)的XRD谱图的例子的图。
[0013]图2为示意性示出本公开的一实施方式的负极活性物质(复合颗粒)的剖视图。
[0014]图3为切去了本公开的一实施方式的非水电解质二次电池的一部分的立体简图。
具体实施方式
[0015][非水电解质二次电池用负极活性物质][0016]本公开的实施方式的非水电解质二次电池用负极活性物质具备复合颗粒(以下，也称为LAX颗粒)，所述复合颗粒包含：锂铝酸盐相、和分散于锂铝酸盐相内的硅相。
[0017]LAX颗粒中的锂铝酸盐相与锂硅酸盐相内分散有硅相的LSX颗粒中的锂硅酸盐相
相比，耐碱性优异。由此，LAX颗粒中，初始的充电时与Li离子的副反应比LSX颗粒还被抑制，伴有副反应的负极活性物质的劣化和其所导致的初始容量的降低被抑制。即，初始的充放电效率的降低被高度抑制。
[0018]LAX颗粒实质上可以不含锂硅酸盐和SiO2。LAX颗粒可以包含锂硅酸盐和SiO2，但期望为少量。加合了LAX颗粒中的锂硅酸盐和SiO2的含量例如可以为3质量％以下。
[0019]LAX颗粒中，优选相对于除氧以外的元素的整体而言的铝的含有比率Mal为10质量％以上且47质量％以下，且相对于除氧以外的元素的整体而言的锂的含有比率MLi为0.7质量％以上且13.5质量％以下。铝的含有比率MAl和锂的含有比率MLi为上述范围内的情况下，容易得到稳定性和离子传导性优异的铝酸盐相。需要说明的是，上述稳定性包含化学稳定性(耐碱性)和热稳定性这两者。铝的含有比率MAl更优选11.5质量％以上且45.5质量％以下。锂的含有比率MLi更优选1.0质量％以上且9.5质量％以下。
[0020]另外，从容易得到稳定性和离子传导性优异的锂铝酸盐相的观点出发，铝的含有比率MAl相对于锂的含有比率MLi之比：MAl/MLi优选2以上且20以下。MAl/MLi更优选4以上且12以下。
[0021]从兼顾高容量化和循环特性改善的观点出发，LAX颗粒中，相对于除氧以外的元素的整体而言的硅的含有比率MSi例如优选40质量％以上且90质量％以下，更优选50.8质量％以上且85.5质量％以下。上述的硅的含有比率MSi为构成LAX颗粒中的硅相的Si的量。
[0022]由复合颗粒的X射线衍射(XRD)测定得到的复合颗粒的XRD谱图中，可以在2θ＝x
°
附近观测到源自锂铝酸盐相的峰。x
°
为选自由19.4
°
、22.3
°
、31.9
°
、34.3
°
和37.5
°
组成的组中的至少1者。XRD测定的X射线中使用Cu的Kα射线。需要说明的是，本说明书中，x
°
附近是指例如为x
±1°
的范围内。
[0023]锂铝酸盐相内可以分散有Al2O3相。结晶性高的微细的Al2O3相可以以岛状分布在铝酸盐相的基质中。该情况下，伴有硅相的膨胀收缩的铝酸盐相的膨胀、破裂容易被抑制，循环特性容易改善。该情况下，由X射线衍射测定得到的复合颗粒的X射线衍射谱图中，在2θ＝25.4
°
附近可以观测到源自Al2O3相的峰。LAX颗粒中的Al2O3相的含量例如为0质量％以上且10质量％以下。
[0024]此处，图1示出本公开的一实施方式的负极活性物质(复合颗粒)的XRD谱图的例子。图1中的实线所示的XRD谱图表示MAl/MLi大的富含Al的复合颗粒(LAX2)的XRD谱图。图1中的虚线所示的XRD谱图表示MAl/MLi小的富含Li的复合颗粒(LAX4)的XRD谱图。LAX2对应于后述的实施例2(电池A2)，LAX4对应于后述的实施例4(电池A4)。
[0025]LAX2、4均在2θ＝28
°
附近观察到源自硅相的Si(111)面的峰。富含Al的LAX2中，在2θ＝25.4
°
附近观察到源自Al2O3相的峰。
[0026]图1中的(i)～(v)表示源自锂铝酸盐相的峰。LAX2中，在2θ＝19.4
°
附近和2θ＝31.9
°
附近观察到源自锂铝酸盐相的Li2Al4O7和LiAlO2的峰(图1中的(i)和(ii)的峰)。另外，LAX2中，在2θ＝37.5
°
附近观察到源自锂铝酸盐相的Li2Al4O7和LiAl5O8的峰(图1中的(iii)的峰)。
[0027]LAX4中，在2θ＝22.3
°
附近和2θ＝34.3附近观察到源自锂铝酸盐相的LiAlO2和Li5AlO4的峰(图1中的(iv)和(v)的峰)。
[0028]复合颗粒具有作为海部的锂铝酸盐相内分散有作为岛部的微细的硅相的海岛结
构。锂铝酸盐相具有良好的离子传导性，隔着锂铝酸盐相硅相所产生的锂离子的吸储和释放顺利地进行。通过分散于锂铝酸盐相的硅相的量的控制可以实现高容量化。由锂铝酸盐相可缓和硅相的膨胀收缩。由此，可以容易实现电池的高容量化与循环特性的改善的兼顾。从硅相的膨胀收缩的缓和的观点出发，锂铝酸盐相可以为非晶态。
[0029]复合颗粒中，包含锂铝酸盐相和硅相本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种非水电解质二次电池用负极活性物质，其具备复合颗粒，所述复合颗粒包含：锂铝酸盐相、和分散于所述锂铝酸盐相内的硅相。2.根据权利要求1所述的非水电解质二次电池用负极活性物质，其中，所述复合颗粒中，相对于除氧以外的元素的整体而言的铝的含有比率MAl为10质量％以上且47质量％以下，且相对于除氧以外的元素的整体而言的锂的含有比率MLi为0.7质量％以上且13.5质量％以下。3.根据权利要求2所述的非水电解质二次电池用负极活性物质，其中，所述铝的含有比率MAl相对于所述锂的含有比率MLi之比：MAl/MLi为2以上且20以下。4.根据权利要求1～3中任一项所述的非水电解质二次电池用负极活性物质，其中，所述锂铝酸盐相包含选自由LiAl5O8、Li2Al4O7、LiAlO2和Li5AlO4组成的组中的至少1种。5.根据权利要求1～4中任一项所述的非水电解质二次电池用负极活性物质，其中，由X射线衍射测定得到的所述复合颗粒的X射线衍射谱图中，源自所述锂铝酸盐相的峰出现在2θ＝x
°<...

【专利技术属性】
技术研发人员：朝野泰介，上平峻己，关直贵，
申请(专利权)人：松下知识产权经营株式会社，
类型：发明
国别省市：