活性物质及其制造方法和电极及二次电池技术

活性物质包含以下元素作为构成元素：锂；硅；氧；第一元素，包含硼以及磷中的至少一方；第二元素，包含碱金属元素(不包括锂。)、过渡元素以及主族元素(不包括锂、硅、氧、硼、磷、碱金属元素以及碱土类金属元素。)中的至少一种；以及第三元素，包含碱土类金属元素。硅在除了锂、氧以及碳以外的全部构成元素中的含量为60原子％以上且98原子％以下，第一元素在该全部构成元素中的含量为1原子％以上且15原子％以下，第二元素在该全部构成元素中的含量为1原子％以上且34原子％以下，第三元素在该全部构成元素中的含量为0原子％以上且6原子％以下。在使用X射线光电子分光法(XPS：X

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】活性物质及其制造方法和电极及二次电池


[0001]本技术涉及活性物质及其制造方法和电极及二次电池。

技术介绍

[0002]移动电话等多种电子设备正在普及。因此，作为小型且轻量并且可以得到高能量密度的电源，二次电池的开发正在进行。该二次电池具备电极(正极以及负极)以及电解液，该电极包含参与电极反应的活性物质。二次电池的结构会对电池特性造成影响，因此关于该二次电池的结构进行了各种研究。
[0003]具体而言，通过加热二氧化硅而产生氧化硅气体，并且使该氧化硅气体凝结，由此得到氧化硅(SiO
x
)的粉末(例如，参照专利文献1、2。)。为了改善使用了氧化硅作为负极活性物质的二次电池的循环特性等，在该氧化硅中添加了不同元素(例如，参照专利文献3、4。)。为了得到高容量用途的负极活性物质，使用了辉石硅酸化合物，并且采用了使用了还原性气体的氧化锡(SnO
x
)的加热还原物(例如，参照专利文献5、6。)。
[0004]现有技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献1：日本特开昭63
‑
103815号公报
[0007]专利文献2：日本特开2007
‑
290890号公报
[0008]专利文献3：日本特开2011
‑
192453号公报
[0009]专利文献4：国际公开第2019/031518号小册子
[0010]专利文献5：国际公开第2014/050086号小册子
[0011]专利文献6：日本特开2014
‑
232680号公报

技术实现思路

[0012]为了改善二次电池的电池特性进行了各种研究，但由于其二次电池的充放电特性还不充分，因此还有改善的余地。
[0013]因此，期望能够得到优异的充放电特性的活性物质及其制造方法和电极及二次电池。
[0014]本技术的一个实施方式的活性物质包含以下元素作为构成元素：锂；硅；氧；第一元素，包含硼以及磷中的至少一方；第二元素，包含碱金属元素(不包括锂。)、过渡元素以及主族元素(不包括锂、硅、氧、硼、磷、碱金属元素以及碱土类金属元素。)中的至少一种；以及第三元素，包含碱土类金属元素。硅在除了锂、氧以及碳以外的全部构成元素中的含量为60原子％以上且98原子％以下，第一元素在该全部构成元素中的含量为1原子％以上且15原子％以下，第二元素在该全部构成元素中的含量为1原子％以上且34原子％以下，第三元素在该全部构成元素中的含量为0原子％以上且6原子％以下。在使用X射线光电子分光法(XPS：X
‑
ray Photoelectron Spectroscopy)测定的Si2p的XPS光谱(横轴为结合能(eV)，纵轴为光谱强度)中，检测出在结合能为100eV以上且102eV以下的范围内具有顶点的第一峰。
在使用拉曼光谱法测定的拉曼光谱(横轴为拉曼位移(cm
‑1)，纵轴为光谱强度)中，检测出在拉曼位移为600cm
‑1以上且640cm
‑1以下的范围内具有顶点的第二峰。
[0015]本技术的一个实施方式的活性物质的制造方法，准备硅酸玻璃，硅酸玻璃包含以下元素作为构成元素：硅；氧；第一元素，包含硼以及磷中的至少一方；第二元素，包含碱金属元素(不包括锂。)、过渡元素以及主族元素(不包括锂、硅、氧、硼、磷、碱金属元素以及碱土类金属元素。)中的至少一种；以及第三元素，包含碱土类金属元素，通过将该硅酸玻璃与碳源混合，制成硅酸玻璃与碳源的混合物，通过加热该混合物，形成含有硅、氧、第一元素、第二元素以及第三元素作为构成元素的活性物质前体，通过对该活性物质前体电化学性、化学性或热地添加锂，制造含有锂、硅、氧、第一元素、第二元素以及第三元素作为构成元素的活性物质。硅在该活性物质(除了锂、氧以及碳以外的全部构成元素)中的含量为60原子％以上且98原子％以下，第一元素在该活性物质中的含量为1原子％以上且15原子％以下，第二元素在该活性物质中的含量为1原子％以上且34原子％以下，第三元素在该活性物质中的含量为0原子％以上且6原子％以下。
[0016]本技术的一个实施方式的电极包含活性物质，该活性物质具有与上述的本技术的一个实施方式的活性物质的结构同样的结构。
[0017]本技术的一个实施方式的二次电池具备：正极；负极，包含活性物质；以及电解液，该活性物质具有与上述的本技术的一个实施方式的活性物质的结构同样的结构。
[0018]根据本技术的一个实施方式的活性物质、电极或二次电池，该活性物质包含锂、硅、氧、第一元素、第二元素以及第三元素作为构成元素，同时各构成元素的含量满足上述的条件。另外，在活性物质中，在使用X射线光电子分光法测定的Si2p的XPS光谱中检测出第一峰，并且在使用拉曼光谱法测定的拉曼光谱中检测出第二峰。因此，能够得到优异的充放电特性。
[0019]根据本技术的一个实施方式的活性物质的制造方法，将包含硅、氧、第一元素、第二元素以及第三元素作为构成元素的硅酸玻璃与碳源混合，加热该硅酸玻璃与碳源的混合物而形成活性物质前体，通过对该活性物质前体电化学性、化学性或热地添加锂，制造活性物质，该活性物质中的各构成元素的含量满足上述的条件。因此，能够得到具有优异的充放电特性的活性物质。
[0020]需要说明的是，本技术的效果不一定限定于在此说明的效果，并且可以是与后述的本技术相关联的一系列效果中的任何效果。
附图说明
[0021]图1是表示本技术的一个实施方式的活性物质的结构的截面图。
[0022]图2是使用了XPS的活性物质的分析结果(Si2p的XPS光谱)的一例。
[0023]图3是使用了拉曼光谱法的活性物质的分析结果(拉曼光谱)的一例。
[0024]图4是用于说明本技术的一个实施方式的活性物质的制造方法的流程图。
[0025]图5是表示本技术的一个实施方式的电极以及二次电池(层压膜型)的结构的立体图。
[0026]图6是表示图5所示的电池元件的结构的截面图。
[0027]图7是表示图6所示的正极以及负极各自的结构的俯视图。
[0028]图8是表示二次电池的应用例的结构的框图。
[0029]图9是表示试验用的二次电池(硬币型)的结构的截面图。
具体实施方式
[0030]以下，参照附图对本技术的一个实施方式进行详细说明。需要说明的是，说明的顺序如下所述。
[0031]1.活性物质(活性物质的制造方法)
[0032]1‑
1.结构
[0033]1‑
2.物性
[0034]1‑
3.制造方法
[0035]1‑
4.作用以及效果
[0036]2.电极以及二次电池
[0037]2‑
1.结构
[0038]2‑
2.动作
[0039]2‑
3.制造方法<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】1.一种活性物质，包含以下元素作为构成元素：锂；硅；氧；第一元素，包含硼以及磷中的至少一方；第二元素，包含碱金属元素、过渡元素以及主族元素中的至少一种，所述碱金属元素不包括所述锂，所述主族元素不包括所述锂、所述硅、所述氧、所述硼、所述磷、所述碱金属元素以及碱土类金属元素；以及第三元素，包含所述碱土类金属元素，所述硅在除了所述锂、所述氧以及碳以外的全部构成元素中的含量为60原子％以上且98原子％以下，所述第一元素在所述全部构成元素中的含量为1原子％以上且15原子％以下，所述第二元素在所述全部构成元素中的含量为1原子％以上且34原子％以下，所述第三元素在所述全部构成元素中的含量为0原子％以上且6原子％以下，在使用X射线光电子分光法(XPS：X
‑
ray Photoelectron Spectroscopy)测定的Si2p的XPS光谱中，检测出在结合能为100eV以上且102eV以下的范围内具有顶点的第一峰，所述XPS光谱的横轴为所述结合能，纵轴为光谱强度，所述结合能的单位是eV，在使用拉曼光谱法测定的拉曼光谱中，检测出在拉曼位移为600cm
‑1以上且640cm
‑1以下的范围内具有顶点的第二峰，所述拉曼光谱的横轴为所述拉曼位移，纵轴为光谱强度，所述拉曼位移的单位是cm
‑1。2.根据权利要求1所述的活性物质，其中，所述活性物质具备：中心部，包含所述锂、所述硅、所述氧、所述第一元素、所述第二元素以及所述第三元素作为构成元素，在所述XPS光谱中检测出所述第一峰，并且在所述拉曼光谱中检测出所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：伊藤大辅，
申请(专利权)人：株式会社村田制作所，
类型：发明
国别省市：