锂离子二次电池、其负极、电动工具、电动车和能量储存系统技术方案

本发明专利技术涉及锂离子二次电池、其负极、电动工具、电动车和能量储存系统。具体地，本文提供了一种允许改善循环特性和初始充放电特性的锂离子二次电池。该锂离子二次电池包括正极、负极和电解液。负极包括包含多个负极活性物质颗粒的负极活性物质。负极活性物质颗粒各自包括核心部和施加至核心部的一部分或整个表面的涂覆部，并且核心部包含硅类材料(SiOx：0≤x＜0.5)而涂覆部包含非结晶或低结晶硅类材料(SiOy：0.5≤y≤1.8)。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于锂离子二次电池的负极，包括允许嵌入和脱嵌锂离子的负极 活性物质层；一种使用该负极的锂离子二次电池；以及使用该锂离子二次电池的一种电动 工具(power tool)、——种电云力车(electricvehicle)禾口——种能量储存系统(energy storage system)。
技术介绍
近年来，已经广泛使用以便携式终端等为代表的小型电子装置，并且强烈要求这 些电子装置进一步减小尺寸和重量以及更长的寿命。因此，作为电源，已经开发了电池，尤 其是允许获得高能量密度的小型且重量轻的二次电池。最近，已经研究了这样的二次电池 不仅在小型电子装置而且在以汽车为代表的大型电子装置中的应用。尤其是，对于充电-放电反应利用锂离子的嵌入和脱嵌的锂离子二次电池保持巨 大的前景，因为与铅酸电池或镍镉电池相比，这样的二次电池允许获得更高的能量密度。锂离子二次电池包括正极、负极和电解液。负极包括负极活性物质层，并且负极活 性物质层包含充电-放电反应中涉及的负极活性物质。作为负极活性物质，广泛使用的是碳材料。然而，由于近来已经要求进一步改善电 池容量，所以考虑使用硅。硅的理论容量Gl99mAh/g)远远高于石墨的理论容量(372mAh/ g)，所以可以预期电池容量的显著改善。然而，当硅用作负极活性物质时，负极活性物质发生严重溶胀和收缩而容易主要 在其表面附近引起破裂。当负极活性物质破裂时，形成高反应性新形成的表面(活性表 面)而引起其表面积(反应面积)增大。因此，在新形成的表面上发生电解液的分解反应， 并且电解液被消耗而在该新形成的表面上形成源于电解液的涂覆膜。相应地，作为锂离子 二次电池的重要特性的循环特性和初始充放电特性容易降低。因此，为了改善电池特性如循环特性，已经研究了锂离子二次电池的各种构造。更具体地，为了改善循环特性和安全性，例如，如在日本未审查专利申请公开 No. 2001-185127中描述的，硅和非结晶(无定形，amorphous) 二氧化硅通过溅射法同 时沉积。为了获得高电池容量和高安全性性能，例如，如在日本未审查专利申请公开 No. 2002-042806中描述的，在氧化硅颗粒的表面上布置电子导电性材料层(碳材料)。为 了改善高速充放电特性和循环特性，例如，如在日本未审查专利申请公开No. 2006-164954 中描述的，负极活性物质包含硅和氧，并且被形成以在靠近负极集流体的一侧上具有更大 的氧比率。为了改善循环特性，例如，如在日本未审查专利申请公开No. 2006-114454中公 开的，负极活性物质层包含硅和氧，并被形成为在整个负极活性物质层中的平均氧含量为 40at%以下并且在靠近负极集流体的一侧上的平均氧含量较大。在这种情况下，在靠近负 极集流体的一侧上的平均氧含量和在远离负极集流体的一侧上的平均氧含量之间的差异 在4at %以上30at%以下的范围内。此外，为了改善初始充放电特性等，例如，如在日本未审查专利申请公开 No. 2009-070825中描述的，使用一种包含Si相、SiO2和MyO金属氧化物的纳米复合物。 为了改善循环特性，例如，如在日本未审查专利申请公开No. 2008-282819中描述，将粉状 SiOx (0.8彡χ彡1.5，其中粒径范围=1 μ m ~ 50 μ m)和碳质材料混合并在800°C 1600°C 下烧制3 12小时。为了缩短初始充电时间，例如，如在国际公开NO.W02007/010922中描 述的，使用通过LiaSiOx(0. 5彡a-x彡1. 1且0. 2彡χ彡1. 2)表示的负极活性物质。在这 种情况下，锂在包含硅和氧的活性物质前体上蒸发。为了改善充放电循环特性，例如，如在 日本未审查专利申请公开No. 2008-251369中描述的，控制氧化硅的组成以使在负极活性 物质体中氧的量相对于硅的量的摩尔比在0. 1以上1.2以下的范围内，并且在负极活性物 质体和集流体之间的界面附近，氧的量相对于硅的量的摩尔比的最大值和最小值之间的差 异为0.4以下。为了改善负载特性(load characteristic)，例如，如在日本未审查专利申 请公开No. 2008-177346中描述的，使用含锂的多孔金属氧化物(LixSiO :2. 1 < χ < 4)。而且，为了改善充放电循环特性，例如，如在日本未审查专利申请公开 No. 2007-234255中描述的，硅烷化合物、硅氧烷等的疏水层形成在包含硅的薄膜上。为了 改善循环特性，例如，如在日本未审查专利申请公开No. 2009-212074中描述的，使用通过 用石墨涂布膜涂覆氧化硅(SiOx 0.5 ^x < 1. 6)的表面而形成的导电粉末。在这种情况 下，在拉曼光谱法分析中，石墨涂布膜在1330CHT1和lSSOcnT1拉曼位移处形成宽峰，并且强 度比WI1580为1· 5 < I1330/Ii58o < 3。为了改善电池容量和循环特性，例如，如在日本未审 查专利申请公开No. 2009-205950中描述的，使用包含1 30质量％颗粒的粉末，该颗粒具 有其中硅的微晶(其晶体尺寸为Inm 500nm)分散在二氧化硅中的结构。在这种情况下， 在通过激光衍射/散射型粒径分布测量法的粒径分布中，该粉末的90%聚集体直径(D90) 为50 μ m以下，并且颗粒的粒径小于2 μ m。为了改善循环特性，例如，如在日本未审查专利 申请公开2009-076373中，使用氧化硅(SiOx 0. 3 ^ χ ^ 1. 6),并且电极单元在充电和放电 期间用3kgffcm2以上的压力进行加压。为了改善过量充电(overcharge)特性、过量放电 特性等，例如，如在日本未审查专利申请公开No. 2997741中描述的，使用具有硅-氧原子比 为1 y(0 < y <幻的硅的氧化物。
技术实现思路
电子装置具有更高性能和更多功能，并且电子装置更频繁地使用，使得锂离子二 次电池趋于更频繁地进行充电和放电。因此，期望进一步改善锂离子二次电池的循环特性 和初始充放电特性。期望提供允许改善循环特性和初始充放电特性的一种用于锂离子二次电池的负 极、一种锂离子二次电池、一种电动工具、一种电动车和能量储存系统。根据本专利技术的一个实施方式，提供了一种用于锂离子二次电池的负极，包括包含 多个负极活性物质颗粒的负极活性物质层，其中该负极活性物质颗粒各自(或每一个)包 括核心部(core section)和施加(或涂覆)至该核心部的一部分或整个表面的涂覆部(覆 盖部，coating section)。核心部包含硅类材料(SiOx 0 ^ χ < 0. 5),并且涂覆部包含非 结晶或低结晶硅类材料(SiOy :0. 5彡y彡1. 。此外，根据本专利技术的一个实施方式，提供了 一种锂离子二次电池，包括正极、负极和电解液，其中负极具有与上述用于锂离子二次电池的负极相同的构造。而且，根据本专利技术的一个实施方式，提供了使用锂离子二次电池作为 电源的一种电动工具、一种电动车和一种能量储存系统，其中锂离子二次电池具有与上述 根据本专利技术实施方式的锂离子二次电池相同的构造。在这种情况下，如上所述，“低结晶”是本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种锂离子二次电池，包括：正极；负极；以及电解液，其中，所述负极包括包含多个负极活性物质颗粒的负极活性物质层，所述负极活性物质颗粒各自包括核心部和施加至所述核心部的一部分或整个表面的涂覆部，并且所述核心部包含硅类材料（ＳｉＯｘ：０≤ｘ＜０．５），而所述涂覆部包含非结晶或低结晶硅类材料（ＳｉＯｙ：０．５≤ｙ≤１．８）。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：广濑贵一，川濑贤一，藤永卓士，濑上正晴，远藤元气，岩间正之，
申请(专利权)人：索尼公司，
类型：发明
国别省市：JP