本发明专利技术提供了锂离子二次电池、用于锂离子二次电池的负极以及电池组。所述锂离子二次电池包括正极、包含活性物质的负极和电解液，其中所述活性物质包含Si、O、以及选自Li、C、Mg、Al、Ca、Ti、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Ge、Zr、Mo、Ag、Sn、Ba、W、Ta、Na和K中的至少一种元素M1作为构成元素，并且O与Si的原子比x（O/Si）为0.5≤x≤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、包括该负极的锂离子二次电池、包括该二次电池的电池组、电动车辆、电力储存系统、电动工具以及电子装置，所述负极包含能够吸留和释放锂离子的负极活性物质。
技术介绍
近年来，已经广泛使用了由例如便携式电话和个人数字助理(PDA)代表的电子装置。而且，已经强烈要求电子装置的尺寸和重量减小和较长的寿命。因此，已经促进了用作电源的电池，特别是具有高能量密度的小且轻量化的二次电池的开发。近来，已经研究了将二次电池应用于例如电池组、电动车辆如电动汽车、电力储存系统如家用电力服务器、和电动工具如电钻、以及上面描述的电子装置的各种应用。 已经报道了使用各种充放电原理的二次电池。特别地，利用锂离子的吸留和释放的锂离子二次电池保持很大的前景，因为与铅酸电池、镍镉电池和其他电池相比，它们具有更高的能量密度。锂离子二次电池包含正极、负极和电解液。负极包含能够吸留和释放锂离子的负极活性物质。作为负极活性物质，广泛使用了碳材料如石墨。近来，二次电池已经要求具有更高的电池容量。因此，已经研究了 Si的使用。Si的理论容量(4199mAh/g)比石墨的理论容量(372mAh/g)显著更高，因此，电池容量应该被显著改善。然而，使用Si作为负极活性物质在充放电期间导致负极活性物质的急剧膨胀和收缩，使得负极活性物质主要在其表面附近易于破裂。当负极活性物质破裂时，形成了高反应性的新形成的表面(活性表面)，从而增加了负极活性物质的表面积(反应面积)。结果，在新形成的表面上发生电解液的分解反应。电解液被消耗以在新形成的表面上形成源自电解液的涂覆膜。因此，例如循环特性的电池特性易于降低。因此，为了改善如循环特性的电池特性，已经研究了锂离子二次电池的各种构造。具体地，为了改善循环特性和安全性，通过溅射法同时沉积Si和无定形SiO2 (例如，参见日本未审查专利申请公开号2001-185127)。为了获得优异的电池容量和安全性能，在SiOx颗粒的表面上设置电子传导材料层(碳材料)(例如，参见日本未审查专利申请公开号2002-042806)。为了改善高倍率充放电特性和循环特性，以随着离负极集电体的距离减小而增加氧含量的方式来形成包含Si和O的负极活性物质层(例如，参见日本未审查专利申请公开号2006-164954)。为了改善循环特性，以这样的方式形成包含Si和O的负极活性物质层，使得整个负极活性物质层中的平均氧含量为40原子％以下，且随着离负极集电体的距离减小，平均氧含量增加(例如，参见日本未审查专利申请公开号2006-114454)。在这种情况下，负极集电体附近的部分与远离负极集电体的部分之间的平均氧含量的差异在4原子％至30原子％的范围内。为了改善初始充放电特性等,使用了包括Si相、SiO2、和金属氧化物MyO的纳米复合物(例如，参见日本未审查专利申请公开号2009-070825)。为了改善循环特性，将粉末状SiOx (O. 8彡X彡I. 5，粒径范围I μ m至50μ )和含碳材料混合并在800° C至1600° C下烧制3小时至12小时(例如，参见日本未审查专利申请公开号2008-282819)。为了缩短初始充电时间，使用了表示为LiaSiOx (O. 5彡a-x彡I. I和O. 2彡X彡I. 2)的负极活性物质(例如，参见国际公开号W02007/010922)。在这种情况下，Li通过蒸发而沉积在包含Si和O的活性物质前体上。为了改善充放电循环特性，以这样的方式控制SiOx的组成，使得负极活性物质的O含量与Si含量的摩尔比在O. I至I. 2的范围内并且在负极活性物质与集电体之间的边界附近的O含量与Si含量的摩尔比的最大值与最小值之差为O. 4以下(例如，参见日本未审查专利申请公开号2008-251369)。为了改善负荷特性，使用了含Li多孔金属氧化物(LixSiO :2· I彡X彡4)(例如，日本未审查专利申请公开号2008-177346)。为了改善充放电循环特性，在含Si的薄膜上形成硅烷化合物、硅氧烷化合物等的疏水层(例如，参见日本未审查专利申请公开号2007-234255)。为了改善循环特性，使用了其中用石墨涂覆膜覆盖SiOx (O. 5 ^ x〈l. 6)颗粒的表面的导电粉末(例如，参见日本未审 查专利申请公开号2009-212074)。在这种情况下,基于拉曼光谱分析,每个石墨涂覆膜在1330cm-1和1580cm—1拉曼位移处显现出宽峰，并且强度比Wl1580为I. 5〈11330/11580〈3。为了改善电池容量和循环特性，使用了包含I质量％至30质量％的颗粒的粉末，所述颗粒均具有其中Si微晶(晶体大小lnm至500nm)分散在SiO2中的结构(例如，参见日本未审查专利申请公开号2009-205950)。在这种情况下，在通过激光衍射/散射型粒度分布测量法的粒度分布中，粉末的90%累积直径(D90)为50 μ m以下，且颗粒的颗粒直径小于2 μ m。为了改善循环特性，使用了 SiOx (O. 3 ^ I. 6)，并且在充放电期间以3kgf/cm2以上的压力对电极单元进行加压(例如，参见日本未审查专利申请公开号2009-076373)。为了改善过充电特性、过放电特性等，使用了具有l:y (0〈y〈2)的硅-氧原子比的硅的氧化物(例如，参见日本专利号2997741)。此外，为了电化学积累或释放大量锂离子，在Si等的初级颗粒(primaryparticles)的表面上设置无定形金属氧化物(例如，参见日本未审查专利申请公开号2009-164104)。当通过金属的氧化形成金属氧化物时的吉布斯自由能低于Si等被氧化时的吉布斯自由能。为了实现高容量、高效率、高工作电压和长寿命，报道了使用其中Si原子的氧化数满足预定要求的负极材料(例如，参见日本未审查专利申请公开号2005-183264)。负极材料包含具有零的氧化数的Si、具有有+4的氧化数的Si原子的Si化合物、以及具有有大于O且小于+4的氧化数的娃原子的Si的更低价氧化物(loweroxide)。
技术实现思路
电子装置等具有更高的性能和更多的功能并且被更频繁地使用。因此，锂离子二次电池倾向于被频繁充放电。由此，锂离子二次电池要求具有进一步改善的电池特性。期望提供用于锂离子二次电池的负极、锂离子二次电池、电池组、电动车辆、电力储存系统、电动工具和电子装置，该负极提供优异的电池特性。根据本专利技术实施方式的用于锂离子二次电池的负极包括活性物质。该活性物质包含 Si、O、以及选自 Li、C、Mg、Al、Ca、Ti、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Ge、Zr、Mo、Ag、Sn、Ba、W、Ta、Na、和K中的至少一种元素Ml作为构成元素。O与Si的原子比x(0/Si)为O. 5彡X彡1.8。根据本专利技术实施方式的锂离子二次电池包括正极、负极和电解液，其中所述负极包含与用于锂离子二次电池的上述负极相同的活性物质。根据本专利技术实施方式的电池组、电动车辆、电力储存系统、电动工具或电子装置包括根据本专利技术实施方式的锂离子二次电池。在根据本专利技术实施方式的用于锂离子二次电池的负极或锂离子二次电池中，负极的活性物质包含Si、O和如Li的元素Ml作为构成元素，并且O与Si的原子比本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种锂离子二次电池，包括：正极；包含活性物质的负极；以及电解液，其中，所述活性物质包含Si、O、以及选自Li、C、Mg、Al、Ca、Ti、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Ge、Zr、Mo、Ag、Sn、Ba、W、Ta、Na和K中的至少一种元素M1作为构成元素，且O与Si的原子比x，即O/Si，为0.5≤x≤1.8。
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：广濑贵一，川濑贤一，西寿朗，小泉公，
申请(专利权)人：索尼公司，
类型：发明
国别省市：
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