用于可再充电电池的活性物质、可再充电电池和电子装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了用于可再充电电池的活性物质、可再充电电池和电子装置。所述可再充电电池包括：正极；包含活性物质的负极；和电解液，其中所述活性物质能够吸留和释放锂离子并且包括Si和O作为构成元素，并且在所述活性物质的表面中Si相对于Si和O的原子比率（Si/（Si+O））为30原子%至75原子%。

【技术实现步骤摘要】
用于可再充电电池的活性物质、可再充电电池和电子装置
本专利技术涉及用于能够吸留（吸藏，occluding）和释放（放出，releasing）锂离子的可再充电电池（可充电电池，rechargeablebattery）的活性物质、使用该活性物质的可再充电电池、以及使用该可再充电电池的电子装置。
技术介绍
近年来，以移动电话、移动信息终端装置（PDA）等为代表的电子装置已经变得普及，与此相关，对进一步小型化、重量减轻以及增加的寿命存在强烈需求。因此，作为电源，进行了电池，特别是能够获得高能量密度的紧凑且轻量化的可再充电电池的开发。最近，不限于上述电子装置，还进行了由作为可移开电源的电池组、电动车辆如电动车、电力存储系统如家用电力服务器、和电动工具如电钻等代表的用于各种用途的可再充电电池的应用的研究。作为可再充电电池，已经广泛地提出了利用各种充放电原理的可再充电电池；然而，其中，利用锂离子等的释放和吸留的可再充电电池是有前景的。这是因为与铅电池、镍镉电池等相比，其可以获得更高的能量密度。可再充电电池设置有正极和负极以及电解液，并且负极包括能够吸留和释放锂离子等的负极活性物质。作为负极活性物质，广泛使用了碳材料如石墨；然而，最近，由于需要进一步改善电池容量的结果，研究了Si的使用。这是因为，由于Si的理论容量（4199mAh/g）远大于石墨的理论容量（372mAh/g），因此可以预期电池容量的较大改善。然而，由于Si在充放电期间剧烈地膨胀和收缩，因此负极活性物质主要在表面层附近容易破裂（开裂）。如果负极活性物质破裂，则由于生成高度反应性的新表面（活性表面），所以负极活性物质的表面积（反应面积）增加。以这种方式，由于用于形成源自电解液的涂覆膜的电解液伴随在新表面中发生电解液的分解反应而在新表面中被消耗，所以诸如循环特性的电池特性易于降低。此处，为了改善诸如循环特性的电池特性，关于可再充电电池的构造进行了各种研究。具体地，为了改善循环特性和初始充放电特性，在核部分（SiOx：0≤x≤0.5）的表面上设置非结晶性或低结晶性覆盖部分（SiOy：0.5≤y≤1.8）（例如，参照日本未审查专利申请公开号2011-233497）。此外，为了满足相同的目的，将锂掺杂到硅-氧化硅基复合材料中（例如，参照日本未审查专利申请公开号2009-212074）。
技术实现思路
由于电子装置等变得日益高性能和多功能并且其利用频率增加，因此可再充电电池倾向于被频繁充放电。因此，期望进一步改善可再充电电池的特性。期望提供一种用于能够获得优异的电池特性的可再充电电池的活性物质、可再充电电池、和电子装置。根据本专利技术的实施方式，提供了用于可再充电电池的活性物质，所述活性物质能够吸留和释放锂离子并且包括Si和O作为构成元素，其中在所述活性物质的表面中Si相对于Si和O的原子比率（atomicratio）（Si/（Si+O））为30原子%至75原子%。此外，根据本专利技术的另一个实施方式的可再充电电池设置有正极、包含活性物质的负极、以及电解液，其中所述活性物质具有与上面描述的根据本专利技术的实施方式的用于可再充电电池的活性物质相同的构造。此外，根据本专利技术的又一个实施方式的电子装置设置有可再充电电池，其中可再充电电池具有与上面描述的根据本专利技术的另一个实施方式的可再充电电池相同的构造。根据本专利技术的实施方式，提供了一种用于可再充电电池的活性物质或可再充电电池，其中，在包括Si和O作为构成元素的活性物质中，由于在所述活性物质的表面中Si相对于Si和O的原子比率为30原子%至75原子%，因此可以获得优异的电池特性。此外，甚至在使用根据本专利技术实施方式的可再充电电池的电子装置中也可以获得类似的效果。附图说明图1是示出了使用根据本专利技术的实施方式的用于可再充电电池的活性物质的负极的构造的截面图。图2A和2B是示意性地示出了作为根据本专利技术实施方式的用于可再充电电池的活性物质的负极活性物质的构造的截面图。图3A和3B是示意性地示出了作为根据本专利技术实施方式的用于可再充电电池的活性物质的另一种负极活性物质的构造的截面图。图4是示出了负极活性物质（覆盖部分（涂覆部分，coatingportion）=非结晶性）的放大截面结构的高角度环形暗场扫描透射电子显微镜（HAADFSTEM）照片。图5是示出了负极活性物质（覆盖部分=低结晶性）的放大截面结构的HAADFSTEM照片。图6是示出了负极活性物质（覆盖部分=低结晶性）的放大截面结构的另一个HAADFSTEM照片。图7是示出了负极活性物质（覆盖部分=非结晶性）的放大截面结构的HAADFSTEM照片。图8是示出了根据本专利技术实施方式的可再充电电池（方型）的构造的截面图。图9是沿着图8所示的可再充电电池的线IX-IX的截面图。图10是示意性地示出了图9所示的正极和负极的构造的平面图。图11是示出了根据本专利技术的实施方式的可再充电电池（圆柱型）的构造的截面图。图12是示出了图11所示的螺旋卷绕电极体的放大部分的截面图。图13是示出了根据本专利技术的实施方式的可再充电电池（层压膜型）的构造的分解透视图。图14是沿着图13所示的螺旋卷绕电极体的线XIX-XIX的截面图。图15是示出了可再充电电池的应用例（电池组）的构造的框图。图16是示出了可再充电电池的应用例（电动车辆）的构造的框图。图17是示出了可再充电电池的应用例（电力存储系统）的构造的框图。图18是示出了可再充电电池的应用例（电动工具）的构造的框图。具体实施方式在下文中，将参考附图对本专利技术的实施方式进行详细描述。这里，描述的顺序如下。1.使用用于可再充电电池的活性物质的电极2.可再充电电池2-1.方型2-2.圆柱型2-3.层压膜型3.可再充电电池的使用3-1.电池组3-2.电动车辆3-3.电力存储系统3-4.电动工具1.使用用于可再充电电池的活性物质的电极图1示出了作为使用根据本专利技术实施方式的用于可再充电电池的活性物质的电极的负极的截面构造，并且图2A和2B以及图3A和3B示出了作为根据本专利技术实施方式的用于可再充电电池的活性物质的负极活性物质的截面构造。图4至图7是负极活性物质的截面结构的HAADFSTEM照片（下面，简称为“TEM照片”）。负极的整体构造负极例如用于可再充电电池等中，并且如图1所示，包括在负极集电体1上的负极活性物质层2。上述负极活性物质层2可以设置在负极集电体1的两个表面上或者可以仅设置在一个表面上。然而，可以省略负极集电体1。负极集电体例如，负极集电体1由具有优异的电化学稳定性、电子传导性和机械强度的导电材料形成，并且这种导电材料是例如如Cu、Ni、或不锈钢的金属材料。其中，不与Li形成金属间化合物且可以与负极活性物质层2合金化的材料是优选的。负极集电体1优选包含碳（C）和硫（S）作为构成元素。这是因为由于负极集电体1的物理强度被改善，所以即使在充放电期间负极活性物质层2膨胀和收缩时，负极集电体1也不易于变形。具体地，例如，负极集电体1是掺杂有C和S的金属箔等。C和S的含量没有特别限制；然而，其中，100ppm以下是优选的。这是因为可以获得更大的效果。负极集电体1的表面（与负极活性物质层2接触的表面）可以被粗糙化，或者可以不被粗糙化。未被粗糙化的负极集电体1例如是辊压的（roll本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可再充电电池，包括：正极；包含活性物质的负极；和电解液，其中，所述活性物质能够吸留和释放锂离子并且包括Si和O作为构成元素，并且其中，在所述活性物质的表面中Si相对于Si和O的原子比率（Si/（Si+O））为30原子%至75原子%。

【技术特征摘要】
2011.12.20 JP 2011-2785261.一种可再充电电池，包括：正极；包含活性物质的负极；和电解液，其中，所述活性物质能够吸留和释放锂离子并且包括Si和O作为构成元素，并且其中，在所述活性物质的表面中Si相对于Si和O的原子比率(Si/(Si+O))为30原子％至75原子％，其中，所述活性物质包括核部分和至少设置在所述核部分的表面的一部分上的覆盖部分，所述覆盖部分在其内侧部分中包括一个或两个以上空隙，并且在所述空隙的至少一部分中设置有碳材料。2.根据权利要求1所述的可再充电电池，其中，至少在所述活性物质中的表面附近部分中，所述原子比率从所述活性物质的表面朝向中心减少，或者不变。3.根据权利要求1所述的可再充电电池，其中，至少所述活性物质中的表面附近部分是非结晶性，或者是结晶区域散布在非结晶区域中的低结晶性。4.根据权利要求3所述的可再充电电池，其中，在所述活性物质的低结晶性部分中，由Si的(111)面和(220)面引起的结晶颗粒的平均面积占有率为35％以下，并且所述结晶颗粒的平均粒径为50nm以下。5.根据权利要求1所述的可再充电电池，其中，所述活性物质的O相对于Si的原子比z(O/Si)满足0.5≤z≤1.8，其中，所述原子比率在所述活性物质的表面与从所述表面朝向中心的300nm的位置之间朝向中心逐渐减小，并且其中，从所述活性物质的表面朝向所述中心的300nm的位置处的所述原子比率为35原子％至60原子％。6.根据权利要求1所述的可再充电电池，其中，所述核部分的O相对于Si的原子比x(O/Si)满足0≤x<0.5，其中，所述覆盖部分的O相对于Si的原子比y(O/Si)满足0.5≤y≤1.8，其中，所述原子比率从所述活性物质的表面朝向所述核部分与所述覆盖部分的界面逐渐减小，并且其中，所述界面处的所述原子比率为35原子％至60原子％。7.根据权利要求6所述的可再充电电池，其中，所述核部分的中位直径(D50)为0.1μm至20μm，其中，所述覆盖部分的平均厚度为1nm至3000nm，并且其中，所述覆盖部分相对于所述核部分的平均覆盖率为30％以上。8.根据权利要求6所述的可再充电电池，其中，所述覆盖部分的结晶性低于所述核部分的结晶性，并且所述覆盖部分具有低结晶性，其中，当所述覆盖部分在厚度方向上二等分时，在源自Si的(111)面和(220)面的所述结晶颗粒的...

【专利技术属性】
技术研发人员：广濑贵一，川濑贤一，田中伸史，藤永卓士，高椋辉，
申请(专利权)人：索尼公司，
类型：发明
国别省市：