电气设备用负极活性物质制造技术

本发明专利技术的电气设备用负极活性物质具有组成如下的合金：含有33～50质量%的硅、大于0且46质量%以下的锌、和21～67质量%的钒，余量为不可避免的杂质。该负极活性物质，例如可以将硅、碳以及锌作为靶，使用多元DC磁控溅射装置而得到。并且，应用该负极活性物质的电气设备可以成为循环寿命提高、容量以及循环耐久性优异的电气设备。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】本专利技术的电气设备用负极活性物质具有组成如下的合金：含有33～50质量%的硅、大于0且46质量%以下的锌、和21～67质量%的钒，余量为不可避免的杂质。该负极活性物质，例如可以将硅、碳以及锌作为靶，使用多元DC磁控溅射装置而得到。并且，应用该负极活性物质的电气设备可以成为循环寿命提高、容量以及循环耐久性优异的电气设备。【专利说明】电气设备用负极活性物质
本专利技术涉及用作电动汽车(EV)、混合动力电动汽车(HEV)等的发动机驱动用电源的、以二次电池、电容器等为代表的电气设备用的负极活性物质。
技术介绍
近年来，作为应对大气污染、全球变暖的对策，采用着用于降低二氧化碳(CO2)排出量的各种对策。此外，在汽车业界中，期待着电动汽车、混合动力电动汽车的弓I入来减少CO2排出量。进而，作为这些车辆的发动机驱动用电源，高性能的二次电池的开发在推进。在此，作为上述发动机驱动用的二次电池，特别要求高容量、循环特性优异。因此，在各种二次电池中，具有高理论能量的锂离子二次电池备受瞩目。为了提高这样的锂离子二次电池中的能量密度，需要增大正极和负极的每单位质量贮藏的电量。因此，为了满足这样的要求，对各自的活性物质的选定极其重要。并且，以往提出了单位体积的放电容量大、且充放电循环特性优异的锂离子二次电池用电极材料的制造方法(例如参照专利文献I)。即，公开了:通过将以硅为主要成分的微粒、包含锡以及铝等规定的元素的金属粉末、和炭粉末干式粉碎，制造由具备规定的平均粒径和比表面积的复合颗粒形成的电极材料的方法。还记载了将像这样得到的电极用作锂离子二次电池的负极。现有技术文献专利文献专利文献1:日本特开2006-216277号公报
技术实现思路
然而，在将专利文献I中记载的电极材料用作负极的锂离子二次电池中，硅(Si)和锂(Li)合金化时，从无定形状态向结晶状态转变。并且，伴随合金化时的转变，产生大的体积变化，因此存在电极的循环寿命降低的问题。此外，这样的硅系活性物质时，容量和循环耐久性之间存在权衡(trade-off)关系，因此，能够保持高容量且使耐久性提高的活性物质的开发成为课题。本专利技术是鉴于这样的现有技术所存在的问题而做出的。并且，其目的在于，提供能够抑制无定形-结晶的相变，使循环寿命提高，进而高容量且循环耐久性也优异的电气设备用负极活性物质。进而，目的还在于，提供应用这样的负极活性物质的负极、电气设备如锂离子二次电池。本专利技术方式的电气设备用负极活性物质具有组成如下的合金:含有33?50质量％的娃、大于O且46质量％以下的锌、和21?67质量％的f凡,余量为不可避免的杂质。【专利附图】【附图说明】图1是标绘示出构成本专利技术的实施方式的电气设备用负极活性物质的S1-Zn-V系合金的组成范围、以及在实施例中成膜的合金成分的三元组成图。图2是示出构成本专利技术的实施方式的电气设备用负极活性物质的S1-Zn-V系合金的更优选的组成范围的三元组成图。图3是示出本专利技术的实施方式的锂离子二次电池的一个例子的示意性截面图。【具体实施方式】以下，对本专利技术的电气设备用负极活性物质、电气设备用负极以及电气设备进行详细的说明。需要说明的是，在本说明书中，“％”如没有特殊的说明则是表示质量百分率。此外，有时附图的尺寸比率为了方便说明而被放大，与实际的比率不同。本实施方式的电气设备用负极活性物质具有组成如下的合金:含有33质量％?50质量％的硅(Si)、大于O质量％且46质量％以下的锌(Zn)、和21质量％?67质量％的钒(V)，余量为不可避免的杂质。需要说明的是，该数值范围与图1的符号A表示的范围相当。并且，该负极活性物质用于电气设备的负极，例如锂离子二次电池的负极。此时，上述负极活性物质中含有的合金在电池充电时吸收锂离子，在放电时释放锂离子。更详细地说明时，上述电气设备用负极活性物质为硅系活性物质，但为在其中添加了作为第I添加元素的锌(Zn)和作为第2添加元素的钒(V)的活性物质。并且，通过恰当地选择作为第I添加元素的Zn、和作为第2添加元素的V，在与锂合金化时，能够抑制无定形-结晶的相变，使循环寿命提高。此外，由此能够实现比炭系负极活性物质更高的容量。并且，通过分别将作为第I以及第2添加元素的Zn以及V的组成范围最优化，可以得到即使在50循环后也具备良好的循环寿命的Si (S1-Zn-V系)合金的负极活性物质。此时，在包含S1-Zn-V系合金的上述负极活性物质中，在硅含量不足33质量％、钒含量大于67质量％、且不含锌时，存在不能充分确保初始容量的担心。此外，在硅含量大于50质量％、银含量不足21质量％、且锌含量大于46质量％时,存在不表现良好的循环寿命的担心。需要说明的是，从使该负极活性物质的上述特性更加良好的观点出发，进一步理想的是，使硅含量为33?47质量％的范围、锌含量为11?27质量％的范围、钒含量为33?56质量％的范围。需要说明的是，该数值范围与图2的符号B表示的范围相当。此外，本实施方式的负极活性物质中的上述合金，除上述3个成分之外，不可避免地含有来自原料、制法的杂质。作为这样的不可避免的杂质的含量，优选不足0.5质量％，更优选不足0.1质量％。在此，本实施方式的负极活性物质中含有的合金，如上所述，为组成如下的合金:含有33?50质量％的硅、大于O且46质量％以下的锌、和21?67质量％的钒，余量为不可避免的杂质。因此，换言之，上述合金是仅包含33?50质量％的娃、大于O且46质量％以下的锌、21?67质量％的钒、和不可避免的杂质的合金。作为本实施方式的负极活性物质、即上述组成的S1-Zn-V系合金的制造方法，没有特别限制，可以利用以往公知的各种方法来制造。也就是说，制作方法的不同几乎不会导致合金状态、特性的不同，因此可以无障碍地任意应用以往公知的制作方法。具体而言，例如可以利用多元PVD法(溅射法、电阻加热法、激光烧蚀法)、多元CVD法(化学气相沉积法)等来得到具有上述组成的薄膜形态的合金。这样的合金薄膜可以在集电体上直接成膜从而制成负极电极。因此，在可实现工序的简略化、精简化的方面优异。进而，可以不需要使用合金以外的粘结剂、导电助剂等其它的构成负极活性物质层的成分，将作为负极活性物质的合金薄膜直接作为负极。因此，在可实现满足车辆用途的实用化水平的高容量以及高能量密度化的方面优异。此外，也适于对活性物质的电化学特性进行调查的情况。在上述的合金薄膜的制造时，可以使用多元DC磁控溅射装置。例如，可以使用独立控制的三元DC磁控溅射装置。因此，可以在基板(集电体)表面自由地形成各种合金组成以及厚度的S1-Zn-V系合金薄膜。具体而言，例如，在三元DC磁控溅射装置中，使用靶I(Si)、靶2 (Zn)以及靶3 (V)。并且，固定溅射时间，使DC电源的功率分别以硅为185W、锌为O?50W、钒为O?150W的方式变化。由此可以得到具有各种组成式的三元系的合金样品。但是，溅射条件因各溅射装置而不同，由此，理想的是，对于各装置，通过合适的预备实验等来事先掌握优选的范围。在此，如上述那样，本实施方式的负极活性物质层可以使用上述S1-Zn-V系合金的薄膜。但是，负极活性物质层也可以制成含有上述S1-Zn-V系合金的颗粒作为主要成分的层本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电气设备用负极活性物质，其特征在于，其具有组成如下的合金：含有33～50质量%的硅、大于0且46质量%以下的锌、和21～67质量%的钒，余量为不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：渡边学，田中修，吉田雅夫，
申请(专利权)人：日产自动车株式会社，
类型：
国别省市：