[发明专利]负极活性材料和电池

说明书

相关申请的交叉引用

本发明包含与2005年5月19日向日本专利局提交的日本专利申请JP2005-147074、2005年10月7日向日本专利局提交的日本专利申请JP2005-295359和2006年1月23日向日本专利局提交的日本专利申请JP2006-13911相关的主题，其全部内容在此引入作为参考。

技术领域

本发明涉及含锡(Sn)、铁(Fe)和碳(C)作为构成元素的负极活性材料及使用该负极活性材料的电池。

背景技术

近年来，已引入了许多便携式电子设备如组合照相机(磁带录像机)、移动电话、和笔记本个人电脑，且已进行了这些设备的小型化和轻型化。已经积极促进了用于改善用作这种电子设备的便携式电源的电池、特别是作为关键部件的二次电池的能量密度的研究和开发。具体地说，与作为传统的含水电解液二次电池的铅蓄电池或镍镉电池相比，非水电解质二次电池(例如，锂离子二次电池)提供较高的能量密度。因此，已在各个领域中考虑其改善。

作为用于锂离子二次电池的负极活性材料，展现出相对高容量和有利的循环特性的碳材料如非可石墨化碳和石墨已被广泛使用。但是，考虑到最近对于高容量的要求，获得碳材料的更高容量成为一个任务。

基于这种背景，已开发出以通过选择碳化的原材料和制备条件的碳材料获得高容量的技术(例如，参考日本未审专利申请公开No.H08-315825)。但是，在使用这种碳材料的情况下，相对锂(Li)的负极放电电压为0.8V-1.0V，且当形成电池时电池放电电压变低，因此考虑到电池能量密度，无法期望显著的改善。此外，有这样的缺点：充电和放电曲线形状的滞后大，且每次充电和放电循环的能量效率低。

同时，作为超过碳材料的高容量负极，还促进了对于合金材料的研究，该合金材料应用这样的事实：某些金属与锂电化学合金化，且该合金可逆地产生和分解。例如，已开发出使用Li-Al合金或Sn合金的高容量负极，且此外已开发出由Si合金制成的高容量负极(例如，参考美国专利No.4950566)。

但是，这有很大的缺点：Li-Al合金、Sn合金、或Si合金通过充电和放电而膨胀和收缩，且每次充电和放电时负极被粉化，因此循环特性非常差。

因此，作为改善循环特性的方法，已考虑通过将锡或硅(Si)合金化抑制这种膨胀。例如，已提出将过渡金属如铁和锡合金化(例如，参考日本未审专利申请公开No.2004-22306、2004-63400和2005-78999，“Journal of TheElectrochemical Society”，1999，Vol.146，p.405，“Journal of TheElectrochemical Society”，1999，Vol.146，p.414和“Journal of TheElectrochemical Society”，1999，Vol.146，p.423)。此外，已提出Mg₂Si等(例如，参考“Journal of The Electrochemical Society”，1999，Vol.146，p.4401)。

发明内容

但是，即使在使用上述方法的情况下，实际情况也是改善循环特性的效果不足，且没有充分利用合金材料中高容量负极的优势。

考虑到以上所述，在本发明中，期望提供具有高容量并提供优越循环特性的负极活性材料和使用该负极活性材料的电池。

根据本发明的实施方式，提供一种负极活性材料，其中至少包含锡、铁和碳作为构成元素，碳含量为11.9重量％-29.7重量％，且相对铁和锡的总量的铁的比例为26.4重量％-48.5重量％。

根据本发明的实施方式，提供一种电池，包括正极、负极和电解质，其中该负极包含负极活性材料，该负极活性材料至少包含锡、铁和碳作为构成元素，在该负极活性材料中，碳含量为11.9重量％-29.7重量％，且相对铁和锡的总量的铁的比例为26.4重量％-48.5重量％。

根据本发明实施方式的负极活性材料，由于包含锡作为构成元素，可获得高容量。此外，由于包含铁作为构成元素且相对铁和锡的总量的铁的比例为26.4重量％-48.5重量％，在保持高容量的同时，可改善循环特性。此外，由于包含碳作为构成元素且碳含量为11.9重量％-29.7重量％，可进一步改善循环特性。因此，根据使用该负极活性材料的本发明实施方式的电池，可获得高容量，且可获得优越的循环特性。