[发明专利]负电极材料及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型负电极材料及其制造方法。更具体地，本发明涉及一种高容量硅酸盐负电极材料及其制造方法。

背景技术

近年来，锂二次电池作为具有高电压和高能量密度的电池变得越来越普遍。由于锂二次电池在广泛领域中的扩展应用和对高性能的需要，正进行各种研究以进一步提高这种电池的性能。例如，正在研究各种材料用于负电极，碳材料、和铝合金等作为实际电池中的负电极材料具有商业应用前景。然而，虽然碳材料由于它们能够赋予高容量而得到广泛使用，但是这种材料的比重低并因此在电池内部占据了大比例的体积。而且，碳材料的性能通常已改进到难以实现进一步改进的水平。为此，利用除了碳材料之外的负电极材料实现高容量对于提高电池性能是必不可少的。同时，期望构成电池的材料为地球上可充足地得到的材料。

正在对除了碳材料之外的负电极材料进行研究以满足该需要。例如，日本专利申请公开H10-12269(JP-A10-12269)公开了一种已经赋予了锂离子导电性的固体电解质，所述电解质由作为主要成分的蒙脱石构成并在其中包含水溶性的锂盐。日本专利申请公开H10-134814(JP-A10-134814)记载了一种锂二次电池，其使用通过如下获得的碳材料：在具有层状晶体结构的粘土矿物例如蒙脱石的层之间插入碳材料前体，在真空中或在非反应性气氛中在约1500℃～约2000℃下烧制以在粘土矿物层之间形成碳材料，然后利用无机酸例如氢氟酸溶解并除去粘土矿物。

此外，日本专利申请公开2004-296370(JP-A 2004-296370)教导了一种制备用于锂二次电池的负电极材料的方法，所述方法包括：制备层状矿物粘土例如蒙脱石和锂盐的浆料，以在层状粘土矿物质的层之间插入锂离子，然后将其中已插入锂离子的层状粘土矿物与浆料分离以获得负电极材料。作为说明性的实例，该公开的专利申请指出压碎并经300℃热处理的含锂离子的蒙脱石具有良好的放电容量。该材料的粉末x-射线衍射图案与热处理之前的蒙脱石的粉末x-射线衍射图案一起示出。然而，即使当JP-A2004-296370中作为具体实例示出的负电极材料包含含有锂离子的蒙脱石时，充电容量为至多约350mAh/g。

发明内容

因此，在上述相关技术中通过使用除了碳材料之外的地球上可充足地得到的材料难以获得具有高容量的负电极材料。因此，本发明提供一种具有高容量并通过使用除了碳材料之外的地球上可充足地得到的材料获得的负电极材料。本发明还提供一种制造这种负电极材料的方法。

本发明的第一方面涉及一种包含蒙皂石的硅酸盐负电极材料。在所述负电极材料中，当蒙皂石利用粉末x-射线衍射仪测量时，在其中2θ在7.45°～9.18°的范围内的情况下发现峰。该结构使得能够获得具有高容量并使用除了碳材料之外的地球上可充足地得到的材料的负电极材料。

本发明的第二方面涉及一种制造负电极材料的方法，所述方法包括：包括烧制作为原料的蒙脱石以获得粉末的方法步骤。在该方法中，获得的粉末包含蒙皂石的硅酸盐，并且当该蒙皂石利用粉末x-射线衍射仪测量时，在其中2θ在7.45°～9.18°的范围内的情况下发现峰。

本发明使得能够获得具有高容量并且使用除了碳材料之外的地球上可充足地得到的材料获得的负电极材料。

附图说明

在参考附图的示例性实施方案的以下详述中，描述了本发明的特征、优点以及技术和工业意义，附图中相同的附图标记表示相同的要素，其中：

图1为JP-A 10-12269的图6中所示的各种类型的蒙脱石的粉末x-射线衍射强度图的图像；

图2为在本发明范围之外的负电极材料的蒙皂石硅酸盐的粉末x-射线衍射强度图的部分放大图；

图3为在本发明的一个实施方案中的负电极材料的蒙皂石硅酸盐的粉末x-射线衍射强度图的部分放大图；

图4为在本发明方法的一个实施方案中使用的蒙脱石的烧制之前的结构的示意截面图；

图5为使用本发明范围之外的负电极材料获得的负电极相对于锂对电极的评价中充电和放电期间的容量相对于电池电压的曲线；和

图6为根据本发明的一个实施方案的负电极相对于锂对电极的评价中充电和放电期间的容量相对于电池电压的曲线。

具体实施方式