[发明专利]锂离子二次电池负极材料用粉末、锂离子二次电池负极及电容器负极、以及锂离子二次电池及电容器

说明书

技术领域

本发明涉及一种通过在锂离子二次电池中使用而能够得到放电容量大且循环特性良好并且能够耐受实用等级的使用的锂离子二次电池的负极材料用粉末、使用该负极材料用粉末的锂离子二次电池负极及电容器负极、以及使用该锂离子二次电池负极及电容器负极的锂离子二次电池及电容器。

背景技术

近年来，伴随便携型电子设备、通信设备等的显著发展，从经济性和设备的小型化及轻量化的观点考虑，强烈期望开发高能量密度的二次电池。目前，作为高能量密度的二次电池具有镍镉电池、镍氢电池、锂离子二次电池及聚合物电池等。其中，锂离子二次电池与镍镉电池和镍氢电池相比格外具有高寿命和高容量，因此显示出其需求在电源市场上显著增长。

图1是表示硬币形状的锂离子二次电池的结构例的图。如图1所示，锂离子二次电池由正极1、负极2、浸渗有电解液的分隔件3及保持正极1与负极2的电绝缘性且密封电池内容物的衬垫4构成。当进行充放电时，锂离子经由分隔件3的电解液在正极1与负极2之间往复。

正极1由对极壳体1a、对极集电体1b和对极1c构成，在对极1c中主要使用钴酸锂(LiCoO₂)、锰尖晶石(LiMn₂O₄)。负极2由作用极壳体2a、作用极集电体2b和作用极2c构成，在作用极2c中使用的负极材料通常由能够吸收放出锂离子的活性物质(负极活性物质)、导电助剂及粘合剂构成。

以往，作为锂离子二次电池的负极活性物质，提出有锂和硼的复合氧化物、锂和过渡金属(V、Fe、Cr、Mo、Ni等)的复合氧化物、含有Si、Ge或Sn和N及O的化合物、通过化学蒸镀而由碳层覆盖了表面的Si粒子等。

然而，所述的负极活性物质虽然都能够提高充放电容量、提高能量密度，但随着充放电的反复，由于在电极上生成枝状晶体、钝化体化合物而劣化明显，或者锂离子的吸收、放出时的膨胀和收缩程度变大。因此，使用了所述的负极活性物质的锂离子二次电池的基于反复充放电的放电容量的维持性(以下称“循环特性”)不充分。

相对于此，以往尝试了使用SiO等由SiO_x(0＜x≤2)表示的氧化硅的粉末作为负极活性物质。由于氧化硅相对于锂的电极电位低(贱(lower))，不存在充放电时的锂离子的吸收、放出所引起的结晶结构的破坏和不可逆物质的生成等劣化，且能够可逆地吸收及放出锂离子，因此氧化硅能够作为有效的充放电容量更大的负极活性物质。因此，通过使用氧化硅作为负极活性物质，与使用碳的情况相比为高容量，与使用Si或Sn合金等高容量负极材料的情况相比能够得到循环特性良好的锂离子二次电池。

在使用氧化硅粉末作为负极活性物质时，为了弥补氧化硅的导电度低的情况，通常作为导电助剂而混合碳粉末等。由此，能够确保氧化硅粉末与导电助剂接触的接触部附近的导电性。但是，在远离接触部的部位无法确保导电性，难以作为负极活性物质发挥功能。

为了解决该问题，在专利文献1中提出了在具有二氧化硅中分散有硅的微结晶的结构的粒子(导电性硅复合体)的表面形成有碳的皮膜的非水电解质二次电池负极材料用的导电性硅复合体及其制造方法。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第3952180号公报

发明内容

发明要解决的课题

根据在专利文献1中提出的方法，在导电性硅复合体中形成有均匀的碳皮膜，能够对其赋予充分的导电性。然而，根据本发明人等的研究，使用了专利文献1的导电性硅复合体的锂离子二次电池由于使用分散有硅的微结晶的二氧化硅作为负极材料，因此充放电时的锂离子的脱附时的膨胀·收缩程度变大，存在反复进行充放电时在某一时刻容量突然降低等的课题。另外，放电容量及循环特性不充分。

本发明是鉴于该课题而作出的，其目的在于提供一种放电容量大、循环特性良好且能够耐受实用等级的使用的锂离子二次电池的负极材料用粉末、使用该负极材料用粉末的锂离子二次电池负极及电容器负极、以及使用该锂离子二次电池负极及电容器负极的锂离子二次电池及电容器。

用于解决课题的手段