[发明专利]非水电解质二次电池

说明书

技术领域

本发明涉及改良了用于负极的负极活性物质的非水电解质二次电池。

背景技术

近年来，作为便携式电子设备的电源等，正在利用使锂离子在正极和负极之间移动进行充放电的方式的非水电解质二次电池。

另外，最近，便携电话、笔记本电脑、PDA(Personal Digital Assistant)等移动机器的小型化和轻量化急速发展，此外伴随着多功能化，消耗电力也在增加，因此对于作为它们的电源而使用的非水电解质二次电池，高容量、高能量密度的要求也更强烈。

这里，在上述非水电解质二次电池中，作为其正极的正极活性物质，已知有钴酸锂LiCoO₂、尖晶石型锰酸锂LiMn₂O₄、钴-镍-锰的锂复合氧化物、铝-镍-锰的锂复合氧化物、铝-镍-钴的锂复合氧化物等。另外，作为其负极的负极活性物质，已知有金属锂、石墨等炭、如非专利文献1公开的硅、锡等与锂合金化的材料等。

这里，在负极活性物质中使用金属锂的情况下，它的处理性困难，并且因充放电而发生由针状的金属锂构成的树枝状晶体、与正极之间发生内部短路等，在电池的寿命、安全性等方面存在问题。

此外，在负极活性物质中使用炭材料的情况下，不会产生树枝状晶体，尤其在炭材料中使用了石墨的情况下，化学耐久性、结构稳定性优异，每单位质量的容量高，锂的吸藏/释放反应的可逆性也高，进一步具有动作电位低且平坦性也优异的优点，多数在移动机器用的电源等中被利用。

然而，在使用石墨时层间化合物的LiC₆的理论容量为372mAh/g，存在不能充分应对如上述那样期望高容量、高能量密度要求的问题。

另外，为了使用石墨得到高容量、高能量密度的非水电解质二次电池，将使用了一次颗粒形状为鳞片状的石墨的负极合剂强烈地压缩，并使之与集电体粘接，从而提高负极合剂的填充密度，提高非水电解质二次电池的体积比容量。

然而，在这样将使用了石墨的负极合剂压缩而提高其填充密度的情况下，会导致一次颗粒形状为鳞片状的石墨在压缩时过度取向，负极合剂中的离子扩散速度降低，放电容量减少，或放电时的动作电位上升，存在能量密度降低等问题。

此外，近年来，提出一种作为高容量密度、高能量密度的负极活性物质材料使用按质量比含有Si、Sn或这两者的合金。这些材料显示出以Si计4198mAh/g、以Sn计993mAh/g的高的单位质量比容量，与此相对，放电时的动作电位比石墨负极高、可见到充放电时的体积的膨胀收缩，其结果是存在循环特性容易降低的课题。

另一方面，作为形成与锂的合金的元素，已知有锡、硅、镁、铝、钙、锌、镉、银等。

专利文献1中，公开了一种使用含有炭物质、石墨物质、和平均粒径为10nm以上且200nm以下的由选自Ag、Zn、Al、Ga、In、Si、Ge、Sn、Pb中的金属元素组成的纳米金属微粒而成的负极材料的负极。

该专利文献1中，公开了通过从最初使用平均粒径非常小的纳米金属微粒，可抑制因伴随充放电的颗粒的膨胀收缩而微粉化的影响，循环特性得以提高。

在专利文献2中，公开了将负载有与锂形成合金的金属的炭颗粒的导电助材和石墨混合而使用。并且，公开了在该情况下负载有金属颗粒的炭颗粒的粒径小于石墨的粒径。

如专利文献1所公开的那样，即使使用平均粒径非常小的纳米金属颗粒，在为了获得高容量、高能量密度的电池而提高负极的填充密度的情况下，也存在循环特性降低的问题。

另外，期望专利文献2中使用的负载在炭颗粒上的金属颗粒的粒径为500nm以下，由于金属颗粒的粒径大，体积变化变大，颗粒容易崩解，所以存在循环特性降低的问题。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2004-213927号公报

专利文献2：日本特开2000-113877号公报

发明内容

发明要解决的问题

本发明的目的在于提供即使提高负极的填充密度也可得到优异的高倍率充放电特性和充放电循环特性的非水电解质二次电池。

用于解决问题的方案

本发明的特征在于，在具有含有正极活性物质的正极、含有负极活性物质的负极、和非水电解质的非水电解质二次电池中，将选自锌、铝、锡、钙和镁中的至少一种金属颗粒、和炭材料混合而得到的物质作为前述负极活性物质使用。