[发明专利]锂离子电池负极活性材料和使用该锂离子电池负极活性材料的锂离子电池负极

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池负极活性材料和使用该锂离子电池负极活性材料的锂离子电池负极。 

背景技术

锂离子电池因其在高容量、高电压以及能够微型化等方面的优点，从而被广泛地用作迁移电话、笔记本电脑等的电源。近年来，锂离子电池作为电力电子设备（包括电动车和混合动力车）的电源也深受期待，并在进行积极开发。 

锂离子电池通过锂离子在正极与负极之间的迁移来进行电池充电和放电，在负极中，负极活性材料在电池充电时吸收锂离子，并在电池放电时释放锂离子。 

通常，将钴酸锂（LiCoO₂）用作正极的活性材料，而将石墨用作负极活性材料。 

然而，被广泛用作负极活性材料的石墨的理论容量仅为372mAh/g，而人们需要更高的容量。作为碳质负极活性材料的替代材料，人们对期待具有高电容的金属材料（例如，Si和Sn）进行了积极研究。 

然而，Si和Sn通过与锂之间的合金化反应而吸收锂离子，并且在锂离子的吸收与释放时会伴随着体积的显著膨胀和收缩。 

因此，单独使用Si或Sn来构成负极活性材料时，会产生这样的问题：由于上述膨胀和收缩所产生的应力，Si或Sn颗粒会发生破裂或者从集电体上脱落，从而使循环特性劣化，即，在反复充电-放电过程中，容量保持性劣化。 

作为应对措施，专利文件1描述了这样的技术方案：通过将Si 合金化，从而提供了具有这样的结构的负极活性材料，在该结构中，大量硅核均被Al-Co基合金基质相包围，从而能够借助基质相缓解Si相的膨胀和收缩应力，从而改善循环特性。 

专利文献1还公开了：通过对合金熔体进行淬火，从而提供一种Si基非晶态合金，然后对其进行加热处理，从而使微细的Si核沉淀，由此提供具有这样的微细结构的锂二次电池负极活性材料，该微细结构包含Si核，以及淬火凝固时从Si分离出的相所形成的合金基质。 

然而，专利文献1所公开的技术在如下方面仍然具有改善的空间。 

在Si被Al-Co基合金基质相包围的结构中，Al合金具有些许Li活性，但是无法充分发挥Li扩散通道（Al合金基本上不吸收Li）的功能，其容量利用率相对于活性材料的理论容量而言较低，从而难以提高初始放电容量。并且，当使用Al合金作为基质相时，循环特性必然会得以改善，但是难以进一步增强循环特性。 

据认为上述问题可能是由以下因素造成的。 

如上所述，Al合金基本上不吸收Li，因此，当Al合金被用作包围Si相的基质相时，在Si相发生体积膨胀时，基质相自身的膨胀较小，于是基质相由于无法承受Si相的膨胀应力而破裂，结果难以进一步增强循环特性。 

专利文献2公开了一种锂二次电池，该锂二次电池具有高电容和增强的循环特性，专利文献3公开了一种锂电池用负极活性材料，该锂电池用负极活性材料在保持高放电容量的同时，具有更强的循环特性。 

然而，专利文献2和3未披露具有这样的结构的负极活性材料，该结构包含作为核的Si相以及包围所述核的基质，该基质由Si-Fe化合物相和Sn-Cu化合物相构成，其中Sn-Cu化合物相经结晶而包围所述核。 

专利文献4公开了纳米尺寸颗粒、包含该纳米尺寸颗粒的锂离子二次电池用负极材料、锂离子二次电池用负极、锂离子二次电池、 以及生成纳米尺寸颗粒的方法，该专利文献旨在提供一种具有高电容和良好的循环特性的锂离子二次电池用负极材料。 

专利文献4在其表1的实施例中，公开了一种活性材料的实例，该活性材料包含Si-Sn-Cu-Fe四元合金。 

然而，这种活性材料不具有这样的结构，该结构包含作为核的Si相以及包围所述核的基质，该基质由Si-Fe化合物相和Sn-Cu化合物相构成，其中Sn-Cu化合物相经结晶而包围所述核，因此该专利文献区别于本发明。 

专利文献1：JP-A-2009-32644 

专利文献2：JP-A-2006-172777 

专利文献3：JP-A-2002-124254 

专利文献4：JP-A-2011-32541 

发明内容

鉴于上述现状而进行本发明，本发明的目的在于提供一种锂离子电池负极活性材料，并提供利用该锂离子电池负极活性材料的锂离子电池用负极，其中该锂离子电池负极活性材料能够使活性材料具有较大的初始放电容量，特别是能够增强循环特性。 

即，本发明提供了如下内容。 

1.一种负极活性材料，其包含Si-Sn-Fe-Cu基合金，