[发明专利]电气设备用负极、及使用其的电气设备

说明书

技术领域

本发明涉及电气设备用负极、及使用其的电气设备。本发明的电气设备用负极及使用其的电气设备例如可以作为二次电池、电容器等用于电动汽车、燃料电池车及混合动力电动汽车等车辆的发动机等的驱动用电源、辅助电源。

背景技术

近年来，为了应对大气污染、全球变暖，迫切期望二氧化碳量的降低。汽车行业中，电动汽车(EV)、混合动力电动汽车(HEV)的引入所带来的二氧化碳排出量的降低备受期待，掌握它们的实用化的关键的发动机驱动用二次电池等电气设备的开发正在积极进行。

作为发动机驱动用二次电池，与移动电话、笔记本电脑等所使用的民用锂离子二次电池相比，要求极高的功率特性、以及具有高能量。因此，在所有电池中具有最高的理论能量的锂离子二次电池备受关注，现在正迅速地进行开发。

锂离子二次电池通常具有如下的结构：使用粘结剂将正极活性物质等涂布于正极集电体的两面而成的正极、与使用粘结剂将负极活性物质等涂布于负极集电体的两面而成的负极介由电解质层而被连接，容纳于电池外壳中。

一直以来，锂离子二次电池的负极使用在充放电循环的寿命、成本方面有利的碳/石墨系材料。但是，碳/石墨系的负极材料由于通过锂离子向石墨晶体中的吸藏/释放而进行充放电，因此具有得不到由最大锂导入化合物即LiC₆得到的理论容量372mAh/g以上的充放电容量这样的缺点。因此，难以利用碳/石墨系负极材料得到满足车辆用途的实用化水平的容量、能量密度。

另一方面，负极使用了与Li合金化的材料的电池与现有的碳/石墨系负极材料相比，能量密度提高，因此作为车辆用途的负极材料受到期待。例如，Si材料在充放电中像下述的反应式(A)这样每1mol中吸藏释放4.4mol的锂离子，对于Li₂₂Si₅(＝Li_4.4Si)，理论容量为2100mAh/g。进而，相对于Si重量而算出时，具有3200mAh/g的初始容量。

然而，负极使用了与Li合金化的材料的锂离子二次电池在充放电时在负极的膨胀收缩大。例如，关于吸藏Li离子时的体积膨胀，石墨材料的情况下约为1.2倍，另一方面，Si材料的情况下Si与Li合金化时，自非晶状态向晶体状态转变，发生较大的体积变化(约4倍)，因此，存在降低电极的循环寿命的问题。另外，Si负极活性物质的情况下，容量与循环耐久性为折衷的关系，存在难以表现出高容量且提高高循环耐久性这样的问题。

为了解决这种问题，提出了包含具有式：Si_xM_yAl_z的非晶合金的锂离子二次电池用的负极活性物质(例如，参见专利文献1)。此处，式中x、y、z表示原子百分比值，x+y+z＝100，x≥55，y<22，z>0，M为包含Mn、Mo、Nb、W、Ta、Fe、Cu、Ti、V、Cr、Ni、Co、Zr和Y中的至少1种金属。上述专利文献1中记载的发明中，段落“0018”中记载了通过将金属M的含量设为最小限，从而除了高容量之外还表现出良好的循环寿命。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特表2009-517850号公报

发明内容

发明要解决的问题

然而，上述专利文献1中记载的使用包含具有式：Si_xM_yAl_z的非晶合金的负极的锂离子二次电池的情况下，虽然能够表现出良好的循环特性，但是初始容量不能说充分。另外，循环特性也不能说充分。

所以，本发明的目的在于提供维持高循环特性、且初始容量也高、表现出平衡良好的特性的Li离子二次电池等的电气设备用负极。

用于解决问题的方案

本发明人等为了解决上述问题而进行了深入研究。其结果发现，通过使用利用了将规定的3元系Si合金与碳系材料混合而成的负极活性物质的负极，从而可以解决上述问题，由此完成了本发明。

即，本发明涉及具有集电体、以及设置于前述集电体的表面的包含负极活性物质、导电助剂和粘结剂的电极层的电气设备用负极。此时，负极活性物质的特征在于，其是下述式(1)所示的合金(以下也简称为“合金”或“Si合金”)与碳系材料混合而成的。

Si_xSn_yM_zA_a   (1)