[发明专利]电气设备用负极活性物质、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活性物质、及使用其的电气设备。对于本发明的电气设备用负极活性物质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、燃料电池车和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。在汽车业界，对因电动汽车(EV)、混合动力电动汽车(HEV)的引入而带来的二氧化碳排出量的降低充满期待，把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盛行。

作为发动机驱动用二次电池，与手机、笔记本电脑等中使用的民用锂离子二次电池相比，要求具有极高的功率特性和高能量。因此，在所有电池中具有最高理论能量的锂离子二次电池备受关注，目前正迅速地进行开发。

锂离子二次电池一般具有正极和负极介由电解质层被连接并容纳于电池外壳的结构，所述正极是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，所述负极是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。

目前，锂离子二次电池的负极中开始使用在充放电循环的寿命、成本方面有利的碳/石墨系材料。然而，在碳/石墨系的负极材料中，通过锂离子向石墨晶体中的吸藏/释放来进行充放电，因此有以下缺点：无法得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。因此，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、能量密度是困难的。

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，因此作为车辆用途中的负极材料受到期待。例如，Si材料在充放电时如下述反应式(A)那样每1mol吸藏释放4.4mol的锂离子，对于Li₂₂Si₅(＝Li_4.4Si)而言，其理论容量为2100mAh/g。进而，相对于Si重量算出时，具有3200mAh/g的初始容量。

然而，对负极使用了与Li合金化的材料的锂离子二次电池而言，其充放电时负极处的膨胀收缩大。例如，吸藏Li离子时的体积膨胀对于石墨材料而言约为1.2倍，而对于Si材料而言，由于Si与Li合金化时自非晶状态向晶体状态转化会引起较大的体积变化(约4倍)，因此存在使电极的循环寿命降低的问题。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，有难以在显示出高容量的同时提高循环耐久性的问题。

为了解决这样的问题，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，参照日本特表2009-517850号公报(国际公开第2007/064531号))。此处，式中x、y、z表示原子百分率值，x+y+z＝100、x≥55、y<22、z>0、M为由Mn、Mo、Nb、W、Ta、Fe、Cu、Ti、V、Cr、Ni、Co、Zr和Y中至少1种组成的金属。上述日本特表2009-517850号公报(国际公开第2007/064531号)中记载的发明中，在第0008段中记载了通过使金属M的含量为最小限度，从而显示出高容量、以及良好的循环寿命。

发明内容

然而，在上述日本特表2009-517850号公报(国际公开第2007/064531号)中记载的使用了具有式：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耐久性，但是不能说循环耐久性充分。

于是，本发明的目的在于提供具有高循环耐久性的锂离子二次电池等电气设备用负极活性物质。

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，通过使用作为规定的元素的组合且具有规定的组成的3元系Si合金，进而在该合金的使用CuKα射线的X射线衍射测定中，使2θ＝24～33°的范围内的Si的(111)面的衍射峰的半值宽度(FWHM)为规定的范围，能够解决上述问题，由此完成了本发明。

即，本发明涉及电气设备用负极活性物质。此时，前述电气设备用负极活性物质的特征在于，包含下述化学式(1)所示的合金：

S_ixSn_yM_zA_a(1)

(上述化学式(1)中，

M为选自由Ti、Zn、C、以及它们的组合组成的组中的至少1种金属，