[发明专利]电气设备用负极活性物质以及使用其的电气设备

说明书

[课题]提供一种能提高锂离子二次电池等电气设备的循环耐久性的手段。[解决手段]在电气设备中使用含有含硅合金的负极活性物质，所述含硅合金具有化学式(I)：Si_xSn_yM_zA_a所示的组成，式中，A表示不可避免的杂质，M表示1种或2种以上过渡金属元素，x、y、z和a表示质量％的值，此时，0＜x＜100、0＜y＜100、0＜z＜100且0≤a＜0.5，并且x+y+z+a＝100，由该含硅合金的通过透射电子显微镜得到的晶格图像进行傅里叶变换处理而得到衍射图案，对该衍射图案中的、将Si正四面体间距离设为1.0时存在于0.7～1.0宽度内的衍射环部分进行逆傅里叶变换，由得到的傅里叶图像计算非晶质区域的Si正四面体间距离时，该Si正四面体间距离为0.39nm以上。

技术领域

本发明涉及电气设备用负极活性物质和使用其的电气设备。本发明的电气设备用负极活性物质和使用其的电气设备以例如二次电池、电容器等形式用作电动汽车、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，迫切希望减少二氧化碳量。在汽车业界，对通过引入电动汽车(EV)、混合动力电动汽车(HEV)来减少二氧化碳排放量充满了期待，掌握着这些的实用化的关键的、发动机驱动用二次电池等电气设备的开发正在如火如荼地进行。

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，要求具有极高的输出特性和高能量。因此，在全部电池中具有最高理论能量的锂离子二次电池备受关注，现在正在迅速地推进开发。

锂离子二次电池一般具有正极和负极借助电解质层而连接、并收纳于电池壳的构成，所述正极使用粘结剂将正极活性物质等涂布在正极集电体的两面而成，所述负极使用粘结剂将负极活性物质等涂布在负极集电体的两面而成。

一直以来，锂离子二次电池的负极中使用的是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·石墨系的负极材料通过锂离子向石墨晶体中的吸存/释放来进行充放电，因此具有得不到理论容量372mAh/g以上的充放电容量的缺点，所述理论容量是由锂导入最多的化合物LiC₆而得到的。因此，用碳·石墨系负极材料难以得到满足车辆用途的实用化水平的容量、能量密度。

与此相对地，负极中使用了与Li进行合金化的材料的电池与此前的碳·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而受到期待。例如，就Si材料而言，在充放电中，如下述反应式(A)所示，每1mol的Si材料吸存释放3.75mol的锂离子，Li₁₅Si₄(＝Li_3.75Si)的理论容量为3600mAh/g。

但是，就负极中使用了与Li进行合金化的材料的锂离子二次电池而言，充放电时的负极的膨胀收缩较大。例如，就吸存Li离子时的体积膨胀而言，石墨材料时为约1.2倍，而在Si材料的情况下，Si与Li进行合金化时，从无定形状态向结晶状态转变而发生较大体积变化(约4倍)，因此存在使电极的循环寿命缩短的问题。此外，在Si负极活性物质的情况下，容量和循环耐久性为折衷关系，存在难以在显示高容量的同时提高循环耐久性的问题。

这里，专利文献1公开了课题在于提供具有高容量且循环寿命优异的负极颗粒的非水电解质二次电池的发明。具体而言，使用包含以硅为主体的第1相和含有钛的硅化物(TiSi₂等)的第2相的含硅合金作为负极活性物质，所述含硅合金是将硅粉末和钛粉末通过机械合金化法混合并进行湿式粉碎而得到的。还公开了：这种情况下，这两相中的至少一相为非晶质或低结晶性。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:国际公开第2006/129415号小册子

发明内容