[发明专利]二次电池负极用组合物、二次电池用负极及二次电极

说明书

本发明提供一种能够提升电池容量及放电速率特性中的至少一个电池特性的二次电池用负极材料组合物以及使用其的二次电池用负极及二次电池。二次电池负极用组合物包含：碳材料以及硅氧化物结构体，且所述硅氧化物结构体是包含原子组成中含有Si和O的硅氧化物骨架、及化学键结于所述硅氧化物骨架的硅系纳米粒子作为构成要素而成，所述硅氧化物结构体是相对于所述碳材料与所述硅氧化物结构体的合计而含有15质量％以上的比例，所述硅氧化物结构体满足以下条件i～条件iii：条件i，具有通式SiO_x2H_y2)所表示的原子组成，其中0.3＜x2＜1.5、0.01＜y2＜0.35；条件ii，具有Si‑H键；以及条件iii，本质上不包含碳。

技术领域

本发明涉及一种二次电池用负极材料组合物、以及使用其的二次电池用负极及二次电池。更详细地说，本发明涉及一种可看到电池容量及放电速率特性中的至少一个电池特性的提升的二次电池用负极材料组合物、以及使用其的二次电池用负极及二次电池。

背景技术

在各种电子机器或通信机器以及混合动力汽车等环保汽车(eco-car)中，利用二次电池作为驱动电源。作为这种二次电池，主要是推进开发将从层间释放锂离子的嵌锂(Lithium intercalation)化合物用于正极物质、并且将充放电时能够在结晶面间的层间吸藏释放(嵌入)锂离子的碳质材料(例如石墨等)用于负极物质的各种锂离子电池并且还投入实际应用。

在如上所述的背景下，近年来，伴随各种电子机器·通信机器的小型化、混合动力汽车等的迅速普及，作为这些机器等的驱动电源，强烈要求开发一种容量更高且循环特性或放电速率特性等各种电池特性进一步提升了的二次电池。为了实现这种高性能的二次电池，还尝试了尤其是关注负极材料或负极结构的各种改良，例如已知有如下的技术。

专利文献1中公开了一种除正极及非水电解质以外，还具备具有规定构成的负极的非水电解质二次电池。更具体来说，所述负极包括负极集电体、以及附着于负极集电体表面的负极活性物质层。所述负极活性物质层包含可实现锂的吸藏及释放的碳材料、以及SiO_x(0.5＜x＜1.5)所表示的硅氧化物，进而具有硅氧化物富集的表层部、以及碳材料富集的主要层。而且，其特征在于：在所述表层部中，硅氧化物在碳材料与硅氧化物的合计中所占的比例为50质量％以上，且在负极活性物质层中预掺杂有与负极不可逆容量的至少一部分相当的量的锂而成。专利文献1中根据这种负极的构成而提到了如下优点：不易发生负极的变形，伴随充放电循环的副反应得到抑制，制造电池时的负极的处理变得容易等。

另外，专利文献2中公开了一种如下的电极，其包含：(a)碳纳米粒子；金属粒子、金属氧化物粒子、半金属粒子(例如硅粒子)、及半金属氧化物粒子(例如硅氧化物粒子)中的至少一种；(c)表面活性剂；以及(d)粘合剂(binder)，且当以约0.1C的充放电速率使其循环时可具有至少450mAh/g活性物质的比容量。根据专利文献2的公开内容，所述电极采用碳纳米粒子作为充放电时吸藏及释放锂离子的碳材料，并且，除所述碳纳米粒子以外，还采用所述规定的无机粒子、表面活性剂及粘合剂作为构成成分，由此实现使所述碳纳米粒子在电极中均匀地分散，其结果，可实现电池的容量、性能及寿命的提升。

进而，专利文献3中公开了一种以规定比例包含具有规定性状的各种成分的锂离子电池用电极材料，具体来说，所述电极材料含有：布鲁诺尔-埃米特-特勒(Brunauer-Emmett-Teller，BET)表面积为5m²/g～700m²/g且平均一次粒子直径为5nm～200nm的硅系纳米粒子5质量％～85质量％、导电性碳黑0质量％～10质量％、平均粒子直径为1μm～100μm的石墨5质量％～80质量％、以及粘结剂5质量％～25质量％。专利文献3中记载：通过采用这种构成的电极材料，能够实现良好的循环特性，且可维持高的容量维持率及机械稳定性等。