[发明专利]非水电解质二次电池用负极材料、使用了该负极材料的负极以及非水电解质二次电池

说明书

本发明提供一种非水电解质二次电池用负极材料，其可以在不进行2000℃以上的高温下的热处理的情况下制造，并且可以进一步提高放电容量。本发明的非水电解质二次电池用负极材料含有：芯部，其包含碳负极活性物质粒子；以及壳部，其包含聚酰亚胺并包含硅类负极活性物质粒子和/或锡类负极活性物质粒子。此外，所述硅类负极活性物质粒子和/或锡类负极活性物质粒子的体积平均粒径(D50)相对于所述碳负极活性物质粒子的体积平均粒径(D50)的比值为0.001～0.1，并且相对于所述碳负极活性物质粒子的含量100质量％，所述硅类负极活性物质粒子和/或锡类负极活性物质粒子的含量为2～20质量％。

技术领域

本发明涉及非水电解质二次电池用负极材料、使用了该负极材料的负极以及非水电解质二次电池。

背景技术

近年来，为了应对大气污染和全球变暖，迫切期望减少二氧化碳量。在汽车工业中，由于电动汽车(EV)或混合电动汽车(HEV)的导入而减少二氧化碳排出量备受期待，正在深入进行作为将其实用化的关键的电机驱动用二次电池等非水电解质二次电池的开发。

作为电机驱动用二次电池，与用于移动电话、笔记本等中的民用锂离子二次电池相比，需要具有极高的输出特性和高能量。因此，所有实用电池中具有最高理论能量的锂离子二次电池正引起关注，目前正在迅速发展。

通常，锂离子二次电池具有下述结构：使用粘合剂将正极活性物质等涂布于正极集电体的两个表面而得到的正极、以及使用粘合剂将负极极活性物质等涂布于负极集电体的两个表面而得到的负极，经由电解质层连接并收纳在电池壳中而得到的结构。

以往，在充电放电循环的寿命和成本方面有利的碳/石墨类材料已经用于锂离子二次电池的负极。然而，由于碳/石墨类负极材料通过锂离子向石墨晶体中的吸留/释放而充电放电，因此存在从作为最大锂导入化合物的LiC₆得到的理论容量的充电放电容量无法超过372mAh/g的缺点。因此，难以得到满足要求的容量和能量密度，即满足具有相当于使用碳/石墨类负极材料的汽油车辆的续航里程的车辆应用的实用水平的容量和能量密度。

相对于此，在使用与Li合金化的材料作为负极的电池中，与现有的碳/石墨类负极材料相比，其能量密度提高，因此有望作为车辆用的负极材料。例如，Si材料在充电放电期间，如下述反应式(A)所示，每摩尔吸留和释放3.75mol锂离子，在Li₁₅Si₄(＝Li_3.75Si)中理论容量为3600mAh/g。

[化学式1]

然而，使用与Li合金化的材料作为负极的锂离子二次电池在充电和放电时，负极的膨胀收缩较大。例如，就在Li离子被吸留的情况下的体积膨胀而言，在石墨材料中约为1.2倍，而在Si材料中，当Si和Li合金化时，从非晶态转移为结晶态而引起较大的体积变化(约4倍)，因此存在降低电极的循环寿命的问题。此外，在Si负极活性物质的情况下，容量和循环耐久性处于折衷关系，存在难以在具有高容量的同时提高循环耐久性的问题。

此处，日本特开2004-182512号公报(对应美国特许公开第2006/035149号)中公开了一种旨在提供放电容量大、循环特性和大电流负载特性(速率特性)优异的非水电解质二次电池的发明。具体而言，公开了如下技术：将含有Si和/或Si化合物的碳材料附着于具有石墨结构的碳粒子表面而得到的碳粒子与纤维状碳进行混合并作为负极材料的技术、或者将含有Si和/或Si化合物和纤维状碳的碳材料附着于具有石墨结构的碳粒子的表面而得到的碳粒子作为负极材料的技术。此时，作为碳材料可以使用对含有聚合物的组合物进行热处理而得到的物质。

发明内容

发明所解决的技术问题