[发明专利]负极活性物质材料

说明书

本发明涉及负极活性物质材料。提供可以改善以锂离子二次电池为代表的非水电解质二次电池的单位体积的容量和充放电循环特性的负极活性物质材料。本实施方式的负极活性物质材料含有合金相。合金相在释放金属离子时或吸收金属离子时发生热弹性型无扩散相变。本实施方式的负极活性物质材料可以用于非水电解质二次电池。热弹性型无扩散相变的含义为所谓的热弹性型马氏体相变。

本申请是申请日为2013年8月27日、申请号为201380055994.0、发明名称为“负极活性物质材料”的中国专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及电极活性物质材料，进一步详细而言，涉及负极活性物质材料。

背景技术

近年来，家庭用摄像机、笔记本电脑、以及智能手机等小型电子设备等的普及推进，电池的高容量化和长寿命化成为技术课题。

为了进一步普及混合动力汽车、插电混合动力汽车以及电动汽车，电池的小型化也成为技术课题。

现在，在锂离子电池中利用了石墨系的负极活性物质材料。然而，石墨系的负极活性物质材料具有上述的技术课题。

此处，比石墨系负极活性物质材料更高容量的合金系负极活性物质材料受到关注。作为合金系负极活性物质材料，已知有硅(Si)系负极活性物质材料、锡(Sn)系负极活性物质材料。为了实现更小型的长寿命的锂离子电池的实用化，对上述合金系负极活性物质材料进行了各种各样的研究。

然而，合金系负极活性物质材料的体积在充放电时反复进行较大的膨胀和收缩。因此，合金系负极活性物质材料的容量易劣化。例如，石墨的随着充电的体积膨胀收缩率为12％左右。与此相对，Si单质或Sn单质的随着充电的体积膨胀收缩率为400％前后。因此，Sn单质的负极板在反复充放电时，发生显著的膨胀收缩，且涂布于负极板的集电体的负极合剂产生裂纹。其结果，负极板的容量急剧地降低。这主要是由于体积膨胀收缩导致一部分的活性物质游离、负极板失去电子传导性。

美国专利申请公开第2008/0233479号(专利文献1)中，提出了合金系负极活性物质材料的上述课题的解决方案。具体而言，专利文献1的负极材料具备Ti-Ni系超弹性合金、超弹性合金中形成的Si颗粒。专利文献1记载了：由超弹性合金能够抑制伴随锂离子的吸收和释放所引起的硅颗粒的较大的膨胀收缩变化。

但是，对于以专利文献1公开的方式能否充分地提高锂离子二次电池的充放电循环特性存疑。归根结底，认为实际制造专利文献1中提出的负极活性物质材料是极其困难的。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：美国专利申请公开第2008/0233479号

发明内容

发明要解决的问题

本发明的目的是提供在以锂离子二次电池为代表的非水电解质二次电池中被利用的、可以改善单位体积的容量和充放电循环特性的负极活性物质材料。

本实施方式的负极活性物质材料含有合金相。合金相在释放金属离子时或吸收金属离子时发生热弹性型无扩散相变。

附图说明

图1为示出实施例中的Cu-15.5at(原子)％Sn合金的X射线衍射曲线和根据Rietveld法的模拟结果的图。

图2为DO₃结构的立体图。

图3为示出实施例中的Cu-15.5原子％Sn合金的充放电前后的X射线衍射曲线和根据Rietveld法的模拟结果的图。

图4A为本实施方式的合金相的母相的DO₃结构的示意图。

图4B为马氏体相的一种的γ1’相的2H结构的示意图。