電氣設(shè)備用負(fù)極、及使用其的電氣設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電氣設(shè)備用負(fù)極、及使用其的電氣設(shè)備。本發(fā)明的電氣設(shè)備用負(fù)極及 使用其的電氣設(shè)備例如可以作為二次電池、電容器等用于電動(dòng)汽車、燃料電池車及混合動(dòng) 力電動(dòng)汽車等車輛的發(fā)動(dòng)機(jī)等的驅(qū)動(dòng)用電源、輔助電源。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，為了應(yīng)對大氣污染、全球變暖，迫切期望二氧化碳量的降低。汽車行業(yè)中， 電動(dòng)汽車（EV)、混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（HEV)的引入所帶來的二氧化碳排出量的降低備受期 待，掌握它們的實(shí)用化的關(guān)鍵的發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)用二次電池等電氣設(shè)備的開發(fā)正在積極進(jìn)行。
[0003] 作為發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)用二次電池，與移動(dòng)電話、筆記本電腦等所使用的民用鋰離子二 次電池相比，要求具有極高的功率特性、以及高能量。因此，在所有電池中具有最高的理論 能量的鋰離子二次電池備受關(guān)注，現(xiàn)在正迅速地進(jìn)行開發(fā)。
[0004] 鋰離子二次電池通常具有如下的構(gòu)成：使用粘結(jié)劑將正極活性物質(zhì)等涂布于正極 集電體的兩面而成的正極與使用粘結(jié)劑將負(fù)極活性物質(zhì)等涂布于負(fù)極集電體的兩面而成 的負(fù)極隔著電解質(zhì)層而被連接，并容納于電池外殼中。
[0005] -直以來，鋰離子二次電池的負(fù)極使用在充放電循環(huán)的壽命、成本方面有利的碳/ 石墨系材料。但是，碳/石墨系的負(fù)極材料由于通過鋰離子在石墨晶體中的吸藏/釋放而 進(jìn)行充放電，因此存在得不到由最大鋰導(dǎo)入化合物即1^(： 6得到的理論容量372mAh/g以上 的充放電容量這樣的缺點(diǎn)。因此，難以利用碳/石墨系負(fù)極材料得到滿足車輛用途的實(shí)用 化水平的容量、能量密度。
[0006] 另一方面，負(fù)極使用了與Li進(jìn)行合金化的材料的電池與現(xiàn)有的碳/石墨系負(fù)極材 料相比，能量密度提高，因此作為車輛用途的負(fù)極材料受到期待。例如，Si材料在充放電中 像下述的反應(yīng)式（A)這樣每Imol中吸藏釋放4. 4mol的鋰離子，對于Li22Si5( = Li44Si)， 理論容量為2100mAh/g。進(jìn)而，以每單位重量Si計(jì)而算出時(shí)，具有3200mAh/g(參見參考例 C的比較參考例34)的初始容量。
[0007]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種電氣設(shè)備用負(fù)極，其具有集電體、以及配置于所述集電體的表面的包含負(fù)極活 性物質(zhì)、導(dǎo)電助劑和粘結(jié)劑的電極層， 所述負(fù)極活性物質(zhì)是下述式（1)所示的合金與碳系材料混合而成的， SixTiyM人 ⑴ 上述式（1)中， M為選自由Ge、Sn、Zn、以及它們的組合組成的組中的至少1種金屬， A為不可避免的雜質(zhì)， x、y、z 和 a 表示質(zhì)量 ％ 的值，此時(shí)，0〈x〈100,0〈y〈100,0〈z〈100,并且 O < a〈0. 5， x+y+z+a = IOOo
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電氣設(shè)備用負(fù)極，其中，所述負(fù)極活性物質(zhì)中的合金的含有 率為3%~70%。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的電氣設(shè)備用負(fù)極，其中，所述負(fù)極活性物質(zhì)中的合金的含有 率為30%~50%。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的電氣設(shè)備用負(fù)極，其中，所述負(fù)極活性物質(zhì)中的合金的含有 率為50%~70%。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1~4中任一項(xiàng)所述的電氣設(shè)備用負(fù)極，其中，所述合金的平均粒徑小 于所述碳系材料的平均粒徑。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1~5中任一項(xiàng)所述的電氣設(shè)備用負(fù)極，其中，所述M為Ge， 所述X為17以上且低于90,所述y超過10且低于83, z超過0且低于73。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的電氣設(shè)備用負(fù)極，其中，所述X為77以下，所述y為20以上， 所述z為3以上且63以下。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的電氣設(shè)備用負(fù)極，其中，所述y為68以下。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的電氣設(shè)備用負(fù)極，其中，所述X為50以下。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的電氣設(shè)備用負(fù)極，其中，所述X為46以下，所述y為51以 上，所述z為32以下。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1~5中任一項(xiàng)所述的電氣設(shè)備用負(fù)極，其中，所述M為Sn， 所述x、y和z滿足下述數(shù)學(xué)式⑴或（2): 35. X 彡 78、0〈y 彡 37、7 彡 z 彡 30 (1) 35. X 彡 52、0〈y 彡 35、30 彡 z 彡 51 (2)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1~5中任一項(xiàng)所述的電氣設(shè)備用負(fù)極，其中，所述M為Sn， 所述x、y和z滿足下述數(shù)學(xué)式⑶或（4): 35彡X彡78、7彡y彡37、7彡z彡30 (3) 35. X 彡 52、7 彡 y 彡 35、30 彡 z 彡 51 (4)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1~5中任一項(xiàng)所述的電氣設(shè)備用負(fù)極，其中，所述M為Sn， 所述x、y和z滿足下述數(shù)學(xué)式（5)或（6): 35. X 彡 68、18 彡 y 彡 37、7 彡 z 彡 30 (5) 39. X 彡 52、7 彡 y 彡 20、30 彡 z 彡 51 (6)。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1~5中任一項(xiàng)所述的電氣設(shè)備用負(fù)極，其中，所述M為Sn， 所述x、y和z滿足下述數(shù)學(xué)式（7): 46. x 彡 58、24 彡 y 彡 37、7 彡 z 彡 21 (7)。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1~5中任一項(xiàng)所述的電氣設(shè)備用負(fù)極，其中，所述M為Zn， 所述x、y和z滿足下述數(shù)學(xué)式（8): 38. x〈100、0〈y〈62、0〈z〈62 (8)。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的電氣設(shè)備用負(fù)極，其中，所述x、y和z滿足下述數(shù)學(xué)式 (9)： 38. x〈100、0〈y < 42、0〈z < 39 (9)。
17. 根據(jù)權(quán)利要求15或16所述的電氣設(shè)備用負(fù)極，其中，所述x、y和z滿足下述數(shù)學(xué) 式（10): 38. X 彡 72、8 彡 y 彡 42、12 彡 z 彡 39 (10)。
18. 根據(jù)權(quán)利要求15~17中任一項(xiàng)所述的電氣設(shè)備用負(fù)極，其中，所述x、y和z滿足 下述數(shù)學(xué)式（11): 38. X 彡 61、19 彡 y 彡 42、12 彡 z 彡 35 (11)。
19. 根據(jù)權(quán)利要求15~18中任一項(xiàng)所述的電氣設(shè)備用負(fù)極，其中，所述x、y和z滿足 下述數(shù)學(xué)式（12): 47. X 彡 53、19 彡 y 彡 21、26 彡 z 彡 35 (12)。
20. -種電氣設(shè)備，其包含權(quán)利要求1~19中任一項(xiàng)所述的電氣設(shè)備用負(fù)極。
【專利摘要】[課題]提供維持高循環(huán)特性、且初始容量也高、表現(xiàn)出平衡良好的特性的Li離子二次電池等的電氣設(shè)備用負(fù)極。[解決手段]一種電氣設(shè)備用負(fù)極，其具有集電體、以及配置于前述集電體的表面的包含負(fù)極活性物質(zhì)、導(dǎo)電助劑和粘結(jié)劑的電極層，前述負(fù)極活性物質(zhì)是下述式(1)：SixTiyMzAa(上述式(1)中，M為選自由Ge、Sn、Zn、以及它們的組合組成的組中的至少1種金屬，A為不可避免的雜質(zhì)，x、y、z和a表示質(zhì)量％的值，此時(shí)，0<x<100，0<y<100，0<z<100，并且0≤a<0.5，x+y+z+a＝100。)所示的合金與碳系材料混合而成的。
【IPC分類】H01M4-134, C22C28-00, H01M4-36, H01M4-133, C22C13-00, C22C18-00, C22C14-00, H01M4-38
【公開號】CN104854734
【申請?zhí)枴緾N201380061222
【發(fā)明人】渡邊學(xué), 三木文博, 真田貴志, 千葉啟貴
【申請人】日產(chǎn)自動(dòng)車株式會(huì)社
【公開日】2015年8月19日
【申請日】2013年11月19日
【公告號】EP2924770A1, WO2014080893A1