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公開番号2024018930
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-02-08
出願番号2023067211
出願日2023-04-17
発明の名称負極活物質
出願人大同特殊鋼株式会社
代理人個人
主分類H01M 4/38 20060101AFI20240201BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】高い電極容量を維持しつつ、サイクル特性も良好な負極活物質の提供。
【解決手段】Si粒子、第1粒子及び第2粒子を含み、前記第1粒子のLi吸蔵による体積膨張率が0～80%であり、前記第2粒子のLi吸蔵による体積膨張率が100～300%である、負極活物質。
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
Ｓｉ粒子、第１粒子及び第２粒子を含み、
前記第１粒子のＬｉ吸蔵による体積膨張率が０～８０％であり、
前記第２粒子のＬｉ吸蔵による体積膨張率が１００～３００％である、負極活物質。
続きを表示（約 510 文字）【請求項２】
前記Ｓｉ粒子の平均粒子径、及び、前記第２粒子の平均粒子径が、共に５μｍ以下である、請求項１に記載の負極活物質。
【請求項３】
前記Ｓｉ粒子の含有量が２０～８０質量％、前記第１粒子の含有量が１０～７０質量％、前記第２粒子の含有量が１～６０質量％である、請求項１に記載の負極活物質。
【請求項４】
前記第１粒子の含有量が、前記第２粒子の含有量よりも多い、請求項３に記載の負極活物質。
【請求項５】
前記第１粒子は、Ｆｅ、Ａｌ、Ｓｉ及びこれらの酸化物、並びに、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｂ、Ｃ、ＳｉＣ及びＳｉ合金からなる群より選ばれる少なくとも１種の粒子である、請求項１に記載の負極活物質。
【請求項６】
前記第２粒子は、ＡｌＮｉ、ＡｌＴｉ、ＡｌＦｅ及びＡｌＣｕからなる群より選ばれる少なくとも１種の粒子である、請求項１に記載の負極活物質。
【請求項７】
前記第２粒子の酸素含有量は４質量％以下である、請求項６に記載の負極活物質。
【請求項８】
リチウムイオン電池に用いられる、請求項１～７のいずれか１項に記載の負極活物質。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は負極活物質に関する。
続きを表示（約 1,200 文字）【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン電池は高容量、高電圧で小型化が可能である利点を有し、携帯電話やノートパソコン等の電源として広く用いられている。また近年、電気自動車やハイブリッド自動車等のパワー用途の電源として大きな期待を集め、その開発が活発に進められている。
【０００３】
リチウムイオン電池では、正極と負極との間でのリチウムイオンの移動に伴い充放電がなされるが、負極側では充電時に負極活物質中にＬｉイオンが吸蔵され、放電時に負極活物質からＬｉイオンが放出される。
【０００４】
負極に用いられる負極活物質として、黒鉛等の炭素材料が広く使用されていたが、黒鉛の理論容量は３７２ｍＡｈ／ｇに過ぎない。そこで、高容量化を目的として、ＳｉやＳｎ等の金属材料が炭素系負極材料の代替材料として検討されている。
【０００５】
Ｓｉは理論容量が３６００ｍＡｈ／ｇ程度、Ｓｎは理論容量が８００ｍＡｈ／ｇ程度と、それぞれ高容量化が期待される一方で、リチウムイオンの吸蔵・放出に伴い、膨張・収縮といった大きな体積変化が生じる。この体積変化により負極活物質が集電体から剥離して電極が崩壊し、サイクル特性が低下する。
【０００６】
これに対し、リチウムイオンを吸蔵（以下、単に「Ｌｉ吸蔵」と称することがある。）した際の体積膨張率が小さい材料を混合することで、電極崩壊を抑制する方法が検討されている。
例えば、特許文献１では、第１の金属マトリクス中にＳｉ結晶子が分散されたＳｉ合金を有し、前記Ｓｉ合金は、Ｌｉ活性を有する第２の金属マトリクス中に分散されているリチウム二次電池用負極活物質が開示されている。かかる構成とすることにより、Ｓｉ合金の崩壊が抑制され、集電体から脱落し難くなるために、サイクル特性を向上させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
特開２０１２－１４８６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、体積膨張率が小さい材料を混合した場合の電極崩壊に対する効果は限られており、サイクル特性の改善効果は限定的であった。このように、リチウムイオンの吸蔵・放出に伴う応力発生によるサイクル特性の悪化に対し、さらなる改善が望まれている。また、良好なサイクル特性と、高い電極容量の維持との両立は困難であった。
【０００９】
そこで本発明は、高い電極容量を維持しつつ、サイクル特性も良好な負極活物質の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、Ｓｉ粒子に加え、体積膨張率が特定範囲内である、異なる２種の粒子をさらに含む負極活物質とすることで、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。
（【００１１】以降は省略されています）

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