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公開番号2025036342
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-03-14
出願番号2024147719
出願日2024-08-29
発明の名称組成物、負極及び電池
出願人星歐光學股ふん有限公司
代理人弁理士法人服部国際特許事務所
主分類C01G 33/00 20060101AFI20250306BHJP(無機化学)
要約【課題】本開示は、組成物を提供する。
【解決手段】コア材料とシェル材料とを含むコアシェル構造を含む。シェル材料はコア材料よりもコアシェル構造の中心から離れ、コア材料は、構造元素酸化物を含む。構造元素酸化物は、構造元素を含み、構造元素は、リチウム、チタン、ニオブ、コバルト、銅、スズ、ケイ素、鉄、マンガン及びニッケルからなる群から選択される少なくとも2つである。シェル材料は、混合材料を含み、混合材料は、変性シリコン材料を含み、変性シリコン材料は、シリコン系材料及びポリマーを含む。特定の条件が満たされると、電池安全性、使用寿命、安定性及び電気容量の向上に寄与する。
【選択図】図2A
特許請求の範囲【請求項１】
組成物であって、
コア材料とシェル材料とを含むコアシェル構造を備え、前記シェル材料は、前記コア材料よりも前記コアシェル構造の中心から離れ、
前記コア材料は、構造元素酸化物を含み、前記構造元素酸化物は、構造元素を含み、前記構造元素は、リチウム、チタン、ニオブ、コバルト、銅、スズ、ケイ素、鉄、マンガン及びニッケルからなる群から選択される少なくとも２つであり、
前記シェル材料は、混合材料を含み、前記混合材料は、変性シリコン材料を含み、前記変性シリコン材料は、シリコン系材料及びポリマーを含む、組成物。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
積算粒度分布の百分率が５０％に達する粒子径をＤ５０として定義し、
前記コア材料のＤ５０における粒子径をｃＤ５０とすると、
１００．０ｎｍ≦ｃＤ５０≦８００００．０ｎｍという条件を満たす、請求項１に記載の組成物。
【請求項３】
積算粒度分布の百分率が５０％に達する粒子径をＤ５０として定義し、
前記シリコン系材料のＤ５０における粒子径をｓＤ５０とすると、
１０．０ｎｍ≦ｓＤ５０≦３０００．０ｎｍという条件を満たす、請求項１に記載の組成物。
【請求項４】
積算粒度分布の百分率が５０％に達する粒子径をＤ５０として定義し、
前記コア材料のＤ５０における粒子径をｃＤ５０とし、前記シリコン系材料のＤ５０における粒子径をｓＤ５０とすると、
１．０≦ｃＤ５０／ｓＤ５０≦８０００．０という条件を満たす、請求項１に記載の組成物。
【請求項５】
前記コア材料が前記コアシェル構造に占める重量は、前記シリコン系材料が前記コアシェル構造に占める重量よりも大きい、請求項４に記載の組成物。
【請求項６】
前記構造元素酸化物は、ニオブチタン複合酸化物である、請求項１に記載の組成物。
【請求項７】
前記ニオブチタン複合酸化物の前記コアシェル構造に対する重量をＷｔｎとし、前記シリコン系材料の前記コアシェル構造に対する重量をＷｓとすると、
１０．０≦Ｗｔｎ／Ｗｓ≦５００．０という条件を満たす、請求項６に記載の組成物。
【請求項８】
前記ニオブチタン複合酸化物は、ドープされたニオブチタン複合酸化物である、請求項６に記載の組成物。
【請求項９】
前記ドープされたニオブチタン複合酸化物は、少なくとも１つのドープ元素を含み、前記少なくとも１つのドープ元素は、リチウム、マンガン、マグネシウム、鉄、銅、コバルト、ガリウム、タンタル、タングステン、フッ素、リン、ナトリウム及びモリブデンからなる群から選択される少なくとも１つである、請求項８に記載の組成物。
【請求項１０】
前記少なくとも１つのドープ元素は、リチウム、マンガン、マグネシウム、鉄、銅、フッ素及びリンからなる群から選択される少なくとも１つである、請求項９に記載の組成物。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、組成物、負極及び電池、特に電池安全性、使用寿命、安定性及び電気容量を向上できる組成物、負極及び電池に関する。
続きを表示（約 1,400 文字）【背景技術】
【０００２】
従来の電池は、高いエネルギー密度、高い作動電圧、速い充電速度、長いサイクル寿命を研究発展の目標としており、現在、一般的に使用されている負極材料は、炭素又は黒鉛である。大電流を使用するサイクル過程では、ほとんど層状構造である炭素又は黒鉛は、イオンの急速な吸蔵放出に耐えることができず、構造の不可逆的な崩壊をもたらしやすく、電気容量及び貯蔵寿命を減少させ、且つ電流密度が大きすぎると分極現象が発生しやすく、リチウムイオンがシート表面でリチウム金属に還元され且つリチウムのデンドライトを形成し、電池内部の短絡を招き、安全上の疑念がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
また、黒鉛の理論的なエネルギー密度が電動車などの大型電力装置の運動エネルギー需要よりはるかに低いため、エネルギー密度の高いシリコン系材料を新たな負極材料として導入することは、後続のリチウム電池の発展傾向となっている。しかし、研究によると、シリコン系材料を添加した電池は、複数回の充放電サイクルを経た後、リチウムイオンが複数回繰り返してシリコン系材料の内部に吸蔵放出するため、体積の変化が激しすぎ、材料の破裂をもたらし、負極の構造安定性に深刻な影響を与え、電池の使用寿命の明らかな損失を招いてしまう。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本開示は、特定の材料を用いてコアシェル構造を形成し、且つさらに負極及び電池を製造し、電池が大きな電流密度に適応し且つ全体構造の完全性を維持することに寄与し、電池の充電安定性及び全体電気容量を高めることに寄与する。
【０００５】
本開示によれば、組成物であって、コア材料とシェル材料とを含むコアシェル構造を備え、シェル材料はコア材料よりもコアシェル構造の中心から離れ、コア材料は、構造元素酸化物を含み、構造元素酸化物は、構造元素を含み、構造元素は、リチウム、チタン、ニオブ、コバルト、銅、スズ、ケイ素、鉄、マンガン及びニッケルからなる群から選択される少なくとも２つであり、シェル材料は、混合材料を含み、混合材料は、変性シリコン材料を含み、変性シリコン材料は、シリコン系材料及びポリマーを含む、組成物を提供する。
【０００６】
本開示によれば、前の段落に記載の組成物を含む負極を提供する。
【０００７】
本開示によれば、前の段落に記載の負極を含む電池を提供する。
【０００８】
本開示によれば、組成物であって、コア材料とシェル材料とを含むコアシェル構造を備え、シェル材料はコア材料よりもコアシェル構造の中心から離れ、コア材料は、構造元素酸化物を含み、構造元素酸化物は、ニオブチタン複合酸化物を含み、シェル材料は、混合材料を含み、混合材料は、シリコン系材料を含み、シリコン系材料のコア材料に対する被覆率をＰＣｓとすると、２０．０％≦ＰＣｓ≦１００．０％という条件を満たす組成物を提供する。
【０００９】
本開示によれば、前の段落に記載の組成物を含む負極を提供する。
【００１０】
本開示によれば、前の段落に記載の負極を含む電池を提供する。
（【００１１】以降は省略されています）

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