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公開番号2025072925
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-05-12
出願番号2023183413
出願日2023-10-25
発明の名称リチウムイオン電池負極用Si合金
出願人大同特殊鋼株式会社,国立大学法人鳥取大学
代理人個人,個人,個人
主分類H01M 4/38 20060101AFI20250501BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】サイクル特性に優れる新規な構成のリチウムイオン電池負極用Si合金を提供する。
【解決手段】リチウムイオン電池負極用Si合金は、Si相と、第1のSi化合物相であるSiX相と、第2のSi化合物相であるSiY相とを有するSi合金である。Si合金全体に占めるSi相量が20～90質量%で、元素Xは、Fe,Co,Zr,Ti,Cr,V,Mo,Ta,Nb,Wよりなる群の中から選択される少なくとも1種の元素であり、元素Yは、La,Sm,Ni,Ce,Mn,Cuよりなる群の中から選択される少なくとも1種の元素である。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
Ｓｉ相と、第１のＳｉ化合物相であるＳｉＸ相と、第２のＳｉ化合物相であるＳｉＹ相とを有するＳｉ合金であって、
Ｓｉ合金全体に占める前記Ｓｉ相量が２０～９０質量％で、
元素Ｘは、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ｖ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｎｂ，Ｗよりなる群の中から選択される少なくとも１種の元素であり、
元素Ｙは、Ｌａ，Ｓｍ，Ｎｉ，Ｃｅ，Ｍｎ，Ｃｕよりなる群の中から選択される少なくとも１種の元素である、リチウムイオン電池負極用Ｓｉ合金。
続きを表示（約 250 文字）【請求項２】
ＳｉＸ／ＳｉＹで表されるＳｉＸ化合物とＳｉＹ化合物の質量％比が０．２０～５．０である、請求項１に記載のリチウムイオン電池負極用Ｓｉ合金。
【請求項３】
Ｓｎ，Ａｌ，Ｉｎ，Ｂｉよりなる群の中から選択された１種以上の元素を更に含有し、その合計含有量が１０質量％以下である、請求項１に記載のリチウムイオン電池負極用Ｓｉ合金。
【請求項４】
前記Ｓｉ相の平均サイズが５００ｎｍ以下である、請求項１～３の何れかに記載のリチウムイオン電池負極用Ｓｉ合金。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
この発明はリチウムイオン電池負極用Ｓｉ合金に関する。
続きを表示（約 1,500 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】
このリチウムイオン電池では、正極と負極との間でリチウムイオン（以下、Ｌｉイオンとする場合がある）が移動して充電と放電とが行われ、負極側では充電時に負極活物質中にＬｉが吸蔵され、放電時には負極活物質からイオンとしてＬｉが放出される。
【０００４】
従来、一般には正極側の活物質としてコバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ
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）が用いられ、また負極活物質として黒鉛が広く使用されていた。しかしながら、負極活物質の黒鉛は、その理論容量が３７２ｍＡｈ／ｇに過ぎず、より一層の高容量化が望まれている。そこで最近では炭素系負極活物質の代替材料として、高容量化が期待できるＳｉ等の金属材料（Ｓｉの理論容量は４１９８ｍＡｈ／ｇである）が盛んに研究されている。
【０００５】
ところが、ＳｉはＬｉとの合金化反応によりＬｉの吸蔵を行うため、Ｌｉの吸蔵・放出に伴って大きな体積膨張・収縮を生じる。従ってＳｉ単独で負極活物質を構成した場合、その膨張・収縮応力によってＳｉの粒子が割れたり集電体から剥離したりし、充放電を繰り返したときの容量維持特性であるサイクル特性が悪化する問題があった。
【０００６】
このようなことから、下記特許文献１で示されているように、Ｓｉを用いた負極活物質において、Ｓｉを合金化することが各種提案されている。Ｓｉの合金化では、Ｓｉ相の周りに形成されたＳｉ化合物相が、ＳｉにおけるＬｉ吸蔵時の体積膨張による応力を緩和するように働くことでＳｉ相の割れや崩壊が抑制され、サイクル特性の向上が可能とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
特開２０１６－６２６６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら従来提案されているＳｉの合金化は、サイクル特性の向上に一定の効果は認められるもののその効果は十分でなく、未だ改善の余地があるものであった。
本発明は以上のような事情を背景とし、サイクル特性に優れる新規な構成のリチウムイオン電池負極用Ｓｉ合金を提供することを目的としてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者等は、上記課題を解決するために種々検討した結果、物性の異なる２種のＳｉ化合物を組み合わせることで、詳しくは硬度が高いＳｉＸ相と、押し込み仕事比率が高いＳｉＹ相の２種を組み合わせてＳｉ化合物相を構成することで、リチウムイオン電池のサイクル特性を高められることを知得した。本発明はこのような知見に基づいたものである。
【００１０】
而して本発明は、Ｓｉ相と、第１のＳｉ化合物相であるＳｉＸ相と、第２のＳｉ化合物相であるＳｉＹ相とを有するＳｉ合金であって、
Ｓｉ合金全体に占める前記Ｓｉ相量が２０～９０質量％で、
元素Ｘは、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｚｒ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ｖ，Ｍｏ，Ｔａ，Ｎｂ，Ｗよりなる群の中から選択される少なくとも１種の元素であり、
元素Ｙは、Ｌａ，Ｓｍ，Ｎｉ，Ｃｅ，Ｍｎ，Ｃｕよりなる群の中から選択される少なくとも１種の元素であることを特徴とする。
（【００１１】以降は省略されています）

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