[发明专利]负极活性物质和二次电池

说明书

相关申请的交叉引用

本发明包含与2007年4月23日提交于日本专利局的特愿2007-113015和2008年2月14日提交于日本专利局的特愿2008-033343相关的主题，在此引入其全部内容作为参考。

技术领域

本发明涉及包含锡、铁、钴和碳元素的负极活性物质和使用该负极活性物质的二次电池。

背景技术

近年来，引入了多种便携式电子设备，例如集成照相机(磁带录像机)、移动电话和笔记本型个人电脑，并减小了它们的尺寸和重量。由于用作这些电子设备的便携式电源的关键装置电池，特别是二次电池十分重要，所以积极推动了改善能量密度的研究与开发。具体而言，与现有含水电解液二次电池铅电池和镍镉电池相比，非水电解质二次电池(例如锂离子二次电池)能够提供较高的能量密度。因此，在不同的领域开展了改善这种非水电解质二次电池的研究。

在锂离子二次电池中，作为负极活性物质，已广泛使用容量较高且循环特性良好的碳材料，例如难石墨化碳和石墨。然而，由于近年来对更高容量的需求，所以必须进一步改善碳材料的容量。

在这种背景下，已开发出在使用碳材料的情况下通过选择碳化原料和形成条件实现高容量的技术(例如参考特开平8-315825号公报)。然而，在使用这种碳材料的情况下，负极放电电势相对于锂为0.8V～1.0V，在构造二次电池时电池放电电压减小。因此，在这种情况下，不可能期望电池能量密度明显改善。此外，在这种情况下，存在下述缺点：在充放电曲线线形中滞后大，在各充放电循环中能量效率低。

此外，作为容量高于碳材料的负极，推动了对合金材料的研究。在这种合金材料中，利用了某种类型金属与锂的电化学合金化和所得合金生成和分解的可逆这一事实。例如，开发了使用Li-Al合金或Sn合金的高容量负极。此外，开发了Si合金制成的高容量负极(例如参考美国专利No.4950566)。

然而，充放电导致Li-Al合金、Sn合金或Si合金膨胀和收缩，每当重复充放电都使负极粉化，因而循环特性极差。

因此，作为改善循环特性的技术，对以锡或硅作为合金成分抑制膨胀进行了研究。例如，提出了以过渡金属例如铁和钴和锡作为合金成分(例如参考特开2004-022306、2004-063400、2005-078999、2006-107792、2006-128051和2006-344403号公报；″Journal of the Electrochemical Society，″1999，No.146，p.405，″Journal of the Electrochemical Society，″1999，No.146，p.414，和″Journal of the Electrochemical Society，″1999，No.146，p.423)。此外，提出了Mg₂Si等(例如参考″Journal of the Electrochemical Society，″1999，No.146，p.4401)。此外，提出了例如Sn·A·X(A表示过渡金属中的至少一种，X表示选自碳等的至少一种)，其中Sn/(Sn+A+X)之比为20原子％～80原子％(例如参考特开2000-311681号公报)，以及与能够插入和脱出锂的碳材料合金化的金属化合物(A_1-xB_x：A为锡、硅等，B为铁、钴等)分散在碳材料中的物质(例如参考特开2004-349253号公报)。

发明内容

然而，即使采用前述技术，在目前的状况下，改善循环特性的效果仍不充分，并且没有充分利用采用合金材料的高容量负极的优势。因此，探索了进一步改善循环特性的技术。

因而，在本发明中，期望提供具有高容量和良好循环特性的二次电池和用于该二次电池的负极活性物质。

根据本发明的实施方案，提供至少包含锡、铁、钴和碳元素的负极活性物质。碳含量为11.9wt％～29.7wt％，铁、钴总和与锡、铁、钴总和的比例为26.4wt％～48.5wt％以及钴与铁、钴总和的比例为9.9wt％～79.5wt％。负极活性物质具有能够与电极反应物反应的反应相。由X射线衍射得到的衍射峰(在41度和45度之间的衍射角2θ处观察到的峰)的半宽为1.0度或以上。