[发明专利]用于可再充电电池的活性物质、可再充电电池和电子装置

说明书

技术领域

本发明涉及用于能够吸留（吸藏，occluding）和释放（放出，releasing）锂离子的可再充电电池（可充电电池，rechargeable battery）的活性物质、使用该活性物质的可再充电电池、以及使用该可再充电电池的电子装置。

背景技术

近年来，以移动电话、移动信息终端装置（PDA）等为代表的电子装置已经变得普及，与此相关，对进一步小型化、重量减轻以及增加的寿命存在强烈需求。因此，作为电源，进行了电池，特别是能够获得高能量密度的紧凑且轻量化的可再充电电池的开发。最近，不限于上述电子装置，还进行了由作为可移开电源的电池组、电动车辆如电动车、电力存储系统如家用电力服务器、和电动工具如电钻等代表的用于各种用途的可再充电电池的应用的研究。

作为可再充电电池，已经广泛地提出了利用各种充放电原理的可再充电电池；然而，其中，利用锂离子等的释放和吸留的可再充电电池是有前景的。这是因为与铅电池、镍镉电池等相比，其可以获得更高的能量密度。

可再充电电池设置有正极和负极以及电解液，并且负极包括能够吸留和释放锂离子等的负极活性物质。作为负极活性物质，广泛使用了碳材料如石墨；然而，最近，由于需要进一步改善电池容量的结果，研究了Si的使用。这是因为，由于Si的理论容量（4199mAh/g）远大于石墨的理论容量（372mAh/g），因此可以预期电池容量的较大改善。

然而，由于Si在充放电期间剧烈地膨胀和收缩，因此负极活性物质主要在表面层附近容易破裂（开裂）。如果负极活性物质破裂，则由于生成高度反应性的新表面（活性表面），所以负极活性物质的表面积（反应面积）增加。以这种方式，由于用于形成源自电解液的涂覆膜的电解液伴随在新表面中发生电解液的分解反应而在新表面中被消耗，所以诸如循环特性的电池特性易于降低。

此处，为了改善诸如循环特性的电池特性，关于可再充电电池的构造进行了各种研究。具体地，为了改善循环特性和初始充放电特性，在核部分（SiO_x：0≤x≤0.5）的表面上设置非结晶性或低结晶性覆盖部分（SiO_y：0.5≤y≤1.8）（例如，参照日本未审查专利申请公开号2011-233497）。此外，为了满足相同的目的，将锂掺杂到硅-氧化硅基复合材料中（例如，参照日本未审查专利申请公开号2009-212074）。

发明内容

由于电子装置等变得日益高性能和多功能并且其利用频率增加，因此可再充电电池倾向于被频繁充放电。因此，期望进一步改善可再充电电池的特性。

期望提供一种用于能够获得优异的电池特性的可再充电电池的活性物质、可再充电电池、和电子装置。

根据本发明的实施方式，提供了用于可再充电电池的活性物质，所述活性物质能够吸留和释放锂离子并且包括Si和O作为构成元素，其中在所述活性物质的表面中Si相对于Si和O的原子比率（atomic ratio）（Si/（Si+O））为30原子%至75原子%。此外，根据本发明的另一个实施方式的可再充电电池设置有正极、包含活性物质的负极、以及电解液，其中所述活性物质具有与上面描述的根据本发明的实施方式的用于可再充电电池的活性物质相同的构造。此外，根据本发明的又一个实施方式的电子装置设置有可再充电电池，其中可再充电电池具有与上面描述的根据本发明的另一个实施方式的可再充电电池相同的构造。

根据本发明的实施方式，提供了一种用于可再充电电池的活性物质或可再充电电池，其中，在包括Si和O作为构成元素的活性物质中，由于在所述活性物质的表面中Si相对于Si和O的原子比率为30原子%至75原子%，因此可以获得优异的电池特性。此外，甚至在使用根据本发明实施方式的可再充电电池的电子装置中也可以获得类似的效果。

附图说明

图1是示出了使用根据本发明的实施方式的用于可再充电电池的活性物质的负极的构造的截面图。

图2A和2B是示意性地示出了作为根据本发明实施方式的用于可再充电电池的活性物质的负极活性物质的构造的截面图。

图3A和3B是示意性地示出了作为根据本发明实施方式的用于可再充电电池的活性物质的另一种负极活性物质的构造的截面图。

图4是示出了负极活性物质（覆盖部分（涂覆部分，coating portion）=非结晶性）的放大截面结构的高角度环形暗场扫描透射电子显微镜（HAADF STEM）照片。

图5是示出了负极活性物质（覆盖部分=低结晶性）的放大截面结构的HAADF STEM照片。