[发明专利]非水电解液二次电池用负极活性物质

说明书

技术领域

本发明涉及锂二次电池等非水电解液二次电池的负极中使用的活性物质。本发明还涉及具备该活性物质的非水电解液二次电池用负极。进而，本发明还涉及具备该负极的非水电解液二次电池。

背景技术

作为非水电解液二次电池的负极活性物质，使用碳质材料在以往是主流。但是，碳质材料由于理论放电容量低，所以难以应对小型电气和电子设备的多功能化所带来的耗电的增大以及作为车载用电池的使用。

作为代替碳质材料的负极活性物质，研究了容量比碳质材料高的材料即含有硅的材料。例如在专利文献1中，提出了使用含有硼的硅材料作为负极活性物质的方案。根据该文献的记载，在具有适度的粒度的硅材料粉末中混合低浓度的硼，然后在某个条件下进行热处理，就能够得到实质上处于过冷却状态的含有硼的硅材料粉末，在该含有硼的硅材料粉末中只存在比从含有的硼量以热力学推测的硼化硅（SiB₄）的量少很多的量的硼化硅。然后，通过使用这样的含有硼的硅材料粉末，就能够在保持硅原本所具有的大的放电容量的情况下，大幅改善容量损失，使循环特性变得良好。

有关含有硅和硼的负极活性物质，还知道专利文献2中记载的技术。在该技术中，将含有硅和硼的合金制成熔融状态，直接导入至旋转水流中或者通过气体切断而形成液滴后导入至旋转水流中以进行骤冷，从而得到了目标的活性物质。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：US2002/0146623A1

专利文献2：JP2004-47182A

发明内容

本发明要解决的问题

但是，即使使用专利文献1和2中记载的含有硼的硅材料粉末，电池的充放电循环特性以及充放电的速率特性仍然不充分。

因此，本发明的课题是提供一种能够解决上述的以往技术所具有的各种缺点的非水电解液二次电池用的负极活性物质以及负极。

解决问题的手段

本发明提供一种非水电解液二次电池用负极活性物质，其特征在于，其含有硅固溶体，所述硅固溶体是在硅中固溶有选自3族的半金属元素或金属元素、4族（其中除硅以外）的半金属元素或金属元素、以及5族的非金属元素或半金属元素中的一种或二种以上的元素的硅固溶体，与所述硅固溶体中的晶粒的内部相比，固溶于硅中的所述元素更多地存在于晶粒的晶界处。

另外，本发明提供一种具备上述的负极活性物质的非水电解液二次电池用负极以及具备该负极的非水电解液二次电池。

进而，本发明提供一种非水电解液二次电池用负极活性物质的制造方法作为上述的负极活性物质的优选的制造方法，所述制造方法的特征在于，其包含下述工序：

准备硅与3族的半金属元素或金属元素、4族（其中除硅以外）的半金属元素或金属元素、或者5族的非金属元素或半金属元素的混合熔融液，

将该混合熔融液供给至液状的冷却剂中，在该冷却剂中形成覆盖混合熔融液的蒸汽膜，

破坏该蒸汽膜而使该混合熔融液与冷却剂直接接触，从而产生由自发核的生成引起的沸腾，

利用由该沸腾产生的压力波，将该混合熔融液破碎并进行微粒化，同时进行冷却固化，从而得到硅固溶体，

将该硅固溶体在500～1200℃下热处理0.5～20小时。

发明的效果

通过使用本发明的负极活性物质，非水电解液二次电池的充放电循环特性提高。另外，非水电解液二次电池的初次充放电的可逆性提高。进而负极活性物质的耐氧化性提高。而且，负极活性物质层的膨胀也得到抑制。

附图说明

图1是表示本发明中使用的硅固溶体与硅合金的的混合体的示意图。

图2（a）至（d）是表示实施热处理之前的硅固溶体中的元素分布的图。

图3（a）至（d）是表示实施热处理之后的硅固溶体中的元素分布的图。

图4是表示使用实施例1、比较例1和参考例1中得到的负极而制作的硬币型电池的充放电循环特性的图。

图5是表示使用实施例7和参考例3中得到的负极而制作的叠层电池的充放电循环特性的图。

具体实施方式