[发明专利]蓄电器件用负极材料、蓄电器件用电极、蓄电器件、以及它们的制造方法

说明书

本发明的目的在于提供一种蓄电器件用负极材料及其制造方法，所述蓄电器件用负极材料使用初次充放电效率及大气中的稳定性优异的Si系材料。此外，还提供包含这种负极材料的蓄电器件用电极及蓄电器件以及它们的制造方法。本发明提供一种蓄电器件用负极材料的制造方法，于存在溶剂的情况下，将可吸藏、放出锂离子的Si系材料和锂金属混炼混合，并在该混炼混合后实施热处理来形成硅酸锂，从而制造预掺杂锂的负极材料。

技术领域

本发明涉及蓄电器件用负极材料、蓄电器件用电极、蓄电器件、以及它们的制造方法。

背景技术

近年来，正在大力开发与以手机为代表的小型便携设备用电源、深夜电力储存系统、基于太阳能发电的家庭用分散型蓄电系统、用于电动汽车的蓄电系统等相关的各种高能量密度电池。

特别地，锂离子电池由于以下理由，其作为小型便携设备用电源的市场正在飞速扩大：具有超过350Wh/l的体积能量密度；及与使用金属锂作为负极的锂二次电池相比，安全性、循环特性等可靠性更优良等理由。锂离子电池，使用以LiCoO2、LiMn2O4等为代表的含锂过渡金属氧化物作为正极，并使用以石墨为代表的碳系材料作为负极。

目前，正在推进锂离子电池的进一步高容量化，但通过对已投入实际使用的正极氧化物及负极碳系材料进行改良而带来的高容量化几乎已达到极限，很难满足来自设备方面的对高能量密度的要求。此外，在高效率发动机和蓄电系统的组合（例如混合动力电动汽车）、或者燃料电池和蓄电系统的组合（例如燃料电池电动汽车）中，为了使发动机或燃料电池以最大效率进行运转，需要在恒定输出下进行运转，因此为了应对负载侧的输出变动或能源再生，而对蓄电系统侧要求高输出放电特性、高率充电特性。为了响应该要求，正在研究开发一种锂离子电容器，所述锂离子电容器在蓄电系统中面向以高能量密度为特征的锂离子电池的高输出化或者以高输出为特征的双电层电容器的高能量密度化。

另一方面，在锂离子电池或电容器等蓄电器件中，通过预先使活性物质担载锂离子（以下，称为预掺杂(pre-doping）），来使蓄电器件高容量化、高电压化的技术正在受到关注。通过对例如非专利文献1、专利文献1、非专利文献2、非专利文献3等中所记载的含有聚并苯类骨架结构的不溶不熔性基体等高容量材料，使用该预掺杂，如非专利文献4中所记载的那样，可设计出充分利用了其特征（高容量）的蓄电器件，因此能够响应上述蓄电器件的高能量密度化或高输出化的要求。

预掺杂是很早以前就已投入实际使用的技术，例如在非专利文献5、专利文献2中，公开有一种高电压且高容量的蓄电器件，它在含有负极活性物质即聚并苯系骨架结构的不溶不熔性基体中预掺杂有锂。锂的预掺杂，以预掺杂的电极作为工作电极，组装使用锂金属的电化学系统作为异性极，可进行电化学掺杂，但在该方法中，需要从电化学系统中取出预掺杂的电极，重组成电池、电容器。

因此，长期使用如下的方法来作为比较实用的预掺杂法，通过对含有活性物质的电极贴附锂金属箔来使其接触，并注入电解液后，将锂掺杂在活性物质内。该技术其电极数量较少，对使用较厚电极的硬币型电池等比较有效，但在积层多块薄电极的积层型结构电池或卷绕型结构电池中，工序会变得繁琐，或者在薄型锂金属的处理上存在问题，因此，需要简单且实用的预掺杂法。

作为解决该问题的方法，在专利文献3～6中公开有使用开孔集电体的预掺杂法。