[发明专利]活性物质、电极、二次电池、电池组和电动车辆

说明书

交叉引用相关申请

本申请要求于2013年3月6日提交的日本在先专利申请JP2013-44020的权益，该案之全文通过引用并入本文中。

技术领域

本技术涉及活性物质，其包括作为构成元素的硅（Si），涉及使用活性物质的电极和二次电池，并且涉及使用二次电池的电池组、电动车辆、电力储存系统、电动工具以及电子设备。

背景技术

近年来，已经广泛地使用了各种电子设备，例如，移动电话和个人数字助理（PDA），并且要求进一步减小电子设备的尺寸和重量，并且实现其较长的使用期限。因此，作为电子设备的电力供给源，已经研制出一种电池，尤其是能够提供高能量密度的小型轻型二次电池。

近来，人们考虑将这种二次电池用于电子设备以外的各种应用中。电子设备以外的这样的应用的实例可包括可连接地并且可拆卸地安装在电子设备等上的电池组、电动车辆（例如，电动汽车）、电力储存系统（例如，家用电力服务器）以及电动工具（例如，电钻）。而且，可用于除了上述实例以外的应用。

已经提出了利用各种充电和放电原理来获得电池容量的二次电池。特别地，利用插入（insertion）和抽出（extraction）电极反应物的二次电池已经引起关注，这是因为这种二次电池提供比铅电池、镍镉电池等更高的能量密度。

二次电池包括正极、负极以及电解液。负极包括能够插入和抽出电极反应物的活性物质（负极活性物质）。碳材料（例如，石墨）已经广泛地用作负极活性物质。近年来，由于要求进一步提高电池容量，所以考虑使用硅。其中的一个原因在于，硅的理论容量（4199mAh/g）明显高于石墨的理论容量（372mAh/g），因此，从而大幅提高电池容量。

然而，由于在插入和抽出电极反应物时（在充电和放电时），硅剧烈地膨胀和收缩，所以负极活性物质主要在表面层附近容易破裂。在负极活性物质破裂的情况下，产生具有高反应性的最新形成的表面（活性表面），因此，负极活性物质的表面面积（反应面积）增大。因此，在新形成的表面上发生电解液的分解反应，电解液被消耗用于在新形成的表面上形成源自电解液的涂层，因此，容易降低电池特征。

因此，为了提高电池特征，已经考虑通过各种方式的二次电池的配置。具体而言，为了提高循环特征等，颗粒（例如，硅和氧化硅）的表面涂有石墨（例如，参照日本未经审查的专利申请公开号2009-212074、2011-090869以及2011-076788）。为了提高初始效率等，使用掺杂了锂的基于硅-氧化硅-锂的络合物（例如，参照日本专利号4985949）。为了提高过充电特征、过放电特性等，使用均包含锂的氧化硅或硅盐（例如，参照日本专利号2997741）。

发明内容

由于电子设备等在不断高性能化和多功能化，并且使用电子设备等的频率也增高，所以常常频繁地为二次电池充电和放电。因此，需要进一步提高二次电池的电池特征。

期望提供能够获得优异的电池特征的活性物质、电极、二次电池、电池组、电动车辆、电力储存系统、电动工具以及电子设备。

根据本技术的一个实施方式，提供了一种活性物质，其包括：中心部；以及位于中心部的表面上的覆盖部，其中所述中心部包括作为构成元素的硅（Si），所述覆盖部包括作为构成元素的碳（C）和氢（H），并且使用飞行时间二次离子质谱法来对覆盖部进行正离子分析，检测出由C_xH_y（x和y满足2≤x≤6和3≤y≤9）表示的一种或多种正离子。

根据本技术的一个实施方式，提供了一种电极，其包括活性物质，其中，所述活性物质包括中心部和位于中心部的表面上的覆盖部，所述中心部包括作为构成元素的硅（Si），所述覆盖部包括作为构成元素的碳（C）和氢（H），并且使用飞行时间二次离子质谱法来对覆盖部进行正离子分析，检测出由C_xH_y（x和y满足2≤x≤6和3≤y≤9）表示的一种或多种正离子。

根据本技术的一个实施方式，提供了一种二次电池，包括：正极；负极，其包括活性物质；以及电解液，其中，所述活性物质包括中心部和位于中心部的表面上的覆盖部，所述中心部包括作为构成元素的硅（Si），所述覆盖部包括作为构成元素的碳（C）和氢（H），并且使用飞行时间二次离子质谱法来对覆盖部进行正离子分析，从而检测由C_xH_y（x和y满足2≤x≤6和3≤y≤9）表示的一种或多种正离子。