[发明专利]负极活性物质、使用该负极活性物质的负极、以及锂离子二次电池

说明书

本发明提供一种初期充放电效率足够高的锂离子二次电池用负极活性物质。在含有硅和氧化硅的负极活性物质中，上述负极活性物质在其内部具有组成不同的2个相，一个相比另一个相的硅的元素浓度低，上述一个相为在上述负极活性物质的一次颗粒的截面中形成网状结构的纤维状的相。通过使用具有上述特征的负极活性物质，从而可以充分提高初期充放电效率。

技术领域

本发明涉及负极活性物质、使用该负极活性物质的负极以及锂离子二次电池。

背景技术

锂离子二次电池与镍镉电池、镍氢电池等相比轻量并且高容量，因此，被作为便携电子设备用电源广泛应用。另外，也成为混合动力汽车或电动车用搭载电源的有力的候补。并且伴随近年来的便携电子设备的小型化、高功能化，期待成为这些电源的锂离子二次电池进一步高容量化。

锂离子二次电池的容量主要依赖于电池的活性物质。在负极活性物质中通常利用石墨，不过为了应对上述要求需要使用更高容量的负极活性物质。因此，具有远比石墨的理论容量(372mAh/g)大的理论容量(4210mAh/g)的金属硅(Si)备受关注。

在利用了这样的金属硅的负极活性物质的例子中，有硅和氧化硅的混合物。硅和氧化硅的混合物中，由于氧化硅缓和由硅的充放电时的膨胀收缩所导致的应力，因此，与硅相比循环特性优异。硅和氧化硅的混合物中，由于在初次充电时氧化物被还原并且是不可逆的反应，因此还原中所需的电量是不可逆容量。通过这样的不可逆反应从而有助于放电的锂减少，并且对应于该锂减少量的容量成为不可逆容量。有助于充放电的锂的量由正极中的锂量唯一地决定，因此负极中的不可逆容量的增加进一步涉及到电池整体的容量降低。

为了降低该不可逆容量，提出有在充放电开始之前预先使金属锂与负极接触，并且将锂掺杂于负极中的技术(锂预掺杂)(例如，参照专利文献1～2)。在专利文献1中，公开了通过将含有锂的膜形成负极从而将锂掺杂于负极中的方法。另外，在专利文献2中，公开有通过在负极活性物质层中含有锂颗粒从而将锂掺杂于负极中的方法。

现有技术文献

专利文献1：日本特开2008-98151号公报

专利文献2：日本特开2010-160986号公报

发明内容

发明想要解决的技术问题

然而，在上述专利文献1和2中记载的方法中，存在必须使用反应性高的金属锂的问题。另外，在上述专利文献1和2中记载的方法中，由于负极活性物质本身没有改善，因此本质上没有改善，并不充分。

本发明是鉴于上述现有技术中存在的问题而完成的发明，目的在于提供一种初期充放电效率高的优异的负极活性物质以及使用该负极活性物质的负极和锂离子二次电池。

解决技术问题的手段

本发明所涉及的负极活性物质特征在于，在含有硅和氧化硅的负极活性物质中，上述负极活性物质在其一次颗粒内部具有组成不同的2个相，一个相比另一个相硅的元素浓度低，上述一个相为在上述负极活性物质的一次颗粒的截面中形成网状结构的纤维状的相。

通过这样的活性物质的结构，可以显著提高初期充放电效率。

进一步上述一个相与上述另一个相优选都是非晶质。

这样可以充分降低不可逆容量。

进一步在上述一次颗粒截面中，优选每单位面积的形成上述网状结构的纤维状的相的面积比率为19.6％以上51.6％以下。

这样可以充分提高初期充放电效率。

另外，在负极活性物质的一次颗粒的截面中观察到的形成上述网状结构的纤维状的相的宽度优选为0.29nm以上且9.72nm以下。

这样可以显著降低不可逆容量，并且能够提高初期充放电效率。