[发明专利]含有硅纳米粒子的氢聚倍半硅氧烷烧结体-金属氧化物复合体及其制造方法、锂离子电池用负极活性物质、锂离子电池用负极以及锂离子电池

说明书

一种含有硅纳米粒子的氢聚倍半硅氧烷烧结体‑金属氧化物复合体，包含含有硅纳米粒子的氢聚倍半硅氧烷烧结体及金属氧化物，其中所述含有硅纳米粒子的氢聚倍半硅氧烷烧结体包含：5重量％至95重量％的具有超过10nm且未满500nm的体积基准平均粒径的硅纳米粒子，以及源自被覆所述硅纳米粒子且在所述硅纳米粒子的表面进行化学键结的氢聚倍半硅氧烷的硅氧化物结构，含有硅纳米粒子的氢聚倍半硅氧烷烧结体由通式SiO_xH_y(0.01＜x＜1.35，0＜y＜0.35)表示，且具有Si‑H键，所述金属氧化物为包含选自钛、锌、锆、铝、及铁中的一种以上的金属的金属氧化物。

技术领域

本发明涉及一种含有硅纳米粒子的氢聚倍半硅氧烷烧结体-金属氧化物复合体及其制造方法。进而涉及一种包含所述含有硅纳米粒子的氢聚倍半硅氧烷烧结体-金属氧化物复合体的锂离子电池用负极活性物质、包含所述负极活性物质的锂离子电池用负极、包括所述锂离子电池用负极的锂离子电池。

背景技术

近年来，伴随电子设备、通信设备等的快速发展及小型化技术的发达，各种可携式的设备正在普及。而且，作为这些可携式的设备的电源，就经济性、设备的小型化及轻量化的观点而言，强烈要求开发高容量及寿命特性优异的二次电池。

作为此种小型、轻量的高容量的二次电池，目前，摇椅(rocking chair)式的锂离子电池的开发不断推进并经实用化而得到一般化使用，所述摇椅式的锂离子电池将自层间释放锂离子的锂嵌入化合物(lithium intercalation compound)用作正极物质，将能够在充放电时将锂离子吸留、释放(嵌入)至结晶面间的层间的、以石墨等为代表的碳质材料用作负极物质。

将锂化合物用作负极的非水电解质二次电池具有高电压及高能量密度，其中，锂金属因富足的电池容量而作为负极活性物质在初期成为多数的研究对象。但，在将锂金属用作负极的情况下，在充电时会在负极锂表面析出大量的树枝状锂，因此充放电效率降低，另外，存在树枝状锂成长而与正极发生短路的情况。另外，锂金属自身不稳定而具有高反应性，对热或冲击敏感，因此，使用锂金属的负极的商用化仍存在问题。

因此，作为代替锂金属的负极活性物质，开始使用吸留、释放锂的碳系负极(专利文献1)。

碳系负极解决锂金属所具有的各种问题而大大有助于锂离子电子的普及。但，随着各种可携式设备逐渐小型化、轻量化及高性能化，锂离子电池的高容量化作为重要的问题而浮现出来。

使用碳系负极的锂离子电池因碳的多孔性结构而本质上具有低电池容量。例如，作为所使用的碳，即便在为结晶性最高的石墨的情况下，当为LiC₆的组成时，理论容量为372mAh/g左右。与锂金属的理论容量3860mAh/g相比，此仅不过为10％左右。基于此种状况，尽管具有如上所述的问题，仍再次积极地尝试进行将锂之类的金属导入至负极以提高电池的容量的研究。

作为代表性者，正在研究将以Si、Sn、Al之类的可与锂合金化的金属为主成分的材料用作负极活性物质。但，Si、Sn之类的可与锂合金化的物质当进行与锂的合金化反应时会发生体积膨胀，伴随于此，金属材料粒子微粉化，因此有金属材料粒子间的接触减少而在电极内产生电性孤立的活性物质的情况。进而抱有以下问题：金属材料粒子自电极脱离而发生内部电阻的增加及电容的降低，结果使循环特性降低，另外，使比表面积扩大所造成的电解质分解反应加重等。

为解决使用所述金属材料所引起的问题，正在推进将与金属相比体积膨胀率相对低的金属氧化物用作负极活性物质的材料的研究。

例如，在专利文献2中公开了：若将使氧化钛被覆于具有硅浓度梯度的硅氧化物而成的材料用作锂离子二次电池的负极活性物质，则可获得高容量且具有经改良的循环特性的电池。

另外，在专利文献3中提出了将使氧化钛被覆于分散有硅纳米粒子的硅氧化物粒子表面而成的材料用作二次电池用负极材料。