[发明专利]负极活性物质、混合负极活性物质、水性负极浆料组合物及负极活性物质的制备方法

说明书

本发明为一种负极活性物质，其为包含负极活性物质颗粒与磷酸盐的非水电解质二次电池用负极活性物质，所述负极活性物质颗粒含有硅化合物颗粒，该硅化合物颗粒包含硅化合物(SiO_x：0.5≤x≤1.6)，所述硅化合物颗粒含有Li₂SiO₃及Li₂Si₂O₅中的至少一种以上，所述负极活性物质中，所述负极活性物质颗粒在其表面包含锂元素，通过使每单位质量所述负极活性物质颗粒所包含的、存在于所述负极活性物质颗粒表面的锂元素的摩尔量m_l、与每单位质量所述负极活性物质颗粒所包含的磷元素的摩尔量m_p的比满足0.02≤m_p/m_l≤3，能够使水性负极浆料稳定，当用作二次电池的负极活性物质时，能够提升初始充放电特性。

技术领域

本发明涉及负极活性物质、混合负极活性物质、水性负极浆料组合物及负极活性物质的制备方法。

背景技术

近年来，以移动终端等为代表的小型电子设备得到广泛普及，且强烈要求进一步进行小型化、轻量化及长寿命化。针对这样的市场需求，一种特别小型且轻量、并且可获得高能量密度的二次电池的开发得到推进。该二次电池的应用不仅限于小型电子设备，其在以汽车等为代表的大型电子设备、以房屋等为代表的蓄电系统中的应用也正在研究之中。

其中，锂离子二次电池易于进行小型化及高容量化，并且能够获得比铅电池、镍镉电池更高的能量密度，因此备受期待。

上述锂离子二次电池具备正极、负极及隔膜还有电解液，且负极含有与充放电反应相关的负极活性物质。

作为该负极活性物质，碳类活性物质被广泛使用，然而根据最近的市场需求，谋求进一步提升电池容量。为了提升电池容量，正在研究使用硅作为负极活性物质材料。其原因在于，硅的理论容量(4199mAh/g)比石墨的理论容量(372mAh/g)大10倍以上，因此能够期待大幅度提升电池容量。对作为负极活性物质材料的硅材料的开发中，不仅针对硅单质进行了研究，还针对以合金、氧化物为代表的化合物等进行了研究。此外，关于活性物质的形状，就碳类活性物质而言，从标准的涂布型到直接沉积在集电体上的一体型皆有研究。

然而，若使用硅作为负极活性物质的主要材料，则负极活性物质在充放电时会膨胀和收缩，因此，主要在负极活性物质的表层附近会变得容易破裂。此外，在活性物质内部会生成离子性物质，负极活性物质会变成容易破裂的物质。若负极活性物质的表层破裂，则会因此产生新生表面，活性物质的反应面积会增加。此时，由于在新生表面发生电解液的分解反应，且在新生表面形成作为电解液的分解物的覆膜，因此会消耗电解液。因此，电池的循环特性变得容易降低。

迄今为止，为了提升电池的初始效率和循环特性，而针对将硅材料作为主要材料的锂离子二次电池用负极活性物质材料、电极构成进行了各种研究。

具体而言，以获得良好的循环特性和高安全性为目的，使用气相法来同时沉积硅和非晶二氧化硅(例如，参考专利文献1)。此外，为了获得高电池容量和安全性，在硅氧化物颗粒的表层设置碳材料(导电材料)(例如，参考专利文献2)。进一步，为了改善循环特性并获得高输入输出特性，制备含有硅和氧的活性物质，并形成氧比率在集电体附近较高的活性物质层(例如，参考专利文献3)。此外，为了提升循环特性，使硅活性物质中含有氧，并以平均含氧量为40at％以下、且在集电体附近的含氧量较多的方式形成(例如，参考专利文献4)。