[发明专利]锂离子二次电池用负极材料及其制造方法、以及锂离子二次电池

说明书

技术领域

本发明涉及用于锂离子二次电池的锂离子二次电池用负极材料及其制造方法、使用该锂离子二次电池用负极材料的锂离子二次电池。

背景技术

锂离子二次电池主要由负极材料、正极材料、将这些电极材料绝缘的隔离材料、辅助电极材料间的电荷移动的电解液、收容它们的电池盒构成。而且，锂离子二次电池用负极材料是在由铜箔或铜合金箔构成的集电材料上涂敷负极活性物质材料而成的。作为负极活性物质，一般使用石墨系碳材料。

近年来，由于便携设备的小型化及高性能化，对搭载的二次电池的能量密度的要求越来越高。其中，锂离子二次电池与镍镉二次电池或镍氢二次电池相比，显示高的电压、高的能量密度(充放电容量)，因此，开始作为上述便携设备的电源而广泛使用。

另外，随着环境意识的提高，希望从现在的使用化石燃料的汽车向CO₂排出量少的电动汽车、混合动力汽车转变，作为搭载于这些构成的电池，对锂离子二次电池的期待提高。

作为搭载于电动汽车及混合动力汽车的电池而追求的特性，可以列举除能量密度高(每次充电的续航距离增大，需要充电的次数减少)、循环特性良好(延长电池的寿命)之外，充放电速度为高速。在此，所谓循环特性是指，即使重复充放电的循环，也不会使负极活性物质劣化(剥离、脱落等)，充放电容量不降低的性质。

其中，充放电速度是搭载于汽车的电池特别追求的性能，如果充电速度快，则即使在储存于电池的能量用尽的情况下，也可以用短的充电时间返回满充电的状态。另外，在充电速度快的情况下，使用再生制动时作为热而失去的能量减少，因此，可以有效地再利用能量，也关系到续航距离的增大。另一方面，快的放电速度关系到良好的加速性能。

通常，在搭载于电动汽车的电池中，目标是可以最低为10C速率(10C速率为可以以6分钟满充放电的电流)程度的电流的充放电。

因此，作为显示高的充放电容量的负极活性物质，对Si、Ge、Ag、In、Sn及Pb等可以与锂合金化的金属进行研究。例如在专利文献1提案了将显示石墨系碳材料的大概2.5倍的993mAh/g这样的理论充放电容量的Sn蒸镀在集电体上的负极材料。但是，由于Sn在锂离子的充放电时(与锂的合金化、锂的释放)重复体积膨胀和收缩，由此，Sn从集电体剥离而电阻增加，或Sn自身破裂而导致Sn之间的接触电阻增加，因此，结果存在充放电容量较大降低这样的问题。

作为解决该问题的方案，为了缓和负极活性物质的体积变化，在专利文献2中提案了将Sn等金属纳米结晶的表面进行碳涂敷的金属纳米结晶复合体、或将用碳涂敷层连结金属纳米结晶复合体的金属纳米结晶复合体与聚偏氟乙烯(PVDF)等结合材料和炭黑混合并涂布在铜集电体上后，进行真空烧结而成的负极材料。

专利文献1：日本特开2002-110151号公报

专利文献2：日本特开2007-305569号公报

但是，在专利文献2的负极材料中，由于吸留锂的金属结晶为纳米尺寸，所以锂吸留引起的体积变化小，可以提高充放电容量，但为了使用结合材料进行金属纳米结晶复合体之间的结合，即使添加了炭黑，作为负极电极材料的导电性也会变差。因此，在需要如汽车那样进行高速充放电的用途中，存在不能流过大电流，充放电容量降低这样的问题。

发明内容

本发明是鉴于上述课题而完成的，提供一种兼备高的充放电容量、良好的循环特性、以及快的充放电速度的锂离子二次电池用负极材料及其制造方法，以及使用锂离子二次电池用负极材料的锂离子二次电池。

作为用于解决上述课题的方法，本发明提供一种锂离子二次电池用负极材料，其用于锂离子二次电池，其特征在于，所述锂离子二次电池用负极材料为在负极集电体上形成Sn和Ag分散于非晶质碳中而成的负极活性物质的材料，所述负极活性物质的非晶质碳的含量在50at％以上，Sn含量和Ag含量之比(Sn/Ag)为0.5～4。