[发明专利]二次电池用活性物质、二次电池和电子装置

说明书

技术领域

本技术涉及能够嵌入和脱嵌锂离子的二次电池用活性物质，使用该二次电池用活性物质的二次电池和使用该二次电池的电子装置。

背景技术

近年来，已广泛使用各种电子装置比如移动电话和个人数字助理(PDA)，并且强烈要求进一步减小电子装置的尺寸和重量并实现其更长的寿命。因此，作为用于电子装置的电力源，已经开发了电池，尤其是能够提供高能量密度的小型且重量轻的二次电池。最近，已经考虑将这样的二次电池不仅应用于前述电子装置而且还应用于以作为可装卸电力源的电池组、电动车辆比如电动汽车、电力储存系统比如家用电力服务器和电动工具比如电钻为代表的各种应用。

已经广泛地提出了利用各种充放电原理的二次电池。特别地，利用锂离子等的嵌入和脱嵌的二次电池备受重视，因为与铅电池、镍镉电池等相比，这样的二次电池提供了更高的能量密度。

二次电池包括正极、负极和电解液。负极包含能够嵌入和脱嵌锂离子等的负极活性物质。作为负极活性物质，广泛使用了碳材料比如石墨。最近，需要进一步改善电池容量，考虑使用Si。一个原因是，Si的理论容量(4199mAh/g)远大于石墨的理论容量(372mAh/g)，因此可以大大改善电池容量。

然而，在Si被用作负极活性物质的情况下，负极活性物质在充放电时剧烈地膨胀和收缩，因此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，产生高度反应性的新形成的表面(活性表面)，因此负极活性物质的表面积(反应面积)增加。由此，在新形成的表面上发生电解液的分解反应，电解液被消耗以在新形成的表面上形成源自电解液的涂层，因此，容易降低电池特性比如循环特性。

因此，为了改善电池特性比如循环特性，在二次电池的配置上做出了各种考虑。

具体地，为了改善循环特性和安全性，Si和无定形SiO₂使用溅射法同时沉积(例如，参见专利文献1)。为了获得优异的电池容量和安全性能，在SiO_x颗粒的表面上设置电子导电性材料层(碳材料)(例如，参见专利文献2)。为了改善高速充放电特性和循环特性，形成包含Si和O，并且在靠近负极集电体的一侧上具有更大的氧比率的负极活性物质(例如，参见专利文献3)。为了改善循环特性，形成包含Si和O，并且整体平均氧含量等于或小于40at％，并且在靠近负极集电体的一侧上的平均氧含量较大的负极活性物质层(例如，参见专利文献4)。在这种情况下，在靠近负极集电体的一侧上的平均氧含量和在远离负极集电体的一侧上的平均氧含量之间的差异为4at％至30at％。

此外，为了改善初始充放电特性等，使用包含Si相、SiO₂和MyO金属氧化物的纳米复合体(例如，参见专利文献5)。为了改善循环特性，将粉状SiO_x(0.8≤x≤1.5，粒径范围：1μm至50μm)和碳质材料混合并在800℃-1600℃下烧制由此获得的混合物3至12小时(例如，参见专利文献6)。为了缩短初始充电时间，使用通过Li_aSiO_x(0.5≤a-x≤1.1且0.2≤x≤1.2)表示的负极活性物质(例如，参见专利文献7)。在这种情况下，Li在包含Si和O的活性物质前体上蒸发。为了改善充放电循环特性，控制SiO_x的组成(例如，参见专利文献8)。在这种情况下，在负极活性物质构件中O的量相对于Si的量的摩尔比为0.1至1.2，并且在负极活性物质体和集电体之间的界面附近，O的量相对于Si的量的摩尔比的最大值和最小值之间的差异等于或小于0.4。为了改善负载特性，使用含锂的多孔金属氧化物(Li_xSiO：2.1≤x≤4)(例如，参见专利文献9)。