[发明专利]含硅粒子、非水电解质二次电池的负极材料、及非水电解质二次电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种含硅粒子、使用该含硅粒子的非水电解质二次电池的负极材料、及非水电解质二次电池。

背景技术

近年来，随着便携式电子设备、通信设备等的显著发展，从经济性与设备小型化、轻量化的观点来看，迫切需要一种高能量密度的非水电解质二次电池。另一方面，在汽车应用中，为了提高燃油效率，抑制全球变暖性气体的排出，正在努力开发混合动力汽车、电动汽车。

硅由于理论容量为4200mAh/g，表现出比现在实际应用的碳材料的理论容量372mAh/g更高，因此是电池的小型化与高容量化中最受期待的材料。

例如，在专利文献1中，揭示一种锂离子二次电池，所述锂离子二次电池使用单晶硅来作为负极活性物质的支持体。

另外，在专利文献2中，揭示一种锂离子二次电池，所述锂离子二次电池使用由单晶硅、多晶硅及非晶硅Li_xSi(其中，x为0～5)组成的锂合金，尤其优选为使用非晶硅的Li_xSi，并且例示一种结晶性硅的粉碎物，所述结晶性硅的粉碎物被将甲硅烷等离子体分解而成的非晶硅包覆。

但是此时，即便像实施例中那样，使用少量的硅，使硅在负极材料中所占的比例为30质量％，也不会表现出像石墨系那样的多达数千次的循环稳定性，无法供实际使用。

另外，在专利文献3～5中，揭示出以下方法：利用蒸镀法将非晶硅薄膜堆积于电极集电体，并利用它作为负极。

在此直接使硅气相成长于集电体的方法中，又揭示了以下方法：通过控制成长方向，来抑制因体积膨胀导致的循环特性降低(参照专利文献6)。根据此方法，将会实现循环特性的改良，但由于电极的生产速度有限，因此成本较高，并且很难增加硅薄膜的厚度，而且存在负极集电体也就是铜会扩散到硅中的问题。

因此，近年来，已揭示出以下方法：使用含硅粒子并限制硅的电池容量利用率，来抑制体积膨胀(参照专利文献7～9等)；作为使多晶粒子的晶界成为体积变化的缓冲带的方法，对添加有氧化铝的硅熔液进行淬火(参照专利文献10)；使用由α,β-FeSi₂的混相多晶体组成的多晶粒子(参照专利文献11)；及，单晶硅晶棒的高温塑性加工法(参照专利文献12)等。

如上所述，为了利用硅来作为活性物质，已提出具有各种结晶结构的金属硅和硅合金等，但任一种都不会表现出和石墨一样的循环稳定性，并且在成本上不利，尚未能提出一种能够廉价地大量合成的制造方法。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第2964732号公报

专利文献2：日本专利第3079343号公报

专利文献3：日本专利第3702223号公报

专利文献4：日本专利第3702224号公报

专利文献5：日本专利第4183488号公报

专利文献6：日本特开2006-338996号公报

专利文献7：日本特开2000-173596号公报

专利文献8：日本专利第3291260号公报

专利文献9：日本特开2005-317309号公报

专利文献10：日本特开2003-109590号公报

专利文献11：日本特开2004-185991号公报

专利文献12：日本特开2004-303593号公报

发明内容

发明要解决的课题

本发明鉴于上述问题而完成，目的在于提供一种含硅粒子，用于非水电解质二次电池用负极活性物质，在作为非水电解质二次电池用负极活性物质使用时，能作成一种非水电解质二次电池，其容量大于石墨等，且循环特性也优异。

解决课题的方法

为了实现上述目的，本发明提供一种含硅粒子，用于非水电解质二次电池的负极活性物质，特征在于：在X射线衍射图的分析中，根据归属于2θ＝28.4°附近的Si(111)的衍射线的半峰全宽(full width at half maximum)，利用谢乐法(Scherrer法)求出的结晶粒径(particle size)为300nm以下，真密度为高于2.320g/cm³且低于3.500g/cm³。