[发明专利]负极活性物质的预掺杂方法、以及电气设备用电极及电气设备的制造方法

说明书

本发明提供充分抑制电气设备的初次充电时的气体的产生量，且可抑制充放电时的锂枝状晶体的产生的手段。在进行了通过在向具备正极及负极的电气设备中使用的负极活性物质预先掺杂锂离子时，向被掺杂负极活性物质掺杂所述锂离子，进行降低所述被掺杂负极活性物质相对于锂金属的电位(vs.Li+/Li)的预掺杂工序后，进行使所述锂离子从所述预掺杂工序中掺杂了锂离子的负极活性物质脱掺杂，由此，使所述负极活性物质相对于锂金属的电位(vs.Li+/Li)上升的脱掺杂工序。

技术领域

本发明涉及负极活性物质的预掺杂方法、以及电气设备用电极及电气设备的制造方法。使用本发明的负极活性物质的预掺杂方法预掺杂的活性物质以及使用了该活性物质的电气设备用电极及电气设备作为例如锂离子二次电池或锂离子电容器等用于电动汽车、燃料电池车及混合动力电动汽车等的车辆的电机等的驱动用电源或辅助电源。

背景技术

近年来，为了应对大气污染及全球变暖，迫切期望降低二氧化碳量。在汽车工业中，由于电动汽车(EV)或混合动力电动汽车(HEV)的导入而减少二氧化碳排出量备受期待，正在积极进行作为将其实用化的关键的电机驱动用二次电池等的电气设备的开发。

作为电机驱动用二次电池，与用于手机、笔记本电脑等的民用锂离子二次电池相比，需要具有极高的输出特性及高能量。因此，所有的电池中具有最高理论能量的锂离子二次电池备受关注，目前正在迅速推进开发。

通常，锂离子二次电池具有下述结构：使用粘合剂将正极活性物质等涂布于正极集电体的两个表面的正极、和使用粘合剂将负极活性物质等涂布于负极集电体的两个表面的负极经由电解质层连接并收纳于电池壳中。

目前，在充放电循环的寿命和成本方面有利的碳/石墨系材料已经用于锂离子二次电池的负极。但是，碳/石墨系负极材料中通过锂离子向石墨晶体中的吸藏/释放而充放电，因此，存在得不到从作为最大锂导入化合物的LiC₆得到的理论容量372mAh/g以上的充放电容量的缺点。因此，难以利用碳/石墨系负极材料得到满足车辆用途的实用水平的容量、能量密度。

与之相对，在负极使用了与Li合金化的材料的电池中，与现有的碳/石墨系负极材料相比，其能量密度提高，因此，期待作为车辆用途的负极材料。例如，Si材料在充放电中，如下述的反应式(A)那样每1mol吸藏释放3.75mol的锂离子，Li₁₅Si₄(＝Li_3.75Si)中，理论容量为3600mAh/g。

[化学式1]

但是，使用这种具有大容量的碳材料及与锂合金化的材料作为负极活性物质的锂离子二次电池大多的初始充放电时的不可逆容量较大。因此，存在被充填的正极的容量利用率降低且电池的能量密度降低的问题。在此，不可逆容量是指锂离子二次电池中初始充电容量与初始放电容量的差。该不可逆容量的问题在向要求高容量的车辆用途的实用中成为较大的开发课题，积极地进行着抑制不可逆容量的尝试。

作为填补相当于这种不可逆容量的锂的技术，提出了将预先使预定量的锂粉末附着于表面的碳材料用作负极活性物质的方法。根据该方法，通过相对于负极活性物质(未掺杂活性物质)预备吸藏(预掺杂)相当于初次充放电容量差的量的锂，在初次充电时能够消除充放电容量差，得到高容量并安全的电池。

另外，在日本特开2012-204306号公报中，以提供向锂离子二次电池或锂离子电容器等的蓄电设备中所使用的活性物质预掺杂锂的简单且实用的方法为目的，公开有如下方法，将可锂掺杂的材料与锂金属在溶剂的存在下混炼混合，且此时使用球磨机等施加与球的碰撞或摩擦。

在此，以往提出的锂(锂离子)向电气设备用负极活性物质的预掺杂方法均是以通过填补该负极活性物质中的不可逆容量的产生而实现电气设备的高能量密度化为目的的方法。另外，即使预掺杂了填补不可逆容量后有余量的锂，也不期望更进一步的高能量密度化。因此，这些技术中的锂的预掺杂量设定成为了填补不可逆容量所需要的最低限的量。