電氣設備用負極、及使用其的電氣設備的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及電氣設備用負極、及使用其的電氣設備。本發(fā)明的電氣設備用負極及 使用其的電氣設備例如可以作為二次電池、電容器等用于電動汽車、燃料電池車及混合動 力電動汽車等車輛的發(fā)動機等的驅動用電源、輔助電源。
【背景技術】
[0002] 近年來，為了應對大氣污染、全球變暖，迫切期望二氧化碳量的降低。汽車行業(yè)中， 電動汽車（EV)、混合動力電動汽車（HEV)的引入所帶來的二氧化碳排出量的降低備受期 待，掌握它們的實用化的關鍵的發(fā)動機驅動用二次電池等電氣設備的開發(fā)正在積極進行。
[0003] 作為發(fā)動機驅動用二次電池，與移動電話、筆記本電腦等所使用的民用鋰離子二 次電池相比，要求具有極高的功率特性、以及高能量。因此，在所有電池中具有最高的理論 能量的鋰離子二次電池備受關注，現(xiàn)在正迅速地進行開發(fā)。
[0004] 鋰離子二次電池通常具有如下的構成：使用粘結劑將正極活性物質等涂布于正極 集電體的兩面而成的正極與使用粘結劑將負極活性物質等涂布于負極集電體的兩面而成 的負極隔著電解質層而被連接，并容納于電池外殼中。
[0005] -直以來，鋰離子二次電池的負極使用在充放電循環(huán)的壽命、成本方面有利的碳/ 石墨系材料。但是，碳/石墨系的負極材料由于通過鋰離子在石墨晶體中的吸藏/釋放而 進行充放電，因此存在得不到由最大鋰導入化合物即1^(： 6得到的理論容量372mAh/g以上 的充放電容量這樣的缺點。因此，難以利用碳/石墨系負極材料得到滿足車輛用途的實用 化水平的容量、能量密度。
[0006] 另一方面，負極使用了與Li進行合金化的材料的電池與現(xiàn)有的碳/石墨系負極材 料相比，能量密度提高，因此作為車輛用途的負極材料受到期待。例如，Si材料在充放電中 像下述的反應式（A)這樣每Imol中吸藏釋放4. 4mol的鋰離子，對于Li22Si5( = Li44Si)， 理論容量為2100mAh/g。進而，以每單位重量Si計而算出時，具有3200mAh/g(參見參考例 C的比較參考例34)的初始容量。
[0007]
【主權項】
1. 一種電氣設備用負極，其具有集電體、以及配置于所述集電體的表面的包含負極活 性物質、導電助劑和粘結劑的電極層， 所述負極活性物質是下述式（1)所示的合金與碳系材料混合而成的， SixTiyM人 ⑴ 上述式（1)中， M為選自由Ge、Sn、Zn、以及它們的組合組成的組中的至少1種金屬， A為不可避免的雜質， x、y、z 和 a 表示質量 ％ 的值，此時，0〈x〈100,0〈y〈100,0〈z〈100,并且 O < a〈0. 5， x+y+z+a = IOOo
2. 根據(jù)權利要求1所述的電氣設備用負極，其中，所述負極活性物質中的合金的含有 率為3%~70%。
3. 根據(jù)權利要求2所述的電氣設備用負極，其中，所述負極活性物質中的合金的含有 率為30%~50%。
4. 根據(jù)權利要求2所述的電氣設備用負極，其中，所述負極活性物質中的合金的含有 率為50%~70%。
5. 根據(jù)權利要求1~4中任一項所述的電氣設備用負極，其中，所述合金的平均粒徑小 于所述碳系材料的平均粒徑。
6. 根據(jù)權利要求1~5中任一項所述的電氣設備用負極，其中，所述M為Ge， 所述X為17以上且低于90,所述y超過10且低于83, z超過0且低于73。
7. 根據(jù)權利要求6所述的電氣設備用負極，其中，所述X為77以下，所述y為20以上， 所述z為3以上且63以下。
8. 根據(jù)權利要求7所述的電氣設備用負極，其中，所述y為68以下。
9. 根據(jù)權利要求8所述的電氣設備用負極，其中，所述X為50以下。
10. 根據(jù)權利要求9所述的電氣設備用負極，其中，所述X為46以下，所述y為51以 上，所述z為32以下。
11. 根據(jù)權利要求1~5中任一項所述的電氣設備用負極，其中，所述M為Sn， 所述x、y和z滿足下述數(shù)學式⑴或（2): 35. X 彡 78、0〈y 彡 37、7 彡 z 彡 30 (1) 35. X 彡 52、0〈y 彡 35、30 彡 z 彡 51 (2)。
12. 根據(jù)權利要求1~5中任一項所述的電氣設備用負極，其中，所述M為Sn， 所述x、y和z滿足下述數(shù)學式⑶或（4): 35彡X彡78、7彡y彡37、7彡z彡30 (3) 35. X 彡 52、7 彡 y 彡 35、30 彡 z 彡 51 (4)。
13. 根據(jù)權利要求1~5中任一項所述的電氣設備用負極，其中，所述M為Sn， 所述x、y和z滿足下述數(shù)學式（5)或（6): 35. X 彡 68、18 彡 y 彡 37、7 彡 z 彡 30 (5) 39. X 彡 52、7 彡 y 彡 20、30 彡 z 彡 51 (6)。
14. 根據(jù)權利要求1~5中任一項所述的電氣設備用負極，其中，所述M為Sn， 所述x、y和z滿足下述數(shù)學式（7): 46. x 彡 58、24 彡 y 彡 37、7 彡 z 彡 21 (7)。
15. 根據(jù)權利要求1~5中任一項所述的電氣設備用負極，其中，所述M為Zn， 所述x、y和z滿足下述數(shù)學式（8): 38. x〈100、0〈y〈62、0〈z〈62 (8)。
16. 根據(jù)權利要求15所述的電氣設備用負極，其中，所述x、y和z滿足下述數(shù)學式 (9)： 38. x〈100、0〈y < 42、0〈z < 39 (9)。
17. 根據(jù)權利要求15或16所述的電氣設備用負極，其中，所述x、y和z滿足下述數(shù)學 式（10): 38. X 彡 72、8 彡 y 彡 42、12 彡 z 彡 39 (10)。
18. 根據(jù)權利要求15~17中任一項所述的電氣設備用負極，其中，所述x、y和z滿足 下述數(shù)學式（11): 38. X 彡 61、19 彡 y 彡 42、12 彡 z 彡 35 (11)。
19. 根據(jù)權利要求15~18中任一項所述的電氣設備用負極，其中，所述x、y和z滿足 下述數(shù)學式（12): 47. X 彡 53、19 彡 y 彡 21、26 彡 z 彡 35 (12)。
20. -種電氣設備，其包含權利要求1~19中任一項所述的電氣設備用負極。
【專利摘要】[課題]提供維持高循環(huán)特性、且初始容量也高、表現(xiàn)出平衡良好的特性的Li離子二次電池等的電氣設備用負極。[解決手段]一種電氣設備用負極，其具有集電體、以及配置于前述集電體的表面的包含負極活性物質、導電助劑和粘結劑的電極層，前述負極活性物質是下述式(1)：SixTiyMzAa(上述式(1)中，M為選自由Ge、Sn、Zn、以及它們的組合組成的組中的至少1種金屬，A為不可避免的雜質，x、y、z和a表示質量％的值，此時，0<x<100，0<y<100，0<z<100，并且0≤a<0.5，x+y+z+a＝100。)所示的合金與碳系材料混合而成的。
【IPC分類】H01M4-134, C22C28-00, H01M4-36, H01M4-133, C22C13-00, C22C18-00, C22C14-00, H01M4-38
【公開號】CN104854734
【申請?zhí)枴緾N201380061222
【發(fā)明人】渡邊學, 三木文博, 真田貴志, 千葉啟貴
【申請人】日產自動車株式會社
【公開日】2015年8月19日
【申請日】2013年11月19日
【公告號】EP2924770A1, WO2014080893A1