JP2000357515A - 負極材料及びそれを用いた非水電解質電池 - Google Patents
負極材料及びそれを用いた非水電解質電池Info
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- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 リチウムのドープ・脱ドープの際の、活物質
自身の体積変化を抑えて、サイクル特性を向上させる。 【解決手段】 ケイ素化合物と炭素材料との混合物から
なり、ケイ素化合物の平均粒径をＲSiとし、炭素材料の
平均粒径をＲCとするとき、ＲSiとＲCとの比ＲSi／ＲC
が、１以下である。
自身の体積変化を抑えて、サイクル特性を向上させる。 【解決手段】 ケイ素化合物と炭素材料との混合物から
なり、ケイ素化合物の平均粒径をＲSiとし、炭素材料の
平均粒径をＲCとするとき、ＲSiとＲCとの比ＲSi／ＲC
が、１以下である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ケイ素化合物と炭
素材料との混合物からなる負極材料及びその負極材料を
用いた非水電解質電池に関する。詳しくは、ケイ素化合
物と炭素材料との粒径比を特定することでサイクル特性
を向上させた負極材料及び非水電解質電池に関する。
素材料との混合物からなる負極材料及びその負極材料を
用いた非水電解質電池に関する。詳しくは、ケイ素化合
物と炭素材料との粒径比を特定することでサイクル特性
を向上させた負極材料及び非水電解質電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、カメラ一体型ビデオテープレコー
ダ、携帯電話、ラップトップコンピュータ等のポータブ
ル電子機器が多く登場し、その小型軽量化が図られてい
る。そして、これらの電子機器のポータブル電源とし
て、電池、特に二次電池について、エネルギー密度を向
上させるための研究開発が活発に進められている。中で
も、リチウムイオン二次電池は、従来の非水電解液二次
電池である鉛電池、ニッケルカドミウム電池と比較して
大きなエネルギー密度が得られるため、期待度が大きく
なっている。
ダ、携帯電話、ラップトップコンピュータ等のポータブ
ル電子機器が多く登場し、その小型軽量化が図られてい
る。そして、これらの電子機器のポータブル電源とし
て、電池、特に二次電池について、エネルギー密度を向
上させるための研究開発が活発に進められている。中で
も、リチウムイオン二次電池は、従来の非水電解液二次
電池である鉛電池、ニッケルカドミウム電池と比較して
大きなエネルギー密度が得られるため、期待度が大きく
なっている。
【０００３】ところで、リチウムイオン電池に使用する
負極材料としては、難黒鉛化性炭素や黒鉛等の炭素材料
が、比較的高容量を示し、良好なサイクル特性を発現す
る点から広く用いられている。
負極材料としては、難黒鉛化性炭素や黒鉛等の炭素材料
が、比較的高容量を示し、良好なサイクル特性を発現す
る点から広く用いられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、近年の
高容量化に伴い、上述したような炭素材料は、充放電容
量が満足できるものではなく、さらなる高性能化が課題
となっている。そこで、炭素材料に代わって、より高容
量を示すケイ素材料等の非炭素系の負極材料の研究が盛
んに行われている。
高容量化に伴い、上述したような炭素材料は、充放電容
量が満足できるものではなく、さらなる高性能化が課題
となっている。そこで、炭素材料に代わって、より高容
量を示すケイ素材料等の非炭素系の負極材料の研究が盛
んに行われている。
【０００５】しかしながら、非炭素系負極材料はリチウ
ムのドープ・脱ドープの際の、活物質自身の体積変化が
大きく、サイクル劣化が著しく大きいことが、実電池へ
応用する際の障壁となっていた。
ムのドープ・脱ドープの際の、活物質自身の体積変化が
大きく、サイクル劣化が著しく大きいことが、実電池へ
応用する際の障壁となっていた。
【０００６】本発明は、上述したような従来の実情に鑑
みて提案されたものであり、リチウムのドープ・脱ドー
プの際の、活物質自身の体積変化を抑えて、サイクル特
性を向上させた負極材料及びそれを用いた非水電解質電
池を提供することを目的とする。
みて提案されたものであり、リチウムのドープ・脱ドー
プの際の、活物質自身の体積変化を抑えて、サイクル特
性を向上させた負極材料及びそれを用いた非水電解質電
池を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の負極材料は、ケ
イ素化合物と炭素材料との混合物からなり、上記ケイ素
化合物の平均粒径をＲSiとし、上記炭素材料の平均粒径
をＲCとするとき、ＲS iとＲCとの比ＲSi／ＲCが、１以
下であることを特徴とする。
イ素化合物と炭素材料との混合物からなり、上記ケイ素
化合物の平均粒径をＲSiとし、上記炭素材料の平均粒径
をＲCとするとき、ＲS iとＲCとの比ＲSi／ＲCが、１以
下であることを特徴とする。
【０００８】上述したような本発明に係る負極材料で
は、ケイ素化合物と炭素材料との粒径比が規定されてい
るので、リチウムのドープ・脱ドープ時のケイ素化合物
の体積変化を炭素材料が吸収し、負極材料全体としての
体積変化が抑制される。
は、ケイ素化合物と炭素材料との粒径比が規定されてい
るので、リチウムのドープ・脱ドープ時のケイ素化合物
の体積変化を炭素材料が吸収し、負極材料全体としての
体積変化が抑制される。
【０００９】本発明の非水電解質電池は、リチウム複合
酸化物を含有する正極と、上記正極と対向して配され、
リチウムのドープ・脱ドープが可能なケイ素化合物と炭
素材料との混合物を含有する負極と、上記正極と上記負
極との間に介在される非水電解質とを備え、上記ケイ素
化合物の平均粒径をＲSiとし、上記炭素材料の平均粒径
をＲCとするとき、ＲSiとＲCとの比ＲSi／ＲCが、１以
下であることを特徴とする。
酸化物を含有する正極と、上記正極と対向して配され、
リチウムのドープ・脱ドープが可能なケイ素化合物と炭
素材料との混合物を含有する負極と、上記正極と上記負
極との間に介在される非水電解質とを備え、上記ケイ素
化合物の平均粒径をＲSiとし、上記炭素材料の平均粒径
をＲCとするとき、ＲSiとＲCとの比ＲSi／ＲCが、１以
下であることを特徴とする。
【００１０】上述したような本発明に係る非水電解質電
池では、負極中に含有されるケイ素化合物と炭素材料と
の粒径比が規定されているので、リチウムのドープ・脱
ドープ時のケイ素化合物の体積変化を炭素材料が吸収
し、負極全体としての体積変化が抑制されて、サイクル
劣化が抑えられる。
池では、負極中に含有されるケイ素化合物と炭素材料と
の粒径比が規定されているので、リチウムのドープ・脱
ドープ時のケイ素化合物の体積変化を炭素材料が吸収
し、負極全体としての体積変化が抑制されて、サイクル
劣化が抑えられる。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。
て説明する。
【００１２】図１は、本実施の形態に係るの非水電解液
電池の一構成例を示す縦断面図である。この非水電解液
電池１は、フィルム状の正極２と、フィルム状の負極３
とが、セパレータ４を介して密着状態で巻回された巻層
体が、電池缶５の内部に装填されてなる。そして、電池
缶５の内部には非水電解液が注入されている。
電池の一構成例を示す縦断面図である。この非水電解液
電池１は、フィルム状の正極２と、フィルム状の負極３
とが、セパレータ４を介して密着状態で巻回された巻層
体が、電池缶５の内部に装填されてなる。そして、電池
缶５の内部には非水電解液が注入されている。
【００１３】上記正極２は、正極活物質と結着剤とを含
有する正極合剤を正極集電体上に塗布、乾燥することに
より正極活物質層が形成されて作製される。正極集電体
には例えばアルミニウム箔等の金属箔が用いられる。
有する正極合剤を正極集電体上に塗布、乾燥することに
より正極活物質層が形成されて作製される。正極集電体
には例えばアルミニウム箔等の金属箔が用いられる。
【００１４】正極活物質には、目的とする電池の種類に
応じて、金属酸化物、金属硫化物又は特定のポリマーを
用いることができる。
応じて、金属酸化物、金属硫化物又は特定のポリマーを
用いることができる。
【００１５】例えば、リチウム一次電池を構成する場
合、正極活物質としては、ＴｉＳ2、ＭｎＯ2、黒鉛、Ｆ
ｅＳ2等を使用することができる。また、リチウム二次
電池を構成する場合、正極活物質としては、ＴｉＳ2、
ＭｏＳ2、ＮｂＳｅ2、Ｖ2Ｏ5等の金属硫化物あるいは酸
化物を使用することができる。
合、正極活物質としては、ＴｉＳ2、ＭｎＯ2、黒鉛、Ｆ
ｅＳ2等を使用することができる。また、リチウム二次
電池を構成する場合、正極活物質としては、ＴｉＳ2、
ＭｏＳ2、ＮｂＳｅ2、Ｖ2Ｏ5等の金属硫化物あるいは酸
化物を使用することができる。
【００１６】また、リチウム二次電池を構成する場合、
正極活物質としてＬｉxＭｎＯ2（式中、Ｍは一種以上の
遷移金属を表し、ｘは電池の充放電状態によって異な
り、通常０．０５≦ｘ≦１．１０である。）を主体とす
るリチウム複合酸化物等を使用することができる。この
リチウム複合酸化物を構成する遷移金属ＭとしてはＣ
ｏ、Ｎｉ、Ｍｎ等が好ましい。このようなリチウム複合
酸化物の具体例としては、ＬｉＣｏＯ2、ＬｉＮｉＯ2、
ＬｉxＮｉyＣｏ1-yＯ2（式中、ｘ，ｙは、電池の充放電
状態によって異なり、通常０＜ｘ＜１、０．７＜ｙ＜
１．０２である。）ＬｉＭｎ2Ｏ4等を挙げることができ
る。
正極活物質としてＬｉxＭｎＯ2（式中、Ｍは一種以上の
遷移金属を表し、ｘは電池の充放電状態によって異な
り、通常０．０５≦ｘ≦１．１０である。）を主体とす
るリチウム複合酸化物等を使用することができる。この
リチウム複合酸化物を構成する遷移金属ＭとしてはＣ
ｏ、Ｎｉ、Ｍｎ等が好ましい。このようなリチウム複合
酸化物の具体例としては、ＬｉＣｏＯ2、ＬｉＮｉＯ2、
ＬｉxＮｉyＣｏ1-yＯ2（式中、ｘ，ｙは、電池の充放電
状態によって異なり、通常０＜ｘ＜１、０．７＜ｙ＜
１．０２である。）ＬｉＭｎ2Ｏ4等を挙げることができ
る。
【００１７】上述したようなリチウム複合酸化物は、高
電圧を発生でき、エネルギー密度的に優れた正極活物質
となる。正極２には、これらの正極活物質の複数種をあ
わせて使用してもよい。
電圧を発生でき、エネルギー密度的に優れた正極活物質
となる。正極２には、これらの正極活物質の複数種をあ
わせて使用してもよい。
【００１８】また、上記正極合剤の結着剤としては、通
常この種の電池の正極合剤に用いられている公知の結着
剤を用いることができるほか、上記正極合剤に公知の添
加剤等を添加することができる。
常この種の電池の正極合剤に用いられている公知の結着
剤を用いることができるほか、上記正極合剤に公知の添
加剤等を添加することができる。
【００１９】負極３は、負極活物質と結着剤とを含有す
る負極合剤を、負極集電体上に塗布、乾燥することによ
り負極活物質層が形成されて作製される。負極集電体に
は、例えば銅箔等の金属箔が用いられる。
る負極合剤を、負極集電体上に塗布、乾燥することによ
り負極活物質層が形成されて作製される。負極集電体に
は、例えば銅箔等の金属箔が用いられる。
【００２０】本実施の形態に係る非水電解液電池１で
は、負極活物質として、ケイ素化合物と炭素材料との混
合物を用いる。
は、負極活物質として、ケイ素化合物と炭素材料との混
合物を用いる。
【００２１】ケイ素化合物としては、一般式ＭxＳｉで
表される化合物を使用することができる。ここで、上記
式中Ｍは、Ｌｉ及びＳｉ以外の元素であり、具体的には
Ｂ、Ｃ、Ｎ、Ｏ、Ｎａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｐ、Ｓ、Ｋ、Ｃ
ａ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、
Ｚｎ、Ｒｂ、Ｙ、Ｍｏ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｃ
ｓ、Ｂａ、Ｃｅ又はＴａ等が挙げられる。
表される化合物を使用することができる。ここで、上記
式中Ｍは、Ｌｉ及びＳｉ以外の元素であり、具体的には
Ｂ、Ｃ、Ｎ、Ｏ、Ｎａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｐ、Ｓ、Ｋ、Ｃ
ａ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、
Ｚｎ、Ｒｂ、Ｙ、Ｍｏ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｃ
ｓ、Ｂａ、Ｃｅ又はＴａ等が挙げられる。
【００２２】また、上記式中ｘについては、０．０１以
上であることが好ましいが、より好ましくは０．１以上
である。
上であることが好ましいが、より好ましくは０．１以上
である。
【００２３】一方、炭素材料としては、例えば（００
２）面の面間隔が０．３７ｎｍ以上の難黒鉛化性炭素材
料や、（００２）面の面間隔が０．３４０ｎｍ以下の黒
鉛系材料、又は易黒鉛化性炭素材料を広く利用すること
ができる。
２）面の面間隔が０．３７ｎｍ以上の難黒鉛化性炭素材
料や、（００２）面の面間隔が０．３４０ｎｍ以下の黒
鉛系材料、又は易黒鉛化性炭素材料を広く利用すること
ができる。
【００２４】上述したような炭素材料として具体的に
は、熱分解炭素類、コークス類、黒鉛類、ガラス状炭素
類、有機高分子化合物焼成体、炭素繊維、活性炭等を使
用することができる。上記コークス類には、ピッチコー
クス、ニードルコークス、石油コークス等がある。ま
た、上記有機高分子化合物焼成体とは、フェノール樹
脂、フラン樹脂等を適当な温度で焼成し炭素化したもの
を示す。
は、熱分解炭素類、コークス類、黒鉛類、ガラス状炭素
類、有機高分子化合物焼成体、炭素繊維、活性炭等を使
用することができる。上記コークス類には、ピッチコー
クス、ニードルコークス、石油コークス等がある。ま
た、上記有機高分子化合物焼成体とは、フェノール樹
脂、フラン樹脂等を適当な温度で焼成し炭素化したもの
を示す。
【００２５】上述したような炭素材料は、１種類を単独
で使用してもよいし、複数種を混合して使用してもよ
い。その中でも特に、難黒鉛化性炭素を少なくとも用い
ることが好ましく、難黒鉛化性炭素に易黒鉛化性炭素又
は黒鉛系材料を任意の割合で混合したものを用いること
ができる。
で使用してもよいし、複数種を混合して使用してもよ
い。その中でも特に、難黒鉛化性炭素を少なくとも用い
ることが好ましく、難黒鉛化性炭素に易黒鉛化性炭素又
は黒鉛系材料を任意の割合で混合したものを用いること
ができる。
【００２６】そして、この非水電解液電池１では、負極
活物質中のケイ素化合物の平均粒径をＲSiとし、炭素材
料の平均粒径をＲcとしたとき、ケイ素化合物と炭素材
料との粒径比ＲSi／Ｒcが１以下となされている。すな
わち、負極活物質中のケイ素化合物の平均粒径が、炭素
材料の平均粒径よりも小さくなるようになされている。
ケイ素化合物の平均粒径を、炭素材料の平均粒径よりも
小さくすることで、ケイ素化合物は、より大きな粒径を
有する炭素材料が形成する空隙に入り込むことになる。
活物質中のケイ素化合物の平均粒径をＲSiとし、炭素材
料の平均粒径をＲcとしたとき、ケイ素化合物と炭素材
料との粒径比ＲSi／Ｒcが１以下となされている。すな
わち、負極活物質中のケイ素化合物の平均粒径が、炭素
材料の平均粒径よりも小さくなるようになされている。
ケイ素化合物の平均粒径を、炭素材料の平均粒径よりも
小さくすることで、ケイ素化合物は、より大きな粒径を
有する炭素材料が形成する空隙に入り込むことになる。
【００２７】すなわち、本実施の形態に係る非水電解液
電池１では、ケイ素化合物と炭素材料とを含有する負極
において、より粒径の大きな炭素材料が形成する空隙
を、粒径の小さなケイ素化合物のリチウムとのドープ・
脱ドープの場として利用する。炭素材料が形成する空隙
中で、ケイ素化合物のリチウムのドープ・脱ドープを行
わせることで、リチウムのドープ・脱ドープの際にケイ
素化合物の膨張・収縮による体積変化が現れても、炭素
材料が形成する空隙が、ケイ素化合物の体積変化を吸収
し、負極活物質全体としての体積変化を抑えることがで
きる。そして、リチウムのドープ・脱ドープの際の負極
活物質の体積変化を抑えることで、非水電解質電池１の
サイクル特性を飛躍的に向上することができる。
電池１では、ケイ素化合物と炭素材料とを含有する負極
において、より粒径の大きな炭素材料が形成する空隙
を、粒径の小さなケイ素化合物のリチウムとのドープ・
脱ドープの場として利用する。炭素材料が形成する空隙
中で、ケイ素化合物のリチウムのドープ・脱ドープを行
わせることで、リチウムのドープ・脱ドープの際にケイ
素化合物の膨張・収縮による体積変化が現れても、炭素
材料が形成する空隙が、ケイ素化合物の体積変化を吸収
し、負極活物質全体としての体積変化を抑えることがで
きる。そして、リチウムのドープ・脱ドープの際の負極
活物質の体積変化を抑えることで、非水電解質電池１の
サイクル特性を飛躍的に向上することができる。
【００２８】ＲSi／Ｒcが１よりも大きく、すなわち、
ケイ素化合物の平均粒径が炭素材料の平均粒径よりも大
きくなると、リチウムのドープ・脱ドープに伴うケイ素
化合物の体積変化を炭素材料が吸収することができなく
なる。ＲSi／Ｒcを１以下とすることで、リチウムのド
ープ・脱ドープの際の負極活物質の体積変化を抑えて、
非水電解液電池１のサイクル特性を向上することができ
る。
ケイ素化合物の平均粒径が炭素材料の平均粒径よりも大
きくなると、リチウムのドープ・脱ドープに伴うケイ素
化合物の体積変化を炭素材料が吸収することができなく
なる。ＲSi／Ｒcを１以下とすることで、リチウムのド
ープ・脱ドープの際の負極活物質の体積変化を抑えて、
非水電解液電池１のサイクル特性を向上することができ
る。
【００２９】なお、上述したような負極活物質中に含有
される炭素材料の平均粒径Ｒcとしては、１０μｍ〜７
０μｍ程度が好ましい。また、炭素材料の形状は特に限
定されるものではなく、粒状、鱗片状等、種々の形状の
炭素材料を用いることができる。
される炭素材料の平均粒径Ｒcとしては、１０μｍ〜７
０μｍ程度が好ましい。また、炭素材料の形状は特に限
定されるものではなく、粒状、鱗片状等、種々の形状の
炭素材料を用いることができる。
【００３０】また、上述したような負極活物質中に含有
されるケイ素化合物の平均粒径ＲSiとしては、１０μｍ
以下程度が好ましく、より好ましい粒径は１μｍ以下程
度である。
されるケイ素化合物の平均粒径ＲSiとしては、１０μｍ
以下程度が好ましく、より好ましい粒径は１μｍ以下程
度である。
【００３１】ここで、上述した炭素材料やケイ素化合物
の粒径及び平均粒径について述べる。不規則形状を有す
る粒子の大きさの表し方には、種々の方法があるが、本
実施の形態においては、ＲSi／Ｒcが１以下となされて
いればよく、粒径及び平均粒径の測定方法は特に限定さ
れない。
の粒径及び平均粒径について述べる。不規則形状を有す
る粒子の大きさの表し方には、種々の方法があるが、本
実施の形態においては、ＲSi／Ｒcが１以下となされて
いればよく、粒径及び平均粒径の測定方法は特に限定さ
れない。
【００３２】粒径の測定方法として具体的には、例え
ば、粒子をふるいにかけ、粒子が通過しないふるい目の
大きさによって粒子の大きさを決める方法や、粒子を液
体中で沈降させて、その沈降速度を測定し、ストークス
式を用いてその粒径（ストークス径）を求める方法等が
挙げられる。このストークス径は、同じ条件下で試料粒
子と等しい速度で沈降する同じ密度の球形粒子の径を示
している。
ば、粒子をふるいにかけ、粒子が通過しないふるい目の
大きさによって粒子の大きさを決める方法や、粒子を液
体中で沈降させて、その沈降速度を測定し、ストークス
式を用いてその粒径（ストークス径）を求める方法等が
挙げられる。このストークス径は、同じ条件下で試料粒
子と等しい速度で沈降する同じ密度の球形粒子の径を示
している。
【００３３】また、粉体は、大きさに分布のある粒子群
からなるのが通常であり、粒径に分布のある粉体でも、
ある現象に対する効果が粒径Ｒなる均一な粒径と同じで
あれば、Ｒを代表径として用いた方が便利である。この
ような機能をもつ径Ｒを、その粉体の平均粒径とする。
したがって、平均粒径の求め方も、目的とするところに
応じて異なってくる。平均粒径の求め方として、具体的
には例えば、長さ平均径（ΣｎＲ／Σｎ）等が挙げられ
るが、これに限定される訳ではない。ここで、Ｒは各粒
子の粒径であり、ｎは粒子の数である。
からなるのが通常であり、粒径に分布のある粉体でも、
ある現象に対する効果が粒径Ｒなる均一な粒径と同じで
あれば、Ｒを代表径として用いた方が便利である。この
ような機能をもつ径Ｒを、その粉体の平均粒径とする。
したがって、平均粒径の求め方も、目的とするところに
応じて異なってくる。平均粒径の求め方として、具体的
には例えば、長さ平均径（ΣｎＲ／Σｎ）等が挙げられ
るが、これに限定される訳ではない。ここで、Ｒは各粒
子の粒径であり、ｎは粒子の数である。
【００３４】非水電解液は、電解質を非水溶媒に溶解し
て調製される。
て調製される。
【００３５】電解質としては、通常この種の電池の電解
液に用いられている公知の電解質を使用することができ
る。具体的には、ＬｉＣｌＯ4、ＬｉＡｓＦ6、ＬｉＰＦ
6、ＬｉＢＦ4、ＬｉＢ（Ｃ6Ｈ5）4、ＣＨ3ＳＯ3Ｌｉ、
ＣＦ3ＳＯ3Ｌｉ、ＬｉＣｌ，ＬｉＢｒ等のリチウム塩を
挙げることができる。
液に用いられている公知の電解質を使用することができ
る。具体的には、ＬｉＣｌＯ4、ＬｉＡｓＦ6、ＬｉＰＦ
6、ＬｉＢＦ4、ＬｉＢ（Ｃ6Ｈ5）4、ＣＨ3ＳＯ3Ｌｉ、
ＣＦ3ＳＯ3Ｌｉ、ＬｉＣｌ，ＬｉＢｒ等のリチウム塩を
挙げることができる。
【００３６】また、非水溶媒としては、従来より非水電
解液に使用されている種々の非水溶媒を使用することが
できる。具体的には、例えばプロピレンカーボネート、
エチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチ
ルカーボネート、１，２−ジメトキシエタン、１，２−
ジエトキシエタン、γ−ブチロラクトン、テトラヒドロ
フラン、２−メチルテトラヒドロフラン、１，３−ジオ
キソラン、４−メチル−１，３−ジオキソラン、ジエチ
ルエーテル、スルホラン、メチルスルホラン、アセトニ
トリル、プロピオニトリル、アニソール、酢酸エステ
ル、酪酸エステル、プロピオン酸エステル等を使用する
ことができる。これらの非水溶媒は単独で使用してもよ
いし、複数種を混合して使用してもよい。
解液に使用されている種々の非水溶媒を使用することが
できる。具体的には、例えばプロピレンカーボネート、
エチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチ
ルカーボネート、１，２−ジメトキシエタン、１，２−
ジエトキシエタン、γ−ブチロラクトン、テトラヒドロ
フラン、２−メチルテトラヒドロフラン、１，３−ジオ
キソラン、４−メチル−１，３−ジオキソラン、ジエチ
ルエーテル、スルホラン、メチルスルホラン、アセトニ
トリル、プロピオニトリル、アニソール、酢酸エステ
ル、酪酸エステル、プロピオン酸エステル等を使用する
ことができる。これらの非水溶媒は単独で使用してもよ
いし、複数種を混合して使用してもよい。
【００３７】上述したような非水電解液電池１は、負極
に含有されるケイ素化合物と炭素材料との粒径比を規定
することで、リチウムのドープ・脱ドープの際の負極活
物質の体積変化を抑えて、サイクル特性が飛躍的に改善
されたものとなる。
に含有されるケイ素化合物と炭素材料との粒径比を規定
することで、リチウムのドープ・脱ドープの際の負極活
物質の体積変化を抑えて、サイクル特性が飛躍的に改善
されたものとなる。
【００３８】そして、上述したような非水電解液電池１
は、次のようにして製造される。
は、次のようにして製造される。
【００３９】正極２は、正極活物質と結着剤とを含有す
る正極合剤を、正極集電体となる例えばアルミニウム箔
等の金属箔上に均一に塗布、乾燥して正極活物質層を形
成することにより作製される。上記正極合剤の結着剤と
しては、公知の結着剤を用いることができるほか、上記
正極合剤に公知の添加剤等を添加することができる。
る正極合剤を、正極集電体となる例えばアルミニウム箔
等の金属箔上に均一に塗布、乾燥して正極活物質層を形
成することにより作製される。上記正極合剤の結着剤と
しては、公知の結着剤を用いることができるほか、上記
正極合剤に公知の添加剤等を添加することができる。
【００４０】負極３を作製するには、まず、ケイ素化合
物及び炭素材料を粉砕、分級しケイ素化合物粉末、及び
炭素材料粉末を作製し、これらを混合することによりケ
イ素化合物と炭素材料との混合物からなる負極材料を作
製する。そして、この負極材料に結着剤を混合すること
により負極合剤を作製し、この負極合剤を負極集電体と
なる例えば銅箔等の金属箔上に均一に塗布、乾燥して負
極活物質層を形成し、プレスにより圧縮成型することに
より負極３が作製される。上記負極合剤の結着剤として
は、公知の結着剤を用いることができるほか、上記負極
合剤に公知の添加剤等を添加することができる。
物及び炭素材料を粉砕、分級しケイ素化合物粉末、及び
炭素材料粉末を作製し、これらを混合することによりケ
イ素化合物と炭素材料との混合物からなる負極材料を作
製する。そして、この負極材料に結着剤を混合すること
により負極合剤を作製し、この負極合剤を負極集電体と
なる例えば銅箔等の金属箔上に均一に塗布、乾燥して負
極活物質層を形成し、プレスにより圧縮成型することに
より負極３が作製される。上記負極合剤の結着剤として
は、公知の結着剤を用いることができるほか、上記負極
合剤に公知の添加剤等を添加することができる。
【００４１】ここで、上述したような炭素材料やケイ素
化合物の粉砕、分級は、不活性ガス雰囲気下で行うこと
が好ましい。炭素材料やケイ素化合物の粉砕、分級を不
活性ガス雰囲気下で行うことにより、粉塵爆発や火災等
の事故を未然に防ぎ、安全に粉砕・分級作業を行うこと
ができる。
化合物の粉砕、分級は、不活性ガス雰囲気下で行うこと
が好ましい。炭素材料やケイ素化合物の粉砕、分級を不
活性ガス雰囲気下で行うことにより、粉塵爆発や火災等
の事故を未然に防ぎ、安全に粉砕・分級作業を行うこと
ができる。
【００４２】また、炭素材料とケイ素化合物の混合は、
不活性ガス雰囲気下で行うことが好ましい。このよう
に、炭素材料とケイ素化合物との混合を不活性ガス雰囲
気下で行うことにより、粉塵爆発や火災等の事故を未然
に防ぎ、安全に混合作業を行うことができる。
不活性ガス雰囲気下で行うことが好ましい。このよう
に、炭素材料とケイ素化合物との混合を不活性ガス雰囲
気下で行うことにより、粉塵爆発や火災等の事故を未然
に防ぎ、安全に混合作業を行うことができる。
【００４３】また、負極合剤の金属箔上への塗布、乾燥
は、不活性ガス雰囲気下、若しくは乾燥空気雰囲気下で
行うことが好ましい。負極合剤の金属箔上への塗布、乾
燥を不活性ガス雰囲気下、若しくは乾燥空気雰囲気下で
行うことにより、負極合剤への大気中の水分の吸着等に
よる負極３の品質の低下を防止することができ、高品質
の負極３、及び非水電解質電池１を作製することができ
る。なお、上記において乾燥空気雰囲気とは、露点が−
１０℃以下の状態をいう。
は、不活性ガス雰囲気下、若しくは乾燥空気雰囲気下で
行うことが好ましい。負極合剤の金属箔上への塗布、乾
燥を不活性ガス雰囲気下、若しくは乾燥空気雰囲気下で
行うことにより、負極合剤への大気中の水分の吸着等に
よる負極３の品質の低下を防止することができ、高品質
の負極３、及び非水電解質電池１を作製することができ
る。なお、上記において乾燥空気雰囲気とは、露点が−
１０℃以下の状態をいう。
【００４４】そして、負極合剤へのプレスは、ホットプ
レスにより行うことが好ましい。ここで、ホットプレス
とは６０℃以上の温度で行うプレス工程のことである。
負極３を作製する際に、負極合剤に対してホットプレス
を施すことにより、負極合剤への大気中の水分の吸着等
による負極３の品質の低下を防止することができ、ま
た、ケイ素化合物層と炭素材料層との均一な接着を可能
とすることができる。したがって、負極合剤に対してホ
ットプレスを施すことにより、高品質の負極３、及び非
水電解質電池１を作製することができる。そして、負極
合剤に対するホットプレスは、不活性ガス雰囲気下、若
しくは乾燥空気雰囲気下で行うことが好ましい。負極合
剤に対するホットプレスを不活性ガス雰囲気下、若しく
は乾燥空気雰囲気下で行うことにより、上述した効果を
さらに高めることができる。なお、上記において乾燥空
気雰囲気とは、露点が−１０℃以下の状態をいう。
レスにより行うことが好ましい。ここで、ホットプレス
とは６０℃以上の温度で行うプレス工程のことである。
負極３を作製する際に、負極合剤に対してホットプレス
を施すことにより、負極合剤への大気中の水分の吸着等
による負極３の品質の低下を防止することができ、ま
た、ケイ素化合物層と炭素材料層との均一な接着を可能
とすることができる。したがって、負極合剤に対してホ
ットプレスを施すことにより、高品質の負極３、及び非
水電解質電池１を作製することができる。そして、負極
合剤に対するホットプレスは、不活性ガス雰囲気下、若
しくは乾燥空気雰囲気下で行うことが好ましい。負極合
剤に対するホットプレスを不活性ガス雰囲気下、若しく
は乾燥空気雰囲気下で行うことにより、上述した効果を
さらに高めることができる。なお、上記において乾燥空
気雰囲気とは、露点が−１０℃以下の状態をいう。
【００４５】以上のようにして得られる正極２と、負極
３とを、例えば微孔性ポリプロピレンフィルムからなる
セパレータ４を介して密着させ、渦巻型に多数回巻回す
ることにより巻層体が構成される。
３とを、例えば微孔性ポリプロピレンフィルムからなる
セパレータ４を介して密着させ、渦巻型に多数回巻回す
ることにより巻層体が構成される。
【００４６】ここで、巻層体を構成する際の巻回工程
は、不活性ガス雰囲気下、若しくは乾燥空気雰囲気下で
行われることが好ましい。巻層体を構成する際の巻回工
程を不活性ガス雰囲気下、若しくは乾燥空気雰囲気下で
行うことにより、負極合剤への水分の吸着等による負極
３の品質の低下を防止することができ、高品質の負極
３、及び非水電解質電池１を作製することができる。な
お、上記において乾燥空気雰囲気とは、露点が−１０℃
以下の状態をいう。
は、不活性ガス雰囲気下、若しくは乾燥空気雰囲気下で
行われることが好ましい。巻層体を構成する際の巻回工
程を不活性ガス雰囲気下、若しくは乾燥空気雰囲気下で
行うことにより、負極合剤への水分の吸着等による負極
３の品質の低下を防止することができ、高品質の負極
３、及び非水電解質電池１を作製することができる。な
お、上記において乾燥空気雰囲気とは、露点が−１０℃
以下の状態をいう。
【００４７】次に、その内側にニッケルメッキを施した
鉄製の電池缶５の底部に絶縁板６を挿入し、さらに巻層
体を収納する。そして負極の集電をとるために、例えば
ニッケルからなる負極リード７の一端を負極３に圧着さ
せ、他端を電池缶５に溶接する。これにより、電池缶５
は負極３と導通をもつこととなり、非水電解液電池１の
外部負極となる。また、正極２の集電をとるために、例
えばアルミニウムからなる正極リード８の一端を正極２
に取り付け、他端を電流遮断用薄板９を介して電池蓋１
０と電気的に接続する。この電流遮断用薄板９は、電池
内圧に応じて電流を遮断するものである。これにより、
電池蓋１０は正極２と導通をもつこととなり、非水電解
液電池１の外部正極となる。
鉄製の電池缶５の底部に絶縁板６を挿入し、さらに巻層
体を収納する。そして負極の集電をとるために、例えば
ニッケルからなる負極リード７の一端を負極３に圧着さ
せ、他端を電池缶５に溶接する。これにより、電池缶５
は負極３と導通をもつこととなり、非水電解液電池１の
外部負極となる。また、正極２の集電をとるために、例
えばアルミニウムからなる正極リード８の一端を正極２
に取り付け、他端を電流遮断用薄板９を介して電池蓋１
０と電気的に接続する。この電流遮断用薄板９は、電池
内圧に応じて電流を遮断するものである。これにより、
電池蓋１０は正極２と導通をもつこととなり、非水電解
液電池１の外部正極となる。
【００４８】次に、この電池缶５の中に非水電解液を注
入する。この非水電解液は、電解質を非水溶媒に溶解さ
せて調製される。
入する。この非水電解液は、電解質を非水溶媒に溶解さ
せて調製される。
【００４９】ここで、電池缶５の中に非水電解液を注入
する注液工程は、不活性ガス雰囲気下、若しくは乾燥空
気雰囲気下で行われることが好ましい。注液工程を不活
性ガス雰囲気下、若しくは乾燥空気雰囲気下で行うこと
により、負極合剤への水分の吸着等による負極３の品質
の低下を防止することができ、高品質の負極３、及び非
水電解質電池１を作製することができる。なお、上記に
おいて乾燥空気雰囲気とは、露点が−１０℃以下の状態
をいう。
する注液工程は、不活性ガス雰囲気下、若しくは乾燥空
気雰囲気下で行われることが好ましい。注液工程を不活
性ガス雰囲気下、若しくは乾燥空気雰囲気下で行うこと
により、負極合剤への水分の吸着等による負極３の品質
の低下を防止することができ、高品質の負極３、及び非
水電解質電池１を作製することができる。なお、上記に
おいて乾燥空気雰囲気とは、露点が−１０℃以下の状態
をいう。
【００５０】次に、アスファルトを塗布した絶縁封口ガ
スケット１１を介して電池缶５をかしめることにより電
池蓋１０が固定されて円筒型の非水電解液電池１が作製
される。
スケット１１を介して電池缶５をかしめることにより電
池蓋１０が固定されて円筒型の非水電解液電池１が作製
される。
【００５１】なお、この非水電解液電池１においては、
図１に示すように、負極リード７及び正極リード８に接
続するセンターピン１２が設けられているとともに、電
池内部の圧力が所定値よりも高くなったときに内部の気
体を抜くための安全弁装置１３及び電池内部の温度上昇
を防止するためのＰＴＣ素子１４が設けられている。
図１に示すように、負極リード７及び正極リード８に接
続するセンターピン１２が設けられているとともに、電
池内部の圧力が所定値よりも高くなったときに内部の気
体を抜くための安全弁装置１３及び電池内部の温度上昇
を防止するためのＰＴＣ素子１４が設けられている。
【００５２】なお、上述した実施の形態では、非水電解
液電池１における負極活物質中のケイ素化合物と炭素材
料との粒径比について規定したが、ケイ素化合物と炭素
材料との重量組成比について規定することもできる。
液電池１における負極活物質中のケイ素化合物と炭素材
料との粒径比について規定したが、ケイ素化合物と炭素
材料との重量組成比について規定することもできる。
【００５３】すなわち、非水電解液電池１の負極活物質
中に含有されるケイ素化合物の重量をＷSiとし、炭素材
料の重量をＷCとするとき、ケイ素化合物と炭素材料と
の重量組成比ＷSi／ＷCが１以下となるようにする。
中に含有されるケイ素化合物の重量をＷSiとし、炭素材
料の重量をＷCとするとき、ケイ素化合物と炭素材料と
の重量組成比ＷSi／ＷCが１以下となるようにする。
【００５４】すなわち、炭素材料の重量組成が、ケイ素
化合物の重量組成よりも大きくなるようになされてい
る。炭素材料の重量組成を、ケイ素化合物の重量組成よ
りも大きくすることで、リチウムのドープ・脱ドープの
際にケイ素化合物の膨張・収縮による体積変化が現れて
も、重量組成のより大きな炭素材料が、ケイ素化合物の
体積変化を吸収し、負極活物質全体としての体積変化を
抑えることができる。そして、リチウムのドープ・脱ド
ープの際の負極活物質の体積変化を抑えることで、非水
電解液電池１のサイクル特性を飛躍的に向上することが
できる。
化合物の重量組成よりも大きくなるようになされてい
る。炭素材料の重量組成を、ケイ素化合物の重量組成よ
りも大きくすることで、リチウムのドープ・脱ドープの
際にケイ素化合物の膨張・収縮による体積変化が現れて
も、重量組成のより大きな炭素材料が、ケイ素化合物の
体積変化を吸収し、負極活物質全体としての体積変化を
抑えることができる。そして、リチウムのドープ・脱ド
ープの際の負極活物質の体積変化を抑えることで、非水
電解液電池１のサイクル特性を飛躍的に向上することが
できる。
【００５５】ＷSi／ＷCが１よりも大きく、すなわち、
ケイ素化合物の重量組成が炭素材料の重量組成よりも大
きくなると、リチウムのドープ・脱ドープに伴うケイ素
化合物の体積変化を炭素材料が吸収することができなく
なる。ＷSi／ＷCを１以下とすることで、リチウムのド
ープ・脱ドープの際の負極活物質の体積変化を抑えて、
非水電解液電池１のサイクル特性を向上することができ
る。
ケイ素化合物の重量組成が炭素材料の重量組成よりも大
きくなると、リチウムのドープ・脱ドープに伴うケイ素
化合物の体積変化を炭素材料が吸収することができなく
なる。ＷSi／ＷCを１以下とすることで、リチウムのド
ープ・脱ドープの際の負極活物質の体積変化を抑えて、
非水電解液電池１のサイクル特性を向上することができ
る。
【００５６】上述した実施の形態では、非水電解質電池
として、非水溶媒に電解質が溶解されてなる非水電解液
を用いた非水電解液電池１を例に挙げて説明したが、本
発明は、マトリクス高分子中に電解質が分散されてなる
固体電解質を用いた電池や、膨潤溶媒を含有するゲル状
の固体電解質を用いた電池についても適用可能である。
また、本発明の電池は、円筒型、角型、コイン型、ボタ
ン型等、その形状については特に限定されることはな
く、また、薄型、大型等の種々の大きさにすることがで
きる。
として、非水溶媒に電解質が溶解されてなる非水電解液
を用いた非水電解液電池１を例に挙げて説明したが、本
発明は、マトリクス高分子中に電解質が分散されてなる
固体電解質を用いた電池や、膨潤溶媒を含有するゲル状
の固体電解質を用いた電池についても適用可能である。
また、本発明の電池は、円筒型、角型、コイン型、ボタ
ン型等、その形状については特に限定されることはな
く、また、薄型、大型等の種々の大きさにすることがで
きる。
【００５７】
【実施例】本発明の効果を確かめるべく、上述したよう
な非水電解液電池を作製し、その特性を評価した。
な非水電解液電池を作製し、その特性を評価した。
【００５８】〈実施例１〉まず、負極を次のように作製
した。
した。
【００５９】まず、出発原料に石油ピッチを用い、これ
に酸素を含む官能基を１０〜２０％導入することにより
酸素架橋を行い、次いで不活性ガス気流中１０００℃で
焼成し、ガラス状炭素に近い性質の難黒鉛化性炭素材料
を得た。得られた材料についてＸ線回折測定を行ったと
ころ、（００２）面の面間隔は３．７６オングストロー
ムであり、真比重は１．５８ｇ／ｃｍ3であった。
に酸素を含む官能基を１０〜２０％導入することにより
酸素架橋を行い、次いで不活性ガス気流中１０００℃で
焼成し、ガラス状炭素に近い性質の難黒鉛化性炭素材料
を得た。得られた材料についてＸ線回折測定を行ったと
ころ、（００２）面の面間隔は３．７６オングストロー
ムであり、真比重は１．５８ｇ／ｃｍ3であった。
【００６０】次に、得られた難黒鉛化性炭素材料を粉砕
し、平均粒径５０μｍの炭素材料粉末とし、この炭素材
料粉末を６０重量部と、平均粒径が５μｍのケイ素化合
物（Ｍｇ2Ｓｉ）粉末を３０重量部と、結着剤としてポ
リフッ化ビニリデンを１０重量部とを混合して負極合剤
を調製した。
し、平均粒径５０μｍの炭素材料粉末とし、この炭素材
料粉末を６０重量部と、平均粒径が５μｍのケイ素化合
物（Ｍｇ2Ｓｉ）粉末を３０重量部と、結着剤としてポ
リフッ化ビニリデンを１０重量部とを混合して負極合剤
を調製した。
【００６１】次に、負極合剤をＮ−メチル−２−ピロリ
ドンに分散させてスラリー状とした。そして、このスラ
リーを負極集電体である厚さ１０μｍの帯状の銅箔の両
面に均一に塗布、乾燥して負極活物質層を形成した後、
ロールプレス機で圧縮成型することにより負極を作製し
た。
ドンに分散させてスラリー状とした。そして、このスラ
リーを負極集電体である厚さ１０μｍの帯状の銅箔の両
面に均一に塗布、乾燥して負極活物質層を形成した後、
ロールプレス機で圧縮成型することにより負極を作製し
た。
【００６２】次に、正極を以下のように作製した。
【００６３】まず、炭酸リチウムと炭酸コバルトとを
０．５ｍｏｌ対１ｍｏｌの比率で混合し、空気中９００
℃で５時間焼成して正極活物質となるＬｉＣｏＯ2を得
た。
０．５ｍｏｌ対１ｍｏｌの比率で混合し、空気中９００
℃で５時間焼成して正極活物質となるＬｉＣｏＯ2を得
た。
【００６４】次に、得られたＬｉＣｏＯ2を９１重量部
と、導電剤として黒鉛を６重量部と、結着剤としてポリ
フッ化ビニリデンを３重量部とを混合して正極合剤を調
製した。
と、導電剤として黒鉛を６重量部と、結着剤としてポリ
フッ化ビニリデンを３重量部とを混合して正極合剤を調
製した。
【００６５】次に、正極合剤を、Ｎ−メチル−２−ピロ
リドンに分散させてスラリーとした。そして、このスラ
リーを正極集電体となる厚さ２０μｍのアルミニウム箔
の両面に均一に塗布、乾燥して正極活物質層を形成した
後、ロールプレス機で圧縮成形することにより正極を作
製した。
リドンに分散させてスラリーとした。そして、このスラ
リーを正極集電体となる厚さ２０μｍのアルミニウム箔
の両面に均一に塗布、乾燥して正極活物質層を形成した
後、ロールプレス機で圧縮成形することにより正極を作
製した。
【００６６】以上のようにして得られた正極と、負極と
を、厚さ２５μｍの微孔性ポリプロピレンフィルムから
なるセパレータを介して密着させ、渦巻型に多数回巻回
することにより巻層体を作製した。
を、厚さ２５μｍの微孔性ポリプロピレンフィルムから
なるセパレータを介して密着させ、渦巻型に多数回巻回
することにより巻層体を作製した。
【００６７】次に、その内側にニッケルメッキを施した
鉄製の電池缶の底部に絶縁板を挿入し、さらに巻層体を
収納した。そして負極の集電をとるために、ニッケル製
の負極リードの一端を負極に圧着させ、他端を電池缶に
溶接した。また、正極の集電をとるために、アルミニウ
ム製の正極リードの一端を正極に取り付け、他端を電流
遮断用薄板を介して電池蓋と電気的に接続した。この電
流遮断用薄板は、電池内圧に応じて電流を遮断するもの
である。
鉄製の電池缶の底部に絶縁板を挿入し、さらに巻層体を
収納した。そして負極の集電をとるために、ニッケル製
の負極リードの一端を負極に圧着させ、他端を電池缶に
溶接した。また、正極の集電をとるために、アルミニウ
ム製の正極リードの一端を正極に取り付け、他端を電流
遮断用薄板を介して電池蓋と電気的に接続した。この電
流遮断用薄板は、電池内圧に応じて電流を遮断するもの
である。
【００６８】そして、この電池缶の中に非水電解液を注
入した。この非水電解液は、炭酸プロピレンを５０容量
％と、炭酸ジエチルを５０容量％との混合溶媒中に、Ｌ
ｉＰＦ6を１．０ｍｏｌ／ｌの濃度で溶解させて調製し
た。
入した。この非水電解液は、炭酸プロピレンを５０容量
％と、炭酸ジエチルを５０容量％との混合溶媒中に、Ｌ
ｉＰＦ6を１．０ｍｏｌ／ｌの濃度で溶解させて調製し
た。
【００６９】最後に、アスファルトを塗布した絶縁封口
ガスケットを介して電池缶をかしめることにより電池蓋
を固定して、直径が約１８ｍｍ、高さが約６５ｍｍの円
筒型の非水電解質電池を作製した。
ガスケットを介して電池缶をかしめることにより電池蓋
を固定して、直径が約１８ｍｍ、高さが約６５ｍｍの円
筒型の非水電解質電池を作製した。
【００７０】〈実施例２〉負極合剤中の炭素材料とし
て、ピッチ由来の難黒鉛化性炭素材料と天然黒鉛の等重
量混合物を用いたこと以外は、実施例１と同様にして非
水電解質電池を作製した。
て、ピッチ由来の難黒鉛化性炭素材料と天然黒鉛の等重
量混合物を用いたこと以外は、実施例１と同様にして非
水電解質電池を作製した。
【００７１】〈比較例〉負極合剤中のケイ素化合物（Ｍ
ｇ2Ｓｉ）の平均粒径を１００μｍとしたこと以外は、
実施例１と同様にして非水電解質電池を作製した。
ｇ2Ｓｉ）の平均粒径を１００μｍとしたこと以外は、
実施例１と同様にして非水電解質電池を作製した。
【００７２】以上のようにして作製された電池につい
て、サイクル特性を評価した。
て、サイクル特性を評価した。
【００７３】サイクル特性評価試験は、２０℃の環境下
で行った。まず、各電池に対して、１Ａの定電流定電圧
充電を上限４．２Ｖまで行った。次に、５００ｍＡの定
電流放電を終止電圧２．５Ｖまで行った。以上の工程を
１サイクルとし、このサイクルを１００サイクル繰り返
した。そして、１サイクル目の放電容量に対する１００
サイクル目の放電容量の割合から、１００サイクル目の
放電容量維持率（％）を求めた。
で行った。まず、各電池に対して、１Ａの定電流定電圧
充電を上限４．２Ｖまで行った。次に、５００ｍＡの定
電流放電を終止電圧２．５Ｖまで行った。以上の工程を
１サイクルとし、このサイクルを１００サイクル繰り返
した。そして、１サイクル目の放電容量に対する１００
サイクル目の放電容量の割合から、１００サイクル目の
放電容量維持率（％）を求めた。
【００７４】実施例１、実施例２及び比較例の各電池に
ついての放電容量維持率を表１に示す。なお、実施例
１、実施例２及び比較例の各電池について、初期容量は
いずれもほぼ同等の容量が得られていた。
ついての放電容量維持率を表１に示す。なお、実施例
１、実施例２及び比較例の各電池について、初期容量は
いずれもほぼ同等の容量が得られていた。
【００７５】
【表１】
【００７６】表１から明らかなように、負極活物質中の
炭素材料の粒径が、ケイ素化合物の粒径よりも大きくな
された実施例１及び実施例２の電池では、炭素材料の粒
径が、ケイ素化合物の粒径よりも小さくなされた比較例
の電池に比べて、放電容量維持率が飛躍的に向上してい
ることがわかる。
炭素材料の粒径が、ケイ素化合物の粒径よりも大きくな
された実施例１及び実施例２の電池では、炭素材料の粒
径が、ケイ素化合物の粒径よりも小さくなされた比較例
の電池に比べて、放電容量維持率が飛躍的に向上してい
ることがわかる。
【００７７】これは、リチウムのドープ・脱ドープの際
に、ケイ素化合物の体積変化が現れても、炭素材料がケ
イ素化合物の体積変化を吸収し、負極活物質全体として
の体積変化を抑えることができたためと考えられる。
に、ケイ素化合物の体積変化が現れても、炭素材料がケ
イ素化合物の体積変化を吸収し、負極活物質全体として
の体積変化を抑えることができたためと考えられる。
【００７８】したがって、負極活物質中の炭素材料の粒
径を、ケイ素化合物の粒径よりも大きくすることで、負
極活物質の体積変化を抑えて、良好なサイクル特性が得
られることがわかった。
径を、ケイ素化合物の粒径よりも大きくすることで、負
極活物質の体積変化を抑えて、良好なサイクル特性が得
られることがわかった。
【００７９】
【発明の効果】本発明では、ケイ素化合物と炭素材料と
の粒径比を規定することで、リチウムのドープ・脱ドー
プの際の体積変化を抑えることのできる負極材料を実現
することができる。
の粒径比を規定することで、リチウムのドープ・脱ドー
プの際の体積変化を抑えることのできる負極材料を実現
することができる。
【００８０】そして、本発明では、この負極材料を用い
ることで、サイクル特性が飛躍的に向上し、優れた非水
電解質電池を実現することができる。
ることで、サイクル特性が飛躍的に向上し、優れた非水
電解質電池を実現することができる。
【図１】本発明に係る非水電解液電池の一構成例を示す
断面図である。
断面図である。
１ 非水電解液電池、 ２ 正極、 ３ 負極、 ４
セパレータ、 ５ 電池缶、 １０ 電池蓋
セパレータ、 ５ 電池缶、 １０ 電池蓋
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井本 浩 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内 (72)発明者 李 国華 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内 (72)発明者 谷崎 博章 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内 Ｆターム(参考） 5H003 AA04 BB01 BB04 BC01 BD00 BD02 5H014 AA02 EE08 EE10 HH00 5H029 AJ05 AK03 AL01 AL06 AL07 AM03 AM04 AM05 AM07 BJ02 BJ14 HJ02 HJ05
Claims (10)
- 【請求項１】 ケイ素化合物と、炭素材料との混合物か
らなり、上記ケイ素化合物の平均粒径をＲSiとし、上記
炭素材料の平均粒径をＲCとするとき、ＲSiとＲCとの比
ＲSi／ＲCが、１以下であることを特徴とする負極材
料。 - 【請求項２】 上記ケイ素化合物は、一般式ＭxＳｉ
（式中、ＭはＬｉ，Ｓｉを除く元素であり、ｘ≧０．０
１である。）で表されることを特徴とする請求項１記載
の負極材料。 - 【請求項３】 上記Ｍが、Ｂ、Ｃ、Ｎ、Ｏ、Ｎａ、Ｍ
ｇ、Ａｌ、Ｐ、Ｓ、Ｋ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、
Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｒｂ、Ｙ、Ｍｏ、Ｒ
ｈ、Ｐｄ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｃｓ、Ｂａ、Ｃｅ又はＴａのい
ずれかであることを特徴とする請求項２記載の負極材
料。 - 【請求項４】 上記炭素材料が、難黒鉛化性炭素、易黒
鉛化性炭素又は黒鉛を含有することを特徴とする請求項
１記載の負極材料。 - 【請求項５】 上記炭素材料が、難黒鉛化性炭素、易黒
鉛化性炭素又は黒鉛から選ばれるいずれか２種類を少な
くとも含有することを特徴とする請求項１記載の負極材
料。 - 【請求項６】 リチウム複合酸化物を含有する正極と、
上記正極と対向して配され、リチウムのドープ・脱ドー
プが可能なケイ素化合物と炭素材料との混合物を含有す
る負極と、上記正極と上記負極との間に介在される非水
電解質とを備え、 上記ケイ素化合物の平均粒径をＲSiとし、上記炭素材料
の平均粒径をＲCとするとき、ＲSiとＲCとの比ＲSi／Ｒ
Cが、１以下であることを特徴とする非水電解質電池。 - 【請求項７】 上記ケイ素化合物は、一般式ＭxＳｉ
（式中、ＭはＬｉ，Ｓｉを除く元素であり、ｘ≧０．０
１である。）で表されることを特徴とする請求項６記載
の非水電解質電池。 - 【請求項８】 上記Ｍが、Ｂ、Ｃ、Ｎ、Ｏ、Ｎａ、Ｍ
ｇ、Ａｌ、Ｐ、Ｓ、Ｋ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、
Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｒｂ、Ｙ、Ｍｏ、Ｒ
ｈ、Ｐｄ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｃｓ、Ｂａ、Ｃｅ又はＴａのい
ずれかであることを特徴とする請求項７記載の非水電解
質電池。 - 【請求項９】 上記炭素材料が、難黒鉛化性炭素、易黒
鉛化性炭素又は黒鉛を含有することを特徴とする請求項
６記載の非水電解質電池。 - 【請求項１０】 上記炭素材料が、難黒鉛化性炭素、易
黒鉛化性炭素又は黒鉛から選ばれるいずれか２種類を少
なくとも含有することを特徴とする請求項６記載の非水
電解質電池。
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