JP2002093415A - 非水系リチウム二次電池用複合炭素材料及びその合成方法 - Google Patents
非水系リチウム二次電池用複合炭素材料及びその合成方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高容量でサイクル劣化の少ない非水系リチウ
ム二次電池の負極材料を提供することを目的とする。 【解決手段】 ＳｎまたはＳｉを含む有機金属化合物を
水熱合成により反応させて、ＳｉまたはＳｎから選ばれ
る１種の金属粒子または金属酸化物粒子が炭素中に均一
に分散した状態で炭素と化学結合されてなる複合炭素材
料を得る。
ム二次電池の負極材料を提供することを目的とする。 【解決手段】 ＳｎまたはＳｉを含む有機金属化合物を
水熱合成により反応させて、ＳｉまたはＳｎから選ばれ
る１種の金属粒子または金属酸化物粒子が炭素中に均一
に分散した状態で炭素と化学結合されてなる複合炭素材
料を得る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、非水系リチウム二次電
池の負極材料に係り、特に、高容量でサイクル特性に優
れた複合炭素材料に関する。
池の負極材料に係り、特に、高容量でサイクル特性に優
れた複合炭素材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】現在、この非水系リチウム二次電池の負
極活物質には、炭素系材料が使用されている。これはＬ
ｉ塩を溶解した有機電解液中で、電気化学的にカーボン
層がＬｉイオンの脱ドープ／ドープをすることにより充
放電を行うものであり、炭素材料を負極活物質に用いた
二次電池は、化学的にも安定で、サイクル劣化も少ない
という特性を有する。しかしながら、このような炭素材
料では充放電容量が３３０ｍＡｈ／ｇ程度しか得られな
いという問題があった。
極活物質には、炭素系材料が使用されている。これはＬ
ｉ塩を溶解した有機電解液中で、電気化学的にカーボン
層がＬｉイオンの脱ドープ／ドープをすることにより充
放電を行うものであり、炭素材料を負極活物質に用いた
二次電池は、化学的にも安定で、サイクル劣化も少ない
という特性を有する。しかしながら、このような炭素材
料では充放電容量が３３０ｍＡｈ／ｇ程度しか得られな
いという問題があった。
【０００３】また、高容量化可能な負極材料として、Ｓ
ｉやＳｎ等のＬｉイオンの脱ドープ／ドープ可能な金属
又はその酸化物が知られている。しかしながら、これら
の金属は電解液に溶けやすく、それに伴うサイクル劣化
の問題があった。
ｉやＳｎ等のＬｉイオンの脱ドープ／ドープ可能な金属
又はその酸化物が知られている。しかしながら、これら
の金属は電解液に溶けやすく、それに伴うサイクル劣化
の問題があった。
【０００４】そこで、高容量で且つサイクル特性の良好
な負極材料を実現するために、炭素とＬｉイオンの脱ド
ープ／ドープ可能な金属との複合材料が提案されてい
る。このような金属／炭素複合材料の合成方法として
は、金属粒子と炭素材料とを混合した後、熱処理を行う
のが一般的であるが、このようにして得られた複合材料
は、単に金属粒子が炭素に被覆されたものであり、しか
も炭素に被覆される金属粒子と被覆されない金属粒子が
できてしまい、分子レベルで均一に金属粒子が分散され
た複合炭素材料を得ることができない。また、他の機械
的な方法或いは蒸着、スパッター等の方法でも同様に、
均一に金属粒子が分散された複合炭素材料を得ることは
困難であった。
な負極材料を実現するために、炭素とＬｉイオンの脱ド
ープ／ドープ可能な金属との複合材料が提案されてい
る。このような金属／炭素複合材料の合成方法として
は、金属粒子と炭素材料とを混合した後、熱処理を行う
のが一般的であるが、このようにして得られた複合材料
は、単に金属粒子が炭素に被覆されたものであり、しか
も炭素に被覆される金属粒子と被覆されない金属粒子が
できてしまい、分子レベルで均一に金属粒子が分散され
た複合炭素材料を得ることができない。また、他の機械
的な方法或いは蒸着、スパッター等の方法でも同様に、
均一に金属粒子が分散された複合炭素材料を得ることは
困難であった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明は上記
した問題を解決するためになされたもので、高容量でサ
イクル劣化の少ない非水系リチウム二次電池の負極材料
を提供することを目的とする。
した問題を解決するためになされたもので、高容量でサ
イクル劣化の少ない非水系リチウム二次電池の負極材料
を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の非水系リチウム
二次電池用負極材料は、ＳｉまたはＳｎから選ばれる１
種の金属粒子または金属酸化物粒子が炭素中に均一に分
散した状態で炭素と化学結合されてなることを特徴とす
る。更に、本発明の非水系リチウム二次電池用負極材料
は、前記複合炭素材料が、水熱合成により得られたもの
であることを特徴とする。また、本発明の非水系リチウ
ム二次電池用複合炭素材料の合成方法は、ＳｎまたはＳ
ｉを含む有機金属化合物を水熱合成により反応させて、
ＳｉまたはＳｎから選ばれる１種の金属粒子または金属
酸化物粒子を含有する複合炭素材料を合成することを特
徴とする。
二次電池用負極材料は、ＳｉまたはＳｎから選ばれる１
種の金属粒子または金属酸化物粒子が炭素中に均一に分
散した状態で炭素と化学結合されてなることを特徴とす
る。更に、本発明の非水系リチウム二次電池用負極材料
は、前記複合炭素材料が、水熱合成により得られたもの
であることを特徴とする。また、本発明の非水系リチウ
ム二次電池用複合炭素材料の合成方法は、ＳｎまたはＳ
ｉを含む有機金属化合物を水熱合成により反応させて、
ＳｉまたはＳｎから選ばれる１種の金属粒子または金属
酸化物粒子を含有する複合炭素材料を合成することを特
徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】本発明の複合炭素材料は、Ｓｉま
たはＳｎから選ばれる１種の金属粒子または金属酸化物
粒子が炭素中に均一に分散した状態で、炭素と化学結合
されてなるものである。このような複合炭素材料は水熱
合成により得られる。水熱合成を用いると、５００℃前
後の低い温度で無機−有機化合物のハイブリッド材料を
作ることが可能となる（例えば、Chemistry of Materia
ls Vol.11 No.12 pp.3565-3590 (1999)）。従来の方法
では、金属粒子と炭素材料との混合物を黒鉛を製造する
時のような高温で熱処理していたため、金属の飛散や蒸
発等の問題があったが、水熱合成を用いれば５００℃前
後の低温で行うことができるので、このような問題が生
じない。また、低温で単なる還流により作られた場合、
得られる複合材料は、単にＳｎやＳｉ等の金属の周りを
炭素で被覆しただけでのものであるが、水熱合成により
得られる複合材料は、金属と炭素とが分子レベルで単一
に反応しており、また炭素中に金属微粒子が均一に分散
されている。以下に、本発明の一実施の形態を示す。
たはＳｎから選ばれる１種の金属粒子または金属酸化物
粒子が炭素中に均一に分散した状態で、炭素と化学結合
されてなるものである。このような複合炭素材料は水熱
合成により得られる。水熱合成を用いると、５００℃前
後の低い温度で無機−有機化合物のハイブリッド材料を
作ることが可能となる（例えば、Chemistry of Materia
ls Vol.11 No.12 pp.3565-3590 (1999)）。従来の方法
では、金属粒子と炭素材料との混合物を黒鉛を製造する
時のような高温で熱処理していたため、金属の飛散や蒸
発等の問題があったが、水熱合成を用いれば５００℃前
後の低温で行うことができるので、このような問題が生
じない。また、低温で単なる還流により作られた場合、
得られる複合材料は、単にＳｎやＳｉ等の金属の周りを
炭素で被覆しただけでのものであるが、水熱合成により
得られる複合材料は、金属と炭素とが分子レベルで単一
に反応しており、また炭素中に金属微粒子が均一に分散
されている。以下に、本発明の一実施の形態を示す。
【０００８】［実施の形態１］ジブチルベンゼンとビス
（η−シクロペンタジエニル）スズを３００℃、１００
ＭＰａの条件下で４８時間重合反応を行いＳｎを含む有
機金属ポリマーを作る。このＳｎを含む有機金属ポリマ
ーに水を加え４００℃、１２５ＭＰａの条件下で５０時
間水熱合成を行うことにより炭素中にＳｎが均一に分散
された複合炭素材料を合成する。
（η−シクロペンタジエニル）スズを３００℃、１００
ＭＰａの条件下で４８時間重合反応を行いＳｎを含む有
機金属ポリマーを作る。このＳｎを含む有機金属ポリマ
ーに水を加え４００℃、１２５ＭＰａの条件下で５０時
間水熱合成を行うことにより炭素中にＳｎが均一に分散
された複合炭素材料を合成する。
【０００９】ビス（η−シクロペンタジエニル）スズの
代わりに、テトラアルコキシシラン等のＳｉが含有され
た有機化合物を用いて上記と同様に反応を行うことで、
炭素中にＳｉが均一に分散された複合炭素材料を合成す
ることができる。
代わりに、テトラアルコキシシラン等のＳｉが含有され
た有機化合物を用いて上記と同様に反応を行うことで、
炭素中にＳｉが均一に分散された複合炭素材料を合成す
ることができる。
【００１０】またこの時、反応系に微量の水を共存させ
ることによって、ＳｎまたはＳｉを酸化物にすることが
可能であり、炭素中にＳｎまたはＳｉの金属酸化物微粒
子が均一に分散された複合炭素材料を合成することがで
きる。
ることによって、ＳｎまたはＳｉを酸化物にすることが
可能であり、炭素中にＳｎまたはＳｉの金属酸化物微粒
子が均一に分散された複合炭素材料を合成することがで
きる。
【００１１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば水
熱合成により炭素中にＳｉまたはＳｎから選ばれる１種
の金属微粒子や金属酸化物微粒子を分散させた複合材料
を合成するため、金属微粒子や金属酸化物微粒子が分子
レベルで均一に炭素中に分散した複合炭素材料を得るこ
とができる。このようにして得られた複合炭素材料を負
極材料に用いれば、ＳｉまたはＳｎを含有しているため
高容量で、しかもこれら金属は炭素で包含されているた
め電解液に溶けることもなく、サイクル劣化の少ない非
水系リチウム二次電池を提供することができる。
熱合成により炭素中にＳｉまたはＳｎから選ばれる１種
の金属微粒子や金属酸化物微粒子を分散させた複合材料
を合成するため、金属微粒子や金属酸化物微粒子が分子
レベルで均一に炭素中に分散した複合炭素材料を得るこ
とができる。このようにして得られた複合炭素材料を負
極材料に用いれば、ＳｉまたはＳｎを含有しているため
高容量で、しかもこれら金属は炭素で包含されているた
め電解液に溶けることもなく、サイクル劣化の少ない非
水系リチウム二次電池を提供することができる。
Claims (3)
- 【請求項１】 ＳｉまたはＳｎから選ばれる１種の金属
粒子または金属酸化物粒子が炭素中に均一に分散した状
態で炭素と化学結合されてなることを特徴とする非水系
リチウム二次電池用複合炭素材料。 - 【請求項２】 前記複合炭素材料が、水熱合成により得
られたものであることを特徴とする請求項１に記載の非
水系リチウム二次電池用複合炭素材料。 - 【請求項３】 ＳｎまたはＳｉを含む有機金属化合物を
水熱合成により反応させて、ＳｉまたはＳｎから選ばれ
る１種の金属粒子または金属酸化物粒子を含有する複合
炭素材料を合成することを特徴とする非水系リチウム二
次電池用複合炭素材料の合成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000281452A JP2002093415A (ja) | 2000-09-18 | 2000-09-18 | 非水系リチウム二次電池用複合炭素材料及びその合成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000281452A JP2002093415A (ja) | 2000-09-18 | 2000-09-18 | 非水系リチウム二次電池用複合炭素材料及びその合成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002093415A true JP2002093415A (ja) | 2002-03-29 |
Family
ID=18766106
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000281452A Pending JP2002093415A (ja) | 2000-09-18 | 2000-09-18 | 非水系リチウム二次電池用複合炭素材料及びその合成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002093415A (ja) |
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004139886A (ja) * | 2002-10-18 | 2004-05-13 | Japan Storage Battery Co Ltd | 非水電解質二次電池 |
| DE10251239A1 (de) * | 2002-11-04 | 2004-05-19 | Gaia Akkumulatorenwerke Gmbh | Modifizierte Anoden für Lithium-Polymerzellen |
| JP2007220411A (ja) * | 2006-02-15 | 2007-08-30 | Kuraray Co Ltd | 複合体およびその製造方法、並びに蓄電デバイス用電極材料 |
| CN100344016C (zh) * | 2005-09-12 | 2007-10-17 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 一种室温下制备硅/碳复合锂离子电池负极材料的方法 |
| KR100814816B1 (ko) | 2006-11-27 | 2008-03-20 | 삼성에스디아이 주식회사 | 리튬 이차 전지용 음극 활물질 및 그를 포함하는 리튬 이차전지 |
| KR100899551B1 (ko) | 2007-10-02 | 2009-05-26 | 한국전기연구원 | 고효율 장수명 리튬이차전지용 음극, 전극 제조방법 및리튬이차전지 |
| CN101388460B (zh) * | 2007-09-12 | 2011-05-11 | 索尼株式会社 | 用作正极材料的物质和包含该物质的电池 |
| US8092940B2 (en) | 2002-05-08 | 2012-01-10 | Gs Yuasa International Ltd. | Non-aqueous electrolyte secondary battery |
| WO2013164914A1 (en) * | 2012-05-02 | 2013-11-07 | Showa Denko K.K. | Negative electrode material for lithium ion battery and use thereof |
| US8835053B2 (en) | 2007-03-21 | 2014-09-16 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Negative active material containing an intermetallic compound of silicon and a first metal and a metal matrix containing copper and aluminum for rechargeable lithium battery and rechargeable lithium battery containing the negative active material |
| US8835051B2 (en) | 2007-04-05 | 2014-09-16 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Negative active material for rechargeable lithium battery, method for preparing same, and rechargeable lithium battery including same |
| WO2014178093A1 (en) * | 2013-05-03 | 2014-11-06 | Showa Denko K.K. | Negative electrode material for lithium ion battery and use thereof |
| JP2017526145A (ja) * | 2014-08-29 | 2017-09-07 | 日本電気株式会社 | リチウムイオン電池用アノード材料 |
-
2000
- 2000-09-18 JP JP2000281452A patent/JP2002093415A/ja active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| DE10251239B4 (de) * | 2002-11-04 | 2009-01-29 | Dilo Trading Ag | Anode für Lithium-Polymerzellen und Verfahren zur Herstellung |
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| JP2007220411A (ja) * | 2006-02-15 | 2007-08-30 | Kuraray Co Ltd | 複合体およびその製造方法、並びに蓄電デバイス用電極材料 |
| KR100814816B1 (ko) | 2006-11-27 | 2008-03-20 | 삼성에스디아이 주식회사 | 리튬 이차 전지용 음극 활물질 및 그를 포함하는 리튬 이차전지 |
| US8574764B2 (en) | 2006-11-27 | 2013-11-05 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Negative active material including silicon active particles surrounded by copper, aluminum and tin metal matrix and rechargeable lithium battery including the same |
| US8835053B2 (en) | 2007-03-21 | 2014-09-16 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Negative active material containing an intermetallic compound of silicon and a first metal and a metal matrix containing copper and aluminum for rechargeable lithium battery and rechargeable lithium battery containing the negative active material |
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| KR100899551B1 (ko) | 2007-10-02 | 2009-05-26 | 한국전기연구원 | 고효율 장수명 리튬이차전지용 음극, 전극 제조방법 및리튬이차전지 |
| WO2013164914A1 (en) * | 2012-05-02 | 2013-11-07 | Showa Denko K.K. | Negative electrode material for lithium ion battery and use thereof |
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