JP2013222534A - 非水電解質二次電池用負極活物質、その製造方法、非水電解質二次電池用負極、非水電解質二次電池、及び車両 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 Cu,Fe,Ni,Ti,Nb,Zn,In及びSnからなる群より選択される少なくとも一つの金属と、N,O,P及びSの少なくとも一つと、非晶質炭素とを含む金属炭素複合マトリックスと、金属炭素複合マトリックスに分散されるSiナノ粒子と、からなるSi−金属−炭素複合体からなることを特徴とする。
【選択図】 なし
Description
本発明の非水電解質二次電池用負極活物質は、金属炭素複合マトリックスと、金属炭素複合マトリックスに分散されるSiナノ粒子と、からなるSi−金属―炭素複合体からなる。
上記した非水電解質二次電池用負極活物質は以下の製造方法で好適に製造できる。
本発明の非水電解質二次電池用負極は上記非水電解質二次電池用負極活物質を含むことを特徴とする。上記非水電解質二次電池用負極活物質を有する負極とすれば、非水電解質二次電池は、大きな充放電容量を有する。
本発明の非水電解質二次電池は、電池構成要素として、上記した非水電解質二次電池用負極に加えて、正極、セパレータ、電解液を用いる。
本発明の車両は、上記非水電解質二次電池を搭載したものである。上記非水電解質二次電池は、大きな充放電容量を有するため、その非水電解質二次電池を搭載した車両は、高性能の車両とすることができる。
Siナノ粒子として平均粒径50nmのSiナノ粒子(ナノテクノロジー社製)を準備した。ポリアミドイミド樹脂としてAldrich社製のものを準備した。フタロシアニン銅としてAldrich社製のものを準備した。
Siナノ粒子50質量部と、ポリアミドイミド樹脂10質量部と、フタロシアニン銅10質量部を秤量し、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)(Aldrich社製)30質量部に加え、メノウ乳鉢に入れ、混練した。混練物を100℃で1時間乾燥させて、混練物からNMPを除去した。
実施例1の混練物にフタロシアニン銅を入れずに、Siナノ粒子50質量部と、ポリアミドイミド樹脂20質量部とを混練した以外は実施例1と同様にして、比較例1のSi−炭素複合体を作製し、それを用いて実施例1と同様に比較例1のモデル電池を作製した。
実施例1のSi−銅―炭素複合体の断面を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察した。SEM写真を図2に示す。図2からSiナノ粒子1は金属炭素複合マトリックス2に分散されていることが観察された。
上記SEMに付属するエネルギー分散型X線分光法(Energy Dispersive X−ray Spectroscopy(EDX))による組成分析により、Si粒子の周りにはマトリックスが存在していることが確認され、またマトリックスの構成元素として炭素のほかに銅が確認された。このことから、マトリックスは炭素-銅の複合化状態であることが示唆された。
実施例1のSi−銅―炭素複合体及び比較例1のSi−炭素複合体のラマンスペクトルを測定した。図3に実施例1のSi−銅―炭素複合体のラマンスペクトルを示し、図4に比較例1のSi−炭素複合体のラマンスペクトルを示す。上記したラマンスペクトルは、日本分光社製 RMP−320(励起波長λ=532nm、グレーチング:1800gr/mm、分解能:3cm−1)で測定したものである。なお、ラマンスペクトルのピークは、入射光の波長や分解能の違いなどにより、数が変化したり、ピークトップの位置がずれたりすることがある。したがってラマンスペクトルを測定すると、上記のピークと同じピーク、または、上記のピークとは数やピークトップの位置が僅かに異なるピークが確認される。
実施例1のSi−銅―炭素複合体及び比較例1のSi−炭素複合体をCuKα線によりX線回折した。実施例1のSi−銅―炭素複合体のX線回折結果を図5に示す。比較例1のSi−炭素複合体のX線回折結果を図6に示す。X線回折測定は、粉末X線回折装置(MAC Science社製、型番:M06XCE)により行った。測定条件は、電圧:40kV、電流:100mA、スキャン速度:4°/分、サンプリング:0.02°、積算回数:1回、測定範囲:回折角(2θ)10°〜90°であった。
実施例1及び比較例1のコイン型モデル電池の初期容量を測定した。0.1mAの定電流で0.01Vに達するまで放電し、0.1mAの定電流で2.0Vに達するまで充電した。この充電容量を測定し初期容量とする。実施例1のモデル電池と比較例1のモデル電池の充電曲線を図7に示す。実施例1のモデル電池の充電容量は850mAh/gであり、比較例1のモデル電池の充電容量は596mAh/gであった。実施例1の充電容量は比較例1の充電容量の約1.4倍になった。
実施例1及び比較例1のコイン型モデル電池のIRドロップを測定し、内部抵抗をオームの法則により算出した。実施例1のモデル電池の内部抵抗は0.9MΩであり、比較例1のモデル電池の内部抵抗は1.6MΩであった。
Claims (12)
- Cu,Fe,Ni,Ti,Nb,Zn,In及びSnからなる群より選択される少なくとも一つの金属と、N,O,P及びSの少なくとも一つと、非晶質炭素とを含む金属炭素複合マトリックスと、
該金属炭素複合マトリックスに分散されるSiナノ粒子と、
からなるSi−金属−炭素複合体からなることを特徴とする非水電解質二次電池用負極活物質。 - 前記Si−金属−炭素複合体を100質量%としたときに、前記Siナノ粒子の含有率は、10質量%以上80質量%以下である請求項1に記載の非水電解質二次電池用負極活物質。
- 前記金属はCuであり、Si−Cu−炭素複合体はX線回折において2θ=40°〜48°にピークを有する請求項1または2に記載の非水電解質二次電池用負極活物質。
- 請求項1〜3のいずれか1項に記載の非水電解質二次電池用負極活物質を含む非水電解質二次電池用負極。
- 請求項4に記載の非水電解質二次電池用負極を含む非水電解質二次電池。
- 請求項5に記載の非水電解質二次電池を搭載した車両。
- Siナノ粒子と、有機高分子と、有機金属錯体とを混合して原料混合物を作製する原料混合工程と、
該原料混合物を300℃以上1100℃以下で焼成する焼成工程と、
を有することを特徴とするSi−金属−炭素複合体からなる非水電解質二次電池用負極活物質の製造方法。 - 前記有機金属錯体は、フタロシアニン、ポルフィリン、シクロペンタジエニル、アリル、ジエン、アルキン、カルベン、ピナコラート、カテコラート、アシル、アレーン、アルコキシド及びアミドから選ばれる少なくとも一つの配位子を有する請求項7に記載の非水電解質二次電池用負極活物質の製造方法。
- 前記有機金属錯体は、Cu,Fe,Ni,Ti,Nb,Zn,In及びSnからなる群より選択される少なくとも一つの金属を含む請求項7または8に記載の非水電解質二次電池用負極活物質の製造方法。
- 前記有機高分子は、石油系ピッチ、石炭系ピッチ、合成ピッチ、タール類、ポリ塩化ビニル、アクリル樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリアミド樹脂及びポリイミド樹脂から選ばれる少なくとも一つである請求項7〜9のいずれか1項に記載の非水電解質二次電池用負極活物質の製造方法。
- 前記原料混合物全体を100質量%としたときに前記Siナノ粒子の配合率は10質量%以上75質量%以下である請求項7〜10のいずれか1項に記載の非水電解質二次電池用負極活物質の製造方法。
- Siナノ粒子と、ポリアミドイミド樹脂と、銅フタロシアニンとを混合して原料混合物を作製する原料混合工程と、
該原料混合物を800℃で焼成する焼成工程と、
を経て形成され、
X線回折において2θ=40°〜48°にピークを有するSi−Cu−炭素複合体からなることを特徴とする非水電解質二次電池用負極活物質。
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