JP4666155B2 - リチウムイオン二次電池 - Google Patents
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Description
本発明の第1の実施の形態に係る負極材料は、構成元素としてケイ素およびスズのうちの少なくとも一方を含む反応部と、この反応部の表面の一部に設けられた金属酸化物よりなる被覆部とを有するものである。ケイ素およびスズはリチウムなどを吸蔵および放出する能力が大きく、高いエネルギー密度を得ることができるからである。また、被覆部を有することにより、負極材料の化学的安定性を向上させることができるからである。更に、反応部の表面の一部には、被覆部が設けられず露出する部分があるので、リチウムなどの吸蔵および放出を円滑にすることができるからである。
図1は本発明の第1の二次電池の断面構造を表すものである。この二次電池はいわゆる円筒型といわれるものであり、ほぼ中空円柱状の電池缶11の内部に、帯状の正極21と帯状の負極22とがセパレータ23を介して積層し巻回された巻回電極体20を有している。電池缶11は、例えばニッケルのめっきがされた鉄により構成されており、一端部が閉鎖され他端部が開放されている。電池缶11の内部には、電解液が注入され、セパレータ23に含浸されている。また、巻回電極体20を挟むように巻回周面に対して垂直に一対の絶縁板12,13がそれぞれ配置されている。
図3は、第2の二次電池の構成を表すものである。この二次電池は、いわゆるラミネートフィルム型といわれるものであり、正極リード31および負極リード32が取り付けられた巻回電極体30をフィルム状の外装部材40の内部に収容したものである。
第2の実施の形態に係る二次電池は、負極22,34の構成が異なることを除き、他は第1の実施の形態と同様の構成・作用および効果を有しており、同様にして製造することができる。よって、図1,図2,図3および図4を参照し、対応する構成要素には同一の符号を付して同一の部分の説明は省略する。
図5に示したようなコイン型の二次電池を作製した。この二次電池は、正極51と、負極52とを電解液を含浸させたセパレータ53を介して積層し、外装缶54と外装カップ55との間に挟み、ガスケット56を介してかしめたものである。
実施例2−1〜2−4では、平均粒径が1μmのケイ素粉末を、金属フッ化物錯体としてのヘキサフルオロチタン酸アンモニウムにフッ素アニオン捕捉剤としてのホウ酸を溶解した溶液に浸漬させることにより、ケイ素の表面にTiO2 を析出させ、水で洗浄したのち減圧乾燥して、ケイ素よりなる反応部とTiO2 よりなる被覆部とを有する負極材料を形成した。その際、ヘキサフルオロチタン酸アンモニウムの濃度、ホウ酸の濃度、および浸漬時間は、実施例1−1〜1−4と同様にした。
実施例3−1〜3−4では、SnCoC含有材料を金属フッ化物錯体としてのヘキサフルオロチタン酸アンモニウムにフッ素アニオン捕捉剤としてのホウ酸を溶解した溶液に浸漬させることにより、SnCoC含有材料の表面にTiO2 を析出させ、水で洗浄したのち減圧乾燥して、SnCoC含有材料よりなる反応部とTiO2 よりなる被覆部とを有する負極材料を形成した。その際、ヘキサフルオロチタン酸アンモニウムの濃度、ホウ酸の濃度、および浸漬時間は、実施例1−1〜1−4と同様にした。
図1,2に示した円筒型の二次電池を作製した。正極21および負極22を実施例1−1〜1−3と同様にして作製した。すなわち、ケイ素よりなる反応部を電子ビーム蒸着法により形成したのち、TiO2 よりなる被覆部を形成して負極22を作製した。
図3,4に示したラミネートフィルム型の二次電池を作製した。まず、正極33および負極34を実施例1−1〜1−3と同様にして作製した。すなわち、ケイ素よりなる反応部を電子ビーム蒸着法により形成したのち、TiO2 よりなる被覆部を形成して負極34を作製した。
Claims (6)
- 正極および負極と共に電解液を備え、
前記負極は、構成元素としてケイ素(Si)およびスズ(Sn)のうちの少なくとも一方を含む反応部と、この反応部の表面の一部に設けられると共に構成元素としてチタン(Ti)あるいはジルコニウム(Zr)を含む金属酸化物よりなる被覆部とを有する負極材料を含有し、
前記負極材料の表面における前記金属酸化物を構成するチタンあるいはジルコニウムの割合は、ケイ素およびスズに対して、0.1原子%以上20原子%以下であり、
前記反応部に対する前記被覆部の割合は、0.01質量%以上10質量%以下であり、
前記電解液は、溶媒としてフッ素化炭酸エステルを含む
リチウムイオン二次電池。 - 前記被覆部は、液相析出法により形成された、請求項1記載のリチウムイオン二次電池。
- 前記フッ素化炭酸エステルは、4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、4,5−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、炭酸フルオロメチルメチル、炭酸ビス(フルオロメチル)、および炭酸ジフルオロメチルメチルからなる群のうちの少なくとも1種を含む、請求項1記載のリチウムイオン二次電池。
- 前記負極は、前記負極材料を含む負極活物質層が設けられた負極集電体を有し、前記負極活物質層は、ケイ素を含むと共に気相法を用いて形成された前記反応部を有する、請求項1記載のリチウムイオン二次電池。
- 前記負極は、前記負極材料を含む負極活物質層が設けられた負極集電体を有し、前記負極活物質層は、ケイ素を含むと共に焼成法を用いて形成された前記反応部を有する、請求項1記載のリチウムイオン二次電池。
- 前記反応部は、スズとコバルトと炭素とを構成元素として含むSnCoC含有材料を含み、
前記SnCoC含有材料において、炭素の含有量が9.9質量%以上29.7質量%以下であり、かつスズとコバルトとの合計に対するコバルトの割合(Co/(Sn+Co))が30質量%以上70質量%以下であると共に、X線回折により得られる回折ピークの半地幅は、回折角2θが20°以上50°以下の間に1°以上である、
請求項1記載のリチウムイオン二次電池。
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