JP5831407B2 - リチウムイオン電池用負極材 - Google Patents
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Description
〔1〕
Si単相とSi−Al−M合金相(Mは遷移金属及び第4,5族金属から選ばれる1種又は2種以上)とで構成される複合合金と、L相(LはIn,Sn,Sb,Pb及びMgから選ばれる1種又は2種以上の金属)とを有する三相以上の複合合金であり、上記複合合金がSi−Al−M合金粒子の粒界にSi相が網目状に配させた構造を有することを特徴とするリチウムイオン電池用負極材料。
〔2〕
複合合金組成が、Si:40〜70原子%、Al:5〜25原子%、M:10〜35原子%、L:0.5〜10原子%である〔1〕のリチウムイオン電池用負極材料。
〔3〕
上記Mとして、Tiを1〜20原子%と、Ti以外の遷移金属及び第4,5族金属から選ばれる1種又は2種以上の金属1〜34原子%とを含む〔2〕のリチウムイオン電池用負極材料。
〔4〕
上記Si−Al−M合金粒子の大きさが1〜500nm、Si単相の網目構造を有するSi−Al−M合金粒子間距離が200nm以下である〔1〕〜〔3〕のいずれかのリチウムイオン電池用負極材料。
〔5〕
上記Si単相とSi−Al−M合金相とで構成される複合合金の粒子間に、上記L相が点在する〔1〕〜〔4〕のいずれかのリチウムイオン電池用負極材料。
〔6〕
平均粒径(D50)が10μm以下の上記合金材料からなる粒子で構成された〔1〕〜〔5〕のいずれかのリチウムイオン電池用負極材料。
本発明に係るリチウムイオン電池用負極材は、構成元素として、Si,Al,M(遷移金属及び第4,5族金属から選ばれる1種又は2種以上),L(In,Sn,Sb,Pb及びMgから選ばれる1種又は2種以上の金属)を含有し、Si単相とSi−Al−M合金相との複合合金、及びL相からなる三相以上の複合合金である。
金属Si、Al、Fe、Ti、Lを下記表1のとおり秤量し、それらを抵抗加熱炉にて溶解した後、鋳込みにて合金インゴットA〜Gを作製した。Lは、表1のとおり、In、Sn、Sb、Pb、Mg又は無添加とした。
以上のようにして得られた粉末サンプルを、それぞれポリイミドバインダー(N−メチル−2ピロリドン溶液)及びアセチレンブラックと混合し、Cu集電体に塗布、加熱乾燥して、電極材シートを形成した。この電極材シートとともに、対極として金属リチウムを用い、電解液として1mol/L−LiPF6(EC:DEC=1:1V/V%)を用いて、評価用のCR2032型コイン電池を組み立て、充放電試験を行った。このときの充放電条件は、温度20℃、電圧0〜2Vの範囲で、充電、放電共に0.1Cで行い、充放電サイクルを50回行って1回目と50回目の放電容量(負極材(粉末サンプル)1g当たりのmAh)を測定し、容量維持率((50サイクル目の容量)/(1サイクル目の容量)×100(%))を求めた。結果を表2に示す。
実施例2の粉末サンプルBについて、透過型電子顕微鏡(TEM)及び電子線マイクロアナライザー(EPMA)にて構成材料の組織を観察した。図1にTEM観察像、図2にEPMAによる反射電子像(BEI像)及びSn分布観察像を示す。
実施例2の粉末サンプルを作製するに当たり、粉砕条件を調整して粒度の異なる複数種の粉末を作製し、各粉末を用いて上記と同様にして電極を作製した。得られた各電極の電極密度を下記方法により測定して、合金粉の粒度と電極密度との関係を調べた。結果を図5に示す。
電子天秤(最少表示0.01mg)を用い、電極の重量を集電体、導電材、結着材の重量を除いて求め、次にマイクロメーターを用い、電極の厚みを集電体の厚みを除いて求めた。そしてこれらの値を用いて下記計算式により密度を算出した。
活物質(負極材)正味重量÷{(直径÷2)2×π×厚み}=密度(g/cm3)
金属Si、Al、Fe、Ti、Snを下記表4のとおり秤量し、実施例1〜5と同様にして、粉末サンプルI〜Lを調製し、同様にCR2032型コイン電池を組み立てて、充放電試験を行った。結果を表5に示す。なお、表4,5には上記実施例2も併記した。
Claims (6)
- Si単相とSi−Al−M合金相(Mは遷移金属及び第4,5族金属から選ばれる1種又は2種以上)とで構成される複合合金と、L相(LはIn,Sn,Sb,Pb及びMgから選ばれる1種又は2種以上の金属)とを有する三相以上の複合合金であり、上記複合合金がSi−Al−M合金粒子の粒界にSi相が網目状に配させた構造を有することを特徴とするリチウムイオン電池用負極材料。
- 複合合金組成が、Si:40〜70原子%、Al:5〜25原子%、M:10〜35原子%、L:0.5〜10原子%である請求項1記載のリチウムイオン電池用負極材料。
- 上記Mとして、Tiを1〜20原子%と、Ti以外の遷移金属及び第4,5族金属から選ばれる1種又は2種以上の金属1〜34原子%とを含む請求項2記載のリチウムイオン電池用負極材料。
- 上記Si−Al−M合金粒子の大きさが1〜500nm、Si単相の網目構造を有するSi−Al−M合金粒子間距離が200nm以下である請求項1〜3のいずれか1項に記載のリチウムイオン電池用負極材料。
- 上記Si単相とSi−Al−M合金相とで構成される複合合金の粒子間に、上記L相が点在する請求項1〜4のいずれか1項に記載のリチウムイオン電池用負極材料。
- 平均粒径(D50)が10μm以下の上記合金材料からなる粒子で構成された請求項1〜5のいずれか1項に記載のリチウムイオン電池用負極材料。
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