JPH1083817A - 負極材料及びこれを用いた非水電解液二次電池 - Google Patents
負極材料及びこれを用いた非水電解液二次電池Info
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- JPH1083817A JPH1083817A JP9149389A JP14938997A JPH1083817A JP H1083817 A JPH1083817 A JP H1083817A JP 9149389 A JP9149389 A JP 9149389A JP 14938997 A JP14938997 A JP 14938997A JP H1083817 A JPH1083817 A JP H1083817A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 体積当たりのエネルギー密度が高く、高い充
放電容量を実現する負極材料と非水電解液二次電池を提
供す。 【解決手段】 硅素を主成分とし、軽金属イオンをドー
プ及び脱ドープ可能である負極と、正極と、非水電解液
とを備える非水電解液二次電池。
放電容量を実現する負極材料と非水電解液二次電池を提
供す。 【解決手段】 硅素を主成分とし、軽金属イオンをドー
プ及び脱ドープ可能である負極と、正極と、非水電解液
とを備える非水電解液二次電池。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、非水電解液二次電
池の新規の負極材料、及びこれを用いた非水電解液二次
電池に関するものである。
池の新規の負極材料、及びこれを用いた非水電解液二次
電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年の電子技術の進歩に伴い、カメラ一
体型ビデオテープレコーダー、携帯電話、ラップトップ
コンピューター等の小型のポータブル電子機器が開発さ
れ、これらを使用するためのポータブル電源として、小
型かつ軽量で高エネルギー密度の二次電池の開発が強く
要請されている。
体型ビデオテープレコーダー、携帯電話、ラップトップ
コンピューター等の小型のポータブル電子機器が開発さ
れ、これらを使用するためのポータブル電源として、小
型かつ軽量で高エネルギー密度の二次電池の開発が強く
要請されている。
【０００３】このような要請に応える二次電池として
は、理論上高電圧を発生できかつ高エネルギー密度を有
するリチウム、ナトリウム、アルミニウム等の軽金属を
負極活物質として用いる非水電解液二次電池が期待され
ている。中でも、非水電解液リチウム二次電池は、取扱
い性が良好で、高出力及び高エネルギー密度を達成でき
ることから、活発に研究開発が行われている。
は、理論上高電圧を発生できかつ高エネルギー密度を有
するリチウム、ナトリウム、アルミニウム等の軽金属を
負極活物質として用いる非水電解液二次電池が期待され
ている。中でも、非水電解液リチウム二次電池は、取扱
い性が良好で、高出力及び高エネルギー密度を達成でき
ることから、活発に研究開発が行われている。
【０００４】ところで、これらリチウム金属等の軽金属
をそのまま非水電解液二次電池の負極材料として用いた
場合には、充電過程において負極に軽金属がデンドライ
ト状に析出しやすくなり、デンドライトの先端で電流密
度が非常に高くなる。このため、非水電解液の分解など
によりサイクル寿命が低下したり、また、過度にデンド
ライトが成長して電池の内部短絡が発生したりするとい
う問題があった。
をそのまま非水電解液二次電池の負極材料として用いた
場合には、充電過程において負極に軽金属がデンドライ
ト状に析出しやすくなり、デンドライトの先端で電流密
度が非常に高くなる。このため、非水電解液の分解など
によりサイクル寿命が低下したり、また、過度にデンド
ライトが成長して電池の内部短絡が発生したりするとい
う問題があった。
【０００５】そこで、そのようなデンドライト状の金属
の析出を防止するため、これら軽金属を単にそのまま使
用するのではなく、軽金属イオンをドープ及び脱ドープ
可能である炭素質材料にその軽金属をドープさせたもの
が負極として使用されている。炭素質材料としては、製
造コストやサイクル特性を考慮して、コークス類、有機
高分子焼成体等が主に使用されている。
の析出を防止するため、これら軽金属を単にそのまま使
用するのではなく、軽金属イオンをドープ及び脱ドープ
可能である炭素質材料にその軽金属をドープさせたもの
が負極として使用されている。炭素質材料としては、製
造コストやサイクル特性を考慮して、コークス類、有機
高分子焼成体等が主に使用されている。
【０００６】このような負極を有する二次電池のエネル
ギー密度は、炭素質材料における軽金属イオンのドープ
・脱ドープ量、すなわち充放電容量に大きく依存してい
る。
ギー密度は、炭素質材料における軽金属イオンのドープ
・脱ドープ量、すなわち充放電容量に大きく依存してい
る。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
炭素質材料における軽金属イオンのドープ・脱ドープ量
は、未だ十分とはいえず、さらに高い充放電容量を有す
る新規の負極材料の開発が望まれている。
炭素質材料における軽金属イオンのドープ・脱ドープ量
は、未だ十分とはいえず、さらに高い充放電容量を有す
る新規の負極材料の開発が望まれている。
【０００８】また、コークス類や有機高分子材料からな
る炭素質材料は、石炭や石油などの化石資源を利用して
製造されるものであり、地球環境の保持もしくは改善す
るという観点からは、その使用はあまり好ましいもので
はなく、炭素質材料に代わる新規の負極材料の開発が望
まれている。
る炭素質材料は、石炭や石油などの化石資源を利用して
製造されるものであり、地球環境の保持もしくは改善す
るという観点からは、その使用はあまり好ましいもので
はなく、炭素質材料に代わる新規の負極材料の開発が望
まれている。
【０００９】本発明は、上述のような課題を解決しよう
とするものであり、非水電解液二次電池の負極として高
い充放電容量を発揮する新規の負極材料、及びこれを用
いた非水電解液二次電池の提供を目的とするものであ
る。
とするものであり、非水電解液二次電池の負極として高
い充放電容量を発揮する新規の負極材料、及びこれを用
いた非水電解液二次電池の提供を目的とするものであ
る。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上述した
を目的を達成するため鋭意検討を重ねた結果、硅素を主
成分とする化合物が高い充放電容量を有する負極材料と
なることを見いだした。
を目的を達成するため鋭意検討を重ねた結果、硅素を主
成分とする化合物が高い充放電容量を有する負極材料と
なることを見いだした。
【００１１】本発明に係る負極材料は、硅素を主成分と
し、軽金属イオンをドープ及び脱ドープ可能であること
を特徴とする。
し、軽金属イオンをドープ及び脱ドープ可能であること
を特徴とする。
【００１２】この負極材料は、硅素単体であっても、硅
素を含有する硅素化合物であってもよい。
素を含有する硅素化合物であってもよい。
【００１３】また、この負極材料が導電性を有しない場
合には、不純物のドープにより導電性を与えるとよい。
不純物は、ｎ型であってもｐ型であってもよい。
合には、不純物のドープにより導電性を与えるとよい。
不純物は、ｎ型であってもｐ型であってもよい。
【００１４】本発明に係る非水電解液二次電池は、硅素
を主成分とし、軽金属イオンをドープ及び脱ドープ可能
である負極と、正極と、非水電解液とからなることを特
徴とする。
を主成分とし、軽金属イオンをドープ及び脱ドープ可能
である負極と、正極と、非水電解液とからなることを特
徴とする。
【００１５】この負極は、硅素単体を負極材料として
も、硅素を含有する硅素化合物を負極材料としてもよ
い。
も、硅素を含有する硅素化合物を負極材料としてもよ
い。
【００１６】また、負極材料が導電性を有しない場合に
は、不純物のドープにより導電性を与えるとよい。不純
物は、ｎ型であってもｐ型であってもよい。
は、不純物のドープにより導電性を与えるとよい。不純
物は、ｎ型であってもｐ型であってもよい。
【００１７】硅素を主成分とする負極材料は、炭素質材
料を主成分とする負極に比べ密度が高く、硅素化合物の
層間や微細な空間に負極活物質なる軽金属イオンを多量
にドープ及び脱ドープ可能である。したがって、この負
極材料を用いた非水電解液二次電池は、充放電容量が高
くなり、体積当たりのエネルギー密度が高くなる。
料を主成分とする負極に比べ密度が高く、硅素化合物の
層間や微細な空間に負極活物質なる軽金属イオンを多量
にドープ及び脱ドープ可能である。したがって、この負
極材料を用いた非水電解液二次電池は、充放電容量が高
くなり、体積当たりのエネルギー密度が高くなる。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
【００１９】本発明に係る負極材料は、主成分を硅素と
し、非水電解液二次電池用の負極活物質となり得る軽金
属、例えばリチウム等をドープ及び脱ドープ可能な性質
を有することを特徴とする。
し、非水電解液二次電池用の負極活物質となり得る軽金
属、例えばリチウム等をドープ及び脱ドープ可能な性質
を有することを特徴とする。
【００２０】この負極材料は、硅素単体でもよく、硅素
の炭化物、シアン化物、窒化物、酸化物、ホウ化物、ホ
ウ酸化物、ホウ窒化物、オキシナイトライド、アルカリ
金属及びアルカリ土類金属のような典型元素との合金、
及び遷移金属との合金、さらにそれらの元素や金属と硅
素との三成分以上の元素を含む合金や化合物でもよい。
また、本発明における負極材料の構成物質としてハロゲ
ン元素を含有していてもよい。
の炭化物、シアン化物、窒化物、酸化物、ホウ化物、ホ
ウ酸化物、ホウ窒化物、オキシナイトライド、アルカリ
金属及びアルカリ土類金属のような典型元素との合金、
及び遷移金属との合金、さらにそれらの元素や金属と硅
素との三成分以上の元素を含む合金や化合物でもよい。
また、本発明における負極材料の構成物質としてハロゲ
ン元素を含有していてもよい。
【００２１】この負極材料の化学構造は、特に限定され
ないが、硅素または硅素の六配位や四配位の骨格からな
る層状構造、三次元網目構造等が挙げられる。
ないが、硅素または硅素の六配位や四配位の骨格からな
る層状構造、三次元網目構造等が挙げられる。
【００２２】さらに、この負極材料の形態は、板状、粉
末状と問わないが、その微細構造として細孔構造を有し
ていてもよい。
末状と問わないが、その微細構造として細孔構造を有し
ていてもよい。
【００２３】具体的な硅素化合物としては、単体の硅素
も含めて次のようなものが挙げられる。Ｓｉ、ＳｉＯ、
ＳｉＯ2、ＳｉＣ、ＳｉＢ4、ＳｉＢ6、Ｓｉ3Ｎ4、Ｃａ
Ｓｉ2、ＣｏＳｉ2、ＣｒＳｉ2、Ｃｕ5Ｓｉ、ＦｅＳ
ｉ2、Ｍｇ2Ｓｉ、ＭｎＳｉ2、ＭｏＳｉ2、ＮｂＳｉ2、
ＮｉＳｉ2、ＴａＳｉ2、ＴｉＳｉ2、ＶＳｉ2、ＷＳ
ｉ2、ＺｎＳｉ2等が挙げられる。
も含めて次のようなものが挙げられる。Ｓｉ、ＳｉＯ、
ＳｉＯ2、ＳｉＣ、ＳｉＢ4、ＳｉＢ6、Ｓｉ3Ｎ4、Ｃａ
Ｓｉ2、ＣｏＳｉ2、ＣｒＳｉ2、Ｃｕ5Ｓｉ、ＦｅＳ
ｉ2、Ｍｇ2Ｓｉ、ＭｎＳｉ2、ＭｏＳｉ2、ＮｂＳｉ2、
ＮｉＳｉ2、ＴａＳｉ2、ＴｉＳｉ2、ＶＳｉ2、ＷＳ
ｉ2、ＺｎＳｉ2等が挙げられる。
【００２４】本発明に係る負極材料は、上記の硅素化合
物を単独、あるいは２種類以上混合、あるいは加熱して
混合溶融することにより得られる。
物を単独、あるいは２種類以上混合、あるいは加熱して
混合溶融することにより得られる。
【００２５】以上、上述した負極材料は、非水電解液二
次電池の負極として使用することができる。この場合に
は、予め上記負極材料に軽金属をドープして使用する。
このような軽金属としては、リチウム、ナトリウム、ア
ルミニウム等を挙げることができ、特に電池出力やエネ
ルギー密度の点からはリチウムが好ましい。
次電池の負極として使用することができる。この場合に
は、予め上記負極材料に軽金属をドープして使用する。
このような軽金属としては、リチウム、ナトリウム、ア
ルミニウム等を挙げることができ、特に電池出力やエネ
ルギー密度の点からはリチウムが好ましい。
【００２６】なお、上述した負極材料に導電性がない場
合若しくは低い場合には、当該負極材料に不純物をドー
プするとよい。例えば、不純物としてｎ型不純物或いは
ｐ型不純物をドープし、ｎ型或いはｐ型の導電性を示す
ようにするとよい。ｎ型不純物としては、５価の不純物
元素、例えばリン等が挙げられる。また、ｐ型不純物と
しては、３価の不純物元素、例えばホウ素等が挙げられ
る。不純物のドープ量は、７×１０18〜１×１０19原子
／ｃｍ3（３００Ｋ）が好ましい。
合若しくは低い場合には、当該負極材料に不純物をドー
プするとよい。例えば、不純物としてｎ型不純物或いは
ｐ型不純物をドープし、ｎ型或いはｐ型の導電性を示す
ようにするとよい。ｎ型不純物としては、５価の不純物
元素、例えばリン等が挙げられる。また、ｐ型不純物と
しては、３価の不純物元素、例えばホウ素等が挙げられ
る。不純物のドープ量は、７×１０18〜１×１０19原子
／ｃｍ3（３００Ｋ）が好ましい。
【００２７】また、負極材料に導電性がない場合若しく
は低い場合には、負極材料から負極を形成するに際し
て、結着剤とともに、電気導電性のある金属や炭素を導
電剤として加えることにより、硅素化合物の導電性を確
保してもよい。結着剤としては、従来公知のものをいず
れも使用できる。
は低い場合には、負極材料から負極を形成するに際し
て、結着剤とともに、電気導電性のある金属や炭素を導
電剤として加えることにより、硅素化合物の導電性を確
保してもよい。結着剤としては、従来公知のものをいず
れも使用できる。
【００２８】また、容量ロス（充電容量−放電容量）の
大きな硅素化合物を用いる場合には、予め活物質となる
軽金属、例えばリチウム等を硅素化合物中に含有させて
いてもよい。
大きな硅素化合物を用いる場合には、予め活物質となる
軽金属、例えばリチウム等を硅素化合物中に含有させて
いてもよい。
【００２９】このような硅素を主成分とする負極材料
は、従来の電極材料である炭素質材料と比較して密度が
高く、硅素化合物の層間や微細な空間に負極活物質とな
る軽金属を多量にドープ・脱ドープできる。したがっ
て、このような負極材料を用いた非水電解液二次電池に
おいては、従来に比べて、体積当たりのエネルギー密度
を大幅に向上でき、高い充放電容量を得ることができ
る。
は、従来の電極材料である炭素質材料と比較して密度が
高く、硅素化合物の層間や微細な空間に負極活物質とな
る軽金属を多量にドープ・脱ドープできる。したがっ
て、このような負極材料を用いた非水電解液二次電池に
おいては、従来に比べて、体積当たりのエネルギー密度
を大幅に向上でき、高い充放電容量を得ることができ
る。
【００３０】ところで、この負極材料を用いて非水電解
液二次電池を構成する場合、その正極としては、目的と
する電池の種類に応じて、金属酸化物、金属硫化物、或
いは特定のポリマーを活物質として用いて構成すること
ができる。
液二次電池を構成する場合、その正極としては、目的と
する電池の種類に応じて、金属酸化物、金属硫化物、或
いは特定のポリマーを活物質として用いて構成すること
ができる。
【００３１】例えば、非水電解液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等のリチウムを含有しない金属硫化
物あるいは金属酸化物や、ＬｉXＭＯ2（式中、Ｍは１種
類以上の遷移金属を表し、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、Ｃｏ、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的な例としては、Ｌｉ
ＣｏＯ2、ＬｉＮｉＯ2、ＬｉＭｎ2Ｏ4等のニッケルとコ
バルトとを含むリチウム複合酸化物を挙げることができ
る。
成する場合、正極活物質としては、ＴｉＳ2、ＭｏＳ2、
ＮｂＳｅ2、Ｖ2Ｏ5等のリチウムを含有しない金属硫化
物あるいは金属酸化物や、ＬｉXＭＯ2（式中、Ｍは１種
類以上の遷移金属を表し、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、Ｃｏ、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的な例としては、Ｌｉ
ＣｏＯ2、ＬｉＮｉＯ2、ＬｉＭｎ2Ｏ4等のニッケルとコ
バルトとを含むリチウム複合酸化物を挙げることができ
る。
【００３２】これらリチウム複合酸化物は、上述した負
極と適当な電解液と共に用いて、高電圧を発生する電池
を作製することができ、エネルギー密度に優れた正極活
物質となる。これらリチウム複合酸化物は、リチウムの
炭酸塩、硝酸塩、酸化物、あるいは水酸化物と、コバル
ト、マンガン、あるいはニッケル等の炭酸塩、硝酸塩、
酸化物、あるいは水酸化物とを所望の組成に応じて粉砕
混合し、酸素雰囲気下で６００〜１０００℃の温度範囲
で焼成することにより調整することができる。
極と適当な電解液と共に用いて、高電圧を発生する電池
を作製することができ、エネルギー密度に優れた正極活
物質となる。これらリチウム複合酸化物は、リチウムの
炭酸塩、硝酸塩、酸化物、あるいは水酸化物と、コバル
ト、マンガン、あるいはニッケル等の炭酸塩、硝酸塩、
酸化物、あるいは水酸化物とを所望の組成に応じて粉砕
混合し、酸素雰囲気下で６００〜１０００℃の温度範囲
で焼成することにより調整することができる。
【００３３】非水電解液二次電池の非水電解液の有機溶
媒としては、プロピレンカーボネイト、エチレンカーボ
ネイト、ジエチルカーボネイト、メチルエチルカーボネ
イト、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、
１，３−ジオキソラン、ジプロピルカーボネイト、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、プロピルニトリル、アニソール、酢酸エステ
ル、プロピオン酸エステル等を使用することができ、２
種類以上混合して使用してもよい。
媒としては、プロピレンカーボネイト、エチレンカーボ
ネイト、ジエチルカーボネイト、メチルエチルカーボネ
イト、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、
１，３−ジオキソラン、ジプロピルカーボネイト、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、プロピルニトリル、アニソール、酢酸エステ
ル、プロピオン酸エステル等を使用することができ、２
種類以上混合して使用してもよい。
【００３４】また、非水電解液の有機溶媒に溶解させる
電解質としては、リチウム、ナトリウム、アルミニウム
等の軽金属の塩を使用することができ、当該非水電解液
を使用する電池の種類等に応じて適宜定めることができ
る。例えば、非水電解液リチウム二次電池を構成する場
合、電解質としては、ＬｉＣｌＯ4、ＬｉＡｓＦ6、Ｌｉ
ＰＦ6、ＬｉＢＦ4、ＬｉＣＦ3ＳＯ3、ＬｉＮ（ＣＦ3Ｓ
Ｏ2）2等のリチウム塩を使用することができる。
電解質としては、リチウム、ナトリウム、アルミニウム
等の軽金属の塩を使用することができ、当該非水電解液
を使用する電池の種類等に応じて適宜定めることができ
る。例えば、非水電解液リチウム二次電池を構成する場
合、電解質としては、ＬｉＣｌＯ4、ＬｉＡｓＦ6、Ｌｉ
ＰＦ6、ＬｉＢＦ4、ＬｉＣＦ3ＳＯ3、ＬｉＮ（ＣＦ3Ｓ
Ｏ2）2等のリチウム塩を使用することができる。
【００３５】このような非水電解液二次電池の形状とし
ては、特に限定されるものではなく、円筒型、角型、コ
イン型、ボタン型等の種々の形状にすることができる。
また、密閉型とする場合には、より高い安全性を確保す
るために、過充電等の異常時に電池内圧の上昇に応じて
電流を遮断させる保護装置を設けることが好ましい。
ては、特に限定されるものではなく、円筒型、角型、コ
イン型、ボタン型等の種々の形状にすることができる。
また、密閉型とする場合には、より高い安全性を確保す
るために、過充電等の異常時に電池内圧の上昇に応じて
電流を遮断させる保護装置を設けることが好ましい。
【００３６】
【実施例】以下、本発明の詳細を実施例により具体的に
説明する。
説明する。
【００３７】実施例１ 負極材料である硅素単結晶を乳鉢で粉砕し、メッシュ篩
により分級して直径が３８μｍ以下の粉末を集めた。こ
の粉末をアルゴン雰囲気中で３０℃／分の昇温速度で１
５０℃（到達温度）にまで加熱し、その温度を１時間保
持した。これにより、表面に吸着した水分などを除去し
た。そして、この硅素粉末を室温まで冷却した。
により分級して直径が３８μｍ以下の粉末を集めた。こ
の粉末をアルゴン雰囲気中で３０℃／分の昇温速度で１
５０℃（到達温度）にまで加熱し、その温度を１時間保
持した。これにより、表面に吸着した水分などを除去し
た。そして、この硅素粉末を室温まで冷却した。
【００３８】冷却後直ちに、上記硅素粉末９０重量％
と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン１０重量部％
と、溶媒としてジメチルホルムアルデヒドとを互いに均
一に混合し、導電性を与えるために、導電剤として金粉
１０重量部を添加し、乾燥させて負極合剤を調整した。
そして、この負極合剤３９ｍｇと、集電体であるニッケ
ルメッシュ（ニッケル繊維径２０μｍ）とを使用し、直
径１５．５ｍｍのペレットを成形し、負極電極を作製し
た。
と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン１０重量部％
と、溶媒としてジメチルホルムアルデヒドとを互いに均
一に混合し、導電性を与えるために、導電剤として金粉
１０重量部を添加し、乾燥させて負極合剤を調整した。
そして、この負極合剤３９ｍｇと、集電体であるニッケ
ルメッシュ（ニッケル繊維径２０μｍ）とを使用し、直
径１５．５ｍｍのペレットを成形し、負極電極を作製し
た。
【００３９】次に、この硅素よりなる負極電極と、対極
としてリチウム金属と、セパレータとしてポリプロピレ
ン製多孔質膜と、非水電解液としてプロピレンカーボネ
イトとジメトキシエタンとの混合溶媒（１：１（容量
比））に過塩素酸リチウムを１ｍｏｌ／ｌの割合で溶解
させたものとを使用して、直径２０ｍｍ、厚さ２．５ｍ
ｍのコイン型テストセルを作製した。
としてリチウム金属と、セパレータとしてポリプロピレ
ン製多孔質膜と、非水電解液としてプロピレンカーボネ
イトとジメトキシエタンとの混合溶媒（１：１（容量
比））に過塩素酸リチウムを１ｍｏｌ／ｌの割合で溶解
させたものとを使用して、直径２０ｍｍ、厚さ２．５ｍ
ｍのコイン型テストセルを作製した。
【００４０】実施例２ 予めホウ素によるドープ（ｐ型）を施して導電性を与
え、十分に乾燥させた単結晶硅素を負極電極に用いた。
これ以外は、実施例１と同様にしてテストセルを作製し
た。
え、十分に乾燥させた単結晶硅素を負極電極に用いた。
これ以外は、実施例１と同様にしてテストセルを作製し
た。
【００４１】実施例３ 予めリンによるドープ（ｎ型）を施して導電性を与え、
十分に乾燥させた単結晶硅素を負極電極に用いた。これ
以外は、実施例１と同様にしてテストセルを作製した。
十分に乾燥させた単結晶硅素を負極電極に用いた。これ
以外は、実施例１と同様にしてテストセルを作製した。
【００４２】比較例１ 典型的な易黒鉛化性炭素であるピッチコークスを負極電
極に用いる以外は、実施例１と同様にしてテストセルを
作製した。
極に用いる以外は、実施例１と同様にしてテストセルを
作製した。
【００４３】比較例２ 典型的な難黒鉛化性炭素であるフェノール樹脂焼成炭
（不活性ガス雰囲気下１０００度焼成品）を負極電極に
用いる以外は、実施例１と同様にしてテストセルを作製
した。
（不活性ガス雰囲気下１０００度焼成品）を負極電極に
用いる以外は、実施例１と同様にしてテストセルを作製
した。
【００４４】比較例３ 典型的な黒鉛化性炭素である天然黒鉛を負極電極に用い
る以外は、実施例１と同様にしてテストセルを作製し
た。負極容量試験 以上のようにして作製された実施例及び比較例のテスト
セルに対し、以下のような容量試験を行った。
る以外は、実施例１と同様にしてテストセルを作製し
た。負極容量試験 以上のようにして作製された実施例及び比較例のテスト
セルに対し、以下のような容量試験を行った。
【００４５】始めにテストセルに対し、１ｍＡ（電流
０．５３ｍＡ／ｃｍ2）の定電流でリチウム電位になる
まで充電した。充電後、１２０分間放置後１ｍＡで放電
し、放電開始後通電状態でテストセル電圧が１．５Ｖを
上回った点で放電を終了させた。
０．５３ｍＡ／ｃｍ2）の定電流でリチウム電位になる
まで充電した。充電後、１２０分間放置後１ｍＡで放電
し、放電開始後通電状態でテストセル電圧が１．５Ｖを
上回った点で放電を終了させた。
【００４６】そして、放電容量を負極内の硅素重量若し
くは炭素重量で除し、これを負極電極の充放電容量とし
た。これらの結果を表１に示す。
くは炭素重量で除し、これを負極電極の充放電容量とし
た。これらの結果を表１に示す。
【００４７】なお、負極電極に対し、リチウムがドープ
される過程を充電、脱ドープされる過程を放電としてい
る。したがって、充電にともなってテストセル電圧は低
くなり、放電にともなって高くなる。
される過程を充電、脱ドープされる過程を放電としてい
る。したがって、充電にともなってテストセル電圧は低
くなり、放電にともなって高くなる。
【００４８】
【表１】
【００４９】表１からわかるように、硅素単結晶を負極
に用いた実施例のテストセルは、炭素質材料を負極に用
いる比較例に対して、高い負極容量を示した。このこと
から、硅素を主成分とする負極材料は、従来の負極材料
である炭素質材料に比べ、体積当たりのエネルギー密度
が大きく、高い充放電容量を示すことがわかる。
に用いた実施例のテストセルは、炭素質材料を負極に用
いる比較例に対して、高い負極容量を示した。このこと
から、硅素を主成分とする負極材料は、従来の負極材料
である炭素質材料に比べ、体積当たりのエネルギー密度
が大きく、高い充放電容量を示すことがわかる。
【００５０】
【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明によれば、従来の炭素質材料に比べ、体積当たりのエ
ネルギー密度が高く、高い充放電容量を実現する負極材
料と非水電解液二次電池を提供することができる。
明によれば、従来の炭素質材料に比べ、体積当たりのエ
ネルギー密度が高く、高い充放電容量を実現する負極材
料と非水電解液二次電池を提供することができる。
Claims (11)
- 【請求項１】 硅素を主成分とし、軽金属イオンをドー
プ及び脱ドープ可能であることを特徴とする負極材料。 - 【請求項２】 硅素単体であることを特徴とする請求項
１記載の負極材料。 - 【請求項３】 不純物のドープにより導電性を与えられ
ていることを特徴とする請求項１記載の負極材料。 - 【請求項４】 不純物がｎ型であることを特徴とする請
求項３記載の負極材料。 - 【請求項５】 不純物がｐ型であることを特徴とする請
求項３記載の負極材料。 - 【請求項６】 硅素を主成分とし、軽金属イオンをドー
プ及び脱ドープ可能である負極と、正極と、非水電解液
とからなることを特徴とする非水電解液二次電池。 - 【請求項７】 負極は、硅素単体であることを特徴とす
る請求項６記載の非水電解液二次電池。 - 【請求項８】 負極は、不純物のドープにより導電性を
与えられていることを特徴とする請求項６記載の非水電
解液二次電池。 - 【請求項９】 不純物がｎ型であることを特徴とする請
求項８記載の非水電解液二次電池。 - 【請求項１０】 不純物がｐ型であることを特徴とする
請求項８記載の非水電解液二次電池。 - 【請求項１１】 正極は、リチウム含有化合物であるこ
とを特徴とする請求項６記載の非水電解液二次電池。
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| KR1019970033454A KR100404290B1 (ko) | 1996-07-19 | 1997-07-18 | 음극재료및이를사용한비-수성액체전해질이차전지 |
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| JP8-191265 | 1996-07-19 | ||
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