JPWO2021263273A5

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Info

Publication number: JPWO2021263273A5
Application number: JP2022579968A
Authority: JP
Publication date: 2023-08-22

Description

Ｓｉ領域１３０２はエネルギー貯蔵構造体を構成することができ、Ｃｕ_１９Ｓｉ_６領域１３０４は補強構造体を構成することができる。

供給原料
本明細書においては、ｉｎ－ｓｉｔｕ形成複合合金構造を含む粒子であって、耐ひずみ性を有する高エネルギー貯蔵材料の構造体として使用することができる粒子の、製造に使用することができる供給原料の材料又は供給原料の材料の種類を開示する。この構造体は粉末形態とすることができ、特に充放電時に大きな体積変化を繰り返す、例えばＳｉ基合金、ＳｉＯ、及びＳｎ基合金のアノードの化学作用にも適応する。先に述べたように、耐ひずみ性粉末は、交互に並ぶエネルギー貯蔵構造体及び補強構造体から構成することができる。このエネルギー貯蔵構造体は、その粒子をリチウムイオン電池のアノードとして使用した場合にリチウムイオンを吸蔵することが可能な、主要なエネルギー貯蔵構造体として使用することができる。

Claims

耐ひずみ性粒子であって：
少なくとも１種の元素を含むエネルギー貯蔵構造体であって、イオンを吸蔵するように構成されている前記エネルギー貯蔵構造体と；
共晶又は共析反応を介してエネルギー貯蔵相から相分離する１種又は複数種の元素を含む補強構造体であって、前記エネルギー貯蔵構造体を機械的に支持する前記補強構造体と；
を含む複合構造体を含む、耐ひずみ性粒子。
前記エネルギー貯蔵構造体が、ケイ素及び／又はスズを含む、請求項１に記載の耐ひずみ性粒子。
前記補強構造体が、ニッケル、銅、鉄、アルミニウム、マグネシウム、マンガン、コバルト、モリブデン、ジルコニウム、バナジウム、チタン、クロム、ビスマス、アンチモン、ゲルマニウム、ホウ素、リン、炭素、硫黄、窒素、及び／又は酸素を含む、請求項１又は２に記載の耐ひずみ性粒子。
前記エネルギー貯蔵構造体が、ケイ素を含み、前記補強構造体が、ニッケル及びケイ素を含む金属間化合物を含む、請求項１～３のいずれか一項に記載の耐ひずみ性粒子。
前記金属間化合物が、ＮｉＳｉ_２及びＮｉＳｉを含む、請求項４に記載の耐ひずみ性粒子。
前記補強構造体が、ニッケルを、前記エネルギー貯蔵構造体のニッケル含有量よりも高い含有量で含む、請求項４又は５に記載の耐ひずみ性粒子。
前記複合構造体が、ケイ素を約０．５６以上のモル分率で含む、請求項４～６のいずれか一項に記載の耐ひずみ性粒子。
前記複合構造体が、ケイ素を約０．７以上のモル分率で含む、請求項４～６のいずれか
一項に記載の耐ひずみ性粒子。
前記エネルギー貯蔵構造体が、ケイ素を含み、前記補強構造体が、銅及びケイ素を含む金属間化合物を含む、請求項１～８のいずれか一項に記載の耐ひずみ性粒子。
前記金属間化合物が、Ｃｕ_１９Ｓｉ_６を含む、請求項９に記載の耐ひずみ性粒子。
前記補強構造体が、銅を、前記エネルギー貯蔵構造体の銅含有量よりも高い含有量で含む、請求項９又は１０に記載の耐ひずみ性粒子。
前記複合構造体が、複数のエネルギー貯蔵構造体と、前記複数のエネルギー貯蔵構造体を結合させている複数の補強構造体とを含む、請求項１～１１のいずれか一項に記載の耐ひずみ性粒子。
前記複合構造体が、ケイ素を約０．２４以上のモル分率で含む、請求項９～１２のいずれか一項に記載の耐ひずみ性粒子。
前記複合構造体が、ケイ素を約０．３２以上のモル分率で含む、請求項９～１３のいずれか一項に記載の耐ひずみ性粒子。
耐ひずみ性粒子の製造方法であって：
共晶又は共析反応により２以上の相に相分離する特定の比率の構成元素を含む微細な液滴又は粒子を含む供給原料を調製する工程と；
前記供給原料をマイクロ波プラズマトーチのプラズマ又はプラズマ排気中に導入することにより前記供給原料を溶融する工程と；
共晶又は共析転移を誘発して１又は複数の相分離が起こるように、前記供給原料を急速であるが制御された様式で冷却することによって、エネルギー貯蔵構造体と前記エネルギー貯蔵構造体を機械的に支持する補強構造体とを含む複合構造体を作り出す工程と；
を含む、方法。
前記供給原料は、ケイ素と、銅、ニッケル、及び鉄の少なくとも１種とを含む、請求項１５に記載の方法。
前記供給原料は、銅を含み、且つ約０．２４モル分率以上のケイ素を含む、請求項１６に記載の方法。
前記供給原料は、銅を含み、且つ約０．３２モル分率以上のケイ素を含む、請求項１６に記載の方法。
前記供給原料は、ニッケルを含み、且つ約０．５６モル分率以上のケイ素を含む、請求項１６又は１７に記載の方法。
前記供給原料は、ニッケルを含み、且つ約０．７モル分率以上のケイ素を含む、請求項１６又は１７に記載の方法。
リチウムイオン電池のアノードであって：
複数のエネルギー貯蔵構造体及び補強構造体を含むｉｎ－ｓｉｔｕ形成複合構造体を含む耐ひずみ性粒子を複数含み；
前記エネルギー貯蔵構造体は、実質的にケイ素を含み；
前記補強構造体は、共晶又は共析反応によってケイ素と共に２以上の相に相分離する１
種又は複数種の元素を含む；
リチウムイオン電池のアノード。
前記元素は、ニッケル、銅、及び鉄の少なくとも１種を含む、請求項２１に記載のリチウムイオン電池のアノード。
耐ひずみ性粒子であって：
少なくとも１種の元素を含むエネルギー貯蔵相であって、イオンを吸蔵するように構成されている前記エネルギー貯蔵相と；
１種又は複数種の元素を含む補強相と；
を含む複合構造体を含み、
前記複合構造体の融液を冷却すると、共晶又は共析転移が起こることによって、前記複合構造体は、その少なくとも１つの相が前記エネルギー貯蔵相であり、その少なくとも１つの相が前記補強相である、２以上の異なる相に相分離し、その結果として粒子レベルの複合微細構造がｉｎ－ｓｉｔｕ成長し、前記補強相は、前記エネルギー貯蔵相を機械的に支持する、耐ひずみ性粒子。