负极活性物质材料的制作方法_2

文档序号:8436024阅读:来源:国知局
如上所述在释放W Li离子为代表的金属离子时或吸收金属离子时发生热弹性型无扩散相变。热弹性型无扩 散相变也被称为热弹性型马氏体相变。W下在本说明书中,将热弹性型马氏体相变仅称为 "M相变"、将马氏体相仅称为"M相"。将吸收或释放金属离子时发生M相变的合金相也称为 "特定合金相"。
[0054] 特定合金相将M相和母相的至少一者作为主体。特定合金相在充放电时反复进行 金属离子的吸收和释放。随后,对应于金属离子的吸收和释放,特定合金相发生M相变、逆 相变、补充变形等。该些相变行为缓和在金属离子的吸收和释放时由于合金相膨胀和收缩 所产生的应变。
[00巧]特定合金相为上述类型1~类型4的任一类型即可。优选的是,特定合金相为类 型1。目P,特定合金相优选在吸收金属离子时发生M相变,在释放金属离子时发生逆相变。
[0056] 特定合金相的晶体结构没有特别地限定。在合金相为类型1、并且逆相变后的特定 合金相(即母相)的晶体结构为01相值0箱构)的情况下,M相变后的特定合金相(即M 相)的晶体结构例如为01'相(单斜晶的M18R箱构、或斜方晶的18R箱构)、丫 1'相(单 斜晶的M2H结构、或斜方晶的2H结构)、0 1"相(单斜晶的M18R2结构、或斜方晶的18R2结 构)、a1'相(单斜晶的M6R结构、或斜方晶的6R结构)等。
[0057]在特定合金相的母相的晶体结构为02相炬2结构)的情况下,特定合金相的M相 的晶体结构例如为0 2'相(单斜晶的M9R结构、或斜方晶的9R结构)、丫 2'相(单斜晶的 M2H结构、或斜方晶的2H结构)、a2'相(单斜晶的M3R结构、或斜方晶的3R结构)。
[0058] 在合金相的母相为面屯、立方晶格的情况下,合金相的M相的晶体结构例如为面屯、 正方晶格、体屯、正方晶格。
[0059]上述 2山33、61?、91?、181?、]\12山]\01?、]\161?、]\191?、]\1181?等符号是根据1?31113(1611的分类 的作为层叠结构的晶体结构的表示法而被使用的。符号H和R的含义是,垂直于层叠面的 方向的对称性分别为六方对称和菱面对称。未开头进行标记的情况下,含义是该晶体 结构为斜方晶。开头进行标记的情况下,含义是该晶体结构为单斜晶。还存在为相同 的分类符号而根据层叠的顺序不同进行区分的情况。例如,由于两种M相的0/相和01" 相的层叠结构不同,存在分别命名为18Ri、18R2或M18R1、M18R2等进行区分的情况。
[0060] 一般而言,通常的形状记忆效应、滞弹性效应的M相变和逆相变多伴随体积收缩 或体积膨胀。认为本实施方式的负极活性物质材料电化学释放或吸收金属离子(例如裡离 子)时晶体结构与各个相变方向的体积收缩或体积膨胀的现象匹配地发生变化的情况较 多。
[0061] 然而,本实施方式的负极活性物质材料,没有特别地限定于该约束。在特定合金相 中,在伴随金属离子的吸收和释放而引起M相变或逆相变时,也可W生成在通常的形状记 忆效应、滞弹性效应时显现的晶体结构W外的晶体结构。
[0062] 特定合金相为类型3的情况下,伴随着金属离子的吸收或释放,特定合金相发生 滑移变形或双晶变形。滑移变形中,位错作为晶格缺陷被导入,因此可逆的变形是困难的。 因此,特定合金相为类型3的情况下,期望主要发生双晶变形。
[0063] [负极活性物质材料的化学组成]
[0064] 对于含有上述的特定合金相的负极活性物质材料的化学组成,只要M相变和逆相 变时的晶体结构含有上述晶体结构,就没有特别地限定。
[0065] 特定合金相为类型1的情况下,含有特定合金相的负极活性物质材料的化学组成 例如含有化(铜)和Sn(锡)。
[0066] 特定合金相为类型1的情况下,优选的是,金属离子的放电产生的逆相变后的特 定合金相的晶体结构为D03结构,金属离子的吸收产生的M相变后的特定合金相的晶体结 构为2H结构。
[0067] 优选的是,负极活性物质材料的化学组成含有Sn、余量为化和杂质。进一步优选 的是,负极活性物质材料含有10~20原子%或21~27原子%的Sn、余量由化和杂质组 成,M相变后含有2H结构、逆相变后含有D03结构。负极活性物质材料中的进一步优选的Sn 含量为13~16原子%、18. 5~20原子%、或21~27原子%。
[0068] 负极活性物质材料的化学组成可W含有选自由Ti、V、&、Mn、Fe、Co、Ni、化、A1、 Si、BW及C组成的组中的一种W上和Sn,余量为化和杂质即可。
[0069] 优选的是,该情况的负极活性物质的化学组成含有选自由Sn;10~35原子%、Ti; 9. 0原子%W下、V;49. 0原子%W下、Cr;49. 0原子%W下、Mn;9. 0原子%W下、化;49. 0 原子%W下、Co;49. 0原子下、Ni;9. 0原子%W下、Zn;29. 0原子%W下、A1 ;49. 0原 子%W下、Si;49. 0原子%W下、B;5. 0原子%W下、W及C;5. 0原子% ^下组成的组中的 一种W上,余量由化和杂质组成。上述Ti、V、化、]?11^6、(:〇、化、化、41、51、8^及〇为任 思兀1素。
[0070]Ti含量的优选的上限如上所述为9. 0原子%。Ti含量的进一步优选的上限为6. 0 原子%、进一步优选为5. 0原子%。Ti含量的优选的下限为0. 1原子%、进一步优选为0. 5 原子%、进一步优选为1.0原子%。
[0071]V含量的优选的上限如上所述为49.0原子%。V含量的进一步优选的上限为30.0 原子%、进一步优选为15. 0原子%、进一步优选为10. 0原子%。V含量的优选的下限为0. 1 原子%、进一步优选为0. 5原子%、进一步优选为1. 0原子%。
[0072] 化含量的优选的上限如上所述为49.0原子%。化含量的进一步优选的上限为 30. 0原子%、进一步优选为15. 0原子%、进一步优选为10. 0原子%。化含量的优选的下 限为0. 1原子%、进一步优选为0.5原子%、进一步优选为1.0原子%。
[0073]Mn含量的优选的上限如上所述为9. 0原子%。Mn含量的进一步优选的上限为6. 0 原子%、进一步优选为5. 0原子%。Mn含量的优选的下限为0. 1原子%、进一步优选为0. 5 原子%、进一步优选为1. 0原子%。
[0074] 化含量的优选的上限如上所述为49. 0原子%。化含量的进一步优选的上限为 30. 0原子%、进一步优选为15. 0原子%、进一步优选为10. 0原子%。化含量的优选的下 限为0. 1原子%、进一步优选为0.5原子%、进一步优选为1.0原子%。
[00巧]Co含量的优选的上限如上所述为49. 0原子%。Co含量的进一步优选的上限为 30. 0原子%、进一步优选为15. 0原子%、进一步优选为10. 0原子%。Co含量的优选的下 限为0. 1原子%、进一步优选为0. 5原子%、进一步优选为1. 0原子%。
[0076] Ni含量的优选的上限如上所述为9. 0原子%。Ni含量的进一步优选的上限为5. 0 原子%、进一步优选为2. 0原子%。Ni含量的优选的下限为0. 1原子%、进一步优选为0. 5 原子%、进一步优选为1. 0原子%。
[0077] 化含量的优选的上限如上所述为29.0原子%。化含量的进一步优选的上限为 27. 0原子%、进一步优选为25. 0原子%。化含量的优选的下限为0. 1原子%、进一步优选 为0. 5原子%、进一步优选为1. 0原子%。
[0078]A1含量的优选的上限如上所述为49. 0原子%。A1含量的进一步优选的上限为 30. 0原子%、进一步优选为15. 0原子%、进一步优选为10. 0原子%。A1含量的优选的下 限为0. 1 %、进一步优选为0. 5原子%、进一步优选为1. 0原子%。
[0079]Si含量的优选的上限如上所述为49. 0原子%。Si含量的进一步优选的上限为 30. 0原子%、进一步优选为15. 0原子%、进一步优选为10. 0原子%。Si含量的优选的下 限为0. 1原子%、进一步优选为0.5原子%、进一步优选为1.0原子%。
[0080] B含量的优选的上限为5. 0原子%。B含量的优选的下限为0. 01原子%、进一步 优选为0. 1原子%、进一步优选为0. 5原子%、进一步优选为1. 0原子%。
[0081] C含量的优选的上限为5. 0原子%。C含量的优选的下限为0. 01原子%、进一步 优选为0. 1原子%、进一步优选为0. 5原子%、进一步优选为1. 0原子%。
[008引优选的是,负极活性物质材料进一步含有选自由含有缺位的F-Cell结构的5相、 含有缺位的2H结构的e相、含有缺位的单斜晶的n'相、W及具有含有缺位的D03结构的 相组成的组中的一种W上。W下,将含有缺位的该些5相、e相、n'相、W及具有D03结 构的相称为"缺位相"。此处,"缺位"的含义是在晶体结构中的特定的原子位点中,占有率 不足1的状态。
[0083] 该些缺位相在晶体结构中包含多个缺位。该些缺位作为金属离子(Li离子等)的 储存位点或扩散位点而发挥功能。因此,负极活性物质材料只要含有在M相变后变为2H结 构、在逆相变后变为D03结构的合金相和上述缺位相的至少1相,负极活性物质
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