负极活性物质材料的制作方法_3

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材料的体积 放电容量和循环特性就进一步提高。
[0084] W使放电容量增大作为目的,负极活性物质材料的化学组成也可W进一步含有第 2族元素和/或稀±元素(REM)作为任意元素。第2族元素例如为儀(Mg)、巧(Ca)等。REM 例如为铜(La)、锦(Ce)、错(Pr)、钦(Nd)等。
[0085] 负极活性物质材料含有第2族元素和/或REM的情况下,负极活性物质材料变脆。 因此,在电极的制造工序中,易于将包含负极活性物质材料的块材或铸锭粉碎、易于制造电 极。
[0086] 负极活性物质材料可W包含上述特定合金相,也可W含有上述特定合金相和金属 离子活性的其它的活性物质相。其它的活性物质相例如为锡(Sn)相、娃(Si)相、侣(A1) 相、Co-Sn系合金相、化eSrig化合物相(n'相或n相)等。
[0087] [关于特定合金相的体积膨胀率和体积收缩率]
[0088] 上述特定合金相在伴随金属离子的吸收和释放进行M相变或逆相变时,特定合金 相的晶胞的优选的体积膨胀收缩率为20%W下。该情况下,能够充分地缓和由伴随金属离 子的吸收和释放的体积变化导致的应变。特定合金相的晶胞的进一步优选的体积膨胀收缩 率为10%W下、进一步优选为5%W下。
[0089]特定合金相的体积膨胀收缩率能够通过在充放电中的该场X射线衍射来测定。具 体而言,在水分的露点被控制在-8(TCW下的纯氣气气氛中的手套箱内,在具备透过X射线 的被制的窗口的专用充放电电池单元安装负极活性物质材料的电极板、分隔件、对电极裡 W及电解液且进行密封。随后,将该充放电电池单元安装于X射线衍射装置。安装后,得到 充放电过程中的初次充电状态和初次放电状态中的特定合金相的X射线衍射曲线。由该X 射线衍射曲线求得特定合金相的晶格常数。考虑特定合金相的晶格对应关系,由该晶格常 数能够算出体积变化率。
[0090] 充放电循环过程中,在由半值宽度等导致X射线衍射曲线的形状发生变化的情况 等时,根据需要由反复进行5~20次左右的充放电来进行分析。随后,由可靠性高的多个 X射线衍射曲线求得该体积变化率的平均值。
[0091][负极活性物质材料含有的合金相的晶体结构的分析方法]
[0092] (1)负极活性物质材料含有的相(包含合金相)的晶体结构,可W基于使用X射线 衍射装置而得到的X射线衍射曲线,根据化etveld法进行分析。具体而言,利用W下的方 法分析晶体结构。
[0093]对于被用于负极之前的负极活性物质材料,对负极活性物质材料实施X射线衍射 测定,得到X射线衍射曲线的实测数据。基于得到的X射线衍射曲线(实测数据),根据 化etve1d法分析负极活性物质材料中的相的构成。利用化etve1d法的分析,使用为通用的 分析软件的"RIETAN2000"(程序名)和"RIETAN-FP"(程序名)的任一种。
[0094] (2)针对电池内的充电前的负极内的负极活性物质材料的晶体结构,也利用与 (1)相同的方法进行特定。具体而言,在充电前的状态下,将电池在氣气气氛中的手套箱内 拆解,从电池取出负极。将取出的负极包裹于聚醋巧中。之后,将聚醋巧的周围W热压机进 行密封。将W聚醋巧密封的负极取出至手套箱外。
[0095]接着,将负极W喷发胶粘贴于无反射试样板(娃单晶的特定晶面W平行于测定面 地切出的板)来制作测定试样。将测定试样置于X射线衍射装置,进行测定试样的X射线 衍射测定,得到X射线衍射曲线。基于得到的X射线衍射曲线,根据化etveld法测定负极 内的负极活性物质材料的晶体结构。
[0096] (3)针对1次~多次充电后W及1次~多次放电后的负极内的负极活性物质材料 的晶体结构,利用与(2)相同的方法来特定。
[0097] 具体而言,使电池在充放电试验装置中充满电。将充满电的电池在手套箱内拆解, W与(2)相同的方法制作测定试样。将测定试样置于X射线衍射装置,进行X射线衍射测 定。
[0098] 另外,使电池完全放电,将完全放电了的电池在手套箱内拆解,W与(2)相同的方 法制作测定试样,进行X射线衍射测定。
[0099] <负极活性物质材料W及负极的制造方法〉
[0100] 针对含有上述特定合金相的负极活性物质材料和使用了该负极活性物质材料的 负极W及电池的制造方法进行说明。
[0101] 制造包含特定合金相的负极活性物质材料的烙液。例如,制造具有上述的化学组 成的烙液。烙液W电弧烙解或电阻加热烙解等通常的烙解方法将原材料进行烙解来制造。 接着,使用烙液利用铸锭法制造铸锭(块状合金)。通过W上的工序制造负极活性物质材 料。
[0102] 优选的是,通过使烙液快速凝固来制造负极活性物质材料。将该方法称为快速凝 固方法。快速凝固方法例如为薄带连铸法、烙体旋铸法、气体雾化法、烙液纺丝法、水雾化 法、油雾化法等。
[0103] 将负极活性物质材料制为粉末的情况下,将由烙炼而得到的块状合金(铸锭)(1) 进行切断、(2)W键式粉碎机等进行粗粉碎、或者(3)W球磨机、礙磨机、盘磨机、喷磨机、椿 磨机等进行机械地细粉碎,调整为需要的粒度。块状合金具有延性,通常的粉碎困难时,也 可W利用埋有金刚石磨粒的研磨机盘等将块状合金进行切削粉碎。在该些粉碎工序中,由 应力感应导致产生M相时,适宜地组合合金设计、热处理、粉碎条件等,将该生成比率根据 需要进行调整。利用雾化法的粉末能够W烙炼的状态或W实施了热处理的状态来使用的情 况下,有时不需要特别地粉碎工序。另外,由薄带连铸法得到烙炼材的情况下,在由其延性 而破碎困难的情况下,利用剪断等机械性裁切将该烙炼材调整为特定的尺寸。另外,该种情 况下,也可W在必要的阶段将该烙炼材进行热处理等来调整M相、母相的比率等。
[0104] 将负极活性物质材料进行热处理来调整特定合金相的构成比率等的情况下,也可 W将该负极活性物质材料根据需要在非活性气氛中W特定的温度和时间进行保持后进行 急冷。此时,也可W根据负极活性物质材料的尺寸选择水、盐水、油等泽火介质,通过将该泽 火介质设定至特定的温度来调整冷却速度。
[0105] <负极的制造方法〉
[0106]使用了本发明的实施方式的负极活性物质材料的负极,可本领域技术人员所公知的方法来制造。
[0107] 例如,对本发明的实施方式的负极活性物质材料的粉末,混合聚偏氣己締(PVD巧、 聚甲基丙締酸甲醋(PMMA)、聚四氣己締(PTFE)、了苯橡胶(SBR)等粘合剂,进而为了对负极 赋予充分的导电性而混合天然石墨、人造石墨、己诀黑等碳材料粉末。向其添加N-甲基化 咯烧酬(NMP)、二甲基甲酯胺值MF)、水等溶剂来将粘合剂溶解后,必要时使用均化器、玻璃 珠进行充分地揽拌制为浆料状。将该浆料涂布于压延铜巧、电沉积铜巧等活性物质支持体 上并进行干燥。之后,对该干燥物实施压制。通过W上的工序来制造负极板。
[010引从负极的机械强度、电池特性的观点出发,混合的粘合剂优选为5~10质量%左 右。支持体不限定于铜巧。支持体例如为不诱钢、镶等其它金属的薄巧、网状的片状冲压板、 W金属线材焊丝编成的网等即可。
[0109]负极活性物质材料的粉末的粒径不对电极厚度、电极密度、即电极容量造成影响。 电极的厚度越薄越好。该是由于,电极的厚度越薄,可W使电池中包含的负极活性物质材料 的总面积越大。因此,负极活性物质材料的粉末的平均粒径优选为lOOymW下。负极活性 物质材料的粉末的平均粒径越小,该粉末的反应面积越增大、倍率特性越优异。但是,负极 活性物质材料的粉末的平均粒径过小时,W氧化等原因使粉末表面的性状发生变化,裡离 子进入该粉末变得困难。此时,有时倍率特性、充放电效率经时地降低。因此,负极活性物 质材料的粉末的优选平均粒径为0. 1~100ym、进一步优选为1~50ym。
[0110] <电池的制造方法〉
[0111] 本实施方式的非水电解质二次电池具备上述的负极、正极、分隔件、和电解液或电 解质。电池的形状可W为圆柱型、方形,也可W为纽扣型、片型等。本实施方式的电池为利 用了聚合物电池等的固体电解质的电池即可。
[0112] 本实施方式的电池的正极优选含有含金属离子的过渡金属化合物作为活性物质。 进一步优选的是,正极含有含裡(Li)过渡金属化合物作为活性物质。含Li过渡金属化合 物例如为LiMi_xM'典、或LiMsyM' 〇4。此处,式中,0兰X、y兰1,M和r分别为领炬a)、钻 (Co)、镶(Ni)、铺(Mn)、铭(Cr)、铁(Ti)、饥(V)、铁(Fe)、锋狂n)、侣(A1)、铜(In)、锡(Sn)、 轨(Sc)W及锭(Y)中的至少一种。
[0113] 但是,本实施方式的电池也可W使用过渡金属硫属化物;饥氧化物及其裡(Li) 化合物;魄氧化物及其裡化合物;使用了有机导电性物质的共辆系聚合物;谢弗雷尔 (化evrel)相化合物;活性碳、活性碳纤维等所谓的其它正极材料。
[0114] 本实施方式的电池的电解液,一般而言,为使作为支持电解质的裡盐在有机溶剂 中溶解而成的非水系电解液。裡盐例如为LiCl〇4, LiBF4, LiPFe,LiAsFe,LiB (CeHs),LiCFjSOs, LiC&SOs,Li (CF3S02)2N,LiC化S〇3, Li (CF2S02)2, LiCl,LiBr,Lil
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