电气设备用负极、及使用其的电气设备的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及电气设备用负极、及使用其的电气设备。本发明的电气设备用负极及 使用其的电气设备例如可W作为二次电池、电容器等用于电动汽车、燃料电池车及混合动 力电动汽车等车辆的发动机等的驱动用电源、辅助电源。
【背景技术】
[0002] 近年来，为了应对大气污染、全球变暖，迫切期望二氧化碳量的降低。汽车行业中， 电动汽车巧V)、混合动力电动汽车化EV)的引入所带来的二氧化碳排出量的降低备受期 待，掌握它们的实用化的关键的发动机驱动用二次电池等电气设备的开发正在积极进行。
[0003] 作为发动机驱动用二次电池，与移动电话、笔记本电脑等所使用的民用裡离子二 次电池相比，要求具有极高的功率特性、W及高能量。因此，在所有电池中具有最高的理论 能量的裡离子二次电池备受关注，现在正迅速地进行开发。
[0004] 裡离子二次电池通常具有如下的构成；使用粘结剂将正极活性物质等涂布于正极 集电体的两面而成的正极与使用粘结剂将负极活性物质等涂布于负极集电体的两面而成 的负极隔着电解质层而被连接，并容纳于电池外壳中。
[0005] -直W来，裡离子二次电池的负极使用在充放电循环的寿命、成本方面有利的碳/ 石墨系材料。但是，碳/石墨系的负极材料由于通过裡离子在石墨晶体中的吸藏/释放而 进行充放电，因此存在得不到由最大裡导入化合物即LiCe得到的理论容量372mAh/gW上 的充放电容量该样的缺点。因此，难W利用碳/石墨系负极材料得到满足车辆用途的实用 化水平的容量、能量密度。
[0006] 另一方面，负极使用了与Li进行合金化的材料的电池与现有的碳/石墨系负极材 料相比，能量密度提高，因此作为车辆用途的负极材料受到期待。例如，Si材料在充放电中 像下述的反应式（A)该样每Imol中吸藏释放4. 4mol的裡离子，对于Li22Sig( =Li4.4Si)， 理论容量为2100mAh/g。进而，W每单位重量Si计而算出时，具有3200mAh/g的初始容量。
[0007] Si +4.4 U++ e-品二戈1」4.4?掛（A)
[0008] 然而，负极使用了与Li进行合金化的材料的裡离子二次电池在充放电时负极中 的膨胀收缩大。例如，关于吸藏Li离子时的体积膨胀，石墨材料的情况下约为1. 2倍，而在 Si材料的情况下，Si与Li进行合金化时，自非晶状态向晶体状态转变，发生较大的体积变 化（约4倍），因此，存在降低电极的循环寿命的问题。另外，Si负极活性物质的情况下， 容量与循环耐久性为折衷的关系，存在难W表现出高容量且使高循环耐久性提高该样的问 题。
[000引为了解决该种问题，提出了包含具有式；Si,MyAl前非晶合金的裡离子二次电池用 的负极活性物质（例如，参见专利文献1)。此处，式中x、y、z表示原子百分比值，x+y+z= 100，x>55，y<22，z〉0，M为包含Mn、Mo、Nb、W、Ta、化、Cu、Ti、V、Cr、Ni、Co、Zr和Y中至少 1种的金属。上述专利文献1中记载的发明中，段落"0018"中记载了通过使金属M的含量 为最小限，从而除了高容量之外还表现出良好的循环寿命。
[0010] 现有技术文献
[0011] 专利文献
[0012] 专利文献1 ;日本特表2009-517850号公报
【发明内容】
[001引发巧要解决的间願
[0014] 然而，使用上述专利文献1中记载的具有式；Si,MyAl,的非晶合金的负极的裡离子 二次电池的情况下，虽然能够表现出良好的循环特性，但是初始容量并不能称为充分。另 夕F，循环特性也不能称为充分。
[0015] 所W，本发明的目的在于提供维持高循环特性、且初始容量也高、表现出平衡良好 的特性的Li离子二次电池等的电气设备用负极。
[001引用于解决间願的方秦
[0017] 本发明人等为了解决上述问题而进行了深入研究。其结果发现，通过使用规定的3 元系Si合金作为负极活性物质，并使用具有规定的弹性伸长率的负极集电体，从而可W解 决上述问题，由此完成了本发明。
[0018]目P，本发明设及具有集电体、W及设置于前述集电体的表面的包含负极活性物质、 导电助剂和粘结剂的电极层的电气设备用负极。其特征在于，此时，负极活性物质为下述式 (1):
[0019] Si.Sn^MA(1)
[0020] 所示的合金，前述集电体的弹性伸长率为1.30%W上。此时，上述式（1)中，M为选 自由A1、V、CW及它们的组合组成的组中的至少1种金属。另外，A为不可避免的杂质。进 而，x、y、z和a表示质量％ 的值，此时，0<x<100,0<y<100,0<z<100,并且 0《a<0. 5,x+y+z+a = 100。
【附图说明】
[0021] 图1为示意性地表示本发明的电气设备的代表性的一个实施方式即层叠型的扁 平的非双极型裡离子二次电池的概要的截面示意图。
[0022] 图2为示意性地表示本发明的电气设备的代表性的实施方式即层叠型的扁平的 裡离子二次电池的外观的立体图。
[0023]图3为将构成本发明的电气设备用负极所具有的负极活性物质的Si-Sn-Al系合 金的组成范围、W及参考例A中成膜的合金成分作图并示出的3元组成图。
[0024] 图4为示出构成本发明的电气设备用负极所具有的负极活性物质的Si-Sn-Al系 合金的适宜组成范围的3元组成图。
[0025] 图5为示出构成本发明的电气设备用负极所具有的负极活性物质的Si-Sn-Al系 合金的更适宜的组成范围的3元组成图。
[0026] 图6为示出构成本发明的电气设备用负极所具有的负极活性物质的Si-Sn-Al系 合金的进一步更适宜的组成范围的3元组成图。
[0027]图7为将构成本发明的电气设备用负极所具有的负极活性物质的Si-Sn-V系合金 的组成范围、W及参考例B中成膜的合金成分作图并示出的3元组成图。
[0028] 图8为示出构成本发明的电气设备用负极所具有的负极活性物质的Si-Sn-V系合 金的适宜组成范围的3元组成图。
[0029] 图9为示出构成本发明的电气设备用负极所具有的负极活性物质的Si-Sn-V系合 金的更适宜的组成范围的3元组成图。
[0030] 图10为示出构成本发明的电气设备用负极所具有的负极活性物质的Si-Sn-V系 合金的进一步更适宜的组成范围的3元组成图。
[0031] 图11为将构成本发明的电气设备用负极所具有的负极活性物质的Si-Sn-C系合 金的组成范围、W及参考例C中成膜的合金成分作图并示出的=元组成图。
[0032] 图12为示出构成本发明的电气设备用负极所具有的负极活性物质的Si-Sn-C系 合金的适宜的组成范围的S元组成图。
[0033] 图13为示出构成本发明的电气设备用负极所具有的负极活性物质的Si-Sn-C系 合金的更适宜的组成范围的S元组成图。
[0034] 图14为示出构成本发明的电气设备用负极所具有的负极活性物质的Si-Sn-C系 合金的进一步更适宜的组成范围的S元组成图。
[00巧]图15为示出参考例和比较参考例中得到的电池的负极活性物质合金组成对初始 放电容量造成的影响的图。
[0036] 图16为示出参考例和比较参考例中得到的电池的负极活性物质合金组成对第50 个循环的放电容量维持率造成的影响的图。
[0037] 图17为示出参考例和比较参考例中得到的电池的负极活性物质合金组成对第 100个循环的放电容量维持率造成的影响的图。
[003引图18为表示实施例中负极集电体的弹性伸长率与电池的放电容量维持率的提高 率的关系的附图。
【具体实施方式】
[0039] 如上所述，本发明在W下方面具备特征；使用规定的3元系Si合金作为负极活性 物质，并使用具有规定的弹性伸长率的负极集电体。
[0040] 根据本发明，通过使用特定的Si合金作为负极活性物质，从而Si与Li进行合金 化时的非晶-晶体的相变受到抑制，电池的循环特性可W提高。进而，在使用上述特定的Si 合金的负极中，通过使用具有规定的弹性伸长率的集电体，集电体可W追随伴随电池的充 放电的负极活性物质的膨胀/收缩所造成的负极活性物质层的体积变化而发生弹性变形。 因此，不易发生集电体的塑性变形，能够降低由集电体的塑性变形造成的负极活性物质层 的变形，能够维持与正极的均匀的电极间距离。其结果，可得到具有高容量/高循环耐久性 的电气设备。
[0041] W下边参照附图边说明本发明的电气设备用的负极及使用其而成的电气设备的 实施方式。但是，本发明的保护范围应当根据权利要求书的记载而定，不仅限定于W下的形 态。需要说明的是，附图的说明中对同一元件标记同一符号，省略重复的说明。另外，附图 的尺寸比率有时为了便于说明而进行了夸张，与实际的比率不同。
[0042] W下，使用【附图说明】可应用本发明的电气设备用的负极的电气设备的基本构成。 本实施方式中，作为电气设备W裡离子二次电池为例进行说明。需要说明的是，本发明中， "电极层"是指，包含负极活性物质、导电助剂和粘结剂的合剂层，本说明书的说明中有时也 称为"负极活性物质层"。同样地，也将正极侧的电极层称为"正极活性物质层"。
[0043] 首先，对于本发明的电气设备用负极的代表性的一个实施方式即裡离子二次电池 用的负极W及使用其而成的裡离子二次电池，电池单元（单电池层）的电压大，能够达成高 能量密度、高功率密度。因此，使用本实施方式的裡离子二次电池用的负极而成的裡离子二 次电池作为车辆的驱动电源用、辅助电源用是优异的。其结果，可W适宜地作为车辆的驱动 电源用等的裡离子二次电池而利用。除此之外，还可W充分用于移动电话等移动设备用的 裡离子二次电池。
[0044]目P，作为本实施方式的对象的裡离子二次电池只要使用W下说明的本实施方式的 裡离子二次电池用的负极而成即可，关于其它的技术特征，并没有特别限制。
[0045] 例如，W形态/结构区别上述裡离子二次电池时，可W应用于层叠型（扁平型）电 池、卷绕型（圆筒型）电池等现有公知的任意形态/结构。通过采用层叠型（扁平型）电 池结构，从而能够利用简单的热压接等密封技术确保长期可靠性，在成本方面、操作性的方 面是有利的。
[0046] 另外，W裡离子二次电池内的电连接形态（电极结构）来看时，可W应用于非双极 型（内部并联型）电池和双极型（内部串联型）电池中的任一种。
[0047] W裡离子二次电池内的电解质层的种类区别时，可W应用于电解质层使用非水系 的电解液等溶液电解质的溶液电解质型电池、电解质层使用高分子电解质的聚合物电池等 现有公知的任意电解质层的类型。该聚合物电池进一步分为：使用高分子凝胶电解质（也 简称为凝胶电解质）的凝胶电解质型电池、使用高分子固体电解质（也简称为聚合物电解 质）的固体高分子（全固体）型电池。
[0048] 因此，W下的说明中，对于使用本实施方式的裡离子二次电池用的负极而成的非 双极