电气设备用负极、及使用其的电气设备的制造方法_4

文档序号:8491913阅读:来源:国知局
料的非晶-晶体的相变。其结果,能够表现出循环寿命(循环耐久性)、特别是 第50个循环的高放电容量维持率(87%W上)优异的效果(参见表3、图17)。另外,能够 将高容量Si材料的含量X值的数值保持在一定W上(38《x<100),能够实现依靠现有的 碳系负极活性物质不可能实现的显著高的高容量化。同样地与现有的Sn系合金负极活性 物质相比,能够得到同样W上的高容量(初始容量690mAh/gW上)的合金(参见表3和图 17)。另一方面,相对于组成式SixTiyZnz(Aa)所示的3元系的合金不包含向高容量元素Si 中的添加金属元素(Ti、化)中任一者的2元系的合金(特别是y= 0的Si-化合金)与本 实施方式相比无法维持高循环特性。特别是无法充分维持第50个循环的高放电容量维持 率(参见表3的比较参考例28~40和图16),产生循环特性急剧降低(劣化)该样的大问 题。另外,y<62时,能够充分地表现出作为负极活性物质的特性,因此可W对高容量和循环 耐久性的体现做出贡献。
[0146] 作为合金中的第1添加元素Ti的质量%值(y值),优选的是,从提供维持高循环 特性(特别是第50个循环的高放电容量维持率)、且初始容量也高、平衡良好地表现出特性 的负极活性物质的观点出发,〇<y《42的范围是理想的。具有在Li合金化时抑制非晶-晶 体的相变而提高循环寿命的作用效果的第1添加元素Ti的含有比率适当时,能够提供具有 良好的特性的Si合金负极活性物质(参见表3和图18的粗实线所围成的组成范围)。即, 合金中的第1添加元素Ti的质量%值(y值)的数值为优选的范围的0<y《42时,在能 够有效地表现出在合金化时抑制非晶-晶体的相变而提高循环寿命的作用效果、能够维持 第50个循环的高放电容量维持率(87%W上)的方面优选(参见表3和图18)。此时,参 考例C的参考例45~56中具体选择了能实现高容量化的组成范围(特别是关于Ti含量, 0<y《42)(设为图18的粗实线所围成的五边形)。通过选择上述组成范围、特别是关于Ti 含量选择〇<y《42,从而与Sn系负极活性物质、专利文献1记载的多元系合金负极活性物 质相比能够提供实现了显著优异的循环耐久性(放电容量维持率87%W上)的Si合金负 极活性物质(参见表3和图18)。
[0147] 作为合金中的第1添加元素Ti的质量%值(y值),更优选的是,从提供维持高循 环特性(第50个循环的高放电容量维持率)、且初始容量也高、平衡良好地表现出特性的 负极活性物质的观点出发,8《y《42的范围可W说是理想的。具有在Li合金化时抑制 非晶-晶体的相变而提高循环寿命的作用效果的第1添加元素Ti的含有比率适当时,能够 提供具有良好的特性的Si合金负极活性物质(参见表3和图19)。目P,为更优选的范围的 8《y《42时,能够有效地表现出在合金化时抑制非晶-晶体的相变而提高循环寿命的效 果,能够维持第50个循环的高放电容量维持率87%W上(参见表3和图19)。特别是此时, 参考例C的参考例45~56中具体选择了能实现高容量化和第50个循环的高放电容量维 持率87%W上的组成范围(特别是关于Ti含量,8《y《42)(设为图19的粗实线所围成 的六边形)。通过选择上述组成范围、特别是关于Ti含量选择8《y《42,从而能够提供 与高容量化一起实现了与Sn系负极活性物质、专利文献1记载的多元系合金负极活性物质 相比也显著优异的循环耐久性(高放电容量维持率)的Si合金负极活性物质。
[0148] 作为合金中的第1添加元素Ti的质量%值(y值),特别优选的是,从提供维持更 高循环特性(第50个循环的高放电容量维持率)、且初始容量也高、平衡非常良好地表现 出特性的负极活性物质的观点出发,19《y《42的范围是理想的。具有在Li合金化时抑 制非晶-晶体的相变而提高循环寿命的作用效果的第1添加元素Ti的含有比率更适当时, 能够提供具有进一步良好的特性的Si合金负极活性物质(参见表3和图20)。目P,为特别 优选的范围的19《y《42时,能够更有效地表现出在合金化时抑制非晶-晶体的相变而 提高循环寿命的效果,能够维持第50个循环的高放电容量维持率90%W上(参见表3和 图20)。特别是此时,参考例C的参考例45~56当中选择了能实现高容量化和第50个循 环的高放电容量维持率90%W上的组成范围(特别是关于Ti含量,19《y《42)(设为图 20的粗实线所围成的较小的六边形)。通过选择上述组成范围、特别是关于Ti含量选择 19《y《42,从而能够提供与高容量化一起实现了与Sn系负极活性物质、专利文献1记载 的多元系合金负极活性物质相比也显著优异的循环耐久性(更高的放电容量维持率)的Si合金负极活性物质。
[0149] 作为合金中的第1添加元素Ti的质量%值(y值),尤其优选的是,从提供维持更 高循环特性(第50个循环的高放电容量维持率)、且初始容量也高、平衡最良好地表现出特 性的负极活性物质的观点出发,19《y《21的范围是理想的。具有在Li合金化时抑制非 晶-晶体的相变而提高循环寿命的作用效果的第1添加元素Ti的含有比率最适当时,能够 提供具有最良好的特性的Si合金负极活性物质(参见表3和图21)。即,为特别优选的范围 的19《y《21时,能够更有效地表现出在合金化时抑制非晶-晶体的相变而提高循环寿命 的效果,能够维持第50个循环的高放电容量维持率96%W上(参见表3和图21)。特别是 此时,参考例C的参考例45~56当中选择了能实现更加高容量化和第50个循环的高放电 容量维持率96%W上的组成范围(特别是关于Ti含量,19《y《21)(设为图21的粗实线 所围成的较小的四边形)。通过选择上述组成范围、特别是关于Ti含量选择19《y《21, 从而能够提供与高容量化一起实现了与Sn系负极活性物质、专利文献1记载的多元系合金 负极活性物质相比也显著优异的循环耐久性(更高的放电容量维持率)的Si合金负极活 性物质。
[0150] 此处,y> 8、特别是y> 19时,具有3200mAh/g的初始容量的高容量Si材料和第 1添加元素Ti(进而残留的第2添加元素化)的含有比率(平衡)成为最佳的范围(参见 图19~图21的粗实线所围成的范围)。因此,作为Ti所具有的特性(进而与Zn的协同 特性),能够有效地抑制Si材料的非晶-晶体的相变,显著提高循环寿命(特别是放电容 量维持率)。目P,能够实现第50个循环的放电容量维持率87%W上、特别是90%W上、尤 其是96%W上。其结果,作为负极活性物质(负极),也在能够表现出最良好的特性、能够 经长期稳定且安全地维持车辆用途水平的高容量化的方面优异。另一方面,y《42、特别是 y《21时,具有3200mAh/g左右的初始容量的高容量Si材料和作为第1添加元素的Ti(进 而第2添加元素的Zn)的含有比率(平衡)成为最佳的范围(参加图18~图21的粗实线 所围成的范围)。因此,Si与Li的合金化时,能够显著抑制非晶-晶体的相变,大幅提高循 环寿命。目P,能够实现第50个循环的放电容量维持率87%W上、特别是90%W上、尤其是 96%W上。但是,即使在y偏离上述最佳的范围巧《y《42、特别是19《y《42、尤其是 19《y《21)时,只要是能够有效地表现出上述本实施方式的作用效果的范围,则也包括在 本发明的保护范围(权利范围)内,该是毋庸置疑的。
[0151] 另外,上述专利文献1的实施例中公开了,表现出仅5~6个循环左右就已经相当 大的容量降低所造成的循环特性的劣化现象。目P,专利文献1的实施例中第5~6个循环 的放电容量维持率已经降低至90~95%,第50个循环的放电容量维持率降低至约50~ 0%。另一方面,本实施方式中向高容量Si材料中的第1添加元素的Ti(进而第2添加元 素的化该样具有互补关系的组合)是通过许多反复试验、W及基于多种多样的添加(金属 乃至非金属)元素的组合的过度的实验来选择的(仅一种方案的组合)。此外,在该组合 中,进一步将Ti的含量设为上述所示的最佳的范围,从而在能够大幅降低第50个循环的放 电容量维持率的减少的方面也优异。目P,Si与Li合金化时,由于第1添加元素Ti(进而与 Ti具有互补关系的第2添加元素化)的最佳范围所带来的特别显著的协同作用(效果), 能够抑制自非晶状态向晶体状态转化,防止较大的体积变化。进而,在能够表现出高容量且 提高电极的高循环耐久性的方面也优异(参见表3和图17~图21)。
[0152] (4)关于合金中的化的质量%值
[015引具有上述组成式SiJiyZnA的合金中的化的质量%值、即式中(4)的Z的范围优 选为0知<62、更优选为0<z《39、进一步优选为12《Z《39、特别优选为12《Z《35、尤 其优选为26《Z《35。对此,即使合金中的第1添加元素浓度增加作为电极的容量也不会 减少的第2添加元素种类化的质量%值(Z值)的数值为0知<62的范围时,由于Ti所具有 的特性与化的协同特性,能够有效地抑制高容量Si材料的非晶-晶体的相变。其结果,能 够表现出循环寿命(循环耐久性)、特别是第50个循环的高放电容量维持率(87%W上)优 异的效果(参见表3、图17)。另外,能够将高容量Si材料的含量X值的数值保持在一定W 上(38《x<100),与现有的碳系负极活性物质相比能够显著高容量化,能够得到与Sn系负 极活性物质同等W上的高容量的合金(参见图17)。另一方面,不包含组成式SiJiyZn,(AJ 所示的3元系的合金的向Si中的添加金属元素(Ti、Zn)中任一者的2元系的合金(特别 是Z= 0的Si-Ti合金)无法维持比本实施方式高的循环特性。特别是无法充分维持第50 个循环的高放电容量维持率(参见表3的比较参考例28~40和图16),产生循环特性急剧 降低(劣化)该样的大问题。另外,y<62时,能够充分表现出作为负极活性物质的特性,因 此可W对高容量和循环耐久性的体现做出贡献。
[0154] 作为合金中的第2添加元素化的质量%值(Z值),优选的是,从提供维持高循环 特性(特别是第50个循环的高放电容量维持率)、且初始容量也高、平衡良好地表现出特 性的负极活性物质的观点出发,〇<z《39的范围是理想的。在Li合金化时抑制非晶-晶 体的相变而提高循环寿命的第1添加元素Ti和即使该第1添加元素浓度增加作为负极活 性物质(负极)的容量也不会减少的第2添加元素Zn的选择在本实施方式中极为重要且 有用。可知,利用上述第1和第2添加元素,观察到与专利文献1等的现有公知的3元系合 金、4元系W上的合金、进而Si-Ti系合金、Si-化系合金等2元系合金的显著的作用效果 的差异。上述第2添加元素化(进而与化具有互补关系的第1添加元素Ti)的含有比率 适当时,成为具有良好的特性的Si合金负极活性物质(参见表3和图18的粗实线所围成 的组成范围)。即,合金中的第2添加元素Zn的质量%值(Z值)的数值为优选的范围的 0<y《39时,利用与第1添加元素Ti的协同效果(互补特性),能够有效地表现出在合金 化时抑制非晶-晶体的相变而提高循环寿命的效果。其结果,能够维持第50个循环的高放 电容量维持率(87%W上)(参见表3和图18)。此时,参考例C的参考例45~56中具体 选择了能实现高容量化的组成范围(特别是关于化含量,〇<y《39)(设为图18的粗实线 所围成的五边形)。通过选择上述组成范围、特别是关于化含量选择〇<y《39,利用与第 1添加元素Ti的协同效果(互补特性),能够实现与Sn系负极活性物质、专利文献1记载 的多元系合金负极活性物质相比也显著优异的循环耐久性。其结果,能够提供实现了第50 个循环的放电容量维持率87%W上的Si合金负极活性物质(参见表3和图18的粗实线所 围成的组成范围)。
[0155] 作为合金中的第2添加元素化的质量%值(Z值),更优选的是,从提供利用与第 1添加元素Ti的协同效果(互补特性)维持更高的循环特性、且初始容量也高、平衡良好地 表现出特性的负极活性物质的观点出发,12《Z《39的范围是理想的。该是因为,可W起 到在Li合金化时利用与Ti的协同效果(互补特性)抑制非晶-晶体的相变而提高循环寿 命的效果的第2添加元素化的含有比率适当时,能够提供具有良好的特性的Si合金负极 活性物质。目P,为更优选的范围的12《Z《39时,利用与第1添加元素的协同效果(互补 特性),能够有效地表现出在合金化时抑制非晶-晶体的相变而提高循环寿命的效果。其 结果,能够维持第50个循环的高放电容量维持率87%W上(参见表3和图19)。特别是此 时,参考例C的参考例45~56中具体选择了实现高容量化和第50个循环的高放电容量维 持率87%W上的组成范围(特别是关于化含量,12《Z《39)(设为图19的粗实线所围 成的六边形)。通过选择上述组成范围、特别是关于化含量选择12《Z《39,能够提供利 用与Ti的协同特性与高容量化一起实现了与Sn系负极活性物质、专利文献1记载的多元 系合金负极活性物质相比也显著优异的循环耐久性的Si合金负极活性物质。
[0156] 作为合金中的第2添加元素化的质量%值(Z值),特别优选的是,从提供维持更 高循环特性(第50个循环的高放电容量维持率)、且初始容量也高、平衡非常良好地表现 出特性的负极活性物质的观点出发,12《Z《35的范围是理想的。该是因为,可W起到在 Li合金化时利用与Ti的协同效果(互补特性)抑制非晶-晶体的相变而提高循环寿命的 效果的第2添加元素化的含有比率更适当时,能够提供具有进一步良好的特性的Si合金 负极活性物质。目P,为特别优选的范围的12《Z《35时,能够更有效地表现出利用与Ti 的协同效果(互补特性)在合金化时抑制非晶-晶体的相变而提高循环寿命的效果。其结 果,能够维持第50个循环的更高的放电容量维持率90%W上(参见表3和图20)。特别是 此时,参考例C的参考例45~56当中选择了能实现高容量化和第50个循环的高放电容量 维持率90%W上的组成范围(特别是关于化含量,12《Z《35)(设为图20的粗实线所 围成的较小的六边形)。通过选择上述组成范围、特别是关于化含量选择12《Z《35,从 而能够提供利用与Ti的协同特性与高容量化一起实现了与Sn系负极活性物质、专利文献 1记载的多元系合金负极活性物质相比显著优异的循环耐久性的Si合金负极活性物质。
[0157] 作为合金中的第2添加元素化的质量%值(Z值),尤其优选的是,从提供维持更 高循环特性(第50个循环的高放电容量维持率)、且初始容量也高、平衡最良好地表现出 特性的负极活性物质的观点出发,26《Z《35的范围是理想的。该是因为,可W起到在Li 合金化时利用与Ti的协同效果(互补特性)抑制非晶-晶体的相变而提高循环寿命的效 果的第2添加元素化的含有比率最适当时,能够提供具有最良好的特性的Si合金负极活 性物质。即,为特别优选的范围的26《Z《35时,利用与Ti的协同效果(互补特性),能 够有效地表现出在合金化时抑制非晶-晶体的相变而提高循环寿命的效果。其结果,能够 维持第50个循环的更加高的放电容量维持率96%W上(参见表3和图21)。特别是此时, 参考例C的参考例45~56当中选择了能实现更加高容量化和第50个循环的高放电容量 维持率96%W上的组成范围(特别是关于化含量,26《Z《35)(设为图21
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