于硅的0原子％并且小于硅的1原子％。
[0340] (5)根据（1)至（4)中任一项所述的负极活性材料，其中，芯颗粒是硅颗粒或SiOa 颗粒，其中，〇〈a〈2。
[0341] (6)根据⑴至（5)中任一项所述的负极活性材料，其中，硅的组分比例从芯颗粒 的中心到芯颗粒的表面逐渐减少。
[0342] (7)根据⑴至（6)中任一项所述的负极活性材料，其中，金属元素的组分比例从 芯颗粒的中心到芯颗粒的表面逐渐增加。
[0343] (8)根据（1)至（7)中任一项所述的负极活性材料，其中，至少一种金属元素包括 第二金属元素和第三金属元素，其中，第二金属元素具有Si的原子半径的109%或更高的 原子半径，并且其中，第三金属元素具有小于Si的原子半径的109%的原子半径。
[0344] (9)根据（8)所述的负极活性材料，其中，第二金属元素和第三金属元素与硅相互 扩散。
[0345] (10) -种负极，包括：
[0346] 集电体；以及
[0347] 根据（1)至（9)中任一项所述的负极活性材料，
[0348] 其中，负极活性材料形成在集电体的至少一个表面上。
[0349] (11) 一种电池，包括：
[0350]正极，
[0351] 根据（10)所述的负极；
[0352] 形成其间的隔膜；以及
[0353] 电解质。
[0354] (12) -种电动车辆，包括：
[0355] 电力驱动力转换器；以及
[0356] 根据（11)所述的电池，
[0357] 其中，电力驱动力转换器将来自电池的电力转换为用于电动车辆的驱动力。
[0358] (13) -种电力存储设备，包括根据（11)所述的电池。
[0359] (14) 一种电子设备，包括根据（11)所述的电池。
[0360] (15) -种电力存储系统，包括根据（11)所述的电池。
[0361] (16) -种负极活性材料，包括：
[0362] 包含硅的芯颗粒；以及
[0363] 涂层，包括从由以下项所组成的组中选择的至少一种金属元素：Ge、Sn、Ni、Mo、W、 Ag、Pd、Cu、Bi、Fe、Co、Mn、Cr、V、Ga、B、Sb、In、Te、Cd、Rh、Ru、Nb、Ta、Re、Os、Ir、Pt、Pb和 P，
[0364] 其中，芯颗粒的至少一部分形成氧化硅。
[0365] (17)根据（16)所述的负极活性材料，其中，负极活性材料具有包括硅层、氧化硅 层和包含至少一种金属元素的层的多层结构。
[0366] (18)根据（16)或（17)所述的负极活性材料，其中，硅和至少一种金属元素不相互 扩散。
[0367] (19)根据（16)至（18)中任一项所述的负极活性材料，其中，涂层包括以下项的至 少一种：包含至少一种金属元素的金属氧化物的还原产物、以及包含至少一种金属元素的 金属氢氧化物的还原产物。
[0368] (20)根据（16)至（19)中任一项所述的负极活性材料，其中，基于埃林汉姆图通过 还原热处理获得金属氧化物的还原产物和金属氢氧化物的还原产物的至少一种。
[0369] (21) -种制造负极活性材料的方法，该方法包括：
[0370] 在芯颗粒表面的至少一部分上形成涂层，芯颗粒包括硅；以及
[0371] 通过执行热处理还原涂层，
[0372] 其中，涂层包括金属氧化物和金属氢氧化物的至少一种，金属氧化物和金属氢氧 化物包括从由以下项所组成的组中选择的至少一种金属元素：Ge、Sn、Ni、Mo、W、Ag、Pd、Cu、 Bi、Fe、Co、Mn、Cr、V、Ga、B、Sb、In、Te、Cd、Rh、Ru、Nb、Ta、Re、Os、Ir、Pt、Pb和P。
[0373] (22)根据（21)所述的方法，其中，在小于400°C的温度下执行热处理。
[0374] (23)根据（21)或（22)所述的方法，其中，在大于或等于1000°C的温度下执行热 处理。
[0375] (24)根据（21)至（23)中任一项所述的方法，其中，使用H2还原涂层。
[0376] 此外，本公开可具有以下配置。
[0377] (1'）一种负极活性材料，包括：
[0378] 包含Si的芯颗粒；
[0379] 从由以下项组成的组中选择的至少一种金属元素：Ge、Sn、Ni、Mo、W、Ag、Pd、Cu、Bi、 Fe、Co、Mn、Cr、V、Ga、B、Sb、In、Te、Cd、Rh、Ru、Nb、Ta、Re、0s、Ir、Pt、Pb和P;以及
[0380] 组分梯度结构，具有从芯颗粒的中心到芯颗粒的表面以连续方式改变的元素组 分。
[0381] (2'）根据（1'）所述的负极活性材料，其中，
[0382] 在组分梯度结构中的Si的组分比例从芯颗粒的中心到芯颗粒的表面逐渐减少； 并且
[0383] 在组分梯度结构中的至少一种金属元素的组分比例从芯颗粒的中心到芯颗粒的 表面逐渐增加。
[0384] (3'）根据（1'）或（2'）所述的负极活性材料，其中，
[0385] 至少一种金属元素是包括以下两者的金属元素：
[0386] 具有Si的原子半径的109%或更高的原子半径的第二金属元素，和
[0387] 具有小于Si的原子半径的109%的原子半径的第三金属元素。
[0388] (4'）根据（3'）所述的负极活性材料，其中，第二金属元素选自Ge、Sn、Mo、W、Ag、 Pd、Bi、V、Ga、Sb、In、Te、Cd、Rh、Ru、Nb、Ta、Re、0s、Ir、Pt和Pb;并且
[0389] 第三金属元素选自Ni、Cu、Fe、Co、Mn、Cr、B*P。
[0390] (5'）根据（1'）至（4'）中任一项所述的负极活性材料，其中，
[0391] 至少一种金属元素的含量小于Si的1原子％。
[0392] (6'）根据（3'）或（4'）所述的负极活性材料，其中，第二金属元素的含量小于Si 的1原子％ ;并且
[0393] 第三金属元素的含量小于Si的1原子％。
[0394] (7'）根据（3'）或（6'）所述的负极活性材料，其中，
[0395] 第三金属元素的含量小于第二金属元素的含量。
[0396] (8'）根据（1'）至（7'）中任一项所述的负极活性材料，其中，
[0397] 至少一种金属元素是包括两种或更多种能够与Si形成化合物的元素的金属元 素，该元素能够一起形成化合物。
[0398] (9'）一种负极活性材料，包括：
[0399] 包含Si的芯颗粒；以及
[0400] 通过还原包含金属元素的至少一种氧化物或氢氧化物可获得的还原产物，还原产 物包含于形成在作为芯颗粒的Si颗粒表面上的薄膜中，
[0401] 还原产物通过利用在埃林汉姆图中具有比金属元素在埃林汉姆图中相对于1摩 尔氧分子的AG小的相对于1摩尔氧分子的AG的元素的还原来获得，
[0402] 金属元素为从由以下项所组成的组中选择的至少一种：Ge、Sn、Ni、Mo、W、Ag、Pd、 Cu、Bi、Fe、Co、Mn、Cr、V、Ga、B、Sb、In、Te、Cd、Rh、Ru、Nb、Ta、Re、Os、Ir、Pt、Pb和P。
[0403] (10'）根据（9'）所述的负极活性材料，其中，
[0404] 通过溶胶-凝胶水解处理形成薄膜。
[0405] (11'）根据（9'）或（10'）所述的负极活性材料，其中，在氮气、氩气、氢气，或者 氮气、氩气和氢气的至少两种的混合气体的气氛下执行还原。
[0406] (12'）根据（9'）至（11'）中任一项所述的负极活性材料，其中，
[0407] 还原产物是通过还原包含金属元素的至少一种氧化物或氢氧化物获得的金属元 素，
[0408] 执行还原的温度在其中金属元素与Si之间发生相互扩散的温度范围内，并且
[0409] 金属元素扩散到包含Si的芯颗粒中。
[0410] (13-1'）一种电池，包括：
[0411] 正极；以及
[0412] 具有负极活性材料的负极，该负极活性材料包括
[0413] 包含Si的芯颗粒，
[0414] 从由以下项所组成的组中选择的至少一种金属元素：Ge、Sn、Ni、Mo、W、Ag、Pd、Cu、 Bi、Fe、Co、Mn、Cr、V、Ga、B、Sb、In、Te、Cd、Rh、Ru、Nb、Ta、Re、0s、Ir、Pt、Pb和P，以及
[0415] 组分梯度结构，具有从芯颗粒的中心到芯颗粒的表面以连续方式改变的元素组 分。
[0416] (13-2'）一种电池，包括：
[0417] 正极；以及
[0418] 具有负极活性材料的负极，该负极活性材料包括
[0419] 包含Si的芯颗粒，以及
[0420] 通过还原包含金属元素的至少一种氧化物或氢氧化物可获得的还原产物，还原产 物包含于形成在作为芯颗粒的Si颗粒表面上的薄膜中，
[0421] 还原产物通过利用在埃林汉姆图中具有比金属元素在埃林汉姆图中相对于1摩 尔氧分子的AG小的相对于1摩尔氧分子的AG的元素的还原来获得，
[0422] 金属元素为从由以下项所组成的组中选择的至少一种：Ge、Sn、Ni、Mo、W、Ag、Pd、 Cu、Bi、Fe、Co、Mn、Cr、V、Ga、B、Sb、In、Te、Cd、Rh、Ru、Nb、Ta、Re、0s、Ir、Pt、Pb和P。
[0423] (14'）一种电池组，包括：
[0424] 根据（13-1'）或（13-2'）所述的电池；
[0425] 控制单元，被配置为控制电池；以及
[0426] 外包装，被配置为包含电池。
[0427] (15'）一种电子设备，包括：
[0428] 根据（13-1'）或（13-2'）所述的电池，
[0429] 电子设备，被配置为从电池接收电力供应。
[0430] (16'）一种电动车辆，包括：
[0431] 根据（13-1'）或（13-2'）所述的电池；
[0432] 转换器，被配置为
[0433] 从电池接收电力供应，并且
[0434] 将电力转换为用于车辆的驱动力；以及
[0435] 控制器，被配置为基于关于电池的信息处理关于车辆控制的信息。
[0436] (17'）一种电力存储设备，包括：
[0437] 根据（13-1'）或（13-2'）所述的电池，
[0438] 电力存储设备，被配置为将电力提供至连接到电池的电子设备。
[0439] (18'）根据（17'）的电力存储设备，进一步包括：
[0440] 电子信息控制装置，被配置为经由网络将信号向和从其他设备发送和接收信号；
[0441] 电力存储设备，被配置为基于电子信息控制装置接收的信息控制电池的充电和放 电。
[0442] (19'）一种电力系统，被配置为：
[0443] 从根据（13-1'）或（13-2'）所述的电池接收电力供应；或
[0444] 将电力从发电装置和电力网络的至少一个提供至电池。
[0445] 本领域技术人员应该理解，根据设计需求和其它因素可出现各种修改、组合、子组 合以及改变，只要其在所附权利要求或其等同物的范围之内。
【主权项】
1. 一种负极活性材料，包括： 芯颗粒，包含硅；以及 从由以下项所组成的组中选择的至少一种金属元素：Ge、Sn、Ni、Mo、W、Ag、Pd、Cu、Bi、 Fe、Co、Mn、Cr、V、Ga、B、Sb、In、Te、CcU Rh、Ru、Nb、Ta、Re、Os、Ir、Pt、Pb 和 P， 其中，所述负极活性材料的元素组分从所述芯颗粒的中心到所述芯颗粒的表面连续地 改变。2. 根据权利要求1所述的负极活性材料，其中，所述硅和所述至少一种金属元素扩散 到彼此中。3. 根据权利要求1所述的负极活性材料，其中，所述至少一种金属元素选自由Ge、Ni和 Co所组成的组。4. 根据权利要求1所述的负极活性材料，其中，所述至少一种金属元素的含量大于硅 的0原子％并且小于硅的1原子％。5. 根据权利要求1所述的负极活性材料，其中，所述芯颗粒是硅颗粒或SiO a颗粒，其 中，0〈a〈2〇6. 根据权利要求1所述的负极活性材料，其中，硅的组分比例从所述芯颗粒的中心到 所述芯颗粒的表面逐渐减少。7. 根据权利要求1所述的负极活性材料，其中，所述金属元素的组分比例从所述芯颗 粒的中心到所述芯颗粒的表面逐渐增加。8. 根据权利要求1所述的负极活性材料，其中，所述至少一种金属元素包括第二金属 元素和第三金属元素，其中，所述第二金属元素具有Si的原子半径的109%或更高的原子 半径，并且其中，所述第三金属元素具有小于Si的原子半径的109%的原子半径。9. 根据权利要求8所述的负极活性材料，其中，所述第二金属元素和所述第三金属元 素与所述硅相互扩散。10. -种负极，包括： 集电体；以及 根据权利要求1所述的负极活性材料， 其中，所述负极活性材料形成在所述集电体的至少一个表面上。11. 一种电池，包括： 正极； 根据权利要求10所述的负极； 形成在所述负极与所述正极之间的隔膜；以及 电解质。12. -种电动车辆，包括： 电力驱动力转换器；以及 根据权利要求11所述的电池， 其中，所述电力驱动力转换器将来自所述电池的电力转换为用于所述电动车辆的驱动 力。13. -种电力存储设备，包括根据权利要求11所述的电池。14. 一种电子设备，包括根据权利要求11所述的电池。15. -种电力存储系统，包括根据权利要求11所述的电池。16. -种负极活性材料，包括： 芯颗粒，包含硅；以及 涂层，包括从由以下项所组成的组中选择的至少一种金属元素：Ge、Sn、Ni、Mo、W、Ag、 PcU Cu、Bi、Fe、Co、Mn、Cr、V、Ga、B、Sb、In、Te、CcU Rh、Ru、Nb、Ta、Re、Os、Ir、Pt、Pb 和 P， 其中，所述芯颗粒的至少一部分形成氧化硅。17. 根据权利要求16所述的负极活性材料，其中，所述负极活性材料具有包括硅层、氧 化硅层和包含所述至少一种金属元素的层的多层结构。18. 根据权利要求16所述的负极活性材料，其中，所述硅和所述至少一种金属元素不 彼此扩散。19. 根据权利要求16所述的负极活性材料，其中，所述涂层包括以下项的至少一种：包 含所述至少一种金属元素的金属氧化物的还原产物和包含所述至少一种金属元素的金属 氢氧化物的还原产物。20. 根据权利要求19所述的负极活性材料，其中，所述金属氧化物的还原产物和所述 金属氢氧化物的还原产物中的至少一种基于埃林汉姆图通过还原热处理获得。21. 根据权利要求16所述的负极活性材料，其中，通过溶胶-凝胶水解工艺形成所述涂 层。22. -种制造负极活性材料的方法，所述方法包括： 在芯颗粒表面的至少一部分上形成涂层，所述芯颗粒包括硅；以及 通过执行热处理还原所述涂层， 其中，所述涂层包括金属氧化物和金属氢氧化物中的至少一种，所述金属氧化物和金 属氢氧化物包括从由以下项所组成的组中选择的至少一种金属元素：Ge、Sn、Ni、Mo、W、Ag、 PcU Cu、Bi、Fe、Co、Mn、Cr、V、Ga、B、Sb、In、Te、CcU Rh、Ru、Nb、Ta、Re、Os、Ir、Pt、Pb 和 P。23. 根据权利要求22所述的方法，其中，在小于400°C的温度下执行所述热处理。24. 根据权利要求22所述的方法，其中，在大于或等于KKKTC的温度下执行所述热处 理。25. 根据权利要求22所述的方法，其中，使用H2还原所述涂层。
【专利摘要】本发明涉及负极活性材料、电池、电池组、电子设备和电动车辆。提供了一种负极活性材料，其包括：包含硅的芯颗粒；以及从由以下项所组成的组中选择的至少一种金属元素：Ge、Sn、Ni、Mo、W、Ag、Pd、Cu、Bi、Fe、Co、Mn、Cr、V、Ga、B、Sb、In、Te、Cd、Rh、Ru、Nb、Ta、Re、Os、Ir、Pt、Pb和P。负极活性材料具有从芯颗粒的中心到芯颗粒的表面连续改变的元素组分。还提供了分别包括负极活性材料的负极、电池、电动车辆、电力存储设备、电子设备以及电力存储系统。
【IPC分类】H01M4/134, H01M10/0525, H01M4/38, H01M4/36, H01M4/62
【公开号】CN104882595
【申请号】CN201510080171
【发明人】伊藤大辅, 泷泽修一, 羽生和隆
【申请人】索尼公司
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年2月13日
【公告号】US20150243972