含硅非晶质碳颗粒及其制造方法、锂离子二次电池技术

本发明专利技术的目的在于提供一种容量维持率得到改善的锂离子二次电池等的负极用材料。一种含硅非晶质碳颗粒，其特征在于：其是由含有以SiO

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】含硅非晶质碳颗粒及其制造方法、锂离子二次电池


[0001]本说明书中公开的技术涉及锂离子二次电池的负极等中使用的含硅非晶质碳颗粒及其制造方法。

技术介绍

[0002]锂离子二次电池与作为现有的二次电池的镍镉电池、镍氢电池、铅电池相比，轻量且具有高容量，所以作为便携式电子设备、例如便携式电话、笔记本电脑等的驱动用电源而被实用化。另外，也被用作电动汽车、混合动力汽车用的电源。
[0003]作为负极用材料，能够使用与锂合金化的硅、锡、锗或它们的氧化物等，但这些材料在吸藏锂离子的充电时体积膨胀，在释放锂离子的放电时体积收缩。因此，由于反复进行充放电循环时的体积变化，负极用材料有可能从电极脱落和崩解。
[0004]专利文献1中记载了包含氧化硅和碳材料的锂离子二次电池用活性物质。该活性物质在内部具有空隙，所以充放电时的体积变化被抑制得较小。
[0005]另外，专利文献2中记载了用于通过在碳材料中埋设锂吸藏材料颗粒并且减小该锂吸藏材料颗粒的尺寸等来防止充放电时的电极破坏的技术。
[0006]另外，专利文献3中记载了将生焦炭与硅颗粒或氧化硅颗粒混合、造粒后，进行碳化，在易石墨化非晶质碳中含有SiO
x
(0＜x＜2)的非晶质碳材料。通过使用该非晶质碳材料，充放电时的体积变化小，能够改善循环特性。
[0007]现有技术文献
[0008]专利文献
[0009]专利文献1：日本特开2013
‑
30428号公报
[0010]专利文献2：日本特开2005
‑
71938号公报
[0011]专利文献3：日本特开2015
‑
90748号公报

技术实现思路

[0012]专利技术所要解决的技术问题
[0013]然而，专利文献1中记载的锂离子二次电池用活性物质是通过将所喷雾的树脂水溶液与胶体二氧化硅一起碳化而得到的，所以接近圆球，并且粒度分布尖锐。因此，在制作电极时颗粒间接点少，需要设法混合大量导电材料等。另外，根据专利文献1中记载的方法，活性物质的制造工序多，所以认为不实用。
[0014]另外，在专利文献2所记载的技术中，虽然能够在某种程度上抑制在锂吸藏材料颗粒中发生了锂的吸藏和释放的情况下的体积变化，但是无法充分地抑制，所以难以充分地实现负极的破坏和循环特性的改善。
[0015]另外，在专利文献3所记载的技术中，虽然改善了循环特性，但初始放电容量和初始效率低。
[0016]本专利技术的目的在于，鉴于上述技术问题，提供容量维持率得到改善的锂离子二次
电池等的负极用材料。
[0017]用于解决技术问题的技术方案
[0018]即，本专利技术的第1主旨在于一种含硅非晶质碳颗粒，其特征在于，其是由含有以SiO
x
(0＜x＜2)表示的氧化硅颗粒的易石墨化非晶质碳构成的含硅非晶质碳颗粒，该含硅非晶质碳颗粒为球状颗粒，该球状颗粒由中心部的核颗粒和位于该核颗粒的外侧的壳层构成，在上述核颗粒与上述壳层之间存在空隙，并且在壳层内也存在空隙。
[0019]另外，本专利技术的第2主旨在于一种含硅非晶质碳颗粒的制造方法，其用于制造第1主旨所述的含硅非晶质碳颗粒，该制造方法包括：将碳原料和硅颗粒或氧化硅颗粒以及空隙剂混合并进行干式造粒的工序；和将造粒而得到的颗粒在不活泼气体气氛下进行碳化的工序。
[0020]另外，本专利技术的第3主旨在于一种锂离子二次电池，其中，负极具有第1主旨所述的含硅非晶质碳颗粒。
[0021]专利技术效果
[0022]根据本专利技术的含硅非晶质碳颗粒，能够得到不使初始放电容量
·
初始效率降低而容量维持率优异的二次电池。
附图说明
[0023]图1是本专利技术的含硅非晶质碳颗粒的结构的概念图。
[0024]图2是表示拍摄实施例3的非晶质碳颗粒的显微镜照片的图。
[0025]图3是表示拍摄实施例3的非晶质碳颗粒的截面的显微镜照片的图。
[0026]图4是表示拍摄实施例3的非晶质碳颗粒的截面的显微镜照片的图(放大图)。
[0027]图5是表示拍摄比较例1的非晶质碳颗粒的截面的显微镜照片的图。
具体实施方式
[0028]以下，对本专利技术进行详细说明。其中，以下说明的是实施方式的一例，构成材料、构成材料或部件的形状、加工、热处理的条件等在不脱离本专利技术的主旨的范围内能够适当变更。
[0029]<含硅非晶质碳颗粒的说明>
[0030]图1表示本专利技术的含硅非晶质碳颗粒的结构的概念图。以下，使用图1对本专利技术的含硅非晶质碳颗粒的结构进行说明。其中，图1是为了容易理解本专利技术的含硅非晶质碳颗粒的结构而表示的简单概念图，并不限定于该图中记载的形状、大小。
[0031]本专利技术的含硅非晶质碳颗粒(1)具有非晶质碳，非晶质碳中包含以SiO
x
(0＜x＜2)表示的氧化硅颗粒(30)。该非晶质碳中的氧化硅颗粒例如以分散的状态存在。非晶质碳是易石墨化碳、所谓的软碳。各个含硅非晶质碳颗粒由来自原料的多个碳颗粒构成。
[0032]根据该构成，通过在非晶质碳中包含氧化硅颗粒，在用作锂离子二次电池的负极材料的情况下，能够提高初始放电容量。
[0033]本专利技术的含硅非晶质碳颗粒为球状颗粒。该球状颗粒由颗粒的中心部的核颗粒(2)和位于该核颗粒的外侧的壳层(3)构成。核颗粒以非晶质碳为主成分(非晶质碳80重量％以上)，壳层在非晶质碳中含有氧化硅颗粒。进而，在上述核颗粒与上述壳层之间存在
空隙(10)，并且在壳层内也存在空隙(20)。通过这样的结构，能够抑制发生了锂的吸藏和释放的情况下的体积变化。
[0034]在本专利技术的含硅非晶质碳颗粒中，存在于核颗粒与壳层之间的空隙(10)为月牙状，其长轴方向的长度优选为1～10μm。通过在核颗粒与壳层之间存在空隙，能够缓和Li吸藏时的SiO
x
的膨胀并维持颗粒形状。此外，短轴方向的长度优选为0.1～1μm。在本专利技术的含硅非晶质碳颗粒中，存在于壳层内的空隙(20)的长轴方向的长度优选为0.01～8μm。通过在壳层内存在空隙，能够缓和Li吸藏时的SiO
x
的膨胀，维持颗粒形状。此外，短轴方向的长度优选为0.01～0.5μm。
[0035]在本专利技术的含硅非晶质碳颗粒中，长轴方向的长度为1μm以上的空隙在每1个球状颗粒中存在20处以上，优选存在20～50处。另外，长轴方向的长度为1μm以下的空隙存在100处以上，优选存在500～1000处。
[0036]核颗粒与壳层之间存在的空隙在每1个球状颗粒中存在1处以上，优选存在5处～10处。壳层内存在的空隙在每1个球状颗粒中存在120处以上，优选存在500～1000处。
[0037]另外，在本专利技术的含硅非晶质碳颗粒中，如果氧相对于硅的摩尔比x(SiO
x
)为0.2以上且小于2.0，则能够本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种含硅非晶质碳颗粒，其特征在于：其是由含有以SiO
x
表示的氧化硅颗粒的易石墨化非晶质碳构成的含硅非晶质碳颗粒，其中，0＜x＜2，该含硅非晶质碳颗粒为球状颗粒，该球状颗粒由中心部的核颗粒和位于该核颗粒的外侧的壳层构成，在所述核颗粒与所述壳层之间存在空隙，并且在壳层内也存在空隙。2.如权利要求1所述的含硅非晶质碳颗粒，其特征在于：存在于核颗粒与壳层之间的空隙的长轴方向的长度为1～10μm，存在于壳层内的空隙的长轴方向的长度为0.01～8μm。3.一种含硅非晶质碳颗粒的制造方法，其用于制造权利要求1所述的含硅...

【专利技术属性】
技术研发人员：小林信幸，黑川晴己，
申请(专利权)人：户田工业株式会社，
类型：发明
国别省市：