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非水電解質(zhì)二次電池用負(fù)極活性物質(zhì)、使用該負(fù)極活性物質(zhì)的非水電解質(zhì)二次電池用負(fù)...的制作方法_2

文檔序號:9355449閱讀:來源:國知局
>[0036] 從高容量化的觀點(diǎn)考慮,基體顆粒14的平均粒徑優(yōu)選為1~15 μ m,更優(yōu)選為4~ 10 μπ?。本說明書中"平均粒徑"是指用激光衍射散射法測定的粒度分布中體積累積值為 50%的粒徑(體積平均粒徑;DvJ。Dv m例如可以使用HORIBA制造的"LA-750"來測定。 需要說明的是,若基體顆粒14的粒徑變得過小,則顆粒表面積變大,因而存在與電解質(zhì)的 反應(yīng)量增大而使容量降低的傾向。另一方面,若粒徑變得過大,則存在Li +無法擴(kuò)散至SiO χ 的中心附近,容量降低,負(fù)荷特性變差的傾向。
[0037] 覆蓋層15為由導(dǎo)電性碳材料(以下,簡稱為"碳材料")構(gòu)成的導(dǎo)電層。覆蓋層 15由結(jié)晶性低、電解液的浸透性高的碳材料構(gòu)成是優(yōu)選的。這樣的碳材料例如可以以煤焦 油、瀝青、萘、蒽、菲等,優(yōu)選以煤系煤焦油、石油系瀝青作為原料來形成。碳材料的比電阻值 優(yōu)選為IOk Ω cm以下,更優(yōu)選為5k Ω cm以下。
[0038] 考慮到確保導(dǎo)電性以及Li+向作為基體顆粒14的SiOJ^擴(kuò)散性,覆蓋層15的平 均厚度優(yōu)選為1~200nm,更優(yōu)選為5~100nm。另外,覆蓋層15遍及其整個(gè)區(qū)域而具有大 致均勻的厚度是優(yōu)選的。覆蓋層15的平均厚度可以通過使用掃描電子顯微鏡(SEM)、TEM 等的負(fù)極活性物質(zhì)顆粒13a的截面觀察來測量。需要說明的是,若覆蓋層15的厚度變得過 薄,則導(dǎo)電性降低,而且變得難以均勻地覆蓋基體顆粒14。另一方面,若覆蓋層15的厚度變 得過厚,則存在Li +向基體顆粒14的擴(kuò)散受阻而使容量降低的傾向。
[0039] 對于負(fù)極活性物質(zhì)顆粒13a,將利用紅外光譜測定(以下,稱為"IR測定")得到的 600cm 1~1400cm 1的紅外吸收光譜(以下,稱為"規(guī)定IR光譜")的最大峰強(qiáng)度I _設(shè)為I 時(shí)的900cm 1處的強(qiáng)度19。。為0. 30以上,并且利用拉曼光譜測定得到的拉曼光譜的1360cm 1 附近的峰的半高寬為IOOcm1以上。另一方面,碳覆蓋SiOx顆粒100的規(guī)定IR光譜如后述 比較例所示的那樣,1 9。。/1_不足〇· 30。
[0040] 碳覆蓋SiOx顆粒100的規(guī)定拉曼峰如后述比較例所示的那樣,半高寬不足 100cm 1O
[0041] 即,負(fù)極活性物質(zhì)顆粒13a的規(guī)定IR光譜的900cm 1處的強(qiáng)度19。。相對于最大峰強(qiáng) 度1_的比率、即強(qiáng)度比(I 9。。/1_)為0. 30以上。與圖4所示現(xiàn)有的碳覆蓋SiOx顆粒100 相比,負(fù)極活性物質(zhì)顆粒13a的強(qiáng)度比(19。。/1_)高,優(yōu)選規(guī)定IR光譜的最大峰的半高寬 寬。需要說明的是,在負(fù)極活性物質(zhì)顆粒13a和碳覆蓋SiO x顆粒100的規(guī)定IR光譜中觀 測到例如在950cm1~IlOOcm 1處具有峰頂(Imax)的最大峰。
[0042] 負(fù)極活性物質(zhì)顆粒13a的規(guī)定IR光譜顯示出基體顆粒14的Si與0的鍵合狀態(tài)。 艮P,負(fù)極活性物質(zhì)顆粒13a與碳覆蓋SiO x顆粒100的規(guī)定IR光譜的形狀(強(qiáng)度比(I 1_))不同意味著基體顆粒14與SiOx顆粒101的Si與0的鍵合狀態(tài)不同。具體而言,可 以推測為,與SiO x顆粒101相比,基體顆粒14的Si與0的鍵合狀態(tài)模糊,即鍵合強(qiáng)度的偏 差大。
[0043] 負(fù)極活性物質(zhì)顆粒13a通過具備上述Si與0的鍵合狀態(tài)以及電解液浸透性高的 覆蓋層15這種特征結(jié)構(gòu),可以使后述表面覆膜16形成于基體顆粒14的表面,從而提高循 環(huán)特性。這里,通過強(qiáng)度比(1 9。。/1_)來確定負(fù)極活性物質(zhì)顆粒13a的構(gòu)成的理由是由于強(qiáng) 度比(19。。/1_)不易隨覆蓋層15形成時(shí)的熱處理?xiàng)l件等而變動。需要說明的是,規(guī)定IR光 譜的最大峰的半高寬根據(jù)該熱處理?xiàng)l件等而稍微變動(參照圖6)。
[0044] 在負(fù)極活性物質(zhì)顆粒13a的規(guī)定IR光譜中,強(qiáng)度比(19。。/1_)為0. 3以上,優(yōu)選為 0. 35以上,更優(yōu)選為0. 35~0. 45。若強(qiáng)度比(19。。/1_)在該范圍內(nèi),則容易形成良好的表 面覆膜16,能夠?qū)崿F(xiàn)循環(huán)特性的改善。
[0045] 負(fù)極活性物質(zhì)顆粒13a的規(guī)定IR光譜可以使用市售的IR測定裝置來測定。作為 適宜的IR測定裝置,可以例示出Perkin Elmer公司制造的"Spectrum One"。作為測定方 法,優(yōu)選使用石蠟糊法或KBr法。需要說明的是,根據(jù)任意的測定方法得到的結(jié)果是相同 的。
[0046] 能夠得到上述特征性的規(guī)定IR光譜的基體顆粒14可以通過例如將Si和SiO2W 0. 5 :1. 5~1. 5 :0. 5的摩爾比、優(yōu)選大致以1 :1混合,在減壓下、750°C~1150°C、優(yōu)選為 800°C~1100°C下加熱處理來制作。通過該加熱處理可以得到多晶310 :(塊,而通過對其進(jìn) 行粉碎分級而能夠制作例如平均粒徑為1~15 μπι的SiOx顆粒(基體顆粒14)。
[0047] 負(fù)極活性物質(zhì)顆粒13a如上所述,通過拉曼光譜測定得到的拉曼光譜的1360cm 1 附近的峰的半高寬為IOOcm1以上。這里,1360cm 1附近的峰是指1360cm 1處存在峰時(shí)為該 峰,1360cm1處不存在峰時(shí)為峰頂最接近1360cm 1的峰。以下,將拉曼光譜的1360cm 1附近 的峰稱為"規(guī)定拉曼峰"。
[0048] 通過負(fù)極活性物質(zhì)顆粒13a的規(guī)定拉曼峰能夠確認(rèn)構(gòu)成覆蓋層15的碳材料的結(jié) 晶性。即,負(fù)極活性物質(zhì)顆粒13a與碳覆蓋SiO x顆粒100的規(guī)定拉曼峰的形狀不同意味著 構(gòu)成覆蓋層15的碳材料與構(gòu)成覆蓋層102的碳材料的結(jié)晶性不同。具體而言,由于負(fù)極活 性物質(zhì)顆粒13a的規(guī)定拉曼峰的半高寬寬至IOOcm 1以上,因此可以說構(gòu)成覆蓋層15的碳 材料比構(gòu)成覆蓋層102的碳材料的結(jié)晶性低。
[0049] 需要說明的是,覆蓋層15不易發(fā)生充放電時(shí)基體顆粒14的體積變化引起的龜裂。 另一方面,碳覆蓋SiO x顆粒100的覆蓋層102容易發(fā)生基體顆粒14的體積變化引起的龜裂 102r。該差異是構(gòu)成覆蓋層的碳材料的結(jié)晶性的不同導(dǎo)致的。而且,與覆蓋層102相比,覆 蓋層15的電解液的浸透性高。認(rèn)為在碳覆蓋SiO x顆粒100中,在產(chǎn)生龜裂102r的位置局 部性地SiOx顆粒101與電解液直接接觸,與此相對,在負(fù)極活性物質(zhì)顆粒13a中,浸透了覆 蓋層102的電解液與基體顆粒14的表面整體均勻地接觸。
[0050] 在負(fù)極活性物質(zhì)顆粒13a的規(guī)定拉曼峰中,半高寬為IOOcm 1以上,優(yōu)選為120cm 1 以上,更優(yōu)選為120cm1~170cm 1C3若規(guī)定拉曼峰的半高寬在該范圍內(nèi),則容易形成良好的 表面覆膜16,能夠?qū)崿F(xiàn)循環(huán)特性的改善。
[0051] 負(fù)極活性物質(zhì)顆粒13a的拉曼光譜可以使用市售的拉曼光譜測定裝置來測定。作 為適宜的拉曼光譜測定裝置,可以例示出HORIBA制造的顯微激光拉曼光譜裝置"Lab RAM ARAMIS"。
[0052] 能夠得到上述特征性的規(guī)定拉曼峰的覆蓋層15例如可以在煤焦油等溶液中浸漬 作為覆蓋對象的基體顆粒14后,在非活性氣氛中進(jìn)行高溫處理來制作。此時(shí)的熱處理溫度 優(yōu)選為900°C~IKKTC左右。
[0053] 如上所述,負(fù)極活性物質(zhì)顆粒13a的規(guī)定IR光譜的強(qiáng)度比(19。。/1_)為0. 30以 上,并且規(guī)定拉曼峰的半高寬為IOOcm 1以上。由此認(rèn)為基體顆粒14的與電解液的反應(yīng)性 以及覆蓋層15的電解液浸透性均變高。而且,由于這樣的特性,在基體顆粒14的表面可以 形成均勻的表面覆膜16。
[0054] 表面覆膜16的存在可以通過負(fù)極活性物質(zhì)顆粒13a的截面SEM圖像來確認(rèn)。認(rèn) 為表面覆膜16例如為初次充電時(shí)電解液還原分解而在基體顆粒14的表面形成的鋰離子傳 導(dǎo)性的所謂SEI覆膜。SEI覆膜具有保護(hù)活性物質(zhì)表面、抑制之后的充放電時(shí)與電解液的副 反應(yīng)的作用。負(fù)極活性物質(zhì)顆粒13a通
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