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リチウム二次電池用活物質、リチウム二次電池用負極、およびリチウム二次電池

国内特許コード P100001168
整理番号 WASEDA-1129
掲載日 2010年11月4日
出願番号 特願2010-232941
公開番号 特開2012-089267
登録番号 特許第5697078号
出願日 平成22年10月15日(2010.10.15)
公開日 平成24年5月10日(2012.5.10)
登録日 平成27年2月20日(2015.2.20)
発明者
  • 逢坂 哲彌
  • 門間 聰之
  • 横島 時彦
  • 奈良 洋希
出願人
  • 学校法人早稲田大学
発明の名称 リチウム二次電池用活物質、リチウム二次電池用負極、およびリチウム二次電池
発明の概要 【課題】エネルギー密度が高く、充放電サイクル寿命の長い、リチウム二次電池用負極活物質を提供する。
【解決手段】リチウム二次電池用負極活物質12は、リチウムイオンを有する電解溶液16を用いて、電気化学的成膜法である電気めっき法により作成する。シリコンと、酸素と、炭素と、を含有するアモルファスである。炭素含有量は、10~30at%であり、SiとOとCとは均一に分散している。XPSおよびグロー放電発光分光分析による解析は活物質の結合状態は、全体に一定であり、Si-Ox-Cy(X=1.29)である。
【選択図】図1
従来技術、競合技術の概要


携帯電子機器等の電源としてリチウム二次電池が用いられている。一般的なリチウム二次電池では、負極の活物質として、黒鉛を代表とする炭素材料が用いられている。しかしながら、黒鉛からなる活物質では、リチウムがLiCの組成までしか挿入できず、理論エネルギー容量は372mAh/gである。



高容量化のために、シリコンを活物質とすると、理論エネルギー容量が4200mAh/gのリチウム電池が実現可能とされている。



しかし、シリコンを活物質とする負極は、充放電するときの大きな体積変化に伴い、活物質の脱落等が発生するため、充放電により容量が低下するという問題があった。このため、活物質の第三金属との合金化、カーボン材料とのコンポジット化、薄膜化、多孔質化および集電体の粗面化等が検討されている。



例えば、特開2009―231072号公報には、粗面化された集電体上に、薄膜形成方法により、微結晶Si活物質または非晶質Si活物質を形成したリチウム二次電池が提案されている。



また、Electrochimica Acta、2007年53巻111ページから116ページには、電析法によりシリコンを製造する方法が記載されているが、有機溶媒からポーラス状のシリコンの析出となっている。



また、Journal of the Solid State Electrochemistry, Online First、2008年12月21号には、リチウム-シリコンを活物質として負極に用いる電池が提案されている。



しかし、実用化のためには、エネルギー容量がより高く、より充放電サイクル特性の良いリチウム二次電池用活物質、リチウム二次電池用負極、およびリチウム二次電池が求められていた。



なお、特開2006―321688号公報には電析法によりシリコンを製造する方法が開示されている。上記製造方法は800~900℃において行われる溶融塩電析であり、不純物濃度が100ppm以下の高純度シリコンを得ることを目的とする。

産業上の利用分野


本発明は、シリコンを含有するリチウム二次電池用活物質および前記リチウム二次電池用活物質を有するリチウム二次電池用負極、および前記リチウム二次電池用負極を具備するリチウム二次電池に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
シリコンイオンと、酸素と、炭素とを含有する電解液から、電気化学的成膜法により作製されたアモルファス物質に、電気化学的手法によって予め酸化リチウムを生成させたリチウム二次電池用活物質であって、前記アモルファス物質は、シリコンと、酸素と、10at%以上30at%以下の炭素とを含有しシリコンと酸素との組成比がSiOx(0.5≦X≦1.5)であることを特徴とするリチウム二次電池用活物質。

【請求項2】
請求項1に記載の活物質、を有することを特徴とするリチウム二次電池用負極。

【請求項3】
請求項2に記載のリチウム二次電池用負極を具備することを特徴とするリチウム二次電池。
産業区分
  • その他電子
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2010232941thum.jpg
出願権利状態 登録
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