JP2010277989A - 非水電解液電池用負極及び非水電解液電池 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の非水電解液電池用負極は、リチウムイオンを有する非水電解液を備えた非水電解液電池に用いられる非水電解液電池用負極であって、負極は、空隙が形成された炭素質材料よりなる多孔質炭素材料と、リチウムイオンを可逆的に吸蔵放出可能な金属よりなり、空隙の内表面を含む多孔質炭素材料の表面に配された金属材料と、をもつ金属炭素複合材料を有し、金属炭素複合材料全体の質量を100mass%としたときに、多孔質炭素材料が1〜65mass%で含まれることを特徴とする。
【選択図】なし
Description
本発明の非水電解液電池用負極は、リチウムイオンを有する非水電解液を備えた非水電解液電池に用いられる負極である。そして、本発明の非水電解液電池用負極は、空隙が形成された炭素質材料よりなる多孔質炭素材料と、リチウムイオンを可逆的に吸蔵放出可能な金属よりなり、空隙の内表面を含む多孔質炭素材料の表面に配された金属材料と、をもつ金属炭素複合材料を有する。
本発明の非水電解液電池は、上記の金属炭素複合材料を負極活物質に用いること以外は従来公知の非水電解液電池と同様の構成とすることができる。すなわち、上記の非水電解液電池用負極と、正極と、リチウムイオンを含有する非水電解液と、両極の間に介在するセパレータと、を有する。
まず、CARBON47(2009)306−312に記載の方法で多孔質炭素材料を製造した。
本実施例は、金属炭素複合材料中の多孔性炭素材の割合を、1質量%とした以外は実施例1と同様に製造された負極及び電池である。本実施例において、金属炭素複合材料は平均粒径が17μmであり、多孔質炭素材料のタップ密度、細孔容積及び平均細孔径は、実施例1と同じであった。
本実施例は、金属炭素複合材料中の多孔性炭素材の割合を、10質量%とした以外は実施例1と同様に製造された負極及び電池である。本実施例において、金属炭素複合材料は平均粒径が15μmであり、多孔質炭素材料のタップ密度、細孔容積及び平均細孔径は、実施例1と同じであった。
本実施例は、多孔性炭素材料に、タップ密度が0.12g/cm3、BJH法による平均細孔径は5.1nm、細孔容積は1.65cm3/gのクラレケミカル社製活性炭、商品名:GLC−Pを用いたこと以外は実施例1と同様に製造された負極及び電池である。本実施例において、金属炭素複合材料は平均粒径が20μmであった。
本実施例は、多孔性炭素材料に、タップ密度が0.2g/cm3、BJH法による平均細孔径は7.0nm、細孔容積は2.13cm3/gのクラレケミカル社製活性炭GLC−H−Pを用いたこと以外は実施例1と同様に製造された負極及び電池である。本実施例において、金属炭素複合材料は平均粒径が20μmであった。
本実施例は、多孔性炭素材料に、タップ密度が0.15g/cm3、BJH法による平均細孔径は4.2nm、細孔容積は1.56cm3/gの二村化学社製活性炭SA1000(洗浄品)を用いたこと以外は実施例1と同様に製造された負極及び電池である。本実施例において、金属炭素複合材料は平均粒径が8μmであった。
本実施例は、以下に示す金属炭素複合材料を負極活物質に用いた以外は実施例1と同様に製造された負極及び電池である。本実施例において、金属炭素複合材料は平均粒径が15μmであり、多孔質炭素材料のタップ密度、細孔容積及び平均細孔径は、実施例1と同じであった。
本実施例は、以下に示す金属炭素複合材料を負極活物質に用いた以外は実施例1と同様に製造された負極及び電池である。本実施例において、金属炭素複合材料は平均粒径が15μmであり、多孔質炭素材料のタップ密度、細孔容積及び平均細孔径は、実施例1と同じであった。
本実施例は、以下に示す金属炭素複合材料を負極活物質に用いた以外は実施例1と同様に製造された負極及び電池である。本実施例において、金属炭素複合材料は平均粒径が15μmであり、多孔質炭素材料のタップ密度、細孔容積及び平均細孔径は、実施例1と同じであった。
本実施例は、以下に示す金属炭素複合材料を負極活物質に用いた以外は実施例1と同様に製造された負極及び電池である。本実施例において、金属炭素複合材料は平均粒径が15μmであり、多孔質炭素材料のタップ密度、細孔容積及び平均細孔径は、実施例1と同じであった。
本実施例は、以下に示す金属炭素複合材料を負極活物質に用いた以外は実施例1と同様に製造された負極及び電池である。本実施例において、金属炭素複合材料は平均粒径が15μmであり、多孔質炭素材料のタップ密度、細孔容積及び平均細孔径は、実施例1と同じであった。
本実施例は、以下に示す金属炭素複合材料を負極活物質に用いた以外は実施例1と同様に製造された負極及び電池である。本実施例において、金属炭素複合材料は平均粒径が15μmであり、多孔質炭素材料のタップ密度、細孔容積及び平均細孔径は、実施例1と同じであった。
本実施例は、以下に示す金属炭素複合材料を負極活物質に用いた以外は実施例1と同様に製造された負極及び電池である。本実施例において、金属炭素複合材料は平均粒径が15μmであり、多孔質炭素材料のタップ密度、細孔容積及び平均細孔径は、実施例1と同じであった。
本実施例は、以下に示す金属炭素複合材料を負極活物質に用いた以外は実施例1と同様に製造された負極及び電池である。本実施例において、金属炭素複合材料は平均粒径が15μmであり、多孔質炭素材料のタップ密度、細孔容積及び平均細孔径は、実施例1と同じであった。
本実施例は、以下に示す金属炭素複合材料を負極活物質に用いた以外は実施例1と同様に製造された負極及び電池である。本実施例において、金属炭素複合材料は平均粒径が15μmであり、多孔質炭素材料のタップ密度、細孔容積及び平均細孔径は、実施例1と同じであった。
負極活物質に、Sn粉末を用いたこと以外は実施例1と同様に製造された負極及び電池である。
各実施例及び比較例の負極及び電池の評価として、電池の初回放電容量及び充放電を繰り返した後の放電容量の維持率(容量維持率)を測定し、その結果を表1に示した。
Claims (16)
- リチウムイオンを有する非水電解液を備えた非水電解液電池に用いられる非水電解液電池用負極であって、
前記負極は、空隙が形成された炭素質材料よりなる多孔質炭素材料と、リチウムイオンを可逆的に吸蔵放出可能な金属よりなり、該空隙の内表面を含む該多孔質炭素材料の表面に配された金属材料と、をもつ金属炭素複合材料を有し、
該金属炭素複合材料が、該金属炭素複合材料全体の質量を100mass%としたときに、該多孔質炭素材料が1〜65mass%で含まれることを特徴とする非水電解液電池用負極。 - 前記金属材料は、Si、Ge、Sn、In、Sb、Znの元素から選ばれる少なくとも一種の金属、これらの元素から選ばれる少なくとも一種の金属を含む合金、これらの元素から選ばれる少なくとも一種の金属の酸化物、これらの化合物のいずれか一種である請求項1記載の非水電解液電池用負極。
- 前記多孔質炭素材料は、樹状体、活性炭、発泡炭素から選ばれる少なくとも1種よりなる請求項1〜2のいずれかに記載の非水電解液電池用負極。
- 前記多孔質炭素材料は、小径の細孔と、該小径の細孔より径が大きい大径の細孔と、を有する請求項1〜3のいずれかに記載の非水電解液電池用負極。
- 前記金属炭素複合材料は、前記多孔質炭素を前記金属材料の溶液に浸漬した後に、乾燥してなる請求項1〜4のいずれかに記載の非水電解液電池用負極。
- 前記金属炭素複合材料は、前記多孔質炭素を前記金属材料の溶液に浸漬した後に、該溶液中で還元してなる請求項1〜5のいずれかに記載の非水電解液電池用負極。
- 前記金属炭素複合材料は、前記多孔質炭素を前記金属材料の溶液に浸漬した後に、気相中で還元してなる請求項1〜5のいずれかに記載の非水電解液電池用負極。
- 前記金属炭素複合材料は、前記多孔質炭素と前記金属材料を圧着させ、熱処理してなる請求項1〜5のいずれかに記載の非水電解液電池用負極。
- 前記金属炭素複合材料は、還元処理してなる金属もしくは金属化合物が前記多孔質炭素に担持された請求項1〜8のいずれかに記載の非水電解液電池用負極。
- 前記金属炭素複合材料に担持された金属材料は、金属の融点が3500℃以下の金属元素から選ばれる、少なくとも一種の金属、これらの元素から選ばれる少なくとも一種の金属を含む合金、これらの化合物のいずれか一種であり、これらの金属、合金は相図において1500℃以下でリチウムと合金相を形成する請求項1〜9のいずれかに記載の非水電解液電池用負極。
- 前記金属炭素複合材料で担持された金属もしくは金属酸化物は、Sn、Si、Ag−Sn合金、Sn−Ag−Sb合金、Cu−Sn合金、Ag−Ge合金、Cu−Ge合金、Sn酸化物、Si酸化物の中から選ばれる請求項1〜10のいずれかに記載の非水電解液電池用負極。
- 前記多孔質炭素材料は、タップ密度が、0.2g/cm3以下である請求項1〜11のいずれかに記載の非水電解液電池用負極。
- 前記多孔質炭素材料は、BJH法によって求めた細孔容積が1.5cm3/g以上である請求項1〜12のいずれかに記載の非水電解液電池用負極。
- 前記多孔質炭素材料のBJH法によって求めた平均細孔径が7nm以下である請求項1〜13のいずれかに記載の非水電解液電池用負極。
- リチウムイオン電池用負極である請求項1〜14のいずれかに記載の非水電解液電池用負極。
- 請求項1〜15のいずれかに記載の非水電解液電池用負極と、正極と、リチウムイオンを含有する非水電解液と、を有することを特徴とする非水電解液電池。
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