(57)【要約】【課題】負極材料のエネルギー密度の向上。【解決手段】ナノ粒子でできた負極材料が提供され、該負極材料は、リチウム合金形成ナノ粒子と活性担持マトリックスナノ粒子の均質混合物を含む。活性担持マトリックスナノ粒子は、リチウム電池の交換反応に関与する化合物である。化合物は、好ましくは遷移金属化合物であり、該化合物は、窒化物、炭化物、酸化物またはそれらの組み合わせを含む。負極材料から製造される電極は、好ましくは５〜８０％の気孔率を有し、そしてさらに好ましくは１０〜５０％の気孔率を有する。負極材料ナノ粒子は、好ましくは２〜５００ナノメートルの平均線寸法を有し、そしてさらに好ましくは２〜５０ナノメートルの平均線寸法を有する。【選択図】図１
2008258143.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リチオ化の交換反応を受ける複数の電気化学的活性ナノ粒子と、
該活性ナノ粒子と均質に混合してリチウム電池用負極活性材料を生成する複数のリチウム合金形成ナノ粒子と、
を含んで成る、リチウム電池の負極材料。
【請求項２】
該リチウム合金形成ナノ粒子が、未リチオ化ナノ粒子である、請求項１のリチウム電池の負極材料。
【請求項３】
該リチウム合金形成ナノ粒子が、リチオ化ナノ粒子である、請求項１のリチウム電池の負極材料。
【請求項４】
該活性ナノ粒子が、遷移金属を含む、請求項１のリチウム電池の負極材料。
【請求項５】
該遷移金属が、コバルト、銅、鉄、ニッケル、マンガンおよびそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項４のリチウム電池の負極材料。
【請求項６】
該活性ナノ粒子が、未リチオ化ナノ粒子である、請求項１のリチウム電池の負極材料。
【請求項７】
該活性ナノ粒子が、リチオ化ナノ粒子である、請求項１のリチウム電池の負極材料。
【請求項８】
該複数の活性ナノ粒子の少なくとも１種が、２００ナノメートル未満の平均線寸法を有する、請求項１のリチウム電池の負極材料。
【請求項９】
該活性ナノ粒子が、金属酸化物、金属窒化物、金属硫化物、金属フッ化物、金属リン化物およびそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項１のリチウム電池の負極材料。
【請求項１０】
該活性ナノ粒子が、Ｃｏ３Ｏ４,ＣｕＯ,ＦｅＦ３,Ｃｕ３Ｎ,Ｇｅ３Ｎ４およびそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項９のリチウム電池の負極材料。
【請求項１１】
該リチウム合金形成ナノ粒子が、スズ、ケイ素、ゲルマニウム、鉛、アンチモン、アルミニウム、スズ合金およびケイ素合金からなる群から選択される組成を有する、請求項１のリチウム電池の負極材料。
【請求項１２】
該複数のマトリックスナノ粒子または複数のリチウム合金形成ナノ粒子の少なくとも一方が、１〜９９９ナノメートルの平均線寸法を有する、請求項１のリチウム電池の負極材料。
【請求項１３】
該複数のマトリックスナノ粒子または複数のリチウム合金形成ナノ粒子の少なくとも一方が、２〜５００ナノメートルの平均線寸法を有する、請求項１のリチウム電池の負極材料。
【請求項１４】
該複数のマトリックスナノ粒子または複数のリチウム合金形成ナノ粒子の少なくとも一方が、２〜５０ナノメートルの平均線寸法を有する、請求項１のリチウム電池の負極材料。
【請求項１５】
該複数のマトリックスナノ粒子または複数のリチウム合金形成ナノ粒子の少なくとも一方が、２〜２０ナノメートルの平均線寸法を有する、請求項１のリチウム電池の負極材料。
【請求項１６】
負極を生成するために、該負極活性材料が添加物をさらに含み、該添加物が、結合要素、伝導度向上剤、イオン伝導度向上剤、接着促進剤およびそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項１のリチウム電池の負極材料。
【請求項１７】
該負極活性材料および該添加物が負極を生成するために使用され、該負極が正極、セパレーターおよび電解質と組み合わされて電池を生成する、請求項１６のリチウム電池の負極材料。
【請求項１８】
複数の電気化学的活性マトリックスナノ粒子と、
該マトリックスナノ粒子と均質に混合されて負極活性材料を生成する複数のリチウム合金形成ナノ粒子と、そして
空隙容積を規定する該負極活性材料と、
を含んで成るリチウム電池の負極材料。
【請求項１９】
該空隙容積が、複数の気孔チャネルからなる、請求項１８のリチウム電池の負極材料。
【請求項２０】
該空隙容積が、複数の膨張適応気孔からなる、請求項１８のリチウム電池の負極材料。
【請求項２１】
該空隙容積が、複数の気孔チャネルおよび複数の膨張適応気孔からなる、請求項１８のリチウム電池の負極材料。
【請求項２２】
該複数の膨張適応気孔の少なくとも１つが、該孔中に少なくとも１つのリチウム合金形成ナノ粒子を含む、請求項２１のリチウム電池の負極材料。
【請求項２３】
該膨張適応気孔の平均線寸法が、未リチオ化リチウム合金形成ナノ粒子の２〜５倍の平均線寸法である、請求項２１のリチウム電池の負極材料。
【請求項２４】
該膨張適応気孔の平均線寸法が、未リチオ化リチウム合金形成ナノ粒子の２〜４倍の平均線寸法である、請求項２１のリチウム電池の負極材料。
【請求項２５】
該膨張適応気孔の平均線寸法が、未リチオ化リチウム合金形成ナノ粒子の２〜３倍の平均線寸法である、請求項２１のリチウム電池の負極材料。
【請求項２６】
負極を生成するために、該負極活性材料が添加物をさらに含み、該添加物が結合要素、伝導度向上剤、イオン伝導度向上剤、接着促進剤およびそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項１８のリチウム電池の負極材料。
【請求項２７】
該負極材料および該添加物が負極を生成するために使用され、該負極が正極、セパレーターおよび電解質と組み合わされて、電池を形成する、請求項２６のリチウム電池の負極材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
本出願は、２００７年４月３日出願の米国特許出願第１１/６９５,９７５号明細書の優先権を主張する。
本発明は、リチウムイオン電池、特にリチウムイオン電池用高性能負極材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
容積および質量上の制約が存在し続けるにもかかわらず、電池のエネルギー要求は連続して増加している。さらに、安全性、低コストおよび環境にやさしい材料への要求が増加している。これらの要求と電池の仕様とは、従来のリチウムイオン電池の薬品を使用してもかなえられない。リチウムイオン電池は、長期にわたり最適化され、そして安定なエネルギーを実証してきたにもかかわらず、これらの系は、電池の活性材料構造に可逆的に挿入および除去可能であるリチウムの量によって制限される。
【０００３】
より高い性能、安全性、低コストおよび環境にやさしい材料への要求は、新規な電池材料の開発を通してのみ達成可能である。研究者らは、炭素系の負極をスズで代替することを提案してきた。スズは、電池充電の間に、リチウムと合金になる。リチウムスズ合金は、９９３ｍＡｈ／ｇの容量に等しい、スズ原子当たり４．４リチウム原子の最大濃度を生成する。従来の炭素系の負極は、３７２ｍＡｈ／ｇの理論容量を有する。したがって、従来の炭素系負極の電池を、スズ系負極の電池で代替すると、より高いエネルギー能力を生じる。
【０００４】
研究者らは、スズ系負極の使用について２つの主な問題があることを実証した。第１の問題は少ないサイクル寿命であり、そして第２の問題はスズの乏しい利用である。少ないサイクル寿命は、充電放電サイクル数の関数としての貧弱な電池エネルギーの保存性と規定される。研究者らは、これらの問題を解決するために２つのアプローチを取った。第一は、スズと少なくとも１種の他の金属との金属間化合物を生成することによってであり、そして第２は、非電気化学的活性材料を負極複合物に加えることによる。しかし、従前の研究者らは、リチウムスズ電池の貧弱な性能の基本的な原因となっている、１）充電の際のリチウムとスズとの合金化から生じるスズリチウム粒子の大きな容積膨張；および２）前記の容積膨張中のスズ凝集体の分解、に取り組むことに失敗している。容積膨張は、次のサイクルの間にマトリックスからスズ粒子の分離を生じ、そしてスズ凝集体の破壊は、露出された未使用の表面積を有する微粒子を生じることとなる。この未使用の表面積は、マトリックスと接触しておらず、従ってマトリックスからのスズ粒子の分離のように、電池の容量の減少を生じる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
リチオ化されたリチウム合金形成粒子の容積膨張を適切に説明するための膨張適応気孔の使用は、米国特許出願第ｌｌ/４６３,３９４号明細書に開示され、参照することにより全体を本明細書中に取り込む。しかし、該ナノサイズのマトリックスがナノサイズのスズ粒子と均質に混合されるといった、電池の電気化学反応に関与するためのマトリックスの使用は、適切に取り組まれてこなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
リチウム合金形成ナノ粒子と活性担持マトリックスナノ粒子との均質な混合物を含む、ナノ粒子でできた負極材料が、提供される。活性担持マトリックスのナノサイズの粒子は、”リチウムへの酸化銅の電気化学性能における粒径効果、”Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｓｏｃｉｅｔｙ、Ｇｒｕｇｅｏｎ、Ｌａｒｕｅｌｌｅ、Ｈｅｒｒｅｒａ−Ｕｒｂｉｎａ、Ｄｕｐｏｎｔ、Ｐｏｉｚｏｔ、ａｎｄ  Ｔａｒａｓｃｏｎ、１４８  （４）、ｐｐ．Ａ２８５（２００１）に記載されたように、リチウムとの反応で（合金化または挿入の代わりに）いわゆる「交換」メカニズムを受ける化合物を含む。該化合物は、具体的にコバルト、銅、鉄、ニッケルまたはマンガンを含む遷移金属を好ましくは含み、そしてさらに好ましくは、該化合物は、遷移金属の酸化物、遷移金属の窒化物、遷移金属の炭化物、遷移金属の硫化物およびそれらの組み合わせ、例えば酸化銅（ＣｕＯ）である。活性担持マトリックスのナノサイズの粒子は、リチウムとの反応で、遷移金属に加えて酸化リチウム、窒化リチウム、炭化リチウムまたは硫化リチウムを含む最終生産物との交換反応を受ける。例えば、ＣｕＯ活性担持マトリックスの場合、交換反応は次のようであろう：
【０００７】
ＣｕＯ＋２Ｌｉ＋＋２ｅ−→Ｌｉ２Ｏ＋Ｃｕ
【０００８】
負極材料から製造される電極は、好ましくは５〜８０％の気孔率を有し、そしてさらに好ましくは１０〜５０％の気孔率を有する。負極材料ナノ粒子は、好ましくは２〜５００ナノメートルの平均線寸法を有し、そしてさらに好ましくは２〜５０ナノメートルの平均線寸法を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の第１の態様により、図１は、非充電状態における高性能負極材料１０を具体的に示す。負極材料１０は、複数の活性担持マトリックスナノ粒子１００および複数のリチウム合金形成ナノ粒子２００を含む。好ましくは、マトリックスナノ粒子１００とリチウム合金形成ナノ粒子２００とは、共に均質に混合される。気孔３００は、典型的には材料ナノ粒子１００と２００との間に存在し、そして空隙容積は、負極材料１０内の全ての気孔によって規定される。
【００１０】
ナノ粒子またはナノサイズの粒子は、本発明の目的のために、本明細書中で、ナノメートル（ｎｍ）で測定された直径を有し、そして９９９ナノメートル以下の、少なくとも１つの直径を有する微小粒子として規定される。活性担持マトリックスのナノサイズの粒子は、リチウムとの反応において（合金化または挿入の代わりに）、"リチウムへの酸化銅の電気化学性能での粒径効果"、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｓｏｃｉｅｔｙ、Ｇｒｕｇｅｏｎ、Ｌａｒｕｅｌｌｅ、Ｈｅｒｒｅｒａ−Ｕｒｂｉｎａ、Ｄｕｐｏｎｔ、Ｐｏｉｚｏｔ、およびＴａｒａｓｃｏｎ、１４８（４）、ｐｐ.Ａ２８５（２００１）に記載されたいわゆる'交換'メカニズムを受ける化合物を含む。
【００１１】
該化合物は、具体的にコバルト、銅、鉄、ニッケルまたはマンガンを含む遷移金属を好ましくは含み、そしてさらに好ましくは、該化合物は、遷移金属の酸化物、遷移金属の窒化物、遷移金属の炭化物、遷移金属の硫化物およびそれらの組み合わせ、例えば酸化銅（ＣｕＯ）である。活性担持マトリックスのナノサイズの粒子は、リチウムとの反応で、遷移金属に加え酸化リチウム、窒化リチウム、炭化リチウムまたは硫化リチウムを含む最終生産物で交換反応を受ける。例えば、ＣｕＯ活性担持マトリックスの場合は、交換反応は次のようであろう：
ＣｕＯ＋２Ｌｉ＋＋２ｅ−→Ｌｉ２Ｏ＋Ｃｕ
具体的には電圧、容量、伝導度およびそれらの組み合わせを含む、活性担持マトリックスナノ粒子１００の電気化学的特性および熱的特性は、プロセスパラメーターおよび／または該ナノ粒子の化学的組成を変更することにより調整される。
【００１２】
リチウム合金形成ナノ粒子２００は、具体的にスズ、ケイ素、ゲルマニウム、鉛、アンチモン、アルミニウム、スズ合金およびケイ素合金を含む、リチウムで合金化される任意の金属または化合物であることができる。説明のためだけに示すと、化合物は、スズの多成分（二成分、三成分など）の合金系を含み、そしてケイ素合金は、ケイ素の多成分（二成分、三成分など）の合金系を含む。さらに、リチウム合金形成ナノ粒子２００は、好ましくは結晶ナノ粒子であり、結晶は長い範囲にわたって結晶配列を示す材料として規定される。別の方法では、リチウム合金形成ナノ粒子２００は、アモルファスである。
【００１３】
図１に示された活性担持マトリックスナノ粒子１００およびリチウム合金形成ナノ粒子２００は、代表的な非球状粒子であるにもかかわらず、負極材料ナノ粒子５０は、具体的に回転楕円体および多面体を含む球状または任意の非球状もしくは多面体の形であることができ、さらに、図１に示されたリチウム合金形成ナノ粒子２００は、非リチオ化（ｎｏｎ−ｌｉｔｈｉａｔｅｄ）粒子を表す。未リチオ化（ｕｎｌｉｔｈｉａｔｅｄ）粒子としても公知の非リチオ化粒子は、まだリチウムと合金化されていない、またはリチウムを除いて脱合金化（ｄｅ−ａｌｌｏｙｅｄ）されたリチウム合金形成ナノ粒子２００として、本発明において規定される。理論に拘束されることなく、本発明者らは、リチウムとの合金化で、リチウム合金形成ナノ粒子２００は、未リチオ化状態の場合におけるそれらのサイズの２〜５倍に膨張すると考える。
【００１４】
球状リチウム合金形成粒子２００の容積膨張は、粒子の半径の３乗に比例する。従ってリチウム合金形成ナノ一次粒子２００は、全体的な容積膨張を最小化する。この発明の目的のために、"一次粒子"の語は、個々のリチウム合金形成ナノ粒子２００をいう。さらに、（示されていない）リチウム合金形成ナノ二次粒子が、負極材料１０内に入れられていてもよく、ここで"二次粒子"は、一次粒子２００の凝集を示す。従って、リチウム合金形成ナノ粒子２００は、リチウム合金形成ナノ一次粒子および／またはリチウム合金形成二次粒子を含むことができる。
【００１５】
リチウム合金形成粒子２００は、好ましくは活性担持マトリックスナノ粒子１００と、ナノ分散し、且つ均質に混合している。負極材料ナノ粒子は、１〜９９９ｎｍの平均線寸法を有するマトリックスナノ粒子１００またはリチウム合金形成粒子２００の少なくとも一方を有する。この発明の目的のために、"平均線寸法”の語は、粒子の３つの寸法を表す３つの直交軸、例えばＸ、ＹおよびＺ軸の平均を言う。好ましくは、負極材料ナノ粒子は、２〜５００ｎｍの平均線寸法を有する、マトリックスナノ粒子１００またはリチウム合金形成粒子２００の少なくとも一方を有する。またさらに好ましくは、ナノ粒子５０は、２〜５０ｎｍ平均線寸法を有する、マトリックスナノ粒子１００またはリチウム合金形成粒子２００の少なくとも一方を有する。そしてまたさらに好ましくは、材料ナノ粒子５０は、２〜２０ｎｍの平均線寸法を有するマトリックスナノ粒子１００またはリチウム合金形成粒子２００の少なくとも一方を有する。
【００１６】
負極材料１０は、典型的には多孔性であり、好ましくは気孔３００によって与えられる５〜８０％の空隙容積を有する。さらに好ましくは、空隙容積は、１０〜５０％である。負極材料ナノ粒子５０の間にある気孔３００は、好ましくは隣接した材料ナノ粒子５０との間に存在する気孔チャネル（ｐｏｒｏｓｉｔｙ  ｃｈａｎｎｅｌ）の形態であり、そしてそこを通過するリチウムイオンの拡散を可能にする。リチウム合金形成ナノ粒子２００がリチウムと合金化して、リチオ化リチウム合金ナノ粒子を生成する場合、気孔３００は、変化の間リチウム合金形成ナノ粒子２００の容積膨張に適応して助けとなる。
【００１７】
本発明の負極材料１０を使用する電池の放電において、リチウムは、リチオ化ナノ粒子から脱合金する。これまで記載された本発明は、活性担持マトリックスナノ粒子１００（図１）と均質に混合したリチウム合金形成ナノ粒子２００で当初製造される負極材料１０を具体的に示すが、負極材料１０は、プレリチオ化ナノ粒子としても公知の、リチオ化ナノ粒子２１０で当初製造でき、図２に示すように活性担持マトリックスナノ粒子１００と均質に混合される。代わりに、活性担持マトリックスナノ粒子１００はプレリチオ化でき、そして未リチオ化リチウム合金形成ナノ粒子２００と混合され、またはプレリチオ化活性担持マトリックスナノ粒子１００は、プレリチオ化リチウム合金形成ナノ粒子２１０と混合できる。
【００１８】
本発明の第２の態様において、未充電状態の負極材料２０は、好ましくは気孔チャネルの形態の気孔３００、および米国特許出願公開第ｌｌ/４６３,３９４号明細書において教示され、そして概して図３に全体的に示されるような膨張適応気孔３１０内に含まれる少なくとも１つのリチウム合金形成ナノ粒子２００を好ましくは含む。好ましくは、リチウム合金形成ナノ粒子２００は同一の粒径範囲、および上記で説明した本発明の第１の態様におけるリチウム合金形成ナノ粒子としての特徴を有する。
【００１９】
第２の態様を参照すると、１〜９９９ｎｍの平均線寸法を有するリチウム合金形成ナノ粒子２００は、好ましくは２ｎｍ〜５ミクロン（μｍ）の平均線寸法を有する膨張適応気孔３１０を有する。さらに好ましくは２〜５００ｎｍの平均線寸法を有するリチウム合金形成ナノ粒子２００は、４ｎｍ〜２.５μｍの平均線寸法の膨張適応気孔３１０を有する。またさらに好ましくは、２〜５０ｎｍの平均線寸法を有するリチウム合金形成ナノ粒子２００は、４〜２５０ｎｍの平均線寸法の膨張適応気孔３１０を有する。そしてまたさらに好ましくは、２〜２０ｎｍの平均線寸法を有するリチウム合金形成ナノ粒子２００は、４〜１００ｎｍの平均線寸法の膨張適応気孔３１０を有する。
【００２０】
膨張適応気孔３１０の平均線寸法は、好ましくはリチウム合金形成ナノ粒子２００の２〜５倍の平均線寸法である。さらに好ましくは、膨張適応気孔３１０の平均線寸法は、好ましくはリチウム合金形成粒子２００の２〜４倍の平均線寸法である。最も好ましくは、膨張適応気孔３１０の平均線寸法は、好ましくはリチウム合金形成粒子２００の２〜３倍の平均線寸法である。
【００２１】
これまで記載された第２の態様で、負極材料２０は、活性マトリックスナノ粒子１００と均質に混合した未リチオ化リチウム合金形成粒子２００で当初製造され、そして膨張適応気孔３４０内に含まれると具体的に示したが、負極材料２０は、リチオ化リチウム合金形成粒子で当初製造できる。
【００２２】
負極材料２０は、非常に多孔性であることができ、好ましくは気孔３００によって与えられる５〜８０％の空隙容積およびそこに含まれる膨張適応気孔３１０を含む。さらに好ましくは、ボイド空間は１０〜５０％である。
【００２３】
初期の処理での、負極材料１０または２０内のナノサイズのリチウム合金形成ナノ粒子２００の取り込みに換えて、具体的にＳｎＣｌ２を含むリチウム合金形成ハロゲン化物を、材料１０または２０内に取り込み可能であり、そしてその後に比較的低温、例えば室温で要素ナノ粒子に還元される。この方法を使用するリチウム合金形成ナノ粒子２００の生産は、２〜１００ナノメートルの平均線寸法のナノ粒子を与えることができる。さらに、リチウム合金形成ナノ粒子２００は、単一のまたはマルチステップの手順を使用する任意の物理的、化学的または物理化学的方法によって、活性担持マトリックスナノ粒子１００と均質に混合可能である。物理的方法は、ボールミル粉砕または他の物理的混合技術からなることができる。化学的方法は、制御された温度プログラム、制御された雰囲気およびそれらの組み合わせ下の化学反応からなることができる。物理化学的方法は、化学気相堆積（ＣＶＤ）工程からなることができる。代わりに、化学的、物理的および物理化学的方法の組み合わせを使用してもよい。さらに、活性担持マトリックスナノ粒子１００は、リチウム合金形成ナノ粒子２００と独立して生成されてもよく、または粒子とｉｎ  ｓｉｔｕで合成されてもよい。
【００２４】
負極材料１０または２０から電極を与えるために、例えば結合要素を使用して、当業者に公知の方法および工程を使用して、負極材料ナノ粒子は電極マトリックス中で共に結合され、そして図４に示されるような集電板上に置かれる。結合要素は、好ましくは接着促進剤を含む。電極は、電子伝導、イオン伝導および／または接着を促進する追加要素を含んでもよい。具体的に説明する目的のみだが、材料ナノ粒子は、電極マトリックス内への封入、電極マトリックス内への巻き込み、電極マトリックスとの化学的結合およびそれらいずれかの組み合わせであることができる。この様に本発明の負極材料は、改善された充電式リチウム電池を与える。本発明中で図に示されずまた記載されなかったが、上記に記載された高性能負極材料を使用する電池は、電解質、正極およびセパレーターも含むであろう。電解質は、液体、ゲルまたは固体であることができ、そしてリチウム塩を含んでもよい。
【実施例】
【００２５】
具体的に説明する目的のみで、本発明の生成および性能に関する例が提供される。
【００２６】
例１：
高表面積のコバルトオキサイド（Ｃｏ３Ｏ４）ナノ粒子を、炭酸コバルトを８００℃で８時間分解して製造した。Ｃｏ３Ｏ４ナノ粒子を次にＳｎＣｌ２を含有するエタノールの溶液中に入れ、表面ナノ粒子上にＳｎ２＋イオンの吸収を生じた。Ｓｎ２＋イオンの低温還元に続きろ過し、そしてＳｎおよびＣｏ３Ｏ４ナノ粒子の生成された混合物を洗浄した。
【００２７】
ＳｎとＣｏ３Ｏ４ナノ粒子との均質な混合物で生成された電極の負極の容量を、Ｓｎナノ粒子のみでできた電極と比較した。図５に、Ｓｎナノ粒子の負極の負極容量のプロットを示す。この図に示すように、材料の容量は、約３０サイクル後に負極材料で２００ｍＡｈ／ｇまで減少する。対照的に、図６は、ＳｎおよびＣｏ３Ｏ４ナノ粒子の負極の負極容量のプロットを示し、３０周期後に、負極容量は、負極材料で依然４００ｍＡｈ／ｇ超である。従ってＳｎナノ粒子単独で製造された負極に比較した場合、性能における２つの因子の増加が、本発明によって製造された負極材料によって与えられる。
【００２８】
本発明は、具体的に説明された上記の例に制限されない。例は、発明の範囲の制限として意図しない。本願中に記載された方法、装置、組成物およびその同類のものは、例示的であり、そして本発明の範囲の限界として意図しない。それらの変更および他の使用を、当業者は考えつくであろう。本発明の範囲は請求項の範囲によって規定される。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１は、本発明の第１の態様による負極材料を具体的に示す；
【図２】図２は、本発明の第１の態様による負極材料を具体的に示す；
【図３】図３は、本発明の第２の態様による負極材料を具体的に示す；
【図４】図４は、集電板上に置かれた本発明の第１の態様による負極材料を具体的に示す；
【図５】図５は、ナノサイズの粒子の負極容量を具体的に示す；そして
【図６】図６は、活性担持マトリックスのＳｎおよびＣｏ３Ｏ４ナノサイズ粒子の負極の容量を具体的に示す。
【図１】
2008258143.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2008258143.tif 000007
【図６】
2008258143.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成20年5月29日(2008.5.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】
研究者らは、スズ系負極の使用について２つの主な問題があることを実証した。第１の問題は少ないサイクル寿命であり、そして第２の問題はスズの乏しい利用である。少ないサイクル寿命は、充電放電サイクル数の関数としての貧弱な電池エネルギーの保存性と規定される。研究者らは、これらの問題を解決するために２つのアプローチを取った。第一は、スズと少なくとも１種の他の金属との金属間化合物を生成することによってであり、そして第２は、非電気化学的活性材料を負極複合物に加えることによる。しかし、従前の研究者らは、リチウムスズ電池の貧弱な性能の基本的な原因となっている、１）充電の際のリチウムとスズとの合金化から生じるスズリチウム粒子の大きな容積膨張；および２）前記の容積膨張中のスズ凝集体の分解、に取り組むことに失敗している。容積膨張は、次のサイクルの間にマトリックスからスズ粒子の分離を生じ、そしてスズ凝集体の破壊は、露出された未使用の表面積を有する微粒子を生じることとなる。この未使用の表面積は、マトリックスと接触しておらず、従ってマトリックスからのスズ粒子の分離のように、電池の容量の減少を生じる。
【特許文献１】ＵＳ６５２４７４４Ｂ１：遷移金属の酸化物等に分散したＳｎ等の活物質を用いた電池が記載されている。
【外国語明細書】
2008258143000001.pdf