JPH11214004A - 非水電解質二次電池用負極材料とその負極材料を用いた負極を備えた非水電解質二次電池 - Google Patents
非水電解質二次電池用負極材料とその負極材料を用いた負極を備えた非水電解質二次電池Info
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- JPH11214004A JPH11214004A JP10018596A JP1859698A JPH11214004A JP H11214004 A JPH11214004 A JP H11214004A JP 10018596 A JP10018596 A JP 10018596A JP 1859698 A JP1859698 A JP 1859698A JP H11214004 A JPH11214004 A JP H11214004A
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 高容量でサイクル特性が優れた、さらに安全
性の高い非水電解質二次電池を提供することを目的とす
るものである。 【解決手段】 非水電解質二次電池の負極材料として、
炭素粒子の界面において、リチウムと合金を形成するこ
とができる金属、もしくはリチウムと合金を形成するこ
とができる金属を含む２種類以上の元素からなる合金ま
たは酸化物または窒化物が、炭素との反応により炭化物
を形成し、炭素粒子と化学結合の状態にある炭素と金属
もしくは合金または酸化物または窒化物の複合材料を用
いる。
性の高い非水電解質二次電池を提供することを目的とす
るものである。 【解決手段】 非水電解質二次電池の負極材料として、
炭素粒子の界面において、リチウムと合金を形成するこ
とができる金属、もしくはリチウムと合金を形成するこ
とができる金属を含む２種類以上の元素からなる合金ま
たは酸化物または窒化物が、炭素との反応により炭化物
を形成し、炭素粒子と化学結合の状態にある炭素と金属
もしくは合金または酸化物または窒化物の複合材料を用
いる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、非水電解質二次電
池に関するものである。
池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】非水電解質二次電池は、小型，軽量でか
つ高エネルギー密度を有しているため、使用する機器の
ポータブル化，コードレス化に寄与することが期待され
ている。
つ高エネルギー密度を有しているため、使用する機器の
ポータブル化，コードレス化に寄与することが期待され
ている。
【０００３】従来、非水電解質二次電池の正極活物質と
しては、ＬｉＣｏＯ2 ，ＬｉＮｉＯ 2 ，ＬｉＭｎ
2Ｏ4 ，Ｖ2Ｏ5 等の金属酸化物が知られており、一方、
負極活物質としては、金属リチウム，Ｌｉ−Ａｌ合金，
Ｌｉ−Ｐｂ合金等が考えられたが、充放電サイクルを繰
り返すと、デンドライト状のリチウムが析出，成長し、
最後にはセパレータを貫き正負極の短絡をもたらすこと
があり、実用化には到っていない。
しては、ＬｉＣｏＯ2 ，ＬｉＮｉＯ 2 ，ＬｉＭｎ
2Ｏ4 ，Ｖ2Ｏ5 等の金属酸化物が知られており、一方、
負極活物質としては、金属リチウム，Ｌｉ−Ａｌ合金，
Ｌｉ−Ｐｂ合金等が考えられたが、充放電サイクルを繰
り返すと、デンドライト状のリチウムが析出，成長し、
最後にはセパレータを貫き正負極の短絡をもたらすこと
があり、実用化には到っていない。
【０００４】そこで、安全上の理由から、リチウムを吸
蔵したり放出することが可能で、サイクル特性に優れた
黒鉛等の炭素材料が一部で実用化されている。
蔵したり放出することが可能で、サイクル特性に優れた
黒鉛等の炭素材料が一部で実用化されている。
【０００５】さらに、炭素材料の充放電容量の高容量化
のために、特開平５−２９９０７３号公報に開示されて
いるように、芯を形成する高結晶炭素粒子の表面をＶＩ
ＩＩ族の金属元素を含む膜で被覆し、さらにその上を炭
素で被覆した炭素複合体や、特開平２−１２１２５８号
公報に開示されているように炭素物質とリチウムと合金
可能な金属との混合物が知られている。
のために、特開平５−２９９０７３号公報に開示されて
いるように、芯を形成する高結晶炭素粒子の表面をＶＩ
ＩＩ族の金属元素を含む膜で被覆し、さらにその上を炭
素で被覆した炭素複合体や、特開平２−１２１２５８号
公報に開示されているように炭素物質とリチウムと合金
可能な金属との混合物が知られている。
【０００６】また、特開平８−２７３７０２号公報に開
示のように、炭素粒子にリチウムと合金を形成する金属
を担持させることにより、高容量，充放電サイクル特性
の優れたリチウム二次電池が知られている。
示のように、炭素粒子にリチウムと合金を形成する金属
を担持させることにより、高容量，充放電サイクル特性
の優れたリチウム二次電池が知られている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかし、特開平５−２
９９０７３号公報，特開平２−１２１２５８号公報に開
示のものでは、炭素に金属を被覆することで炭素自体の
理論容量が引き出されておらず、出力密度が充分ではな
かった。また、特開平８−２７３７０２号公報に開示の
ものでは、炭素にリチウムと合金可能な金属微粒子を担
持することで、容量を黒鉛よりも大きく、充放電サイク
ル特性は向上させているが、依然として電気自動車用電
池としては容量，サイクル特性において不充分であり、
さらに安全性の面においても問題があった。
９９０７３号公報，特開平２−１２１２５８号公報に開
示のものでは、炭素に金属を被覆することで炭素自体の
理論容量が引き出されておらず、出力密度が充分ではな
かった。また、特開平８−２７３７０２号公報に開示の
ものでは、炭素にリチウムと合金可能な金属微粒子を担
持することで、容量を黒鉛よりも大きく、充放電サイク
ル特性は向上させているが、依然として電気自動車用電
池としては容量，サイクル特性において不充分であり、
さらに安全性の面においても問題があった。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記する課題
を解決するために、炭素粒子界面において、リチウムと
合金を形成することができる金属、もしくはリチウムと
合金を形成することができる金属を含む２種類以上の元
素からなる合金または酸化物または窒化物が、炭素との
反応により炭化物を形成し、炭素粒子と化学結合の状態
にあるものを非水電解質二次電池用負極材料としたもの
で、その非水電解質二次電池用負極材料を負極に用いる
ことにより、高容量でサイクル特性に優れ、さらに安全
性が高い非水電解質二次電池を提供しようとするもので
ある。
を解決するために、炭素粒子界面において、リチウムと
合金を形成することができる金属、もしくはリチウムと
合金を形成することができる金属を含む２種類以上の元
素からなる合金または酸化物または窒化物が、炭素との
反応により炭化物を形成し、炭素粒子と化学結合の状態
にあるものを非水電解質二次電池用負極材料としたもの
で、その非水電解質二次電池用負極材料を負極に用いる
ことにより、高容量でサイクル特性に優れ、さらに安全
性が高い非水電解質二次電池を提供しようとするもので
ある。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明は、各請求項に記載した構
成とすることにより実施できるのであるが、その実施形
態を理解し易くするために、以下に本発明の技術の特徴
とする技術的背景を明示する。
成とすることにより実施できるのであるが、その実施形
態を理解し易くするために、以下に本発明の技術の特徴
とする技術的背景を明示する。
【００１０】本発明の負極材料は、既存の炭素粒子（Ｘ
線回折法による面間隔ｄ（００２）が、３．３５〜４．
１Å）自身の持つ容量に、リチウムと合金を形成するこ
とができる１種類の金属、もしくはリチウムと合金を形
成することができる金属を少なくとも１種類以上含む含
む２種類以上の元素からなる合金または酸化物または窒
化物の容量をプラスして高容量化を図り、さらに炭素粒
子と金属もしくは合金または酸化物または窒化物とが、
その炭素粒子の界面において、炭素とその金属もしくは
合金または酸化物または窒化物の組成からなる炭化物を
形成し、炭素粒子とその金属もしくは合金または酸化物
または窒化物との間で化学結合することで優れたサイク
ル特性を示す材料である。このように、炭素粒子と金属
もしくは合金または酸化物または窒化物とが炭化物を形
成して強力に結合しているというところが、本発明の強
調している特徴である。特開平８−２７３７０２号公報
に開示のように、単に炭素にリチウムと合金可能な金属
微粒子を担持させるだけ（特開平８−２７３７０２号公
報の実施例においてＸ線回折で担持金属しか見られない
と記されており、炭化物については記されていない）で
は、リチウムの吸蔵と放出に伴う担持金属の膨張，収縮
により担持金属が炭素より脱離し易くなり、サイクルを
重ねると集電体より浮いてしまい、金属の集電性が悪化
し不活性化する。この結果、自動二輪車や電気自動車で
求められるサイクル特性を満たすことができなくなるの
である。
線回折法による面間隔ｄ（００２）が、３．３５〜４．
１Å）自身の持つ容量に、リチウムと合金を形成するこ
とができる１種類の金属、もしくはリチウムと合金を形
成することができる金属を少なくとも１種類以上含む含
む２種類以上の元素からなる合金または酸化物または窒
化物の容量をプラスして高容量化を図り、さらに炭素粒
子と金属もしくは合金または酸化物または窒化物とが、
その炭素粒子の界面において、炭素とその金属もしくは
合金または酸化物または窒化物の組成からなる炭化物を
形成し、炭素粒子とその金属もしくは合金または酸化物
または窒化物との間で化学結合することで優れたサイク
ル特性を示す材料である。このように、炭素粒子と金属
もしくは合金または酸化物または窒化物とが炭化物を形
成して強力に結合しているというところが、本発明の強
調している特徴である。特開平８−２７３７０２号公報
に開示のように、単に炭素にリチウムと合金可能な金属
微粒子を担持させるだけ（特開平８−２７３７０２号公
報の実施例においてＸ線回折で担持金属しか見られない
と記されており、炭化物については記されていない）で
は、リチウムの吸蔵と放出に伴う担持金属の膨張，収縮
により担持金属が炭素より脱離し易くなり、サイクルを
重ねると集電体より浮いてしまい、金属の集電性が悪化
し不活性化する。この結果、自動二輪車や電気自動車で
求められるサイクル特性を満たすことができなくなるの
である。
【００１１】ところが本発明の負極材料は、単に炭素粒
子と金属もしくは合金または酸化物または窒化物を担持
させるのではなく、炭素粒子の界面に炭素と金属もしく
は合金または酸化物または窒化物の組成からなる炭化物
を形成して、炭素と金属もしくは合金または酸化物また
は窒化物間を化学結合により強力な結合にすることで、
金属や合金または酸化物または窒化物が膨張，収縮で炭
素粒子から容易に脱離することを防止することで、特開
平８−２７３７０２号公報に開示の非水電解質二次電池
よりも優れたサイクル特性を示すものである。さらに、
炭素により多くの金属もしくは合金または酸化物または
窒化物を結合させることも可能となり、特開平８−２７
３７０２号公報に開示の非水電解質二次電池よりもかな
りの高容量が期待できる。
子と金属もしくは合金または酸化物または窒化物を担持
させるのではなく、炭素粒子の界面に炭素と金属もしく
は合金または酸化物または窒化物の組成からなる炭化物
を形成して、炭素と金属もしくは合金または酸化物また
は窒化物間を化学結合により強力な結合にすることで、
金属や合金または酸化物または窒化物が膨張，収縮で炭
素粒子から容易に脱離することを防止することで、特開
平８−２７３７０２号公報に開示の非水電解質二次電池
よりも優れたサイクル特性を示すものである。さらに、
炭素により多くの金属もしくは合金または酸化物または
窒化物を結合させることも可能となり、特開平８−２７
３７０２号公報に開示の非水電解質二次電池よりもかな
りの高容量が期待できる。
【００１２】このように、本発明の負極材料では１００
０〜２０００サイクル、さらにそれ以上のサイクルにお
いても高容量で容量維持ができる優れたサイクル特性を
有するものである。
０〜２０００サイクル、さらにそれ以上のサイクルにお
いても高容量で容量維持ができる優れたサイクル特性を
有するものである。
【００１３】また、特開平８−２７３７０２号公報に開
示の技術にあるように、ＡｇやＳｎを炭素粒子に担持さ
せたものでは、ＡｇやＳｎと炭素との結合が弱いため、
充放電サイクルを繰り返していくと、リチウムを吸蔵し
たり放出したりする担持金属の膨張，収縮により担持金
属が炭素粒子より脱離し、その結果、集電性が低下し過
電圧が大きくなる。そのため、充放電サイクルを１００
０サイクル以上繰り返すとサイクル劣化が著しいものと
なる。そのサイクル劣化状態では、脱離した金属がリチ
ウムを吸蔵した状態で存在し、そしてそれらの金属は比
表面積が大きいため熱的に不安定な状態にあるため、安
全性の観点から非常に危険な状態にある。このように、
単に炭素粒子に金属を担持するだけでは安全性の面にお
いても問題があった。
示の技術にあるように、ＡｇやＳｎを炭素粒子に担持さ
せたものでは、ＡｇやＳｎと炭素との結合が弱いため、
充放電サイクルを繰り返していくと、リチウムを吸蔵し
たり放出したりする担持金属の膨張，収縮により担持金
属が炭素粒子より脱離し、その結果、集電性が低下し過
電圧が大きくなる。そのため、充放電サイクルを１００
０サイクル以上繰り返すとサイクル劣化が著しいものと
なる。そのサイクル劣化状態では、脱離した金属がリチ
ウムを吸蔵した状態で存在し、そしてそれらの金属は比
表面積が大きいため熱的に不安定な状態にあるため、安
全性の観点から非常に危険な状態にある。このように、
単に炭素粒子に金属を担持するだけでは安全性の面にお
いても問題があった。
【００１４】しかし、本発明の負極材料は充放電サイク
ルを繰り返しても、炭素と金属もしくは合金または酸化
物または窒化物が炭素界面において炭化物を形成して、
相互に強固に化学結合しているため、充放電サイクルを
繰り返しても金属もしくは合金または酸化物または窒化
物が、自分自身の膨張，収縮により炭素粒子より脱離す
ることは皆無であり、１０００サイクル以上の充放電を
行っても炭素材固有の劣化要因を除くとサイクルの劣化
がないので、リチウムが炭素材料上から離れた部位に蓄
積されることがなく、高い安全性を有するものである。
ルを繰り返しても、炭素と金属もしくは合金または酸化
物または窒化物が炭素界面において炭化物を形成して、
相互に強固に化学結合しているため、充放電サイクルを
繰り返しても金属もしくは合金または酸化物または窒化
物が、自分自身の膨張，収縮により炭素粒子より脱離す
ることは皆無であり、１０００サイクル以上の充放電を
行っても炭素材固有の劣化要因を除くとサイクルの劣化
がないので、リチウムが炭素材料上から離れた部位に蓄
積されることがなく、高い安全性を有するものである。
【００１５】以上の理由により、本発明の負極材料を用
いることで、高容量で優れたサイクル特性、そして高い
安全性を有する非水電解質二次電池を提供することがで
きる。
いることで、高容量で優れたサイクル特性、そして高い
安全性を有する非水電解質二次電池を提供することがで
きる。
【００１６】以下に本発明の実施にあたり使用する材料
について詳述する。炭素粒子としては、天然黒鉛，人造
黒鉛，石油，石炭ピッチもしくはコークスから得られる
易黒鉛化性炭素を６５０〜１０００℃の温度範囲で焼成
した炭素，石油，石炭ピッチもしくはコークスの不融化
処理したものや、樹脂等を６００〜１３００℃の温度範
囲で焼成した難黒鉛化性炭素等があり、それらの形状は
球形，塊状，鱗片状，繊維状あるいはそれらの粉砕品で
あって良い。これらの炭素材料のうち請求項２記載のよ
うにＸ線回折法による面間隔ｄ（００２）が、３．３５
〜４．１Åであることが好ましく、さらに平均粒径が１
〜５０μｍであることが好ましい。
について詳述する。炭素粒子としては、天然黒鉛，人造
黒鉛，石油，石炭ピッチもしくはコークスから得られる
易黒鉛化性炭素を６５０〜１０００℃の温度範囲で焼成
した炭素，石油，石炭ピッチもしくはコークスの不融化
処理したものや、樹脂等を６００〜１３００℃の温度範
囲で焼成した難黒鉛化性炭素等があり、それらの形状は
球形，塊状，鱗片状，繊維状あるいはそれらの粉砕品で
あって良い。これらの炭素材料のうち請求項２記載のよ
うにＸ線回折法による面間隔ｄ（００２）が、３．３５
〜４．１Åであることが好ましく、さらに平均粒径が１
〜５０μｍであることが好ましい。
【００１７】また、炭素粒子に金属もしくは合金を結合
させる方法としては、蒸着法，スパッタリング法，湿式
還元法，電気化学的還元法，メッキ法，気相還元ガス処
理法，機械式混合法，高周波熱プラズマ法等があるが、
それぞれの方法において炭素粒子と金属もしくは合金と
が炭素界面において炭化物を作るように条件を設定する
必要がある。
させる方法としては、蒸着法，スパッタリング法，湿式
還元法，電気化学的還元法，メッキ法，気相還元ガス処
理法，機械式混合法，高周波熱プラズマ法等があるが、
それぞれの方法において炭素粒子と金属もしくは合金と
が炭素界面において炭化物を作るように条件を設定する
必要がある。
【００１８】そして、リチウムと合金を形成することが
できる金属としては、請求項４記載のようにＡｌ，Ｂ
ａ，Ｂ，Ｃａ，Ｓｉ，Ｓｒ，Ｍｇの群のうちから選ばれ
る金属元素であることが好ましく、リチウムと合金を形
成することができる金属を少なくとも１種類以上含む２
種類以上の元素からなる合金または酸化物または窒化物
において、遷移金属が少なくとも１種類以上、または典
型金属が少なくとも１種類以上含まれていることが好ま
しく、さらにリチウムと合金を形成することができる金
属、もしくはリチウムと合金を形成することができる金
属を少なくとも１種類以上含む２種類以上の元素からな
る合金または酸化物または窒化物の平均粒径は０．０１
〜１μｍであることが好ましく、炭素粒子に対する重量
比率としては１〜２０重量％であることが好適である。
できる金属としては、請求項４記載のようにＡｌ，Ｂ
ａ，Ｂ，Ｃａ，Ｓｉ，Ｓｒ，Ｍｇの群のうちから選ばれ
る金属元素であることが好ましく、リチウムと合金を形
成することができる金属を少なくとも１種類以上含む２
種類以上の元素からなる合金または酸化物または窒化物
において、遷移金属が少なくとも１種類以上、または典
型金属が少なくとも１種類以上含まれていることが好ま
しく、さらにリチウムと合金を形成することができる金
属、もしくはリチウムと合金を形成することができる金
属を少なくとも１種類以上含む２種類以上の元素からな
る合金または酸化物または窒化物の平均粒径は０．０１
〜１μｍであることが好ましく、炭素粒子に対する重量
比率としては１〜２０重量％であることが好適である。
【００１９】以上のように、非水電解質と、正極と、リ
チウムを吸蔵したり放出することができる負極を有する
非水電解質二次電池において、前記負極の構成材料に、
請求項１記載の特徴を有する負極材料を用いることによ
り、高容量で、サイクル特性が優れ、さらに高い安全性
を有する非水電解質二次電池を実現することができる。
チウムを吸蔵したり放出することができる負極を有する
非水電解質二次電池において、前記負極の構成材料に、
請求項１記載の特徴を有する負極材料を用いることによ
り、高容量で、サイクル特性が優れ、さらに高い安全性
を有する非水電解質二次電池を実現することができる。
【００２０】本発明の非水電解質二次電池における負極
活物質は、本発明の負極材料に導電材として炭素を５〜
８０重量％含有させて用いることが好ましく、また正極
活物質は、Ｃｏ，Ｎｉ，Ｍｎ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｗ，Ｎｂ，
Ｖ，Ｆｅ，Ｃｒ等の１種類以上の遷移金属の複合酸化物
や複合硫化物等の化合物を用いることが好ましく、特に
高電圧，高エネルギー密度に関しては、ＬｉＣｏＯ2 ，
ＬｉＮｉＯ2 ，ＬｉＭｎ2Ｏ4 等の正極活物質が好適で
ある。
活物質は、本発明の負極材料に導電材として炭素を５〜
８０重量％含有させて用いることが好ましく、また正極
活物質は、Ｃｏ，Ｎｉ，Ｍｎ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｗ，Ｎｂ，
Ｖ，Ｆｅ，Ｃｒ等の１種類以上の遷移金属の複合酸化物
や複合硫化物等の化合物を用いることが好ましく、特に
高電圧，高エネルギー密度に関しては、ＬｉＣｏＯ2 ，
ＬｉＮｉＯ2 ，ＬｉＭｎ2Ｏ4 等の正極活物質が好適で
ある。
【００２１】さらに、非水電解質の溶媒としては、エチ
レンカーボネート（以下、ＥＣという），プロピレンカ
ーボネート（以下、ＰＣという），ジメチルカーボネー
ト（以下、ＤＭＣという），エチルメチルカーボネート
（以下、ＥＭＣという），ジエチルカーボネート（以
下、ＤＥＣという）等の環状，鎖状炭酸エステル類、γ
−ブチロラクトン等のγ−ラクトン類、１，２−ジメト
キシエタン（以下、ＤＭＥという），１，２−ジエトキ
シエタン（以下、ＤＥＥという），エトキシメトキシエ
タン（以下、ＥＭＥという）等の鎖状炭酸エーテル類、
テトラヒドロフラン等の環状エーテル類、アセトニトリ
ル等のニトリル類等のなかから選ばれた溶媒もしくは２
種類以上の混合溶媒が用いられ、特に炭酸エステル系の
有機溶媒が好適である。非水電解質の溶質としては、Ｌ
ｉＡｓＦ6 ，ＬｉＰＦ6 ，ＬｉＡｌＣｌ4 ，ＬｉＣｌＯ
4 ，ＬｉＣＦ3ＳＯ3 ，ＬｉＳｂＦ6 ，ＬｉＳＣＮ，Ｌ
ｉＣｌ，ＬｉＣ6ＨＳＯ3 ，Ｌｉ（ＣＦ3ＳＯ2）2 ，Ｌ
ｉＣ（ＣＦ3ＳＯ2）3 ，Ｃ4Ｆ 6ＳＯ3Ｌｉ等のリチウム
塩およびこれらの混合物を用いる。
レンカーボネート（以下、ＥＣという），プロピレンカ
ーボネート（以下、ＰＣという），ジメチルカーボネー
ト（以下、ＤＭＣという），エチルメチルカーボネート
（以下、ＥＭＣという），ジエチルカーボネート（以
下、ＤＥＣという）等の環状，鎖状炭酸エステル類、γ
−ブチロラクトン等のγ−ラクトン類、１，２−ジメト
キシエタン（以下、ＤＭＥという），１，２−ジエトキ
シエタン（以下、ＤＥＥという），エトキシメトキシエ
タン（以下、ＥＭＥという）等の鎖状炭酸エーテル類、
テトラヒドロフラン等の環状エーテル類、アセトニトリ
ル等のニトリル類等のなかから選ばれた溶媒もしくは２
種類以上の混合溶媒が用いられ、特に炭酸エステル系の
有機溶媒が好適である。非水電解質の溶質としては、Ｌ
ｉＡｓＦ6 ，ＬｉＰＦ6 ，ＬｉＡｌＣｌ4 ，ＬｉＣｌＯ
4 ，ＬｉＣＦ3ＳＯ3 ，ＬｉＳｂＦ6 ，ＬｉＳＣＮ，Ｌ
ｉＣｌ，ＬｉＣ6ＨＳＯ3 ，Ｌｉ（ＣＦ3ＳＯ2）2 ，Ｌ
ｉＣ（ＣＦ3ＳＯ2）3 ，Ｃ4Ｆ 6ＳＯ3Ｌｉ等のリチウム
塩およびこれらの混合物を用いる。
【００２２】また、請求項１２記載の発明は、自動二輪
車を駆動するモータの動力源に請求項８ないし１１に記
載の発明のいずれか１項に記載した非水電解質二次電池
を使用することができる用途発明を特定したものであ
る。
車を駆動するモータの動力源に請求項８ないし１１に記
載の発明のいずれか１項に記載した非水電解質二次電池
を使用することができる用途発明を特定したものであ
る。
【００２３】また、請求項１３記載の発明は、電気自動
車を駆動するモータの動力源に請求項８ないし１１に記
載の発明のいずれか１項に記載した非水電解質二次電池
を使用することができる用途発明を特定したものであ
る。
車を駆動するモータの動力源に請求項８ないし１１に記
載の発明のいずれか１項に記載した非水電解質二次電池
を使用することができる用途発明を特定したものであ
る。
【００２４】
【実施例】以下、図面とともに本発明をさらに詳しく具
体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定される
ものではない。
体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定される
ものではない。
【００２５】（実施例１）炭素粒子として、平均粒径２
０μｍの以下に示す炭素粒子ないしを用いた。炭素
粒子は、高純度処理品の天然黒鉛とした。炭素粒子
は、石油ピッチから得られる炭化品を、２８００℃で熱
処理した人造黒鉛とした。炭素粒子は、石油ピッチを
不融化しＡｒ雰囲気中で、７５０℃で熱処理した低温焼
成の易黒鉛化性炭素とした。炭素粒子は、フェノール
樹脂をＡｒ雰囲気中で、８５０℃で熱処理した低温焼成
の難黒鉛化性炭素とした。炭素粒子は、フェノール樹
脂を空気中にて架橋処理を行い、１１００℃で熱処理し
た非晶質炭素（高温焼成の難黒鉛化性炭素）とした。
０μｍの以下に示す炭素粒子ないしを用いた。炭素
粒子は、高純度処理品の天然黒鉛とした。炭素粒子
は、石油ピッチから得られる炭化品を、２８００℃で熱
処理した人造黒鉛とした。炭素粒子は、石油ピッチを
不融化しＡｒ雰囲気中で、７５０℃で熱処理した低温焼
成の易黒鉛化性炭素とした。炭素粒子は、フェノール
樹脂をＡｒ雰囲気中で、８５０℃で熱処理した低温焼成
の難黒鉛化性炭素とした。炭素粒子は、フェノール樹
脂を空気中にて架橋処理を行い、１１００℃で熱処理し
た非晶質炭素（高温焼成の難黒鉛化性炭素）とした。
【００２６】これらの炭素粒子と化学結合させる金属，
合金としては、Ａｌ，Ｂａ，Ｂ，Ｃａ，Ｓｉ，Ｓｒ，Ｍ
ｇ，ＮｉＳｉ2 とＳｉの包晶合金，ＡｌＳｂ，ＣｕＭｇ
Ｓｂ，ＳｉＯ，ＡｌＮを用い、比較例としてＡｇ，Ｓ
ｎ，Ｂｉを用いて炭素への担持を行った。
合金としては、Ａｌ，Ｂａ，Ｂ，Ｃａ，Ｓｉ，Ｓｒ，Ｍ
ｇ，ＮｉＳｉ2 とＳｉの包晶合金，ＡｌＳｂ，ＣｕＭｇ
Ｓｂ，ＳｉＯ，ＡｌＮを用い、比較例としてＡｇ，Ｓ
ｎ，Ｂｉを用いて炭素への担持を行った。
【００２７】炭素粒子と金属，合金との化学結合の方法
としては、次のように行った。４ＭＨｚの高周波磁場中
でアルゴンの高周波プラズマ内に金属もしくは合金また
は酸化物または窒化物の粉末を送り込み、それらを蒸気
化させ、その領域に前記した平均粒径２０μｍの炭素粒
子ないしの粉末を分散させ、蒸気圧制御により炭素
粒子に平均粒径０．１μｍの金属もしくは合金または酸
化物または窒化物の超微粒子５重量％を化学結合させ
る。Ａｌ，Ｂａ，Ｂ，Ｃａ，Ｓｉ，Ｓｒ，Ｍｇ，ＮｉＳ
ｉ2 とＳｉの包晶合金，ＡｌＳｂ，ＣｕＭｇＳｂ，Ｓｉ
Ｏ，ＡｌＮに関しては、炭素界面に炭化物を形成させる
条件で行い、Ａｇ，Ｓｎ，Ｂｉに関しては、単に担持さ
せる条件で行った。
としては、次のように行った。４ＭＨｚの高周波磁場中
でアルゴンの高周波プラズマ内に金属もしくは合金また
は酸化物または窒化物の粉末を送り込み、それらを蒸気
化させ、その領域に前記した平均粒径２０μｍの炭素粒
子ないしの粉末を分散させ、蒸気圧制御により炭素
粒子に平均粒径０．１μｍの金属もしくは合金または酸
化物または窒化物の超微粒子５重量％を化学結合させ
る。Ａｌ，Ｂａ，Ｂ，Ｃａ，Ｓｉ，Ｓｒ，Ｍｇ，ＮｉＳ
ｉ2 とＳｉの包晶合金，ＡｌＳｂ，ＣｕＭｇＳｂ，Ｓｉ
Ｏ，ＡｌＮに関しては、炭素界面に炭化物を形成させる
条件で行い、Ａｇ，Ｓｎ，Ｂｉに関しては、単に担持さ
せる条件で行った。
【００２８】作製したサンプルは、Ｘ線回折とＸＰＳ
（Ｘ−ｒａｙ Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｓｐｅｃ
ｔｒｏｓｃｏｐｙ）にて解析を行った。
（Ｘ−ｒａｙ Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｓｐｅｃ
ｔｒｏｓｃｏｐｙ）にて解析を行った。
【００２９】炭素粒子にＡｌ，Ｂａ，Ｂ，Ｃａ，Ｓｉ，
Ｓｒ，Ｍｇ，ＮｉＳｉ2 とＳｉの包晶合金，ＡｌＳｂ，
ＣｕＭｇＳｂ，ＳｉＯ，ＡｌＮの金属もしくは合金また
は酸化物または窒化物を結合させた粒子では、Ｘ線回折
から炭素，各金属もしくは合金または酸化物または窒化
物、そして炭素粒子との反応により生成されたと考えら
れる炭化物として、ＡｌではＡｌ4Ｃ3 、ＢａではＢａ
Ｃ2 、ＢではＢ4Ｃ、ＣａではＣａＣ2 、ＳｉではＳｉ
Ｃ、ＳｒではＳｒＣ2 、ＭｇではＭｇＣ2 、ＮｉＳｉ2
とＳｉの包晶合金ではＳｉＣ、ＡｌＳｂではＡｌ
4Ｃ3 、ＣｕＭｇＳｂではＭｇＣ2 、ＳｉＯではＳｉ
Ｃ、ＡｌＮではＡｌ4Ｃ3 が確認された。さらに、ＸＰ
Ｓの解析により炭素粒子と結合している元素の化学結合
状態を調べた。一例として挙げると平均粒径２０μｍの
炭素粒子に平均粒径０．１μｍのＳｉを熱プラズマ法に
より結合させたサンプルでは、Ｓｉ２ｐの結合エネルギ
ーは９９．４ｅＶとなった。次に、アルゴンスパッタに
よって炭素粒子上のＳｉを０．０９μｍ程度除去し、同
様に測定したところＳｉ２ｐピークが９９．４ｅＶと１
００．４ｅＶの２本現れた。９９．４ｅＶの方はＳｉ金
属単体のＳｉ２ｐの結合エネルギーを反映しており、１
００．４ｅＶの方はＳｉＣのＳｉの結合エネルギーを反
映したものと考えられる（ＪＥＯＬのＨａｎｄｂｏｏｋ
ｏｆ Ｘ−ｒａｙ Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｓ
ｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ参考による）。つまり、Ｓｉは
炭素粒子と界面において炭化物ＳｉＣを形成して結合し
ていることがわかる。また、他の金属、もしくは合金ま
たは酸化物または窒化物についても同じ方法で測定し、
それぞれがＳｉと同様に炭素粒子の界面において炭化物
を形成し、炭素粒子と化学結合の状態にあることがわか
った。
Ｓｒ，Ｍｇ，ＮｉＳｉ2 とＳｉの包晶合金，ＡｌＳｂ，
ＣｕＭｇＳｂ，ＳｉＯ，ＡｌＮの金属もしくは合金また
は酸化物または窒化物を結合させた粒子では、Ｘ線回折
から炭素，各金属もしくは合金または酸化物または窒化
物、そして炭素粒子との反応により生成されたと考えら
れる炭化物として、ＡｌではＡｌ4Ｃ3 、ＢａではＢａ
Ｃ2 、ＢではＢ4Ｃ、ＣａではＣａＣ2 、ＳｉではＳｉ
Ｃ、ＳｒではＳｒＣ2 、ＭｇではＭｇＣ2 、ＮｉＳｉ2
とＳｉの包晶合金ではＳｉＣ、ＡｌＳｂではＡｌ
4Ｃ3 、ＣｕＭｇＳｂではＭｇＣ2 、ＳｉＯではＳｉ
Ｃ、ＡｌＮではＡｌ4Ｃ3 が確認された。さらに、ＸＰ
Ｓの解析により炭素粒子と結合している元素の化学結合
状態を調べた。一例として挙げると平均粒径２０μｍの
炭素粒子に平均粒径０．１μｍのＳｉを熱プラズマ法に
より結合させたサンプルでは、Ｓｉ２ｐの結合エネルギ
ーは９９．４ｅＶとなった。次に、アルゴンスパッタに
よって炭素粒子上のＳｉを０．０９μｍ程度除去し、同
様に測定したところＳｉ２ｐピークが９９．４ｅＶと１
００．４ｅＶの２本現れた。９９．４ｅＶの方はＳｉ金
属単体のＳｉ２ｐの結合エネルギーを反映しており、１
００．４ｅＶの方はＳｉＣのＳｉの結合エネルギーを反
映したものと考えられる（ＪＥＯＬのＨａｎｄｂｏｏｋ
ｏｆ Ｘ−ｒａｙ Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｓ
ｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ参考による）。つまり、Ｓｉは
炭素粒子と界面において炭化物ＳｉＣを形成して結合し
ていることがわかる。また、他の金属、もしくは合金ま
たは酸化物または窒化物についても同じ方法で測定し、
それぞれがＳｉと同様に炭素粒子の界面において炭化物
を形成し、炭素粒子と化学結合の状態にあることがわか
った。
【００３０】しかし、Ａｇ，Ｓｎ，Ｂｉに関して、アル
ゴンスパッタする前としたものにおいても、１本の結合
エネルギーのみしか観測されず（Ａｇ３ｄ5/2：３６
８．２ｅＶ，Ｓｎ３ｄ5/2：４８４．８７ｅＶ，Ｂｉ４
ｆ7/2：１５７．８ｅＶ）、Ａｇ，Ｓｎ，Ｂｉの炭素粒
子へ担持したものは、炭素粒子との界面に炭化物を形成
せずに結合していると考えられる。
ゴンスパッタする前としたものにおいても、１本の結合
エネルギーのみしか観測されず（Ａｇ３ｄ5/2：３６
８．２ｅＶ，Ｓｎ３ｄ5/2：４８４．８７ｅＶ，Ｂｉ４
ｆ7/2：１５７．８ｅＶ）、Ａｇ，Ｓｎ，Ｂｉの炭素粒
子へ担持したものは、炭素粒子との界面に炭化物を形成
せずに結合していると考えられる。
【００３１】このように、金属もしくは合金または酸化
物または窒化物を化学結合、もしくは担持させた炭素粒
子粉末を負極活物質として用いた。
物または窒化物を化学結合、もしくは担持させた炭素粒
子粉末を負極活物質として用いた。
【００３２】次に、上記のように作製した負極材料を用
いて円筒形電池を作製し、電池特性評価を行った。図１
に本発明の負極を用いた円筒形電池の縦断面図を示す。
図１において、正極１は正極活物質としてＬｉＣｏＯ2
を用い、導電材としてカーボンブラック、結着剤として
ポリ４フッ化エチレンの水性ディスパージョンを重量比
で１００：２．５：７．５の割合で混合したものをアル
ミニウム箔芯材に両面塗着，乾燥，圧延した後、所定の
大きさに切断してチタン製の正極リード板２をスポット
溶接して作製した。
いて円筒形電池を作製し、電池特性評価を行った。図１
に本発明の負極を用いた円筒形電池の縦断面図を示す。
図１において、正極１は正極活物質としてＬｉＣｏＯ2
を用い、導電材としてカーボンブラック、結着剤として
ポリ４フッ化エチレンの水性ディスパージョンを重量比
で１００：２．５：７．５の割合で混合したものをアル
ミニウム箔芯材に両面塗着，乾燥，圧延した後、所定の
大きさに切断してチタン製の正極リード板２をスポット
溶接して作製した。
【００３３】負極３は上記で作製した負極活物質粉末に
対し、結着剤としてポリフッ化ビニリデンと導電材とし
て炭素材料（アセチレンブラック，人造黒鉛，球状黒
鉛，天然黒鉛，繊維状黒鉛，易黒鉛化性炭素，難黒鉛化
性炭素等が使用できる）を重量比で７５：２０：５の割
合で混合して得られる合剤の所定量を銅箔芯材に塗着，
乾燥，圧延した後、所定の大きさに切断して、銅製の負
極リード板４をスポット溶接して作製した。５はポリプ
ロピレン樹脂製の微孔性フィルムからなるセパレータ
で、正極１と負極３をこのセパレータ５を介して渦巻き
状に巻回して極板群を構成する。極板群の上下にそれぞ
れポリプロピレン樹脂製の上絶縁板６，下絶縁板７を配
設して鉄にニッケルメッキしたケース８に挿入し、正極
リード板２をチタン製の封口板９に、負極リード板４を
ケース８の底部にそれぞれスポット溶接した後、電解液
を注入し、ガスケット１０を介して、封口し電池を作製
した。
対し、結着剤としてポリフッ化ビニリデンと導電材とし
て炭素材料（アセチレンブラック，人造黒鉛，球状黒
鉛，天然黒鉛，繊維状黒鉛，易黒鉛化性炭素，難黒鉛化
性炭素等が使用できる）を重量比で７５：２０：５の割
合で混合して得られる合剤の所定量を銅箔芯材に塗着，
乾燥，圧延した後、所定の大きさに切断して、銅製の負
極リード板４をスポット溶接して作製した。５はポリプ
ロピレン樹脂製の微孔性フィルムからなるセパレータ
で、正極１と負極３をこのセパレータ５を介して渦巻き
状に巻回して極板群を構成する。極板群の上下にそれぞ
れポリプロピレン樹脂製の上絶縁板６，下絶縁板７を配
設して鉄にニッケルメッキしたケース８に挿入し、正極
リード板２をチタン製の封口板９に、負極リード板４を
ケース８の底部にそれぞれスポット溶接した後、電解液
を注入し、ガスケット１０を介して、封口し電池を作製
した。
【００３４】この電池の寸法は直径１７ｍｍ，高さ５０
ｍｍである。１１は正極端子であり、負極端子はケース
８がこれを兼ねている。
ｍｍである。１１は正極端子であり、負極端子はケース
８がこれを兼ねている。
【００３５】電解液は、溶質としてＬｉＰＦ6 のリチウ
ム塩１．５ｍｏｌ／ｄｍ3 を、溶媒としてＥＣの高粘度
有機溶媒とＤＥＣの低粘度有機溶媒の１：１混合溶媒に
溶解したものを用いた。
ム塩１．５ｍｏｌ／ｄｍ3 を、溶媒としてＥＣの高粘度
有機溶媒とＤＥＣの低粘度有機溶媒の１：１混合溶媒に
溶解したものを用いた。
【００３６】本発明を実施した電池の負極材料は、炭素
にＡｌ，Ｂａ，Ｂ，Ｃａ，Ｓｉ，Ｓｒ，Ｍｇ，ＮｉＳｉ
2 とＳｉの包晶合金，ＡｌＳｂ，ＣｕＭｇＳｂ，Ｓｉ
Ｏ，ＡｌＮを化学結合させたものを用い、比較電池には
前記した炭素〜単体のもの、ならびに炭素にＡｇ，
Ｓｎ，Ｂｉを担持させたものを用いた。
にＡｌ，Ｂａ，Ｂ，Ｃａ，Ｓｉ，Ｓｒ，Ｍｇ，ＮｉＳｉ
2 とＳｉの包晶合金，ＡｌＳｂ，ＣｕＭｇＳｂ，Ｓｉ
Ｏ，ＡｌＮを化学結合させたものを用い、比較電池には
前記した炭素〜単体のもの、ならびに炭素にＡｇ，
Ｓｎ，Ｂｉを担持させたものを用いた。
【００３７】各電池の評価は、０．２Ｃ（１Ｃ充放電と
は、１時間で７８０ｍＡｈの充放電に相当）定電流充放
電サイクル試験を行った。充電上限電圧は４．２Ｖ、放
電下限電圧は３．０Ｖとした。結果は、初期，３００サ
イクル後，１０００サイクル後の放電容量を表１に示し
た。
は、１時間で７８０ｍＡｈの充放電に相当）定電流充放
電サイクル試験を行った。充電上限電圧は４．２Ｖ、放
電下限電圧は３．０Ｖとした。結果は、初期，３００サ
イクル後，１０００サイクル後の放電容量を表１に示し
た。
【００３８】
【表１】
【００３９】表１より本発明の実施例における負極材料
を用いた電池は、それぞれの炭素材料（ｄ（００２）＝
３．３５〜４．１Å）別における１サイクル目の放電容
量は、比較電池よりも高容量になっている。つまり、本
発明を実施した電池１，２，３では比較電池４，５より
も、また、本発明を実施した電池６，７では比較電池
８，９よりも、本発明を実施した電池１０，１１，１２
では比較電池１３，１４よりも、本発明を実施した電池
１５，１６では比較電池１７，１８よりも、本発明を実
施した電池１９，２０では比較電池２１，２２よりも１
サイクル目の放電容量が高くなっていることがわかる。
を用いた電池は、それぞれの炭素材料（ｄ（００２）＝
３．３５〜４．１Å）別における１サイクル目の放電容
量は、比較電池よりも高容量になっている。つまり、本
発明を実施した電池１，２，３では比較電池４，５より
も、また、本発明を実施した電池６，７では比較電池
８，９よりも、本発明を実施した電池１０，１１，１２
では比較電池１３，１４よりも、本発明を実施した電池
１５，１６では比較電池１７，１８よりも、本発明を実
施した電池１９，２０では比較電池２１，２２よりも１
サイクル目の放電容量が高くなっていることがわかる。
【００４０】また、３００サイクル目の放電容量を比べ
ると、炭素粒子に金属もしくは合金または酸化物または
窒化物を化学結合させたものや担持させた本発明を実施
した各電池は、炭素のみの比較電池（表１中の結合させ
る金属，合金がなしの電池）に比べ大きな放電容量を示
している。
ると、炭素粒子に金属もしくは合金または酸化物または
窒化物を化学結合させたものや担持させた本発明を実施
した各電池は、炭素のみの比較電池（表１中の結合させ
る金属，合金がなしの電池）に比べ大きな放電容量を示
している。
【００４１】そして、１０００サイクル目になると、本
発明を実施した電池１，２，３，６，７，１０，１１，
１２，１５，１６，１９，２０においては、依然高容量
を保っており、サイクル劣化の少ないことがわかる。こ
の要因としては、本発明の負極材料が炭素粒子の界面に
おいて炭素と金属もしくは合金または酸化物または窒化
物との反応により炭化物を作り、炭素粒子と金属もしく
は合金または酸化物または窒化物が化学結合により強力
に結合していることで、充放電を繰り返すことによる金
属もしくは合金または酸化物または窒化物が自分自身の
膨張，収縮で、炭素粒子から脱離することが防止され、
その結果、極板劣化が小さく抑えられたためと考えられ
る。しかし、単に炭素粒子に金属を担持させた比較電池
５，９，１４，１８，２２においては、放電容量が炭素
のみで作製された比較電池よりも小さくなっている。こ
の原因としては、充放電サイクルによる担持金属の膨
張，収縮により担持金属が電極から離れ不活性化したこ
とによるものと考えられる。さらに、この金属の劣化過
程において母材の炭素粒子に何らかの悪影響を与え、放
電容量が炭素粒子のみで作製された比較電池よりも小さ
くなったものと考えられる。
発明を実施した電池１，２，３，６，７，１０，１１，
１２，１５，１６，１９，２０においては、依然高容量
を保っており、サイクル劣化の少ないことがわかる。こ
の要因としては、本発明の負極材料が炭素粒子の界面に
おいて炭素と金属もしくは合金または酸化物または窒化
物との反応により炭化物を作り、炭素粒子と金属もしく
は合金または酸化物または窒化物が化学結合により強力
に結合していることで、充放電を繰り返すことによる金
属もしくは合金または酸化物または窒化物が自分自身の
膨張，収縮で、炭素粒子から脱離することが防止され、
その結果、極板劣化が小さく抑えられたためと考えられ
る。しかし、単に炭素粒子に金属を担持させた比較電池
５，９，１４，１８，２２においては、放電容量が炭素
のみで作製された比較電池よりも小さくなっている。こ
の原因としては、充放電サイクルによる担持金属の膨
張，収縮により担持金属が電極から離れ不活性化したこ
とによるものと考えられる。さらに、この金属の劣化過
程において母材の炭素粒子に何らかの悪影響を与え、放
電容量が炭素粒子のみで作製された比較電池よりも小さ
くなったものと考えられる。
【００４２】安全性に対する判断は、各サンプルを負極
材料に用いた電池を１０００サイクルの充放電を行い、
充電状態で電池を分解して取り出した負極材料の、ＴＧ
−ＤＴＡの熱測定を室温から３５０℃の温度範囲で行
い、その温度範囲内において熱量の最大値を示す温度
が、炭素材料のみからなる負極材料の場合と比較して高
いか低いかにより安全性を判断した。
材料に用いた電池を１０００サイクルの充放電を行い、
充電状態で電池を分解して取り出した負極材料の、ＴＧ
−ＤＴＡの熱測定を室温から３５０℃の温度範囲で行
い、その温度範囲内において熱量の最大値を示す温度
が、炭素材料のみからなる負極材料の場合と比較して高
いか低いかにより安全性を判断した。
【００４３】その結果、本発明の負極材料では、炭素材
料のみで構成された負極材料より熱量の最大値を示す温
度が高かった。そして、炭素粒子に単に金属を担持させ
た負極材料では、炭素材料のみで構成された負極材料よ
り熱量の最大値を示す温度が低かった。
料のみで構成された負極材料より熱量の最大値を示す温
度が高かった。そして、炭素粒子に単に金属を担持させ
た負極材料では、炭素材料のみで構成された負極材料よ
り熱量の最大値を示す温度が低かった。
【００４４】このように本発明の負極材料は、安全性の
面においても優れているものであることがわかる。
面においても優れているものであることがわかる。
【００４５】以上のように、本発明の負極材料を非水電
解質二次電池に用いれば、炭素粒子のみの材料や単に金
属を炭素粒子に担持させた材料を用いた二次電池よりも
高容量で、優れたサイクル特性，高い安全性を示す非水
電解質二次電池を提供することができる。
解質二次電池に用いれば、炭素粒子のみの材料や単に金
属を炭素粒子に担持させた材料を用いた二次電池よりも
高容量で、優れたサイクル特性，高い安全性を示す非水
電解質二次電池を提供することができる。
【００４６】（実施例２）次に、実施例１における炭素
を用い、その炭素の平均粒径を０．５〜７０μｍに
篩い分けを行い、それぞれの粒径の炭素に平均粒径０．
１μｍのＳｉ粒子を熱プラズマ法にて化学結合させた。
この時、Ｘ線回折やＸＰＳの解析により、炭素粒子界面
にＳｉＣが形成されていることを確認した。また、炭素
粒子の平均粒径の違いにより、化学結合するＳｉ量にも
差異が生じたので、各平均粒径の炭素粒子に対するＳｉ
量（重量比率）を化学分析にて求めた。また、比較例と
してＳｉのかわりに平均粒径０．１μｍのＡｇを０（炭
素のみ）〜５０重量％担持させた炭素粒子を用いた。
Ａｇの担持では実施例１と同様、炭素界面に炭素とＡｇ
の炭化物は見られなかった。
を用い、その炭素の平均粒径を０．５〜７０μｍに
篩い分けを行い、それぞれの粒径の炭素に平均粒径０．
１μｍのＳｉ粒子を熱プラズマ法にて化学結合させた。
この時、Ｘ線回折やＸＰＳの解析により、炭素粒子界面
にＳｉＣが形成されていることを確認した。また、炭素
粒子の平均粒径の違いにより、化学結合するＳｉ量にも
差異が生じたので、各平均粒径の炭素粒子に対するＳｉ
量（重量比率）を化学分析にて求めた。また、比較例と
してＳｉのかわりに平均粒径０．１μｍのＡｇを０（炭
素のみ）〜５０重量％担持させた炭素粒子を用いた。
Ａｇの担持では実施例１と同様、炭素界面に炭素とＡｇ
の炭化物は見られなかった。
【００４７】これらサンプルを負極活物質として非水電
解質二次電池を実施例１と同方法にて作製した。そして
電池の評価は、実施例１と同じように０．２Ｃ（１Ｃ充
放電とは、１時間で７８０ｍＡｈの充放電に相当）定電
流充放電サイクル試験を行った。また、充電上限電圧は
４．２Ｖ、放電下限電圧は３．０Ｖとした。結果とし
て、初期，３００サイクル後，１０００サイクル後の放
電容量を表２に示した。
解質二次電池を実施例１と同方法にて作製した。そして
電池の評価は、実施例１と同じように０．２Ｃ（１Ｃ充
放電とは、１時間で７８０ｍＡｈの充放電に相当）定電
流充放電サイクル試験を行った。また、充電上限電圧は
４．２Ｖ、放電下限電圧は３．０Ｖとした。結果とし
て、初期，３００サイクル後，１０００サイクル後の放
電容量を表２に示した。
【００４８】
【表２】
【００４９】表２（Ａ）より、炭素の平均粒径が０．５
〜５０μｍ範囲の電池（電池２３〜２６）の１サイクル
目（初期）の放電容量は、黒鉛の理論容量を越えるほど
の高容量であることがわかる。
〜５０μｍ範囲の電池（電池２３〜２６）の１サイクル
目（初期）の放電容量は、黒鉛の理論容量を越えるほど
の高容量であることがわかる。
【００５０】電池２７，２８（平均粒径がそれぞれ７
０，１００μｍ）では、Ｓｉ量が少ないためか１サイク
ル目の放電容量は、表２（Ｂ）に示す比較例の電池３５
の炭素のみで作製された電池に比較して若干大きくな
っているが、１０００サイクル後の放電容量では炭素
のみで作製された電池よりも放電容量が若干小さくなっ
ている。この原因としては、炭素に化学結合させた若干
のＳｉ量がサイクル特性に何らかの悪影響を及ぼしてい
るものと考えられる。また、電池２３の場合は、炭素粒
子に化学結合させたＳｉ量が炭素粒子に対し４０重量％
あり、そのため１サイクル目の放電容量は３２４３ｍＡ
ｈもあるが、１０００サイクル目では放電容量が炭素の
みで作製された表２（Ｂ）に示す比較例の電池３５より
も小さなものとなった。この原因は、負極材料全体に占
めるＳｉ量が多すぎるため、充放電サイクルに伴うＳｉ
の膨張，収縮も大きくなり、過電圧が大きくなったため
と考えられる。よって、炭素粒子の平均粒径は１〜５０
μｍの場合が優れたサイクル特性を示すことがわかる。
０，１００μｍ）では、Ｓｉ量が少ないためか１サイク
ル目の放電容量は、表２（Ｂ）に示す比較例の電池３５
の炭素のみで作製された電池に比較して若干大きくな
っているが、１０００サイクル後の放電容量では炭素
のみで作製された電池よりも放電容量が若干小さくなっ
ている。この原因としては、炭素に化学結合させた若干
のＳｉ量がサイクル特性に何らかの悪影響を及ぼしてい
るものと考えられる。また、電池２３の場合は、炭素粒
子に化学結合させたＳｉ量が炭素粒子に対し４０重量％
あり、そのため１サイクル目の放電容量は３２４３ｍＡ
ｈもあるが、１０００サイクル目では放電容量が炭素の
みで作製された表２（Ｂ）に示す比較例の電池３５より
も小さなものとなった。この原因は、負極材料全体に占
めるＳｉ量が多すぎるため、充放電サイクルに伴うＳｉ
の膨張，収縮も大きくなり、過電圧が大きくなったため
と考えられる。よって、炭素粒子の平均粒径は１〜５０
μｍの場合が優れたサイクル特性を示すことがわかる。
【００５１】比較例として表２（Ｂ）の炭素平均粒径が
１〜５０μｍの場合、１サイクル目の放電容量は炭素
のみ使用の電池３５より大きくなるが、１０００サイク
ル後ではそれ以下になってしまう。この原因は、Ａｇが
炭素粒子と強く結合していないため、充放電サイクルを
繰り返していくと、Ａｇの膨張，収縮によりＡｇが炭素
粒子より離れＡｇ粒子が不活性化し、極板の緩みが生じ
て炭素自身も放電容量の低下が起こったものと考えられ
る。
１〜５０μｍの場合、１サイクル目の放電容量は炭素
のみ使用の電池３５より大きくなるが、１０００サイク
ル後ではそれ以下になってしまう。この原因は、Ａｇが
炭素粒子と強く結合していないため、充放電サイクルを
繰り返していくと、Ａｇの膨張，収縮によりＡｇが炭素
粒子より離れＡｇ粒子が不活性化し、極板の緩みが生じ
て炭素自身も放電容量の低下が起こったものと考えられ
る。
【００５２】また、安全性に関しても実施例１と同様
に、各サンプルを負極材料に用いた電池を１０００サイ
クルの充放電を行い、充電状態で電池を分解し、その負
極材料のＴＧ−ＤＴＡ測定を室温から３５０℃の温度範
囲で行い、その温度範囲内で熱量の最大値を示す温度
を、炭素のみで構成される負極材料において示す温度と
の比較によって安全性を判断した。
に、各サンプルを負極材料に用いた電池を１０００サイ
クルの充放電を行い、充電状態で電池を分解し、その負
極材料のＴＧ−ＤＴＡ測定を室温から３５０℃の温度範
囲で行い、その温度範囲内で熱量の最大値を示す温度
を、炭素のみで構成される負極材料において示す温度と
の比較によって安全性を判断した。
【００５３】その結果、炭素の平均粒径が１〜１００
μｍ（電池２４〜２８）の負極材料の熱量の最大値を示
す温度は、炭素材料のみの負極材料より高く、比較例の
電池の負極材料の熱量の最大値を示す温度は、全て炭素
材料のみの負極材料より低かった。
μｍ（電池２４〜２８）の負極材料の熱量の最大値を示
す温度は、炭素材料のみの負極材料より高く、比較例の
電池の負極材料の熱量の最大値を示す温度は、全て炭素
材料のみの負極材料より低かった。
【００５４】以上より、本発明の負極材料における炭素
粒子は平均粒径が１〜５０μｍで、また炭素粒子に結合
する金属もしくは合金の炭素粒子に対する重量比は、１
〜２０重量％の場合、容量，サイクル特性，安全性に対
し、より一層の優れた特性を示すことがわかる。
粒子は平均粒径が１〜５０μｍで、また炭素粒子に結合
する金属もしくは合金の炭素粒子に対する重量比は、１
〜２０重量％の場合、容量，サイクル特性，安全性に対
し、より一層の優れた特性を示すことがわかる。
【００５５】（実施例３）次に、実施例１の平均粒径２
０μｍの炭素を用い、その炭素に平均粒径が０．０
０５〜１０μｍのＳｉ粒子を熱プラズマ法にて結合させ
た。この時、Ｘ線回折やＸＰＳの解析により、炭素粒子
界面にＳｉＣが形成されていることを確認した。また、
比較例としてＳｉのかわりに平均粒径が０．００５〜１
０μｍのＡｇに担持させたものを用いた。Ａｇでは実施
例１と同様、炭素界面に炭化物は見られなかった。
０μｍの炭素を用い、その炭素に平均粒径が０．０
０５〜１０μｍのＳｉ粒子を熱プラズマ法にて結合させ
た。この時、Ｘ線回折やＸＰＳの解析により、炭素粒子
界面にＳｉＣが形成されていることを確認した。また、
比較例としてＳｉのかわりに平均粒径が０．００５〜１
０μｍのＡｇに担持させたものを用いた。Ａｇでは実施
例１と同様、炭素界面に炭化物は見られなかった。
【００５６】このサンプルを負極活物質として非水電解
質二次電池を実施例１と同方法にて作製した。そして電
池の評価は、実施例１と同じように０．２Ｃ（１Ｃ充放
電とは、１時間で７８０ｍＡｈの充放電に相当）定電流
充放電サイクル試験を行い、充電上限電圧は４．２Ｖ，
放電下限電圧は３．０Ｖとした。結果は、初期，３００
サイクル後，１０００サイクル後の放電容量を表３
（Ａ）（Ｓｉに関するもの），表３（Ｂ）（比較例とし
てＡｇに関するもの）に示した。
質二次電池を実施例１と同方法にて作製した。そして電
池の評価は、実施例１と同じように０．２Ｃ（１Ｃ充放
電とは、１時間で７８０ｍＡｈの充放電に相当）定電流
充放電サイクル試験を行い、充電上限電圧は４．２Ｖ，
放電下限電圧は３．０Ｖとした。結果は、初期，３００
サイクル後，１０００サイクル後の放電容量を表３
（Ａ）（Ｓｉに関するもの），表３（Ｂ）（比較例とし
てＡｇに関するもの）に示した。
【００５７】
【表３】
【００５８】表３（Ａ）より、炭素粒子と結合させるＳ
ｉの平均粒径は、０．００５〜１０μｍの範囲では１サ
イクル目の放電容量が、前記表２（Ｂ）に示す電池３５
の炭素（平均粒径２０μｍ）のみの場合（８００ｍＡ
ｈ）より大きくなり、電池４０，４１のＳｉの平均粒径
が２〜１０μｍ範囲では、１０００サイクル目の放電容
量がいずれも５００ｍＡｈ以下と極端に低下している。
これはＳｉ粒子が２μｍ以上になると、炭素粒子とＳｉ
との界面に炭化物を形成して強力に化学結合する効果が
薄らいでしまい、金属や合金等が膨張，収縮で炭素粒子
から脱落してしまい、サイクル劣化が起こってしまうも
のと考えられる。
ｉの平均粒径は、０．００５〜１０μｍの範囲では１サ
イクル目の放電容量が、前記表２（Ｂ）に示す電池３５
の炭素（平均粒径２０μｍ）のみの場合（８００ｍＡ
ｈ）より大きくなり、電池４０，４１のＳｉの平均粒径
が２〜１０μｍ範囲では、１０００サイクル目の放電容
量がいずれも５００ｍＡｈ以下と極端に低下している。
これはＳｉ粒子が２μｍ以上になると、炭素粒子とＳｉ
との界面に炭化物を形成して強力に化学結合する効果が
薄らいでしまい、金属や合金等が膨張，収縮で炭素粒子
から脱落してしまい、サイクル劣化が起こってしまうも
のと考えられる。
【００５９】表３（Ｂ）の炭素粒子にＡｇを担持した場
合では、１サイクル目の放電容量は先述した表２（Ｂ）
の電池３５の放電容量以上を示すが、１０００サイクル
後では表記した全ての平均粒径において５００ｍＡｈ程
度以下になる。この原因としては実施例２と同様に、Ａ
ｇが炭素粒子と強く結合していないため、充放電サイク
ルを繰り返していくと、Ａｇの膨張，収縮によりＡｇが
炭素粒子より離れＡｇ粒子の不活性化、そして極板膨張
による炭素粒子の放電容量の低下を招き、１０００サイ
クル後の放電容量は黒鉛以下になると考えられる。
合では、１サイクル目の放電容量は先述した表２（Ｂ）
の電池３５の放電容量以上を示すが、１０００サイクル
後では表記した全ての平均粒径において５００ｍＡｈ程
度以下になる。この原因としては実施例２と同様に、Ａ
ｇが炭素粒子と強く結合していないため、充放電サイク
ルを繰り返していくと、Ａｇの膨張，収縮によりＡｇが
炭素粒子より離れＡｇ粒子の不活性化、そして極板膨張
による炭素粒子の放電容量の低下を招き、１０００サイ
クル後の放電容量は黒鉛以下になると考えられる。
【００６０】安全性に関しても実施例１と同様に、各サ
ンプルを負極材料に用いた電池を１０００サイクルの充
放電を行い、充電状態で電池を分解し、その負極材料の
ＴＧ−ＤＴＡ測定を室温から３５０℃の温度範囲で行
い、その温度範囲内で熱量の最大値を示す温度を、炭素
のみで構成される負極材料において示す温度との比較に
よって安全性を判断した。
ンプルを負極材料に用いた電池を１０００サイクルの充
放電を行い、充電状態で電池を分解し、その負極材料の
ＴＧ−ＤＴＡ測定を室温から３５０℃の温度範囲で行
い、その温度範囲内で熱量の最大値を示す温度を、炭素
のみで構成される負極材料において示す温度との比較に
よって安全性を判断した。
【００６１】その結果、Ｓｉの平均粒径が０．０１〜１
μｍ、すなわち電池３７〜３９の負極材料の熱量の最大
値を示す温度は、炭素材料のみの負極材料より高かっ
た。しかし、電池３６，４０，４１，４２〜４７の負極
材料の熱量の最大値を示す温度は、炭素材料のみの負極
材料より低かった。
μｍ、すなわち電池３７〜３９の負極材料の熱量の最大
値を示す温度は、炭素材料のみの負極材料より高かっ
た。しかし、電池３６，４０，４１，４２〜４７の負極
材料の熱量の最大値を示す温度は、炭素材料のみの負極
材料より低かった。
【００６２】電池３６は、Ｓｉの平均粒径が０．００５
μｍと小さいため比表面積がかなり大きく、熱量の最大
値を示す温度が炭素材料のみの負極材料より高くなった
ものと考えられる。
μｍと小さいため比表面積がかなり大きく、熱量の最大
値を示す温度が炭素材料のみの負極材料より高くなった
ものと考えられる。
【００６３】電池４０，４１では、炭素粒子に結合した
Ｓｉが大きく、大きな粒子の金属，合金で見られるよう
に充放電サイクルを繰り返すとＳｉが微細化し、比表面
積がかなり大きくなり、熱量の最大値を示す温度が炭素
材料のみの負極材料より高くなったものと考えられる。
Ｓｉが大きく、大きな粒子の金属，合金で見られるよう
に充放電サイクルを繰り返すとＳｉが微細化し、比表面
積がかなり大きくなり、熱量の最大値を示す温度が炭素
材料のみの負極材料より高くなったものと考えられる。
【００６４】電池４２〜４７では、炭素粒子とＡｇとの
結合が弱いため、１０００サイクルも充放電を繰り返す
とＡｇがリチウムと結合したままの状態で炭素粒子から
脱離し、それにより比表面積の増大を招き、熱量の最大
値を示す温度が炭素材料のみの負極材料より高くなった
ものと考えられる。
結合が弱いため、１０００サイクルも充放電を繰り返す
とＡｇがリチウムと結合したままの状態で炭素粒子から
脱離し、それにより比表面積の増大を招き、熱量の最大
値を示す温度が炭素材料のみの負極材料より高くなった
ものと考えられる。
【００６５】以上より、本発明の負極材料における炭素
粒子に化学結合させる金属もしくは合金の平均粒径が、
０．０１〜１μｍの場合、容量，サイクル特性，安全性
に対し、より一層の優れた特性を示すことがわかる。
粒子に化学結合させる金属もしくは合金の平均粒径が、
０．０１〜１μｍの場合、容量，サイクル特性，安全性
に対し、より一層の優れた特性を示すことがわかる。
【００６６】（実施例４）次に、平均粒径２０μｍの実
施例１の炭素に平均粒径０．１μｍのＳｉ粒子を熱プ
ラズマ法にて化学結合させた炭素粒子（Ｘ線回折やＥＰ
ＭＡの解析で炭素粒子界面にＳｉＣが形成されているこ
とを確認）と、導電材としてのアセチレンブラック（そ
の他、導電材としては実施例１に示した炭素類、全てが
使用できる）を混合したものを用いて負極極板を作製し
円筒形電池を作製した。
施例１の炭素に平均粒径０．１μｍのＳｉ粒子を熱プ
ラズマ法にて化学結合させた炭素粒子（Ｘ線回折やＥＰ
ＭＡの解析で炭素粒子界面にＳｉＣが形成されているこ
とを確認）と、導電材としてのアセチレンブラック（そ
の他、導電材としては実施例１に示した炭素類、全てが
使用できる）を混合したものを用いて負極極板を作製し
円筒形電池を作製した。
【００６７】そして電池の評価は、実施例１と同じよう
に０．２Ｃ（１Ｃ充放電とは、１時間で７８０ｍＡｈの
充放電に相当）定電流充放電サイクル試験を行った。充
電上限電圧は４．２Ｖ，放電下限電圧は３．０Ｖとし
た。結果として、初期，３００サイクル後，１０００サ
イクル後の放電容量を表４に示した。また、比較例とし
て導電材なしで作製した電池の評価も行った。
に０．２Ｃ（１Ｃ充放電とは、１時間で７８０ｍＡｈの
充放電に相当）定電流充放電サイクル試験を行った。充
電上限電圧は４．２Ｖ，放電下限電圧は３．０Ｖとし
た。結果として、初期，３００サイクル後，１０００サ
イクル後の放電容量を表４に示した。また、比較例とし
て導電材なしで作製した電池の評価も行った。
【００６８】
【表４】
【００６９】表４より、電池４９〜５１では１サイクル
目の放電容量は、比較例の電池５３に比べ導電材を混合
したことにより若干低下しているが、１０００サイクル
目の放電容量を比較すると比較例の電池５３よりも高容
量になることがわかる。これは導電材を加えると導電性
の向上により直接抵抗成分が低く抑えられ過電圧の低下
により、放電容量の維持率が向上したものによると考え
られる。
目の放電容量は、比較例の電池５３に比べ導電材を混合
したことにより若干低下しているが、１０００サイクル
目の放電容量を比較すると比較例の電池５３よりも高容
量になることがわかる。これは導電材を加えると導電性
の向上により直接抵抗成分が低く抑えられ過電圧の低下
により、放電容量の維持率が向上したものによると考え
られる。
【００７０】しかし、電池４８のように導電材が少ない
とその効果が得られず、また電池５２のように導電材が
多いと負極材料の高容量化ができない。
とその効果が得られず、また電池５２のように導電材が
多いと負極材料の高容量化ができない。
【００７１】安全性に関しても実施例１と同様に、各サ
ンプルを負極材料に用いた電池を１０００サイクルの充
放電を行い、充電状態で電池を分解し、その負極材料の
ＴＧ−ＤＴＡ測定を室温から３５０℃の温度範囲で行
い、その温度範囲内で熱量の最大値を示す温度を、炭素
のみで構成される負極材料において示す温度との比較に
よって安全性を判断した。
ンプルを負極材料に用いた電池を１０００サイクルの充
放電を行い、充電状態で電池を分解し、その負極材料の
ＴＧ−ＤＴＡ測定を室温から３５０℃の温度範囲で行
い、その温度範囲内で熱量の最大値を示す温度を、炭素
のみで構成される負極材料において示す温度との比較に
よって安全性を判断した。
【００７２】その結果、電池４８〜５２や、さらに比較
例の電池５３においても、それらの負極材料の熱量の最
大値を示す温度は、炭素材料のみの負極材料より高かっ
た。
例の電池５３においても、それらの負極材料の熱量の最
大値を示す温度は、炭素材料のみの負極材料より高かっ
た。
【００７３】以上より、本発明の負極材料に導電材とし
て炭素を５〜８０重量％含有させることにより安全性は
全く問題なく、初期容量は若干減少するもののさらにサ
イクル特性の優れた電池特性を得ることができることが
わかる。
て炭素を５〜８０重量％含有させることにより安全性は
全く問題なく、初期容量は若干減少するもののさらにサ
イクル特性の優れた電池特性を得ることができることが
わかる。
【００７４】さらに、本発明の負極材料を非水電解質二
次電池に用いる場合、正極活物質には、リチウムを含有
するＣｏ，Ｎｉ，Ｍｎ遷移金属化合物以外に、Ｔｉ，Ｍ
ｏ，Ｗ，Ｎｂ，Ｖ，Ｆｅ，Ｃｒ等の１種類以上の遷移金
属の複合酸化物や複合硫化物等の化合物を用いても同等
の効果が得られる。特に、高電圧，高エネルギー密度に
関しては、ＬｉＣｏＯ2 ，ＬｉＮｉＯ2 ，ＬｉＭｎ2Ｏ
4 等の正極活物質が好適である。
次電池に用いる場合、正極活物質には、リチウムを含有
するＣｏ，Ｎｉ，Ｍｎ遷移金属化合物以外に、Ｔｉ，Ｍ
ｏ，Ｗ，Ｎｂ，Ｖ，Ｆｅ，Ｃｒ等の１種類以上の遷移金
属の複合酸化物や複合硫化物等の化合物を用いても同等
の効果が得られる。特に、高電圧，高エネルギー密度に
関しては、ＬｉＣｏＯ2 ，ＬｉＮｉＯ2 ，ＬｉＭｎ2Ｏ
4 等の正極活物質が好適である。
【００７５】そして、実施例１〜４において非水電解質
二次電池に用いられた電解質の溶媒としては、ＥＣ，Ｐ
Ｃ，ＤＭＣ，ＥＭＣ，ＤＥＣ等の環状，鎖状炭酸エステ
ル類、γ−ブチロラクトン等のγ−ラクトン類、ＤＭ
Ｅ，ＤＥＥ，ＥＭＥ等の鎖状炭酸エーテル類、テトラヒ
ドロフラン等の環状エーテル類、アセトニトリル等のニ
トリル類等から選ばれた溶媒、もしくは２種類以上の混
合溶媒を用いても実施例のＥＣとＤＥＣを１：１で混合
した場合と同等の効果が得られる。特に、ＥＣを必須成
分として含む混合溶媒を使用することが好適である。
二次電池に用いられた電解質の溶媒としては、ＥＣ，Ｐ
Ｃ，ＤＭＣ，ＥＭＣ，ＤＥＣ等の環状，鎖状炭酸エステ
ル類、γ−ブチロラクトン等のγ−ラクトン類、ＤＭ
Ｅ，ＤＥＥ，ＥＭＥ等の鎖状炭酸エーテル類、テトラヒ
ドロフラン等の環状エーテル類、アセトニトリル等のニ
トリル類等から選ばれた溶媒、もしくは２種類以上の混
合溶媒を用いても実施例のＥＣとＤＥＣを１：１で混合
した場合と同等の効果が得られる。特に、ＥＣを必須成
分として含む混合溶媒を使用することが好適である。
【００７６】そして、非水電解質の溶質としては、Ｌｉ
ＡｓＦ6 ，ＬｉＰＦ6 ，ＬｉＡｌＣｌ4 ，ＬｉＣｌ
Ｏ4 ，ＬｉＣＦ3ＳＯ3 ，ＬｉＳｂＦ6 ，ＬｉＳＣＮ，
ＬｉＣｌ，ＬｉＣ6ＨＳＯ3 ，Ｌｉ（ＣＦ3ＳＯ2）2 ，
ＬｉＣ（ＣＦ3ＳＯ2）3 ，Ｃ4Ｆ6ＳＯ3Ｌｉ等のリチウ
ム塩およびこれらの混合物を用いても実施例のＬｉＰＦ
6と同様の効果が得られる。
ＡｓＦ6 ，ＬｉＰＦ6 ，ＬｉＡｌＣｌ4 ，ＬｉＣｌ
Ｏ4 ，ＬｉＣＦ3ＳＯ3 ，ＬｉＳｂＦ6 ，ＬｉＳＣＮ，
ＬｉＣｌ，ＬｉＣ6ＨＳＯ3 ，Ｌｉ（ＣＦ3ＳＯ2）2 ，
ＬｉＣ（ＣＦ3ＳＯ2）3 ，Ｃ4Ｆ6ＳＯ3Ｌｉ等のリチウ
ム塩およびこれらの混合物を用いても実施例のＬｉＰＦ
6と同様の効果が得られる。
【００７７】また、電池の形状に関しては、本実施例で
は円筒形を用いたが、コイン形，角形，その他いかなる
形状の電池でも使用できる。そして、本発明の負極活物
質はポリマー電池の負極活物質としても有効である。
は円筒形を用いたが、コイン形，角形，その他いかなる
形状の電池でも使用できる。そして、本発明の負極活物
質はポリマー電池の負極活物質としても有効である。
【００７８】そして、請求項８ないし１１記載の発明の
いずれかの非水電解質二次電池で、かつ上記のいかなる
電池形状においても、自動二輪車や電気自動車のモータ
を駆動する動力源に適用可能である。
いずれかの非水電解質二次電池で、かつ上記のいかなる
電池形状においても、自動二輪車や電気自動車のモータ
を駆動する動力源に適用可能である。
【００７９】
【発明の効果】本発明は、前述したようにリチウムの吸
蔵ならびに放出のできる非水電解質二次電池の負極材料
として、炭素粒子界面に、リチウムと合金を形成するこ
とができる金属、もしくはリチウムと合金を形成するこ
とができる金属を含む２種類以上の元素からなる合金ま
たは酸化物または窒化物が、炭素とその金属もしくは合
金または酸化物または窒化物との反応により炭化物を形
成し、炭素粒子と化学結合の状態にある複合炭素材料を
用いることにより、高容量で優れたサイクル特性、そし
て高安全性を有する非水電解質二次電池を実現できる。
蔵ならびに放出のできる非水電解質二次電池の負極材料
として、炭素粒子界面に、リチウムと合金を形成するこ
とができる金属、もしくはリチウムと合金を形成するこ
とができる金属を含む２種類以上の元素からなる合金ま
たは酸化物または窒化物が、炭素とその金属もしくは合
金または酸化物または窒化物との反応により炭化物を形
成し、炭素粒子と化学結合の状態にある複合炭素材料を
用いることにより、高容量で優れたサイクル特性、そし
て高安全性を有する非水電解質二次電池を実現できる。
【図１】本発明の一実施例における負極を用いた円筒形
電池の縦断面図
電池の縦断面図
１ 正極 ２ 正極リード板 ３ 負極 ４ 負極リード板 ５ セパレータ ６ 上部絶縁板 ７ 下部絶縁板 ８ ケース ９ 封口板 １０ ガスケット １１ 正極端子
Claims (13)
- 【請求項１】 炭素粒子の界面において、リチウムと合
金を形成することができる金属、もしくはリチウムと合
金を形成することができる金属を含む２種類以上の元素
からなる合金または酸化物または窒化物が、炭素とその
金属もしくは合金との反応により炭化物を形成し、炭素
粒子と化学結合の状態にあることを特徴とする非水電解
質二次電池用負極材料。 - 【請求項２】 炭素粒子は、Ｘ線回折法による面間隔ｄ
（００２）が、３．３５〜４．１Åであることを特徴と
する請求項１記載の非水電解質二次電池用負極材料。 - 【請求項３】 炭素粒子は、平均粒径が１〜５０μｍで
あることを特徴とする請求項１記載の非水電解質二次電
池用負極材料。 - 【請求項４】 リチウムと合金を形成することができる
金属は、Ａｌ，Ｂａ，Ｂ，Ｃａ，Ｓｉ，Ｓｒ，Ｍｇの群
のうちから選ばれた金属であることを特徴とする請求項
１記載の非水電解質二次電池用負極材料。 - 【請求項５】 リチウムと合金を形成することができる
金属を含む２種類以上の元素からなる合金または酸化物
または窒化物は、遷移金属が少なくとも１種類以上また
は典型金属が少なくとも１種類以上含まれていることを
特徴とする請求項１記載の非水電解質二次電池用負極材
料。 - 【請求項６】 リチウムと合金を形成することができる
金属、もしくはリチウムと合金を形成することができる
金属を含む２種類以上の元素からなる合金または酸化物
または窒化物は、平均粒径が０．０１〜１μｍであるこ
とを特徴とする請求項１記載の非水電解質二次電池用負
極材料。 - 【請求項７】 炭素粒子に対する、リチウムと合金を形
成することができる金属、もしくはリチウムと合金を形
成することができる金属を含む２種類以上の元素からな
る合金または酸化物または窒化物の重量比率は、１〜２
０重量％であることを特徴とする請求項１記載の非水電
解質二次電池用負極材料。 - 【請求項８】 非水電解質と、正極と、リチウムを吸蔵
したり放出することができる負極を有する非水電解質二
次電池において、請求項１記載の負極材料を用いた負極
を備えたことを特徴とする非水電解質二次電池。 - 【請求項９】 請求項１記載の負極材料に導電材として
炭素を５〜８０重量％含有させて構成した負極を備えた
ことを特徴とする請求項８記載の非水電解質二次電池。 - 【請求項１０】 リチウム含有遷移金属化合物を正極活
物質とする正極を備えたことを特徴とする請求項８記載
の非水電解質二次電池。 - 【請求項１１】 リチウム塩を炭酸エステル系有機溶媒
に溶かした状態の非水電解質を備えたことを特徴とする
請求項８記載の非水電解質二次電池。 - 【請求項１２】 自動二輪車を駆動するモータの動力源
として使用することを特徴とする請求項８ないし１１の
いずれか１項に記載した非水電解質二次電池。 - 【請求項１３】 電気自動車を駆動するモータの動力源
として使用することを特徴とする請求項８ないし１１の
いずれか１項に記載した非水電解質二次電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01859698A JP4032479B2 (ja) | 1998-01-30 | 1998-01-30 | 非水電解質二次電池用負極材料とその負極材料を用いた負極を備えた非水電解質二次電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP01859698A JP4032479B2 (ja) | 1998-01-30 | 1998-01-30 | 非水電解質二次電池用負極材料とその負極材料を用いた負極を備えた非水電解質二次電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11214004A true JPH11214004A (ja) | 1999-08-06 |
| JP4032479B2 JP4032479B2 (ja) | 2008-01-16 |
Family
ID=11976033
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP01859698A Expired - Fee Related JP4032479B2 (ja) | 1998-01-30 | 1998-01-30 | 非水電解質二次電池用負極材料とその負極材料を用いた負極を備えた非水電解質二次電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4032479B2 (ja) |
Cited By (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP2001210323A (ja) * | 2000-01-26 | 2001-08-03 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 非水電解質二次電池 |
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