부극 활성 물질 및 그것을 사용한 전지 document_id A220517010029

본 발명은 구성 원소로서 주석(Sn), 코발트(Co) 및 탄소(C)를 포함하는 부극 활성 물질 및 그것을 사용한 전지에 관한 것이다. 최근, 카메라 일체형 VTR(video tape recorder), 휴대 전화 또는 노트북 등의 휴대용 전자 기기가 많이 등장하고, 그 소형 경량화가 도모되고 있다. 이들 전자 기기의 휴대용 전원으로서 이용되고 있는 전지, 특히 2차 전지는 키 디바이스로서 에너지 밀도의 향상을 도모하는 연구 개발이 활발히 진행되고 있다. 그 중에서도 비수 전해질 2차 전지(예를 들면, 리튬 이온 2차 전지)는 종래의 수계 전해액 2차 전지인 납 전지, 니켈 카드뮴 전지에 비해 큰 에너지 밀도가 얻어지기 때문에, 그 개량에 관한 검토가 각 방면에서 행해지고 있다. 리튬 이온 2차 전지에 사용되는 부극 활성 물질로서는 비교적 고용량을 나타내고 양호한 사이클 특성을 갖는 난흑연화성 탄소 또는 흑연 등의 탄소 재료가 널리 이용되고 있다. 단, 최근 고용량화가 요구된다는 것을 고려하면, 탄소 재료의 한층 더한 고용량화가 과제가 되었다. 이러한 배경으로부터, 탄소화 원료와 제조 조건을 선택함으로써 탄소 재료로 고용량을 달성하는 기술이 개발되어 있다(예를 들면, 일본 특허 공개 (평)8-315825호 공보 참조). 그러나, 이러한 탄소 재료를 사용한 경우에는, 부극 방전 전위가 대(對)리튬(Li)에서 0.8 V 내지 1.0 V이고, 전지를 구성했을 때의 전지 방전 전압이 낮아지기 때문에, 전지 에너지 밀도면에서는 큰 향상을 기대할 수 없다. 나아가, 충방전 곡선 형상에 히스테리시스가 크고, 각 충방전 사이클에서의 에너지 효율이 낮다고 하는 결점도 있다. 한편, 탄소 재료를 상회하는 고용량 부극으로서 어느 종류의 금속이 리튬과 전기 화학적으로 합금화되고, 이것이 가역적으로 생성·분해되는 것을 응용한 합금재료에 관한 연구도 진행되고 있다. 예를 들면, Li-Al 합금 또는 Sn 합금을 이용한 고용량 부극이 개발되어 있고, 나아가 Si 합금을 포함하는 고용량 부극이 개발되어 있다(예를 들면, 미국 특허 제4950566호 명세서 등 참조). 그러나, Li-Al 합금, Sn 합금 또는 Si 합금은 충방전에 따라 팽창 수축되어, 충방전을 반복할 때마다 부극이 미분화되기 때문에, 사이클 특성이 매우 나쁘다고 하는 큰 문제가 있다. 따라서, 사이클 특성을 개선하는 수법으로서 주석이나 규소(Si)를 합금화함으로써 이들 팽창을 억제하는 것이 검토되어 있고, 예를 들면 철과 주석을 합금화하는 것이 제안되어 있다(예를 들면, 문헌["져널 오브 더 일렉트로 케미컬 소사이어티(Journal of The Electrochemical Society)", 1999년, 제146호, p414 참조]). 또한, Mg2Si 등도 제안되어 있다(예를 들면, 문헌["져널 오브 더 일렉트로 케미칼 소사이어티(Journal of The Electrochemical Society)", 1999년, 제146호, p4401 참조]). 그러나, 이들 수법을 이용한 경우에도 사이클 특성 개선의 효과가 충분하다고는 할 수 없으며, 합금 재료에 있어서의 고용량 부극의 특징을 충분히 활용해오지 않은 것이 실상이다.