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JP2006172991A - Negative electrode active material, method for producing the same, and nonaqueous electrolyte secondary battery using the same - Google Patents

Negative electrode active material, method for producing the same, and nonaqueous electrolyte secondary battery using the same Download PDF

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JP2006172991A
JP2006172991A JP2004366095A JP2004366095A JP2006172991A JP 2006172991 A JP2006172991 A JP 2006172991A JP 2004366095 A JP2004366095 A JP 2004366095A JP 2004366095 A JP2004366095 A JP 2004366095A JP 2006172991 A JP2006172991 A JP 2006172991A
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JP
Japan
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negative electrode
active material
tungsten oxide
electrode active
lithium
Prior art date
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Application number
JP2004366095A
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Japanese (ja)
Inventor
Koji Yoshizawa
浩司 芳澤
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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Abstract

【課題】 タングステン酸化物を負極活物質として用いる場合において、初回の充電における副反応を抑制し、初回の充放電効率に優れ、高容量の非水電解質二次電池を実現し得る負極活物質を提供する。
【解決手段】 負極活物質としてフッ素化タングステン酸化物を用いる。
【選択図】図2
PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress a side reaction in the first charge in the case where tungsten oxide is used as a negative electrode active material, and to have a negative charge active material which is excellent in the first charge / discharge efficiency and can realize a high capacity non-aqueous electrolyte secondary battery. provide.
SOLUTION: Fluorinated tungsten oxide is used as a negative electrode active material.
[Selection] Figure 2

Description

本発明は、高容量型の非水電解質二次電池を実現するための電池用負極活物質、その製造方法、およびそれを用いた非水電解質二次に関する。   The present invention relates to a negative electrode active material for a battery for realizing a high-capacity non-aqueous electrolyte secondary battery, a method for producing the same, and a non-aqueous electrolyte secondary using the same.

移動体通信機器および携帯電子機器などの主電源として利用されているリチウムイオン電池は、起電力が高く、高エネルギー密度である特長を有している。このようなリチウムイオン電池に用いられる正極活物質としては、例えばコバルト酸リチウム(LiCoO2)、ニッケル酸リチウム(LiNiO2)、マンガンスピネル(LiMn24)およびこれらの混合物がある。これらの正極活物質は、リチウムに対して4V以上の電圧を有している。一報、負極には一般的にカーボン材料が使用され、前述の正極と組み合わせることで4V級のリチウムイオン電池が構成されている。 A lithium ion battery used as a main power source for mobile communication devices and portable electronic devices has a high electromotive force and a high energy density. Examples of the positive electrode active material used in such a lithium ion battery include lithium cobaltate (LiCoO 2 ), lithium nickelate (LiNiO 2 ), manganese spinel (LiMn 2 O 4 ), and mixtures thereof. These positive electrode active materials have a voltage of 4 V or more with respect to lithium. One report, a carbon material is generally used for the negative electrode, and a 4V class lithium ion battery is configured by combining with the above-mentioned positive electrode.

また、負極活物質としては、タングステン酸化物(特許文献1および2)、タングステン酸化物とスピネルチタン酸化物との混合物(特許文献3)、およびタングステン複合酸化物(特許文献4参照)などが知られているが、タングステン酸化物を負極活物質として用いる場合、初回の充放電における不可逆容量(充放電効率)が低下するという問題があることから、かかる問題を解決する手段として低酸素雰囲気下または減圧雰囲気下で加熱処理することが提案されている(特許文献5参照)。
特開昭61-116756号公報 特開昭61-206167号公報 特開平07-302587号公報 特開昭63-285871号公報 特開平06-223831号公報
Further, as the negative electrode active material, tungsten oxide (Patent Documents 1 and 2), a mixture of tungsten oxide and spinel titanium oxide (Patent Document 3), tungsten composite oxide (see Patent Document 4), and the like are known. However, when tungsten oxide is used as the negative electrode active material, there is a problem that the irreversible capacity (charge / discharge efficiency) in the first charge / discharge is reduced. It has been proposed to perform heat treatment in a reduced-pressure atmosphere (see Patent Document 5).
JP-A-61-116756 JP-A-61-206167 Japanese Unexamined Patent Publication No. 07-302587 Japanese Unexamined Patent Publication No. 63-285871 Japanese Unexamined Patent Publication No. 06-223831

ここで、上記のようにタングステン酸化物を負極活物質として用いる場合に初回の充放電効率が低くなるのは、充電時に移動したリチウムの一部が、不可逆な副反応を伴って、放電時に正極へと戻らないことが要因である。しかしながら、上記特許文献5において提案されている手段によっても、かかる問題を十分に解決することは困難であった。   Here, when tungsten oxide is used as the negative electrode active material as described above, the initial charge / discharge efficiency is reduced because part of lithium transferred during charging is accompanied by irreversible side reactions, and positive electrode during discharge. The reason is that it does not return. However, it has been difficult to sufficiently solve this problem even by the means proposed in Patent Document 5.

そこで、本発明は、タングステン酸化物を負極活物質として用いる場合において、初回の充電における副反応を抑制し、初回の充放電効率に優れ、高容量の非水電解質二次電池を実現し得る負極活物質を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention provides a negative electrode capable of suppressing a side reaction in the initial charge, excellent in the initial charge / discharge efficiency, and realizing a high-capacity nonaqueous electrolyte secondary battery when tungsten oxide is used as the negative electrode active material. The purpose is to provide an active material.

さらに本発明は、タングステン酸化物を負極活物質として用いる場合において、初回の充放電効率に優れるとともに、高容量の非水電解質二次電池を提供することを目的とする。   It is another object of the present invention to provide a high-capacity nonaqueous electrolyte secondary battery that is excellent in initial charge / discharge efficiency when tungsten oxide is used as a negative electrode active material.

上記の課題を解決するため、本発明者らは鋭意検討した結果、従来用いられていたタングステン酸化物にフッ素原子を導入し、得られたフッ素化タングステン酸化物を負極活物質として用いれば、上述のように初回の充放電効率が低下してしまうという問題を解決し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明は、フッ素化タングステン酸化物を含む電池用負極活物質を提供する。   In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have conducted intensive studies. As a result, if fluorine atoms are introduced into conventionally used tungsten oxide and the obtained fluorinated tungsten oxide is used as a negative electrode active material, Thus, the inventors have found that the problem that the initial charge / discharge efficiency is reduced can be solved, and the present invention has been completed. That is, this invention provides the negative electrode active material for batteries containing a fluorinated tungsten oxide.

ここで、「初回の充放電効率」とは、本発明の負極活物質を用いて作製した直後の非水電解質二次電池を充電し、初回の充電電気量と初回の放電電気量を測定し、その比率(初回の放電電気量/初回の充電電気量:%)を算出することで得られる値である。このとき、対極には後述するようにリチウムメタルを用いる。初回の充電時に副反応である不可逆反応はほとんどが終了するため、初回の充放電効率として不可逆容量を評価することができる。   Here, the “initial charge / discharge efficiency” means that the non-aqueous electrolyte secondary battery immediately after being prepared using the negative electrode active material of the present invention is charged, and the initial charge electric charge and the initial discharge electric charge are measured. , A value obtained by calculating the ratio (initial discharge electricity amount / initial charge electricity amount:%). At this time, lithium metal is used for the counter electrode as described later. Since most of the irreversible reaction, which is a side reaction during the first charge, is completed, the irreversible capacity can be evaluated as the first charge / discharge efficiency.

前記フッ素化タングステン酸化物はリチウムを含有することが好ましい。
また、前記フッ素化タングステン酸化物(以下、「リチウム含有フッ素化タングステン酸化物」を含むものとする。)は、組成式:LixWO3-yz(0≦x<0.8、0<y<2、0<z<0.8)で表される。
The fluorinated tungsten oxide preferably contains lithium.
The fluorinated tungsten oxide (hereinafter referred to as “lithium-containing fluorinated tungsten oxide”) has a composition formula: Li x WO 3-y F z (0 ≦ x <0.8, 0 <y <2, 0 <z <0.8).

前記電池用負極活物質は、前記フッ素化タングステン酸化物の平均粒径0.6μm以下の一次粒子と、前記一次粒子が集合して形成された平均粒径10μm以下の二次粒子とを含むのが好ましく、前記フッ素化タングステン酸化物は、遷移金属元素、II族元素およびIIIB族からなる群より選択される少なくとも1種の添加元素を含んでいてもよい。   The negative electrode active material for a battery includes primary particles having an average particle size of 0.6 μm or less of the fluorinated tungsten oxide and secondary particles having an average particle size of 10 μm or less formed by aggregation of the primary particles. Preferably, the fluorinated tungsten oxide may contain at least one additive element selected from the group consisting of a transition metal element, a group II element, and a group IIIB.

本発明は上記負極活物質の製造方法にも関する。本発明の負極活物質は、炭酸リチウム、水酸化リチウム、硝酸リチウムおよび酸化リチウムからなる群より選択される少なくとも1種のリチウム化合物と、フッ化リチウム、フッ化ナトリウムおよびフッ化カリウムからなる群より選択される少なくとも1種のフッ素化合物と、酸化タングステンとを混合し、得られた混合物を焼成することにより、製造することができる。上記製造方法においては、前記混合物を600℃から1200℃の温度で焼成するのが好ましい。   The present invention also relates to a method for producing the above negative electrode active material. The negative electrode active material of the present invention comprises at least one lithium compound selected from the group consisting of lithium carbonate, lithium hydroxide, lithium nitrate and lithium oxide, and a group consisting of lithium fluoride, sodium fluoride and potassium fluoride. It can be produced by mixing at least one selected fluorine compound and tungsten oxide and firing the resulting mixture. In the said manufacturing method, it is preferable to bake the said mixture at the temperature of 600 to 1200 degreeC.

本発明によれば、初回の充電における副反応を抑制し、初回の充放電効率に優れ、高容量の非水電解質二次電池を実現し得るフッ素化タングステン酸化物からなる負極活物質を提供することができる。さらに本発明によれば、本発明のフッ素化タングステン酸化物からなる負極活物質を用いることにより、初回の充放電効率に優れるとともに、高容量の非水電解質二次電池を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the negative electrode active material which consists of a fluorinated tungsten oxide which suppresses the side reaction in the first charge, is excellent in the first charge / discharge efficiency, and can implement | achieve a high capacity | capacitance nonaqueous electrolyte secondary battery is provided. be able to. Furthermore, according to the present invention, by using the negative electrode active material made of the fluorinated tungsten oxide of the present invention, it is possible to provide a high-capacity non-aqueous electrolyte secondary battery with excellent initial charge / discharge efficiency.

(1)本発明の負極活物質
本発明の電池用負極活物質を構成するフッ素化タングステン酸化物は、タングステン酸化物をフッ素化することにより得ることができるものである。このようにフッ素原子を導入することにより、タングステン酸化物の初回の充放電効率の低減を抑制することができる。かかるフッ素化タングステン酸化物は、組成式:LixWO3-yz(0≦x<0.8、0<y<2、0<z<0.8)で表される。
(1) Negative electrode active material of the present invention The fluorinated tungsten oxide constituting the negative electrode active material for a battery of the present invention can be obtained by fluorinating tungsten oxide. By introducing fluorine atoms in this way, it is possible to suppress a reduction in the initial charge / discharge efficiency of the tungsten oxide. Such a fluorinated tungsten oxide is represented by a composition formula: Li x WO 3-y F z (0 ≦ x <0.8, 0 <y <2, 0 <z <0.8).

ここで、上記組成式におけるx、yおよびzの範囲を決定するに際し、本発明者らは以下のような考察を行った。すなわち、本発明におけるフッ素化タングステン酸化物は、酸素原子の一部をフッ素原子が置換する形態で合成されると考えられる。本来的には、容量の観点から、酸素原子数が多い方が好ましいが、初回の充放電における不可逆容量が低減し、初回の充放電効率が増加することから、本発明においては上記のようにタングステン酸化物にフッ素原子を導入するのである。   Here, when determining the range of x, y, and z in the said compositional formula, the present inventors considered as follows. That is, it is considered that the fluorinated tungsten oxide in the present invention is synthesized in a form in which a part of oxygen atoms is replaced by fluorine atoms. Originally, from the viewpoint of capacity, it is preferable that the number of oxygen atoms is large, but since the irreversible capacity in the first charge / discharge is reduced and the first charge / discharge efficiency is increased, in the present invention, as described above. Fluorine atoms are introduced into the tungsten oxide.

そして、上述のように、フッ素原子やリチウム原子をタングステン酸化物に導入することで、当該タングステン酸化物を負極活物質として用いた場合の初回の充放電効率が向上するが、これは、フッ素原子の導入によって不可逆容量低下の要因となる酸化リチウムの生成が抑制されるためであると考えられる。   Then, as described above, by introducing fluorine atoms or lithium atoms into the tungsten oxide, the initial charge and discharge efficiency when the tungsten oxide is used as the negative electrode active material is improved. This is considered to be because the production of lithium oxide, which causes a decrease in irreversible capacity, is suppressed by the introduction of.

本発明のフッ素化タングステン酸化物の充放電容量は、タングステン酸化物イオンの価数変化に由来するため、フッ素原子およびリチウム原子を導入し過ぎると、単位重量あたりの充放電容量が低下してしまうため好ましくない。   Since the charge / discharge capacity of the fluorinated tungsten oxide of the present invention is derived from the change in the valence of the tungsten oxide ion, if too many fluorine atoms and lithium atoms are introduced, the charge / discharge capacity per unit weight decreases. Therefore, it is not preferable.

また、特にフッ素化タングステン酸化物がリチウム原子を含む場合、当該フッ素化タングステン酸化物の表面から酸素原子が引き抜かれて酸化リチウムになると考えられるため、引き抜かれて不足したリチウム原子を補うという観点から、上記組成式におけるリチウム原子の量xの範囲を決定すればよい。 In particular, when the fluorinated tungsten oxide contains lithium atoms, it is considered that oxygen atoms are extracted from the surface of the fluorinated tungsten oxide to become lithium oxide. The range of the amount x of lithium atoms in the composition formula may be determined.

以上のような観点から、互いにトレードオフの関係にある初回の充放電における不可逆容量の低減と充放電容量の確保とを考慮して、電池設計を前提として本発明のフッ素化タングステン酸化物の組成を決定するのが好ましい。   From the above viewpoint, the composition of the fluorinated tungsten oxide of the present invention is premised on the battery design in consideration of the reduction of the irreversible capacity and the securing of the charge / discharge capacity in the first charge / discharge which are in a trade-off relationship with each other. Is preferably determined.

そして、本発明者らは、特に初回の充放電効率を優先することに主眼を置いて実験した結果、上記組成式において、xの値は、0.8以上であると1.0を超えると充放電効率が低下するため、0.8未満であるのがよいことを見出した。また、yおよびzの範囲としては、フッ素化が過度に進行するとタングステン酸化物の通常の充放電反応を阻害するものと考えられるため、0<y<2、0<z<0.8が好ましいと決定した。   And, as a result of experiments conducted with the primary focus on the first charge / discharge efficiency in particular, the present inventors have found that, in the above composition formula, the value of x exceeds 0.8 when it is 0.8 or more. Since charging / discharging efficiency falls, it discovered that it should be less than 0.8. The range of y and z is preferably 0 <y <2 and 0 <z <0.8, because it is considered that the normal charge / discharge reaction of tungsten oxide is inhibited when fluorination proceeds excessively. It was decided.

なお、本発明のフッ素化タングステン酸化物は、充放電時にその表面から酸素原子が引き抜かれて酸化リチウムになると考えられるため、特にフッ素化タングステン酸化物の粒子の表面がフッ素化されていることが好ましい。すなわち、本発明におけるフッ素化タングステン酸化物の粒子においては、少なくとも表面にフッ素原子が導入されており、内部は酸化タングステンで構成されていてもよい。   In addition, since the fluorinated tungsten oxide of the present invention is considered to be oxygenated by extracting oxygen atoms from the surface during charge and discharge, the surface of the fluorinated tungsten oxide particles is particularly fluorinated. preferable. That is, in the particles of fluorinated tungsten oxide in the present invention, fluorine atoms may be introduced at least on the surface, and the inside may be composed of tungsten oxide.

以上のような組成を有するフッ素化タングステン酸化物からなる本発明の負極活物質の電気化学特性は、以下のように電気化学特性測定用セルを作製して測定することができる。すなわち、負極活物質(本発明のフッ素化タングステン酸化物)80重量部と、導電剤であるアセチレンブラック10重量部と、結着剤であるポリフッ化ビニリデン(PVdF)10重量部とを混合し、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)で希釈して、アルミニウム箔からなる集電体上に塗布する。   The electrochemical characteristics of the negative electrode active material of the present invention comprising the fluorinated tungsten oxide having the above composition can be measured by preparing an electrochemical characteristic measurement cell as follows. That is, 80 parts by weight of a negative electrode active material (fluorinated tungsten oxide of the present invention), 10 parts by weight of acetylene black as a conductive agent, and 10 parts by weight of polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder are mixed, It is diluted with N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) and applied onto a current collector made of aluminum foil.

塗布後の集電体を真空中60℃で30分乾燥した後、15×20mm2の寸法に切断し、さらに真空中で150℃、14時間乾燥し、厚みが120μm〜190μmの電極を得る。一方、ステンレス鋼製の板にリチウム金属シートを圧着して作製した対極、ポリエチレン製のポーラスフィルムからなるセパレータ、ならびにエチレンカーボネート(EC)とジメチルカーボネート(DMC)を3対7の体積比で混合した溶媒に1.0MのLiPF6を溶解した電解液を用い、例えば0.17mA/cm2の電流密度で所定の電圧領域の間で充放電を繰り返す。 The coated current collector is dried in vacuum at 60 ° C. for 30 minutes, then cut to 15 × 20 mm 2 dimensions, and further dried in vacuum at 150 ° C. for 14 hours to obtain an electrode having a thickness of 120 μm to 190 μm. On the other hand, a counter electrode made by pressing a lithium metal sheet on a stainless steel plate, a separator made of a polyethylene porous film, and ethylene carbonate (EC) and dimethyl carbonate (DMC) were mixed at a volume ratio of 3 to 7. Using an electrolytic solution in which 1.0 M LiPF 6 is dissolved in a solvent, charge and discharge are repeated between predetermined voltage regions at a current density of 0.17 mA / cm 2 , for example.

本発明におけるフッ素化タングステン酸化物は、遷移金属元素、II族元素およびIIIB族からなる群より選択される少なくとも1種の添加元素を含むのが好ましい。これは、上記のような添加元素をフッ素化タングステン酸化物にドープすることによって、当該フッ素化タングステン酸化物の物性を変化させることができるからである。   The fluorinated tungsten oxide in the present invention preferably contains at least one additive element selected from the group consisting of a transition metal element, a group II element and a group IIIB. This is because the physical properties of the fluorinated tungsten oxide can be changed by doping the fluorinated tungsten oxide with the above additive elements.

例えば、遷移金属を添加元素としてドープすれば、フッ素化タングステン酸化物の結晶の安定性を増加させることができる。また、マグネシウムやアルミニウムを添加元素としてドープすれば、電子伝導性を増加させたり、あるいは、フッ素化タングステン酸化物の粒子表面での電解液との反応(副反応)を抑制することができる。そして、かかる副反応によって余分な生成物が反応界面に形成されることが抑制されて寿命が延び、さらには、高温加熱時にも電解液との発熱反応が抑制されて安全性も向上する。   For example, if the transition metal is doped as an additive element, the stability of the fluorinated tungsten oxide crystal can be increased. If magnesium or aluminum is doped as an additive element, the electron conductivity can be increased, or the reaction (side reaction) with the electrolytic solution on the surface of the fluorinated tungsten oxide particles can be suppressed. Further, the formation of extra products at the reaction interface due to such side reactions is suppressed and the life is extended, and further, the exothermic reaction with the electrolytic solution is suppressed even during high-temperature heating, and the safety is improved.

ここで、本発明の負極活物質は、フッ素化タングステン酸化物の平均粒径0.6μm以下の一次粒子と、前記一次粒子が集合して形成された平均粒径10μm以下の二次粒子とを含むのが好ましい。サブミクロンの粒子が単独で粉体となった場合は、嵩密度も小さく、ハンドリングがしにくい。このような観点から、一次粒子が集合した二次粒子にすることで充放電特性を確保すると同時にハンドリングも容易にすることができる。   Here, the negative electrode active material of the present invention comprises primary particles having an average particle size of 0.6 μm or less of fluorinated tungsten oxide and secondary particles having an average particle size of 10 μm or less formed by aggregating the primary particles. It is preferable to include. When submicron particles become powder alone, the bulk density is small and handling is difficult. From such a viewpoint, by making secondary particles in which primary particles are aggregated, charge / discharge characteristics can be ensured and handling can be facilitated at the same time.

また、充放電反応のし易さに関連して、一次粒子は小さい方がリチウムの結晶内拡散がスムーズなため好ましい。実際の電気化学特性から判断すると、0.6μm以下であれば実用上問題ない充放電特性が得られる。一方、極板を製造する際には、本発明の負極活物質を用いたペーストを作成して塗工するが、上記二次粒子の平均粒径が10μmを超えると、ペースト作成時の分散性が損なわれ易く塗工が不均一になる傾向にあるといった問題が生じるため不適である。このような理由により、平均粒径0.6μm以下の一次粒子と、前記一次粒子が集合して形成された平均粒径10μm以下の二次粒子とを含むのが好ましい。
(2)本発明の負極活物質の製造方法
本発明の負極活物質を構成する組成式:LixWO3-yz(0≦x<0.8、0<y<2、0<z<0.8)で表されるフッ素化タングステン酸化物は、炭酸リチウム、水酸化リチウム、硝酸リチウムおよび酸化リチウムからなる群より選択される少なくとも1種のリチウム化合物と、フッ化リチウム、フッ化ナトリウムおよびフッ化カリウムからなる群より選択される少なくとも1種のフッ素化合物と、酸化タングステンとを混合し、得られた混合物を焼成することにより合成することができる。すなわち、本発明の負極活物質は、粉末状の上記原料を用いて、いわゆる乾式法で製造することができる。
Further, in relation to the ease of charge / discharge reaction, it is preferable that the primary particles are small because the diffusion of lithium into the crystal is smooth. Judging from actual electrochemical characteristics, if it is 0.6 μm or less, charge / discharge characteristics having no practical problem can be obtained. On the other hand, when manufacturing the electrode plate, a paste using the negative electrode active material of the present invention is prepared and applied. When the average particle size of the secondary particles exceeds 10 μm, the dispersibility during the paste preparation is This is unsuitable because it tends to be damaged and the coating tends to be uneven. For these reasons, it is preferable to include primary particles having an average particle diameter of 0.6 μm or less and secondary particles having an average particle diameter of 10 μm or less formed by aggregating the primary particles.
(2) Method for Producing Negative Electrode Active Material of the Present Invention Composition formula constituting the negative electrode active material of the present invention: Li x WO 3-y F z (0 ≦ x <0.8, 0 <y <2, 0 <z The fluorinated tungsten oxide represented by <0.8) is at least one lithium compound selected from the group consisting of lithium carbonate, lithium hydroxide, lithium nitrate and lithium oxide, lithium fluoride, sodium fluoride And at least one fluorine compound selected from the group consisting of potassium fluoride and tungsten oxide, and the resultant mixture can be synthesized by firing. That is, the negative electrode active material of the present invention can be produced by a so-called dry method using the above powdery raw material.

リチウム源としては、炭酸リチウム、水酸化リチウム、硝酸リチウムおよび酸化リチウムからなる群より選択される少なくとも1種のリチウム化合物を用いることができるが、なかでも、結果として初回充放電効率が若干高いことと、反応時の生成ガスに有害物(NOx)を含まないことや、タングステン酸化物との反応性が良好という理由から、炭酸リチウムおよび水酸化リチウムのうちの少なくとも一方を用いるのが好ましい。   As the lithium source, at least one lithium compound selected from the group consisting of lithium carbonate, lithium hydroxide, lithium nitrate, and lithium oxide can be used. Among them, the initial charge / discharge efficiency is slightly higher as a result. In addition, it is preferable to use at least one of lithium carbonate and lithium hydroxide because the product gas during the reaction does not contain harmful substances (NOx) and the reactivity with tungsten oxide is good.

また、フッ素化合物としては、フッ化リチウム、フッ化ナトリウムおよびフッ化カリウムからなる群より選択される少なくとも1種を用いることができるが、カリウムやナトリウムといった不純物を含まないという理由から、フッ化リチウムを用いるのが好ましい。   Further, as the fluorine compound, at least one selected from the group consisting of lithium fluoride, sodium fluoride, and potassium fluoride can be used, but lithium fluoride is included because it does not contain impurities such as potassium and sodium. Is preferably used.

さらに、酸化タングステンとしては、例えばWO2やWO3を用いることができ、得られるフッ素化タングステン酸化物における酸素原子比を調整するために、WO2およびWO3の混合物を両者の比率を変更して用いることも可能である。 Furthermore, as tungsten oxide, for example, WO 2 or WO 3 can be used. In order to adjust the oxygen atomic ratio in the obtained fluorinated tungsten oxide, the ratio of both of the mixture of WO 2 and WO 3 is changed. Can also be used.

焼成温度に関しては600℃から1200℃の領域で焼成することが好ましい。600℃未満では反応が不十分であり、1200℃を超えるほどの高温は必要なく製造コストも高価になるからである。得られるフッ素化タングステン酸化物の結晶構造を十分に発達させるためには、800℃以上の焼成温度が好ましい。   Regarding the firing temperature, firing is preferably performed in the region of 600 ° C to 1200 ° C. If the temperature is lower than 600 ° C., the reaction is insufficient, and a high temperature exceeding 1200 ° C. is not necessary, and the production cost becomes expensive. In order to sufficiently develop the crystal structure of the resulting fluorinated tungsten oxide, a firing temperature of 800 ° C. or higher is preferable.

ここで、上記のようにフッ素化タングステン酸化物の一次粒子の平均粒径を0.6μm以下とし、前記一次粒子が集合して形成された二次粒子の平均粒径を10μm以下に制御するためには、酸化タングステンである出発材料をあらかじめこのような粒子に合成したものを使用すればよい。酸化タングステンは金属タングステンを酸化することで容易に合成できるが、金属タングステンを適した粒子に調整することで酸化タングステンの粒子を調製することができる。   Here, in order to control the average particle size of the secondary particles formed by aggregating the primary particles to 10 μm or less, with the average particle size of the primary particles of the fluorinated tungsten oxide being 0.6 μm or less as described above. In this case, a material obtained by previously synthesizing such a particle with a starting material which is tungsten oxide may be used. Tungsten oxide can be easily synthesized by oxidizing metallic tungsten, but tungsten oxide particles can be prepared by adjusting metallic tungsten to suitable particles.

(3)本発明の非水電解質二次電池について
本発明は、上記フッ素化タングステン酸化物を負極活物質として含む負極と、正極と、セパレータと、電解液とを有する非水電解質二次電池にも関する。
(3) Non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention The present invention provides a non-aqueous electrolyte secondary battery having a negative electrode containing the fluorinated tungsten oxide as a negative electrode active material, a positive electrode, a separator, and an electrolytic solution. Also related.

一般的なLiCoO2/炭素材料の非水電解質二次電池においては、コバルトの充電電位である4.5V近傍まで酸化しないという耐酸化性、黒鉛の充電電位である0V近傍まで還元しないという耐還元性が必要となるため(電位はリチウム金属基準、以下同様)、これらの電位窓を満足できない有機溶媒は非水電解質二次電池用の電解液からは除外されてきた。 In a general LiCoO 2 / carbon material non-aqueous electrolyte secondary battery, oxidation resistance that does not oxidize to about 4.5 V, which is the charging potential of cobalt, and reduction resistance, which does not reduce to about 0 V, which is the charging potential of graphite. Therefore, organic solvents that cannot satisfy these potential windows have been excluded from the electrolyte for non-aqueous electrolyte secondary batteries.

例えばラクトン系有機溶媒、プロピレンカーボネート、トリメチルフォスフェイトおよびトリエチルフォスフェイトなどの溶媒は、安価であるうえに大きい誘電率を有するため、電解質(塩)を十分に溶解させる能力を持ち、さらに耐酸化性にも優れるため、有用な溶媒である。   For example, lactone organic solvents, propylene carbonate, trimethyl phosphate, triethyl phosphate, and other solvents are inexpensive and have a large dielectric constant, so they have the ability to sufficiently dissolve electrolytes (salts) and are resistant to oxidation. Therefore, it is a useful solvent.

ところが、負極に黒鉛を使用する場合には、耐還元性が問題となるため、ラクトン系の有機溶媒は使用が困難であった。また、プロピレンカーボネートも黒鉛の充放電時に同時に分解されるなどの理由で使用が困難であった。消火作用をもち安全性に優れたトリメチルフォスフェイトおよびトリエチルフォスフェイトも同様の理由で使用が困難であった。   However, when graphite is used for the negative electrode, reduction resistance becomes a problem, and lactone organic solvents are difficult to use. Propylene carbonate is also difficult to use because it is simultaneously decomposed during charging and discharging of graphite. Trimethyl phosphate and triethyl phosphate, which have a fire extinguishing action and excellent safety, are difficult to use for the same reason.

これに対し、本発明の非水電解質二次電池においては、負極活物質として黒鉛ではなく上記フッ素化タングステン酸化物を用いるため、負極側の電位が上がるため、溶媒に求められる耐還元性は飛躍的に緩和される。したがって、従来から使用されているエチレンカーボネート(ECC)、ジメチルカーボネート(DMC)、メチルエチルカーボネート(MEC)およびジエチルカーボネート(DEC)などに加え、上記のラクトン系有機溶媒、プロピレンカーボネート、トリメチルフォスフェイトおよびトリエチルフォスフェイトなどの溶媒も有効に用いることができる。   On the other hand, in the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention, since the above fluorinated tungsten oxide is used as the negative electrode active material instead of graphite, the potential on the negative electrode side is increased, so that the reduction resistance required for the solvent is dramatically increased. Alleviated. Therefore, in addition to the conventionally used ethylene carbonate (ECC), dimethyl carbonate (DMC), methyl ethyl carbonate (MEC), diethyl carbonate (DEC), etc., the above lactone organic solvents, propylene carbonate, trimethyl phosphate and A solvent such as triethyl phosphate can also be used effectively.

正極活物質としてニッケルマンガンスピネル酸化物などを使用する場合、正極の電位は4.7V以上まで上がるが、上記の溶媒は5V以上でも酸化しないことから耐酸化性について問題なく使用することができる。また、耐酸化性に優れたスルフォラン、メチルジグライムおよびフッ素化エチレンカーボネートなども、本発明の非水電解質二次電池には適した溶媒であると考えられる。   When nickel manganese spinel oxide or the like is used as the positive electrode active material, the potential of the positive electrode rises to 4.7 V or higher, but the above-mentioned solvent does not oxidize even at 5 V or higher, so that it can be used without any problem with respect to oxidation resistance. In addition, sulfolane, methyl diglyme, fluorinated ethylene carbonate, and the like having excellent oxidation resistance are also considered to be suitable solvents for the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention.

なお、上記のジメチルカーボネート(DMC)、メチルエチルカーボネート(MEC)およびジエチルカーボネート(DEC)などは、粘性の高い溶媒の希釈剤として使用することも可能である。   The dimethyl carbonate (DMC), methyl ethyl carbonate (MEC), and diethyl carbonate (DEC) can be used as a diluent for a highly viscous solvent.

また、単独で使用が可能であれば非常に有益なイオン性液体も、溶媒として使用することは、上記と同様に黒鉛を負極に使用している場合には制限されたり困難であったりしていたが、本発明の非水電解質二次電池においては使用することができる。   In addition, the use of ionic liquids, which are very useful if they can be used alone, as solvents, is limited or difficult when graphite is used in the negative electrode as described above. However, it can be used in the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention.

ただし、イオン性液体を単独で使用することが安全性などの観点からは好ましいが、固体のものや、粘性が高いものもあるため、従来の生産設備を用いることを考慮すれば、上述した溶媒と混合して使用してもその優位性はある程度確保できると考えられる。   However, it is preferable to use an ionic liquid alone from the viewpoint of safety and the like. However, since there are solid ones and high viscosity ones, the above-mentioned solvents are considered in consideration of using conventional production equipment. It is considered that the superiority can be ensured to some extent even when used in combination.

イオン性液体としては以下のものが挙げられる。カチオン種としては、例えば1、2、及び3置換されたイミダゾリウム、ピリジニウム、フォスフォニウム、アンモニウム、ピロリジニウム、グアニジニウムおよびイソウロニウムが挙げられる。アニオン種としては、例えばハロゲン、サルフェイト、アミド、イミド、メタン種、ボレイト、フォスフェイト、アンチモネイト、デカネイトおよびコバルトテトラカルボニルなどが挙げられる。   Examples of the ionic liquid include the following. Cationic species include, for example, 1, 2 and 3 substituted imidazolium, pyridinium, phosphonium, ammonium, pyrrolidinium, guanidinium and isouronium. Examples of the anionic species include halogen, sulfate, amide, imide, methane species, borate, phosphate, antimonate, decanate and cobalt tetracarbonyl.

本発明の非水電解質二次電池においては使用することができる電解質としては特に制限はなく、従来から非水電解質二次電池において使用されているLiPF6やLiBF4、さらには有機アニオンのリチウム塩も用いることができる。 The electrolyte that can be used in the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is not particularly limited, and LiPF 6 and LiBF 4 that are conventionally used in non-aqueous electrolyte secondary batteries, and further lithium salts of organic anions Can also be used.

セパレータとしては、従来から非水電解質二次電池において使用されているものであれば特に制限なく用いることができる。例えばポリオレフィンの微多孔膜や不織布などを使用することができる。不織布を構成する材料としては、例えばポリエステルなどが挙げられる。   As the separator, any separator that has been conventionally used in non-aqueous electrolyte secondary batteries can be used without particular limitation. For example, a microporous membrane or non-woven fabric of polyolefin can be used. Examples of the material constituting the nonwoven fabric include polyester.

正極および負極に含まれる集電体としては、一般には、アルミニウムやアルミニウム合金の箔などの薄膜が正極用の集電体に用いられ、銅箔が負極用の集電体に用いられる。これに対し、本発明の非水電解質二次電池において、負極活物質として上記フッ素化タングステン酸化物を用いるため、負極用の集電体にもアルミニウムやアルミニウム合金の箔を使用することが可能である。また、結着剤としては、ポリフッ化ビニリデンやスチレンブタジエンゴムを用いることができる。   As the current collector contained in the positive electrode and the negative electrode, generally, a thin film such as an aluminum or aluminum alloy foil is used as the current collector for the positive electrode, and a copper foil is used as the current collector for the negative electrode. On the other hand, in the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention, the fluorinated tungsten oxide is used as the negative electrode active material. Therefore, it is possible to use an aluminum or aluminum alloy foil for the negative electrode current collector. is there. As the binder, polyvinylidene fluoride or styrene butadiene rubber can be used.

本発明の非水電解質二次電池の形状としては、コイン型、ボタン型、シート型、円筒型、偏平型、角型等いずれにも適用できる。電池の形状がコイン型やボタン型のときは、正極活物質や負極材料の合剤は主としてペレットの形状に圧縮されて用いられる。そのペレットの厚みや直径は電池の大きさにより決定すればよい。なお、本発明における電極の巻回体は、必ずしも真円筒形である必要はなく、その断面が楕円である長円筒形または長方形等の角柱状の形状であっても構わない。   The shape of the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention can be applied to any of coin type, button type, sheet type, cylindrical type, flat type, square type, and the like. When the shape of the battery is a coin type or a button type, the mixture of the positive electrode active material and the negative electrode material is mainly compressed into a pellet shape and used. The thickness and diameter of the pellet may be determined depending on the size of the battery. In addition, the wound body of the electrode in the present invention does not necessarily have a true cylindrical shape, and may have a prismatic shape such as a long cylindrical shape or a rectangular shape whose cross section is an ellipse.

図2に、本発明に係る非水電解質二次電池の一例である円筒型電池の一部を断面にした側面図を示す。図2に示す円筒形電池においては、正極および負極がセパレータを介して複数回渦巻状に巻回されて得られた極板群4が、電池ケース1内に収納されている。そして、正極からは正極リード5が引き出されて封口板2に接続され、負極からは負極リード6が引き出されて電池ケース1の底部に接続されている。   FIG. 2 is a side view showing a cross section of a part of a cylindrical battery which is an example of the nonaqueous electrolyte secondary battery according to the present invention. In the cylindrical battery shown in FIG. 2, an electrode plate group 4 obtained by winding a positive electrode and a negative electrode in a spiral shape through a separator is housed in a battery case 1. A positive electrode lead 5 is drawn from the positive electrode and connected to the sealing plate 2, and a negative electrode lead 6 is drawn from the negative electrode and connected to the bottom of the battery case 1.

電池ケースやリード板は、耐有機電解液性の電子伝導性をもつ金属や合金を用いることができる。例えば、鉄、ニッケル、チタン、クロム、モリブデン、銅、アルミニウム等の金属またはそれらの合金が用いられる。特に、電池ケースはステンレス鋼板、Al−Mn合金板を加工したもの、正極リードはアルミニウムが好ましい。負極リードはニッケルあるいはアルミニウムが好ましい。また、電池ケースには、軽量化を図るため各種エンジニアリングプラスチックスおよびこれと金属の併用したものを用いることも可能である。   For the battery case and the lead plate, a metal or alloy having an organic electrolyte resistance and an electron conductivity can be used. For example, a metal such as iron, nickel, titanium, chromium, molybdenum, copper, aluminum, or an alloy thereof is used. In particular, the battery case is preferably made of a stainless steel plate or an Al—Mn alloy plate, and the positive electrode lead is preferably aluminum. The negative electrode lead is preferably nickel or aluminum. In addition, various engineering plastics and a combination of these and a metal can be used for the battery case in order to reduce the weight.

極板群の上下部にはそれぞれ絶縁リング7が設けられている。そして、電解液を注入し、封口板を用いて電池ケースを密封する。このとき、安全弁を封口板に設けることができる。安全弁の他、従来から知られている種々の安全素子を備えつけてもよい。例えば、過電流防止素子として、ヒューズ、バイメタル、PTC素子等が用いられる。   Insulating rings 7 are respectively provided at the upper and lower portions of the electrode plate group. And electrolyte solution is inject | poured and a battery case is sealed using a sealing board. At this time, a safety valve can be provided on the sealing plate. In addition to the safety valve, various conventionally known safety elements may be provided. For example, a fuse, bimetal, PTC element, or the like is used as the overcurrent prevention element.

また、安全弁のほかに電池ケースの内圧上昇の対策として、電池ケースに切込を入れる方法、ガスケット亀裂方法、封口板亀裂方法またはリード板との切断方法を利用することができる。また、充電器に過充電や過放電対策を組み込んだ保護回路を具備させるか、または、独立に接続させてもよい。キャップ、電池ケース、シート、リード板の溶接法については、公知の方法(例えば、直流もしくは交流の電気溶接、レーザー溶接または超音波溶接等)を用いることができる。また、封口用シール剤としては、アスファルト等の従来から知られている化合物や混合物を用いることができる。   In addition to the safety valve, as a countermeasure against an increase in the internal pressure of the battery case, a method of cutting the battery case, a method of cracking the gasket, a method of cracking the sealing plate, or a method of cutting the lead plate can be used. Further, the charger may be provided with a protection circuit incorporating measures against overcharge and overdischarge, or may be connected independently. As a method for welding the cap, the battery case, the sheet, and the lead plate, a known method (for example, direct current or alternating current electric welding, laser welding, or ultrasonic welding) can be used. As the sealing agent for sealing, conventionally known compounds and mixtures such as asphalt can be used.

以下に、実施例に代表させて本発明を説明するが、本発明はこれらのみに限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described by way of representative examples, but the present invention is not limited thereto.

《実施例1》
リチウム化合物である炭酸リチウムと、フッ素化合物であるフッ化リチウムと、酸化タングステンとを混合し、950℃で10時間焼成することによって本発明の負極活物質を構成するフッ素化タングステン酸化物(負極活物質1:試料番号A−1)を合成した。なお、混合時において、混合物中におけるフッ素原子/タングステン原子の比(F/W)が0.2となるように、また、リチウム原子/タングステン原子の比(Li/W)が0.2となるように、各原料を仕込んだ。
Example 1
Lithium carbonate as a lithium compound, lithium fluoride as a fluorine compound, and tungsten oxide are mixed and baked at 950 ° C. for 10 hours to form a fluorinated tungsten oxide (negative electrode active material) constituting the negative electrode active material of the present invention. Substance 1: Sample number A-1) was synthesized. During mixing, the ratio of fluorine atom / tungsten atom (F / W) in the mixture is 0.2, and the ratio of lithium atom / tungsten atom (Li / W) is 0.2. So that each raw material was charged.

[粒子の形態観察]
ここで、得られたフッ素化タングステン酸化物の粒子のSEM写真を撮影した。図1は、本実施例で得たフッ素化タングステン酸化物の粒子のSEM写真である、図1を解析したところ、ほぼ0.6μm以下の平均粒径を有する一次粒子が集合して、平均粒径1μm程度の二次粒子を形成していることがわかった。
[Particle morphology observation]
Here, an SEM photograph of the obtained fluorinated tungsten oxide particles was taken. FIG. 1 is an SEM photograph of the fluorinated tungsten oxide particles obtained in this example. FIG. 1 was analyzed. As a result, primary particles having an average particle size of approximately 0.6 μm or less were aggregated to obtain average particles. It was found that secondary particles having a diameter of about 1 μm were formed.

[電気化学特性]
また、ここで得られたフッ素化タングステン酸化物からなる本発明の負極活物質の電気化学特性を、電気化学特性測定用セルを作製して測定した。上記フッ素化タングステン酸化物80重量部と、導電剤であるアセチレンブラック10重量部と、結着剤であるPVdF10重量部とを混合し、NMPで希釈して、アルミニウム箔からなる集電体上に塗布した。塗布後の集電体を真空中60℃で30分乾燥した後、15×20mm2の寸法に切断し、さらに真空中で150℃、14時間乾燥し、厚みが120μm〜190μmの負極を得た。
[Electrochemical properties]
Moreover, the electrochemical characteristics of the negative electrode active material of the present invention comprising the fluorinated tungsten oxide obtained here were measured by preparing a cell for measuring electrochemical characteristics. 80 parts by weight of the fluorinated tungsten oxide, 10 parts by weight of acetylene black as a conductive agent, and 10 parts by weight of PVdF as a binder are mixed, diluted with NMP, and placed on a current collector made of aluminum foil. Applied. The coated current collector was dried in vacuum at 60 ° C. for 30 minutes, then cut to 15 × 20 mm 2 dimensions, and further dried in vacuum at 150 ° C. for 14 hours to obtain a negative electrode having a thickness of 120 μm to 190 μm. .

一方、ステンレス鋼製の板にリチウム金属シートを圧着して作製して、上記負極と同じ寸法の対極を作製し、ポリエチレン製のポーラスフィルムからなるセパレータ、ならびにEC(エチレンカーボネート)とDMC(ジメチルカーボネート)を3対7の体積比で混合した溶媒に1.0MのLiPFを溶解した電解液を用い、電気化学特性測定用セルを作製した。 On the other hand, a lithium metal sheet is pressure-bonded to a stainless steel plate to produce a counter electrode having the same dimensions as the negative electrode, a separator made of a polyethylene porous film, and EC (ethylene carbonate) and DMC (dimethyl carbonate). ) Was mixed in a volume ratio of 3 to 7 to prepare a cell for measuring electrochemical characteristics using an electrolytic solution in which 1.0 M LiPF 6 was dissolved.

このセルの充放電を、0.17mA/cm2の電流密度で、上記対極(すなわちリチウム金属)に対して0.5V〜2.5Vの電圧領域の間で繰り返し、初回の充電電気量と初回の放電電気量を測定し、その比率(初回の放電電気量/初回の充電電気量:%)を算出した。結果を表1に示す。なお、表1には、使用した原料および焼成温度も示す。 The charging / discharging of this cell was repeated at a current density of 0.17 mA / cm 2 between the voltage range of 0.5 V to 2.5 V with respect to the counter electrode (that is, lithium metal), The amount of discharge electricity was measured, and the ratio (initial discharge electricity amount / initial charge electricity amount:%) was calculated. The results are shown in Table 1. Table 1 also shows the raw materials used and the firing temperature.

《実施例2〜14》
リチウム化合物、フッ素化合物および焼成温度のうちのいずれかを表1に示すものに代えた他は、実施例1と同様にして本発明のフッ素化タングステン酸化物(負極活物質2〜14:試料番号A−2〜A−4、試料番号B−1〜B−2および試料番号C−1〜C−8)を合成し、電気化学特性測定用セルを作製して電気化学特性を測定した。結果を表1に示す。
<< Examples 2 to 14 >>
The fluorinated tungsten oxide of the present invention (negative electrode active materials 2 to 14: sample number) except that any one of the lithium compound, the fluorine compound and the firing temperature was replaced with that shown in Table 1 in the same manner as in Example 1. A-2 to A-4, Sample Nos. B-1 to B-2 and Sample Nos. C-1 to C-8) were synthesized, and a cell for measuring electrochemical characteristics was prepared to measure electrochemical characteristics. The results are shown in Table 1.

《実施例15〜21》
本実施例においては、フッ素化タングステン酸化物におけるリチウム原子の量に関して検討した。炭酸リチウムの混合量を変化させた他は、実施例1(試料番号A−1)と同様にして、種々のリチウム量を有する本発明のフッ素化タングステン酸化物(負極活物質15〜21:試料番号D−1〜D−7)を合成し、電気化学特性測定用セルを作製して電気化学特性を測定した。結果を表2に示す。なお実施例1〜14の結果も示す。
<< Examples 15 to 21 >>
In this example, the amount of lithium atoms in the fluorinated tungsten oxide was examined. The fluorinated tungsten oxide of the present invention having various amounts of lithium (negative electrode active materials 15 to 21: sample) in the same manner as in Example 1 (sample number A-1) except that the amount of lithium carbonate mixed was changed. Nos. D-1 to D-7) were synthesized, a cell for measuring electrochemical characteristics was prepared, and the electrochemical characteristics were measured. The results are shown in Table 2. In addition, the result of Examples 1-14 is also shown.

ただし、本実施例においては、Li/Wが、0.05、0.1、0.2、0.5、0.7、0.8または1.0になるような量で炭酸リチウムを仕込んだ。なお、F/Wは0.2とした。   However, in this embodiment, lithium carbonate is charged in such an amount that Li / W is 0.05, 0.1, 0.2, 0.5, 0.7, 0.8, or 1.0. It is. Note that F / W was 0.2.

《実施例22〜26》
本実施例においては、添加元素の検討を行った。原料混合時に、他の原料に加えて添加元素としてコバルト、マンガン、ニッケル、マグネシウムまたはアルミニウムを混合した他は、実施例1(試料番号A−1)と同様にして、種々の添加元素を含む本発明のフッ素化タングステン酸化物(負極活物質22〜26:試料番号E−1〜E−5)を合成し、電気化学特性測定用セルを作製して電気化学特性を測定した。結果を表2に示す。ただし、F/W比は0.2とし、添加元素の量はWに対して0.05とした。
<< Examples 22 to 26 >>
In this example, the additive elements were examined. A book containing various additive elements in the same manner as in Example 1 (Sample No. A-1) except that cobalt, manganese, nickel, magnesium, or aluminum was added as an additional element in addition to other raw materials when mixing the raw materials. The fluorinated tungsten oxides of the invention (negative electrode active materials 22 to 26: sample numbers E-1 to E-5) were synthesized, and electrochemical characteristics measuring cells were prepared to measure the electrochemical characteristics. The results are shown in Table 2. However, the F / W ratio was 0.2, and the amount of additive element was 0.05 with respect to W.

《実施例27〜33》
本実施例においては、フッ素原子の含有量について検討をした。タングステン酸化物であるWO2、WO3、炭酸リチウムおよびフッ化リチウムの添加量を変化させて混合し、F/W比が0.06、0.1、0.3、0.5、0.7、0.8または1.0とした他は、実施例1(試料番号A−1)と同様にして、種々のフッ素原子含有量を有する本発明のフッ素化タングステン酸化物(負極活物質27〜33:試料番号F−1〜F−7)を合成し、電気化学特性測定用セルを作製して電気化学特性を測定した。結果を表2に示す。
<< Examples 27-33 >>
In this example, the content of fluorine atoms was examined. The tungsten oxides WO 2 , WO 3 , lithium carbonate, and lithium fluoride are mixed in various amounts, and the F / W ratio is 0.06, 0.1, 0.3, 0.5, 0.00. The fluorinated tungsten oxide (negative electrode active material 27) of the present invention having various fluorine atom contents was the same as in Example 1 (Sample No. A-1) except that 7, 0.8 or 1.0 was used. ~ 33: Sample numbers F-1 to F-7) were synthesized, and electrochemical characteristics measurement cells were prepared to measure electrochemical characteristics. The results are shown in Table 2.

なお、酸素原子の比率に関しては、上述したように、充放電容量の観点からはWに対して大きい方が有利であるが、フッ素化はフッ素化タングステン酸化物粒子の表面において酸素の一部を置換する形で進行させなければ不可逆容量の低減につながらないようであった。また、試料番号F−1〜F−7のフッ素化タングステン酸化物において、WO3-yに換算すると、yの値はそれぞれF−1からF−7の順に0.01、0.25、0.66、1.2、1.63、2.0および2.2であった。 As described above, it is advantageous that the oxygen atom ratio is larger than W from the viewpoint of charge / discharge capacity. However, fluorination is performed by fluorinating a part of oxygen on the surface of the fluorinated tungsten oxide particles. It seemed that it would not lead to a reduction in irreversible capacity unless it proceeded in the form of substitution. Further, in the fluorinated tungsten oxides of sample numbers F-1 to F-7, when converted to WO3 -y , the values of y are 0.01, 0.25, 0 in the order of F-1 to F-7, respectively. .66, 1.2, 1.63, 2.0 and 2.2.

《比較例1および2》
本発明の比較例として、市販されているWO3(比較例1)およびWO2(比較例2)を用いた他は、実施例1と同様にして電気化学特性測定用セルを作製して電気化学特性を測定した。結果を表2に示す。
<< Comparative Examples 1 and 2 >>
As a comparative example of the present invention, a cell for measuring electrochemical characteristics was prepared in the same manner as in Example 1 except that commercially available WO 3 (Comparative Example 1) and WO 2 (Comparative Example 2) were used. The chemical properties were measured. The results are shown in Table 2.

表2より、焼成温度は600℃〜1200℃が好ましいことがわかる。また、フッ素化合物としてはフッ化リチウムを用いることでリチウム電池用の負極としては不純物の量が減少し、効率が増加するので好ましい。一方、フッ素原子の添加量としてF/W比は0.8以下が好ましいことがわかる。これに相関して酸素比は2.0以下が好ましい。   Table 2 shows that the firing temperature is preferably 600 ° C to 1200 ° C. In addition, it is preferable to use lithium fluoride as the fluorine compound because the amount of impurities is reduced and efficiency is increased as a negative electrode for a lithium battery. On the other hand, the F / W ratio is preferably 0.8 or less as the addition amount of fluorine atoms. In relation to this, the oxygen ratio is preferably 2.0 or less.

《実施例34〜39および比較例3》
本実施例においては、試料番号A−1、B−1、C−5、D−3、E−1、F−2および比較例1の負極活物質を用いて負極を作製し、当該負極を用いて図2に示す構造を有する円筒型電池を作製した。
<< Examples 34 to 39 and Comparative Example 3 >>
In this example, a negative electrode was prepared using the negative electrode active materials of Sample Nos. A-1, B-1, C-5, D-3, E-1, F-2 and Comparative Example 1, and the negative electrode was A cylindrical battery having the structure shown in FIG. 2 was produced.

負極活物質粉末85重量部に対し、導電剤である炭素粉末10重量部と結着剤であるポリフッ化ビニリデン樹脂5重量部とを混合した。得られた混合物を脱水N−メチルピロリジノンに分散させてスラリーを得、アルミニウム箔からなる集電体上に塗布し、乾燥・圧延した後、所定の大きさに切断し、負極を作製した。   10 parts by weight of carbon powder as a conductive agent and 5 parts by weight of polyvinylidene fluoride resin as a binder were mixed with 85 parts by weight of the negative electrode active material powder. The obtained mixture was dispersed in dehydrated N-methylpyrrolidinone to obtain a slurry, which was applied onto a current collector made of aluminum foil, dried and rolled, and then cut into a predetermined size to produce a negative electrode.

負極活物質を正極活物質(Li1±xNi1/2Mn1/22(x≦0.1))に代えた他は、負極と同様にして正極を作製した。また、セパレータとしてはポリプロピレン製の不織布を用い、有機電解液には、エチレンカーボネート(EC)とプロピレンカーボネート(PC)の体積比1:1の混合溶媒に、LiPF6を1.0モル/リットル溶解したものを使用した。作製した円筒型電池の寸法は直径14.1mm、高さ50.0mmとした。 A positive electrode was produced in the same manner as the negative electrode except that the negative electrode active material was replaced with a positive electrode active material (Li 1 ± x Ni 1/2 Mn 1/2 O 2 (x ≦ 0.1)). In addition, a polypropylene non-woven fabric is used as a separator, and LiPF 6 is dissolved in a mixed solvent having a volume ratio of 1: 1 of ethylene carbonate (EC) and propylene carbonate (PC) as an organic electrolyte. We used what we did. The dimensions of the produced cylindrical battery were 14.1 mm in diameter and 50.0 mm in height.

このようにして作製した円筒型電池を3.0Vの定電圧充電を行い、放電は100mAの定電流で1Vまで放電した。このとき得られた放電容量を表3に示した。
The cylindrical battery thus produced was charged at a constant voltage of 3.0V, and discharged at a constant current of 100 mA up to 1V. The discharge capacity obtained at this time is shown in Table 3.

表3より明らかなように、本発明のフッ素化タングステン酸化物を用いた場合は、不可逆容量の低減で電池容量が増加していることがわかる。この不可逆容量の低減は、上述したように、負極活物質粒子表面の酸素とリチウムが反応して酸化リチウムとなり、放電で正極に戻らなくなる現象を表面にフッ素が存在することで酸素を活物質中に引きとめリチウムと反応することを抑制したものと考えられる。   As is apparent from Table 3, when the fluorinated tungsten oxide of the present invention is used, it can be seen that the battery capacity is increased by reducing the irreversible capacity. As described above, this reduction in irreversible capacity is due to the phenomenon that oxygen on the surface of the negative electrode active material particles reacts with lithium to become lithium oxide and does not return to the positive electrode by discharge, so that oxygen exists in the active material due to the presence of fluorine on the surface. It is considered that the reaction with lithium was suppressed.

本発明によれば、タングステン酸化物を負極に用いる場合の従来の課題である初回の不可逆容量を低減した高容量非水電解質2次電池を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the high capacity | capacitance nonaqueous electrolyte secondary battery which reduced the first irreversible capacity | capacitance which is the subject in the case of using a tungsten oxide for a negative electrode can be provided.

本発明のフッ素化タングステン酸化物の粒子形態を示すSEM写真である。It is a SEM photograph which shows the particle | grain form of the fluorinated tungsten oxide of this invention. 本発明に係る非水電解質二次電池の一例である円筒型電池の一部を断面にした側面図である。It is the side view which made a part of cylindrical battery the section which is an example of the nonaqueous electrolyte secondary battery concerning the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 電池ケース
2 封口板
3 絶縁パッキング
4 極板群
5 正極リード
6 負極リード
7 絶縁リング
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Battery case 2 Sealing plate 3 Insulation packing 4 Electrode plate group 5 Positive electrode lead 6 Negative electrode lead 7 Insulation ring

Claims (8)

フッ素化タングステン酸化物を含むことを特徴とする負極活物質。   A negative electrode active material comprising a fluorinated tungsten oxide. 前記フッ素化タングステン酸化物がリチウムを含有する請求項1記載の負極活物質。   The negative electrode active material according to claim 1, wherein the fluorinated tungsten oxide contains lithium. 前記フッ素化タングステン酸化物が、組成式:LixWO3-yz(0≦x<0.8、0<y<2、0<z<0.8)で表される請求項1または2記載の負極活物質。 The fluorinated tungsten oxide is represented by a composition formula: Li x WO 3-y F z (0 ≦ x <0.8, 0 <y <2, 0 <z <0.8). 2. The negative electrode active material according to 2. 前記フッ素化タングステン酸化物の平均粒径0.6μm以下の一次粒子と、前記一次粒子が集合して形成された平均粒径10μm以下の二次粒子とを含む請求項1〜3のいずれかに記載の負極活物質。   The fluorinated tungsten oxide includes primary particles having an average particle size of 0.6 μm or less and secondary particles having an average particle size of 10 μm or less formed by the aggregation of the primary particles. The negative electrode active material as described. 前記フッ素化タングステン酸化物が、遷移金属元素、II族元素およびIIIB族からなる群より選択される少なくとも1種の添加元素を含む請求項1〜4のいずれかに記載の負極活物質。   The negative electrode active material according to any one of claims 1 to 4, wherein the fluorinated tungsten oxide contains at least one additional element selected from the group consisting of a transition metal element, a group II element, and a group IIIB. 炭酸リチウム、水酸化リチウム、硝酸リチウムおよび酸化リチウムからなる群より選択される少なくとも1種のリチウム化合物と、フッ化リチウム、フッ化ナトリウムおよびフッ化カリウムからなる群より選択される少なくとも1種のフッ素化合物と、酸化タングステンとを混合し、得られた混合物を焼成することにより、組成式:LixWO3-yz(0≦x<0.8、0<y<2、0<z<0.8)で表されるタングステン酸化物を得ることを特徴とする負極活物質の製造方法。 At least one lithium compound selected from the group consisting of lithium carbonate, lithium hydroxide, lithium nitrate and lithium oxide; and at least one fluorine selected from the group consisting of lithium fluoride, sodium fluoride and potassium fluoride A compound and tungsten oxide are mixed, and the obtained mixture is fired to obtain a composition formula: Li x WO 3-y F z (0 ≦ x <0.8, 0 <y <2, 0 <z < 0.8). A method for producing a negative electrode active material, comprising obtaining a tungsten oxide represented by 0.8). 前記混合物を600℃から1200℃の温度で焼成する請求項6記載の負極活物質の製造方法。   The method for producing a negative electrode active material according to claim 6, wherein the mixture is fired at a temperature of 600 ° C. to 1200 ° C. 請求項1〜5のいずれかに記載の負極活物質を含む負極を有する非水電解質二次電池。   The nonaqueous electrolyte secondary battery which has a negative electrode containing the negative electrode active material in any one of Claims 1-5.
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