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JP2007128767A - Active material manufacturing method and battery - Google Patents

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JP2007128767A
JP2007128767A JP2005321016A JP2005321016A JP2007128767A JP 2007128767 A JP2007128767 A JP 2007128767A JP 2005321016 A JP2005321016 A JP 2005321016A JP 2005321016 A JP2005321016 A JP 2005321016A JP 2007128767 A JP2007128767 A JP 2007128767A
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JP
Japan
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active material
lithium
negative electrode
examples
positive electrode
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Application number
JP2005321016A
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Japanese (ja)
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Kensuke Yamamoto
健介 山本
Kenichi Kawase
賢一 川瀬
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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Abstract

【課題】簡単かつ均一にLiを含有させることができる活物質の製造方法、およびそれにより得られた活物質を用いた電池を提供する。
【解決手段】負極活物質層12Bは、Liと合金を形成可能な第1元素と、第1元素と合金を形成可能な第2元素と、Liとを含む原料を溶融し、凝固させることにより合成した活物質を含有する。第1元素としてはSiまたはSnなどが好ましく、第2元素としてはCo,Fe,CuまたはNiなどが好ましい。第1元素と第2元素との割合は、第1元素:第2元素の原子数比で99:1から50:50の範囲内が好ましく、第1元素および第2元素の合計とLiとの割合は、(第1元素+第2元素):Liの原子数比で、99:1から50:50の範囲内が好ましい。
【選択図】図1
An active material manufacturing method capable of easily and uniformly containing Li, and a battery using the active material obtained thereby.
A negative electrode active material layer 12B is formed by melting and solidifying a raw material containing a first element capable of forming an alloy with Li, a second element capable of forming an alloy with the first element, and Li. Contains synthesized active material. The first element is preferably Si or Sn, and the second element is preferably Co, Fe, Cu or Ni. The ratio of the first element to the second element is preferably in the range of 99: 1 to 50:50 in terms of the atomic ratio of the first element: second element, and the total of the first element and second element and Li The ratio is an atomic ratio of (first element + second element): Li, and is preferably in the range of 99: 1 to 50:50.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、リチウム(Li)を電気化学的に吸蔵および放出可能な活物質の製造方法、およびそれにより得られた活物質を用いた電池に関する。   The present invention relates to a method for producing an active material capable of electrochemically inserting and extracting lithium (Li), and a battery using the active material obtained thereby.

近年、モバイル機器の高性能化および多機能化に伴い、それらの電源である二次電池の高容量化が要求されている。この要求に応える二次電池としてはリチウムイオン二次電池があるが、現在実用化されているものは負極に黒鉛を用いているので、電池容量は飽和状態にあり、大幅な高容量化は難しい。そこで、より高容量化を図ることができる活物質として、ケイ素(Si)あるいはスズ(Sn)またはそれらの合金などを用いることが検討されている(例えば、特許文献1参照。)。   In recent years, as mobile devices have higher performance and more functions, there is a demand for higher capacities of secondary batteries serving as power sources thereof. Secondary batteries that meet this requirement include lithium ion secondary batteries, but those currently in practical use use graphite for the negative electrode, so the battery capacity is saturated and it is difficult to achieve significant increases in capacity. . Therefore, it has been studied to use silicon (Si), tin (Sn), or an alloy thereof as an active material capable of achieving higher capacity (for example, see Patent Document 1).

しかし、ケイ素あるいはスズなどを活物質として用いた場合には、初回の充電時に吸蔵したリチウムの一部が不活性化し、充放電に関与しないリチウムが活物質内に残存してしまい、容量が低下したりサイクル特性が低下するという問題があった。そこで、活物質に予めリチウムを吸蔵させることが検討されている。例えば、特許文献2には、活物質粒子の周りにリチウム粉末を付着させることによりリチウムを吸蔵させる方法が記載されている。また、特許文献3には、リチウムを分散させた溶媒中に活物質粒子を浸漬してリチウムを吸蔵させる方法が記載されている。
特開2000−311681号公報 特開平5−234621号公報 特開平5−54912号公報
However, when silicon or tin is used as the active material, a portion of the lithium occluded during the first charge is inactivated, and lithium that does not participate in charge / discharge remains in the active material, resulting in a decrease in capacity. Or the cycle characteristics deteriorate. Therefore, it has been studied to store lithium in the active material in advance. For example, Patent Document 2 describes a method for inserting lithium by attaching lithium powder around active material particles. Patent Document 3 describes a method of occluding lithium by immersing active material particles in a solvent in which lithium is dispersed.
JP 2000-311681 A JP-A-5-234621 Japanese Patent Laid-Open No. 5-54912

しかしながら、これらの方法では、活物質内に均一にリチウムを吸蔵させることが難しく、また、これらの工程は煩雑で時間を要するという問題があった。   However, these methods have problems that it is difficult to uniformly store lithium in the active material, and that these steps are complicated and time-consuming.

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、簡単かつ均一にリチウムを含有させることができる活物質の製造方法、およびそれにより得られた活物質を用いた電池を提供することにある。   The present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide a method for producing an active material capable of easily and uniformly containing lithium, and a battery using the active material obtained thereby. There is.

本発明の活物質の製造方法は、リチウムと合金を形成可能な第1元素と、第1元素と合金を形成可能な第2元素と、リチウムとを含む活物質を製造するものであって、第1元素と第2元素とリチウムとを含む原料を溶融し、凝固させる工程を有するものである。   The method for producing an active material of the present invention is to produce an active material containing lithium, a first element capable of forming an alloy with lithium, a second element capable of forming an alloy with the first element, and lithium. The process includes melting and solidifying a raw material containing the first element, the second element, and lithium.

本発明の電池は、正極および負極と共に電解質を備えたものであって、負極は、リチウムと合金を形成可能な第1元素と、第1元素と合金を形成可能な第2元素と、リチウムとを含む活物質を含有し、この活物質は、第1元素と第2元素とリチウムとを含む原料を溶融し、凝固させることにより得られたものである。   The battery of the present invention includes an electrolyte together with a positive electrode and a negative electrode, and the negative electrode includes a first element capable of forming an alloy with lithium, a second element capable of forming an alloy with the first element, lithium, and the like. The active material is obtained by melting and solidifying a raw material containing the first element, the second element and lithium.

本発明の活物質の製造方法によれば、第1元素と第2元素とリチウムとを含む原料を溶融して凝固させるようにしたので、活物質内に簡単にリチウムを含有させることができると共に、活物質内におけるリチウムの均一性を向上させることができる。よって、本発明の電池によれば、これにより得られた活物質を用いるようにしたので、容量およびサイクル特性などの電池特性を向上させることができる。   According to the method for producing an active material of the present invention, since the raw material containing the first element, the second element, and lithium is melted and solidified, lithium can be easily contained in the active material. The uniformity of lithium in the active material can be improved. Therefore, according to the battery of the present invention, since the active material obtained thereby is used, battery characteristics such as capacity and cycle characteristics can be improved.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

本発明の一実施の形態に係る活物質の製造方法は、リチウムと合金を形成可能な第1元素と、第1元素と合金を形成可能な第2元素と、リチウムとを含む活物質を製造するものである。まず、第1元素と第2元素とリチウムとを含む原料を溶融し、凝固させることにより活物質を合成する。   The manufacturing method of the active material which concerns on one embodiment of this invention manufactures the active material containing the 1st element which can form an alloy with lithium, the 2nd element which can form an alloy with the 1st element, and lithium To do. First, an active material is synthesized by melting and solidifying a raw material containing a first element, a second element, and lithium.

第1元素としては、例えば、例えば、マグネシウム(Mg),ホウ素(B),ヒ素(As),アルミニウム(Al),ガリウム(Ga),インジウム(In),ケイ素,ゲルマニウム(Ge),スズ,鉛(Pb),アンチモン(Sb),ビスマス(Bi),カドミウム(Cd),ハフニウム(Hf),イットリウム(Y),パラジウム(Pd)あるいは白金(Pt)が挙げられ、そのうちの1種を単独で含んでいてもよいが、2種以上を含んでいてもよい。中でも、第1元素としては、長周期型周期表における14族の金属元素あるいは半金属元素が好ましく、特に好ましいのはケイ素あるいはスズである。より大きな容量を得ることができるからである。   Examples of the first element include magnesium (Mg), boron (B), arsenic (As), aluminum (Al), gallium (Ga), indium (In), silicon, germanium (Ge), tin, and lead. (Pb), antimony (Sb), bismuth (Bi), cadmium (Cd), hafnium (Hf), yttrium (Y), palladium (Pd) or platinum (Pt), including one of them alone However, two or more kinds may be included. Among them, the first element is preferably a group 14 metal element or metalloid element in the long-period periodic table, and particularly preferably silicon or tin. This is because a larger capacity can be obtained.

第2元素としては、例えば、コバルト(Co),鉄(Fe),銅(Cu),ニッケル(Ni),銀(Ag),亜鉛(Zn),ジルコニウム(Zr),マンガン(Mn),チタン(Ti)あるいはニオブ(Nb)が挙げられ、そのうちの1種を単独で含んでいてもよいが、2種以上を含んでいてもよい。   Examples of the second element include cobalt (Co), iron (Fe), copper (Cu), nickel (Ni), silver (Ag), zinc (Zn), zirconium (Zr), manganese (Mn), titanium ( Ti) or niobium (Nb) may be mentioned, and one of them may be included alone, or two or more thereof may be included.

第1元素と第2元素との割合は、第1元素:第2元素の原子数比で、99:1から50:50の範囲内とすることが好ましく、99:1から70:30の範囲内とすればより好ましい。第2元素を添加することにより、活物質の膨張収縮を緩和することができると共に、第1元素とリチウムとのみでは融点の違いにより合金化が難しい場合があるが、溶融が容易となるからである。但し、第2元素の量が多くなると、体積エネルギー密度が低下してしまうので、上記範囲内とすることが好ましい。   The ratio of the first element to the second element is preferably in the range of 99: 1 to 50:50, in the range of 99: 1 to 70:30, in terms of the atomic ratio of the first element to the second element. It is more preferable if it is inside. By adding the second element, the expansion and contraction of the active material can be reduced, and alloying may be difficult due to the difference in melting point between the first element and lithium alone, but melting becomes easy. is there. However, when the amount of the second element is increased, the volume energy density is decreased.

また、第1元素および第2元素の合計とリチウムとの割合は、(第1元素+第2元素):リチウムの原子数比で、99:1から50:50の範囲内とすることが好ましい。リチウムを添加することにより、リチウムの不活性化による容量の低下分を補うことができるが、リチウムの量が多くなると、活物質の表面に金属リチウムが析出して、充放電効率が低下してしまうからである。なお、作製した活物質の組成は、エネルギー分散型蛍光X線分析装置(Energy Dispersive X-ray Fluorescence Spectrometer ;EDX)あるいはEPMA(Electron Probe Microanalysis)により分析することができる。   The ratio of the sum of the first element and the second element to lithium is preferably in the range of 99: 1 to 50:50 in terms of the number ratio of (first element + second element): lithium. . By adding lithium, the decrease in capacity due to the inactivation of lithium can be compensated. However, when the amount of lithium increases, metallic lithium is deposited on the surface of the active material, and charge / discharge efficiency decreases. Because it ends up. The composition of the produced active material can be analyzed by an energy dispersive X-ray fluorescence spectrometer (EDX) or EPMA (Electron Probe Microanalysis).

原料には構成元素の単体を用いてもよく、合金を用いてもよい。原料を溶融して凝固させる方法は特に限定されるものではないが、急冷凝固させることが好ましい。急冷することにより活物質の結晶子の大きさが小さくなり、異方性が増して、膨張による応力を分散させることができるからである。急冷凝固させる方法としては、例えば、ロールスピニング法、メルトドラッグ法、直接鋳造圧延法、回転液中紡糸法、スプレイフォーミング法、スプラット冷却法、メルトエクストラクション法、回転電極法、ガスアトマイズ法、単ロール法、あるいは水アトマイズ法が挙げられる。中でも、リチウムは水と激しく反応するので、ガスアトマイズ法あるいは単ロール法などが好ましい。また、結晶子の平均大きさは5nm以上100nm以下とすることが好ましく、50nm以下とすればより好ましい。   The raw material may be a single constituent element or an alloy. A method for melting and solidifying the raw material is not particularly limited, but it is preferable to rapidly cool and solidify. This is because quenching reduces the size of crystallites of the active material, increases anisotropy, and disperses stress due to expansion. Examples of the rapid solidification method include a roll spinning method, a melt drag method, a direct casting and rolling method, a spinning solution spinning method, a spray forming method, a splat cooling method, a melt extraction method, a rotating electrode method, a gas atomizing method, and a single roll. Method or water atomization method. Among these, since lithium reacts violently with water, a gas atomizing method or a single roll method is preferable. The average size of the crystallites is preferably 5 nm or more and 100 nm or less, and more preferably 50 nm or less.

なお、活物質を合成したのち、必要に応じて粉砕分級することが好ましい。活物質の平均粒径は、メディアン径で500nm以上20μm以下とすることが好ましく、10μm以下、更には5μm以下とすればより好ましい。粒径があまり小さいと表面積が大きくなり、反応性が大きくなってしまい、粒径があまり大きいと膨張収縮による体積変化が大きくなり、微粉化しやすくなるからである。   In addition, after synthesize | combining an active material, it is preferable to carry out the pulverization classification as needed. The average particle size of the active material is preferably 500 nm or more and 20 μm or less in terms of median diameter, more preferably 10 μm or less, and even more preferably 5 μm or less. This is because if the particle size is too small, the surface area becomes large and the reactivity becomes large, and if the particle size is too large, the volume change due to expansion and contraction becomes large and the powder is easily pulverized.

このように本実施の形態に係る活物質の製造方法によれば、第1元素と第2元素とリチウムとを含む原料を溶融して凝固させるようにしたので、活物質内に簡単にリチウムを含有させることができると共に、活物質内におけるリチウムの均一性を向上させることができる。   As described above, according to the method for manufacturing an active material according to the present embodiment, since the raw material containing the first element, the second element, and lithium is melted and solidified, lithium is easily added into the active material. While being able to contain, the uniformity of lithium in an active material can be improved.

この製造方法により得られた活物質は、例えば、次のようにして二次電池に用いられる。   The active material obtained by this manufacturing method is used for a secondary battery as follows, for example.

(第1の二次電池)
図1は第1の二次電池の構成を表すものである。この二次電池は、いわゆるコイン型といわれるものであり、外装カップ11に収容した負極12と、外装缶13の内に収容した正極14とを、セパレータ15を介して積層したものである。外装カップ11および外装缶13の周縁部は絶縁性のガスケット16を介してかしめることにより密閉されている。外装カップ11および外装缶13は、例えば、ステンレスあるいはアルミニウムなどの金属によりそれぞれ構成されている。
(First secondary battery)
FIG. 1 shows the configuration of the first secondary battery. This secondary battery is a so-called coin-type battery, in which a negative electrode 12 accommodated in an exterior cup 11 and a positive electrode 14 accommodated in an exterior can 13 are stacked via a separator 15. The peripheral portions of the outer cup 11 and the outer can 13 are sealed by caulking through an insulating gasket 16. The exterior cup 11 and the exterior can 13 are made of, for example, a metal such as stainless steel or aluminum.

負極12は、例えば、負極集電体12Aと、負極集電体12Aに設けられた負極活物質層12Bとを有している。   The negative electrode 12 includes, for example, a negative electrode current collector 12A and a negative electrode active material layer 12B provided on the negative electrode current collector 12A.

負極集電体12Aは、リチウムと金属間化合物を形成しない金属元素の少なくとも1種を含む金属材料により構成されていることが好ましい。リチウムと金属間化合物を形成すると、充放電に伴い膨張および収縮し、構造破壊が起こって、集電性が低下する他、負極活物質層12Bを支える能力が小さくなるからである。負極集電体12Aを構成する金属材料としては、例えば、銅,ニッケル,チタン,鉄,コバルトあるいはクロムの単体または合金が挙げられる。   The anode current collector 12A is preferably made of a metal material containing at least one metal element that does not form an intermetallic compound with lithium. This is because when lithium and an intermetallic compound are formed, they expand and contract with charge / discharge, structural destruction occurs, current collection performance decreases, and the ability to support the negative electrode active material layer 12B decreases. Examples of the metal material composing the anode current collector 12A include a simple substance or an alloy of copper, nickel, titanium, iron, cobalt, or chromium.

負極集電体12Aは、表面が粗化されていることが好ましく、その表面粗さRaは0.1μm以上であることが好ましい。負極集電体12Aと負極活物質層12Bとの密着性を向上させることができるからである。また、負極集電体12Aの表面粗さRaは3.5μm以下であることが好ましい。表面粗さが大きすぎると、負極活物質層12Bの膨張に伴い負極集電体12Aに亀裂が生じやすくなる恐れがあるからである。なお、表面粗さRaというのはJIS B0601に規定される算術平均粗さRaのことであり、負極集電体12Aのうち少なくとも負極活物質層12Bが設けられている領域の表面粗さRaが上述した範囲内であればよい。   The surface of the negative electrode current collector 12A is preferably roughened, and the surface roughness Ra is preferably 0.1 μm or more. This is because the adhesion between the negative electrode current collector 12A and the negative electrode active material layer 12B can be improved. Further, the surface roughness Ra of the negative electrode current collector 12A is preferably 3.5 μm or less. This is because if the surface roughness is too large, the negative electrode current collector 12A may be easily cracked as the negative electrode active material layer 12B expands. The surface roughness Ra is the arithmetic average roughness Ra defined in JIS B0601, and the surface roughness Ra of the negative electrode current collector 12A in which at least the negative electrode active material layer 12B is provided is It may be within the above-mentioned range.

負極活物質層12Bは、本実施の形態に係る製造方法により得られた活物質を含有しており、必要に応じて導電材または結着材を含んでいてもよい。活物質は、1種を単独で用いてもよいが、組成の異なる2種以上を混合して用いてもよい。負極活物質層12Bは、また、本実施の形態に係る製造方法により得られた活物質に加えて他の活物質を含んでいてもよい。   The negative electrode active material layer 12B contains an active material obtained by the manufacturing method according to the present embodiment, and may contain a conductive material or a binder as necessary. The active material may be used alone or in combination of two or more having different compositions. The negative electrode active material layer 12B may also contain other active materials in addition to the active material obtained by the manufacturing method according to the present embodiment.

正極14は、例えば、正極集電体14Aと、正極集電体14Aに設けられた正極活物質層14Bとを有しており、正極活物質層14Bの側が負極活物質層12Bと対向するように配置されている。正極集電体14Aは、例えば、アルミニウム,ニッケルあるいはステンレスなどにより構成されている。   The positive electrode 14 includes, for example, a positive electrode current collector 14A and a positive electrode active material layer 14B provided on the positive electrode current collector 14A so that the positive electrode active material layer 14B side faces the negative electrode active material layer 12B. Is arranged. The positive electrode current collector 14A is made of, for example, aluminum, nickel, stainless steel, or the like.

正極活物質層14Bは、例えば、正極活物質としてリチウムを吸蔵および放出することが可能な正極材料のいずれか1種または2種以上を含んでおり、必要に応じて炭素材料などの導電材およびポリフッ化ビニリデンなどの結着材を含んでいてもよい。リチウムを吸蔵および放出することが可能な正極材料としては、例えば、一般式Lix MIO2 で表されるリチウム含有金属複合酸化物が好ましい。リチウム含有金属複合酸化物は、高電圧を発生可能であると共に、高密度であるため、二次電池の更なる高容量化を図ることができるからである。なお、MIは1種類以上の遷移金属であり、例えばコバルトおよびニッケルのうちの少なくとも一方が好ましい。xは電池の充放電状態によって異なり、通常0.05≦x≦1.10の範囲内の値である。このようなリチウム含有金属複合酸化物の具体例としては、LiCoO2 あるいはLiNiO2 などが挙げられる。 The positive electrode active material layer 14B includes, for example, any one or more of positive electrode materials capable of inserting and extracting lithium as a positive electrode active material, and a conductive material such as a carbon material and the like as necessary. A binder such as polyvinylidene fluoride may be included. As the positive electrode material capable of inserting and extracting lithium, for example, a lithium-containing metal composite oxide represented by the general formula Li x MIO 2 is preferable. This is because the lithium-containing metal composite oxide can generate a high voltage and has a high density, so that the capacity of the secondary battery can be further increased. MI is one or more kinds of transition metals, and for example, at least one of cobalt and nickel is preferable. x varies depending on the charge / discharge state of the battery and is usually a value in the range of 0.05 ≦ x ≦ 1.10. Specific examples of such a lithium-containing metal composite oxide include LiCoO 2 and LiNiO 2 .

セパレータ15は、負極12と正極14とを隔離し、両極の接触による電流の短絡を防止しつつ、リチウムイオンを通過させるものである。このセパレータ15は、例えば、ポリエチレンやポリプロピレンにより構成されている。   The separator 15 separates the negative electrode 12 and the positive electrode 14 and allows lithium ions to pass through while preventing a short circuit of current due to contact between the two electrodes. The separator 15 is made of, for example, polyethylene or polypropylene.

セパレータ15には、液状の電解質である電解液が含浸されている。この電解液は、例えば、溶媒と、この溶媒に溶解された電解質塩とを含んでおり、必要に応じて添加剤を含んでいてもよい。溶媒としては、例えば、炭酸エチレン、炭酸プロピレン、炭酸ジメチル、炭酸ジエチル、炭酸エチルメチル、1,3−ジオキソール−2−オン、4−ビニル−1,3−ジオキソラン−2−オン、あるいはハロゲン原子を有する炭酸エステル誘導体などの非水溶媒が挙げられる。溶媒はいずれか1種を単独で用いてもよいが、2種以上を混合して用いてもよい。中でも、1,3−ジオキソール−2−オンおよび4−ビニル−1,3−ジオキソラン−2−オンの少なくとも一方を用いるようにすれば、電解液の分解反応を抑制することができるので好ましい。また、ハロゲン原子を有する炭酸エステル誘導体を用いるようにしても、電解液の分解反応を抑制することができるので好ましい。   The separator 15 is impregnated with an electrolytic solution that is a liquid electrolyte. This electrolytic solution contains, for example, a solvent and an electrolyte salt dissolved in this solvent, and may contain an additive as necessary. Examples of the solvent include ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, 1,3-dioxol-2-one, 4-vinyl-1,3-dioxolan-2-one, or a halogen atom. Non-aqueous solvents such as carbonic acid ester derivatives are included. Any one of the solvents may be used alone, or two or more of them may be mixed and used. Among them, it is preferable to use at least one of 1,3-dioxol-2-one and 4-vinyl-1,3-dioxolan-2-one because the decomposition reaction of the electrolytic solution can be suppressed. In addition, it is preferable to use a carbonic acid ester derivative having a halogen atom because the decomposition reaction of the electrolytic solution can be suppressed.

ハロゲン原子を有する炭酸エステル誘導体は、環式化合物でも鎖式化合物でもよいが、環式化合物の方がより高い効果を得ることができるので好ましい。このような環式化合物としては、4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、4−クロロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、4−ブロモ−1,3−ジオキソラン−2−オン、あるいは4,5−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンなどが挙げられ、中でも、4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンが好ましい。より高い効果を得ることができるからである。   The carbonic acid ester derivative having a halogen atom may be either a cyclic compound or a chain compound, but the cyclic compound is preferable because a higher effect can be obtained. Such cyclic compounds include 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one, 4-chloro-1,3-dioxolan-2-one, 4-bromo-1,3-dioxolan-2-one Or 4,5-difluoro-1,3-dioxolan-2-one, among which 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one is preferred. This is because a higher effect can be obtained.

電解質塩としては、例えば、LiPF6 ,LiCF3 SO3 あるいはLiClO4 などのリチウム塩が挙げられる。電解質塩は、いずれか1種を単独で用いてもよいが、2種以上を混合して用いてもよい。 Examples of the electrolyte salt include lithium salts such as LiPF 6 , LiCF 3 SO 3, and LiClO 4 . Any one electrolyte salt may be used alone, or two or more electrolyte salts may be mixed and used.

この二次電池は、例えば次のようにして製造することができる。   This secondary battery can be manufactured, for example, as follows.

まず、例えば、本実施の形態に係る製造方法により得られた活物質と、必要に応じて導電材または結着材とを混合して負極合剤を調製し、混合溶剤に分散させて負極合剤スラリーを作製する。次いで、この負極合剤スラリーを負極集電体12Aに塗布し、乾燥させたのち加圧成形することにより負極活物質層12Bを形成し、負極12を作製する。   First, for example, an active material obtained by the manufacturing method according to the present embodiment and a conductive material or a binder as necessary are prepared to prepare a negative electrode mixture, which is dispersed in a mixed solvent and mixed with the negative electrode mixture. An agent slurry is prepared. Next, this negative electrode mixture slurry is applied to the negative electrode current collector 12A, dried, and then subjected to pressure molding to form the negative electrode active material layer 12B, thereby producing the negative electrode 12.

また、例えば、正極活物質と必要に応じて導電材および結着材とを混合して正極合剤を調製し、混合溶剤に分散させて正極合剤スラリーを作製する。次いで、この正極合剤スラリーを正極集電体14Aに塗布し乾燥させ圧縮して正極活物質層14Bを形成し、正極14を作製する。続いて、負極12、電解液を含浸させたセパレータ15および正極14を積層して、外装カップ11と外装缶13との中に入れ、それらをかしめることにより密閉する。これにより図1に示した二次電池が得られる。   In addition, for example, a positive electrode active material and, if necessary, a conductive material and a binder are mixed to prepare a positive electrode mixture, which is dispersed in a mixed solvent to prepare a positive electrode mixture slurry. Next, the positive electrode mixture slurry is applied to the positive electrode current collector 14A, dried and compressed to form the positive electrode active material layer 14B, and the positive electrode 14 is manufactured. Subsequently, the negative electrode 12, the separator 15 impregnated with the electrolytic solution, and the positive electrode 14 are stacked, put into the outer cup 11 and the outer can 13, and sealed by caulking them. Thereby, the secondary battery shown in FIG. 1 is obtained.

この二次電池では、充電を行うと、例えば、正極14からリチウムイオンが放出され、電解液を介して負極12に吸蔵される。放電を行うと、例えば、負極12からリチウムイオンが放出され、電解液を介して正極14に吸蔵される。その際、リチウムの一部が不活性化しても、負極12に予め含まれるリチウムにより補充され、容量の低下が抑制される。   In the secondary battery, when charged, for example, lithium ions are released from the positive electrode 14 and inserted in the negative electrode 12 through the electrolytic solution. When the discharge is performed, for example, lithium ions are released from the negative electrode 12 and inserted in the positive electrode 14 through the electrolytic solution. At that time, even if a part of the lithium is inactivated, the negative electrode 12 is replenished with lithium contained in advance, and the capacity reduction is suppressed.

(第2の電池)
図2は第2の二次電池の構成を表すものである。この二次電池は、リード21,22が取り付けられた電極巻回体20をフィルム状の外装部材30の内部に収容したものであり、小型化,軽量化および薄型化が可能となっている。リード21,22は、それぞれ、外装部材30の内部から外部に向かい例えば同一方向に導出されている。リード21,22は、例えば、アルミニウム,銅,ニッケルあるいはステンレスなどの金属材料によりそれぞれ構成されており、それぞれ薄板状または網目状とされている。
(Second battery)
FIG. 2 shows the configuration of the second secondary battery. In this secondary battery, the wound electrode body 20 to which the leads 21 and 22 are attached is housed in a film-like exterior member 30 and can be reduced in size, weight, and thickness. The leads 21 and 22 are led out from the inside of the exterior member 30 to the outside, for example, in the same direction. The leads 21 and 22 are made of a metal material such as aluminum, copper, nickel, or stainless steel, respectively, and have a thin plate shape or a mesh shape, respectively.

外装部材30は、例えば、ナイロンフィルム,アルミニウム箔およびポリエチレンフィルムをこの順に貼り合わせた矩形状のアルミラミネートフィルムにより構成されている。外装部材30は、例えば、ポリエチレンフィルム側と電極巻回体20とが対向するように配設されており、各外縁部が融着あるいは接着剤により互いに密着されている。外装部材30とリード21,22との間には、外気の侵入を防止するための密着フィルム31が挿入されている。密着フィルム31は、リード21,22に対して密着性を有する材料、例えば、ポリエチレン,ポリプロピレン,変性ポリエチレンあるいは変性ポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂により構成されている。   The exterior member 30 is made of, for example, a rectangular aluminum laminated film in which a nylon film, an aluminum foil, and a polyethylene film are bonded together in this order. The exterior member 30 is disposed, for example, so that the polyethylene film side and the electrode winding body 20 face each other, and the outer edge portions are in close contact with each other by fusion bonding or an adhesive. An adhesion film 31 for preventing the entry of outside air is inserted between the exterior member 30 and the leads 21 and 22. The adhesion film 31 is made of a material having adhesion to the leads 21 and 22, for example, a polyolefin resin such as polyethylene, polypropylene, modified polyethylene, or modified polypropylene.

なお、外装部材30は、上述したアルミラミネートフィルムに代えて、他の構造を有するラミネートフィルム,ポリプロピレンなどの高分子フィルムあるいは金属フィルムにより構成するようにしてもよい。   The exterior member 30 may be made of a laminated film having another structure, a polymer film such as polypropylene, or a metal film instead of the above-described aluminum laminated film.

図3は図2に示した電極巻回体20のI−I線に沿った断面構造を表すものである。電極巻回体20は、負極23と正極24とをセパレータ25および電解質26を介して積層し、巻回したものであり、最外周部は保護テープ27により保護されている。   FIG. 3 shows a cross-sectional structure taken along line II of the electrode winding body 20 shown in FIG. The electrode winding body 20 is obtained by laminating a negative electrode 23 and a positive electrode 24 via a separator 25 and an electrolyte 26 and winding them, and the outermost periphery is protected by a protective tape 27.

負極23は、負極集電体23Aの両面に負極活物質層23Bが設けられた構造を有している。正極24も、正極集電体24Aの両面に正極活物質層24Bが設けられた構造を有しており、負極活物質層23Bと正極活物質層24Bとが対向するように配置されている。負極集電体23A,負極活物質層23B,正極集電体24A,正極活物質層24Bおよびセパレータ25の構成は、それぞれ第1の二次電池の負極集電体12A,負極活物質層12B,正極集電体14A,正極活物質層14Bおよびセパレータ15と同様である。   The negative electrode 23 has a structure in which a negative electrode active material layer 23B is provided on both surfaces of a negative electrode current collector 23A. The positive electrode 24 also has a structure in which the positive electrode active material layer 24B is provided on both surfaces of the positive electrode current collector 24A, and the negative electrode active material layer 23B and the positive electrode active material layer 24B are arranged to face each other. The configurations of the negative electrode current collector 23A, the negative electrode active material layer 23B, the positive electrode current collector 24A, the positive electrode active material layer 24B, and the separator 25 are respectively the negative electrode current collector 12A, the negative electrode active material layer 12B, and the first secondary battery. This is the same as the positive electrode current collector 14A, the positive electrode active material layer 14B, and the separator 15.

電解質層26は、高分子化合物よりなる保持体に電解液を保持させたいわゆるゲル状の電解質により構成されている。ゲル状の電解質は高いイオン伝導率を得ることができると共に、電池の漏液を防止することができるので好ましい。電解液の構成は、第1の二次電池と同様である。高分子材料としては、例えばポリフッ化ビニリデンが挙げられる。   The electrolyte layer 26 is constituted by a so-called gel electrolyte in which an electrolytic solution is held in a holding body made of a polymer compound. A gel electrolyte is preferable because high ion conductivity can be obtained and battery leakage can be prevented. The configuration of the electrolytic solution is the same as that of the first secondary battery. An example of the polymer material is polyvinylidene fluoride.

この二次電池は、例えば、次のようにして製造することができる。   For example, the secondary battery can be manufactured as follows.

まず、第1の二次電池と同様にして負極23および正極24を作製したのち、負極23および正極24のそれぞれに、高分子化合物に電解液を保持させた電解質層26を形成し、リード21,22を取り付ける。次いで、電解質層26が形成された負極23と正極24とをセパレータ25を介して積層し、巻回して、最外周部に保護テープ27を接着して電極巻回体20を形成する。続いて、例えば、外装部材31の間に電極巻回体20を挟み込み、外装部材31の外縁部同士を熱融着などにより密着させて封入する。その際、リード21,22と外装部材31との間には密着フィルム32を挿入する。これにより、図2,3に示した二次電池が完成する。   First, after making the negative electrode 23 and the positive electrode 24 in the same manner as in the first secondary battery, an electrolyte layer 26 in which an electrolytic solution is held in a polymer compound is formed on each of the negative electrode 23 and the positive electrode 24, and the lead 21 , 22 are attached. Next, the negative electrode 23 and the positive electrode 24 on which the electrolyte layer 26 is formed are stacked via the separator 25 and wound, and the protective tape 27 is adhered to the outermost peripheral portion to form the electrode winding body 20. Subsequently, for example, the electrode winding body 20 is sandwiched between the exterior members 31, and the outer edges of the exterior members 31 are in close contact with each other by thermal fusion or the like and sealed. At that time, an adhesive film 32 is inserted between the leads 21 and 22 and the exterior member 31. Thereby, the secondary battery shown in FIGS. 2 and 3 is completed.

また、次のようにして製造してもよい。まず、負極23および正極24を作製し、リード21,22をそれぞれ取り付けたのち、負極23と正極24とをセパレータ25を介して積層して巻回し、最外周部に保護テープ27を接着して、電極巻回体20の前駆体である巻回体を形成する。次いで、この巻回体を外装部材31に挟み、一辺を除く外周縁部を熱融着して袋状としたのち、電解液と、高分子化合物の原料であるモノマーと、重合開始剤と、必要に応じて重合禁止剤などの他の材料とを含む電解質用組成物を、外装部材31の内部に注入する。続いて、外装部材31の開口部を真空雰囲気下で熱融着して密封し、熱を加えてモノマーを重合させて高分子化合物とすることによりゲル状の電解質層26を形成する。これにより、図2,3に示した二次電池が完成する。   Moreover, you may manufacture as follows. First, the negative electrode 23 and the positive electrode 24 are prepared, and the leads 21 and 22 are attached. Then, the negative electrode 23 and the positive electrode 24 are laminated and wound via the separator 25, and the protective tape 27 is adhered to the outermost periphery. Then, a wound body that is a precursor of the electrode wound body 20 is formed. Next, the wound body is sandwiched between the exterior members 31 and the outer peripheral edge except for one side is heat-sealed into a bag shape, and then the electrolyte, the monomer that is a raw material of the polymer compound, the polymerization initiator, An electrolyte composition containing another material such as a polymerization inhibitor is injected into the exterior member 31 as necessary. Subsequently, the opening of the exterior member 31 is heat-sealed in a vacuum atmosphere and sealed, and heat is applied to polymerize the monomer to form a polymer compound, thereby forming the gel electrolyte layer 26. Thereby, the secondary battery shown in FIGS. 2 and 3 is completed.

この二次電池の作用は、第1の二次電池と同様である。   The operation of this secondary battery is the same as that of the first secondary battery.

このように本実施の形態によれば、上述した製造方法により製造された活物質を用いるようにしたので、リチウムをより効率的に補充することができ、容量およびサイクル特性などの電池特性を向上させることができる。   As described above, according to the present embodiment, since the active material manufactured by the above-described manufacturing method is used, lithium can be replenished more efficiently, and battery characteristics such as capacity and cycle characteristics are improved. Can be made.

更に、本発明の具体的な実施例について詳細に説明する。   Further, specific embodiments of the present invention will be described in detail.

(実施例1−1,1−2)
まず、ケイ素単体原料と、銅単体原料と、リチウム単体原料とを用いて、それらの組成比が、ケイ素:銅:リチウムの原子数比で63:7:30の活物質を合成した。その際、実施例1−1ではガスアトマイズ法により合成し、実施例1−2では単ロール法により合成した。なお、ガスアトマイズ法というのは、溶融物をガス中に噴霧して冷却凝固させるものであり、単ロール法というのは、溶融物を冷却ロールに吹き付けて冷却凝固させるものである。次いで、合成した活物質を、ジルコニア製ボールおよびメノウ製ポットを用いて粉砕分級し、平均粒径をメディアン径で1μmとした。なお、平均粒径は粒度分布測定装置により測定した。
(Examples 1-1 and 1-2)
First, an active material having a composition ratio of 63: 7: 30 in terms of the number ratio of silicon: copper: lithium was synthesized using a silicon simple substance, a copper simple substance, and a lithium simple substance. At that time, in Example 1-1, synthesis was performed by a gas atomizing method, and in Example 1-2, synthesis was performed by a single roll method. The gas atomization method is a method in which a melt is sprayed into a gas to be cooled and solidified, and the single roll method is a method in which a melt is sprayed on a cooling roll to be cooled and solidified. Next, the synthesized active material was pulverized and classified using a zirconia ball and an agate pot, so that the average particle size was 1 μm in terms of median diameter. The average particle size was measured with a particle size distribution measuring device.

続いて、作製した活物質を用い、図1に示したようなコイン型の二次電池を作製した。負極12は、作製した活物質8.5質量部と、結着材であるポリフッ化ビニリデン1.5質量部とを、分散媒を用いて混合し、厚み12μmの粗面化した銅箔よりなる負極集電体12Aに塗布・乾燥したのち、加圧成形し、真空雰囲気中において400℃で12時間の熱処理を行って負極活物質層12Bを形成することにより作製した。   Subsequently, a coin-type secondary battery as shown in FIG. 1 was produced using the produced active material. The negative electrode 12 is made of a roughened copper foil having a thickness of 12 μm, in which 8.5 parts by mass of the produced active material and 1.5 parts by mass of polyvinylidene fluoride as a binder are mixed using a dispersion medium. After coating and drying on the negative electrode current collector 12A, pressure forming was performed, and heat treatment was performed at 400 ° C. for 12 hours in a vacuum atmosphere to form the negative electrode active material layer 12B.

正極14は、正極活物質であるコバルト酸リチウム(LiCoO2 )粉末と、導電材であるカーボンブラックと、結着材であるポリフッ化ビニリデンと、分散媒とを混合し、アルミニウム箔よりなる正極集電体14Aに塗布・乾燥したのち、加圧成形して正極活物質層14Bを形成することにより作製した。セパレータ15にはポリプロピレン製の多孔質フィルムを用い、電解液には4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン50質量%と炭酸ジエチル50質量%とを混合した溶媒にLiPF6 を1mol/kg溶解させたものを用いた。 The positive electrode 14 is a positive electrode collector made of an aluminum foil by mixing lithium cobaltate (LiCoO 2 ) powder as a positive electrode active material, carbon black as a conductive material, polyvinylidene fluoride as a binder, and a dispersion medium. After applying and drying the electric body 14A, the positive electrode active material layer 14B was formed by pressure forming. A porous film made of polypropylene is used for the separator 15, and LiPF 6 is added at a concentration of 1 mol / liter in a solvent in which 50% by mass of 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one and 50% by mass of diethyl carbonate are mixed. 1 kg dissolved was used.

また、実施例1−1,1−2に対する比較例1−1として、平均粒径1μmのケイ素銅合金粉末8.5質量部と、ポリフッ化ビニリデン1.5質量部とを、分散媒を用いて混合し、厚み12μmの粗面化した銅箔よりなる負極集電体に塗布・乾燥したのち、上に厚み1μmのリチウム箔を載せて加圧成形し、真空雰囲気中において400℃で12時間の熱処理を行うことにより負極活物質層を形成したことを除き、他は実施例1−1,1−2と同様にして二次電池を作製した。   Moreover, as Comparative Example 1-1 with respect to Examples 1-1 and 1-2, 8.5 parts by mass of silicon copper alloy powder having an average particle diameter of 1 μm and 1.5 parts by mass of polyvinylidene fluoride were used as a dispersion medium. After coating and drying on a negative electrode current collector made of a roughened copper foil having a thickness of 12 μm, the lithium foil having a thickness of 1 μm was placed thereon and pressure-molded, and then in a vacuum atmosphere at 400 ° C. for 12 hours. A secondary battery was fabricated in the same manner as in Examples 1-1 and 1-2, except that the negative electrode active material layer was formed by performing the heat treatment.

比較例1−2として、平均粒径1μmのケイ素銅合金粉末8.5質量部と、ポリフッ化ビニリデン1.5質量部とを、分散媒を用いて混合し、厚み12μmの粗面化した銅箔よりなる負極集電体に塗布・乾燥し、加圧成形したものを、平均粒径100μmのリチウム粉末を分散させたヘキサン溶液に浸漬し、乾燥させたのち、真空雰囲気中において400℃で12時間の熱処理を行うことにより負極活物質層を形成したことを除き、他は実施例1−1,1−2と同様にして二次電池を作製した。   As Comparative Example 1-2, 8.5 parts by mass of silicon copper alloy powder having an average particle diameter of 1 μm and 1.5 parts by mass of polyvinylidene fluoride were mixed using a dispersion medium, and roughened copper having a thickness of 12 μm. A negative electrode current collector made of foil, applied, dried, and pressure-molded is immersed in a hexane solution in which lithium powder having an average particle size of 100 μm is dispersed, dried, and then dried at 400 ° C. in a vacuum atmosphere at 400 ° C. A secondary battery was fabricated in the same manner as in Examples 1-1 and 1-2, except that the negative electrode active material layer was formed by performing heat treatment for a period of time.

なお、比較例1−1,1−2で用いたケイ素銅合金粉末の組成は、ケイ素:銅の原子数比で、63:7とした。また、比較例1−1,1−2において活物質に吸蔵させたリチウムの量は、リチウムを対極とした試験電池を作製して放電を行い、その電気量から概算した。その結果、活物質の組成は、ケイ素:銅:リチウムの原子数比で、63:7:30であった。   In addition, the composition of the silicon copper alloy powder used in Comparative Examples 1-1 and 1-2 was 63: 7 in terms of the atomic number ratio of silicon: copper. In Comparative Examples 1-1 and 1-2, the amount of lithium occluded in the active material was estimated from the amount of electricity produced by producing a test battery using lithium as a counter electrode. As a result, the composition of the active material was 63: 7: 30 in terms of the number ratio of silicon: copper: lithium.

作製した実施例および比較例の二次電池について充放電試験を行い、放電容量維持率を求めた。その際、充電は、電流密度1mA/cm2 、上限電圧4.2Vの条件で定電流定電圧充電を行い、放電は、電流密度1mA/cm2 、終止電圧2.5Vの条件で定電流放電を行った。放電容量維持率は1サイクル目の放電容量に対する15サイクル目の放電容量の比率を百分率として算出した。得られた結果を表1に示す。 A charge / discharge test was performed on the fabricated secondary batteries of Examples and Comparative Examples to determine the discharge capacity retention rate. At that time, charging is constant current and constant voltage charging under conditions of current density of 1 mA / cm 2 and upper limit voltage of 4.2 V, and discharging is constant current discharging under conditions of current density of 1 mA / cm 2 and final voltage of 2.5 V. Went. The discharge capacity retention rate was calculated by using the ratio of the discharge capacity at the 15th cycle to the discharge capacity at the 1st cycle as a percentage. The obtained results are shown in Table 1.

Figure 2007128767
Figure 2007128767

表1に示したように、実施例1−1,1−2によれば、比較例1−1,1−2に比べて放電容量維持率を向上させることができた。すなわち、第1元素と第2元素とリチウムとを含む原料を溶融して凝固させることにより活物質を合成するようにすれば、サイクル特性などの電池特性を向上させることができることが分かった。   As shown in Table 1, according to Examples 1-1 and 1-2, the discharge capacity retention ratio could be improved as compared with Comparative Examples 1-1 and 1-2. That is, it has been found that battery characteristics such as cycle characteristics can be improved by synthesizing an active material by melting and solidifying a raw material containing the first element, the second element, and lithium.

(実施例2−1〜2−6)
活物質の組成を表2に示したように変えたことを除き、他は実施例1−1と同様にして活物質および二次電池を作製した。また、実施例2−1〜2−6に対する比較例2−1として、活物質を製造する際にリチウムを添加しなかったことを除き、他は実施例1−1と同様にして活物質および二次電池を作製した。比較例2−2として、活物質を製造する際に銅を添加しなかったことを除き、他は実施例1−1と同様にして活物質および二次電池を作製した。比較例2−3として、平均粒径1μmのケイ素粉末を活物質として用いたことを除き、他は実施例1−1と同様にして二次電池を作製した。
(Examples 2-1 to 2-6)
An active material and a secondary battery were produced in the same manner as in Example 1-1 except that the composition of the active material was changed as shown in Table 2. Further, as Comparative Example 2-1 with respect to Examples 2-1 to 2-6, the active material and the active material were the same as in Example 1-1 except that lithium was not added when the active material was produced. A secondary battery was produced. As Comparative Example 2-2, an active material and a secondary battery were produced in the same manner as in Example 1-1 except that copper was not added when the active material was produced. As Comparative Example 2-3, a secondary battery was fabricated in the same manner as in Example 1-1 except that silicon powder having an average particle diameter of 1 μm was used as the active material.

実施例2−1〜2−6および比較例2−1〜2−3の二次電池についても、実施例1−1と同様にして充放電を行い、放電容量維持率を求めた。また、実施例2−1〜2−6および比較例2−1,2−2において作製した活物質について、X線回折測定を行い、結晶ピークの半値幅から結晶子の平均大きさを算出した。それらの結果を表2に示す。   For the secondary batteries of Examples 2-1 to 2-6 and Comparative Examples 2-1 to 2-3, charging and discharging were performed in the same manner as in Example 1-1, and the discharge capacity retention rate was obtained. Moreover, about the active material produced in Examples 2-1 to 2-6 and Comparative Examples 2-1 and 2-2, the X-ray-diffraction measurement was performed and the average magnitude | size of the crystallite was computed from the half value width of the crystal peak. . The results are shown in Table 2.

Figure 2007128767
Figure 2007128767

表2に示したように、実施例2−1〜2−6によれば、比較例2−1〜2−3よりも放電容量維持率を向上させることができた。すなわち、第1元素と第2元素とリチウムとを含む活物質を用いるようにすれば、好ましいことが分かった。   As shown in Table 2, according to Examples 2-1 to 2-6, the discharge capacity retention ratio could be improved more than Comparative Examples 2-1 to 2-3. That is, it has been found preferable to use an active material containing the first element, the second element, and lithium.

(実施例3−1〜3−3)
活物質の平均粒径を表3に示したように変えたことを除き、他は実施例1−1と同様にして活物質および二次電池を作製した。実施例3−1〜3−3の二次電池についても、実施例1−1と同様にして充放電を行い、放電容量維持率を求めた。また、実施例3−1〜3−3において作製した活物質についても、X線回折により得られた結晶ピークの半値幅から結晶子の平均大きさを算出した。それらの結果を表3に示す。
(Examples 3-1 to 3-3)
An active material and a secondary battery were produced in the same manner as in Example 1-1 except that the average particle diameter of the active material was changed as shown in Table 3. For the secondary batteries of Examples 3-1 to 3-3, charging and discharging were performed in the same manner as in Example 1-1, and the discharge capacity retention ratio was obtained. Moreover, also about the active material produced in Examples 3-1 to 3-3, the average magnitude | size of the crystallite was computed from the half value width of the crystal peak obtained by X-ray diffraction. The results are shown in Table 3.

Figure 2007128767
Figure 2007128767

表3に示したように、いずれも高い放電容量維持率が得られたが、活物質の平均粒径を小さくするに従い放電容量維持率は向上する傾向がみられた。すなわち、活物質の平均粒径を20μm以下、更には10μm以下とするようにすればより好ましいことが分かった。   As shown in Table 3, a high discharge capacity retention rate was obtained in all cases, but the discharge capacity retention rate tended to improve as the average particle size of the active material was reduced. That is, it has been found that it is more preferable if the average particle size of the active material is 20 μm or less, and further 10 μm or less.

(実施例4−1〜4−3)
活物質の結晶子の平均大きさを表4に示したように変えたことを除き、他は実施例1−1と同様にして活物質および二次電池を作製した。実施例4−1〜4−3において作製した活物質についても、X線回折により得られた結晶ピークの半値幅から結晶子の平均大きさを算出した。また、実施例4−1〜4−3の二次電池についても、実施例1−1と同様にして充放電を行い、放電容量維持率を求めた。それらの結果を表4に示す。
(Examples 4-1 to 4-3)
An active material and a secondary battery were produced in the same manner as in Example 1-1 except that the average size of the crystallites of the active material was changed as shown in Table 4. For the active materials prepared in Examples 4-1 to 4-3, the average size of the crystallites was calculated from the half width of the crystal peak obtained by X-ray diffraction. Moreover, also about the secondary battery of Examples 4-1 to 4-3, it charged / discharged similarly to Example 1-1, and calculated | required the discharge capacity maintenance factor. The results are shown in Table 4.

Figure 2007128767
Figure 2007128767

表4に示したように、いずれも高い放電容量維持率が得られたが、活物質の結晶子の平均大きさを小さくした方が放電容量維持率はが向上した。すなわち、活物質の結晶子の平均大きさを100nm以下、更には50nm以下とするようにすればより好ましいことが分かった。   As shown in Table 4, a high discharge capacity retention ratio was obtained in all cases, but the discharge capacity retention ratio was improved by reducing the average size of the active material crystallites. That is, it has been found that it is more preferable that the average size of the crystallites of the active material is 100 nm or less, further 50 nm or less.

(実施例5−1,5−2)
ケイ素単体原料に代えてスズ単体原料を用いてガスアトマイズ法または単ロール法により活物質を合成したことを除き、他は実施例1−1または実施例1−2と同様にして活物質および二次電池を作製した。
(Examples 5-1 and 5-2)
The active material and the secondary material were the same as in Example 1-1 or Example 1-2 except that the active material was synthesized by a gas atomizing method or a single roll method using a tin simple substance instead of the silicon simple substance. A battery was produced.

また、実施例5−1,5−2に対する比較例5−1,5−2として、ケイ素銅合金粉末に代えて、スズ:銅の原子数比が63:7のスズ銅合金粉末を用いたことを除き、他は比較例1−1,1−2と同様にして二次電池を作製した。すなわち、比較例5−1ではリチウム箔を貼り付けることによりリチウムを吸蔵させ、比較例5−2ではリチウム粉末を分散させたヘキサン溶液に浸漬させることによりリチウムを吸蔵させた。比較例5−1,5−2についても、比較例1−1,1−2と同様にして吸蔵させたリチウムの量を調べた。その結果、活物質の組成は、スズ:銅:リチウムの原子数比で、63:7:30であった。   Further, as Comparative Examples 5-1 and 5-2 with respect to Examples 5-1 and 5-2, tin copper alloy powder having an atomic ratio of tin: copper of 63: 7 was used instead of silicon copper alloy powder. Except for this, a secondary battery was fabricated in the same manner as in Comparative Examples 1-1 and 1-2. That is, in Comparative Example 5-1, lithium was occluded by attaching a lithium foil, and in Comparative Example 5-2, lithium was occluded by being immersed in a hexane solution in which lithium powder was dispersed. For Comparative Examples 5-1 and 5-2, the amount of lithium occluded was examined in the same manner as Comparative Examples 1-1 and 1-2. As a result, the composition of the active material was 63: 7: 30 in terms of the atomic ratio of tin: copper: lithium.

実施例5−1,5−2および比較例5−1,5−2の二次電池についても、実施例1−1,1−2と同様にして充放電を行い、放電容量維持率を求めた。それらの結果を表5に示す。   For the secondary batteries of Examples 5-1 and 5-2 and Comparative Examples 5-1 and 5-2, charging and discharging were performed in the same manner as in Examples 1-1 and 1-2, and the discharge capacity retention rate was obtained. It was. The results are shown in Table 5.

Figure 2007128767
Figure 2007128767

表5に示したように、実施例5−1,5−2によれば、比較例5−1,5−2に比べて放電容量維持率を向上させることができた。すなわち、第1元素として他の元素を用いる場合においても、第1元素と第2元素とリチウムとを含む原料を溶融して凝固させることにより活物質を合成するようにすれば、サイクル特性などの電池特性を向上させることができることが分かった。   As shown in Table 5, according to Examples 5-1 and 5-2, the discharge capacity retention ratio could be improved as compared with Comparative Examples 5-1 and 5-2. That is, even when other elements are used as the first element, if the active material is synthesized by melting and solidifying the raw material containing the first element, the second element, and lithium, the cycle characteristics, etc. It was found that the battery characteristics can be improved.

(実施例6−1〜6−6)
活物質の組成を表6に示したように変えたことを除き、他は実施例5−1と同様にして活物質および二次電池を作製した。また、実施例6−1〜6−6に対する比較例6−1として、活物質を製造する際にリチウムを添加しなかったことを除き、他は実施例5−1と同様にして活物質および二次電池を作製した。比較例6−2として、活物質を製造する際に銅を添加しなかったことを除き、他は実施例5−1と同様にして活物質および二次電池を作製した。
(Examples 6-1 to 6-6)
An active material and a secondary battery were produced in the same manner as in Example 5-1, except that the composition of the active material was changed as shown in Table 6. Moreover, as Comparative Example 6-1 with respect to Examples 6-1 to 6-6, the active material and the active material were the same as in Example 5-1 except that lithium was not added when the active material was produced. A secondary battery was produced. As Comparative Example 6-2, an active material and a secondary battery were produced in the same manner as in Example 5-1, except that copper was not added when the active material was produced.

実施例6−1〜6−6および比較例6−1,6−2の二次電池についても、実施例1−1と同様にして充放電を行い、放電容量維持率を求めた。また、実施例6−1〜6−6および比較例6−1,6−2において作製した活物質についてもX線回折により得られた結晶ピークの半値幅から結晶子の平均大きさを算出した。それらの結果を表6に示す。   For the secondary batteries of Examples 6-1 to 6-6 and Comparative Examples 6-1 and 6-2, charge and discharge were performed in the same manner as in Example 1-1, and the discharge capacity retention ratio was obtained. In addition, for the active materials prepared in Examples 6-1 to 6-6 and Comparative Examples 6-1 and 6-2, the average crystallite size was calculated from the half-value width of the crystal peak obtained by X-ray diffraction. . The results are shown in Table 6.

Figure 2007128767
Figure 2007128767

表6に示したように、実施例6−1〜6−6によれば、比較例6−1,6−2よりも放電容量維持率を向上させることができた。すなわち、第1元素として他の元素を用いても好ましいことが分かった。   As shown in Table 6, according to Examples 6-1 to 6-6, the discharge capacity retention ratio could be improved as compared with Comparative Examples 6-1 and 6-2. That is, it was found that it is preferable to use another element as the first element.

以上、実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は実施の形態および実施例に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、上記実施の形態および実施例では、液状の電解質である電解液、またはいわゆるゲル状の電解質を用いる場合について説明したが、他の電解質を用いるようにしてもよい。他の電解質としては、イオン伝導性を有する固体電解質、固体電解質と電解液とを混合したもの、あるいは固体電解質とゲル状の電解質とを混合したものが挙げられる。   Although the present invention has been described with reference to the embodiments and examples, the present invention is not limited to the embodiments and examples, and various modifications can be made. For example, in the above-described embodiments and examples, the case where an electrolytic solution which is a liquid electrolyte or a so-called gel electrolyte is used has been described, but another electrolyte may be used. Examples of other electrolytes include solid electrolytes having ionic conductivity, a mixture of a solid electrolyte and an electrolyte solution, and a mixture of a solid electrolyte and a gel electrolyte.

なお、固体電解質には、例えば、イオン伝導性を有する高分子化合物に電解質塩を分散させた高分子固体電解質、またはイオン伝導性ガラスあるいはイオン性結晶などよりなる無機固体電解質を用いることができる。高分子固体電解質の高分子化合物としては、例えば、ポリエチレンオキサイドあるいはポリエチレンオキサイドを含む架橋体などのエーテル系高分子化合物、ポリメタクリレートなどのエステル系高分子化合物、アクリレート系高分子化合物を単独あるいは混合して、または共重合させて用いることができる。また、無機固体電解質としては、窒化リチウムあるいはリン酸リチウムなどを含むもの用いることができる。   As the solid electrolyte, for example, a polymer solid electrolyte in which an electrolyte salt is dispersed in a polymer compound having ion conductivity, or an inorganic solid electrolyte made of ion conductive glass or ionic crystals can be used. Examples of the polymer compound of the solid polymer electrolyte include, for example, an ether polymer compound such as polyethylene oxide or a crosslinked product containing polyethylene oxide, an ester polymer compound such as polymethacrylate, and an acrylate polymer compound. Or can be copolymerized. In addition, as the inorganic solid electrolyte, one containing lithium nitride or lithium phosphate can be used.

また、上記実施の形態および実施例では、コイン型および巻回ラミネート型の二次電池について説明したが、本発明は、円筒型,角型,ボタン型,薄型,大型あるいは積層ラミネート型などの他の形状を有する二次電池についても同様に適用することができる。加えて、二次電池に限らず、一次電池についても適用することができる。   In the above embodiments and examples, the coin type and wound laminate type secondary batteries have been described. However, the present invention is not limited to a cylindrical type, a square type, a button type, a thin type, a large size, or a laminated laminate type. The present invention can be similarly applied to a secondary battery having the shape. In addition, the present invention can be applied not only to secondary batteries but also to primary batteries.

本発明の一実施の形態に係る活物質の製造方法により得られた活物質を用いた第1の二次電池の構成を表す断面図である。It is sectional drawing showing the structure of the 1st secondary battery using the active material obtained by the manufacturing method of the active material which concerns on one embodiment of this invention. 本発明の一実施の形態に係る活物質の製造方法により得られた活物質を用いた第2の二次電池の構成を表す断面図である。It is sectional drawing showing the structure of the 2nd secondary battery using the active material obtained by the manufacturing method of the active material which concerns on one embodiment of this invention. 図2に示した電極巻回体のI−I線に沿った構成を表す断面図である。It is sectional drawing showing the structure along the II line | wire of the electrode winding body shown in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

11…外装カップ、12,23…負極、12A,23A…負極集電体、12B,23B…負極活物質層、13…外装缶、14,24…正極、14A,24A…正極集電体、14B,24B…正極活物質層、15,25…セパレータ、16…ガスケット、20…電極巻回体、21,22…リード、26…電解質層、27…保護テープ、30…外装部材、31…密着フィルム
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Exterior cup, 12, 23 ... Negative electrode, 12A, 23A ... Negative electrode current collector, 12B, 23B ... Negative electrode active material layer, 13 ... Outer can, 14, 24 ... Positive electrode, 14A, 24A ... Positive electrode current collector, 14B , 24B ... positive electrode active material layer, 15, 25 ... separator, 16 ... gasket, 20 ... electrode wound body, 21, 22 ... lead, 26 ... electrolyte layer, 27 ... protective tape, 30 ... exterior member, 31 ... adhesive film

Claims (4)

リチウム(Li)と合金を形成可能な第1元素と、第1元素と合金を形成可能な第2元素と、リチウムとを含む活物質の製造方法であって、
前記第1元素と前記第2元素とリチウムとを含む原料を溶融し、凝固させる工程を有する
ことを特徴とする活物質の製造方法。
A method for producing an active material comprising a first element capable of forming an alloy with lithium (Li), a second element capable of forming an alloy with the first element, and lithium,
A method for producing an active material, comprising: a step of melting and solidifying a raw material containing the first element, the second element, and lithium.
前記第1元素と前記第2元素との割合を、第1元素:第2元素の原子数比で、99:1から50:50の範囲内とし、
前記第1元素および前記第2元素の合計とリチウムとの割合を、(第1元素+第2元素):リチウムの原子数比で、99:1から50:50の範囲内とする
ことを特徴とする請求項1記載の活物質の製造方法。
The ratio of the first element and the second element is in the range of 99: 1 to 50:50 in terms of the atomic ratio of the first element: second element,
The ratio between the total of the first element and the second element and lithium is within the range of 99: 1 to 50:50 in terms of the number ratio of (first element + second element): lithium. The method for producing an active material according to claim 1.
前記第1元素として、ケイ素(Si)およびスズ(Sn)のうちの少なくとも一方を含む活物質を製造する
ことを特徴とする請求項1記載の活物質の製造方法。
The method for producing an active material according to claim 1, wherein an active material containing at least one of silicon (Si) and tin (Sn) is produced as the first element.
正極および負極と共に、電解質を備えた電池であって、
前記負極は、リチウム(Li)と合金を形成可能な第1元素と、第1元素と合金を形成可能な第2元素と、リチウムとを含む活物質を含有し、
この活物質は、前記第1元素と前記第2元素とリチウムとを含む原料を溶融し、凝固させることにより得られたものである
ことを特徴とする電池。
A battery including an electrolyte together with a positive electrode and a negative electrode,
The negative electrode contains an active material including lithium, a first element capable of forming an alloy with lithium (Li), a second element capable of forming an alloy with the first element, and lithium.
The active material is obtained by melting and solidifying a raw material containing the first element, the second element, and lithium.
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