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JP2011076985A - Negative electrode active material for lithium ion secondary battery, slurry composition for lithium ion secondary battery negative electrode, negative electrode for lithium ion secondary battery, and lithium ion secondary battery - Google Patents

Negative electrode active material for lithium ion secondary battery, slurry composition for lithium ion secondary battery negative electrode, negative electrode for lithium ion secondary battery, and lithium ion secondary battery Download PDF

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JP2011076985A
JP2011076985A JP2009229877A JP2009229877A JP2011076985A JP 2011076985 A JP2011076985 A JP 2011076985A JP 2009229877 A JP2009229877 A JP 2009229877A JP 2009229877 A JP2009229877 A JP 2009229877A JP 2011076985 A JP2011076985 A JP 2011076985A
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JP
Japan
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lithium ion
ion secondary
secondary battery
negative electrode
metal
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Pending
Application number
JP2009229877A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yasuhiro Wakizaka
康尋 脇坂
Takumi Sugimoto
拓己 杉本
Kiyoshi Kanemura
聖志 金村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zeon Corp
Tokyo Metropolitan Public University Corp
Original Assignee
Nippon Zeon Co Ltd
Tokyo Metropolitan Public University Corp
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Publication date
Application filed by Nippon Zeon Co Ltd, Tokyo Metropolitan Public University Corp filed Critical Nippon Zeon Co Ltd
Priority to JP2009229877A priority Critical patent/JP2011076985A/en
Publication of JP2011076985A publication Critical patent/JP2011076985A/en
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    • Y02E60/10Energy storage using batteries

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Abstract

【課題】充放電サイクル特性を向上させたリチウムイオン二次電池用負極活物質、前記リチウムイオン二次電池用負極活物質を用いたリチウムイオン二次電池用スラリー組成物、リチウムイオン二次電池用負極、およびリチウムイオン二次電池を提供する。
【解決手段】金属濃度勾配を有する合金粒子を含むリチウムイオン二次電池用負極活物質。前記合金粒子は、リチウムイオンをドープ及び脱ドープが可能であり、体積変化率が100〜1000%の第1金属と、体積変化率が0〜100%の第2金属とを含み、前記第1金属の濃度が、前記合金粒子の表層部において最大となる。
【選択図】なし
A negative electrode active material for a lithium ion secondary battery with improved charge / discharge cycle characteristics, a slurry composition for a lithium ion secondary battery using the negative electrode active material for a lithium ion secondary battery, and a lithium ion secondary battery A negative electrode and a lithium ion secondary battery are provided.
A negative electrode active material for a lithium ion secondary battery including alloy particles having a metal concentration gradient. The alloy particles can be doped and dedoped with lithium ions, and include a first metal having a volume change rate of 100 to 1000% and a second metal having a volume change rate of 0 to 100%. The metal concentration becomes maximum in the surface layer portion of the alloy particles.
[Selection figure] None

Description

本発明は、リチウムイオン二次電池用負極活物質、該負極活物質を用いたリチウムイオン二次電池用スラリー組成物、リチウムイオン二次電池用負極、およびリチウムイオン二次電池に関する。   The present invention relates to a negative electrode active material for a lithium ion secondary battery, a slurry composition for a lithium ion secondary battery using the negative electrode active material, a negative electrode for a lithium ion secondary battery, and a lithium ion secondary battery.

近年、ノート型パソコン・携帯電話・PDAなどのモバイル端末の普及が著しく、これらモバイル端末の電源として、リチウムイオン二次電池が多く用いられている。モバイル端末用電源の要求特性として高容量化が挙げられるが、現在、グラファイト系負極活物質が用いられている電池の容量は飽和状態にあり、大幅な高容量化は難しい。そこで、より高容量を達成するために負極活物質にケイ素(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(特許文献1)。   In recent years, mobile terminals such as notebook personal computers, mobile phones, and PDAs have become widespread, and lithium ion secondary batteries are often used as power sources for these mobile terminals. As a required characteristic of a power source for mobile terminals, there is an increase in capacity, but at present, the capacity of a battery using a graphite-based negative electrode active material is in a saturated state, and it is difficult to significantly increase the capacity. Then, in order to achieve a higher capacity, use of silicon (Si), tin (Sn), or an alloy thereof as a negative electrode active material has been studied (Patent Document 1).

しかしながら、このようなリチウムイオン二次電池において充放電を行うと負極活物質が、リチウムを吸蔵放出する際に膨張、収縮して負極層中にクラックが発生する。この状態で、さらに充放電を繰り返し行うと、負極活物質の急激な膨張収縮に耐えきれず、負極層のクラックが伝播するなどして、負極層が剥離、滑落してしまう。このため、導電性が欠落して充放電できなくなり、サイクル特性が低くなってしまう。   However, when charging / discharging is performed in such a lithium ion secondary battery, the negative electrode active material expands and contracts when lithium is absorbed and released, and cracks are generated in the negative electrode layer. If charging / discharging is further repeated in this state, the negative electrode active material cannot withstand rapid expansion and contraction, cracks in the negative electrode layer propagate, and the negative electrode layer peels off and slides down. For this reason, electrical conductivity is lost, charging and discharging cannot be performed, and cycle characteristics are lowered.

したがって、このような問題を改善して、サイクル特性を向上させることが必要とされている。そこで、サイクル特性を向上させるために、特許文献2においては合金の中空粒子を作製する技術が報告されているが、このような合金中空粒子では、必ずしも充分なサイクル特性を得ることはできなかった。   Therefore, it is necessary to improve such a problem and improve cycle characteristics. Therefore, in order to improve the cycle characteristics, Patent Document 2 reports a technique for producing alloy hollow particles. However, such alloy hollow particles cannot always obtain sufficient cycle characteristics. .

特開平10−162823号 公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-162823 特開2007−123100号 公報JP 2007-123100 A

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、充放電サイクル特性を向上させたリチウムイオン二次電池用負極活物質、前記リチウムイオン二次電池用負極活物質を用いたリチウムイオン二次電池用スラリー組成物、リチウムイオン二次電池用負極、およびリチウムイオン二次電池を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and has a negative electrode active material for a lithium ion secondary battery with improved charge / discharge cycle characteristics, and a lithium ion secondary using the negative electrode active material for a lithium ion secondary battery. It aims at providing the slurry composition for secondary batteries, the negative electrode for lithium ion secondary batteries, and a lithium ion secondary battery.

本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、金属濃度勾配を有する合金粒子からなるリチウムイオン二次電池用負極活物質を用いることで、充放電サイクル特性の良好なリチウムイオン二次電池を提供できることを見出した。   As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventor has used lithium ion secondary battery negative electrode active materials made of alloy particles having a metal concentration gradient, so that lithium ion secondary batteries having good charge / discharge cycle characteristics can be obtained. It was found that a secondary battery could be provided.

すなわち、上記課題を解決する本発明は、以下の事項を要旨として含む。
(1)金属濃度勾配を有する合金粒子を含んでなるリチウムイオン二次電池用負極活物質。
(2)前記合金粒子は、リチウムイオンをドープ及び脱ドープでき、下記式(I)で定義される体積変化率が100〜1000%の第1金属と、体積変化率が0〜100%の第2金属とを含むものである(1)に記載のリチウムイオン二次電池用負極活物質。
(体積変化率)=(リチウムイオンをドープした金属の体積)/(リチウムイオンがドープされていない金属の体積) ・・・(I)
(3)前記第1金属の濃度が、前記合金粒子の表層部において最大となる(2)に記載のリチウムイオン二次電池用負極活物質。
(4)前記合金粒子の構造が、コア部とシェル部とを有するコア・シェル構造である(1)〜(3)のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池用負極活物質。
(5)前記シェル部が前記金属濃度勾配を有する(4)に記載のリチウムイオン二次電池用負極活物質。
(6)前記第1金属がSiあるいはSnであり、前記第2金属がNiである(2)に記載のリチウムイオン二次電池用負極活物質。
(7)前記コア部はポリマー粒子である(4)に記載のリチウムイオン二次電池用負極活物質。
(8)上記(1)〜(7)のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池用負極活物質を含有するリチウムイオン二次電池負極用スラリー組成物。
(9)上記(8)に記載のリチウムイオン二次電池負極用スラリー組成物を集電体に塗布し、乾燥してなるリチウムイオン二次電池用負極。
(10)上記(9)に記載のリチウムイオン二次電池用負極を用いてなるリチウムイオン二次電池。
That is, this invention which solves the said subject contains the following matters as a summary.
(1) A negative electrode active material for a lithium ion secondary battery comprising alloy particles having a metal concentration gradient.
(2) The alloy particles can be doped and dedoped with lithium ions, the first metal having a volume change rate defined by the following formula (I) of 100 to 1000%, and the first metal having a volume change rate of 0 to 100%. The negative electrode active material for a lithium ion secondary battery according to (1), which contains two metals.
(Volume change rate) = (Volume of metal doped with lithium ions) / (Volume of metal not doped with lithium ions) (I)
(3) The negative electrode active material for a lithium ion secondary battery according to (2), wherein the concentration of the first metal is maximized in a surface layer portion of the alloy particles.
(4) The negative electrode active material for a lithium ion secondary battery according to any one of (1) to (3), wherein the alloy particles have a core-shell structure having a core portion and a shell portion.
(5) The negative electrode active material for a lithium ion secondary battery according to (4), wherein the shell portion has the metal concentration gradient.
(6) The negative electrode active material for a lithium ion secondary battery according to (2), wherein the first metal is Si or Sn, and the second metal is Ni.
(7) The negative electrode active material for a lithium ion secondary battery according to (4), wherein the core part is polymer particles.
(8) A slurry composition for a negative electrode of a lithium ion secondary battery, comprising the negative electrode active material for a lithium ion secondary battery according to any one of (1) to (7).
(9) A negative electrode for a lithium ion secondary battery obtained by applying the slurry composition for a negative electrode of the lithium ion secondary battery according to (8) above to a current collector and drying it.
(10) A lithium ion secondary battery using the negative electrode for a lithium ion secondary battery according to (9).

本発明に用いる合金粒子は、金属濃度勾配を有するために、リチウムイオンをドープ及び脱ドープする際の合金粒子の体積変化による応力差を緩和することができる。そのため、該合金粒子からなるリチウムイオン二次電池用負極活物質を用いたリチウムイオン二次電池は、充放電の際の負極活物質の膨張、収縮による負極の剥離、滑落を防止することができ、高い容量と良好な充放電サイクル特性とを維持することができる。   Since the alloy particles used in the present invention have a metal concentration gradient, the stress difference due to the volume change of the alloy particles when doping and dedoping lithium ions can be reduced. Therefore, the lithium ion secondary battery using the negative electrode active material for lithium ion secondary battery made of the alloy particles can prevent the negative electrode from peeling and sliding due to expansion and contraction of the negative electrode active material during charge and discharge. High capacity and good charge / discharge cycle characteristics can be maintained.

<合金粒子>
本発明に係るリチウムイオン二次電池用負極活物質は、金属濃度勾配を有する合金粒子を含んでなる。合金粒子を構成する金属が、濃度勾配を有することにより、リチウムイオンをドープ及び脱ドープする際の合金粒子の体積変化による応力差を緩和することができる。
<Alloy particles>
The negative electrode active material for a lithium ion secondary battery according to the present invention comprises alloy particles having a metal concentration gradient. Since the metal constituting the alloy particles has a concentration gradient, the stress difference due to the volume change of the alloy particles when doping and dedoping lithium ions can be reduced.

合金粒子は、リチウムイオンをドープ及び脱ドープ可能であり、第1金属と、第2金属とを含むことが好ましい。第1金属は下記式(I)で定義される体積変化率が100〜1000%であることが好ましく、300〜700%であることがより好ましい。第1金属の体積変化率がこの範囲にあることにより充放電による応力を緩和することができるため充放電サイクル特性に優れ、高容量との両立が可能となる。   The alloy particles can be doped and dedoped with lithium ions, and preferably contain a first metal and a second metal. The first metal preferably has a volume change rate defined by the following formula (I) of 100 to 1000%, and more preferably 300 to 700%. When the volume change rate of the first metal is in this range, stress due to charging / discharging can be relaxed, so that the charge / discharge cycle characteristics are excellent and high capacity can be achieved.

第2金属の体積変化率は0〜100%であることが好ましく、より好ましくは0〜50%である。第2金属の体積変化率がこの範囲にあることにより粒子内部に対する応力を緩和することができるため、充放電サイクル特性に優れた粒子を得ることができる。
(体積変化率)=(リチウムイオンをドープした金属の体積)/(リチウムイオンがドープされていない金属の体積) ・・・(I)
The volume change rate of the second metal is preferably 0 to 100%, more preferably 0 to 50%. When the volume change rate of the second metal is within this range, the stress on the inside of the particles can be relaxed, so that particles having excellent charge / discharge cycle characteristics can be obtained.
(Volume change rate) = (Volume of metal doped with lithium ions) / (Volume of metal not doped with lithium ions) (I)

合金粒子の体積変化は、充電状態、放電状態それぞれにおける合金粒子の顕微鏡観察により測定することが可能である。   The volume change of the alloy particles can be measured by microscopic observation of the alloy particles in each of the charged state and the discharged state.

合金粒子は、上記範囲の体積変化率を有する第1金属と第2金属とを含み、合金粒子の表層部において第1金属の濃度が最大となることがより好ましい。合金粒子が、上記範囲の体積変化率を有する第1金属と第2金属とを含み、合金粒子の表層部において第1金属の濃度が最大となることで、リチウムイオンをドープ及び脱ドープする際の合金粒子の体積変化による応力差を緩和することができる。   More preferably, the alloy particles include a first metal and a second metal having a volume change rate in the above range, and the concentration of the first metal is maximized in the surface layer portion of the alloy particles. When the alloy particles include the first metal and the second metal having a volume change rate in the above range, and the concentration of the first metal is maximized in the surface layer portion of the alloy particles, the lithium ions are doped and dedoped. The stress difference due to the volume change of the alloy particles can be relaxed.

第1金属は、リチウムイオンをドープ及び脱ドープでき、式(I)で定義される体積変化率が100〜1000%の金属としては、ケイ素(Si)、スズ(Sn)が好ましい。第2金属は、リチウムイオンをドープ及び脱ドープでき、式(I)で定義される体積変化率が0〜100%の金属としては、銀(Ag)、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、ガリウム(Ga)、ニッケル(Ni)、亜鉛(Zn)が好ましく、Niがさらに好ましい。なお、本発明に用いる合金粒子は、第1金属および第2金属の他に、他の金属を含んでいてもよい。また、合金粒子の金属濃度勾配は、合金粒子の表層部において第1金属の濃度が最大であれば、合金粒子の径方向に連続でも不連続でもよい。すなわち、合金粒子の最内殻において第1金属の濃度が最小となり、最外殻(表層部)において第1金属の濃度が最大となることが好ましい。濃度勾配は、合金粒子表面を酸で少量溶解した後、その処理液もしくは粒子自体の元素分析(例えば、X線蛍光分析(XRF))を行うことにより確認することができる。   The first metal can be doped and dedoped with lithium ions, and the metal having a volume change rate defined by the formula (I) of 100 to 1000% is preferably silicon (Si) or tin (Sn). The second metal can be doped and dedoped with lithium ions, and the metal having a volume change rate defined by the formula (I) of 0 to 100% includes silver (Ag), aluminum (Al), copper (Cu), Gallium (Ga), nickel (Ni), and zinc (Zn) are preferable, and Ni is more preferable. The alloy particles used in the present invention may contain other metals in addition to the first metal and the second metal. Further, the metal concentration gradient of the alloy particles may be continuous or discontinuous in the radial direction of the alloy particles as long as the concentration of the first metal is maximum in the surface layer portion of the alloy particles. That is, it is preferable that the concentration of the first metal is minimized in the innermost shell of the alloy particles and the concentration of the first metal is maximized in the outermost shell (surface layer portion). The concentration gradient can be confirmed by dissolving a small amount of the alloy particle surface with an acid and then performing elemental analysis (for example, X-ray fluorescence analysis (XRF)) of the treatment liquid or the particle itself.

本発明に用いる合金粒子はコア部とシェル部とを有するコア・シェル構造であることが好ましく、シェル部が濃度勾配を有することがより好ましい。   The alloy particles used in the present invention preferably have a core-shell structure having a core part and a shell part, and more preferably the shell part has a concentration gradient.

<シェル部>
本発明に用いる合金粒子のシェル部は、第1金属と第2金属とを含む金属層a1からなることが好ましい。
<Shell part>
It is preferable that the shell part of the alloy particle used for this invention consists of the metal layer a1 containing a 1st metal and a 2nd metal.

<コア部>
本発明に用いる合金粒子のコア部は、リチウムイオンをドープ及び脱ドープする際の合金粒子の体積変化を抑制することができるという観点から、ポリマー粒子、金属粒子、酸化物、炭素粒子等からなることが好ましく、ポリマー粒子、炭素粒子からなることがさらに好ましく、ポリマー粒子からなることが特に好ましい。
<Core part>
The core part of the alloy particles used in the present invention is composed of polymer particles, metal particles, oxides, carbon particles, etc. from the viewpoint of suppressing volume changes of the alloy particles when doping and dedoping lithium ions. It is preferable that the polymer particle and the carbon particle are used, and it is particularly preferable that the polymer particle is used.

<ポリマー粒子>
ポリマー粒子は水中に分散した状態であっても、ビーズ状であってもよいが、通常は水中に分散した状態のものを用いる。水中に分散した状態のものは、通常、水分散ポリマーであり、例えば、ジエン系水分散ポリマー、アクリル系水分散ポリマー、フッ素系水分散ポリマー、ウレタン系ポリマー、シリコーン系ポリマーなどが挙げられる。これらの中でも、電気化学的に安定であるという観点から、ジエン系水分散ポリマー、アクリル系水分散ポリマーが好ましい。
<Polymer particles>
The polymer particles may be dispersed in water or may be in the form of beads. Usually, the polymer particles are dispersed in water. Those dispersed in water are usually water-dispersed polymers, and examples thereof include diene-based water-dispersed polymers, acrylic-based water-dispersed polymers, fluorine-based water-dispersed polymers, urethane-based polymers, and silicone-based polymers. Among these, from the viewpoint of being electrochemically stable, a diene water dispersion polymer and an acrylic water dispersion polymer are preferable.

ジエン系水分散ポリマーとは、ブタジエン、イソプレン、1,3−ペンタジエンなどの共役ジエンおよびこれらの混合物を重合してなる繰り返し単位を、重合体中50モル%以上有する単独重合体または共重合体である。   The diene-based water-dispersed polymer is a homopolymer or copolymer having a repeating unit formed by polymerizing conjugated dienes such as butadiene, isoprene, 1,3-pentadiene, and a mixture thereof in an amount of 50 mol% or more. is there.

ジエン系水分散ポリマーの具体例としては、ポリブタジエン、ポリイソプレン、スチレン・ブタジエンランダム共重合体、スチレン・イソプレンランダム共重合体、アクリロニトリル・ブタジエン共重合体、スチレン・アクリロニトリル・ブタジエン共重合体、スチレン・ブタジエンブロック共重合体、スチレン・ブタジエン・スチレンブロック共重合体、スチレン・イソプレンブロック共重合体、およびスチレン・イソプレン・スチレンブロック共重合体などが挙げられる。   Specific examples of diene-based water-dispersed polymers include polybutadiene, polyisoprene, styrene / butadiene random copolymer, styrene / isoprene random copolymer, acrylonitrile / butadiene copolymer, styrene / acrylonitrile / butadiene copolymer, styrene / Examples thereof include butadiene block copolymers, styrene / butadiene / styrene block copolymers, styrene / isoprene block copolymers, and styrene / isoprene / styrene block copolymers.

アクリル系水分散ポリマーとは、アクリル酸、メタクリル酸またはクロトン酸の誘導体およびこれらの混合物を重合してなる繰り返し単位を、重合体中50モル%以上有する単独重合体または共重合体である。   The acrylic water-dispersed polymer is a homopolymer or copolymer having 50 mol% or more of repeating units formed by polymerizing a derivative of acrylic acid, methacrylic acid or crotonic acid and a mixture thereof.

アクリル酸誘導体としては、アクリル酸、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸プロピル、アクリル酸イソプロピル、アクリル酸n−ブチル、アクリル酸イソブチル、アクリル酸n−アミル、アクリル酸イソアミル、アクリル酸n−ヘキシル、アクリル酸2−エチルヘキシル、アクリル酸ヒドロキシプロピル、アクリル酸ラウリル、アクリロニトリル、およびポリエチレングリコールジアクリレートなどが挙げられる。メタクリル酸誘導体としては、メタクリル酸、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸プロピル、メタクリル酸イソプロピル、メタクリル酸n−ブチル、メタクリル酸イソブチル、メタクリル酸n−アミル、メタクリル酸イソアミル、メタクリル酸n−ヘキシル、メタクリル酸2−エチルヘキシル、メタクリル酸ヒドロキシプロピル、メタクリル酸ラウリル、メタクリロニトリル、グリシジルメタクリレート、およびテトラエチレングリコールジメタクリレートなどが挙げられる。クロトン酸誘導体としては、クロトン酸、クロトン酸メチル、クロトン酸エチル、クロトン酸プロピル、クロトン酸ブチル、クロトン酸イソブチル、クロトン酸n−アミル、クロトン酸イソアミル、クロトン酸n−ヘキシル、クロトン酸2−エチルヘキシル、およびクロトン酸ヒドロキシプロピルなどが挙げられる。   Acrylic acid derivatives include acrylic acid, methyl acrylate, ethyl acrylate, propyl acrylate, isopropyl acrylate, n-butyl acrylate, isobutyl acrylate, n-amyl acrylate, isoamyl acrylate, n-hexyl acrylate , 2-ethylhexyl acrylate, hydroxypropyl acrylate, lauryl acrylate, acrylonitrile, and polyethylene glycol diacrylate. Methacrylic acid derivatives include methacrylic acid, methyl methacrylate, ethyl methacrylate, propyl methacrylate, isopropyl methacrylate, n-butyl methacrylate, isobutyl methacrylate, n-amyl methacrylate, isoamyl methacrylate, n-hexyl methacrylate. , 2-ethylhexyl methacrylate, hydroxypropyl methacrylate, lauryl methacrylate, methacrylonitrile, glycidyl methacrylate, and tetraethylene glycol dimethacrylate. Examples of the crotonic acid derivatives include crotonic acid, methyl crotonic acid, ethyl crotonic acid, propyl crotonic acid, butyl crotonic acid, isobutyl crotonic acid, n-amyl crotonic acid, isoamyl crotonic acid, n-hexyl crotonic acid, and 2-ethylhexyl crotonic acid. And hydroxypropyl crotonic acid.

アクリル系重合体の具体例としては、アクリル酸2−エチルヘキシル・メタクリロニトリル・エチレングリコールジメタクリレート共重合体、アクリル酸2−エチルヘキシル・メタクリロニトリル・テトラエチレングリコールジメタクリレート共重合体、アクリル酸2−エチルヘキシル・メタクリロニトリル・メトキシポリエチレングリコール・エチレングリコールジメタクリレート共重合体、アクリル酸ブチル・アクリロニトリル・ジエチレングリコールジメタクリレート共重合体、メタクリル酸2−エチルヘキシル・アクリル酸エチル・アクリロニトリル・ポリエチレングリコールジアクリレート共重合体などが挙げられる。   Specific examples of the acrylic polymer include 2-ethylhexyl acrylate / methacrylonitrile / ethylene glycol dimethacrylate copolymer, 2-ethylhexyl acrylate / methacrylonitrile / tetraethylene glycol dimethacrylate copolymer, acrylic acid 2 -Ethylhexyl / methacrylonitrile / methoxypolyethylene glycol / ethylene glycol dimethacrylate copolymer, butyl acrylate / acrylonitrile / diethylene glycol dimethacrylate copolymer, 2-ethylhexyl methacrylate / ethyl acrylate / acrylonitrile / polyethylene glycol diacrylate copolymer Examples include coalescence.

フッ素系水分散ポリマーとは、フッ素を含有する単量体を重合してなる繰り返し単位を有する単独重合体または共重合体である。   The fluorine-based water-dispersed polymer is a homopolymer or copolymer having a repeating unit obtained by polymerizing a fluorine-containing monomer.

ウレタン系ポリマーとは、イソシアネート基とアルコール基が縮合してできるウレタン結合を有する単独重合体または共重合体である。   The urethane polymer is a homopolymer or copolymer having a urethane bond formed by condensation of an isocyanate group and an alcohol group.

シリコーン系ポリマーとは、シロキサン結合による主骨格を持つ単独重合体または共重合体である。   The silicone-based polymer is a homopolymer or copolymer having a main skeleton with a siloxane bond.

本発明において、金属層a1との密着性の観点から、ポリマー粒子は、アニオン性基又はカチオン性基を有するものであることが好ましい。ポリマー粒子が、アニオン性基又はカチオン性基を有するものであることにより、ポリマー粒子の金属層a1との密着性がより向上する。   In the present invention, from the viewpoint of adhesion with the metal layer a1, the polymer particles preferably have an anionic group or a cationic group. When the polymer particles have an anionic group or a cationic group, the adhesion of the polymer particles to the metal layer a1 is further improved.

アニオン性基とは、置換基がアニオン性の化学官能性を有する基であり、アニオン性の化学官能基としては、カルボキシレート、スルフェート、スルホナート、ホスファート、ホスホナート、または、これらの混合物が挙げられる。   An anionic group is a group in which the substituent has an anionic chemical functionality, and examples of the anionic chemical functional group include carboxylate, sulfate, sulfonate, phosphate, phosphonate, or a mixture thereof.

ポリマー粒子中にアニオン性基を含有させるためには、アニオン性基含有エチレン性不飽和単量体を共重合すればよく、アニオン性基含有エチレン性不飽和単量体としては、特に限定されず、たとえば、アクリル酸、メタクリル酸等のエチレン性不飽和モノカルボン酸単量体;イタコン酸、マレイン酸、フマル酸、ブテントリカルボン酸等のエチレン性不飽和多価カルボン酸単量体;フマル酸モノブチル、マレイン酸モノブチル、マレイン酸モノ2−ヒドロキシプロピル等のエチレン性不飽和多価カルボン酸の部分エステル単量体;無水マレイン酸、無水シトラコン酸等の多価カルボン酸無水物;などの、エチレン性不飽和カルボン酸単量体;スチレンスルホン酸、アリルオキシベンゼンスルホン酸、メタリルオキシベンゼンスルホン酸、ビニルスルホン酸、アリルスルホン酸、メタリルスルホン酸、4−スルフォニックアシドブチルメタクリレートなどのスルホン酸基を有する単量体;を挙げることができる。これらの単量体は単独で、または2種以上を組み合わせて用いることができる。   In order to contain an anionic group in the polymer particles, an anionic group-containing ethylenically unsaturated monomer may be copolymerized, and the anionic group-containing ethylenically unsaturated monomer is not particularly limited. Ethylenically unsaturated monocarboxylic acid monomers such as acrylic acid and methacrylic acid; ethylenically unsaturated polyvalent carboxylic acid monomers such as itaconic acid, maleic acid, fumaric acid and butenetricarboxylic acid; monobutyl fumarate Ethylenically unsaturated polyvalent carboxylic acid partial ester monomers such as monobutyl maleate and mono-2-hydroxypropyl maleate; multivalent carboxylic acid anhydrides such as maleic anhydride and citraconic anhydride; Unsaturated carboxylic acid monomer; styrene sulfonic acid, allyloxybenzene sulfonic acid, methallyloxybenzene sulfonic acid, vinyl Rusuruhon acid, allyl sulfonic acid, methallyl sulfonic acid, 4-sul phonic monomer having a sulfonic acid group, such as A Sid butyl methacrylate; and the like. These monomers can be used alone or in combination of two or more.

カチオン性基とは、置換基がカチオン性の化学官能性を有する基であり、置換基は、式R(A)を有し、式中、Rは、以下の通りである。 A cationic group is a group in which the substituent has cationic chemical functionality, and the substituent has the formula R 1 R 2 R 3 R 4 N + (A ), where R 1 is Is as follows.

は、式−CH−CHOH−CH−、または、−CH−CH−であり、R、R、Rは、それぞれ独立して、1〜20個の炭素原子を有するアルキルまたはアリールアルキル基から選択され、Aは、ハロゲン化物イオン、スルフェートイオン、ホスファートイオン、または、テトラフルオロボラートイオンである。 R 1 is of the formula —CH 2 —CHOH—CH 2 — or —CH 2 —CH 2 —, wherein R 2 , R 3 , R 4 each independently represents 1-20 carbon atoms. is selected from alkyl or arylalkyl group having, a - is a halide ion, sulfate ion, phosphate ion, or a tetrafluoroborate ion.

ポリマー粒子中にカチオン性基を含有させるためには、カチオン性基含有エチレン性不飽和単量体を共重合すればよく、カチオン性基含有エチレン性不飽和単量体としては、ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレート、ジプロピルアミノエチル(メタ)アクリレート、ジイソプロピルアミノエチル(メタ)アクリレート、ジブチルアミノエチル(メタ)アクリレート、ジイソブチルアミノエチル(メタ)アクリレート、ジt−ブチルアミノエチル(メタ)アクリレート、ジメチルアミノプロピル(メタ)アクリルアミド、ジエチルアミノプロピル(メタ)アクリルアミド、ジプロピルアミノプロピル(メタ)アクリルアミド、ジイソプロピルアミノプロピル(メタ)アクリルアミド、ジブチルアミノプロピル(メタ)アクリルアミド、ジイソブチルアミノプロピル(メタ)アクリルアミド、ジt−ブチルアミノプロピル(メタ)アクリルアミド等のジアルキルアミノ基を有する(メタ)アクリル酸エステル又は(メタ)アクリル酸アミド類、ジメチルアミノスチレン、ジメチルアミノメチルスチレン等のジアルキルアミノ基を有するスチレン類、4−ビニルピリジン、2−ビニルピリジン等のビニルピリジン類、N−ビニルイミダゾール等のN−ビニル複素環化合物類、アミノエチルビニルエーテル、ジメチルアミノエチルビニルエーテル等のビニルエーテル類などのアミノ基を有する単量体の酸中和物あるいは4級アンモニウム塩;ジメチルジアリルアンモニウムクロライド、ジエチルジアリルアンモニウムクロライド等のジアリル型4級アンモニウム塩などが挙げられる。   In order to contain a cationic group in the polymer particles, a cationic group-containing ethylenically unsaturated monomer may be copolymerized. As the cationic group-containing ethylenically unsaturated monomer, dimethylaminoethyl ( (Meth) acrylate, diethylaminoethyl (meth) acrylate, dipropylaminoethyl (meth) acrylate, diisopropylaminoethyl (meth) acrylate, dibutylaminoethyl (meth) acrylate, diisobutylaminoethyl (meth) acrylate, di-t-butylaminoethyl (Meth) acrylate, dimethylaminopropyl (meth) acrylamide, diethylaminopropyl (meth) acrylamide, dipropylaminopropyl (meth) acrylamide, diisopropylaminopropyl (meth) acrylamide, dibutyl (Meth) acrylic acid ester or (meth) acrylic acid amides having a dialkylamino group such as minopropyl (meth) acrylamide, diisobutylaminopropyl (meth) acrylamide, di-t-butylaminopropyl (meth) acrylamide, dimethylaminostyrene, Styrenes having a dialkylamino group such as dimethylaminomethylstyrene, vinylpyridines such as 4-vinylpyridine and 2-vinylpyridine, N-vinyl heterocyclic compounds such as N-vinylimidazole, aminoethyl vinyl ether, dimethylaminoethyl Acid neutralized or quaternary ammonium salts of monomers having amino groups such as vinyl ethers such as vinyl ether; Diary such as dimethyl diallyl ammonium chloride and diethyl diallyl ammonium chloride Such type quaternary ammonium salts.

ポリマー粒子中のアニオン性基又はカチオン性基の含有量は、アニオン性基含有エチレン性不飽和単量体又はカチオン性基含有エチレン性不飽和単量体の含有量で、1〜10質量%であることが好ましく、2〜5質量%であることがより好ましい。ポリマー粒子中のカチオン性基又はアニオン性基含有量が前記範囲内にあると、密着性、製造の観点から優れたポリマー粒子を得ることができる。   The content of the anionic group or the cationic group in the polymer particle is the content of the anionic group-containing ethylenically unsaturated monomer or the cationic group-containing ethylenically unsaturated monomer, and is 1 to 10% by mass. It is preferable that it is 2 to 5% by mass. When the cationic group or anionic group content in the polymer particles is within the above range, polymer particles excellent from the viewpoints of adhesion and production can be obtained.

該重合体水分散ポリマーの固形分濃度は、通常15〜70質量%であり、20〜65質量%が好ましく、30〜60質量%がさらに好ましい。固形分濃度がこの範囲にあると合金粒子製造における作業性が良好である。   The solid content concentration of the polymer water-dispersed polymer is usually 15 to 70% by mass, preferably 20 to 65% by mass, and more preferably 30 to 60% by mass. When the solid content concentration is within this range, workability in producing alloy particles is good.

本発明において使用するポリマー粒子のガラス転移温度は、−70℃以上80℃以下であることが好ましく、−50℃以上60℃以下がより好ましく、−40℃以上50℃以下がさらに好ましい。ポリマー粒子のガラス転移温度が、前記範囲であることにより、低温環境、高温環境において充放電に伴う膨張収縮による歪みを吸収し、充放電サイクル特性を保つことができる。ポリマー粒子のガラス転移温度を制御する方法としては、ポリマー中のモノマー比を変化させる、分子量を制御する、規則性を制御する、含有側鎖の相互作用を利用するなどの方法が挙げられる。   The glass transition temperature of the polymer particles used in the present invention is preferably −70 ° C. or higher and 80 ° C. or lower, more preferably −50 ° C. or higher and 60 ° C. or lower, and further preferably −40 ° C. or higher and 50 ° C. or lower. When the glass transition temperature of the polymer particles is within the above range, strain due to expansion and contraction associated with charge / discharge can be absorbed in a low temperature environment and a high temperature environment, and charge / discharge cycle characteristics can be maintained. Examples of the method for controlling the glass transition temperature of the polymer particles include methods such as changing the monomer ratio in the polymer, controlling the molecular weight, controlling the regularity, and utilizing the interaction of contained side chains.

ここでのガラス転移温度とは、示差走査型熱量分析装置により求めたポリマーのガラス転移温度を示す。   The glass transition temperature here refers to the glass transition temperature of the polymer determined by a differential scanning calorimeter.

本発明において使用するポリマー粒子の弾性率は、10MPa以上1000MPa以下であることが好ましく、15MPa以上800MPa以下であることがより好ましく、20MPa以上600MPa以下であることがさらに好ましい。ポリマー粒子の弾性率が前記範囲にあることにより、電極プレス時の潰れを防ぐことができるため所望の密度とすることができるとともに、充放電に伴う膨張収縮による歪みを吸収することができる。ポリマー粒子のガラス転移温度を制御する方法としては、ポリマー中のモノマー比を変化させる、分子量を制御する、規則性を制御する、含有側鎖の相互作用を利用するなどの方法が挙げられる。   The elastic modulus of the polymer particles used in the present invention is preferably 10 MPa or more and 1000 MPa or less, more preferably 15 MPa or more and 800 MPa or less, and further preferably 20 MPa or more and 600 MPa or less. When the modulus of elasticity of the polymer particles is in the above range, crushing during electrode pressing can be prevented, so that a desired density can be obtained, and strain due to expansion and contraction associated with charge / discharge can be absorbed. Examples of the method for controlling the glass transition temperature of the polymer particles include methods such as changing the monomer ratio in the polymer, controlling the molecular weight, controlling the regularity, and utilizing the interaction of contained side chains.

ここでの弾性率とは、ポリマー粒子をフィルム状に成形し、JIS K6251;2004に基づき引っ張り試験機により求めたポリマーの引っ張り弾性率を示す。   Here, the elastic modulus indicates the tensile elastic modulus of the polymer obtained by forming the polymer particles into a film shape and obtaining by a tensile tester based on JIS K6251; 2004.

ポリマー粒子の体積平均粒径は、通常0.01μm以上100μm以下であり、0.1μm以上50μm以下がさらに好ましい。ポリマー粒子の平均粒径が前記範囲であることにより、スラリー中での分散性に優れる。粒径分布の測定には、例えば、コールターカウンターやマイクロトラック、透過型電子顕微鏡などが挙げられる。   The volume average particle size of the polymer particles is usually from 0.01 μm to 100 μm, and more preferably from 0.1 μm to 50 μm. When the average particle diameter of the polymer particles is within the above range, the dispersibility in the slurry is excellent. Examples of the measurement of the particle size distribution include a Coulter counter, a microtrack, and a transmission electron microscope.

<炭素粒子>
炭素粒子としては、炭素質材料と黒鉛質材料が挙げられる。炭素質材料とは一般的に炭素前駆体を2000℃以下で熱処理(炭素化)された黒鉛化の低い(結晶性の低い)炭素材料を示し、黒鉛質材料とは易黒鉛性炭素を2000℃以上で熱処理することによって得られた黒鉛に近い高い結晶性を有する黒鉛質材料を示す。
<Carbon particles>
Examples of the carbon particles include carbonaceous materials and graphite materials. A carbonaceous material generally indicates a carbon material having a low graphitization (low crystallinity) obtained by heat-treating (carbonizing) a carbon precursor at 2000 ° C. or lower. A graphitic material having high crystallinity close to that of the graphite obtained by heat treatment as described above will be shown.

炭素質材料としては、熱処理温度によって炭素の構造を容易に変える易黒鉛性炭素とガラス状炭素に代表される非晶質構造に近い構造を持つ難黒鉛性炭素が挙げられる。易黒鉛性炭素としては石油や石炭から得られるタールピッチを原料とした炭素材料が挙げられ、例えば、コークス、メソカーボンマイクロビーズ(MCMB)、メソフェーズピッチ系炭素繊維、熱分解気相成長炭素繊維などが挙げられる。MCMBとはピッチ類を400℃前後で過熱する過程で生成したメソフェーズ小球体を分離抽出した炭素微粒子であり、メソフェーズピッチ系炭素繊維とは、前記メソフェーズ小球体が成長、合体して得られるメソフェーズピッチを原料とする炭素繊維である。   Examples of the carbonaceous material include graphitizable carbon that easily changes the carbon structure depending on the heat treatment temperature, and non-graphitizable carbon having a structure close to an amorphous structure typified by glassy carbon. Examples of graphitizable carbon include carbon materials made from tar pitch obtained from petroleum and coal, such as coke, mesocarbon microbeads (MCMB), mesophase pitch-based carbon fibers, pyrolytic vapor-grown carbon fibers, etc. Is mentioned. MCMB is carbon fine particles obtained by separating and extracting mesophase spherules produced in the process of heating the pitches at around 400 ° C., and mesophase pitch-based carbon fiber is mesophase pitch obtained by growing and coalescing the mesophase spherules. Is a carbon fiber made from a raw material.

難黒鉛性炭素としては、フェノール樹脂焼成体、ポリアクリロニトリル系炭素繊維、擬等方性炭素、フルフリルアルコール樹脂焼成体(PFA)などが挙げられる。   Examples of the non-graphitizable carbon include phenol resin fired bodies, polyacrylonitrile-based carbon fibers, pseudo-isotropic carbon, and furfuryl alcohol resin fired bodies (PFA).

黒鉛質材料としては天然黒鉛、人造黒鉛が挙げられる。人造黒鉛としては、主に2800℃以上で熱処理した人造黒鉛、MCMBを2000℃以上で熱処理した黒鉛化MCMB、メソフェーズピッチ系炭素繊維を2000℃以上で熱処理した黒鉛化メソフェーズピッチ系炭素繊維などが利用される。   Examples of the graphite material include natural graphite and artificial graphite. As artificial graphite, artificial graphite heat treated at 2800 ° C or higher, graphitized MCMB heat treated at 2000 ° C or higher, graphitized mesophase pitch carbon fiber heat-treated at 2000 ° C or higher mesophase pitch carbon fiber, etc. are used. Is done.

<金属粒子>
金属粒子としては、リチウム金属、リチウム合金を形成する単体金属および合金が用いられる。
<Metal particles>
As the metal particles, lithium metal, a single metal that forms a lithium alloy, and an alloy are used.

リチウム合金を形成する単体金属及び合金としては、銀(Ag)、アルミニウム(Al)、バリウム(Ba)、ビスマス(Bi)、銅(Cu)、ガリウム(Ga)、ゲルマニウム(Ge)、インジウム(In)、ニッケル(Ni)、リン(P)、鉛(Pb)、アンチモン(Sb)、ケイ素(Si)、スズ(Sn)、ストロンチウム(Sr)、亜鉛(Zn)等の金属を含有する化合物が挙げられる。それらの中でもSi、SnまたはPbの単体金属若しくはこれら原子を含む合金、または、それらの金属の化合物が用いられる。   Examples of single metals and alloys that form lithium alloys include silver (Ag), aluminum (Al), barium (Ba), bismuth (Bi), copper (Cu), gallium (Ga), germanium (Ge), and indium (In ), Nickel (Ni), phosphorus (P), lead (Pb), antimony (Sb), silicon (Si), tin (Sn), strontium (Sr), zinc (Zn) and other compounds containing metals. It is done. Among them, Si, Sn or Pb simple metals, alloys containing these atoms, or compounds of these metals are used.

<酸化物等>
酸化物としては、上記金属粒子の酸化物が用いられる。なお、その他に硫化物を用いることもでき、上記金属粒子の硫化物が用いられる。
<Oxides etc.>
As the oxide, the oxide of the above metal particles is used. In addition, sulfides can also be used, and sulfides of the above metal particles are used.

酸化物としては、酸化スズ、酸化マンガン、酸化チタン、酸化ニオブ、酸化バナジウム等の酸化物、Si、Sn、PbおよびTi原子よりなる群から選ばれる金属元素を含むリチウム含有金属複合酸化物材料が用いられる。   Examples of the oxide include an oxide such as tin oxide, manganese oxide, titanium oxide, niobium oxide, and vanadium oxide, and a lithium-containing metal composite oxide material containing a metal element selected from the group consisting of Si, Sn, Pb, and Ti atoms. Used.

リチウム含有金属複合酸化物としては、更にLiTiで示されるリチウムチタン複合酸化物(0.7≦x≦1.5、1.5≦y≦2.3、0≦z≦1.6、Mは、Na、K、Co、Al、Fe、Ti、Mg、Cr、Ga、Cu、ZnおよびNb)が挙げられ、中でもLi4/3Ti5/3、LiTi、Li4/5Ti11/5が用いられる。 As the lithium-containing metal composite oxide, a lithium titanium composite oxide represented by Li x Ti y M z O 4 (0.7 ≦ x ≦ 1.5, 1.5 ≦ y ≦ 2.3, 0 ≦ z ≦ 1.6, M includes Na, K, Co, Al, Fe, Ti, Mg, Cr, Ga, Cu, Zn, and Nb), among which Li 4/3 Ti 5/3 O 4 , Li 1 Ti 2 O 4 and Li 4/5 Ti 11/5 O 4 are used.

本発明に用いる合金粒子は、コア部がポリマー粒子からなり、シェル部が金属層a1からなるコア・シェル構造を有し、金属層a1が金属濃度勾配を有することが好ましい。金属層a1は金属めっきにより形成されることが好ましい。金属めっきとしては、無電解めっき、電解めっき、真空めっき、溶融めっきなどが挙げられるが、安価に作製可能なことから、電解めっきが好ましい。金属層a1に金属濃度勾配を形成する方法は、めっき浴のpH制御、めっき液組成の変更、金属層a1の部分エッチング処理等が挙げられ、金属濃度勾配の調整が容易であるという観点から、めっき浴のpHを制御して金属層a1に金属濃度勾配を形成することが好ましい。   The alloy particles used in the present invention preferably have a core-shell structure in which the core portion is made of polymer particles and the shell portion is made of the metal layer a1, and the metal layer a1 has a metal concentration gradient. The metal layer a1 is preferably formed by metal plating. Examples of the metal plating include electroless plating, electrolytic plating, vacuum plating, and hot dipping, but electrolytic plating is preferable because it can be manufactured at low cost. The method of forming a metal concentration gradient in the metal layer a1 includes pH control of the plating bath, change of the plating solution composition, partial etching treatment of the metal layer a1, and the like, from the viewpoint of easy adjustment of the metal concentration gradient. It is preferable to form a metal concentration gradient in the metal layer a1 by controlling the pH of the plating bath.

本発明におけるシェル部は、第1金属と第2金属とを含む金属層a1の他に、無電解めっきにより形成される金属層a2をさらに有し、金属層a1は、金属層a2の上に形成されることが好ましい。すなわち、本発明における合金粒子は、コア部側から順に、金属層a2と金属層a1とを有することが好ましい。   The shell portion in the present invention further includes a metal layer a2 formed by electroless plating in addition to the metal layer a1 including the first metal and the second metal, and the metal layer a1 is formed on the metal layer a2. Preferably it is formed. That is, the alloy particles in the present invention preferably have the metal layer a2 and the metal layer a1 in this order from the core part side.

本発明において、シェル部がこのような構成を有することにより、粒界が大きく伸びの優れる金属層a1が充放電サイクル時の体積変化による応力差を緩和し、割れ抑制だけでなく、スラリー混練時の割れも抑制することが可能となる。これにより、スラリーの均一性を高めることができ、電池容量のばらつきも抑制することができる。さらに充放電サイクルにおける膨張収縮を緩和し、保護する目的で、金属層a1上にさらに他の金属層を設けることもできる。他の金属層は電解めっき、無電解めっきのどちらを用いることもできるが、密着性の観点から電解めっきが好ましい。   In the present invention, since the shell portion has such a configuration, the metal layer a1 having a large grain boundary and excellent elongation relaxes the stress difference due to the volume change during the charge / discharge cycle, and not only suppresses cracking but also during slurry kneading. It is also possible to suppress cracking. Thereby, the uniformity of a slurry can be improved and the dispersion | variation in battery capacity can also be suppressed. Furthermore, for the purpose of relaxing and protecting the expansion and contraction in the charge / discharge cycle, another metal layer can be provided on the metal layer a1. As the other metal layer, either electrolytic plating or electroless plating can be used, but electrolytic plating is preferable from the viewpoint of adhesion.

金属層a2を形成する場合は、その上に電解めっき形成が可能な金属であれば、公知のものから適宜選択でき、アルミニウム(Al)、クロム(Cr)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、ガリウム(Ga)、パラジウム(Pd)、銀(Ag)、スズ(Sn)、白金(Pt)、金(Au)などが挙げられる。これらの中でも、コストおよび機械的特性に優れる点から、Ni、Cu、Snおよびそれらの合金が好ましい。   In the case of forming the metal layer a2, any metal that can be formed by electrolytic plating can be appropriately selected from known materials such as aluminum (Al), chromium (Cr), manganese (Mn), and iron (Fe). , Cobalt (Co), nickel (Ni), copper (Cu), zinc (Zn), gallium (Ga), palladium (Pd), silver (Ag), tin (Sn), platinum (Pt), gold (Au) Etc. Among these, Ni, Cu, Sn, and alloys thereof are preferable because they are excellent in cost and mechanical properties.

これらの金属および合金は、さらにめっきを形成しやすい目的や機械的な強度を上げる目的で第3成分を含んでよく、第3成分としては、リン(P)、ホウ素(B)、ケイ素(Si)、マンガン(Mn)、クロム(Cr)、鉄(Fe)などが挙げられる。   These metals and alloys may contain a third component for the purpose of facilitating the formation of plating and increasing the mechanical strength. Examples of the third component include phosphorus (P), boron (B), silicon (Si ), Manganese (Mn), chromium (Cr), iron (Fe), and the like.

<無電解めっき>
無電解めっきとしては、格別制限されないが、公知の自己触媒型の無電解めっきを用いることが好ましい。無電解めっきとしては、例えば、次亜リン酸アンモニウムまたは次亜リン酸、水素化硼素アンモニウムやヒドラジン、ホルマリンなどを還元剤とする無電解銅めっき、次亜リン酸ナトリウムを還元剤とする無電解ニッケル−リンめっき、ジメチルアミンボランを還元剤とする無電解ニッケル−ホウ素めっき、無電解パラジウムめっき、次亜リン酸ナトリウムを還元剤とする無電解パラジウム−リンめっき、無電解金めっき、無電解銀めっき、次亜リン酸ナトリウムを還元剤とする無電解ニッケル−コバルト−リンめっき等の無電解めっきを用いることができる。ポリマー粒子上での形成能、及び次工程での電解めっき層の形成に有利であることから、無電解銅めっき、無電解ニッケル−リンめっきがより好ましい。
<Electroless plating>
The electroless plating is not particularly limited, but it is preferable to use a known autocatalytic electroless plating. Examples of electroless plating include electroless copper plating using a reducing agent such as ammonium hypophosphite or hypophosphorous acid, ammonium borohydride, hydrazine, formalin, etc., and electroless plating using sodium hypophosphite as a reducing agent. Nickel-phosphorous plating, electroless nickel-boron plating using dimethylamine borane as a reducing agent, electroless palladium plating, electroless palladium-phosphorous plating using sodium hypophosphite as a reducing agent, electroless gold plating, electroless silver Electroless plating such as electroless nickel-cobalt-phosphorous plating using plating or sodium hypophosphite as a reducing agent can be used. Electroless copper plating and electroless nickel-phosphorous plating are more preferable because they are advantageous for forming ability on polymer particles and forming an electrolytic plating layer in the next step.

無電解めっき法によりめっきを行う場合、ポリマー粒子上に活性化された触媒を付与し、次いで、無電解めっき液と接触させて、無電解めっきを行う。触媒としては、銀、パラジウム、亜鉛、コバルトなどが挙げられ、かつ活性化させ、使用するのが一般的である。めっき触媒の付着と触媒の活性化方法は、特に限定されず、例えば、必要に応じて過マンガン酸カリウム水溶液や過マンガン酸ナトリウム水溶液などのアルカリ性水溶液をポリマー粒子と接触させた後、硫酸ヒドロキシルアミンと硫酸との混合液などの酸性水溶液により中和還元処理し、次いで、銀、パラジウム、亜鉛、コバルトなどの金属化合物やこれらの塩若しくは錯体を、水またはアルコール若しくはクロロホルムなどの有機溶剤に0.001〜10重量%の濃度で溶解した液(必要に応じて、酸、アルカリ、錯化剤、還元剤などを含有していてもよい)に浸漬した後、金属を還元する方法などが挙げられる。   When plating is performed by an electroless plating method, an activated catalyst is applied on the polymer particles, and then contacted with an electroless plating solution to perform electroless plating. Examples of the catalyst include silver, palladium, zinc, cobalt and the like, and are generally activated and used. The method for depositing the plating catalyst and activating the catalyst is not particularly limited. For example, after contacting an alkaline aqueous solution such as a potassium permanganate aqueous solution or a sodium permanganate aqueous solution with the polymer particles as necessary, hydroxylamine sulfate Neutralization and reduction treatment with an acidic aqueous solution such as a mixed solution of sulfuric acid and sulfuric acid, and then adding a metal compound such as silver, palladium, zinc, cobalt, or a salt or complex thereof to water or an organic solvent such as alcohol or chloroform. Examples include a method of reducing a metal after dipping in a solution (which may contain an acid, an alkali, a complexing agent, a reducing agent, etc., if necessary) dissolved at a concentration of 001 to 10% by weight. .

無電解めっきに用いる無電解めっき液としては、格別制限されないが、公知の自己触媒型の無電解めっき液を用いることが好ましい。無電解めっき液としては、例えば、次亜リン酸アンモニウムまたは次亜リン酸、水素化硼素アンモニウムやヒドラジン、ホルマリンなどを還元剤とする無電解銅めっき液、次亜リン酸ナトリウムを還元剤とする無電解ニッケル−リンめっき液、ジメチルアミンボランを還元剤とする無電解ニッケル−ホウ素めっき液、無電解パラジウムめっき液、次亜リン酸ナトリウムを還元剤とする無電解パラジウム−リンめっき液、無電解金めっき液、無電解銀めっき液、次亜リン酸ナトリウムを還元剤とする無電解ニッケル−コバルト−リンめっき液等の無電解めっき液を用いることができる。   The electroless plating solution used for electroless plating is not particularly limited, but a known autocatalytic electroless plating solution is preferably used. Examples of the electroless plating solution include an electroless copper plating solution containing ammonium hypophosphite or hypophosphorous acid, ammonium borohydride, hydrazine, formalin, or the like as a reducing agent, and sodium hypophosphite as a reducing agent. Electroless nickel-phosphorous plating solution, electroless nickel-boron plating solution using dimethylamine borane as reducing agent, electroless palladium plating solution, electroless palladium-phosphorous plating solution using sodium hypophosphite as reducing agent, electroless An electroless plating solution such as a gold plating solution, an electroless silver plating solution, or an electroless nickel-cobalt-phosphorous plating solution using sodium hypophosphite as a reducing agent can be used.

<電解めっき>
電解めっきとは、電解溶液中で品物を陰極として通電し、表面にめっき金属を析出させるものである。本発明における電解めっきの陽極は、通常、リチウムと合金を形成可能な金属元素あるいは半金属元素のめっきである。めっき可能でリチウムと合金を形成可能な金属元素あるいは半金属元素としては、例えば、銀(Ag)、アルミニウム(Al)、バリウム(Ba)、ビスマス(Bi)、銅(Cu)、ガリウム(Ga)、ゲルマニウム(Ge)、インジウム(In)、ニッケル(Ni)、リン(P)、鉛(Pb)、アンチモン(Sb)、ケイ素(Si)、スズ(Sn)、ストロンチウム(Sr)、亜鉛(Zn)、あるいはそれらの合金が挙げられる。中でも、第1金属をSiあるいはSnとし、第2金属をNiとした合金(Si−Ni合金またはSn−Ni合金)を用いて金属層a1を析出させることが好ましい。合金を形成する金属としては、互いに金属間化合物を形成しない2種以上の金属であることが好ましい。
<Electrolytic plating>
Electrolytic plating is a method in which an article is energized in an electrolytic solution as a cathode to deposit a plated metal on the surface. The anode for electrolytic plating in the present invention is usually a plating of a metal element or a metalloid element capable of forming an alloy with lithium. Examples of metal elements or metalloid elements that can be plated and can form an alloy with lithium include silver (Ag), aluminum (Al), barium (Ba), bismuth (Bi), copper (Cu), and gallium (Ga). , Germanium (Ge), indium (In), nickel (Ni), phosphorus (P), lead (Pb), antimony (Sb), silicon (Si), tin (Sn), strontium (Sr), zinc (Zn) Or alloys thereof. Among them, it is preferable to deposit the metal layer a1 using an alloy (Si—Ni alloy or Sn—Ni alloy) in which the first metal is Si or Sn and the second metal is Ni. The metal forming the alloy is preferably two or more metals that do not form an intermetallic compound with each other.

これらの金属元素あるいは半金属元素を用い、金属層a1を析出させる際にめっき浴のpHを制御することにより、金属層a1に金属濃度勾配を持たせることができるため、良好な充放電サイクル特性を有すると共に、大きな容量を有するリチウムイオン二次電池を得ることができる。金属層a1はさらにめっきを形成しやすくする目的や機械的強度を上げる目的、リチウムの挿入時の体積膨張緩和の目的でさらに第3成分を含んでよく、第3成分としては、Zn、Sn、Fe、Ni、Ag、Co、Siなどが挙げられる。   By using these metal elements or metalloid elements and controlling the pH of the plating bath when depositing the metal layer a1, the metal layer a1 can be provided with a metal concentration gradient, so that good charge / discharge cycle characteristics are achieved. In addition, a lithium ion secondary battery having a large capacity can be obtained. The metal layer a1 may further contain a third component for the purpose of facilitating the formation of plating, for the purpose of increasing mechanical strength, and for the purpose of relaxing the volume expansion during the insertion of lithium. As the third component, Zn, Sn, Fe, Ni, Ag, Co, Si, etc. are mentioned.

金属濃度勾配の形成方法は、めっき浴のpH制御が好ましく、例えば金属層a1をSn−Ni合金で形成する場合、pHを8程度にすることでNiを優先的に析出させ、その後pHを変化させることでSnを析出させる。このようにpHを制御することで、合金粒子の表層部においてSnの濃度を最大にすることができる。   The method for forming the metal concentration gradient is preferably pH control of the plating bath. For example, when the metal layer a1 is formed of a Sn-Ni alloy, Ni is preferentially precipitated by setting the pH to about 8, and then the pH is changed. To precipitate Sn. By controlling the pH in this way, the Sn concentration can be maximized in the surface layer portion of the alloy particles.

金属濃度勾配は連続、不連続問わないが、充放電時の体積変化を緩和するために連続であるものが好ましく、径方向に連続的に金属濃度勾配を有することがより好ましい。   The metal concentration gradient may be continuous or discontinuous, but is preferably continuous in order to alleviate the volume change during charge and discharge, and more preferably has a metal concentration gradient continuously in the radial direction.

電解めっきを用いることにより、短時間でのめっきが可能になり、又、低コストでの粒子作製ができるようになる。また、金属めっきにより作製された金属濃度勾配を有する金属層a1は機械的強度が高く、延性に優れるため、充放電に伴う膨張収縮で割れにくくすることができ、その結果、充放電特性に優れた合金粒子を得ることができる。   By using electrolytic plating, it is possible to perform plating in a short time and to produce particles at a low cost. Moreover, since the metal layer a1 having a metal concentration gradient produced by metal plating has high mechanical strength and excellent ductility, it can be made difficult to crack due to expansion / contraction associated with charge / discharge, and as a result, has excellent charge / discharge characteristics. Alloy particles can be obtained.

本発明における電解めっきの陰極には、金属を用い、無電解めっきを施したポリマー粒子を接触させることにより粒子上にめっきを析出させることができる。陰極の金属としてはどのような形状であっても良いが、粒子を対流させることからメッシュ状やウール状であるものが好ましい。   For the cathode of electrolytic plating in the present invention, metal can be used, and plating can be deposited on the particles by contacting polymer particles subjected to electroless plating. The metal for the cathode may have any shape, but those having a mesh shape or a wool shape are preferable because particles are convected.

本発明における金属層a1の厚みは、好ましくは2nm以上3μm以下であり、より好ましくは5nm以上1μm以下である。最も好ましくは50nm以上500nm以下である。本発明における金属層a2の厚みは、好ましくは1nm〜10μmであり、より好ましくは1nm〜5μmである。   The thickness of the metal layer a1 in the present invention is preferably 2 nm to 3 μm, more preferably 5 nm to 1 μm. Most preferably, it is 50 nm or more and 500 nm or less. The thickness of the metal layer a2 in the present invention is preferably 1 nm to 10 μm, more preferably 1 nm to 5 μm.

金属層a1の厚みがこの範囲にあると、充放電サイクル特性と高容量の両立が可能なリチウムイオン二次電池を得ることができる。金属層a2の厚みがこの範囲にあると、粒子の体積当たりの容量が大きくなり、また該粒子を用いてスラリーを作成した際の作業性に優れる。金属層a2の厚みはポリマー粒子の組成や無電解めっき工程に用いる金属触媒液の濃度を変化させ、ポリマー粒子上の触媒存在量を変化させる、めっき時間を変更するなどにより調整される。金属層a1の厚みはめっき時間、電気量などにより調整される。金属層a1と金属層a2の厚みは透過型電子顕微鏡における断面観察により測定することができる。   When the thickness of the metal layer a1 is within this range, a lithium ion secondary battery capable of achieving both charge / discharge cycle characteristics and high capacity can be obtained. When the thickness of the metal layer a2 is in this range, the capacity per volume of the particles increases, and the workability when a slurry is prepared using the particles is excellent. The thickness of the metal layer a2 is adjusted by changing the composition of the polymer particles or the concentration of the metal catalyst solution used in the electroless plating process, changing the amount of catalyst present on the polymer particles, or changing the plating time. The thickness of the metal layer a1 is adjusted by the plating time, the amount of electricity, and the like. The thickness of the metal layer a1 and the metal layer a2 can be measured by cross-sectional observation with a transmission electron microscope.

本発明のリチウムイオン二次電池用スラリー組成物は、上記リチウムイオン二次電池用負極活物質を含んでなる。本発明のリチウムイオン二次電池用スラリー組成物は、上記リチウムイオン二次電池用負極活物質の他に、バインダー及び分散媒を含むことが好ましい。   The slurry composition for lithium ion secondary batteries of this invention comprises the said negative electrode active material for lithium ion secondary batteries. It is preferable that the slurry composition for lithium ion secondary batteries of this invention contains a binder and a dispersion medium other than the said negative electrode active material for lithium ion secondary batteries.

<バインダー>
バインダーは、結着性を有するバインダー(重合体)粒子が水または有機溶媒に溶解または分散された溶液または分散液である(以下、これらを総称して「バインダー分散液」と記載することがある)。バインダー分散液が水系の場合は、通常、重合体水分散ポリマーであり、例えば、ジエン系重合体水分散ポリマー、アクリル系重合体水分散ポリマー、フッ素系重合体水分散ポリマー、シリコン系重合体水分散ポリマーなどが挙げられる。電極活物質との結着性および得られる電極の強度や柔軟性に優れるため、ジエン系重合体水分散ポリマー、又はアクリル系重合体水分散ポリマーが好ましい。
<Binder>
The binder is a solution or dispersion in which binder (polymer) particles having binding properties are dissolved or dispersed in water or an organic solvent (hereinafter, these may be collectively referred to as “binder dispersion”). ). When the binder dispersion is water-based, it is usually a polymer water-dispersed polymer, for example, a diene polymer water-dispersed polymer, an acrylic polymer water-dispersed polymer, a fluorine-based polymer water-dispersed polymer, or a silicon-based polymer water. A dispersion polymer etc. are mentioned. A diene polymer water-dispersed polymer or an acrylic polymer water-dispersed polymer is preferred because it has excellent binding properties to the electrode active material and the strength and flexibility of the resulting electrode.

また、バインダー分散液が非水系(分散媒として有機溶媒を用いたもの)の場合は、通常、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイソブチレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリビニルイソブチルエーテル、ポリアクリロニトリル、ポリメタアクリロニトリル、ポリメタクリル酸メチル、ポリアクリル酸メチル、ポリメタクリル酸エチル、酢酸アリル、ポリスチレンなどのビニル系重合体;ポリブタジエン、ポリイソプレンなどのジエン系重合体;ポリオキシメチレン、ポリオキシエチレン、ポリ環状チオエーテル、ポリジメチルシロキサンなど主鎖にヘテロ原子を含むエーテル系重合体;ポリラクトン、ポリ環状無水物、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネートなどの縮合エステル系重合体;ナイロン6、ナイロン66、ポリ−m−フェニレンイソフタラミド、ポリ−p−フェニレンテレフタラミド、ポリピロメリットイミドなどの縮合アミド系重合体などをN−メチルピロリドン(NMP)に溶解させたものが挙げられる。   When the binder dispersion is non-aqueous (using an organic solvent as a dispersion medium), usually, polyethylene, polypropylene, polyisobutylene, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, poly Vinyl-based polymers such as vinyl acetate, polyvinyl alcohol, polyvinyl isobutyl ether, polyacrylonitrile, polymethacrylonitrile, polymethyl methacrylate, polymethyl acrylate, polyethyl methacrylate, allyl acetate, and polystyrene; dienes such as polybutadiene and polyisoprene Polymers such as polyoxymethylene, polyoxyethylene, polycyclic thioether, polydimethylsiloxane, etc. ether polymers containing heteroatoms in the main chain; polylactone, polycyclic anhydride, polyethylene N-terephthalate, polycarbonate, and other condensed ester polymers; Nylon 6, nylon 66, poly-m-phenylene isophthalamide, poly-p-phenylene terephthalamide, polypyromellitimide, and other condensed amide polymers -What was melt | dissolved in methylpyrrolidone (NMP) is mentioned.

ジエン系重合体水分散ポリマーとは、ブタジエン、イソプレンなどの共役ジエンを重合してなる単量体単位を含む重合体の水分散液である。ジエン系重合体中の共役ジエンを重合してなる単量体単位の割合は、通常40重量%以上、好ましくは50重量%以上、より好ましくは60重量%以上である。重合体としては、ポリブタジエンやポリイソプレンなどの共役ジエンの単独重合体;共役ジエンと共重合可能な単量体との共重合体が挙げられる。前記共重合可能な単量体としては、アクリロニトリル、メタクリロニトリルなどのα、β−不飽和ニトリル化合物;アクリル酸、メタクリル酸などの不飽和カルボン酸類;スチレン、クロロスチレン、ビニルトルエン、t−ブチルスチレン、ビニル安息香酸、ビニル安息香酸メチル、ビニルナフタレン、クロロメチルスチレン、ヒドロキシメチルスチレン、α−メチルスチレン、ジビニルベンゼン等のスチレン系単量体;エチレン、プロピレン等のオレフィン類;ブタジエン、イソプレン等のジエン系単量体;塩化ビニル、塩化ビニリデン等のハロゲン原子含有単量体;酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、酪酸ビニル、安息香酸ビニル等のビニルエステル類;メチルビニルエーテル、エチルビニルエーテル、ブチルビニルエーテル等のビニルエーテル類;メチルビニルケトン、エチルビニルケトン、ブチルビニルケトン、ヘキシルビニルケトン、イソプロペニルビニルケトン等のビニルケトン類;N−ビニルピロリドン、ビニルピリジン、ビニルイミダゾール等の複素環含有ビニル化合物が挙げられる。   The diene polymer aqueous dispersion polymer is an aqueous dispersion of a polymer containing monomer units obtained by polymerizing conjugated dienes such as butadiene and isoprene. The proportion of the monomer unit obtained by polymerizing the conjugated diene in the diene polymer is usually 40% by weight or more, preferably 50% by weight or more, more preferably 60% by weight or more. Examples of the polymer include homopolymers of conjugated dienes such as polybutadiene and polyisoprene; and copolymers of monomers that are copolymerizable with conjugated dienes. Examples of the copolymerizable monomer include α, β-unsaturated nitrile compounds such as acrylonitrile and methacrylonitrile; unsaturated carboxylic acids such as acrylic acid and methacrylic acid; styrene, chlorostyrene, vinyltoluene, and t-butyl. Styrene monomers such as styrene, vinyl benzoic acid, methyl vinyl benzoate, vinyl naphthalene, chloromethyl styrene, hydroxymethyl styrene, α-methyl styrene, divinylbenzene; olefins such as ethylene, propylene; butadiene, isoprene, etc. Diene monomers; halogen atom-containing monomers such as vinyl chloride and vinylidene chloride; vinyl esters such as vinyl acetate, vinyl propionate, vinyl butyrate and vinyl benzoate; vinyl esters such as methyl vinyl ether, ethyl vinyl ether and butyl vinyl ether Ethers; methyl vinyl ketone, ethyl vinyl ketone, butyl vinyl ketone, hexyl vinyl ketone, such as isopropenyl vinyl ketone; N- vinylpyrrolidone, vinylpyridine, and a heterocyclic containing vinyl compounds such as vinyl imidazole.

アクリル系重合体水分散ポリマーとは、アクリル酸エステルおよび/またはメタクリル酸エステルを重合してなる単量体単位を含む重合体の水分散液である。アクリル酸エステルおよび/またはメタクリル酸エステルを重合してなる単量体単位の割合は、通常40重量%以上、好ましくは50重量%以上、より好ましくは60重量%以上である。重合体としては、アクリル酸エステルおよび/またはメタクリル酸エステルの単独重合体、これと共重合可能な単量体との共重合体が挙げられる。前記共重合可能な単量体としては、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、フマル酸などの不飽和カルボン酸類;エチレングリコールジメタクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレートなどの2つ以上の炭素−炭素二重結合を有するカルボン酸エステル類;スチレン、クロロスチレン、ビニルトルエン、t−ブチルスチレン、ビニル安息香酸、ビニル安息香酸メチル、ビニルナフタレン、クロロメチルスチレン、ヒドロキシメチルスチレン、α−メチルスチレン、ジビニルベンゼン等のスチレン系単量体;アクリルアミド、N−メチロールアクリルアミド、アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸などのアミド系単量体;アクリロニトリル、メタクリロニトリルなどのα、β−不飽和ニトリル化合物;エチレン、プロピレン等のオレフィン類;ブタジエン、イソプレン等のジエン系単量体;塩化ビニル、塩化ビニリデン等のハロゲン原子含有単量体;酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、酪酸ビニル、安息香酸ビニル等のビニルエステル類;メチルビニルエーテル、エチルビニルエーテル、ブチルビニルエーテル等のビニルエーテル類;メチルビニルケトン、エチルビニルケトン、ブチルビニルケトン、ヘキシルビニルケトン、イソプロペニルビニルケトン等のビニルケトン類;N−ビニルピロリドン、ビニルピリジン、ビニルイミダゾール等の複素環含有ビニル化合物が挙げられる。   The acrylic polymer aqueous dispersion polymer is an aqueous dispersion of a polymer containing monomer units obtained by polymerizing an acrylic ester and / or a methacrylic ester. The proportion of monomer units obtained by polymerizing acrylic acid ester and / or methacrylic acid ester is usually 40% by weight or more, preferably 50% by weight or more, more preferably 60% by weight or more. Examples of the polymer include a homopolymer of acrylic acid ester and / or methacrylic acid ester, and a copolymer with a monomer copolymerizable therewith. Examples of the copolymerizable monomer include unsaturated carboxylic acids such as acrylic acid, methacrylic acid, itaconic acid, and fumaric acid; two or more carbons such as ethylene glycol dimethacrylate, diethylene glycol dimethacrylate, and trimethylolpropane triacrylate. -Carboxylic acid ester having a carbon double bond; styrene, chlorostyrene, vinyl toluene, t-butyl styrene, vinyl benzoic acid, vinyl benzoate methyl, vinyl naphthalene, chloromethyl styrene, hydroxymethyl styrene, α-methyl styrene, Styrenic monomers such as divinylbenzene; Amide monomers such as acrylamide, N-methylolacrylamide, and acrylamide-2-methylpropanesulfonic acid; α, β-non such as acrylonitrile and methacrylonitrile Japanese nitrile compounds; olefins such as ethylene and propylene; diene monomers such as butadiene and isoprene; monomers containing halogen atoms such as vinyl chloride and vinylidene chloride; vinyl acetate, vinyl propionate, vinyl butyrate, vinyl benzoate Vinyl esters such as methyl vinyl ether, ethyl vinyl ether, butyl vinyl ether, etc .; Vinyl ketones such as methyl vinyl ketone, ethyl vinyl ketone, butyl vinyl ketone, hexyl vinyl ketone, isopropenyl vinyl ketone; N-vinyl pyrrolidone, vinyl Heterocycle-containing vinyl compounds such as pyridine and vinylimidazole can be mentioned.

これらのバインダーの使用量は、電極活物質(負極活物質)100質量部に対して固形分相当量で0.1〜10質量部が好ましく、0.5〜8質量部がより好ましい。バインダーの使用量がこの範囲であると、得られる電極の強度および柔軟性が良好となる。   The amount of these binders used is preferably from 0.1 to 10 parts by weight, more preferably from 0.5 to 8 parts by weight, in terms of solid content with respect to 100 parts by weight of the electrode active material (negative electrode active material). When the usage-amount of a binder is this range, the intensity | strength and softness | flexibility of the electrode which are obtained will become favorable.

<活物質>
本発明のリチウムイオン二次電池負極用スラリー組成物は、本発明の負極活物質と、一般的なリチウムイオン二次電池用負極活物質とを併用してもよい。
<Active material>
The slurry composition for a negative electrode of a lithium ion secondary battery of the present invention may be used in combination with the negative electrode active material of the present invention and a general negative electrode active material for a lithium ion secondary battery.

一般的なリチウムイオン二次電池用負極活物質としては、例えば、アモルファスカーボン、グラファイト、天然黒鉛、メゾカーボンマイクロビーズ(MCMB)、ピッチ系炭素繊維などの炭素質材料、ポリアセン等の導電性高分子などが挙げられる。好ましくは、グラファイト、天然黒鉛、メゾカーボンマイクロビーズであり、さらに好ましくは、グラファイトである。一般的なリチウムイオン二次電池用負極活物質の併用により活物質上に合金粒子を付着させることができるため、スラリーの径時安定性を向上させることができる。これら一般的なリチウムイオン二次電池用負極活物質の添加量は、活物質全体の好ましくは0質量%以上75質量%以下、より好ましくは25質量%以上50質量%以下である。このような範囲であると、高容量と充放電サイクル特性を両立させることが可能となる。   Examples of general negative electrode active materials for lithium ion secondary batteries include carbonaceous materials such as amorphous carbon, graphite, natural graphite, mesocarbon microbeads (MCMB), pitch-based carbon fibers, and conductive polymers such as polyacene. Etc. Preferred are graphite, natural graphite, and mesocarbon microbeads, and more preferred is graphite. Since the alloy particles can be deposited on the active material by using a general negative electrode active material for a lithium ion secondary battery, the time stability of the slurry can be improved. The addition amount of these general negative electrode active materials for lithium ion secondary batteries is preferably 0% by mass to 75% by mass, and more preferably 25% by mass to 50% by mass with respect to the entire active material. Within such a range, both high capacity and charge / discharge cycle characteristics can be achieved.

<導電剤>
本発明のリチウムイオン二次電池負極用スラリー組成物は、導電剤を含有してもよい。導電剤としては、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、カーボンブラック、グラファイト、気相成長カーボン繊維、およびカーボンナノチューブ等の導電性カーボンを使用することができる。導電剤を用いることにより、電極活物質同士の電気的接触を向上させることができ、リチウムイオン二次電池に用いる場合に放電レート特性を改善することができる。導電剤の使用量は、負極活物質全体100質量部に対して通常0〜20質量部、好ましくは1〜10質量部である。ここで、負極活物質全体とは、本発明の負極活物質と必要に応じて用いられる一般的なリチウムイオン二次電池用負極活物質との合計を意味する。
<Conductive agent>
The slurry composition for a lithium ion secondary battery negative electrode of the present invention may contain a conductive agent. As the conductive agent, conductive carbon such as acetylene black, ketjen black, carbon black, graphite, vapor-grown carbon fiber, and carbon nanotube can be used. By using a conductive agent, electrical contact between electrode active materials can be improved, and when used in a lithium ion secondary battery, discharge rate characteristics can be improved. The usage-amount of a electrically conductive agent is 0-20 mass parts normally with respect to 100 mass parts of whole negative electrode active materials, Preferably it is 1-10 mass parts. Here, the whole negative electrode active material means the sum total of the negative electrode active material of this invention and the general negative electrode active material for lithium ion secondary batteries used as needed.

<増粘剤>
本発明のリチウムイオン二次電池負極用スラリー組成物は、増粘剤を含有してもよい。増粘剤としては、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロースなどのセルロース系ポリマーおよびこれらのアンモニウム塩並びにアルカリ金属塩;(変性)ポリ(メタ)アクリル酸およびこれらのアンモニウム塩並びにアルカリ金属塩;(変性)ポリビニルアルコール、アクリル酸またはアクリル酸塩とビニルアルコールの共重合体、無水マレイン酸またはマレイン酸もしくはフマル酸とビニルアルコールの共重合体などのポリビニルアルコール類;ポリエチレングリコール、ポリエチレンオキシド、ポリビニルピロリドン、変性ポリアクリル酸、酸化スターチ、リン酸スターチ、カゼイン、各種変性デンプンなどが挙げられる。増粘剤の配合量は、負極活物質全体100質量部に対して、0.5〜1.5質量部が好ましい。増粘剤の配合量がこの範囲であると、塗工性、集電体との密着性が良好である。本発明において、「(変性)ポリ」は「未変性ポリ」または「変性ポリ」を意味し、「(メタ)アクリル」は「アクリル」または「メタアクリル」を意味する。
<Thickener>
The slurry composition for a lithium ion secondary battery negative electrode of the present invention may contain a thickener. Examples of thickeners include cellulosic polymers such as carboxymethylcellulose, methylcellulose, hydroxypropylcellulose, and ammonium salts and alkali metal salts thereof; (modified) poly (meth) acrylic acid and ammonium salts and alkali metal salts thereof; ) Polyvinyl alcohols such as polyvinyl alcohol, copolymers of acrylic acid or acrylate and vinyl alcohol, maleic anhydride or copolymers of maleic acid or fumaric acid and vinyl alcohol; polyethylene glycol, polyethylene oxide, polyvinyl pyrrolidone, modified Examples include polyacrylic acid, oxidized starch, phosphate starch, casein, and various modified starches. As for the compounding quantity of a thickener, 0.5-1.5 mass parts is preferable with respect to 100 mass parts of the whole negative electrode active material. When the blending amount of the thickener is within this range, the coating property and the adhesion with the current collector are good. In the present invention, “(modified) poly” means “unmodified poly” or “modified poly”, and “(meth) acryl” means “acryl” or “methacryl”.

<分散媒>
本発明のリチウムイオン二次電池負極用スラリー組成物に用いられる分散媒は、水および有機溶媒のいずれも使用できる。
<Dispersion medium>
As the dispersion medium used in the slurry composition for a negative electrode of the lithium ion secondary battery of the present invention, either water or an organic solvent can be used.

有機溶媒としては、アセトン、テトラヒドロフラン、メチレンクロライド、クロロホルム、ジメチルホルムアミド、N−メチルピロリドン、シクロヘキサン、キシレン、シクロヘキサノンなどが挙げられる。これらの溶媒は、単独または2種以上を混合して、乾燥速度や環境上の観点から適宜選択して用いることができる。   Examples of the organic solvent include acetone, tetrahydrofuran, methylene chloride, chloroform, dimethylformamide, N-methylpyrrolidone, cyclohexane, xylene, and cyclohexanone. These solvents may be used alone or in admixture of two or more and appropriately selected from the viewpoint of drying speed and environment.

<リチウムイオン二次電池負極用スラリー組成物の製造>
リチウムイオン二次電池負極用スラリー組成物の混合法は、特に限定されないが、例えば、撹拌式、振とう式、および回転式などの混合装置を使用した方法が挙げられる。また、ホモジナイザー、ボールミル、サンドミル、ロールミル、および遊星式混練機などの分散混練装置を使用した方法が挙げられる。スラリーの固形分濃度は、30%以上80%以下であり、スラリーの安定性、塗工性の点から40%以上60%以下であることが好ましい。
<Manufacture of slurry composition for negative electrode of lithium ion secondary battery>
Although the mixing method of the slurry composition for lithium ion secondary battery negative electrodes is not specifically limited, For example, the method using mixing apparatuses, such as a stirring type, a shaking type, and a rotation type, is mentioned. Further, a method using a dispersion kneader such as a homogenizer, a ball mill, a sand mill, a roll mill, and a planetary kneader can be used. The solid content concentration of the slurry is 30% or more and 80% or less, and preferably 40% or more and 60% or less from the viewpoint of slurry stability and coating property.

<リチウムイオン二次電池用負極>
本発明のリチウムイオン二次電池用負極は、集電体上に前記リチウムイオン二次電池負極用スラリー組成物を塗布、乾燥して負極活物質層を形成してなる。
<Anode for lithium ion secondary battery>
The negative electrode for a lithium ion secondary battery according to the present invention is formed by coating the lithium ion secondary battery negative electrode slurry composition on a current collector and drying it to form a negative electrode active material layer.

<集電体>
本発明で用いる集電体は、導電性を有し、かつ電気化学的に耐久性のある材料であれば特に制限されないが、耐熱性を有するため金属材料が好ましく、例えば、鉄、銅、アルミニウム、ニッケル、ステンレス鋼、チタン、タンタル、金、白金などが挙げられる。リチウムイオン二次電池用負極に用いる集電体としては銅が特に好ましい。集電体の形状は特に制限されないが、厚さ0.001〜0.5mm程度のシート状のものが好ましい。
<Current collector>
The current collector used in the present invention is not particularly limited as long as it has conductivity and is electrochemically durable, but a metal material is preferable because of its heat resistance, for example, iron, copper, aluminum Nickel, stainless steel, titanium, tantalum, gold, platinum and the like. As the current collector used for the negative electrode for a lithium ion secondary battery, copper is particularly preferable. The shape of the current collector is not particularly limited, but a sheet shape having a thickness of about 0.001 to 0.5 mm is preferable.

集電体は、負極活物質層との接着強度を高めるため、予め粗面化処理して使用するのが好ましい。粗面化方法としては、機械的研磨法、電解研磨法、化学研磨法などが挙げられる。機械的研磨法においては、研磨剤粒子を固着した研磨布紙、砥石、エメリバフ、鋼線などを備えたワイヤーブラシ等が使用される。また、負極活物質層との接着強度や導電性を高めるために、集電体上に中間層を形成してもよい。   In order to increase the adhesive strength with the negative electrode active material layer, the current collector is preferably used after roughening in advance. Examples of the roughening method include a mechanical polishing method, an electrolytic polishing method, and a chemical polishing method. In the mechanical polishing method, an abrasive cloth paper with a fixed abrasive particle, a grindstone, an emery buff, a wire brush provided with a steel wire or the like is used. Further, an intermediate layer may be formed on the current collector in order to increase the adhesive strength and conductivity with the negative electrode active material layer.

<リチウムイオン二次電池用負極の製造方法>
本発明のリチウムイオン二次電池用負極の製造方法は、特に限定されないが、例えば、前記リチウムイオン二次電池負極用スラリー組成物を、集電体の少なくとも片面、好ましくは両面に塗布、加熱乾燥して負極活物質層を形成する方法である。リチウムイオン二次電池負極用スラリー組成物を集電体へ塗布する方法は特に限定されない。例えば、ドクターブレード法、ディップ法、リバースロール法、ダイレクトロール法、グラビア法、エクストルージョン法、およびハケ塗り法などの方法が挙げられる。乾燥方法としては例えば、温風、熱風、低湿風による乾燥、真空乾燥、(遠)赤外線や電子線などの照射による乾燥法が挙げられる。乾燥時間は通常5〜30分であり、乾燥温度は通常40〜180℃である。
<Method for producing negative electrode for lithium ion secondary battery>
The method for producing a negative electrode for a lithium ion secondary battery of the present invention is not particularly limited. For example, the slurry composition for a negative electrode of a lithium ion secondary battery is applied to at least one side, preferably both sides, of a current collector, and dried by heating. Thus, a negative electrode active material layer is formed. The method for applying the slurry composition for a lithium ion secondary battery negative electrode to the current collector is not particularly limited. Examples of the method include a doctor blade method, a dip method, a reverse roll method, a direct roll method, a gravure method, an extrusion method, and a brush coating method. Examples of the drying method include drying with warm air, hot air, low-humidity air, vacuum drying, and drying by irradiation with (far) infrared rays or electron beams. The drying time is usually 5 to 30 minutes, and the drying temperature is usually 40 to 180 ° C.

次いで、金型プレスやロールプレスなどを用い、加圧処理により負極活物質層の空隙率を低くすることが好ましい。空隙率の好ましい範囲は5〜15%、より好ましくは7〜13%である。空隙率が高すぎると充電効率や放電効率が悪化する。空隙率が低すぎる場合は、高い体積容量が得難かったり、負極活物質層が集電体から剥がれ易く、不良を発生し易いといった問題を生じる。さらに、硬化性のバインダーを用いる場合は、硬化させることが好ましい。   Next, it is preferable to lower the porosity of the negative electrode active material layer by pressure treatment using a mold press or a roll press. The preferable range of the porosity is 5 to 15%, more preferably 7 to 13%. If the porosity is too high, charging efficiency and discharging efficiency are deteriorated. When the porosity is too low, there is a problem in that it is difficult to obtain a high volume capacity, or the negative electrode active material layer is easily peeled off from the current collector, and a defect is likely to occur. Further, when a curable binder is used, it is preferably cured.

本発明のリチウムイオン二次電池用負極の負極活物質層の厚さは、通常5μm以上300μm以下であり、好ましくは30μm以上250μm以下である。   The thickness of the negative electrode active material layer of the negative electrode for a lithium ion secondary battery of the present invention is usually 5 μm or more and 300 μm or less, preferably 30 μm or more and 250 μm or less.

本発明のリチウムイオン二次電池は、正極、負極および電解液を備え、負極が前記リチウムイオン二次電池用負極である。   The lithium ion secondary battery of this invention is equipped with a positive electrode, a negative electrode, and electrolyte solution, and a negative electrode is the said negative electrode for lithium ion secondary batteries.

<正極>
本発明に用いる正極は、少なくとも集電体上に結着された、正極活物質、導電剤およびバインダーを含む正極活物質層からなる。
<Positive electrode>
The positive electrode used in the present invention is composed of a positive electrode active material layer containing at least a positive electrode active material, a conductive agent, and a binder, which is bound on a current collector.

正極活物質としては、特に限定されないが、LiCoO、LiNiO、LiMnO、LiMn、LiFePO、LiFeVOなどのリチウム含有複合金属酸化物;TiS、TiS、非晶質MoSなどの遷移金属硫化物;Cu、非晶質VO−P、MoO、V、V13などの遷移金属酸化物;が例示される。さらに、ポリアセチレン、ポリ−p−フェニレンなどの導電性高分子を用いることもできる。電気伝導性に乏しい、鉄系酸化物は、還元焼成時に炭素源物質を存在させることで、炭素材料で覆われた活物質として用いてもよい。また、これら化合物は、部分的に元素置換したものであってもよい。これらの中でも高容量電池の作製が可能である点からLiCoO、LiNiO、LiMnO、LiMn、LiFePOが好ましく、LiCoO、LiNiOがさらに好ましい。 As the positive electrode active material is not particularly limited, LiCoO 2, LiNiO 2, LiMnO 2, LiMn 2 O 4, LiFePO 4, lithium-containing composite metal oxides such as LiFeVO 4; TiS 2, TiS 3 , amorphous MoS 3 Transition metal sulfides such as Cu 2 V 2 O 3 , amorphous V 2 O—P 2 O 5 , MoO 3 , V 2 O 5 , V 6 O 13, etc. Further, a conductive polymer such as polyacetylene or poly-p-phenylene can be used. An iron-based oxide having poor electrical conductivity may be used as an active material covered with a carbon material by allowing a carbon source material to be present during reduction firing. These compounds may be partially element-substituted. Among these, LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMnO 2 , LiMn 2 O 4 , and LiFePO 4 are preferable, and LiCoO 2 and LiNiO 2 are more preferable because a high capacity battery can be manufactured.

バインダーとしては、本発明のリチウムイオン二次電池負極用スラリー組成物の項で例示したものと同様のものを使用することができる。正極活物質層におけるバインダーの量は、正極活物質100質量部に対して、好ましくは0.1〜5質量部、より好ましくは0.2〜4質量部、特に好ましくは0.5〜3質量部である。バインダー量が前記範囲であることにより、電池反応を阻害せずに、電極から活物質が脱落するのを防ぐことができる。   As a binder, the thing similar to what was illustrated by the term of the slurry composition for lithium ion secondary battery negative electrodes of this invention can be used. The amount of the binder in the positive electrode active material layer is preferably 0.1 to 5 parts by mass, more preferably 0.2 to 4 parts by mass, and particularly preferably 0.5 to 3 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the positive electrode active material. Part. When the amount of the binder is within the above range, it is possible to prevent the active material from dropping from the electrode without inhibiting the battery reaction.

導電剤としては、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、カーボンブラック、グラファイト、気相成長カーボン繊維、カーボンナノチューブ等の導電性カーボンを使用することができる。黒鉛などの炭素粉末、各種金属のファイバーや箔などが挙げられる。補強材としては、各種の無機および有機の球状、板状、棒状または繊維状のフィラーが使用できる。導電剤を用いることにより正極活物質同士の電気的接触を向上させることができ、リチウムイオン二次電池に用いる場合に、放電レート特性を改善することができる。導電剤の使用量は、正極活物質100質量部に対して通常0〜20質量部、好ましくは1〜10質量部である。   As the conductive agent, conductive carbon such as acetylene black, ketjen black, carbon black, graphite, vapor-grown carbon fiber, and carbon nanotube can be used. Examples thereof include carbon powders such as graphite, and fibers and foils of various metals. As the reinforcing material, various inorganic and organic spherical, plate-like, rod-like or fibrous fillers can be used. By using the conductive agent, the electrical contact between the positive electrode active materials can be improved, and when used in a lithium ion secondary battery, the discharge rate characteristics can be improved. The usage-amount of a electrically conductive agent is 0-20 mass parts normally with respect to 100 mass parts of positive electrode active materials, Preferably it is 1-10 mass parts.

<電解液>
本発明に用いられる電解液は、特に限定されないが、例えば、非水系の溶媒に支持電解質としてリチウム塩を溶解したものが使用できる。リチウム塩としては、例えば、LiPF、LiAsF、LiBF、LiSbF、LiAlCl、LiClO、CFSOLi、CSOLi、CFCOOLi、(CFCO)NLi、(CFSONLi、(CSO)NLiなどのリチウム塩が挙げられる。特に溶媒に溶けやすく高い解離度を示すLiPF、LiClO、CFSOLiは好適に用いられる。これらは、単独または2種以上を混合して用いることができる。支持電解質の量は、電解液に対して、通常1質量%以上、好ましくは5質量%以上、また通常は30質量%以下、好ましくは20質量%以下である。支持電解質の量が少なすぎても多すぎてもイオン導電度は低下し、電池の充電特性、放電特性が低下する。
<Electrolyte>
The electrolytic solution used in the present invention is not particularly limited. For example, a solution obtained by dissolving a lithium salt as a supporting electrolyte in a non-aqueous solvent can be used. Examples of the lithium salt include LiPF 6 , LiAsF 6 , LiBF 4 , LiSbF 6 , LiAlCl 4 , LiClO 4 , CF 3 SO 3 Li, C 4 F 9 SO 3 Li, CF 3 COOLi, (CF 3 CO) 2 NLi , (CF 3 SO 2 ) 2 NLi, (C 2 F 5 SO 2 ) NLi, and other lithium salts. In particular, LiPF 6 , LiClO 4 , and CF 3 SO 3 Li that are easily soluble in a solvent and exhibit a high degree of dissociation are preferably used. These can be used individually or in mixture of 2 or more types. The amount of the supporting electrolyte is usually 1% by mass or more, preferably 5% by mass or more, and usually 30% by mass or less, preferably 20% by mass or less, with respect to the electrolytic solution. If the amount of the supporting electrolyte is too small or too large, the ionic conductivity decreases, and the charging characteristics and discharging characteristics of the battery decrease.

電解液に使用する溶媒としては、支持電解質を溶解させるものであれば特に限定されないが、通常、ジメチルカーボネート(DMC)、エチレンカーボネート(EC)、ジエチルカーボネート(DEC)、プロピレンカーボネート(PC)、ブチレンカーボネート(BC)、およびメチルエチルカーボネート(MEC)などのアルキルカーボネート類;γ−ブチロラクトン、ギ酸メチルなどのエステル類、1,2−ジメトキシエタン、およびテトラヒドロフランなどのエーテル類;スルホラン、およびジメチルスルホキシドなどの含硫黄化合物類;が用いられる。特に高いイオン伝導性が得易く、使用温度範囲が広いため、ジメチルカーボネート、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネートが好ましい。これらは、単独または2種以上を混合して用いることができる。また、前記電解液には添加剤を含有させて用いることも可能である。添加剤としてはビニレンカーボネート(VC)などのカーボネート系の化合物が好ましい。   The solvent used in the electrolytic solution is not particularly limited as long as it can dissolve the supporting electrolyte. Usually, dimethyl carbonate (DMC), ethylene carbonate (EC), diethyl carbonate (DEC), propylene carbonate (PC), butylene. Alkyl carbonates such as carbonate (BC) and methyl ethyl carbonate (MEC); esters such as γ-butyrolactone and methyl formate; ethers such as 1,2-dimethoxyethane and tetrahydrofuran; sulfolane and dimethyl sulfoxide Sulfur-containing compounds are used. In particular, dimethyl carbonate, ethylene carbonate, propylene carbonate, diethyl carbonate, and methyl ethyl carbonate are preferable because high ion conductivity is easily obtained and the use temperature range is wide. These can be used individually or in mixture of 2 or more types. Moreover, it is also possible to use the electrolyte solution by containing an additive. As the additive, carbonate compounds such as vinylene carbonate (VC) are preferable.

上記以外の電解液としては、ポリエチレンオキシド、ポリアクリロニトリルなどのポリマー電解質に電解液を含浸したゲル状ポリマー電解質や、LiI、LiNなどの無機固体電解質を挙げることができる。 Examples of the electrolytic solution other than the above include a gel polymer electrolyte obtained by impregnating a polymer electrolyte such as polyethylene oxide and polyacrylonitrile with an electrolytic solution, and an inorganic solid electrolyte such as LiI and Li 3 N.

<リチウムイオン二次電池の製造方法>
本発明のリチウムイオン二次電池の製造方法は、特に限定されない。例えば、負極と正極とをセパレータを介して重ね合わせ、これを電池形状に応じて巻く、折るなどして電池容器に入れ、電池容器に電解液を注入して封口する。さらに必要に応じてエキスパンドメタルや、ヒューズ、PTC素子などの過電流防止素子、リード板などを入れ、電池内部の圧力上昇、過充放電の防止をすることもできる。電池の形状は、コイン型、ボタン型、シート型、円筒型、角形、扁平型などいずれであってもよい。
<Method for producing lithium ion secondary battery>
The manufacturing method of the lithium ion secondary battery of the present invention is not particularly limited. For example, the negative electrode and the positive electrode are overlapped via a separator, and this is wound or folded according to the shape of the battery and placed in the battery container, and the electrolytic solution is injected into the battery container and sealed. Further, if necessary, an expanded metal, an overcurrent prevention element such as a fuse or a PTC element, a lead plate and the like can be inserted to prevent an increase in pressure inside the battery and overcharge / discharge. The shape of the battery may be any of a coin shape, a button shape, a sheet shape, a cylindrical shape, a square shape, a flat shape, and the like.

<セパレータ>
セパレータとしては、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン製や芳香族ポリアミド樹脂製の微孔膜または不織布;無機セラミック粉末を含む多孔質の樹脂コート;など公知のものを用いることができる。
<Separator>
As the separator, known ones such as a microporous film or non-woven fabric made of polyolefin such as polyethylene or polypropylene or an aromatic polyamide resin; a porous resin coat containing inorganic ceramic powder;

以下に、実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。尚、本実施例における部および%は、特記しない限り質量基準である。   Hereinafter, the present invention will be described with reference to examples, but the present invention is not limited thereto. In addition, unless otherwise indicated, the part and% in a present Example are a mass reference | standard.

実施例および比較例において、各種物性は以下のように評価する。   In Examples and Comparative Examples, various physical properties are evaluated as follows.

<粒子の金属濃度勾配>
作製した粒子50mgを1mol/L塩酸に一定時間浸漬し、この粒子を脱イオン水を用いて洗浄する。続いて、ICP発光分析装置を用いて粒子の元素分析を行う。この操作を繰り返し、最表面の金属元素の重量%と内部の金属元素の重量%の差を、下記の基準で判定する。この値が大きいほど粒子の金属層に金属濃度勾配ができていることを示す。
A:10重量%以上
B:7重量%以上10重量%未満
C:5重量%以上7重量%未満
D:1重量%以上5重量%未満
E:1重量%未満
<Metal concentration gradient of particles>
50 mg of the prepared particles are immersed in 1 mol / L hydrochloric acid for a certain time, and the particles are washed with deionized water. Subsequently, elemental analysis of the particles is performed using an ICP emission analyzer. This operation is repeated, and the difference between the weight% of the outermost metal element and the weight% of the inner metal element is determined according to the following criteria. A larger value indicates that a metal concentration gradient is formed in the metal layer of the particle.
A: 10 wt% or more B: 7 wt% or more and less than 10 wt% C: 5 wt% or more and less than 7 wt% D: 1 wt% or more and less than 5 wt% E: less than 1 wt%

<初期充電特性>
作製したコイン型電池を用いて、それぞれ20℃で0.1Cの定電流で1.5Vまで充電を行った際の容量を、下記の基準で判定する。この値が大きいほど高容量の活物質、すなわち初期充電特性に優れる活物質であることを示す。
A:700mAh/g以上
B:500mAh/g以上700mAh/g未満
C:300mAh/g以上500mAh/g未満
D:100mAh/g以上300mAh/g未満
C:100mAh/g未満
<Initial charging characteristics>
Using the produced coin-type battery, the capacity when charged to 1.5 V at a constant current of 0.1 C at 20 ° C. is determined according to the following criteria. A larger value indicates a higher-capacity active material, that is, an active material with excellent initial charge characteristics.
A: 700 mAh / g or more B: 500 mAh / g or more and less than 700 mAh / g C: 300 mAh / g or more and less than 500 mAh / g D: 100 mAh / g or more and less than 300 mAh / g C: less than 100 mAh / g

<充放電サイクル特性>
作製したコイン型電池を用いて、それぞれ20℃で0.1Cの定電流で1.5Vまで充電し、0.1Cの定電流で0.2Vまで放電する充放電サイクルを行う。充放電サイクルは50サイクルまで行い、初期放電容量に対する50サイクル目の放電容量の比を容量維持率とし、下記の基準で判定する。この値が大きいほど繰り返し充放電による容量減が少ないこと、すなわち充放電サイクル特性が優れることを示す。
A:75%以上
B:60%以上75%未満
C:50%以上60%未満
D:40%以上50%未満
C:40%未満
<Charge / discharge cycle characteristics>
Using the produced coin-type battery, a charge / discharge cycle is performed in which the battery is charged to 1.5 V at a constant current of 0.1 C at 20 ° C. and discharged to 0.2 V at a constant current of 0.1 C. The charge / discharge cycle is performed up to 50 cycles, and the ratio of the discharge capacity at the 50th cycle to the initial discharge capacity is defined as the capacity maintenance rate, and the determination is made according to the following criteria. It shows that the capacity | capacitance loss by repeated charging / discharging is so small that this value is large, ie, charging / discharging cycling characteristics are excellent.
A: 75% or more B: 60% or more and less than 75% C: 50% or more and less than 60% D: 40% or more and less than 50% C: less than 40%

(実施例1)
(ポリマー粒子の作製)
撹拌機付きのオートクレーブに、イオン交換水300部、スチレン33部、2−エチルヘキシルアクリレート65部、ジメチルアミノエチルメタクリレート2.0部、および分子量調整剤としてt−ドデシルメルカプタン0.05部、重合開始剤として過硫酸カリウム0.3部を入れ、十分に撹拌した後、70℃に加温して重合し、ポリマー粒子を含む分散液を得た。固形分濃度から求めた重合転化率はほぼ99%であった。得られたポリマー粒子の体積平均粒径は0.1μm、カチオン性基は窒素カチオン、ポリマー粒子中のカチオン性基の含有割合は2%、ガラス転移温度は−20℃、室温25℃での弾性率は20MPaであった。
Example 1
(Production of polymer particles)
In an autoclave equipped with a stirrer, 300 parts of ion-exchanged water, 33 parts of styrene, 65 parts of 2-ethylhexyl acrylate, 2.0 parts of dimethylaminoethyl methacrylate, 0.05 part of t-dodecyl mercaptan as a molecular weight regulator, polymerization initiator After adding 0.3 parts of potassium persulfate and stirring sufficiently, it heated and polymerized at 70 degreeC and the dispersion liquid containing a polymer particle was obtained. The polymerization conversion rate determined from the solid content concentration was approximately 99%. The volume average particle size of the obtained polymer particles is 0.1 μm, the cationic groups are nitrogen cations, the content of the cationic groups in the polymer particles is 2%, the glass transition temperature is −20 ° C., and the elasticity at room temperature of 25 ° C. The rate was 20 MPa.

(合金粒子の作製)
ポリマー粒子を含む分散液を乾燥して得られたポリマー粒子1部を、塩化パラジウム0.01部、王水0.005部、超純水10部により構成される触媒液中に5℃で24時間浸漬させ、触媒としてパラジウムを吸着させた。その後、Ni(PH・6HO 15部、HBO 12部、CHCOONa 2.5部、(NHSO 1.3部により構成される無電解めっき浴中に30℃で5分浸漬させることにより、無電解めっきによる金属層a2が形成されたポリマー粒子を得た。続いて、SnCl・2HO 0.175molL−1、NiCl・6HO 0.075molL−1、HNCHCOOH 0.125molL−1、K 0.5molL−1により構成される電解めっき浴をNHOHを用いてpH8.12に調整し、金属層a2が形成されたポリマー粒子に電解めっきを行い、金属層a1を形成して合金粒子を得た。電解めっきの電極には、Niメッシュ及びSn板を用いた。電解めっきは1時間行い、電解めっき中にめっき浴にNHOHを滴下し、電解めっき終了時のめっき浴のpHは9.3であった。得られた合金粒子はコア・シェル構造を有していることが確認された。得られた合金粒子の金属層a1の厚さは約2nm、金属層a2の厚さは約10nmであった。
(Preparation of alloy particles)
One part of polymer particles obtained by drying a dispersion containing polymer particles was added to a catalyst solution composed of 0.01 part of palladium chloride, 0.005 part of aqua regia and 10 parts of ultrapure water at 5 ° C. for 24 hours. It was immersed for a period of time to adsorb palladium as a catalyst. Then, electroless plating composed of 15 parts of Ni (PH 2 O 2 ) 2 .6H 2 O, 12 parts of H 3 BO 3 , 2.5 parts of CH 3 COONa, and 1.3 parts of (NH 3 ) 2 SO 4 By immersing in a bath at 30 ° C. for 5 minutes, polymer particles having a metal layer a2 formed by electroless plating were obtained. Subsequently, SnCl 2 .2H 2 O 0.175 mol L −1 , NiCl 2 .6H 2 O 0.075 mol L −1 , H 2 NCH 2 COOH 0.125 mol L −1 , K 4 P 2 O 7 0.5 mol L −1 The constituted electrolytic plating bath was adjusted to pH 8.12 using NH 4 OH, and the polymer particles on which the metal layer a2 was formed were electroplated to form the metal layer a1 to obtain alloy particles. Ni mesh and Sn plate were used for the electrode of electroplating. The electroplating was performed for 1 hour, NH 4 OH was dropped into the plating bath during the electroplating, and the pH of the plating bath at the end of the electroplating was 9.3. The obtained alloy particles were confirmed to have a core-shell structure. In the obtained alloy particles, the metal layer a1 had a thickness of about 2 nm, and the metal layer a2 had a thickness of about 10 nm.

合金粒子の金属層a1の元素分析より、電解めっき浴がpH8.12での電解めっき部分はSn 73%、Ni 27%、またpH9.3での電解めっき部分はSn 83%、Ni 17%の合金が形成されていることを確認した。すなわち、金属層a1は径方向に連続的に金属濃度勾配を有していることが確認された。   From the elemental analysis of the metal layer a1 of the alloy particles, the electrolytic plating bath at pH 8.12 is Sn 73%, Ni 27%, and the electrolytic plating portion at pH 9.3 is Sn 83%, Ni 17%. It was confirmed that an alloy was formed. That is, it was confirmed that the metal layer a1 has a metal concentration gradient continuously in the radial direction.

ここで、リチウムイオンをドープ及び脱ドープできる第1金属として、Snの体積変化率は676%、第2金属として、Niの体積変化率は0%である。   Here, as the first metal capable of doping and dedoping lithium ions, the volume change rate of Sn is 676%, and as the second metal, the volume change rate of Ni is 0%.

(電極用スラリー組成物の製造)
カルボキシメチルセルロースとして、溶液粘度が8000mPa・sであるカルボキシメチルセルロース(第一工業製薬株式会社製「セロゲンBSH−12」)を用い、1.5%水溶液を調整した。
(Production of slurry composition for electrode)
As carboxymethylcellulose, carboxymethylcellulose (“Serogen BSH-12” manufactured by Daiichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd.) having a solution viscosity of 8000 mPa · s was used to prepare a 1.5% aqueous solution.

ディスパー付きのプラネタリーミキサーに、負極活物質として上記合金粒子50部、平均粒径24.5μmの人造黒鉛(グラファイト)50部を入れ、これに上記1.5%水溶液66.7部を加え、イオン交換水で固形分濃度が53.5%になるように調整した後、25℃で60分間混合した。次に、イオン交換水で固形分濃度が44%になるように調整した後、さらに25℃で15分間混合した。次に、この溶液に、スチレン−アクリロニトリル共重合体(ガラス転移温度−10℃)3部を入れ、さらに10分混合した。これを減圧下で脱泡処理して艶のある流動性の良い電極用スラリー組成物を得た。   In a planetary mixer with a disper, 50 parts of the above alloy particles and 50 parts of artificial graphite (graphite) having an average particle diameter of 24.5 μm are put as a negative electrode active material, and 66.7 parts of the above 1.5% aqueous solution is added thereto. After adjusting the solid content concentration to 53.5% with ion-exchanged water, the mixture was mixed at 25 ° C. for 60 minutes. Next, after adjusting so that solid content concentration might be 44% with ion-exchange water, it mixed for 15 minutes at 25 degreeC. Next, 3 parts of a styrene-acrylonitrile copolymer (glass transition temperature—10 ° C.) was added to this solution and further mixed for 10 minutes. This was defoamed under reduced pressure to obtain a glossy and fluid slurry composition for electrodes.

(電池の製造)
上記電極用スラリー組成物をコンマコーターを用いて、厚さ18μmの銅箔の片面に乾燥後の膜厚が100μm程度になるように塗布し、60℃で20分乾燥後、150℃で2時間加熱処理して負極活物質層を形成した。次いで、ロールプレスで圧延して厚さ50μmの負極用極板を得た。得られた負極活物質層の塗布厚を測定したところ、膜厚はほぼ均一であった。
(Manufacture of batteries)
Using a comma coater, the electrode slurry composition was applied to one side of a 18 μm thick copper foil so that the film thickness after drying was about 100 μm, dried at 60 ° C. for 20 minutes, and then at 150 ° C. for 2 hours. A negative electrode active material layer was formed by heat treatment. Subsequently, it rolled with the roll press and the electrode plate for negative electrodes of thickness 50 micrometers was obtained. When the coating thickness of the obtained negative electrode active material layer was measured, the film thickness was almost uniform.

上記負極用極板を直径15mmの円盤状に切り抜いてこれを負極として用い、この負極の負極活物質層面側に直径18mm、厚さ25μmの円盤状のポリプロピレン製多孔膜からなるセパレータ、対極として用いる金属リチウム、エキスパンドメタルを順に積層し、これをポリプロピレン製パッキンを設置したステンレス鋼製のコイン型外装容器(直径20mm、高さ1.8mm、ステンレス鋼厚さ0.25mm)中に収納した。この容器中に電解液を空気が残らないように注入し、ポリプロピレン製パッキンを介して外装容器に厚さ0.2mmのステンレス鋼のキャップをかぶせて固定し、電池缶を封止して、直径20mm、厚さ約2mmのリチウムイオンコイン型電池を作製した。   The negative electrode plate is cut out into a disk shape having a diameter of 15 mm and used as a negative electrode. A separator made of a disk-shaped polypropylene porous film having a diameter of 18 mm and a thickness of 25 μm is used as a negative electrode on the negative electrode active material layer surface side. Metal lithium and expanded metal were laminated in order, and this was stored in a stainless steel coin-type outer container (diameter 20 mm, height 1.8 mm, stainless steel thickness 0.25 mm) provided with polypropylene packing. The electrolyte is poured into the container so that no air remains, and the outer container is fixed with a 0.2 mm thick stainless steel cap through a polypropylene packing, and the battery can is sealed, and the diameter is A lithium ion coin type battery having a thickness of 20 mm and a thickness of about 2 mm was produced.

なお、電解液としてはエチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)とをEC:DEC=1:2(20℃での容積比)で混合してなる混合溶媒にLiPFを1モル/リットルの濃度で溶解させた溶液を用いた。 In addition, as an electrolytic solution, LiPF 6 was added at 1 mol / liter in a mixed solvent obtained by mixing ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) at EC: DEC = 1: 2 (volume ratio at 20 ° C.). A solution dissolved at a concentration was used.

この電池の性能の評価結果を表1に示す。   Table 1 shows the evaluation results of the performance of this battery.

(比較例1)
実施例1で得られた無電解めっきによる金属層a2が形成されたポリマー粒子を、KSnO・3HO 105部、NaSn(OH) 200部、KOH 15部、CHCOOK 7部により構成される電解めっき浴中でpHを9.12にし、1時間電解めっきを行ったこと以外は実施例1と同様にリチウムイオンコイン型電池を得、評価を行った。結果を表1に示す。
(Comparative Example 1)
The polymer particles on which the metal layer a2 obtained by electroless plating obtained in Example 1 was formed were mixed with 105 parts of K 2 SnO 3 .3H 2 O, 200 parts of Na 2 Sn (OH) 6 , 15 parts of KOH, and CH 3 COOK. A lithium ion coin type battery was obtained and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the pH was set to 9.12 in an electrolytic plating bath composed of 7 parts and electrolytic plating was performed for 1 hour. The results are shown in Table 1.

(比較例2)
シリカ粉末を負極活物質とした以外は、実施例1と同様にリチウムイオンコイン型電池を得、評価を行った。結果を表1に示す。
(Comparative Example 2)
A lithium ion coin type battery was obtained and evaluated in the same manner as in Example 1 except that silica powder was used as the negative electrode active material. The results are shown in Table 1.

Figure 2011076985
Figure 2011076985

本発明によれば、実施例1に示すように、金属濃度勾配を有する合金粒子を含んでなる負極活物質を用いることにより、初期充電特性及び充放電サイクル特性に優れるリチウムイオン二次電池を得ることができる。   According to the present invention, as shown in Example 1, by using a negative electrode active material containing alloy particles having a metal concentration gradient, a lithium ion secondary battery having excellent initial charge characteristics and charge / discharge cycle characteristics is obtained. be able to.

一方、金属濃度勾配を有しない合金粒子を含んでなる負極活物質を用いた比較例1や2では、初期充電特性及び充放電サイクル特性が劣る。これは、粒子がリチウムイオンの挿入脱離に伴ない膨張収縮を繰り返し、負極活物質が微細化するために充放電サイクル特性が著しく悪くなることによると考えられる。   On the other hand, in Comparative Examples 1 and 2 using a negative electrode active material containing alloy particles having no metal concentration gradient, initial charge characteristics and charge / discharge cycle characteristics are inferior. This is considered to be due to the fact that the charge / discharge cycle characteristics are remarkably deteriorated because the particles are repeatedly expanded and contracted along with the insertion / extraction of lithium ions, and the negative electrode active material is miniaturized.

Claims (10)

金属濃度勾配を有する合金粒子を含んでなるリチウムイオン二次電池用負極活物質。    A negative electrode active material for a lithium ion secondary battery, comprising alloy particles having a metal concentration gradient. 前記合金粒子は、リチウムイオンをドープ及び脱ドープが可能であり、下記式(I)で定義される体積変化率が100〜1000%の第1金属と、体積変化率が0〜100%の第2金属とを含むものである請求項1に記載のリチウムイオン二次電池用負極活物質。
(体積変化率)=(リチウムイオンをドープした金属の体積)/(リチウムイオンがドープされていない金属の体積) ・・・(I)
The alloy particles can be doped and dedoped with lithium ions, the first metal having a volume change rate defined by the following formula (I) of 100 to 1000%, and the first metal having a volume change rate of 0 to 100%. The negative electrode active material for a lithium ion secondary battery according to claim 1, comprising two metals.
(Volume change rate) = (Volume of metal doped with lithium ions) / (Volume of metal not doped with lithium ions) (I)
前記第1金属の濃度が、前記合金粒子の表層部において最大となる請求項2に記載のリチウムイオン二次電池用負極活物質。   The negative electrode active material for a lithium ion secondary battery according to claim 2, wherein the concentration of the first metal is maximized in a surface layer portion of the alloy particles. 前記合金粒子の構造が、コア部とシェル部とを有するコア・シェル構造である請求項1〜3のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池用負極活物質。   The negative electrode active material for a lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 3, wherein the alloy particles have a core-shell structure having a core portion and a shell portion. 前記シェル部が前記金属濃度勾配を有する請求項4に記載のリチウムイオン二次電池用負極活物質。   The negative electrode active material for a lithium ion secondary battery according to claim 4, wherein the shell portion has the metal concentration gradient. 前記第1金属がSiあるいはSnであり、前記第2金属がNiである請求項2に記載のリチウムイオン二次電池用負極活物質。   The negative electrode active material for a lithium ion secondary battery according to claim 2, wherein the first metal is Si or Sn, and the second metal is Ni. 前記コア部はポリマー粒子である請求項4に記載のリチウムイオン二次電池用負極活物質。   The negative electrode active material for a lithium ion secondary battery according to claim 4, wherein the core part is a polymer particle. 請求項1〜7のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池用負極活物質を含有するリチウムイオン二次電池負極用スラリー組成物。   The slurry composition for lithium ion secondary battery negative electrodes containing the negative electrode active material for lithium ion secondary batteries in any one of Claims 1-7. 請求項8に記載のリチウムイオン二次電池負極用スラリー組成物を集電体に塗布し、乾燥してなるリチウムイオン二次電池用負極。   The negative electrode for lithium ion secondary batteries formed by apply | coating the slurry composition for lithium ion secondary battery negative electrodes of Claim 8 to a collector, and drying. 請求項9に記載のリチウムイオン二次電池用負極を用いてなるリチウムイオン二次電池。   A lithium ion secondary battery using the negative electrode for a lithium ion secondary battery according to claim 9.
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