JP2015179575A - Negative electrode for non-aqueous electrolyte secondary battery, method for producing the same, and non-aqueous electrolyte secondary battery - Google Patents
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Abstract
【課題】高容量かつ高寿命な非水電解液二次電池用負極を提供する。【解決手段】非水電解液二次電池用負極として、集電体(2)上に複数層からなる活物質層を形成する。ここでは、活物質層として、第1の活物質層(3)と第2の活物質層(4)とが、少なくとも1層ずつ交互に積層されている。第1の活物質層(3)は、リチウムを可逆的に吸蔵及び放出可能な第1の活物質と、導電補助材と、バインダー樹脂とを含む。第2の活物質層(4)は、リチウムと可逆的に合金化可能な第2の活物質と、導電補助材と、バインダー樹脂とを含む。最表面の活物質層が第1の活物質層(3)である。第2の活物質層に形成された孔部分に第1の活物質層が充填され、第1の活物質層(3)と第2の活物質層(4)との界面に第1と第2の活物質層の混合層(5)が形成されている。【選択図】図1A negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery having a high capacity and a long life is provided. An active material layer composed of a plurality of layers is formed on a current collector (2) as a negative electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery. Here, at least one layer of the first active material layer (3) and the second active material layer (4) are alternately stacked as the active material layer. The first active material layer (3) includes a first active material capable of reversibly occluding and releasing lithium, a conductive auxiliary material, and a binder resin. The second active material layer (4) includes a second active material that can be reversibly alloyed with lithium, a conductive auxiliary material, and a binder resin. The outermost active material layer is the first active material layer (3). A hole portion formed in the second active material layer is filled with the first active material layer, and the first and second active material layers (4) are provided at the interface between the first active material layer (3) and the second active material layer (4). A mixed layer (5) of two active material layers is formed. [Selection] Figure 1
Description
本発明は、リチウムイオン二次電池に代表される非水電解液二次電池用負極、その製造方法及びそれを備えた非水電解液二次電池に関する。 The present invention relates to a negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery represented by a lithium ion secondary battery, a method for producing the same, and a non-aqueous electrolyte secondary battery including the same.
リチウムイオン二次電池は、エネルギー密度が高く、また非水系電解質を用いるため高い電圧を得ることができ、更にニッカド(Ni−Cd)電池等の二次電池と比較してメモリー効果が小さいという特徴がある。このため、リチウムイオン二次電池について、ノートパソコンや携帯電話等の電源、また電気自転車、電気自動車等の次世代電気産業製品への応用に向けた研究・開発が進められている。 A lithium ion secondary battery has a high energy density, can use a non-aqueous electrolyte, and can obtain a high voltage, and has a smaller memory effect than a secondary battery such as a NiCd (Ni-Cd) battery. There is. For this reason, research and development of lithium-ion secondary batteries for application to power supplies for notebook computers, mobile phones, etc., and next-generation electric industry products such as electric bicycles and electric vehicles are being promoted.
リチウムイオン二次電池の反応は、正負極におけるリチウムを吸蔵及び放出する活物質により成り立っている。現在、負極活物質として黒鉛等の炭素材料が使用されているが、黒鉛の理論容量は372mAh/gと少なく、高容量化が期待されている。そこで、リチウムとの合金化反応により、より多くのリチウムを吸蔵及び放出することが可能な活物質としてSi(約4200mAh/g)、Sn(約990mAh/g)等が注目されている。しかしながら、このような活物質は、充電時にリチウムと合金化することで、体積が4倍程度にまで大きく膨張し、また放電時に収縮する。使用により経時的にこの充放電サイクルを経ると、大きな体積変化が繰り返されることで活物質が徐々に微粉化し、電極から脱落して特性が低下するおそれがあるという問題がある。 The reaction of the lithium ion secondary battery is composed of an active material that absorbs and releases lithium in the positive and negative electrodes. Currently, carbon materials such as graphite are used as the negative electrode active material, but the theoretical capacity of graphite is as low as 372 mAh / g, and high capacity is expected. Therefore, Si (about 4200 mAh / g), Sn (about 990 mAh / g), and the like are attracting attention as active materials that can occlude and release more lithium by an alloying reaction with lithium. However, such an active material is alloyed with lithium at the time of charging, so that its volume expands to about 4 times and contracts at the time of discharging. When this charge / discharge cycle is performed over time by use, there is a problem in that a large volume change is repeated, whereby the active material is gradually pulverized and drops off from the electrode to deteriorate characteristics.
上記の問題の対策として、Si粒子表面を炭素層で被覆した複合活物質粒子(特許文献1参照)や、黒鉛粒子上に有機材料や合金系活物質層を被覆した複合活物質粒子(特許文献2、3参照)が提案されている。また、合金系活物質層上に金属薄膜層を形成した構造が開示されている(特許文献4参照)。また、Siを活物質とする層間に導電剤を主剤とする層を設けた構造が開示されている(特許文献5参照)。 As measures against the above problems, composite active material particles (see Patent Document 1) in which the surface of Si particles is coated with a carbon layer, or composite active material particles in which an organic material or an alloy-based active material layer is coated on graphite particles (Patent Document) 2 and 3) have been proposed. Moreover, the structure which formed the metal thin film layer on the alloy type active material layer is disclosed (refer patent document 4). Further, a structure is disclosed in which a layer containing a conductive agent as a main agent is provided between layers containing Si as an active material (see Patent Document 5).
しかしながら、特許文献1、2、3に記載の対策にあっては、被覆層のみでは合金系活物質粒子単体の大きな体積変化による微粉化を十分に抑制するには至らない。また、特許文献4に記載の対策では、表面の金属薄膜層は薄く硬いため、下層の合金系活物質層の体積変化を緩衝することができない。また、特許文献5に記載の対策では、Siが層表面に露出しているため、表面からの活物質の脱落を防止することができない。更に、中間層の導電剤を主体とする層は体積変化がないか、あっても小さいため、Siの体積変化時に発生する応力を緩和するのには不十分である。
However, in the countermeasures described in
本発明の目的は、上記の問題点を考慮し、高性能かつ高寿命な非水電解液二次電池用電極を提供することである。 An object of the present invention is to provide a high-performance and long-life electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery in consideration of the above problems.
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る非水電解液二次電池用負極は、集電体上に複数層からなる活物質層が形成された非水電解液二次電池用負極であって、リチウムを可逆的に吸蔵及び放出可能な第1の活物質と、導電補助材と、バインダー樹脂とを含む第1の活物質層と、リチウムと可逆的に合金化可能な第2の活物質と、導電補助材と、バインダー樹脂とを含む第2の活物質層は、少なくとも1層ずつ交互に積層され、最表面の活物質層は第1の活物質層であり、第2の活物質層に形成された孔部分に第1の活物質層の一部が充填され、第1と第2の活物質層の界面に混合層が形成されていることを特徴とする。 In order to solve the above problems, a negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to one embodiment of the present invention is a non-aqueous electrolyte secondary battery in which an active material layer including a plurality of layers is formed on a current collector. 1 is a negative electrode for use, and includes a first active material capable of reversibly inserting and extracting lithium, a first active material layer including a conductive auxiliary material and a binder resin, and reversibly alloyable with lithium. The second active material layers including the second active material, the conductive auxiliary material, and the binder resin are alternately stacked at least one layer, and the outermost active material layer is the first active material layer, A hole formed in the second active material layer is filled with a part of the first active material layer, and a mixed layer is formed at the interface between the first and second active material layers. .
上記の集電体は、金、銀、銅、ニッケル、ステンレス、チタン、及び白金のうちの一つの金属からなる金属箔単体、若しくは上記の複数の金属のうちの2種以上の金属の合金から構成されていても良い。
上記の第1の活物質は、黒鉛、グラファイト、カーボンブラック、コークス、ガラス状炭素、炭素繊維、及びこれらの焼成体からなる群より選ばれる少なくとも1種であっても良い。
The current collector is made of a single metal foil made of one of gold, silver, copper, nickel, stainless steel, titanium, and platinum, or an alloy of two or more kinds of metals among the plurality of metals. It may be configured.
The first active material may be at least one selected from the group consisting of graphite, graphite, carbon black, coke, glassy carbon, carbon fiber, and a fired body thereof.
上記の第2の活物質は、アルミニウム、ガリウム、インジウム、ケイ素、ゲルマニウム、錫、鉛、ヒ素、アンチモン、ビスマスといった金属元素及び化合物からなる群より選ばれる少なくとも1種であっても良い。
本発明の一態様に係る非水電解液二次電池は、上記の態様の非水電解液二次電池用負極を備え、正極の活物質層と負極の活物質層がセパレータを介してそれぞれ同位置で対向するように積層若しくは巻回されていることを特徴とする。
The second active material may be at least one selected from the group consisting of metal elements and compounds such as aluminum, gallium, indium, silicon, germanium, tin, lead, arsenic, antimony, and bismuth.
A non-aqueous electrolyte secondary battery according to an embodiment of the present invention includes the negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to the above-described aspect, and the active material layer of the positive electrode and the active material layer of the negative electrode are respectively the same through a separator. It is characterized by being laminated or wound so as to face each other.
本発明の一態様に係る非水電解液二次電池用負極の製造方法は、集電体上に複数層からなる活物質層が形成された非水電解液二次電池用負極の製造方法であって、リチウムを可逆的に吸蔵及び放出可能な第1の活物質と導電補助材とバインダー樹脂とを含む第1の活物質層と、リチウムと可逆的に合金化可能な第2の活物質と導電補助材とバインダー樹脂とを含む第2の活物質層とを、少なくとも1層ずつ交互に積層する工程と、第1の活物質層を非水電解液二次電池用負極の最表面の活物質層とする工程と、造孔工程を経て第2の活物質層を作製することで第2の活物質層に孔部分を形成する工程と、第2の活物質層の孔部分に第1の活物質層を充填し、第1の活物質層と第2の活物質層との界面に混合層を形成する工程とを備えることを特徴とする。 A negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to one embodiment of the present invention is a method for manufacturing a negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery in which an active material layer composed of a plurality of layers is formed on a current collector. A first active material layer containing a first active material capable of reversibly inserting and extracting lithium, a conductive auxiliary material and a binder resin, and a second active material capable of reversibly alloying with lithium And a step of alternately laminating at least one layer of the second active material layer containing the conductive auxiliary material and the binder resin, and forming the first active material layer on the outermost surface of the negative electrode for the nonaqueous electrolyte secondary battery A step of forming an active material layer, a step of forming a hole portion in the second active material layer by producing a second active material layer through a hole making step, and a step of forming a hole portion of the second active material layer Filling one active material layer and forming a mixed layer at the interface between the first active material layer and the second active material layer. And butterflies.
本発明の一態様によれば、リチウムと可逆的に合金化可能な第2の活物質が、充放電に伴い大きな体積変化をしても、充放電に伴う体積変化の小さい第1の活物質層が良好に緩衝し、各活物質層の破壊を抑制することができる。また、表面に第1の活物質層を形成しているため、第2の活物質の層外への表面露出がないので、第2の活物質の脱落を防止することができる。更に、第2の活物質層が造孔工程を経て作製されることで、第2の活物質層に孔部分が形成され、第2の活物質層の孔部分に第1の活物質層が押し込まれ、第1と第2の活物質層の界面に混合層の形成を促すため、より良好な緩衝作用が発現し、活物質層の破壊を抑制することができる。したがって、高容量かつ高寿命な非水電解液二次電池用負極を提供することができる。 According to one embodiment of the present invention, even if the second active material reversibly alloyed with lithium undergoes a large volume change accompanying charge / discharge, the first active material has a small volume change accompanying charge / discharge. A layer can buffer well and can prevent destruction of each active material layer. In addition, since the first active material layer is formed on the surface, there is no surface exposure of the second active material to the outside of the layer, so that the second active material can be prevented from falling off. Furthermore, a hole part is formed in the second active material layer by producing the second active material layer through a hole forming step, and the first active material layer is formed in the hole part of the second active material layer. Since it is pushed in and promotes the formation of the mixed layer at the interface between the first and second active material layers, a better buffering action is exhibited and the destruction of the active material layer can be suppressed. Therefore, a negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery with a high capacity and a long life can be provided.
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳述することにより本発明を明らかにする。図1及び図2は本実施形態に係る非水電解液二次電池用負極の要部断面を模式的に示す説明図である。
非水電解液二次電池用負極1(以下、負極1と称する)は、図1及び図2に示すように、集電体2上に、第1の活物質層3と、第2の活物質層4が交互に積層され、最表面の活物質層が第1の活物質層3となっている構造である。また、図2に示すように複数層を積層する場合は、第2の活物質層4の上下の第1の活物質層3を重ねてその外周を袋状として、その袋状内に第2の活物質層4を挿入し密封する等によって挟持させたりしても良い。
Hereinafter, the present invention will be clarified by describing embodiments of the present invention in detail with reference to the drawings. FIG.1 and FIG.2 is explanatory drawing which shows typically the principal part cross section of the negative electrode for nonaqueous electrolyte secondary batteries which concerns on this embodiment.
As shown in FIGS. 1 and 2, the negative electrode 1 for a non-aqueous electrolyte secondary battery (hereinafter referred to as the negative electrode 1) has a first
第1の活物質層3は、リチウムと合金化せずリチウムを可逆的に吸蔵及び放出可能な第1の活物質と、導電補助材と、バインダー樹脂とを含む層である。第2の活物質層4は、リチウムと可逆的に合金化可能な第2の活物質と、導電補助材と、バインダー樹脂とを含む層である。
第1の活物質層3は、導電補助材及びバインダー樹脂を含み、かつ充放電に伴う体積変化が小さい活物質であることから柔軟性を有している。よって、このような構造により、第2の活物質層4のリチウムと可逆的に合金化可能な第2の活物質が、充放電に伴い大きな体積変化をしても、第2の活物質層が応力に対して良好に緩衝し、各活物質層の破壊を抑制する。また、第2の活物質層4の活物質が層外への表面露出していないので、活物質の脱落を防止することができる。
The first
The first
また、図2に示す構造にすれば、集電体2と第2の活物質層4との間にも第1の活物質層3が形成されているため、集電体からの活物質層の剥離を抑制できる。その結果、活物質がサイクルを重ねても有効に反応し続けることとなり、サイクル特性が向上する。
更に、第2の活物質層4が造孔工程を経て作製されることで、第2の活物質層4に孔部分が形成され、プレス(press)により第2の活物質層4の孔部分に第1の活物質層3が押し込まれ易くなり、両層の界面に第1と第2の活物質層の混合層5の形成が促される。その結果、より良好な緩衝作用が発現し、活物質層の破壊を抑制することができる。プレスにより第1の活物質層3が押し込まれるため、第2の活物質層4の孔部分は、開口部よりも底部(又は内部)のほうが広い形状でも良い。なお、第2の活物質層4は、粒子間がバインダー樹脂により部分的に接着した構成であるため、造孔工程を用いない状態でも第2の活物質層4には連通孔が存在する。造孔工程により、この孔を大きくすることで、孔部分が形成される。また、プレス工程は電極作製において必須工程であるため、プレスにより第1の活物質層3を押し込むことを想定しているが、実際にはプレスに限定されるものではなく、プレス以外の方法を用いても良い。どのような方法であっても、最終的に、第2の活物質層4に形成された孔部分に、第1の活物質層3の一部が充填された状態となれば良い。また、第2の活物質層4の孔部分は、貫通していても良い。例えば、第2の活物質層4を挟んで対向する第1の活物質層3同士が、孔部分の貫通孔を介して連結していても良い。
Further, if the structure shown in FIG. 2 is used, since the first
Further, the second
集電体2は、良導電性の材質が好ましい。具体的には、金、銀、銅、ニッケル、ステンレス、チタン、白金等の金属箔単体若しくはこれら金属を2種以上含む合金から構成する。その中でも、コスト面で比較的に安価で、かつ、金属のイオン化傾向の観点から、銅を選択することが特に望ましい。更に、圧延箔が好ましい。圧延箔中の結晶が圧延方向に並んでいるため、応力を加えたときにも割れにくいため、積層させる場合に成形性に富むといった利点がある。
The
第1の活物質層3及び第2の活物質層4は、例えば活物質、導電補助材、バインダー樹脂を含み、これらを溶媒に混合したスラリー(slurry)によって作製される。これにより、体積変化の大きい活物質単体を使用する場合と比較して柔軟性があり、応力に対する緩衝能が高い。
スラリーの混合には、高せん断を付与することのできる混練機を使用することが好ましい。混練機としては、具体的には、ボールミル、ビーズミル、サンドミル、超音波分散機等の分散機、プラネタリーミキサー、ニーダー、ホモジナイザー、超音波ホモジナイザー、ディスパージャー等のブレード型攪拌機が挙げられる。中でも特に、固練りをすることで効率的な分散が可能なプラネタリーミキサーが好ましい。また、スラリーの固形分濃度については、固形分濃度が高過ぎると固形分が凝集し、低過ぎると乾燥中に沈殿し、活物質層内の材料分散が不均一になり電池性能が低下するため、使用する材料によって適宜調整する必要がある。更に、スラリーを乾燥する方法として、温風乾燥、熱風乾燥、真空乾燥、遠赤外乾燥、恒温高湿乾燥が挙げられる。
The 1st
For mixing the slurry, it is preferable to use a kneader capable of imparting high shear. Specific examples of the kneader include a disperser such as a ball mill, a bead mill, a sand mill, and an ultrasonic disperser, and a blade-type stirrer such as a planetary mixer, a kneader, a homogenizer, an ultrasonic homogenizer, and a disperser. Among these, a planetary mixer that can be efficiently dispersed by kneading is particularly preferable. In addition, as for the solid content concentration of the slurry, if the solid content concentration is too high, the solid content is aggregated. It is necessary to adjust appropriately according to the material to be used. Furthermore, examples of the method for drying the slurry include hot air drying, hot air drying, vacuum drying, far infrared drying, and constant temperature and high humidity drying.
造孔工程は、第2の活物質層4を形成するスラリーに、活物質層を形成する固形分である活物質と導電補助材とバインダー樹脂以外に、スラリー中の溶媒に不溶な材料を混合して塗布し、基材上に第2の活物質層4を形成した後に、その材料を除去し、その材料が存在した部分を孔とする工程である。造孔工程を経て第2の活物質層4を形成することで、第2の活物質層4に孔部分が形成される。造孔方法としては、最終的に第2の活物質層4を構成する材料を侵食しなければ、特に限定されるものではない。例えば、発泡剤を混合し加熱により分解する方法、樹脂粒子を混合し溶媒によって溶解する方法、上記の溶媒との沸点差がある液体を混合し段階的に乾燥する方法等が挙げられる。発泡剤としては、アゾ化合物、ニトロソ化合物、ヒドラジン誘導体、重炭酸塩等が挙げられる。例えば、溶媒が水であり、バインダーがスチレン・ブタジエンラバー(SBR)である場合は、ヒドラジン誘導体発泡剤を混合してバインダーの耐熱温度以下で熱処理して分解する、アクリル系粒子を混合してアルコール系溶媒で溶解させるといった方法を選択することができる。
In the pore forming process, a material insoluble in the solvent in the slurry is mixed with the slurry forming the second
溶媒は、使用する固形分が分散しやすい材料を適宜選択する必要がある。具体的には、水や、水にエタノール、N−メチルピロリドン(NMP)等を混合した水系溶媒、NMP等の環状アミド系、N、N−ジメチルホルムアミド、N、N−ジメチルアセトアミド等の直鎖上アミド系、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素等が挙げられる。
第1の活物質は、リチウムと可逆的に反応し、かつ体積変化の小さい材料、すなわちリチウムと合金化せずリチウムを可逆的に吸蔵及び放出可能な材料である必要がある。体積変化が小さいため、サイクルによる活物質の脱落がなく、第2の活物質層を良好に保持することができる。また、実際の電池反応は制限電圧内で規定されるため、第2の活物質に選択する材料の充放電電位内で良好に反応する材料であることも重要である。以上より、第1の活物質は、炭素系材料が好ましく、具体的には黒鉛、グラファイト、カーボンブラック、コークス、ガラス状炭素、炭素繊維、及びこれらの焼成体が挙げられる。
As the solvent, it is necessary to appropriately select a material in which the solid content to be used is easily dispersed. Specifically, water, an aqueous solvent obtained by mixing ethanol, N-methylpyrrolidone (NMP) or the like with water, a cyclic amide system such as NMP, a linear chain such as N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide or the like. Examples include upper amides, aromatic hydrocarbons such as toluene and xylene.
The first active material needs to be a material that reacts reversibly with lithium and has a small volume change, that is, a material that can reversibly occlude and release lithium without being alloyed with lithium. Since the volume change is small, the active material does not fall off due to the cycle, and the second active material layer can be favorably retained. In addition, since the actual battery reaction is defined within the limit voltage, it is also important that the material reacts well within the charge / discharge potential of the material selected as the second active material. From the above, the first active material is preferably a carbon-based material, and specific examples include graphite, graphite, carbon black, coke, glassy carbon, carbon fiber, and fired bodies thereof.
第2の活物質は、高容量な材料、すなわちリチウムと可逆的に合金化可能な材料である必要がある。充放電に伴う体積変化が大きいが、第1の活物質層による効果により、サイクル特性低下の問題なく使用することが可能である。具体的には、アルミニウム、ガリウム、インジウム、ケイ素、ゲルマニウム、錫、鉛、ヒ素、アンチモン、ビスマスといった金属元素及び化合物が挙げられる。中でも、より高容量なケイ素が望ましく、また化合物とすることで、容量が小さくなるが体積変化を低減し、よりサイクル特性を向上することが可能である。ケイ素の化合物としては、例えば、SiOx(0<x≦2)、若しくはLiSiO、SiB4、SiB6、Mg2Si、Ni2Si、TiSi2、MoSi2、CoSi2、NiSi2、CaSi2、CrSi2、Cu5Si、FeSi2、MnSi2、NbSi2、TaSi2、VSi2、WSi2、ZnSi2、SiC、Si3N4、Si2N2Oが挙げられる。
The second active material needs to be a high-capacity material, that is, a material that can be reversibly alloyed with lithium. Although the volume change accompanying charging / discharging is large, the effect of the first active material layer can be used without a problem of deterioration of cycle characteristics. Specific examples include metal elements and compounds such as aluminum, gallium, indium, silicon, germanium, tin, lead, arsenic, antimony, and bismuth. Among them, silicon having a higher capacity is desirable, and by using a compound, the capacity is reduced, but the volume change can be reduced and the cycle characteristics can be further improved. Examples of the silicon compound include SiOx (0 <x ≦ 2), or LiSiO, SiB 4 , SiB 6 , Mg 2 Si, Ni 2 Si, TiSi 2 , MoSi 2 , CoSi 2 , NiSi 2 , CaSi 2 , CrSi 2 . 2, Cu 5 Si, FeSi 2 ,
導電補助材は、集電体との導電性を確保でき、かつ充放電反応において化学反応を起こさない材料を適宜選択する必要がある。また、少量で効率良く電子を伝導するのが好ましいが、活物質やバインダー樹脂との馴染み具合により適宜選択すると良い。具体的には、カーボンブラック、アセチレンブラック、カーボンウィスカー、炭素繊維、天然黒鉛、人造黒鉛、カーボンナノ粒子及びナノチューブ、酸化チタン、酸化ルテニウム、ニッケル等の金属粉やファイバー及びこれらの混合物が挙げられる。 As the conductive auxiliary material, it is necessary to appropriately select a material that can ensure conductivity with the current collector and does not cause a chemical reaction in the charge / discharge reaction. In addition, it is preferable to efficiently conduct electrons in a small amount, but it may be selected as appropriate depending on the familiarity with the active material and the binder resin. Specific examples include carbon black, acetylene black, carbon whisker, carbon fiber, natural graphite, artificial graphite, carbon nanoparticles and nanotubes, metal powder such as titanium oxide, ruthenium oxide, nickel, and fibers, and mixtures thereof.
バインダー樹脂は、溶媒、電解液及び電極の反応電位窓において安定な高分子を適宜選択する必要がある。具体的にはポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレンテレフタレート(PTFE)、芳香族ポリアミド等の樹脂系高分子、スチレン・ブタジエンラバー(SBR)、エチレン・プロピレンラバー等のゴム系高分子、ポリアクリル、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、エポキシ樹脂、ベークライト、フッ素系高分子等が挙げられる。フッ素系高分子としては、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、フッ化ビニリデン−塩化3フッ化エチレン(CTFE)共重合体、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレンフッ素ゴム、フッ化ビニリデン−テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレンフッ素ゴム、フッ化ビニリデン−テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテルフッ素ゴム等が挙げられる。中でも、体積変化の小さい活物質に使用する場合は、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素系高分子やスチレン・ブタジエンラバー(SBR)、エチレン・プロピレンラバー等のゴム系高分子が好ましく、加工工程での熱量を抑えられる水系の溶媒を用いることが可能である。工業的に用いる場合、環境負荷の低減、溶媒回収が不必要でありコスト低減が図れることから、低融点のSBRを使用することがより好ましい。また特に、体積変化の大きい活物質に使用する場合は、結着力の大きいポリイミド系が好適に使用される。 As the binder resin, it is necessary to appropriately select a polymer that is stable in the reaction potential window of the solvent, the electrolytic solution, and the electrode. Specifically, resin polymers such as polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyethylene terephthalate (PTFE), aromatic polyamide, rubber polymers such as styrene-butadiene rubber (SBR), ethylene-propylene rubber, poly Examples include acrylic, polyolefin, polyamide, polyimide, polyamideimide, epoxy resin, bakelite, and fluorine-based polymer. Examples of the fluoropolymer include polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, vinylidene fluoride-ethylene trifluoride chloride (CTFE) copolymer, vinylidene fluoride- Examples thereof include hexafluoropropylene fluororubber, vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene fluororubber, vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether fluororubber, and the like. In particular, when used for an active material having a small volume change, a fluorine polymer such as polyvinylidene fluoride (PVDF) or polytetrafluoroethylene, or a rubber polymer such as styrene / butadiene rubber (SBR) or ethylene / propylene rubber. It is possible to use an aqueous solvent that can suppress the amount of heat in the processing step. When industrially used, it is more preferable to use SBR having a low melting point because it reduces environmental burden and does not require solvent recovery and can reduce costs. In particular, when used for an active material having a large volume change, a polyimide system having a large binding force is preferably used.
活物質層の組成比については、使用する材料について適宜調整する必要がある。導電性の乏しい活物質を使用する場合は、負荷特性を補うため、導電補助材を多く、バインダー樹脂を少なくする必要があるが、サイクル特性が低下する恐れがある。また、活物質以外の材料配合比が多過ぎると、単位質量及び体積あたりの容量が低下するため、適度な比率を選択する必要である。また、複数層の活物質層を積層する場合は、それぞれの活物質層の組成は同じでなくても良く、それぞれの界面との接着性等の観点から適宜選択して良い。 About the composition ratio of an active material layer, it is necessary to adjust suitably about the material to be used. In the case of using an active material with poor conductivity, it is necessary to increase the conductive auxiliary material and the binder resin in order to supplement the load characteristics, but the cycle characteristics may be deteriorated. Moreover, since the capacity | capacitance per unit mass and volume will fall when there are too many material compounding ratios other than an active material, it is necessary to select a suitable ratio. When a plurality of active material layers are laminated, the composition of each active material layer may not be the same, and may be appropriately selected from the viewpoint of adhesiveness with each interface.
特性向上のために負極1をプレスにより密度調整をするのが一般的であるが、特に本発明においては第1と第2の活物質層の混合層5を形成する上でも必須である。プレス方法としては、金属ロールプレス法、ゴムロールプレス法、平板プレス法が挙げられる。プレス後の活物質層の嵩密度は、1.0g/cm2以上3.0g/cm2以下であることが好ましい。嵩密度が上述の範囲を越えると、活物質層に空隙がほとんど存在しなくなり、電解液が活物質層に浸透できず、電池性能の低下を招く。また、嵩密度が上述の範囲未満であると、集電体と接触するバインダー樹脂量が少なくなるため、活物質層と集電体との密着不良の原因となる。
In general, the density of the negative electrode 1 is adjusted by pressing in order to improve the characteristics. However, in the present invention, it is also essential in forming the
負極1は、電解液を充填したセル内において、正極と負極を隔離する短絡防止用のセパレータ(separator)を介して、正極と対向するように積層若しくは巻回することで、電池として構成される。正極と負極の容量は、ほぼ等しくする必要がある。負極容量が正極容量よりも少ない場合、充電反応時に正極活物質から電解液中に放出されたリチウムイオンが、負極活物質層に全て吸蔵されることができず、過剰になったリチウムイオンがリチウム金属となって負極電極板上にデンドライト状に析出する。この析出物は、正極と負極との間に存在するセパレータを突き破り正極と負極を短絡したり、若しくは電解液中に脱落することで、電池性能を劣化させたり、リチウム金属の急激な反応による異常発熱が発生したりする恐れがある。また、負極容量が正極容量よりも多い場合、充電反応時に正極活物質から放出されたリチウムの多くが負極活物質に不可逆な状態として吸蔵されるため、サイクル容量が低下する。また、正極活物質と負極活物質は対向していない部位では反応が進行しないため、積層の際は両極を精度良く位置合わせすることが必要である。 The negative electrode 1 is configured as a battery by being stacked or wound so as to face the positive electrode through a separator for preventing a short circuit that separates the positive electrode and the negative electrode in a cell filled with an electrolytic solution. . The capacities of the positive electrode and the negative electrode need to be approximately equal. When the negative electrode capacity is smaller than the positive electrode capacity, the lithium ions released from the positive electrode active material into the electrolyte during the charging reaction cannot all be occluded in the negative electrode active material layer, and the excess lithium ions are It becomes a metal and deposits on the negative electrode plate in a dendrite shape. This precipitate breaks through the separator that exists between the positive electrode and the negative electrode, short-circuits the positive electrode and the negative electrode, or drops into the electrolyte solution, thereby deteriorating battery performance, or abnormalities due to the rapid reaction of lithium metal There is a risk of heat generation. When the negative electrode capacity is larger than the positive electrode capacity, most of the lithium released from the positive electrode active material during the charge reaction is occluded in an irreversible state by the negative electrode active material, resulting in a decrease in cycle capacity. In addition, since the reaction does not proceed at a portion where the positive electrode active material and the negative electrode active material are not opposed to each other, it is necessary to accurately align both electrodes at the time of stacking.
正極は、負極と同様に、集電体及び集電体上の活物質、導電補助材、バインダー樹脂を含む活物質層で構成される。活物質は、リチウムイオンを吸蔵及び放出可能な化合物であれば、特に限定されない。正極活物質を構成する無機化合物としては、組成式、LixMO2、又は、LiyM2O4(但し、Mは遷移金属、0≦x≦1、1≦y≦2)で表記される複合酸化物、トンネル上の空孔を有する酸化物、層状構造の金属カルコゲン化物、リチウムイオン含有のカルコゲン化合物を用いることができる。具体的には、LiCoO、NiO2、Ni2O3、Mn2O4、LMn2O4、MnO2、Fe2O3、Fe3O4、FeO2、V2O5、V6O13、VOx、Nb2O5、Bi2O3、Sb2O3、等のV族金属化合物、CrO3、Cr2O3、MoO3、MoS2、WO3、SeO2、等のVI族金属化合物、TiO2、TiS2、SiO2、SnO、CuO、CuO2、Ag2O、CuS、CuSO4、等が挙げられる。また、上記の遷移金属を2種以上混合したもの、若しくは、2種以上の遷移金属を含有する化合物、いわゆる、2元系、3元系としても良い。更に、正極活物質を構成する有機物系の化合物としては、ポリピロール、ポリアニリン、ポリパラフェニレン、ポリアセチレン、ポリアセン系材料等の導電性高分子化合物等が挙げられる。
Similar to the negative electrode, the positive electrode includes a current collector and an active material layer including an active material on the current collector, a conductive auxiliary material, and a binder resin. An active material will not be specifically limited if it is a compound which can occlude and discharge | release lithium ion. The inorganic compound constituting the positive electrode active material, a composition formula, LixMO 2, or, LiyM 2 O 4 (where, M is a transition metal, 0 ≦ x ≦ 1,1 ≦ y ≦ 2) composite oxide indicated by An oxide having a hole on the tunnel, a metal chalcogenide having a layered structure, or a chalcogen compound containing lithium ions can be used. Specifically, LiCoO, NiO 2, Ni 2
セパレータは、電解液に対して安定性があること、イオン伝導性を発現するため電解液を十分含浸可能であること、かつ正極と負極の短絡を防止できるものであれば、特に限定するものではない。具体的には、ポリプロピレンやポリエチレン等のポリオレフィン及びフッ素樹脂等からなる多孔性ポリマーフィルム、ガラスフィルター、不織布等の多孔質材料が挙げられる。 The separator is not particularly limited as long as it is stable with respect to the electrolytic solution, can sufficiently impregnate the electrolytic solution to express ionic conductivity, and can prevent a short circuit between the positive electrode and the negative electrode. Absent. Specifically, porous materials such as a porous polymer film made of a polyolefin such as polypropylene and polyethylene, a fluororesin, and the like, a glass filter, and a nonwoven fabric can be used.
電解液は、良好なイオン伝導性を有し、電池電圧での分解がなければ、特に限定するものではない。例えば、支持電解質であるリチウム塩を有機溶媒に溶解した溶液、ポリマー電解質、無機固体電解質、及びそれらの複合材料を使用することができる。有機溶媒としては、鎖状エステル類、γ―ラクトン類、鎖状エーテル類、環状エーテル類及びニトリル類等を使用することができる。具体的には、プロピレンカーボネート(PC)、エチレンカーボネート(EC)、ブチレンカーボネート(BC)、ビニレンカーボネート(VC)、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、ジプロピルカーボネート(DPC)等が挙げられる。また、電解質としては、LiBF4 、LiClO4 、LiAlCl4、LiPF6、LiAsF6、LiSbF6、LiSCN、LiCl、LiBr、LiI、LiCF3SO3、LiC4F9SO3等が挙げられる。 The electrolytic solution is not particularly limited as long as it has good ionic conductivity and does not decompose at the battery voltage. For example, a solution obtained by dissolving a lithium salt as a supporting electrolyte in an organic solvent, a polymer electrolyte, an inorganic solid electrolyte, and a composite material thereof can be used. As the organic solvent, chain esters, γ-lactones, chain ethers, cyclic ethers, nitriles, and the like can be used. Specifically, propylene carbonate (PC), ethylene carbonate (EC), butylene carbonate (BC), vinylene carbonate (VC), dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), ethyl methyl carbonate (EMC), dipropyl And carbonate (DPC). As the electrolyte, LiBF 4, LiClO 4, LiAlCl 4, LiPF 6, LiAsF 6, LiSbF 6, LiSCN, LiCl, LiBr, LiI, etc. LiCF 3 SO 3, LiC 4 F 9 SO 3 and the like.
(本実施形態の効果)
本実施形態によれば、以下のような効果を奏する。
本実施形態に係る負極は、集電体上に、リチウムを可逆的に吸蔵及び放出可能な第1の活物質と、導電補助材と、バインダー樹脂とを含む第1の活物質層と、リチウムと可逆的に合金化可能な第2の活物質と、導電補助材と、バインダー樹脂とを含む第2の活物質層が、少なくとも1層ずつ交互に積層され、最表面の活物質層が第1の活物質層となっている構造である。
(Effect of this embodiment)
According to this embodiment, there are the following effects.
The negative electrode according to the present embodiment includes, on a current collector, a first active material layer including a first active material capable of reversibly occluding and releasing lithium, a conductive auxiliary material, and a binder resin, lithium And at least one second active material layer containing a second active material reversibly alloyable, a conductive auxiliary material, and a binder resin, and the outermost active material layer is the first active material layer. 1 is an active material layer.
これにより、リチウムと可逆的に合金化可能な第2の活物質が、充放電に伴い大きな体積変化をしても、充放電に伴う体積変化の小さい第1の活物質層が良好に緩衝し、各活物質層の破壊を抑制することができる。また、最表面に第1の活物質層を形成しているため、第2の活物質の層外への表面露出がないので、第2の活物質の脱落を防止することができる。更に、第2の活物質層が造孔工程を経て作製されることで、第2の活物質層に孔部分が形成され、プレスにより第2の活物質層の孔部分に第1の活物質層が押し込まれ、第1と第2の活物質層の界面に混合層の形成を促すため、より良好な緩衝作用が発現し、活物質層の破壊を抑制することができる。したがって、高容量かつ高寿命な非水電解液二次電池用負極を提供可能である。 As a result, even if the second active material reversibly alloyed with lithium undergoes a large volume change along with charge / discharge, the first active material layer with a small volume change associated with charge / discharge can buffer well. The destruction of each active material layer can be suppressed. In addition, since the first active material layer is formed on the outermost surface, there is no surface exposure of the second active material outside the layer, so that the second active material can be prevented from falling off. Furthermore, a hole part is formed in the second active material layer by producing the second active material layer through a hole forming step, and the first active material is formed in the hole part of the second active material layer by pressing. Since the layer is pushed in and the formation of the mixed layer is promoted at the interface between the first and second active material layers, a better buffering action is exhibited and the destruction of the active material layer can be suppressed. Therefore, it is possible to provide a negative electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery having a high capacity and a long life.
また、集電体と第2の活物質層との間に第1の活物質層を形成した場合には、集電体からの活物質層の剥離を抑制でき、より高容量かつ高寿命な非水電解液二次電池用負極を提供可能である。
以上、本発明の実施形態を詳述してきたが、実際には、上記の実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の変更があっても本発明に含まれる。
Further, in the case where the first active material layer is formed between the current collector and the second active material layer, peeling of the active material layer from the current collector can be suppressed, so that the capacity and lifetime are higher. A negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery can be provided.
As mentioned above, although embodiment of this invention was explained in full detail, actually, it is not restricted to said embodiment, Even if there is a change of the range which does not deviate from the summary of this invention, it is included in this invention.
以下、本発明の実施例について説明する。但し、実施例が本発明を制限するものではない。
(実施例1)
活物質としてSiナノパウダー(Aldrich製)100質量部、導電補助材として気相法炭素繊維(昭和電工製「VGCF−H」)25質量部及びアセチレンブラック(電気化学工業製「デンカブラックHS−100」)25質量部、バインダー樹脂としてカルボキシメチルセルロースアンモリニウム塩(ダイセル化学製「DN−800H」)1質量部及びスチレンーブタジエンゴム(日本ゼオン製「BM−400B」)3質量部、造孔材料としてヒドラジン誘導体系発泡剤A(4、4’−オキシビス(ベンゼンスルホニルヒドラジド)、発泡温度155℃)5質量部及び尿素系発泡助剤(発泡開始温度を127℃に降下させる作用)5質量部に、溶媒として水を固形分45質量部になるように適宜添加し、プラネタリーミキサーで120分混合することで、第2の活物質層を形成するためのスラリーを作製した。
Examples of the present invention will be described below. However, the examples do not limit the present invention.
Example 1
100 parts by mass of Si nanopowder (manufactured by Aldrich) as an active material, 25 parts by mass of vapor grown carbon fiber (“VGCF-H” manufactured by Showa Denko) as a conductive auxiliary material, and acetylene black (“DENKA BLACK HS-100 manufactured by Denki Kagaku Kogyo) ] 25 parts by mass, 1 part by mass of carboxymethylcellulose ammonium salt ("DN-800H" manufactured by Daicel Chemical) as binder resin and 3 parts by mass of styrene-butadiene rubber ("BM-400B" manufactured by Nippon Zeon), pore-forming material As 5 parts by weight of hydrazine derivative-based foaming agent A (4,4′-oxybis (benzenesulfonylhydrazide), foaming temperature 155 ° C.) and 5 parts by weight of urea-based foaming aid (acting to lower the foaming start temperature to 127 ° C.) Then, water as a solvent is added as appropriate so that the solid content is 45 parts by mass, and 120% is added with a planetary mixer. By partially mixing, a slurry for forming the second active material layer was produced.
上記のスラリーを集電体である厚さ12μmの銅箔(三井金属製)にドクターブレード型アプリケーターを用いて塗布し、熱風式オーブンに投入して80℃でスラリーを乾燥させた後、130℃で発泡剤を除去し、集電体上に第2の活物質層を形成した。
次に、活物質として天然黒鉛(日立化成製「SMG」)90質量部、導電補助材として人造黒鉛(TIMCAL製「SFG−6」)10質量部、バインダー樹脂としてカルボキシメチルセルロースアンモリニウム塩(ダイセル化学製「DN−800H」)1質量部及びスチレンーブタジエンゴム(日本ゼオン製「BM−400B」)2質量部に、溶媒として水を固形分45質量部になるように適宜添加し、プラネタリーミキサーで120分混合することで、第1の活物質層を形成するためのスラリーを作製した。
The slurry is applied to a 12 μm thick copper foil (made by Mitsui Metals), which is a current collector, using a doctor blade type applicator, put in a hot air oven and dried at 80 ° C., and then 130 ° C. Then, the foaming agent was removed, and a second active material layer was formed on the current collector.
Next, 90 parts by mass of natural graphite (“SMG” manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd.) as an active material, 10 parts by mass of artificial graphite (“SFG-6” manufactured by TIMCAL) as a conductive auxiliary material, and carboxymethylcellulose ammonium salt (Daicel) as a binder resin Water as a solvent is appropriately added to 1 part by mass of “DN-800H” manufactured by Chemical Co., Ltd. and 2 parts by mass of styrene-butadiene rubber (“BM-400B” manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd.). By mixing with a mixer for 120 minutes, a slurry for forming the first active material layer was prepared.
上記のスラリーを上記の第2の活物質層上にドクターブレード型アプリケーターを用いて塗布し、熱風式オーブンに投入して80℃でスラリーを乾燥し、その後、ロールプレスによりプレスし、実施例1の負極とした。 The slurry is applied onto the second active material layer using a doctor blade type applicator, put into a hot air oven, dried at 80 ° C., and then pressed by a roll press. Example 1 The negative electrode was made.
(実施例2)
実施例1において、第2の活物質層形成前に予め集電体上に第1の活物質層を形成した以外、実施例1と同様に作製し、実施例2の負極とした。
(実施例3)
実施例1の造孔材料をアゾ化合物系発泡剤A(アゾジカルボンアミド、発泡温度140℃)7重量部とし、発泡剤の除去温度を145℃にした以外、実施例1と同様に作製し、実施例3の負極とした。
(実施例4)
実施例3において、第2の活物質層形成前に予め集電体上に第1の活物質層を形成した以外、実施例3と同様に作製し、実施例4の負極とした。
(Example 2)
In Example 1, it produced similarly to Example 1 except having formed the 1st active material layer on the electrical power collector beforehand before formation of the 2nd active material layer, and it was set as the negative electrode of Example 2.
(Example 3)
The pore-forming material of Example 1 was prepared in the same manner as in Example 1 except that 7 parts by weight of the azo compound-based foaming agent A (azodicarbonamide, foaming temperature 140 ° C.) and the removal temperature of the foaming agent was 145 ° C. The negative electrode of Example 3 was obtained.
Example 4
In Example 3, a negative electrode of Example 4 was prepared in the same manner as in Example 3 except that the first active material layer was formed on the current collector in advance before forming the second active material layer.
次に、本発明の実施例と対比するための比較例について説明する。
(比較例1)
実施例1において、第2の活物質層を形成するためのスラリーに造孔材料を使用しない以外、実施例1と同様に集電体上に第2の活物質層を作製した。その後、ロールプレスによりプレスし、比較例1の負極とした。
Next, a comparative example for comparison with the embodiment of the present invention will be described.
(Comparative Example 1)
In Example 1, a second active material layer was produced on the current collector in the same manner as in Example 1 except that no pore forming material was used in the slurry for forming the second active material layer. Then, it pressed with the roll press and it was set as the negative electrode of the comparative example 1.
(比較例2)
比較例1と同様に第2の活物質層を形成した後、実施例1と同様に第1の活物質層を形成し、その後、ロールプレスによりプレスし、比較例2の負極とした。
(比較例3)
比較例2において、第2の活物質層形成前に予め集電体上に第1の活物質層を形成した以外、比較例2と同様に作製し、比較例3の負極とした。
(Comparative Example 2)
After the second active material layer was formed in the same manner as in Comparative Example 1, the first active material layer was formed in the same manner as in Example 1, and then pressed by a roll press to obtain a negative electrode of Comparative Example 2.
(Comparative Example 3)
In Comparative Example 2, a negative electrode of Comparative Example 3 was prepared in the same manner as Comparative Example 2 except that the first active material layer was previously formed on the current collector before the second active material layer was formed.
(評価)
上記の実施例及び比較例の各負極を用いてそれぞれ電池を作製し、充放電評価を行った。
まず、電池構成において上記の負極の対極となる正極は次のように作製した。まず、LiMn2O4(三井金属製「Type−F」)90質量部、導電補助材としてアセチレンブラック(電気化学工業製「デンカブラックHS−100」)5質量部、バインダー樹脂としてPVdF(クレハバッテリーマテリアルズジャパン製「#7200」)5質量部に、溶媒としてNMP(三菱化学製)を固形分65質量部になるように適宜添加し、プラネタリーミキサーで120分混合することで、正極の活物質層を形成するためのスラリーを作製した。
(Evaluation)
Batteries were prepared using the negative electrodes of the above examples and comparative examples, and charge / discharge evaluation was performed.
First, the positive electrode which becomes a counter electrode of said negative electrode in a battery structure was produced as follows. First, 90 parts by mass of LiMn 2 O 4 (“Type-F” manufactured by Mitsui Metals), 5 parts by mass of acetylene black (“Denka Black HS-100” manufactured by Denki Kagaku Kogyo) as a conductive auxiliary material, and PVdF (Kureha Battery as a binder resin) NMP (Mitsubishi Chemical Co., Ltd.) as a solvent is added appropriately to 5 parts by mass of Materials Japan “# 7200”) so as to have a solid content of 65 parts by mass, and mixed for 120 minutes with a planetary mixer. A slurry for forming the material layer was prepared.
次に、上記のスラリーを集電体である厚さ15μmのアルミ箔(日本製箔製)上に、ドクターブレード型アプリケーターを用いて塗布し、熱風式オーブンに投入して120℃、30分処理し、上記のスラリーを乾燥させた。なお、塗布量は負極容量に対して0.9倍の容量になるよう調整した。その後、ロールプレスによりプレスし、正極とした。上記の正極をφ14mm、負極をφ15mmに打抜き、φ16mmのセパレータを両極の短絡がないように挟み込み、電解液を充填してコインセルを作製した。セパレータにはポリオレフィン系樹脂微多孔膜(旭化成イーマテリアルズ製「ハイポアND525」)を使用した。電解液にはLiPF6をエチレンカーボネート:ジエチルカーボネート=3:7に1Mとなるように溶解し、ビニレンカーボネートを2質量部添加した溶液を使用した。 Next, the above slurry is applied onto a 15 μm-thick aluminum foil (made in Japan) as a current collector using a doctor blade type applicator, and placed in a hot air oven at 120 ° C. for 30 minutes. The slurry was dried. The coating amount was adjusted to 0.9 times the negative electrode capacity. Then, it pressed with the roll press and was set as the positive electrode. The positive electrode was punched to φ14 mm, the negative electrode was punched to φ15 mm, a φ16 mm separator was sandwiched between the electrodes so as not to be short-circuited, and the electrolyte was filled to prepare a coin cell. A polyolefin resin microporous membrane (“Hypore ND525” manufactured by Asahi Kasei E-Materials) was used as the separator. As the electrolytic solution, a solution in which LiPF 6 was dissolved in ethylene carbonate: diethyl carbonate = 3: 7 so as to be 1 M and 2 parts by mass of vinylene carbonate was added was used.
上記のコインセルを用いて充放電評価を行った。すなわち、低レートの充放電を繰り返し行い、放電容量の増加が見られなくなったところを1サイクル目(放電容量維持率100%)とし、以降充電0.2C、放電1Cで100サイクルの充放電を行った。そのときの各電池の放電容量維持率を表1に示す。 Charging / discharging evaluation was performed using said coin cell. In other words, charging / discharging at a low rate is repeated, and the point at which the increase in discharge capacity is no longer observed is defined as the first cycle (discharge capacity retention rate 100%). went. Table 1 shows the discharge capacity retention rate of each battery at that time.
表1に示すように、本発明の実施例を採用した場合には、単層及び同層構造の比較例の場合よりも放電容量維持率が向上した。以上のことから、実施例の構成の電極により、高容量かつ高寿命な非水電解液二次電池が作製可能であることを確認した。 As shown in Table 1, when the example of the present invention was adopted, the discharge capacity retention rate was improved as compared with the comparative example of the single layer and the same layer structure. From the above, it was confirmed that a non-aqueous electrolyte secondary battery having a high capacity and a long life could be produced by using the electrode having the configuration of the example.
本発明の非水電解液二次電池用負極は、リチウムを可逆的に吸蔵及び放出可能な第1の活物質と、導電補助材と、バインダー樹脂とを含む第1の活物質層と、リチウムと可逆的に合金化可能な第2の活物質と、導電補助材と、バインダー樹脂とを含む第2の活物質層が、少なくとも1層ずつ交互に積層されている。最表面の活物質層は第1の活物質層である。また、第2の活物質層は造孔工程を経て作製されることで孔部分が形成されている。更に、プレスにより第2の活物質層の孔部分に第1の活物質層が押し込まれ、第1と第2の活物質層の界面に混合層が形成されている。このため、充放電サイクルによる活物質の脱落を防止し、高容量かつ高寿命な非水電解液二次電池用負極を提供できる。 A negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention includes a first active material layer containing a first active material capable of reversibly occluding and releasing lithium, a conductive auxiliary material, and a binder resin, lithium And at least one second active material layer containing a second active material that can be reversibly alloyed, a conductive auxiliary material, and a binder resin are alternately laminated. The active material layer on the outermost surface is the first active material layer. In addition, the second active material layer is formed through a hole forming step to form a hole portion. Furthermore, the first active material layer is pushed into the hole portion of the second active material layer by pressing, and a mixed layer is formed at the interface between the first and second active material layers. For this reason, it is possible to provide a negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery that prevents the active material from falling off due to the charge / discharge cycle and has a high capacity and a long life.
1…負極
2…集電体
3…第1の活物質層
4…第2の活物質層
5…第1の活物質層と第2の活物質層の混合層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ...
Claims (6)
第1の活物質層と、第2の活物質層とが少なくとも1層ずつ交互に積層され、
前記第1の活物質層は、リチウムを可逆的に吸蔵及び放出可能な第1の活物質と、導電補助材と、バインダー樹脂とを含み、
前記第2の活物質層は、リチウムと可逆的に合金化可能な第2の活物質と、導電補助材と、バインダー樹脂とを含み、
最表面の活物質層は前記第1の活物質層であり、前記第2の活物質層に形成された孔部分に前記第1の活物質層の一部が充填され、前記第1の活物質層と前記第2の活物質層との界面に混合層が形成されていることを特徴とする非水電解液二次電池用負極。 A negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery in which an active material layer composed of a plurality of layers is formed on a current collector,
The first active material layer and the second active material layer are alternately laminated at least one layer,
The first active material layer includes a first active material capable of reversibly occluding and releasing lithium, a conductive auxiliary material, and a binder resin.
The second active material layer includes a second active material reversibly alloyable with lithium, a conductive auxiliary material, and a binder resin.
The outermost active material layer is the first active material layer, and a part of the first active material layer is filled in a hole formed in the second active material layer, and the first active material layer is filled. A negative electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery, wherein a mixed layer is formed at an interface between the material layer and the second active material layer.
リチウムを可逆的に吸蔵及び放出可能な第1の活物質と導電補助材とバインダー樹脂とを含む第1の活物質層と、リチウムと可逆的に合金化可能な第2の活物質と導電補助材とバインダー樹脂とを含む第2の活物質層とを、少なくとも1層ずつ交互に積層する工程と、
前記第1の活物質層を前記非水電解液二次電池用負極の最表面の活物質層とする工程と、
前記第2の活物質層に孔部分を形成する工程と、
前記第2の活物質層の孔部分に前記第1の活物質層を充填し、前記第1の活物質層と前記第2の活物質層との界面に混合層を形成する工程とを備えることを特徴とする非水電解液二次電池用負極の製造方法。 A method for producing a negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery in which an active material layer comprising a plurality of layers is formed on a current collector,
A first active material layer containing a first active material capable of reversibly inserting and extracting lithium, a conductive auxiliary material and a binder resin; a second active material capable of reversibly alloying with lithium; and a conductive auxiliary material A step of alternately laminating at least one layer of a second active material layer containing a material and a binder resin;
Forming the first active material layer as an active material layer on the outermost surface of the negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery;
Forming a hole in the second active material layer;
Filling a hole portion of the second active material layer with the first active material layer, and forming a mixed layer at an interface between the first active material layer and the second active material layer. The manufacturing method of the negative electrode for nonaqueous electrolyte secondary batteries characterized by the above-mentioned.
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