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JP2015185279A - Binder resin, lithium ion secondary battery negative electrode using the binder resin, and lithium ion secondary battery - Google Patents

Binder resin, lithium ion secondary battery negative electrode using the binder resin, and lithium ion secondary battery Download PDF

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JP2015185279A
JP2015185279A JP2014058942A JP2014058942A JP2015185279A JP 2015185279 A JP2015185279 A JP 2015185279A JP 2014058942 A JP2014058942 A JP 2014058942A JP 2014058942 A JP2014058942 A JP 2014058942A JP 2015185279 A JP2015185279 A JP 2015185279A
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JP
Japan
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secondary battery
lithium ion
ion secondary
negative electrode
active material
Prior art date
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Application number
JP2014058942A
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Japanese (ja)
Inventor
博文 酒井
Hirobumi Sakai
博文 酒井
卓也 北岡
Takuya Kitaoka
卓也 北岡
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.)
Nippon Kodoshi Corp
Original Assignee
Nippon Kodoshi Corp
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Publication date
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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Abstract

【課題】高温環境下、例えば60℃においても性能を維持するバインダ、これを用いた優れた特性を示すリチウムイオン二次電池負極、並びにリチウムイオン二次電池を提供する。
【解決手段】下記式1で表されるポリアミドイミド樹脂を主成分とするバインダと、珪素粉末または、該珪素粉末の混合物及び、導電助剤からなる負極活物質層と、集電体とを備えるリチウムイオン二次電池負極より構成されていることを特徴とするリチウムイオン二次電池。
【化1】

Figure 2015185279

【選択図】 なしProvided are a binder that maintains its performance even in a high-temperature environment, for example, at 60 ° C., a lithium ion secondary battery negative electrode that exhibits excellent characteristics, and a lithium ion secondary battery.
A binder mainly composed of a polyamide-imide resin represented by the following formula 1, a silicon powder or a mixture of the silicon powder, a negative electrode active material layer made of a conductive additive, and a current collector. A lithium ion secondary battery comprising a negative electrode for a lithium ion secondary battery.
[Chemical 1]

Figure 2015185279

[Selection figure] None

Description

本発明は、電池負極に最適なバインダ樹脂、及び該バインダ樹脂を用いたリチウムイオン二次電池負極ならびにリチウムイオン二次電池に関するものである。   The present invention relates to a binder resin optimal for a battery negative electrode, a lithium ion secondary battery negative electrode and a lithium ion secondary battery using the binder resin.

近年、ノートパソコン、スマートフォン、携帯ゲーム機器、PDA等の携帯電子機器の普及に伴い、これらの機器をより軽量化し且つ、長時間の使用を可能とするため、電源として使用される二次電池の小型化及び高エネルギー密度化が要求されている。
特に近年では、電動自転車、電動二輪車、電気自動車等の車両用電源としての二次電池の利用範囲が拡大してきている。このような、車両用電源に用いられる二次電池には、高エネルギー密度化のみならず、幅広い温度域でも安定した動作をすることが求められている。
In recent years, with the spread of portable electronic devices such as notebook computers, smartphones, portable game devices, PDAs, etc., in order to reduce the weight of these devices and enable them to be used for a long time, Miniaturization and high energy density are required.
Particularly in recent years, the range of use of secondary batteries as power sources for vehicles such as electric bicycles, electric motorcycles, and electric vehicles has been expanded. Such a secondary battery used for a vehicle power source is required not only to have a high energy density but also to operate stably over a wide temperature range.

大容量の二次電池としては、従来、ニッケル−カドミウム電池、ニッケル−水素電池等が主流であったが、上記した小型化及び高エネルギー密度化の要請から、リチウム二次電池の使用が増大する傾向にある。従来のリチウム二次電池では負極用のバインダとして主にポリフッ化ビニリデン(PVdF)が用いられている。   Conventionally, nickel-cadmium batteries, nickel-hydrogen batteries and the like have been mainstream as large-capacity secondary batteries, but the use of lithium secondary batteries increases due to the demands for downsizing and higher energy density. There is a tendency. In the conventional lithium secondary battery, polyvinylidene fluoride (PVdF) is mainly used as a binder for the negative electrode.

しかし、45℃以上の環境下においては、リチウム二次電池のバインダに用いられているポリフッ化ビニリデン(PVdF)が膨潤するため、電極が劣化してしまい十分なサイクル寿命特性が得られなかった。   However, in an environment of 45 ° C. or higher, the polyvinylidene fluoride (PVdF) used for the binder of the lithium secondary battery swells, so that the electrode deteriorates and sufficient cycle life characteristics cannot be obtained.

高温下における耐久性を改善するために、ポリイミドバインダを用いる方法が提案されている(例えば特許文献1)。   In order to improve durability at high temperatures, a method using a polyimide binder has been proposed (for example, Patent Document 1).

又、リチウム二次電池の高エネルギー密度化を可能にする負極活物質として、シリコンやスズなどのリチウムを吸蔵できる金属あるいは金属酸化物について多くの研究が行われている。これらの活物質は、高エネルギー密度化を可能にする反面、リチウムイオンの可逆的な挿入脱離に伴う活物質の膨張収縮が大きい。上記したように従来のリチウム二次電池のバインダ材料であるポリフッ化ビニリデン(PVdF)では、この膨張収縮が引き起こす集電箔からの剥離や活物質の微粉化等に耐えられず、電極崩壊を引き起こし、十分なサイクル寿命特性が得られなかった。   In addition, as a negative electrode active material capable of increasing the energy density of a lithium secondary battery, many studies have been conducted on metals or metal oxides that can occlude lithium, such as silicon and tin. These active materials enable high energy density, but the expansion and contraction of the active materials accompanying reversible insertion / extraction of lithium ions is large. As described above, polyvinylidene fluoride (PVdF), which is a binder material of a conventional lithium secondary battery, cannot withstand the peeling from the current collector foil or the pulverization of the active material caused by the expansion and contraction, causing the electrode to collapse. Sufficient cycle life characteristics could not be obtained.

上記課題を解決し、サイクル寿命特性を改善する為に、リチウム二次電池のバインダとしてポリイミドバインダを用いる方法が提案されている。更に、ポリアクリル酸ポリマーや、カルボキシメチルセルロース等の水溶性バインダを使用する事が提案されている(例えば特許文献2)。   In order to solve the above problems and improve cycle life characteristics, a method using a polyimide binder as a binder for a lithium secondary battery has been proposed. Furthermore, it has been proposed to use a water-soluble binder such as polyacrylic acid polymer or carboxymethylcellulose (for example, Patent Document 2).

特開2013−89437号公報JP 2013-89437 A 特開2000−348730号公報JP 2000-348730 A

しかしながら、ポリイミドは、ポリイミドの前駆体であるポリアミック酸を有機溶媒に溶解させたものであり、電極作製時にイミド化を行う為、300℃を越える高温処理が必要なことや、前駆体の状態ではバインダ溶液が不安定であるなどの問題がある。   However, polyimide is prepared by dissolving polyamic acid, which is a precursor of polyimide, in an organic solvent, and imidization is performed at the time of electrode preparation, so that high temperature treatment exceeding 300 ° C. is necessary, and in the state of the precursor There are problems such as unstable binder solution.

また、ポリアクリル酸ポリマーや、カルボキシメチルセルロース等の水溶性バインダでは、電極作製時の高温処理や、バインダ溶液が不安定であるなどの問題はないが、サイクル寿命特性が十分でない。   In addition, polyacrylic acid polymers and water-soluble binders such as carboxymethylcellulose do not have problems such as high-temperature treatment during electrode preparation and unstable binder solution, but have insufficient cycle life characteristics.

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、上記課題を解決することを目的とする。係る目的を達成する一手段として例えば以下に示す構成を備える。   This invention is made | formed in view of said subject, Comprising: It aims at solving the said subject. For example, the following configuration is provided as a means for achieving the object.

上述した課題を解決する一手段として、本発明に係る一発明の実施の形態例は以下の構成を備える。
すなわち、下記式1で表されるポリアミドイミドを主成分とする負極活物質を結着させるバインダ樹脂であることを特徴とする。

Figure 2015185279
As a means for solving the above-described problem, an embodiment of the present invention according to the present invention has the following configuration.
That is, it is a binder resin that binds a negative electrode active material mainly composed of polyamideimide represented by the following formula 1.
Figure 2015185279

また例えば、上記のバインダ樹脂、活物質、導電助剤からなる負極活物質層と、集電体とからなるリチウムイオン二次電池負極であることを特徴とする。
そして例えば、前記活物質を珪素粉末または、該珪素粉末の混合物とする。あるいは、
前記活物質を珪素粉末、あるいは珪素粉末と人造黒鉛の混合物、珪素粉末と導電助剤の混合物とすることを特徴とする。また例えば、前記負極活物質層とNMPとを混合してスラリーを作製し、該スラリーを集電体に塗布することを特徴とする。
上記のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池負極を具備することを特徴とするリチウムイオン二次電池とする。
In addition, for example, the negative electrode is a lithium ion secondary battery negative electrode including a negative electrode active material layer made of the binder resin, an active material, and a conductive additive, and a current collector.
For example, the active material is silicon powder or a mixture of the silicon powder. Or
The active material is silicon powder, a mixture of silicon powder and artificial graphite, or a mixture of silicon powder and a conductive additive. Further, for example, the negative electrode active material layer and NMP are mixed to produce a slurry, and the slurry is applied to a current collector.
A lithium ion secondary battery comprising the negative electrode for a lithium ion secondary battery according to any one of the above.

本発明によれば、溶液の安定性に優れ且つ、300℃以上の高温処理の必要がないバインダ並びに、高温特性、サイクル寿命特性に優れ且つ、高エネルギー密度化に優れるリチウムイオン二次電池負極、それを用いたリチウムイオン二次電池を提供することができる。   According to the present invention, a binder that is excellent in solution stability and does not require high temperature treatment at 300 ° C. or higher, and a lithium ion secondary battery negative electrode that is excellent in high temperature characteristics and cycle life characteristics and excellent in high energy density, A lithium ion secondary battery using the same can be provided.

図1は本発明に係る実施例1及び実施例2並びに比較例1の各コイン型リチウムイオン二次電池のサイクル特性を示すグラフ図である。FIG. 1 is a graph showing the cycle characteristics of each coin-type lithium ion secondary battery of Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 according to the present invention.

以下、図面を参照して本発明に係る一発明の実施の形態例を詳細に説明する。具体的には、本実施の形態例のバインダと、該バインダを用いたリチウムイオン二次電池用負極、該負極を具備するリチウムイオン二次電池について説明する。
本発明に係る一発明の実施の形態例のバインダは、例えば、トリメリット酸誘導体とジアミノジフェニルエーテルを原料として重合された式1で表されるポリアミドイミド樹脂で製作する。この樹脂で製作したバインダは、アミド系有機溶剤に可溶であり、従来のPVdFバインダで一般的に用いられている溶剤であるN-メチルピロリドンを使用することが出来る。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment of an invention according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Specifically, a binder according to this embodiment, a negative electrode for a lithium ion secondary battery using the binder, and a lithium ion secondary battery including the negative electrode will be described.
A binder according to an embodiment of the present invention according to the present invention is made of, for example, a polyamideimide resin represented by Formula 1 polymerized using trimellitic acid derivatives and diaminodiphenyl ether as raw materials. A binder made of this resin is soluble in an amide organic solvent, and N-methylpyrrolidone, which is a solvent generally used in conventional PVdF binders, can be used.

本実施の形態例に用いられるポリアミドイミド樹脂と同様のポリアミドイミド樹脂は、例えばニッポン高度紙工業社から「SOXR-O」の名称で市販されているが、フレキシブルプリント基板等の電子基板の絶縁層として使用されていた。本願の発明者は、この絶縁基板材料がリチウムイオン二次電池のバインダとして優れた機能を発現する事を新たに見いだしたものである。   A polyamide-imide resin similar to the polyamide-imide resin used in this embodiment is commercially available, for example, under the name “SOXR-O” from Nippon Kogyo Paper Industry Co., Ltd. Was used as. The inventor of the present application has newly found that this insulating substrate material exhibits an excellent function as a binder of a lithium ion secondary battery.

以下具体的に説明する。本実施の形態例のリチウムイオン二次電池用負極は、上記ポリアミドイミド樹脂を主成分とし、それにNMP、活物質、導電助剤を混合したスラリーを作製し、これを集電体に塗布し、その後乾燥することにより得られる。スラリー作製の際に、さらに高い結着力を得るために、ポリアミドイミド樹脂100重量部に対し25重量部以下の範囲でエポキシモノマーを添加する事が出来る。添加するエポキシモノマーが25重量部以上となると、負極の耐熱性を損なうので好ましくない。   This will be specifically described below. The negative electrode for a lithium ion secondary battery of the present embodiment is a slurry in which the above-mentioned polyamideimide resin is the main component and NMP, an active material, and a conductive additive are mixed, and this is applied to a current collector. Thereafter, it is obtained by drying. In preparing the slurry, an epoxy monomer can be added within a range of 25 parts by weight or less with respect to 100 parts by weight of the polyamideimide resin in order to obtain a higher binding force. When the added epoxy monomer is 25 parts by weight or more, the heat resistance of the negative electrode is impaired, which is not preferable.

上記活物質としては、本技術分野で使用される負極活物質を使用することができる。例えば、負極活物質として容量の大きな珪素原子、スズ原子またはゲルマニウム原子を含む活物質などがあげられる。   As the active material, a negative electrode active material used in this technical field can be used. For example, an active material containing a large capacity silicon atom, tin atom, or germanium atom as the negative electrode active material can be used.

上記の珪素原子を含む負極活物質としては、例えば、(i)シリコン微粒子、(ii)スズ、ニッケル、銅、鉄、コバルト、マンガン、亜鉛、インジウム、銀、チタン、ゲルマニウム、ビスマス、アンチモンまたはクロムと、珪素との合金、(iii)ホウ素、窒素、酸素または炭素と珪素との化合物、(iv)さらに、(iii)の化合物と(ii)に例示した金属を有するものなどが挙げられる。   Examples of the negative electrode active material containing silicon atoms include (i) silicon fine particles, (ii) tin, nickel, copper, iron, cobalt, manganese, zinc, indium, silver, titanium, germanium, bismuth, antimony or chromium. And an alloy with silicon, (iii) a compound of boron, nitrogen, oxygen or carbon and silicon, (iv) a compound having the compound of (iii) and the metal exemplified in (ii), and the like.

珪素の合金あるいは化合物の一例としては、SiB4、SiB6、Mg2Si、Ni2Si、TiSi2、MoSi2、CoSi2、NiSi2、CaSi2、CrSi2、Cu5Si、FeSi2、MnSi2、NbSi2、TaSi2、VSi2、WSi2、ZnSi2、SiC、Si34、Si22O、SiOX(0<x≦2)あるいはLiSiOなどが挙げられる。 Examples of silicon alloys or compounds include SiB 4 , SiB 6 , Mg 2 Si, Ni 2 Si, TiSi 2 , MoSi 2 , CoSi 2 , NiSi 2 , CaSi 2 , CrSi 2 , Cu 5 Si, FeSi 2 , MnSi. 2 , NbSi 2 , TaSi 2 , VSi 2 , WSi 2 , ZnSi 2 , SiC, Si 3 N 4 , Si 2 N 2 O, SiO x (0 <x ≦ 2) or LiSiO.

スズ原子を含む負極活物質としては、例えば、(i)珪素、ニッケル、銅、鉄、コバルト、マンガン、亜鉛、インジウム、銀、チタン、ゲルマニウム、ビスマス、アンチモンまたはクロムと、スズとの合金、(ii)酸素または炭素とスズとの化合物、(iii)これら(ii)の化合物にさらに(i)に例示した金属を有するものなどが挙げられる。   Examples of the negative electrode active material containing tin atoms include (i) alloys of silicon, nickel, copper, iron, cobalt, manganese, zinc, indium, silver, titanium, germanium, bismuth, antimony or chromium and tin, ( ii) compounds of oxygen or carbon and tin, (iii) compounds having the metal exemplified in (i) in addition to the compounds of (ii).

スズの合金あるいは化合物の一例としては、SnOW(0<w≦2)、SnSiO3、LiSnOあるいはMg2Snなどが挙げられる。
ゲルマニウムを含む負極活物質としては、例えばゲルマニウムの酸化物、炭化物、窒化物、炭窒化物等が挙げられる。これらの負極活物質の表面は、導電性を向上する目的で、炭素や銅などの導電性を有する材料で覆われていても良い。
Examples of tin alloys or compounds include SnO W (0 <w ≦ 2), SnSiO 3 , LiSnO, or Mg 2 Sn.
Examples of the negative electrode active material containing germanium include germanium oxide, carbide, nitride, and carbonitride. The surface of these negative electrode active materials may be covered with a conductive material such as carbon or copper for the purpose of improving the conductivity.

上記活物質の平均粒径は0.1〜10μmが好ましい。また、上記活物質の表面は、シランカップリング剤などによって処理が施されていてもよい。活物質の粒径を前述のような粒径にする方法、並びに人造黒鉛や導電助剤との均一な混合物を作製する方法として、例えば、メカニカルミリングによる方法が簡便でコストを抑えられることから好ましい。   The average particle size of the active material is preferably 0.1 to 10 μm. The surface of the active material may be treated with a silane coupling agent or the like. As a method for making the particle size of the active material as described above, and a method for producing a uniform mixture with artificial graphite and a conductive additive, for example, a method by mechanical milling is preferable because it is simple and can reduce costs. .

集電体は、電子伝導性を有し、保持した負極材料に通電し得る材料であれば特に限定されない。例えば、珪素、及び又は珪素合金、スズおよびその合金、ケイ素−銅合金、銅、ニッケル、ステンレス鋼、ニッケルメッキ鋼等の金属材料や、カーボンクロス、カーボンペーパー等の炭素材料などがある。この中では。電気伝導性が高く、汎用材料であるという観点から、集電体として銅を採用することが特に好ましい。   The current collector is not particularly limited as long as it is a material having electronic conductivity and capable of energizing the held negative electrode material. For example, there are metal materials such as silicon and / or silicon alloys, tin and alloys thereof, silicon-copper alloys, copper, nickel, stainless steel, and nickel-plated steel, and carbon materials such as carbon cloth and carbon paper. In this. From the viewpoint of high electrical conductivity and a general-purpose material, it is particularly preferable to employ copper as a current collector.

集電体の形状には、特に制約はないが、箔状基材、三次元基材などを用いることができる。また、集電体に耐熱性を損なわない範囲でアンダーコート等のプライマー処理をしていてもよい。   Although there is no restriction | limiting in particular in the shape of an electrical power collector, A foil-like base material, a three-dimensional base material, etc. can be used. Further, the current collector may be subjected to primer treatment such as undercoating as long as the heat resistance is not impaired.

以上に説明した本実施の形態例のリチウムイオン二次電池用の負極を用い、本実施の形態例のリチウムイオン二次電池とすることができる。   Using the negative electrode for the lithium ion secondary battery of the present embodiment described above, the lithium ion secondary battery of the present embodiment can be obtained.

二次電池の正極としては、例えばMn、Co、Ni等の酸化物や燐酸鉄等のリチウム塩などのリチウムイオン二次電池で用いられる従来と同様の材料を用いることができる。   As the positive electrode of the secondary battery, materials similar to those used in conventional lithium ion secondary batteries such as oxides such as Mn, Co, Ni, and lithium salts such as iron phosphate can be used.

また、本実施の形態例の負極を用いるリチウムイオン二次電池は、リチウムイオンを含有させる必要があることから、電解質塩としてはリチウム塩が好ましい。このリチウム塩としては特に制限されないが、具体例としては、ヘキサフルオロリン酸リチウム、過塩素酸リチウム、テトラフルオロホウ酸リチウム、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム、トリフルオロメタンスルホン酸イミドリチウムなどを挙げることができる。
これらのリチウム塩は、1種単独又は2種以上を混合して用いることができる。上記のリチウム塩は、電気的陰性度が高くイオン化しやすいことから、充放電サイクル特性に優れ、二次電池の充放電容量を向上させることができる。
In addition, since the lithium ion secondary battery using the negative electrode of this embodiment needs to contain lithium ions, the electrolyte salt is preferably a lithium salt. The lithium salt is not particularly limited, and specific examples include lithium hexafluorophosphate, lithium perchlorate, lithium tetrafluoroborate, lithium trifluoromethanesulfonate, and lithium trifluoromethanesulfonate. .
These lithium salts can be used singly or in combination of two or more. Since the above lithium salt has high electronegativity and is easily ionized, it has excellent charge / discharge cycle characteristics and can improve the charge / discharge capacity of the secondary battery.

上記電解質の溶媒としては、例えば、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、繃−ブチロラクトン等を用いることができ、これらの溶媒を一種単独又は2種以上混合して用いることができる。さらに、電解液中には、更に被膜形成剤を含んでいても良い。   As the solvent for the electrolyte, for example, propylene carbonate, ethylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, 繃 -butyrolactone, and the like can be used, and these solvents can be used singly or in combination of two or more. Furthermore, the electrolytic solution may further contain a film forming agent.

被膜形成剤の具体例としては、ビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネート、ビニルエチルカーボネート、メチルフェニルカーボネート、フルオロエチレンカーボネート、ジフルオロエチレンカーボネートなどのカーボネート化合物、エチレンサルファイド、プロピレンサルファイドなどのアルケンサルファイド;1,3−プロパンスルトン、1,4−ブタンスルトンなどのスルトン化合物;マレイン酸無水物、コハク酸無水物などの酸無水物などが挙げられる。
また、本発明に係る実施の形態例のリチウム二次電池に用いる電解質は、固体電解質やイオン性液体であっても構わない。
Specific examples of the film forming agent include vinylene carbonate, vinyl ethylene carbonate, vinyl ethyl carbonate, methyl phenyl carbonate, carbonate compounds such as fluoroethylene carbonate and difluoroethylene carbonate, alkene sulfides such as ethylene sulfide and propylene sulfide; 1,3- Examples thereof include sultone compounds such as propane sultone and 1,4-butane sultone; acid anhydrides such as maleic anhydride and succinic anhydride.
Moreover, the electrolyte used for the lithium secondary battery of the embodiment according to the present invention may be a solid electrolyte or an ionic liquid.

上述の構造のリチウム二次電池によれば、高温特性に優れるリチウム二次電池として機能することができる。
本実施の形態例のリチウム二次電池の構造としては特に限定されないが、積層式電池、捲回式電池などの既存の電池形態・構造に適用することができる。
According to the lithium secondary battery having the above-described structure, it can function as a lithium secondary battery excellent in high temperature characteristics.
The structure of the lithium secondary battery of this embodiment is not particularly limited, but can be applied to existing battery forms and structures such as a stacked battery and a wound battery.

次に、本発明に係る実施例について具体的に説明する。しかしながら、本発明は以下に説明する実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない範囲にそのまま適用可能である。   Next, examples according to the present invention will be specifically described. However, the present invention is not limited to the examples described below, and can be applied as it is without departing from the scope of the present invention.

以上説明したように本実施の形態例によれば、電極作製時に300℃を超えるような高温処理が必要なく、溶液の安定性に優れるバインダ及び、これを用いた高温特性、サイクル寿命特性に優れ、且つ、高エネルギー密度化を達成したリチウムイオン二次電池負極ならびにリチウムイオン二次電池を提供することができる。
そのため、本実施の形態例に係るリチウムイオン二次電池は、従来のリチウムイオン二次電池と比べて高温耐久性が向上し、製造工程において低コスト化が可能となり、利用用途を拡大することが可能となる。
As described above, according to the present embodiment, a high temperature treatment exceeding 300 ° C. is not necessary at the time of electrode preparation, a binder having excellent solution stability, and high temperature characteristics and cycle life characteristics using the binder. And the lithium ion secondary battery negative electrode and lithium ion secondary battery which achieved high energy density can be provided.
Therefore, the lithium ion secondary battery according to the present embodiment has improved high-temperature durability compared to conventional lithium ion secondary batteries, can be reduced in cost in the manufacturing process, and can be used more widely. It becomes possible.

〔実施例1〕
自転・公転ミキサーを使用し、以下の式1で表されるポリアミドイミド樹脂(例えば、ニッポン高度紙工業社製、商品名SOXR-O、Mw=140、000)のNMP溶液にエポキシモノマー(例えば、新日鐵住金化学社製、商品名エポトート)を全固形分に対し、12重量%となるように加え、バインダ溶液を作製する。
[Example 1]
Using a rotation / revolution mixer, an epoxy monomer (for example, for example, an NMP solution of a polyamideimide resin represented by the following formula 1 (for example, trade name SOXR-O, Mw = 140,000, manufactured by Nippon Kogyo Paper Industries Co., Ltd.) Nippon Steel & Sumitomo Chemical Co., Ltd., trade name Epototo) is added to a total solid content of 12% by weight to prepare a binder solution.

珪素粉末(例えば、ニラコ社製、350メッシュ、純度:99.9%)と、人造黒鉛(例えば、TIMCAL社製、商品名KS−6)を重量比が1:1になるように計量し、例えば、Retsch社製遠心回転ボールミルS−100にて、本実施例では回転速度400rpm で5時間メカニカルミリングし、負極活物質を作製する。
次いで、負極活物質及び導電助剤としてアセチレンブラック(例えば、電気化学工業社製)を活物質:導電助剤:バインダ溶液固形分の重量比が75:9:16となるように添加し、N−メチルピロリドンにて粘度を調整してスラリーを作製する。
Silicon powder (for example, Nilaco, 350 mesh, purity: 99.9%) and artificial graphite (for example, TIMCAL, trade name KS-6) are weighed so that the weight ratio is 1: 1, For example, in the present embodiment, mechanical milling is performed for 5 hours at a rotational speed of 400 rpm in a centrifugal rotating ball mill S-100 manufactured by Retsch, thereby producing a negative electrode active material.
Next, acetylene black (for example, manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.) is added as a negative electrode active material and a conductive auxiliary so that the weight ratio of the active material: conductive auxiliary: binder solution solids is 75: 9: 16, and N -Adjust the viscosity with methylpyrrolidone to make a slurry.

このスラリーを集電体である銅箔上に、例えばアプリケーターにて塗工し、80℃の大気雰囲気中で 1時間予備乾燥した後プレスし、260℃の真空雰囲気中で 30分間本乾燥することで負極を作製する。正極としては、例えばコバルト酸リチウム正極を用いる。   This slurry is coated on a copper foil as a current collector by, for example, an applicator, preliminarily dried in an air atmosphere at 80 ° C. for 1 hour, pressed, and then finally dried in a vacuum atmosphere at 260 ° C. for 30 minutes. A negative electrode is prepared. As the positive electrode, for example, a lithium cobaltate positive electrode is used.

そして、このようにして製作した正極、負極に加え、セパレータとしてガラスフィルター(例えば、ADVANTEC社製、商品名GA−100)、電解液として、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートとを体積比1:1で混合した溶媒に、六フッ化燐酸リチウムを1mol/Lの濃度で溶解した溶液を基にコインリチウムイオン二次電池(CR2032)を作製する。   In addition to the positive electrode and the negative electrode thus manufactured, a glass filter (for example, trade name GA-100, manufactured by ADVANTEC) as a separator, and ethylene carbonate and diethyl carbonate as an electrolytic solution are mixed at a volume ratio of 1: 1. A coin lithium ion secondary battery (CR2032) is manufactured based on a solution obtained by dissolving lithium hexafluorophosphate in a concentration of 1 mol / L in the solvent.

〔実施例2〕
負極活物質を珪素粉末と、アセチレンブラック(例えば、電気化学工業社製)及びケッチェンブラック(例えば、ライオン社製)に変更し、重量比を90:5:5に変更する以外は、実施例1と同様の条件にてコイン型リチウムイオン二次電池(CR2032)を作製する。
[Example 2]
Example except that the negative electrode active material was changed to silicon powder, acetylene black (for example, manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd.) and ketjen black (for example, manufactured by Lion Corp.), and the weight ratio was changed to 90: 5: 5. A coin-type lithium ion secondary battery (CR2032) is manufactured under the same conditions as in 1.

〔比較例1〕
バインダ溶液としてポリアクリル酸(例えば、SIGMA‐ALDRICH社製、Mw=700,000)と、カルボキシメチルセルロースナトリウム(例えば、SIGMA‐ALDRICH社製、Mv=450,000)とを、体積比1:1で混合したものを使用し、スラリー粘度調整に蒸留水を使用した以外は、実施例1と同じ条件にてコイン型リチウムイオン二次電池(CR2032)を作製した。
[Comparative Example 1]
As a binder solution, polyacrylic acid (for example, manufactured by SIGMA-ALDRICH, Mw = 700,000) and sodium carboxymethyl cellulose (for example, manufactured by SIGMA-ALDRICH, Mv = 450,000) are mixed at a volume ratio of 1: 1. A coin-type lithium ion secondary battery (CR2032) was produced under the same conditions as in Example 1 except that the mixture was used and distilled water was used to adjust the slurry viscosity.

(電池性能試験)
実施例1及び実施例2並びに、比較例1で作製したコイン型リチウムイオン二次電池について、ナガノ製充放電試験機BTS−2003Wを使用し、それぞれ60℃の環境下で充放電試験を行った。結果を図1に示す。図1は本発明に係る実施例1及び実施例2並びに比較例1の各コイン型リチウムイオン二次電池のサイクル特性を示すグラフ図である。図1において、縦軸は放電容量(mAh/g)を、横軸はサイクル数を表している。
(Battery performance test)
About the coin-type lithium ion secondary battery produced in Example 1, Example 2, and Comparative Example 1, a Nagano charge / discharge tester BTS-2003W was used, and a charge / discharge test was performed in an environment of 60 ° C., respectively. . The results are shown in FIG. FIG. 1 is a graph showing the cycle characteristics of each coin-type lithium ion secondary battery of Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 according to the present invention. In FIG. 1, the vertical axis represents the discharge capacity (mAh / g), and the horizontal axis represents the number of cycles.

図1に示すグラフ図からも分かるように、負極バインダがポリアクリル酸、カルボキシメチルセルロースナトリウム混合物である比較例1のリチウム二次電池は、充放電10サイクル程度から電池容量の低下がはじまり、充放電40サイクルから低下が大きくなり、100サイクルでは初期容量に対して容量が約%50以上減少している。これは、比較例1では、高温下、珪素が充放電の際、リチウムイオンの「挿入―脱離」による膨張収縮にバインダが耐えられず、電極崩壊が進んでいる為と考えられる。   As can be seen from the graph shown in FIG. 1, the lithium secondary battery of Comparative Example 1 in which the negative electrode binder is a mixture of polyacrylic acid and sodium carboxymethyl cellulose starts to decrease in battery capacity from about 10 cycles of charge and discharge, and is charged and discharged. The decrease is increased from 40 cycles, and the capacity is reduced by about 50% or more with respect to the initial capacity at 100 cycles. This is presumably because, in Comparative Example 1, when the silicon is charged and discharged at high temperature, the binder cannot withstand expansion and contraction due to the “insertion-desorption” of lithium ions, and the electrode collapses.

これに対し、実施例1及び実施例2のリチウム二次電池では、60℃という高温下で、充放電100サイクル経過後もほとんど容量低下がなく、良好な充放電サイクル特性を有していることがわかる。   On the other hand, the lithium secondary batteries of Example 1 and Example 2 have good charge / discharge cycle characteristics at a high temperature of 60 ° C., with almost no decrease in capacity even after 100 cycles of charge / discharge. I understand.

以上説明したように本実施の形態例あるいは実施例によれば、バインダとして上記式1で表されるポリアミドイミドを用いる事により、前駆体ではなく、イミド化を完了させた樹脂を有機溶剤に溶解させることが可能であり、バインダ溶液の安定性に優れ且つ、電極作製時に300℃以上の高温処理の必要がなくなる。また、式1で表されるポリアミドイミドは、耐熱性、結着力についても十分有しているので、このバインダを用いた、珪素粉末または、該珪素粉末の混合物及び、導電助剤からなる負極活物質層と、集電体とを有する電池リチウムイオン二次電池負極、それを用いたリチウムイオン二次電池は、高温特性、サイクル寿命特性に優れ且つ、高エネルギー密度化を有するものとすることができる。   As described above, according to this embodiment or example, by using the polyamideimide represented by the above formula 1 as a binder, not the precursor but the resin that has completed imidization is dissolved in the organic solvent. The binder solution is excellent in stability, and high temperature treatment at 300 ° C. or higher is not required at the time of electrode preparation. In addition, since the polyamideimide represented by the formula 1 has sufficient heat resistance and binding power, the negative electrode active material composed of silicon powder or a mixture of the silicon powder and a conductive auxiliary using this binder is used. A battery lithium ion secondary battery negative electrode having a material layer and a current collector, and a lithium ion secondary battery using the same are excellent in high temperature characteristics and cycle life characteristics and have high energy density. it can.

本発明によれば、高温耐久性、すなわち、高温時でもサイクル特性に優れたリチウムイオン二次電池負極を提供することができる。この負極を用いた本発明のリチウムイオン二次電池は、移動体通信機器、携帯用電子機器、電動自転車、電動二輪車、電気自動車等の主電源に好適に利用されるものである。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the high temperature durability, ie, the lithium ion secondary battery negative electrode excellent in cycling characteristics also at the time of high temperature can be provided. The lithium ion secondary battery of the present invention using this negative electrode is suitably used as a main power source for mobile communication devices, portable electronic devices, electric bicycles, electric motorcycles, electric vehicles and the like.

Claims (6)

下記式1で表されるポリアミドイミドを主成分とする負極活物質を結着させてなることを特徴とするバインダ樹脂。
Figure 2015185279
Binder resin characterized by binding a negative electrode active material mainly composed of polyamideimide represented by the following formula 1.
Figure 2015185279
請求項1記載のバインダ樹脂、活物質、導電助剤からなる負極活物質層と、集電体とからなることを特徴とするリチウムイオン二次電池負極。   A lithium ion secondary battery negative electrode comprising a negative electrode active material layer comprising the binder resin according to claim 1, an active material, and a conductive additive, and a current collector. 前記活物質を珪素粉末または、該珪素粉末の混合物とすることを特徴とする請求項2記載のリチウムイオン二次電池負極。 The lithium ion secondary battery negative electrode according to claim 2, wherein the active material is silicon powder or a mixture of the silicon powder. 前記活物質を珪素粉末、あるいは珪素粉末と人造黒鉛の混合物、珪素粉末と導電助剤の混合物とすることを特徴とする請求項2又は請求項3記載のリチウムイオン二次電池負極。 The lithium ion secondary battery negative electrode according to claim 2 or 3, wherein the active material is silicon powder, a mixture of silicon powder and artificial graphite, or a mixture of silicon powder and a conductive additive. 前記負極活物質層とNMPとを混合してスラリーを作製し、該スラリーを集電体に塗布することを特徴とする請求項2乃至請求項4のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池負極。 5. The negative electrode for a lithium ion secondary battery according to claim 2, wherein the negative electrode active material layer and NMP are mixed to prepare a slurry, and the slurry is applied to a current collector. . 請求項2乃至請求項5のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池負極を具備することを特徴とするリチウムイオン二次電池。 A lithium ion secondary battery comprising the lithium ion secondary battery negative electrode according to any one of claims 2 to 5.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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