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JP2018190554A - Negative electrode active material for lithium ion secondary battery, negative electrode for lithium ion secondary battery, and lithium ion secondary battery - Google Patents

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

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JP2018190554A JP2017090550A JP2017090550A JP2018190554A JP 2018190554 A JP2018190554 A JP 2018190554A JP 2017090550 A JP2017090550 A JP 2017090550A JP 2017090550 A JP2017090550 A JP 2017090550A JP 2018190554 A JP2018190554 A JP 2018190554A
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Abstract

【課題】初期充放電効率が優れるリチウムイオン二次電池用負極活物質、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】リチウムイオン二次電池用負極活物質は、リチウムイオンの吸蔵および放出が可能な活物質粒子と、前記活物質粒子の表面の少なくとも一部に備えられた被膜とを有し、前記被膜が所定のリチウム含有チタン酸化物を含む。リチウムイオン二次電池用負極は、負極集電体と、前記負極集電体の少なくとも一方の面に設けられた負極活物質層とを有し、前記負極活物質層が、上記のリチウムイオン二次電池用負極活物質を含む。リチウムイオン二次電池は、正極と、負極と、前記正極と前記負極との間に介在するセパレータと、電解質とを備え、前記負極が、上記のリチウムイオン二次電池用負極である。【選択図】図1PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a negative electrode active material for a lithium ion secondary battery having excellent initial charge/discharge efficiency, a negative electrode for a lithium ion secondary battery, and a lithium ion secondary battery. A negative electrode active material for a lithium ion secondary battery has active material particles capable of inserting and extracting lithium ions, and a coating film provided on at least a part of the surface of the active material particles, The coating includes a predetermined lithium-containing titanium oxide. The negative electrode for a lithium ion secondary battery has a negative electrode current collector and a negative electrode active material layer provided on at least one surface of the negative electrode current collector, and the negative electrode active material layer is the lithium ion secondary battery described above. Includes negative electrode active material for secondary batteries. The lithium-ion secondary battery includes a positive electrode, a negative electrode, a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode, and an electrolyte, and the negative electrode is the negative electrode for the lithium-ion secondary battery. [Selection diagram] Figure 1

Description

本発明は、リチウムイオン二次電池用負極活物質、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 negative electrode for a lithium ion secondary battery, and a lithium ion secondary battery.

リチウムイオン二次電池は、エネルギー密度が高いことから、ノート型のパーソナルコンピューターなどの携帯型電子機器や携帯電話機などの通信機器の電源、自動車用の電源として幅広く応用されている。このリチウムイオン二次電池は、一般に、正極と、負極と、正極と負極との間に介在するセパレータと、正極と負極との間でイオンの移動を可能にするための電解質から構成されている。昨今、携帯型電子機器や通信機器等の小型化、軽量化の観点から、更なる高エネルギー密度のリチウムイオン二次電池が強く要望されている。また、自動車用電池においては長寿命化が強く要望されている。   Lithium ion secondary batteries have high energy density, and are therefore widely used as power sources for portable electronic devices such as notebook personal computers, communication devices such as mobile phones, and automobile power sources. This lithium ion secondary battery is generally composed of a positive electrode, a negative electrode, a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode, and an electrolyte for enabling ion movement between the positive electrode and the negative electrode. . In recent years, there has been a strong demand for lithium ion secondary batteries with higher energy density from the viewpoints of miniaturization and weight reduction of portable electronic devices and communication devices. Further, there is a strong demand for extending the life of automobile batteries.

ところで、ケイ素(Si)やケイ素酸化物(SiO)などの金属または金属酸化物などの負極活物質粒子は、現在実用化されている黒鉛の理論容量372mAh/gより遙かに高い理論容量を示すことから、電池の高エネルギー密度化において最も期待される材料である。しかし、ケイ素やケイ素酸化物は、その理論容量が大きく、リチウムイオンの挿入脱離の際の膨張収縮が大きいため、微粉化を生じる。微粉化して脱落した活物質は、孤立化することによって充放電反応に寄与できなくなるため、充放電効率が低下してしまう問題があった。さらに、充放電効率の低下に伴って、充分な充放電サイクルを得ることができなかった。 By the way, negative electrode active material particles such as metal or metal oxide such as silicon (Si) and silicon oxide (SiO x ) have a theoretical capacity much higher than the theoretical capacity of 372 mAh / g of graphite which is currently in practical use. As shown, it is the most promising material for increasing the energy density of batteries. However, since silicon and silicon oxide have a large theoretical capacity and large expansion and contraction upon insertion / extraction of lithium ions, fine powdering occurs. Since the active material that has been pulverized and dropped off cannot contribute to the charge / discharge reaction by being isolated, the charge / discharge efficiency is reduced. Furthermore, a sufficient charge / discharge cycle could not be obtained with a decrease in charge / discharge efficiency.

このような課題に対して、負極活物質粒子の表面を被膜で被覆することが検討されている。特許文献1、2では、負極活物質粒子の表面を、ケイ素(Si)、チタン(Ti)、アルミニウム(Al)およびジルコニウム(Zr)からなる群より選ばれた少なくとも1種の元素を含む酸化物、窒化物又は炭化物などのセラミックスで被覆することが提案されている。また、特許文献3では、負極活物質粒子の表面を、TiOあるいはZrOなどの金属酸化物で被覆することが提案されている。 In order to solve such a problem, it has been studied to coat the surface of the negative electrode active material particles with a coating. In Patent Documents 1 and 2, the surface of the negative electrode active material particles is an oxide containing at least one element selected from the group consisting of silicon (Si), titanium (Ti), aluminum (Al) and zirconium (Zr). It has been proposed to coat with ceramics such as nitrides or carbides. Patent Document 3 proposes coating the surface of the negative electrode active material particles with a metal oxide such as TiO 2 or ZrO 2 .

特開2004−335334号公報JP 2004-335334 A 特開2004−335335号公報JP 2004-335335 A 特開2007−141666号公報JP 2007-141666 A

しかしながら、本発明者の検討によると、負極活物質粒子の表面を特許文献1〜3に記載されている被膜で被覆すると、初期の充放電効率が低下することがあった。
本発明の目的は、前記事情に鑑みてなされたものであり、初期充放電効率が優れるリチウムイオン二次電池用負極活物質、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にある。
However, according to the study of the present inventor, when the surface of the negative electrode active material particles is coated with the coating described in Patent Documents 1 to 3, the initial charge / discharge efficiency may be lowered.
An object of the present invention is made in view of the above circumstances, and provides a negative electrode active material for a lithium ion secondary battery, a negative electrode for a lithium ion secondary battery, and a lithium ion secondary battery having excellent initial charge / discharge efficiency. It is in.

本発明者は、負極活物質粒子の少なくとも一部を、チタンとリチウムとを含む特定のリチウム含有チタン酸化物を含む被膜で被覆することによって、負極活物質粒子の充放電効率が向上することを見出した。
すなわち、本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を提供する。
The present inventor has confirmed that the charge / discharge efficiency of the negative electrode active material particles is improved by coating at least a part of the negative electrode active material particles with a coating containing a specific lithium-containing titanium oxide containing titanium and lithium. I found it.
That is, this invention provides the following means in order to solve the said subject.

(1)第1の態様にかかるリチウムイオン二次電池用負極活物質は、リチウムイオンの吸蔵および放出が可能な活物質粒子と、前記活物質粒子の表面の少なくとも一部に備えられた被膜とを有し、前記被膜が、下記式(1)で表されるリチウム含有チタン酸化物を含む。
Ti1−x/4−a/4−2b/4−3c/4−dLi ・・・(1)
ただし、式(1)中、Aは、KおよびNaからなる群より選ばれる一つ以上の1価金属であり、Bは、Mg、CaおよびSrからなる群より選ばれる一つ以上の2価金属であり、Cは、Al、Y、LaおよびBiからなる群より選ばれる一つ以上の3価金属であり、Dは、Zr、Si、Hf、SnおよびGeからなる群より選ばれる一つ以上の4価金属であり、xは、0<x≦0.60を満たす数であり、aは、0≦a≦0.27を満たす数であり、bは、0≦b≦0.27を満たす数であり、cは、0≦c≦0.27を満たす数であり、dは、0≦d≦0.27を満たす数である。
(1) A negative electrode active material for a lithium ion secondary battery according to a first aspect includes active material particles capable of occluding and releasing lithium ions, and a coating provided on at least a part of the surface of the active material particles The film contains a lithium-containing titanium oxide represented by the following formula (1).
Ti 1-x / 4-a / 4-2b / 4-3c / 4-d Li x A a B b C c D d O 2 (1)
However, in Formula (1), A is one or more monovalent metals selected from the group consisting of K and Na, and B is one or more divalents selected from the group consisting of Mg, Ca and Sr. C is one or more trivalent metals selected from the group consisting of Al, Y, La and Bi, and D is one selected from the group consisting of Zr, Si, Hf, Sn and Ge The above tetravalent metals, x is a number satisfying 0 <x ≦ 0.60, a is a number satisfying 0 ≦ a ≦ 0.27, and b is 0 ≦ b ≦ 0.27. C is a number that satisfies 0 ≦ c ≦ 0.27, and d is a number that satisfies 0 ≦ d ≦ 0.27.

(2)上記態様にかかるリチウムイオン二次電池用負極活物質は、前記リチウム含有チタン酸化物が、Mg、Ca、Al、Zr、Naのうちの少なくとも一つの金属を含んでいてもよい。 (2) In the negative electrode active material for a lithium ion secondary battery according to the above aspect, the lithium-containing titanium oxide may contain at least one metal of Mg, Ca, Al, Zr, and Na.

(3)上記態様にかかるリチウムイオン二次電池用負極活物質は、前記式(1)中の前記aが0<a≦0.27を満たす数であり、前記xと前記aの比x/aが0.07以上60以下の範囲にあってもよい。 (3) In the negative electrode active material for a lithium ion secondary battery according to the above aspect, the a in the formula (1) is a number satisfying 0 <a ≦ 0.27, and the ratio of x to the ratio x / a may be in the range of 0.07 to 60.

(3)上記態様にかかるリチウムイオン二次電池用負極活物質は、前記式(1)中の前記bが0<b≦0.27を満たす数であり、前記xと前記bの比x/bが0.07以上60以下の範囲にあってもよい。 (3) The negative electrode active material for a lithium ion secondary battery according to the above aspect is such that b in the formula (1) satisfies 0 <b ≦ 0.27, and the ratio x / b of x / b b may be in the range of 0.07 to 60.

(4)上記態様にかかるリチウムイオン二次電池用負極活物質は、前記式(1)中の前記cが0<c≦0.27を満たす数であり、前記xと前記cの比x/cが0.07以上60以下の範囲にあってもよい。 (4) In the negative electrode active material for a lithium ion secondary battery according to the above aspect, the c in the formula (1) is a number satisfying 0 <c ≦ 0.27, and the ratio x / c is x / c may be in the range of 0.07 to 60.

(5)上記態様にかかるリチウムイオン二次電池用負極活物質は、前記式(1)中の前記dが0<d≦0.27を満たす数であり、前記xと前記dの比x/dが0.07以上60以下の範囲にあってもよい。 (5) The negative electrode active material for a lithium ion secondary battery according to the above aspect is such that the d in the formula (1) satisfies 0 <d ≦ 0.27, and the ratio of x to the ratio x / d may be in the range of 0.07 to 60.

(6)第2の態様にかかるリチウムイオン二次電池用負極は、負極集電体と、前記負極集電体の少なくとも一方の面に設けられた負極活物質層とを有するリチウムイオン二次電池用負極であって、前記負極活物質層が、上記第1の態様にかかるリチウムイオン二次電池用負極活物質を含む。 (6) A negative electrode for a lithium ion secondary battery according to the second aspect includes a negative electrode current collector and a negative electrode active material layer provided on at least one surface of the negative electrode current collector. The negative electrode active material layer includes a negative electrode active material for a lithium ion secondary battery according to the first aspect.

(7)第3の態様にかかるリチウムイオン二次電池は、正極と、負極と、前記正極と前記負極との間に介在するセパレータと、電解質とを備えたリチウムイオン二次電池であって、前記負極が、上記第2の態様にかかるリチウムイオン二次電池用負極である。 (7) A lithium ion secondary battery according to a third aspect is a lithium ion secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode, a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode, and an electrolyte. The negative electrode is a negative electrode for a lithium ion secondary battery according to the second aspect.

本発明によれば、初期充放電効率が優れるリチウムイオン二次電池用負極活物質、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ができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the negative electrode active material for lithium ion secondary batteries which is excellent in initial stage charge / discharge efficiency, the negative electrode for lithium ion secondary batteries, and a lithium ion secondary battery can be provided.

本実施形態にかかるリチウムイオン二次電池の断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram of the lithium ion secondary battery concerning this embodiment.

以下、本実施形態について、図を適宜参照しながら詳細に説明する。以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際とは異なっていることがある。以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。   Hereinafter, the present embodiment will be described in detail with appropriate reference to the drawings. In the drawings used in the following description, in order to make the characteristics of the present invention easier to understand, there are cases where the characteristic parts are enlarged for the sake of convenience, and the dimensional ratios of the respective components are different from actual ones. is there. The materials, dimensions, and the like exemplified in the following description are examples, and the present invention is not limited to them, and can be appropriately modified and implemented without departing from the scope of the invention.

[リチウムイオン二次電池]
図1は、本実施形態にかかるリチウムイオン二次電池の断面模式図である。図1に示すリチウムイオン二次電池100は、主として積層体40、積層体40を密閉した状態で収容するケース50、及び積層体40に接続された一対のリード60、62を備えている。また図示されていないが、積層体40とともに電解質が、ケース50内に収容されている。
[Lithium ion secondary battery]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a lithium ion secondary battery according to this embodiment. A lithium ion secondary battery 100 shown in FIG. 1 mainly includes a laminated body 40, a case 50 that accommodates the laminated body 40 in a sealed state, and a pair of leads 60 and 62 connected to the laminated body 40. Although not shown, the electrolyte is housed in the case 50 together with the laminate 40.

積層体40は、正極20と負極30とが、セパレータ10を挟んで対向配置されたものである。正極20は、板状(膜状)の正極集電体22上に正極活物質層24が設けられたものである。負極30は、板状(膜状)の負極集電体32上に負極活物質層34が設けられたものである。   The stacked body 40 is configured such that the positive electrode 20 and the negative electrode 30 are disposed to face each other with the separator 10 interposed therebetween. The positive electrode 20 is obtained by providing a positive electrode active material layer 24 on a plate-like (film-like) positive electrode current collector 22. The negative electrode 30 is obtained by providing a negative electrode active material layer 34 on a plate-like (film-like) negative electrode current collector 32.

正極活物質層24及び負極活物質層34は、セパレータ10の両側にそれぞれ接触している。正極集電体22及び負極集電体32の端部には、それぞれリード62、60が接続されており、リード60、62の端部はケース50の外部にまで延びている。図1では、ケース50内に積層体40が一つの場合を例示したが、複数積層されていてもよい。   The positive electrode active material layer 24 and the negative electrode active material layer 34 are in contact with both sides of the separator 10. Leads 62 and 60 are connected to the ends of the positive electrode current collector 22 and the negative electrode current collector 32, respectively, and the ends of the leads 60 and 62 extend to the outside of the case 50. In FIG. 1, the case 50 has one laminated body 40 in the case 50, but a plurality of laminated bodies 40 may be laminated.

「負極」
負極30は、負極集電体32と、負極集電体32の上に設けられた負極活物質層34とを有する。
"Negative electrode"
The negative electrode 30 includes a negative electrode current collector 32 and a negative electrode active material layer 34 provided on the negative electrode current collector 32.

(負極集電体)
負極集電体32は、導電性の板材であればよく、例えば、アルミニウム箔、電解銅箔、圧延銅箔、ニッケル箔、SUS箔の金属薄板を用いることができる。
(Negative electrode current collector)
The negative electrode current collector 32 may be a conductive plate material, and for example, a metal thin plate of aluminum foil, electrolytic copper foil, rolled copper foil, nickel foil, or SUS foil can be used.

(負極活物質層)
負極活物質層34は、負極活物質と負極バインダーとを有し、必要に応じて負極導電材を有する。
(Negative electrode active material layer)
The negative electrode active material layer 34 includes a negative electrode active material and a negative electrode binder, and optionally includes a negative electrode conductive material.

(負極活物質)
本実施形態のリチウムイオン二次電池用負極活物質は、リチウムイオンの吸蔵および放出が可能な活物質粒子と、この活物質粒子の表面の少なくとも一部に備えられた被膜とを有する。被膜は、活物質粒子の表面の全体に備えられていることが好ましい。なお、被膜の有無および組成は、XPS(X線光電子分光法)によって確認することができる。
(Negative electrode active material)
The negative electrode active material for a lithium ion secondary battery of the present embodiment has active material particles capable of occluding and releasing lithium ions, and a coating provided on at least a part of the surface of the active material particles. The coating is preferably provided on the entire surface of the active material particles. The presence and composition of the coating can be confirmed by XPS (X-ray photoelectron spectroscopy).

負極活物質粒子の材料としては、公知のリチウムイオン二次電池用の負極活物質として利用されている各種の材料を使用できる。負極活物質の材料の例としては、例えば、炭素材料、ケイ素、SiO(0<x<2)で表されるケイ素酸化物などのケイ素含有化合物、金属リチウム、リチウムと合金を形成する金属およびこれらの合金、二酸化スズ等の酸化物を主体とする非晶質の化合物、チタン酸リチウム(LiTi12)を挙げることができる。炭素材料の例としては、黒鉛(天然黒鉛、人造黒鉛)、カーボンナノチューブ、難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素、低温度焼成炭素などを挙げることができる。金属リチウムと合金を形成する金属の例としては、アルミニウム、シリコン、スズなどを挙げることができる。負極活物質粒子は、平均粒子径が0.01μm以上50μm以下の範囲にあることが好ましい。より好ましくは0.1μm以上10μm以下の範囲にある。 As materials for the negative electrode active material particles, various materials that are used as negative electrode active materials for known lithium ion secondary batteries can be used. Examples of the material of the negative electrode active material include, for example, carbon materials, silicon, silicon-containing compounds such as silicon oxide represented by SiO x (0 <x <2), metal lithium, metal that forms an alloy with lithium, and Examples thereof include amorphous compounds mainly composed of oxides such as tin dioxide and lithium titanate (Li 4 Ti 5 O 12 ). Examples of the carbon material include graphite (natural graphite, artificial graphite), carbon nanotube, non-graphitizable carbon, graphitizable carbon, low-temperature calcined carbon, and the like. Examples of the metal that forms an alloy with metallic lithium include aluminum, silicon, and tin. The negative electrode active material particles preferably have an average particle size in the range of 0.01 μm to 50 μm. More preferably, it exists in the range of 0.1 micrometer or more and 10 micrometers or less.

上記活物質粒子の表面に備えられた被膜は、下記式(1)で表されるリチウム含有チタン酸化物を含む。
Ti1−x/4−a/4−2b/4−3c/4−dLi ・・・(1)
The coating provided on the surface of the active material particles contains a lithium-containing titanium oxide represented by the following formula (1).
Ti 1-x / 4-a / 4-2b / 4-3c / 4-d Li x A a B b C c D d O 2 (1)

式(1)中、Aは、KおよびNaからなる群より選ばれる一つ以上の1価金属である。Bは、Mg、CaおよびSrからなる群より選ばれる一つ以上の2価金属である。Cは、Al、Y、LaおよびBiからなる群より選ばれる一つ以上の3価金属である。Dは、Zr、Si、Hf、SnおよびGeからなる群より選ばれる一つ以上の4価金属である。   In formula (1), A is one or more monovalent metals selected from the group consisting of K and Na. B is one or more divalent metals selected from the group consisting of Mg, Ca and Sr. C is one or more trivalent metals selected from the group consisting of Al, Y, La and Bi. D is one or more tetravalent metals selected from the group consisting of Zr, Si, Hf, Sn and Ge.

xは、0<x≦0.60を満たす数である。従って、被膜は、Liを必須成分として含有する。
aは、0≦a≦0.27を満たす数であり、bは、0≦b≦0.27を満たす数であり、cは、0≦c≦0.27を満たす数であり、dは、0≦d≦0.27を満たす数である。
x is a number satisfying 0 <x ≦ 0.60. Accordingly, the coating contains Li as an essential component.
a is a number satisfying 0 ≦ a ≦ 0.27, b is a number satisfying 0 ≦ b ≦ 0.27, c is a number satisfying 0 ≦ c ≦ 0.27, and d is , 0 ≦ d ≦ 0.27.

上記のリチウム含有チタン酸化物が表面に備えられている本実施形態の負極活物質をリチウムイオン二次電池に用いることによって、初期の充放電効率が向上する理由としては次のように考えられる。
上記のリチウム含有チタン酸化物は、Ti−O−Ti結合を骨格とし、その一部のTiがLiと置換して、Ti−O−Li結合を形成している。Ti−O−Li結合中のOとLiはイオン結合性が強いため、リチウム含有チタン酸化物は酸化チタンと比較して導電性が高くなる。このように、本実施形態の負極活物質は導電性が高いので、初期充放電効率が向上する。
また、リチウム含有チタン酸化物のTi−O−Li結合中のLiが脱離し易い。Ti−O−Li結合中のLiが脱離すると、リチウム含有チタン酸化物にLiイオンが進入し易く、負極活物質と電解質との間でのLiイオンの伝導性が向上する。このように本実施形態の負極活物質はLiイオンの伝導性が高いので、初期充放電効率が向上する。
The reason why the initial charge / discharge efficiency is improved by using the negative electrode active material of the present embodiment having the lithium-containing titanium oxide on the surface thereof for a lithium ion secondary battery is considered as follows.
The lithium-containing titanium oxide has a Ti—O—Ti bond as a skeleton, and a part of Ti is substituted with Li to form a Ti—O—Li bond. Since O and Li in the Ti—O—Li bond have strong ionic bonds, the lithium-containing titanium oxide has higher conductivity than titanium oxide. Thus, since the negative electrode active material of this embodiment has high electroconductivity, initial stage charge / discharge efficiency improves.
In addition, Li in the Ti—O—Li bond of the lithium-containing titanium oxide is easily detached. When Li in the Ti—O—Li bond is desorbed, Li ions easily enter the lithium-containing titanium oxide, and the conductivity of Li ions between the negative electrode active material and the electrolyte is improved. Thus, since the negative electrode active material of this embodiment has high conductivity of Li ions, the initial charge / discharge efficiency is improved.

リチウム含有チタン酸化物のLiの含有量が少なくなりすぎると、上記の効果が発現しにくくなるおそれがある。一方、Liの含有量が多くなりすぎると、却ってTi−O−Li結合中のLiが脱離しにくくなり、リチウム含有チタン酸化物にLiイオンが進入しにくくなるおそれがある。このため、本実施形態では、Liの含有量は、式(1)中のxが0<x≦0.64を満たす数とされている。   If the Li content of the lithium-containing titanium oxide is too low, the above effects may not be easily achieved. On the other hand, when the Li content is excessively large, Li in the Ti—O—Li bond is difficult to desorb and Li ions may not easily enter the lithium-containing titanium oxide. For this reason, in this embodiment, the content of Li is set to a number where x in the formula (1) satisfies 0 <x ≦ 0.64.

本実施形態のリチウム含有チタン酸化物は、Li以外に、1価〜4価の金属を含むことができる。   The lithium-containing titanium oxide of the present embodiment can contain a monovalent to tetravalent metal in addition to Li.

リチウム含有チタン酸化物がK、Naなどの1価金属を含む場合は、リチウムと1価金属の原子数比(リチウム/1価金属)は0.07以上60以下の範囲にあることが好ましい。すなわち、リチウム含有チタン酸化物において、式(1)中のaが0<a≦0.50を満たす数である場合、xとaの比x/aは0.07以上60以下の範囲にあることが好ましい。この場合、負極活物質の初期充放電効率をより確実に向上させることができる。   When the lithium-containing titanium oxide contains a monovalent metal such as K or Na, the atomic ratio of lithium to the monovalent metal (lithium / monovalent metal) is preferably in the range of 0.07 to 60. That is, in the lithium-containing titanium oxide, when a in Formula (1) is a number satisfying 0 <a ≦ 0.50, the ratio x / a between x and a is in the range of 0.07 to 60. It is preferable. In this case, the initial charge / discharge efficiency of the negative electrode active material can be improved more reliably.

リチウム含有チタン酸化物がMg、Ca、Srなどの2価金属を含む場合は、リチウムと2価金属の原子数比(リチウム/2価金属)は0.07以上60以下の範囲にあることが好ましい。すなわち式(1)中のbが0<b≦0.27を満たす数である場合、xとbの比x/bは0.07以上60以下の範囲にあることが好ましい。この場合、負極活物質の初期充放電効率をより確実に向上させることができる。   When the lithium-containing titanium oxide contains a divalent metal such as Mg, Ca, or Sr, the atomic ratio of lithium to the divalent metal (lithium / divalent metal) may be in the range of 0.07 to 60. preferable. That is, when b in the formula (1) is a number satisfying 0 <b ≦ 0.27, the ratio x / b between x and b is preferably in the range of 0.07 to 60. In this case, the initial charge / discharge efficiency of the negative electrode active material can be improved more reliably.

リチウム含有チタン酸化物がAl、Y、La、Biなどの3価金属を含む場合は、リチウムと3価金属の原子数比(リチウム/3価金属)は0.07以上60以下の範囲にあることが好ましい。すなわち式(1)中のcが0<c≦0.27を満たす数である場合、xとcの比x/cは0.07以上60以下の範囲にあることが好ましい。この場合、負極活物質の初期充放電効率をより確実に向上させることができる。   When the lithium-containing titanium oxide contains a trivalent metal such as Al, Y, La, Bi, the atomic ratio of lithium to the trivalent metal (lithium / trivalent metal) is in the range of 0.07 to 60. It is preferable. That is, when c in the formula (1) is a number satisfying 0 <c ≦ 0.27, the ratio x / c between x and c is preferably in the range of 0.07 to 60. In this case, the initial charge / discharge efficiency of the negative electrode active material can be improved more reliably.

リチウム含有チタン酸化物がZr、Si、Hf、Sn、Geなどの4価金属を含む場合は、リチウムと4価金属の原子数比(リチウム/4価金属)は0.07以上60以下の範囲にあることが好ましい。すなわち式(1)中のdが0<d≦0.27を満たす数である場合、xとdの比x/dは0.07以上60以下の範囲にあることが好ましい。この場合、負極活物質の初期充放電効率をより確実に向上させることができる。   When the lithium-containing titanium oxide contains a tetravalent metal such as Zr, Si, Hf, Sn, or Ge, the atomic ratio of lithium to the tetravalent metal (lithium / 4-valent metal) is in the range of 0.07 to 60. It is preferable that it exists in. That is, when d in the formula (1) is a number satisfying 0 <d ≦ 0.27, the ratio x / d of x and d is preferably in the range of 0.07 to 60. In this case, the initial charge / discharge efficiency of the negative electrode active material can be improved more reliably.

上記の1価〜4価の金属の中では、特に、Mg、Ca、Al、Zrのうちの少なくとも一つの金属を含んでいてもよい。この場合、負極活物質の初期充放電効率をさらに確実に向上させることができる。   Among the above monovalent to tetravalent metals, at least one metal of Mg, Ca, Al, and Zr may be included. In this case, the initial charge / discharge efficiency of the negative electrode active material can be further reliably improved.

リチウム含有チタン酸化物は、例えば、下記の式(2)〜(6)で表される化合物であることが好ましい。
(2)Ti1−x/4Li(0<x≦0.60)
(3)Ti1−x/4−2b/4LiMg(0<x≦0.60、0<b≦0.27、0.07≦x/b≦60)
(4)Ti1−x/4−2b/4LiCa(0<x≦0.60、0<b≦0.27、0.07≦x/b≦60)
(5)Ti1−x/4−3c/4LiAl(0<x≦0.60、0<c≦0.27、0.07≦x/c≦60)
(6)Ti1−x/4−dLiZr(0<x≦0.60、0<d≦0.27、0.07≦x/d≦60)
The lithium-containing titanium oxide is preferably a compound represented by the following formulas (2) to (6), for example.
(2) Ti 1-x / 4 Li x O 2 (0 <x ≦ 0.60)
(3) Ti 1-x / 4-2b / 4 Li x Mg b O 2 (0 <x ≦ 0.60, 0 <b ≦ 0.27, 0.07 ≦ x / b ≦ 60)
(4) Ti 1-x / 4-2b / 4 Li x Ca b O 2 (0 <x ≦ 0.60, 0 <b ≦ 0.27, 0.07 ≦ x / b ≦ 60)
(5) Ti 1-x / 4-3c / 4 Li x Al c O 2 (0 <x ≦ 0.60, 0 <c ≦ 0.27, 0.07 ≦ x / c ≦ 60)
(6) Ti 1-x / 4-d Li x Zr d O 2 (0 <x ≦ 0.60, 0 <d ≦ 0.27, 0.07 ≦ x / d ≦ 60)

(負極活物質)
本実施形態の負極活物質は、例えば、次のように製造することができる。
溶媒に、チタンのアルコキシドと、1価〜4価の金属のアルコキシドとを溶解させた被膜形成用の溶液(A液)を調製する。また、溶媒に微量の水分と、リチウムイオンの吸蔵および放出が可能な活物質粒子とを分散させた活物質粒子分散液(B液)を調製する。次いで、B液を撹拌しながら、B液にA液を投入した後、チタンのアルコキシドと添加金属のアルコキシドとを加水分解および縮合重合させて、活物質粒子の表面に、1価〜4価の金属を含むチタン酸化物のゾルの被膜を形成させる。ゾルの被膜が形成された活物質粒子を回収して、純水やアルコールで洗浄した後、減圧しながら乾燥して、1価〜4価の金属を含むチタン酸化物の被膜を有する被膜付活物質粒子を得る。
(Negative electrode active material)
The negative electrode active material of this embodiment can be manufactured as follows, for example.
A film forming solution (solution A) is prepared by dissolving titanium alkoxide and monovalent to tetravalent metal alkoxide in a solvent. In addition, an active material particle dispersion (liquid B) is prepared in which a trace amount of moisture and active material particles capable of occluding and releasing lithium ions are dispersed in a solvent. Next, the liquid A is added to the liquid B while stirring the liquid B, and then the alkoxide of titanium and the alkoxide of the added metal are hydrolyzed and condensation-polymerized on the surface of the active material particles to obtain a monovalent to tetravalent valence. A titanium oxide sol film containing metal is formed. The active material particles on which the sol film is formed are collected, washed with pure water or alcohol, then dried under reduced pressure, and the film activated with a titanium oxide film containing a monovalent to tetravalent metal. Get material particles.

次いで、被膜付活物質粒子を塩酸水溶液に浸漬して、被膜中の1価〜4価の金属(チタンを除く)の全部もしくは一部を、金属イオンとして溶出させる。金属イオンの溶出量は、塩酸水溶液の濃度や浸漬時間によって調整できる。その後、被膜付活物質粒子を塩酸水溶液から回収し、純水で十分に洗浄する。   Next, the coated active material particles are immersed in an aqueous hydrochloric acid solution to elute all or part of the monovalent to tetravalent metals (excluding titanium) in the coating as metal ions. The elution amount of metal ions can be adjusted by the concentration of the aqueous hydrochloric acid solution and the immersion time. Thereafter, the coated active material particles are recovered from the hydrochloric acid aqueous solution and sufficiently washed with pure water.

次いで、被膜付活物質粒子を水酸化リチウム水溶液に浸漬して、金属イオンの溶出によって生成した欠陥サイトにリチウムイオンを挿入する。水酸化リチウム水溶液は、pHが9以上14以下の範囲にあることが好ましい。そして、リチウムイオンが挿入された被膜付活物質粒子を水酸化リチウム水溶液から回収し、純水やアルコールで洗浄した後、減圧しながら乾燥する。   Next, the coated active material particles are immersed in an aqueous lithium hydroxide solution, and lithium ions are inserted into defect sites generated by elution of metal ions. The aqueous lithium hydroxide solution preferably has a pH in the range of 9 to 14. The coated active material particles into which lithium ions are inserted are collected from the lithium hydroxide aqueous solution, washed with pure water or alcohol, and then dried under reduced pressure.

(負極導電材)
導電材としては、例えば、カーボンブラック類等のカーボン粉末、カーボンナノチューブ、炭素材料、銅、ニッケル、ステンレス、鉄等の金属微粉、炭素材料及び金属微粉の混合物、ITO等の導電性酸化物が挙げられる。これらの中でも、アセチレンブラックやエチレンブラック等のカーボン粉末が特に好ましい。負極活物質36のみで十分な導電性を確保できる場合は、リチウムイオン二次電池100は導電材を含んでいなくてもよい。
(Negative electrode conductive material)
Examples of the conductive material include carbon powder such as carbon black, carbon nanotube, carbon material, fine metal powder such as copper, nickel, stainless steel and iron, a mixture of carbon material and fine metal powder, and conductive oxide such as ITO. It is done. Among these, carbon powders such as acetylene black and ethylene black are particularly preferable. In the case where sufficient conductivity can be ensured with only the negative electrode active material 36, the lithium ion secondary battery 100 may not include a conductive material.

(負極バインダー)
バインダーは、活物質同士を結合すると共に、活物質と負極集電体32とを結合する。バインダーは、上述の結合が可能なものであればよく、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)、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共重合体(PFA)、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体(ETFE)、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)、エチレン−クロロトリフルオロエチレン共重合体(ECTFE)、ポリフッ化ビニル(PVF)等のフッ素樹脂が挙げられる。
(Negative electrode binder)
The binder bonds the active materials to each other and bonds the active material to the negative electrode current collector 32. The binder is not particularly limited as long as the above-described bonding is possible. For example, polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP), tetrafluoroethylene- Perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA), ethylene-tetrafluoroethylene copolymer (ETFE), polychlorotrifluoroethylene (PCTFE), ethylene-chlorotrifluoroethylene copolymer (ECTFE), polyvinyl fluoride (PVF) ) And the like.

また、上記の他に、バインダーとして、例えば、ビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン系フッ素ゴム(VDF−HFP系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF−HFP−TFE系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド−ペンタフルオロプロピレン系フッ素ゴム(VDF−PFP系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド−ペンタフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF−PFP−TFE系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド−パーフルオロメチルビニルエーテル−テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF−PFMVE−TFE系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド−クロロトリフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF−CTFE系フッ素ゴム)等のビニリデンフルオライド系フッ素ゴムを用いてもよい。   In addition to the above, as the binder, for example, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene-based fluororubber (VDF-HFP-based fluororubber), vinylidene fluoride-hexafluoropropylene-tetrafluoroethylene-based fluororubber (VDF-HFP-) TFE fluorine rubber), vinylidene fluoride-pentafluoropropylene fluorine rubber (VDF-PFP fluorine rubber), vinylidene fluoride-pentafluoropropylene-tetrafluoroethylene fluorine rubber (VDF-PFP-TFE fluorine rubber), Vinylidene fluoride-perfluoromethyl vinyl ether-tetrafluoroethylene fluoro rubber (VDF-PFMVE-TFE fluoro rubber), vinylidene fluoride-chlorotrifluoroethylene fluoro rubber The containing rubbers (VDF-CTFE-based fluorine rubber) vinylidene fluoride-based fluorine rubbers such as may be used.

また、バインダーとして電子伝導性の導電性高分子やイオン伝導性の導電性高分子を用いてもよい。電子伝導性の導電性高分子としては、例えば、ポリアセチレン等が挙げられる。この場合は、バインダーが導電材の機能も発揮するので導電材を添加しなくてもよい。イオン伝導性の導電性高分子としては、例えば、高分子化合物(ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド等のポリエーテル系高分子化合物、ポリフォスファゼン等)のモノマーと、LiClO、LiBF、LiPF等のリチウム塩又はリチウムを主体とするアルカリ金属塩と、を複合化させたもの等が挙げられる。複合化に使用する重合開始剤としては、例えば、上記のモノマーに適合する光重合開始剤または熱重合開始剤が挙げられる。 Alternatively, an electron conductive conductive polymer or an ion conductive conductive polymer may be used as the binder. Examples of the electron conductive conductive polymer include polyacetylene. In this case, since the binder also functions as a conductive material, it is not necessary to add a conductive material. Examples of the ion conductive conductive polymer include monomers of polymer compounds (polyether polymer compounds such as polyethylene oxide and polypropylene oxide, polyphosphazenes, etc.), LiClO 4 , LiBF 4 , LiPF 6, and the like. Examples include a composite of a lithium salt or an alkali metal salt mainly composed of lithium. Examples of the polymerization initiator used for the combination include a photopolymerization initiator or a thermal polymerization initiator that is compatible with the above-described monomer.

またこの他に、バインダーとして、例えば、セルロース、スチレン・ブタジエンゴム、エチレン・プロピレンゴム、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリアクリル樹脂等を用いてもよい。   In addition, as the binder, for example, cellulose, styrene / butadiene rubber, ethylene / propylene rubber, polyimide resin, polyamide resin, polyamideimide resin, polyacrylic resin, or the like may be used.

負極活物質層34中の負極活物質36、導電材及びバインダーの含有量は特に限定されない。負極活物質層34における負極活物質36の構成比率は、質量比で65%以上98%以下であることが好ましい。また負極活物質層34における導電材の構成比率は、質量比で0%以上20%以下であることが好ましく、負極活物質層34におけるバインダーの構成比率は、質量比で2.0%以上35%以下であることが好ましい。   The contents of the negative electrode active material 36, the conductive material, and the binder in the negative electrode active material layer 34 are not particularly limited. The constituent ratio of the negative electrode active material 36 in the negative electrode active material layer 34 is preferably 65% or more and 98% or less by mass ratio. The constituent ratio of the conductive material in the negative electrode active material layer 34 is preferably 0% or more and 20% or less by mass ratio, and the constituent ratio of the binder in the negative electrode active material layer 34 is 2.0% or more and 35% by mass ratio. % Or less is preferable.

負極活物質とバインダーの含有量を上記範囲とすることにより、バインダーの量が少なすぎて強固な負極活物質層を形成できなくなることを防ぐことができる。また、電気容量に寄与しないバインダーの量が多くなり、十分な体積エネルギー密度を得ることが困難となる傾向も抑制できる。   By making content of a negative electrode active material and a binder into the said range, it can prevent that the quantity of a binder is too small and it becomes impossible to form a strong negative electrode active material layer. In addition, the amount of the binder that does not contribute to the electric capacity increases, and the tendency that it is difficult to obtain a sufficient volume energy density can be suppressed.

「正極」
正極20は、正極集電体22と、正極集電体22の上に設けられた正極活物質層24とを有する。
"Positive electrode"
The positive electrode 20 includes a positive electrode current collector 22 and a positive electrode active material layer 24 provided on the positive electrode current collector 22.

(正極集電体)
正極集電体22は、導電性の板材であればよく、例えば、アルミニウム、銅、ニッケル箔の金属薄板を用いることができる。
(Positive electrode current collector)
The positive electrode current collector 22 may be a conductive plate material, and for example, a thin metal plate of aluminum, copper, or nickel foil can be used.

(正極活物質層)
正極活物質層24に用いる正極活物質は、リチウムイオンの吸蔵及び放出、リチウムイオンの脱離及び挿入(インターカレーション)、又は、リチウムイオンとリチウムイオンのカウンターアニオン(例えば、PF6−)とのドープ及び脱ドープを可逆的に進行させることが可能な電極活物質を用いることができる。
(Positive electrode active material layer)
The positive electrode active material used for the positive electrode active material layer 24 includes lithium ion occlusion and release, lithium ion desorption and insertion (intercalation), or counter ions (for example, PF 6− ) of lithium ions and lithium ions. An electrode active material capable of reversibly proceeding doping and dedoping can be used.

例えば、コバルト酸リチウム(LiCoO)、ニッケル酸リチウム(LiNiO)、マンガン酸リチウム(LiMnO)、リチウムマンガンスピネル(LiMn)、及び、一般式:LiNiCoMn(x+y+z+a=1、0≦x<1、0≦y<1、0≦z<1、0≦a<1、MはAl、Mg、Nb、Ti、Cu、Zn、Crより選ばれる1種類以上の元素)で表される複合金属酸化物、リチウムバナジウム化合物(LiV)、オリビン型LiMPO(ただし、Mは、Co、Ni、Mn、Fe、Mg、Nb、Ti、Al、Zrより選ばれる1種類以上の元素又はVOを示す)、チタン酸リチウム(LiTi12)、LiNiCoAl(0.9<x+y+z<1.1)等の複合金属酸化物、ポリアセチレン、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセンなどが挙げられる。 For example, lithium cobalt oxide (LiCoO 2), lithium nickelate (LiNiO 2), lithium manganate (LiMnO 2), lithium manganese spinel (LiMn 2 O 4), and the general formula: LiNi x Co y Mn z M a O 2 (x + y + z + a = 1, 0 ≦ x <1, 0 ≦ y <1, 0 ≦ z <1, 0 ≦ a <1, M is one type selected from Al, Mg, Nb, Ti, Cu, Zn, Cr Complex metal oxides represented by the above elements), lithium vanadium compounds (LiV 2 O 5 ), olivine-type LiMPO 4 (where M is Co, Ni, Mn, Fe, Mg, Nb, Ti, Al, Zr) One or more elements or VO selected from the above, lithium titanate (Li 4 Ti 5 O 12 ), LiNi x Co y Al z O 2 (0.9 <x + y + z < 1.1) and the like, and polyacetylene, polyaniline, polypyrrole, polythiophene, polyacene and the like.

(導電材)
導電材は、例えば、カーボンブラック類等のカーボン粉末、カーボンナノチューブ、炭素材料、銅、ニッケル、ステンレス、鉄等の金属微粉、炭素材料及び金属微粉の混合物、ITO等の導電性酸化物が挙げられる。正極活物質のみで十分な導電性を確保できる場合は、リチウムイオン二次電池100は導電材を含んでいなくてもよい。
(Conductive material)
Examples of the conductive material include carbon powder such as carbon black, carbon nanotube, carbon material, fine metal powder such as copper, nickel, stainless steel and iron, a mixture of carbon material and fine metal powder, and conductive oxide such as ITO. . In the case where sufficient conductivity can be ensured only by the positive electrode active material, the lithium ion secondary battery 100 may not include a conductive material.

(正極バインダー)
正極に用いるバインダーは負極と同様のものを使用できる。
(Positive electrode binder)
The binder used for the positive electrode can be the same as that for the negative electrode.

正極活物質層24における正極活物質の構成比率は、質量比で80%以上96%以下であることが好ましい。また正極活物質層24における導電材の構成比率は、質量比で2.0%以上10%以下であることが好ましく、正極活物質層24におけるバインダーの構成比率は、質量比で2.0%以上10%以下であることが好ましい。   The constituent ratio of the positive electrode active material in the positive electrode active material layer 24 is preferably 80% or more and 96% or less by mass ratio. The constituent ratio of the conductive material in the positive electrode active material layer 24 is preferably 2.0% or more and 10% or less by mass ratio, and the constituent ratio of the binder in the positive electrode active material layer 24 is 2.0% by mass ratio. It is preferable that it is 10% or less.

「セパレータ」
セパレータ10は、電気絶縁性の多孔質構造から形成されていればよく、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン又はポリオレフィンからなるフィルムの単層体、積層体や上記樹脂の混合物の延伸膜、或いはセルロース、ポリエステル及びポリプロピレンからなる群より選択される少なくとも1種の構成材料からなる繊維不織布が挙げられる。
"Separator"
The separator 10 only needs to be formed of an electrically insulating porous structure, for example, a single layer of a film made of polyethylene, polypropylene, or polyolefin, a stretched film of a laminate or a mixture of the above resins, or cellulose, polyester, and Examples thereof include a fiber nonwoven fabric made of at least one constituent material selected from the group consisting of polypropylene.

「電解質」
電解質は、正極活物質層24、負極活物質層34、及び、セパレータ10の内部に含有させるものである。電解質としては、特に限定されず、例えば、本実施形態では、リチウム塩を含む電解液(電解質水溶液、有機溶媒を使用する電解質溶液)を使用することができる。ただし、電解質水溶液は電気化学的に分解電圧が低いことにより、充電時の耐用電圧が低く制限されるので、有機溶媒を使用する電解液(非水電解質溶液)であることが好ましい。電解液としては、リチウム塩を非水溶媒(有機溶媒)に溶解したものが好適に使用される。リチウム塩としては特に限定されず、リチウムイオン二次電池の電解質として用いられるリチウム塩を用いることができる。例えば、LiPF、LiClO、LiBF、LiCFSO、LiCFCFSO、LiC(CFSO、LiN(CFSO、LiN(CFCFSO、LiN(CFSO)(CSO)、LiN(CFCFCO)、LiBOB等のリチウム塩が使用できる。なお、これらのリチウム塩は1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。特に、電離度の観点から、LiPFを含むことが好ましい。
"Electrolytes"
The electrolyte is contained in the positive electrode active material layer 24, the negative electrode active material layer 34, and the separator 10. The electrolyte is not particularly limited, and for example, in the present embodiment, an electrolytic solution containing a lithium salt (electrolyte aqueous solution, electrolyte solution using an organic solvent) can be used. However, the electrolyte aqueous solution is preferably an electrolyte solution (non-aqueous electrolyte solution) using an organic solvent because the electrochemical decomposition voltage is low, so that the withstand voltage during charging is limited to a low level. As the electrolytic solution, a lithium salt dissolved in a non-aqueous solvent (organic solvent) is preferably used. It does not specifically limit as lithium salt, The lithium salt used as an electrolyte of a lithium ion secondary battery can be used. For example, LiPF 6 , LiClO 4 , LiBF 4 , LiCF 3 SO 3 , LiCF 3 CF 2 SO 3 , LiC (CF 3 SO 2 ) 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiN (CF 3 CF 2 SO 2 ) 2 , LiN (CF 3 SO 2 ) (C 4 F 9 SO 2 ), LiN (CF 3 CF 2 CO) 2 , lithium salts such as LiBOB can be used. In addition, these lithium salts may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together. In particular, LiPF 6 is preferably included from the viewpoint of the degree of ionization.

また、有機溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、フルオロエチレンカーボネート等の非プロトン性高誘電率溶媒や、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、等の酢酸エステル類あるいはプロピオン酸エステル類等の非プロトン性低粘度溶媒が挙げられる。これらの非プロトン性高誘電率溶媒と非プロトン性低粘度溶媒を適当な混合比で併用することが望ましい。更には、イミダゾリウム、アンモニウム、及びピリジニウム型のカチオンを用いたイオン性液体を使用することができる。対アニオンは特に限定されるものではないが、BF 、PF 、(CFSO等が挙げられる。イオン性液体は前述の有機溶媒と混合して使用することが可能である。
電解液のリチウム塩の濃度は、電気伝導性の点から、0.5〜2.0Mが好ましい。なお、この電解質の温度25℃における導電率は0.01S/m以上であることが好ましく、電解質塩の種類あるいはその濃度により調整される。
Examples of the organic solvent include aprotic high dielectric constant solvents such as ethylene carbonate, propylene carbonate, and fluoroethylene carbonate; aprotic acids such as dimethyl carbonate and ethyl methyl carbonate; and aprotic esters such as propionic acid esters. Low viscosity solvent. It is desirable to use these aprotic high dielectric constant solvents and aprotic low viscosity solvents in combination at an appropriate mixing ratio. Furthermore, ionic liquids using imidazolium, ammonium, and pyridinium type cations can be used. The counter anion is not particularly limited, and examples thereof include BF 4 , PF 6 , (CF 3 SO 2 ) 2 N − and the like. The ionic liquid can be used by mixing with the organic solvent described above.
The concentration of the lithium salt in the electrolytic solution is preferably 0.5 to 2.0 M from the viewpoint of electrical conductivity. The conductivity of the electrolyte at 25 ° C. is preferably 0.01 S / m or more, and is adjusted by the type of electrolyte salt or its concentration.

電解質を固体電解質やゲル電解質とする場合には、ポリ(ビニリデンフルオライド)等を高分子材料として含有することが可能である。
更に、本実施形態の電解液中には、必要に応じて各種添加剤を添加してもよい。添加剤としては、例えば、サイクル寿命向上を目的としたビニレンカーボネート、メチルビニレンカーボネート等や、過充電防止を目的としたビフェニル、アルキルビフェニル等や、脱酸や脱水を目的とした各種カーボネート化合物、各種カルボン酸無水物、各種含窒素及び含硫黄化合物が挙げられる。
When the electrolyte is a solid electrolyte or gel electrolyte, poly (vinylidene fluoride) or the like can be contained as a polymer material.
Furthermore, you may add various additives in the electrolyte solution of this embodiment as needed. Examples of additives include vinylene carbonate and methyl vinylene carbonate for the purpose of improving cycle life, biphenyl and alkyl biphenyl for the purpose of preventing overcharge, various carbonate compounds for the purpose of deoxidation and dehydration, Carboxylic anhydride, various nitrogen-containing and sulfur-containing compounds can be mentioned.

「ケース」
ケース50は、その内部に積層体40及び電解液を密封するものである。ケース50は、電解液の外部への漏出や、外部からのリチウムイオン二次電池100内部への水分等の侵入等を抑止できる物であれば特に限定されない。
"Case"
The case 50 seals the laminated body 40 and the electrolytic solution therein. The case 50 is not particularly limited as long as it can suppress leakage of the electrolytic solution to the outside and entry of moisture and the like into the lithium ion secondary battery 100 from the outside.

例えば、ケース50として、図1に示すように、金属箔52を高分子膜54で両側からコーティングした金属ラミネートフィルムを利用できる。金属箔52としては例えばアルミ箔を、高分子膜54としてはポリプロピレン等の膜を利用できる。例えば、外側の高分子膜54の材料としては融点の高い高分子、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリアミド等が好ましく、内側の高分子膜54の材料としてはポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)等が好ましい。   For example, as the case 50, as shown in FIG. 1, a metal laminate film in which a metal foil 52 is coated with a polymer film 54 from both sides can be used. For example, an aluminum foil can be used as the metal foil 52 and a film such as polypropylene can be used as the polymer film 54. For example, the material of the outer polymer film 54 is preferably a polymer having a high melting point, such as polyethylene terephthalate (PET) or polyamide, and the material of the inner polymer film 54 is polyethylene (PE) or polypropylene (PP). Etc. are preferred.

「リード」
リード60、62は、アルミ等の導電材料から形成されている。そして、公知の方法により、リード60、62を正極集電体22、負極集電体32にそれぞれ溶接し、正極20の正極活物質層24と負極30の負極活物質層34との間にセパレータ10を挟んだ状態で、電解液と共にケース50内に挿入し、ケース50の入り口をシールする。
"Lead"
The leads 60 and 62 are made of a conductive material such as aluminum. Then, the leads 60 and 62 are respectively welded to the positive electrode current collector 22 and the negative electrode current collector 32 by a known method, and a separator is provided between the positive electrode active material layer 24 of the positive electrode 20 and the negative electrode active material layer 34 of the negative electrode 30. 10 is inserted into the case 50 together with the electrolyte, and the entrance of the case 50 is sealed.

[リチウムイオン二次電池の製造方法]
次に、リチウムイオン二次電池100を製造する方法について具体的に説明する。
[Method for producing lithium ion secondary battery]
Next, a method for manufacturing the lithium ion secondary battery 100 will be specifically described.

まず、負極活物質、バインダー及び溶媒を混合して塗料を作製する。必要に応じ導電材を更に加えても良い。溶媒としては例えば、水、N−メチル−2−ピロリドン等を用いることができる。負極活物質、導電材、バインダーの構成比率は、質量比で65wt%〜98wt%:0wt%〜20wt%:2.0wt%〜35wt%であることが好ましい。これらの質量比は、全体で100wt%となるように調整される。   First, a negative electrode active material, a binder, and a solvent are mixed to prepare a paint. A conductive material may be further added as necessary. As the solvent, for example, water, N-methyl-2-pyrrolidone or the like can be used. The constituent ratio of the negative electrode active material, the conductive material, and the binder is preferably 65 wt% to 98 wt%: 0 wt% to 20 wt%: 2.0 wt% to 35 wt% in mass ratio. These mass ratios are adjusted so as to be 100 wt% as a whole.

塗料を構成するこれらの成分の混合方法は特に制限されず、混合順序もまた特に制限されない。上記塗料を、負極集電体32に塗布する。塗布方法としては、特に制限はなく、通常電極を作製する場合に採用される方法を用いることができる。例えば、スリットダイコート法、ドクターブレード法が挙げられる。正極についても、同様に正極集電体22上に正極用の塗料を塗布する。   The mixing method of these components constituting the paint is not particularly limited, and the mixing order is not particularly limited. The paint is applied to the negative electrode current collector 32. There is no restriction | limiting in particular as an application | coating method, The method employ | adopted when producing an electrode normally can be used. Examples thereof include a slit die coating method and a doctor blade method. Similarly, the positive electrode paint is applied on the positive electrode current collector 22 for the positive electrode.

続いて、正極集電体22及び負極集電体32上に塗布された塗料中の溶媒を除去する。除去方法は特に限定されない。例えば、塗料が塗布された正極集電体22及び負極集電体32を、80℃〜150℃の雰囲気下で乾燥させればよい。   Subsequently, the solvent in the paint applied on the positive electrode current collector 22 and the negative electrode current collector 32 is removed. The removal method is not particularly limited. For example, the positive electrode current collector 22 and the negative electrode current collector 32 to which the paint is applied may be dried in an atmosphere of 80 ° C. to 150 ° C.

そして、このようにして正極活物質層24、負極活物質層34が形成された電極を必要に応じ、ロールプレス装置等によりプレス処理を行う。   Then, the electrode on which the positive electrode active material layer 24 and the negative electrode active material layer 34 are formed in this way is subjected to a press treatment by a roll press device or the like as necessary.

次いで、正極活物質層24を有する正極20と、負極活物質層34を有する負極30と、正極と負極との間に介在するセパレータ10と、電解液と、をケース50内に封入する。   Next, the positive electrode 20 having the positive electrode active material layer 24, the negative electrode 30 having the negative electrode active material layer 34, the separator 10 interposed between the positive electrode and the negative electrode, and the electrolytic solution are sealed in a case 50.

例えば、正極20と、負極30と、セパレータ10とを積層し、正極20及び負極30を、積層方向に対して垂直な方向から、プレス器具で加熱加圧し、正極20、セパレータ10、及び負極30を密着させる。そして、例えば、予め作製した袋状のケース50に、積層体40を入れる。   For example, the positive electrode 20, the negative electrode 30, and the separator 10 are stacked, and the positive electrode 20 and the negative electrode 30 are heated and pressed with a press tool from a direction perpendicular to the stacking direction, and the positive electrode 20, the separator 10, and the negative electrode 30. Adhere. For example, the laminated body 40 is put into a bag-like case 50 prepared in advance.

最後に電解液をケース50内に注入することにより、リチウムイオン二次電池が作製される。なお、ケースに電解液を注入するのではなく、積層体40を電解液に含浸させてもよい。   Finally, the lithium ion secondary battery is manufactured by injecting the electrolytic solution into the case 50. Instead of injecting the electrolytic solution into the case, the laminate 40 may be impregnated with the electrolytic solution.

上述のように、本実施形態にかかる負極活物質は、負極活物質粒子の少なくとも一部が、チタンとリチウムとを含む特定のリチウム含有チタン酸化物を含む被膜で被覆されているので、導電性とLiイオンの伝導性が高くなると考えられる。このため、本実施形態にかかる負極活物質を含む負極30を用いたリチウムイオン二次電池100は、初期の充放電効率に優れる。   As described above, the negative electrode active material according to the present embodiment is conductive because at least a part of the negative electrode active material particles is coated with a film containing a specific lithium-containing titanium oxide containing titanium and lithium. It is thought that the conductivity of Li ions increases. For this reason, the lithium ion secondary battery 100 using the negative electrode 30 including the negative electrode active material according to the present embodiment is excellent in the initial charge / discharge efficiency.

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。   Although the embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the drawings, the configurations and combinations of the embodiments in the embodiments are examples, and the addition and omission of configurations are within the scope not departing from the gist of the present invention. , Substitutions, and other changes are possible.

[実施例1]
2−エトキシエタノール100mLに、アセトニトリル30mLを投入し、次いでマグネシウムエトキシド[Mg(OC]0.015gを投入した後、マグネチックスターラーで撹拌した。マグネシウムエトキシドが溶解した後、チタン(IV)テトラブトキシド,モノマー[Ti(OC]5.0gを投入し、1時間撹拌してマグネシウムエトキシドとチタン(IV)テトラブトキシドの混合溶液を調製した。この溶液をA液とした。
2−エトキシエタノール100mLに、アセトニトリル30mLを投入し、次いでSi粉末(平均粒径1μm)100gを投入し、1時間撹拌した。次いで28%濃度のアンモニア水7mLを投入し、5分間撹拌して、Si粉末の分散液を調製した。この分散液をB液とした。
[Example 1]
30 mL of acetonitrile was added to 100 mL of 2-ethoxyethanol, and then 0.015 g of magnesium ethoxide [Mg (OC 2 H 5 ) 2 ] was added, followed by stirring with a magnetic stirrer. After magnesium ethoxide is dissolved, 5.0 g of titanium (IV) tetrabutoxide and monomer [Ti (OC 4 H 9 ) 4 ] are added and stirred for 1 hour to mix magnesium ethoxide and titanium (IV) tetrabutoxide. A solution was prepared. This solution was designated as solution A.
30 mL of acetonitrile was added to 100 mL of 2-ethoxyethanol, and then 100 g of Si powder (average particle size 1 μm) was added and stirred for 1 hour. Next, 7 mL of 28% strength aqueous ammonia was added and stirred for 5 minutes to prepare a dispersion of Si powder. This dispersion was designated as B liquid.

次に、B液を撹拌しながら、B液にA液を投入し、その後、さらに1時間撹拌を続けてマグネシウムエトキシドとチタン(IV)テトラブトキシドを、アンモニア水中の水分によって加水分解および縮重合させて、Si粉末の表面にマグネシウムを含むチタン酸化物のゾルの被膜を形成させた。撹拌後、25℃で30分間静置した。次いで、ろ過によりゾルの被膜が形成されたSi粉末を回収し、純水とエタノールで洗浄した後、150℃の真空乾燥オーブンにて乾燥して、マグネシウムを含むチタン酸化物の被膜を有する被膜付Si粉末を得た。   Next, while stirring the liquid B, the liquid A is added to the liquid B, and then the stirring is continued for another hour to hydrolyze and polycondensate magnesium ethoxide and titanium (IV) tetrabutoxide with water in the ammonia water. Thus, a titanium oxide sol film containing magnesium was formed on the surface of the Si powder. After stirring, the mixture was allowed to stand at 25 ° C. for 30 minutes. Next, the Si powder on which the sol film was formed by filtration was recovered, washed with pure water and ethanol, and then dried in a vacuum drying oven at 150 ° C., with a film having a titanium oxide film containing magnesium. Si powder was obtained.

次いで、得られた被膜付Si粉末を、濃度0.1mol/Lの塩酸水溶液100mLに投入し、15分間浸漬して、被膜中のマグネシウムの全てをマグネシウムイオンとして溶出させた。その後、ろ過によりSi粉末を回収し、純水で5分間洗浄した。次いで、洗浄した被膜付Si粉末を、pHを10に調整した濃度0.04mol/Lの水酸化リチウム水溶液100mLに投入し、15分間浸漬して、マグネシウムイオンが溶出して生成した欠陥サイトにリチウムイオンを挿入した。その後、ろ過により被膜付Si粉末を回収した。回収した被膜付Si粉末を、純水で2分間洗浄した後、150℃の真空乾燥オーブンで乾燥し、これを実施例1の負極活物質とした。なお、これまでの作業は、ドライルーム内にて行った。   Next, the obtained coated Si powder was put into 100 mL of a 0.1 mol / L hydrochloric acid aqueous solution and immersed for 15 minutes to elute all the magnesium in the coating as magnesium ions. Thereafter, the Si powder was recovered by filtration and washed with pure water for 5 minutes. Next, the washed coated Si powder was put into 100 mL of a lithium hydroxide aqueous solution having a pH adjusted to 10 and having a concentration of 0.04 mol / L, immersed for 15 minutes, and lithium ions were dissolved at the defect sites generated by elution of magnesium ions. Ions were inserted. Thereafter, the coated Si powder was recovered by filtration. The recovered coated Si powder was washed with pure water for 2 minutes and then dried in a vacuum drying oven at 150 ° C., and this was used as the negative electrode active material of Example 1. The work so far was performed in a dry room.

[比較例1]
実施例1で用いたSi粉末(平均粒径1μm)を、比較例1の負極活物質とした。
[Comparative Example 1]
The Si powder (average particle size 1 μm) used in Example 1 was used as the negative electrode active material of Comparative Example 1.

[比較例2]
2−エトキシエタノール100mLに、アセトニトリル30mLを投入し、チタン(IV)テトラブトキシド,モノマー[Ti(OC]5.0gを投入し、1時間撹拌してチタン(IV)テトラブトキシドの溶液を調製した。この溶液をA液とした。
実施例1と同様にしてSi粉末の分散液を調製し、この分散液をB液とした。
次に、B液を撹拌しながら、B液にA液を投入し、その後、さらに1時間撹拌を続けてチタン(IV)テトラブトキシドを、アンモニア水中の水分によって加水分解および縮重合させて、Si粉末の表面にチタン酸化物のゾルの被膜を形成させた。撹拌後、25℃で30分間静置した。次いで、ろ過によりゾルの被膜が形成されたSi粉末を回収し、純水とエタノールで洗浄した後、150℃の真空乾燥オーブンにて乾燥して、チタン酸化物の被膜を有する被膜付Si粉末を作製し、これを比較例2の負極活物質とした。
[Comparative Example 2]
30 mL of acetonitrile is added to 100 mL of 2-ethoxyethanol, 5.0 g of titanium (IV) tetrabutoxide and monomer [Ti (OC 4 H 9 ) 4 ] are added, and the mixture is stirred for 1 hour, and titanium (IV) tetrabutoxide is added. A solution was prepared. This solution was designated as solution A.
A Si powder dispersion was prepared in the same manner as in Example 1, and this dispersion was designated as Liquid B.
Next, while the liquid B is being stirred, the liquid A is added to the liquid B, and then the stirring is continued for another hour to hydrolyze and polycondense titanium (IV) tetrabutoxide with water in the ammonia water. A titanium oxide sol film was formed on the surface of the powder. After stirring, the mixture was allowed to stand at 25 ° C. for 30 minutes. Next, the Si powder on which the sol film was formed by filtration was collected, washed with pure water and ethanol, and then dried in a vacuum drying oven at 150 ° C. to obtain a coated Si powder having a titanium oxide film. The negative electrode active material of Comparative Example 2 was prepared.

[実施例2〜8、比較例3]
マグネシウムエトキシドの投入量を変えて、実施例1で得られたマグネシウムを含むチタン酸化物の被膜を有する被膜付Si粉末とは、マグネシウムの含有量が異なる被膜付Si粉末を得て、これを塩酸水溶液と水酸化リチウム水溶液に浸漬したこと以外は、実施例1と同様にして被膜付Si粉末を作製し、これを実施例2〜8および比較例3の負極活物質とした。
[Examples 2 to 8, Comparative Example 3]
By changing the amount of magnesium ethoxide input, the coated Si powder having a titanium oxide film containing magnesium obtained in Example 1 was obtained to obtain a coated Si powder having a different magnesium content. A coated Si powder was prepared in the same manner as in Example 1 except that it was immersed in an aqueous hydrochloric acid solution and an aqueous lithium hydroxide solution, and used as negative electrode active materials in Examples 2 to 8 and Comparative Example 3.

[評価]
実施例1〜8および比較例1〜3で得られた負極活物質について、被膜の組成と充放電特性とを測定した。その結果を、下記の表1に示す。ただし、比較例1の負極活物質は被膜の組成は測定しなかった。
皮膜被膜の組成は下記の方法により測定した。充放電特性は、下記の方法により、負極活物質を用いて負極を作製し、この負極を用いて作製したハーフセルの充放電特性を測定した。
[Evaluation]
About the negative electrode active material obtained in Examples 1-8 and Comparative Examples 1-3, the composition of the film and the charge / discharge characteristics were measured. The results are shown in Table 1 below. However, the composition of the film of the negative electrode active material of Comparative Example 1 was not measured.
The composition of the coating film was measured by the following method. For the charge / discharge characteristics, a negative electrode was produced using a negative electrode active material by the following method, and the charge / discharge characteristics of a half cell produced using this negative electrode were measured.

(1)被膜の組成
被膜中のTi、Li、MgおよびOの含有量を、XPSを用いて測定し、各元素の合計量に対する含有量(原子%)を算出した。そして、得られた各元素の含有量(原子%)から、Si粉末の表面に形成された被膜の組成式を求めた。
(1) Composition of coating The content of Ti, Li, Mg and O in the coating was measured using XPS, and the content (atomic%) relative to the total amount of each element was calculated. And the composition formula of the film formed in the surface of Si powder was calculated | required from content (atom%) of each obtained element.

(2)負極の作製
負極活物質と、導電助剤としてのアセチレンブラック(AB)とを混合して混合粉末を得た。また、N−メチルピロリドン(NMP)にバインダーとしてのポリアミドイミド樹脂[日立化成社製、HPC−1000]を溶解させてバインダー溶液を調製した。負極活物質とABの混合粉末、およびバインダー溶液を混合してスラリーを調製した。負極活物質、ABおよびバインダー(固形分)の配合比は、質量比で80:5:15とした。調製したスラリーを、厚さ10μmの圧延銅箔(集電体)の表面にドクターブレードを用いて塗布し、圧延銅箔上に負極活物質層を形成した。その後、110℃で1時間乾燥し、負極活物質層からNMPを揮発させて除去した。乾燥後、ロールプレス機により、集電体と負極活物質層を強固に密着接合させた。これを300℃で1時間加熱硬化させて、活物質層の厚さが10μm程度の電極とした。
(2) Production of negative electrode A negative electrode active material and acetylene black (AB) as a conductive additive were mixed to obtain a mixed powder. Further, a polyamideimide resin [manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd., HPC-1000] as a binder was dissolved in N-methylpyrrolidone (NMP) to prepare a binder solution. A mixed powder of the negative electrode active material and AB, and a binder solution were mixed to prepare a slurry. The compounding ratio of the negative electrode active material, AB, and binder (solid content) was 80: 5: 15 by mass ratio. The prepared slurry was applied to the surface of a rolled copper foil (current collector) having a thickness of 10 μm using a doctor blade, and a negative electrode active material layer was formed on the rolled copper foil. Then, it dried at 110 degreeC for 1 hour and volatilized and removed NMP from the negative electrode active material layer. After drying, the current collector and the negative electrode active material layer were firmly and closely joined with a roll press. This was heated and cured at 300 ° C. for 1 hour to obtain an electrode having an active material layer thickness of about 10 μm.

(3)ハーフセルの作製
上記の(2)で作製した負極を評価極として用い、リチウムイオン二次電池(ハーフセル)を作製した。対極は、金属リチウム箔とした。その後、セパレータ(材質:ポリプロピレン)を評価極と対極との間に挟装して積層体とした。この積層体を電池ケースに収容した。また、電池ケースには、フルオロエチレンカーボネートとジメチルカーボネートとを4:6(体積比)で混合した混合溶媒にLiPFを1Mの濃度で溶解した非水電解質を注入した。電池ケースを密閉して、ハーフセルを得た。
(3) Production of half cell A lithium ion secondary battery (half cell) was produced using the negative electrode produced in (2) above as an evaluation electrode. The counter electrode was a metal lithium foil. Thereafter, a separator (material: polypropylene) was sandwiched between the evaluation electrode and the counter electrode to obtain a laminate. This laminated body was accommodated in the battery case. In addition, a non-aqueous electrolyte in which LiPF 6 was dissolved at a concentration of 1 M was injected into the battery case in a mixed solvent in which fluoroethylene carbonate and dimethyl carbonate were mixed at a volume ratio of 4: 6. The battery case was sealed to obtain a half cell.

(4)負極活物質の充放電評価
上記の(3)で作製したハーフセルについて、充放電試験[東洋システム社製、TOSCAT−3000]を行って、初期の充放電容量を評価した。まず25℃の温度環境のもと、金属Li基準で充電終止電圧0.01Vまで0.05Cの定電流で充電を行った後、放電終止電圧2.0Vまで0.05Cの定電流で放電を行う操作を1サイクルとし、このサイクルを2サイクル実施した。
その後、0.2Cの定電流で充放電評価を行った。充放電試験は、充電終止電圧0.01Vまで0.2Cの定電流で充電を行った後、放電終止電圧2.0Vまで0.2Cの定電流で放電を行う操作を1サイクルとした。表1に、1サイクル目の充電容量、放電容量、初期効率(=放電容量/充電容量×100)を示す。なお、「充電」は評価極の活物質がLiを吸蔵する方向、「放電」は評価極の活物質がLiを放出する方向である。また、充電容量および放電容量は、それぞれ負極活物質の単位質量あたりの容量である。
(4) Charge / Discharge Evaluation of Negative Electrode Active Material The half cell produced in (3) above was subjected to a charge / discharge test [TOSCAT-3000, manufactured by Toyo System Co., Ltd.] to evaluate the initial charge / discharge capacity. First, under a temperature environment of 25 ° C., the battery was charged with a constant current of 0.05 C to a final charge voltage of 0.01 V on the basis of metallic Li, and then discharged with a constant current of 0.05 C to a final discharge voltage of 2.0 V. The operation to be performed was defined as one cycle, and this cycle was performed twice.
Then, charge / discharge evaluation was performed at a constant current of 0.2C. In the charge / discharge test, after charging at a constant current of 0.2 C to a charge end voltage of 0.01 V, an operation of discharging at a constant current of 0.2 C to a discharge end voltage of 2.0 V was defined as one cycle. Table 1 shows the charge capacity, discharge capacity, and initial efficiency (= discharge capacity / charge capacity × 100) in the first cycle. “Charge” is the direction in which the active material of the evaluation electrode occludes Li, and “discharge” is the direction in which the active material of the evaluation electrode releases Li. Further, the charge capacity and the discharge capacity are the capacity per unit mass of the negative electrode active material, respectively.

Figure 2018190554
Figure 2018190554

表1から明らかなように、Liを本発明の範囲で含むリチウムチタン酸化物で被覆されたSi粉末を負極活物質として用いた実施例1〜8は、被膜を有しないSi粉末を負極活物質として用いた比較例1、酸化チタンで被覆されたSi粉末を負極活物質として用いた比較例2と比較して、初期の充放電効率が向上し、単位質量あたりの放電容量が向上した。これに対して、Liイオンを本発明の範囲よりも多く含むリチウムチタン酸化物で被覆されたSi粉末を負極活物質として用いた比較例3は、実施例1〜8と比較して、初期の充放電効率と単位質量あたりの充電容量および放電容量が低下した。   As is apparent from Table 1, Examples 1 to 8 using Si powder coated with lithium titanium oxide containing Li within the scope of the present invention as the negative electrode active material were obtained by using Si powder without a coating as the negative electrode active material. As compared with Comparative Example 1 used as Comparative Example 2 and Comparative Example 2 using Si powder coated with titanium oxide as a negative electrode active material, the initial charge / discharge efficiency was improved and the discharge capacity per unit mass was improved. On the other hand, Comparative Example 3 using Si powder coated with lithium titanium oxide containing more Li ions than the range of the present invention as the negative electrode active material was compared with Examples 1-8 in the initial stage. The charge / discharge efficiency, the charge capacity per unit mass, and the discharge capacity decreased.

[実施例9]
2−エトキシエタノール100mLに、アセトニトリル30mLを投入し、次いでマグネシウムエトキシド[Mg(OC]0.5gを投入した後、マグネチックスターラーで撹拌した。マグネシウムエトキシドが溶解した後、チタン(IV)テトラブトキシド,モノマー[Ti(OC]5.0gを投入し、1時間撹拌してマグネシウムエトキシドとチタン(IV)テトラブトキシドの混合溶液を調製した。この溶液をA液とした。
実施例1と同様にしてSi粉末の分散液を調製し、この分散液をB液とした。
[Example 9]
30 mL of acetonitrile was added to 100 mL of 2-ethoxyethanol, and then 0.5 g of magnesium ethoxide [Mg (OC 2 H 5 ) 2 ] was added, followed by stirring with a magnetic stirrer. After magnesium ethoxide is dissolved, 5.0 g of titanium (IV) tetrabutoxide and monomer [Ti (OC 4 H 9 ) 4 ] are added and stirred for 1 hour to mix magnesium ethoxide and titanium (IV) tetrabutoxide. A solution was prepared. This solution was designated as solution A.
A Si powder dispersion was prepared in the same manner as in Example 1, and this dispersion was designated as Liquid B.

次に、B液を撹拌しながら、B液にA液を投入し、その後、さらに1時間撹拌を続けてマグネシウムエトキシドとチタン(IV)テトラブトキシドを、アンモニア水中の水分によって加水分解および縮重合させて、Si粉末の表面にマグネシウムを含むチタン酸化物のゾルの被膜を形成させた。撹拌後、25℃で30分間静置した。次いで、ろ過によりゾルの被膜が形成されたSi粉末を回収し、純水とエタノールで洗浄した後、30℃の真空乾燥オーブンにて乾燥して、マグネシウムを含むチタン酸化物の被膜を有する被膜付Si粉末を得た。   Next, while stirring the liquid B, the liquid A is added to the liquid B, and then the stirring is continued for another hour to hydrolyze and polycondensate magnesium ethoxide and titanium (IV) tetrabutoxide with water in the ammonia water. Thus, a titanium oxide sol film containing magnesium was formed on the surface of the Si powder. After stirring, the mixture was allowed to stand at 25 ° C. for 30 minutes. Next, the Si powder on which the sol film was formed by filtration was recovered, washed with pure water and ethanol, and then dried in a vacuum drying oven at 30 ° C., with a film having a titanium oxide film containing magnesium. Si powder was obtained.

次いで、得られた被膜付Si粉末を、濃度0.01mol/Lの塩酸水溶液100mLに投入し、15分間浸漬して、被膜中のマグネシウムの一部をマグネシウムイオンとして溶出させた。その後、ろ過によりSi粉末を回収し、純水で5分間洗浄した。次いで、洗浄した被膜付Si粉末を、pHを10に調整した濃度0.04mol/Lの水酸化リチウム水溶液100mLに投入し、15分間浸漬して、マグネシウムイオンが溶出して生成した欠陥サイトにリチウムイオンを挿入した。その後、ろ過により被膜付Si粉末を回収した。回収した被膜付Si粉末を、純水で2分間洗浄した後、150℃の真空乾燥オーブンで乾燥し、これを実施例9の負極活物質とした。なお、これまでの作業は、ドライルーム内にて行った。   Next, the obtained coated Si powder was put in 100 mL of a hydrochloric acid aqueous solution having a concentration of 0.01 mol / L and immersed for 15 minutes to elute a part of magnesium in the coating as magnesium ions. Thereafter, the Si powder was recovered by filtration and washed with pure water for 5 minutes. Next, the washed coated Si powder was put into 100 mL of a lithium hydroxide aqueous solution having a pH adjusted to 10 and having a concentration of 0.04 mol / L, immersed for 15 minutes, and lithium ions were dissolved at the defect sites generated by elution of magnesium ions. Ions were inserted. Thereafter, the coated Si powder was recovered by filtration. The recovered coated Si powder was washed with pure water for 2 minutes and then dried in a vacuum drying oven at 150 ° C., and this was used as the negative electrode active material of Example 9. The work so far was performed in a dry room.

[実施例10〜16]
濃度0.01mol/Lの塩酸水溶液への浸漬時間を変えて、Li/Mgモル比が、下記の表2に記載の値となるように調整したこと以外は、実施例9と同様にして被膜付のSi粉末を作製し、これを実施例10〜の負極活物質とした。
[評価]
実施例9〜16で得られた負極活物質について、上記の方法により、被膜の組成と充放電特性とを測定した。その結果を、下記の表2に示す。
[Examples 10 to 16]
Coating was carried out in the same manner as in Example 9 except that the immersion time in an aqueous hydrochloric acid solution having a concentration of 0.01 mol / L was changed so that the Li / Mg molar ratio was adjusted to the value shown in Table 2 below. Attached Si powder was prepared and used as the negative electrode active material of Example 10.
[Evaluation]
About the negative electrode active material obtained in Examples 9-16, the composition and charging / discharging characteristic of the film were measured by the above method. The results are shown in Table 2 below.

Figure 2018190554
Figure 2018190554

表2から明らかなように、リチウムとマグネシウムとを本発明の範囲で含むリチウムチタン酸化物で被覆されたSi粉末を負極活物質として用いた実施例9〜16は、初期の充放電効率が向上し、単位質量あたりの放電容量が向上することが確認された。   As is apparent from Table 2, Examples 9 to 16 using Si powder coated with lithium titanium oxide containing lithium and magnesium within the scope of the present invention as the negative electrode active material have improved initial charge / discharge efficiency. It was confirmed that the discharge capacity per unit mass was improved.

[実施例17]
2−エトキシエタノール100mLに、アセトニトリル30mlを投入し、次いでアルミニウムsec−ブトキシド[Al(OCHCHCHCH]1.15gを投入した後、マグネチックスターラーで撹拌した。アルミニウムsec−ブトキシドが溶解した後、チタン(IV)テトラブトキシド,モノマー[Ti(OC]5.0gを投入し、1時間撹拌してアルミニウムsec−ブトキシドとチタン(IV)テトラブトキシドの混合溶液を調製した。この溶液をA液とした。
実施例1と同様にしてSi粉末の分散液を調製し、この分散液をB液とした。
[Example 17]
30 mL of acetonitrile was added to 100 mL of 2-ethoxyethanol, and then 1.15 g of aluminum sec-butoxide [Al (OCHCH 3 CH 2 CH 3 ) 3 ] was added, followed by stirring with a magnetic stirrer. After aluminum sec-butoxide is dissolved, 5.0 g of titanium (IV) tetrabutoxide and monomer [Ti (OC 4 H 9 ) 4 ] are added and stirred for 1 hour, and then aluminum sec-butoxide and titanium (IV) tetrabutoxide are added. A mixed solution was prepared. This solution was designated as solution A.
A Si powder dispersion was prepared in the same manner as in Example 1, and this dispersion was designated as Liquid B.

次に、B液を撹拌しながら、B液にA液を投入し、その後、さらに1時間撹拌を続けてアルミニウムsec−ブトキシドとチタン(IV)テトラブトキシドを、アンモニア水中の水分によって加水分解および縮重合させて、Si粉末の表面にアルミニウムを含むチタン酸化物のゾルの被膜を形成させた。撹拌後、25℃で30分間静置した。次いで、ろ過によりゾルの被膜が形成されたSi粉末を回収し、純水とエタノールで洗浄した後、30℃の真空乾燥オーブンにて乾燥して、アルミニウムを含むチタン酸化物の被膜を有する被膜付Si粉末を得た。   Next, while stirring the B liquid, the A liquid is added to the B liquid, and then the stirring is continued for another hour to hydrolyze and shrink aluminum sec-butoxide and titanium (IV) tetrabutoxide with water in the ammonia water. Polymerization was performed to form a titanium oxide sol film containing aluminum on the surface of the Si powder. After stirring, the mixture was allowed to stand at 25 ° C. for 30 minutes. Next, the Si powder on which the sol film was formed by filtration was recovered, washed with pure water and ethanol, and then dried in a vacuum drying oven at 30 ° C., with a film having a titanium oxide film containing aluminum. Si powder was obtained.

次いで、得られた被膜付Si粉末を、濃度0.01mol/Lの塩酸水溶液100mLに投入し、15分間浸漬して、被膜中のアルミニウムの一部をアルミニウムイオンとして溶出させた。その後、ろ過により被膜付Si粉末を回収し、純水で5分間洗浄した。次いで、洗浄した被膜付Si粉末を、pHを10に調整した濃度0.04mol/Lの水酸化リチウム水溶液100mLに投入し、15分間浸漬して、アルミニウムイオンが溶出して生成した欠陥サイトにリチウムイオンを挿入した。その後、ろ過により被膜付Si粉末を回収した。回収した被膜付Si粉末を、純水で2分間洗浄した後、150℃の真空乾燥オーブンで乾燥し、これを実施例17の負極活物質とした。なお、これまでの作業は、ドライルーム内にて行った。   Next, the obtained coated Si powder was put in 100 mL of a hydrochloric acid aqueous solution having a concentration of 0.01 mol / L and immersed for 15 minutes to elute a part of aluminum in the coating as aluminum ions. Thereafter, the coated Si powder was collected by filtration and washed with pure water for 5 minutes. Next, the washed coated Si powder is put into 100 mL of a lithium hydroxide aqueous solution having a pH adjusted to 10 and having a concentration of 0.04 mol / L, immersed for 15 minutes, and lithium ions are dissolved into the defect sites generated by elution of aluminum ions. Ions were inserted. Thereafter, the coated Si powder was recovered by filtration. The recovered coated Si powder was washed with pure water for 2 minutes and then dried in a vacuum drying oven at 150 ° C., and this was used as the negative electrode active material of Example 17. The work so far was performed in a dry room.

[実施例18〜24]
濃度0.01mol/Lの塩酸水溶液への浸漬時間を変えて、Li/Alモル比が、下記の表3に記載の値となるように調整したこと以外は、実施例17と同様にして被膜付のSi粉末を作製し、これを実施例18〜24の負極活物質とした。
[評価]
実施例17〜24で得られた負極活物質について、上記の方法により、被膜の組成と充放電特性とを測定した。その結果を、下記の表3に示す。
[Examples 18 to 24]
Coating was carried out in the same manner as in Example 17 except that the immersion time in an aqueous hydrochloric acid solution having a concentration of 0.01 mol / L was changed so that the Li / Al molar ratio was adjusted to the value shown in Table 3 below. Attached Si powder was prepared and used as negative electrode active materials of Examples 18 to 24.
[Evaluation]
About the negative electrode active material obtained in Examples 17-24, the composition and charge / discharge characteristic of the film were measured by the above method. The results are shown in Table 3 below.

Figure 2018190554
Figure 2018190554

表3から明らかなように、リチウムとアルミニウムとを本発明の範囲で含むリチウムチタン酸化物で被覆されたSi粉末を負極活物質として用いた実施例17〜24は、初期の充放電効率が向上し、単位質量あたりの放電容量が向上することが確認された。   As is apparent from Table 3, Examples 17 to 24 using Si powder coated with lithium titanium oxide containing lithium and aluminum within the scope of the present invention as the negative electrode active material have improved initial charge / discharge efficiency. It was confirmed that the discharge capacity per unit mass was improved.

[実施例25]
2−エトキシエタノール100mLに、アセトニトリル30mlを投入し、次いでカルシウムメトキシド[Ca(OCH]0.44gを投入した後、マグネチックスターラーで撹拌した。カルシウムメトキシドが溶解した後、チタン(IV)テトラブトキシド,モノマー[Ti(OC]5.0gを投入し、1時間撹拌してカルシウムメトキシドとチタン(IV)テトラブトキシドの混合溶液を調製した。この溶液をA液とした。
実施例1と同様にしてSi粉末の分散液を調製し、この分散液をB液とした。
[Example 25]
30 mL of acetonitrile was added to 100 mL of 2-ethoxyethanol, and then 0.44 g of calcium methoxide [Ca (OCH 3 ) 2 ] was added, followed by stirring with a magnetic stirrer. After calcium methoxide is dissolved, 5.0 g of titanium (IV) tetrabutoxide and monomer [Ti (OC 4 H 9 ) 4 ] is added and stirred for 1 hour to mix calcium methoxide and titanium (IV) tetrabutoxide. A solution was prepared. This solution was designated as solution A.
A Si powder dispersion was prepared in the same manner as in Example 1, and this dispersion was designated as Liquid B.

次に、B液を撹拌しながら、B液にA液を投入し、その後、さらに1時間撹拌を続けてカルシウムメトキシドとチタン(IV)テトラブトキシドを、アンモニア水中の水分によって加水分解および縮重合させて、Si粉末の表面にカルシウムを含むチタン酸化物のゾルの被膜を形成させた。撹拌後、25℃で30分間静置した。次いで、ろ過によりゾルの被膜が形成されたSi粉末を回収し、純水とエタノールで洗浄した後、30℃の真空乾燥オーブンにて乾燥して、カルシウムを含むチタン酸化物の被膜を有する被膜付Si粉末を得た。   Next, while stirring the B liquid, the A liquid is added to the B liquid, and then the stirring is continued for another hour to hydrolyze and polycondensate calcium methoxide and titanium (IV) tetrabutoxide with water in the ammonia water. Thus, a titanium oxide sol film containing calcium was formed on the surface of the Si powder. After stirring, the mixture was allowed to stand at 25 ° C. for 30 minutes. Next, the Si powder on which the sol film was formed by filtration was collected, washed with pure water and ethanol, and then dried in a vacuum drying oven at 30 ° C., with a film having a titanium oxide film containing calcium. Si powder was obtained.

次いで、得られた被膜付Si粉末を、濃度0.01mol/Lの塩酸水溶液100mLに投入し、15分間浸漬して、被膜中のカルシウムの一部をカルシウムイオンとして溶出させた。その後、ろ過により被膜付Si粉末を回収し、純水で5分間洗浄した。次いで、洗浄したSi粉末を、pHを10に調整した濃度0.04mol/Lの水酸化リチウム水溶液100mLに投入し、15分間浸漬して、カルシウムイオンが溶出して生成した欠陥サイトにリチウムイオンを挿入した。その後、ろ過により被膜付Si粉末を回収した。回収した被膜付Si粉末を、純水で2分間洗浄した後、150℃の真空乾燥オーブンで乾燥し、これを実施例25の負極活物質とした。なお、これまでの作業は、ドライルーム内にて行った。   Next, the obtained coated Si powder was put into 100 mL of an aqueous hydrochloric acid solution having a concentration of 0.01 mol / L and immersed for 15 minutes to elute a part of calcium in the coating as calcium ions. Thereafter, the coated Si powder was collected by filtration and washed with pure water for 5 minutes. Next, the cleaned Si powder is put into 100 mL of a lithium hydroxide aqueous solution having a pH adjusted to 10 and having a concentration of 0.04 mol / L, immersed for 15 minutes, and calcium ions are eluted to generate lithium ions at the defect sites. Inserted. Thereafter, the coated Si powder was recovered by filtration. The recovered coated Si powder was washed with pure water for 2 minutes and then dried in a vacuum drying oven at 150 ° C., and this was used as the negative electrode active material of Example 25. The work so far was performed in a dry room.

[実施例26〜32]
濃度0.01mol/Lの塩酸水溶液への浸漬時間を変えて、Li/Caモル比が、下記の表4に記載の値となるように調整したこと以外は、実施例25と同様にして被膜付のSi粉末を作製し、これを実施例26〜32の負極活物質とした。
[評価]
実施例25〜32で得られた負極活物質について、上記の方法により、被膜の組成と充放電特性とを測定した。その結果を、下記の表4に示す。
[Examples 26 to 32]
Coating was carried out in the same manner as in Example 25 except that the immersion time in an aqueous hydrochloric acid solution having a concentration of 0.01 mol / L was changed so that the Li / Ca molar ratio was adjusted to the value described in Table 4 below. Attached Si powder was prepared and used as negative electrode active materials of Examples 26 to 32.
[Evaluation]
About the negative electrode active material obtained in Examples 25-32, the composition of the film and the charge / discharge characteristics were measured by the above method. The results are shown in Table 4 below.

Figure 2018190554
Figure 2018190554

表4から明らかなように、リチウムとカルシウムとを本発明の範囲で含むリチウムチタン酸化物で被覆されたSi粉末を負極活物質として用いた実施例25〜32は、初期の充放電効率が向上し、単位質量あたりの放電容量が向上することが確認された。   As is apparent from Table 4, Examples 25 to 32 using Si powder coated with lithium titanium oxide containing lithium and calcium within the scope of the present invention as the negative electrode active material have improved initial charge / discharge efficiency. It was confirmed that the discharge capacity per unit mass was improved.

[実施例33]
2−エトキシエタノール100mLに、アセトニトリル30mlを投入し、次いでジルコニウム(IV)テトラブトキシド[Zr(CO)]1.98gを投入した後、マグネチックスターラーで撹拌した。ジルコニウム(IV)テトラブトキシドが溶解した後、チタン(IV)テトラブトキシド,モノマー[Ti(OC]5.0gを投入し、1時間撹拌してジルコニウム(IV)テトラブトキシドとチタン(IV)テトラブトキシドの混合溶液を調製した。この溶液をA液とした。
実施例1と同様にしてSi粉末の分散液を調製し、この分散液をB液とした。
[Example 33]
30 mL of acetonitrile was added to 100 mL of 2-ethoxyethanol, and then 1.98 g of zirconium (IV) tetrabutoxide [Zr (C 4 H 9 O) 4 ] was added, followed by stirring with a magnetic stirrer. After the dissolution of zirconium (IV) tetrabutoxide, 5.0 g of titanium (IV) tetrabutoxide and monomer [Ti (OC 4 H 9 ) 4 ] are added, and the mixture is stirred for 1 hour, and zirconium (IV) tetrabutoxide and titanium ( IV) A mixed solution of tetrabutoxide was prepared. This solution was designated as solution A.
A Si powder dispersion was prepared in the same manner as in Example 1, and this dispersion was designated as Liquid B.

次に、B液を撹拌しながら、B液にA液を投入し、その後、さらに1時間撹拌を続けてジルコニウム(IV)テトラブトキシドとチタン(IV)テトラブトキシドを、アンモニア水中の水分によって加水分解および縮重合させて、Si粉末の表面にジルコニウムを含むチタン酸化物のゾルの被膜を形成させた。撹拌後、25℃で30分間静置した。次いで、ろ過によりゾルの被膜が形成されたSi粉末を回収し、純水とエタノールで洗浄した後、30℃の真空乾燥オーブンにて乾燥して、ジルコニウムを含むチタン酸化物の被膜を有する被膜付Si粉末を得た。   Next, while stirring the B liquid, the A liquid is added to the B liquid, and then the stirring is further continued for 1 hour to hydrolyze zirconium (IV) tetrabutoxide and titanium (IV) tetrabutoxide with water in the ammonia water. Then, a polycondensation was performed to form a titanium oxide sol film containing zirconium on the surface of the Si powder. After stirring, the mixture was allowed to stand at 25 ° C. for 30 minutes. Next, the Si powder on which the sol film was formed by filtration was collected, washed with pure water and ethanol, and then dried in a vacuum drying oven at 30 ° C., with a film having a titanium oxide film containing zirconium. Si powder was obtained.

次いで、得られた被膜付Si粉末を、濃度0.01mol/Lの塩酸水溶液100mLに投入し、15分間浸漬して、被膜中のジルコニウムの一部をジルコニウムイオンとして溶出させた。その後、ろ過により被膜付Si粉末を回収し、純水で5分間洗浄した。次いで、洗浄した被膜付Si粉末を、pHを10に調整した濃度0.04mol/Lの水酸化リチウム水溶液100mLに投入し、15分間浸漬して、ジルコニウムイオンが溶出して生成した欠陥サイトにリチウムイオンを挿入した。その後、ろ過により被膜付Si粉末を回収した。回収した被膜付Si粉末を、純水で2分間洗浄した後、150℃の真空乾燥オーブンで乾燥し、これを実施例33の負極活物質とした。なお、これまでの作業は、ドライルーム内にて行った。   Next, the obtained coated Si powder was put into 100 mL of a 0.01 mol / L hydrochloric acid aqueous solution and immersed for 15 minutes to elute a part of zirconium in the coating as zirconium ions. Thereafter, the coated Si powder was collected by filtration and washed with pure water for 5 minutes. Next, the washed coated Si powder was put into 100 mL of a lithium hydroxide aqueous solution having a pH adjusted to 10 and having a concentration of 0.04 mol / L, immersed for 15 minutes, and lithium ions were dissolved into the defect sites generated by elution of zirconium ions. Ions were inserted. Thereafter, the coated Si powder was recovered by filtration. The recovered coated Si powder was washed with pure water for 2 minutes and then dried in a vacuum drying oven at 150 ° C., and this was used as the negative electrode active material of Example 33. The work so far was performed in a dry room.

[実施例34〜40]
濃度0.01mol/Lの塩酸水溶液への浸漬時間を変えて、Li/Zrモル比が、下記の表5に記載の値となるように調整したこと以外は、実施例33と同様にして被膜付のSi粉末を作製し、これを実施例31〜36の負極活物質とした。
[評価]
実施例34〜40で得られた負極活物質について、上記の方法により、被膜の組成と充放電特性とを測定した。その結果を、下記の表5に示す。
[Examples 34 to 40]
Coating was carried out in the same manner as in Example 33 except that the immersion time in an aqueous hydrochloric acid solution having a concentration of 0.01 mol / L was changed so that the Li / Zr molar ratio was adjusted to the value shown in Table 5 below. Attached Si powder was prepared and used as the negative electrode active material of Examples 31-36.
[Evaluation]
About the negative electrode active material obtained in Examples 34-40, the composition and charge / discharge characteristic of the film were measured by the above method. The results are shown in Table 5 below.

Figure 2018190554
Figure 2018190554

表5から明らかなように、リチウムとジルコニウムとを本発明の範囲で含むリチウムチタン酸化物で被覆されたSi粉を負極活物質として用いた実施例33〜40は、初期の充放電効率が向上し、単位質量あたりの放電容量が向上することが確認された。   As is apparent from Table 5, Examples 33 to 40 using Si powder coated with lithium titanium oxide containing lithium and zirconium within the scope of the present invention as the negative electrode active material have improved initial charge / discharge efficiency. It was confirmed that the discharge capacity per unit mass was improved.

[実施例41]
2−エトキシエタノール100mLに、アセトニトリル30mlを投入し、次いでナトリウムエトキシド(NaOC)0.27gを投入した後、マグネチックスターラーで撹拌した。ナトリウムエトキシドが溶解した後、チタン(IV)テトラブトキシド,モノマー[Ti(OC]5.0gを投入し、1時間撹拌してナトリウムエトキシドとチタン(IV)テトラブトキシドの混合溶液を調製した。この溶液をA液とした。
実施例1と同様にしてSi粉末の分散液を調製し、この分散液をB液とした。
[Example 41]
30 mL of acetonitrile was added to 100 mL of 2-ethoxyethanol, and then 0.27 g of sodium ethoxide (NaOC 2 H 5 ) was added, followed by stirring with a magnetic stirrer. After sodium ethoxide is dissolved, 5.0 g of titanium (IV) tetrabutoxide and monomer [Ti (OC 4 H 9 ) 4 ] are added and stirred for 1 hour to mix sodium ethoxide and titanium (IV) tetrabutoxide. A solution was prepared. This solution was designated as solution A.
A Si powder dispersion was prepared in the same manner as in Example 1, and this dispersion was designated as Liquid B.

次に、B液を撹拌しながら、B液にA液を投入し、その後、さらに1時間撹拌を続けてナトリウムエトキシドとチタン(IV)テトラブトキシドを、アンモニア水中の水分によって加水分解および縮重合させて、Si粉末の表面にナトリウムを含むチタン酸化物のゾルの被膜を形成させた。撹拌後、25℃で30分間静置した。次いで、ろ過によりゾルの被膜が形成されたSi粉末を回収し、純水とエタノールで洗浄した後、30℃の真空乾燥オーブンにて乾燥して、ナトリウムを含むチタン酸化物の被膜を有する被膜付Si粉末を得た。   Next, while stirring the B liquid, the A liquid is added to the B liquid, and then the stirring is continued for another hour to hydrolyze and polycondensate sodium ethoxide and titanium (IV) tetrabutoxide with water in the ammonia water. Thus, a titanium oxide sol film containing sodium was formed on the surface of the Si powder. After stirring, the mixture was allowed to stand at 25 ° C. for 30 minutes. Next, the Si powder on which the sol film was formed by filtration was collected, washed with pure water and ethanol, and then dried in a vacuum drying oven at 30 ° C., with a film having a titanium oxide film containing sodium. Si powder was obtained.

次いで、得られた被膜付Si粉末を、濃度0.01mol/Lの塩酸水溶液100mLに投入し、15分間浸漬して、被膜中のナトリウムの一部をナトリウムイオンとして溶出させた。その後、ろ過により被膜付Si粉末を回収し、純水で5分間洗浄した。次いで、洗浄した被膜付Si粉末を、pHを10に調整した濃度0.04mol/Lの水酸化リチウム水溶液100mLに投入し、15分間浸漬して、ナトリウムイオンが溶出して生成した欠陥サイトにリチウムイオンを挿入した。その後、ろ過により被膜付Si粉末を回収した。回収した被膜付Si粉末を、純水で2分間洗浄した後、150℃の真空乾燥オーブンで乾燥し、これを実施例41の負極活物質とした。なお、これまでの作業は、ドライルーム内にて行った。   Next, the obtained coated Si powder was put into 100 mL of a hydrochloric acid aqueous solution having a concentration of 0.01 mol / L and immersed for 15 minutes to elute a part of sodium in the coating as sodium ions. Thereafter, the coated Si powder was collected by filtration and washed with pure water for 5 minutes. Next, the washed coated Si powder was put into 100 mL of a lithium hydroxide aqueous solution with a pH adjusted to 10 and having a concentration of 0.04 mol / L, immersed for 15 minutes, and lithium ions were dissolved into the generated defect sites. Ions were inserted. Thereafter, the coated Si powder was recovered by filtration. The recovered coated Si powder was washed with pure water for 2 minutes and then dried in a vacuum drying oven at 150 ° C., and this was used as the negative electrode active material of Example 41. The work so far was performed in a dry room.

[実施例42〜48]
濃度0.01mol/Lの塩酸水溶液への浸漬時間を変えて、Li/Zrモル比が、下記の表6に記載の値となるように調整したこと以外は、実施例33と同様にして被膜付のSi粉末を作製し、これを実施例42〜48の負極活物質とした。
[評価]
実施例41〜48で得られた負極活物質について、上記の方法により、被膜の組成と充放電特性とを測定した。その結果を、下記の表6に示す。
[Examples 42 to 48]
Coating was carried out in the same manner as in Example 33 except that the immersion time in an aqueous hydrochloric acid solution having a concentration of 0.01 mol / L was changed so that the Li / Zr molar ratio was adjusted to the value shown in Table 6 below. Attached Si powder was produced and used as negative electrode active materials of Examples 42 to 48.
[Evaluation]
About the negative electrode active material obtained in Examples 41-48, the composition of the film and the charge / discharge characteristics were measured by the above method. The results are shown in Table 6 below.

Figure 2018190554
Figure 2018190554

表6から明らかなように、リチウムとナトリウムとを本発明の範囲で含むリチウムチタン酸化物で被覆されたSi粉を負極活物質として用いた実施例41〜48は、初期の充放電効率が向上し、単位質量あたりの放電容量が向上することが確認された。   As is clear from Table 6, Examples 41 to 48 using Si powder coated with lithium titanium oxide containing lithium and sodium within the scope of the present invention as the negative electrode active material have improved initial charge / discharge efficiency. It was confirmed that the discharge capacity per unit mass was improved.

10…セパレータ、20…正極、22…正極集電体、24…正極活物質層、30…負極、32…負極集電体、34…負極活物質層、40…積層体、50…ケース、52…金属箔、54…高分子膜、60,62…リード、100…リチウムイオン二次電池   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Separator, 20 ... Positive electrode, 22 ... Positive electrode collector, 24 ... Positive electrode active material layer, 30 ... Negative electrode, 32 ... Negative electrode collector, 34 ... Negative electrode active material layer, 40 ... Laminate, 50 ... Case, 52 ... Metal foil, 54 ... Polymer film, 60, 62 ... Lead, 100 ... Lithium ion secondary battery

Claims (8)

リチウムイオンの吸蔵および放出が可能な活物質粒子と、前記活物質粒子の表面の少なくとも一部に備えられた被膜とを有し、
前記被膜が、下記式(1)で表されるリチウム含有チタン酸化物を含むリチウムイオン二次電池用負極活物質:
Ti1−x/4−a/4−2b/4−3c/4−dLi ・・・(1)
ただし、式(1)中、Aは、KおよびNaからなる群より選ばれる一つ以上の1価金属であり、Bは、Mg、CaおよびSrからなる群より選ばれる一つ以上の2価金属であり、Cは、Al、Y、LaおよびBiからなる群より選ばれる一つ以上の3価金属であり、Dは、Zr、Si、Hf、SnおよびGeからなる群より選ばれる一つ以上の4価金属であり、xは、0<x≦0.60を満たす数であり、aは、0≦a≦0.27を満たす数であり、bは、0≦b≦0.27を満たす数であり、cは、0≦c≦0.27を満たす数であり、dは、0≦d≦0.27を満たす数である。
Active material particles capable of occluding and releasing lithium ions, and a coating provided on at least a part of the surface of the active material particles,
The negative electrode active material for a lithium ion secondary battery, wherein the coating film includes a lithium-containing titanium oxide represented by the following formula (1):
Ti 1-x / 4-a / 4-2b / 4-3c / 4-d Li x A a B b C c D d O 2 (1)
However, in Formula (1), A is one or more monovalent metals selected from the group consisting of K and Na, and B is one or more divalents selected from the group consisting of Mg, Ca and Sr. C is one or more trivalent metals selected from the group consisting of Al, Y, La and Bi, and D is one selected from the group consisting of Zr, Si, Hf, Sn and Ge The above tetravalent metals, x is a number satisfying 0 <x ≦ 0.60, a is a number satisfying 0 ≦ a ≦ 0.27, and b is 0 ≦ b ≦ 0.27. C is a number that satisfies 0 ≦ c ≦ 0.27, and d is a number that satisfies 0 ≦ d ≦ 0.27.
前記リチウム含有チタン酸化物が、Mg、Ca、Al、Zrのうちの少なくとも一つの金属を含む請求項1に記載のリチウムイオン二次電池用負極活物質。   The negative electrode active material for a lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the lithium-containing titanium oxide contains at least one metal of Mg, Ca, Al, and Zr. 前記式(1)中の前記aが0<a≦0.27を満たす数であり、前記xと前記aの比x/aが0.07以上60以下の範囲にある請求項1に記載のリチウムイオン二次電池用負極活物質。   The a in the formula (1) is a number satisfying 0 <a ≦ 0.27, and the ratio x / a between the x and the a is in a range of 0.07 or more and 60 or less. Negative electrode active material for lithium ion secondary battery. 前記式(1)中の前記bが0<b≦0.27を満たす数であり、前記xと前記bの比x/bが0.07以上60以下の範囲にある請求項1に記載のリチウムイオン二次電池用負極活物質。   The b in the formula (1) is a number satisfying 0 <b ≦ 0.27, and a ratio x / b between the x and the b is in a range of 0.07 or more and 60 or less. Negative electrode active material for lithium ion secondary battery. 前記式(1)中の前記cが0<c≦0.27を満たす数であり、前記xと前記cの比x/cが0.07以上60以下の範囲にある請求項1に記載のリチウムイオン二次電池用負極活物質。   The c in the formula (1) is a number satisfying 0 <c ≦ 0.27, and a ratio x / c between the x and the c is in a range of 0.07 or more and 60 or less. Negative electrode active material for lithium ion secondary battery. 前記式(1)中の前記dが0<d≦0.27を満たす数であり、前記xと前記dの比x/dが0.07以上60以下の範囲にある請求項1に記載のリチウムイオン二次電池用負極活物質。   The d in the formula (1) is a number satisfying 0 <d ≦ 0.27, and a ratio x / d between the x and the d is in a range of 0.07 or more and 60 or less. Negative electrode active material for lithium ion secondary battery. 負極集電体と、前記負極集電体の少なくとも一方の面に設けられた負極活物質層とを有する負極であって、
前記負極活物質層が、請求項1〜6のいずれか一項に記載のリチウムイオン二次電池用負極活物質を含むリチウムイオン二次電池用負極。
A negative electrode having a negative electrode current collector and a negative electrode active material layer provided on at least one surface of the negative electrode current collector,
The negative electrode for lithium ion secondary batteries in which the said negative electrode active material layer contains the negative electrode active material for lithium ion secondary batteries as described in any one of Claims 1-6.
正極と、負極と、前記正極と前記負極との間に介在するセパレータと、電解質とを備えたリチウムイオン二次電池であって、
前記負極が、請求項7に記載のリチウムイオン二次電池用負極であるリチウムイオン二次電池。
A lithium ion secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode, a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode, and an electrolyte,
The lithium ion secondary battery whose said negative electrode is a negative electrode for lithium ion secondary batteries of Claim 7.
JP2017090550A 2017-04-28 2017-04-28 Negative electrode active material for lithium ion secondary battery, negative electrode for lithium ion secondary battery and lithium ion secondary battery Active JP6946719B2 (en)

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