JP2019145291A - Negative electrode for lithium ion secondary battery, and lithium ion secondary battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、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ものである。 The present invention relates to 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、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池等と比べ、軽量、高容量であるため、携帯電子機器用電源として広く応用されている。また、近年ではハイブリッド自動車や、電気自動車用に搭載される電源として使用されている。そして、近年の携帯電子機器の小型化、高機能化に伴い、これらの電源となるリチウムイオン二次電池への更なる高容量化が期待されている。 Lithium ion secondary batteries are widely applied as power sources for portable electronic devices because they are lighter and have a higher capacity than nickel cadmium batteries, nickel metal hydride batteries, and the like. In recent years, it has been used as a power source mounted for hybrid vehicles and electric vehicles. With the recent miniaturization and higher functionality of portable electronic devices, further increase in capacity is expected for lithium ion secondary batteries that serve as these power sources.
現在、リチウムイオン二次電池の負極活物質として、黒鉛等の炭素材料が多く使用されている。近年では黒鉛よりも放電容量の大きいシリコン(Si)やSiO等の合金系負極活物質が数多く検討されている。しかしこれら合金系負極活物質は、黒鉛よりも放電容量が大きいことに加えて、充放電反応に伴う体積膨張も大きく、黒鉛に比べて粒子の割れや、孤立化が起こりやすいことからサイクル特性の低下が顕著であった。 Currently, carbon materials such as graphite are often used as negative electrode active materials for lithium ion secondary batteries. In recent years, a large number of alloy-based negative electrode active materials such as silicon (Si) and SiO having a larger discharge capacity than graphite have been studied. However, these alloy-based negative electrode active materials have a larger discharge capacity than graphite, and also have a large volume expansion associated with the charge / discharge reaction, and are more susceptible to particle cracking and isolation than graphite. The decrease was significant.
特許文献1、2には、合金負極に金属元素を添加し電子伝導性を向上させることで、電極断面内において均一に充放電反応させることが可能となりサイクル特性が向上することが開示されている。 Patent Documents 1 and 2 disclose that by adding a metal element to an alloy negative electrode to improve electron conductivity, a charge / discharge reaction can be uniformly performed in an electrode cross section, and cycle characteristics are improved. .
特許文献3には、充放電反応に寄与しないリチウムシリケート層を負極集電体と負極活物質層との界面に形成させることで、集電体と活物質層間に十分な密着強度が得られサイクル特性が向上することが開示されている。 In Patent Document 3, a lithium silicate layer that does not contribute to the charge / discharge reaction is formed at the interface between the negative electrode current collector and the negative electrode active material layer, whereby sufficient adhesion strength is obtained between the current collector and the active material layer. It is disclosed that the characteristics are improved.
しかし上記の先行技術に開示される方法では十分なサイクル特性は得られておらず、更なる改善が求められている。 However, the method disclosed in the above prior art does not provide sufficient cycle characteristics, and further improvement is required.
本発明は、このような実情のもとに創案されたものであって、サイクル特性に優れたリチウムイオン二次電池用負極およびリチウムイオン二次電池を提供することを目的とする。 The present invention has been developed under such circumstances, and an object thereof is to provide a negative electrode for a lithium ion secondary battery and a lithium ion secondary battery excellent in cycle characteristics.
上記目的を達成するために本発明に係るリチウムイオン二次電池用負極は、負極集電体の主面の少なくとも一方に負極活物質層を備え、前期負極活物質層は、ケイ素、炭素を含む負極活物質粒子を有し、前記負極活物質粒子の断面は、アルゴンレーザーラマンスペクトルにおいて、450±20cm−1にピークAを有し、前記活物質粒子の断面の周辺部は、アルゴンレーザーラマンスペクトルにおいて、1575±15cm−1にピークG、1350±15cm−1にピークDと、を有し、前記ピークG、前記ピークDの強度比G/Dが、0.5<G/D<2であることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a negative electrode for a lithium ion secondary battery according to the present invention includes a negative electrode active material layer on at least one of main surfaces of a negative electrode current collector, and the previous negative electrode active material layer contains silicon and carbon. The negative electrode active material particles have a cross section, and the cross section of the negative electrode active material particles has a peak A at 450 ± 20 cm −1 in the argon laser Raman spectrum, and the periphery of the cross section of the active material particles has an argon laser Raman spectrum. in, 1575 anda peak D in peak G, 1350 ± 15cm -1 to ± 15cm -1, the peak G, the intensity ratio G / D of the peak D is at 0.5 <G / D <2 It is characterized by being.
活物質粒子断面が、アルゴンレーザーラマンスペクトルにおいて450±20cm−1にピークAを有することで、活物質粒子内の非晶質部分がLi+イオンの良好な伝導パスとなり、かつ、活物質粒子断面の周辺部において、1575±15cm−1にピークG、1350±15cm−1にピークDと、を有し、ピークGとピークDの強度比G/Dが、0.5<G/D<2であることで、負極活物質粒子へ、導電パスである炭素による良好な電子の授受が行われると推察される。 Since the cross section of the active material particle has a peak A at 450 ± 20 cm −1 in the argon laser Raman spectrum, the amorphous portion in the active material particle becomes a good conduction path for Li + ions, and the cross section of the active material particle in the periphery, 1575 anda peak D in peak G, 1350 ± 15cm -1 to ± 15cm -1, intensity ratio G / D peak G and peak D is, 0.5 <G / D <2 Therefore, it is presumed that good electrons are transferred to and from the negative electrode active material particles by carbon as a conductive path.
前記負極活物質粒子の平均一次粒径は0.1μm以上20μm以下であることが好ましい。 The average primary particle size of the negative electrode active material particles is preferably 0.1 μm or more and 20 μm or less.
かかる構成により、サイクル特性が改善される。この作用効果は必ずしも明確ではないが、前記範囲の負極活物質粒子を使用することで、活物質の微粉化、割れを抑制できサイクル特性がより向上すると推察している。 With such a configuration, cycle characteristics are improved. Although this effect is not necessarily clear, it is presumed that the use of the negative electrode active material particles in the above range can suppress the pulverization and cracking of the active material and further improve the cycle characteristics.
前記負極活物質層は、黒鉛を含有することが好ましい。 The negative electrode active material layer preferably contains graphite.
かかる構成により、サイクル特性が改善される。前記ケイ素材料に対してLi吸蔵に際する体積膨張の小さい黒鉛とを混合することで負極活物質層の剥離、崩壊が緩和されサイクル特性がより向上する。 With such a configuration, cycle characteristics are improved. When the silicon material is mixed with graphite having a small volume expansion during Li occlusion, peeling and collapse of the negative electrode active material layer are alleviated, and cycle characteristics are further improved.
本発明によれば、サイクル特性に優れた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 for lithium ion secondary batteries and the lithium ion secondary battery which were excellent in cycling characteristics can be provided.
以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。また以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに以下に記載した構成要素は、適宜組み合わせることができる。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited to the following embodiment. The constituent elements described below include those that can be easily assumed by those skilled in the art and those that are substantially the same. Furthermore, the constituent elements described below can be appropriately combined.
(リチウムイオン二次電池)
図1に、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池100の構成断面図を示す。リチウムイオン二次電池100は、外装体50と外装体の内部に設けられた正極10および負極20と、これらの間に配置されたセパレータ18を介して積層されることで形成される電極体30と電解質を含む非水電解液から構成され、上記セパレータ18は充放電時における正負極間でのリチウムイオンの移動媒体である上記非水電解液を保持する。さらに、負極20に一方の端部が電気的に接続されると共に他方の端部が外装体の外部に突出される負極リード62と、正極10に一方の端部が電気的に接続されると共に他方の端部が外装体の外部に突出される正極リード60とを備える。
(Lithium ion secondary battery)
FIG. 1 shows a cross-sectional configuration diagram of a lithium ion
リチウムイオン二次電池の形状としては、特に制限はなく、例えば、円筒型、角型、コイン型、偏平型、ラミネートフィルム型など、いずれであってもよい。以下に示す実施例では、アルミラミネートフィルム型電池を作製し評価する。 There is no restriction | limiting in particular as a shape of a lithium ion secondary battery, For example, any, such as a cylindrical type, a square type, a coin type, a flat type, a laminate film type, may be sufficient. In the following examples, an aluminum laminated film type battery is produced and evaluated.
上記正極10は、リチウムイオンを吸蔵・放出する正極活物質と、導電助剤と、バインダーとを含む正極活物質層14を正極集電体12の少なくとも一方の主面に備えて構成されており、上記負極20は、リチウムイオンを吸蔵・放出する負極活物質と、導電助剤と、バインダーとを含む負極活物質層24を負極集電体22の少なくとも一方の主面に備えて構成されている。
The
(負極)
本実施形態の負極20に形成される負極活物質層24は、負極活物質、バインダー、導電助剤を含有している。
(Negative electrode)
The negative electrode
この負極活物質層24は、負極活物質、バインダー、導電助剤及び溶媒を含む塗料を負極集電体22上に塗布し、負極集電体22上に塗布された塗料中の溶媒を除去することにより製造することができる。
For the negative electrode
本実施形態に係るリチウムイオン二電池用負極は、負極集電体の主面の少なくとも一方に負極活物質層を備え、前期負極活物質層は、ケイ素、炭素を含む負極活物質粒子を有し、前記負極活物質粒子の断面は、アルゴンレーザーラマンスペクトルにおいて、450±20cm−1にピークAを有し、前記活物質粒子の断面の周辺部は、アルゴンレーザーラマンスペクトルにおいて、1575±15cm−1にピークG、1350±15cm−1にピークDと、を有し、前記ピークG、前記ピークDの強度比G/Dが、0.5<G/D<2である。 The negative electrode for a lithium ion battery according to this embodiment includes a negative electrode active material layer on at least one of the main surfaces of the negative electrode current collector, and the negative electrode active material layer includes negative electrode active material particles containing silicon and carbon. The cross section of the negative electrode active material particles has a peak A at 450 ± 20 cm −1 in the argon laser Raman spectrum, and the periphery of the cross section of the active material particles is 1575 ± 15 cm −1 in the argon laser Raman spectrum. The peak G has a peak D at 1350 ± 15 cm −1 , and the intensity ratio G / D of the peak G and the peak D is 0.5 <G / D <2.
負極活物質粒子の断面にが、アルゴンレーザーラマンスペクトルにおいて450±20cm−1にピークAを有し、負極活物質粒子の断面の周辺部が、アルゴンレーザーラマンスペクトルにおいて1575±15cm−1にピークGと1350±15cm−1にピークDと、を有し、ピークGとDの強度比G/Dが、0.5<G/D<2の関係を満たすことにより、充放電に伴う電子のパスとLiイオンのパスを適正に保つことができるため、サイクル特性が向上する。 The cross section of the negative electrode active material particle has a peak A at 450 ± 20 cm −1 in the argon laser Raman spectrum, and the peripheral portion of the cross section of the negative electrode active material particle has a peak G at 1575 ± 15 cm −1 in the argon laser Raman spectrum. And a peak D at 1350 ± 15 cm −1 , and the intensity ratio G / D between the peaks G and D satisfies the relationship of 0.5 <G / D <2, so that the electron path associated with charge / discharge Therefore, the cycle characteristics are improved.
本実施形態に係る負極活物質粒子の断面における周辺部とは、負極活物質粒子の断面において、負極活物質粒子の表面から中心までの距離を4等分した際に、表面から1/4の領域を周辺部とする。 The peripheral portion in the cross section of the negative electrode active material particle according to the present embodiment is a quarter of the distance from the surface to the center of the negative electrode active material particle in the cross section of the negative electrode active material particle. Let the region be the periphery.
本実施形態に係る負極活物質粒子の平均一次粒径は0.1μm以上20μm以下であることが好ましい。 The average primary particle size of the negative electrode active material particles according to this embodiment is preferably 0.1 μm or more and 20 μm or less.
これにより活物質の微粉化、割れを抑制できサイクル特性がより向上する。 Thereby, pulverization and cracking of the active material can be suppressed, and the cycle characteristics are further improved.
本実施形態に係る負極活物質粒子はSiOx(0<x≦2)で表される酸化ケイ素を有することが好ましい。 The negative electrode active material particles according to the present embodiment preferably include silicon oxide represented by SiO x (0 <x ≦ 2).
本実施形態に係る負極活物質粒子は、表面が炭素により被覆されていることが好ましい。 The negative electrode active material particles according to this embodiment preferably have a surface coated with carbon.
炭素による被覆法としては、特に限定されないが、物理蒸着法、化学蒸着法、メカニカルミリング、溶融塩炭素めっき法、熱プラズマ法などが挙げられ、溶融塩炭素めっき法、熱プラズマ法で炭素被覆することが好ましい。 Although it does not specifically limit as a coating method by carbon, Physical vapor deposition method, chemical vapor deposition method, mechanical milling, molten salt carbon plating method, thermal plasma method etc. are mentioned, and carbon coating is carried out by molten salt carbon plating method and thermal plasma method. It is preferable.
これにより、負極活物質粒子表面における電解液との過剰な反応が抑制されサイクル特性がより向上するとともに、負極活物質層において、良好な導電パスを形成することができる。 As a result, excessive reaction with the electrolytic solution on the surface of the negative electrode active material particles is suppressed, cycle characteristics are further improved, and a favorable conductive path can be formed in the negative electrode active material layer.
本実施形態に係る負極活物質層は、黒鉛材料を含有することが好ましい。 The negative electrode active material layer according to this embodiment preferably contains a graphite material.
黒鉛材料としては、リチウムイオン二次電池に用いることが出来る公知の炭素材料を用いることができ、天然黒鉛、人造黒鉛、メソカーボンマイクロビーズ(MCMB)等が挙げられる。これらの黒鉛材料は、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。 As the graphite material, a known carbon material that can be used for a lithium ion secondary battery can be used, and examples thereof include natural graphite, artificial graphite, and mesocarbon microbeads (MCMB). These graphite materials may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together.
本実施形態に係る黒鉛材料の混合量は、負極活物質の重量比d1と黒鉛材料の重量比d2とした時、0.4≦d1/d2≦2.3の範囲であることが好ましい。 The mixing amount of the graphite material according to the present embodiment is preferably in the range of 0.4 ≦ d1 / d2 ≦ 2.3 when the weight ratio d1 of the negative electrode active material and the weight ratio d2 of the graphite material are set.
負極活物質層24中の負極活物質の含有量は、負極活物質、導電助剤及びバインダーの質量の和を基準にして、50〜95質量%であることが好ましく、75〜93質量%であることがより好ましい。上記の範囲であれば、大きな容量をもつ負極を得られる。
The content of the negative electrode active material in the negative electrode
(測定方法)
本実施形態に係る活物質粒子の断面におけるラマンスペクトルは、532nmの波長を有するアルゴンイオンレーザーを用いて測定することができる。
(Measuring method)
The Raman spectrum in the cross section of the active material particles according to the present embodiment can be measured using an argon ion laser having a wavelength of 532 nm.
負極断面は、電池を乾燥Arグローブボックス内で解体し、負極を切り出し、大気非暴露断面ミリングホルダーにセットして、大気非暴露の状態で、Arミリング装置で研磨した後に、大気非暴露状態でArグローブボックス内に戻し、ガーネット板でレーザーが透過できるようにした待機非暴露測定冶具により、大気非暴露の状態で、活物質粒子断面のラマンスペクトルを測定することができる。 For the negative electrode cross section, the battery is disassembled in a dry Ar glove box, the negative electrode is cut out, set in an air non-exposed cross-section milling holder, polished in an air non-exposed state with an Ar milling device, and then in an air non-exposed state. The Raman spectrum of the active material particle cross-section can be measured in a non-exposed state of the atmosphere with a stand-by non-exposed measuring jig that is returned to the Ar glove box and allows the laser to pass through the garnet plate.
以下に本実施形態に係るラマンスペクトルの具体的な測定方法を記載する。 A specific method for measuring the Raman spectrum according to the present embodiment will be described below.
(断面試料の作製)
本実施形態に係る負極の活物質層断面試料は、乾燥Ar雰囲気下のグローブボックス内でリチウムイオン二次電池を解体して負極を取り出し、炭酸ジメチルで洗浄し、真空乾燥させ、大気非暴露の状態でArイオンミリング装置に装着して作製する。
(Production of cross-section sample)
The cross-sectional sample of the active material layer of the negative electrode according to the present embodiment was disassembled from the lithium ion secondary battery in a glove box in a dry Ar atmosphere, the negative electrode was taken out, washed with dimethyl carbonate, vacuum dried, and exposed to the atmosphere. It is prepared by mounting it in an Ar ion milling device.
(レーザーラマン分光分析)
本実施形態に係る負極活物質におけるラマン散乱スペクトルのピークの測定方法は次の通りである。まず、日本分光社製NRS−7100を使用し、波長532nmのグリーンレーザーおよびラマン分光法を用いて、減光器を用いて1mW以下の照射強度になるように調整し測定する。
(Laser Raman spectroscopic analysis)
The method for measuring the peak of the Raman scattering spectrum in the negative electrode active material according to this embodiment is as follows. First, NRS-7100 manufactured by JASCO Corporation is used, and a green laser with a wavelength of 532 nm and Raman spectroscopy are used to adjust and measure to an irradiation intensity of 1 mW or less using a dimmer.
ラマン散乱スペクトルは、横軸にラマンシフトの波数(cm−1)、縦軸に得られたラマン散乱強度を示すグラフである。このグラフを用いて、波数500〜900cm−1の範囲内でラマン散乱強度が最小となる点Pと、波数1900〜2300cm−1の範囲内でラマン散乱強度が最小となる点Qとを求め、これら点P及び点Qを通る直線をベースイン(BL)と規定し、波数900〜1900cm−1のグラフからベースライン以下のピークを除いたグラフに補正する。 The Raman scattering spectrum is a graph showing the Raman shift wavenumber (cm −1 ) on the horizontal axis and the Raman scattering intensity obtained on the vertical axis. Using this graph, we determined the point P Raman scattering intensity is minimum, and a point Q Raman scattering intensity in a range of wavenumber 1900~2300Cm -1 is minimized within the range of wave numbers 500~900Cm -1, A straight line passing through these points P and Q is defined as base-in (BL), and is corrected to a graph obtained by removing peaks below the baseline from the graph of wave numbers 900 to 1900 cm −1 .
次に、補正後のグラフにおいて、それぞれの範囲内におけるピークを特定する。なお、1330cm−1〜1355cm−1の範囲内にピークを有するという事は、ラマン散乱スペクトルにおいてベースラインを引いたときに、そのベースラインに対して上に凸状のスペクトルが存在し、半値幅が5cm−1以上150cm−1以下である凸状のスペクトルが上述した範囲内に含まれることを意味し、その範囲内で最高ラマン散乱強度を示すラマンシフト位置が上述した範囲内に含まれることを意味する。さらに、範囲内に凸状のスペクトルが複数ある場合、それぞれの範囲おける最もラマン散乱強度が強い凸状のスペクトルを、それぞれの範囲におけるラマン散乱スペクトルのピークとすれば良い。 Next, the peak in each range is specified in the corrected graph. Incidentally, the fact that a peak in the range of 1330cm -1 ~1355cm -1, upon subtracting the baseline in the Raman scattering spectrum, the spectrum of the convex exists on for the baseline, half width There it means that the convex spectrum is 5 cm -1 or more 150 cm -1 or less is comprised in the range described above, the Raman shift position indicating the maximum Raman scattering intensity within the range are included within the range mentioned above Means. Furthermore, when there are a plurality of convex spectra in the range, the convex spectrum having the strongest Raman scattering intensity in each range may be set as the peak of the Raman scattering spectrum in each range.
イオンミリングによって作製した負極断面は、大気非暴露状態でArグローブボックス内に戻し、ガーネット板でレーザーが透過できるようにした待機非暴露測定冶具により、大気非暴露の状態で、活物質粒子断面のラマンスペクトルを測定することができる。 The negative electrode cross-section produced by ion milling is returned to the Ar glove box in the non-exposed state of the atmosphere, and the active non-exposed state of the cross-section of the active material particles in the non-exposed state of the atmosphere by a stand-by non-exposed measurement jig that allows the laser to pass through the garnet plate. A Raman spectrum can be measured.
(バインダー)
バインダーは、負極活物質同士を結合すると共に、負極活物質と集電体22とを結合している。バインダーは、上述の結合が可能なものであれば特に限定されない。例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)等のフッ素樹脂、セルロース、スチレン・ブタジエンゴム、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリアクリル酸、ポリアクリロニトリル、ポリアルギン酸等を用いることができる。
(binder)
The binder binds the negative electrode active materials to the
負極活物質層24中のバインダーの含有量は、負極活物質、導電助剤及びバインダーの質量の和を基準にして、1〜30質量%であることが好ましく、5〜15質量%であることがより好ましい。上記の範囲であれば大きな容量をもつ負極を得られる。
The content of the binder in the negative electrode
(導電助剤)
導電助剤としては負極活物質層24の導電性を良好にするものであれば特に限定されず、公知の導電助剤を使用できる。例えば、アセチレンブラック、ファーネスブラック、チャンネルブラック、サーマルブラック等のカーボンブラック、気相成長炭素繊維(VGCF)、カーボンナノチューブ等の炭素繊維、およびグラファイトなどの炭素材料が挙げられ、これらの1種または2種以上を用いることができる。
(Conductive aid)
The conductive aid is not particularly limited as long as the conductivity of the negative electrode
負極活物質層24中の導電助剤の含有量も特に限定されないが、添加する場合には通常、負極活物質、導電助剤及びバインダーの質量の和を基準にして、1〜10質量%であることが好ましい。
The content of the conductive auxiliary in the negative electrode
(溶媒)
溶媒としては、前述の負極活物質、導電助剤、バインダーを塗料化できる物であれば特に限定されないが、例えば、N−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルホルムアミド等を用いることができる。
(solvent)
The solvent is not particularly limited as long as it can form the above-described negative electrode active material, conductive additive, and binder. For example, N-methyl-2-pyrrolidone, N, N-dimethylformamide, and the like can be used. .
(負極集電体)
負極集電体22は、導電性の板材で厚みの薄いものであることが好ましく、厚みが8〜30μmの金属箔であることが好ましい。負極集電体22は、リチウムと合金化しない材料から形成されていることが好ましく、特に好ましい材料としては、銅が挙げられる。このような銅箔としては電解銅箔が挙げられる。電解銅箔は、例えば、銅イオンが溶解された電解液中に金属製のドラムを浸漬し、これを回転させながら電流を流すことにより、ドラムの表面に銅を析出させ、これを剥離して得られる銅箔である。
(Negative electrode current collector)
The negative electrode
また、鋳造した銅塊を所望の厚さに圧延することによって製造される圧延銅箔であってもよく、圧延銅箔の表面に電解法により銅を析出させ表面を粗面化した銅箔であっても良い。 Moreover, the rolled copper foil manufactured by rolling the cast copper lump to desired thickness may be sufficient, and copper is deposited on the surface of the rolled copper foil by an electrolytic method, and the surface is roughened. There may be.
このように、上述した負極活物質、バインダー、導電助剤及び溶媒を含む塗料を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。 Thus, there is no restriction | limiting in particular as an application | coating method which apply | coats the coating material containing a negative electrode active material, a binder, a conductive support agent, and a solvent mentioned above, 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.
(負極活物質層)
負極集電体22上に塗布された塗料中の溶媒を除去する方法は特に限定されず、塗料が塗布された負極集電体22を、例えば80℃〜150℃で乾燥させればよい。
(Negative electrode active material layer)
The method for removing the solvent in the paint applied on the negative electrode
そして、このようにして負極活物質層24が形成された負極20を、その後、必要に応じて、例えば、ロールプレス装置等によりプレス処理すればよい。ロールプレスの線圧は例えば、100〜5000kgf/cmとすることができる。
Then, the
(非水電解液)
非水電解液は、非水溶媒に電解質が溶解されており、非水溶媒として環状カーボネートと、鎖状カーボネートと、を含有してもよい。
(Nonaqueous electrolyte)
The nonaqueous electrolytic solution has an electrolyte dissolved in a nonaqueous solvent, and may contain a cyclic carbonate and a chain carbonate as a nonaqueous solvent.
環状カーボネートとしては、電解質を溶媒和することができるものであれば特に限定されず、公知の環状カーボネートを使用できる。例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート及びブチレンカーボネートなどを用いることができる。 The cyclic carbonate is not particularly limited as long as it can solvate the electrolyte, and a known cyclic carbonate can be used. For example, ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, and the like can be used.
鎖状カーボネートとしては、環状カーボネートの粘性を低下させることができるものであれば特に限定されず、公知の鎖状カーボネートを使用できる。例えば、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネートが挙げられる。その他、酢酸メチル、酢酸エチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、γ−ブチロラクトン、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、フルオロエチレンカーボネートに代表されるフッ素化炭酸エチレン類などを混合して使用してもよい。耐酸化性を上げる点からは、フルオロエチレンカーボネートを用いるのが特に好ましい。 The chain carbonate is not particularly limited as long as the viscosity of the cyclic carbonate can be reduced, and a known chain carbonate can be used. Examples thereof include diethyl carbonate, dimethyl carbonate, and ethyl methyl carbonate. In addition, methyl acetate, ethyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, γ-butyrolactone, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, fluorinated ethylene carbonates typified by fluoroethylene carbonate, etc. May be used. From the viewpoint of increasing the oxidation resistance, it is particularly preferable to use fluoroethylene carbonate.
非水溶媒中の環状カーボネートと鎖状カーボネートの割合は体積にして1:9〜1:1にすることが好ましい。 The ratio of the cyclic carbonate and the chain carbonate in the non-aqueous solvent is preferably 1: 9 to 1: 1 by volume.
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。 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.
電解質としては、例えば、LiPF6、LiClO4、LiBF4、LiCF3SO3、LiCF3、CF2SO3、LiC(CF3SO2)3、LiN(CF3SO2)2、LiN(CF3CF2SO2)2、LiN(CF3SO2)(C4F9SO2)、LiN(CF3CF2CO)2、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、導電性の観点から、LiPF6を含むことが好ましい。 Examples of the electrolyte include 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 Lithium salts such as CF 2 SO 2 ) 2 , LiN (CF 3 SO 2 ) (C 4 F 9 SO 2 ), LiN (CF 3 CF 2 CO) 2 , 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 conductivity.
LiPF6を非水溶媒に溶解する際は、非水電解液中の電解質の濃度を、0.5〜2.0mol/Lに調整することが好ましい。電解質の濃度が0.5mol/L以上であると、非水電解液の導電性を充分に確保することができ、充放電時に十分な容量が得られやすい。また、電解質の濃度が2.0mol/L以内に抑えることで、非水電解液の粘度上昇を抑え、リチウムイオンの移動度を充分に確保することができ、充放電時に十分な容量が得られやすくなる。 When LiPF 6 is dissolved in a non-aqueous solvent, the concentration of the electrolyte in the non-aqueous electrolyte is preferably adjusted to 0.5 to 2.0 mol / L. When the concentration of the electrolyte is 0.5 mol / L or more, the conductivity of the nonaqueous electrolytic solution can be sufficiently secured, and a sufficient capacity can be easily obtained during charging and discharging. Moreover, by suppressing the electrolyte concentration to within 2.0 mol / L, it is possible to suppress an increase in the viscosity of the non-aqueous electrolyte, to sufficiently secure the mobility of lithium ions, and to obtain a sufficient capacity during charging and discharging. It becomes easy.
LiPF6をその他の電解質と混合する場合にも、非水電解液中のリチウムイオン濃度が0.5〜2.0mol/Lに調整することが好ましく、LiPF6からのリチウムイオン濃度がその50mol%以上含まれることがさらに好ましい。 Even when LiPF 6 is mixed with another electrolyte, the lithium ion concentration in the non-aqueous electrolyte is preferably adjusted to 0.5 to 2.0 mol / L, and the lithium ion concentration from LiPF 6 is 50 mol%. More preferably, it is contained.
(正極)
本実施形態の正極10は、正極集電体12の片面または両面に、正極活物質を含む正極活物質層14が形成された構造を有している。正極活物質層14は、負極製造方法と同様の工程にて、正極活物質、バインダー、導電助剤及び溶媒を含む塗料を正極集電体12上に塗布し、正極集電体12上に塗布された塗料中の溶媒を除去することにより製造することができる。
(Positive electrode)
The
正極活物質としては、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、リチウムイオンと該リチウムイオンのカウンターアニオン(例えば、ClO4 −)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であれば特に限定されず、公知の電極活物質材料を使用できる。例えば、コバルト酸リチウム(LiCoO2)、ニッケル酸リチウム(LiNiO2)、リチウムマンガンスピネル(LiMn2O4)、及び、一般式:LiNixCoyMnzO2(x+y+z=1)で表される複合金属酸化物、リチウムバナジウム化合物(LiV2O5)、LiMPO4(ただし、Mは、Co、Ni、Mn、FeまたはVOを示す)が挙げられる。 Examples of the positive electrode active material include occlusion and release of lithium ions, desorption and insertion (intercalation) of lithium ions, or doping and dedoping of lithium ions and counter anions of the lithium ions (for example, ClO 4 − ). Is not particularly limited as long as it can reversibly proceed, and a known electrode active material can be used. For example, lithium cobaltate (LiCoO 2 ), lithium nickelate (LiNiO 2 ), lithium manganese spinel (LiMn 2 O 4 ), and a general formula: LiNi x Co y Mn z O 2 (x + y + z = 1) Examples include composite metal oxides, lithium vanadium compounds (LiV 2 O 5 ), and LiMPO 4 (wherein M represents Co, Ni, Mn, Fe, or VO).
また、リチウムイオンを吸蔵及び放出することが可能な酸化物、硫化物も正極活物質として使用できる。 In addition, oxides and sulfides capable of inserting and extracting lithium ions can be used as the positive electrode active material.
更に、正極活物質材料以外の各構成要素(導電助剤、バインダー)は、負極20で使用されるものと同様の物質を使用することができる。
Furthermore, each component (conductive auxiliary agent and binder) other than the positive electrode active material can be the same material as that used in the
正極集電体12は、リチウムイオン二次電池用の集電体に使用されている各種公知の金属箔を用いることができる。例えば、アルミニウム、ステンレス鋼、ニッケル、チタンまたはこれらの合金などの金属箔を用いることができ、特にアルミニウム箔が好ましい。
As the positive electrode
(セパレータ)
セパレータ18は絶縁性の多孔体から形成されていれば、材料、製法等は特に限定されず、リチウムイオン二次電池に用いられている公知のセパレータを使用することができる。例えば、絶縁性の多孔体としては、公知のポリオレフィン樹脂、具体的にはポリエチレン、ポリプロピレン、1−ブテン、4−メチル−1−ペンテン、1−ヘキセンなどを重合した結晶性の単独重合体または共重合体が挙げられる。これらの単独重合体または共重合体は、1種を単独で使用することができるが、2種以上のものを混合して用いてもよい。また、単層であっても複層であってもよい。
(Separator)
As long as the
外装体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ず、金属缶、アルミラミネートフィルムなどが使用できる。アルミラミネートフィルムは、例えば、ポリプロピレン、アルミニウム、ナイロンがこの順に積層されてなる3層構造として構成されている物が挙げられる。
The
負極リード62、正極リード60はアルミニウムやニッケルなどの導電材料から形成されていればよい。
The
以上、実施の形態により本発明の例を詳細に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変形可能である。 As mentioned above, although the example of this invention was described in detail by embodiment, this invention is not limited to the said embodiment, A various deformation | transformation is possible.
以下、実施例及び比較例を挙げて本発明について更に詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example are given and this invention is demonstrated in more detail, this invention is not limited to these Examples at all.
(実施例1)
(正極の作製)
正極活物質としてLiNi0.85Co0.10Al0.05O2を96重量%と、導電助剤としてカーボンブラックを2重量%と、グラファイトを0.5重量%と、バインダーとしてPVDFを1.5重量%と、N−メチル−2−ピロリドンの溶媒とを混合分散させて、ペースト状の正極スラリーを作製した。
(Example 1)
(Preparation of positive electrode)
96% by weight of LiNi 0.85 Co 0.10 Al 0.05 O 2 as a positive electrode active material, 2% by weight of carbon black as a conductive additive, 0.5% by weight of graphite, and 1 PVDF as a binder 0.5 wt% and N-methyl-2-pyrrolidone solvent were mixed and dispersed to prepare a paste-like positive electrode slurry.
得られた正極スラリーを、コンマロールコーターを用いて、厚さ20μmのアルミニウム箔の両面に、活物質の塗布量が22.0mg/cm2となるように均一に塗布した。次いで、乾燥炉内にて、110℃の大気雰囲気下で上記正極活物質中のN−メチル−2−ピロリドン溶媒を乾燥させることで正極活物質層を形成した。 The obtained positive electrode slurry was uniformly applied to both surfaces of an aluminum foil having a thickness of 20 μm using a comma roll coater so that the applied amount of the active material was 22.0 mg / cm 2 . Next, a positive electrode active material layer was formed by drying the N-methyl-2-pyrrolidone solvent in the positive electrode active material in an air atmosphere at 110 ° C. in a drying furnace.
なお、上記アルミニウム箔の両面に塗布された正極活物質層の塗膜の厚みは、ほぼ同じ膜厚に調整した。上記正極活物質が形成された正極をロールプレス機によって、正極活物質層を正極集電体の両面に圧着させ、正極活物質層の密度が3.6g/cm3なるように正極を作製した。以上により正極を得た。 In addition, the thickness of the coating film of the positive electrode active material layer apply | coated to both surfaces of the said aluminum foil was adjusted to the substantially same film thickness. The positive electrode on which the positive electrode active material was formed was pressure-bonded to both surfaces of the positive electrode current collector by a roll press to produce a positive electrode so that the density of the positive electrode active material layer was 3.6 g / cm 3 . . Thus, a positive electrode was obtained.
(負極の作製)
負極活物質粒子として、酸素とケイ素のモル比が1:1の組成の酸化ケイ素粒子に溶融塩炭素めっきを用いて表面に炭素を被覆したものを用いた。溶融塩炭素めっき浴として、LiCl及びKClをモル比で6:4に混合したものを600℃に保持して溶融塩とし、3mol%のCaC2を添加したものを使用した。D50が3μmの酸化ケイ素粒子を溶融塩と懸濁状態にした流動層電極により、対極である炭素棒に対して、1.5V vs.Li/Li+となるようにして、5分間通電して炭素被覆を行った。得られた粒子を浴から取り出して、水洗、乾燥し、実施例1の負極活物質粒子を得た。
(Preparation of negative electrode)
As the negative electrode active material particles, silicon oxide particles having a molar ratio of oxygen to silicon of 1: 1 were coated with carbon on the surface using molten salt carbon plating. As the molten salt carbon plating bath, a mixture of LiCl and KCl in a molar ratio of 6: 4 was used as a molten salt maintained at 600 ° C. and added with 3 mol% of CaC 2. With a fluidized bed electrode in which silicon oxide particles having a D50 of 3 μm and a molten salt are suspended, 1.5 V vs. The carbon coating was performed by applying current for 5 minutes so as to be Li / Li +. The obtained particles were taken out of the bath, washed with water and dried to obtain negative electrode active material particles of Example 1.
前記負極活物質粒子を87.9重量%と、アセチレンブラック2.1重量%と、ポリアミドイミド樹脂10重量%と、N−メチル−2−ピロリドンの溶媒とを混合分散させることで、負極活物質層形成用の塗料を調製した。得られた塗料を、厚さ10μmの銅箔の一面に、活物質の塗布量が3.8mg/cm2となるように塗布し、100℃で乾燥することですることで負極活物質層を形成した。その後、負極集電体のもう一面にも同様にして負極活物質層を形成した。
The negative electrode active material particles were mixed and dispersed in 87.9% by weight, acetylene black 2.1% by weight,
なお、上記銅箔の両面に塗布された負極活物質層の塗膜の厚みは、ほぼ同じ膜厚に調整した。上記負極活物質が形成された負極をロールプレス機によって、負極活物質層を負極集電体の両面に圧着、負極活物質層の密度が1.5g/cm3なるように負極を作製した。以上により負極を得た。 In addition, the thickness of the coating film of the negative electrode active material layer apply | coated to both surfaces of the said copper foil was adjusted to the substantially same film thickness. The negative electrode on which the negative electrode active material was formed was pressure-bonded to both surfaces of the negative electrode current collector by a roll press, and the negative electrode was prepared so that the density of the negative electrode active material layer was 1.5 g / cm 3 . Thus, a negative electrode was obtained.
前記負極を、乾燥Arで置換したグローブボックス内で、1MのLiPF6溶液(溶媒:EC/DEC=3/7(体積比))に浸漬し、対極に金属Liを用いて、活物質の充電容量の30%相当まで、0.1Cで充電し、DECで洗浄、乾燥し、部分的にリチウムのプレドープを行った。なお、活物質の充電容量は、負極と金属リチウムを組み合わせて作製したハーフセルで、負極活物質重量当たり200mA/gで0.02V vs.Li/Li+まで充電としたときの容量とした。
The negative electrode is immersed in a 1M LiPF6 solution (solvent: EC / DEC = 3/7 (volume ratio)) in a glove box substituted with dry Ar, and the charge capacity of the active material is obtained using metal Li as the counter electrode. The battery was charged with 0.1 C to 30%, washed with DEC, dried, and partially pre-doped with lithium. Note that the charge capacity of the active material is a half cell manufactured by combining a negative electrode and metal lithium, and 0.02 V vs. 200 mA / g of negative electrode active material weight. It was set as the capacity | capacitance when it was set as charge to Li / Li +.
(実施例2)
負極活物質粒子として、酸素とケイ素のモル比が1:1の組成の酸化ケイ素粒子を黒鉛とともに高周波熱プラズマ処理を施すことにより得られる、炭素被覆酸化ケイ素粒子と黒鉛の混合粒子を用いた。高周波熱プラズマ処理は、D50が3μmの酸化ケイ素粒子とD50が8μmの黒鉛を重量比で20:1に混合した試料を、プラズマトーチ内に導入して行った。プラズマガスとして、セントラルガスにArを6L/min.、シースガスとしてArを30L/min.とN2を3L/min.、キャリアガスとしてArを10L/min.流して、プラズマトーチ内の圧力を27kPaに制御して、周波数2MHz、投入電力40kW、粉末供給速度は3g/min.として行った。このとき、モデル計算によると、プラズマ温度は10,000℃以上である。
(Example 2)
As negative electrode active material particles, mixed particles of carbon-coated silicon oxide particles and graphite obtained by subjecting silicon oxide particles having a composition of a molar ratio of oxygen to silicon of 1: 1 with graphite to high-frequency thermal plasma treatment were used. The high-frequency thermal plasma treatment was performed by introducing a sample in which silicon oxide particles having a D50 of 3 μm and graphite having a D50 of 8 μm were mixed at a weight ratio of 20: 1 into a plasma torch. As a plasma gas, Ar is 6 L / min. As the sheath gas, Ar is 30 L / min. And N2 at 3 L / min. , Ar as a carrier gas is 10 L / min. The pressure in the plasma torch is controlled to 27 kPa, the frequency is 2 MHz, the input power is 40 kW, and the powder supply rate is 3 g / min. Went as. At this time, according to the model calculation, the plasma temperature is 10,000 ° C. or higher.
負極活物質層を形成する際、負極活物質粒子として前記の炭素被覆酸化ケイ素粒子と黒鉛の混合粒子に変更したことを除いて、実施例1と同様にして、実施例2の負極活物質層を形成し、負極を得た。 The negative electrode active material layer of Example 2 was formed in the same manner as in Example 1 except that the negative electrode active material layer was changed to the mixed particles of carbon-coated silicon oxide particles and graphite as negative electrode active material particles when forming the negative electrode active material layer. And a negative electrode was obtained.
(実施例3)
乾燥Arで置換したグローブボックス内で、実施例1で作製した正極、Liプレドープ前の負極を用いて、これらの間にポリエチレン微多孔膜からなるセパレータを挟んで、アルミラミネートパックに入れ、このアルミラミネートパックに、電解液として1MのLiPF6溶液(溶媒:EC/DEC=3/7(体積比))を注液した後に真空シールし、リチウムイオン二次電池を作製し、0.1Cで満充電にしたのち、0.1Cで3.0Vまで放電した。断面観察用とサイクル特性評価用の電池をそれぞれ用意した。断面観察用の負極は、乾燥Arで置換したグローブボックス内で分解し、DECで洗浄後、乾燥した。
(Example 3)
In the glove box substituted with dry Ar, the positive electrode produced in Example 1 and the negative electrode before Li pre-doping were sandwiched between them, and a separator made of a polyethylene microporous film was sandwiched between them, and placed in an aluminum laminate pack. A 1M LiPF 6 solution (solvent: EC / DEC = 3/7 (volume ratio)) as an electrolytic solution was poured into the laminate pack and then vacuum-sealed to prepare a lithium ion secondary battery. After charging, the battery was discharged to 3.0V at 0.1C. Batteries for cross-sectional observation and cycle characteristic evaluation were prepared. The negative electrode for cross-sectional observation was decomposed in a glove box substituted with dry Ar, washed with DEC, and dried.
(実施例4)
実施例2と同様に作製したLiプレドープ前の負極を用いた以外は、実施例3と同様に行った。
Example 4
The same operation as in Example 3 was performed except that the negative electrode before Li pre-doping produced in the same manner as in Example 2 was used.
(実施例5) 負極活物質粒子の高周波熱プラズマ処理に、D50が0.5μmの酸化ケイ素粒子を用いた以外は、実施例2と同様に行った。 (Example 5) The high-frequency thermal plasma treatment of the negative electrode active material particles was performed in the same manner as in Example 2 except that silicon oxide particles having a D50 of 0.5 µm were used.
(実施例6)
負極活物質粒子の高周波熱プラズマ処理に、D50が8μmの酸化ケイ素粒子を用いた以外は、実施例4と同様に行った。
(Example 6)
The negative electrode active material particles were subjected to high-frequency thermal plasma treatment in the same manner as in Example 4 except that silicon oxide particles having a D50 of 8 μm were used.
(実施例7)
負極活物質粒子の溶融塩炭素めっきに、D50が8.0μmの酸化ケイ素粒子を用いた以外は、実施例1と同様に行った。
(Example 7)
The same procedure as in Example 1 was performed except that silicon oxide particles having a D50 of 8.0 μm were used for molten salt carbon plating of the negative electrode active material particles.
(実施例8)
負極活物質粒子の溶融塩炭素めっきに、D50が18.0μmの酸化ケイ素粒子を用いた以外は、実施例1と同様に行った。
(Example 8)
The same procedure as in Example 1 was performed except that silicon oxide particles having a D50 of 18.0 μm were used for molten salt carbon plating of the negative electrode active material particles.
(実施例9)
負極活物質粒子の溶融塩炭素めっきに、酸素とケイ素のモル比が1:0.1の組成の酸化ケイ素粒子を用いた以外は、実施例7と同様に行った。
Example 9
The same procedure as in Example 7 was performed except that silicon oxide particles having a composition with a molar ratio of oxygen to silicon of 1: 0.1 were used for molten salt carbon plating of the negative electrode active material particles.
(実施例10)
負極活物質粒子の高周波熱プラズマ処理に、酸素とケイ素のモル比が1:2の組成の酸化ケイ素粒子を用いた以外は、実施例2と同様に行った。
(Example 10)
The negative electrode active material particles were subjected to high-frequency thermal plasma treatment in the same manner as in Example 2 except that silicon oxide particles having a composition with a molar ratio of oxygen to silicon of 1: 2 were used.
(実施例11)
活物質層形成用の塗料の調製時に、溶融塩炭素めっきをした酸化ケイ素の代わりに、溶融塩炭素めっきをした酸化ケイ素とD50が8μmの黒鉛を重量比で7:3に混合したものを用いた以外は、実施例9と同様に行った。
(Example 11)
When preparing a coating material for forming an active material layer, instead of silicon oxide plated with molten salt carbon, a mixture of silicon oxide plated with molten salt carbon and graphite having a D50 of 8 μm in a weight ratio of 7: 3 is used. The procedure was the same as in Example 9 except that.
(実施例12)
負極活物質粒子の高周波熱プラズマ処理に、酸化ケイ素粒子と黒鉛を重量比で3:7に混合した以外は、実施例5と同様に行った。
(Example 12)
The high-frequency thermal plasma treatment of the negative electrode active material particles was performed in the same manner as in Example 5 except that silicon oxide particles and graphite were mixed at a weight ratio of 3: 7.
(比較例1)
D50が18μmで、酸素とケイ素のモル比が1:2の組成の酸化ケイ素粒子を負極活物質粒子として87.9重量%と、アセチレンブラック2.1重量%と、ポリアミドイミド樹脂10重量%と、N−メチル−2−ピロリドンの溶媒とを混合分散させることで、活物質層形成用の塗料を調製した。得られた塗料を、厚さ10μmの銅箔の一面に、活物質の塗布量が3.8mg/cm2となるように塗布し、100℃で乾燥することですることで負極活物質層を形成した。その後、負極集電体のもう一面にも同様にして負極活物質層を形成した。
(Comparative Example 1)
Silicon oxide particles having a composition of D50 of 18 μm and a molar ratio of oxygen to silicon of 1: 2 are 87.9% by weight as negative electrode active material particles, 2.1% by weight of acetylene black, 10% by weight of polyamideimide resin, A coating material for forming an active material layer was prepared by mixing and dispersing a solvent of N-methyl-2-pyrrolidone. The obtained paint is applied to one side of a 10 μm thick copper foil so that the amount of active material applied is 3.8 mg / cm 2 and dried at 100 ° C. Formed. Thereafter, a negative electrode active material layer was similarly formed on the other surface of the negative electrode current collector.
なお、上記銅箔の両面に塗布された負極活物質層の塗膜の厚みは、ほぼ同じ膜厚に調整した。上記負極活物質が形成された負極をロールプレス機によって、負極活物質層を負極集電体の両面に圧着、負極活物質層の密度が1.5g/cm3なるように負極を作製した。以上により負極シートを得た。 In addition, the thickness of the coating film of the negative electrode active material layer apply | coated to both surfaces of the said copper foil was adjusted to the substantially same film thickness. The negative electrode on which the negative electrode active material was formed was pressure-bonded to both surfaces of the negative electrode current collector by a roll press, and the negative electrode was prepared so that the density of the negative electrode active material layer was 1.5 g / cm 3 . Thus, a negative electrode sheet was obtained.
(比較例2)
D50が3μmで、酸素を含まない未処理のケイ素を負極活物質粒子用いた以外は、比較例1と同様に行った。
(Comparative Example 2)
The same operation as in Comparative Example 1 was conducted except that untreated silicon containing D50 of 3 μm and not containing oxygen was used as the negative electrode active material particles.
得られた負極活物質層における活物質粒子の断面のラマンスペクトルは、日本分光社製NRS−7100を使用し、波長532nmのグリーンレーザーおよびラマン分光法を用いて、減光器を用いて1mW以下の照射強度になるように調整し測定した。なお、負極は、乾燥Arグローブボックス中でイオンミリング用のサンプリングを行い、大気非暴露でイオンミリングにより断面作製を行い、ガーネット板でレーザーが透過できるようにした待機非暴露測定冶具により、大気非暴露の状態で、活物質粒子断面のラマンスペクトルを測定した。 The Raman spectrum of the cross section of the active material particles in the obtained negative electrode active material layer is Nm-7100 manufactured by JASCO Corporation, using a green laser with a wavelength of 532 nm and Raman spectroscopy, and 1 mW or less using a dimmer. It adjusted and measured so that it might become the irradiation intensity of. The negative electrode was sampled for ion milling in a dry Ar glove box, the cross section was prepared by ion milling without exposure to the atmosphere, and a stand-by non-exposure measuring jig that allowed the laser to pass through the garnet plate, In the state of exposure, the Raman spectrum of the active material particle cross section was measured.
(評価用リチウムイオン二次電池の作製)
上記で作製した正極、負極を用いて、これらの間にポリエチレン微多孔膜からなるセパレータを挟んで、アルミラミネートパックに入れ、このアルミラミネートパックに、電解液として1MのLiPF6溶液(溶媒:EC/DEC=3/7(体積比))を注液した後に真空シールし、評価用のリチウムイオン二次電池を作製した。
(Production of evaluation lithium-ion secondary battery)
Using the positive electrode and the negative electrode prepared above, a separator made of a polyethylene microporous film is sandwiched between them and placed in an aluminum laminate pack. In this aluminum laminate pack, a 1M LiPF 6 solution (solvent: EC) is used as an electrolytic solution. / DEC = 3/7 (volume ratio)) was injected, and then vacuum-sealed to produce a lithium ion secondary battery for evaluation.
作製したリチウムイオン二次電池について、以下の方法によって、サイクル特性を評価した。 About the produced lithium ion secondary battery, cycling characteristics were evaluated with the following method.
(充放電サイクル特性の測定)
サイクル特性は、二次電池充放電試験装置を用いて行った。電圧範囲は、4.3Vから3.0Vまでとした。初回の充電のみ0.1C定電流充電にて行い、放電は0.5Cで行った。充電は定電流定電圧で行った。0.5Cの電流値で充電し、4.3Vに到達後、0.5C電流値の5%の電流値になったときに充電を終了した。その後、0.5Cでの電流値で放電する条件においてサイクル特性を測定した。なお、充放電サイクル特性は容量維持率(%)として評価した。容量維持率(%)は、1サイクル目の放電容量を初期放電容量とし、初期放電容量に対する各サイクル数における放電容量の割合である。容量維持率(%)は、以下の数式(1)で表される。
容量維持率(%)=(「1サイクル目の放電容量」/「各サイクル数における放電容量」)×100 ・・・(1)
この容量維持率が高いほど、充放電サイクル特性が良好であることを意味する。実施例および比較例で作製したリチウムイオン二次電池は、上記の条件によって充放電を繰り返し、100サイクル後の容量維持率を充放電サイクル特性として評価した。
(Measurement of charge / discharge cycle characteristics)
The cycle characteristics were measured using a secondary battery charge / discharge test apparatus. The voltage range was 4.3V to 3.0V. Only the first charge was performed by constant current charging at 0.1 C, and discharging was performed at 0.5 C. Charging was performed at a constant current and a constant voltage. The battery was charged at a current value of 0.5 C, and after reaching 4.3 V, charging was terminated when the current value reached 5% of the 0.5 C current value. Thereafter, the cycle characteristics were measured under the condition of discharging at a current value of 0.5C. The charge / discharge cycle characteristics were evaluated as capacity retention rate (%). The capacity retention rate (%) is the ratio of the discharge capacity at each cycle number to the initial discharge capacity, where the discharge capacity at the first cycle is the initial discharge capacity. The capacity retention rate (%) is expressed by the following mathematical formula (1).
Capacity maintenance rate (%) = (“discharge capacity at the first cycle” / “discharge capacity at each cycle number”) × 100 (1)
A higher capacity retention rate means better charge / discharge cycle characteristics. The lithium ion secondary batteries produced in the examples and comparative examples were repeatedly charged and discharged under the above conditions, and the capacity retention rate after 100 cycles was evaluated as charge / discharge cycle characteristics.
これら実施例1〜12、比較例1、2において作製したリチウムイオン二次電池についてサイクル特性の評価を行った。各リチウムイオン二次電池における100サイクル後の容量維持率の値を表1に示す。 The cycle characteristics of the lithium ion secondary batteries produced in Examples 1 to 12 and Comparative Examples 1 and 2 were evaluated. Table 1 shows the capacity retention ratio values after 100 cycles in each lithium ion secondary battery.
また、作成した負極活物質粒子の断面における負極活物質粒子のラマンスペクトルから得られた450±20cm−1のピーク位置と、1575±15cm−1と1350±15cm−1のピークGとDの強度比G/Dの値について、それぞれ実施例1〜12、比較例1、2において作製した負極活物質層について算出した結果を合わせて表1に示す。 Moreover, the peak position of 450 ± 20 cm −1 obtained from the Raman spectrum of the negative electrode active material particles in the cross section of the prepared negative electrode active material particles, and the intensity of peaks G and D of 1575 ± 15 cm −1 and 1350 ± 15 cm −1. The values of the ratio G / D are shown in Table 1 together with the results calculated for the negative electrode active material layers prepared in Examples 1 to 12 and Comparative Examples 1 and 2, respectively.
実施例1〜12、比較例1、2の結果より、負極活物質粒子を有する負極活物質層を備えた負極の活物質粒子の断面が、アルゴンレーザーラマンスペクトルにおいて450±20cm−1にピークAを有し、活物質粒子の断面の周辺部が、アルゴンレーザーラマンスペクトルにおいて1575±15cm−1ピークGと1350±15cm−1にDと、を有し、ピークGとDの強度比G/Dが、0.5<G/D<2を満たす場合、特にサイクル特性に優れることが確認された。また、負極活物質粒子の粒子径を最適化することで、サイクル特性が優れることが確認された。さらに、負極活物質層に黒鉛を混合することでサイクル特性が優れることが確認された。 From the results of Examples 1 to 12 and Comparative Examples 1 and 2, the cross section of the negative electrode active material particles having the negative electrode active material layer having the negative electrode active material particles has a peak A at 450 ± 20 cm −1 in the argon laser Raman spectrum. It has a peripheral portion of the cross-section of the active material particles, argon laser and D to 1575 ± 15cm -1 peak G and 1350 ± 15cm -1 in the Raman spectrum has a strength ratio G / D peak G and D However, when 0.5 <G / D <2 was satisfied, it was confirmed that the cycle characteristics were particularly excellent. It was also confirmed that the cycle characteristics were excellent by optimizing the particle size of the negative electrode active material particles. Furthermore, it was confirmed that the cycle characteristics were excellent by mixing graphite in the negative electrode active material layer.
本発明によれば、サイクル特性に優れる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 for lithium ion secondary batteries and lithium ion secondary battery which are excellent in cycling characteristics can be provided.
10…正極、12…正極集電体、14…正極活物質層、18…セパレータ、20…負極、22…負極集電体、24…負極活物質層、30…積層体、50…外装体、60…正極リード、62…負極リード、100…リチウムイオン二次電池
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前期負極活物質層は、ケイ素、炭素を含む負極活物質粒子を有し、
前記負極活物質粒子の断面は、アルゴンレーザーラマンスペクトルにおいて、450±20cm−1にピークAを有し、
前記活物質粒子の断面の周辺部は、アルゴンレーザーラマンスペクトルにおいて、1575±15cm−1にピークG、1350±15cm−1にピークDと、を有し、
前記ピークG、前記ピークDの強度比G/Dが、0.5<G/D<2である、リチウムイオン二次電池用負極。 A negative electrode active material layer is provided on at least one of the main surfaces of the negative electrode current collector,
The negative electrode active material layer has negative electrode active material particles containing silicon and carbon,
The cross-section of the negative electrode active material particles has a peak A at 450 ± 20 cm −1 in an argon laser Raman spectrum,
Periphery of the cross section of the active material particles in an argon laser Raman spectrum, has a 1575 ± 15cm -1 and peak D in peak G, 1350 ± 15cm -1, and,
The negative electrode for a lithium ion secondary battery, wherein the intensity ratio G / D between the peak G and the peak D is 0.5 <G / D <2.
A lithium ion secondary battery comprising the negative electrode for a lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 3, a positive electrode, and an electrolyte.
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