JP4516359B2 - Anode for non-aqueous electrolyte secondary battery - Google Patents
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Description
本発明は、非水電解液二次電池用負極に関し、更に詳しくは集電性が高く、またリチウムイオンの吸蔵放出に起因する活物質の脱落が防止されサイクル寿命が向上した非水電解液二次電池用負極に関する。 The present invention relates to a negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery. More specifically, the present invention relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery having a high current collecting property and preventing an active material from falling off due to occlusion / release of lithium ions and improving cycle life. The present invention relates to a negative electrode for a secondary battery.
非水電解液二次電池に弾性体を配することが提案されている。例えば、リチウムを吸蔵放出する物質からなる負極と、正極と、セパレータとを長円渦巻状に巻回してなる電極群が電池ケースに収納されてなり、長円渦巻電極群の中心部に耐電解液性の弾性体を配した非水電解液二次電池が知られている(特許文献1参照)。この電池は、充放電サイクルの進行に伴い活物質が膨張収縮して電池が膨潤する場合、その膨潤を弾性体によって吸収して、電池の内部抵抗の増大や電池の膨れを防止しようとするものである。 It has been proposed to arrange an elastic body in a non-aqueous electrolyte secondary battery. For example, a negative electrode made of a substance that absorbs and releases lithium, a positive electrode, and an electrode group formed by winding a separator in an elliptical spiral shape are housed in a battery case. A non-aqueous electrolyte secondary battery in which a liquid elastic body is arranged is known (see Patent Document 1). In this battery, when the active material expands and contracts as the charge / discharge cycle progresses and the battery swells, the battery absorbs the swelling by an elastic body to prevent an increase in the internal resistance of the battery and a swelling of the battery. It is.
また正負極がペレット型のリチウムイオン二次電池において、正極と正極缶との間及び負極と負極缶との間に、表面が導電体で覆われた弾性体を配置したリチウムイオン二次電池が知られている(特許文献2参照)。この電池は、正極、負極のペレット等が反り返った場合に、その反り返りを弾性体が吸収して、電気的接触を確保しようとするものである。また、正極缶や負極缶をかしめる際の応力を弾性体で緩和して、正極、負極のペレットの割れを防止しようとするものである。 Further, in the lithium ion secondary battery in which the positive and negative electrodes are pellet type, a lithium ion secondary battery in which an elastic body whose surface is covered with a conductor is disposed between the positive electrode and the positive electrode can and between the negative electrode and the negative electrode can. It is known (see Patent Document 2). In this battery, when a positive electrode, a negative electrode pellet, and the like are warped, the elastic body absorbs the warping and attempts to ensure electrical contact. Moreover, the stress at the time of caulking the positive electrode can and the negative electrode can is relaxed by an elastic body to prevent cracking of the positive and negative electrode pellets.
前記の電池によれば、充放電に伴い活物質が膨張収縮することで生ずる応力を或る程度緩和できるものの、そのレベルは未だ満足すべき程度には至っていない。従って、膨張収縮に起因する応力で活物質が微粉化し、電極からの脱落を十分に防止することができない。 According to the battery, although the stress generated by the expansion and contraction of the active material accompanying charge / discharge can be alleviated to some extent, the level has not yet reached a satisfactory level. Therefore, the active material is pulverized by the stress caused by expansion and contraction, and cannot be prevented from falling off from the electrode.
従って本発明の目的は、前述した従来技術が有する種々の欠点を解消し得る非水電解液二次電池用負極を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery that can eliminate the various drawbacks of the above-described conventional technology.
本発明は、活物質層と、その一方の面側に形成された集電用表面層と、他方の面側に配された弾性膜とを備え、
前記集電用表面層に、その表面において開孔し且つその厚さ方向に延びる微細空隙が多数形成されており、
前記活物質層は、活物質の粒子を含んで構成されており、また、リチウム化合物の形成能の低い材料が、該活物質層の厚み方向全域に亘って浸透していることを特徴とする非水電解液二次電池用負極を提供することにより前記目的を達成したものである。
The present invention comprises an active material layer, a current collecting surface layer formed on one surface side thereof, and an elastic film disposed on the other surface side,
In the surface layer for current collection, a large number of fine voids that are open in the surface and extend in the thickness direction are formed,
The active material layer is configured to include particles of an active material, and a material having a low lithium compound forming ability permeates throughout the thickness direction of the active material layer. The object is achieved by providing a negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery.
本発明の負極によれば、活物質の粒子の膨張収縮に起因して発生する応力が弾性膜によって緩和されるので、活物質の微粉化や電極からの脱落が効果的に防止される。活物質の脱落は、集電用表面層によって一層効果的に防止される。その上、活物質が電極の表面に露出しておらず、導電性を有する集電用表面層の内部に包埋されているので、電気的に孤立した活物質が存在することが効果的に防止され、十分な集電性を得ることができる。 According to the negative electrode of the present invention, since the stress generated due to the expansion and contraction of the particles of the active material is relieved by the elastic film, the active material is effectively prevented from being pulverized and falling off the electrode. The falling off of the active material is more effectively prevented by the current collecting surface layer. In addition, since the active material is not exposed on the surface of the electrode and is embedded in the conductive current collecting surface layer, it is effective that an electrically isolated active material exists. It is prevented and sufficient current collecting property can be obtained.
以下本発明を、その好ましい実施形態に基づき図面を参照しながら説明する。図1には本発明の非水電解液二次電池用負極の一実施形態の構造が模式的に示されている。本実施形態の負極1は、その基本構成部材として、一対の負極前駆体2及び弾性膜3を有している。弾性膜3は、負極前駆体2の間に挟持されている。
The present invention will be described below based on preferred embodiments with reference to the drawings. FIG. 1 schematically shows the structure of an embodiment of the negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention. The
負極前駆体2は、集電用表面層4と、該表面層4の一面に配された活物質層5とを備えている。図1に示すように、弾性膜3は、各負極前駆体2における活物質層5どうしが対向し且つ表面層4が外方を向くように両負極前駆体2間に挟持されている。また図1から明らかなように負極1は、従来の負極に用いられてきた集電体と呼ばれる集電用の厚膜導電体(例えば厚さ12〜35μm程度の金属箔やエキスパンドメタル)を有していない。
The
集電用表面層4は導電性を有し集電機能を担っている。また集電用表面層4は、活物質層5に含まれる活物質がリチウムイオンを吸蔵放出することによる該活物質の膨張収縮に起因して微粉化し脱落することを防止するためにも用いられている。なお、活物質の微粉化、脱落は、後述する弾性膜によっても防止される。
The current collecting surface layer 4 is conductive and has a current collecting function. The current collecting surface layer 4 is also used to prevent the active material contained in the
集電用表面層4は導電性材料からなる。集電用表面層4は、非水電解液二次電池の集電体となり得る金属から構成されていることが好ましい。特にリチウム二次電池の集電体となり得る金属から構成されていることが好ましい。そのような金属としては例えば、リチウム化合物の形成能の低い金属材料が挙げられる。具体的には銅、ニッケル、鉄、コバルト又はこれらの金属の合金などが挙げられる。これらの金属のうち銅及びニッケル或いはそれらの合金を用いることが特に好適である。負極1の強度を高める観点からはニッケルを用いることが好ましい。2つの集電用表面層4は、その構成材料が同じであってもよく、或いは異なっていてもよい。「リチウム化合物の形成能が低い」とは、リチウムと金属間化合物若しくは固溶体を形成しないか、又は形成したとしてもリチウムが微量であるか若しくは非常に不安定であることを意味する。
The current collecting surface layer 4 is made of a conductive material. The current collecting surface layer 4 is preferably made of a metal that can be a current collector of a non-aqueous electrolyte secondary battery. In particular, it is preferably made of a metal that can be a current collector of a lithium secondary battery. An example of such a metal is a metal material having a low lithium compound forming ability. Specific examples include copper, nickel, iron, cobalt, and alloys of these metals. Of these metals, it is particularly preferable to use copper and nickel or an alloy thereof. From the viewpoint of increasing the strength of the
各集電用表面層4は、従来の電極に用いられている集電用の厚膜導電体よりもその厚みが薄いものである。具体的には0.3〜10μm程度、特に1〜5μm程度の薄層であることが好ましい。これによって、必要最小限の厚みで活物質層5をほぼ満遍なく連続的に被覆することができる。その結果、充放電に起因して微粉化した活物質の脱落を防止することができる。前記範囲の薄い表面層4は、後述するように電解めっきによって形成されることが好ましい。なお2つの表面層4はその厚みが同じでもよく、或いは異なっていてもよい。
Each surface layer 4 for current collection is thinner than the thick film conductor for current collection used in conventional electrodes. Specifically, a thin layer of about 0.3 to 10 μm, particularly about 1 to 5 μm is preferable. As a result, the
各集電用表面層4は、その表面において開孔し且つその厚さ方向へ延びる多数の微細空隙6を有している。微細空隙6は、活物質層5と通ずるように表面層4中に存在している。微細空隙6が形成されていることで、非水電解液が活物質層5へ十分に浸透することができ、活物質との反応が十分に起こる。微細空隙6は、表面層4を断面観察した場合にその幅が約0.1μmから約10μm程度の微細なものである。微細であるものの、微細空隙6は非水電解液の浸透が可能な程度の幅を有している。尤も非水電解液は水系の電解液に比べて表面張力が小さいことから、微細空隙6の幅が小さくても十分に浸透が可能である。微細空隙6は、好ましくは集電用表面層4を電解めっきで形成する際に同時に形成される。
Each current collecting surface layer 4 has a large number of
集電用表面層4の表面を電子顕微鏡観察により平面視したとき、微細空隙6の平均開孔面積は、0.1〜50μm2であり、好ましくは0.1〜20μm2、更に好ましくは0.5〜10μm2程度である。この範囲の開孔面積とすることで、非水電解液の十分な浸透を確保しつつ、活物質の脱落を効果的に防止することができる。また充放電の初期段階から充放電容量を高めることができる。活物質の粒子の脱落を一層効果的に防止する観点から、前記の平均開孔面積は、活物質の粒子の最大断面積の0.1〜50%、特に0.1〜20%であることが好ましい。活物質の粒子の最大断面積とは、活物質の粒子の粒径(D50値)を測定し、該粒子を、D50値の直径を有する球とみなしたときの最大断面積をいう。
When viewed in plan by electron microscopic observation of the surface of the current collecting surface layer 4, the average open area of the
集電用表面層4の表面を電子顕微鏡観察により平面視したときに、観察視野の面積に対する微細空隙6の開孔面積の総和の割合(この割合を開孔率という)は、0.1〜20%であり、好ましくは0.5〜10%である。この理由は微細空隙6の開孔面積を前記の範囲内とすることと同様の理由である。更に同様の理由により、集電用表面層4の表面を電子顕微鏡観察により平面視したときに、どのような観察視野をとっても、100μm×100μmの正方形の視野範囲内に1個〜2万個、特に10個〜1千個、とりわけ50個〜500個の微細空隙6が存在していることが好ましい。
When the surface of the current collecting surface layer 4 is viewed in plan by electron microscope observation, the ratio of the total opening area of the
集電用表面層4のすぐ内側に位置する活物質層5は、リチウム化合物の形成能の高い活物質の粒子7を含んでいる。活物質層5は、活物質の粒子7を含む導電性スラリーを塗布して形成されている。活物質としては、例えばシリコン系材料やスズ系材料、アルミニウム系材料、ゲルマニウム系材料が挙げられる。各活物質層5は各集電用表面層4によって被覆されているので、活物質がリチウムイオンを吸蔵放出することに起因して微粉化し脱落することが効果的に防止される。活物質は微細空隙5を通じて電解液と接することができるので、電極反応が妨げられることもない。
The
活物質の粒子7としては、例えばイ)シリコン単体又はスズ単体の粒子、ロ)少なくともシリコン又はスズと炭素との混合粒子、ハ)シリコン又はスズと金属との混合粒子、ニ)シリコン又はスズと金属との化合物粒子、ホ)シリコン又はスズと金属との化合物粒子と、金属の粒子との混合粒子、ヘ)シリコン単体又はスズ単体の粒子の表面に金属が被覆されてなる粒子などが挙げられる。ロ)、ハ)、ニ)、ホ)及びヘ)の粒子を用いると、イ)のシリコン単体又はスズ単体の粒子を用いる場合に比べて、リチウムの吸蔵放出に起因するシリコン系材料の微粉化が一層抑制されるという利点がある。また半導体であり電子伝導性の乏しいシリコンに電子伝導性を付与できるという利点がある。
Examples of the
活物質の粒子7はその最大粒径が好ましくは50μm以下であり、更に好ましくは20μm以下である。また粒子7の粒径をD50値で表すと0.1〜8μm、特に1〜5μmであることが好ましい。最大粒径が50μm超であると、粒子7の脱落が起こりやすくなり、電極の寿命が短くなる場合がある。粒径の下限値に特に制限はなく小さいほど好ましい。粒子7の製造方法に鑑みると、下限値は0.01μm程度である。粒子7の粒径は、レーザー回折散乱式粒度分布測定装置、電子顕微鏡観察によって測定される。
The
負極1全体に対する活物質の量が少なすぎると電池のエネルギー密度を十分に向上させにくく、逆に多すぎると活物質の脱落が起こりやすくなる傾向にある。これらを勘案すると、活物質の量は負極1全体に対して好ましくは5〜80重量%であり、更に好ましくは10〜50重量%、一層好ましくは20〜50重量%である。活物質層4の厚みは、負極全体に対する活物質の量の割合等に応じて適宜調節することができ、本実施形態においては特に臨界的なものではない。活物質層5が活物質の粒子7を含んで構成されている場合の厚みは、一般には1〜100μm、特に3〜40μm程度である。
If the amount of the active material relative to the whole
活物質層5においては、リチウム化合物の形成能の低い材料が活物質層5の厚み方向に亘って浸透している。特に、厚み方向全域に亘って浸透していることが好ましい。そして浸透した該材料中に活物質の粒子7が存在している。つまり活物質の粒子7は負極1の表面に実質的に露出しておらず集電用表面層4の内部に包埋されていることが好ましい。これによって、活物質層5と表面層4との密着性が強固なものとなり、活物質の脱落が一層防止される。また活物質層5中に浸透した前記材料を通じて表面層4と活物質との間に電子伝導性が確保されるので、電気的に孤立した活物質が生成すること、特に活物質層5の深部に電気的に孤立した活物質が生成することが効果的に防止され、集電機能が保たれる。その結果、負極としての機能低下が抑えられる。更に負極の長寿命化も図られる。このことは、活物質として半導体であり電子伝導性の乏しい材料、例えばシリコン系材料を用いる場合に特に有利である。
In the
活物質層5の厚み方向に亘って浸透しているリチウム化合物の形成能の低い材料は、集電用表面層4を構成する材料と同種の材料であることが好ましい。しかし、リチウム化合物の形成能が低ければ、表面層4を構成する材料と異種の材料を用いても差し支えない。
The material having a low ability to form a lithium compound penetrating in the thickness direction of the
二つの活物質層5間に介在配置された弾性膜3は、活物質の粒子7が膨張収縮することに起因して発生する応力を吸収緩和して、活物質の粒子7が微粉化することを防止するために用いられる。この観点から、弾性膜3はその厚み方向に十分な弾力性を有することが好ましい。例えば弾性膜3は、その線膨張係数が5〜40、特に10〜30であることが好ましい。そのような線膨張係数を有する材料としては、例えば天然ゴム、スチレンブタジエンゴム、ポリアクリロニトリル、ニトリルゴム、シリコーンゴム、ポリイソブチレン、フッ素ゴム及びポリウレタンゴム等が挙げられる。
The
活物質の種類にもよるが、活物質の膨張収縮に起因する活物質層の厚さの変化は約200%に及ぶといわれている。そこで、応力の吸収緩和を十分に行う点から、弾性膜3はその厚みが活物質層5の厚みの10〜60%、特に20〜50%であることが好ましい。
Although it depends on the type of the active material, it is said that the change in the thickness of the active material layer due to expansion and contraction of the active material reaches about 200%. Therefore, the
弾性膜3は、非水電解液に対して不活性なものであればその種類に特に制限はない。また、弾性膜3は、導電性を有していてもよく、或いは有していなくてもよい。弾性膜3が導電性を有し、且つ活物質層5の厚さ方向全域に亘り、リチウム化合物の形成能の低い導電性材料が浸透していると、2つの集電用表面層4は前記導電性材料及び弾性3を通じて電気的に導通することになり、負極1全体としての電子伝導性が一層高くなる。つまり負極1は、その全体が一体として集電機能を有するようになる。
The type of the
弾性膜3が、非水電解液の流通が可能な程度の多孔質構造になっていることも好ましい。これによって2つの活物質層5間に非水電解液が流通するようになり、2つの活物質層5があたかも1層の活物質のようになる。
It is also preferable that the
以上の構成を有する負極1全体の厚みは、負極1の強度維持やエネルギー密度を高めること考慮すると、2〜50μm、特に10〜50μm程度であることが好ましい。
The total thickness of the
次に図1に示す負極1の好ましい製造方法を、図2を参照しながら説明する。先ず、負極前駆体2を製造する。負極前駆体2の製造には、図2(a)に示すようにキャリア箔11を用意する。キャリア箔11は、負極前駆体2を製造するための支持体として用いられるものである。また製造された負極前駆体2どうしを接合するまで支持しておき、該負極前駆体2の取り扱い性を向上させるために用いられるものである。キャリア箔11の材質に特に制限はない。キャリア箔11は、負極前駆体2を製造するための支持体として用いられるものであることから、製造工程においてヨレ等が生じないような強度を有していることが好ましい。従ってキャリア箔11は、その厚みが10〜50μm程度であることが好ましい。
Next, the preferable manufacturing method of the
キャリア箔11としては導電性を有するものを用いることが好ましい。この場合、導電性を有していれば、キャリア箔11は金属製でなくてもよい。しかし金属製のキャリア箔11を用いることで、負極前駆体2の製造後にキャリア箔11を溶解・製箔してリサイクルできるという利点がある。金属製のキャリア箔11を用いる場合、Cu、Ni、Co、Fe、Cr、Sn、Zn、In、Ag、Au、Al及びTiのうちの少なくとも1種類の金属を含んでキャリア箔11が構成されていることが好ましい。
It is preferable to use a conductive foil as the
集電用表面層4に微細空隙6を多数形成する観点から、キャリア箔11としてアルミニウム箔又はアルミニウム合金箔(以下、これらを総称して単にアルミニウム箔という)を用い、以下に述べる方法で集電用表面層4を形成することが好ましい。アルミニウム箔としては、JIS規格 1N30のAl合金(Al>99.30%、Fe+Si<0.7%)のものを用いることが好ましい。なお、Fe+Siの濃度の下限値はFe+Si>0.01%、特にFe+Si>0.1%である。このAl合金は合金中にAlを主成分としてFe及びSiがAl中に分散析出部として均一に分散しているものである。
From the viewpoint of forming a large number of
アルミニウム箔からなるキャリア箔11上に集電用表面層4を形成するに先立ち、キャリア箔11の表面を脱脂しつつ、該キャリア箔11のAl部をエッチングする脱脂・エッチング処理を行う。処理液の組成及び処理条件は例えば次の通りである。なおアルミニウムが両性金属であることから、以下の組成の処理液を用いることで、アルカリ脱脂とエッチングとが同時に行われる。
・NaOH;15〜45g/l
・ロッシェル塩;25〜65g/l
・Na2CO3;25〜65g/l
・液温;20〜60℃、好適には30〜50℃
・処理時間;10〜300秒
・脱脂・エッチング速度1〜1.5μm/min
Prior to forming the current collecting surface layer 4 on the
NaOH: 15-45 g / l
・ Rochelle salt; 25-65 g / l
・ Na 2 CO 3 ; 25-65 g / l
Liquid temperature: 20-60 ° C, preferably 30-50 ° C
Processing time: 10 to 300 seconds
脱脂・エッチングが進行すると、キャリア箔11の表面のアルミニウムが除去されて、アルミニウム中に含まれているFeやSi等の不純物を含む微小な突出部12が露出してくる(図2(b)参照)。脱脂・エッチング処理は、この突出部12が露出するまで行う。処理時間が長すぎると、Al2O3が生成してエッチング処理を妨害するので、エッチングが過飽和にならないように留意する。
As the degreasing / etching progresses, the aluminum on the surface of the
脱脂・エッチング処理が完了したら、キャリア箔11を室温において流水で洗浄し、脱脂・エッチング液を除去する。次いで、キャリア箔11に電解めっきを施す。例えばニッケルめっきを行う場合には以下の組成のめっき浴(ワット浴)、或いはスルファミン酸ニッケル浴を用いることができる。
・NiSO4・6H2O;150〜300g/l
・NiCl2・6H2O;50〜250g/l
・H3BO3;30〜40g/l
When the degreasing / etching process is completed, the
NiSO 4 .6H 2 O; 150 to 300 g / l
NiCl 2 .6H 2 O; 50 to 250 g / l
· H 3 BO 3; 30~40g / l
銅めっきを行う場合には以下の組成のめっき浴(CuSO4浴)、或いはピロリン酸銅浴を用いることができる。
・CuSO4・5H2O;150〜350g/l
・H2SO4;50〜250g/l
この場合の電流密度は2〜50A/dm2、特に10〜30A/dm2であることが好ましい。陽極には不溶性電極(DSE)を用いることが好ましい。電源には直流電源を使用する。
When copper plating is performed, a plating bath (CuSO 4 bath) having the following composition or a copper pyrophosphate bath can be used.
CuSO 4 .5H 2 O; 150 to 350 g / l
・ H 2 SO 4 ; 50 to 250 g / l
In this case, the current density is preferably 2 to 50 A / dm 2 , particularly preferably 10 to 30 A / dm 2 . It is preferable to use an insoluble electrode (DSE) for the anode. A DC power source is used as the power source.
電解めっきによってキャリア箔11上に所定厚みの集電用表面層4が形成される(図2(c)参照)。集電用表面層4に多数の微細空隙6が形成されるメカニズムは次の通りである。電解めっきの初期段階においては、キャリア箔11の表面に露出している突出部12を起点として電析が起こり、めっき金属の金属粒子が生成する。そして生成した金属粒子が成長し、成長した金属粒子どうしが連なって更に成長が進行する。この成長の間に金属粒子間に孔が生じる。この孔は金属粒子の成長に伴い埋まっていくが、ミクロ的には金属粒子間に微細孔が存在している。この微細孔が集電用表面層4を貫通する微細空隙となる。このようにして多数の微細空隙を有する集電用表面層がキャリア箔11上に形成される。
A current collecting surface layer 4 having a predetermined thickness is formed on the
次に図2(d)に示すように集電用表面層4上に、活物質の粒子を含む導電性スラリーを塗布して活物質層5を形成する。スラリーは、活物質の粒子、導電性炭素材料や導電性金属材料の粒子、結着剤及び希釈溶媒などを含んでいる。これらの成分のうち、結着剤としてはポリビニリデンフルオライド(PVDF)、ポリエチレン(PE)、エチレンプロピレンジエンモノマー(EPDM)、スチレンブタジエンゴム(SBR)及びポリアクリロニトリルなどが用いられる。希釈溶媒としてはN−メチルピロリドン、シクロヘキサンなどが用いられる。スラリー中における活物質の量は14〜40重量%程度とすることが好ましい。導電性炭素材料又は導電性金属材料の粒子の量は0.4〜4重量%程度とすることが好ましい。結着剤の量は0.4〜4重量%程度とすることが好ましい。また希釈溶媒の量は60〜85重量%程度とすることが好ましい。
Next, as shown in FIG. 2D, an
スラリーの塗膜が乾燥して活物質層5が形成された後、該活物質層5が形成されたキャリア箔11を、リチウム化合物の形成能の低い金属材料を含むめっき浴中に浸漬して電解めっきを行う。めっき浴への浸漬によってめっき液が活物質層5内に浸入して、活物質層5と集電用表面層4との界面にまで達し、その状態下に電解めっきが行われる。その結果、(a)活物質層5の内部、及び(b)活物質層5の内面側(即ち集電用表面層4と対向している面側)において、リチウム化合物の形成能の低い金属材料が析出して、該材料が活物質層5の厚み方向全域に亘って浸透する。このようにして、キャリア箔11上に負極前駆体2が形成される。
After the coating film of the slurry is dried and the
電解めっきの条件としては、例えばリチウム化合物の形成能の低い金属材料として銅を用いる場合、硫酸銅系溶液を用いるときには、銅の濃度を30〜100g/l、硫酸の濃度を50〜200g/l、塩素の濃度を30ppm以下とし、液温を30〜80℃、電流密度を1〜100A/dm2とすればよい。ピロ燐酸銅系溶液を用いる場合には、銅の濃度2〜50g/l、ピロ燐酸カリウムの濃度100〜700g/lとし、液温を30〜60℃、pHを8〜12、電流密度を1〜10A/dm2とすればよい。これらの電解条件を適宜調節することで、金属材料が活物質層5の厚み方向全域に亘って浸透する。
As conditions for electrolytic plating, for example, when copper is used as a metal material having a low ability to form a lithium compound, when using a copper sulfate solution, the concentration of copper is 30 to 100 g / l, and the concentration of sulfuric acid is 50 to 200 g / l. The chlorine concentration may be 30 ppm or less, the liquid temperature may be 30 to 80 ° C., and the current density may be 1 to 100 A / dm 2 . When using a copper pyrophosphate solution, the concentration of copper is 2 to 50 g / l, the concentration of potassium pyrophosphate is 100 to 700 g / l, the liquid temperature is 30 to 60 ° C., the pH is 8 to 12, and the current density is 1. ~10A / dm 2 and may be set. By appropriately adjusting these electrolysis conditions, the metal material penetrates throughout the thickness direction of the
このようにしてキャリア箔11上に集電用表面層4と活物質層5とをこの順で備えた負極前駆体2を形成する。これを一対用い、図2(e)に示すように、各負極前駆体2における活物質層5どうしが対向するように、弾性膜3を両負極前駆体2間に挟み込む。それによって弾性膜3と両負極前駆体2とを備えた負極1を得る。この場合、弾性膜3と両負極前駆体2とを単に重ね合わせるだけでもよい。弾性膜3と負極前駆体2との接合を強固にしたい場合には、導電性ペースト等の導電性接着材料を用いてこれら三者を貼り合わせてもよい。或いは、これら三者を重ね合わせた後にロール圧延によって圧着してもよい。なお、弾性膜3と両負極前駆体2とを重ね合わせ合わせた後に、これらを渦巻状に巻回することで、接着剤や圧延等を用いなくてもこれら三者が確実に固定化される。
Thus, the
最後に、図2(f)に示すように、集電用表面層4とキャリア箔11との界面において、負極前駆体2をキャリア箔11から剥離分離する。これによって目的とする負極1が得られる。なお、キャリア箔11としてアルミニウム箔を用いた場合には、その脱脂・エッチング処理から集電用表面層4の形成の間に、箔の表面が不動態化して酸化被膜が形成される。この酸化被膜が剥離層として作用するので、キャリア箔11の集電用表面層4からの剥離は首尾良く行われる。
Finally, as shown in FIG. 2 (f), the
このようにして得られた本実施形態の負極は、公知の正極、セパレータ、非水系電解液と共に用いられて非水電解液二次電池となされる。正極は、正極活物質並びに必要により導電剤及び結着剤を適当な溶媒に懸濁し、正極合剤を作製し、これを集電体に塗布、乾燥した後、ロール圧延、プレスし、さらに裁断、打ち抜きすることにより得られる。正極活物質としては、リチウムニッケル複合酸化物、リチウムマンガン複合酸化物、リチウムコバルト複合酸化物等の従来公知の正極活物質が用いられる。セパレーターとしては、合成樹脂製不織布、ポリエチレン又はポリプロピレン多孔質フイルム等が好ましく用いられる。非水電解液は、リチウム二次電池の場合、支持電解質であるリチウム塩を有機溶媒に溶解した溶液からなる。リチウム塩としては、例えば、LiBF4、LiC1O4、LiA1Cl4、LiPF6、LiAsF6、LiSbF6、LiSCN、LiC1、LiBr、LiI、LiCF3SO3、LiC4F9SO3等が例示される。
The negative electrode of the present embodiment thus obtained is used with a known positive electrode, separator, and non-aqueous electrolyte solution to form a non-aqueous electrolyte secondary battery. The positive electrode is prepared by suspending a positive electrode active material and, if necessary, a conductive agent and a binder in an appropriate solvent to prepare a positive electrode mixture, applying this to a current collector, drying it, then rolling and pressing, and further cutting. It is obtained by punching. As the positive electrode active material, conventionally known positive electrode active materials such as lithium nickel composite oxide, lithium manganese composite oxide, and lithium cobalt composite oxide are used. As the separator, a synthetic resin nonwoven fabric, polyethylene, polypropylene porous film, or the like is preferably used. In the case of a lithium secondary battery, the nonaqueous electrolytic solution is a solution in which a lithium salt that is a supporting electrolyte is dissolved in an organic solvent. Examples of the lithium salt, LiBF 4, LiC1O 4, LiA1Cl 4,
本発明は前記実施形態に制限されない。例えば前記実施形態においては、負極1が、一対の負極前駆体2とそれらに挟持された弾性膜3とから構成されていたが、これに代えて図3に示す負極1’を構成してもよい。負極1’は、活物質層5と、その一方の面側に形成された集電用表面層4と、他方の面側に配され且つその表面が外方に露出している弾性膜3とを備えている。この負極1’においては、弾性膜3は、活物質の膨張収縮に起因して発生する応力を吸収緩和する作用を有するのみならず、集電用表面層4と同様に、活物質の脱落を防止する作用を有する。また弾性膜3が、非水電解液の流通が可能な程度の多孔質構造になっている場合には、弾性膜3を通じて活物質層5に非水電解液が流通するので、表面層4側からのみならず、弾性膜3側からも電極反応を起こさせることができるという利点がある。つまり、弾性膜3が多孔質構造になっている場合には、該弾性膜3は集電用表面層4と同等の働きを有するものになる。
The present invention is not limited to the embodiment. For example, in the above embodiment, the
1 非水電解液二次電池用負極
2 負極前駆体
3 弾性膜
4 集電用表面層
5 活物質層
6 微細空隙
7 活物質の粒子
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記集電用表面層に、その表面において開孔し且つその厚さ方向に延びる微細空隙が多数形成されており、
前記活物質層は、活物質の粒子を含んで構成されており、また、リチウム化合物の形成能の低い材料が、該活物質層の厚み方向全域に亘って浸透していることを特徴とする非水電解液二次電池用負極。 An active material layer, a current collecting surface layer formed on one surface side thereof, and an elastic film disposed on the other surface side,
In the current collecting surface layer, a large number of fine voids that are open in the surface and extend in the thickness direction are formed,
The active material layer is configured to include particles of an active material, and a material having a low ability to form a lithium compound penetrates over the entire thickness direction of the active material layer. Negative electrode for non-aqueous electrolyte secondary battery.
各負極前駆体における前記活物質層どうしが対向し且つ前記集電用表面層が外方を向くように、前記弾性膜が両負極前駆体間に挟持されている請求項1記載の非水電解液二次電池用負極。 A pair of negative electrode precursors comprising the active material layer and the surface layer for current collection formed on one surface side of the active material layer, and the elastic film;
The non-aqueous electrolysis according to claim 1, wherein the elastic film is sandwiched between the negative electrode precursors so that the active material layers in each negative electrode precursor face each other and the current collecting surface layer faces outward. Negative electrode for liquid secondary battery.
The negative electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the current collecting surface layer is formed by electrolytic plating.
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