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JP5082266B2 - Negative electrode and secondary battery - Google Patents
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Description

本発明は、構成元素としてケイ素(Si)を含む負極およびそれを用いた二次電池に関する。 The present invention relates to a negative electrode containing silicon (Si) as a constituent element and a secondary battery using the same.

近年、モバイル機器の高性能化および多機能化に伴い、それらの電源である二次電池の高容量化が要求されている。この要求に応える二次電池としてはリチウムイオン二次電池があるが、現在実用化されているものは負極に黒鉛を用いているので、電池容量は飽和状態にあり、大幅な高容量化は難しい。そこで、負極にケイ素などを用いることが検討されており、最近では、気相法などにより負極集電体に負極活物質層を形成することも報告されている(例えば、特許文献1〜3参照)。ケイ素などは充放電に伴う膨張収縮が大きいので、微粉化によるサイクル特性の低下が問題であったが、気相法などによれば、微細化を抑制することができると共に、負極集電体と負極活物質層とを一体化することができるので負極における電子伝導性が極めて良好となり、容量的にもサイクル寿命的にも高性能化が期待されている。   In recent years, as mobile devices have higher performance and more functions, there is a demand for higher capacities of secondary batteries serving as power sources thereof. Secondary batteries that meet this requirement include lithium ion secondary batteries, but those currently in practical use use graphite for the negative electrode, so the battery capacity is saturated and it is difficult to achieve significant increases in capacity. . Therefore, it has been studied to use silicon or the like for the negative electrode, and recently, it has been reported that a negative electrode active material layer is formed on the negative electrode current collector by a vapor phase method or the like (see, for example, Patent Documents 1 to 3). ). Since silicon and the like have a large expansion / contraction due to charging / discharging, deterioration of cycle characteristics due to pulverization has been a problem. However, according to a vapor phase method or the like, miniaturization can be suppressed and a negative electrode current collector and Since the negative electrode active material layer can be integrated, the electron conductivity in the negative electrode becomes extremely good, and high performance is expected in terms of capacity and cycle life.

ところが、このように負極集電体と負極活物質層とを一体化した負極においても、充放電を繰り返すと、負極活物質層の激しい膨張および収縮により負極活物質層の脱落などが生じてサイクル特性が低下したり、膨張収縮の応力により負極集電体が変形して電池が膨れてしまうなどの問題があった。そこで、負極活物質層にリチウム(Li)と合金化しない鉄などの金属元素を添加することにより、負極活物質層の膨張収縮を緩和し、特性を向上させることが検討されている(例えば、特許文献4参照)。
特開平8−50922号公報 特許第2948205号公報 特開平11−135115号公報 特開2003−217574号公報
However, even in the negative electrode in which the negative electrode current collector and the negative electrode active material layer are integrated as described above, repeated charge and discharge causes the negative electrode active material layer to fall off due to severe expansion and contraction of the negative electrode active material layer. There have been problems such as deterioration of the characteristics and deformation of the negative electrode current collector due to expansion and contraction stress, causing the battery to swell. Therefore, by adding a metal element such as iron that does not alloy with lithium (Li) to the negative electrode active material layer, it has been studied to reduce the expansion and contraction of the negative electrode active material layer and improve the characteristics (for example, (See Patent Document 4).
JP-A-8-50922 Japanese Patent No. 2948205 Japanese Patent Laid-Open No. 11-135115 JP 2003-217574 A

しかしながら、ケイ素は導電性が低いので、充電時にリチウムの吸蔵が局所的に起こりやすく、その部分から形状の崩壊などが生じてサイクル特性が低下してしまうという問題があった。   However, since silicon has low electrical conductivity, lithium occlusion is likely to occur locally during charging, and there is a problem in that the shape is collapsed from the portion, resulting in deterioration of cycle characteristics.

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、負極活物質層の電子伝導性を向上させることができる負極およびそれを用いた二次電池を提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide a negative electrode capable of improving the electronic conductivity of the negative electrode active material layer and a secondary battery using the same.

本発明による負極は、負極集電体と、構成元素としてケイ素を含む負極活物質層とを備え、負極活物質層は、強磁性金属を含み、強磁性金属の濃度が高い金属高濃度層と、強磁性金属の濃度が低い金属低濃度層とを有すると共に、磁化曲線により得られる最大の磁化の強さが0.0006T以上のものである。 A negative electrode according to the present invention includes a negative electrode current collector and a negative electrode active material layer containing silicon as a constituent element. The negative electrode active material layer includes a ferromagnetic metal and a high-concentration metal layer having a high ferromagnetic metal concentration; And a low-concentration metal layer having a low ferromagnetic metal concentration and a maximum magnetization strength obtained by a magnetization curve of 0.0006 T or more.

本発明による二次電池は、正極および負極と共に電解質を備え、負極は、負極集電体と、構成元素としてケイ素を含む負極活物質層とを有し、負極活物質層は、強磁性金属を含み、強磁性金属の濃度が高い金属高濃度層と、強磁性金属の濃度が低い金属低濃度層とを有すると共に、磁化曲線により得られる最大の磁化の強さが0.0006T以上のものである。 A secondary battery according to the present invention includes an electrolyte together with a positive electrode and a negative electrode, the negative electrode includes a negative electrode current collector and a negative electrode active material layer containing silicon as a constituent element, and the negative electrode active material layer includes a ferromagnetic metal. Including a high-concentration metal layer having a high ferromagnetic metal concentration and a low-concentration metal layer having a low ferromagnetic metal concentration, and a maximum magnetization strength obtained by a magnetization curve of 0.0006 T or more. is there.

本発明による負極によれば、負極活物質層が強磁性金属を含み、強磁性金属の濃度が高い金属高濃度層と、強磁性金属の濃度が低い金属低濃度層とを有すると共に最大磁化の強さが0.0006T以上となるようにしたので、負極活物質層の電子伝導性を向上させることができ、リチウムなどの電極反応物質をより均一に吸蔵することができる。よって、負極活物質層の膨張および収縮による応力を緩和することができ、負極活物質層の形状崩壊などを抑制することができる。従って、この負極を用いた本発明による二次電池によれば、サイクル特性などの電池特性を向上させることができる。 According to the negative electrode according to the present invention, the negative electrode active material layer includes a ferromagnetic metal, and includes a high-concentration metal layer having a high ferromagnetic metal concentration and a low-concentration metal layer having a low ferromagnetic metal concentration and a maximum magnetization. Since the strength is 0.0006 T or more, the electron conductivity of the negative electrode active material layer can be improved, and an electrode reactant such as lithium can be more uniformly occluded. Therefore, stress due to expansion and contraction of the negative electrode active material layer can be relaxed, and shape collapse of the negative electrode active material layer can be suppressed. Therefore, according to the secondary battery of the present invention using this negative electrode, battery characteristics such as cycle characteristics can be improved.

特に、負極活物質層の最大磁化の強さを1.67T以下とするようにすれば、電子伝導性を向上させ、かつ、ケイ素の含有量を高くすることができる。よって、容量を高く保持しつつ、サイクル特性を向上させることができる。   In particular, if the maximum magnetization strength of the negative electrode active material layer is 1.67 T or less, the electron conductivity can be improved and the silicon content can be increased. Therefore, the cycle characteristics can be improved while keeping the capacity high.

また、負極活物質層に存在する強磁性金属の一部を酸化するようにすれば、リチウムなどの電極反応物質が酸素に引き寄せられるので、吸蔵をより均一に行うことができる。   Further, if a part of the ferromagnetic metal existing in the negative electrode active material layer is oxidized, the electrode reactant such as lithium is attracted to oxygen, so that the occlusion can be performed more uniformly.

加えて、負極活物質層に酸素(O)を3原子数%以上40原子数%以下の範囲内で含むようにすれば、または、負極活物質層に酸素の濃度が高い酸素高濃度層と、酸素の濃度が低い酸素低濃度層とを有するようにすれば、負極活物質層の膨張を抑制して、応力をより緩和することができる。   In addition, if the negative electrode active material layer contains oxygen (O) within a range of 3 atomic% to 40 atomic%, or the negative electrode active material layer includes a high oxygen concentration layer having a high oxygen concentration; If the low oxygen concentration layer having a low oxygen concentration is provided, the expansion of the negative electrode active material layer can be suppressed and the stress can be further relaxed.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

(第1の実施の形態)
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る二次電池の構成を表すものである。この二次電池は、いわゆる角型といわれるものであり、ほぼ中空角柱状の電池缶11の内部に電池素子20を有している。電池缶11は金属製の容器であり、例えば、アルミニウム(Al)、アルミニウム合金、ニッケル(Ni)、ニッケル合金、鉄(Fe)、または鉄合金により構成されている。電池缶11の表面には、めっき処理がされていてもよく、また樹脂などによるコーティングがされていてもよい。電池缶11の内部には、また、電池素子20を挟むように一対の絶縁板12,13が配置されている。電池缶11の一端部は閉鎖され、他端部は開放されており、この開放端部は電池蓋14により封口されている。電池蓋14には、絶縁部材15を介して、端子ピン16が配設されている。電池蓋14および端子ピン16は、例えば、電池缶11と同様の金属材料により構成されている。
(First embodiment)
FIG. 1 shows the configuration of the secondary battery according to the first embodiment of the present invention. This secondary battery is a so-called square type, and has a battery element 20 inside a battery can 11 having a substantially hollow prismatic shape. The battery can 11 is a metal container and is made of, for example, aluminum (Al), aluminum alloy, nickel (Ni), nickel alloy, iron (Fe), or iron alloy. The surface of the battery can 11 may be plated or may be coated with a resin or the like. Inside the battery can 11, a pair of insulating plates 12 and 13 are arranged so as to sandwich the battery element 20. One end of the battery can 11 is closed and the other end is opened, and the open end is sealed by the battery lid 14. A terminal pin 16 is disposed on the battery lid 14 via an insulating member 15. The battery lid 14 and the terminal pin 16 are made of, for example, the same metal material as the battery can 11.

電池素子20は、例えば、負極21と正極22とをセパレータ23を介して積層し、楕円状または扁平状に多数回巻回した構造を有している。負極21にはニッケルなどよりなる負極リード24が接続されており、正極22にはアルミニウムなどよりなる正極リード25が接続されている。負極リード24は電池缶11と電気的に接続されており、正極リード25は端子ピン16と電気的に接続されている。   The battery element 20 has, for example, a structure in which a negative electrode 21 and a positive electrode 22 are stacked via a separator 23 and wound many times in an elliptical shape or a flat shape. A negative electrode lead 24 made of nickel or the like is connected to the negative electrode 21, and a positive electrode lead 25 made of aluminum or the like is connected to the positive electrode 22. The negative electrode lead 24 is electrically connected to the battery can 11, and the positive electrode lead 25 is electrically connected to the terminal pin 16.

負極21は、例えば、負極集電体21Aと、負極集電体21Aに設けられた負極活物質層21Bとを有している。   The negative electrode 21 includes, for example, a negative electrode current collector 21A and a negative electrode active material layer 21B provided on the negative electrode current collector 21A.

負極集電体21Aは、リチウムと金属間化合物を形成しない金属元素の少なくとも1種を含む金属材料により構成されていることが好ましい。リチウムと金属間化合物を形成すると、充放電に伴い膨張および収縮し、構造破壊が起こって、集電性が低下する他、負極活物質層21Bを支える能力が小さくなるからである。リチウムと金属間化合物を形成しない金属元素としては、例えば、銅(Cu),ニッケル,チタン(Ti),鉄あるいはクロム(Cr)が挙げられる。   The anode current collector 21A is preferably made of a metal material containing at least one metal element that does not form an intermetallic compound with lithium. This is because when lithium and an intermetallic compound are formed, they expand and contract with charge / discharge, structural breakdown occurs, current collection performance decreases, and the ability to support the negative electrode active material layer 21B decreases. Examples of the metal element that does not form an intermetallic compound with lithium include copper (Cu), nickel, titanium (Ti), iron, and chromium (Cr).

負極集電体21Aは、また、負極活物質層21Bと合金化する金属元素を含むことが好ましい。負極活物質層21Bと負極集電体21Aとの密着性を向上させることができるからである。リチウムと金属間化合物を形成せず、負極活物質層21Bと合金化する金属元素としては、負極活物質層21Bが後述するように構成元素としてケイ素を含む場合には、例えば、銅,ニッケル,あるいは鉄が挙げられる。これらは強度および導電性の観点からも好ましい。   The negative electrode current collector 21A preferably contains a metal element that forms an alloy with the negative electrode active material layer 21B. This is because the adhesion between the negative electrode active material layer 21B and the negative electrode current collector 21A can be improved. As a metal element that does not form an intermetallic compound with lithium and forms an alloy with the negative electrode active material layer 21B, when the negative electrode active material layer 21B contains silicon as a constituent element as described later, for example, copper, nickel, Or iron is mentioned. These are also preferable from the viewpoints of strength and conductivity.

なお、負極集電体21Aは、単層により構成してもよいが、複数層により構成してもよい。その場合、負極活物質層21Bと接する層をケイ素と合金化する金属材料により構成し、他の層を他の金属材料により構成するようにしてもよい。   The negative electrode current collector 21A may be formed of a single layer or may be formed of a plurality of layers. In that case, the layer in contact with the negative electrode active material layer 21B may be made of a metal material alloyed with silicon, and the other layers may be made of another metal material.

負極集電体21Aの表面は粗化されていることが好ましく、表面粗度がRa値で0.1μm以上であることが好ましく、0.2μm以上であればより好ましい。負極活物質層21Bと負極集電体21Aとの密着性をより向上させることができるからである。また、負極集電体21Aの表面粗度Ra値は3.5μm以下であることが好ましく、3.0μm以下であればより好ましい。表面粗度Ra値が高すぎると、負極活物質層21Bの膨張に伴い負極集電体21Aに亀裂が生じやすくなる恐れがあるからである。なお、表面粗度Ra値というのはJIS B0601に規定される算術平均粗さRaのことであり、負極集電体21Aのうち少なくとも負極活物質層21Bが設けられている領域の表面粗度Raが上述した範囲内であればよい。   The surface of the anode current collector 21A is preferably roughened, and the surface roughness is preferably 0.1 μm or more in terms of Ra value, more preferably 0.2 μm or more. This is because the adhesion between the negative electrode active material layer 21B and the negative electrode current collector 21A can be further improved. Further, the surface roughness Ra value of the negative electrode current collector 21A is preferably 3.5 μm or less, and more preferably 3.0 μm or less. This is because if the surface roughness Ra value is too high, the negative electrode current collector 21A is likely to be cracked as the negative electrode active material layer 21B expands. The surface roughness Ra value is the arithmetic average roughness Ra specified in JIS B0601, and the surface roughness Ra of the region where at least the negative electrode active material layer 21B is provided in the negative electrode current collector 21A. Is within the above-described range.

負極活物質層21Bは、構成元素としてケイ素を含んでいる。ケイ素はリチウムを吸蔵および放出する能力が大きく、高いエネルギー密度を得ることができるからである。ケイ素は単体で含まれていてもよく、合金で含まれていてもよく、化合物で含まれていてもよい。   The negative electrode active material layer 21B contains silicon as a constituent element. This is because silicon has a large ability to occlude and release lithium, and a high energy density can be obtained. Silicon may be contained as a simple substance, may be contained as an alloy, or may be contained as a compound.

負極活物質層21Bは、例えば、少なくとも一部が気相法により形成されたものであることが好ましい。図2は負極活物質層21Bの厚み方向の断面における粒子構造を模式的に表したものである。負極活物質層21Bは、例えば、厚み方向に成長することにより形成され、構成元素としてケイ素を含む複数の活物質粒子211を有している。活物質粒子211は、複数が集合することにより複数の2次粒子212を形成している。各2次粒子212において各活物質粒子211は単に隣接しているのではなく、互いに少なくとも一部が接合している。各2次粒子212は例えば充放電により形成されたものであり、溝213により互いに分離されている。溝213はほぼ負極集電体21Aまで達している。   The negative electrode active material layer 21B is preferably formed, for example, at least partially by a vapor phase method. FIG. 2 schematically shows a particle structure in a cross section in the thickness direction of the negative electrode active material layer 21B. The negative electrode active material layer 21B is formed, for example, by growing in the thickness direction, and has a plurality of active material particles 211 containing silicon as a constituent element. The active material particles 211 form a plurality of secondary particles 212 by aggregating a plurality of active material particles 211. In each secondary particle 212, the active material particles 211 are not simply adjacent to each other, but are at least partially joined to each other. Each secondary particle 212 is formed by, for example, charging / discharging, and is separated from each other by a groove 213. The groove 213 almost reaches the negative electrode current collector 21A.

また、活物質粒子211は、内部に、鉄、コバルト(Co)あるいはニッケルなどの強磁性元素を含んでいる。この強磁性元素の少なくとも一部はケイ素と固溶せずに偏析しており、活物質粒子211の内部に強磁性金属として存在している。これにより負極活物質層21Bは磁化を有し、磁化曲線により得られる最大磁化の強さを0.0006T以上とすることにより、負極活物質層21Bの電子伝導性を向上させることができるようになっている。ケイ素の中に鉄などの強磁性金属が存在すると、フェルミ準位が変化して、通常は磁性を作るために動きにくい3d電子がs電子のように動いて電子の絶対和が増加し、自由電子のような挙動を得ることができると考えられるからである。なお、強磁性元素がケイ素と固溶体を形成している場合には常磁性を示し、このような特性は得られない。強磁性金属は、鉄、コバルトあるいはニッケルなどの単体でも、このような強磁性元素を含む合金でもよい。また、負極活物質層21Bの磁化曲線により得られる最大磁化の強さは、1.67T以下であることが好ましい。強磁性金属の含有量が多くなると、ケイ素の含有量が少なくなり、容量が低下してしまうからである。より好ましい負極活物質層21Bの最大磁化の強さは、0.02T以上0.8T以下である。   The active material particles 211 contain a ferromagnetic element such as iron, cobalt (Co), or nickel. At least a part of this ferromagnetic element is segregated without dissolving in silicon, and exists as a ferromagnetic metal inside the active material particles 211. Thus, the negative electrode active material layer 21B has magnetization, and the electron conductivity of the negative electrode active material layer 21B can be improved by setting the maximum magnetization obtained by the magnetization curve to 0.0006 T or more. It has become. When a ferromagnetic metal such as iron is present in silicon, the Fermi level changes, and the 3d electrons that normally do not move to create magnetism move like s electrons, increasing the absolute sum of the electrons and free. This is because it is considered that a behavior like an electron can be obtained. In addition, when a ferromagnetic element forms a solid solution with silicon, it exhibits paramagnetism and such characteristics cannot be obtained. The ferromagnetic metal may be a simple substance such as iron, cobalt or nickel, or an alloy containing such a ferromagnetic element. Moreover, it is preferable that the strength of the maximum magnetization obtained by the magnetization curve of the negative electrode active material layer 21B is 1.67 T or less. This is because as the content of the ferromagnetic metal increases, the content of silicon decreases and the capacity decreases. More preferably, the maximum magnetization intensity of the negative electrode active material layer 21B is 0.02T or more and 0.8T or less.

強磁性金属は、負極活物質層21Bの全体に均一に分布していてもよいが、濃度に傾きを有していてもよい。例えば、強磁性金属の濃度が負極活物質層21Bの厚み方向において変化しており、負極活物質層21Bの中に、強磁性金属の濃度が高い金属高濃度層と、金属高濃度層よりも強磁性金属の濃度が低い金属低濃度層とが、厚み方向において積層されて存在していてもよい。強磁性金属の含有量が少なくても、高い効果を得ることができるからである。この場合、金属高濃度層は金属低濃度層の間に1層以上設けられていることが好ましく、複数層設けられていればより好ましい。強磁性金属の濃度は、金属高濃度層と金属低濃度層との間において段階的あるいは連続的に変化していることが好ましい。   The ferromagnetic metal may be uniformly distributed throughout the negative electrode active material layer 21B, but may have a gradient in concentration. For example, the concentration of the ferromagnetic metal is changed in the thickness direction of the negative electrode active material layer 21B, and the negative electrode active material layer 21B includes a metal high-concentration layer having a high ferromagnetic metal concentration and a metal high-concentration layer. A metal low concentration layer having a low ferromagnetic metal concentration may be laminated in the thickness direction. This is because even if the content of the ferromagnetic metal is small, a high effect can be obtained. In this case, it is preferable that one or more metal high-concentration layers are provided between the metal low-concentration layers, and more preferably a plurality of layers are provided. The concentration of the ferromagnetic metal is preferably changed stepwise or continuously between the metal high concentration layer and the metal low concentration layer.

活物質粒子211は、また、構成元素として酸素を含んでいることが好ましい。負極活物質層21Bの膨張をより抑制することができるからである。負極活物質層21Bに含まれる酸素の少なくとも一部は、一部のケイ素と結合していることが好ましく、結合の状態は一酸化ケイ素でも二酸化ケイ素でも、あるいはそれ以外の準安定状態でもよい。また、酸素の少なくとも一部は一部の強磁性元素と結合して酸化物を構成していることが好ましい。すなわち、強磁性金属の一部は酸化されていることが好ましい。強磁性金属により電子伝導性が高くなっている箇所の近くに酸素が存在すると、酸素にリチウムが引き寄せられてリチウムがより吸蔵されやすくなるからである。   The active material particles 211 preferably contain oxygen as a constituent element. This is because the expansion of the negative electrode active material layer 21B can be further suppressed. It is preferable that at least a part of oxygen contained in the negative electrode active material layer 21B is bonded to a part of silicon, and the bonded state may be silicon monoxide, silicon dioxide, or other metastable state. In addition, it is preferable that at least a part of oxygen is combined with a part of ferromagnetic elements to form an oxide. That is, it is preferable that a part of the ferromagnetic metal is oxidized. This is because if oxygen is present near the portion where the electron conductivity is increased by the ferromagnetic metal, lithium is attracted to the oxygen and the lithium is more easily occluded.

負極活物質層21Bにおける酸素の含有量は、3原子数%以上40原子数%以下の範囲内であることが好ましい。これよりも少ないと十分な効果を得ることができず、これよりも多いと容量が低下してしまう外、負極活物質層21Bの抵抗値が増大し、局所的なリチウムの挿入により膨れたり、サイクル特性が低下してしまうと考えられるからである。なお、負極活物質層21Bには、充放電により電解液などが分解して負極活物質層21Bの表面に形成される被膜は含めない。よって、負極活物質層21Bにおける酸素の含有量を算出する際には、この被膜に含まれる酸素は含めない。   The oxygen content in the negative electrode active material layer 21B is preferably in the range of 3 atomic% to 40 atomic%. If it is less than this, a sufficient effect cannot be obtained, and if it is more than this, the capacity is reduced, the resistance value of the negative electrode active material layer 21B is increased, and it is swollen by local insertion of lithium, This is because it is considered that the cycle characteristics deteriorate. Note that the negative electrode active material layer 21B does not include a coating film that is formed on the surface of the negative electrode active material layer 21B due to decomposition of the electrolytic solution by charge and discharge. Therefore, when the oxygen content in the negative electrode active material layer 21B is calculated, oxygen contained in this coating is not included.

また、活物質粒子211は、酸素の濃度が高い酸素高濃度層と、酸素の濃度が酸素高濃度層よりも低い酸素低濃度層とを、厚み方向において積層して有していることが好ましく、酸素高濃度層は、酸素低濃度層の間に1層以上設けられていることが好ましい。充放電に伴う膨張・収縮をより効果的に抑制することができるからである。酸素高濃度層における酸素の濃度は3原子数%以上であることが好ましく、酸素低濃度層における酸素の濃度はなるべく少ない方が好ましく、全く含んでおらず零でもよい。酸素の濃度は、酸素高濃度層と酸素低濃度層との間において段階的あるいは連続的に変化していることが好ましい。酸素の濃度が急激に変化すると、リチウムイオンの拡散性が低下し、抵抗が上昇してしまう場合があるからである。   The active material particles 211 preferably include a high oxygen concentration layer having a high oxygen concentration and a low oxygen concentration layer having a lower oxygen concentration than the high oxygen concentration layer stacked in the thickness direction. It is preferable that one or more oxygen high concentration layers are provided between the oxygen low concentration layers. This is because expansion / contraction associated with charge / discharge can be more effectively suppressed. The oxygen concentration in the high oxygen concentration layer is preferably 3 atomic% or more, and the oxygen concentration in the low oxygen concentration layer is preferably as low as possible. The oxygen concentration is preferably changed stepwise or continuously between the high oxygen concentration layer and the low oxygen concentration layer. This is because, when the oxygen concentration changes rapidly, the diffusibility of lithium ions decreases and the resistance may increase.

なお、酸素高濃度層および酸素低濃度層と、上述した金属高濃度層および金属低濃度層とは、異なる層として別々に存在していてもよいが、互いに一部が重なっていてもよく、完全に一致していてもよい。例えば、酸素高濃度層の少なくとも一部が金属高濃度層の少なくとも一部を構成するように重なっていることが好ましい。上述したように、強磁性金属の近傍に酸素が存在した方がより高い効果を得ることができるからである。   The high oxygen concentration layer and the low oxygen concentration layer and the above-described high metal concentration layer and low metal concentration layer may exist separately as different layers, but may partially overlap each other. It may be perfectly matched. For example, it is preferable that at least a part of the high oxygen concentration layer overlaps with at least a part of the high metal concentration layer. This is because, as described above, higher effects can be obtained when oxygen is present in the vicinity of the ferromagnetic metal.

負極活物質層21Bは、また、負極集電体21Aと界面の少なくとも一部において合金化していることが好ましい。具体的には、負極集電体21Aの構成元素が負極活物質層21Bに、または負極活物質層21Bの構成元素が負極集電体21Aに、またはそれらが互いに拡散していることが好ましい。充放電により負極活物質層21Bが膨張収縮しても、負極集電体21Aからの脱落を抑制することができるからである。   The negative electrode active material layer 21B is preferably alloyed with the negative electrode current collector 21A at least at a part of the interface. Specifically, the constituent elements of the negative electrode current collector 21A are preferably diffused into the negative electrode active material layer 21B, the constituent elements of the negative electrode active material layer 21B are diffused into the negative electrode current collector 21A, or they are mutually diffused. This is because even if the negative electrode active material layer 21B expands and contracts due to charge / discharge, it is possible to prevent the negative electrode current collector 21A from falling off.

正極22は、例えば、正極集電体22Aと、正極集電体22Aに設けられた正極活物質層22Bとを有しており、正極活物質層22Bが負極活物質層21Bと対向するように配置されている。正極集電体22Aは、例えば、アルミニウム,ニッケルあるいはステンレスなどにより構成されている。   The positive electrode 22 includes, for example, a positive electrode current collector 22A and a positive electrode active material layer 22B provided on the positive electrode current collector 22A, so that the positive electrode active material layer 22B faces the negative electrode active material layer 21B. Has been placed. The positive electrode current collector 22A is made of, for example, aluminum, nickel, stainless steel, or the like.

正極活物質層22Bは、例えば、正極活物質としてリチウムを吸蔵および放出することが可能な正極材料のいずれか1種または2種以上を含んでおり、必要に応じて炭素材料などの導電材およびポリフッ化ビニリデンなどのバインダーを含んでいてもよい。リチウムを吸蔵および放出することが可能な正極材料としては、例えば、リチウムと遷移金属とを含むリチウム遷移金属複合酸化物が好ましい。高電圧を発生可能であると共に、高エネルギー密度を得ることができるからである。このリチウム遷移金属複合酸化物としては、例えば、一般式Lix MO2 で表されるものが挙げられる。Mは1種類以上の遷移金属元素を含み、例えばコバルトおよびニッケルのうちの少なくとも一方を含むことが好ましい。xは電池の充放電状態によって異なり、通常0.05≦x≦1.10の範囲内の値である。このようなリチウム遷移金属複合酸化物の具体例としては、LiCoO2 あるいはLiNiO2 などが挙げられる。 The positive electrode active material layer 22B includes, for example, any one or more of positive electrode materials capable of inserting and extracting lithium as a positive electrode active material, and a conductive material such as a carbon material and the like as necessary. A binder such as polyvinylidene fluoride may be included. As a positive electrode material capable of inserting and extracting lithium, for example, a lithium transition metal composite oxide containing lithium and a transition metal is preferable. This is because a high voltage can be generated and a high energy density can be obtained. Examples of the lithium transition metal composite oxide include those represented by the general formula Li x MO 2 . M contains one or more transition metal elements, and preferably contains at least one of cobalt and nickel, for example. x varies depending on the charge / discharge state of the battery and is usually a value in the range of 0.05 ≦ x ≦ 1.10. Specific examples of such a lithium transition metal composite oxide include LiCoO 2 and LiNiO 2 .

セパレータ23は、負極21と正極22とを隔離し、両極の接触による電流の短絡を防止しつつ、リチウムイオンを通過させるものである。このセパレータ23は、例えば、ポリエチレンやポリプロピレンにより構成されている。   The separator 23 separates the negative electrode 21 and the positive electrode 22 and allows lithium ions to pass through while preventing a short circuit of current due to contact between both electrodes. The separator 23 is made of, for example, polyethylene or polypropylene.

セパレータ23には、液状の電解質である電解液が含浸されている。電解液は、例えば、溶媒と電解質塩とを含んでおり、必要に応じて添加剤を含んでいてもよい。溶媒としては、例えば、炭酸エチレン、炭酸プロピレン、炭酸ジメチル、炭酸ジエチル、炭酸エチルメチル、1,3−ジオキソール−2−オン、4−ビニル−1,3−ジオキソラン−2−オン、あるいは4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンなどの非水溶媒が挙げられる。溶媒はいずれか1種を単独で用いてもよいが、2種以上を混合して用いてもよい。例えば、炭酸エチレンあるいは炭酸プロピレンなどの高沸点溶媒と、炭酸ジメチル,炭酸ジエチルあるいは炭酸エチルメチルなどの低沸点溶媒とを混合して用いるようにすれば、高いイオン伝導度を得ることができるので好ましい。また、1,3−ジオキソール−2−オンあるいは4−ビニル−1,3−ジオキソラン−2−オンなどの不飽和結合を有する環式炭酸エステル、または、4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンなどのハロゲン原子を有する炭酸エステル誘導体を用いるようにすれば、電解液の安定性を向上させることができるので好ましい。   The separator 23 is impregnated with an electrolytic solution that is a liquid electrolyte. The electrolytic solution contains, for example, a solvent and an electrolyte salt, and may contain an additive as necessary. Examples of the solvent include ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, 1,3-dioxol-2-one, 4-vinyl-1,3-dioxolan-2-one, and 4-fluoro. Non-aqueous solvents such as -1,3-dioxolan-2-one are listed. Any one of the solvents may be used alone, or two or more may be mixed and used. For example, it is preferable to use a high boiling point solvent such as ethylene carbonate or propylene carbonate and a low boiling point solvent such as dimethyl carbonate, diethyl carbonate or ethyl methyl carbonate because high ionic conductivity can be obtained. . In addition, a cyclic carbonate having an unsaturated bond such as 1,3-dioxol-2-one or 4-vinyl-1,3-dioxolan-2-one, or 4-fluoro-1,3-dioxolane-2 It is preferable to use a carbonic acid ester derivative having a halogen atom such as -one because the stability of the electrolytic solution can be improved.

電解質塩としては、例えば、LiPF6 ,LiCF3 SO3 あるいはLiClO4 などのリチウム塩が挙げられる。電解質塩は、いずれか1種を単独で用いてもよいが、2種以上を混合して用いてもよい。 Examples of the electrolyte salt include lithium salts such as LiPF 6 , LiCF 3 SO 3, and LiClO 4 . Any one electrolyte salt may be used alone, or two or more electrolyte salts may be mixed and used.

この二次電池は、例えば、次のようにして作製することができる。   This secondary battery can be manufactured as follows, for example.

まず、負極集電体21Aに、例えば気相法により構成元素としてケイ素を含む負極活物質層21Bを成膜する。気相法としては、例えば、物理堆積法あるいは化学堆積法が挙げられ、具体的には、真空蒸着法,スパッタ法,イオンプレーティング法,レーザーアブレーション法,CVD(Chemical Vapor Deposition ;化学気相成長)法あるいは溶射法などのいずれを用いてもよい。その際、例えば、ケイ素と共に強磁性金属元素を蒸着することにより、または、ケイ素を含む層と強磁性金属元素を含む層とを交互に積層することにより、負極活物質層21Bに強磁性金属元素を添加する。原料には、ケイ素単体、強磁性金属元素の単体、ケイ素と強磁性金属元素との合金、ケイ素の酸化物、または強磁性金属元素の酸化物などを用いる。負極活物質層21Bに酸素を添加する場合には、例えば、成膜雰囲気に酸素ガスを導入するようにしてもよい。   First, a negative electrode active material layer 21B containing silicon as a constituent element is formed on the negative electrode current collector 21A by, for example, a vapor phase method. Examples of the vapor phase method include a physical deposition method and a chemical deposition method. Specifically, a vacuum deposition method, a sputtering method, an ion plating method, a laser ablation method, a CVD (Chemical Vapor Deposition; chemical vapor deposition). ) Method or thermal spraying method may be used. At that time, for example, a ferromagnetic metal element is deposited on the negative electrode active material layer 21B by vapor-depositing a ferromagnetic metal element together with silicon or by alternately laminating a layer containing silicon and a layer containing a ferromagnetic metal element. Add. As the raw material, silicon alone, a ferromagnetic metal element alone, an alloy of silicon and a ferromagnetic metal element, an oxide of silicon, an oxide of a ferromagnetic metal element, or the like is used. When oxygen is added to the negative electrode active material layer 21B, for example, oxygen gas may be introduced into the film formation atmosphere.

なお、負極活物質層21Bを成膜したのち、必要に応じて真空雰囲気下または非酸化性雰囲気下で熱処理を行う。負極活物質層21Bを成膜する際に、負極活物質層21Bと負極集電体21Aとが合金化する場合もあるが、熱処理により合金化を促進させることができるからである。   Note that after the negative electrode active material layer 21B is formed, heat treatment is performed in a vacuum atmosphere or a non-oxidizing atmosphere as necessary. This is because when the negative electrode active material layer 21B is formed, the negative electrode active material layer 21B and the negative electrode current collector 21A may be alloyed, but alloying can be promoted by heat treatment.

また、正極集電体22Aに正極活物質層22Bを成膜する。例えば、正極活物質と必要に応じて導電材およびバインダーとを混合して正極集電体14Aに塗布し、圧縮成型することにより形成する。次いで、負極22に負極リード24を取り付けると共に、正極22に正極リード25を取り付ける。続いて、負極21と正極22とをセパレータ23を介して積層し、多数回巻回したのち、負極リード24の先端部を電池缶11に溶接すると共に、正極リード25の先端部を端子ピン16にして、巻回した負極21および正極22を一対の絶縁板12,13で挟み電池缶11の内部に収納する。そののち、電解液を電池缶11の内部に注入し、セパレータ23に含浸させ、電池缶11の開放端部を電池蓋14により封口する。このようにして電池を組み立てたのち、例えば充放電を行うことにより、負極活物質層21Bに溝213が形成され、活物質粒子211が複数集合した2次粒子212に分割される。これにより図1,2に示した二次電池が得られる。   Further, the positive electrode active material layer 22B is formed on the positive electrode current collector 22A. For example, it is formed by mixing the positive electrode active material and, if necessary, a conductive material and a binder, applying the mixture to the positive electrode current collector 14A, and compression molding. Next, the negative electrode lead 24 is attached to the negative electrode 22, and the positive electrode lead 25 is attached to the positive electrode 22. Subsequently, the negative electrode 21 and the positive electrode 22 are stacked via the separator 23 and wound many times, and then the tip of the negative electrode lead 24 is welded to the battery can 11 and the tip of the positive electrode lead 25 is connected to the terminal pin 16. Thus, the wound negative electrode 21 and positive electrode 22 are sandwiched between a pair of insulating plates 12 and 13 and stored in the battery can 11. After that, the electrolytic solution is injected into the battery can 11 and impregnated in the separator 23, and the open end of the battery can 11 is sealed with the battery lid 14. After assembling the battery in this manner, for example, charging and discharging are performed, so that the groove 213 is formed in the negative electrode active material layer 21 </ b> B and the active material particles 211 are divided into secondary particles 212. As a result, the secondary battery shown in FIGS.

この二次電池では、充電を行うと、例えば、正極22からリチウムイオンが放出され、電解液を介して負極21に吸蔵される。放電を行うと、例えば、負極21からリチウムイオンが放出され、電解液を介して正極22に吸蔵される。その際、負極活物質層21Bは磁化を有し、内部に強磁性金属を含有しているので、負極活物質層21Bの電子伝導性が向上し、リチウムがより均一に吸蔵される。   In the secondary battery, when charged, for example, lithium ions are released from the positive electrode 22 and inserted in the negative electrode 21 through the electrolytic solution. When discharging is performed, for example, lithium ions are extracted from the negative electrode 21 and inserted into the positive electrode 22 through the electrolytic solution. At that time, since the negative electrode active material layer 21B has magnetization and contains a ferromagnetic metal therein, the electron conductivity of the negative electrode active material layer 21B is improved, and lithium is more uniformly occluded.

このように本実施の形態によれば、負極活物質層21Bが磁化を有し、磁化曲線により得られる最大磁化の強さが0.0006T以上となるようにしたので、負極活物質層21Bの電子伝導性を向上させることができ、リチウムをより均一に吸蔵することができる。よって、負極活物質層21Bの膨張および収縮による応力を緩和することができ、負極活物質層21Bの形状崩壊などを抑制することができる。従って、サイクル特性などの電池特性を向上させることができる。   As described above, according to the present embodiment, the negative electrode active material layer 21B has magnetization, and the maximum magnetization strength obtained from the magnetization curve is 0.0006 T or more. Electron conductivity can be improved and lithium can be occluded more uniformly. Therefore, stress due to expansion and contraction of the negative electrode active material layer 21B can be relaxed, and shape collapse of the negative electrode active material layer 21B can be suppressed. Therefore, battery characteristics such as cycle characteristics can be improved.

特に、負極活物質層の最大磁化の強さを1.67T以下とするようにすれば、電子伝導性を向上させ、かつ、ケイ素の含有量を高くすることができる。よって、容量を高く保持しつつ、サイクル特性を向上させることができる。   In particular, if the maximum magnetization strength of the negative electrode active material layer is 1.67 T or less, the electron conductivity can be improved and the silicon content can be increased. Therefore, the cycle characteristics can be improved while keeping the capacity high.

また、金属高濃度層と金属低濃度層とを有するようにすれば、強磁性金属の含有量を少なくしても、高い効果を得ることができる。   Further, if the metal high-concentration layer and the metal low-concentration layer are provided, a high effect can be obtained even if the content of the ferromagnetic metal is reduced.

更に、構成元素として酸素を含有するようにすれば、また、負極活物質層21Bにおける酸素の含有量を3原子数%以上40原子数%以下の範囲内とすれば、また、酸素高濃度層と酸素低濃度層とを有するようにすれば、負極活物質層の膨張を抑制して、応力をより緩和することができる。   Furthermore, if oxygen is contained as a constituent element, and if the oxygen content in the anode active material layer 21B is in the range of 3 atomic% to 40 atomic%, the oxygen high concentration layer And a low oxygen concentration layer can suppress the expansion of the negative electrode active material layer and further relax the stress.

加えて、強磁性金属の一部を酸化するようにすれば、リチウムを引き寄せることができ、より均一に吸蔵することができる。   In addition, if a part of the ferromagnetic metal is oxidized, lithium can be attracted and occluded more uniformly.

(第2の実施の形態)
図3は、本発明の第2の実施の形態に係る二次電池の構成を表すものである。この二次電池は、リード31,32が取り付けられた電池素子30をフィルム状の外装部材40の内部に収容したものである。リード31,32は、例えば、アルミニウム,銅,ニッケルあるいはステンレスなどの金属材料によりそれぞれ構成されており、外装部材40の内部から外部に向かい例えば同一方向にそれぞれ導出されている。
(Second Embodiment)
FIG. 3 shows the configuration of the secondary battery according to the second embodiment of the present invention. In the secondary battery, a battery element 30 to which leads 31 and 32 are attached is housed in a film-like exterior member 40. The leads 31 and 32 are made of, for example, a metal material such as aluminum, copper, nickel, or stainless steel, and are led out from the inside of the exterior member 40 to the outside, for example, in the same direction.

外装部材40は、例えば、ナイロンフィルム,アルミニウム箔およびポリエチレンフィルムをこの順に貼り合わせた矩形状のアルミラミネートフィルムにより構成されている。外装部材40は、例えば、ポリエチレンフィルム側と電池素子30とが対向するように配設されており、各外縁部が融着あるいは接着剤により互いに密着されている。外装部材40とリード31,32との間には、外気の侵入を防止するための密着フィルム41が挿入されている。密着フィルム41は、リード31,32に対して密着性を有する材料、例えば、ポリエチレン,ポリプロピレン,変性ポリエチレンあるいは変性ポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂により構成されている。なお、外装部材40は、上述したアルミラミネートフィルムに代えて、他の構造を有するラミネートフィルム,ポリプロピレンなどの高分子フィルムあるいは金属フィルムにより構成するようにしてもよい。   The exterior member 40 is made of, for example, a rectangular aluminum laminated film in which a nylon film, an aluminum foil, and a polyethylene film are bonded together in this order. The exterior member 40 is disposed, for example, so that the polyethylene film side and the battery element 30 face each other, and each outer edge portion is in close contact with each other by fusion or an adhesive. An adhesion film 41 for preventing the entry of outside air is inserted between the exterior member 40 and the leads 31 and 32. The adhesion film 41 is made of a material having adhesion to the leads 31 and 32, for example, a polyolefin resin such as polyethylene, polypropylene, modified polyethylene, or modified polypropylene. The exterior member 40 may be made of a laminated film having another structure, a polymer film such as polypropylene, or a metal film instead of the above-described aluminum laminated film.

図4は、図3に示した電池素子30のI−I線に沿った断面構造を表すものである。電池素子30は、負極33と正極34とをセパレータ35および電解質36を介して積層し、楕円状または扁平状に多数回巻回したものであり、最外周部は保護テープ37により保護されている。負極33は負極集電体33Aに負極活物質層33Bが設けられており、正極34は正極集電体34Aに正極活物質層34Bが設けられている。負極集電体33A,負極活物質層33B,正極集電体34A,正極活物質層34Bおよびセパレータ35の構成は、第1の実施の形態で説明した負極集電体21A,負極活物質層21B,正極集電体22A,正極活物質層22Bおよびセパレータ23と同様である。電解質36は、電解液を高分子化合物に保持させたものであり、いわゆるゲル状となっている。電解液の構成は、第1の実施の形態と同様である。高分子材料としては、例えば、ポリフッ化ビニリデンまたはフッ化ビニリデンの共重合体が挙げられる。電解質36は、例えば図6に示したように、負極33および正極34とセパレータ35との間に層状に存在していてもよいが、セパレータ35に含浸されて存在していてもよい。また、第1の実施の形態と同様に、電解液を高分子化合物に保持させることなく、そのまま用いてもよい。   FIG. 4 shows a cross-sectional structure taken along line II of the battery element 30 shown in FIG. The battery element 30 is formed by laminating a negative electrode 33 and a positive electrode 34 via a separator 35 and an electrolyte 36 and winding them many times in an elliptical shape or a flat shape, and the outermost peripheral portion is protected by a protective tape 37. . The negative electrode 33 has a negative electrode current collector 33A provided with a negative electrode active material layer 33B, and the positive electrode 34 has a positive electrode current collector 34A provided with a positive electrode active material layer 34B. The configurations of the negative electrode current collector 33A, the negative electrode active material layer 33B, the positive electrode current collector 34A, the positive electrode active material layer 34B, and the separator 35 are the same as those of the negative electrode current collector 21A and the negative electrode active material layer 21B described in the first embodiment. , The same as the positive electrode current collector 22A, the positive electrode active material layer 22B, and the separator 23. The electrolyte 36 is obtained by holding an electrolytic solution in a polymer compound and has a so-called gel shape. The configuration of the electrolytic solution is the same as that of the first embodiment. Examples of the polymer material include polyvinylidene fluoride and a copolymer of vinylidene fluoride. For example, as shown in FIG. 6, the electrolyte 36 may be present in layers between the negative electrode 33 and the positive electrode 34 and the separator 35, but may be present by being impregnated in the separator 35. Further, as in the first embodiment, the electrolytic solution may be used as it is without being held in the polymer compound.

この二次電池は、例えば、次のようにして製造することができる。   For example, the secondary battery can be manufactured as follows.

まず、第1の実施の形態と同様にして負極33および正極34を形成したのち、負極33および正極34に電解質36を形成する。次いで、負極33および正極34にリード31,32を取り付ける。続いて、電解質36を形成した負極33と正極34とをセパレータ35を介して積層し、巻回して、最外周部に保護テープ37を接着して電池素子30を形成する。そののち、例えば、外装部材40の間に電池素子30を挟み込み、外装部材40の外縁部同士を熱融着などにより密着させて封入する。   First, after forming the negative electrode 33 and the positive electrode 34 in the same manner as in the first embodiment, the electrolyte 36 is formed on the negative electrode 33 and the positive electrode 34. Next, the leads 31 and 32 are attached to the negative electrode 33 and the positive electrode 34. Subsequently, the negative electrode 33 and the positive electrode 34 on which the electrolyte 36 is formed are stacked via the separator 35 and wound, and the protective tape 37 is adhered to the outermost peripheral portion to form the battery element 30. After that, for example, the battery element 30 is sandwiched between the exterior members 40, and the outer edges of the exterior members 40 are sealed and sealed by thermal fusion or the like.

また、次のようにして組み立ててもよい。まず、第1の実施の形態と同様にして負極33および正極34を形成したのち、リード31,32を取り付ける。次いで、負極33と正極34とをセパレータ35を介して積層して巻回し、最外周部に保護テープ37を接着して巻回体を形成する。続いて、この巻回体を外装部材40に挟み、一辺を除く外周縁部を熱融着して袋状としたのち、電解液と、高分子化合物の原料であるモノマーと、重合開始剤と、必要に応じて重合禁止剤などの他の材料とを含む電解質用組成物を、外装部材40の内部に注入する。そののち、外装部材40の開口部を真空雰囲気下で熱融着して密封し、熱を加えてモノマーを重合させて高分子化合物とすることによりゲル状の電解質36を形成する。   Moreover, you may assemble as follows. First, after forming the negative electrode 33 and the positive electrode 34 in the same manner as in the first embodiment, the leads 31 and 32 are attached. Next, the negative electrode 33 and the positive electrode 34 are stacked with the separator 35 interposed therebetween and wound, and a protective tape 37 is adhered to the outermost peripheral portion to form a wound body. Subsequently, the wound body is sandwiched between the exterior members 40, and the outer peripheral edge except for one side is heat-sealed into a bag shape, and then the electrolytic solution, the monomer that is the raw material of the polymer compound, the polymerization initiator, Then, an electrolyte composition containing another material such as a polymerization inhibitor is injected into the exterior member 40 as necessary. After that, the opening of the exterior member 40 is heat-sealed and sealed in a vacuum atmosphere, and heat is applied to polymerize the monomer to obtain a polymer compound, thereby forming the gel electrolyte 36.

このようにして電池を組み立てたのち、第1の実施の形態と同様に、例えば充放電を行うことにより、負極活物質層33Bに溝213および2次粒子212が形成される。   After assembling the battery in this manner, the grooves 213 and the secondary particles 212 are formed in the negative electrode active material layer 33B by, for example, charging / discharging, as in the first embodiment.

この二次電池は、第1の実施の形態と同様に作用し、第1の実施の形態と同様の効果を有する。   This secondary battery operates in the same manner as in the first embodiment, and has the same effect as in the first embodiment.

更に、本発明の具体的な実施例について図面を参照して詳細に説明する。   Further, specific embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

実験例1−1〜1−14)
図3,4に示した構造の二次電池を作製した。まず、厚み12μmの銅箔を粗化し、表面粗度Ra値を0.1μm以上とした負極集電体33Aに、真空蒸着法によりケイ素と鉄と全体にわたって共蒸着し、厚み約5μmの負極活物質層33Bを成膜した。その際、実験例1−1〜1−14で鉄の蒸着量を変化させた。次いで、減圧雰囲気において熱処理を行い負極33を作製した。
( Experimental Examples 1-1 to 1-14)
A secondary battery having the structure shown in FIGS. First, a copper foil having a thickness of 12 μm is roughened and co-deposited with silicon and iron over the entire negative electrode current collector 33A having a surface roughness Ra value of 0.1 μm or more by a vacuum vapor deposition method. A material layer 33B was formed. At that time, the deposition amount of iron was changed in Experimental Examples 1-1 to 1-14. Next, heat treatment was performed in a reduced-pressure atmosphere to produce the negative electrode 33.

作製した実験例1−1〜1−14の負極33について、厚み方向の断面を集束イオンビーム(FIB;Focused Ion Beam)により切り出し、SEMにより観察したところ、いずれについても、複数の活物質粒子211が厚み方向に成長していることが確認された。また、切り出した断面についてAES( Auger Electron Spectroscopy;オージェ電子分光法)により局所元素分析を行ったところ、いずれについても、負極活物質層33Bと負極集電体33Aとが少なくとも一部において合金化していることが確認された。更に、切り出した断面についてAESによるライン分析およびESCA(electron spectroscopy for chemical analysis )による分析を行ったところ、活物質粒子211の内部に鉄が存在していることが確認された。なお、負極活物質層33Bにおける鉄の含有量は、例えば実験例1−5が約4.8原子数%であり、実験例1−6が約9.8原子数%であった。 About the produced negative electrodes 33 of Experimental Examples 1-1 to 1-14, a cross section in the thickness direction was cut out with a focused ion beam (FIB) and observed with an SEM. It was confirmed that was growing in the thickness direction. Further, when local elemental analysis was performed on the cut section by AES (Auger Electron Spectroscopy), the negative electrode active material layer 33B and the negative electrode current collector 33A were at least partially alloyed with each other. It was confirmed that Furthermore, when the cut section was analyzed by AES line analysis and ESCA (electron spectroscopy for chemical analysis), it was confirmed that iron was present inside the active material particles 211. Note that the iron content in the negative electrode active material layer 33B was, for example, about 4.8 atomic% in Experimental Example 1-5 and about 9.8 atomic% in Experimental Example 1-6.

また、作製した負極33を10mm×10mmの大きさに切り抜き、VSM(Vibrating Sample Magnetometer ;振動試料型磁力計)により印加磁界1194kA/m(15kOe)で掃引し磁化を測定した。表1に磁化曲線から得られた最大磁化の強さを示す。また、図5に実験例1−5の磁化曲線を代表して示す。 Further, the produced negative electrode 33 was cut out to a size of 10 mm × 10 mm, and swept with an applied magnetic field of 1194 kA / m (15 kOe) by a VSM (Vibrating Sample Magnetometer) to measure the magnetization. Table 1 shows the maximum magnetization strength obtained from the magnetization curve. FIG. 5 shows the magnetization curve of Experimental Example 1-5 as a representative.

また、正極活物質である平均粒径5μmのコバルト酸リチウム(LiCoO2 )粉末92質量部と、導電材であるカーボンブラック3質量部と、バインダーであるポリフッ化ビニリデン5質量部とを混合し、これを分散媒であるN−メチル−2−ピロリドンに投入してスラリーとした。次いで、これを厚み15μmのアルミニウム箔よりなる正極集電体34Aに塗布して乾燥させたのちプレスを行って正極活物質層34Bを形成した。 Also, 92 parts by mass of lithium cobaltate (LiCoO 2 ) powder having an average particle diameter of 5 μm as a positive electrode active material, 3 parts by mass of carbon black as a conductive material, and 5 parts by mass of polyvinylidene fluoride as a binder are mixed. This was put into N-methyl-2-pyrrolidone as a dispersion medium to form a slurry. Next, this was applied to a positive electrode current collector 34A made of an aluminum foil having a thickness of 15 μm, dried, and then pressed to form a positive electrode active material layer 34B.

続いて、炭酸エチレン37.5質量%と、炭酸プロピレン37.5質量%と、炭酸ビニレン10質量%と、LiPF6 15質量%とを混合して電解液を調整し、この電解液30質量部と、フッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとの共重合体10質量部とを混合し、負極33および正極34の両面にそれぞれ塗布して電解質36を形成した。そののち、リード31,32を取り付け、負極33と正極34とをセパレータ35を介して積層して巻回し、アルミラミネートフィルムよりなる外装部材40に封入することにより二次電池を組み立てた。 Subsequently, 37.5% by mass of ethylene carbonate, 37.5% by mass of propylene carbonate, 10% by mass of vinylene carbonate, and 15% by mass of LiPF 6 were prepared to prepare an electrolyte solution, and 30 parts by mass of this electrolyte solution And 10 parts by mass of a copolymer of vinylidene fluoride and hexafluoropropylene were mixed and applied to both surfaces of the negative electrode 33 and the positive electrode 34 to form an electrolyte 36. After that, the leads 31 and 32 were attached, the negative electrode 33 and the positive electrode 34 were laminated and wound via the separator 35, and sealed in an exterior member 40 made of an aluminum laminate film to assemble a secondary battery.

実験例1−1〜1−14に対する比較例1−1として、負極活物質層を成膜する際に鉄を蒸着しなかったことを除き、他は実験例1−1〜1−14と同様にして二次電池を組み立てた。また、比較例1−2,1−3として、蒸着条件を変えてケイ素と鉄とを全体にわたって共蒸着したことを除き、他は実験例1−1〜1−14と同様にして二次電池を組み立てた。作製した比較例1−1〜1−3の負極についても、実験例1−1〜1−14と同様にして、分析を行うと共に磁化曲線を調べた。その結果、比較例1−1〜1−3の負極についても、複数の活物質粒子が厚み方向に成長しており、負極活物質層と負極集電体とが少なくとも一部において合金化していることが確認された。また、比較例1−2,1−3については、活物質粒子の内部に鉄が存在していることが確認され、負極活物質層における鉄の含有量は比較例1−2が約4.5原子数%であり、比較例1−3が約8.8原子数%であった。更に、磁化は比較例1−1については測定されず、比較例1−2,1−3については測定されたものの小さかった。表1に最大磁化の強さを示す。 As Comparative Example 1-1 with respect to Experimental Examples 1-1 to 1-14, except that iron was not deposited when the negative electrode active material layer was formed, the others were the same as Experimental Examples 1-1 to 1-14 Then, a secondary battery was assembled. Further, as Comparative Examples 1-2 and 1-3, the secondary battery was the same as Experimental Examples 1-1 to 1-14 except that the vapor deposition conditions were changed and silicon and iron were co-deposited over the whole. Assembled. The produced negative electrodes of Comparative Examples 1-1 to 1-3 were also analyzed and examined for magnetization curves in the same manner as in Experimental Examples 1-1 to 1-14. As a result, also in the negative electrodes of Comparative Examples 1-1 to 1-3, the plurality of active material particles grew in the thickness direction, and the negative electrode active material layer and the negative electrode current collector were alloyed at least partially. It was confirmed. In Comparative Examples 1-2 and 1-3, it was confirmed that iron was present inside the active material particles, and the content of iron in the negative electrode active material layer was about 4 in Comparative Example 1-2. The number was 5 atomic%, and Comparative Example 1-3 was about 8.8 atomic%. Further, the magnetization was not measured for Comparative Example 1-1, but was small for Comparative Examples 1-2 and 1-3. Table 1 shows the strength of the maximum magnetization.

作製した実験例1−1〜1−14および比較例1−1〜1−3の二次電池について、25℃の条件下で充放電試験を行い、2サイクル目に対する31サイクル目の容量維持率を求めた。その際、充電は、1mA/cm2 の定電流密度で電池電圧が4.2Vに達するまで行ったのち、4.2Vの定電圧で電流密度が0.05mA/cm2 に達するまで行い、放電は、1mA/cm2 の定電流密度で電池電圧が2.5Vに達するまで行った。なお、充電を行う際には、負極23の容量の利用率が85%となるようにし、負極23に金属リチウムが析出しないようにした。容量維持率は、2サイクル目の放電容量に対する31サイクル目の放電容量の比率、すなわち(31サイクル目の放電容量/2サイクル目の放電容量)×100として算出した。 With respect to the fabricated secondary batteries of Experimental Examples 1-1 to 1-14 and Comparative Examples 1-1 to 1-3, a charge / discharge test was performed under the condition of 25 ° C., and the capacity retention rate of the 31st cycle relative to the 2nd cycle Asked. At that time, charging is performed at a constant current density of 1 mA / cm 2 until the battery voltage reaches 4.2 V, and then at a constant voltage of 4.2 V until the current density reaches 0.05 mA / cm 2. Was performed at a constant current density of 1 mA / cm 2 until the battery voltage reached 2.5V. When charging, the capacity utilization of the negative electrode 23 was set to 85% so that metallic lithium was not deposited on the negative electrode 23. The capacity retention ratio was calculated as the ratio of the discharge capacity at the 31st cycle to the discharge capacity at the 2nd cycle, that is, (discharge capacity at the 31st cycle / discharge capacity at the 2nd cycle) × 100.

また、実験例1−1〜1−14の二次電池について、31サイクル後に電池を解体して放電状態の負極33を取り出し、負極33の中央部における厚み方向の断面をSEMにより観察したところ、いずれについても、図2に示したように複数の活物質粒子211が集合して2次粒子212を形成していることが確認された。 Further, for the secondary batteries of Experimental Examples 1-1 to 1-14, the battery was disassembled after 31 cycles, and the discharged negative electrode 33 was taken out, and the cross section in the thickness direction at the center of the negative electrode 33 was observed by SEM. In any case, it was confirmed that a plurality of active material particles 211 aggregated to form secondary particles 212 as shown in FIG.

Figure 0005082266
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表1に示したように、実験例1−1〜1−14によれば、比較例1−1〜1−3に比べて容量維持率が向上し、厚み増加率も小さくなった。すなわち、負極活物質層33Bが磁化を有し、最大磁化の強さが0.0006T以上となるようにすれば、サイクル特性などの電池特性を向上させることができることが分かった。 As shown in Table 1, according to Experimental Examples 1-1 to 1-14, the capacity retention rate was improved and the thickness increase rate was also reduced as compared with Comparative Examples 1-1 to 1-3. That is, it was found that battery characteristics such as cycle characteristics can be improved if the negative electrode active material layer 33B has magnetization and the maximum magnetization strength is 0.0006 T or more.

また、実験例1−1〜1−14の結果をみると、最大磁化の強さが大きくなるに従い容量維持率は向上するが、ある程度以上となると同等または若干低下する傾向がみられた。すなわち、最大磁化の強さは1.67T以下とするようにすれば好ましく、0.02T以上0.8T以下の範囲内とすればより好ましいことが分かった。 Further, in the results of Experimental Examples 1-1 to 1-14, the capacity retention ratio was improved as the maximum magnetization intensity was increased. That is, it was found that the maximum magnetization strength was preferably 1.67 T or less, and more preferably 0.02 T or more and 0.8 T or less.

実験例2−1〜2−27)
負極活物質層33Bを成膜する際に、鉄に代えて、コバルト,ニッケルまたは鉄とコバルトとを全体にわたって共蒸着したことを除き、他は実験例1−1〜1−14と同様にして二次電池を組み立てた。その際、実験例2−1〜2−9ではコバルトを共蒸着し、実験例2−10〜2−17ではニッケルを共蒸着し、実験例2−18〜2−27では鉄コバルト合金を共蒸着した。また、各実験例で強磁性元素の蒸着量を変化させた。
( Experimental examples 2-1 to 2-27)
When the negative electrode active material layer 33B was formed, the same procedure as in Experimental Examples 1-1 to 1-14 was performed except that cobalt, nickel, or iron and cobalt were co-deposited over the whole instead of iron. A secondary battery was assembled. At that time, experimental examples 2-1 to 2-9 were co-deposited cobalt in by co-evaporation of nickel in Examples 2-10~2-17, co Experimental Examples 2-18~2-27 the iron-cobalt alloy Vapor deposited. In each experimental example, the deposition amount of the ferromagnetic element was changed.

作製した実験例2−1〜2−27の負極33についても、実験例1−1〜1−14と同様にして、分析を行うと共に磁化曲線を調べた。その結果、実験例1−1〜1−14と同様に、複数の活物質粒子211が厚み方向に成長しており、活物質粒子211の内部に強磁性元素が存在していることが確認された。また、負極活物質層33Bと負極集電体33Aとが少なくとも一部において合金化していることも確認された。磁化曲線から得られた最大磁化の強さは表2に示した通りであった。 For the negative electrode 33 of Experimental Example 2-1~2-27 prepared also in the same manner as in Experimental Example 1-1 to 1-14 were examined magnetization curves performs analysis. As a result, as in Experimental Examples 1-1 to 1-14, it was confirmed that the plurality of active material particles 211 grew in the thickness direction, and the ferromagnetic element was present inside the active material particles 211. It was. It was also confirmed that the negative electrode active material layer 33B and the negative electrode current collector 33A were alloyed at least partially. The maximum magnetization strength obtained from the magnetization curve was as shown in Table 2.

作製した実験例2−1〜2−27の二次電池についても、実験例1−1〜1−14と同様にして充放電を行い、容量維持率を調べた。得られた結果を比較例1−1の結果と共に表2に示す。 Regarding the secondary batteries of Experimental Examples 2-1~2-27 prepared, it was charged and discharged in the same manner as in Experimental Example 1-1 to 1-14 were examined and the capacity retention ratio. The obtained results are shown in Table 2 together with the results of Comparative Example 1-1.

Figure 0005082266
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表2に示したように、実験例2−1〜2−27によれば、比較例1−1に比べて容量維持率を向上させることができた。すなわち、他の強磁性元素を用いても同様の効果を得られることが分かった。 As shown in Table 2, according to Experimental Examples 2-1 to 2-27, the capacity retention rate could be improved as compared with Comparative Example 1-1. That is, it has been found that the same effect can be obtained even when other ferromagnetic elements are used.

実験例3−1〜3−16)
負極活物質層33Bを成膜する際に、強磁性元素を全体にわたって共蒸着するのではなく、ケイ素層と強磁性金属層とを交互に蒸着して強磁性元素を添加したことを除き、他は実験例1−1〜1−14または実験例2−1〜2−27と同様にして二次電池を組み立てた。これにより、本実験例では、ケイ素と強磁性元素とが熱処理により相互に拡散するが、強磁性金属の濃度が高い金属高濃度層と、強磁性金属の濃度が低い金属低濃度層とが形成される。強磁性元素は実験例3−1〜3−8が鉄、実験例3−9〜3−12がコバルト、実験例3−13〜3−16が鉄とコバルトである。また、強磁性金属層はケイ素層の間に挿入するようにし、表3に示したように各実験例で強磁性金属層の層数を変化させた。
( Experimental examples 3-1 to 3-16)
When the negative electrode active material layer 33B is formed, the ferromagnetic element is not co-deposited over the whole, but the silicon element and the ferromagnetic metal layer are alternately deposited and the ferromagnetic element is added. is a secondary battery was assembled in the same manner as in experimental example 1-1 to 1-14 or experimental example 2-1~2-27. As a result, in this experimental example, silicon and ferromagnetic elements diffuse to each other by heat treatment, but a high-concentration metal layer with a high concentration of ferromagnetic metal and a low-concentration metal layer with a low concentration of ferromagnetic metal are formed. Is done. Ferromagnetic elements iron Experimental Example 3-1 to 3-8, the experimental example 3-9~3-12 cobalt, experimental examples 3-13~3-16 is iron and cobalt. The ferromagnetic metal layer was inserted between the silicon layers, and the number of ferromagnetic metal layers was changed in each experimental example as shown in Table 3.

作製した実験例3−1〜3−16の負極33についても、実験例1−1〜1−14と同様にして分析を行うと共に磁化曲線を調べた。その結果、実験例1−1〜1−14と同様の結果が確認された。また、磁化曲線から得られた最大磁化の強さは表3に示した通りであった。また、作製した実験例3−1〜3−16の二次電池についても、実験例1−1〜1−14と同様にして充放電を行い、容量維持率を調べた。得られた結果を実験例1−5,1−12,2−4,2−5,2−20および比較例1−1の結果と共に表3に示す。 For the negative electrode 33 of Experimental Example 3 - 1 to 3 - prepared was also examined magnetization curve performs analysis in the same manner as in Experimental Example 1-1 to 1-14. As a result, the same results as in Experimental Examples 1-1 to 1-14 were confirmed. Further, the maximum magnetization strength obtained from the magnetization curve was as shown in Table 3. Further, for the secondary batteries of Examples 3 - 1 to 3 - prepared, it was charged and discharged in the same manner as in Experimental Example 1-1 to 1-14 were examined and the capacity retention ratio. The obtained results are shown in Table 3 together with the results of Experimental Examples 1-5, 1-12, 2-4, 2-5, 2-20 and Comparative Example 1-1.

Figure 0005082266
Figure 0005082266

表3に示したように、実験例3−1〜3−16によれば、比較例1−1に比べて容量維持率を向上させることができた。また、負極活物質層33Bの全体にわたって強磁性元素を添加した実験例1−5,1−12,2−4,2−5,2−20に比べて、更に容量維持率を向上させることができた。すなわち、金属高濃度層と金属低濃度層とを有するようにすれば、より高い効果を得られることがわかった。 As shown in Table 3, according to Experimental Examples 3-1 to 3-16, the capacity retention rate could be improved as compared with Comparative Example 1-1. Further, the capacity retention ratio can be further improved as compared with Experimental Examples 1-5, 1-12, 2-4, 2-5, and 2-20 in which a ferromagnetic element is added throughout the negative electrode active material layer 33B. did it. That is, it has been found that a higher effect can be obtained by having a metal high concentration layer and a metal low concentration layer.

実験例4−1〜4−19)
負極活物質層33Bを成膜する際に酸素ガスを連続して導入し、全体にわたって酸素を添加したことを除き、他は実験例1−1〜1−14または実験例2−1〜2−27と同様にして二次電池を組み立てた。酸素ガスの導入量は、負極活物質層33Bにおける酸素の含有量が表4に示した値となるように調節した。強磁性元素は、実験例4−1〜4−8が鉄、実験例4−9〜4−13がコバルト、実験例4−14〜4−19が鉄とコバルトである。
( Experimental examples 4-1 to 4-19)
The anode active material layer 33B oxygen gas was introduced continuously during the film formation, except that the addition of oxygen throughout the other experimental examples 1-1 to 1-14 or experimental example 2-1~2- A secondary battery was assembled in the same manner as in FIG. The amount of oxygen gas introduced was adjusted so that the oxygen content in the negative electrode active material layer 33B would be the value shown in Table 4. As for the ferromagnetic elements, Experimental Examples 4-1 to 4-8 are iron, Experimental Examples 4-9 to 4-13 are cobalt, and Experimental Examples 4-14 to 4-19 are iron and cobalt.

作製した実験例4−1〜4−19の負極33についても、実験例1−1〜1−14と同様にして分析を行うと共に磁化曲線を調べた。その結果、実験例1−1〜1−14と同様の結果が確認された。また、磁化曲線から得られた最大磁化の強さは表4に示した通りであった。また、作製した実験例4−1〜4−19の二次電池についても、実験例1−1〜1−14と同様にして充放電を行い、容量維持率を調べた。得られた結果を実験例1−4,1−5,2−4,2−20の結果と共に表4に示す。 For the negative electrode 33 of Experimental Example 4-1~4-19 prepared it was also examined magnetization curve performs analysis in the same manner as in Experimental Example 1-1 to 1-14. As a result, the same results as in Experimental Examples 1-1 to 1-14 were confirmed. Further, the maximum magnetization strength obtained from the magnetization curve was as shown in Table 4. Further, for the secondary batteries of Experimental Examples 4-1~4-19 prepared, it was charged and discharged in the same manner as in Experimental Example 1-1 to 1-14 were examined and the capacity retention ratio. The obtained results are shown in Table 4 together with the results of Experimental Examples 1-4, 1-5, 2-4 and 2-20.

Figure 0005082266
Figure 0005082266

表4に示したように、実験例4−1〜4−19によれば、実験例1−4,1−5,2−4,2−20よりも、更に容量維持率を向上させることができた。すなわち、負極活物質層21Bに構成元素として酸素を含むようにすれば、より好ましいことが分かった。 As shown in Table 4, according to the experimental example 4-1~4-19 than Experiment 1-4,1-5,2-4,2-20, it is possible to further improve the capacity retention rate did it. In other words, it was found that it was more preferable if the negative electrode active material layer 21B contained oxygen as a constituent element.

実験例5−1〜5−7)
負極活物質層33Bを成膜する際に、全体にわたって鉄とコバルトとを共蒸着すると共に、成膜の途中で酸素ガスを導入して酸素高濃度層と酸素低濃度層とを形成したことを除き、他は実験例1−1〜1−14と同様にして二次電池を組み立てた。その際、酸素高濃度層の数を各実験例で1層から7層まで変化させた。
( Experimental Examples 5-1 to 5-7)
When the negative electrode active material layer 33B was formed, iron and cobalt were co-evaporated over the whole, and oxygen gas was introduced during the film formation to form the oxygen high concentration layer and the oxygen low concentration layer. Except for the above, secondary batteries were assembled in the same manner as in Experimental Examples 1-1 to 1-14. At that time, the number of oxygen high concentration layers was changed from 1 layer to 7 layers in each experimental example.

作製した実験例5−1〜5−7の負極33についても、実験例1−1〜1−14と同様にして分析を行うと共に磁化曲線を調べた。その結果、実験例1−1〜1−14と同様の結果が確認された。また、磁化曲線から得られた最大磁化の強さは表5に示した通りであった。また、作製した実験例5−1〜5−7の二次電池についても、実験例1−1〜1−14と同様にして充放電を行い、容量維持率を調べた。得られた結果を実験例2−20の結果と共に表5に示す。 For the negative electrode 33 of Experimental Example 5-1~5-7 prepared it was also examined magnetization curve performs analysis in the same manner as in Experimental Example 1-1 to 1-14. As a result, the same results as in Experimental Examples 1-1 to 1-14 were confirmed. Further, the strength of the maximum magnetization obtained from the magnetization curve was as shown in Table 5. Further, for the secondary batteries of Experimental Examples 5-1~5-7 prepared, it was charged and discharged in the same manner as in Experimental Example 1-1 to 1-14 were examined and the capacity retention ratio. The obtained results are shown in Table 5 together with the results of Experimental Example 2-20.

Figure 0005082266
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表5に示したように、実験例5−1〜5−7によれば、実験例2−20よりも、更に容量維持率を向上させることができた。すなわち、負極活物質層21Bに酸素高濃度層と酸素低濃度層とを有するようにすれば、より好ましいことが分かった。 As shown in Table 5, according to Experimental Examples 5-1 to 5-7, the capacity retention rate could be further improved as compared with Experimental Example 2-20. That is, it has been found that it is more preferable if the negative electrode active material layer 21B has a high oxygen concentration layer and a low oxygen concentration layer.

実験例6−1〜6−14)
負極活物質層33Bを成膜する際に、強磁性元素を全体にわたって共蒸着するのではなく、ケイ素層と強磁性金属層とを交互に蒸着して強磁性元素を添加すると共に、強磁性金属層を蒸着する際に酸素ガスを導入して酸素を添加したことを除き、他は実験例1−1〜1−14と同様にして二次電池を組み立てた。すなわち、本実験例では、金属高濃度層および金属低濃度層を形成すると共に、酸素高濃度層および酸素低濃度層を形成した。強磁性元素は鉄とコバルトである。強磁性金属層はケイ素層の間に挿入するようにし、表6に示したように各実験例で強磁性金属層の層数を変化させた。
( Experimental examples 6-1 to 6-14)
When forming the negative electrode active material layer 33B, the ferromagnetic element is not co-evaporated over the whole, but the silicon layer and the ferromagnetic metal layer are alternately evaporated to add the ferromagnetic element. A secondary battery was assembled in the same manner as in Experimental Examples 1-1 to 1-14 except that oxygen gas was introduced and oxygen was added when the layers were deposited. That is, in this experimental example, a high-concentration metal layer and a low-concentration metal layer were formed, and a high-oxygen concentration layer and a low-oxygen concentration layer were formed. Ferromagnetic elements are iron and cobalt. The ferromagnetic metal layer was inserted between the silicon layers, and the number of ferromagnetic metal layers was changed in each experimental example as shown in Table 6.

作製した実験例6−1〜6−14の負極33についても、実験例1−1〜1−14と同様にして分析を行うと共に磁化曲線を調べた。その結果、実験例1−1〜1−14と同様の結果が確認された。また、磁化曲線から得られた最大磁化の強さは表6に示した通りであった。また、作製した実験例6−1〜6−14の二次電池についても、実験例1−1〜1−14と同様にして充放電を行い、容量維持率を調べた。得られた結果を実験例3−13の結果と共に表6に示す。 For the negative electrode 33 of Experimental Example 6-1~6-14 prepared it was also examined magnetization curve performs analysis in the same manner as in Experimental Example 1-1 to 1-14. As a result, the same results as in Experimental Examples 1-1 to 1-14 were confirmed. Further, the strength of the maximum magnetization obtained from the magnetization curve is as shown in Table 6. Further, for the secondary batteries of Experimental Examples 6-1~6-14 prepared, it was charged and discharged in the same manner as in Experimental Example 1-1 to 1-14 were examined and the capacity retention ratio. The obtained results are shown in Table 6 together with the results of Experimental Example 3-13.

Figure 0005082266
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表3に示したように、実験例6−1〜6−14によれば、高い容量維持率を得られることがわかった。また、実験例6−2,6−5,6−8,6−11,6−14と実験例3−13とを比較すればわかるように、酸素を添加した実験例6−2,6−5,6−8,6−11,6−14の方がより高い特性を得ることができた。すなわち、金属高濃度層を形成すると共に、金属高濃度層と少なくとも一部が重なるように酸素高濃度層を形成するようにすれば、より高い効果を得られることがわかった。 As shown in Table 3, according to Experimental Examples 6-1 to 6-14, it was found that a high capacity retention rate was obtained. As it can be seen by comparing with the experimental examples 6-2,6-5,6-8,6-11,6-14 and Experimental Examples 3-13, experimental examples with the addition of oxygen 6-2,6- 5,6-8, 6-11, 6-14 could obtain higher characteristics. That is, it has been found that a higher effect can be obtained by forming a high-concentration metal layer and forming a high-oxygen concentration layer so as to at least partially overlap the high-concentration metal layer.

実験例7−1〜7−8)
アルミニウムまたはニッケルでめっきした鉄よりなる電池缶11を用い、図1に示した構造の二次電池を作製した。負極21および正極22は、実験例1−5,2−4,2−12,2−20と同様にして作製した。電解液には、炭酸エチレン30質量%と、炭酸ビニレン10質量%と、炭酸ジメチル60質量%とを混合した溶媒に、1mol/lのLiPF6 を溶解したものを用いた。
( Experimental examples 7-1 to 7-8)
Using a battery can 11 made of iron plated with aluminum or nickel, a secondary battery having the structure shown in FIG. 1 was produced. The negative electrode 21 and the positive electrode 22 were produced in the same manner as in Experimental Examples 1-5, 2-4, 2-12, and 2-20. As the electrolytic solution, one obtained by dissolving 1 mol / l LiPF 6 in a solvent in which 30% by mass of ethylene carbonate, 10% by mass of vinylene carbonate, and 60% by mass of dimethyl carbonate were mixed was used.

作製した実験例7−1〜7−8の二次電池および実験例1−5,2−4,2−12,2−20について、実験例1−1〜1−14と同様にして充放電を行い、電池の厚み増加率を調べた。厚み増加率は、充放電を行う前と、31サイクル充放電を行った後とで電池の厚みを測定し、充放電前の厚みに対する31サイクル後の厚みの増加量の割合、すなわち[(31サイクル後の厚み−充放電前の厚み)/充放電前の厚み]×100により算出した。得られた結果を表7に示す。 For the secondary batteries and experimental examples 1-5,2-4,2-12,2-20 of Experimental Example 7-1 to 7-8 were prepared, charged and discharged in the same manner as in Experimental Example 1-1 to 1-14 The thickness increase rate of the battery was examined. The rate of increase in thickness is the ratio of the increase in thickness after 31 cycles to the thickness before charge / discharge, ie, [(31 Thickness after cycle−thickness before charge / discharge) / thickness before charge / discharge] × 100. The results obtained are shown in Table 7.

Figure 0005082266
Figure 0005082266

表7に示したように、アルミラミネートフィルムよりなる外装部材40を用いた実験例よりも、アルミニウムよりなる電池缶11を用いた実験例、更には鉄よりなる電池缶11を用いた実験例の方が、厚み増加率を小さくすることができた。すなわち、外装には電池缶11を用いた方が好ましく、鉄缶を用いればより好ましいいことが分かった。 As shown in Table 7, than the experimental examples using the package member 40 made of aluminum laminate film, experimental examples using the battery can 11 made of aluminum, even the experimental examples using the battery can 11 made of iron However, the thickness increase rate could be reduced. That is, it was found that the battery can 11 was preferably used for the exterior, and the iron can was more preferable.

以上、実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態および実施例に限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、上記実施の形態および実施例では、液状の電解質である電解液、またはいわゆるゲル状の電解質を用いる場合について説明したが、他の電解質を用いるようにしてもよい。他の電解質としては、イオン伝導性を有する固体電解質、固体電解質と電解液とを混合したもの、あるいは固体電解質とゲル状の電解質とを混合したものが挙げられる。   Although the present invention has been described with reference to the embodiments and examples, the present invention is not limited to the above embodiments and examples, and various modifications can be made. For example, in the above-described embodiments and examples, the case where an electrolytic solution which is a liquid electrolyte or a so-called gel electrolyte is used has been described, but another electrolyte may be used. Examples of other electrolytes include solid electrolytes having ionic conductivity, a mixture of a solid electrolyte and an electrolyte solution, and a mixture of a solid electrolyte and a gel electrolyte.

なお、固体電解質には、例えば、イオン伝導性を有する高分子化合物に電解質塩を分散させた高分子固体電解質、またはイオン伝導性ガラスあるいはイオン性結晶などよりなる無機固体電解質を用いることができる。高分子固体電解質の高分子化合物としては、例えば、ポリエチレンオキサイドあるいはポリエチレンオキサイドを含む架橋体などのエーテル系高分子化合物、ポリメタクリレートなどのエステル系高分子化合物、アクリレート系高分子化合物を単独あるいは混合して、または共重合させて用いることができる。また、無機固体電解質としては、窒化リチウムあるいはリン酸リチウムなどを含むもの用いることができる。   As the solid electrolyte, for example, a polymer solid electrolyte in which an electrolyte salt is dispersed in a polymer compound having ion conductivity, or an inorganic solid electrolyte made of ion conductive glass or ionic crystals can be used. Examples of the polymer compound of the solid polymer electrolyte include, for example, an ether polymer compound such as polyethylene oxide or a crosslinked product containing polyethylene oxide, an ester polymer compound such as polymethacrylate, and an acrylate polymer compound. Or can be copolymerized. In addition, as the inorganic solid electrolyte, one containing lithium nitride or lithium phosphate can be used.

また、上記実施の形態および実施例では、楕円状または扁平状に巻回した構造を有する電池素子を用いる場合について説明したが、円形状に巻回した構造としてもよく、また、折り畳んだり、積層した構造としてもよい。更に、中空角柱状の電池缶を用いる場合について説明したが、円筒型,コイン型あるいはボタン型などの他の形状を有する電池缶を用いてもよい Further, in the above embodiments and examples, the case where a battery element having a structure wound in an elliptical shape or a flat shape is used is described. However, a structure wound in a circular shape may be used, and the battery element may be folded or stacked. It is good also as a structure. Furthermore, although the case of using a hollow prismatic battery can has been described, a battery can having another shape such as a cylindrical shape, a coin shape, or a button shape may be used .

本発明の第1の実施の形態に係る二次電池の構成を表す断面図である。It is sectional drawing showing the structure of the secondary battery which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 図1に示した二次電池に係る負極活物質層の粒子構造を表す模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a particle structure of a negative electrode active material layer according to the secondary battery illustrated in FIG. 1. 本発明の第2の実施の形態に係る二次電池の構成を表す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view showing the structure of the secondary battery which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 図3に示した二次電池のI−I線に沿った構造を表す断面図である。It is sectional drawing showing the structure along the II line of the secondary battery shown in FIG. 実験例1−5の磁化曲線を表す特性図である。It is a characteristic view showing the magnetization curve of Experimental example 1-5.

符号の説明Explanation of symbols

11…電池缶、12,13…絶縁板、14…電池蓋、15…絶縁部材、16…端子ピン、20,30…電池素子、21,33…負極、21A,33A…負極集電体、21B,33B…負極活物質層、22,34…正極、22A,34A…正極集電体、22B,34B…正極活物質層、23,35…セパレータ、24…負極リード、25…正極リード、31,32…リード、36…電解質、37…保護テープ、40…外装部材、41…密着フィルム、211…活物質粒子、212…2次粒子、213…溝
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Battery can, 12, 13 ... Insulating plate, 14 ... Battery cover, 15 ... Insulating member, 16 ... Terminal pin, 20, 30 ... Battery element, 21, 33 ... Negative electrode, 21A, 33A ... Negative electrode collector, 21B , 33B ... negative electrode active material layer, 22, 34 ... positive electrode, 22A, 34A ... positive electrode current collector, 22B, 34B ... positive electrode active material layer, 23, 35 ... separator, 24 ... negative electrode lead, 25 ... positive electrode lead, 31, 32 ... Lead, 36 ... Electrolyte, 37 ... Protective tape, 40 ... Exterior member, 41 ... Adhesive film, 211 ... Active material particle, 212 ... Secondary particle, 213 ... Groove

Claims (16)

負極集電体と、構成元素としてケイ素(Si)を含む負極活物質層とを備え、
前記負極活物質層は、強磁性金属を含み、強磁性金属の濃度が高い金属高濃度層と、強磁性金属の濃度が低い金属低濃度層とを有すると共に、磁化曲線により得られる最大磁化の強さが0.0006T以上である、負極。
A negative electrode current collector, and a negative electrode active material layer containing silicon (Si) as a constituent element,
The negative electrode active material layer includes a ferromagnetic metal and includes a high-concentration metal layer having a high ferromagnetic metal concentration and a low-concentration metal layer having a low ferromagnetic metal concentration, and has a maximum magnetization obtained by a magnetization curve. A negative electrode having a strength of 0.0006T or more.
前記負極活物質層の磁化曲線により得られる最大磁化の強さは、1.67T以下である、請求項1記載の負極。   The negative electrode according to claim 1, wherein the maximum magnetization strength obtained from the magnetization curve of the negative electrode active material layer is 1.67 T or less. 前記負極活物質層に存在する強磁性金属の一部は酸化している、請求項記載の負極。 The portion of the ferromagnetic metal present in the anode active material layer is oxidized, the negative electrode of claim 1, wherein. 前記負極活物質層は、構成元素としてケイ素を含む活物質粒子を有し、
この活物質粒子の少なくとも一部は、粒子中に前記強磁性金属を含み、強磁性金属の濃度が高い金属高濃度層と、強磁性金属の濃度が低い金属低濃度層とを有する、請求項1記載の負極。
The negative electrode active material layer has active material particles containing silicon as a constituent element,
At least a portion of the active material particles, see contains the ferromagnetic metal in the particles, having a density higher metal high concentration layer of the ferromagnetic metal, and a concentration of the ferromagnetic metal is low metal low concentration layer, wherein Item 1. The negative electrode according to Item 1.
前記負極活物質層の少なくとも一部は、気相法により形成された、請求項1記載の負極。   The negative electrode according to claim 1, wherein at least a part of the negative electrode active material layer is formed by a vapor phase method. 前記負極活物質層は、前記負極集電体と少なくとも一部において合金化している、請求項1記載の負極。   The negative electrode according to claim 1, wherein the negative electrode active material layer is alloyed at least partially with the negative electrode current collector. 前記負極活物質層は、更に構成元素として酸素(O)を含有し、その含有量は3原子数%以上40原子数%以下である、請求項1記載の負極。   The negative electrode according to claim 1, wherein the negative electrode active material layer further contains oxygen (O) as a constituent element, and the content thereof is 3 atomic% to 40 atomic%. 前記負極活物質層は、厚み方向において、酸素の濃度が高い酸素高濃度層と、酸素の濃度が低い酸素低濃度層とを有する、請求項1記載の負極。   2. The negative electrode according to claim 1, wherein the negative electrode active material layer includes an oxygen high concentration layer having a high oxygen concentration and an oxygen low concentration layer having a low oxygen concentration in the thickness direction. 正極および負極と共に電解質を備え、
前記負極は、負極集電体と、構成元素としてケイ素(Si)を含む負極活物質層とを有し、
前記負極活物質層は、強磁性金属を含み、強磁性金属の濃度が高い金属高濃度層と、強磁性金属の濃度が低い金属低濃度層とを有すると共に、磁化曲線により得られる最大磁化の強さが0.0006T以上である、二次電池。
With electrolyte together with positive and negative electrodes,
The negative electrode has a negative electrode current collector and a negative electrode active material layer containing silicon (Si) as a constituent element,
The negative electrode active material layer includes a ferromagnetic metal and includes a high-concentration metal layer having a high ferromagnetic metal concentration and a low-concentration metal layer having a low ferromagnetic metal concentration, and has a maximum magnetization obtained by a magnetization curve. A secondary battery having a strength of 0.0006T or more.
前記負極活物質層の磁化曲線により得られる最大磁化の強さは、1.67T以下である、請求項記載の二次電池。 The secondary battery according to claim 9 , wherein the maximum magnetization obtained by the magnetization curve of the negative electrode active material layer is 1.67 T or less. 前記負極活物質層に存在する強磁性金属の一部は酸化している、請求項記載の二次電池。 The secondary battery according to claim 9 , wherein a part of the ferromagnetic metal present in the negative electrode active material layer is oxidized. 前記負極活物質層は、構成元素としてケイ素を含む活物質粒子を有し、
この活物質粒子の少なくとも一部は、粒子中に前記強磁性金属を含み、強磁性金属の濃度が高い金属高濃度層と、強磁性金属の濃度が低い金属低濃度層とを有する、請求項記載の二次電池。
The negative electrode active material layer has active material particles containing silicon as a constituent element,
At least a portion of the active material particles, see contains the ferromagnetic metal in the particles, having a density higher metal high concentration layer of the ferromagnetic metal, and a concentration of the ferromagnetic metal is low metal low concentration layer, wherein Item 10. A secondary battery according to Item 9 .
前記負極活物質層の少なくとも一部は、気相法により形成された、請求項記載の二次電池。 The secondary battery according to claim 9 , wherein at least a part of the negative electrode active material layer is formed by a vapor phase method. 前記負極活物質層は、前記負極集電体と少なくとも一部において合金化している、請求項記載の二次電池。 The secondary battery according to claim 9 , wherein the negative electrode active material layer is alloyed at least partially with the negative electrode current collector. 前記負極活物質層は、更に構成元素として酸素(O)を含有し、その含有量は3原子数%以上40原子数%以下である、請求項記載の二次電池。 The secondary battery according to claim 9 , wherein the negative electrode active material layer further contains oxygen (O) as a constituent element, and the content thereof is 3 atomic% to 40 atomic%. 前記負極活物質層は、厚み方向において、酸素の濃度が高い酸素高濃度層と、酸素の濃度が低い酸素低濃度層とを有する、請求項記載の二次電池。 The secondary battery according to claim 9 , wherein the negative electrode active material layer includes, in the thickness direction, an oxygen high concentration layer having a high oxygen concentration and an oxygen low concentration layer having a low oxygen concentration.
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