JP6048312B2 - Negative electrode for lithium ion secondary battery and lithium ion secondary battery - Google Patents
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Description
本発明は、リチウムイオン二次電池用負極及びその負極を有するリチウムイオン二次電池に関するものである。 The present invention relates to a negative electrode for a lithium ion secondary battery and a lithium ion secondary battery having the negative electrode.
リチウムイオン二次電池は、充放電容量が高く、高出力化が可能な二次電池である。現在リチウムイオン二次電池は、主として携帯電子機器用の電源として用いられており、更に、今後普及が予想される電気自動車用の電源として期待されている。 A lithium ion secondary battery is a secondary battery having a high charge / discharge capacity and capable of high output. At present, lithium ion secondary batteries are mainly used as a power source for portable electronic devices, and further expected as a power source for electric vehicles that are expected to be widely used in the future.
近年リチウムイオン二次電池の負極活物質として、炭素材料の理論容量を大きく超える充放電容量を持つ珪素や珪素化合物などの珪素系材料、錫や錫化合物のような錫系材料が検討されている。しかし、珪素系材料や錫系材料を負極活物質として用いると、充放電サイクルにおいてリチウム(Li)の吸蔵および放出に伴って、負極活物質が膨張および収縮することが知られている。負極活物質が膨張したり収縮したりすることで、負極活物質を集電体に保持する役割を果たす結着剤に負荷がかかり、負極活物質と集電体との密着性が低下したり、電極内の導電パスが破壊されて電極の抵抗があがり、容量が著しく低下したり、膨張と収縮の繰り返しにより負極活物質に歪が生じて負極活物質が微細化して電極から脱離したりする。 In recent years, silicon-based materials such as silicon and silicon compounds, and tin-based materials such as tin and tin compounds, which have a charge / discharge capacity that greatly exceeds the theoretical capacity of carbon materials, have been studied as negative electrode active materials for lithium ion secondary batteries. . However, it is known that when a silicon-based material or a tin-based material is used as the negative electrode active material, the negative electrode active material expands and contracts with the insertion and extraction of lithium (Li) in the charge / discharge cycle. When the negative electrode active material expands or contracts, a load is applied to the binder that holds the negative electrode active material on the current collector, and the adhesion between the negative electrode active material and the current collector decreases. The conductive path in the electrode is destroyed, the resistance of the electrode is increased, the capacity is remarkably reduced, or the negative electrode active material is distorted by repeated expansion and contraction, and the negative electrode active material is refined and detached from the electrode. .
負極活物質が膨張したり収縮したりしても負極活物質を含む負極活物質層と集電体との間で電子伝達できるようにするために様々な検討がされている。 Various studies have been made to enable electron transfer between the negative electrode active material layer containing the negative electrode active material and the current collector even if the negative electrode active material expands or contracts.
例えば特許文献1には、集電体と負極活物質層との間に導電剤と結着剤とを有する導電層を設けた負極が記載されている。この導電層における導電剤の添加量は90質量%〜98質量%とされており、導電層によって負極活物質層と集電体との間の導電性を向上させようとしている。負極活物質にはグラファイト粉末が使用されており、また特許文献1に記載の技術では、正極と負極の間に耐熱性多孔質層が配置され、耐熱性多孔質層が負極の活物質層を集電体と共に取り囲んだ構成であることが前提となっている。
For example,
特許文献2には、塩素含有ポリマーを含む導電性プライマー層を集電体と活物質層の間に配置した電極が記載されている。電極が自動車に搭載される電気デバイスに求められる耐振動性を有するようにするために、導電性プライマー層が集電体と活物質層との密着性を上げるために設けられている。この導電性プライマー層は振動を吸収する制振材の役割を果たす。しかしながら負極活物質にはグラファイト粉末が使用されており、Liの吸蔵及び放出に伴って膨張、収縮するような負極活物質は使用されていない。
特許文献3には、充放電に伴って体積変化する負極活物質を有する負極活物質層と集電体との間に結着剤と導電性物質とを含む密着層を有し、結着剤が変性フッ素含有高分子化合物よりなる負極が開示されている。実施例において、密着層を有する電極が密着層のない電極と比べて3サイクル目の放電容量維持率が向上したことが記載されているが、充分に放電容量を維持しているとは言い難い。
上記のように様々な検討がされているが、負極活物質が膨張したり収縮したりしても負極活物質層と集電体との間で電子伝達できるようにするためには充分な検討がされていなかった。 Although various studies have been made as described above, sufficient studies have been made to enable electron transfer between the negative electrode active material layer and the current collector even if the negative electrode active material expands or contracts. Was not.
本発明は、このような事情に鑑みて為されたものであり、Liの吸蔵及び放出に伴って膨張、収縮するような負極活物質を使用しても、負極活物質層と集電体とがはがれにくく、保存特性を向上させることができるリチウムイオン二次電池用負極及びその負極を有するリチウムイオン二次電池を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and even when a negative electrode active material that expands and contracts with the insertion and extraction of Li is used, the negative electrode active material layer, the current collector, An object of the present invention is to provide a negative electrode for a lithium ion secondary battery that is difficult to peel off and can improve storage characteristics, and a lithium ion secondary battery having the negative electrode.
本発明者等が鋭意検討した結果、負極の抵抗を上げるのを抑制でき、保存特性を向上させることができる新たなリチウムイオン二次電池用負極を見いだした。ここで負極の抵抗があがるのは負極活物質層が集電体本体から剥離することが一番の原因であると考え、負極活物質層が集電体本体から剥離しにくくすることで負極の抵抗が上がるのを抑制できると考えた。ここで負極活物質層の集電体本体からの剥離しにくさの指標として負極の抵抗を測定した。 As a result of intensive studies by the present inventors, the present inventors have found a new negative electrode for lithium ion secondary batteries that can suppress an increase in resistance of the negative electrode and can improve storage characteristics. Here, the negative electrode resistance rises because the negative electrode active material layer is peeled off from the current collector body, and the negative electrode active material layer is less peeled off from the current collector body. We thought that it was possible to suppress the increase in resistance. Here, the resistance of the negative electrode was measured as an index of the difficulty of peeling the negative electrode active material layer from the current collector body.
すなわち、本発明のリチウムイオン二次電池用負極は、集電体本体と、集電体本体の表面に配置されるコート層と、コート層の表面に配置され、負極活物質を含む負極活物質層と、を有し、コート層はコート層用バインダーと導電性材料とを含み、コート層の全体を100質量%としたときに、コート層用バインダーの含有量は40質量%より多く99質量%以下であり、負極活物質はSi、Si化合物、Sn及びSn化合物の群から選択される少なくとも一つを含むことを特徴とする。 That is, the negative electrode for a lithium ion secondary battery of the present invention includes a current collector body, a coat layer disposed on the surface of the current collector body, and a negative electrode active material disposed on the surface of the coat layer and including a negative electrode active material The coating layer includes a coating layer binder and a conductive material. When the entire coating layer is 100% by mass, the content of the coating layer binder is more than 40% by mass and 99% by mass. %, And the negative electrode active material contains at least one selected from the group consisting of Si, Si compound, Sn and Sn compound.
導電性材料は、TiO2、SnO2、ZnO、NiO、VO2、In2O3、CuO、Ag2O、SnO、及びNb2O5からなる群より選ばれる少なくとも一つの酸化物若しくはこれらの酸化物を含有する複合酸化物からなる酸化物半導体であることが好ましい。 The conductive material is at least one oxide selected from the group consisting of TiO 2 , SnO 2 , ZnO, NiO, VO 2 , In 2 O 3 , CuO, Ag 2 O, SnO, and Nb 2 O 5 , or these An oxide semiconductor made of a complex oxide containing an oxide is preferable.
導電性材料はSnO2であることが好ましい。 Conductive material is preferably a SnO 2.
コート層の厚みは0.05μm以上0.5μm以下であることが好ましい。 The thickness of the coat layer is preferably 0.05 μm or more and 0.5 μm or less.
コート層用バインダーはフッ素含有樹脂であることが好ましい。 The binder for the coat layer is preferably a fluorine-containing resin.
本発明のリチウムイオン二次電池は上記リチウムイオン二次電池用負極を有することを特徴とする。 The lithium ion secondary battery of this invention has the said negative electrode for lithium ion secondary batteries, It is characterized by the above-mentioned.
本発明のリチウムイオン二次電池用負極は、集電体本体の表面に配置されたコート層を有するため、Liの吸蔵及び放出に伴って膨張、収縮するような負極活物質を用いても、負極活物質層が集電体本体から剥離しにくく負極の抵抗があがるのを抑制でき、保存特性を向上できる。 Since the negative electrode for a lithium ion secondary battery of the present invention has a coat layer disposed on the surface of the current collector body, even when using a negative electrode active material that expands and contracts with the insertion and extraction of Li, It is possible to suppress the negative electrode active material layer from being peeled off from the current collector main body, and to prevent the negative electrode resistance from increasing, thereby improving storage characteristics.
<リチウムイオン二次電池用負極>
本発明のリチウムイオン二次電池用負極は、集電体本体と、集電体本体の表面に配置されるコート層と、コート層の集電体本体側の表面とは相対する表面に配置され、負極活物質を含む負極活物質層と、を有する。
<Anode for lithium ion secondary battery>
The negative electrode for a lithium ion secondary battery of the present invention is disposed on the surface opposite to the current collector body, the coat layer disposed on the surface of the current collector body, and the surface of the coat layer on the current collector body side. And a negative electrode active material layer containing a negative electrode active material.
集電体本体は、非水電解質二次電池の放電又は充電の間、電極に電流を流し続けるための化学的に不活性な電子高伝導体をいう。集電体本体に用いることのできる材料として、例えば、ステンレス鋼、チタン、ニッケル、アルミニウム、銅などの金属材料または導電性樹脂を挙げることができる。また集電体本体は、箔、シート、フィルムなどの形態をとることができる。そのため、集電体本体として、例えば銅箔、ニッケル箔、アルミニウム箔、ステンレス箔などの金属箔を好適に用いることができる。 The current collector body refers to a chemically inert electronic high conductor that keeps a current flowing through an electrode during discharge or charging of a nonaqueous electrolyte secondary battery. Examples of materials that can be used for the current collector body include metal materials such as stainless steel, titanium, nickel, aluminum, and copper, or conductive resins. The current collector body can take the form of a foil, a sheet, a film and the like. Therefore, for example, a metal foil such as a copper foil, a nickel foil, an aluminum foil, and a stainless steel foil can be suitably used as the current collector body.
集電体本体は、その膜厚が10μm〜100μmであることが好ましい。 The current collector body preferably has a thickness of 10 μm to 100 μm.
負極活物質層は、負極活物質、結着剤を含み、必要に応じて導電助剤を含む。 A negative electrode active material layer contains a negative electrode active material and a binder, and contains a conductive support agent as needed.
負極活物質としては、Si、Si化合物、Sn及びSn化合物の群から選択される少なくとも一つを含む。 The negative electrode active material includes at least one selected from the group of Si, Si compound, Sn, and Sn compound.
Si化合物としては、例えば、SiB4、SiB6、Mg2Si、Mg2Sn、Ni2Si、TiSi2、MoSi2、CoSi2、NiSi2、CaSi2、CrSi2、Cu5Si、FeSi2、MnSi2、NbSi2、TaSi2、VSi2、WSi2、ZnSi2、SiC、Si3N4、Si2N2O、SnSiO3、LiSiO、SiOv(0<v≦2)が使用できる。特にSi化合物は、SiOx(0.5≦x≦1.5)であることが好ましい。 Examples of the Si compound include SiB 4 , SiB 6 , Mg 2 Si, Mg 2 Sn, Ni 2 Si, TiSi 2 , MoSi 2 , CoSi 2 , NiSi 2 , CaSi 2 , CrSi 2 , Cu 5 Si, FeSi 2 , MnSi 2 , NbSi 2 , TaSi 2 , VSi 2 , WSi 2 , ZnSi 2 , SiC, Si 3 N 4 , Si 2 N 2 O, SnSiO 3 , LiSiO, SiO v (0 <v ≦ 2) can be used. In particular, the Si compound is preferably SiO x (0.5 ≦ x ≦ 1.5).
Sn化合物としては、例えば、SnOw(0<w≦2)、SnSiO3、LiSnO、スズ合金(Cu−Sn合金、Co−Sn合金等)が使用できる。 As the Sn compound, for example, SnO w (0 <w ≦ 2), SnSiO 3 , LiSnO, tin alloy (Cu—Sn alloy, Co—Sn alloy, etc.) can be used.
負極活物質は、Si、Si化合物、Sn及びSn化合物の群から選択される少なくとも一つに加えてさらに他の負極活物質を用いてもいい。 As the negative electrode active material, in addition to at least one selected from the group consisting of Si, Si compound, Sn, and Sn compound, another negative electrode active material may be used.
他の負極活物質としては、リチウムを吸蔵、放出可能な炭素系材料、リチウムと合金化可能な元素、リチウムと合金化可能な元素を有する元素化合物、あるいは高分子材料などを用いることができる。 As the other negative electrode active material, a carbon-based material capable of inserting and extracting lithium, an element capable of being alloyed with lithium, an elemental compound having an element capable of being alloyed with lithium, a polymer material, or the like can be used.
炭素系材料としては、難黒鉛化性炭素、人造黒鉛、コークス類、グラファイト類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物焼成体、炭素繊維、活性炭あるいはカーボンブラック類が挙げられる。ここで、有機高分子化合物焼成体とは、フェノール類やフラン類などの高分子材料を適当な温度で焼成して炭素化したものをいう。 Examples of the carbon-based material include non-graphitizable carbon, artificial graphite, coke, graphite, glassy carbon, organic polymer compound fired body, carbon fiber, activated carbon, or carbon black. Here, the organic polymer compound fired body refers to a material obtained by firing and carbonizing a polymer material such as phenols and furans at an appropriate temperature.
リチウムと合金化可能な元素は、Na、K、Rb、Cs、Fr、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Ra、Ti、Ag、Zn、Cd、Al、Ga、In、Ge、Pb、Sb、Biの少なくとも1種を有するとよい。 Elements that can be alloyed with lithium are Na, K, Rb, Cs, Fr, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Ti, Ag, Zn, Cd, Al, Ga, In, Ge, Pb, Sb. And at least one of Bi.
リチウムと合金化可能な元素を有する元素化合物としては、例えば、ZnLiAl、AlSbなどが使用できる。 As an element compound having an element that can be alloyed with lithium, for example, ZnLiAl, AlSb, or the like can be used.
高分子材料としては、ポリアセチレン、ポリピロールなどが使用できる。 As the polymer material, polyacetylene, polypyrrole, or the like can be used.
負極活物質は粉末形状であることが好ましい。負極活物質が粉末形状の場合、負極活物質の平均粒径D50は0.1μm以上30μm以下であることが好ましい。負極活物質の平均粒径D50が0.1μmより小さいと、負極活物質の粉末の比表面積が大きくなり、負極活物質の粉末と電解液との接触面が多くなって、電解液の分解が進んでしまい、サイクル特性が悪くなる。また、負極活物質であるSi、Si化合物、Sn、Sn化合物はいずれも導電性が悪いので、負極活物質の平均粒径D50が30μmより大きいと、電極全体の導電性が不均一になり、充放電特性が低下する。平均粒径D50は、粒度分布測定法によって計測できる。平均粒径D50とはレーザー回析法による粒度分布測定における体積分布の積算値が50%に相当する粒子径を指す。つまり、平均粒径D50とは、体積基準で測定したメディアン径を指す。 The negative electrode active material is preferably in powder form. If the anode active material is in powder form, it is preferable that the average particle size D 50 of the negative electrode active material is 0.1μm or more 30μm or less. The average particle diameter D 50 of the negative electrode active material 0.1μm smaller, the specific surface area of the powder of the negative electrode active material is increased, an increasing number of contact surfaces of the powder of the anode active material and the electrolyte solution, decomposition of the electrolyte solution Advances and the cycle characteristics deteriorate. Moreover, Si is an anode active material, Si compounds, Sn, since none of the Sn compound conductive poor, and the average particle diameter D 50 of the negative electrode active material is larger than 30 [mu] m, the conductivity of the whole electrode becomes uneven The charge / discharge characteristics are deteriorated. The average particle diameter D 50 can be measured by particle size distribution measurement method. The average particle diameter D 50 refers to the particle size cumulative value of the volume distribution in the particle size distribution measurement by laser diffraction method is equivalent to 50%. That is, the average particle diameter D 50 refers to the median diameter measured by volume.
結着剤は、上記負極活物質及び導電助剤を集電体本体に繋ぎ止める役割を果たす。結着剤として、例えば、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン及びフッ素ゴム等の含フッ素樹脂、ポリプロピレン、ポリエチレン及びポリ酢酸ビニル系樹脂等の熱可塑性樹脂、ポリイミド及びポリアミドイミド等のイミド系樹脂、アルコキシシリル基含有樹脂、並びにスチレンブタジエンゴム(SBR)等のゴムを用いることができる。 The binder plays a role of connecting the negative electrode active material and the conductive additive to the current collector body. As the binder, for example, fluorine-containing resins such as polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene and fluororubber, thermoplastic resins such as polypropylene, polyethylene and polyvinyl acetate resins, imide resins such as polyimide and polyamideimide, alkoxy Silyl group-containing resins and rubbers such as styrene butadiene rubber (SBR) can be used.
導電助剤は、電極の導電性を高めるために必要に応じて負極活物質層に添加される。導電助剤として、炭素質微粒子であるカーボンブラック、黒鉛、アセチレンブラック(AB)、ケッチェンブラック(登録商標)(KB)、気相法炭素繊維(VGCF)等を単独でまたは二種以上組み合わせて使用することができる。導電助剤の使用量については、特に限定的ではないが、例えば、負極に含有される活物質100質量部に対して、1質量部〜30質量部程度とすることができる。 A conductive additive is added to the negative electrode active material layer as necessary in order to increase the conductivity of the electrode. Carbon black, graphite, acetylene black (AB), ketjen black (registered trademark) (KB), vapor grown carbon fiber (VGCF), etc., which are carbonaceous fine particles, are used alone or in combination of two or more as conductive aids. Can be used. The amount of the conductive auxiliary agent used is not particularly limited, but can be, for example, about 1 part by mass to 30 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the active material contained in the negative electrode.
コート層は、コート層用バインダーと導電性材料とを含む。 The coating layer includes a coating layer binder and a conductive material.
コート層用バインダーは、有機溶媒に耐性がある樹脂が好ましく、還元性雰囲気になっても耐久性のあるものが好ましい。またコート層用バインダーは集電体本体と接着性の良いものが好ましい。コート層用バインダーとして、例えば、フッ素含有樹脂、ゴム、熱硬化性樹脂及び熱可塑性樹脂が使用できる。 The binder for the coat layer is preferably a resin resistant to an organic solvent, and is preferably durable even in a reducing atmosphere. The binder for the coat layer is preferably one having good adhesion to the current collector body. As the binder for the coat layer, for example, fluorine-containing resin, rubber, thermosetting resin, and thermoplastic resin can be used.
フッ素含有樹脂としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体(ETFE)、ポリビニリデンフルオライド(PVDF)、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)が挙げられる。 Examples of the fluorine-containing resin include polytetrafluoroethylene (PTFE), tetrafluoroethylene / perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA), tetrafluoroethylene / hexafluoropropylene copolymer (FEP), and tetrafluoroethylene / ethylene. Examples thereof include a copolymer (ETFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), and polychlorotrifluoroethylene (PCTFE).
ゴムとしては、例えば、天然ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレンゴム、ブチルゴム、ニトリルゴム、アクリルゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴムが挙げられる。 Examples of the rubber include natural rubber, isoprene rubber, butadiene rubber, styrene rubber, butyl rubber, nitrile rubber, acrylic rubber, urethane rubber, silicone rubber, and fluorine rubber.
熱硬化性樹脂としては、例えば、フェノール樹脂、メラミン樹脂、キシレン樹脂、エポキシ樹脂が挙げられる。 Examples of the thermosetting resin include phenol resin, melamine resin, xylene resin, and epoxy resin.
熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン及びポリ酢酸ビニル樹脂が挙げられる。 Examples of the thermoplastic resin include polypropylene, polyethylene, and polyvinyl acetate resin.
コート層用バインダーとしては、フッ素含有樹脂が好ましい。フッ素含有樹脂は、有機溶媒耐性が高く、電解液に膨潤しにくく、形状を保ちやすい。そのため、負極活物質が膨張、または収縮しても、コート層用バインダーの形状が変わりにくく、集電体本体と負極活物質層とを剥離させにくい。 As the binder for the coat layer, a fluorine-containing resin is preferable. The fluorine-containing resin is highly resistant to organic solvents, hardly swells in the electrolyte, and easily maintains its shape. Therefore, even if the negative electrode active material expands or contracts, the shape of the binder for the coating layer is difficult to change, and the current collector body and the negative electrode active material layer are difficult to peel off.
導電性材料の形状は特に制限はなく、粉末状、繊維状、板状、扁平状、塊状、布状及びメッシュ状などの公知の形状を適宜選択することができる。特に粉末状の導電性材料を使用することが好ましい。形状に一定の方向性がない粉末状の導電性材料のほうが、繊維状などの一定の方向性を有する導電性材料よりも、コート層に導電性を偏在させることなく、コート層になるべく均一に導電性を付与できる。 The shape of the conductive material is not particularly limited, and known shapes such as powder, fiber, plate, flat, lump, cloth, and mesh can be appropriately selected. It is particularly preferable to use a powdery conductive material. A conductive powder material that does not have a certain direction in shape is more uniform in the coating layer than a conductive material that has a certain directionality, such as a fiber, without making the coating layer unevenly conductive. Conductivity can be imparted.
また導電性材料の大きさについては、コート層の厚み及び導電性材料の形状に応じて様々な大きさの導電性材料を使用することができる。例えば導電性材料が粉末状の場合は、平均粒径D50が10nm〜500nmのものが使用できる。導電性材料の平均粒径D50が10nm以上あれば、適切な導電性をコート層に持たせることができる。導電性材料の平均粒径D50が500nmより大きいと、コート層の膜厚が厚くなりすぎるため好ましくない。 Regarding the size of the conductive material, various sizes of conductive material can be used depending on the thickness of the coat layer and the shape of the conductive material. For example, if the conductive material is powdery, the average particle diameter D 50 can be used those 10 nm to 500 nm. If the average particle diameter D 50 of the conductive material is 10nm or more, it can have an appropriate conductivity to the coating layer. The average particle diameter D 50 and 500nm greater than the conductive material is not preferable because the film thickness of the coating layer becomes too thick.
導電性材料は、導電性を有すれば導電性の程度は特に限定されない。例えば導電性材料が粉末状の場合、導電性材料は粉体比抵抗が1E+3Ωcm以下であることが好ましい。粉体比抵抗は試料である粉体を試料台に入れて一定の圧力をかけて比抵抗を算出することによって求められる。 As long as the conductive material has conductivity, the degree of conductivity is not particularly limited. For example, when the conductive material is in a powder form, the conductive material preferably has a powder specific resistance of 1E + 3 Ωcm or less. The powder specific resistance is obtained by putting the powder as a sample on a sample stage and applying a certain pressure to calculate the specific resistance.
導電性材料は、導電性が高い材料を用いれば少量でコート層の導電性を高くできる。またコート層の厚みが薄い場合は、導電性がそれほど高くない導電性材料を用いてもかまわないし、コート層に入れる導電性材料の量をより少なくできる。 If the conductive material is a material having high conductivity, the conductivity of the coat layer can be increased with a small amount. In addition, when the thickness of the coat layer is thin, a conductive material that is not so high in conductivity may be used, and the amount of the conductive material put into the coat layer can be reduced.
導電性材料として用いる材質も、特に限定されない。導電性材料として、例えば、炭素材料、金属材料、酸化物半導体材料が使用できる。 The material used as the conductive material is not particularly limited. As the conductive material, for example, a carbon material, a metal material, or an oxide semiconductor material can be used.
炭素材料としては、例えば、カーボンブラック、黒鉛、アセチレンブラック(AB)、ケッチェンブラック(登録商標)(KB)、気相法炭素繊維(VGCF)が挙げられる。 Examples of the carbon material include carbon black, graphite, acetylene black (AB), ketjen black (registered trademark) (KB), and vapor grown carbon fiber (VGCF).
金属材料としては、Au、Ag、Cu、Al、Pt、Zn、Ni、Cr、Ti、Sn及びFeからなる群の金属から選ばれた少なくとも一種の金属または合金の粉末が挙げられる。 Examples of the metal material include at least one metal or alloy powder selected from the group consisting of Au, Ag, Cu, Al, Pt, Zn, Ni, Cr, Ti, Sn, and Fe.
酸化物半導体材料としては、酸化インジウム(In2O3)、酸化亜鉛(ZnO)、過酸化亜鉛(ZnO2)、酸化錫(II)(SnO)、酸化錫(IV)(SnO2)、酸化錫(VI)(SnO3)、二酸化チタン(TiO2)、三酸化二チタン(Ti2O3)、酸化ルテニウム(RuO2)、酸化ニッケル(NiO)、酸化タンタル(Ta2O3)、酸化タングステン(III)(W2O3)、酸化タングステン(IV)(WO2)、酸化タングステン(VI)(WO3)、酸化クロム(Cr2O3)、二酸化バナジウム(VO2)、酸化銅(II)(CuO)、酸化銀(I)(Ag2O)、酸化ニオブ(V)(Nb2O5)、酸化インジウム(In2O3)にZn、Mo、W、Ti、Zr、Sn及びHから選ばれる少なくとも一種の元素を添加したもの、酸化錫(IV)(SnO2)にF、W、Ta、Sb、P及びBから選ばれる少なくとも一種の元素を添加したもの、酸化亜鉛(ZnO)にGa、Al及びBから選ばれる少なくとも一種の元素を添加したもの及び二酸化チタン(TiO2)にNb元素を添加したものから選ばれる少なくとも1つであることが好ましい。 Examples of the oxide semiconductor material include indium oxide (In 2 O 3 ), zinc oxide (ZnO), zinc peroxide (ZnO 2 ), tin oxide (II) (SnO), tin oxide (IV) (SnO 2 ), and oxidation. Tin (VI) (SnO 3 ), titanium dioxide (TiO 2 ), dititanium trioxide (Ti 2 O 3 ), ruthenium oxide (RuO 2 ), nickel oxide (NiO), tantalum oxide (Ta 2 O 3 ), oxidation Tungsten (III) (W 2 O 3 ), tungsten oxide (IV) (WO 2 ), tungsten oxide (VI) (WO 3 ), chromium oxide (Cr 2 O 3 ), vanadium dioxide (VO 2 ), copper oxide ( II) (CuO), silver oxide (I) (Ag 2 O), niobium oxide (V) (Nb 2 O 5 ), indium oxide (In 2 O 3 ), Zn, Mo, W, Ti, Zr, Sn and At least one selected from H That the addition of the element, that by adding F, W, Ta, Sb, at least one element selected from P and B tin oxide (IV) (SnO 2), Ga zinc oxide (ZnO), Al, and It is preferably at least one selected from those obtained by adding at least one element selected from B and those obtained by adding Nb element to titanium dioxide (TiO 2 ).
酸化インジウム(In2O3)にZn、Mo、W、Ti、Zr、Sn及びHから選ばれる少なくとも一種の元素を添加したもののうち、酸化インジウム(In2O3)にZn元素あるいはSn元素を添加したものが好ましい。酸化インジウム(In2O3)にZn元素を添加したものとして、インジウム亜鉛酸化物が挙げられ、酸化インジウム(In2O3)にSn元素を添加したものとして、インジウム錫酸化物が挙げられる。インジウム亜鉛酸化物としてIn2O3−ZnO(IZO)が好ましく、インジウム錫酸化物としてIn2O3−SnO2(ITO)が好ましい。
Among indium oxide (In 2 O 3 ) added with at least one element selected from Zn, Mo, W, Ti, Zr, Sn, and H, indium oxide (In 2 O 3 ) contains Zn element or Sn element. Those added are preferred. As a material obtained by adding Zn
酸化錫(IV)(SnO2)にF、W、Ta、Sb、P及びBから選ばれる少なくとも一種の元素を添加したもののうち、酸化錫(IV)(SnO2)に、F元素、Sb元素、Ta元素あるいはP元素を添加したものが好ましい。酸化錫(IV)(SnO2)にF元素を添加したものとして、フッ素錫酸化物が挙げられ、酸化錫(IV)(SnO2)にSb元素を添加したものとして、アンチモン錫酸化物が挙げられ、酸化錫(IV)(SnO2)にTa元素を添加したものとして、タンタル錫酸化物が挙げられ、酸化錫(IV)(SnO2)にP元素を添加したものとして、リン錫酸化物が挙げられる。フッ素錫酸化物としてフッ素添加酸化錫(FTO)が好ましく、アンチモン錫酸化物としてアンチモン添加酸化錫(ATO)が好ましく、タンタル錫酸化物としてタンタル添加酸化錫(TaTO)が好ましく、リン錫酸化物としてリン添加酸化錫(PTO)が好ましい。 F tin oxide (IV) (SnO 2), W, Ta, Sb, among those prepared by adding at least one element selected from P and B, tin oxide (IV) (SnO 2), F element, Sb element , Ta elements or P elements added are preferable. As a material obtained by adding F element tin oxide (IV) (SnO 2), include fluorine tin oxide, as the addition of Sb element tin oxide (IV) (SnO 2), antimony tin oxide Examples of tin oxide (IV) (SnO 2 ) added with Ta element include tantalum tin oxide, and tin oxide (IV) (SnO 2 ) added with P element includes phosphorus tin oxide. Is mentioned. Fluorine tin oxide is preferably fluorine-added tin oxide (FTO), antimony tin oxide is preferably antimony-added tin oxide (ATO), tantalum tin oxide is preferably tantalum-added tin oxide (TaTO), and phosphorus tin oxide is preferred. Phosphorus-doped tin oxide (PTO) is preferred.
酸化亜鉛(ZnO)にGa、Al及びBから選ばれる少なくとも一種の元素を添加したもののうち、酸化亜鉛(ZnO)にGa元素を添加したものとして、ガリウム亜鉛酸化物が挙げられ、酸化亜鉛(ZnO)にAl元素を添加したものとして、アルミニウム亜鉛酸化物が挙げられ、酸化亜鉛(ZnO)にB元素を添加したものとして、ホウ素亜鉛酸化物が挙げられる。ガリウム亜鉛酸化物としてガリウム添加酸化亜鉛(GZO)が好ましく、アルミニウム亜鉛酸化物としてアルミニウム添加酸化亜鉛(AZO)が好ましく、ホウ素亜鉛酸化物としてホウ素添加酸化亜鉛(BZO)が好ましい。 Among those in which at least one element selected from Ga, Al and B is added to zinc oxide (ZnO), gallium zinc oxide can be cited as a material in which Ga element is added to zinc oxide (ZnO), and zinc oxide (ZnO ) Includes aluminum zinc oxide, and zinc oxide (ZnO) includes boron zinc oxide. Gallium-doped zinc oxide (GZO) is preferred as the gallium zinc oxide, aluminum-doped zinc oxide (AZO) is preferred as the aluminum zinc oxide, and boron-doped zinc oxide (BZO) is preferred as the boron zinc oxide.
二酸化チタン(TiO2)にNb元素を添加したものとして、チタンニオブ酸化物が挙げられる。チタンニオブ酸化物としてTiO2;Nbが好ましい。 An example of the titanium dioxide (TiO 2 ) added with an Nb element is titanium niobium oxide. The titanium niobium oxide is preferably TiO 2 ; Nb.
導電性材料として、TiO2、SnO2、ZnO、NiO、VO2、In2O3、CuO、Ag2O、SnO、及びNb2O5からなる群より選ばれる少なくとも一つの酸化物若しくはこれらの酸化物を含有する複合酸化物からなる酸化物半導体であることが好ましい。 As the conductive material, at least one oxide selected from the group consisting of TiO 2 , SnO 2 , ZnO, NiO, VO 2 , In 2 O 3 , CuO, Ag 2 O, SnO, and Nb 2 O 5 , or these An oxide semiconductor made of a complex oxide containing an oxide is preferable.
また導電性材料として、特にSnO2が好ましい。SnO2はLiとの反応性を有し、同時に十分な導電性を保持する材料である。SnO2は初期充電時にLiと反応して膨張する。そのため初期充電時に、SnO2は負極活物質の膨張に追従できる。負極活物質の膨張は初期が最も大きくなるため、SnO2が初期充電時に負極活物質の膨張に追従するように形状が変化することで、集電体と負極活物質層がはがれにくくなり、導電パスを保つことができる。 Further, SnO 2 is particularly preferable as the conductive material. SnO 2 is a material that has reactivity with Li and at the same time has sufficient conductivity. SnO 2 expands by reacting with Li during initial charging. Therefore, SnO 2 can follow the expansion of the negative electrode active material during initial charging. Since the initial expansion of the negative electrode active material is the largest, the shape of the SnO 2 changes so as to follow the expansion of the negative electrode active material during initial charging, so that the current collector and the negative electrode active material layer are less likely to be peeled off. Can keep the path.
SnO2として、平均粒径D50が10nm〜100nmの粉末を用いることが好ましい。SnO2は平均粒径D50によって初期充電時における体積変化の度合いを調整できる。また平均粒径D50がこの範囲にあると、コート層の厚みを薄くしたい場合に使用するのに適している。 As SnO 2, an average particle diameter D 50 is preferably used a powder of 10 nm to 100 nm. SnO 2 can adjust the degree of volume change at the time of initial charging the average particle diameter D 50. The average particle diameter D 50 is suitable for use when it is desired to decrease it in this range, the thickness of the coating layer.
コート層におけるコート層用バインダーの含有量は、コート層の全体を100質量%としたときに、40質量%より多く99質量%以下である。コート層用バインダーの含有量は、50質量%以上90質量%以下であることがより好ましい。このときの質量%は、それぞれの材料の混合時の比(質量)である。 Content of the binder for coat layers in a coat layer is more than 40 mass% and 99 mass% or less when the whole coat layer is 100 mass%. As for content of the binder for coat layers, it is more preferable that they are 50 to 90 mass%. The mass% at this time is a ratio (mass) when the respective materials are mixed.
コート層用バインダーの含有量が40質量%より多いと、コート層と集電体本体との間及びコート層と負極活物質層との間の密着性が増すため、負極活物質の膨張収縮によりコート層と負極活物質層及びコート層と集電体本体とが剥離するのが抑制される。コート層用バインダーの含有量が99質量%以下であれば、コート層の導電性材料の含有量が1質量%より多くなり、コート層に導電性を付与できる。 When the content of the binder for the coating layer is more than 40% by mass, the adhesion between the coating layer and the current collector body and between the coating layer and the negative electrode active material layer is increased. The coating layer, the negative electrode active material layer, the coating layer, and the current collector main body are prevented from peeling off. If content of the binder for coat layers is 99 mass% or less, content of the electroconductive material of a coat layer will become more than 1 mass%, and can provide electroconductivity to a coat layer.
またこの含有量を体積%でみると、コート層の全体を100体積%としたときに、コート層用バインダーの含有量は20体積%より多く99体積%以下である。コート層用バインダーの含有量は、30体積%以上70体積%以下であることがより好ましい。 Moreover, when this content is seen by volume%, when the whole coating layer is 100 volume%, content of the binder for coating layers is more than 20 volume% and 99 volume% or less. As for content of the binder for coat layers, it is more preferable that they are 30 volume% or more and 70 volume% or less.
このときの体積%で示す含有量は、コート層の表面を走査型電子顕微鏡(Scanning Electron Microscope)画像で観察した場合の導電性材料とコート層用バインダーの面積比から算出した。 The content represented by volume% at this time was calculated from the area ratio of the conductive material and the binder for the coating layer when the surface of the coating layer was observed with a scanning electron microscope (Scanning Electron Microscope) image.
コート層において、コート層用バインダーが上記範囲内で含まれることによって、コート層に導電性を持たせながら、コート層が集電体本体と負極活物質層とを良好に密着させることができる。コート層によって集電体本体と負極活物質層とが良好に密着していると、負極活物質がLiの吸蔵及び放出に伴って膨張、収縮しても、集電体本体から負極活物質層が剥離しにくい。実施例において説明するが、コート層において、コート層用バインダーが上記範囲内で含まれることによって、リチウムイオン二次電池の保存特性を向上させることができる。コート層は密着性が強いので、負極活物質がLiの吸蔵及び放出に伴って膨張、収縮して集電体本体から剥離していくのをコート層が抑制できる。負極活物質層が集電体本体から剥離すると負極の抵抗が高くなり、充放電容量が低下し、保存特性が悪くなる。 In the coating layer, when the binder for the coating layer is included within the above range, the current collecting body and the negative electrode active material layer can be satisfactorily adhered to each other while the coating layer has conductivity. When the current collector main body and the negative electrode active material layer are in good contact with each other by the coat layer, even if the negative electrode active material expands and contracts with the insertion and extraction of Li, the current collector main body extends from the negative electrode active material layer. Is difficult to peel. Although demonstrated in an Example, the storage characteristic of a lithium ion secondary battery can be improved by including the binder for coating layers in the said range in a coating layer. Since the coating layer has high adhesion, the coating layer can suppress the negative electrode active material from expanding and contracting along with the insertion and extraction of Li and peeling from the current collector body. When the negative electrode active material layer is peeled from the current collector body, the resistance of the negative electrode increases, the charge / discharge capacity decreases, and the storage characteristics deteriorate.
コート層の厚みは0.05μm以上0.5μm以下であることが好ましく、100nm〜300nmであることがより好ましい。コート層の厚みが0.05μm以上であれば、そのコート層によって集電体本体と負極活物質層との間の密着性を高めることができる。コート層の厚みが0.5μm以下であれば、コート層を配置しても負極の抵抗をあまり高くしなくてすむ。またコート層の厚みが0.5μm以下であれば、電池に占める厚みが少なく、容量低下を最小限に抑えることができる。 The thickness of the coat layer is preferably 0.05 μm or more and 0.5 μm or less, and more preferably 100 nm to 300 nm. When the thickness of the coat layer is 0.05 μm or more, the adhesion between the current collector body and the negative electrode active material layer can be enhanced by the coat layer. If the thickness of the coat layer is 0.5 μm or less, the resistance of the negative electrode does not have to be increased even if the coat layer is disposed. Moreover, if the thickness of the coat layer is 0.5 μm or less, the thickness occupied in the battery is small, and the capacity reduction can be minimized.
コート層における導電性材料とコート層用バインダーの配置は、特に限定されない。例えば、導電性材料のコート層における配置状態は、複数の導電性材料がお互いに接触せずにコート層の中に分散していても良いし、コート層の集電体本体側の表面から負極活物質層側の表面まで複数の導電性材料がお互いに適宜接触して配置されていてもよい。またコート層の厚みと同等の大きさを有する導電性材料がコート層の厚み方向に一個存在すれば、一個の導電性材料によってコート層の集電体本体側の表面から負極活物質層側の表面まで電子が伝達される。 The arrangement of the conductive material and the coating layer binder in the coating layer is not particularly limited. For example, the arrangement state of the conductive material in the coat layer may be a plurality of conductive materials dispersed in the coat layer without contacting each other, or from the surface of the current collector body side of the coat layer to the negative electrode A plurality of conductive materials may be disposed in contact with each other as appropriate up to the surface on the active material layer side. Further, if there is one conductive material having a size equivalent to the thickness of the coat layer in the thickness direction of the coat layer, the single conductive material from the surface of the current collector body side of the coat layer to the negative electrode active material layer side. Electrons are transferred to the surface.
コート層においてコート層用バインダーの形状は、一定の大きさを有する粒子状であることが好ましい。コート層用バインダーの形状が粒子状になっていると、負極活物質層の膨張収縮に追従する形で、コート層用バインダーが追従し、さらに密着性を保つことができる。 In the coating layer, the shape of the binder for the coating layer is preferably a particulate shape having a certain size. When the shape of the binder for the coat layer is in the form of particles, the binder for the coat layer follows in the form of following the expansion and contraction of the negative electrode active material layer, and the adhesion can be further maintained.
図1に本発明のリチウムイオン二次電池用負極を説明する模式断面図を示す。図1において、コート層2は集電体本体1の表面に配置され、負極活物質層3はコート層2の表面に配置されている。つまりコート層2は集電体本体1と負極活物質層3とに挟まれている。コート層2内において、導電性材料22はコート層用バインダー21内に分散して配置されている。コート層2に導電性材料22が含まれていることによって、コート層2の抵抗を低くできる。図1においてコート層用バインダー21は膜状に記載されているが、複数の粒子の集合体であってもよい。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view illustrating a negative electrode for a lithium ion secondary battery according to the present invention. In FIG. 1, the
集電体本体へコート層を配置する方法は、特に限定されないが、以下の方法で形成できる。 Although the method of arrange | positioning a coat layer to a collector main body is not specifically limited, It can form with the following method.
導電性材料とコート層用バインダーとを有機溶媒又は水に分散させてペースト状にして、粘度調整されたコート層形成用ペーストとする。コート層形成用ペーストを集電体本体に塗布する。 The conductive material and the coat layer binder are dispersed in an organic solvent or water to make a paste, thereby obtaining a viscosity-adjusted coat layer forming paste. A paste for forming a coat layer is applied to the current collector body.
コート層形成用ペーストの塗布方法としては、ロールコート法、ディップコート法、ドクターブレード法、スプレーコート法、カーテンコート法などの従来から公知の方法を用いればよい。 As a method for applying the coating layer forming paste, a conventionally known method such as a roll coating method, a dip coating method, a doctor blade method, a spray coating method, or a curtain coating method may be used.
有機溶媒としては、エタノール、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)、メタノール、メチルイソブチルケトン(MIBK)、酢酸エチル、エチレングリコール、イソプロパノール(IPA)などが使用可能である。水は蒸留水やイオン交換水など、不純物を取り除いたものが好ましい。コート層形成用ペーストに使用する溶媒は、負極活物質層形成時に使用される溶媒とは異なる種類の溶媒を使用することが好ましい。同じ種類の溶媒を使用すると、負極活物質層形成時にコート層の組成物が負極活物質層中に溶出することがある。 As the organic solvent, ethanol, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), methanol, methyl isobutyl ketone (MIBK), ethyl acetate, ethylene glycol, isopropanol (IPA) and the like can be used. The water is preferably water from which impurities have been removed, such as distilled water or ion exchange water. The solvent used for the paste for forming the coat layer is preferably a different type of solvent from the solvent used for forming the negative electrode active material layer. When the same type of solvent is used, the composition of the coat layer may be eluted into the negative electrode active material layer when forming the negative electrode active material layer.
負極の作成は以下のように行うことができる。負極活物質および結着剤、並びに必要に応じて導電助剤を含む負極活物質層形成用組成物を調製し、さらにこの組成物に適当な溶剤を加えてペースト状にして、負極活物質層形成用ペーストを作製する。コート層形成用ペーストを塗布した集電体本体のコート層形成用ペーストを塗布した表面に負極活物質層形成用ペーストを塗布する。塗布後の集電体本体を乾燥する。負極は必要に応じて電極密度を高めるべく圧縮して形成することができる。塗布後の乾燥は、コート層形成用ペーストを塗布後に、一旦乾燥し、乾燥後に負極活物質層形成用ペーストを塗布し、再度乾燥させる方が好ましい。またコート層用形成用ペーストを塗布した後、連続して負極活物質形成用ペーストを塗布し、その後乾燥してもよい。その場合、コート層形成用ペーストに使用する溶媒は、負極活物質層形成時に使用される溶媒とは異なる種類の溶媒を使用することが好ましい。 The negative electrode can be produced as follows. A negative electrode active material layer, a binder, and, if necessary, a negative electrode active material layer-forming composition containing a conductive auxiliary agent are prepared, and an appropriate solvent is added to the composition to make a paste, and the negative electrode active material layer A forming paste is prepared. The negative electrode active material layer forming paste is applied to the surface of the current collector main body to which the coat layer forming paste is applied. The current collector body after application is dried. The negative electrode can be formed by being compressed as necessary to increase the electrode density. The drying after the coating is preferably performed after the coating layer forming paste is applied and then once dried, and after the drying, the negative electrode active material layer forming paste is applied and dried again. Alternatively, after applying the coating layer forming paste, the negative electrode active material forming paste may be continuously applied and then dried. In that case, it is preferable that the solvent used for the paste for forming the coating layer is a different type of solvent from the solvent used when forming the negative electrode active material layer.
負極活物質層形成用ペーストの塗布方法としては、ロールコート法、ディップコート法、ドクターブレード法、スプレーコート法、カーテンコート法などの従来から公知の方法を用いればよい。 As a method for applying the negative electrode active material layer forming paste, a conventionally known method such as a roll coating method, a dip coating method, a doctor blade method, a spray coating method, or a curtain coating method may be used.
粘度調整のための溶剤としては、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)、メタノール、メチルイソブチルケトン(MIBK)などが使用可能である。 As a solvent for adjusting the viscosity, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), methanol, methyl isobutyl ketone (MIBK) and the like can be used.
<リチウムイオン二次電池>
本発明のリチウムイオン二次電池は、上記リチウムイオン二次電池用負極を有することを特徴とする。上記リチウムイオン二次電池用負極を有するリチウムイオン二次電池は、優れた保存特性を有する。
<Lithium ion secondary battery>
The lithium ion secondary battery of this invention has the said negative electrode for lithium ion secondary batteries, It is characterized by the above-mentioned. The lithium ion secondary battery which has the said negative electrode for lithium ion secondary batteries has the outstanding storage characteristic.
本発明のリチウムイオン二次電池は、電池構成要素として、上記したリチウムイオン二次電池用負極に加えて、正極、セパレータ、電解液を有する。 The lithium ion secondary battery of the present invention includes a positive electrode, a separator, and an electrolytic solution as a battery component in addition to the above-described negative electrode for a lithium ion secondary battery.
正極は、集電体本体と、集電体本体の表面に結着させた正極活物質層を有する。正極活物質層は、正極活物質、結着剤を含み、必要に応じて導電助剤を含む。集電体本体、結着剤、導電助剤はリチウムイオン二次電池用負極で説明したものと同様である。 The positive electrode has a current collector body and a positive electrode active material layer bound to the surface of the current collector body. The positive electrode active material layer includes a positive electrode active material and a binder, and includes a conductive additive as necessary. The current collector body, the binder, and the conductive additive are the same as those described in the negative electrode for lithium ion secondary batteries.
正極活物質としては、リチウム含有化合物あるいは他の金属化合物よりなるものを用いることができる。リチウム含有化合物としては、例えば、層状構造を有するリチウムコバルト複合酸化物、層状構造を有するリチウムニッケル複合酸化物、スピネル構造を有するリチウムマンガン複合酸化物、一般式: LiaCopNiqMnrDsOx (Dはドープ成分であり、Al、Mg、Ti、Sn、Zn、W、Zr、Mo、Fe、Naからなる成分であり、必要に応じて添加される、p+q+r+s=1、0<p<1、0≦q<1、0≦r<1、0≦s<1、0.8≦a<2.0、−0.2≦x−(a+p+q+r+s)≦0.2)で表される層状構造を有するリチウムコバルト含有複合金属酸化物、一般式:LiMPO4で示されるオリビン型リチウムリン酸複合酸化物(MはMn、Fe、Co及びNiのうちの少なくとも一種)、一般式:Li2MPO4Fで示されるフッ化オリビン型リチウムリン酸複合酸化物(MはMn、Fe、Co及びNiのうちの少なくとも一種)、一般式:Li2MSiO4で示されるケイ酸塩系型リチウム複合酸化物(MはMn、Fe、Co及びNiのうちの少なくとも一種)を用いることができる。また他の金属化合物としては、例えば、酸化チタン、酸化バナジウム若しくは二酸化マンガンなどの酸化物、または硫化チタン若しくは硫化モリブデンなどの二硫化物が挙げられる。 As the positive electrode active material, a lithium-containing compound or another metal compound can be used. Examples of the lithium-containing compound, for example, lithium-cobalt composite oxide having a layered structure, the lithium nickel composite oxide having a layered structure, the lithium manganese composite oxide having a spinel structure represented by the general formula: Li a Co p Ni q Mn r D s O x (D is a doping component, which is a component composed of Al, Mg, Ti, Sn, Zn, W, Zr, Mo, Fe, Na, and is added as necessary, p + q + r + s = 1, 0 < p <1, 0 ≦ q <1, 0 ≦ r <1, 0 ≦ s <1, 0.8 ≦ a <2.0, −0.2 ≦ x− (a + p + q + r + s) ≦ 0.2) Lithium cobalt-containing composite metal oxide having a layered structure, general formula: olivine-type lithium phosphate composite oxide represented by LiMPO 4 (M is at least one of Mn, Fe, Co, and Ni), general formula: Fluorine olivine type lithium phosphate complex oxide represented by Li 2 MPO 4 F (M is at least one of Mn, Fe, Co and Ni), silicate type represented by general formula: Li 2 MSiO 4 A lithium composite oxide (M is at least one of Mn, Fe, Co, and Ni) can be used. Examples of other metal compounds include oxides such as titanium oxide, vanadium oxide, and manganese dioxide, and disulfides such as titanium sulfide and molybdenum sulfide.
また正極活物質は、化学式:LiMO2(MはNi、Co及びMnから選択される少なくとも1つである)で表されるリチウム含有酸化物よりなることが好ましく、さらに一般式: LiaCopNiqMnrDsOx (Dはドープ成分であり、Al、Mg、Ti、Sn、Zn、W、Zr、Mo、Fe、Naからなる成分であり、必要に応じて添加される、p+q+r+s=1、0<p<1、0≦q<1、0≦r<1、0≦s<1、0.8≦a<2.0、−0.2≦x−(a+p+q+r+s)≦0.2)で表される層状構造を有するリチウムコバルト含有複合金属酸化物よりなることが好ましい。 The positive electrode active material is preferably made of a lithium-containing oxide represented by the chemical formula: LiMO 2 (M is at least one selected from Ni, Co, and Mn), and further has a general formula: Li a Co p Ni q Mn r D s O x (D is doped component, Al, Mg, Ti, Sn , Zn, W, Zr, Mo, Fe, and a component consisting of Na, are added if necessary, p + q + r + s = 1, 0 <p <1, 0 ≦ q <1, 0 ≦ r <1, 0 ≦ s <1, 0.8 ≦ a <2.0, −0.2 ≦ x− (a + p + q + r + s) ≦ 0. It is preferably made of a lithium cobalt-containing composite metal oxide having a layered structure represented by 2).
リチウム含有酸化物としては、例えば、LiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2、LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2、LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2、LiCoO2、LiNi0.8Co0.2O2、LiCoMnO2を用いることができる。中でもLiCo1/3Ni1/3Mn1/3O2、LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2は、熱安定性の点で好ましい。 Examples of the lithium-containing oxide include LiCo 1/3 Ni 1/3 Mn 1/3 O 2 , LiNi 0.6 Co 0.2 Mn 0.2 O 2 , LiNi 0.5 Co 0.2 Mn 0. 3 O 2 , LiCoO 2 , LiNi 0.8 Co 0.2 O 2 , LiCoMnO 2 can be used. Among these, LiCo 1/3 Ni 1/3 Mn 1/3 O 2 and LiNi 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 O 2 are preferable in terms of thermal stability.
正極活物質はその平均粒径D50が1μm〜20μmである粉末形状であることが好ましい。正極活物質の平均粒径D50が1μmより小さいと正極活物質の比表面積が大きくなり正極活物質と電解液との反応面積が増える。正極活物質の平均粒径D50が20μmより大きいとリチウムイオン二次電池の抵抗が大きくなり、リチウムイオン二次電池の出力特性が下がる。 The positive electrode active material preferably has an average particle diameter D 50 is a powder shape is 1 m to 20 m. The average particle diameter D 50 of the positive electrode active material increases the reaction area of 1μm smaller than the specific surface area of the cathode active material increases the positive electrode active material and the electrolyte. When the average particle diameter D 50 of the positive electrode active material is larger than 20 μm, the resistance of the lithium ion secondary battery is increased, and the output characteristics of the lithium ion secondary battery are lowered.
セパレータは正極と負極とを隔離し、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。セパレータは、例えばポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレン、あるいはポリエチレンなどの合成樹脂製の多孔質膜、またはセラミックス製の多孔質膜が使用できる。 The separator separates the positive electrode and the negative electrode and allows lithium ions to pass through while preventing a short circuit of current due to contact between the two electrodes. As the separator, for example, a porous film made of synthetic resin such as polytetrafluoroethylene, polypropylene, or polyethylene, or a porous film made of ceramics can be used.
電解液はリチウムイオン二次電池用に用いることのできる電解液が使用できる。電解液は、溶媒とこの溶媒に溶解された電解質とを含んでいる。 As the electrolytic solution, an electrolytic solution that can be used for a lithium ion secondary battery can be used. The electrolytic solution includes a solvent and an electrolyte dissolved in the solvent.
例えば溶媒として環状エステル類、鎖状エステル類、エーテル類が使用できる。環状エステル類として、例えばエチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ガンマブチロラクトン、ビニレンカーボネート、2−メチル−ガンマブチロラクトン、アセチル−ガンマブチロラクトン、ガンマバレロラクトン等が使用できる。鎖状エステル類として、例えばジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、ジブチルカーボネート、ジプロピルカーボネート、メチルエチルカーボネート、プロピオン酸アルキルエステル、マロン酸ジアルキルエステル、酢酸アルキルエステル等が使用できる。エーテル類として、例えばテトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、1,2−ジブトキシエタン等が使用できる。 For example, cyclic esters, chain esters, and ethers can be used as the solvent. Examples of cyclic esters include ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, gamma butyrolactone, vinylene carbonate, 2-methyl-gamma butyrolactone, acetyl-gamma butyrolactone, and gamma valerolactone. Examples of chain esters include dimethyl carbonate, diethyl carbonate, dibutyl carbonate, dipropyl carbonate, methyl ethyl carbonate, propionic acid alkyl ester, malonic acid dialkyl ester, and acetic acid alkyl ester. Examples of ethers that can be used include tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,4-dioxane, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, 1,2-dibutoxyethane, and the like.
また上記電解液に溶解させる電解質として、例えばLiClO4、LiAsF6、LiPF6、LiBF4、LiCF3SO3、LiN(CF3SO2)2等のリチウム塩を使用することができる。 As the electrolyte dissolved in the electrolytic solution, for example, a lithium salt such as LiClO 4 , LiAsF 6 , LiPF 6 , LiBF 4 , LiCF 3 SO 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 can be used.
例えば、電解液として、エチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネートなどの溶媒にLiClO4、LiPF6、LiBF4、LiCF3SO3などのリチウム塩を0.5mol/lから1.7mol/l程度の濃度で溶解させた溶液を使用することができる。 For example, as an electrolytic solution, 0.5 mol / l to 1.7 mol / l of a lithium salt such as LiClO 4 , LiPF 6 , LiBF 4 , LiCF 3 SO 3 in a solvent such as ethylene carbonate, dimethyl carbonate, propylene carbonate, and dimethyl carbonate. A solution dissolved at a certain concentration can be used.
上記リチウムイオン二次電池は車両に搭載することができる。上記リチウムイオン二次電池は、優れたサイクル性能を有するため、そのリチウムイオン二次電池を搭載した車両は、寿命、出力の面で高性能となる。 The lithium ion secondary battery can be mounted on a vehicle. Since the lithium ion secondary battery has excellent cycle performance, a vehicle equipped with the lithium ion secondary battery has high performance in terms of life and output.
車両としては、電池による電気エネルギーを動力源の全部または一部に使用する車両であればよく、例えば、電気自動車、ハイブリッド自動車、プラグインハイブリッド自動車、ハイブリッド鉄道車両、電動フォークリフト、電気車椅子、電動アシスト自転車、電動二輪車が挙げられる。 The vehicle may be a vehicle that uses electric energy from a battery as a whole or a part of a power source. For example, an electric vehicle, a hybrid vehicle, a plug-in hybrid vehicle, a hybrid railway vehicle, an electric forklift, an electric wheelchair, and an electric assist. Bicycles and electric motorcycles are examples.
以上、本発明のリチウムイオン二次電池用負極及びリチウムイオン二次電池の実施形態を説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲において、当業者が行い得る変更、改良等を施した種々の形態にて実施することができる。 As mentioned above, although embodiment of the negative electrode for lithium ion secondary batteries and lithium ion secondary battery of this invention was described, this invention is not limited to the said embodiment. The present invention can be implemented in various forms without departing from the gist of the present invention, with modifications and improvements that can be made by those skilled in the art.
以下、実施例を挙げて本発明を更に詳しく説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples.
<集電体本体へのコート層形成>
集電体本体として厚み20μmの銅箔を準備した。
<Formation of coat layer on current collector body>
A copper foil having a thickness of 20 μm was prepared as a current collector body.
導電性材料として、平均粒径D50が20nmのSnO2粉末と、コート層用バインダーとしてPTFEを準備した。また粘度調整溶媒としてイオン交換水及びイソプロパノール(IPA)を準備した。 As the conductive material, SnO 2 powder having an average particle diameter D 50 of 20 nm and PTFE as a binder for the coating layer were prepared. Moreover, ion-exchange water and isopropanol (IPA) were prepared as viscosity adjusting solvents.
(集電体A)
SnO2:PTFEの質量比を25:75とし、イオン交換水及びIPAを加えてスラリー状のコート層形成用ペーストを作成した。上記コート層形成用ペーストを銅箔にのせ、ドクターブレードを用いてスラリーの膜厚が200nmとなるように塗布した。その後空気中で、コート層形成用ペーストを塗布した銅箔を120℃、10分間加熱し、水分及びIPAを揮発させた。これを集電体Aとした。
(Current collector A)
The mass ratio of SnO 2 : PTFE was 25:75, and ion-exchanged water and IPA were added to prepare a slurry-like paste for forming a coat layer. The coating layer forming paste was placed on a copper foil and applied using a doctor blade so that the film thickness of the slurry was 200 nm. Thereafter, the copper foil coated with the coating layer forming paste was heated in air at 120 ° C. for 10 minutes to volatilize moisture and IPA. This was designated as current collector A.
(集電体B)
SnO2:PTFEの質量比を10:90とした以外は集電体Aと同様にして集電体Bを作製した。
(Current collector B)
A current collector B was produced in the same manner as the current collector A except that the mass ratio of SnO 2 : PTFE was 10:90.
(集電体C)
SnO2:PTFEの質量比を50:50とした以外は集電体Aと同様にして集電体Cを作製した。
(Current collector C)
A current collector C was produced in the same manner as the current collector A except that the mass ratio of SnO 2 : PTFE was 50:50.
(集電体D)
SnO2:PTFEの質量比を80:20とした以外は集電体Aと同様にして集電体Dを作製した。
(Current collector D)
A current collector D was produced in the same manner as the current collector A except that the mass ratio of SnO 2 : PTFE was 80:20.
(集電体E)
コート層を形成せず、銅箔そのものを集電体Eとした。
(Current collector E)
A copper foil itself was used as a current collector E without forming a coat layer.
<ラミネート型リチウムイオン二次電池作製>
(実施例1)
実施例1のラミネート型リチウムイオン二次電池を次のようにして作製した。
<Production of laminated lithium-ion secondary battery>
Example 1
The laminated lithium ion secondary battery of Example 1 was produced as follows.
(負極の作製)
負極活物質として、平均粒子径D50が4μmのSiO(アルドリッチ社製)及び黒鉛(平均粒子径D50が20μmの天然黒鉛(日立化成工業株式会社製))を準備した。バインダー樹脂としてアルコキシ基含有シラン変性ポリアミドイミド樹脂(荒川化学工業株式会社製、商品名コンポセラン、品番H900−2、溶剤組成:N-メチルピロリドン(NMP)/キシレン(Xyl)、硬化残分30%、粘度8000mPa・s、硬化残分中のシリカ、4wt%、硬化残分とは樹脂硬化させ揮発性成分を除いた固形分を意味する)を準備した。導電助剤としてケッチェンブラックインターナショナル社製のKB(ケッチェンブラック)を準備した。
(Preparation of negative electrode)
As the negative electrode active material, SiO (manufactured by Aldrich) having an average particle diameter D 50 of 4 μm and graphite (natural graphite (manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd.) having an average particle diameter D 50 of 20 μm) were prepared. Alkoxy group-containing silane-modified polyamideimide resin as binder resin (Arakawa Chemical Industries, Ltd., trade name Composeran, product number H900-2, solvent composition: N-methylpyrrolidone (NMP) / xylene (Xyl), curing residue 30%, A viscosity of 8000 mPa · s, silica in the cured residue, 4 wt%, and the cured residue means a solid content obtained by curing the resin and excluding volatile components). KB (Ketjen Black) manufactured by Ketjen Black International Co., Ltd. was prepared as a conductive aid.
上記負極活物質、導電助剤及びバインダー樹脂を、SiO:黒鉛:導電助剤:バインダー樹脂=32:50:3:15の質量比で混合した。上記混合物に、溶媒としてN−メチル−2−ピロリドン(NMP)を適量入れて調整してスラリーとし、負極活物質層用スラリートした。 The negative electrode active material, the conductive auxiliary agent, and the binder resin were mixed at a mass ratio of SiO: graphite: conductive auxiliary agent: binder resin = 32: 50: 3: 15. An appropriate amount of N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) as a solvent was added to the above mixture to prepare a slurry, and a slurry for a negative electrode active material layer was prepared.
集電体Aに上記負極活物質層用スラリーをのせて、ドクターブレードを用いて膜状に塗布した。集電体Aに負極活物質層用スラリーを塗布したものを80℃で20分間乾燥してNMPを揮発させて除去した後、ロ−ルプレス機により、密着接合させた。この時、負極活物質層の密度は1.6g/cm2となるようにした。接合物を200℃で2時間、真空乾燥機で加熱し、所定の形状(26mm×31mmの矩形状)に切り取り、負極活物質層の厚さが20μmの負極とした。 The negative electrode active material layer slurry was placed on the current collector A, and applied to a film using a doctor blade. The current collector A coated with the negative electrode active material layer slurry was dried at 80 ° C. for 20 minutes to volatilize and remove NMP, and then tightly bonded with a roll press. At this time, the density of the negative electrode active material layer was set to 1.6 g / cm 2 . The joined product was heated with a vacuum dryer at 200 ° C. for 2 hours, cut into a predetermined shape (26 mm × 31 mm rectangular shape), and a negative electrode having a negative electrode active material layer thickness of 20 μm.
(正極の作成)
正極活物質としてLiNi0.5Co0.2Mn0.3O2と導電助剤としてアセチレンブラックと、結着剤としてポリフッ化ビニリデン(PVDF)とを、それぞれ88質量部、6質量部、6質量部を混合し、この混合物を適量のN−メチル−2−ピロリドン(NMP)に分散させて、正極活物質層用スラリーを作製した。
(Creation of positive electrode)
88 parts by mass, 6 parts by mass, and 6 parts by mass of LiNi 0.5 Co 0.2 Mn 0.3 O 2 as a positive electrode active material, acetylene black as a conductive additive, and polyvinylidene fluoride (PVDF) as a binder, respectively. Mass parts were mixed, and this mixture was dispersed in an appropriate amount of N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) to prepare a positive electrode active material layer slurry.
正極の集電体として20μmのアルミニウム箔を用意し、アルミニウム箔に正極活物質層用スラリーをのせ、ドクターブレードを用いて膜状になるように塗布した。正極活物質層用スラリーを塗布後のアルミニウム箔を80℃で20分間乾燥してNMPを揮発させて除去した後、ロ−ルプレス機により、密着接合させた。この時、正極活物質層の密度は3.2g/cm2となるようにした。接合物を120℃で6時間、真空乾燥機で加熱し、所定の形状(25mm×30mmの矩形状)に切り取り、正極活物質層の厚さが45μm程度の正極とした。 A 20 μm aluminum foil was prepared as a positive electrode current collector, and a slurry for a positive electrode active material layer was placed on the aluminum foil and applied to form a film using a doctor blade. The aluminum foil after the application of the positive electrode active material layer slurry was dried at 80 ° C. for 20 minutes to volatilize and remove NMP, and then tightly bonded with a roll press. At this time, the density of the positive electrode active material layer was set to 3.2 g / cm 2 . The joined product was heated at 120 ° C. for 6 hours with a vacuum dryer, cut into a predetermined shape (rectangular shape of 25 mm × 30 mm), and formed into a positive electrode having a positive electrode active material layer having a thickness of about 45 μm.
上記の正極および負極を用いて、ラミネート型リチウムイオン二次電池を製作した。詳しくは、正極および負極の間に、セパレータとしてポリプロピレン樹脂からなる矩形状シート(27×32mm、厚さ25μm)を挟装して極板群とした。この極板群を二枚一組のラミネートフィルムで覆い、三辺をシールした後、袋状となったラミネートフィルムに電解液を注入した。電解液としてエチレンカーボネート(EC)と、エチルメチルカーボネート(EMC)と、ジメチルカーボネート(DMC)をEC:EMC:DMC=3:3:4(体積比)で混合した溶媒に1モルのLiPF6を溶解した溶液を用いた。その後、残りの一辺をシールすることで、四辺が気密にシールされ、極板群および電解液が密閉されたラミネート型リチウムイオン二次電池を得た。なお、正極および負極は外部と電気的に接続可能なタブを備え、このタブの一部はラミネート型リチウムイオン二次電池の外側に延出している。以上の工程で、実施例1のラミネート型リチウムイオン二次電池を作製した。 A laminate type lithium ion secondary battery was manufactured using the positive electrode and the negative electrode. Specifically, a rectangular sheet (27 × 32 mm, thickness 25 μm) made of polypropylene resin as a separator was sandwiched between the positive electrode and the negative electrode to form an electrode plate group. The electrode plate group was covered with a set of two laminated films, and the three sides were sealed, and then an electrolyte solution was injected into the bag-like laminated film. As an electrolyte, 1 mol of LiPF 6 was added to a solvent obtained by mixing ethylene carbonate (EC), ethyl methyl carbonate (EMC), and dimethyl carbonate (DMC) in EC: EMC: DMC = 3: 3: 4 (volume ratio). A dissolved solution was used. Thereafter, the remaining one side was sealed to obtain a laminate type lithium ion secondary battery in which the four sides were hermetically sealed and the electrode plate group and the electrolyte were sealed. Note that the positive electrode and the negative electrode have a tab that can be electrically connected to the outside, and a part of the tab extends to the outside of the laminated lithium ion secondary battery. The laminated lithium ion secondary battery of Example 1 was produced through the above steps.
(実施例2)
実施例1における集電体Aの代わりに集電体Bを用いた以外は実施例1と同様にして実施例2のラミネート型リチウムイオン二次電池を作製した。
(Example 2)
A laminated lithium ion secondary battery of Example 2 was produced in the same manner as in Example 1 except that the current collector B was used instead of the current collector A in Example 1.
(実施例3)
実施例1における集電体Aの代わりに集電体Cを用いた以外は実施例1と同様にして実施例3のラミネート型リチウムイオン二次電池を作製した。
Example 3
A laminated lithium ion secondary battery of Example 3 was produced in the same manner as in Example 1 except that the current collector C was used instead of the current collector A in Example 1.
(比較例1)
実施例1における集電体Aの代わりに集電体Dを用いた以外は実施例1と同様にして比較例1のラミネート型リチウムイオン二次電池を作製した。
(Comparative Example 1)
A laminated lithium ion secondary battery of Comparative Example 1 was produced in the same manner as in Example 1 except that the current collector D was used instead of the current collector A in Example 1.
(比較例2)
実施例1における集電体Aの代わりに集電体Eを用いた以外は実施例1と同様にして比較例2のラミネート型リチウムイオン二次電池を作製した。
(Comparative Example 2)
A laminated lithium ion secondary battery of Comparative Example 2 was produced in the same manner as in Example 1 except that the current collector E was used instead of the current collector A in Example 1.
<初期容量測定>
実施例1、実施例2,実施例3、比較例1及び比較例2のラミネート型リチウムイオン二次電池の初期容量を測定した。充電の際は、25℃において0.33Cレート、電圧4.5VまでCC充電(定電流定電圧充電)をした。CV充電は、電圧4.5Vにて2.5時間保持した。放電の際は2.5Vまで、0.33CレートでCC放電(定電流放電)を行った。総充放電時間は8.5時間であった。この時の放電容量を測定し、初期容量とした。
<Initial capacity measurement>
The initial capacities of the laminated lithium ion secondary batteries of Example 1, Example 2, Example 3, Comparative Example 1 and Comparative Example 2 were measured. At the time of charging, CC charging (constant current constant voltage charging) was performed up to a voltage of 0.33 C and a voltage of 4.5 V at 25 ° C. CV charging was held at a voltage of 4.5 V for 2.5 hours. When discharging, CC discharge (constant current discharge) was performed at a rate of 0.33 C up to 2.5V. The total charge / discharge time was 8.5 hours. The discharge capacity at this time was measured and used as the initial capacity.
<セル抵抗評価>
実施例1〜3および比較例1〜2のラミネート型リチウムイオン二次電池のセル抵抗を測定した。セル抵抗(Ω)は、SOC(State of charge)20%時の電圧(3.6V)にて3Cレート、10秒放電にて測定した。セル抵抗の測定値が小さい方がリチウムイオン二次電池の内部損失が少ないことを示す。またセル抵抗は3Cレートで測定されているので、このセル抵抗の測定値は高レート特性を示す指標ともなる。
<Cell resistance evaluation>
The cell resistances of the laminated lithium ion secondary batteries of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2 were measured. The cell resistance (Ω) was measured at 3C rate for 10 seconds at a voltage (3.6 V) at 20% SOC (State of charge). A smaller measured value of cell resistance indicates less internal loss of the lithium ion secondary battery. Further, since the cell resistance is measured at a 3C rate, the measured value of the cell resistance is also an index indicating a high rate characteristic.
<60℃保存試験>
実施例1〜3および比較例1〜2のラミネート型リチウムイオン二次電池を用いて60℃保存試験を行った。これは実施例1〜3および比較例1〜2のラミネート型リチウムイオン二次電池を以下の条件で充放電試験を一回行い、再度充電した電池を60℃で1週間放置した。充電は60℃においてSOC(State of charge)90%時の電圧(4.3V)で、1CレートでCCCV充電(定電流定電圧充電)をした。電圧は一時間保持した。放電の際は2.5V、0.33CレートでCC放電(定電流放電)を行った。
<60 ° C storage test>
Using the laminated lithium ion secondary batteries of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 2, a 60 ° C. storage test was performed. In this example, the laminate type lithium ion secondary batteries of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 2 were subjected to a charge / discharge test once under the following conditions, and the recharged battery was left at 60 ° C. for 1 week. Charging was performed at 60 ° C. at 90% SOC (State of charge) (4.3 V), and CCCV charging (constant current constant voltage charging) was performed at a 1 C rate. The voltage was held for 1 hour. When discharging, CC discharge (constant current discharge) was performed at a rate of 2.5 V and 0.33 C.
ここで保存試験は充電した状態で保存されるので、負極活物質に含まれるSiは膨張した状態のまま保存されることになる。このような状態におかれるとラミネート型リチウムイオン二次電池は電解液と活物質との間で副反応を起こし、自己放電しやすい。 Here, since the storage test is stored in a charged state, Si contained in the negative electrode active material is stored in an expanded state. In such a state, the laminate type lithium ion secondary battery causes a side reaction between the electrolytic solution and the active material, and is easily self-discharged.
この保存試験後の放電容量とセル抵抗を上記測定方法で測定し、それぞれ保存後容量、保存後抵抗とした。 The discharge capacity and the cell resistance after the storage test were measured by the above measuring methods, and were defined as the capacity after storage and the resistance after storage.
結果を表1に示す。なお容量維持率(%)は保存試験後の放電容量/初期容量×100の式で計算した。抵抗変化率(%)は保存後抵抗/初期抵抗×100の式で計算した。 The results are shown in Table 1. The capacity retention rate (%) was calculated by the formula of discharge capacity after storage test / initial capacity × 100. The resistance change rate (%) was calculated by the equation of resistance after storage / initial resistance × 100.
表1からわかるように、コート層におけるPTFEの含有量が質量%で50質量%〜90質量%、体積%で30体積%〜70体積%ある負極を用いた実施例1、実施例2及び実施例3のラミネート型リチウムイオン二次電池は保存後抵抗が、比較例1、比較例2のラミネート型リチウムイオン二次電池と比べて大幅に低くなっており、実施例1、実施例2及び実施例3のラミネート型リチウムイオン二次電池の容量維持率も比較例1、比較例2のラミネート型リチウムイオン二次電池の容量維持率と比べて大幅に高くなった。コート層におけるコート層用バインダーの含有量が質量%で20質量%、体積%で10体積%である負極を用いた比較例1のラミネート型リチウムイオン二次電池は保存後抵抗が高くなってしまい、保存後容量も下がることがわかった。 As can be seen from Table 1, Example 1, Example 2 and Example using a negative electrode having a PTFE content in the coat layer of 50% by mass to 90% by mass and 30% by volume to 70% by volume by mass%. The laminate type lithium ion secondary battery of Example 3 has a significantly lower resistance after storage than the laminate type lithium ion secondary batteries of Comparative Example 1 and Comparative Example 2. Example 1, Example 2 and Example The capacity retention rate of the laminated lithium ion secondary battery of Example 3 was also significantly higher than the capacity retention rates of the laminated lithium ion secondary batteries of Comparative Example 1 and Comparative Example 2. The laminate type lithium ion secondary battery of Comparative Example 1 using a negative electrode in which the content of the binder for the coat layer in the coat layer is 20% by mass and 10% by volume is 10% by mass, and the resistance after storage becomes high. It was found that the capacity decreased after storage.
また抵抗に関しては、抵抗が低いことは負極活物質層と集電体本体とがコート層によって密着していて剥離していないことを示す。従って実施例3のラミネート型リチウムイオン二次電池の保存後抵抗に比べて比較例1のラミネート型リチウムイオン二次電池の保存後抵抗は急激に上がっており、60℃、1週間、高電圧使用環境下である条件の保存試験によって比較例1のラミネート型リチウムイオン二次電池の負極の負極活物質層がコート層から剥離したことを意味していると考える。 Regarding the resistance, a low resistance indicates that the negative electrode active material layer and the current collector main body are in close contact with each other by the coating layer and are not peeled off. Therefore, the post-storage resistance of the laminate type lithium ion secondary battery of Comparative Example 1 is rapidly increased compared with the post-storage resistance of the laminate type lithium ion secondary battery of Example 3, and the high voltage is used at 60 ° C. for one week. It is considered that the negative electrode active material layer of the negative electrode of the laminate type lithium ion secondary battery of Comparative Example 1 was peeled off from the coat layer by a storage test under conditions under the environment.
つまりコート層におけるコート層用バインダーの含有量が質量%で20質量%より高い負極、好ましくはコート層用バインダーの含有量が質量%で50質量%〜90質量%ある負極を用いれば、高電圧使用環境下でも負極活物質層がコート層より剥離しにくく負極の抵抗があがるのを抑制できるため、保存後容量の低下を抑制できることがわかった。 That is, if a negative electrode having a coating layer binder content of 20% by mass higher than 20% by mass in the coating layer, preferably a negative electrode having a coating layer binder content of 50% by mass to 90% by mass, high voltage is used. It was found that the negative electrode active material layer is less likely to be peeled off from the coat layer even under the use environment, and the negative electrode resistance can be prevented from increasing, and thus the decrease in capacity after storage can be suppressed.
1:集電体本体、2:コート層、21:コート層用バインダー、22:導電性材料、3:負極活物質層。 1: current collector body, 2: coat layer, 21: binder for coat layer, 22: conductive material, 3: negative electrode active material layer.
Claims (3)
前記集電体本体の表面に配置されるコート層と、
前記コート層の表面に配置され、負極活物質と結着剤とを含む負極活物質層と、を有し、
前記コート層はコート層用バインダーと導電性材料とを含み、
前記コート層の全体を100質量%としたときに、前記コート層用バインダーの含有量は40質量%より多く99質量%以下であり、
前記負極活物質はSi、Si化合物、Sn及びSn化合物の群から選択される少なくとも一つを含み、
前記結着剤は、ポリアミドイミド樹脂であり、
前記コート層用バインダーは、ポリテトラフルオロエチレンであり、
前記導電性材料はSnO 2 であることを特徴とするリチウムイオン二次電池用負極。 A current collector body;
A coat layer disposed on the surface of the current collector body;
A negative electrode active material layer disposed on the surface of the coat layer and including a negative electrode active material and a binder ,
The coating layer includes a coating layer binder and a conductive material,
When the entire coating layer is 100% by mass, the content of the coating layer binder is more than 40% by mass and 99% by mass or less,
The negative active material Si, Si compounds, see containing at least one selected from the group of Sn and Sn compounds,
The binder is a polyamideimide resin,
The binder for the coat layer is polytetrafluoroethylene,
The negative electrode for a lithium ion secondary battery, wherein the conductive material is SnO 2.
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