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JP6447652B2 - Current collector for lithium secondary battery and lithium secondary battery - Google Patents
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JP6447652B2 - Current collector for lithium secondary battery and lithium secondary battery - Google Patents

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Description

本発明は、リチウム二次電池用集電体及びリチウム二次電池に関する。   The present invention relates to a current collector for a lithium secondary battery and a lithium secondary battery.

リチウム二次電池は、高容量化を実現することができ、携帯電話やノートパソコン等のモバイルバッテリーから自動車用バッテリーや大型の電力貯蔵用バッテリーまで広く利用されている。   Lithium secondary batteries can achieve high capacity, and are widely used from mobile batteries such as mobile phones and notebook computers to automobile batteries and large-sized power storage batteries.

リチウム二次電池は、電極を構成する材料内にリチウムイオンを挿入、脱離することで充放電を行うリチウムイオン二次電池とは異なり、リチウム金属が析出、溶解することで充放電を行う。リチウム金属は極めて卑な電位を有するため、リチウム二次電池は高い理論容量密度を実現できると期待されている。   Unlike a lithium ion secondary battery in which charging and discharging is performed by inserting and desorbing lithium ions into and from a material constituting the electrode, the lithium secondary battery performs charging and discharging by depositing and dissolving lithium metal. Since lithium metal has a very low potential, lithium secondary batteries are expected to be able to achieve a high theoretical capacity density.

リチウム二次電池は、充電時に金属リチウムが析出する。金属リチウムは、析出開始点を根として樹上に析出する(デンドライトを形成する)場合がある。樹上に析出した金属リチウムは、リチウム二次電池の放電時に溶解する。樹上に析出した金属リチウムの枝の部分から金属リチウムが順に溶解すれば問題はないが、根元の部分が先に溶解する場合がある。この場合、根元を失った金属リチウムは非水電解質中に浮遊し、導通が取れなくなる。非水電解質中に浮遊する金属リチウムは、導通が取れないため、以降の充放電には寄与することができない。その結果、リチウム二次電池のサイクル特性は低減する。   Lithium secondary batteries deposit metallic lithium during charging. Metallic lithium may precipitate on the tree (form dendrite) with the deposition start point as a root. The metallic lithium deposited on the tree dissolves when the lithium secondary battery is discharged. There is no problem if the metallic lithium dissolves in order from the metallic lithium branch portion deposited on the tree, but the root portion may dissolve first. In this case, the lithium metal that has lost its base floats in the non-aqueous electrolyte and cannot conduct. Since the metallic lithium floating in the non-aqueous electrolyte cannot conduct, it cannot contribute to the subsequent charge / discharge. As a result, the cycle characteristics of the lithium secondary battery are reduced.

特許文献1には、集電体の表面に3μm以下の細孔を設けることで、集電体の比表面積を大きくすることで、実効電流密度が低減され、金属リチウムがデンドライトを形成することを抑制できることが記載されている。   Patent Document 1 states that by providing pores of 3 μm or less on the surface of the current collector, increasing the specific surface area of the current collector, the effective current density is reduced, and metallic lithium forms dendrites. It is described that it can be suppressed.

特開平8−321310号公報JP-A-8-321310

特許文献1は、デンドライトの形成を容認していない。そのため、デンドライトの形成を防ぐために集電体の比表面積はできる限り大きくすることが好ましいことが記載されている。比表面積が大きくなると、実効電流密度が低減され、細孔が形成されている部分と、その他の部分の電流密度の差が小さくなる。面内の電流密度の差を小さくなれば、デンドライトが形成される確率は下がる。   Patent Document 1 does not allow the formation of dendrites. Therefore, it is described that the specific surface area of the current collector is preferably as large as possible in order to prevent the formation of dendrites. As the specific surface area increases, the effective current density is reduced, and the difference in current density between the portion where the pores are formed and the other portion is reduced. If the in-plane current density difference is reduced, the probability that dendrites are formed decreases.

しかしながら、それでもデンドライトの形成を完全に防ぐことは難しい。リチウム二次電池の動作時には、温度、振動等の外因が加わる。これらの外因は局所的に電流密度が高くなる原因であり、局所的に電流密度が高まるとデンドライトが形成する。   However, it is still difficult to completely prevent dendrite formation. When the lithium secondary battery operates, external factors such as temperature and vibration are added. These external causes are the cause of locally increasing current density, and when the current density is locally increased, dendrites are formed.

集電体の表面の実効電流密度が平均化した状態で外因が加わると、電流密度が高まる確率はいずれの部分においても均一であり、デンドライトが形成する場所を制御できない。その結果、充放電過程においてデンドライトが形成され、樹上に成長した金属リチウムの根元が溶解する場合がある。つまり、特許文献1に記載の集電体を用いたリチウム二次電池では、サイクル特性が十分とは言えない場合があった。   When an external factor is applied in a state where the effective current density on the surface of the current collector is averaged, the probability that the current density increases is uniform in any part, and the place where the dendrite is formed cannot be controlled. As a result, dendrite is formed in the charge / discharge process, and the root of metallic lithium grown on the tree may be dissolved. That is, in the lithium secondary battery using the current collector described in Patent Document 1, the cycle characteristics may not be sufficient.

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、サイクル特性に優れたリチウム二次電池を提供することを目的とする。   This invention is made | formed in view of the said problem, and it aims at providing the lithium secondary battery excellent in cycling characteristics.

本発明者らは、デンドライトが形成されることは容認し、デンドライトが形成しても根元から溶解し難くすることを検討した。そして、表面に形成する細孔の直径及び密度を所定の範囲にすることで、金属リチウムが細孔内に選択的に成長することを見出した。その結果、デンドライトの根元となる部分は細孔内に存在することとなり、デンドライトが形成したとしても、樹上に成長した金属リチウムの根元から溶解が始まることを防ぐことができることを見出した。
すなわち、上記課題を解決するため、以下の手段を提供する。
The present inventors have accepted that the formation of dendrites, and have investigated that even if dendrites are formed, they are difficult to dissolve from the root. And it discovered that metallic lithium grew selectively in a pore by making the diameter and density of the pore formed in the surface into a predetermined range. As a result, the base part of the dendrite is present in the pores, and even when the dendrite is formed, it has been found that dissolution can be prevented from starting from the root of the lithium metal grown on the tree.
That is, in order to solve the above problems, the following means are provided.

(1)第1の態様にかかるリチウム二次電池用集電体は、表面に複数の細孔が設けられた金属膜であって、前記金属膜の表面における前記細孔の密度は、2×10個/m以上8×1013個/m以下であり、前記細孔の平均直径は、0.02μm以上1μm以下である。 (1) The current collector for a lithium secondary battery according to the first aspect is a metal film having a plurality of pores provided on a surface thereof, and the density of the pores on the surface of the metal film is 2 × 10 6 pieces / m 2 or more and 8 × 10 13 pieces / m 2 or less, and the average diameter of the pores is 0.02 μm or more and 1 μm or less.

(2)上記態様にかかるリチウム二次電池用集電体において、前記細孔の平均深さは、0.05μm以上3.0μm以下であってもよい。 (2) In the current collector for a lithium secondary battery according to the above aspect, the average depth of the pores may be 0.05 μm or more and 3.0 μm or less.

(3)上記態様にかかるリチウム二次電池用集電体において、前記細孔の平均容積は、1.5×10−4μm以上3.9×10−1μm以下であってもよい。 (3) In the current collector for a lithium secondary battery according to the above aspect, the average volume of the pores may be 1.5 × 10 −4 μm 3 or more and 3.9 × 10 −1 μm 3 or less. .

(4)上記態様にかかるリチウム二次電池用集電体において、前記金属膜が、銅、ニッケル、チタン、ステンレス、白金及びこれらの合金からなる群から選択されるいずれかである構成でもよい。 (4) In the current collector for a lithium secondary battery according to the above aspect, the metal film may be any one selected from the group consisting of copper, nickel, titanium, stainless steel, platinum, and alloys thereof.

(5)上記態様にかかるリチウム二次電池用集電体において、前記細孔が内部にイオウ化合物を有してもよい。 (5) In the current collector for a lithium secondary battery according to the above aspect, the pores may have a sulfur compound therein.

(6)第2の態様にかかるリチウム二次電池は、上記態様にかかるリチウム二次電池用集電体を負極として用い、前記負極に対向する正極と、前記負極と前記正極の間のリチウムイオンの伝導を担う電解液と、を備える。 (6) The lithium secondary battery according to the second aspect uses the current collector for a lithium secondary battery according to the above aspect as a negative electrode, a positive electrode facing the negative electrode, and lithium ions between the negative electrode and the positive electrode And an electrolyte solution responsible for conduction.

(7)上記態様にかかるリチウム二次電池用において、前記電解液が、前記集電体に含まれる金属のイオン又は錯体を有し、前記電解液が、1質量ppm以上1000質量ppm以下の前記金属を含んでもよい。 (7) In the lithium secondary battery according to the above aspect, the electrolytic solution has a metal ion or complex contained in the current collector, and the electrolytic solution is 1 mass ppm or more and 1000 mass ppm or less. Metals may be included.

上記態様に係るリチウム二次電池用集電体によれば、サイクル特性に優れるリチウム二次電池を得ることができる。   According to the current collector for a lithium secondary battery according to the above aspect, a lithium secondary battery having excellent cycle characteristics can be obtained.

本実施形態にかかるリチウム二次電池の断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram of the lithium secondary battery concerning this embodiment. 本実施形態にかかる集電体の表面を走査型電子顕微鏡(SEM)で撮影した画像である。It is the image which image | photographed the surface of the electrical power collector concerning this embodiment with the scanning electron microscope (SEM). 本実施形態にかかるリチウム二次電池の負極近傍の充放電過程を模式的に示した図である。It is the figure which showed typically the charging / discharging process of the negative electrode vicinity of the lithium secondary battery concerning this embodiment.

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

「第1実施形態」
[リチウム二次電池]
図1は、第1実施形態にかかるリチウム二次電池の断面模式図である。図1に示すリチウム二次電池100は、発電部40と、外装体50と、リード60、62とを備える。外装体50は、発電部40を密閉した状態で収容する。一対のリード60、62の一端は、発電部40に接続され、他端は外装体50の外部まで延在している。また図示されていないが、発電部40とともに電解質が、外装体50内に収容されている。
“First Embodiment”
[Lithium secondary battery]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a lithium secondary battery according to the first embodiment. A lithium secondary battery 100 illustrated in FIG. 1 includes a power generation unit 40, an exterior body 50, and leads 60 and 62. The exterior body 50 accommodates the power generation unit 40 in a sealed state. One end of the pair of leads 60 and 62 is connected to the power generation unit 40, and the other end extends to the outside of the exterior body 50. Although not shown, the electrolyte is housed in the exterior body 50 together with the power generation unit 40.

(発電部)
発電部40は、正極20と負極30とが、セパレータ10を挟んで対向配置されている。図1では、外装体50内に発電部40が一つの場合を例示したが、複数積層されていてもよい。正極20は、板状(膜状)の正極集電体22上に正極活物質層24が設けられている。
(Power generation part)
In the power generation unit 40, the positive electrode 20 and the negative electrode 30 are disposed to face each other with the separator 10 interposed therebetween. In FIG. 1, the case where there is one power generation unit 40 in the exterior body 50 is illustrated, but a plurality of power generation units 40 may be stacked. In the positive electrode 20, a positive electrode active material layer 24 is provided on a plate-like (film-like) positive electrode current collector 22.

<負極>
負極30は、集電体と充放電の過程によって金属リチウムとを有する。充電時には集電体の表面に金属リチウムが析出し、放電時には表面に析出した金属リチウムが溶出する。すなわち、充電時には集電体と金属リチウムとを含むものが負極30となり、放電時には集電体が負極30となる。また充放電に寄与するリチウム量が不足することに備えて、充放電前の初期状態から集電体の一面にリチウム箔を設けてもよい。
<Negative electrode>
The negative electrode 30 has a lithium metal through a current collector and a charge / discharge process. Metal lithium is deposited on the surface of the current collector during charging, and metal lithium deposited on the surface is eluted during discharging. That is, the negative electrode 30 includes the current collector and metallic lithium during charging, and the negative electrode 30 during discharging. In preparation for the shortage of the amount of lithium contributing to charging / discharging, a lithium foil may be provided on one surface of the current collector from the initial state before charging / discharging.

図2は、本実施形態にかかる集電体の表面を走査型電子顕微鏡(SEM)で撮影した画像である。図2に示すように、集電体31の表面には複数の細孔32が設けられている。   FIG. 2 is an image obtained by photographing the surface of the current collector according to the present embodiment with a scanning electron microscope (SEM). As shown in FIG. 2, a plurality of pores 32 are provided on the surface of the current collector 31.

図3は、本実施形態にかかるリチウム二次電池の負極近傍の充放電過程を模式的に示した図である。図3(a)は初期状態を示す。初期状態からリチウム二次電池を充電すると、細孔32内に金属リチウム33が析出する。   FIG. 3 is a diagram schematically illustrating a charge / discharge process in the vicinity of the negative electrode of the lithium secondary battery according to the present embodiment. FIG. 3A shows an initial state. When the lithium secondary battery is charged from the initial state, metallic lithium 33 is deposited in the pores 32.

図3(b)に示すように、金属リチウム33は、細孔32内に選択的に析出する。細孔32のエッジ部は電圧が集中しやすく、金属リチウムが析出しやすいためと考えられる。細孔32内に金属リチウム33が選択的に析出する描像としては、細孔32のエッジ部で生成した金属リチウム33がエッジ部から細孔32内部に落下し、そこで核成長することで細孔32内部が埋まる描像、細孔32の内面に金属リチウム33が生成し、核成長することで容積の小さい細孔32内部が先に埋まる描像等が考えられる。   As shown in FIG. 3B, the metallic lithium 33 is selectively deposited in the pores 32. This is probably because the voltage tends to concentrate on the edge portion of the pore 32 and metal lithium is likely to precipitate. As an image in which the metallic lithium 33 is selectively deposited in the pores 32, the metallic lithium 33 generated at the edge portions of the pores 32 falls into the pores 32 from the edge portions, and nuclei grows there. An image in which the inside of the pore 32 is buried, a metal lithium 33 is formed on the inner surface of the pore 32, and the nucleus is grown, so that the inside of the pore 32 having a small volume is buried first.

そのまま充電を続けると図3(c)に示すように、金属リチウム33が樹状に成長する(デンドライトが形成される)。金属リチウム33が核生成するエネルギーは、金属リチウム33が核成長するエネルギーより大きい。そのため、デンドライトは、細孔32内に成長した金属リチウム33(図3(b))から成長する。   When charging is continued as it is, as shown in FIG. 3C, the metallic lithium 33 grows in a dendritic shape (dendrites are formed). The energy that the metallic lithium 33 nucleates is larger than the energy that the metallic lithium 33 nucleates. Therefore, dendrite grows from metallic lithium 33 (FIG. 3B) grown in the pores 32.

次いで、リチウム二次電池を放電すると、金属リチウム33は溶出する。図3(c)に示すように、金属リチウム33の根元は細孔32を形成する集電体31によって保護される。そのため、放電時に金属リチウム33の根元から溶出が進行することは抑制される。その結果、樹状に成長した金属リチウム33の枝の部分から順に溶出が進行する(図3(d))。   Next, when the lithium secondary battery is discharged, the metal lithium 33 is eluted. As shown in FIG. 3C, the base of the metallic lithium 33 is protected by the current collector 31 that forms the pores 32. Therefore, it is suppressed that elution progresses from the base of the metal lithium 33 at the time of discharge. As a result, the elution proceeds in order from the branch portion of the metallic lithium 33 grown in a dendritic shape (FIG. 3D).

金属リチウム33が根元から溶出すると、根元を失った金属リチウム33は、電解液中に浮遊し、導通が取れなくなる。この金属リチウム33は、導通が取れないため、以降の充放電には寄与することができない。これに対し、金属リチウム33を細孔32内に成長させることで、金属リチウム33の根元が保護され、電解液中に浮遊する金属リチウム量が低減する。つまり、充放電過程で使用できるリチウム量が減少することが抑制され、リチウム二次電池のサイクル特性が向上する。   When the metal lithium 33 is eluted from the root, the metal lithium 33 that has lost the root floats in the electrolytic solution and cannot conduct. Since this metallic lithium 33 cannot conduct, it cannot contribute to subsequent charging / discharging. On the other hand, by growing the metal lithium 33 in the pores 32, the root of the metal lithium 33 is protected, and the amount of metal lithium floating in the electrolytic solution is reduced. That is, the decrease in the amount of lithium that can be used in the charge / discharge process is suppressed, and the cycle characteristics of the lithium secondary battery are improved.

集電体31の表面における細孔32の密度は、2×10個/m以上8×1013個/m以下であり、7×10個/m以上8×1013個/m以下であることがより好ましい。 The density of the pores 32 on the surface of the current collector 31 is 2 × 10 6 / m 2 or more and 8 × 10 13 / m 2 or less, and 7 × 10 9 / m 2 or more and 8 × 10 13 / More preferably, it is m 2 or less.

上述のように充電時に細孔32内に金属リチウム33が最初に成長することで、金属リチウム33の根元を保護することができる(図3(c)参照)。細孔32の密度が低いと、細孔32以外の部分でも金属リチウム33が析出することが考えられる。細孔32以外の部分に析出した金属リチウム33は根元が露出しているため、根元から溶出が進行し、十分なリチウム二次電池のサイクル特性が得られなくなる。   As described above, the metallic lithium 33 first grows in the pores 32 during charging, whereby the root of the metallic lithium 33 can be protected (see FIG. 3C). If the density of the pores 32 is low, it is conceivable that the metal lithium 33 is deposited even in portions other than the pores 32. Since the root of the metal lithium 33 deposited on the portion other than the pore 32 is exposed, elution proceeds from the root, and sufficient cycle characteristics of the lithium secondary battery cannot be obtained.

一方で、細孔32の密度が高いと、集電体31の表面にかかる実効電流密度が平均化される。集電体31の表面を主に構成するものが細孔32となり、平坦部と細孔32との間に形成されていた電流密度差が平均化される。金属リチウム33が細孔32内に選択的に析出するのは、平坦部と細孔32との間に電流密度差があるためである。電流密度が集電体31の表面で均一化されると、金属リチウム33が析出する場所が細孔32内に限られなくなる。その結果、放電時に根元からリチウムが溶出する金属リチウム33が生じ、十分なリチウム二次電池のサイクル特性が得られなくなる。   On the other hand, when the density of the pores 32 is high, the effective current density applied to the surface of the current collector 31 is averaged. What mainly constitutes the surface of the current collector 31 is the pore 32, and the current density difference formed between the flat portion and the pore 32 is averaged. The metal lithium 33 is selectively deposited in the pores 32 because there is a current density difference between the flat portion and the pores 32. When the current density is made uniform on the surface of the current collector 31, the place where the metal lithium 33 is deposited is not limited to the pores 32. As a result, metallic lithium 33 from which lithium is eluted from the root during discharge is generated, and sufficient cycle characteristics of the lithium secondary battery cannot be obtained.

また集電体31の表面における細孔の平均直径は、0.02μm以上1μm以下であり、0.1μm以上0.8μm以下であることが好ましく、0.3μm以上0.7以下であることがより好ましい。   The average diameter of the pores on the surface of the current collector 31 is 0.02 μm or more and 1 μm or less, preferably 0.1 μm or more and 0.8 μm or less, and preferably 0.3 μm or more and 0.7 or less. More preferred.

細孔32の平均直径は、SEMで撮影した画像から求める。まず集電体31の任意の表面の1万倍の画像をSEMで撮影する。そしてその撮影した画像内の細孔32の直径を10カ所測定する。細孔32は、真円ではないので外接円の直径とする。撮影箇所を変えて同様の作業を5回行い、それらの平均を求める。   The average diameter of the pores 32 is obtained from an image taken with an SEM. First, a 10,000 times image of an arbitrary surface of the current collector 31 is taken with an SEM. Then, ten diameters of the pores 32 in the photographed image are measured. Since the pore 32 is not a perfect circle, it has a circumscribed circle diameter. The same operation is performed five times while changing the shooting location, and the average of them is obtained.

細孔32の平均直径が1μmを超えると、リチウム二次電池のサイクル特性が低下する。その理由は明確ではないが、以下のような理由が考えられる。   When the average diameter of the pores 32 exceeds 1 μm, the cycle characteristics of the lithium secondary battery are degraded. The reason is not clear, but the following reasons are possible.

細孔32から成長する金属リチウム33の根元の径が太くなり、樹状に析出する金属リチウム33の長さも長くなる。金属リチウム33の径が太くなることは、放電時に金属リチウム33が途中で切断され難くなり、リチウム二次電池のサイクル特性にとっては有利と考えられる。   The diameter of the base of the metal lithium 33 that grows from the pores 32 is increased, and the length of the metal lithium 33 that is deposited in a dendritic manner is also increased. The increase in the diameter of the metal lithium 33 is considered to be advantageous for the cycle characteristics of the lithium secondary battery because the metal lithium 33 is difficult to be cut off during discharge.

しかしながら、金属リチウムは、樹状に析出する際に同じ直径を維持しているわけではなく、場所によって細くなったり太くなったりする。径が細くなった部分は、放電時に切断しやすい。金属リチウム33の長さが長くなると、樹状に析出する金属リチウム33の径が細くなる部分が生じる確率が高まる。そのため、細孔32の平均直径が大きすぎると、樹状に析出する金属リチウム33が溶出時に切断される確率が高まり、サイクル特性が低下すると考えられる。   However, metallic lithium does not maintain the same diameter when it deposits in a dendritic shape, and it becomes thinner or thicker depending on the location. The portion with the reduced diameter is easy to cut during discharge. When the length of the metal lithium 33 is increased, the probability that a portion in which the diameter of the metal lithium 33 precipitated in a dendritic shape is reduced is increased. Therefore, if the average diameter of the pores 32 is too large, the probability that the metal lithium 33 deposited in a dendritic shape will be cut at the time of elution increases, and the cycle characteristics are considered to deteriorate.

またリチウム二次電池が充放電する際に負極30の体積は大きく変化する。負極30の体積変化は集電体31に応力を加える。細孔32の平均直径が大きすぎると、応力を受けて集電体31に亀裂や破断が生じる場合が考えられる。集電体31に亀裂や破断が生じると、電子の授受を速やかにできなくなり、電池特性が低下することも考えられる。   Further, when the lithium secondary battery is charged and discharged, the volume of the negative electrode 30 changes greatly. The volume change of the negative electrode 30 applies stress to the current collector 31. If the average diameter of the pores 32 is too large, the current collector 31 may be cracked or broken due to stress. If the current collector 31 is cracked or broken, it may not be possible to quickly exchange electrons, and the battery characteristics may deteriorate.

一方で、細孔32の平均直径が0.02μm未満の場合も充分なサイクル特性を得ることができない。細孔32の平均直径が小さすぎると細孔32がすぐ金属リチウム33で埋まってしまう。また充電過程をエッジ部で生成した金属リチウム33がエッジ部から細孔32内部に落下し、そこで核成長する描像と考えると、細孔32の平均直径が小さすぎて金属リチウム33がエッジ部から細孔32内部に落下しないことが考えられる。その結果、任意の場所から金属リチウム33が析出し、サイクル特性が低下することが考えられる。   On the other hand, sufficient cycle characteristics cannot be obtained even when the average diameter of the pores 32 is less than 0.02 μm. If the average diameter of the pores 32 is too small, the pores 32 are immediately filled with the metal lithium 33. Further, in the charging process, when the metal lithium 33 generated at the edge portion falls into the pore 32 from the edge portion and is considered to be a nucleus that grows there, the average diameter of the pore 32 is too small and the metal lithium 33 is removed from the edge portion. It is conceivable that it does not fall into the pore 32. As a result, it is conceivable that the metallic lithium 33 is deposited from an arbitrary place and the cycle characteristics are deteriorated.

細孔32の平均深さは、0.05μm以上3.0μm以下であることが好ましく、0.1μm以上2.0μm以下であることが好ましく、0.3μm以上1.0μm以下であることがより好ましい。   The average depth of the pores 32 is preferably 0.05 μm or more and 3.0 μm or less, preferably 0.1 μm or more and 2.0 μm or less, and more preferably 0.3 μm or more and 1.0 μm or less. preferable.

細孔32の平均深さは、断面SEMで撮影した画像から求める。まず集電体31を任意の箇所で切断し、断面の1万倍の画像をSEMで撮影する。そしてその撮影した画像内に存在する細孔32の深さを測定する。撮影箇所を変えて同様の作業を5回行い、それらの平均を求める。   The average depth of the pores 32 is determined from an image taken with a cross-sectional SEM. First, the current collector 31 is cut at an arbitrary location, and an image of 10,000 times the cross section is taken with an SEM. Then, the depth of the pore 32 existing in the photographed image is measured. The same operation is performed five times while changing the shooting location, and the average of them is obtained.

細孔32の平均深さが浅すぎると、そこから析出する金属リチウム33の根元の保護が十分でなくなる。その結果、放電時に根元からリチウムが溶出する金属リチウム33が生じる確率が高まる。一方で、細孔32の平均深さが深すぎると、集電体31の強度が低下する。集電体31に亀裂や破断が生じると、電子の授受を速やかにできなくなり、電池特性が低下する。   If the average depth of the pores 32 is too shallow, the protection of the roots of the metal lithium 33 deposited therefrom will not be sufficient. As a result, the probability that metal lithium 33 from which lithium elutes from the root during discharge is generated increases. On the other hand, if the average depth of the pores 32 is too deep, the strength of the current collector 31 decreases. If the current collector 31 is cracked or broken, electrons cannot be exchanged quickly and the battery characteristics are deteriorated.

細孔32の平均容積は、1.5×10−4μm以上3.9×10−1μm以下であることが好ましく、9.8×10−3μm以上9.8×10−2μm以下であることがより好ましい。 The average volume of the pores 32 is preferably at 1.5 × 10 -4 μm 3 or more 3.9 × 10 -1 μm 3 or less, 9.8 × 10 -3 μm 3 or more 9.8 × 10 - More preferably, it is 2 μm 3 or less.

細孔32の平均容積は、細孔32の平均直径及び平均深さから求められる。細孔32の平均容積が小さいと、細孔32がすぐ金属リチウム33で埋まる。最大限充電した際に析出する金属リチウム33量が一定であるとすると、細孔32内に存在する金属リチウム33の量が少なくなると、相対的に樹状に析出する金属リチウム33の量が増える。樹状に析出した金属リチウム33の量が増えると、それだけ電解液中に浮遊する金属リチウム量が増加する確率が高まる。   The average volume of the pores 32 is determined from the average diameter and the average depth of the pores 32. When the average volume of the pores 32 is small, the pores 32 are immediately filled with the metal lithium 33. Assuming that the amount of metallic lithium 33 deposited when fully charged is constant, when the amount of metallic lithium 33 present in the pores 32 decreases, the amount of metallic lithium 33 deposited relatively in a dendritic manner increases. . As the amount of metallic lithium 33 deposited in a dendritic state increases, the probability that the amount of metallic lithium floating in the electrolytic solution will increase accordingly.

集電体31は、電気伝導性に優れる金属膜である。上述のように集電体31の一面には、金属リチウム33が析出する。そのため、集電体31を構成する金属は、リチウムと合金を作りにくい材料であることが好ましい。具体的には、銅、ニッケル、チタン、ステンレス、白金及びこれらの合金からなる群から選択されるいずれかであることが好まく、銅であることが特に好ましい。   The current collector 31 is a metal film having excellent electrical conductivity. As described above, the metal lithium 33 is deposited on one surface of the current collector 31. Therefore, the metal constituting the current collector 31 is preferably a material that is difficult to form an alloy with lithium. Specifically, it is preferably one selected from the group consisting of copper, nickel, titanium, stainless steel, platinum, and alloys thereof, and copper is particularly preferable.

また集電体31の細孔32内部には、イオウ化合物を有していてもよい。「イオウ化合物を有する」とは、エネルギー分散型X線分析(EDS分析)においてイオウ元素(S)が検出されることを意味する。   The current collector 31 may have a sulfur compound inside the pores 32. “Having a sulfur compound” means that sulfur element (S) is detected in energy dispersive X-ray analysis (EDS analysis).

細孔32内部にイオウ元素が存在すると、リチウム二次電池のサイクル特性が向上する。この理由は明確では無いが、例えばイオウ元素と集電体を構成する金属元素とが結合し、集電体を構成する金属元素が腐食することが抑制されていることが考えられる。   When the sulfur element is present in the pores 32, the cycle characteristics of the lithium secondary battery are improved. Although the reason for this is not clear, it is considered that, for example, a sulfur element and a metal element constituting the current collector are combined to suppress corrosion of the metal element constituting the current collector.

<正極>
正極20は、正極集電体22と、その一面に設けられた正極活物質層24とを有する(図1参照)。正極集電体22は、導電性を有する材料により構成されていればよく、例えば、アルミニウム、銅、ニッケル箔の金属薄板を用いることができる。
<Positive electrode>
The positive electrode 20 includes a positive electrode current collector 22 and a positive electrode active material layer 24 provided on one surface thereof (see FIG. 1). The positive electrode current collector 22 only needs to be made of a conductive material. For example, a thin metal plate of aluminum, copper, or nickel foil can be used.

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

例えば、コバルト酸リチウム(LiCoO)、ニッケル酸リチウム(LiNiO)、マンガン酸リチウム(LiMnO)、リチウムマンガンスピネル(LiMn)、及び、一般式:LiNiCoMna2(x+y+z+a=1、0≦x<1、0≦y<1、0≦z<1、0≦a<1、MはAl、Mg、Nb、Ti、Cu、Zn、Crより選ばれる1種類以上の元素)で表される複合金属酸化物、リチウムバナジウム化合物(LiV)、オリビン型LiMPO(ただし、Mは、Co、Ni、Mn、Fe、Mg、Nb、Ti、Al、Zrより選ばれる1種類以上の元素又はVOを示す)、チタン酸リチウム(LiTi12)、LiNiCoAl(0.9<x+y+z<1.1)等の複合金属酸化物、ポリアセチレン、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセンなどが挙げられる。 For example, lithium cobalt oxide (LiCoO 2), lithium nickelate (LiNiO 2), lithium manganate (LiMnO 2), lithium manganese spinel (LiMn 2 O 4), and the general formula: LiNi x Co y Mn z M a2 ( x + y + z + a = 1, 0 ≦ x <1, 0 ≦ y <1, 0 ≦ z <1, 0 ≦ a <1, M is one or more selected from Al, Mg, Nb, Ti, Cu, Zn, and Cr Element)), lithium vanadium compound (LiV 2 O 5 ), olivine-type LiMPO 4 (where M is selected from Co, Ni, Mn, Fe, Mg, Nb, Ti, Al, Zr) are shown one or more elements or VO), lithium titanate (Li 4 Ti 5 O 12) , LiNi x Co y Al z O 2 (0.9 <x + y + z <1 1) a composite metal oxide such as polyacetylene, polyaniline, polypyrrole, polythiophene, and the like polyacene.

また正極活物質層24は、導電材を有していてもよい。導電材としては、例えば、カーボンブラック類等のカーボン粉末、カーボンナノチューブ、炭素材料、銅、ニッケル、ステンレス、鉄等の金属微粉、炭素材料及び金属微粉の混合物、ITO等の導電性酸化物が挙げられる。正極活物質のみで十分な導電性を確保できる場合は、正極活物質層24は導電材を含んでいなくてもよい。   The positive electrode active material layer 24 may have a conductive material. Examples of the conductive material include carbon powder such as carbon black, carbon nanotube, carbon material, fine metal powder such as copper, nickel, stainless steel and iron, a mixture of carbon material and fine metal powder, and conductive oxide such as ITO. It is done. In the case where sufficient conductivity can be ensured with only the positive electrode active material, the positive electrode active material layer 24 may not include a conductive material.

また正極活物質層24は、バインダーを含む。バインダーは、公知のものを用いることができる。例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体(ETFE)、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)、エチレン−クロロトリフルオロエチレン共重合体(ECTFE)、ポリフッ化ビニル(PVF)等のフッ素樹脂、が挙げられる。   The positive electrode active material layer 24 includes a binder. A well-known thing can be used for a binder. For example, polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP), tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA), ethylene-tetrafluoro Fluorine resins such as ethylene copolymer (ETFE), polychlorotrifluoroethylene (PCTFE), ethylene-chlorotrifluoroethylene copolymer (ECTFE), and polyvinyl fluoride (PVF).

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

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

(電解液)
電解液は、発電部40内に含浸される。電解液には、リチウム塩等を含む電解質溶液(電解質水溶液、有機溶媒を使用する電解質溶液) を使用することができる。ただし、電解質水溶液は電気化学的に分解電圧が低いため、充電時の耐用電圧が低く制限される。そのため、有機溶媒を使用する電解質溶液(非水電解質溶液)であることが好ましい。
(Electrolyte)
The electrolytic solution is impregnated in the power generation unit 40. As the electrolytic solution, an electrolyte solution containing lithium salt or the like (electrolyte aqueous solution, electrolyte solution using an organic solvent) can be used. However, since the electrolytic aqueous solution has a low decomposition voltage electrochemically, the withstand voltage during charging is limited to be low. Therefore, an electrolyte solution (nonaqueous electrolyte solution) using an organic solvent is preferable.

非水電解質溶液は、非水溶媒に電解質が溶解されており、非水溶媒として環状カーボネートと、鎖状カーボネートと、を含有してもよい。   In the non-aqueous electrolyte solution, an electrolyte is dissolved in a non-aqueous solvent, and a cyclic carbonate and a chain carbonate may be contained as a non-aqueous solvent.

環状カーボネートとしては、電解質を溶媒和することができるものを用いることができる。例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート及びブチレンカーボネートなどを用いることができる。   As cyclic carbonate, what can solvate electrolyte can be used. For example, ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, and the like can be used.

鎖状カーボネートは、環状カーボネートの粘性を低下させることができる。例えば、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネートが挙げられる。その他、酢酸メチル、酢酸エチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、γ−ブチロラクトン、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタンなどを混合して使用してもよい。   The chain carbonate can reduce the viscosity of the cyclic carbonate. Examples thereof include diethyl carbonate, dimethyl carbonate, and ethyl methyl carbonate. In addition, methyl acetate, ethyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, γ-butyrolactone, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, and the like may be mixed and used.

非水溶媒中の環状カーボネートと鎖状カーボネートの割合は体積にして1:9〜1:1にすることが好ましい。   The ratio of the cyclic carbonate and the chain carbonate in the non-aqueous solvent is preferably 1: 9 to 1: 1 by volume.

また非水電解質溶液としてイオン液体を用いてもよい。イオン液体は、カチオンとアニオンの組合せによって得られる100℃未満でも液体状の塩である。イオン液体は、イオンのみからなる液体であるため、静電的な相互作用が強く、不揮発性、不燃性と言う特徴を有する。電解質としてイオン液体を用いたリチウム二次電池100は、安全性に優れる。   An ionic liquid may be used as the non-aqueous electrolyte solution. An ionic liquid is a salt which is liquid even below 100 ° C. obtained by a combination of a cation and an anion. Since the ionic liquid is a liquid composed only of ions, the ionic liquid has a strong electrostatic interaction and is characterized by non-volatility and nonflammability. The lithium secondary battery 100 using an ionic liquid as an electrolyte is excellent in safety.

また電解液は、集電体31に含まれる金属のイオン又は錯体を有することが好ましい。またその含有量は、金属の質量換算で、1質量ppm以上1000質量ppm以下であることが好ましい。   The electrolytic solution preferably has a metal ion or complex contained in the current collector 31. Moreover, it is preferable that the content is 1 mass ppm or more and 1000 mass ppm or less in conversion of the mass of a metal.

電解液中に集電体31を構成する金属が含まれると、金属のイオン又は錯体と集電体31との化学平衡により、集電体31の腐食が抑制される。   When the metal which comprises the electrical power collector 31 is contained in electrolyte solution, the corrosion of the electrical power collector 31 is suppressed by the chemical equilibrium of the metal ion or complex, and the electrical power collector 31. FIG.

(外装体)
外装体50は、その内部に発電部40及び電解質を密封する。外装体50は、電解質の外部への漏出や、外部からのリチウム二次電池100内部への水分等の侵入等を抑止できる物であれば特に限定されない。
(Exterior body)
The exterior body 50 seals the power generation unit 40 and the electrolyte therein. The outer package 50 is not particularly limited as long as it can prevent leakage of the electrolyte to the outside and entry of moisture and the like into the lithium secondary battery 100 from the outside.

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

「リード」
リード60、62は、アルミ等の導電材料から形成されている。リード60、62を正極20、負極30にそれぞれ溶接し、正極20と負極30との間にセパレータ10を挟んだ状態で、電解質と共に外装体50内に挿入し、外装体50の入り口をシールする。
"Lead"
The leads 60 and 62 are made of a conductive material such as aluminum. The leads 60 and 62 are welded to the positive electrode 20 and the negative electrode 30, respectively, and the separator 10 is sandwiched between the positive electrode 20 and the negative electrode 30 and inserted into the outer package 50 together with the electrolyte, and the entrance of the outer package 50 is sealed. .

上述のように、本実施形態にかかるリチウム二次電池は、負極を構成する集電体が所定の密度、所定の平均直径を満たす細孔を有する。そのため、細孔から選択的に金属リチウムが析出し、析出した金属リチウムの根元は細孔を形成する集電体によって保護される。そのため、放電時に金属リチウムの根元から溶出が進行することが抑制され、リチウム二次電池のサイクル特性が向上する。   As described above, in the lithium secondary battery according to this embodiment, the current collector constituting the negative electrode has pores satisfying a predetermined density and a predetermined average diameter. Therefore, metallic lithium is selectively deposited from the pores, and the base of the deposited metallic lithium is protected by the current collector that forms the pores. Therefore, elution is suppressed from proceeding from the base of metallic lithium during discharge, and the cycle characteristics of the lithium secondary battery are improved.

[リチウム二次電池の製造方法]
本実施形態にかかるリチウム二次電池100の製造方法について説明する。まず正極20及び負極30を作製する。
[Method for producing lithium secondary battery]
A method for manufacturing the lithium secondary battery 100 according to the present embodiment will be described. First, the positive electrode 20 and the negative electrode 30 are produced.

正極20は、正極集電体22上に正極活物質を含む塗料を塗布、乾燥して作製する。正極活物質を含む塗料は、正極活物質、バインダー及び溶媒を含み、必要に応じて導電材が混合されている。溶媒には、例えば、水、N−メチル−2−ピロリドン等を用いることができる。   The positive electrode 20 is produced by applying a paint containing a positive electrode active material on the positive electrode current collector 22 and drying it. The coating material containing a positive electrode active material contains a positive electrode active material, a binder, and a solvent, and a conductive material is mixed as necessary. As the solvent, for example, water, N-methyl-2-pyrrolidone, or the like can be used.

塗料における正極活物質、導電材、バインダーの構成比率は、質量比で80wt%〜98wt%:0.1wt%〜10wt%:0.1wt%〜10wt%であることが好ましい。これらの質量比は、全体で100wt%となるように調整される。塗料を構成する成分の混合方法は特に制限されず、混合順序もまた特に制限されない。   The composition ratio of the positive electrode active material, the conductive material, and the binder in the paint is preferably 80 wt% to 98 wt%: 0.1 wt% to 10 wt%: 0.1 wt% to 10 wt% in mass ratio. These mass ratios are adjusted so as to be 100 wt% as a whole. The mixing method of the components constituting the paint is not particularly limited, and the mixing order is not particularly limited.

そして作製した塗料を、正極集電体22に塗布する。塗布方法としては、特に制限はなく、通常電極を作製する場合に採用される方法を用いることができる。例えば、スリットダイコート法、ドクターブレード法が挙げられる。   Then, the prepared paint is applied to the positive electrode current collector 22. There is no restriction | limiting in particular as an application | coating method, The method employ | adopted when producing an electrode normally can be used. Examples thereof include a slit die coating method and a doctor blade method.

続いて、正極集電体22に塗布された塗料中の溶媒を除去する。除去方法は特に限定されない。例えば、塗料が塗布された正極集電体22を、80℃〜150℃の雰囲気下で乾燥させればよい。そして、正極集電体22上に正極活物質層24が形成された正極20が得られる。   Subsequently, the solvent in the paint applied to the positive electrode current collector 22 is removed. The removal method is not particularly limited. For example, the positive electrode current collector 22 to which the paint is applied may be dried in an atmosphere of 80 ° C. to 150 ° C. And the positive electrode 20 in which the positive electrode active material layer 24 was formed on the positive electrode collector 22 is obtained.

負極30は、集電体31として用いる金属膜を準備する。金属膜は、市販のものを利用できる。準備した金属膜(集電体31)の表面に細孔32を形成する。細孔32を形成する手段は特に問わない。例えば、金属化合物を還元処理し、化合物を構成する元素を除いてもよい。また金属膜に所定の突起を有するスタンパを押し当てたのち酸処理等を施すことで、細孔32を形成してもよい。また電子線リソグラフィー等の手段を用いて、細孔32を直接描画してもよい。   For the negative electrode 30, a metal film used as the current collector 31 is prepared. A commercially available metal film can be used. The pores 32 are formed on the surface of the prepared metal film (current collector 31). The means for forming the pores 32 is not particularly limited. For example, the metal compound may be subjected to a reduction treatment to remove elements constituting the compound. Alternatively, the pores 32 may be formed by pressing a stamper having predetermined protrusions on the metal film and then performing an acid treatment or the like. Further, the pores 32 may be directly drawn using means such as electron beam lithography.

集電体31の細孔32内部にイオウ化合物を形成する場合は、イオウを含む電解液中に集電体31を浸漬し、集電体31に電圧をかけてイオウを含む電解液を還元分解することで、イオウ元素を集電体31表面に付着させる。   When a sulfur compound is formed inside the pores 32 of the current collector 31, the current collector 31 is immersed in an electrolyte containing sulfur, and a voltage is applied to the current collector 31 to reduce and decompose the electrolyte containing sulfur. By doing so, the sulfur element is attached to the surface of the current collector 31.

次いで作製した正極20と負極30とを、セパレータ10を介して積層し、電解液と共に、外装体50内に封入する。例えば、正極20と、負極30と、セパレータ10とを積層し、予め作製した袋状の外装体50に、発電部40を入れる。電解液は、外装体50内に注入してもよいし、発電部40内に含浸させてもよい。   Next, the produced positive electrode 20 and negative electrode 30 are stacked with the separator 10 interposed between them, and sealed in the outer package 50 together with the electrolytic solution. For example, the positive electrode 20, the negative electrode 30, and the separator 10 are stacked, and the power generation unit 40 is placed in a bag-shaped exterior body 50 that is manufactured in advance. The electrolytic solution may be injected into the outer package 50 or may be impregnated in the power generation unit 40.

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

(実施例1)
まず正極を準備した。正極活物質としてNCA(組成式:Li1.0Ni0.78Co0.19Al0.03)、導電材としてカーボンブラック、バインダーとしてPVDFを準備した。これらを溶媒中で混合し、塗料を作製し、アルミ箔からなる正極集電体上に塗布した。正極活物質と導電材とバインダーの質量比は、95:2:3とした。塗布後に、溶媒は除去した。
Example 1
First, a positive electrode was prepared. NCA (composition formula: Li 1.0 Ni 0.78 Co 0.19 Al 0.03 O 2 ) was prepared as the positive electrode active material, carbon black as the conductive material, and PVDF as the binder. These were mixed in a solvent to prepare a paint, and applied onto a positive electrode current collector made of aluminum foil. The mass ratio of the positive electrode active material, the conductive material, and the binder was 95: 2: 3. After application, the solvent was removed.

次いで負極を準備した。負極は、集電体として銅箔を用いた。電子線リソグラフィーを用いて7×10個/mの突起を有するスタンパを作製し、そのスタンパを銅箔表面に押当てた。そしてスタンパを押し当てた後の銅箔に酸処理を施すことで、スタンパにより形成された孔を拡張し、細孔を作製した。 Next, a negative electrode was prepared. The negative electrode used copper foil as a current collector. A stamper having projections of 7 × 10 9 pieces / m 2 was produced using electron beam lithography, and the stamper was pressed against the copper foil surface. Then, the copper foil after the stamper was pressed was subjected to an acid treatment to expand the holes formed by the stamper and produce the pores.

作製した集電体と対向する電極を、チオシアン酸塩溶液中に浸漬し、集電体と対向電極間に電圧を印加した。電圧印加処理後の集電体の表面を洗い、EDS分析を行ったところ、細孔内にイオウ元素が検出された。   The prepared electrode facing the current collector was immersed in a thiocyanate solution, and a voltage was applied between the current collector and the counter electrode. The surface of the current collector after the voltage application treatment was washed and subjected to EDS analysis. As a result, sulfur element was detected in the pores.

そして作製された正極と負極とをセパレータを介して積層し発電部を作製した。正極と負極の積層数は1層とした。セパレータには、ポリエチレンとポリプロピレンの積層体を用いた。得られた発電部を非水電解質に含浸させてから外装体内に封入した。電解液にはN−メチル−N−プロピルピロリジニウムビス(フルオロスルホニル)イミド(P13−FSI)を用い、1mol/Lの濃度となるようにリチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(Li−TFSI)を溶解させたものを用いた。そして得られたリチウム二次電池の充放電を行い、容量維持率を測定した。リチウム二次電池の容量維持率は、初回の放電時の放電容量に対する100サイクル目の放電時の放電容量の容量比率を意味する。 And the produced positive electrode and the negative electrode were laminated | stacked through the separator, and the electric power generation part was produced. The number of stacked positive and negative electrodes was one. For the separator, a laminate of polyethylene and polypropylene was used. The obtained power generation part was impregnated with a non-aqueous electrolyte and then enclosed in the exterior body. N-methyl-N-propylpyrrolidinium bis (fluorosulfonyl) imide (P 13 -FSI) is used as the electrolyte, and lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (Li-TFSI) is used so as to have a concentration of 1 mol / L. ) Was used. The obtained lithium secondary battery was charged and discharged, and the capacity retention rate was measured. The capacity retention rate of the lithium secondary battery means the capacity ratio of the discharge capacity at the 100th discharge to the discharge capacity at the first discharge.

(実施例2、3及び比較例1、2)
実施例2、3及び比較例1、2では、細孔の直径を変更した点が実施例1と異なる。細孔の直径は、銅箔に酸処理を施す時間を変更することで調整した。その他の条件は実施例1と同じとして、リチウム二次電池の容量維持率を測定した。
(Examples 2 and 3 and Comparative Examples 1 and 2)
Examples 2 and 3 and Comparative Examples 1 and 2 differ from Example 1 in that the diameter of the pores was changed. The diameter of the pores was adjusted by changing the time during which the copper foil was subjected to acid treatment. The other conditions were the same as in Example 1, and the capacity retention rate of the lithium secondary battery was measured.

(実施例4、5及び比較例3、4)
実施例4、5及び比較例3、4では、細孔の密度を変更した点が実施例1と異なる。細孔の密度は、銅箔に押し付けるスタンパの突起の密度を変えることで変更した。その他の条件は実施例1と同じとして、リチウム二次電池の容量維持率を測定した。
(Examples 4 and 5 and Comparative Examples 3 and 4)
Examples 4 and 5 and Comparative Examples 3 and 4 differ from Example 1 in that the density of the pores was changed. The density of the pores was changed by changing the density of the stamper protrusions pressed against the copper foil. The other conditions were the same as in Example 1, and the capacity retention rate of the lithium secondary battery was measured.

(実施例6及び7)
実施例6及び7では、細孔の密度と細孔の直径を変更した点が実施例1と異なる。その他の条件は実施例1と同じとして、リチウム二次電池の容量維持率を測定した。
(Examples 6 and 7)
Examples 6 and 7 differ from Example 1 in that the density of the pores and the diameter of the pores were changed. The other conditions were the same as in Example 1, and the capacity retention rate of the lithium secondary battery was measured.

(実施例8〜11)
実施例8〜11では、細孔の直径を0.02μm、細孔の密度を2×10個/mに変更し、細孔の深さを変更した点が実施例1と異なる。細孔の深さは、スタンパを銅箔に押し付ける際の圧力を変えることで変更した。その他の条件は実施例1と同じとして、リチウム二次電池の容量維持率を測定した。
(Examples 8 to 11)
Examples 8 to 11 differ from Example 1 in that the pore diameter was changed to 0.02 μm, the pore density was changed to 2 × 10 9 pores / m 2 , and the pore depth was changed. The depth of the pores was changed by changing the pressure when pressing the stamper against the copper foil. The other conditions were the same as in Example 1, and the capacity retention rate of the lithium secondary battery was measured.

(実施例12、13)
実施例12、13では、細孔の直径を0.02μm、細孔の密度を2×10個/mに変更し、電解液中に含まれる銅イオンの量を変更した。銅イオンの含有量は、トリエチレンテトラミン銅錯体の含有量で調整した。その他の条件は実施例1と同じとして、リチウム二次電池の容量維持率を測定した。
(Examples 12 and 13)
In Examples 12 and 13, the diameter of the pores was changed to 0.02 μm, the density of the pores was changed to 2 × 10 9 pieces / m 2, and the amount of copper ions contained in the electrolytic solution was changed. The content of copper ions was adjusted by the content of triethylenetetramine copper complex. The other conditions were the same as in Example 1, and the capacity retention rate of the lithium secondary battery was measured.

実施例1〜13及び比較例1〜4のリチウム二次電池の容量維持率の結果を以下の表1にまとめた。   The results of capacity retention rates of the lithium secondary batteries of Examples 1 to 13 and Comparative Examples 1 to 4 are summarized in Table 1 below.

実施例1〜3と比較例1、2とを比較すると、細孔直径が0.02μm以上1.0μm以下の範囲で容量維持率が優れることが確認された。また実施例1、4、5と比較例2、3とを比較すると、細孔密度が2×10個/m以上8×1013個/m以下の範囲で容量維持率が優れることが確認された。また実施例1、8〜11を比較すると、細孔の深さが所定の範囲内において特に容量維持率が特に優れることが確認された。また実施例1、12、13から電解液中の銅イオン濃度が所定の範囲内にある際に容量維持率が特に優れることが確認された。 When Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2 were compared, it was confirmed that the capacity retention rate was excellent when the pore diameter was in the range of 0.02 μm to 1.0 μm. Further, when Examples 1, 4, and 5 are compared with Comparative Examples 2 and 3, the capacity retention rate is excellent when the pore density is in the range of 2 × 10 6 / m 2 to 8 × 10 13 / m 2. Was confirmed. Further, when Examples 1 and 8 to 11 were compared, it was confirmed that the capacity retention rate was particularly excellent when the depth of the pores was within a predetermined range. Further, from Examples 1, 12, and 13, it was confirmed that the capacity retention rate was particularly excellent when the copper ion concentration in the electrolytic solution was within a predetermined range.

10…セパレータ、20…正極、22…正極集電体、24…正極活物質層、30…負極、31…集電体、32…細孔、33…金属リチウム、40…発電部、50…外装体、60,62…リード、100…リチウム二次電池 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Separator, 20 ... Positive electrode, 22 ... Positive electrode collector, 24 ... Positive electrode active material layer, 30 ... Negative electrode, 31 ... Current collector, 32 ... Fine pore, 33 ... Metal lithium, 40 ... Power generation part, 50 ... Exterior Body, 60, 62 ... lead, 100 ... lithium secondary battery

Claims (7)

正極と負極と非水電解質とを備え、前記負極は負極集電体を含み充電時に前記負極集電体上にリチウム金属が析出し、放電時にリチウム金属が溶解するリチウム二次電池に用いられる負極集電体であって、
表面に複数の細孔が設けられた金属膜であって、
前記金属膜の表面における前記細孔の密度は、2×10個/m以上8×1013個/m以下であり、
前記細孔の平均直径は、0.02μm以上1μm以下である、リチウム二次電池用負極集電体。
A negative electrode used for a lithium secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte, wherein the negative electrode includes a negative electrode current collector, lithium metal is deposited on the negative electrode current collector during charging, and lithium metal dissolves during discharge A current collector,
A metal film having a plurality of pores on the surface,
The density of the pores on the surface of the metal film is 2 × 10 6 pieces / m 2 or more and 8 × 10 13 pieces / m 2 or less,
The negative electrode current collector for a lithium secondary battery, wherein the average diameter of the pores is 0.02 μm or more and 1 μm or less.
前記細孔の平均深さは、0.05μm以上3.0μm以下である、請求項1に記載のリチウム二次電池用負極集電体。 2. The negative electrode current collector for a lithium secondary battery according to claim 1, wherein an average depth of the pores is 0.05 μm or more and 3.0 μm or less. 前記細孔の平均容積は、1.5×10−4μm以上3.9×10−1μm以下である、請求項1又は2に記載のリチウム二次電池用負極集電体。 3. The negative electrode current collector for a lithium secondary battery according to claim 1, wherein an average volume of the pores is 1.5 × 10 −4 μm 3 or more and 3.9 × 10 −1 μm 3 or less. 前記金属膜が、銅、ニッケル、チタン、白金及びこれらの合金、並びに、ステンレスからなる群から選択されるいずれかである、請求項1〜3のいずれか一項に記載のリチウム二次電池用負極集電体。 The metal film is copper, nickel, titanium, platinum and their alloys, as well as any one selected from the group consisting of stainless steel, a lithium secondary battery according to any one of claims 1 to 3 Negative electrode current collector. 前記細孔が内部にイオウ化合物を有する、請求項1〜4のいずれか一項に記載のリチウム二次電池用負極集電体。 The negative electrode current collector for a lithium secondary battery according to any one of claims 1 to 4, wherein the pores have a sulfur compound therein. 請求項1〜5のいずれか一項に記載のリチウム二次電池用負極集電体を負極として用い、
前記負極に対向する正極と、前記負極と前記正極の間のリチウムイオンの伝導を担う電解液と、を備える、リチウム二次電池。
Using the negative electrode current collector for a lithium secondary battery according to any one of claims 1 to 5 as a negative electrode ,
A lithium secondary battery comprising: a positive electrode facing the negative electrode; and an electrolyte solution that conducts lithium ions between the negative electrode and the positive electrode.
前記電解液が、前記集電体に含まれる金属のイオン又は錯体を有し、
前記電解液が、1質量ppm以上1000質量ppm以下の前記金属を含む、請求項6に記載のリチウム二次電池。
The electrolytic solution has a metal ion or complex contained in the current collector,
The lithium secondary battery according to claim 6, wherein the electrolytic solution contains 1 to 1000 ppm by mass of the metal.
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