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JP7053130B2 - Negative electrode for lithium-ion secondary battery, and lithium-ion secondary battery - Google Patents
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Negative electrode for lithium-ion secondary battery, and lithium-ion secondary battery Download PDF

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Description

本発明は、リチウムイオン二次電池用負極、およびリチウムイオン二次電池に関する。 The present invention relates to a negative electrode for a lithium ion secondary battery and a lithium ion secondary battery.

近年、携帯機器等の電源として高電圧かつ高容量であるリチウムイオン(lithium ion)二次電池が広く採用されている。また、リチウムイオン二次電池は、このような携帯機器の稼働時間をさらに伸長するために、ますますの高容量化することが求められている。 In recent years, a lithium ion secondary battery having a high voltage and a high capacity has been widely adopted as a power source for mobile devices and the like. In addition, lithium-ion secondary batteries are required to have higher capacities in order to further extend the operating time of such mobile devices.

例えば、より多くのリチウムイオンを吸蔵および放出可能なシリコン(Si)系活物質またはスズ(Sn)系活物質を負極活物質として用いることで、リチウムイオン二次電池の放電容量を増加させる技術が提案されている。 For example, a technique for increasing the discharge capacity of a lithium ion secondary battery by using a silicon (Si) -based active material or a tin (Sn) -based active material capable of storing and releasing more lithium ions as a negative electrode active material. Proposed.

ただし、このような負極活物質は、リチウムイオンの吸蔵および放出に伴う体積変化が大きいため、充放電を繰り返すことによって負極活物質間の導電ネットワーク(network)が切断されてしまう。そのため、Si系活物質またはSn系活物質を用いたリチウムイオン二次電池は、サイクル(cycle)特性が良好ではなかった。 However, since such a negative electrode active material has a large volume change due to occlusion and release of lithium ions, the conductive network (newwork) between the negative electrode active materials is cut by repeating charging and discharging. Therefore, the lithium ion secondary battery using the Si-based active material or the Sn-based active material did not have good cycle characteristics.

そこで、特許文献1には、Si系活物質またはSn系活物質を導電性保護膜で被覆することにより、リチウムイオン二次電池におけるサイクル特性を改善させる技術が検討されている。 Therefore, Patent Document 1 studies a technique for improving the cycle characteristics of a lithium ion secondary battery by coating a Si-based active material or a Sn-based active material with a conductive protective film.

特開2008-117574号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2008-115744

しかし、特許文献1に開示された技術では、サイクル特性が十分に改善されてはいなかった。そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、リチウムイオン二次電池のサイクル特性を同等以上に改善することが可能な、新規かつ改良されたリチウムイオン二次電池用負極、および該負極を用いたリチウムイオン二次電池を提供することにある。 However, the technique disclosed in Patent Document 1 has not sufficiently improved the cycle characteristics. Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is a novel and improved one capable of improving the cycle characteristics of a lithium ion secondary battery to the same or higher level. It is an object of the present invention to provide a negative electrode for a lithium ion secondary battery and a lithium ion secondary battery using the negative electrode.

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、シリコン系活物質と、平均直径が10nm以上120nm以下であり、平均長さが0.5μm以上20μm以下であるカーボンナノチューブと、を含む負極活物質層を備え、前記カーボンナノチューブの含有量は、前記負極活物質層の総質量に対して、0.1質量%以上2質量%以下である、リチウムイオン二次電池用負極が提供される。 In order to solve the above problems, according to a certain viewpoint of the present invention, a silicon-based active material and carbon nanotubes having an average diameter of 10 nm or more and 120 nm or less and an average length of 0.5 μm or more and 20 μm or less are used. Provided by the negative electrode for a lithium ion secondary battery, the negative electrode for a lithium ion secondary battery, comprising a negative electrode active material layer containing the carbon nanotubes, wherein the content of the carbon nanotubes is 0.1% by mass or more and 2% by mass or less with respect to the total mass of the negative electrode active material layer. Will be done.

この観点によれば、上記負極を用いたリチウムイオン二次電池のサイクル特性を改善することが可能である。 From this point of view, it is possible to improve the cycle characteristics of the lithium ion secondary battery using the negative electrode.

前記シリコン系活物質の平均粒径は、0.5μm以上5μm以下であってもよい。 The average particle size of the silicon-based active material may be 0.5 μm or more and 5 μm or less.

この観点によれば、上記負極を用いたリチウムイオン二次電池のサイクル特性をさらに改善することが可能である。 From this point of view, it is possible to further improve the cycle characteristics of the lithium ion secondary battery using the negative electrode.

前記カーボンナノチューブの含有量は、前記負極活物質層の総質量に対して、0.2質量%以上1質量%以下であってもよい。 The content of the carbon nanotubes may be 0.2% by mass or more and 1% by mass or less with respect to the total mass of the negative electrode active material layer.

この観点によれば、上記負極を用いたリチウムイオン二次電池のサイクル特性をさらに改善することが可能である。 From this point of view, it is possible to further improve the cycle characteristics of the lithium ion secondary battery using the negative electrode.

前記負極活物質層は、黒鉛活物質をさらに含んでもよい。 The negative electrode active material layer may further contain a graphite active material.

この観点によれば、上記負極を用いたリチウムイオン二次電池のサイクル特性をさらに改善することが可能である。 From this point of view, it is possible to further improve the cycle characteristics of the lithium ion secondary battery using the negative electrode.

前記シリコン系活物質は、前記負極における0Vから1.2Vまでの可逆容量の10%以上が前記シリコン系活物質由来となるような含有量で前記負極活物質層に含有され手もよい。 The silicon-based active material may be contained in the negative electrode active material layer at a content such that 10% or more of the reversible capacity from 0 V to 1.2 V in the negative electrode is derived from the silicon-based active material.

この観点によれば、上記負極を用いたリチウムイオン二次電池の電池特性をさらに向上させることが可能である。 From this point of view, it is possible to further improve the battery characteristics of the lithium ion secondary battery using the negative electrode.

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、上記負極を含むリチウムイオン二次電池が提供される。 Further, in order to solve the above-mentioned problems, according to another aspect of the present invention, a lithium ion secondary battery including the above-mentioned negative electrode is provided.

この観点によれば、リチウムイオン二次電池のサイクル特性を改善することが可能である。 From this point of view, it is possible to improve the cycle characteristics of the lithium ion secondary battery.

以上説明したように本発明によれば、リチウムイオン二次電池のサイクル特性を同等以上に改善することが可能である。 As described above, according to the present invention, it is possible to improve the cycle characteristics of the lithium ion secondary battery to the same or higher level.

本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the lithium ion secondary battery which concerns on one Embodiment of this invention. 横軸をCNT平均直径とし、縦軸を容量維持率として、表1の結果をプロットした散布図である。It is a scatter diagram which plotted the result of Table 1 with the horizontal axis as a CNT average diameter and the vertical axis as a capacity retention rate. 横軸をCNT平均直径とし、縦軸を初回効率として、表1の結果をプロットした散布図である。It is a scatter diagram which plotted the result of Table 1 with the horizontal axis as the CNT average diameter and the vertical axis as the initial efficiency.

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the present specification and the drawings, components having substantially the same functional configuration are designated by the same reference numerals, so that duplicate description will be omitted.

<1.リチウムイオン二次電池の構成>
まず、図1を参照して、本発明の一実施形態に係るリチウムイオン二次電池10の具体的な構成について説明する。図1は、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池10の構成を示す模式図である。
<1. Lithium-ion secondary battery configuration>
First, with reference to FIG. 1, a specific configuration of the lithium ion secondary battery 10 according to the embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of the lithium ion secondary battery 10 according to the present embodiment.

図1に示すように、リチウムイオン二次電池10は、正極20と、負極30と、セパレータ(separator)層40とを備える。なお、リチウムイオン二次電池10の形態は、特に限定されないが、例えば、円筒形、角形、ラミネート(laminate)形、またはボタン(button)形等のいずれであってもよい。 As shown in FIG. 1, the lithium ion secondary battery 10 includes a positive electrode 20, a negative electrode 30, and a separator layer 40. The form of the lithium ion secondary battery 10 is not particularly limited, and may be, for example, any of a cylindrical shape, a square shape, a laminate type, a button type, and the like.

正極20は、集電体21と、正極活物質層22とを備える。集電体21は、導電体であればどのようなものでも良く、例えば、アルミニウム(Al)、ステンレス鋼(stainless steel)、およびニッケルメッキ鋼(nickel‐plated steel)等であってもよい。 The positive electrode 20 includes a current collector 21 and a positive electrode active material layer 22. The current collector 21 may be any conductive material, and may be, for example, aluminum (Al), stainless steel (stainless steel), nickel-plated steel (nickel-plated steel), or the like.

正極活物質層22は、少なくとも正極活物質および導電剤を含み、バインダ(binder)をさらに含んでもよい。なお、正極活物質、導電剤、およびバインダの含有量は、特に制限されず、従来のリチウムイオン二次電池において適用される含有量であれば、いずれであってもよい。 The positive electrode active material layer 22 contains at least a positive electrode active material and a conductive agent, and may further contain a binder. The content of the positive electrode active material, the conductive agent, and the binder is not particularly limited, and may be any content as long as it is applicable to the conventional lithium ion secondary battery.

正極活物質は、例えば、リチウムを含む遷移金属酸化物または固溶体酸化物であり、電気化学的にリチウムイオンを吸蔵および放出することができる物質であれば特に制限されない。リチウムを含む遷移金属酸化物としては、LiCoO等のLi・Co系複合酸化物、LiNiCoMn等のLi・Ni・Co・Mn系複合酸化物、LiNiO等のLi・Ni系複合酸化物、またはLiMn等のLi・Mn系複合酸化物等を例示することができる。固溶体酸化物としては、LiMnCoNi(1.150≦a≦1.430、0.45≦x≦0.6、0.10≦y≦0.15、0.20≦z≦0.28)、LiMnCoNi(0.3≦x≦0.85、0.10≦y≦0.3、0.10≦z≦0.3)、LiMn1.5Ni0.5等を例示することができる。なお、正極活物質の含有量(含有比)は、特に制限されず、リチウムイオン二次電池の正極活物質層に適用可能な含有量であればよい。また、これらの化合物を単独または複数種、混合して用いてもよい。 The positive electrode active material is, for example, a transition metal oxide containing lithium or a solid solution oxide, and is not particularly limited as long as it is a substance capable of electrochemically occluding and releasing lithium ions. Examples of the transition metal oxide containing lithium include Li / Co composite oxides such as LiCoO 2 , Li / Ni / Co / Mn composite oxides such as LiNi x Coy Mn z O 2 , and Li / Co / Mn composite oxides such as LiNiO 2 . Examples thereof include Ni-based composite oxides and Li-Mn-based composite oxides such as LiMn 2 O4 . Examples of the solid solution oxide include Li a Mn x Coy Niz O 2 (1.150 ≦ a ≦ 1.430, 0.45 ≦ x ≦ 0.6, 0.10 ≦ y ≦ 0.15, 0.20. ≦ z ≦ 0.28), LiMn x Coy Ni z O 2 (0.3 ≦ x ≦ 0.85, 0.10 ≦ y ≦ 0.3, 0.10 ≦ z ≦ 0.3), LiMn 1 .5 Ni 0.5 O 4 and the like can be exemplified. The content (content ratio) of the positive electrode active material is not particularly limited, and may be any content as long as it is applicable to the positive electrode active material layer of the lithium ion secondary battery. In addition, these compounds may be used alone or in combination of two or more.

導電剤は、例えば、ケッチェンブラック(ketjen black)やアセチレンブラック(acetylene black)等のカーボンブラック(carbon black)、天然黒鉛、人造黒鉛、カーボンナノチューブ(carbon nanotubes)、グラフェン(graphene)、カーボンナノファイバ(carbon nanofibers)等の繊維状炭素、または、これら繊維状炭素とカーボンブラック(carbon black)との複合体等である。ただし、導電剤は、正極の導電性を高めるためのものであれば特に制限されずに使用することができる。導電剤の含有量は特に制限されず、リチウムイオン二次電池の正極活物質層に適用可能な含有量であればよい。 The conductive agent is, for example, carbon black such as ketjen black or acetylene black, natural graphite, artificial graphite, carbon nanotubes, graphene, and carbon nanofibers. It is a fibrous carbon such as (carbon nanofivers), or a composite of these fibrous carbons and carbon black (carbon black) or the like. However, the conductive agent can be used without particular limitation as long as it is for increasing the conductivity of the positive electrode. The content of the conductive agent is not particularly limited as long as it is applicable to the positive electrode active material layer of the lithium ion secondary battery.

バインダは、例えば、ポリフッ化ビニリデン(polyvinylidene difluoride)、エチレンプロピレンジエン三元共重合体(ethylene-propylene-diene terpolymer)、スチレンブタジエンゴム(styrene-butadiene rubber)、アクリロニトリルブタジエンゴム(acrylonitrile-butadiene rubber)、フッ素ゴム(fluoroelastomer)、ポリ酢酸ビニル(polyvinyl acetate)、ポリメチルメタクリレート(polymethylmethacrylate)、ポリエチレン(polyethylene)、またはニトロセルロース(nitrocellulose)等である。ただし、バインダは、正極活物質および導電剤を集電体21上に結着させることができ、かつ正極の高電位に耐える耐酸化性および電解液安定性を有するものであれば、特に制限されない。また、バインダの含有量も特に制限されず、リチウムイオン二次電池の正極活物質層に適用可能な含有量であればよい。 The binder is, for example, polyvinylidene fluoride (polyvinylidene fluoride), ethylene propylene diene ternary copolymer (ethylene-polyethylene-diene terpolymer), styrene butadiene rubber (styrene-butadiene rubber), acrylic nitrile rubber. Fluoroelastorer, polyvinylacetate, polymethylmethacrylate, polyethylene, nitrocellulose and the like. However, the binder is not particularly limited as long as it can bind the positive electrode active material and the conductive agent on the current collector 21 and has oxidation resistance and electrolyte stability to withstand the high potential of the positive electrode. .. Further, the content of the binder is not particularly limited, and may be any content as long as it can be applied to the positive electrode active material layer of the lithium ion secondary battery.

正極活物質層22は、例えば、正極活物質、導電剤、およびバインダを適当な有機溶媒(例えば、N-メチル-2-ピロリドン(N-methyl-2-pyrrolidone)など)に分散させて正極スラリー(slurry)を形成し、該正極スラリーを集電体21上に塗工し、乾燥、圧延することで形成することができる。なお、圧延後の正極活物質層22の密度は、特に制限されず、リチウムイオン二次電池の正極活物質層に適用可能な密度であればよい。 In the positive electrode active material layer 22, for example, the positive electrode active material, the conductive agent, and the binder are dispersed in an appropriate organic solvent (for example, N-methyl-2-pyrrolidone (N-methyl-2-pyrrolidone)) to disperse the positive electrode slurry. (Slurry) can be formed, and the positive electrode slurry can be formed by applying the positive electrode slurry on the current collector 21, drying, and rolling. The density of the positive electrode active material layer 22 after rolling is not particularly limited, and may be any density as long as it can be applied to the positive electrode active material layer of the lithium ion secondary battery.

負極30は、集電体31と、負極活物質層32とを含む。集電体31は、導電体であればどのようなものでも良く、例えば、銅、銅合金、アルミニウム、ステンレス鋼、およびニッケルメッキ鋼等であってもよい。 The negative electrode 30 includes a current collector 31 and a negative electrode active material layer 32. The current collector 31 may be any conductor as long as it is a conductor, and may be, for example, copper, a copper alloy, aluminum, stainless steel, nickel-plated steel, or the like.

本実施形態において、負極活物質層32は、シリコン(Si)系活物質を含み、平均直径が10nm以上120nm以下、かつ平均長さが0.5μm以上20μm以下であるカーボンナノチューブをさらに含む。ここで、負極活物質層32におけるカーボンナノチューブの含有量は、負極活物質層の総質量に対して、0.1質量%以上2質量%以下である。なお、負極活物質層32は、バインダをさらに含んでいてもよい。 In the present embodiment, the negative electrode active material layer 32 further contains a silicon (Si) -based active material, and further contains carbon nanotubes having an average diameter of 10 nm or more and 120 nm or less and an average length of 0.5 μm or more and 20 μm or less. Here, the content of the carbon nanotubes in the negative electrode active material layer 32 is 0.1% by mass or more and 2% by mass or less with respect to the total mass of the negative electrode active material layer. The negative electrode active material layer 32 may further contain a binder.

このような負極活物質層32を用いることにより、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池10は、サイクル特性を改善することができる。 By using such a negative electrode active material layer 32, the lithium ion secondary battery 10 according to the present embodiment can improve the cycle characteristics.

具体的には、Si系活物質は、リチウムイオンの挿入および脱離により大きく体積変化するため、収縮時(リチウムイオンの脱離時)にSi系活物質間の導電ネットワークが切断され、電気的に孤立することがあった。これにより、負極活物質層32では、充放電を繰り返すたびに電気的に孤立したSi系活物質が増加するため、放電容量が低下し、サイクル特性が低下していた。 Specifically, since the volume of the Si-based active material changes significantly due to the insertion and desorption of lithium ions, the conductive network between the Si-based active materials is cut during contraction (during the desorption of lithium ions), and electrical I was sometimes isolated. As a result, in the negative electrode active material layer 32, the electrically isolated Si-based active material increases each time charging and discharging are repeated, so that the discharge capacity is lowered and the cycle characteristics are lowered.

本実施形態に係る負極30は、負極活物質層32に特定の形状を有するカーボンナノチューブを含むため、Si系活物質が収縮した場合であっても、導電性が高いカーボンナノチューブによりSi系活物質間を架橋し、導電ネットワークを維持することができる。これにより、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池10は、充放電を繰り返した場合でも、電気的に孤立したSi系活物質の発生が抑制されるため、放電容量の低下を抑制し、サイクル特性を向上させることができる。 Since the negative electrode 30 according to the present embodiment contains carbon nanotubes having a specific shape in the negative electrode active material layer 32, even when the Si-based active material shrinks, the Si-based active material is made of highly conductive carbon nanotubes. It is possible to bridge between them and maintain a conductive network. As a result, in the lithium ion secondary battery 10 according to the present embodiment, even when charging and discharging are repeated, the generation of electrically isolated Si-based active material is suppressed, so that a decrease in discharge capacity is suppressed and a cycle is performed. The characteristics can be improved.

ここで、負極活物質層32に含まれるカーボンナノチューブの平均直径は、10nm以上120nm以下である。後述する実施例で実証されるように、カーボンナノチューブの平均直径がこれらの範囲内の値となる場合、カーボンナノチューブは、Si系活物質間の導電性を維持し、リチウムイオン二次電池10のサイクル特性を向上させることができる。 Here, the average diameter of the carbon nanotubes contained in the negative electrode active material layer 32 is 10 nm or more and 120 nm or less. As will be demonstrated in the examples described later, when the average diameter of the carbon nanotubes is within these ranges, the carbon nanotubes maintain the conductivity between the Si-based active materials, and the lithium ion secondary battery 10 is used. The cycle characteristics can be improved.

具体的には、カーボンナノチューブの平均直径が10nm未満である場合、負極活物質層32に含有されるカーボンナノチューブの本数が増加することにより、リチウムイオンとの副反応が増加し、初回効率が低下するため、好ましくない。なお、初回効率とは、1回目の充放電時の放電容量を1回目の充放電時の充電容量で除算した値を示し、高い方がより好ましい。また、負極活物質層32に含有されるカーボンナノチューブの本数が増加することで、総表面積が増加し、カーボンナノチューブがバインダをより多く取り込むようになり、負極活物質層32の結着性が低下する。これにより、リチウムイオン二次電池10のサイクル特性が低下するため、好ましくない。 Specifically, when the average diameter of the carbon nanotubes is less than 10 nm, the number of carbon nanotubes contained in the negative electrode active material layer 32 increases, so that the side reaction with lithium ions increases and the initial efficiency decreases. Therefore, it is not preferable. The initial efficiency is a value obtained by dividing the discharge capacity at the time of the first charge / discharge by the charge capacity at the time of the first charge / discharge, and a higher value is more preferable. Further, by increasing the number of carbon nanotubes contained in the negative electrode active material layer 32, the total surface area is increased, the carbon nanotubes take in more binder, and the binding property of the negative electrode active material layer 32 is lowered. do. This is not preferable because the cycle characteristics of the lithium ion secondary battery 10 are deteriorated.

一方、カーボンナノチューブの平均直径が120nmを超える場合、カーボンナノチューブの剛直性が増加し、Si系活物質の収縮時にカーボンナノチューブが柔軟に変形することができなくなるため、Si系活物質間の導電性を維持できなくなる。これにより、リチウムイオン二次電池10のサイクル特性が低下するため、好ましくない。 On the other hand, when the average diameter of the carbon nanotubes exceeds 120 nm, the rigidity of the carbon nanotubes increases and the carbon nanotubes cannot be flexibly deformed when the Si-based active material shrinks, so that the conductivity between the Si-based active materials becomes conductive. Can no longer be maintained. This is not preferable because the cycle characteristics of the lithium ion secondary battery 10 are deteriorated.

また、負極活物質層32に含まれるカーボンナノチューブの平均長さは、0.5μm以上10μm以下である。後述する実施例で実証されるように、カーボンナノチューブの平均長さがこれらの範囲内の値となる場合、カーボンナノチューブは、Si系活物質間の導電性を維持し、リチウムイオン二次電池10のサイクル特性を向上させることができる。 The average length of the carbon nanotubes contained in the negative electrode active material layer 32 is 0.5 μm or more and 10 μm or less. As will be demonstrated in the examples described later, when the average length of the carbon nanotubes is within these ranges, the carbon nanotubes maintain the conductivity between the Si-based active materials, and the lithium ion secondary battery 10 Cycle characteristics can be improved.

具体的には、カーボンナノチューブの平均長さが0.5μm未満である場合、カーボンナノチューブの長さが短いため、Si系活物質の収縮時に、Si系活物質間を架橋することができなくなり、導電性を維持できなくなる。これにより、リチウムイオン二次電池10のサイクル特性が低下するため、好ましくない。また、カーボンナノチューブの平均長さは、長ければ長いほどより好ましく、特に上限値によって制限されるわけではないが、例えば、上限値は、10μmである。 Specifically, when the average length of the carbon nanotubes is less than 0.5 μm, the length of the carbon nanotubes is short, so that when the Si-based active material shrinks, it becomes impossible to bridge between the Si-based active materials. It becomes impossible to maintain conductivity. This is not preferable because the cycle characteristics of the lithium ion secondary battery 10 are deteriorated. Further, the longer the average length of the carbon nanotubes is, the more preferable it is, and the upper limit value is not particularly limited, but for example, the upper limit value is 10 μm.

なお、カーボンナノチューブの平均直径とは、カーボンナノチューブの繊維径(外径)の算術平均値であり、カーボンナノチューブの平均長さとは、カーボンナノチューブの繊維の長さの算術平均値である。これらは、例えば、走査型電子顕微鏡(Scanning Electron Microscope:SEM)により観察した画像から求めることができる。すなわち、カーボンナノチューブの平均直径および平均長さは、カーボンナノチューブのSEM観察画像からいくつかのサンプルを抽出し、これらサンプルの直径および長さを測定し、算術平均することで得ることができる。 The average diameter of the carbon nanotubes is an arithmetic average value of the fiber diameter (outer diameter) of the carbon nanotubes, and the average length of the carbon nanotubes is an arithmetic average value of the fiber lengths of the carbon nanotubes. These can be obtained, for example, from images observed with a scanning electron microscope (SEM). That is, the average diameter and average length of carbon nanotubes can be obtained by extracting some samples from the SEM observation image of carbon nanotubes, measuring the diameter and length of these samples, and arithmetically averaging them.

また、本実施形態における負極活物質層32中のカーボンナノチューブの含有量は、負極活物質層の総質量に対して、0.1質量%以上2質量%以下である。後述する実施例で実証されるように、カーボンナノチューブの含有量がこれらの範囲内の値となる場合、カーボンナノチューブは、Si系活物質間の導電性を維持し、リチウムイオン二次電池10のサイクル特性を向上させることができる。 Further, the content of the carbon nanotubes in the negative electrode active material layer 32 in the present embodiment is 0.1% by mass or more and 2% by mass or less with respect to the total mass of the negative electrode active material layer. As will be demonstrated in the examples described later, when the content of the carbon nanotubes is within these ranges, the carbon nanotubes maintain the conductivity between the Si-based active materials, and the lithium ion secondary battery 10 is used. The cycle characteristics can be improved.

具体的には、カーボンナノチューブの含有量が0.1質量%未満である場合、カーボンナノチューブの量が少なすぎるため、Si系活物質の収縮時に、Si系活物質間の導電性を維持できなくなる。これにより、リチウムイオン二次電池10のサイクル特性が低下するため、好ましくない。一方、カーボンナノチューブの含有量が2質量%を超える場合、カーボンナノチューブにおけるバインダの取り込み量が増加するため、負極活物質層32の結着性が低下する。これにより、リチウムイオン二次電池10のサイクル特性が低下するため、好ましくない。 Specifically, when the content of carbon nanotubes is less than 0.1% by mass, the amount of carbon nanotubes is too small, so that the conductivity between the Si-based active materials cannot be maintained when the Si-based active material shrinks. .. This is not preferable because the cycle characteristics of the lithium ion secondary battery 10 are deteriorated. On the other hand, when the content of the carbon nanotubes exceeds 2% by mass, the amount of the binder taken up by the carbon nanotubes increases, so that the binding property of the negative electrode active material layer 32 decreases. This is not preferable because the cycle characteristics of the lithium ion secondary battery 10 are deteriorated.

なお、本実施形態における負極活物質層32中のカーボンナノチューブの含有量は、より好ましくは、負極活物質層の総質量に対して、0.2質量%以上1質量%以下である。後述する実施例で実証されるように、カーボンナノチューブの含有量がこれらの範囲内の値となる場合、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池10は、さらにサイクル特性が改善する。 The content of the carbon nanotubes in the negative electrode active material layer 32 in the present embodiment is more preferably 0.2% by mass or more and 1% by mass or less with respect to the total mass of the negative electrode active material layer. As will be demonstrated in the examples described later, when the content of the carbon nanotubes is within these ranges, the lithium ion secondary battery 10 according to the present embodiment further improves the cycle characteristics.

また、負極活物質層32に含まれるSi系活物質は、具体的には、Si、Si合金、または、Si酸化物である。 Further, the Si-based active material contained in the negative electrode active material layer 32 is specifically Si, a Si alloy, or a Si oxide.

例えば、Si合金は、Si相、およびSiと他の1種以上の金属元素との金属間化合物の相からなる。Si相は、可逆的にリチウムイオンが挿入および脱離されることで、リチウムイオンを吸蔵および放出可能な相である。また、Siと他元素との金属間化合物の相(Si含有金属間化合物相)は、活物質であるSi相と密着することにより、充放電によるSi相の体積変化に対してSi相を保持する相である。 For example, a Si alloy consists of a Si phase and a phase of an intermetallic compound of Si and one or more other metal elements. The Si phase is a phase in which lithium ions can be occluded and released by reversibly inserting and removing lithium ions. Further, the phase of the intermetallic compound of Si and other elements (Si-containing intermetallic compound phase) retains the Si phase against the volume change of the Si phase due to charging and discharging by adhering to the Si phase which is the active material. It is a phase to do.

Siと金属間化合物を形成する元素は、例えば、Siと安定な金属間化合物を形成することができるアルカリ土類金属元素および遷移金属元素から選んだ1種もしくは2種以上であればよい。Siと金属間化合物を形成する元素は、好ましくは、Mg、Ti、V、Cr、Mn、Co、Cu、FeおよびNiから選んだ1種もしくは2種以上であってもよい。 The element forming the metalloid compound with Si may be, for example, one or more selected from alkaline earth metal elements and transition metal elements capable of forming a stable metalloid compound with Si. The element forming the intermetallic compound with Si is preferably one or more selected from Mg, Ti, V, Cr, Mn, Co, Cu, Fe and Ni.

上記のSi合金などのSi系活物質は、例えば、アトマイズ法(atomizing method)、ロール急冷法、または回転電極法などで形成した不定形状のSi化合物をジェットミル(jet mill)またはボールミル(ball mill)等で粉砕することにより、得ることができる。また、Si系活物質は、Si単体粉末と他の化合物粉末とを粉砕の後、混合し、メカニカルアロイング(mechanical alloying)処理することによっても得ることができる。 The Si-based active material such as the above-mentioned Si alloy may be obtained by jet milling or ball milling an amorphous Si compound formed by, for example, an atomizing method, a roll quenching method, or a rotary electrode method. ) And the like, it can be obtained. Further, the Si-based active material can also be obtained by pulverizing Si simple substance powder and other compound powder, mixing them, and subjecting them to mechanical alloying treatment.

ここで、Si系活物質の平均粒径は、0.5μm以上5μm以下であることが好ましい。後述する実施例で実証されるように、Si系活物質の平均粒径がこれらの範囲内の値となる場合、リチウムイオン二次電池10のサイクル特性をさらに向上させることができる。 Here, the average particle size of the Si-based active material is preferably 0.5 μm or more and 5 μm or less. As will be demonstrated in the examples described later, when the average particle size of the Si-based active material is within these ranges, the cycle characteristics of the lithium ion secondary battery 10 can be further improved.

具体的には、Si系活物質の平均粒径が0.5μm未満である場合、Si系活物質の個数が増加することで、Si系活物質の総表面積が増加し、バインダをより多く取り込むようになるため、負極活物質層32の結着性が低下する。また、Si系活物質の個数が増加することで、カーボンナノチューブが十分にSi系活物質間の導電ネットワークを形成できなくなる。これにより、リチウムイオン二次電池10のサイクル特性が低下するため、好ましくない。 Specifically, when the average particle size of the Si-based active material is less than 0.5 μm, the total surface area of the Si-based active material increases by increasing the number of Si-based active materials, and more binder is taken in. Therefore, the binding property of the negative electrode active material layer 32 is lowered. Further, as the number of Si-based active materials increases, carbon nanotubes cannot sufficiently form a conductive network between Si-based active materials. This is not preferable because the cycle characteristics of the lithium ion secondary battery 10 are deteriorated.

また、Si系活物質の平均粒径が5μmを超える場合、リチウムイオンが挿入および脱離された際のSi系活物質の体積変化が大きくなるため、Si系活物質の収縮時に、カーボンナノチューブがSi系活物質間の導電ネットワークを維持できず、導電性を維持できなくなる。これにより、リチウムイオン二次電池10のサイクル特性が低下するため、好ましくない。 Further, when the average particle size of the Si-based active material exceeds 5 μm, the volume change of the Si-based active material when lithium ions are inserted and desorbed becomes large, so that carbon nanotubes are generated when the Si-based active material shrinks. The conductive network between Si-based active materials cannot be maintained, and the conductivity cannot be maintained. This is not preferable because the cycle characteristics of the lithium ion secondary battery 10 are deteriorated.

なお、Si系活物質の平均粒径とは、Si系活物質を球体と近似した際の直径の算術平均値を表す。Si系活物質の平均粒径は、例えば、レーザ(laser)回折・散乱法を用いた粒度分布測定装置により測定することができる。 The average particle size of the Si-based active material represents an arithmetic average value of the diameter when the Si-based active material is approximated to a sphere. The average particle size of the Si-based active material can be measured by, for example, a particle size distribution measuring device using a laser diffraction / scattering method.

ここで、本実施形態に係る負極30は、負極活物質層32中に黒鉛活物質をさらに含むことが好ましい。黒鉛活物質は、炭素原子を含み、かつ電気化学的にリチウムイオンを吸蔵および放出することができる物質であり、例えば、人造黒鉛、天然黒鉛、人造黒鉛と天然黒鉛との混合物、人造黒鉛を被覆した天然黒鉛等を例示することができる。本実施形態に係るリチウムイオン二次電池10は、負極活物質層32中に黒鉛活物質をさらに含むことにより、電池特性を向上させることができる。 Here, it is preferable that the negative electrode 30 according to the present embodiment further contains a graphite active material in the negative electrode active material layer 32. The graphite active material is a substance that contains carbon atoms and is capable of electrochemically storing and releasing lithium ions, and is, for example, coated with artificial graphite, natural graphite, a mixture of artificial graphite and natural graphite, or artificial graphite. Examples thereof include natural graphite and the like. The lithium ion secondary battery 10 according to the present embodiment can improve the battery characteristics by further containing the graphite active material in the negative electrode active material layer 32.

ただし、負極活物質層32が黒鉛活物質を含む場合、負極活物質層32は、負極30における0Vから1.2Vまでの可逆容量の10%以上がSi系活物質由来となるような含有量でSi系活物質を含むことが好ましい。後述する実施例で実証されるように、Si系活物質の含有量がこれらの条件を満たす場合、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池10は、放電容量をさらに向上させることができる。 However, when the negative electrode active material layer 32 contains a graphite active material, the negative electrode active material layer 32 has a content such that 10% or more of the reversible capacity from 0 V to 1.2 V in the negative electrode 30 is derived from the Si-based active material. It is preferable to contain a Si-based active material. As will be demonstrated in the examples described later, when the content of the Si-based active material satisfies these conditions, the lithium ion secondary battery 10 according to the present embodiment can further improve the discharge capacity.

なお、Si系活物質由来の可逆容量の割合は、黒鉛活物質のみを活物質として用いた負極30の容量Aと、Si系活物質および黒鉛活物質を活物質として用いた負極30の容量Bとの差分(増加分)を容量Bで除算した割合である。すなわち、上記において、(B-A)/B×100(例えば、A=360mAh/g)にて算出した割合(%)である。 The ratio of the reversible capacity derived from the Si-based active material is the capacity A of the negative electrode 30 using only the graphite active material as the active material and the capacity B of the negative electrode 30 using the Si-based active material and the graphite active material as the active material. It is a ratio obtained by dividing the difference (increase) from and by the capacity B. That is, in the above, it is the ratio (%) calculated by (BA) / B × 100 (for example, A = 360 mAh / g).

Si系活物質由来の可逆容量の割合は、負極活物質層32におけるSi系活物質および黒鉛活物質の含有量を変更することで制御することができる。具体的には、Si系活物質由来の可逆容量の割合は、負極活物質層32におけるSi系活物質の含有量を増加させることにより、増加させることができる。 The ratio of the reversible capacity derived from the Si-based active material can be controlled by changing the contents of the Si-based active material and the graphite active material in the negative electrode active material layer 32. Specifically, the ratio of the reversible capacity derived from the Si-based active material can be increased by increasing the content of the Si-based active material in the negative electrode active material layer 32.

ここで、負極30における0Vから1.2Vまでの可逆容量中のSi系活物質由来の割合が10%未満の場合、負極活物質層32にSi系活物質を含有させることによる放電容量の増加量が小さくなるため、好ましくない。また、負極30における0Vから1.2Vまでの可逆容量中のSi系活物質由来の割合は、高ければ高いほど好ましく、特に上限値は制限されない。ただし、バインダ等の負極活物質以外の要件によって負極活物質層32中のSi系活物質の含有量が制限される場合、上限値は、例えば50%であってもよい。 Here, when the ratio of the Si-based active material-derived material in the reversible capacity from 0 V to 1.2 V in the negative electrode 30 is less than 10%, the discharge capacity is increased by containing the Si-based active material in the negative electrode active material layer 32. It is not preferable because the amount is small. Further, the higher the ratio of the Si-based active material-derived material in the reversible capacity from 0 V to 1.2 V in the negative electrode 30, the more preferable, and the upper limit is not particularly limited. However, when the content of the Si-based active material in the negative electrode active material layer 32 is limited by requirements other than the negative electrode active material such as a binder, the upper limit may be, for example, 50%.

バインダは、正極活物質層22を構成するバインダと同様のものが使用可能である。なお、負極活物質およびバインダのそれぞれの含有量は特に制限されず、従来のリチウムイオン二次電池で採用される含有量が本発明でも適用可能である。 As the binder, the same binder as that constituting the positive electrode active material layer 22 can be used. The contents of the negative electrode active material and the binder are not particularly limited, and the contents adopted in the conventional lithium ion secondary battery can be applied in the present invention.

負極活物質層32は、例えば、上述したSi系活物質、カーボンナノチューブ、およびバインダを適当な溶媒(例えば、水など)に分散させて負極スラリーを形成し、該負極スラリーを集電体31上に塗工し、乾燥、圧延することで形成することができる。なお、圧延後の負極活物質層32の厚さは、特に制限されず、リチウムイオン二次電池の負極活物質層に適用可能な厚さであればよい。また、負極活物質層32は、黒鉛活物質を選択的に含んで形成されてもよい。 In the negative electrode active material layer 32, for example, the above-mentioned Si-based active material, carbon nanotubes, and binder are dispersed in an appropriate solvent (for example, water) to form a negative electrode slurry, and the negative electrode slurry is placed on the current collector 31. It can be formed by coating, drying and rolling. The thickness of the negative electrode active material layer 32 after rolling is not particularly limited, and may be any thickness as long as it can be applied to the negative electrode active material layer of the lithium ion secondary battery. Further, the negative electrode active material layer 32 may be formed by selectively containing a graphite active material.

上述したような本実施形態に係る負極30によれば、充放電を繰り返した場合でもSi系活物質間の導電性が維持され、電気的に孤立したSi系活物質の発生が抑制されるため、リチウムイオン二次電池10のサイクル特性を改善することができる。 According to the negative electrode 30 according to the present embodiment as described above, the conductivity between the Si-based active materials is maintained even when charging and discharging are repeated, and the generation of electrically isolated Si-based active materials is suppressed. , The cycle characteristics of the lithium ion secondary battery 10 can be improved.

セパレータ層40は、セパレータと、電解液とを含む。セパレータは、特に制限されず、リチウムイオン二次電池のセパレータとして使用されるものであれば、特に制限されず、どのようなものも使用可能である。セパレータとしては、優れた高率放電性能を示す多孔膜や不織布等を単独あるいは併用して使用することが好ましい。また、セパレータは、Al、Mg(OH)、SiO等の無機物によってコーティング(coating)されていてもよく、上述した無機物をフィラー(filler)として含んでいてもよい。 The separator layer 40 contains a separator and an electrolytic solution. The separator is not particularly limited as long as it is used as a separator for a lithium ion secondary battery, and any separator can be used. As the separator, it is preferable to use a porous membrane, a non-woven fabric, or the like exhibiting excellent high-rate discharge performance alone or in combination. Further, the separator may be coated with an inorganic substance such as Al 2 O 3 , Mg (OH) 2 , SiO 2 , etc., and the above-mentioned inorganic substance may be contained as a filler.

このようなセパレータを構成する材料としては、例えば、ポリエチレン(polyethylene),ポリプロピレン(polypropylene)等に代表されるポリオレフィン(polyolefin)系樹脂、ポリエチレンテレフタレート(polyethylene terephthalate),ポリブチレンテレフタレート(polybuthylene terephthalate)等に代表されるポリエステル(polyester)系樹脂、ポリフッ化ビニリデン(polyvinylidene difluoride)、フッ化ビニリデン-ヘキサフルオロプロピレン共重合体(vinylidene difluoride-hexafluoropropylene copolymer)、フッ化ビニリデン-パーフルオロビニルエーテル共重合体(vinylidene difluoride-perfluorovinylether copolymer)、フッ化ビニリデン-テトラフルオロエチレン共重合体(vinylidene difluoride-tetrafluoroethylene copolymer)、フッ化ビニリデン-トリフルオロエチレン共重合体(vinylidene difluoride-trifluoroethylene copolymer)、フッ化ビニリデン-フルオロエチレン共重合体(vinylidene difluoride-fluoroethylene copolymer)、フッ化ビニリデン-ヘキサフルオロアセトン共重合体(vinylidene difluoride-hexafluoroacetone copolymer)、フッ化ビニリデン-エチレン共重合体(vinylidene difluoride-ethylene copolymer)、フッ化ビニリデン-プロピレン共重合体(vinylidene difluoride-propylene copolymer)、フッ化ビニリデン-トリフルオロプロピレン共重合体(vinylidene difluoride-trifluoropropylene copolymer)、フッ化ビニリデン-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(vinylidene difluoride-tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer)、フッ化ビニリデン-エチレン-テトラフルオロエチレン共重合体(vinylidene difluoride-ethylene-tetrafluoroethylene copolymer)等を使用することができる。なお、セパレータの気孔率は、特に制限されず、従来のリチウムイオン二次電池のセパレータが有する気孔率を任意に適用することが可能である。 Examples of the material constituting such a separator include a polyolefin resin typified by polyethylene, polymer, polymer, polyethylene terephthalate, polybutylene terephate, and the like. Representative polyester-based resins, polyvinylidene difluoride, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer (vinylidene difluoride-hexafluoropolylone copolymer), fluorovinylidene polymer, fluorovinylidene polymer, fluorovinylidene polymer, fluorovinylidene polymer. perfluorovinylester polymer, vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene copolymer, vinylidene-trifluoroethylene copolymer (vinylidene-trifluoroethylene copolymer), vinylidene-trifluoroethylene copolymer (vinylidene-difluoroethylene copolymer), vinylidene-trifluoroethylene copolymer (vinylidene) Vinylidene difluoride-fluoroethylene polymer, vinylidene fluoride-hexafluoroacetone copolymer (vinylidene difluoride-hexafluoroacetonene polymer), vinylidene fluoride-ethylene copolymer (vinylidene-ethylene copolymer) Vinylidene difluoride-propylene polymer, vinylidene fluoride-trifluoropropylene copolymer (vinylidene difluoride-trifluoropolylone polymer), vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene-hexafluoropolymer Threene-hexafluoropolylone polymer), vinylidene fluoride-ethylene-tetrafluoroethylene copolymer (vinylidene difluoride-ethylene-tetrafluoroethylene copolymer) and the like can be used. The porosity of the separator is not particularly limited, and the porosity of the separator of the conventional lithium ion secondary battery can be arbitrarily applied.

電解液は、電解質塩と、溶媒とを含む。 The electrolytic solution contains an electrolyte salt and a solvent.

電解質塩は、リチウム塩等の電解質である。電解質塩は、例えば、LiClO、LiBF、LiAsF、LiPF、LiSCN、LiBr、LiI、LiSO、Li10Cl10、NaClO、NaI、NaSCN、NaBr、KClO、KSCN等のリチウム(Li)、ナトリウム(Na)またはカリウム(K)の1種を含む無機イオン塩、LiCFSO、LiN(CFSO、LiN(CSO、LiN(CFSO)(CSO)、LiC(CFSO、LiC(CSO、(CHNBF、(CHNBr、(CNClO、(CNI、(CNBr、(n-CNClO、(n-CNI、(CN-maleate、(CN-benzoate、(CN-phtalate、ステアリルスルホン酸リチウム(lithium stearylsulfate)、オクチルスルホン酸リチウム(lithium octylsulfate)、ドデシルベンゼンスルホン酸リチウム(lithium dodecylbenzenesulphonate)等の有機イオン塩等を使用することができる。なお、これらの電解質塩は、単独、あるいは2種類以上混合して使用されてもよい。また、電解質塩の濃度は、特に制限はないが、例えば、0.5~2.0mol/L程度の濃度を使用することができる。 The electrolyte salt is an electrolyte such as a lithium salt. Electrolyte salts include, for example, LiClO 4 , LiBF 4 , LiAsF 6 , LiPF 6 , LiSCN, LiBr, LiI, Li 2 SO 4 , Li 2 B 10 Cl 10 , NaClO 4 , NaI, NaSCN, NaBr, KClO 4 , KSCN and the like. Inorganic ion salt containing one of lithium (Li), sodium (Na) or potassium (K), LiCF 3 SO 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , LiN (CF 3 SO 2 ) (C 4 F 9 SO 2 ), LiC (CF 3 SO 2 ) 3 , LiC (C 2 F 5 SO 2 ) 3 , (CH 3 ) 4 NBF 4 , (CH 3 ) 4 NBr, (C 2 H 5 ) 4 NClO 4 , (C 2 H 5 ) 4 NI, (C 3 H 7 ) 4 NBr, (n-C 4 H 9 ) 4 NClO 4 , (n-C 4 H 9 ) 4 NI , (C 2 H 5 ) 4 N-malate, (C 2 H 5 ) 4 N-benzoate, (C 2 H 5 ) 4 N-phtalate, lithium stearylsulfate, lithium octyl sulphate ), Organic ion salts such as lithium dodecylbenzenesulphonate can be used. In addition, these electrolyte salts may be used individually or in mixture of 2 or more types. The concentration of the electrolyte salt is not particularly limited, but for example, a concentration of about 0.5 to 2.0 mol / L can be used.

溶媒は、電解質塩を溶解する非水溶媒である。溶媒は、例えば、プロピレンカーボネート(propylene carbonate),エチレンカーボネート(ethylene carbonate),ブチレンカーボネート(buthylene carbonate),クロロエチレンカーボネート(chloroethylene carbonate),ビニレンカーボネート(vinylene carbonate)等の環状炭酸エステル類、γ-ブチロラクトン(γ-butyrolactone),γ-バレロラクトン(γ-valerolactone)等の環状エステル類、ジメチルカーボネート(dimethyl carbonate),ジエチルカーボネート(diethyl carbonate),エチルメチルカーボネート(ethylmethyl carbonate)等の鎖状カーボネート類、ギ酸メチル(methyl formate)、酢酸メチル(methyl acetate),酪酸メチル(methyl butyrate)等の鎖状エステル類、テトラヒドロフラン(tetrahydrofuran)またはその誘導体、1,3-ジオキサン(1,3-dioxane),1,4-ジオキサン(1,4-dioxane),1,2-ジメトキシエタン(1,2-dimethoxyethane),1,4-ジブトキシエタン(1,4-dibutoxyethane)、またはメチルジグライム(methyldiglyme)等のエーテル類、アセトニトリル(acetonitrile),ベンゾニトリル(benzonitrile)等のニトリル類、ジオキソラン(dioxolane)またはその誘導体、エチレンスルフィド(ethylene sulfide),スルホラン(sulfolane),スルトン(sultone)またはその誘導体等を、単独で、またはそれら2種以上を混合して使用することができる。なお、溶媒を2種以上混合して使用する場合、各溶媒の混合比は、従来のリチウムイオン二次電池で用いられる混合比が適用可能である。 The solvent is a non-aqueous solvent that dissolves the electrolyte salt. The solvent may be, for example, propylene carbonate (propylene carbononate), ethylene carbonate (ethylene carbide), butylene carbonate (butyrene carbononate), chloroethylene carbonate (chloroethylene carbononate), vinylene carbonate (vinyrene carbonate), or the like. Cyclic esters such as (γ-butyrolactone) and γ-valerolactone (γ-valerolactone), chain carbonates such as dimethyl carbonate (dimethyl carbonone), diethyl carbonate (diethyl carbonone), ethylmethyl carbonate (ethylmethyl carbonone) and the like. Chain esters such as methyl formate, methyl acetate, methyl butyrate, tetrahydrofuran or derivatives thereof, 1,3-dioxane, 1,4 -Esters such as dioxane (1,4-dioxane), 1,2-dimethoxyethane (1,2-dimethoxyethane), 1,4-dibutoxyethane (1,4-dibutoxyethane), or methyldiglycyme. , Nitriles such as acetonitrile, benzonitrile, dioxolane or derivatives thereof, ethylene sulfide, sulfolane, sulfone or derivatives thereof, etc., alone or Two or more of them can be mixed and used. When two or more kinds of solvents are mixed and used, the mixing ratio used in the conventional lithium ion secondary battery can be applied as the mixing ratio of each solvent.

なお、電解液は、負極SEI(Solid Electrolyte Interface)形成剤、界面活性剤等の各種添加剤が添加されてもよい。 In addition, various additives such as a negative electrode SEI (Solid Electrolyte Interface) forming agent and a surfactant may be added to the electrolytic solution.

このような添加剤としては、例えば、コハク酸無水物(succinic anhydride)、リチウムビスオキサラートボレート(lithium bis(oxalate)borate)、テトラフルオロホウ酸リチウム(lithium tetrafluoroborate)、ジニトリル(dinitrile)化合物、プロパンスルトン(propane sultone)、ブタンスルトン(butane sultone)、プロペンスルトン(propene sultone)、3-スルフォレン(3-sulfolene)、フッ素化アリルエーテル(fluorinated arylether)、フッ素化アクリレート(fluorinated methacrylate)等を使用することができる。また、このような添加剤の含有濃度としては、一般的なリチウムイオン二次電池における添加剤の含有濃度が使用可能である。 Examples of such additives include succinic anhydride, lithium bis oxalate boronate, lithium tetrafluoroborate, dinitrile compounds, and propane. Uses sultone (propane sultone), butane sultone (butane sultone), propene sultone (propene sultone), 3-sulfurene, fluorinated allylether, fluorinated acrylate, etc. can. Further, as the content concentration of such an additive, the content concentration of the additive in a general lithium ion secondary battery can be used.

<2.リチウムイオン二次電池の製造方法>
続いて、リチウムイオン二次電池10の製造方法について説明する。ただし、リチウムイオン二次電池10の製造方法は、以下の方法に制限されず、任意の製造方法を適用することが可能である。
<2. Manufacturing method of lithium-ion secondary battery >
Subsequently, a method for manufacturing the lithium ion secondary battery 10 will be described. However, the method for manufacturing the lithium ion secondary battery 10 is not limited to the following methods, and any manufacturing method can be applied.

正極20は、以下のように製造される。まず、正極活物質、導電剤、および結着剤を所望の割合で混合したものを、有機溶媒(例えば、N-メチル-2-ピロリドン)に分散させて正極スラリーを形成する。次に、正極スラリーを集電体21上に形成(例えば、塗工)し、乾燥させることで、正極活物質層22を形成する。 The positive electrode 20 is manufactured as follows. First, a mixture of a positive electrode active material, a conductive agent, and a binder in a desired ratio is dispersed in an organic solvent (for example, N-methyl-2-pyrrolidone) to form a positive electrode slurry. Next, the positive electrode slurry is formed (for example, coated) on the current collector 21 and dried to form the positive electrode active material layer 22.

なお、塗工の方法は、特に限定されないが、例えば、ナイフコーター(knife coater)法、グラビアコーター(gravure coater)法等を用いてもよい。以下の各塗工工程も同様の方法により行われる。 The coating method is not particularly limited, but for example, a knife coater method, a gravure coater method, or the like may be used. Each of the following coating steps is also performed by the same method.

さらに、圧縮機により正極活物質層22を所望の厚みとなるように圧縮する。これにより、正極20が製造される。ここで、正極活物質層22の厚みは特に制限されず、従来のリチウムイオン二次電池の正極活物質層が有する厚みであればよい。 Further, the positive electrode active material layer 22 is compressed to a desired thickness by a compressor. As a result, the positive electrode 20 is manufactured. Here, the thickness of the positive electrode active material layer 22 is not particularly limited as long as it is the thickness of the positive electrode active material layer of the conventional lithium ion secondary battery.

負極30も、正極20と同様の方法に製造される。まず、Si系活物質、カーボンナノチューブ、バインダを所望の割合で混合したものを、溶媒(例えば、水)に分散させることで負極スラリーを形成する。なお、負極スラリーには、選択的に黒鉛活物質が混合されてもよい。 The negative electrode 30 is also manufactured in the same manner as the positive electrode 20. First, a negative electrode slurry is formed by dispersing a mixture of Si-based active material, carbon nanotubes, and binder in a desired ratio in a solvent (for example, water). The negative electrode slurry may be selectively mixed with a graphite active material.

次に、負極スラリーを集電体31上に形成(例えば、塗工)し、乾燥させて、負極活物質層32を形成する。さらに、圧縮機により負極活物質層32を所望の厚みとなるように圧縮する。これにより、負極30が製造される。ここで、負極活物質層32の厚みは特に制限されず、従来のリチウムイオン二次電池の負極活物質層が有する厚みであればよい。また、負極活物質層32として金属リチウムを用いる場合、集電体31に金属リチウム箔を重ねれば良い。 Next, the negative electrode slurry is formed (for example, coated) on the current collector 31 and dried to form the negative electrode active material layer 32. Further, the negative electrode active material layer 32 is compressed to a desired thickness by a compressor. As a result, the negative electrode 30 is manufactured. Here, the thickness of the negative electrode active material layer 32 is not particularly limited, and may be any thickness as long as it has the negative electrode active material layer of the conventional lithium ion secondary battery. When metallic lithium is used as the negative electrode active material layer 32, a metallic lithium foil may be laminated on the current collector 31.

ここで、上記のSi系活物質は、例えば、Si単体と他の化合物粉末とを混合し、アトマイズ法、ロール急冷法、または回転電極法などで不定形状のSi化合物とした後、ジェットミルまたはボールミル等でSi化合物を粉砕することにより、得ることができる。 Here, for the above-mentioned Si-based active material, for example, Si alone and other compound powder are mixed to obtain an amorphous Si compound by an atomizing method, a roll quenching method, a rotary electrode method, or the like, and then a jet mill or a jet mill or a method is used. It can be obtained by pulverizing the Si compound with a ball mill or the like.

続いて、セパレータを正極20および負極30にて挟み込むことで、電極構造体を製造する。次に、製造した電極構造体を所望の形態(例えば、円筒形、角形、ラミネート形、ボタン形等)に加工し、該形態の容器に挿入する。さらに、該容器内に所望の電解液を注入することで、セパレータ内の各気孔に電解液を含浸させる。これにより、リチウムイオン二次電池10が製造される。 Subsequently, the electrode structure is manufactured by sandwiching the separator between the positive electrode 20 and the negative electrode 30. Next, the manufactured electrode structure is processed into a desired shape (for example, cylindrical shape, square shape, laminated shape, button shape, etc.) and inserted into a container of the desired shape. Further, by injecting a desired electrolytic solution into the container, each pore in the separator is impregnated with the electrolytic solution. As a result, the lithium ion secondary battery 10 is manufactured.

<3.実施例>
以下では、実施例および比較例を参照しながら、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池について具体的に説明する。なお、以下に示す実施例は、あくまでも一例であって、本実施形態に係るリチウムイオン二次電池が下記の例に限定されるものではない。
<3. Example>
Hereinafter, the lithium ion secondary battery according to the present embodiment will be specifically described with reference to Examples and Comparative Examples. The examples shown below are merely examples, and the lithium ion secondary battery according to the present embodiment is not limited to the following examples.

[3.1.カーボンナノチューブの平均直径および平均長さの検討]
(リチウムイオン二次電池の製造)
まず、以下の方法にて実施例1~11および比較例1~9に係るリチウムイオン二次電池を製造した。
[3.1. Examination of average diameter and average length of carbon nanotubes]
(Manufacturing of lithium-ion secondary batteries)
First, the lithium ion secondary batteries according to Examples 1 to 11 and Comparative Examples 1 to 9 were manufactured by the following methods.

Si系活物質(Si合金:Cr/Si=20atom%/80atom%)20質量%、グラファイト(graphite)74質量%、ポリフッ化ビリニデン5質量%、カーボンナノチューブ1質量%を水に分散させることで負極スラリーを形成した。続いて、形成した負極スラリーを集電体である銅箔上に塗工し、乾燥させて負極活物質層を形成した。さらに、圧縮機により負極活物質層を圧縮することで、負極を製造した。 Negative electrode by dispersing 20% by mass of Si-based active material (Si alloy: Cr / Si = 20atom% / 80atom%), 74% by mass of graphite, 5% by mass of polyfluorinated bilinidene, and 1% by mass of carbon nanotubes in water. A slurry was formed. Subsequently, the formed negative electrode slurry was applied onto a copper foil as a current collector and dried to form a negative electrode active material layer. Further, the negative electrode was manufactured by compressing the negative electrode active material layer with a compressor.

なお、Si系活物質の平均粒径は、2μmであり、各実施例および比較例におけるカーボンナノチューブ(CNT)の平均直径および平均長さは以下の表1に示す値であった。ここで、Si系活物質の平均粒径は、レーザ回折式粒度分布測定装置(島津製作所製)によって測定し、カーボンナノチューブの平均直径および平均長さは、走査型電子顕微鏡(日本電子製)による画像から計測した。 The average particle size of the Si-based active material was 2 μm, and the average diameter and average length of the carbon nanotubes (CNTs) in each Example and Comparative Example were the values shown in Table 1 below. Here, the average particle size of the Si-based active material is measured by a laser diffraction type particle size distribution measuring device (manufactured by Shimadzu Corporation), and the average diameter and average length of the carbon nanotubes are measured by a scanning electron microscope (manufactured by JEOL Ltd.). Measured from the image.

また、正極は、金属リチウムを集電体に貼り付けることで製造した。 The positive electrode was manufactured by attaching metallic lithium to a current collector.

セパレータとして多孔質ポリエチレンフィルム(polyethylene film)(厚さ25μm)を用意し、セパレータを正極および負極で挟むことで、電極構造体を製造し、コインハーフセル(coin half cell)に収納した。 A porous polyethylene film (thickness 25 μm) was prepared as a separator, and an electrode structure was manufactured by sandwiching the separator between a positive electrode and a negative electrode, and stored in a coin half cell.

一方、エチレンカーボネート(EC)、およびジエチルカーボネート(DEC)をEC:DEC=1:1の体積比で混合した溶媒に、ヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF)を1.0mol/Lの濃度で溶解し、電解液を製造した。 On the other hand, lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) was dissolved at a concentration of 1.0 mol / L in a solvent in which ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) were mixed in a volume ratio of EC: DEC = 1: 1. Then, an electrolytic solution was produced.

さらに、コインハーフセル内に上記組成の電解液を注入することで、セパレータ内の各気孔に電解液を含浸させた。これにより、実施例1~11および比較例1~9に係るリチウムイオン二次電池を製造した。 Further, by injecting the electrolytic solution having the above composition into the coin half cell, each pore in the separator was impregnated with the electrolytic solution. As a result, the lithium ion secondary batteries according to Examples 1 to 11 and Comparative Examples 1 to 9 were manufactured.

(評価結果)
上記にて製造した実施例1~11および比較例1~9に係るリチウムイオン二次電池に対して、サイクル特性および初回効率の評価を実施した。
(Evaluation results)
The cycle characteristics and initial efficiency of the lithium ion secondary batteries produced in Examples 1 to 11 and Comparative Examples 1 to 9 manufactured above were evaluated.

具体的には、まず、それぞれのリチウムイオン二次電池に対して、定電流定電圧(CCCV充電、具体的には、1C、10mV充電)にて、電流値が0.01Cになるまで充電し、定電流(CC放電、具体的には、1C放電)にて1.2Vまで放電した。これを1サイクルとして繰り返し、50サイクル実施した。 Specifically, first, each lithium ion secondary battery is charged with a constant current constant voltage (CCCV charge, specifically 1C, 10 mV charge) until the current value reaches 0.01 C. , It was discharged to 1.2V with a constant current (CC discharge, specifically, 1C discharge). This was repeated as one cycle, and 50 cycles were carried out.

ここで、サイクル特性は、充放電50サイクル後の放電容量を1サイクル目の放電容量にて除算した容量維持率にて評価した。また、初回効率は、1サイクル目の放電容量を1サイクル目の充電容量で除算した値である。その結果を以下の表1および図2A、2Bに示す。 Here, the cycle characteristics were evaluated by the capacity retention rate obtained by dividing the discharge capacity after 50 cycles of charge / discharge by the discharge capacity of the first cycle. The initial efficiency is a value obtained by dividing the discharge capacity of the first cycle by the charge capacity of the first cycle. The results are shown in Table 1 and FIGS. 2A and 2B below.

なお、図2Aは、横軸をCNT平均直径とし、縦軸を容量維持率として表1の結果をプロット(plot)した散布図であり、図2Bは、横軸をCNT平均直径とし、縦軸を初回効率として表1の結果をプロットした散布図である。図2Aおよび図2Bにおいて、実施例1~11は、菱形のプロットで示し、比較例1~9は、丸形のプロットで示した。 2A is a scatter plot in which the results of Table 1 are plotted with the horizontal axis as the CNT average diameter and the vertical axis as the capacity retention rate, and FIG. 2B shows the horizontal axis as the CNT average diameter and the vertical axis. It is a scatter diagram plotting the results of Table 1 with the above as the initial efficiency. In FIGS. 2A and 2B, Examples 1 to 11 are shown in diamond-shaped plots, and Comparative Examples 1 to 9 are shown in round-shaped plots.

Figure 0007053130000001
Figure 0007053130000001

表1および図2A、図2Bを参照すると、実施例1~11では、カーボンナノチューブの平均直径および平均長さが本発明の範囲内に含まれているため、比較例1~9に対してサイクル特性(容量維持率)が向上していることがわかる。 Referring to Table 1 and FIGS. 2A and 2B, in Examples 1 to 11, since the average diameter and the average length of the carbon nanotubes are included in the range of the present invention, the cycle is compared with Comparative Examples 1 to 9. It can be seen that the characteristics (capacity retention rate) are improved.

一方、比較例1では、カーボンナノチューブの平均長さが0.5μm未満であるため、サイクル特性が低下している。また、比較例2~9では、カーボンナノチューブの平均直径が120nmを超えているため、サイクル特性が低下している。 On the other hand, in Comparative Example 1, since the average length of the carbon nanotubes is less than 0.5 μm, the cycle characteristics are deteriorated. Further, in Comparative Examples 2 to 9, since the average diameter of the carbon nanotubes exceeds 120 nm, the cycle characteristics are deteriorated.

したがって、本実施形態によれば、カーボンナノチューブの平均直径および平均長さを本発明の範囲とすることにより、リチウムイオン二次電池のサイクル特性を向上させることができることがわかった。 Therefore, according to the present embodiment, it has been found that the cycle characteristics of the lithium ion secondary battery can be improved by setting the average diameter and the average length of the carbon nanotubes within the scope of the present invention.

[3.2.カーボンナノチューブの含有量の検討]
(リチウムイオン二次電池の製造)
次に、以下の方法にて実施例12~17および比較例10~12に係るリチウムイオン二次電池を製造した。
[3.2. Examination of carbon nanotube content]
(Manufacturing of lithium-ion secondary batteries)
Next, the lithium ion secondary batteries according to Examples 12 to 17 and Comparative Examples 10 to 12 were manufactured by the following methods.

Si系活物質(Si合金:Cr/Si=20atom%/80atom%)20質量%、グラファイト72~77質量%、ポリフッ化ビリニデン3質量%、カーボンナノチューブ0~5質量%を水に分散させることで負極スラリーを形成した。続いて、形成した負極スラリーを集電体である銅箔上に塗工し、乾燥させて負極活物質層を形成した。さらに、圧縮機により負極活物質層を圧縮することで、負極を製造した。 By dispersing 20% by mass of Si-based active material (Si alloy: Cr / Si = 20atom% / 80atom%), 72 to 77% by mass of graphite, 3% by mass of polyvinylidene fluoride, and 0 to 5% by mass of carbon nanotubes in water. A negative electrode slurry was formed. Subsequently, the formed negative electrode slurry was applied onto a copper foil as a current collector and dried to form a negative electrode active material layer. Further, the negative electrode was manufactured by compressing the negative electrode active material layer with a compressor.

なお、各実施例および比較例におけるカーボンナノチューブの含有量は、以下の表2に示す値とした。また、Si系活物質の平均粒径は、2μmであり、カーボンナノチューブ(CNT)の平均直径は20nm、平均長さは5μmであった。ここで、Si系活物質の平均粒径、カーボンナノチューブの平均直径および平均長さは、実施例1と同様の測定方法で測定した。 The carbon nanotube content in each Example and Comparative Example was set to the value shown in Table 2 below. The average particle size of the Si-based active material was 2 μm, the average diameter of the carbon nanotube (CNT) was 20 nm, and the average length was 5 μm. Here, the average particle size of the Si-based active material, the average diameter and the average length of the carbon nanotubes were measured by the same measuring method as in Example 1.

また、正極、セパレータ、電解液は、実施例1と同様のものを用い、実施例1と同様の方法で、実施例12~17および比較例10~12に係るリチウムイオン二次電池(コインハーフセル)を製造した。 Further, the positive electrode, the separator, and the electrolytic solution are the same as those used in Example 1, and the lithium ion secondary batteries (coin half cells) according to Examples 12 to 17 and Comparative Examples 10 to 12 are used in the same manner as in Example 1. ) Was manufactured.

(評価結果)
上記にて製造した実施例12~17および比較例10~12に係るリチウムイオン二次電池に対して、実施例1に対して実施した方法と同様の評価方法で、サイクル特性および初回効率の評価を実施した。その結果を以下の表2に示す。
(Evaluation results)
Evaluation of cycle characteristics and initial efficiency of the lithium ion secondary batteries according to Examples 12 to 17 and Comparative Examples 10 to 12 manufactured above by the same evaluation method as that carried out for Example 1. Was carried out. The results are shown in Table 2 below.

Figure 0007053130000002
Figure 0007053130000002

表2の結果を参照すると、実施例12~17では、カーボンナノチューブの含有量が本発明の範囲内に含まれているため、比較例10~12に対してサイクル特性が向上していることがわかる。 Referring to the results in Table 2, in Examples 12 to 17, since the content of carbon nanotubes is within the range of the present invention, the cycle characteristics are improved as compared with Comparative Examples 10 to 12. Understand.

特に、実施例13~16では、実施例12および17よりもサイクル特性および初回効率がさらに向上しており、カーボンナノチューブの含有量として、0.2質量%以上1.0質量%以下がより好ましいことがわかる。また、比較例10~12では、カーボンナノチューブの含有量が本発明の範囲を外れているため、サイクル特性および初回効率が低下していることがわかる。 In particular, in Examples 13 to 16, the cycle characteristics and the initial efficiency are further improved as compared with Examples 12 and 17, and the carbon nanotube content is more preferably 0.2% by mass or more and 1.0% by mass or less. You can see that. Further, in Comparative Examples 10 to 12, it can be seen that the content of the carbon nanotubes is out of the range of the present invention, so that the cycle characteristics and the initial efficiency are deteriorated.

[3.3.Si系活物質の平均粒径の検討]
(リチウムイオン二次電池の製造)
次に、以下の方法にて実施例18~24に係るリチウムイオン二次電池を製造した。
[3.3. Examination of average particle size of Si-based active material]
(Manufacturing of lithium-ion secondary batteries)
Next, the lithium ion secondary batteries according to Examples 18 to 24 were manufactured by the following methods.

Si系活物質(Si合金:Cr/Si=20atom%/80atom%)20質量%、グラファイト76質量%、ポリフッ化ビリニデン3質量%、カーボンナノチューブ1質量%を水に分散させることで負極スラリーを形成した。続いて、形成した負極スラリーを集電体である銅箔上に塗工し、乾燥させて負極活物質層を形成した。さらに、圧縮機により負極活物質層を圧縮することで、負極を製造した。 Negative electrode slurry is formed by dispersing 20% by mass of Si-based active material (Si alloy: Cr / Si = 20atom% / 80atom%), 76% by mass of graphite, 3% by mass of polyvinylidene fluoride, and 1% by mass of carbon nanotubes in water. bottom. Subsequently, the formed negative electrode slurry was applied onto a copper foil as a current collector and dried to form a negative electrode active material layer. Further, the negative electrode was manufactured by compressing the negative electrode active material layer with a compressor.

なお、各実施例におけるSi系活物質の平均粒径は、以下の表3に示す値であった。また、カーボンナノチューブ(CNT)の平均直径は20nm、平均長さは5μmであった。ここで、Si系活物質の平均粒径、カーボンナノチューブの平均直径および平均長さは、実施例1と同様の測定方法で測定した。 The average particle size of the Si-based active material in each example was the value shown in Table 3 below. The average diameter of carbon nanotubes (CNTs) was 20 nm, and the average length was 5 μm. Here, the average particle size of the Si-based active material, the average diameter and the average length of the carbon nanotubes were measured by the same measuring method as in Example 1.

また、正極、セパレータ、電解液は、実施例1と同様のものを用い、実施例1と同様の方法で、実施例18~24に係るリチウムイオン二次電池(コインハーフセル)を製造した。 Further, the positive electrode, the separator, and the electrolytic solution were the same as in Example 1, and the lithium ion secondary batteries (coin half cells) according to Examples 18 to 24 were manufactured by the same method as in Example 1.

(評価結果)
上記にて製造した実施例18~24に係るリチウムイオン二次電池に対して、実施例1に対して実施した方法と同様の評価方法で、サイクル特性および初回効率の評価を実施した。その結果を以下の表3に示す。
(Evaluation results)
For the lithium ion secondary batteries manufactured above according to Examples 18 to 24, the cycle characteristics and the initial efficiency were evaluated by the same evaluation method as that carried out for Example 1. The results are shown in Table 3 below.

Figure 0007053130000003
Figure 0007053130000003

表3の結果を参照すると、実施例19~22は、実施例18、23、24に対して、サイクル特性および初回効率がさらに向上しており、Si系活物質の平均粒径として、0.5μm以上5μm以下がより好ましいことがわかる。 With reference to the results in Table 3, Examples 19 to 22 have further improved cycle characteristics and initial efficiency as compared with Examples 18, 23 and 24, and the average particle size of the Si-based active material is 0. It can be seen that 5 μm or more and 5 μm or less are more preferable.

[3.4.Si系活物質由来の可逆容量の割合の検討]
(リチウムイオン二次電池の製造)
次に、以下の方法にて実施例25~30、比較例13~18に係るリチウムイオン二次電池を製造した。
[3.4. Examination of the ratio of reversible capacity derived from Si-based active material]
(Manufacturing of lithium-ion secondary batteries)
Next, the lithium ion secondary batteries according to Examples 25 to 30 and Comparative Examples 13 to 18 were manufactured by the following methods.

Si系活物質(Si合金:Cr/Si=20atom%/80atom%)0~20質量%、グラファイト76~96質量%、ポリフッ化ビリニデン3質量%、カーボンナノチューブ1質量%を水に分散させることで負極スラリーを形成した。続いて、形成した負極スラリーを集電体である銅箔上に塗工し、乾燥させて負極活物質層を形成した。さらに、圧縮機により負極活物質層を圧縮することで、負極を製造した。ただし、比較例13~18は、カーボンナノチューブを含有させずに、その分グラファイトを1質量%増加させて負極スラリーを形成した。 By dispersing 0 to 20% by mass of Si-based active material (Si alloy: Cr / Si = 20 atom% / 80 atm%), 76 to 96% by mass of graphite, 3% by mass of polyvinylidene fluoride, and 1% by mass of carbon nanotubes in water. A negative electrode slurry was formed. Subsequently, the formed negative electrode slurry was applied onto a copper foil as a current collector and dried to form a negative electrode active material layer. Further, the negative electrode was manufactured by compressing the negative electrode active material layer with a compressor. However, in Comparative Examples 13 to 18, the negative electrode slurry was formed by increasing graphite by 1% by mass without containing carbon nanotubes.

なお、各実施例および比較例におけるSi系活物質の含有量は、以下の表4に示す値とした。また、各実施例および比較例におけるSi系活物質の平均粒径は、2μmであり、カーボンナノチューブ(CNT)の平均直径は20nm、平均長さは5μmであった。ここで、Si系活物質の平均粒径、カーボンナノチューブの平均直径および平均長さは、実施例1と同様の測定方法で測定した。 The contents of the Si-based active material in each Example and Comparative Example were set to the values shown in Table 4 below. The average particle size of the Si-based active material in each Example and Comparative Example was 2 μm, the average diameter of the carbon nanotube (CNT) was 20 nm, and the average length was 5 μm. Here, the average particle size of the Si-based active material, the average diameter and the average length of the carbon nanotubes were measured by the same measuring method as in Example 1.

また、正極、セパレータ、電解液は、実施例1と同様のものを用い、実施例1と同様の方法で、実施例25~30、比較例13~18に係るリチウムイオン二次電池(コインハーフセル)を製造した。 Further, the positive electrode, the separator, and the electrolytic solution are the same as those used in Example 1, and the lithium ion secondary batteries (coin half cells) according to Examples 25 to 30 and Comparative Examples 13 to 18 are used in the same manner as in Example 1. ) Was manufactured.

(評価結果)
上記にて製造した実施例25~30、比較例13~18に係るリチウムイオン二次電池に対して、実施例1に対して実施した方法と同様の評価方法で、サイクル特性および初回効率の評価を実施した。その結果を以下の表4に示す。
(Evaluation results)
Evaluation of cycle characteristics and initial efficiency of the lithium ion secondary batteries according to Examples 25 to 30 and Comparative Examples 13 to 18 manufactured above by the same evaluation method as that carried out for Example 1. Was carried out. The results are shown in Table 4 below.

Figure 0007053130000004
Figure 0007053130000004

表4の結果を参照すると、実施例25~30では、比較例13~18に対して、サイクル特性が同等以上に改善していることがわかる。 With reference to the results in Table 4, it can be seen that in Examples 25 to 30, the cycle characteristics are improved to the same extent or more as compared with Comparative Examples 13 to 18.

具体的には、Si系活物質由来の可逆容量の割合が10%以上である実施例25~29は、実施例25~29に対してカーボンナノチューブが含有されていない比較例13~17よりも、サイクル特性が向上していることがわかる。また、Si系活物質由来の可逆容量の割合が10%未満である実施例30は、実施例30に対してカーボンナノチューブが含有されていない比較例18と同等のサイクル特性であることがわかる。 Specifically, Examples 25 to 29 in which the ratio of the reversible capacity derived from the Si-based active material is 10% or more are higher than those in Comparative Examples 13 to 17 in which carbon nanotubes are not contained in Examples 25 to 29. , It can be seen that the cycle characteristics are improved. Further, it can be seen that Example 30 in which the ratio of the reversible capacity derived from the Si-based active material is less than 10% has the same cycle characteristics as Comparative Example 18 in which carbon nanotubes are not contained in Example 30.

これは、Si系活物質由来の可逆容量の割合が10%未満である場合、負極活物質中のSi系活物質の割合が過度に少ないため、本発明の効果が効果的に発揮されないためである。すなわち、本発明は、Si系活物質由来の可逆容量の割合が10%以上である場合に、より効果的にサイクル特性を向上させることができる。 This is because when the ratio of the reversible capacity derived from the Si-based active material is less than 10%, the ratio of the Si-based active material in the negative electrode active material is excessively small, so that the effect of the present invention is not effectively exhibited. be. That is, the present invention can more effectively improve the cycle characteristics when the ratio of the reversible capacity derived from the Si-based active material is 10% or more.

なお、Si系活物質由来の可逆容量の割合がより高いほど、リチウムイオン二次電池の放電容量が増加しているため、好ましい。すなわち、負極活物質層中のSi系活物質の含有量がより多いほど、リチウムイオン二次電池の放電容量を増加させることができ、かつ、本発明によるサイクル特性向上の効果も高まるため、好ましい。また、負極活物質層中のSi系活物質の含有量の上限は、特に限定されない(すなわち、100質量%であってもよい)。 The higher the ratio of the reversible capacity derived from the Si-based active material, the higher the discharge capacity of the lithium ion secondary battery, which is preferable. That is, the larger the content of the Si-based active material in the negative electrode active material layer, the more the discharge capacity of the lithium ion secondary battery can be increased, and the effect of improving the cycle characteristics according to the present invention is enhanced, which is preferable. .. Further, the upper limit of the content of the Si-based active material in the negative electrode active material layer is not particularly limited (that is, it may be 100% by mass).

以上の評価結果からわかるように、本実施形態によれば、Si系活物質を含む負極活物質層に、さらに特定の形状を有するカーボンナノチューブを適量含有させることにより、リチウムイオン二次電池のサイクル特性を改善することが可能である。また、このような特定の形状を有するカーボンナノチューブの平均直径は、10nm以上120nm以下であり、平均長さは、0.5μm以上20μm以下である。さらに、このようなカーボンナノチューブの含有量は、負極活物質層の総質量に対して、0.1質量%以上2質量%以下である。 As can be seen from the above evaluation results, according to the present embodiment, the cycle of the lithium ion secondary battery is obtained by further containing an appropriate amount of carbon nanotubes having a specific shape in the negative electrode active material layer containing the Si-based active material. It is possible to improve the characteristics. Further, the average diameter of carbon nanotubes having such a specific shape is 10 nm or more and 120 nm or less, and the average length is 0.5 μm or more and 20 μm or less. Further, the content of such carbon nanotubes is 0.1% by mass or more and 2% by mass or less with respect to the total mass of the negative electrode active material layer.

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the accompanying drawings, the present invention is not limited to these examples. It is clear that a person having ordinary knowledge in the field of technology to which the present invention belongs can come up with various modifications or modifications within the scope of the technical ideas described in the claims. , These are also naturally understood to belong to the technical scope of the present invention.

10 リチウムイオン二次電池
20 正極
21 集電体
22 正極活物質層
30 負極
31 集電体
32 負極活物質層
40 セパレータ層
10 Lithium-ion secondary battery 20 Positive electrode 21 Current collector 22 Positive electrode active material layer 30 Negative electrode 31 Current collector 32 Negative electrode active material layer 40 Separator layer

Claims (4)

黒鉛活物質と、
シリコン系活物質と、
平均直径が10nm以上120nm以下であり、平均長さが2μm以上10μm以下であるカーボンナノチューブと、
バインダと
からなる負極活物質層を備え、
前記シリコン系活物質は、Si、または、Si合金であり、
前記カーボンナノチューブの含有量は、前記負極活物質層の総質量に対して、0.1質量%以上2質量%以下であり、
前記シリコン系活物質の平均粒径は、0.5μm以上5μm以下である、リチウムイオン二次電池用負極。
Graphite active material and
Silicon-based active material and
Carbon nanotubes with an average diameter of 10 nm or more and 120 nm or less and an average length of 2 μm or more and 10 μm or less.
Equipped with a negative electrode active material layer consisting of a binder,
The silicon-based active material is Si or a Si alloy, and is
The content of the carbon nanotubes is 0.1% by mass or more and 2% by mass or less with respect to the total mass of the negative electrode active material layer .
A negative electrode for a lithium ion secondary battery having an average particle size of 0.5 μm or more and 5 μm or less of the silicon-based active material .
前記カーボンナノチューブの含有量は、前記負極活物質層の総質量に対して、0.2質量%以上1質量%以下である、請求項に記載のリチウムイオン二次電池用負極。 The negative electrode for a lithium ion secondary battery according to claim 1 , wherein the content of the carbon nanotubes is 0.2% by mass or more and 1% by mass or less with respect to the total mass of the negative electrode active material layer. 前記シリコン系活物質は、前記負極における0Vから1.2Vまでの可逆容量の10%以上が前記シリコン系活物質由来となるような含有量で前記負極活物質層に含有される、請求項1または2に記載のリチウムイオン二次電池用負極。 The negative electrode active material layer is contained in the negative electrode active material layer in such a content that 10% or more of the reversible capacity from 0V to 1.2V in the negative electrode is derived from the silicon-based active material. Alternatively , the negative electrode for a lithium ion secondary battery according to 2. 請求項1~のいずれか一項に記載の負極を含むリチウムイオン二次電池。 A lithium ion secondary battery comprising the negative electrode according to any one of claims 1 to 3 .
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