Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JP7699453B2 - Negative electrode for non-aqueous electrolyte secondary battery and non-aqueous electrolyte secondary battery - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JP7699453B2 - Negative electrode for non-aqueous electrolyte secondary battery and non-aqueous electrolyte secondary battery - Google Patents

Negative electrode for non-aqueous electrolyte secondary battery and non-aqueous electrolyte secondary battery Download PDF

Info

Publication number
JP7699453B2
JP7699453B2 JP2021058953A JP2021058953A JP7699453B2 JP 7699453 B2 JP7699453 B2 JP 7699453B2 JP 2021058953 A JP2021058953 A JP 2021058953A JP 2021058953 A JP2021058953 A JP 2021058953A JP 7699453 B2 JP7699453 B2 JP 7699453B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
negative electrode
mixture layer
electrode mixture
electrolyte secondary
secondary battery
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2021058953A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2022155624A (en
Inventor
若奈 正本
裕子 岸見
秀昭 片山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Maxell Ltd
Original Assignee
Maxell Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Maxell Ltd filed Critical Maxell Ltd
Priority to JP2021058953A priority Critical patent/JP7699453B2/en
Publication of JP2022155624A publication Critical patent/JP2022155624A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7699453B2 publication Critical patent/JP7699453B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Description

本発明は、充放電サイクル特性に優れた非水電解質二次電池を構成することのできる負極と、前記負極を用いた前記非水電解質二次電池に関するものである。 The present invention relates to a negative electrode that can be used to construct a nonaqueous electrolyte secondary battery with excellent charge-discharge cycle characteristics, and to the nonaqueous electrolyte secondary battery that uses the negative electrode.

近年、種々の機器の駆動電源として、非水電解質二次電池が広く適用されている。非水電解質二次電池の社会への提供により、国際連合が制定する持続可能な開発目標(SDGs)の17の目標のうち、目標12(持続可能な生産消費形態を確保する)、目標3(あらゆる年齢のすべての人々の健康的な生活を確保し、福祉を促進する)、目標7(すべての人々の、安価かつ信頼できる持続可能な近代的エネルギーへのアクセスを確保する)、および目標11(包摂的で安全かつ強靭(レジリエント)で持続可能な都市および人間居住を実現する)の達成に貢献することができる。 In recent years, non-aqueous electrolyte secondary batteries have been widely used as power sources for various devices. Providing non-aqueous electrolyte secondary batteries to society can contribute to achieving Goal 12 (Ensure sustainable consumption and production patterns), Goal 3 (Ensure healthy lives and promote well-being for all at all ages), Goal 7 (Ensure access to affordable, reliable, sustainable and modern energy for all), and Goal 11 (Make cities and human settlements inclusive, safe, resilient and sustainable) out of the 17 Sustainable Development Goals (SDGs) established by the United Nations.

また、最近では、スマートフォンなどの移動情報端末の小型・軽量化が急速に進展しており、その駆動電源としての非水電解質二次電池にはさらなる高容量化が要求されている。そこで、非水電解質二次電池の高容量化に向けて、活物質にケイ素またはケイ素酸化物を使用する検討が活発にされている。 In addition, mobile information terminals such as smartphones have been rapidly becoming smaller and lighter in recent years, and the non-aqueous electrolyte secondary batteries that serve as their driving power sources are being required to have even higher capacities. Therefore, in order to increase the capacity of non-aqueous electrolyte secondary batteries, active studies are being conducted on the use of silicon or silicon oxide as the active material.

しかし、ケイ素やケイ素酸化物などの、リチウムとSiとの合金を形成する材料は、充放電に伴う体積膨張・収縮が大きく、そのため充放電サイクルを繰り返すと活物質の微粉化などにより活物質が劣化し、容量が低下するという課題があった。 However, materials that form alloys between lithium and silicon, such as silicon and silicon oxide, undergo large volume expansion and contraction during charging and discharging. As a result, repeated charge-discharge cycles cause the active material to pulverize, degrading the material and reducing capacity, which is an issue.

これに対し、特許文献1には、結着力に優れるポリイミドやポリアミドイミド、ポリアミドをバインダとして使用することで、SiO(0.5≦x≦1.5)で表されるケイ素酸化物を活物質とした場合の電池の充放電に伴う体積膨張・収縮による問題を抑えて、充放電サイクル特性の向上を図る技術が提案されている。 In response to this, Patent Document 1 proposes a technology for improving charge-discharge cycle characteristics by using polyimide, polyamideimide, or polyamide, which have excellent binding strength, as a binder to suppress problems caused by volume expansion and contraction that accompany the charging and discharging of a battery when a silicon oxide represented by SiO x (0.5≦x≦1.5) is used as the active material.

また、特許文献2には、負極活物質粒子としてケイ素またはケイ素合金を用い、バインダとしてポリイミド樹脂を用いた負極を有するリチウム二次電池が記載されており、負極集電体上に塗布する負極合剤スラリーの粘度、および前記スラリーを乾燥する際の温度を調整することにより、導電剤粒子の表層への移動を生じさせ、負極活物質層の表面層における導電助剤の濃度を、中央部における導電助剤の濃度より高くして、サイクル特性を向上させることが提案されている。 Patent Document 2 describes a lithium secondary battery having a negative electrode in which silicon or a silicon alloy is used as the negative electrode active material particles and polyimide resin is used as the binder, and proposes that by adjusting the viscosity of the negative electrode mixture slurry applied to the negative electrode current collector and the temperature at which the slurry is dried, the conductive agent particles are caused to migrate to the surface layer, and the concentration of the conductive agent in the surface layer of the negative electrode active material layer is made higher than the concentration of the conductive agent in the center, thereby improving cycle characteristics.

国際公開第2009/063902号International Publication No. 2009/063902 国際公開第2012/132958号International Publication No. 2012/132958

しかしながら、非水電解質二次電池に求められる充放電サイクル特性は、最近になって益々高度になっており、特許文献1、2に記載されている技術においても、改善の余地がある。 However, the charge/discharge cycle characteristics required for non-aqueous electrolyte secondary batteries have become increasingly sophisticated in recent years, and there is still room for improvement in the technologies described in Patent Documents 1 and 2.

本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、充放電サイクル特性に優れた非水電解質二次電池を構成することのできる負極と、前記負極を用いた前記非水電解質二次電池とを提供することにある。 The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and its purpose is to provide a negative electrode capable of forming a nonaqueous electrolyte secondary battery having excellent charge-discharge cycle characteristics, and the nonaqueous electrolyte secondary battery using the negative electrode.

本発明の非水電解質二次電池用負極は、負極活物質とバインダとを含有する負極合剤層を集電体上に有し、前記負極合剤層の前記集電体とは反対側の表面部における空隙率が、40%以上であることを特徴とするものである。 The negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is characterized in that it has a negative electrode mixture layer containing a negative electrode active material and a binder on a current collector, and the porosity of the surface of the negative electrode mixture layer on the side opposite the current collector is 40% or more.

また、本発明の非水電解質二次電池は、正極、負極、前記正極と前記負極との間に介在するセパレータ、および非水電解質を有し、前記負極として、本発明の非水電解質二次電池用負極を有することを特徴とするものである。 The nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention has a positive electrode, a negative electrode, a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode, and a nonaqueous electrolyte, and is characterized in that the negative electrode is the negative electrode for the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention.

本発明によれば、充放電サイクル特性に優れた非水電解質二次電池を構成することのできる負極と、前記負極を用いた前記非水電解質二次電池とを提供することができる。すなわち、本発明の非水電解質二次電池は、充放電サイクル特性に優れたものである。 According to the present invention, it is possible to provide a negative electrode capable of forming a nonaqueous electrolyte secondary battery having excellent charge-discharge cycle characteristics, and the nonaqueous electrolyte secondary battery using the negative electrode. In other words, the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention has excellent charge-discharge cycle characteristics.

非水電解質二次電池に係る負極の負極合剤層の走査型電子顕微鏡画像を輝度毎に数値化して作成されるヒストグラムの一例である。1 is an example of a histogram created by converting a scanning electron microscope image of a negative electrode mixture layer of a negative electrode of a nonaqueous electrolyte secondary battery into numerical values for each brightness. 負極合剤層の切断面の走査型電子顕微鏡画像の一例である。1 is an example of a scanning electron microscope image of a cut surface of a negative electrode mixture layer. 図1に示すヒストグラムのフィッティング結果を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a fitting result of the histogram shown in FIG. 1 . 図1に示すヒストグラムから空隙による輝度の分布を抽出した結果を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a result of extracting a luminance distribution due to a gap from the histogram shown in FIG. 1 . 本発明の非水電解質二次電池の一例を模式的に表す平面図である。1 is a plan view illustrating a schematic diagram of an example of a nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention. 図5のI-I線断面図である。6 is a cross-sectional view taken along line II in FIG. 5.

<非水電解質二次電池用負極>
本発明の非水電解質二次電池用負極(以下、単に「負極」という場合がある)は、負極活物質とバインダとを含有する負極合剤層を集電体上に有し、前記負極合剤層の前記集電体とは反対側の表面部における空隙率が、40%以上である。
<Negative electrode for non-aqueous electrolyte secondary battery>
The negative electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention (hereinafter sometimes simply referred to as the "negative electrode") has a negative electrode mixture layer containing a negative electrode active material and a binder on a current collector, and the porosity of the surface portion of the negative electrode mixture layer on the opposite side to the current collector is 40% or more.

例えば、特許文献1の実施例(段落[0146])や特許文献2の実施例(段落[0051])にあるように、負極活物質とバインダとを含有する負極合剤層を集電体上に有する負極を作製するにあたっては、集電体上に負極合剤層を形成した後に、圧延処理などの圧縮処理を施すことが一般的である。 For example, as shown in the examples of Patent Document 1 (paragraph [0146]) and Patent Document 2 (paragraph [0051]), when producing a negative electrode having a negative electrode mixture layer containing a negative electrode active material and a binder on a current collector, it is common to form the negative electrode mixture layer on the current collector and then perform a compression process such as rolling.

負極活物質とバインダとを含有する負極合剤層は、空隙を含む多孔質体であることが通常であるが、前記の圧縮処理を経て製造された場合、処理の影響を受けやすい負極合剤層の表面部分では空隙率が低下する。本発明者らの検討によれば、負極合剤層の表面部分での空隙率が一定以上低下した場合、負極合剤層内への非水電解質(非水電解液)の浸透性が低下しすぎて、電池の充放電サイクル特性を低下させてしまうこと、特に、ケイ素やケイ素酸化物などのように硬い材料を活物質として用いた場合には、負極合剤層の表面部分での空隙率の低下がより大きくなり、前記問題がより顕著になることが明らかとなった。 The negative electrode mixture layer, which contains the negative electrode active material and the binder, is usually a porous body containing voids, but when it is manufactured through the above-mentioned compression treatment, the porosity decreases in the surface portion of the negative electrode mixture layer, which is easily affected by the treatment. According to the study by the present inventors, when the porosity in the surface portion of the negative electrode mixture layer decreases by a certain amount or more, the permeability of the non-aqueous electrolyte (non-aqueous electrolyte solution) into the negative electrode mixture layer decreases too much, resulting in a decrease in the charge-discharge cycle characteristics of the battery. In particular, when a hard material such as silicon or silicon oxide is used as the active material, the decrease in the porosity in the surface portion of the negative electrode mixture layer becomes greater, and the above problem becomes more pronounced.

そこで、本発明の負極では、負極合剤層における集電体とは反対側の表面部の空隙率を40%以上と高くすることで、ケイ素やケイ素酸化物などのような硬い材料を負極活物質に使用しても、負極合剤層内への非水電解質の浸透性を良好に維持できるようにして、充放電サイクル特性に優れた非水電解質二次電池を構成できるようにしている。 Therefore, in the negative electrode of the present invention, the porosity of the surface portion of the negative electrode mixture layer opposite the current collector is increased to 40% or more, so that even if a hard material such as silicon or silicon oxide is used as the negative electrode active material, the permeability of the nonaqueous electrolyte into the negative electrode mixture layer can be well maintained, thereby enabling the construction of a nonaqueous electrolyte secondary battery with excellent charge-discharge cycle characteristics.

負極に使用する負極活物質には、従来から知られている非水電解質二次電池に用いられている負極活物質、すなわち、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な材料であれば特に制限はない。例えば、黒鉛、熱分解炭素類、コークス類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物の焼成体、メソカーボンマイクロビーズ(MCMB)、炭素繊維などの、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な炭素系材料の1種または2種以上の混合物が用いられる。また、ケイ素(Si)、スズ(Sn)、ゲルマニウム(Ge)、ビスマス(Bi)、アンチモン(Sb)、インジウム(In)などの元素、その合金およびその化合物(酸化物など);リチウム含有窒化物またはリチウム含有酸化物などのリチウム金属に近い低電圧で充放電できる化合物;リチウム金属やリチウム/アルミニウム合金;も負極活物質として用いることができる。 The negative electrode active material used in the negative electrode is not particularly limited as long as it is a negative electrode active material used in conventionally known non-aqueous electrolyte secondary batteries, that is, a material capable of absorbing and releasing lithium ions. For example, one or a mixture of two or more carbon-based materials capable of absorbing and releasing lithium ions, such as graphite, pyrolytic carbons, cokes, glassy carbons, baked bodies of organic polymer compounds, mesocarbon microbeads (MCMB), and carbon fibers, can be used. In addition, elements such as silicon (Si), tin (Sn), germanium (Ge), bismuth (Bi), antimony (Sb), and indium (In), their alloys, and their compounds (oxides, etc.); compounds that can be charged and discharged at a low voltage close to that of lithium metal, such as lithium-containing nitrides or lithium-containing oxides; lithium metal and lithium/aluminum alloys; can also be used as the negative electrode active material.

これらの負極活物質の中でも、電池の容量を高め得ることから、ケイ素またはケイ素酸化物を使用することが好ましい。なお、前記の通り、ケイ素またはケイ素酸化物を負極活物質として使用した場合には、特に電池の充放電サイクル特性が低下しやすいが、本発明の負極であれば、これを抑制することができる。 Among these negative electrode active materials, it is preferable to use silicon or silicon oxide, since this can increase the capacity of the battery. As mentioned above, when silicon or silicon oxide is used as the negative electrode active material, the charge/discharge cycle characteristics of the battery are particularly likely to deteriorate, but this can be suppressed with the negative electrode of the present invention.

ケイ素酸化物としては、組成式SiO(0.5≦x≦1.5)で表されるものなどが挙げられる。 The silicon oxide may be one represented by the composition formula SiO x (0.5≦x≦1.5).

SiOは、Siの微結晶または非晶質相を含んでいてもよく、この場合、SiとOの原子比は、Siの微結晶または非晶質相のSiを含めた比率となる。すなわち、SiOには、非晶質のSiOマトリックス中にSi(例えば、微結晶Si)が分散した構造のものが含まれ、この非晶質のSiOと、その中に分散しているSiを合わせて、前記の原子比xが0.5≦x≦1.5を満足していればよい。例えば、非晶質のSiOマトリックス中にSiが分散した構造で、SiOとSiのモル比が1:1の材料の場合、x=1であるので、構造式としてはSiOで表記される。このような構造の材料の場合、例えば、X線回折分析では、Si(微結晶Si)の存在に起因するピークが観察されない場合もあるが、透過型電子顕微鏡で観察すると、微細なSiの存在が確認できる。 SiO x may contain microcrystalline or amorphous phase of Si, in which case, the atomic ratio of Si to O is the ratio including the Si of the microcrystalline or amorphous phase of Si. That is, SiO x includes a structure in which Si (e.g., microcrystalline Si) is dispersed in an amorphous SiO 2 matrix, and the amorphous SiO 2 and the Si dispersed therein may be combined to satisfy the atomic ratio x of 0.5≦x≦1.5. For example, in the case of a material in which Si is dispersed in an amorphous SiO 2 matrix and the molar ratio of SiO 2 to Si is 1:1, x=1, so the structural formula is represented by SiO. In the case of a material with such a structure, for example, in X-ray diffraction analysis, a peak due to the presence of Si (microcrystalline Si) may not be observed, but the presence of fine Si can be confirmed by observation with a transmission electron microscope.

負極活物質として使用するケイ素やケイ素酸化物は、炭素材料との複合体とすることができる。このような複合体としては、ケイ素またはケイ素酸化物の粒子の表面を炭素材料で被覆して複合化したもの、ケイ素またはケイ素酸化物の粒子と炭素材料とを造粒させることで複合化したものなどが挙げられる。ケイ素またはケイ素酸化物の粒子の表面を炭素材料で被覆して複合化したものとしては、ケイ素またはケイ素酸化物の粒子と炭化水素系ガス(トルエン、ベンゼン、キシレン、メシチレンなど)とを気相中で加熱して、炭化水素系ガスの熱分解により生じた炭素を、粒子の表面上に堆積させたものが好ましい。 The silicon or silicon oxide used as the negative electrode active material can be made into a composite with a carbon material. Examples of such composites include those in which the surface of silicon or silicon oxide particles is coated with a carbon material, and those in which silicon or silicon oxide particles are granulated with a carbon material. A preferred composite in which the surface of silicon or silicon oxide particles is coated with a carbon material is one in which silicon or silicon oxide particles and a hydrocarbon gas (toluene, benzene, xylene, mesitylene, etc.) are heated in the gas phase to heat the silicon or silicon oxide particles and a hydrocarbon gas (toluene, benzene, xylene, mesitylene, etc.), and the carbon generated by the pyrolysis of the hydrocarbon gas is deposited on the surface of the particles.

ケイ素またはケイ素酸化物と炭素材料との複合体の場合、ケイ素またはケイ素酸化物:100質量部に対して、炭素材料が、3質量部以上であることが好ましく、5質量部以上であることがより好ましく、7質量部以上であることが更に好ましく、また、20質量部以下であることが好ましく、17質量部以下であることがより好ましい。 In the case of a composite of silicon or silicon oxide and a carbon material, the amount of the carbon material is preferably 3 parts by mass or more, more preferably 5 parts by mass or more, and even more preferably 7 parts by mass or more, and is preferably 20 parts by mass or less, and more preferably 17 parts by mass or less, per 100 parts by mass of silicon or silicon oxide.

負極活物質は、その粒子の表面をポリイミドで被覆したものとすることができる。特にケイ素やケイ素酸化物は、電池の充放電に伴う体積膨張・収縮量が大きく、前記の通り、電池の充放電が繰り返されると微粉化するなどして劣化するため、電池の充放電サイクル特性低下を引き起こしやすい。しかし、ケイ素またはケイ素酸化物の粒子の表面を、大きな結着力を有するポリイミドで被覆すると、電池の充放電時の体積膨張・収縮量を小さくすることができるため、充放電を繰り返しても微粉化などによる劣化が生じ難くなることから、電池の充放電サイクル特性をより高めることが可能となる。 The negative electrode active material may have its particle surface coated with polyimide. Silicon and silicon oxide in particular have a large amount of volume expansion and contraction associated with the charging and discharging of a battery, and as described above, they deteriorate by pulverizing or the like when the battery is repeatedly charged and discharged, which is likely to cause a decrease in the charge and discharge cycle characteristics of the battery. However, if the surface of silicon or silicon oxide particles is coated with polyimide, which has a large binding strength, the amount of volume expansion and contraction during charging and discharging of the battery can be reduced, making it less likely to deteriorate due to pulverization even with repeated charging and discharging, and thus making it possible to further improve the charge and discharge cycle characteristics of the battery.

また、ケイ素やケイ素酸化物のような負極活物質を用いた電池においては、充放電を繰り返すと、ケイ素やケイ素酸化物の体積変化によって負極合剤層の空隙率が増大する傾向にある。負極合剤層の空隙率が大きいと、例えばその機械的強度が小さくなるため、電池内で負極合剤層の割れが発生するなどの問題が生じやすくなる。しかしながら、ポリイミドで表面を被覆したケイ素またはケイ素酸化物を負極活物質として用いた場合には、負極合剤層の前記表面部における空隙率が前記の値を満たすように、負極合剤層の空隙率をあらかじめ大きくしていても、電池の充放電を繰り返すことによる負極合剤層の空隙率の増大を抑制できるため、かかる観点からも、電池の充放電サイクル特性をより高めることが可能となる。 In addition, in batteries using negative electrode active materials such as silicon or silicon oxide, repeated charging and discharging tends to increase the porosity of the negative electrode mixture layer due to volume changes in silicon or silicon oxide. If the porosity of the negative electrode mixture layer is large, for example, its mechanical strength decreases, making it more likely to cause problems such as cracking of the negative electrode mixture layer in the battery. However, when silicon or silicon oxide coated with polyimide is used as the negative electrode active material, even if the porosity of the negative electrode mixture layer is increased in advance so that the porosity of the surface portion of the negative electrode mixture layer satisfies the above value, the increase in the porosity of the negative electrode mixture layer due to repeated charging and discharging of the battery can be suppressed, and from this perspective, it is possible to further improve the charge and discharge cycle characteristics of the battery.

負極活物質の粒子の表面をポリイミドで被覆する場合、ポリイミドの量は、負極活物質の粒子を被覆することによる前記の効果を良好に確保する観点から、負極活物質:100質量部に対して、3質量部以上であることが好ましく、5質量部以上であることがより好ましい。ただし、負極活物質の粒子の表面を被覆するポリイミドの量が多すぎると、負極活物質におけるLiイオンの吸蔵・放出の効率が低下する虞があることから、その量は、負極活物質:100質量部に対して、10質量部以下であることが好ましく、8質量部以下であることがより好ましい。 When the surface of the particles of the negative electrode active material is coated with polyimide, the amount of polyimide is preferably 3 parts by mass or more, and more preferably 5 parts by mass or more, per 100 parts by mass of the negative electrode active material, from the viewpoint of ensuring the above-mentioned effect of coating the particles of the negative electrode active material. However, if the amount of polyimide coating the surface of the particles of the negative electrode active material is too large, there is a risk that the efficiency of absorbing and releasing Li ions in the negative electrode active material will decrease, so the amount is preferably 10 parts by mass or less, and more preferably 8 parts by mass or less, per 100 parts by mass of the negative electrode active material.

負極活物質の粒子の表面をポリイミドで被覆する方法としては、例えば、ポリアミック酸(ポリアミド酸)を溶剤〔水またはN-メチル-2-ピロリドン(NMP)などの有機溶剤〕に溶解させた溶液(ポリアミック酸溶液)中に負極活物質の粒子を入れたり、ポリアミック酸溶液を負極活物質の粒子表面に吹き付けたりして、負極活物質の粒子の表面にポリアミック酸溶液を付着させた後、加熱して溶剤を除去しつつポリアミック酸を反応させてポリイミドを形成する方法などが挙げられる。ポリアミック酸溶液には、DREAMBOND(登録商標、Industrial Summit Technology Corporation社製)、ユピア(登録商標、宇部興産社製)などの市販品を用いることができる。 Methods for coating the surface of particles of negative electrode active material with polyimide include, for example, placing the particles of negative electrode active material in a solution (polyamic acid solution) in which polyamic acid (polyamide acid) is dissolved in a solvent [water or an organic solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone (NMP)], or spraying the polyamic acid solution onto the surface of the particles of negative electrode active material to adhere the polyamic acid solution to the surface of the particles of negative electrode active material, and then heating to remove the solvent while reacting the polyamic acid to form polyimide. For the polyamic acid solution, commercially available products such as DREAMBOND (registered trademark, manufactured by Industrial Summit Technology Corporation) and UPIA (registered trademark, manufactured by Ube Industries, Ltd.) can be used.

負極合剤層に含有させるバインダとしては、でんぷん、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸、カルボキシメチルセルロース(CMC)、ヒドロキシプロピルセルロース、再生セルロース、ジアセチルセルロースなどの多糖類やそれらの変成体;ポリビニルクロリド、ポリビニルピロリドン(PVP)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミドイミド、ポリアミドなどの熱可塑性樹脂やそれらの変成体;ポリイミド;エチレン-プロピレン-ジエンターポリマー(EPDM)、スルホン化EPDM、スチレン・ブタジエンゴム(SBR)、ブタジエンゴム、ポリブタジエン、フッ素ゴム、ポリエチレンオキシドなどのゴム状弾性を有するポリマーやそれらの変成体;などが挙げられ、これらの1種または2種以上を用いることができる。 Examples of binders to be contained in the negative electrode mixture layer include polysaccharides such as starch, polyvinyl alcohol, polyacrylic acid, carboxymethyl cellulose (CMC), hydroxypropyl cellulose, regenerated cellulose, and diacetyl cellulose, and modified products thereof; thermoplastic resins such as polyvinyl chloride, polyvinylpyrrolidone (PVP), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), polyethylene, polypropylene, polyamideimide, and polyamide, and modified products thereof; polyimide; polymers having rubber-like elasticity such as ethylene-propylene-diene terpolymer (EPDM), sulfonated EPDM, styrene-butadiene rubber (SBR), butadiene rubber, polybutadiene, fluororubber, and polyethylene oxide, and modified products thereof; and the like. One or more of these can be used.

負極合剤層には、導電助剤を含有させることができる。負極合剤層に含有させる導電助剤としては、例えば、カーボンブラック(サーマルブラック、ファーネスブラック、チャンネルブラック、ケッチェンブラック、アセチレンブラックなど)、炭素繊維、金属粉(銅、ニッケル、アルミニウム、銀などの粉末)、金属繊維、ポリフェニレン誘導体(特開昭59-20971号公報に記載のもの)などの材料のうちの1種または2種以上が挙げられる。 The negative electrode mixture layer may contain a conductive additive. Examples of conductive additives that may be contained in the negative electrode mixture layer include one or more of the following materials: carbon black (thermal black, furnace black, channel black, ketjen black, acetylene black, etc.), carbon fiber, metal powder (copper, nickel, aluminum, silver, etc. powder), metal fiber, polyphenylene derivatives (as described in JP-A-59-20971), etc.

負極合剤層においては、負極活物質の含有量を85~90質量%とし、バインダの含有量を5~10質量%とすることが好ましい。また、導電助剤を使用する場合には、負極合剤層における導電助剤の含有量は3~8質量%とすることが好ましい。負極合剤層の厚みは、例えば35~55μmであることが好ましい。 In the negative electrode mixture layer, the content of the negative electrode active material is preferably 85 to 90 mass %, and the content of the binder is preferably 5 to 10 mass %. In addition, when a conductive additive is used, the content of the conductive additive in the negative electrode mixture layer is preferably 3 to 8 mass %. The thickness of the negative electrode mixture layer is preferably, for example, 35 to 55 μm.

負極集電体には、銅製やニッケル製の箔、パンチングメタル、網、エキスパンドメタル、発泡メタル;カーボンシート;などを用いることができる。負極集電体の厚みは、例えば5~30μmであることが好ましい。 The negative electrode current collector can be made of copper or nickel foil, punched metal, net, expanded metal, foamed metal; carbon sheet; or the like. The thickness of the negative electrode current collector is preferably, for example, 5 to 30 μm.

負極合剤層は、充放電サイクル特性に優れた非水電解質二次電池を構成できるようにする観点から、集電体とは反対側の表面部における空隙率が、40%以上であり、45%以上であることが好ましい。ただし、負極合剤層における集電体と反対側の表面部の空隙率が大きすぎると、例えば負極合剤層の機械的強度が低下して電池内において割れなどが生じやすくなる。よって、こうした問題の発生を抑える観点からは、負極合剤層における集電体と反対側の表面部の空隙率は、55%以下であることが好ましく、52%以下であることがより好ましい。 From the viewpoint of forming a nonaqueous electrolyte secondary battery with excellent charge-discharge cycle characteristics, the porosity of the surface portion of the negative electrode mixture layer opposite the current collector is 40% or more, and preferably 45% or more. However, if the porosity of the surface portion of the negative electrode mixture layer opposite the current collector is too large, for example, the mechanical strength of the negative electrode mixture layer decreases, making it easier for cracks to occur within the battery. Therefore, from the viewpoint of preventing the occurrence of such problems, the porosity of the surface portion of the negative electrode mixture layer opposite the current collector is preferably 55% or less, and more preferably 52% or less.

また、負極合剤層全体の空隙率は、50%以上であることが好ましく、53%以上であることがより好ましく、60%以下であることが好ましく、57%以下であることがより好ましい。 The porosity of the entire negative electrode mixture layer is preferably 50% or more, more preferably 53% or more, and is preferably 60% or less, more preferably 57% or less.

本明細書でいう負極合剤層の空隙率は、以下の方法によって求められる値である。 The porosity of the negative electrode mixture layer referred to in this specification is a value determined by the following method.

負極合剤層を厚み方向に切断し、切断面の走査型電子顕微鏡(SEM)画像(反射電子像)を取得する。使用する機器および条件は、例えば以下のようにすることができる(後記の実施例で記載している値は、下記の機器および条件で求めた値である)。
走査型電子顕微鏡:日立S4800
検出器:反射電子モード
加速電圧:2kV
倍率:3,000倍
取込解像度:2,560×1,920
最小ドット長:16.5nm(円相当径:18.6nm)
最小ドット面積:163nm
The negative electrode mixture layer is cut in the thickness direction, and a scanning electron microscope (SEM) image (reflected electron image) of the cut surface is obtained. The equipment and conditions used can be, for example, as follows (the values described in the examples below are values obtained using the equipment and conditions described below).
Scanning electron microscope: Hitachi S4800
Detector: Reflected electron mode Acceleration voltage: 2 kV
Magnification: 3,000x Capture resolution: 2,560 x 1,920
Minimum dot length: 16.5 nm (equivalent circle diameter: 18.6 nm)
Minimum dot area: 163 nm 2

負極合剤層の厚み方向の一方の端部から他方の端部までの全体の情報を解析に用いるため、負極合剤層の厚み方向の全てが1視野に入りきらない場合には、厚み方向に2視野に分けるなどして全体の情報を得るものとする。 In order to use the entire information from one end of the negative electrode mixture layer in the thickness direction to the other end in the analysis, if the entire thickness direction of the negative electrode mixture layer cannot fit in one field of view, the entire information is obtained by dividing the thickness direction into two fields of view, etc.

画像解析ソフト「ImageJ」を用い、得られたSEM画像を輝度毎に数値化してヒストグラムを作成する。図1は、SEM画像のヒストグラムの一例を示す図である。図1に示すヒストグラムにおいて、輝度が約180付近にある高輝度のピークは活物質によるものであり、輝度が約130付近にある中輝度のピークは導電助剤およびバインダによるものであり、輝度が約80付近にあるブロードなピークは空隙によるものである。 Using the image analysis software "ImageJ," the obtained SEM images are quantified for each brightness to create a histogram. Figure 1 shows an example of a histogram of an SEM image. In the histogram shown in Figure 1, the high brightness peak at a brightness of about 180 is due to the active material, the medium brightness peak at a brightness of about 130 is due to the conductive additive and binder, and the broad peak at a brightness of about 80 is due to voids.

得られたヒストグラムに対し、まず、活物質による輝度の分布と、導電助剤(およびバインダ)による輝度の分布とを特定するため、ガウス分布でのフィッティングを実施する。ここで、活物質におよび導電助剤は、それぞれ単一材料と仮定してフィッティングを行う。 First, the obtained histogram is fitted with a Gaussian distribution to identify the luminance distribution due to the active material and the luminance distribution due to the conductive additive (and binder). Here, fitting is performed assuming that the active material and the conductive additive are each a single material.

図2に、負極合剤層の切断面のSEM画像の一例を示す。取得されるSEM画像においては、負極合剤層の切断面の情報だけでなく、図2に示すように切断面から一定の深さまでの輝度情報も反映されるため、本来空隙である部分についても、その下に存在する活物質や導電助剤の輝度情報を拾い出し、見かけ上前記材料で占有されていると判断される部分が存在することになる。また、活物質の切断面は、本来単一の輝度となるはずであるが、図2に示すように、切断面に存在する微小な凹凸などの影響により、本来の輝度よりも低い値を示す微小領域が点在する輝度情報が得られることがある。 Figure 2 shows an example of an SEM image of the cut surface of the negative electrode mixture layer. The SEM image obtained reflects not only the information of the cut surface of the negative electrode mixture layer, but also the brightness information up to a certain depth from the cut surface as shown in Figure 2. Therefore, even in areas that are actually voids, the brightness information of the active material and conductive additive present underneath is picked up, and there are areas that are apparently determined to be occupied by the above materials. In addition, the cut surface of the active material should originally have a uniform brightness, but as shown in Figure 2, due to the influence of minute irregularities present on the cut surface, brightness information may be obtained in which minute regions showing values lower than the actual brightness are scattered.

図3に、ヒストグラムに対してフィッテッングを行った結果を示す。前記の見かけ上前記材料で占有されていると判断される部分と、活物質の切断面内で輝度の低い部分において得られる輝度の値は、ほぼ同程度となるため、これらを合わせて1つの輝度の分布を新たに想定し、ヒストグラムに対しガウス分布でのフィッティングを実施する。 Figure 3 shows the results of fitting the histogram. The brightness values obtained in the area apparently occupied by the material and the area with low brightness within the cut surface of the active material are almost the same, so a single brightness distribution is newly assumed by combining these, and a Gaussian distribution fitting is performed on the histogram.

次に、求められたそれぞれの分布を全体のヒストグラムから減算し、残存する輝度の低い領域を空隙の輝度が反映されたものとして、ヒストグラム全体に対するその領域の割合(面積比)を見かけの空隙率として算出する。前記の方法で、ヒストグラムから空隙による輝度の分布を抽出した結果を、図4に示す。 Next, each distribution found is subtracted from the overall histogram, and the remaining low brightness areas are assumed to reflect the brightness of voids, and the ratio of these areas to the entire histogram (area ratio) is calculated as the apparent porosity. Figure 4 shows the results of extracting the brightness distribution due to voids from the histogram using the above method.

なお、前記の減算によりヒストグラムから除かれることになる「見かけ上前記材料で占有されていると判断される部分」は、本来空隙として空隙率の計算に加算されるべき部分であるため、以下に述べる補正により、実際の空隙率の算出を行う。 The "portion that appears to be occupied by the material" that is removed from the histogram by the above subtraction is actually a portion that should be added to the porosity calculation as voids, so the actual porosity is calculated using the correction described below.

詳細な説明は省略するが、実際の空隙率:S(%)と前記ヒストグラムから算出される見かけの空隙率:T(%)とは、
T=S
の関係があり、nの値を求めることにより、実際の空隙率を算出することができる。
Although detailed explanation is omitted, the actual porosity: S (%) and the apparent porosity: T (%) calculated from the histogram are as follows:
T = Sn
By determining the value of n, the actual porosity can be calculated.

実際の空隙率:Sは、負極合剤層の各構成材料の真密度:ρi(g/cm)と、質量%で表される各構成材料の比率:ai、負極合剤層の厚み:t(cm)、負極合剤層の単位面積あたりの質量:m(g/cm)が分かれば、下記式(1)を用いて求めることができる。そこで、あらかじめ負極合剤層の厚みと単位面積あたりの質量を測定しておき、下記式(1)により実際の空隙率(全体の平均値)を求め、ヒストグラムから算出された見かけの空隙率との関係式からnの値を算出しておくことにより、同じ負極合剤層について得られる別のヒストグラムに対し、算出される見かけの空隙率:Tから直接実際の空隙率:Sを算出することが可能となる。 The actual porosity: S can be calculated using the following formula (1) if the true density: ρi (g/cm 3 ), the ratio of each constituent material of the negative electrode mixture layer expressed in mass %, ai, the thickness: t (cm), and the mass per unit area of the negative electrode mixture layer, m (g/cm 2 ), are known. Therefore, by measuring the thickness and mass per unit area of the negative electrode mixture layer in advance, calculating the actual porosity (overall average value) using the following formula (1), and calculating the value of n from the relational expression with the apparent porosity calculated from the histogram, it becomes possible to directly calculate the actual porosity: S from the calculated apparent porosity: T for another histogram obtained for the same negative electrode mixture layer.

S=100-(Σai/ρi)×(m/t) (1) S=100-(Σai/ρi)×(m/t) (1)

なお、電子顕微鏡の加速電圧や倍率が異なるなど、SEM画像の取得条件が異なる場合には、輝度の情報が得られる深さが異なり、nの値が変わる可能性があるため、SEM画像の取得条件を変更した場合は、nの値を算出し直す必要がある。 Note that if the acquisition conditions of the SEM image are different, such as the accelerating voltage or magnification of the electron microscope, the depth at which the brightness information is obtained will differ and the value of n may change. Therefore, if the acquisition conditions of the SEM image are changed, the value of n must be recalculated.

そして、前記の方法により、負極合剤層の集電体とは反対側の表面から厚み方向に10μmの位置までの領域のSEM画像から求められる空隙率を、「負極合剤層の集電体とは反対側の表面部の空隙率」とする。また、前記(1)により求められる実際の空隙率Sを、「負極合剤層全体の空隙率」とする。 Then, the porosity obtained from the SEM image of the region from the surface of the negative electrode mixture layer opposite the current collector to a position 10 μm in the thickness direction by the above method is defined as the "porosity of the surface portion of the negative electrode mixture layer opposite the current collector." In addition, the actual porosity S obtained by (1) above is defined as the "porosity of the entire negative electrode mixture layer."

また、負極合剤層に導電助剤を含有させる場合、負極合剤層の集電体と反対側の表面部における導電助剤の含有量(A)が、負極合剤層の厚み方向の中央より集電体側における導電助剤の含有量(B)よりも多いことが好ましい。これを満たす負極を用いることで、電池の負荷特性をより高めることができる。 In addition, when a conductive assistant is contained in the negative electrode mixture layer, it is preferable that the content (A) of the conductive assistant in the surface portion of the negative electrode mixture layer opposite the current collector is greater than the content (B) of the conductive assistant on the current collector side of the center in the thickness direction of the negative electrode mixture layer. By using a negative electrode that satisfies this, the load characteristics of the battery can be further improved.

なお、負極合剤層において、前記導電助剤の含有量(A)と前記導電助剤の含有量(B)との比:(A)/(B)は、前記の効果をより良好に確保する観点から2以上であることが好ましく、負極合剤層全体の導電率をある程度高くする観点から、3.5以下であることが好ましい。 In addition, in the negative electrode mixture layer, the ratio of the content (A) of the conductive additive to the content (B) of the conductive additive: (A)/(B) is preferably 2 or more from the viewpoint of ensuring the above-mentioned effect better, and is preferably 3.5 or less from the viewpoint of increasing the conductivity of the entire negative electrode mixture layer to a certain degree.

負極合剤層の導電助剤の含有量は、負極合剤層の空隙率の測定の際に求めるSEM画像の輝度毎のヒストグラムから、フィッテッングによって抽出した「導電助剤などによる輝度の部分(図3の分布2)」の面積の、ヒストグラム全体の面積に対する割合から算出する。 The content of the conductive additive in the negative electrode mixture layer is calculated from the ratio of the area of the "part of brightness due to conductive additive, etc. (distribution 2 in Figure 3)" extracted by fitting from the histogram for each brightness of the SEM image obtained when measuring the porosity of the negative electrode mixture layer to the area of the entire histogram.

そして、前記の方法により、負極合剤層の集電体とは反対側の表面から厚み方向に10μmの位置までの領域のSEM画像から求められる導電助剤の含有量を「導電助剤の含有量(A)」とし、負極合剤層の厚み方向の中央から集電体側に10μmの位置までの領域のSEM画像から求められる導電助剤の含有量を「導電助剤の含有量(B)」とする。 Then, the content of the conductive assistant determined by the above-mentioned method from the SEM image of the region from the surface of the negative electrode mixture layer opposite the current collector to a position 10 μm in the thickness direction is defined as the "conductive assistant content (A)," and the content of the conductive assistant determined from the SEM image of the region from the center of the negative electrode mixture layer in the thickness direction to a position 10 μm toward the current collector is defined as the "conductive assistant content (B)."

負極は、例えば、負極活物質およびバインダ、さらには必要に応じて導電助剤などを含有する負極合剤を、NMPなどの有機溶剤や水といった溶剤に分散させてペースト状やスラリー状の負極合剤含有組成物を調製し(ただし、バインダは溶剤に溶解していてもよい)、これを集電体の片面または両面に塗布し、乾燥する工程を経て製造することができる。 The negative electrode can be manufactured, for example, by dispersing a negative electrode mixture containing a negative electrode active material, a binder, and, if necessary, a conductive assistant in a solvent such as an organic solvent such as NMP or water to prepare a paste or slurry-like negative electrode mixture-containing composition (however, the binder may be dissolved in the solvent), applying this to one or both sides of a current collector, and then drying the composition.

なお、通常は、前記の通り、負極集電体の表面に負極合剤含有組成物を塗布し、乾燥して負極合剤層(負極合剤含有組成物の乾燥塗膜)を形成した後に、圧延処理などの圧縮処理を行うが、この場合、負極合剤層の前記表面部の空隙が潰れてしまう。よって、前記表面部の空隙率を前記の値に調整するには、集電体に塗布した負極合剤含有組成物を乾燥して負極合剤層を形成した後には、圧縮処理を施さないか、圧縮処理を施す場合は負極合剤層の前記表面部の空隙率が前記の値を下回らない条件で行えばよく、圧縮処理を施さないことがより好ましい。なお、負極合剤層形成後に圧縮処理を施す場合の条件は、圧縮処理を行う装置によって変動するため、処理後の負極における負極合剤層の前記表面部の空隙率が、前記の値を満たし得るような条件抽出を行ってから、負極を製造すればよい。 As described above, the negative electrode mixture composition is usually applied to the surface of the negative electrode current collector, dried to form a negative electrode mixture layer (a dried coating of the negative electrode mixture composition), and then a compression process such as rolling is performed. In this case, the voids in the surface part of the negative electrode mixture layer are crushed. Therefore, in order to adjust the porosity of the surface part to the above value, after drying the negative electrode mixture composition applied to the current collector to form the negative electrode mixture layer, the compression process is not performed, or if compression process is performed, it is performed under conditions such that the porosity of the surface part of the negative electrode mixture layer does not fall below the above value, and it is more preferable not to perform compression process. Note that the conditions for performing compression process after forming the negative electrode mixture layer vary depending on the device for performing compression process, so the negative electrode can be manufactured after extracting conditions such that the porosity of the surface part of the negative electrode mixture layer in the treated negative electrode satisfies the above value.

また、集電体に塗布した負極合剤含有組成物を乾燥して負極合剤層を形成した後に圧縮処理を施すと、乾燥後の段階で負極合剤層の前記表面部に存在していた導電助剤が、負極合剤層の内部側(集電体側)に押し込まれるためか、前記表面部の導電助剤量が少なくなって、前記表面部付近での導電性が低下する虞がある。 In addition, if the negative electrode mixture-containing composition applied to the current collector is dried to form a negative electrode mixture layer and then compressed, the conductive assistant that was present on the surface of the negative electrode mixture layer after drying is pushed into the inside of the negative electrode mixture layer (the current collector side), reducing the amount of conductive assistant on the surface, which may result in a decrease in conductivity near the surface.

しかし、集電体に塗布した負極合剤含有組成物を乾燥して負極合剤層を形成した後に、圧縮処理を施さないか、負極合剤層の前記表面部の空隙率が前記の値を下回らない条件で圧縮処理を施した場合には、前記表面部での導電助剤量の減少を抑え得ることから、導電助剤の含有量(A)と導電助剤の含有量(B)との関係を前記のように調整することができ、これにより、電池の負荷特性をより高め得る負極を得ることができる。 However, if the negative electrode mixture-containing composition applied to the current collector is dried to form the negative electrode mixture layer, and then compression is not performed or compression is performed under conditions in which the porosity of the surface portion of the negative electrode mixture layer does not fall below the above value, the decrease in the amount of conductive assistant in the surface portion can be suppressed, and the relationship between the conductive assistant content (A) and the conductive assistant content (B) can be adjusted as described above, thereby obtaining a negative electrode that can further improve the load characteristics of the battery.

なお、負極合剤層の形成後に圧縮処理を施さないか、または、負極合剤層の前記表面部における空隙率が40%以上となる条件で圧縮処理を施した場合、負極合剤層の表面(集電体とは反対側の表面)は、その表面粗さが、一般的な負極製造時に採用されているような条件で圧縮処理を施した場合に比べて大きくなる。例えば、本発明の負極においては、負極合剤層の、集電体とは反対側の表面における凹凸の算術平均粗さを、4.1μm以上とすることができる。また、負極合剤層の、集電体と反対側の表面における凹凸の算術平均粗さは、通常、6μm以下である。 When the negative electrode mixture layer is not compressed after formation, or when the negative electrode mixture layer is compressed under conditions that result in a porosity of 40% or more in the surface portion, the surface roughness of the negative electrode mixture layer (the surface opposite the current collector) becomes larger than when the negative electrode mixture layer is compressed under conditions that are generally used in the manufacture of negative electrodes. For example, in the negative electrode of the present invention, the arithmetic mean roughness of the unevenness on the surface of the negative electrode mixture layer opposite the current collector can be 4.1 μm or more. Also, the arithmetic mean roughness of the unevenness on the surface of the negative electrode mixture layer opposite the current collector is usually 6 μm or less.

本明細書でいう「負極合剤層の、集電体と反対側の表面における凹凸の算術平均粗さ」は、日本産業規格(JIS) B 0601(2013)に規定の算術平均粗さであり、具体的には、共焦点レーザ顕微鏡(レーザテック株式会社製「リアルタイム走査型レーザ顕微鏡 1LM-21D」)を用い、50倍の倍率で90μm×90μmの視野を3視野観察し、視野毎に900×900ピクセルで測定して各点の平均線からの絶対値を算術平均することにより求められる各視野の数値を、さらに算術平均して得られる値である。 In this specification, the "arithmetic mean roughness of the unevenness on the surface of the negative electrode mixture layer opposite the current collector" refers to the arithmetic mean roughness as defined in Japanese Industrial Standards (JIS) B 0601 (2013), and specifically, it is a value obtained by observing three fields of view of 90 μm × 90 μm at 50x magnification using a confocal laser microscope ("Real-time scanning laser microscope 1LM-21D" manufactured by Lasertec Corporation), measuring 900 × 900 pixels for each field of view, arithmetically averaging the absolute values from the average line of each point, and then arithmetically averaging the values for each field of view.

なお、負極においては、負極合剤層が含有する負極活物質に、Liイオンをドープすることができる。 In addition, in the negative electrode, the negative electrode active material contained in the negative electrode mixture layer can be doped with Li ions.

ケイ素酸化物のような容量の大きな負極活物質を用いて構成した非水電解質二次電池では、一般に、充電によって正極から放出されたLiのうち、前記負極活物質に取り込まれて次の放電時に放出されずに残留するものの割合が大きく、電池が本来備えている容量を十分に引き出し得ない虞がある。しかしながら、負極活物質にあらかじめLiイオンをドープ(プレドープ)しておくことで、充放電時に正極と負極との間を行き来できるLiの割合を高めて電池の不可逆容量を低減できるため、より高容量の電池を形成できるようになる。 In non-aqueous electrolyte secondary batteries constructed using a large-capacity negative electrode active material such as silicon oxide, generally, a large proportion of the Li released from the positive electrode upon charging is absorbed into the negative electrode active material and remains without being released during the next discharge, and there is a risk that the battery's inherent capacity cannot be fully utilized. However, by doping the negative electrode active material with Li ions in advance (pre-doping), the proportion of Li that can move between the positive and negative electrodes during charging and discharging can be increased, reducing the irreversible capacity of the battery, making it possible to form a battery with a higher capacity.

負極活物質にLiイオンをドープするには、非水電解質二次電池内で行う方法(系内プレドープ)もあるが、非水電解質二次電池に組み込まれる前の負極に係る負極活物質にLiイオンをドープするには、例えば、以下の系外プレドープ(i)または(ii)を採用することができる。 Although there is a method of doping the negative electrode active material with Li ions within the non-aqueous electrolyte secondary battery (in-situ pre-doping), to dope the negative electrode active material relating to the negative electrode with Li ions before it is incorporated into the non-aqueous electrolyte secondary battery, for example, the following ex-situ pre-doping (i) or (ii) can be adopted.

系外プレドープ法(i)
Liイオンをドープしていない負極活物質を用いて製造した負極を使用し、その負極活物質にLiイオンをドープする。
Ex situ pre-doping method (i)
A negative electrode produced using a negative electrode active material that is not doped with Li ions is used, and the negative electrode active material is doped with Li ions.

系外プレドープ法(i)において、負極の負極合剤層中の負極活物質へのLiイオンのドープは、例えば、テトラヒドロフランやジエチルエーテルなどの溶媒に、ビフェニル、多環芳香族化合物(アントラセン、ナフタレンなど)、p-ベンゾキノン、金属Liなどを溶解させた溶液中に、負極を浸漬し、その後溶剤で洗浄および乾燥させることで実施することができる〔以下、系外プレドープ法(i-1)という〕。このときのLiイオンのドープ量は、前記溶液中の各成分量などの調整によって制御することができる。 In the ex situ pre-doping method (i), the doping of Li ions into the negative electrode active material in the negative electrode mixture layer of the negative electrode can be carried out by, for example, immersing the negative electrode in a solution in which biphenyl, polycyclic aromatic compounds (anthracene, naphthalene, etc.), p-benzoquinone, metallic Li, etc. are dissolved in a solvent such as tetrahydrofuran or diethyl ether, and then washing and drying with a solvent (hereinafter referred to as ex situ pre-doping method (i-1)). The amount of Li ions doped at this time can be controlled by adjusting the amount of each component in the solution.

また、系外プレドープ法(i)では、負極(作用極)とリチウム金属箔(対極。リチウム合金箔を含む。)とを非水電解液中に浸漬し、これらの間に通電する方法によっても、負極合剤層中の負極活物質にLiイオンをドープすることができる〔以下、系外プレドープ法(i-2)という〕。非水電解液には、非水電解質二次電池用の非水電解液(詳しくは後述する)と同じものが使用できる。このときのLiイオンのドープ量は、負極(負極合剤層)の面積当たりの電流密度や、通電する電気量の調整によって制御することができる。 In addition, in the external pre-doping method (i), the negative electrode (working electrode) and lithium metal foil (counter electrode, including lithium alloy foil) are immersed in a non-aqueous electrolyte and a current is passed between them, so that the negative electrode active material in the negative electrode mixture layer can be doped with Li ions (hereinafter referred to as the external pre-doping method (i-2)). The non-aqueous electrolyte can be the same as the non-aqueous electrolyte for non-aqueous electrolyte secondary batteries (described in detail later). The amount of Li ions doped at this time can be controlled by adjusting the current density per area of the negative electrode (negative electrode mixture layer) and the amount of electricity passed.

系外プレドープ法(ii)
Liイオンをドープしていない負極活物質に、Liイオンを直接ドープする。この場合、系外プレドープ法(i-1)の説明で先に記載した負極を浸漬する前記溶液中に、負極に代えて負極活物質(Liイオンドープ前の負極活物質)を浸漬することで、負極活物質にLiイオンをドープすることができる。
Ex situ pre-doping method (ii)
Li ions are directly doped into the negative electrode active material that is not doped with Li ions. In this case, the negative electrode active material (negative electrode active material before doping with Li ions) is immersed in the solution in which the negative electrode is immersed, instead of the negative electrode, as described above in the explanation of the ex situ pre-doping method (i-1), so that the negative electrode active material can be doped with Li ions.

この系外プレドープ法(ii)を採用する場合には、これによって得られた負極活物質(Liイオンをドープした負極活物質)を使用して、前記の方法などによって負極を製造することで、Liイオンをドープした負極活物質を含有する負極を得ることができる。なお、この場合、負極の製造に使用する負極活物質には、その一部または全部に、系外プレドープ法(ii)によってLiイオンをドープしたものを使用することができる。 When this ex situ pre-doping method (ii) is employed, the negative electrode active material (negative electrode active material doped with Li ions) obtained thereby can be used to manufacture a negative electrode by the above-mentioned method or the like, thereby obtaining a negative electrode containing a negative electrode active material doped with Li ions. In this case, the negative electrode active material used to manufacture the negative electrode can be partly or entirely doped with Li ions by the ex situ pre-doping method (ii).

<非水電解質二次電池>
本発明の非水電解質二次電池は、正極、負極、正極と負極との間に介在するセパレータ、および非水電解質を有し、負極が本発明の非水電解質二次電池用負極である。
<Nonaqueous electrolyte secondary battery>
The nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention has a positive electrode, a negative electrode, a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode, and a nonaqueous electrolyte, and the negative electrode is the negative electrode for the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention.

(正極)
非水電解質二次電池に係る正極には、例えば、正極活物質、導電助剤およびバインダを含有する正極合剤層を集電体の片面または両面に有する構造を有するものが挙げられる。
(positive electrode)
The positive electrode of the non-aqueous electrolyte secondary battery may have a structure in which a positive electrode mixture layer containing a positive electrode active material, a conductive assistant, and a binder is provided on one or both sides of a current collector.

正極活物質は、従来から知られている非水電解質二次電池に用いられている正極活物質、すなわち、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な材料であれば特に制限はない。具体的には、例えば、LiとLi以外の金属M(Co、Ni、Mn、Fe、Mg、Alなど)とで構成される金属酸化物(リチウム含有複合酸化物)が使用できる。このようなリチウム含有複合酸化物としては、例えば、LiCoOなどのリチウムコバルト酸化物;LiMnO、LiMnOなどのリチウムマンガン酸化物;LiNiOなどのリチウムニッケル酸化物;LiCo1-xNiOなどの層状構造のリチウム含有複合酸化物;LiMn、Li4/3Ti5/3などのスピネル構造のリチウム含有複合酸化物;LiFePOなどのオリビン構造のリチウム含有複合酸化物;前記の酸化物を基本組成とし各種元素で置換した酸化物;などが挙げられる。 The positive electrode active material is not particularly limited as long as it is a positive electrode active material used in conventionally known non-aqueous electrolyte secondary batteries, that is, a material capable of absorbing and releasing lithium ions. Specifically, for example, a metal oxide (lithium-containing composite oxide) composed of Li and a metal M other than Li (Co, Ni, Mn, Fe, Mg, Al, etc.) can be used. Examples of such lithium-containing composite oxides include lithium cobalt oxides such as LiCoO 2 ; lithium manganese oxides such as LiMnO 2 and Li 2 MnO 3 ; lithium nickel oxides such as LiNiO 2 ; lithium-containing composite oxides having a layered structure such as LiCo 1-x NiO 2 ; lithium-containing composite oxides having a spinel structure such as LiMn 2 O 4 and Li 4/3 Ti 5/3 O 4 ; lithium-containing composite oxides having an olivine structure such as LiFePO 4 ; oxides having the above oxides as a basic composition and substituted with various elements; and the like.

正極合剤層の導電助剤としては、天然黒鉛(鱗片状黒鉛など)、人造黒鉛などの黒鉛(黒鉛質炭素材料);アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラックなどのカ-ボンブラック;炭素繊維;などの炭素材料などが挙げられる。また、正極合剤層のバインダには、PVDF、PTFE、フッ化ビニリデン-クロロトリフルオロエチレン共重合体〔P(VDF-CTFE)〕、SBR、カルボキシメチルセルロース(CMC)などが好適に用いられる。 Examples of conductive assistants for the positive electrode mixture layer include graphite (graphite carbon materials) such as natural graphite (e.g., flake graphite) and artificial graphite; carbon black such as acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and thermal black; and carbon fibers; and other carbon materials. In addition, PVDF, PTFE, vinylidene fluoride-chlorotrifluoroethylene copolymer [P(VDF-CTFE)], SBR, carboxymethyl cellulose (CMC), and the like are preferably used as binders for the positive electrode mixture layer.

正極は、例えば、正極活物質、導電助剤およびバインダなどを、NMPなどの溶剤に分散させたペースト状やスラリー状の正極合剤含有組成物を調製し(ただし、バインダは溶剤に溶解していてもよい)、これを集電体の片面または両面に塗布し、乾燥した後に、必要に応じて圧延処理などの圧縮処理を施す工程を経て製造される。ただし、正極は、前記の製造方法で製造されたものに限定される訳ではなく、他の方法で製造したものであってもよい。 The positive electrode is manufactured, for example, by dispersing the positive electrode active material, conductive additive, binder, etc. in a solvent such as NMP to prepare a paste or slurry-like positive electrode mixture-containing composition (however, the binder may be dissolved in the solvent), applying this to one or both sides of the current collector, drying, and then carrying out a compression process such as rolling as necessary. However, the positive electrode is not limited to those manufactured by the above manufacturing method, and may be manufactured by other methods.

正極集電体には、アルミニウムやステンレス鋼などの金属の箔、パンチングメタル、網、エキスパンドメタル、発泡メタル;カーボンシート;などを用いることができる。正極集電体の厚みは、5~30μmであることが好ましい。 The positive electrode current collector can be made of a metal foil such as aluminum or stainless steel, a punched metal, a mesh, an expanded metal, a foamed metal, a carbon sheet, or the like. The thickness of the positive electrode current collector is preferably 5 to 30 μm.

正極合剤層においては、正極活物質の含有量を60~95質量%とすることができ、バインダの含有量を1~15質量%とすることができ、導電助剤の含有量を3~20質量%とすることができる。また、正極合剤層の厚み(集電体の片面あたりの厚み)は、30~150μmであることが好ましい。 In the positive electrode mixture layer, the content of the positive electrode active material can be 60 to 95 mass%, the content of the binder can be 1 to 15 mass%, and the content of the conductive additive can be 3 to 20 mass%. In addition, the thickness of the positive electrode mixture layer (thickness per side of the current collector) is preferably 30 to 150 μm.

(セパレータ)
非水電解質二次電池のセパレータとしては、強度が十分で、かつ非水電解質を多く保持できるものがよく、ポリエチレン(PE)やポリプロピレン(PP)などのポリオレフィン製の微多孔膜を用いることができる。セパレータを構成する微多孔膜は、例えば、PEのみを使用したものやPPのみを使用したものであってもよく、エチレン-プロピレン共重合体を含んでいてもよく、また、PE製の微多孔膜とPP製の微多孔膜との積層体であってもよい。
(Separator)
The separator of the nonaqueous electrolyte secondary battery should have sufficient strength and be capable of retaining a large amount of nonaqueous electrolyte, and may be a microporous membrane made of polyolefin such as polyethylene (PE) or polypropylene (PP). The microporous membrane constituting the separator may be, for example, one made of only PE or only PP, may contain an ethylene-propylene copolymer, or may be a laminate of a microporous membrane made of PE and a microporous membrane made of PP.

さらに、セパレータには、融点が140℃以下の樹脂を主体とした多孔質層と、融点が150℃以上の樹脂または耐熱温度が150℃以上の無機フィラーを主体として含む多孔質層とから構成された積層型のセパレータを使用することができる。ここで、「融点」とは日本産業規格(JIS) K 7121の規定に準じて、示差走査熱量計(DSC)を用いて測定される融解温度を意味し、「耐熱温度が150℃以上」とは、少なくとも150℃において軟化などの変形が見られないことを意味している。 Furthermore, the separator may be a laminated separator composed of a porous layer mainly made of a resin with a melting point of 140°C or less and a porous layer mainly made of a resin with a melting point of 150°C or more or an inorganic filler with a heat resistance temperature of 150°C or more. Here, "melting point" refers to the melting temperature measured using a differential scanning calorimeter (DSC) in accordance with the provisions of Japanese Industrial Standards (JIS) K 7121, and "heat resistance temperature of 150°C or more" means that no deformation such as softening is observed at least at 150°C.

セパレータ(ポリオレフィン製の微多孔膜からなるセパレータや、前記積層型のセパレータ)の厚みは、10~30μmであることがより好ましい。 The thickness of the separator (a separator made of a microporous polyolefin film or the laminated separator) is more preferably 10 to 30 μm.

(非水電解質)
非水電解質二次電池の非水電解質には、通常、非水系の液状電解質(非水電解液)が用いられる。非水電解液としては、有機溶媒にリチウム塩などの電解質塩を溶解させたものが用いられる。その有機溶媒としては、特に限定されることはないが、例えば、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート(DEC)、エチルメチルカーボネート(MEC)、メチルプロピルカーボネートなどの鎖状エステル;エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ビニレンカーボネートなどの誘電率の高い環状エステル;鎖状エステルと環状エステルとの混合溶媒;などが挙げられ、特に鎖状エステルを主溶媒とした環状エステルとの混合溶媒が適している。
(Non-aqueous electrolyte)
A non-aqueous liquid electrolyte (nonaqueous electrolyte) is usually used as the non-aqueous electrolyte of a non-aqueous electrolyte secondary battery. As the non-aqueous electrolyte, an organic solvent containing an electrolyte salt such as a lithium salt is used. The organic solvent is not particularly limited, but examples thereof include chain esters such as dimethyl carbonate, diethyl carbonate (DEC), ethyl methyl carbonate (MEC), and methyl propyl carbonate; cyclic esters having a high dielectric constant such as ethylene carbonate (EC), propylene carbonate, butylene carbonate, and vinylene carbonate; mixed solvents of chain esters and cyclic esters; and the like. In particular, a mixed solvent of a chain ester and a cyclic ester as the main solvent is suitable.

非水電解液の調製にあたって有機溶媒に溶解させる電解質塩としては、例えば、LiPF、LiBF、LiAsF、LiSbF、LiCFSO、LiCSO、LiCFCO、Li(SO、LiC2n+1SO(n≧2)、LiN(RfSO)(Rf’SO)、LiC(RfSO、LiN(RfOSO〔ここでRf、Rf’はフルオロアルキル基〕などが単独でまたは2種以上混合して用いられる。非水電解液中における電解質塩の濃度は、特に制限はないが、0.3mol/l以上であることが好ましく、0.4mol/l以上であることがより好ましく、また、1.7mol/l以下であることが好ましく、1.5mol/l以下であることがより好ましい。 Examples of electrolyte salts to be dissolved in an organic solvent in preparing a nonaqueous electrolyte include LiPF6 , LiBF4, LiAsF6 , LiSbF6, LiCF3SO3 , LiC4F9SO3 , LiCF3CO2 , Li2C2F4 ( SO3 ) 2 , LiCnF2n + 1SO3 (n≧ 2 ), LiN ( RfSO2 ) ( Rf'SO2 ), LiC( RfSO2 ) 3 , and LiN( RfOSO2 ) 2 (wherein Rf and Rf ' are fluoroalkyl groups) may be used alone or in combination of two or more. The concentration of the electrolyte salt in the nonaqueous electrolyte is not particularly limited, but is preferably 0.3 mol/L or more, more preferably 0.4 mol/L or more, and is preferably 1.7 mol/L or less, more preferably 1.5 mol/L or less.

また、非水電解液には、電池の充放電サイクル特性のさらなる改善や、高温貯蔵性や過充電防止などの安全性を向上させる目的で、ビニレンカーボネート(VC)、ビニルエチレンカーボネート、無水酸、スルホン酸エステル、ジニトリル、1,3-プロパンサルトン、ジフェニルジスルフィド、シクロヘキシルベンゼン、ビフェニル、フルオロベンゼン、t-ブチルベンゼンなどの添加剤(これらの誘導体も含む)を適宜加えることもできる。 Additives such as vinylene carbonate (VC), vinyl ethylene carbonate, acid anhydride, sulfonic acid ester, dinitrile, 1,3-propane sultone, diphenyl disulfide, cyclohexylbenzene, biphenyl, fluorobenzene, and t-butylbenzene (including derivatives thereof) can also be added to the non-aqueous electrolyte as appropriate to further improve the charge/discharge cycle characteristics of the battery and to improve safety, such as high-temperature storage properties and overcharging prevention.

非水電解質二次電池において、非水電解質としては、前記非水電解液以外にも、前記非水電解液をポリマーなどからなるゲル化剤でゲル化したゲル状の電解質や、公知の固体電解質を用いることもできる。 In non-aqueous electrolyte secondary batteries, in addition to the non-aqueous electrolyte, a gel electrolyte obtained by gelling the non-aqueous electrolyte with a gelling agent such as a polymer, or a known solid electrolyte can also be used as the non-aqueous electrolyte.

(電極体)
非水電解質二次電池において、負極と正極とは、セパレータを介して積層した積層体(積層電極体)や、この積層体を更に渦巻状に巻回した巻回体(巻回電極体)などの形態で使用される。
(electrode body)
In a nonaqueous electrolyte secondary battery, a negative electrode and a positive electrode are used in the form of a laminate (laminated electrode body) in which they are laminated with a separator interposed therebetween, or in the form of a wound body (wound electrode body) in which this laminate is further wound in a spiral shape.

(非水電解質二次電池の形態など)
非水電解質二次電池の形態については、特に制限はない。例えば、小型の円筒形、コイン形、ボタン形、扁平形、角形、電気自動車などに用いる大型のものなど、いずれであってもよい。
(Form of non-aqueous electrolyte secondary battery, etc.)
There is no particular limitation on the shape of the nonaqueous electrolyte secondary battery, and it may be any shape, such as a small cylindrical shape, coin shape, button shape, flat shape, rectangular shape, or a large shape for use in electric vehicles.

図5および図6に、本発明の非水電解質二次電池の一例を模式的に表す図面を示す。図5は、非水電解質二次電池の平面図であり、図6は図5のI-I線断面図である。 Figures 5 and 6 show schematic diagrams illustrating an example of a nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention. Figure 5 is a plan view of the nonaqueous electrolyte secondary battery, and Figure 6 is a cross-sectional view taken along line I-I in Figure 5.

図5および図6に示す非水電解質二次電池1は、2枚の金属ラミネートフィルムで構成したラミネートフィルム外装体2内に、正極5と負極6とをセパレータ7を介して積層した電極体と、非水電解質(図示しない)とを収容しており、ラミネートフィルム外装体2は、その外周部において、上下の金属ラミネートフィルムを熱融着することにより封止されている。 The nonaqueous electrolyte secondary battery 1 shown in Figures 5 and 6 contains an electrode assembly in which a positive electrode 5 and a negative electrode 6 are laminated with a separator 7 between them, and a nonaqueous electrolyte (not shown) in a laminate film exterior 2 made of two sheets of metal laminate film, and the laminate film exterior 2 is sealed at its outer periphery by heat fusing the upper and lower metal laminate films.

なお、図6では、図面が煩雑になることを避けるために、ラミネートフィルム外装体2を構成している各層や、正極5および負極6の各層を区別して示していない。 In FIG. 6, in order to avoid complicating the drawing, the layers constituting the laminate film exterior body 2 and the layers of the positive electrode 5 and negative electrode 6 are not shown separately.

正極5は、電池1内で正極外部端子3と接続しており、また、図示していないが、負極6も、電池1内で負極外部端子4と接続している。そして、正極外部端子3および負極外部端子4は、外部の機器などと接続可能なように、片端側をラミネートフィルム外装体2の外側に引き出されている。 The positive electrode 5 is connected to the positive electrode external terminal 3 within the battery 1, and although not shown, the negative electrode 6 is also connected to the negative electrode external terminal 4 within the battery 1. One end of each of the positive electrode external terminal 3 and the negative electrode external terminal 4 is extended to the outside of the laminate film exterior body 2 so that they can be connected to external devices, etc.

非水電解質二次電池においては、前記の通り、Liイオンをドープした負極活物質を少なくとも含有する負極を用いてもよいが、Liイオンをドープしていない負極活物質を含有する負極を用いて電池を組み立て、その電池内において負極の負極合剤層中の負極活物質へLiイオンをドープ(系内プレドープ)してもよい。 In a non-aqueous electrolyte secondary battery, as described above, a negative electrode containing at least a negative electrode active material doped with Li ions may be used, but a battery may also be assembled using a negative electrode containing a negative electrode active material that is not doped with Li ions, and Li ions may be doped into the negative electrode active material in the negative electrode mixture layer of the negative electrode in the battery (in-situ pre-doping).

負極の負極合剤層中の負極活物質への系内プレドープは、例えば、正極および負極とは別にLi供給源(リチウム金属箔、リチウム合金箔など)を有する電極、すなわち、Liイオンを負極活物質にドープするためのプレドープ用電極を使用して電池を組み立て、このプレドープ用電極に通電することで、電池内で前記Li供給源から負極合剤層中の負極活物質にLiイオンをドープすることにより実施することができる。よって、系内プレドープによって負極活物質へLiイオンをドープする形式の電池の場合、Liイオンのドープが終了した時点においても、Li供給源の一部が残存するかまたは全部が消失したプレドープ用電極が電池内に残存している。 The in-situ pre-doping of the negative electrode active material in the negative electrode mixture layer of the negative electrode can be carried out, for example, by assembling a battery using an electrode having a Li supply source (lithium metal foil, lithium alloy foil, etc.) separate from the positive electrode and negative electrode, i.e., a pre-doping electrode for doping Li ions into the negative electrode active material, and by passing current through this pre-doping electrode, Li ions are doped from the Li supply source into the negative electrode active material in the negative electrode mixture layer within the battery. Therefore, in the case of a battery in which Li ions are doped into the negative electrode active material by in-situ pre-doping, even at the time when the doping of Li ions is completed, the pre-doping electrode remains in the battery with some or all of the Li supply source remaining.

他方、系外プレドープによってあらかじめLiイオンをドープした負極活物質を含有する負極を用いて組み立てた非水電解質二次電池の場合には、Liイオンのドープに利用される(または利用された)プレドープ用電極を内部に有しない。 On the other hand, in the case of a non-aqueous electrolyte secondary battery assembled using a negative electrode containing a negative electrode active material that has been doped with Li ions in advance by ex-situ pre-doping, there is no internal pre-doping electrode that is used (or has been used) for doping with Li ions.

本発明の非水電解質二次電池は、従来から知られている非水電解質二次電池と同じ用途に適用することができる。また、本発明の非水電解質二次電池用負極は、本発明の非水電解質二次電池を構成できる。 The nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention can be used in the same applications as conventionally known nonaqueous electrolyte secondary batteries. In addition, the negative electrode for the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention can constitute the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention.

以下、実施例に基づいて本発明を詳細に述べる。ただし、下記実施例は、本発明を制限するものではない。 The present invention will be described in detail below based on examples. However, the following examples do not limit the present invention.

実施例1
<負極の作製>
負極活物質である酸化ケイ素(SiO):87質量部、導電助剤であるアセチレンブラック:5質量部、およびバインダであるポリアクリル酸:8質量部を、水を溶剤として均一になるように混合して負極合剤含有ペーストを調製した。
Example 1
<Preparation of negative electrode>
A negative electrode mixture-containing paste was prepared by uniformly mixing 87 parts by mass of silicon oxide (SiO) as a negative electrode active material, 5 parts by mass of acetylene black as a conductive additive, and 8 parts by mass of polyacrylic acid as a binder using water as a solvent.

この負極合剤含有ペーストを負極集電体となる厚みが6μmの銅箔の片面に塗布し、乾燥して、厚みが46μmの負極合剤層を負極集電体の片面に有する負極を作製した。得られた負極においては、負極合剤層の平面視のサイズが2.5cm×4.1cmであった。また、負極合剤含有ペーストを負極集電体に塗布する際には、負極集電体の一部に負極合剤層を形成しない露出部を設けておき、そこを負極外部端子として利用した。 This paste containing the negative electrode mixture was applied to one side of a 6 μm-thick copper foil that served as a negative electrode current collector, and then dried to produce a negative electrode having a 46 μm-thick negative electrode mixture layer on one side of the negative electrode current collector. In the obtained negative electrode, the size of the negative electrode mixture layer in plan view was 2.5 cm x 4.1 cm. In addition, when applying the paste containing the negative electrode mixture to the negative electrode current collector, an exposed portion was provided on part of the negative electrode current collector where no negative electrode mixture layer was formed, and this was used as the negative electrode external terminal.

前記負極において、負極合剤層の前記表面部および全体の空隙率は、それぞれ47.8%、55.3%であった。また、負極合剤層の前記表面部における導電助剤の含有量(A)は、負極合剤層の厚み方向の中央より集電体側における導電助剤の含有量(B)よりも多く、その比(A)/(B)は2.9であった。さらに、負極合剤層の表面の凹凸の算術平均粗さは5.5μmであり、前記算術平均粗さを求める際に測定した凸部の最大山高さは38.8μmであった。 In the negative electrode, the porosity of the surface portion and the entire negative electrode mixture layer was 47.8% and 55.3%, respectively. The content (A) of the conductive assistant in the surface portion of the negative electrode mixture layer was greater than the content (B) of the conductive assistant on the collector side of the center in the thickness direction of the negative electrode mixture layer, and the ratio (A)/(B) was 2.9. Furthermore, the arithmetic mean roughness of the unevenness of the surface of the negative electrode mixture layer was 5.5 μm, and the maximum peak height of the convex portions measured when determining the arithmetic mean roughness was 38.8 μm.

<正極の作製>
正極活物質であるLiCoO:85質量部、導電助剤であるアセチレンブラック:10質量部、およびバインダであるPVDF:5質量部を、NMPを溶剤として均一になるように混合して、正極合剤含有ペーストを調製した。
<Preparation of Positive Electrode>
A positive electrode mixture-containing paste was prepared by uniformly mixing 85 parts by mass of LiCoO 2 as a positive electrode active material, 10 parts by mass of acetylene black as a conductive additive, and 5 parts by mass of PVDF as a binder using NMP as a solvent.

この正極合剤含有ペーストを負極集電体となる厚みが11μmのアルミニウム箔の片面に塗布し、乾燥してからローププレス機で圧縮処理を施して、厚みが58μmの正極合剤層を正極集電体の片面に有する正極を作製した。得られた正極においては、正極合剤層の平面視のサイズが2.7cm×4.2cmであった。また、正極合剤含有ペーストを正極集電体に塗布する際には、正極集電体の一部に正極合剤層を形成しない露出部を設けておき、そこを正極外部端子として利用した。 This paste containing the positive electrode mixture was applied to one side of an 11 μm thick aluminum foil that would serve as a negative electrode current collector, dried, and compressed using a rope press to produce a positive electrode having a 58 μm thick positive electrode mixture layer on one side of the positive electrode current collector. In the resulting positive electrode, the size of the positive electrode mixture layer in plan view was 2.7 cm x 4.2 cm. In addition, when applying the paste containing the positive electrode mixture to the positive electrode current collector, an exposed portion was provided on part of the positive electrode current collector where no positive electrode mixture layer was formed, and this was used as the positive electrode external terminal.

<電池の組み立て>
前記の正極と前記の負極とを、PE製微多孔膜セパレータ(厚み16μm、空孔率40%)を介在させつつ重ね合わせて積層電極体とした。この積層電極体を8cm×7cmのアルミニウムラミネートフィルムからなる袋状の外装体内に挿入した。なお、積層電極体の正極外部端子および負極外部端子の一部は、外装体の開口部から突出するようにした。次に、ECとDECとMECとを1:1:1の体積比で混合した溶液にLiPFを1mol/Lの濃度で溶解させた後、更にVCを1質量%となる量で溶解させて調製した非水電解液を外装体内に注入した。その後、外装体の開口部を封口して、図5に示す外観で、図6に示す断面構造の非水電解液二次電池を作製した。
<Battery assembly>
The positive electrode and the negative electrode were stacked with a PE microporous membrane separator (thickness 16 μm, porosity 40%) interposed therebetween to form a laminated electrode body. The laminated electrode body was inserted into a bag-shaped exterior body made of an 8 cm x 7 cm aluminum laminate film. A part of the positive electrode external terminal and the negative electrode external terminal of the laminated electrode body were made to protrude from the opening of the exterior body. Next, LiPF 6 was dissolved at a concentration of 1 mol/L in a solution in which EC, DEC, and MEC were mixed in a volume ratio of 1:1:1, and then VC was further dissolved in an amount of 1 mass% to prepare a nonaqueous electrolyte solution, which was then injected into the exterior body. Thereafter, the opening of the exterior body was sealed to produce a nonaqueous electrolyte secondary battery having the appearance shown in FIG. 5 and the cross-sectional structure shown in FIG. 6.

実施例2
実施例1で用いたものと同じ酸化ケイ素を、ポリアミック酸溶液「DREAMBOND」(登録商標、Industrial Summit Technology Corporation社製)と混合し、200℃で10時間加熱して、ポリイミドで表面を被覆した酸化ケイ素(酸化ケイ素:95質量部に対して、ポリイミドが5質量部)を得た。これを負極活物質として用いた以外は実施例1と同様にして負極を作製し、この負極を用いた以外は実施例1と同様にして非水電解質二次電池を作製した。
Example 2
The same silicon oxide as used in Example 1 was mixed with a polyamic acid solution "DREAMBOND" (registered trademark, manufactured by Industrial Summit Technology Corporation) and heated at 200°C for 10 hours to obtain silicon oxide having a surface coated with polyimide (silicon oxide: 95 parts by mass, polyimide: 5 parts by mass). A negative electrode was produced in the same manner as in Example 1 except that this was used as the negative electrode active material, and a nonaqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that this negative electrode was used.

実施例2で作製した負極において、負極合剤層の前記表面部および全体の空隙率は、それぞれ50.3%、55.7%であった。また、負極合剤層の前記表面部における導電助剤の含有量(A)は、負極合剤層の厚み方向の中央より集電体側における導電助剤の含有量(B)よりも多く、その比(A)/(B)は2.3であった。さらに、負極合剤層の表面の凹凸の算術平均粗さは4.3μmであり、前記算術平均粗さを求める際に測定した凸部の最大山高さは38.5μmであった。 In the negative electrode prepared in Example 2, the porosity of the surface portion and the entire negative electrode mixture layer was 50.3% and 55.7%, respectively. The content (A) of the conductive assistant in the surface portion of the negative electrode mixture layer was greater than the content (B) of the conductive assistant on the collector side of the center in the thickness direction of the negative electrode mixture layer, and the ratio (A)/(B) was 2.3. Furthermore, the arithmetic mean roughness of the unevenness of the surface of the negative electrode mixture layer was 4.3 μm, and the maximum peak height of the convex portion measured when determining the arithmetic mean roughness was 38.5 μm.

比較例1
負極集電体の表面に負極合剤含有ペーストを塗布し、乾燥した後に、ロールプレス機で圧縮処理を施した以外は、実施例2と同様にして負極を作製し、この負極を用いた以外は実施例2と同様にして非水電解質二次電池を作製した。
Comparative Example 1
A negative electrode was produced in the same manner as in Example 2, except that the negative electrode mixture-containing paste was applied to the surface of the negative electrode current collector, dried, and then compressed with a roll press. A nonaqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 2, except that this negative electrode was used.

比較例1で作製した負極において、負極合剤層の前記表面部および全体の空隙率は、それぞれ38.2%、45.7%であった。また、負極合剤層の前記表面部における導電助剤の含有量(A)と、負極合剤層の厚み方向の中央より集電体側における導電助剤の含有量(B)とは同等で、その比(A)/(B)は0.9であった。さらに、負極合剤層の表面の凹凸の算術平均粗さは4.0μmであり、前記算術平均粗さを求める際に測定した凸部の最大山高さは26.8μmであった。 In the negative electrode produced in Comparative Example 1, the porosity of the surface portion and the entire negative electrode mixture layer was 38.2% and 45.7%, respectively. In addition, the content (A) of the conductive assistant in the surface portion of the negative electrode mixture layer was equal to the content (B) of the conductive assistant on the collector side from the center in the thickness direction of the negative electrode mixture layer, and the ratio (A)/(B) was 0.9. Furthermore, the arithmetic mean roughness of the unevenness of the surface of the negative electrode mixture layer was 4.0 μm, and the maximum peak height of the convex portion measured when determining the arithmetic mean roughness was 26.8 μm.

実施例および比較例の非水電解質二次電池について、設計容量に対して0.5Cの電流値で4.35Vになるまで定電流充電し、その後0.5Cの電流値で2.5Vになるまで定電流放電する一連の操作を1000サイクル繰り返した。そして、各電池について、1000サイクル目の放電容量を1サイクル目の放電容量で除した値を百分率で表した容量維持率を求めて、充放電サイクル特性を評価した。 For the nonaqueous electrolyte secondary batteries of the examples and comparative examples, a series of operations was repeated 1000 cycles, in which a constant current charge was performed at a current value of 0.5 C until the voltage reached 4.35 V relative to the design capacity, and then a constant current discharge was performed at a current value of 0.5 C until the voltage reached 2.5 V. Then, for each battery, the capacity retention rate was calculated as a percentage by dividing the discharge capacity at the 1000th cycle by the discharge capacity at the 1st cycle, and the charge/discharge cycle characteristics were evaluated.

前記の評価結果を、各電池に用いた負極について、前記の方法で求めた負極合剤層の前記表面部の空隙率、負極合剤層の表面の凹凸の算術平均粗さ、および負極合剤層の表面の凸部の最大山高さと併せて表1に示す。 The evaluation results are shown in Table 1 for the negative electrodes used in each battery, together with the porosity of the surface of the negative electrode mixture layer, the arithmetic mean roughness of the surface irregularities of the negative electrode mixture layer, and the maximum peak height of the protrusions on the surface of the negative electrode mixture layer, all determined by the above method.

Figure 0007699453000001
Figure 0007699453000001

表1に示す通り、負極合剤層の前記表面部の空隙率を好適な値に調整した負極を用いた実施例1、2の非水電解質二次電池は、前記表面部の空隙率が不適な負極を用いた比較例1の電池に比べて、充放電サイクル特性評価時の容量維持率が大きく、優れた充放電サイクル特性を有していた。 As shown in Table 1, the nonaqueous electrolyte secondary batteries of Examples 1 and 2, which used a negative electrode in which the porosity of the surface portion of the negative electrode mixture layer was adjusted to a suitable value, had a larger capacity retention rate during the charge-discharge cycle characteristic evaluation and had excellent charge-discharge cycle characteristics compared to the battery of Comparative Example 1, which used a negative electrode in which the porosity of the surface portion was inappropriate.

なお、実施例1の電池と実施例2の電池とを比較すると、表面をポリイミドで被覆した負極活物質を使用した実施例2の電池の方が、表面を被覆していない負極活物質を使用した実施例1の電池よりも、充放電サイクル特性の評価結果が良好であった。これは、実施例2の電池では、ポリイミドの採用によって充放電の繰り返しによる負極活物質の体積変化が小さく、実施例1の電池に比べて負極合剤層の導電性の低下が抑制されたためであると考えられる。 Comparing the battery of Example 1 with the battery of Example 2, the battery of Example 2, which used a negative electrode active material whose surface was coated with polyimide, had better evaluation results for the charge-discharge cycle characteristics than the battery of Example 1, which used a negative electrode active material whose surface was not coated. This is thought to be because the use of polyimide in the battery of Example 2 reduced the volume change of the negative electrode active material due to repeated charging and discharging, and reduced the decrease in the conductivity of the negative electrode mixture layer compared to the battery of Example 1.

1 非水電解質二次電池
2 ラミネートフィルム外装体
3 正極外部端子
4 負極外部端子
5 正極
6 負極
7 セパレータ
REFERENCE SIGNS LIST 1 nonaqueous electrolyte secondary battery 2 laminate film exterior 3 positive electrode external terminal 4 negative electrode external terminal 5 positive electrode 6 negative electrode 7 separator

Claims (5)

負極活物質とバインダとを含有する負極合剤層を集電体上に有する非水電解質二次電池用負極であって、
前記負極合剤層の、前記集電体とは反対側の表面から厚み方向に10μmの位置までの領域を、前記負極合剤層の表面部としたとき、
前記負極合剤層の前記表面部における空隙率が、40%以上であり、
前記負極合剤層が導電助剤を含有し、
前記負極合剤層の前記表面部における導電助剤の含有量(A)が、前記負極合剤層の厚み方向の中央から前記集電体側に10μmの位置までの領域における導電助剤の含有量(B)よりも多く、かつ前記導電助剤の含有量(B)が正の値であり、
前記導電助剤の含有量(A)と前記導電助剤の含有量(B)との比(A)/(B)が、2以上3.5以下であることを特徴とする非水電解質二次電池用負極。
A negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery having a negative electrode mixture layer on a current collector, the negative electrode mixture layer including a negative electrode active material and a binder,
When a region of the negative electrode mixture layer extending from the surface opposite to the current collector to a position 10 μm in a thickness direction is defined as a surface portion of the negative electrode mixture layer,
the porosity of the surface portion of the negative electrode mixture layer is 40% or more,
The negative electrode mixture layer contains a conductive assistant,
a content (A) of the conductive assistant in the surface portion of the negative electrode mixture layer is greater than a content (B) of the conductive assistant in a region from a center in a thickness direction of the negative electrode mixture layer to a position 10 μm toward the current collector, and the content (B) of the conductive assistant is a positive value,
a ratio (A)/(B) of the content (A) of the conductive assistant to the content (B) of the conductive assistant is 2 or more and 3.5 or less .
前記負極活物質として、ケイ素またはケイ素酸化物を含有する請求項1に記載の非水電解質二次電池用負極。 The negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the negative electrode active material contains silicon or silicon oxide. 前記負極合剤層の前記集電体とは反対側の表面の凹凸の算術平均粗さが、4.1μm以上である請求項1または2に記載の非水電解質二次電池用負極。 3. The negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery in accordance with claim 1, wherein the arithmetic mean roughness of the surface of the negative electrode mixture layer opposite to the current collector is 4.1 [mu]m or more. 前記負極活物質の表面がポリイミドで被覆されている請求項1~のいずれかに記載の非水電解質二次電池用負極。 4. The negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery in accordance with claim 1 , wherein the surface of the negative electrode active material is covered with a polyimide. 正極、負極、前記正極と前記負極との間に介在するセパレータ、および非水電解質を有する非水電解質二次電池であって、
前記負極として、請求項1~のいずれかに記載の非水電解質二次電池用負極を有することを特徴とする非水電解質二次電池。
A non-aqueous electrolyte secondary battery having a positive electrode, a negative electrode, a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode, and a non-aqueous electrolyte,
A non-aqueous electrolyte secondary battery comprising the negative electrode for non-aqueous electrolyte secondary batteries according to any one of claims 1 to 4 as the negative electrode.
JP2021058953A 2021-03-31 2021-03-31 Negative electrode for non-aqueous electrolyte secondary battery and non-aqueous electrolyte secondary battery Active JP7699453B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021058953A JP7699453B2 (en) 2021-03-31 2021-03-31 Negative electrode for non-aqueous electrolyte secondary battery and non-aqueous electrolyte secondary battery

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021058953A JP7699453B2 (en) 2021-03-31 2021-03-31 Negative electrode for non-aqueous electrolyte secondary battery and non-aqueous electrolyte secondary battery

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2022155624A JP2022155624A (en) 2022-10-14
JP7699453B2 true JP7699453B2 (en) 2025-06-27

Family

ID=83558610

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2021058953A Active JP7699453B2 (en) 2021-03-31 2021-03-31 Negative electrode for non-aqueous electrolyte secondary battery and non-aqueous electrolyte secondary battery

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7699453B2 (en)

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005044814A (en) 1997-01-28 2005-02-17 Canon Inc Electrode structure and secondary battery
JP2009064714A (en) 2007-09-07 2009-03-26 Toyota Motor Corp Electrode body and lithium secondary battery using the same
JP2011216297A (en) 2010-03-31 2011-10-27 Panasonic Corp Wound electrode group, battery including the same, and method of manufacturing battery
WO2012132958A1 (en) 2011-03-31 2012-10-04 三洋電機株式会社 Lithium secondary battery and method for manufacturing same
JP2013235685A (en) 2012-05-07 2013-11-21 Furukawa Electric Co Ltd:The Negative electrode material for lithium ion secondary batteries, negative electrode for lithium ion secondary batteries arranged by use thereof, and lithium ion secondary battery arranged by use thereof
JP2014143151A (en) 2013-01-25 2014-08-07 Toyota Motor Corp Nonaqueous electrolyte secondary battery
JP2015118871A (en) 2013-12-19 2015-06-25 凸版印刷株式会社 Anode for non-aqueous electrolyte secondary battery and non-aqueous electrolyte secondary battery
JP2016115633A (en) 2014-12-17 2016-06-23 日産自動車株式会社 Negative electrode active material for electric device, and electric device using the same
WO2016136543A1 (en) 2015-02-26 2016-09-01 株式会社アイ.エス.テイ Polyimide-coated active material particles, slurry for electrode material, negative electrode, battery, and method for producing polyimide-coated active material particles
JP2020107448A (en) 2018-12-27 2020-07-09 国立研究開発法人産業技術総合研究所 Method of manufacturing secondary battery electrode
WO2021131882A1 (en) 2019-12-25 2021-07-01 三洋電機株式会社 Non-aqueous electrolyte secondary battery
WO2022138916A1 (en) 2020-12-24 2022-06-30 パナソニックIpマネジメント株式会社 Negative electrode for nonaqueous electrolyte secondary battery, and nonaqueous electrolyte secondary battery

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005044814A (en) 1997-01-28 2005-02-17 Canon Inc Electrode structure and secondary battery
JP2009064714A (en) 2007-09-07 2009-03-26 Toyota Motor Corp Electrode body and lithium secondary battery using the same
JP2011216297A (en) 2010-03-31 2011-10-27 Panasonic Corp Wound electrode group, battery including the same, and method of manufacturing battery
WO2012132958A1 (en) 2011-03-31 2012-10-04 三洋電機株式会社 Lithium secondary battery and method for manufacturing same
JP2013235685A (en) 2012-05-07 2013-11-21 Furukawa Electric Co Ltd:The Negative electrode material for lithium ion secondary batteries, negative electrode for lithium ion secondary batteries arranged by use thereof, and lithium ion secondary battery arranged by use thereof
JP2014143151A (en) 2013-01-25 2014-08-07 Toyota Motor Corp Nonaqueous electrolyte secondary battery
JP2015118871A (en) 2013-12-19 2015-06-25 凸版印刷株式会社 Anode for non-aqueous electrolyte secondary battery and non-aqueous electrolyte secondary battery
JP2016115633A (en) 2014-12-17 2016-06-23 日産自動車株式会社 Negative electrode active material for electric device, and electric device using the same
WO2016136543A1 (en) 2015-02-26 2016-09-01 株式会社アイ.エス.テイ Polyimide-coated active material particles, slurry for electrode material, negative electrode, battery, and method for producing polyimide-coated active material particles
JP2020107448A (en) 2018-12-27 2020-07-09 国立研究開発法人産業技術総合研究所 Method of manufacturing secondary battery electrode
WO2021131882A1 (en) 2019-12-25 2021-07-01 三洋電機株式会社 Non-aqueous electrolyte secondary battery
WO2022138916A1 (en) 2020-12-24 2022-06-30 パナソニックIpマネジメント株式会社 Negative electrode for nonaqueous electrolyte secondary battery, and nonaqueous electrolyte secondary battery

Also Published As

Publication number Publication date
JP2022155624A (en) 2022-10-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108807974B (en) Lithium Ion Battery
KR102100879B1 (en) Positive electrode for secondary battery, preparation method thereof, and lithium secondary battery comprising the same
JP7297378B2 (en) Negative electrode for secondary battery and secondary battery including the same
CN107925061B (en) Method for making electrodes
JP2008251401A (en) Electrode and electrochemical device
KR20140099715A (en) Binder for secondary battery, cathode and secondary battery comprising the same
JP7322776B2 (en) lithium ion secondary battery
JP7807137B2 (en) Negative electrode and secondary battery including the same
JP7807139B2 (en) Positive electrode slurry composition and lithium secondary battery manufactured using the same
JP7782924B2 (en) Positive electrode and secondary battery including the same
KR102358446B1 (en) Negative electrode for lithium secondary battery, and lithium secondary battery comprising the same
JP2019175657A (en) Lithium ion secondary battery
JP7779936B2 (en) Negative electrode and secondary battery including the same
JP7361340B2 (en) Negative electrode for non-aqueous electrolyte secondary batteries and non-aqueous electrolyte secondary batteries
WO2015046394A1 (en) Negative-electrode active material, negative electrode using same, and lithium-ion secondary battery
US20170250402A1 (en) Positive electrode active material for lithium ion secondary battery, lithium ion secondary battery positive electrode using the same, and lithium ion secondary battery
JP7699453B2 (en) Negative electrode for non-aqueous electrolyte secondary battery and non-aqueous electrolyte secondary battery
JP2011192445A (en) Positive electrode active material particle for lithium ion battery, and lithium ion battery
JP7618467B2 (en) Electrode, lithium ion secondary battery, and method for manufacturing electrode
CN117936776A (en) Graphite negative electrode active material, negative electrode sheet, secondary battery and device
JP2014220074A (en) Positive electrode for nonaqueous electrolyte secondary battery, nonaqueous electrolyte secondary battery and method of manufacturing nonaqueous electrolyte secondary battery
JP2024067290A (en) Electrode, battery and method for producing electrode
JP2023134262A (en) Positive electrode active material layer, positive electrode and lithium-ion secondary battery
KR20110033995A (en) Mixed anode material for lithium secondary battery and high output lithium secondary battery comprising same
JP7774572B2 (en) Positive electrode for non-aqueous electrolyte secondary battery, manufacturing method thereof and inspection method thereof, and non-aqueous electrolyte secondary battery and manufacturing method thereof

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20231225

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20241225

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20241225

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20250213

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20250317

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20250507

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20250610

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20250617

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7699453

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150