JP7816566B2 - Negative electrode for secondary battery and secondary battery - Google Patents
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Description
本技術は、二次電池用負極および二次電池に関する。 This technology relates to negative electrodes for secondary batteries and secondary batteries.
携帯電話機などの多様な電子機器が普及しているため、小型かつ軽量であると共に高エネルギー密度が得られる電源として二次電池の開発が進められている。この二次電池は、正極および負極(二次電池用負極)と共に電解液を備えており、その二次電池の構成に関しては、様々な検討がなされている。 With the widespread use of a wide variety of electronic devices, such as mobile phones, development is underway on secondary batteries as a power source that is small, lightweight, and offers high energy density. These secondary batteries contain a positive electrode, a negative electrode (secondary battery negative electrode), and an electrolyte, and various studies are being conducted on the configuration of these secondary batteries.
具体的には、負極が第1活物質粒子および第2活物質粒子を含んでいる(例えば、特許文献1参照。)。この第1活物質粒子は、ケイ素またはケイ素合金を含んでいると共に、第2活物質粒子は、酸化ケイ素(SiOx (x=0.5~1.5))を含んでいる。 Specifically, the negative electrode contains first and second active material particles (see, for example, Patent Document 1). The first active material particles contain silicon or a silicon alloy, and the second active material particles contain silicon oxide (SiO x (x=0.5 to 1.5)).
二次電池の構成に関する様々な検討がなされているが、その二次電池の電池特性は未だ十分でないため、改善の余地がある。 Various studies have been conducted on the configuration of secondary batteries, but the battery characteristics of these batteries are still insufficient and there is room for improvement.
優れた電池特性を得ることが可能である二次電池用負極および二次電池が望まれている。 There is a demand for negative electrodes for secondary batteries and secondary batteries that can achieve excellent battery characteristics.
本技術の一実施形態の二次電池用負極は、複数の第1負極活物質粒子および複数の第2負極活物質粒子を含むものである。第1負極活物質粒子は、ケイ素の酸化物を含み、第2負極活物質粒子は、ケイ素の単体およびケイ素の合金のうちの少なくとも一方を含む。電子顕微鏡を用いた断面の観察結果において、複数の第1負極活物質粒子のメジアン径は、5μm以上8μm以下であり、複数の第2負極活物質粒子のメジアン径は、0.12μm以上1.2μm以下であり、その複数の第2負極活物質粒子のメジアン径に対する複数の第1負極活物質粒子のメジアン径の比は、5以上50以下であり、その複数の第2負極活物質粒子の総面積に対する複数の第1負極活物質粒子の総面積の比は、0.6以上0.9以下である。 In one embodiment of the present technology, a secondary battery negative electrode includes a plurality of first negative electrode active material particles and a plurality of second negative electrode active material particles. The first negative electrode active material particles include an oxide of silicon, and the second negative electrode active material particles include at least one of elemental silicon and a silicon alloy. Cross-sectional observation using an electron microscope revealed that the median diameter of the first negative electrode active material particles was 5 μm or more and 8 μm or less, and the median diameter of the second negative electrode active material particles was 0.12 μm or more and 1.2 μm or less, the ratio of the median diameter of the first negative electrode active material particles to the median diameter of the second negative electrode active material particles was 5 or more and 50 or less, and the ratio of the total area of the first negative electrode active material particles to the total area of the second negative electrode active material particles was 0.6 or more and 0.9 or less.
本技術の一実施形態の二次電池は、正極、負極および電解液を備え、その負極が上記した本技術の一実施形態の二次電池用負極の構成と同様の構成を有するものである。 A secondary battery according to one embodiment of the present technology comprises a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte, and the negative electrode has a configuration similar to that of the negative electrode for a secondary battery according to one embodiment of the present technology described above.
下記の4種類の構成条件は、上記したように、電子顕微鏡を用いた負極の断面の観察結果に基づいて特定される。この4種類の構成条件の特定手順の詳細に関しては、後述する。
(1)複数の第1負極活物質粒子のメジアン径の範囲
(2)複数の第2負極活物質粒子のメジアン径の範囲
(3)複数の第2負極活物質粒子のメジアン径に対する複数の第1負極活物質粒子のメジアン径の比の範囲
(4)複数の第2負極活物質粒子の総面積に対する複数の第1負極活物質粒子の総面積の比の範囲
The following four types of configuration conditions are identified based on the results of observing the cross section of the negative electrode using an electron microscope, as described above. The details of the procedure for identifying these four types of configuration conditions will be described later.
(1) Range of median diameters of the plurality of first negative electrode active material particles; (2) Range of median diameters of the plurality of second negative electrode active material particles; (3) Range of ratio of median diameters of the plurality of first negative electrode active material particles to median diameters of the plurality of second negative electrode active material particles; (4) Range of ratio of total area of the plurality of first negative electrode active material particles to total area of the plurality of second negative electrode active material particles.
本技術の一実施形態の二次電池用負極または二次電池によれば、その二次電池用負極が複数の第1負極活物質粒子粒子および複数の第2負極活物質粒子を含んでおり、その第1負極活物質粒子がケイ素の酸化物を含んでおり、その第2負極活物質粒子がケイ素の単体およびケイ素の合金のうちの少なくとも一方を含んでおり、上記した4種類の構成条件が満たされているので、優れた電池特性を得ることができる。 According to one embodiment of the present technology, the secondary battery negative electrode or secondary battery includes a plurality of first negative electrode active material particles and a plurality of second negative electrode active material particles, the first negative electrode active material particles include an oxide of silicon, and the second negative electrode active material particles include at least one of elemental silicon and a silicon alloy, and since the above-mentioned four configuration conditions are satisfied, excellent battery characteristics can be obtained.
なお、本技術の効果は、必ずしもここで説明された効果に限定されるわけではなく、後述する本技術に関連する一連の効果のうちのいずれの効果でもよい。 Note that the effects of this technology are not necessarily limited to the effects described here, but may be any of a series of effects related to this technology described below.
以下、本技術の一実施形態に関して、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、説明する順序は、下記の通りである。
1.二次電池用負極
1-1.構成
1-2.動作
1-3.製造方法
1-4.作用および効果
2.二次電池
2-1.構成
2-2.動作
2-3.製造方法
2-4.作用および効果
3.変形例
4.二次電池の用途
Hereinafter, an embodiment of the present technology will be described in detail with reference to the drawings. The description will be made in the following order.
1. Negative electrode for secondary battery 1-1. Structure 1-2. Operation 1-3. Manufacturing method 1-4. Action and effect 2. Secondary battery 2-1. Structure 2-2. Operation 2-3. Manufacturing method 2-4. Action and effect 3. Modification 4. Uses of secondary battery
<1.二次電池用負極>
まず、本技術の一実施形態の二次電池用負極(以下、単に「負極」と呼称する。)に関して説明する。
<1. Negative electrode for secondary batteries>
First, a negative electrode for a secondary battery (hereinafter simply referred to as "negative electrode") according to one embodiment of the present technology will be described.
ここで説明する負極は、電気化学デバイスである二次電池に用いられる。ただし、負極は、二次電池以外の他の電気化学デバイスに用いられてもよい。他の電気化学デバイスの具体例は、一次電池およびキャパシタなどである。 The negative electrode described here is used in a secondary battery, which is an electrochemical device. However, the negative electrode may also be used in electrochemical devices other than secondary batteries. Examples of other electrochemical devices include primary batteries and capacitors.
この負極は、電気化学デバイスの動作時(電極反応時)において、電極反応物質を吸蔵放出する。電極反応物質の種類は、特に限定されないが、具体的には、アルカリ金属およびアルカリ土類金属などの軽金属である。アルカリ金属の具体例は、リチウム、ナトリウムおよびカリウムなどであると共に、アルカリ土類金属の具体例は、ベリリウム、マグネシウムおよびカルシウムなどである。This negative electrode absorbs and releases electrode reactants during the operation of the electrochemical device (electrode reaction). The type of electrode reactant is not particularly limited, but examples include light metals such as alkali metals and alkaline earth metals. Specific examples of alkali metals include lithium, sodium, and potassium, while specific examples of alkaline earth metals include beryllium, magnesium, and calcium.
以下では、電極反応物質がリチウムである場合を例に挙げる。これにより、負極では、電極反応時においてリチウムがイオン状態で吸蔵放出される。 In the following, we will use an example where the electrode reactant is lithium. As a result, lithium is absorbed and released in ionic form at the negative electrode during the electrode reaction.
<1-1.構成>
図1は、負極の一例である負極100の断面構成を表していると共に、図2は、図1に示した複数の第1負極活物質粒子121および複数の第2負極活物質粒子122のそれぞれの断面構成を表している。
<1-1. Structure>
FIG. 1 shows the cross-sectional structure of a negative electrode 100, which is an example of a negative electrode, and FIG. 2 shows the cross-sectional structures of a plurality of first negative electrode active material particles 121 and a plurality of second negative electrode active material particles 122 shown in FIG. 1.
この負極100は、図1に示したように、負極集電体110および負極活物質層120を備えている。 As shown in Figure 1, this negative electrode 100 comprises a negative electrode current collector 110 and a negative electrode active material layer 120.
[負極集電体]
負極集電体110は、図1に示したように、負極活物質層120を支持する導電性の支持部材であり、その負極活物質層120が設けられる一対の面(上面および下面)を有している。この負極集電体110は、金属材料などの導電性材料のうちのいずれか1種類または2種類以上を含んでおり、その導電性材料の具体例は、銅などである。
[Negative electrode current collector]
1, the negative electrode current collector 110 is a conductive support member that supports the negative electrode active material layer 120, and has a pair of surfaces (upper and lower surfaces) on which the negative electrode active material layer 120 is provided. The negative electrode current collector 110 contains one or more types of conductive materials such as metal materials, and a specific example of the conductive material is copper.
負極集電体110の表面は、電解法を用いて粗面化されていることが好ましい。いわゆるアンカー効果を利用して、負極集電体110に対する負極活物質層120の密着性が向上するからである。 It is preferable that the surface of the negative electrode current collector 110 is roughened using an electrolytic method. This is because the so-called anchor effect is utilized to improve the adhesion of the negative electrode active material layer 120 to the negative electrode current collector 110.
ただし、負極集電体110は、省略されてもよい。すなわち、負極100は、負極活物質層120だけを含んでいてもよい。 However, the negative electrode current collector 110 may be omitted. That is, the negative electrode 100 may include only the negative electrode active material layer 120.
[負極活物質層]
負極活物質層120は、図1に示したように、リチウムを吸蔵放出する層であり、負極集電体110の片面(上面または下面)に設けられている。ただし、負極活物質層120は、負極集電体110の両面(上面および下面)に設けられていてもよい。
[Negative electrode active material layer]
1 , the negative electrode active material layer 120 is a layer that absorbs and releases lithium, and is provided on one surface (upper surface or lower surface) of the negative electrode current collector 110. However, the negative electrode active material layer 120 may be provided on both surfaces (upper surface and lower surface) of the negative electrode current collector 110.
この負極活物質層120は、2種類の粒子状の負極活物質を含んでいる。具体的には、負極活物質層120は、図2に示したように、複数の第1負極活物質粒子121および複数の第2負極活物質粒子122を含んでいる。複数の第1負極活物質粒子121および複数の第2負極活物質粒子122は、負極活物質層120の内部において互いに混在している。複数の第1負極活物質粒子121および複数の第2負極活物質粒子122のうちのほとんどは分散されているが、その複数の第1負極活物質粒子121および複数の第2負極活物質粒子122のうちの一部は互いに凝集している場合もある。 This negative electrode active material layer 120 contains two types of particulate negative electrode active material. Specifically, as shown in FIG. 2, the negative electrode active material layer 120 contains a plurality of first negative electrode active material particles 121 and a plurality of second negative electrode active material particles 122. The plurality of first negative electrode active material particles 121 and the plurality of second negative electrode active material particles 122 are mixed together within the negative electrode active material layer 120. Most of the plurality of first negative electrode active material particles 121 and the plurality of second negative electrode active material particles 122 are dispersed, but some of the plurality of first negative electrode active material particles 121 and the plurality of second negative electrode active material particles 122 may be agglomerated together.
ただし、図2では、図示内容を簡略化するために、第1負極活物質粒子121の断面形状を円形としている。しかしながら、第1負極活物質粒子121の断面形状は、特に限定されないため、円形に限られず、その円形以外の形状でもよい。もちろん、複数の第1負極活物質粒子121のそれぞれの断面形状は、1種類に限られず、2種類以上でもよい。 However, in Figure 2, to simplify the illustration, the cross-sectional shape of the first negative electrode active material particles 121 is shown as circular. However, the cross-sectional shape of the first negative electrode active material particles 121 is not particularly limited, and may be any shape other than circular. Of course, the cross-sectional shape of each of the multiple first negative electrode active material particles 121 is not limited to one type, and may be two or more types.
ここで第1負極活物質粒子121の断面形状に関して説明したことは、第2負極活物質粒子122の断面形状に関しても同様である。すなわち、図2では、第2負極活物質粒子122の断面形状を円形としているが、その第2負極活物質粒子122の断面形状は、特に限定されないため、円形以外の形状でもよい。 What has been explained here regarding the cross-sectional shape of the first negative electrode active material particle 121 also applies to the cross-sectional shape of the second negative electrode active material particle 122. That is, in Figure 2, the cross-sectional shape of the second negative electrode active material particle 122 is circular, but the cross-sectional shape of the second negative electrode active material particle 122 is not particularly limited and may be a shape other than circular.
(第1負極活物質粒子)
複数の第1負極活物質粒子121は、相対的に大きいメジアン径を有しており、より具体的には、複数の第2負極活物質粒子122のメジアン径よりも大きいメジアン径を有している。
(First negative electrode active material particles)
The first negative electrode active material particles 121 have a relatively large median diameter, more specifically, a median diameter larger than the median diameter of the second negative electrode active material particles 122 .
ここで説明した複数の第1負極活物質粒子121のメジアン径は、いわゆるD50(μm)である。以下では、複数の第1負極活物質粒子121のメジアン径を「メジアン径MD1」と呼称する。 The median diameter of the multiple first negative electrode active material particles 121 described here is so-called D50 (μm). Hereinafter, the median diameter of the multiple first negative electrode active material particles 121 will be referred to as the "median diameter MD1."
第1負極活物質粒子121は、ケイ素の酸化物のうちのいずれか1種類または2種類以上を含んでいる。負極100を用いた二次電池において、充放電を繰り返しても放電容量が減少しにくくなるからである。 The first negative electrode active material particles 121 contain one or more types of silicon oxides. This is because in a secondary battery using the negative electrode 100, the discharge capacity is less likely to decrease even after repeated charging and discharging.
ケイ素の酸化物の種類は、特に限定されない。中でも、ケイ素の酸化物は、式(1)により表される化合物のうちのいずれか1種類または2種類以上を含んでいることが好ましい。不可逆容量が十分に減少するからである。The type of silicon oxide is not particularly limited. In particular, it is preferable that the silicon oxide contains one or more of the compounds represented by formula (1). This is because the irreversible capacity is sufficiently reduced.
SiOx ・・・(1)
(xは、0.5<x<1.2を満たす。)
SiO x (1)
(x satisfies 0.5<x<1.2.)
なお、複数の第1負極活物質粒子121の詳細な構成(4種類の構成条件)に関して、後述する。 The detailed configuration of the multiple first negative electrode active material particles 121 (four types of configuration conditions) will be described later.
(第2負極活物質粒子)
複数の第2負極活物質粒子122は、相対的に小さいメジアン径を有しており、より具体的には、複数の第1負極活物質粒子121のメジアン径よりも小さいメジアン径を有している。
(Second negative electrode active material particles)
The second negative electrode active material particles 122 have a relatively small median diameter, more specifically, a median diameter smaller than the median diameter of the first negative electrode active material particles 121 .
ここで説明した複数の第2負極活物質粒子122のメジアン径は、複数の第1負極活物質粒子121のメジアン径と同様に、いわゆるD50(μm)である。以下では、複数の第2負極活物質粒子122のメジアン径を「メジアン径MD2」と呼称する。 The median diameter of the plurality of second negative electrode active material particles 122 described here is the so-called D50 (μm), similar to the median diameter of the plurality of first negative electrode active material particles 121. Hereinafter, the median diameter of the plurality of second negative electrode active material particles 122 will be referred to as the "median diameter MD2."
第2負極活物質粒子122は、ケイ素の単体およびケイ素の合金のうちのいずれか1種類または2種類以上を含んでいる。高いエネルギー密度が得られるからである。この第2負極活物質粒子122は、ケイ素の単体だけを含んでいてもよいし、ケイ素の合金だけを含んでいてもよいし、ケイ素の単体およびケイ素の合金の双方を含んでいてもよい。第2負極活物質粒子122がケイ素の合金を含んでいる場合において、そのケイ素の合金の種類は、1種類だけでもよいし、2種類以上でもよい。 The second negative electrode active material particles 122 contain one or more types of silicon elemental element and silicon alloys. This is because a high energy density can be obtained. The second negative electrode active material particles 122 may contain only silicon elemental element, only a silicon alloy, or both silicon elemental element and a silicon alloy. When the second negative electrode active material particles 122 contain a silicon alloy, the type of silicon alloy may be only one type, or two or more types.
ケイ素の単体は、あくまで一般的なケイ素の単体を意味している。このため、ケイ素の単体は、微量の不純物を含んでいてもよい。すなわち、ケイ素の単体の純度は、必ずしも100%に限られない。 Elemental silicon refers only to the general elemental silicon. Therefore, elemental silicon may contain trace amounts of impurities. In other words, the purity of elemental silicon is not necessarily limited to 100%.
ケイ素の合金の種類は、特に限定されない。具体的には、ケイ素の合金は、そのケイ素以外の構成元素として、スズ、ニッケル、銅、鉄、コバルト、マンガン、亜鉛、インジウム、銀、チタン、ゲルマニウム、ビスマス、アンチモンおよびクロムなどの金属元素のうちのいずれか1種類または2種類以上を含んでいる。 The type of silicon alloy is not particularly limited. Specifically, silicon alloys contain, in addition to silicon, one or more of the following metal elements: tin, nickel, copper, iron, cobalt, manganese, zinc, indium, silver, titanium, germanium, bismuth, antimony, and chromium.
ケイ素の合金の具体例は、SiB4 、SiB6 、Mg2 Si、Ni2 Si、TiSi2 、MoSi2 、CoSi2 、NiSi2 、CaSi2 、CrSi2 、Cu5 Si、FeSi2 、MnSi2 、NbSi2 、TaSi2 、VSi2 、WSi2 、ZnSi2 およびSiCなどである。ただし、ここで例示したケイ素の合金の組成(ケイ素と金属元素との混合比)は、任意に変更可能である。 Specific examples of silicon alloys include SiB4 , SiB6 , Mg2Si, Ni2Si , TiSi2, MoSi2, CoSi2 , NiSi2 , CaSi2 , CrSi2 , Cu5Si , FeSi2 , MnSi2 , NbSi2 , TaSi2, VSi2 , WSi2 , ZnSi2 , and SiC . However, the composition of the silicon alloys exemplified here (the mixing ratio of silicon to metal elements) can be changed as desired.
なお、複数の第2負極活物質粒子122の詳細な構成(4種類の構成条件)に関して、後述する。 The detailed configuration of the multiple second negative electrode active material particles 122 (four types of configuration conditions) will be described later.
(他の材料)
なお、負極活物質層120は、さらに、他の材料のうちのいずれか1種類または2種類以上を含んでいてもよい。
(Other materials)
The negative electrode active material layer 120 may further contain one or more of the other materials.
他の材料は、負極結着剤であり、その負極結着剤は、合成ゴムおよび高分子化合物などの材料のうちのいずれか1種類または2種類以上を含んでいる。合成ゴムの具体例は、スチレンブタジエン系ゴム、フッ素系ゴムおよびエチレンプロピレンジエンなどである。高分子化合物の具体例は、ポリフッ化ビニリデン、ポリイミド、ポリアクリル酸およびカルボキシメチルセルロースなどである。The other material is the negative electrode binder, which contains one or more of the following materials: synthetic rubber, polymeric compound, etc. Specific examples of synthetic rubber include styrene-butadiene rubber, fluororubber, and ethylene-propylene-diene. Specific examples of polymeric compounds include polyvinylidene fluoride, polyimide, polyacrylic acid, and carboxymethyl cellulose.
また、他の材料は、負極導電剤であり、その負極導電剤は、炭素材料、金属材料および導電性高分子化合物などの導電性材料のうちのいずれか1種類または2種類以上を含んでいる。炭素材料の具体例は、黒鉛、カーボンブラック、アセチレンブラックおよびケッチェンブラックなどである。 The other material is a negative electrode conductive agent, which contains one or more conductive materials such as carbon materials, metal materials, and conductive polymer compounds. Specific examples of carbon materials include graphite, carbon black, acetylene black, and ketjen black.
さらに、他の材料は、複数の粒子状の第3負極活物質(複数の第3負極活物質粒子)であり、その第3負極活物質粒子は、炭素材料のうちのいずれか1種類または2種類以上を含んでいる。リチウムの吸蔵放出時において炭素材料の結晶構造はほとんど変化しないため、高いエネルギー密度が安定して得られる。また、炭素材料は負極導電剤としても機能するため、負極活物質層120の導電性が向上する。 Furthermore, the other material is a plurality of particulate third negative electrode active materials (a plurality of third negative electrode active material particles), and the third negative electrode active material particles contain one or more types of carbon materials. Since the crystal structure of the carbon material changes very little when lithium is absorbed and released, a high energy density can be obtained stably. In addition, since the carbon material also functions as a negative electrode conductor, the conductivity of the negative electrode active material layer 120 is improved.
炭素材料の具体例は、易黒鉛化性炭素、難黒鉛化性炭素および黒鉛などである。この黒鉛は、天然黒鉛でもよいし、人造黒鉛でもよいし、双方でもよい。難黒鉛化性炭素に関する(002)面の面間隔は、特に限定されないが、具体的には、0.37nm以上である。黒鉛に関する(002)面の面間隔は、特に限定されないが、具体的には、0.34nm以下である。 Specific examples of carbon materials include graphitizable carbon, non-graphitizable carbon, and graphite. This graphite may be natural graphite, artificial graphite, or both. The interplanar spacing of the (002) plane of non-graphitizable carbon is not particularly limited, but is typically 0.37 nm or greater. The interplanar spacing of the (002) plane of graphite is not particularly limited, but is typically 0.34 nm or less.
また、炭素材料の具体例は、熱分解炭素類、コークス類、ガラス状炭素繊維、有機高分子化合物焼成体、活性炭およびカーボンブラック類などである。このコークス類は、ピッチコークス、ニードルコークスおよび石油コークスなどを含む。有機高分子化合物焼成体は、フェノール樹脂およびフラン樹脂などの高分子化合物が適当な温度で焼成(炭素化)された焼成物である。この他、炭素材料は、約1000℃以下の温度で熱処理された低結晶性炭素でもよいし、非晶質炭素でもよい。炭素材料の形状は、特に限定されないが、具体的には、繊維状、球状、粒状および鱗片状などのうちのいずれか1種類または2種類以上である。 Specific examples of carbon materials include pyrolytic carbons, cokes, glassy carbon fibers, organic polymer compound calcined bodies, activated carbon, and carbon blacks. Examples of cokes include pitch coke, needle coke, and petroleum coke. Organic polymer compound calcined bodies are produced by calcining (carbonizing) polymer compounds such as phenolic resins and furan resins at an appropriate temperature. Alternatively, the carbon material may be low-crystalline carbon heat-treated at temperatures below approximately 1000°C, or amorphous carbon. The shape of the carbon material is not particularly limited, but may be one or more of the following: fibrous, spherical, granular, and flaky.
負極活物質層120が複数の第1負極活物質粒子121および複数の第2負極活物質粒子122と共に複数の第3負極活物質粒子を含んでいる場合には、特に、負極100を用いた二次電池の電極反応時(充放電時)において、電池容量が担保されながら、負極活物質層120の破損および脱落などが抑制される。 When the negative electrode active material layer 120 contains a plurality of third negative electrode active material particles along with a plurality of first negative electrode active material particles 121 and a plurality of second negative electrode active material particles 122, damage and detachment of the negative electrode active material layer 120 are suppressed while the battery capacity is guaranteed, particularly during the electrode reaction (charging and discharging) of a secondary battery using the negative electrode 100.
詳細には、ケイ素含有材料(ケイ素の酸化物、ケイ素の単体およびケイ素の合金)は、理論容量が高いという利点を有している反面、充放電時において激しく膨張収縮しやすいという懸念点を有している。一方、炭素材料は、理論容量が低いという懸念点を有している反面、充放電時において膨張収縮しにくいという利点を有している。よって、ケイ素含有材料と炭素材料とを併用することにより、高い理論容量が得られながら、充放電時において負極活物質層120の膨張収縮が抑制される。これにより、上記したように、電池容量が担保されながら、負極活物質層120の破損および脱落などが抑制される。 Specifically, silicon-containing materials (silicon oxides, silicon elemental elements, and silicon alloys) have the advantage of high theoretical capacity, but have the drawback of being prone to severe expansion and contraction during charging and discharging. On the other hand, carbon materials have the drawback of low theoretical capacity, but have the advantage of being less prone to expansion and contraction during charging and discharging. Therefore, by using a silicon-containing material in combination with a carbon material, a high theoretical capacity can be obtained while suppressing the expansion and contraction of the anode active material layer 120 during charging and discharging. As a result, as described above, damage and shedding of the anode active material layer 120 are suppressed while maintaining the battery capacity.
[詳細な構成]
ここで、複数の第1負極活物質粒子121および複数の第2負極活物質粒子122のそれぞれの詳細な構成に関して説明する。
[Detailed configuration]
Here, the detailed configuration of each of the plurality of first negative electrode active material particles 121 and the plurality of second negative electrode active material particles 122 will be described.
(4種類の構成条件)
複数の第1負極活物質粒子121および複数の第2負極活物質粒子122のそれぞれの構成に関しては、所定の条件が満たされている。具体的には、電子顕微鏡を用いた負極100の断面の観察結果において、以下で説明する4種類の構成条件が満たされている。
(4 types of configuration conditions)
Predetermined conditions are satisfied with respect to the respective configurations of the plurality of first negative electrode active material particles 121 and the plurality of second negative electrode active material particles 122. Specifically, the results of observation of a cross section of the negative electrode 100 using an electron microscope show that the following four types of configuration conditions are satisfied.
以下では、電子顕微鏡を用いた負極100の断面の観察結果の取得手順に関して説明したのち、4種類の条件の詳細に関して説明する。 Below, we will explain the procedure for obtaining the observation results of the cross section of the negative electrode 100 using an electron microscope, and then explain the details of the four types of conditions.
電子顕微鏡を用いた負極100の断面の観察結果を取得する場合には、厚さ方向(図1中の上下方向)において負極100を切断することにより、その負極100の断面を露出させる。これにより、複数の第1負極活物質粒子121および複数の第2負極活物質粒子122を含んでいる負極活物質層120の断面が露出する。 When observing the cross section of the negative electrode 100 using an electron microscope, the negative electrode 100 is cut in the thickness direction (the vertical direction in Figure 1) to expose the cross section of the negative electrode 100. This exposes the cross section of the negative electrode active material layer 120, which contains a plurality of first negative electrode active material particles 121 and a plurality of second negative electrode active material particles 122.
こののち、電子顕微鏡を用いて負極活物質層120の断面を観察することにより、その断面の観察結果(電子顕微鏡写真)を取得する。これにより、図2に示したように、複数の第1負極活物質粒子121と複数の第2負極活物質粒子122とが併存している状態が観察される。電子顕微鏡の種類は、特に限定されないが、具体的には、走査型電子顕微鏡および透過型電子顕微鏡などのうちのいずれか1種類または2種類以上である。これにより、電子顕微鏡を用いた負極100の断面の観察結果が取得される。 Then, the cross section of the negative electrode active material layer 120 is observed using an electron microscope to obtain an observation result (electron microscope photograph) of the cross section. As a result, as shown in Figure 2, a state in which a plurality of first negative electrode active material particles 121 and a plurality of second negative electrode active material particles 122 coexist is observed. The type of electron microscope is not particularly limited, but specifically, it may be one or more of a scanning electron microscope, a transmission electron microscope, or the like. As a result, an observation result of the cross section of the negative electrode 100 using the electron microscope is obtained.
負極100の切断方法および切断条件は、特に限定されないと共に、負極100の断面の観察条件は、特に限定されない。具体的には、負極100を切断する場合には、切断用の装置としてイオンミリング装置を用いると共に、切断時の条件を加速電圧=6kV、放電電圧=1.5kV、切断時間=3時間とする。負極100の断面を観察する場合には、観察時の条件を観察倍率=2000倍~5000倍、加速電圧=3kVとする。 The cutting method and conditions for the negative electrode 100 are not particularly limited, and the conditions for observing the cross section of the negative electrode 100 are not particularly limited. Specifically, when cutting the negative electrode 100, an ion milling device is used as the cutting device, and the cutting conditions are an acceleration voltage of 6 kV, a discharge voltage of 1.5 kV, and a cutting time of 3 hours. When observing the cross section of the negative electrode 100, the observation conditions are a magnification of 2000x to 5000x and an acceleration voltage of 3 kV.
第1条件として、メジアン径MD1は、所定の範囲内である。具体的には、メジアン径MD1は、5μm~8μmである。このメジアン径MD1の値は、小数点第三位の値が四捨五入された値とする。 The first condition is that the median diameter MD1 is within a predetermined range. Specifically, the median diameter MD1 is 5 μm to 8 μm. The value of this median diameter MD1 is rounded to two decimal places.
第2条件として、メジアン径MD2は、所定の範囲内である。具体的には、メジアン径MD2は、0.12μm~1.2μmである。このメジアン径MD2の値は、小数点第三位の値が四捨五入された値とする。 The second condition is that the median diameter MD2 is within a predetermined range. Specifically, the median diameter MD2 is 0.12 μm to 1.2 μm. The value of this median diameter MD2 is rounded to two decimal places.
第3条件として、メジアン径MD2に対するメジアン径MD1の比(粒径比RD)は、所定の範囲内である。具体的には、粒径比RD(=MD1/MD2)は、5~50である。この粒径比RDの値は、小数点第三位の値が四捨五入された値とする。 The third condition is that the ratio of median diameter MD1 to median diameter MD2 (particle size ratio RD) is within a specified range. Specifically, the particle size ratio RD (= MD1/MD2) is 5 to 50. The value of this particle size ratio RD is rounded to two decimal places.
第4条件として、複数の第2負極活物質粒子122の総面積S2に対する複数の第1負極活物質粒子121の総面積S1の比(面積比RS)は、所定の範囲内である。具体的には、面積比RS(=S1/S2)は、0.6~0.9である。この面積比RSの値は、小数点第二位の値が四捨五入された値とする。 The fourth condition is that the ratio (area ratio RS) of the total area S1 of the plurality of first negative electrode active material particles 121 to the total area S2 of the plurality of second negative electrode active material particles 122 is within a predetermined range. Specifically, the area ratio RS (= S1/S2) is 0.6 to 0.9. The value of this area ratio RS is rounded to one decimal place.
なお、面積比RSは、複数の第1負極活物質粒子121の存在量および複数の第2負極活物質粒子122の存在量に基づいて、その複数の第1負極活物質粒子121と複数の第2負極活物質粒子122との混合比を表す指標である。 The area ratio RS is an index that represents the mixing ratio of the plurality of first negative electrode active material particles 121 and the plurality of second negative electrode active material particles 122 based on the abundance of the plurality of first negative electrode active material particles 121 and the abundance of the plurality of second negative electrode active material particles 122.
上記した4種類の構成条件が満たされているのは、その4種類の構成条件が満たされていない場合とは異なり、メジアン径MD1とメジアン径MD2との関係が適正化されると共に、複数の第1負極活物質粒子121と複数の第2負極活物質粒子122との混合比も適正化されるからである。これにより、負極100を用いた二次電池において、初回の充放電時から十分な放電容量が得られると共に、その後に充放電を繰り返しても放電容量が減少しにくくなる。 The four configuration conditions described above are satisfied because, unlike when the four configuration conditions are not satisfied, the relationship between the median diameter MD1 and the median diameter MD2 is optimized, and the mixture ratio between the plurality of first negative electrode active material particles 121 and the plurality of second negative electrode active material particles 122 is also optimized. As a result, a secondary battery using the negative electrode 100 can obtain sufficient discharge capacity from the first charge/discharge, and the discharge capacity is less likely to decrease even with repeated charge/discharge thereafter.
特に、第3条件である粒径比RD(=5~50)に関しては、以下で説明する傾向がある。 In particular, the third condition, particle size ratio RD (= 5 to 50), tends to be as explained below.
粒径比RDが5よりも小さい場合には、メジアン径MD1とメジアン径MD2との差が小さすぎるため、複数の第1負極活物質粒子121が第2負極活物質粒子122の表面を被覆するように配置されにくくなる。これにより、初回の充放電時から十分な放電容量が得られにくくなると共に、その後に充放電を繰り返すと放電容量が減少しやすくなる。 When the particle size ratio RD is less than 5, the difference between the median diameter MD1 and the median diameter MD2 is too small, making it difficult for the multiple first negative electrode active material particles 121 to be arranged so as to cover the surfaces of the second negative electrode active material particles 122. This makes it difficult to obtain sufficient discharge capacity from the first charge/discharge, and the discharge capacity is likely to decrease with subsequent repeated charge/discharge cycles.
一方、粒径比RDが50よりも大きい場合には、メジアン径MD1とメジアン径MD2との差が大きすぎるため、上記した粒径比RDが5よりも小さい場合と同様に、複数の第1負極活物質粒子121が第2負極活物質粒子122の表面を被覆するように配置されにくくなる。これにより、複数の第1負極活物質粒子121による第2負極活物質粒子122の表面の被覆量が不足するため、初回の充放電時から十分な放電容量が得られにくくなると共に、その後に充放電を繰り返すと放電容量が減少しやすくなる。 On the other hand, when the particle size ratio RD is greater than 50, the difference between the median diameter MD1 and the median diameter MD2 is too large, making it difficult for the multiple first negative electrode active material particles 121 to be arranged so as to cover the surfaces of the second negative electrode active material particles 122, as in the case where the particle size ratio RD is less than 5. As a result, the amount of coverage of the surfaces of the second negative electrode active material particles 122 by the multiple first negative electrode active material particles 121 is insufficient, making it difficult to obtain sufficient discharge capacity from the first charge/discharge, and the discharge capacity is likely to decrease with subsequent repeated charge/discharge.
中でも、粒径比RDは、10~30であることが好ましい。粒径比RDがより適正化されるため、初回の充放電時から十分な放電容量が得られやすくなると共に、その後に充放電を繰り返しても放電容量がより減少しにくくなるからである。 In particular, it is preferable that the particle size ratio RD is between 10 and 30. This is because a more optimized particle size ratio RD makes it easier to obtain sufficient discharge capacity from the first charge/discharge, and the discharge capacity is less likely to decrease even with subsequent repeated charge/discharge.
(元素分布)
なお、第1負極活物質粒子121の表面における元素分布は、特に限定されない。中でも、X線光電子分光法(XPS)を用いた第1負極活物質粒子121の表面の分析結果において、全元素の存在量E1に対する炭素の存在量E2の割合(炭素割合RE=E2/E1)は、1%未満であることが好ましい。炭素を構成元素として含む被覆層が第1負極活物質粒子121の表面にほとんど設けられていないため、その被覆層が第1負極活物質粒子121の表面をほとんど被覆していないからである。この炭素割合REの値は、小数点第二位の値が四捨五入された値とする。
(Element distribution)
The element distribution on the surface of the first negative electrode active material particles 121 is not particularly limited. In particular, in the results of analyzing the surface of the first negative electrode active material particles 121 using X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), it is preferable that the ratio of the amount of carbon present E2 to the amount of all elements present E1 (carbon ratio RE = E2/E1) is less than 1%. This is because a coating layer containing carbon as a constituent element is hardly provided on the surface of the first negative electrode active material particles 121, and therefore the coating layer hardly covers the surface of the first negative electrode active material particles 121. The value of this carbon ratio RE is rounded to one decimal place.
ここで、全元素は、XPSを用いた第1負極活物質粒子121の表面分析において検出される全ての種類の元素であり、炭素も含んでいる。これにより、炭素割合REは、第1負極活物質粒子121の表面に炭素がどれほど存在しているかを表す指標である。 Here, "total elements" refers to all types of elements detected in the surface analysis of the first negative electrode active material particles 121 using XPS, including carbon. Therefore, the carbon fraction RE is an indicator of how much carbon is present on the surface of the first negative electrode active material particles 121.
(算出手順および特定手順)
メジアン径MD1を算出する場合には、最初に、電子顕微鏡写真中において、複数の第1負極活物質粒子121を特定する。続いて、複数の第1負極活物質粒子121から任意の300個の第1負極活物質粒子121を選択したのち、その300個の第1負極活物質粒子121のそれぞれの粒径(μm)を測定する。この場合には、人為的に粒径を測定してもよいし、任意の画像処理ソフトを用いて機械的に粒径を測定してもよい。なお、測定方向に応じて粒径が異なる場合には、その粒径の最大値を選択する。最後に、個数(=300個)と複数の粒径の測定結果とに基づいて、メジアン径MD1を計算する。
(Calculation and Identification Procedures)
To calculate the median diameter MD1, first, a plurality of first negative electrode active material particles 121 are identified in an electron microscope photograph. Next, 300 first negative electrode active material particles 121 are arbitrarily selected from the plurality of first negative electrode active material particles 121, and the particle diameter (μm) of each of the 300 first negative electrode active material particles 121 is measured. In this case, the particle diameter may be measured manually or mechanically using any image processing software. Note that, if the particle diameter varies depending on the measurement direction, the maximum particle diameter is selected. Finally, the median diameter MD1 is calculated based on the number (= 300 particles) and the measurement results of the plurality of particle diameters.
メジアン径MD2を算出する手順は、複数の第1負極活物質粒子121の代わりに複数の第2負極活物質粒子122に着目することを除いて、上記したメジアン径MD1を算出する手順と同様である。 The procedure for calculating the median diameter MD2 is the same as the procedure for calculating the median diameter MD1 described above, except that focus is on a plurality of second negative electrode active material particles 122 instead of a plurality of first negative electrode active material particles 121.
粒径比RDを算出する場合には、上記した手順により、メジアン径MD1,MD2を算出したのち、粒径比RD(=MD1/MD2)という計算式を用いて、その粒径比RDを算出する。 To calculate the particle size ratio RD, first calculate the median diameters MD1 and MD2 using the procedure described above, and then calculate the particle size ratio RD using the formula RD (= MD1/MD2).
面積比RSを調べる場合には、最初に、電子顕微鏡写真中において、複数の第1負極活物質粒子121から任意の300個の第1負極活物質粒子121を選択する。続いて、300個の第1負極活物質粒子121のそれぞれの面積(μm2 )を測定したのち、その300個の面積を加算することにより、総面積S1(μm2 )を計算する。すなわち、総面積S1は、300個の第1負極活物質粒子121のそれぞれの面積の和である。 When examining the area ratio RS, first, 300 first negative electrode active material particles 121 are arbitrarily selected from the plurality of first negative electrode active material particles 121 in the electron microscope photograph. Next, the area (μm 2 ) of each of the 300 first negative electrode active material particles 121 is measured, and then the areas of the 300 particles are added together to calculate the total area S1 (μm 2 ). In other words, the total area S1 is the sum of the areas of the 300 first negative electrode active material particles 121.
続いて、複数の第1負極活物質粒子121の代わりに複数の第2負極活物質粒子122に着目することを除いて、上記した総面積S1を算出する手順と同様の手順により、総面積S2(μm2 )を計算する。すなわち、総面積S2は、300個の第2負極活物質粒子122のそれぞれの面積の和である。 Next, the total area S2 (μm 2 ) is calculated using the same procedure as for calculating the total area S1 described above, except that the focus is on the plurality of second negative electrode active material particles 122 instead of the plurality of first negative electrode active material particles 121. In other words, the total area S2 is the sum of the areas of the 300 second negative electrode active material particles 122.
最後に、面積比RS(=S1/S2)という計算式を用いて、その面積比RSを算出する。 Finally, the area ratio RS (= S1/S2) is calculated using the formula:
炭素割合REを算出する手順は、以下で説明する通りである。以下では、負極活物質層120が複数の第1負極活物質粒子121および複数の第2負極活物質粒子122と共に負極結着剤および負極導電剤を含んでいる場合に関して説明する。The procedure for calculating the carbon ratio RE is as follows. The following describes the case where the negative electrode active material layer 120 contains a plurality of first negative electrode active material particles 121 and a plurality of second negative electrode active material particles 122, as well as a negative electrode binder and a negative electrode conductor.
最初に、負極100を解体することにより、複数の第1負極活物質粒子121を回収する。 First, the negative electrode 100 is disassembled to recover multiple first negative electrode active material particles 121.
この場合には、負極活物質層120から負極集電体110を剥離させたのち、溶媒中に負極活物質層120を投入する。この溶媒は、負極結着剤を溶解可能である水性溶媒および有機溶剤のうちのいずれかである。非水溶媒の具体例は、水などであると共に、有機溶剤の具体例は、N-メチル-2-ピロリドンなどである。この場合には、負極結着剤が溶解されるのに対して、複数の第1負極活物質粒子121、複数の第2負極活物質粒子122および負極導電剤が溶解されない。これにより、負極結着剤が溶解除去されるため、複数の第1負極活物質粒子121と複数の第2負極活物質粒子122との混合物が回収される。 In this case, the negative electrode current collector 110 is peeled off from the negative electrode active material layer 120, and then the negative electrode active material layer 120 is placed in a solvent. This solvent is either an aqueous solvent or an organic solvent that can dissolve the negative electrode binder. A specific example of a non-aqueous solvent is water, and a specific example of an organic solvent is N-methyl-2-pyrrolidone. In this case, the negative electrode binder dissolves, but the multiple first negative electrode active material particles 121, the multiple second negative electrode active material particles 122, and the negative electrode conductive agent do not. As a result, the negative electrode binder is dissolved and removed, and a mixture of the multiple first negative electrode active material particles 121 and the multiple second negative electrode active material particles 122 is recovered.
続いて、複数の孔を有する篩に混合物を投入することにより、その混合物から複数の第1負極活物質粒子121を選別する。この場合には、複数の第1負極活物質粒子121が通過可能であると共に複数の第2負極活物質粒子122および負極導電剤が通過不能となるように、複数の孔のサイズを設定する。これにより、複数の第1負極活物質粒子121が孔を通過するのに対して、複数の第2負極活物質粒子122および負極導電剤が孔を通過しない。よって、複数の第1負極活物質粒子121が複数の第2負極活物質粒子122および負極導電剤から分離される。 The mixture is then poured into a sieve with multiple holes to separate the first negative electrode active material particles 121 from the mixture. In this case, the size of the holes is set so that the first negative electrode active material particles 121 can pass through while the second negative electrode active material particles 122 and the negative electrode conductive agent cannot. This allows the first negative electrode active material particles 121 to pass through the holes, while the second negative electrode active material particles 122 and the negative electrode conductive agent cannot. Therefore, the first negative electrode active material particles 121 are separated from the second negative electrode active material particles 122 and the negative electrode conductive agent.
続いて、XPSを用いて第1負極活物質粒子121の表面分析を行うことにより、一連の元素の存在量を測定する。これにより、全元素の存在量E1が算出されると共に、炭素の存在量E2が算出される。Next, the abundances of a series of elements are measured by performing a surface analysis of the first negative electrode active material particles 121 using XPS. This allows the abundances E1 of all elements to be calculated, as well as the abundance E2 of carbon.
最後に、炭素割合RE=(E2/E1)×100という計算式を用いて、その炭素割合REを算出する。 Finally, the carbon ratio RE is calculated using the formula: carbon ratio RE = (E2/E1) x 100.
<1-2.動作>
この負極100は、電極反応時において、以下のように動作する。
<1-2. Operation>
This negative electrode 100 operates as follows during the electrode reaction.
負極活物質層120において、複数の第1負極活物質粒子121および複数の第2負極活物質粒子122のそれぞれにリチウムがイオン状態で吸蔵される。また、負極活物質層120において、複数の第1負極活物質粒子121および複数の第2負極活物質粒子122のそれぞれからリチウムがイオン状態で放出される。In the negative electrode active material layer 120, lithium is absorbed in an ionic state into each of the plurality of first negative electrode active material particles 121 and the plurality of second negative electrode active material particles 122. In addition, in the negative electrode active material layer 120, lithium is released in an ionic state from each of the plurality of first negative electrode active material particles 121 and the plurality of second negative electrode active material particles 122.
<1-3.製造方法>
以下で説明する一例の手順により、負極100を製造する。
<1-3. Manufacturing method>
The negative electrode 100 is manufactured by the following example procedure.
最初に、複数の第1負極活物質粒子121と、複数の第2負極活物質粒子122と、負極結着剤と、負極導電剤とを互いに混合させることにより、負極合剤とする。 First, a plurality of first negative electrode active material particles 121, a plurality of second negative electrode active material particles 122, a negative electrode binder, and a negative electrode conductive agent are mixed together to form a negative electrode mixture.
この場合には、第1条件および第2条件が満たされるように、メジアン径MD1,MD2のそれぞれを調整する。具体的には、メジアン径MD1に関して第1条件が満たされている複数の第1負極活物質粒子121を用いると共に、メジアン径MD2に関して第2条件が満たされている複数の第2負極活物質粒子122を用いることにより、粒径比RDに関して第3条件が満たされるようにする。In this case, the median diameters MD1 and MD2 are adjusted so that the first and second conditions are satisfied. Specifically, by using a plurality of first negative electrode active material particles 121 whose median diameter MD1 satisfies the first condition and a plurality of second negative electrode active material particles 122 whose median diameter MD2 satisfies the second condition, the third condition is satisfied with respect to the particle size ratio RD.
また、複数の第1負極活物質粒子121と複数の第2負極活物質粒子122との混合比を調整することにより、面積比RSに関して第4条件が満たされるようにする。 In addition, by adjusting the mixing ratio of the plurality of first negative electrode active material particles 121 and the plurality of second negative electrode active material particles 122, the fourth condition regarding the area ratio RS is satisfied.
続いて、溶媒中に負極合剤を投入することにより、ペースト状の負極合剤スラリーを調製する。この溶媒は、水性溶媒でもよいし、有機溶剤でもよい。Next, the negative electrode mixture is poured into a solvent to prepare a paste-like negative electrode mixture slurry. This solvent may be an aqueous solvent or an organic solvent.
最後に、負極集電体110の片面に負極合剤スラリーを塗布することにより、負極活物質層120を形成する。こののち、ロールプレス機などを用いて負極活物質層120を圧縮成型してもよい。この場合には、負極活物質層120を加熱してもよいし、圧縮成型を複数回繰り返してもよい。Finally, the negative electrode mixture slurry is applied to one side of the negative electrode current collector 110 to form the negative electrode active material layer 120. The negative electrode active material layer 120 may then be compression molded using a roll press or the like. In this case, the negative electrode active material layer 120 may be heated, or compression molding may be repeated multiple times.
これにより、負極集電体110の上に負極活物質層120が形成されるため、負極100が完成する。 This forms the negative electrode active material layer 120 on the negative electrode current collector 110, thereby completing the negative electrode 100.
<1-4.作用および効果>
この負極100によれば、その負極100が複数の第1負極活物質粒子121および複数の第2負極活物質粒子122を含んでおり、その第1負極活物質粒子121がケイ素の酸化物を含んでおり、その第2負極活物質粒子122がケイ素の単体およびケイ素の合金のうちのいずれか一方または双方を含んでいる。
<1-4. Actions and Effects>
According to this negative electrode 100, the negative electrode 100 includes a plurality of first negative electrode active material particles 121 and a plurality of second negative electrode active material particles 122, the first negative electrode active material particles 121 including an oxide of silicon, and the second negative electrode active material particles 122 including either or both of elemental silicon and an alloy of silicon.
また、複数の第1負極活物質粒子121および複数の第2負極活物質粒子122に関して、上記した4種類の構成条件が満たされている。具体的には、メジアン径MD1は、5μm~8μmである(第1条件)。メジアン径MD2は、0.12μm~1.2μmである(第2条件)。粒径比RDは、5~50である(第3条件)。面積比RSは、0.6~0.9である(第4条件)。 Furthermore, the plurality of first negative electrode active material particles 121 and the plurality of second negative electrode active material particles 122 satisfy the four configuration conditions described above. Specifically, the median diameter MD1 is 5 μm to 8 μm (first condition). The median diameter MD2 is 0.12 μm to 1.2 μm (second condition). The particle size ratio RD is 5 to 50 (third condition). The area ratio RS is 0.6 to 0.9 (fourth condition).
この場合には、上記したように、メジアン径MD1,MD2の関係が適正化されると共に、複数の第1負極活物質粒子121と複数の第2負極活物質粒子122との混合比も適正化される。これにより、負極100を用いた二次電池において、初回の充放電時から十分な放電容量が得られると共に、その後に充放電を繰り返しても放電容量が減少しにくくなる。よって、負極100を用いて優れた電池特性を有する二次電池を実現することができる。In this case, as described above, the relationship between the median diameters MD1 and MD2 is optimized, and the mixture ratio between the plurality of first negative electrode active material particles 121 and the plurality of second negative electrode active material particles 122 is also optimized. As a result, in a secondary battery using the negative electrode 100, sufficient discharge capacity can be obtained from the first charge/discharge, and the discharge capacity is less likely to decrease even with subsequent repeated charge/discharge. Therefore, a secondary battery with excellent battery characteristics can be realized using the negative electrode 100.
特に、粒径比RDが10~30であれば、初回の充放電時から十分な放電容量が得られやすくなると共に、その後に充放電を繰り返しても放電容量がより減少しにくくなるため、より高い効果を得ることができる。 In particular, if the particle size ratio RD is between 10 and 30, sufficient discharge capacity is more likely to be obtained from the first charge/discharge, and the discharge capacity is less likely to decrease even with subsequent repeated charge/discharge, resulting in greater effectiveness.
また、ケイ素の酸化物が式(1)に示した化合物を含んでいれば、不可逆容量が十分に減少するため、より高い効果を得ることができる。 Furthermore, if the silicon oxide contains the compound shown in formula (1), the irreversible capacity is sufficiently reduced, thereby achieving a greater effect.
また、炭素割合REが1%未満であれば、第1負極活物質粒子121の表面が炭素によりほとんど被覆されないため、より高い効果を得ることができる。 Furthermore, if the carbon ratio RE is less than 1%, the surface of the first negative electrode active material particles 121 is hardly covered with carbon, thereby achieving a greater effect.
また、負極100がさらに複数の第3負極活物質粒子を含んでおり、その第3負極活物質粒子が炭素材料を含んでいれば、その負極100を用いた二次電池の充放電時において電池容量が担保されながら負極活物質層120の破損および脱落などが抑制されるため、より高い効果を得ることができる。 Furthermore, if the negative electrode 100 further contains a plurality of third negative electrode active material particles, and these third negative electrode active material particles contain a carbon material, the battery capacity is guaranteed during charging and discharging of a secondary battery using the negative electrode 100, while damage and detachment of the negative electrode active material layer 120 are suppressed, thereby achieving even greater effects.
<2.二次電池>
次に、負極100が適用される本技術の一実施形態の二次電池に関して説明する。
<2. Secondary battery>
Next, a secondary battery according to an embodiment of the present technology to which the negative electrode 100 is applied will be described.
ここで説明する二次電池は、電極反応物質の吸蔵放出を利用して電池容量が得られる二次電池であり、正極および負極と共に電解液を備えている。 The secondary battery described here is a secondary battery that obtains battery capacity by utilizing the absorption and release of electrode reactants, and is equipped with a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte.
負極の充電容量は、正極の放電容量よりも大きいことが好ましい。すなわち、負極の単位面積当たりの電気化学容量は、正極の単位面積当たりの電気化学容量よりも大きいことが好ましい。充電途中において負極の表面に電極反応物質が析出することを防止するためである。 The charge capacity of the negative electrode is preferably greater than the discharge capacity of the positive electrode. In other words, the electrochemical capacity per unit area of the negative electrode is preferably greater than the electrochemical capacity per unit area of the positive electrode. This is to prevent electrode reactants from depositing on the surface of the negative electrode during charging.
以下では、上記したように、電極反応物質がリチウムである場合を例に挙げる。リチウムの吸蔵放出を利用して電池容量が得られる二次電池は、いわゆるリチウムイオン二次電池である。このリチウムイオン二次電池では、リチウムがイオン状態で吸蔵放出される。 In the following, we will use the example where the electrode reactant is lithium, as mentioned above. Secondary batteries that obtain battery capacity by utilizing the absorption and release of lithium are known as lithium-ion secondary batteries. In these lithium-ion secondary batteries, lithium is absorbed and released in the ionic state.
<2-1.構成>
図3は、二次電池の斜視構成を表していると共に、図4は、図3に示した電池素子20の断面構成を表している。ただし、図4では、外装フィルム10と電池素子20とが互いに分離された状態を示していると共に、XZ面に沿った電池素子20の断面を破線で示している。
<2-1. Structure>
Fig. 3 shows a perspective view of the secondary battery, and Fig. 4 shows a cross-sectional view of the battery element 20 shown in Fig. 3. However, Fig. 4 shows a state in which the exterior film 10 and the battery element 20 are separated from each other, and the cross section of the battery element 20 along the XZ plane is shown by a broken line.
この二次電池は、図3および図4に示したように、外装フィルム10と、電池素子20と、正極リード31と、負極リード32と、封止フィルム41,42とを備えている。 As shown in Figures 3 and 4, this secondary battery comprises an exterior film 10, a battery element 20, a positive electrode lead 31, a negative electrode lead 32, and sealing films 41 and 42.
ここで説明する二次電池は、上記したように、電池素子20を収納するための外装部材として可撓性または柔軟性を有する外装フィルム10を用いているため、いわゆるラミネートフィルム型の二次電池である。 The secondary battery described here is a so-called laminate film type secondary battery, as it uses a flexible or pliable exterior film 10 as the exterior member for housing the battery element 20, as described above.
[外装フィルム]
外装フィルム10は、図3に示したように、電池素子20が収納された状態において封止された袋状の構造を有している。これにより、外装フィルム10は、後述する正極21、負極22、セパレータ23および電解液を収納している。
[Exterior film]
3, the exterior film 10 has a sealed bag-like structure in which the battery element 20 is housed, thereby housing a positive electrode 21, a negative electrode 22, a separator 23, and an electrolyte solution, which will be described later.
ここでは、外装フィルム10は、1枚のフィルム状の部材であり、折り畳み方向Fに折り畳まれている。この外装フィルム10には、電池素子20を収容するための窪み部10U(いわゆる深絞り部)が設けられている。 Here, the exterior film 10 is a single film-like member that is folded in the folding direction F. This exterior film 10 has a recessed portion 10U (a so-called deep-drawn portion) for accommodating the battery element 20.
具体的には、外装フィルム10は、融着層、金属層および表面保護層が内側からこの順に積層された3層のラミネートフィルムであり、その外装フィルム10が折り畳まれた状態において、互いに対向する融着層のうちの外周縁部同士が互いに融着されている。融着層は、ポリプロピレンなどの高分子化合物を含んでいる。金属層は、アルミニウムなどの金属材料を含んでいる。表面保護層は、ナイロンなどの高分子化合物を含んでいる。Specifically, the exterior film 10 is a three-layer laminate film in which a fusion layer, a metal layer, and a surface protection layer are laminated in this order from the inside out. When the exterior film 10 is folded, the outer edges of the opposing fusion layers are fused together. The fusion layer contains a polymer compound such as polypropylene. The metal layer contains a metal material such as aluminum. The surface protection layer contains a polymer compound such as nylon.
ただし、外装フィルム10の構成(層数)は、特に、限定されないため、1層または2層でもよいし、4層以上でもよい。However, the configuration (number of layers) of the exterior film 10 is not particularly limited, and may be one or two layers, or four or more layers.
[電池素子]
電池素子20は、外装フィルム10に収納されている。この電池素子20は、いわゆる発電素子であり、図3および図4に示したように、正極21、負極22、セパレータ23および電解液(図示せず)を含んでいる。
[Battery element]
The battery element 20 is housed in an exterior film 10. The battery element 20 is a so-called power generating element, and as shown in Figures 3 and 4, includes a positive electrode 21, a negative electrode 22, a separator 23, and an electrolyte (not shown).
ここでは、電池素子20は、いわゆる巻回電極体である。すなわち、正極21および負極22は、セパレータ23を介して互いに対向しながら、巻回軸Pを中心として巻回されている。この巻回軸Pは、図3から明らかなように、Y軸方向に延在する仮想軸である。 Here, the battery element 20 is a so-called wound electrode body. That is, the positive electrode 21 and the negative electrode 22 are wound around a winding axis P while facing each other via a separator 23. As is clear from Figure 3, this winding axis P is an imaginary axis extending in the Y-axis direction.
電池素子20の立体的形状は、特に限定されない。ここでは、電池素子20は、扁平状の立体的形状を有しているため、巻回軸Pと交差する電池素子20の断面(XZ面に沿った断面)の形状は、長軸J1および短軸J2により規定される扁平形状である。 The three-dimensional shape of the battery element 20 is not particularly limited. Here, the battery element 20 has a flat three-dimensional shape, and therefore the shape of the cross section (cross section along the XZ plane) of the battery element 20 intersecting the winding axis P is a flat shape defined by the major axis J1 and the minor axis J2.
長軸J1は、X軸方向に延在する仮想軸であり、短軸J2の長さよりも大きい長さを有している。短軸J2は、X軸方向と交差するZ軸方向に延在する仮想軸であり、長軸J1の長さよりも小さい長さを有している。ここでは、電池素子20の立体的形状は、扁平な円筒状であるため、その電池素子20の断面の形状は、扁平な略楕円形状である。 The major axis J1 is an imaginary axis extending in the X-axis direction and has a length greater than that of the minor axis J2. The minor axis J2 is an imaginary axis extending in the Z-axis direction intersecting the X-axis direction and has a length less than that of the major axis J1. Here, the three-dimensional shape of the battery element 20 is a flattened cylinder, and therefore the cross-sectional shape of the battery element 20 is a flattened, approximately elliptical shape.
(正極)
正極21は、図4に示したように、正極集電体21Aおよび正極活物質層21Bを含んでいる。
(positive electrode)
As shown in FIG. 4, the positive electrode 21 includes a positive electrode current collector 21A and a positive electrode active material layer 21B.
正極集電体21Aは、正極活物質層21Bが設けられる一対の面を有している。この正極集電体21Aは、金属材料などの導電性材料を含んでおり、その導電性材料の具体例は、アルミニウムなどである。The positive electrode current collector 21A has a pair of surfaces on which the positive electrode active material layer 21B is provided. This positive electrode current collector 21A contains a conductive material such as a metal material, and a specific example of such a conductive material is aluminum.
正極活物質層21Bは、リチウムを吸蔵放出可能である正極活物質のうちのいずれか1種類または2種類以上を含んでいる。ただし、正極活物質層21Bは、さらに、正極結着剤および正極導電剤などの他の材料のうちのいずれか1種類または2種類以上を含んでいてもよい。正極活物質層21Bの形成方法は、特に限定されないが、具体的には、塗布法などである。 Positive electrode active material layer 21B contains one or more types of positive electrode active materials capable of absorbing and releasing lithium. However, positive electrode active material layer 21B may also contain one or more types of other materials, such as a positive electrode binder and a positive electrode conductor. The method for forming positive electrode active material layer 21B is not particularly limited, but examples include coating methods.
ここでは、正極活物質層21Bは、正極集電体21Aの両面に設けられているため、正極21は、2個の正極活物質層21Bを含んでいる。ただし、ただし、正極活物質層21Bは、正極21が負極22に対向する側において正極集電体21Aの片面だけに設けられているため、その正極21は、1個の正極活物質層21Bだけを含んでいてもよい。 Here, the positive electrode active material layer 21B is provided on both sides of the positive electrode current collector 21A, so the positive electrode 21 includes two positive electrode active material layers 21B. However, since the positive electrode active material layer 21B is provided on only one side of the positive electrode current collector 21A, on the side where the positive electrode 21 faces the negative electrode 22, the positive electrode 21 may include only one positive electrode active material layer 21B.
正極活物質の種類は、特に限定されないが、具体的には、リチウム含有化合物などである。このリチウム含有化合物は、リチウムと共に1種類または2種類以上の遷移金属元素を構成元素として含む化合物であり、さらに、1種類または2種類以上の他元素を構成元素として含んでいてもよい。他元素の種類は、特に限定されないが、具体的には、長周期型周期表中の2族~15族に属する元素である。リチウム含有化合物の種類は、特に限定されないが、具体的には、酸化物、リン酸化合物、ケイ酸化合物およびホウ酸化合物などである。 The type of positive electrode active material is not particularly limited, but specific examples include lithium-containing compounds. This lithium-containing compound is a compound that contains lithium as well as one or more transition metal elements as constituent elements, and may also contain one or more other elements as constituent elements. The type of other elements is not particularly limited, but specific examples include elements belonging to groups 2 to 15 of the long period periodic table. The type of lithium-containing compound is not particularly limited, but specific examples include oxides, phosphate compounds, silicate compounds, and borate compounds.
酸化物の具体例は、LiNiO2 、LiCoO2 、LiCo0.98Al0.01Mg0.01O2 、LiNi0.5 Co0.2 Mn0.3 O2 およびLiMn2 O4 などである。リン酸化合物の具体例は、LiFePO4 、LiMnPO4 およびLiFe0.5 Mn0.5 PO4 などである。 Specific examples of oxides include LiNiO2 , LiCoO2 , LiCo0.98Al0.01Mg0.01O2 , LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2 , and LiMn2O4 . Specific examples of phosphate compounds include LiFePO4 , LiMnPO4 , and LiFe0.5Mn0.5PO4 .
正極結着剤および正極導電剤のそれぞれに関する詳細は、上記した負極結着剤および負極導電剤のそれぞれに関する詳細と同様である。 Details regarding the positive electrode binder and the positive electrode conductor are the same as those regarding the negative electrode binder and the negative electrode conductor described above.
(負極)
負極22は、負極100の構成と同様の構成を有している。すなわち、負極22は、図4に示したように、負極集電体22Aおよび負極活物質層22Bを含んでいる。負極集電体22Aおよび負極活物質層22Bのそれぞれの構成は、負極集電体110および負極活物質層120のそれぞれの構成と同様である。
(Negative electrode)
The negative electrode 22 has a configuration similar to that of the negative electrode 100. That is, the negative electrode 22 includes a negative electrode current collector 22A and a negative electrode active material layer 22B, as shown in Fig. 4. The configurations of the negative electrode current collector 22A and the negative electrode active material layer 22B are similar to the configurations of the negative electrode current collector 110 and the negative electrode active material layer 120, respectively.
ここでは、負極活物質層22Bが負極集電体22Aの両面に設けられている。ただし、負極活物質層22Bは、負極集電体22Aの片面だけに設けられていてもよい。 Here, the negative electrode active material layer 22B is provided on both sides of the negative electrode current collector 22A. However, the negative electrode active material layer 22B may be provided on only one side of the negative electrode current collector 22A.
(セパレータ)
セパレータ23は、図4に示したように、正極21と負極22との間に介在している絶縁性の多孔質膜であり、その正極21と負極22との接触に起因した短絡の発生を防止しながらリチウムをイオン状態で通過させる。このセパレータ23は、ポリエチレンなどの高分子化合物を含んでいる。
(separator)
4, the separator 23 is an insulating porous film interposed between the positive electrode 21 and the negative electrode 22, and allows lithium to pass through in an ionic state while preventing the occurrence of a short circuit due to contact between the positive electrode 21 and the negative electrode 22. The separator 23 contains a polymer compound such as polyethylene.
(電解液)
電解液は、液状の電解質であり、正極21、負極22およびセパレータ23のそれぞれに含浸されている。この電解液は、溶媒および電解質塩を含んでいる。
(electrolyte)
The electrolytic solution is a liquid electrolyte, and is impregnated into each of the positive electrode 21, the negative electrode 22, and the separator 23. The electrolytic solution contains a solvent and an electrolyte salt.
溶媒は、非水溶媒(有機溶剤)のうちのいずれか1種類または2種類以上を含んでおり、その非水溶媒を含んでいる電解液は、いわゆる非水電解液である。 The solvent contains one or more non-aqueous solvents (organic solvents), and the electrolyte containing the non-aqueous solvent is a so-called non-aqueous electrolyte.
この非水溶媒は、エステル類およびエーテル類などであり、より具体的には、炭酸エステル系化合物、カルボン酸エステル系化合物およびラクトン系化合物のうちのいずれか1種類または2種類以上である。電解質塩の解離性およびイオンの移動度が向上するからである。 This non-aqueous solvent is an ester or ether, and more specifically, one or more of the following compounds: carbonate ester compounds, carboxylic acid ester compounds, and lactone compounds. This improves the dissociation of the electrolyte salt and the mobility of ions.
炭酸エステル系化合物は、環状炭酸エステルおよび鎖状炭酸エステルである。環状炭酸エステルの具体例は、炭酸エチレンおよび炭酸プロピレンなどであると共に、鎖状炭酸エステルの具体例は、炭酸ジメチル、炭酸ジエチルおよび炭酸エチルメチルなどである。Carbonate compounds include cyclic carbonates and chain carbonates. Specific examples of cyclic carbonates include ethylene carbonate and propylene carbonate, while specific examples of chain carbonates include dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and ethyl methyl carbonate.
カルボン酸エステル系化合物は、鎖状カルボン酸エステルなどである。鎖状カルボン酸エステルの具体例は、酢酸エチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸プロピルおよびトリメチル酢酸エチルなどである。Carboxylic acid ester compounds include chain carboxylic acid esters. Specific examples of chain carboxylic acid esters include ethyl acetate, ethyl propionate, propyl propionate, and ethyl trimethylacetate.
ラクトン系化合物は、ラクトンなどである。ラクトンの具体例は、γ-ブチロラクトンおよびγ-バレロラクトンなどである。 Lactone compounds include lactones. Specific examples of lactones include gamma-butyrolactone and gamma-valerolactone.
なお、エーテル類は、1,2-ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、1,3-ジオキソランおよび1,4-ジオキサンなどでもよい。 The ethers may also be 1,2-dimethoxyethane, tetrahydrofuran, 1,3-dioxolane, and 1,4-dioxane.
また、非水溶媒は、不飽和環状炭酸エステル、フッ素化環状炭酸エステル、スルホン酸エステル、リン酸エステル、酸無水物、ニトリル化合物およびイソシアネート化合物などのうちのいずれか1種類または2種類以上である。同様に、電解質塩の解離性およびイオンの移動度が向上するからである。 The nonaqueous solvent is one or more of the following: unsaturated cyclic carbonates, fluorinated cyclic carbonates, sulfonates, phosphates, acid anhydrides, nitrile compounds, and isocyanate compounds. This is because the dissociation of the electrolyte salt and the mobility of ions are similarly improved.
不飽和環状炭酸エステルの具体例は、炭酸ビニレン、炭酸ビニルエチレンおよび炭酸メチレンエチレンなどである。フッ素化環状炭酸エステルの具体例は、モノフルオロ炭酸エチレンおよびジフルオロ炭酸エチレンなどである。スルホン酸エステルの具体例は、プロパンスルトンおよびプロペンスルトンなどである。リン酸エステルの具体例は、リン酸トリメチルおよびリン酸トリエチルなどである。酸無水物の具体例は、コハク酸無水物、1,2-エタンジスルホン酸無水物および2-スルホ安息香酸無水物などである。ニトリル化合物の具体例は、スクシノニトリルなどである。イソシアネート化合物の具体例は、ヘキサメチレンジイソシアネートなどである。 Specific examples of unsaturated cyclic carbonates include vinylene carbonate, vinylethylene carbonate, and methyleneethylene carbonate. Specific examples of fluorinated cyclic carbonates include monofluoroethylene carbonate and difluoroethylene carbonate. Specific examples of sulfonic acid esters include propane sultone and propene sultone. Specific examples of phosphate esters include trimethyl phosphate and triethyl phosphate. Specific examples of acid anhydrides include succinic anhydride, 1,2-ethanedisulfonic anhydride, and 2-sulfobenzoic anhydride. Specific examples of nitrile compounds include succinonitrile. Specific examples of isocyanate compounds include hexamethylene diisocyanate.
もちろん、非水溶媒の組成は、上記した一連の非水溶媒のうちのいずれか1種類または2種類以上を含んでいれば、特に限定されないため、任意に設定可能である。 Of course, the composition of the non-aqueous solvent is not particularly limited as long as it contains one or more of the non-aqueous solvents listed above, and can be set as desired.
電解質塩は、リチウム塩などの軽金属塩のうちのいずれか1種類または2種類以上を含んでいる。 The electrolyte salt contains one or more light metal salts, such as lithium salts.
リチウム塩の具体例は、六フッ化リン酸リチウム(LiPF6 )、四フッ化ホウ酸リチウム(LiBF4 )、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム(LiCF3 SO3 )、ビス(フルオロスルホニル)イミドリチウム(LiN(FSO2 )2 )、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドリチウム(LiN(CF3 SO2 )2 )、リチウムトリス(トリフルオロメタンスルホニル)メチド(LiC(CF3 SO2 )3 )、ビス(オキサラト)ホウ酸リチウム(LiB(C2 O4 )2 )、モノフルオロリン酸リチウム(Li2 PFO3 )およびジフルオロリン酸リチウム(LiPF2 O2 )などである。高い電池容量が得られるからである。 Specific examples of lithium salts include lithium hexafluorophosphate ( LiPF ), lithium tetrafluoroborate (LiBF), lithium trifluoromethanesulfonate ( LiCFSO ), lithium bis (fluorosulfonyl)imide (LiN( FSO ), lithium bis (trifluoromethanesulfonyl)imide (LiN( CFSO ), lithium tris(trifluoromethanesulfonyl)methide (LiC( CFSO ), lithium bis ( oxalato ) borate (LiB( CO ) ), lithium monofluorophosphate ( LiPFO ), and lithium difluorophosphate ( LiPFO ) . These lithium salts are preferred because they can provide high battery capacities.
電解質塩の含有量は、特に限定されないが、具体的には、溶媒に対して0.3mol/kg~3.0mol/kgである。高いイオン伝導性が得られるからである。 The content of the electrolyte salt is not particularly limited, but specifically, it is 0.3 mol/kg to 3.0 mol/kg relative to the solvent. This is because high ionic conductivity is obtained.
[正極リード]
正極リード31は、図3および図4に示したように、正極21の正極集電体21Aに接続されている正極配線であり、外装フィルム10の外部に導出されている。この正極リード31は、金属材料などの導電性材料を含んでおり、その導電性材料の具体例は、アルミニウムなどである。なお、正極リード31の形状は、薄板状および網目状などのうちのいずれかである。
[Positive electrode lead]
3 and 4, the positive electrode lead 31 is a positive electrode wiring connected to the positive electrode current collector 21A of the positive electrode 21, and is led out of the exterior film 10. The positive electrode lead 31 contains a conductive material such as a metal material, and a specific example of the conductive material is aluminum. The positive electrode lead 31 has a shape such as a thin plate or a mesh.
[負極リード]
負極リード32は、図3および図4に示したように、負極22の負極集電体22Aに接続されている負極配線であり、外装フィルム10の外部に導出されている。ここでは、負極リード32の導出方向は、正極リード31の導出方向と同様の方向である。この負極リード32は、金属材料などの導電性材料を含んでおり、その導電性材料の具体例は、銅などである。なお、負極リード32の形状に関する詳細は、正極リード31の形状に関する詳細と同様である。
[Negative electrode lead]
As shown in Figures 3 and 4 , the negative electrode lead 32 is a negative electrode wiring connected to the negative electrode current collector 22A of the negative electrode 22, and is led out of the exterior film 10. Here, the lead-out direction of the negative electrode lead 32 is the same as the lead-out direction of the positive electrode lead 31. This negative electrode lead 32 contains a conductive material such as a metal material, and a specific example of the conductive material is copper. Note that the details regarding the shape of the negative electrode lead 32 are the same as the details regarding the shape of the positive electrode lead 31.
[封止フィルム]
封止フィルム41は、外装フィルム10と正極リード31との間に挿入されていると共に、封止フィルム42は、外装フィルム10と負極リード32との間に挿入されている。ただし、封止フィルム41,42のうちの一方または双方は、省略されてもよい。
[Sealing film]
The sealing film 41 is inserted between the exterior film 10 and the positive electrode lead 31, and the sealing film 42 is inserted between the exterior film 10 and the negative electrode lead 32. However, one or both of the sealing films 41 and 42 may be omitted.
封止フィルム41は、外装フィルム10の内部に外気などが侵入することを防止する封止部材である。この封止フィルム41は、正極リード31に対して密着性を有するポリオレフィンなどの高分子化合物を含んでおり、その高分子化合物の具体例は、ポリプロピレンなどである。The sealing film 41 is a sealing member that prevents outside air and other substances from entering the interior of the exterior film 10. This sealing film 41 contains a polymer compound such as polyolefin that has adhesion to the positive electrode lead 31, and a specific example of such a polymer compound is polypropylene.
封止フィルム42の構成は、負極リード32に対して密着性を有する封止部材であることを除いて、封止フィルム41の構成と同様である。すなわち、封止フィルム42は、負極リード32に対して密着性を有するポリオレフィンなどの高分子化合物を含んでいる。 The configuration of the sealing film 42 is the same as that of the sealing film 41, except that it is a sealing member that has adhesion to the negative electrode lead 32. That is, the sealing film 42 contains a polymer compound such as polyolefin that has adhesion to the negative electrode lead 32.
<2-2.動作>
この二次電池は、充放電時において、以下のように動作する。
<2-2. Operation>
This secondary battery operates as follows during charging and discharging.
充電時には、電池素子20において、正極21からリチウムが放出されると共に、そのリチウムが電解液を介して負極22に吸蔵される。一方、放電時には、電池素子20において、負極22からリチウムが放出されると共に、そのリチウムが電解液を介して正極21に吸蔵される。放電時および充電時のそれぞれでは、リチウムがイオン状態で吸蔵放出される。During charging, lithium is released from the positive electrode 21 of the battery element 20 and is absorbed into the negative electrode 22 via the electrolyte. During discharging, lithium is released from the negative electrode 22 of the battery element 20 and is absorbed into the positive electrode 21 via the electrolyte. During both discharging and charging, lithium is absorbed and released in an ionic state.
<2-3.製造方法>
二次電池を製造する場合には、以下で説明する一例の手順により、正極21および負極22のそれぞれを作製すると共に、電解液を調製したのち、その正極21、負極22および電解液を用いて二次電池を組み立てると共に、その組み立て後の二次電池の安定化処理を行う。
<2-3. Manufacturing method>
When manufacturing a secondary battery, the positive electrode 21 and the negative electrode 22 are each produced and an electrolytic solution is prepared according to the procedure described below as an example. Then, the positive electrode 21, the negative electrode 22, and the electrolytic solution are used to assemble a secondary battery, and a stabilization process is performed on the assembled secondary battery.
[正極の作製]
最初に、正極活物質、正極結着剤および正極導電剤を互いに混合させることにより、正極合剤とする。続いて、溶媒に正極合剤を投入することにより、ペースト状の正極合剤スラリーを調製する。この溶媒は、水性溶媒でもよいし、有機溶剤でもよい。最後に、正極集電体21Aの両面に正極合剤スラリーを塗布することにより、正極活物質層21Bを形成する。こののち、ロールプレス機などを用いて正極活物質層21Bを圧縮成型してもよい。この場合には、正極活物質層21Bを加熱してもよいし、圧縮成型を複数回繰り返してもよい。これにより、正極集電体21Aの両面に正極活物質層21Bが形成されるため、正極21が作製される。
[Preparation of Positive Electrode]
First, a cathode active material, a cathode binder, and a cathode conductive agent are mixed together to form a cathode mixture. Next, the cathode mixture is poured into a solvent to prepare a paste-like cathode mixture slurry. This solvent may be an aqueous solvent or an organic solvent. Finally, the cathode mixture slurry is applied to both surfaces of the cathode current collector 21A to form the cathode active material layer 21B. The cathode active material layer 21B may then be compression-molded using a roll press or the like. In this case, the cathode active material layer 21B may be heated, or the compression molding may be repeated multiple times. This results in the formation of the cathode active material layer 21B on both surfaces of the cathode current collector 21A, thereby producing the cathode 21.
[負極の作製]
負極100の製造手順と同様の手順により、負極22を作製する。この場合には、負極集電体22Aの両面に負極活物質層22Bを形成する。
[Fabrication of negative electrode]
The negative electrode 22 is produced by the same procedure as that for producing the negative electrode 100. In this case, the negative electrode active material layers 22B are formed on both surfaces of the negative electrode current collector 22A.
[電解液の調製]
溶媒に電解質塩を投入する。これにより、溶媒中において電解質塩が分散または溶解されるため、電解液が調製される。
[Preparation of Electrolyte Solution]
An electrolyte salt is added to a solvent, whereby the electrolyte salt is dispersed or dissolved in the solvent, thereby preparing an electrolytic solution.
[二次電池の組み立て]
最初に、溶接法などの接合法を用いて、正極21の正極集電体21Aに正極リード31を接続させると共に、溶接法などの接合法を用いて、負極22の負極集電体22Aに負極リード32を接続させる。続いて、溶接法などの接合法を用いて、正極21の正極集電体21Aに正極リード31を接続させると共に、溶接法などの接合法を用いて、負極22の負極集電体22Aに負極リード32を接続させる。
[Assembly of secondary battery]
First, the positive electrode lead 31 is connected to the positive electrode current collector 21A of the positive electrode 21 using a joining method such as welding, and the negative electrode lead 32 is connected to the negative electrode current collector 22A of the negative electrode 22 using a joining method such as welding. Next, the positive electrode lead 31 is connected to the positive electrode current collector 21A of the positive electrode 21 using a joining method such as welding, and the negative electrode lead 32 is connected to the negative electrode current collector 22A of the negative electrode 22 using a joining method such as welding.
続いて、セパレータ23を介して正極21および負極22を互いに積層させたのち、その正極21、負極22およびセパレータ23を巻回させることにより、巻回体(図示せず)を作製する。続いて、プレス機などを用いて巻回体を押圧することにより、扁平形状となるように巻回体を成形する。この成形後の巻回体は、正極21、負極22およびセパレータ23のそれぞれに電解液が含浸されていないことを除いて、電池素子20の構成と同様の構成を有している。Next, the positive electrode 21 and the negative electrode 22 are stacked together with the separator 23 interposed therebetween, and then the positive electrode 21, the negative electrode 22, and the separator 23 are wound together to form a wound body (not shown). The wound body is then pressed using a press or the like to form a flat shape. The wound body after this formation has a configuration similar to that of the battery element 20, except that the positive electrode 21, the negative electrode 22, and the separator 23 are not impregnated with electrolyte.
続いて、窪み部10Uの内部に巻回体を収容したのち、外装フィルム10(融着層/金属層/表面保護層)を折り畳むことにより、その外装フィルム10同士を互いに対向させる。続いて、熱融着法などの接着法を用いて、互いに対向する融着層のうちの2辺の外周縁部同士を互いに接合させることにより、袋状の外装フィルム10の内部に巻回体を収納する。Next, after the roll is placed inside the recess 10U, the exterior film 10 (adhesive layer/metal layer/surface protection layer) is folded so that the exterior films 10 face each other. Next, the outer edges of two of the opposing adhesive layers are joined together using an adhesive method such as heat fusion, thereby placing the roll inside the bag-shaped exterior film 10.
最後に、袋状の外装フィルム10に電解液を注入したのち、熱融着法などの接着法を用いて、互いに対向する融着層のうちの残りの1辺の外周縁部同士を互いに接合させる。この場合には、外装フィルム10と正極リード31との間に封止フィルム41を挿入すると共に、外装フィルム10と負極リード32との間に封止フィルム42を挿入する。Finally, electrolyte is poured into the bag-shaped exterior film 10, and the outer edges of the remaining opposing fusion layers are joined together using an adhesive method such as heat fusion. In this case, a sealing film 41 is inserted between the exterior film 10 and the positive electrode lead 31, and a sealing film 42 is inserted between the exterior film 10 and the negative electrode lead 32.
これにより、巻回体に電解液が含浸されるため、巻回電極体である電池素子20が形成される。よって、袋状の外装フィルム10の内部に電池素子20が封入されるため、二次電池が組み立てられる。 As a result, the wound body is impregnated with electrolyte, forming the battery element 20, which is a wound electrode body. The battery element 20 is then sealed inside the bag-shaped exterior film 10, and a secondary battery is assembled.
[二次電池の安定化]
組み立て後の二次電池を充放電させる。環境温度、充放電回数(サイクル数)および充放電条件などの各種条件は、任意に設定可能である。これにより、正極21および負極22のそれぞれの状態が電気化学的に安定化するため、二次電池が完成する。
[Stabilization of secondary battery]
The assembled secondary battery is charged and discharged. Various conditions, such as the ambient temperature, the number of charge/discharge cycles (number of cycles), and the charge/discharge conditions, can be set as desired. This electrochemically stabilizes the states of the positive electrode 21 and the negative electrode 22, thereby completing the secondary battery.
<2-4.作用および効果>
この二次電池によれば、負極22が負極100の構成と同様の構成を有している。よって、上記した理由により、初回の充放電時から十分な放電容量が得られると共に、その後に充放電を繰り返しても放電容量が減少しにくくなるため、優れた電池特性を得ることができる。
<2-4. Actions and Effects>
In this secondary battery, the negative electrode 22 has a configuration similar to that of the negative electrode 100. Therefore, for the reasons described above, a sufficient discharge capacity can be obtained from the first charge/discharge, and the discharge capacity is less likely to decrease even after repeated charge/discharge, thereby achieving excellent battery characteristics.
特に、二次電池がリチウムイオン二次電池であれば、リチウムの吸蔵放出を利用して十分な電池容量が安定に得られるため、より高い効果を得ることができる。 In particular, if the secondary battery is a lithium-ion secondary battery, sufficient battery capacity can be obtained stably by utilizing the absorption and release of lithium, thereby achieving even greater effects.
<3.変形例>
上記した二次電池の構成は、以下で説明するように、適宜、変更可能である。ただし、以下で説明する一連の変形例は、互いに組み合わされてもよい。
3. Modified Examples
The configuration of the secondary battery described above can be modified as appropriate as described below, although the series of modifications described below may be combined with each other.
[変形例1]
多孔質膜であるセパレータ23を用いた。しかしながら、ここでは具体的に図示しないが、高分子化合物層を含む積層型のセパレータを用いてもよい。
[Modification 1]
A porous film separator 23 was used. However, although not specifically shown here, a laminated separator including a polymer compound layer may also be used.
具体的には、積層型のセパレータは、一対の面を有する多孔質膜と、その多孔質膜の片面または両面に設けられた高分子化合物層とを含んでいる。正極21および負極22のそれぞれに対するセパレータの密着性が向上するため、電池素子20の位置ずれ(巻きずれ)が抑制されるからである。これにより、電解液の分解反応などの副反応が発生しても、二次電池の膨れが抑制される。高分子化合物層は、ポリフッ化ビニリデンなどの高分子化合物を含んでいる。高分子化合物層に関して優れた物理的強度および優れた電気化学的安定性が得られるからである。Specifically, the laminated separator includes a porous membrane with a pair of surfaces and a polymer compound layer provided on one or both surfaces of the porous membrane. This is because the separator's adhesion to each of the positive electrode 21 and negative electrode 22 is improved, thereby preventing misalignment (winding) of the battery element 20. This prevents swelling of the secondary battery even if a side reaction, such as the decomposition reaction of the electrolyte, occurs. The polymer compound layer includes a polymer compound such as polyvinylidene fluoride. This is because the polymer compound layer provides excellent physical strength and excellent electrochemical stability.
なお、多孔質膜および高分子化合物層のうちの一方または双方は、複数の絶縁性粒子を含んでいてもよい。二次電池の発熱時において複数の絶縁性粒子が放熱を促進させるため、その二次電池の安全性(耐熱性)が向上するからである。複数の絶縁性粒子は、無機材料および樹脂材料などの絶縁性材料のうちのいずれか1種類または2種類以上を含んでいる。無機材料の具体例は、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、ベーマイト、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化マグネシウムおよび酸化ジルコニウムなどである。樹脂材料の具体例は、アクリル樹脂およびスチレン樹脂などである。 One or both of the porous film and the polymer compound layer may contain a plurality of insulating particles. This is because the plurality of insulating particles promotes heat dissipation when the secondary battery generates heat, thereby improving the safety (heat resistance) of the secondary battery. The plurality of insulating particles contain one or more types of insulating materials, such as inorganic materials and resin materials. Specific examples of inorganic materials include aluminum oxide, aluminum nitride, boehmite, silicon oxide, titanium oxide, magnesium oxide, and zirconium oxide. Specific examples of resin materials include acrylic resin and styrene resin.
積層型のセパレータを作製する場合には、高分子化合物および溶媒などを含む前駆溶液を調製したのち、多孔質膜の片面または両面に前駆溶液を塗布する。この場合には、必要に応じて、前駆溶液に複数の絶縁性粒子を添加してもよい。When fabricating a laminated separator, a precursor solution containing a polymer compound and a solvent is prepared, and then the precursor solution is applied to one or both sides of a porous membrane. In this case, multiple insulating particles may be added to the precursor solution, if necessary.
この積層型のセパレータを用いた場合においても、正極21と負極22との間においてリチウムイオンが移動可能になるため、同様の効果を得ることができる。この場合には、特に、上記したように、二次電池の安全性が向上するため、より高い効果を得ることができる。 Even when this laminated separator is used, the same effect can be achieved because lithium ions can move between the positive electrode 21 and the negative electrode 22. In this case, as mentioned above, the safety of the secondary battery is particularly improved, resulting in even greater effects.
[変形例2]
液状の電解質である電解液を用いた。しかしながら、ここでは具体的に図示しないが、ゲル状の電解質である電解質層を用いてもよい。
[Modification 2]
An electrolyte solution, which is a liquid electrolyte, was used, but although not specifically shown here, an electrolyte layer, which is a gel electrolyte, may also be used.
電解質層を用いた電池素子20では、セパレータ23および電解質層を介して正極21および負極22が交互に積層されている。この電解質層は、正極21とセパレータ23との間に介在していると共に、負極22とセパレータ23との間に介在している。In a battery element 20 using an electrolyte layer, positive electrodes 21 and negative electrodes 22 are alternately stacked with separators 23 and electrolyte layers interposed between them. The electrolyte layer is interposed between the positive electrode 21 and separator 23, and also between the negative electrode 22 and separator 23.
具体的には、電解質層は、電解液と共に高分子化合物を含んでおり、その電解液は、高分子化合物により保持されている。電解液の漏液が防止されるからである。電解液の構成は、上記した通りである。高分子化合物は、ポリフッ化ビニリデンなどを含んでいる。電解質層を形成する場合には、電解液、高分子化合物および溶媒を含む前駆溶液を調製したのち、正極21および負極22のそれぞれの片面または両面に前駆溶液を塗布する。 Specifically, the electrolyte layer contains a polymer compound along with an electrolyte solution, and the electrolyte solution is held in place by the polymer compound. This is because leakage of the electrolyte solution is prevented. The composition of the electrolyte solution is as described above. The polymer compound includes polyvinylidene fluoride, etc. To form the electrolyte layer, a precursor solution containing the electrolyte solution, the polymer compound, and a solvent is prepared, and then the precursor solution is applied to one or both surfaces of each of the positive electrode 21 and the negative electrode 22.
この電解質層を用いた場合においても、正極21と負極22との間において電解質層を介してリチウムイオンが移動可能になるため、同様の効果を得ることができる。この場合には、特に、上記したように、電解液の漏液が防止されるため、より高い効果を得ることができる。 Even when this electrolyte layer is used, the same effect can be achieved because lithium ions can move between the positive electrode 21 and the negative electrode 22 via the electrolyte layer. In this case, even greater effects can be achieved, particularly because leakage of the electrolyte is prevented, as described above.
<4.二次電池の用途>
二次電池の用途(適用例)は、特に限定されない。電源として用いられる二次電池は、電子機器および電動車両などにおいて、主電源でもよいし、補助電源でもよい。主電源とは、他の電源の有無に関係なく、優先的に用いられる電源である。補助電源は、主電源の代わりに用いられる電源でもよいし、主電源から切り替えられる電源でもよい。
<4. Uses of secondary batteries>
The use (application example) of the secondary battery is not particularly limited. The secondary battery used as a power source may be a main power source or an auxiliary power source in electronic devices, electric vehicles, etc. The main power source is a power source that is used preferentially regardless of the presence or absence of other power sources. The auxiliary power source may be a power source used in place of the main power source or a power source that can be switched from the main power source.
二次電池の用途の具体例は、以下で説明する通りである。ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、携帯電話機、ノート型パソコン、ヘッドホンステレオ、携帯用ラジオおよび携帯用情報端末などの電子機器である。バックアップ電源およびメモリーカードなどの記憶用装置である。電動ドリルおよび電動鋸などの電動工具である。電子機器などに搭載される電池パックである。ペースメーカおよび補聴器などの医療用電子機器である。電気自動車(ハイブリッド自動車を含む。)などの電動車両である。非常時などに備えて電力を蓄積しておく家庭用または産業用のバッテリシステムなどの電力貯蔵システムである。これらの用途では、1個の二次電池が用いられてもよいし、複数個の二次電池が用いられてもよい。 Specific examples of uses for secondary batteries are as follows: Electronic devices such as video cameras, digital still cameras, mobile phones, laptop computers, headphone stereos, portable radios, and portable information terminals. Storage devices such as backup power supplies and memory cards. Power tools such as power drills and power saws. Battery packs installed in electronic devices. Medical electronic devices such as pacemakers and hearing aids. Electric vehicles such as electric cars (including hybrid cars). Power storage systems such as home or industrial battery systems that store power in preparation for emergencies. In these applications, one secondary battery may be used, or multiple secondary batteries may be used.
電池パックは、単電池を用いてもよいし、組電池を用いてもよい。電動車両は、駆動用電源として二次電池を用いて走行する車両であり、その二次電池以外の他の駆動源を併せて備えたハイブリッド自動車でもよい。家庭用の電力貯蔵システムでは、電力貯蔵源である二次電池に蓄積された電力を利用して、家庭用の電気製品などを使用可能である。 The battery pack may use a single cell or a battery pack. An electric vehicle is a vehicle that runs on a secondary battery as a driving power source, and may also be a hybrid vehicle that also has a driving source other than the secondary battery. In a home power storage system, household electrical appliances can be powered using the electricity stored in the secondary battery, which is the power storage source.
ここで、二次電池の適用例の一例に関して具体的に説明する。以下で説明する適用例の構成は、あくまで一例であるため、適宜、変更可能である。 Here, we will explain in detail an example of an application of a secondary battery. The configuration of the application example described below is merely an example and can be modified as appropriate.
図5は、電池パックのブロック構成を表している。ここで説明する電池パックは、1個の二次電池を用いた電池パック(いわゆるソフトパック)であり、スマートフォンに代表される電子機器などに搭載される。 Figure 5 shows the block diagram of a battery pack. The battery pack described here is a battery pack (a so-called soft pack) that uses a single secondary battery, and is installed in electronic devices such as smartphones.
この電池パックは、図5に示したように、電源71と、回路基板72とを備えている。この回路基板72は、電源71に接続されていると共に、正極端子73、負極端子74および温度検出端子75を含んでいる。 As shown in Figure 5, this battery pack comprises a power supply 71 and a circuit board 72. The circuit board 72 is connected to the power supply 71 and includes a positive terminal 73, a negative terminal 74, and a temperature detection terminal 75.
電源71は、1個の二次電池を含んでいる。この二次電池では、正極リードが正極端子73に接続されていると共に、負極リードが負極端子74に接続されている。この電源71は、正極端子73および負極端子74を介して外部と接続可能であるため、充放電可能である。回路基板72は、制御部76と、スイッチ77と、熱感抵抗素子(PTC素子)78と、温度検出部79とを含んでいる。ただし、PTC素子78は、省略されてもよい。 The power source 71 includes one secondary battery. The positive electrode lead of this secondary battery is connected to the positive electrode terminal 73, and the negative electrode lead is connected to the negative electrode terminal 74. The power source 71 can be connected to the outside via the positive electrode terminal 73 and the negative electrode terminal 74, and is therefore capable of charging and discharging. The circuit board 72 includes a control unit 76, a switch 77, a thermosensitive resistor (PTC element) 78, and a temperature detection unit 79. However, the PTC element 78 may be omitted.
制御部76は、中央演算処理装置(CPU)およびメモリなどを含んでおり、電池パック全体の動作を制御する。この制御部76は、必要に応じて電源71の使用状態の検出および制御を行う。The control unit 76 includes a central processing unit (CPU) and memory, and controls the operation of the entire battery pack. This control unit 76 detects and controls the usage status of the power source 71 as necessary.
なお、制御部76は、電源71(二次電池)の電圧が過充電検出電圧または過放電検出電圧に到達すると、スイッチ77を切断することにより、電源71の電流経路に充電電流が流れないようにする。過充電検出電圧は、特に限定されないが、具体的には、4.20V±0.05Vであると共に、過放電検出電圧は、特に限定されないが、具体的には、2.40V±0.1Vである。 When the voltage of the power source 71 (secondary battery) reaches the overcharge detection voltage or overdischarge detection voltage, the control unit 76 turns off the switch 77 to prevent charging current from flowing through the current path of the power source 71. The overcharge detection voltage is not particularly limited, but is specifically 4.20V ± 0.05V, and the overdischarge detection voltage is not particularly limited, but is specifically 2.40V ± 0.1V.
スイッチ77は、充電制御スイッチ、放電制御スイッチ、充電用ダイオードおよび放電用ダイオードなどを含んでおり、制御部76の指示に応じて電源71と外部機器との接続の有無を切り換える。このスイッチ77は、金属酸化物半導体を用いた電界効果トランジスタ(MOSFET)などを含んでおり、充放電電流は、スイッチ77のON抵抗に基づいて検出される。 Switch 77 includes a charge control switch, a discharge control switch, a charge diode, and a discharge diode, and switches the connection between power supply 71 and an external device on or off in response to instructions from control unit 76. Switch 77 includes a metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET), and the charge/discharge current is detected based on the ON resistance of switch 77.
温度検出部79は、サーミスタなどの温度検出素子を含んでいる。この温度検出部79は、温度検出端子75を用いて電源71の温度を測定すると共に、その温度の測定結果を制御部76に出力する。温度検出部79により測定された温度の測定結果は、異常発熱時において制御部76が充放電制御を行う場合および残容量の算出時において制御部76が補正処理を行う場合などに用いられる。 The temperature detection unit 79 includes a temperature detection element such as a thermistor. This temperature detection unit 79 measures the temperature of the power supply 71 using the temperature detection terminal 75 and outputs the temperature measurement result to the control unit 76. The temperature measurement result measured by the temperature detection unit 79 is used when the control unit 76 controls charging and discharging in the event of abnormal heat generation, and when the control unit 76 performs correction processing when calculating the remaining capacity.
本技術の実施例に関して説明する。 An example implementation of this technology is described below.
<実施例1~21および比較例1~13>
以下で説明するように、二次電池を製造したのち、その二次電池の電池特性を評価した。
<Examples 1 to 21 and Comparative Examples 1 to 13>
As will be described below, after the secondary batteries were manufactured, the battery characteristics of the secondary batteries were evaluated.
[二次電池の製造]
ここでは、電池特性の評価として簡易評価を行うために、試験用の二次電池を作製した。図6は、試験用の二次電池(コイン型のリチウムイオン二次電池)の断面構成を表している。
[Manufacturing of secondary batteries]
Here, a test secondary battery was fabricated to perform a simple evaluation of the battery characteristics. Fig. 6 shows the cross-sectional structure of the test secondary battery (a coin-type lithium ion secondary battery).
この二次電池は、図6に示したように、試験極61と、対極62と、セパレータ63と、外装カップ64と、外装缶65と、ガスケット66と、電解液(図示せず)とを備えている。ここでは、試験極61が負極に該当すると共に、対極62が正極に該当する。As shown in Figure 6, this secondary battery comprises a test electrode 61, a counter electrode 62, a separator 63, an outer cup 64, an outer can 65, a gasket 66, and an electrolyte (not shown). Here, the test electrode 61 corresponds to the negative electrode, and the counter electrode 62 corresponds to the positive electrode.
試験極61は、外装カップ64に収容されていると共に、対極62は、外装缶65に収容されている。試験極61および対極62は、セパレータ63を介して互いに積層されていると共に、電解液は、試験極61、対極62およびセパレータ63のそれぞれに含浸されている。外装カップ64および外装缶65は、ガスケット66を介して互いに加締められているため、試験極61、対極62およびセパレータ63は、外装カップ64および外装缶65により封入されている。The test electrode 61 is housed in an outer cup 64, and the counter electrode 62 is housed in an outer can 65. The test electrode 61 and counter electrode 62 are stacked together with a separator 63 interposed therebetween, and the test electrode 61, counter electrode 62, and separator 63 are each impregnated with electrolyte. The outer cup 64 and outer can 65 are crimped together with a gasket 66, so that the test electrode 61, counter electrode 62, and separator 63 are sealed within the outer cup 64 and outer can 65.
(試験極(負極)の作製)
試験極61を作製する場合には、最初に、負極活物質80質量部と、負極結着剤(ポリアクリル酸)10質量部と、負極導電剤(カーボンブラック)10質量部とを互いに混合させることにより、負極合剤とした。負極活物質としては、複数の第1負極活物質粒子121(ケイ素の酸化物である酸化ケイ素(SiO))と、複数の第2負極活物質粒子122(ケイ素の単体(Si)またはケイ素の合金であるケイ素鉄ニッケル合金(SiFeNi))とを用いた。この場合には、必要に応じて、ケイ素の単体とケイ素の合金とを併用した。
(Preparation of test electrode (negative electrode))
To fabricate the test electrode 61, first, 80 parts by mass of the negative electrode active material, 10 parts by mass of a negative electrode binder (polyacrylic acid), and 10 parts by mass of a negative electrode conductive agent (carbon black) were mixed together to form a negative electrode mixture. The negative electrode active materials used were a plurality of first negative electrode active material particles 121 (silicon oxide (SiO) which is an oxide of silicon) and a plurality of second negative electrode active material particles 122 (silicon element (Si) or silicon-iron-nickel alloy (SiFeNi) which is a silicon alloy). In this case, silicon element and a silicon alloy were used in combination as necessary.
続いて、溶媒(水性溶媒である純水)に負極合剤を投入したのち、自公転式ミキサを用いて水性溶媒を混錬した。これにより、水性溶媒中において負極合剤が分散されたため、ペースト状の負極合剤スラリーが調製された。続いて、コーティング装置を用いて、負極集電体22A(厚さ=12μmである銅箔)の片面に負極合剤スラリーを塗布したのち、その負極合剤スラリーを乾燥させることにより、負極活物質層22Bを形成した。この場合には、負極合剤スラリーを加熱乾燥(乾燥温度=120℃)したのち、その負極合剤スラリーを真空乾燥した。最後に、ロールプレス機を用いて負極活物質層22Bを圧縮成形した。これにより、負極集電体22Aの片面に負極活物質層22Bが形成されたため、試験極61が作製された。Next, the negative electrode mixture was added to a solvent (pure water, an aqueous solvent), and the aqueous solvent was mixed using a planetary mixer. This dispersed the negative electrode mixture in the aqueous solvent, resulting in a paste-like negative electrode mixture slurry. Next, the negative electrode mixture slurry was applied to one side of the negative electrode current collector 22A (copper foil with a thickness of 12 μm) using a coating device, and the negative electrode mixture slurry was then dried to form the negative electrode active material layer 22B. In this case, the negative electrode mixture slurry was heated and dried (drying temperature = 120°C), and then vacuum-dried. Finally, the negative electrode active material layer 22B was compression-molded using a roll press. This resulted in the formation of the negative electrode active material layer 22B on one side of the negative electrode current collector 22A, resulting in the production of the test electrode 61.
(対極の作製)
上記したように、試験用の二次電池(図6に示したコイン型のリチウムイオン二次電池)を用いて電池特性の簡易評価を行うために、対極62としてリチウム金属板を用いた。
(Preparation of counter electrode)
As described above, in order to perform a simple evaluation of the battery characteristics using a test secondary battery (the coin-type lithium ion secondary battery shown in FIG. 6), a lithium metal plate was used as the counter electrode 62 .
(電解液の調製)
溶媒(環状炭酸エステルである炭酸エチレンおよび鎖状炭酸エステルである炭酸エチルメチル)に電解質塩(六フッ化リン酸リチウム(LiPF6 )を添加したのち、その溶媒を撹拌した。この場合には、溶媒の混合比(重量比)を50:50としたと共に、電解質塩の含有量を溶媒に対して1mol/l(=1mol/dm3 )とした。これにより、電解液が調製された。
(Preparation of Electrolyte)
An electrolyte salt (lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 )) was added to a solvent (ethylene carbonate, a cyclic carbonate ester, and ethyl methyl carbonate, a chain carbonate ester), and the solvent was then stirred. In this case, the mixing ratio (weight ratio) of the solvents was 50:50, and the content of the electrolyte salt relative to the solvent was 1 mol/L (=1 mol/dm 3 ). In this way, an electrolytic solution was prepared.
(二次電池の組み立て)
最初に、外装カップ64に試験極61を収容したと共に、外装缶65に対極62を収容した。続いて、電解液が含浸されたセパレータ63(厚さ=25μmである微多孔性ポリエチレンフィルム)を介して、外装カップ64に収容された試験極61と、外装缶65に収容された対極62とを互いに積層させた。この場合には、セパレータ63を介して負極活物質層22Bと対極62とを互いに対向させた。最後に、試験極61および対極62がセパレータ63を介して互いに積層されている状態において、ガスケット66を介して外装カップ64および外装缶65を互いに加締めた。これにより、外装カップ64および外装缶65により試験極61および対極62が封入されたため、二次電池が組み立てられた。
(Secondary battery assembly)
First, the test electrode 61 was placed in an exterior cup 64, and the counter electrode 62 was placed in an exterior can 65. Next, the test electrode 61 placed in the exterior cup 64 and the counter electrode 62 placed in the exterior can 65 were stacked together with a separator 63 (a microporous polyethylene film with a thickness of 25 μm) impregnated with an electrolyte solution interposed therebetween. In this case, the negative electrode active material layer 22B and the counter electrode 62 faced each other with the separator 63 interposed therebetween. Finally, with the test electrode 61 and the counter electrode 62 stacked together with the separator 63 interposed therebetween, the exterior cup 64 and the exterior can 65 were crimped together with a gasket 66. As a result, the test electrode 61 and the counter electrode 62 were enclosed by the exterior cup 64 and the exterior can 65, and a secondary battery was assembled.
(二次電池の安定化)
常温環境中(温度=23℃)において二次電池を1サイクル充放電させた。充電時には、0.1Cの電流で電圧が0.02Vに到達するまで定電流充電したのち、その0.02Vの電圧で電流が0.025Cに到達するまで定電圧充電した。放電時には、0.1Cの電流で電圧が1.5Vに到達するまで定電流放電した。0.1Cとは、電池容量(理論容量)を10時間で放電しきる電流値であると共に、0.025Cとは、その電池容量を40時間で放電しきる電流値である。
(Stabilization of secondary batteries)
The secondary battery was subjected to one cycle of charge and discharge in a room temperature environment (temperature = 23°C). During charging, the battery was charged at a constant current of 0.1 C until the voltage reached 0.02 V, and then charged at a constant voltage of 0.02 V until the current reached 0.025 C. During discharging, the battery was discharged at a constant current of 0.1 C until the voltage reached 1.5 V. 0.1 C is the current value at which the battery capacity (theoretical capacity) is fully discharged in 10 hours, and 0.025 C is the current value at which the battery capacity is fully discharged in 40 hours.
これにより、試験極61および対極62のそれぞれの状態が電気化学的に安定化したため、二次電池が完成した。 As a result, the states of the test electrode 61 and the counter electrode 62 were electrochemically stabilized, and the secondary battery was completed.
(メジアン径MD1,MD2、大小関係、粒径比RD、面積比RSおよび炭素割合RE)
二次電池の完成後、その二次電池を解体することにより、試験極61を回収したのち、メジアン径MD1,MD2(μm)、大小関係、粒径比RDおよび面積比RSのそれぞれを調べた結果は、表1~表3に示した通りである。
(Median diameters MD1, MD2, size relationship, particle size ratio RD, area ratio RS, and carbon ratio RE)
After the secondary battery was completed, the secondary battery was disassembled to recover the test electrode 61, and the median diameters MD1 and MD2 (μm), the size relationship, the particle size ratio RD, and the area ratio RS were examined. The results are shown in Tables 1 to 3.
ここで、「大小関係」とは、メジアン径MD1,MD2の大小関係を表している。「大小関係」の欄に記載されている「大」は、メジアン径MD1がメジアン径MD2よりも大きいことを意味している。一方、「大小関係」の欄に記載されている「小」は、メジアン径MD1がメジアン径MD2よりも小さいことを意味している。 Here, "size relationship" refers to the size relationship between the median diameters MD1 and MD2. "Large" in the "size relationship" column means that the median diameter MD1 is larger than the median diameter MD2. On the other hand, "small" in the "size relationship" column means that the median diameter MD1 is smaller than the median diameter MD2.
なお、試験極61を作製する場合には、第1負極活物質粒子121の表面を炭素被覆する処理を行わなかった。これにより、二次電池から試験極61を回収したのち、XPSを用いて第1負極活物質粒子121の表面分析を行った結果、炭素割合REは1%未満であった。 When preparing the test electrode 61, the surface of the first negative electrode active material particles 121 was not coated with carbon. As a result, after recovering the test electrode 61 from the secondary battery, the surface of the first negative electrode active material particles 121 was analyzed using XPS, and the carbon fraction RE was found to be less than 1%.
メジアン径MD1,MD2(μm)、大小関係、粒径比RD、面積比RSおよび炭素割合REのそれぞれの算出手順および特定手順は、上記した通りである。 The calculation and determination procedures for the median diameters MD1, MD2 (μm), size relationship, particle size ratio RD, area ratio RS and carbon ratio RE are as described above.
[電池特性の評価]
電池特性として初回充放電特性およびサイクル特性を評価したところ、表1~表3に示した結果が得られた。
[Evaluation of Battery Characteristics]
The initial charge/discharge characteristics and cycle characteristics were evaluated as the battery characteristics, and the results shown in Tables 1 to 3 were obtained.
(初回充放電特性)
最初に、常温環境中(温度=23℃)において二次電池を充電させることにより、充電容量(1サイクル目の充電容量)を測定した。続いて、同環境中において二次電池を放電させることにより、放電容量(1サイクル目の放電容量)を測定した。最後に、初回効率(%)=(1サイクル目の放電容量/1サイクル目の放電容量)×100という計算式に基づいて、初回充放電特性を評価するための指標である初回効率を算出した。充放電条件は、二次電池の安定化時における充放電条件と同様にした。
(Initial charge/discharge characteristics)
First, the secondary battery was charged in a room temperature environment (temperature = 23°C) to measure the charge capacity (charge capacity at the first cycle). Next, the secondary battery was discharged in the same environment to measure the discharge capacity (discharge capacity at the first cycle). Finally, the initial efficiency, which is an index for evaluating the initial charge/discharge characteristics, was calculated based on the formula: initial efficiency (%) = (discharge capacity at the first cycle/discharge capacity at the first cycle) × 100. The charge/discharge conditions were the same as those during stabilization of the secondary battery.
なお、表1に示した初回効率の値は、比較例2における初回効率の値を1として規格化された値である。表2に示した初回効率の値は、比較例7における初回効率の値を1として規格化された値である。表3に示した初回効率の値は、比較例11における初回効率の値を1として規格化された値である。 The initial efficiency values shown in Table 1 are normalized with the initial efficiency value in Comparative Example 2 set to 1. The initial efficiency values shown in Table 2 are normalized with the initial efficiency value in Comparative Example 7 set to 1. The initial efficiency values shown in Table 3 are normalized with the initial efficiency value in Comparative Example 11 set to 1.
(サイクル特性)
最初に、常温環境中(温度=23℃)において二次電池を充放電させることにより、放電容量(1サイクル目の放電容量)を測定した。充放電条件は、二次電池の安定化時における充放電条件と同様にした。
(Cycle characteristics)
First, the discharge capacity (discharge capacity at the first cycle) was measured by charging and discharging the secondary battery in a room temperature environment (temperature = 23°C). The charge and discharge conditions were the same as those during stabilization of the secondary battery.
続いて、同環境中においてサイクル数の総数が100サイクルに到達するまで二次電池を繰り返して充放電させることにより、放電容量(100サイクル目の放電容量)を測定した。充放電条件は、充電時の電流および放電時の電流のそれぞれを0.7Cに変更したことを除いて、二次電池の安定化時における充放電条件と同様にした。Next, the secondary battery was repeatedly charged and discharged in the same environment until the total number of cycles reached 100, and the discharge capacity (discharge capacity at the 100th cycle) was measured. The charge and discharge conditions were the same as those used during stabilization of the secondary battery, except that the charge and discharge currents were both changed to 0.7 C.
最後に、容量維持率(%)=(100サイクル目の放電容量/1サイクル目の放電容量)×100という計算式に基づいて、サイクル特性を評価するための指標である容量維持率を算出した。 Finally, the capacity retention rate, which is an indicator for evaluating cycle characteristics, was calculated based on the formula: capacity retention rate (%) = (discharge capacity at 100th cycle / discharge capacity at 1st cycle) x 100.
なお、表1に示した容量維持率の値は、比較例2における容量維持率の値を1として規格化された値である。表2に示した容量維持率の値は、比較例7における容量維持率の値を1として規格化された値である。表3に示した容量維持率の値は、比較例11における容量維持率の値を1として規格化された値である。 The capacity retention values shown in Table 1 are normalized values with the capacity retention value in Comparative Example 2 set to 1. The capacity retention values shown in Table 2 are normalized values with the capacity retention value in Comparative Example 7 set to 1. The capacity retention values shown in Table 3 are normalized values with the capacity retention value in Comparative Example 11 set to 1.
[考察]
表1~表3に示したように、初回効率および容量維持率のそれぞれは、試験極61の構成に応じて大きく変動した。
[Consideration]
As shown in Tables 1 to 3, the initial efficiency and capacity retention rate each varied greatly depending on the configuration of the test electrode 61.
具体的には、下記の4種類の構成条件が満たされている場合(実施例1~21)には、その4種類の構成条件が満たされていない場合(比較例1~13)と比較して、高い初回効率が得られたと共に、高い容量維持率も得られた。 Specifically, when the following four configuration conditions were met (Examples 1 to 21), a higher initial efficiency and a higher capacity retention rate were obtained compared to when the four configuration conditions were not met (Comparative Examples 1 to 13).
メジアン径MD1=5μm~8μm
メジアン径MD2=0.12μm~1.2μm
粒径比RD=5~50
面積比RS=0.6~0.9
Median diameter MD1 = 5 μm to 8 μm
Median diameter MD2 = 0.12 μm to 1.2 μm
Particle size ratio RD=5~50
Area ratio RS=0.6~0.9
特に、4種類の構成条件が満たされている場合(実施例1~21)には、以下で説明する傾向が得られた。第1に、第2負極活物質粒子122の材質に依存せずに、高い初回効率および高い容量維持率が得られた。この場合には、ケイ素の単体またはケイ素の合金のうちのいずれを用いても同様の傾向が得られたと共に、ケイ素の単体およびケイ素の合金を併用しても同様の傾向が得られた。第2に、粒径比RDが10~30であると、高い初回効率が維持されながら、高い容量維持率が得られた。 In particular, when four configuration conditions were met (Examples 1 to 21), the trends described below were observed. First, high initial efficiency and high capacity retention were obtained regardless of the material of the second negative electrode active material particles 122. In this case, similar trends were obtained when either silicon alone or a silicon alloy was used, and also when both silicon alone and a silicon alloy were used. Second, when the particle size ratio RD was 10 to 30, a high capacity retention was obtained while maintaining a high initial efficiency.
[まとめ]
表1~表3に示した結果から、試験極61が複数の第1負極活物質粒子121および複数の第2負極活物質粒子122を含んでおり、その第1負極活物質粒子121がケイ素の酸化物を含んでおり、その第2負極活物質粒子122がケイ素の単体およびケイ素の合金のうちのいずれか一方または双方を含んでおり、上記した4種類の構成条件が満たされていると、高い初回効率が得られたと共に、高い容量維持率も得られた。よって、初回充放電特性およびサイクル特性の双方が向上したため、二次電池において優れた電池特性が得られた。
[summary]
The results shown in Tables 1 to 3 indicate that when the test electrode 61 includes a plurality of first anode active material particles 121 and a plurality of second anode active material particles 122, the first anode active material particles 121 include an oxide of silicon, and the second anode active material particles 122 include either or both of elemental silicon and a silicon alloy, and the four structural conditions described above are satisfied, high initial efficiency and high capacity retention are also obtained. Therefore, both the initial charge/discharge characteristics and the cycle characteristics are improved, and excellent battery characteristics are obtained in the secondary battery.
以上、一実施形態および実施例を挙げながら本技術に関して説明したが、その本技術の構成は、一実施形態および実施例において説明された構成に限定されないため、種々に変形可能である。 The present technology has been described above using one embodiment and example, but the configuration of the present technology is not limited to the configuration described in the one embodiment and example, and can be modified in various ways.
具体的には、二次電池の電池構造がラミネートフィルム型およびコイン型である場合に関して説明した。しかしながら、二次電池の電池構造は、特に限定されないため、円筒型、角型およびボタン型などでもよい。 Specifically, the battery structure of the secondary battery has been described as being laminate film type and coin type. However, the battery structure of the secondary battery is not particularly limited, and may be cylindrical, rectangular, button type, etc.
また、電池素子の素子構造が巻回型である場合に関して説明した。しかしながら、電池素子の素子構造は、特に限定されないため、積層型および九十九折り型などでもよい。積層型では、正極および負極がセパレータを介して交互に積層されていると共に、九十九折り型では、正極および負極がセパレータを介して互いに対向しながらジグザグに折り畳まれている。 The battery element has been described as having a wound structure. However, the structure of the battery element is not particularly limited, and may be a stacked structure or a zigzag structure. In a stacked structure, positive and negative electrodes are alternately stacked with separators in between, while in a zigzag structure, the positive and negative electrodes are folded in a zigzag pattern while facing each other with the separator in between.
さらに、電極反応物質がリチウムである場合に関して説明したが、その電極反応物質は、特に限定されない。具体的には、電極反応物質は、上記したように、ナトリウムおよびカリウムなどの他のアルカリ金属でもよいし、ベリリウム、マグネシウムおよびカルシウムなどのアルカリ土類金属でもよい。この他、電極反応物質は、アルミニウムなどの他の軽金属でもよい。 Furthermore, although the electrode reactant has been described as being lithium, the electrode reactant is not particularly limited. Specifically, as mentioned above, the electrode reactant may be other alkali metals such as sodium and potassium, or alkaline earth metals such as beryllium, magnesium, and calcium. Alternatively, the electrode reactant may be other light metals such as aluminum.
本明細書中に記載された効果は、あくまで例示であるため、本技術の効果は、本明細書中に記載された効果に限定されない。よって、本技術に関して、他の効果が得られてもよい。 The effects described in this specification are merely examples, and the effects of this technology are not limited to those described in this specification. Therefore, other effects may be obtained with this technology.
なお、本技術は、以下のような構成を取ることもできる。
<1>
正極、負極および電解液を備え、
前記負極は、複数の第1負極活物質粒子および複数の第2負極活物質粒子を含み、
前記第1負極活物質粒子は、ケイ素の酸化物を含み、
前記第2負極活物質粒子は、ケイ素の単体およびケイ素の合金のうちの少なくとも一方を含み、
電子顕微鏡を用いた前記負極の断面の観察結果において、
前記複数の第1負極活物質粒子のメジアン径は、5μm以上8μm以下であり、
前記複数の第2負極活物質粒子のメジアン径は、0.12μm以上1.2μm以下であり、
前記複数の第2負極活物質粒子のメジアン径に対する前記複数の第1負極活物質粒子のメジアン径の比は、5以上50以下であり、
前記複数の第2負極活物質粒子の総面積に対する前記複数の第1負極活物質粒子の総面積の比は、0.6以上0.9以下である、
二次電池。
<2>
前記複数の第2負極活物質粒子のメジアン径に対する前記複数の第1負極活物質粒子のメジアン径の比は、10以上30以下である、
<1>に記載の二次電池。
<3>
前記ケイ素の酸化物は、式(1)により表される化合物を含む、
<1>または<2>に記載の二次電池。
SiOx ・・・(1)
(xは、0.5<x<1.2を満たす。)
<4>
X線光電子分光法を用いた前記第1負極活物質粒子の表面の分析結果において、炭素を含む全元素の存在量に対する前記炭素の存在量の割合は、1%未満である、
<1>ないし<3>のいずれか1つに記載の二次電池。
<5>
前記負極は、さらに、複数の第3負極活物質粒子を含み、
前記第3負極活物質粒子は、炭素材料を含む、
<1>ないし<4>のいずれか1つに記載の二次電池。
<6>
リチウムイオン二次電池である、
<1>ないし<5>のいずれか1つに記載の二次電池。
<7>
複数の第1負極活物質粒子および複数の第2負極活物質粒子を含み、
前記第1負極活物質粒子は、ケイ素の酸化物を含み、
前記第2負極活物質粒子は、ケイ素の単体およびケイ素の合金のうちの少なくとも一方を含み、
電子顕微鏡を用いた断面の観察結果において、
前記複数の第1負極活物質粒子のメジアン径は、5μm以上8μm以下であり、
前記複数の第2負極活物質粒子のメジアン径は、0.12μm以上1.2μm以下であり、
前記複数の第2負極活物質粒子のメジアン径に対する前記複数の第1負極活物質粒子のメジアン径の比は、5以上50以下であり、
前記複数の第2負極活物質粒子の総面積に対する前記複数の第1負極活物質粒子の総面積の比は、0.6以上0.9以下である、
二次電池用負極。
The present technology can also be configured as follows.
<1>
a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte;
the negative electrode includes a plurality of first negative electrode active material particles and a plurality of second negative electrode active material particles;
the first negative electrode active material particles contain an oxide of silicon,
the second negative electrode active material particles contain at least one of silicon elemental element and a silicon alloy,
As a result of observing a cross section of the negative electrode using an electron microscope,
the plurality of first negative electrode active material particles have a median diameter of 5 μm or more and 8 μm or less;
the plurality of second negative electrode active material particles have a median diameter of 0.12 μm or more and 1.2 μm or less;
a ratio of a median diameter of the plurality of first negative electrode active material particles to a median diameter of the plurality of second negative electrode active material particles is 5 or more and 50 or less;
a ratio of a total area of the plurality of first negative electrode active material particles to a total area of the plurality of second negative electrode active material particles is 0.6 or more and 0.9 or less;
Secondary battery.
<2>
a ratio of a median diameter of the first negative electrode active material particles to a median diameter of the second negative electrode active material particles is 10 or more and 30 or less;
The secondary battery according to <1>.
<3>
The oxide of silicon includes a compound represented by formula (1):
The secondary battery according to <1> or <2>.
SiO x (1)
(x satisfies 0.5<x<1.2.)
<4>
an analysis result of the surface of the first negative electrode active material particle using X-ray photoelectron spectroscopy shows that the ratio of the amount of carbon present to the amount of all elements present, including carbon, is less than 1%;
<1><3> The secondary battery according to any one of <1> to <3>.
<5>
the negative electrode further includes a plurality of third negative electrode active material particles,
the third negative electrode active material particles contain a carbon material;
<4> The secondary battery according to any one of <1> to <4>.
<6>
It is a lithium-ion secondary battery.
<5> The secondary battery according to any one of <1> to <5>.
<7>
a plurality of first negative electrode active material particles and a plurality of second negative electrode active material particles;
the first negative electrode active material particles contain an oxide of silicon,
the second negative electrode active material particles contain at least one of silicon elemental element and a silicon alloy,
Cross-sectional observation using an electron microscope revealed that
the plurality of first negative electrode active material particles have a median diameter of 5 μm or more and 8 μm or less;
the plurality of second negative electrode active material particles have a median diameter of 0.12 μm or more and 1.2 μm or less;
a ratio of a median diameter of the plurality of first negative electrode active material particles to a median diameter of the plurality of second negative electrode active material particles is 5 or more and 50 or less;
a ratio of a total area of the plurality of first negative electrode active material particles to a total area of the plurality of second negative electrode active material particles is 0.6 or more and 0.9 or less;
Negative electrode for secondary batteries.
Claims (7)
前記負極は、複数の第1負極活物質粒子および複数の第2負極活物質粒子を含み、
前記第1負極活物質粒子は、ケイ素の酸化物を含み、
前記第2負極活物質粒子は、ケイ素の単体およびケイ素の合金のうちの少なくとも一方を含み、
電子顕微鏡を用いた前記負極の断面の観察結果において、
前記複数の第1負極活物質粒子のメジアン径は、5μm以上8μm以下であり、
前記複数の第2負極活物質粒子のメジアン径は、0.12μm以上1.2μm以下であり、
前記複数の第2負極活物質粒子のメジアン径に対する前記複数の第1負極活物質粒子のメジアン径の比は、5以上50以下であり、
前記複数の第2負極活物質粒子の総面積に対する前記複数の第1負極活物質粒子の総面積の比は、0.6以上0.9以下である、
二次電池。 a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte;
the negative electrode includes a plurality of first negative electrode active material particles and a plurality of second negative electrode active material particles;
the first negative electrode active material particles contain an oxide of silicon,
the second negative electrode active material particles contain at least one of silicon elemental element and a silicon alloy,
As a result of observing a cross section of the negative electrode using an electron microscope,
the plurality of first negative electrode active material particles have a median diameter of 5 μm or more and 8 μm or less;
the plurality of second negative electrode active material particles have a median diameter of 0.12 μm or more and 1.2 μm or less;
a ratio of a median diameter of the plurality of first negative electrode active material particles to a median diameter of the plurality of second negative electrode active material particles is 5 or more and 50 or less;
a ratio of a total area of the plurality of first negative electrode active material particles to a total area of the plurality of second negative electrode active material particles is 0.6 or more and 0.9 or less;
Secondary battery.
請求項1に記載の二次電池。 a ratio of a median diameter of the first negative electrode active material particles to a median diameter of the second negative electrode active material particles is 10 or more and 30 or less;
The secondary battery according to claim 1 .
請求項1または請求項2に記載の二次電池。
SiOx ・・・(1)
(xは、0.5<x<1.2を満たす。) The oxide of silicon includes a compound represented by formula (1):
The secondary battery according to claim 1 or 2.
SiO x (1)
(x satisfies 0.5<x<1.2.)
請求項1または請求項2に記載の二次電池。 an analysis result of the surface of the first negative electrode active material particle using X-ray photoelectron spectroscopy shows that the ratio of the amount of carbon present to the amount of all elements present, including carbon, is less than 1%;
The secondary battery according to claim 1 or 2 .
前記第3負極活物質粒子は、炭素材料を含む、
請求項1または請求項2に記載の二次電池。 the negative electrode further includes a plurality of third negative electrode active material particles,
the third negative electrode active material particles contain a carbon material;
The secondary battery according to claim 1 or 2 .
請求項1または請求項2に記載の二次電池。 It is a lithium-ion secondary battery.
The secondary battery according to claim 1 or 2 .
前記第1負極活物質粒子は、ケイ素の酸化物を含み、
前記第2負極活物質粒子は、ケイ素の単体およびケイ素の合金のうちの少なくとも一方を含み、
電子顕微鏡を用いた断面の観察結果において、
前記複数の第1負極活物質粒子のメジアン径は、5μm以上8μm以下であり、
前記複数の第2負極活物質粒子のメジアン径は、0.12μm以上1.2μm以下であり、
前記複数の第2負極活物質粒子のメジアン径に対する前記複数の第1負極活物質粒子のメジアン径の比は、5以上50以下であり、
前記複数の第2負極活物質粒子の総面積に対する前記複数の第1負極活物質粒子の総面積の比は、0.6以上0.9以下である、
二次電池用負極。 a plurality of first negative electrode active material particles and a plurality of second negative electrode active material particles;
the first negative electrode active material particles contain an oxide of silicon,
the second negative electrode active material particles contain at least one of silicon elemental element and a silicon alloy,
Cross-sectional observation using an electron microscope revealed that
the plurality of first negative electrode active material particles have a median diameter of 5 μm or more and 8 μm or less;
the plurality of second negative electrode active material particles have a median diameter of 0.12 μm or more and 1.2 μm or less;
a ratio of a median diameter of the plurality of first negative electrode active material particles to a median diameter of the plurality of second negative electrode active material particles is 5 or more and 50 or less;
a ratio of a total area of the plurality of first negative electrode active material particles to a total area of the plurality of second negative electrode active material particles is 0.6 or more and 0.9 or less;
Negative electrode for secondary batteries.
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