JP2003282053A - Negative electrode material for non-aqueous electrolyte cell, negative electrode, and non-aqueous electrolyte cell - Google Patents

Negative electrode material for non-aqueous electrolyte cell, negative electrode, and non-aqueous electrolyte cell

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JP2003282053A
JP2003282053A JP2002084509A JP2002084509A JP2003282053A JP 2003282053 A JP2003282053 A JP 2003282053A JP 2002084509 A JP2002084509 A JP 2002084509A JP 2002084509 A JP2002084509 A JP 2002084509A JP 2003282053 A JP2003282053 A JP 2003282053A
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negative electrode
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aqueous electrolyte
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alloy
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Takao Sawa
孝雄 沢
Ryuko Kono
龍興 河野
Shinsuke Matsuno
真輔 松野
Norio Takami
則雄 高見
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a negative-electrode material for non-aqueous electrolyte cells, which has excellent discharge capacity, an outstanding cycle life, and good discharge rate characteristics, and in which the maximum capacity can be reached by the minimum number of times of electricity charging/discharging. <P>SOLUTION: The negative-electrode material has a composition expressed by a formula of A<SB>a</SB>M<SB>b</SB>T<SB>c</SB>X<SB>d</SB>Z<SB>e</SB>, and includes an alloy which consists of an amorphous phase substantially. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、非水電解質電池用
負極材料、前記負極材料を含む負極、前記負極を備える
非水電解質電池(一次電池及び二次電池を含む)に関す
るものである。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a negative electrode material for a non-aqueous electrolyte battery, a negative electrode containing the negative electrode material, and a non-aqueous electrolyte battery including the negative electrode (including a primary battery and a secondary battery).

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、負極活物質として金属リチウムを
用いた非水電解質電池が高エネルギー密度電池として注
目されており、正極活物質に二酸化マンガン(Mn
2)、フッ化炭素[(CF2)n]、塩化チオニル(S
OC12)などを用いた一次電池は、既に電卓、時計の
電源やメモリのバックアップ電池として多用されてい
る。さらに、近年VTR、通信機器などの各種電子機器
の小型、軽量化に伴い、それらの電源として高エネルギ
ー密度の二次電池の要求が高まり、リチウムを負極活物
質とするリチウム二次電池の研究が活発に行われてい
る。
2. Description of the Related Art In recent years, a non-aqueous electrolyte battery using metallic lithium as a negative electrode active material has attracted attention as a high energy density battery, and manganese dioxide (Mn 2
O 2 ), fluorocarbon [(CF 2 ) n], thionyl chloride (S
A primary battery using OC1 2 ) or the like is already widely used as a power source for calculators and watches and a backup battery for memories. Further, with the recent miniaturization and weight reduction of various electronic devices such as VTRs and communication devices, the demand for high energy density secondary batteries as their power source has increased, and research on lithium secondary batteries using lithium as a negative electrode active material has been conducted. It is active.

【0003】リチウム二次電池としては、金属リチウム
を含む負極と、炭酸プロピレン(PC)、1,2−ジメ
トキシエタン(DME)、γ−ブチロラクトン(γ−B
L)、テトラヒドロフラン(THF)などの非水溶媒中
にLiClO4、LiBF4、LiAsF6などのリチウ
ム塩を溶解した非水電解液あるいはリチウム伝導性固体
電解質からなる電解質と、リチウムとの間でトポケミカ
ル反応をする化合物(例えば、TiS2、MoS2、V2
5、V613、MnO2など)を正極活物質として含む
正極とを備えるものが研究されている。
As a lithium secondary battery, a negative electrode containing metallic lithium, propylene carbonate (PC), 1,2-dimethoxyethane (DME), γ-butyrolactone (γ-B).
L), a non-aqueous electrolyte such as LiClO 4 , LiBF 4 , and LiAsF 6 in a non-aqueous solvent such as tetrahydrofuran (THF) or an electrolyte composed of a lithium conductive solid electrolyte and a topochemical between lithium. Compounds that react (eg TiS 2 , MoS 2 , V 2
Those having a positive electrode containing O 5 , V 6 O 13 , MnO 2, etc.) as a positive electrode active material have been studied.

【0004】しかしながら、上述したリチウム二次電池
は現在まだ実用化されていない。この主な原因は、負極
に用いられる金属リチウムが充放電を繰り返すうちに微
粉化し、反応活性なリチウムデンドライドとなって電池
の安全性が損なわれるばかりか、電池の破損、短絡、熱
暴走を引き起こす恐れがあるからである。そのうえ、リ
チウム金属の劣化により充放電効率が低下し、また、サ
イクル寿命が短くなるという問題点を有する。
However, the lithium secondary battery described above has not yet been put into practical use. The main reason for this is that the metallic lithium used for the negative electrode becomes fine powder during repeated charging and discharging, and becomes reactive dendrites, which impairs the safety of the battery and also causes damage to the battery, short circuit, and thermal runaway. This is because it may cause it. In addition, there is a problem that deterioration of lithium metal lowers charge / discharge efficiency and shortens cycle life.

【0005】このようなことから、金属リチウムの代わ
りに、リチウムを吸蔵・放出する炭素質物、例えばコー
クス、樹脂焼成体、炭素繊維、熱分解気相炭素などを用
いることが提案されている。近年、商品化されたリチウ
ムイオン二次電池は、炭素質物を含む負極とLiCoO
2を含む正極と非水電解質とを備えるものである。この
ようなリチウムイオン二次電池においては、放電時には
負極から放出されたリチウムイオンが非水電解質中に取
り込まれ、かつ充電時には非水電解質中のリチウムイオ
ンが正極に吸蔵される反応を生じる。
In view of the above, it has been proposed to use a carbonaceous material that absorbs and releases lithium, such as coke, a resin fired body, carbon fiber, and pyrolytic vapor phase carbon, instead of metallic lithium. In recent years, commercialized lithium ion secondary batteries include a negative electrode containing a carbonaceous material and LiCoO 2.
It is provided with a positive electrode containing 2 and a non-aqueous electrolyte. In such a lithium ion secondary battery, a reaction occurs in which lithium ions released from the negative electrode are taken into the non-aqueous electrolyte during discharging, and lithium ions in the non-aqueous electrolyte are occluded in the positive electrode during charging.

【0006】ところで、昨今の電子機器のさらなる小型
化や長時間連続使用の要求により、電池の容量をさらに
向上させることが強く要望されている。しかしながら、
従来の炭素材料では、充放電容量の向上に限界があり、
また高容量と目される低温焼成炭素では物質の密度が小
さいため、単位体積あたりの充放電容量を大きくするこ
とが難しい。このため、高容量電池の実現には新しい負
極物質の開発が必要である。
By the way, due to recent demands for further miniaturization of electronic equipment and continuous use for a long time, there is a strong demand for further improvement of battery capacity. However,
With conventional carbon materials, there is a limit to the improvement of charge and discharge capacity,
In addition, since low-temperature fired carbon, which is considered to have a high capacity, has a low material density, it is difficult to increase the charge / discharge capacity per unit volume. Therefore, it is necessary to develop new negative electrode materials to realize high capacity batteries.

【0007】そこで、特開2000−311681号公
開公報には、二次電池のエネルギー密度とサイクル寿命
を向上させるために、非化学量論比組成の非晶質Sn・
A・X合金を主成分とした粒子を含有するリチウム二次
電池用負極電極材を用いることが開示されている。上記
式中、Aは遷移金属の少なくとも一種を示し、XはO、
F、N,Mg,Ba,Sr,Ca,La,Ce,Si,
Ge,C,P,B,Bi,Sb,Al,In,S,S
e,Te及びZnからなる群から選ばれた少なくとも一
種を示す。但し、Xは含有されていなくても良い。ま
た、上記式の各原子の原子数において、Sn/(Sn+
A+X)=20〜80原子%の関係を持つ。
In view of this, Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-311681 discloses that amorphous Sn.
It is disclosed that a negative electrode material for a lithium secondary battery containing particles containing an A.X alloy as a main component is used. In the above formula, A represents at least one kind of transition metal, X represents O,
F, N, Mg, Ba, Sr, Ca, La, Ce, Si,
Ge, C, P, B, Bi, Sb, Al, In, S, S
At least one selected from the group consisting of e, Te and Zn is shown. However, X may not be contained. Further, in the number of atoms of each atom in the above formula, Sn / (Sn +
A + X) = 20 to 80 atomic%.

【0008】しかしながら、この非化学量論比組成の非
晶質Sn・A・X合金を主成分とした粒子を含有する電
極材は、リチウムの拡散速度に劣るため、高いレート特
性を得られないという問題点がある。
However, the electrode material containing the particles having the non-stoichiometric composition of the amorphous Sn.A.X alloy as the main component is inferior in the diffusion rate of lithium, so that high rate characteristics cannot be obtained. There is a problem.

【0009】さらに、特開2000−311681号の
ようにSnをLi吸蔵能力の基本元素とした合金系で
は、Sn含有量が20原子%以下と少ないと、レート特
性に劣るばかりか、高容量を得られなくなる。事実、表
1には、組成がSn18Co82で表わされるアモルファス
合金によると、初回の充放電効率、放電容量及びサイク
ル寿命が、Sn含有量が20〜80原子%である微細結
晶合金に比べて劣ることが示されている。
Further, in an alloy system in which Sn is a basic element having a Li occlusion capacity as in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-311681, when the Sn content is as small as 20 atomic% or less, not only the rate characteristics are poor but also a high capacity is obtained. You won't get it. In fact, Table 1 shows that the amorphous alloy whose composition is represented by Sn 18 Co 82 has a higher initial charge / discharge efficiency, discharge capacity and cycle life than the fine crystalline alloy having a Sn content of 20 to 80 atomic%. Is shown to be inferior.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、優れた放電
容量、サイクル寿命及び放電レート特性をもち、さらに
最大容量に最小の充放電回数で到達する非水電解質電池
用負極材料、負極及び非水電解質電池を提供することを
目的とする。
DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention has excellent discharge capacity, cycle life and discharge rate characteristics, and further reaches the maximum capacity with the minimum number of times of charge and discharge, a negative electrode material for a non-aqueous electrolyte battery, a negative electrode and a non-aqueous electrolyte battery. It is intended to provide a water electrolyte battery.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明に係る第1の非水
電解質電池用負極材料は、下記一般式(1)で表わされ
る組成を有し、かつ実質的にアモルファス相からなる合
金を含むことを特徴とするものである。
The first negative electrode material for a non-aqueous electrolyte battery according to the present invention contains an alloy having a composition represented by the following general formula (1) and substantially consisting of an amorphous phase. It is characterized by that.

【0012】Aabcde (1) 但し、前記Aは、Ca,SrおよびBaからなる群より
選ばれる1種以上の元素か、もしくは前記元素と他のア
ルカリ土類金属元素とから構成され、前記Mは、Niお
よびCuからなる群より選ばれる1種以上の元素で、前
記Tは、Si、Al、In、Ge、P、Pb、Bi、S
b、Zn、GaおよびCよりなる群から選ばれる1種以
上の元素で、前記Xは、Fe、Co、Mn、Cr、T
i、V、Zr、Nb、Hf、Ta、Mo、Wおよび希土
類元素よりなる群から選ばれる1種以上の元素、Zは
O,C,HおよびNよりなる群から選ばれる1種類以上
の元素で、前記a、b、c、d,およびeは、a+b+
c+d+e=100原子%、30≦a≦80、20≦b
≦70、0≦c≦40、0≦d≦20、0≦e≦20を
それぞれ満足する。
A a M b T c X d Z e (1) wherein A is one or more elements selected from the group consisting of Ca, Sr and Ba, or the elements and other alkaline earth metals. And M is at least one element selected from the group consisting of Ni and Cu, and T is Si, Al, In, Ge, P, Pb, Bi, S.
one or more elements selected from the group consisting of b, Zn, Ga and C, and X is Fe, Co, Mn, Cr, T
i, V, Zr, Nb, Hf, Ta, Mo, W and one or more elements selected from the group consisting of rare earth elements, Z is one or more elements selected from the group consisting of O, C, H and N And a, b, c, d, and e are a + b +
c + d + e = 100 atom%, 30 ≦ a ≦ 80, 20 ≦ b
≦ 70, 0 ≦ c ≦ 40, 0 ≦ d ≦ 20, and 0 ≦ e ≦ 20 are satisfied.

【0013】本発明に係る第2の非水電解質電池用負極
材料は、下記一般式(2)で表わされる組成を有し、か
つ実質的にアモルファス相からなる合金を含むことを特
徴とするものである。
A second negative electrode material for a non-aqueous electrolyte battery according to the present invention is characterized by containing an alloy having a composition represented by the following general formula (2) and having a substantially amorphous phase. Is.

【0014】[AabcdexLiy (2) 但し、前記Aは、Ca,SrおよびBaからなる群より
選ばれる1種以上の元素か、もしくは前記元素と他のア
ルカリ土類金属元素とから構成され、前記Mは、Niお
よびCuからなる群より選ばれる1種以上の元素で、前
記Tは、Si、Al、In、Ge、P、Pb、Bi、S
b、Zn、GaおよびCよりなる群から選ばれる1種以
上の元素で、前記Xは、Fe、Co、Mn、Cr、T
i、V、Zr、Nb、Hf、Ta、Mo、Wおよび希土
類元素よりなる群から選ばれる1種以上の元素、Zは
O,C,HおよびNよりなる群から選ばれる1種類以上
の元素で、前記原子比a、b、c、d、e、x及びy
は、a+b+c+d+e=1、x+y=100原子%、
0.3≦a≦0.8、0.2≦b≦0.7、0≦c≦
0.4、0≦d≦0.2、0≦e≦0.2、0<y≦3
0をそれぞれ満足する。
[A a M b T c X d Z e ] x Li y (2) wherein A is at least one element selected from the group consisting of Ca, Sr and Ba, or the above elements and other elements. M is at least one element selected from the group consisting of Ni and Cu, and T is Si, Al, In, Ge, P, Pb, Bi, S.
one or more elements selected from the group consisting of b, Zn, Ga and C, and X is Fe, Co, Mn, Cr, T
i, V, Zr, Nb, Hf, Ta, Mo, W and one or more elements selected from the group consisting of rare earth elements, Z is one or more elements selected from the group consisting of O, C, H and N And the atomic ratios a, b, c, d, e, x and y
Is a + b + c + d + e = 1, x + y = 100 atom%,
0.3 ≦ a ≦ 0.8, 0.2 ≦ b ≦ 0.7, 0 ≦ c ≦
0.4, 0 ≦ d ≦ 0.2, 0 ≦ e ≦ 0.2, 0 <y ≦ 3
0 is satisfied respectively.

【0015】本発明に係る第3の非水電解質電池用負極
材料は、下記一般式(3)で表わされる組成を有し、か
つ平均結晶粒径が500nm以下の微細結晶相を含有す
る合金を含むことを特徴とするものである。
A third negative electrode material for a non-aqueous electrolyte battery according to the present invention comprises an alloy having a composition represented by the following general formula (3) and containing a fine crystalline phase having an average crystal grain size of 500 nm or less. It is characterized by including.

【0016】Aabcde (3) 但し、前記Aは、Ca,SrおよびBaからなる群より
選ばれる1種以上の元素か、もしくは前記元素と他のア
ルカリ土類金属元素とから構成され、前記Mは、Niお
よびCuからなる群より選ばれる1種以上の元素で、前
記Tは、Si、Al、In、Ge、P、Pb、Bi、S
b、Zn、GaおよびCよりなる群から選ばれる1種以
上の元素で、前記Xは、Fe、Co、Mn、Cr、T
i、V、Zr、Nb、Hf、Ta、Mo、Wおよび希土
類元素よりなる群から選ばれる1種以上の元素、Zは
O,C,H及びNよりなる群から選ばれる1種類以上の
元素で、前記a、b、c、dおよびeは、a+b+c+
d+e=100原子%、20≦a≦85、15≦b≦8
0、0≦c≦40、0≦d≦20、0≦e≦20をそれ
ぞれ満足する。
A a M b T c X d Z e (3) wherein A is one or more elements selected from the group consisting of Ca, Sr and Ba, or the elements and other alkaline earth metals. And M is at least one element selected from the group consisting of Ni and Cu, and T is Si, Al, In, Ge, P, Pb, Bi, S.
one or more elements selected from the group consisting of b, Zn, Ga and C, and X is Fe, Co, Mn, Cr, T
i, V, Zr, Nb, Hf, Ta, Mo, W and one or more elements selected from the group consisting of rare earth elements, Z is one or more elements selected from the group consisting of O, C, H and N And a, b, c, d and e are a + b + c +
d + e = 100 atom%, 20 ≦ a ≦ 85, 15 ≦ b ≦ 8
0, 0 ≦ c ≦ 40, 0 ≦ d ≦ 20, and 0 ≦ e ≦ 20 are satisfied.

【0017】本発明に係る第4の非水電解質電池用負極
材料は、下記一般式(4)で表わされる組成を有し、か
つ平均結晶粒径が500nm以下の微細結晶相を含有す
る合金を含むことを特徴とするものである。
A fourth negative electrode material for a non-aqueous electrolyte battery according to the present invention is an alloy having a composition represented by the following general formula (4) and containing a fine crystal phase having an average crystal grain size of 500 nm or less. It is characterized by including.

【0018】[AabcdxLiy (4) 但し、前記Aは、Ca,SrおよびBaからなる群より
選ばれる1種以上の元素か、もしくは前記元素と他のア
ルカリ土類金属元素とから構成され、前記Mは、Niお
よびCuからなる群より選ばれる1種以上の元素で、前
記Tは、Si、Al、In、Ge、P、Pb、Bi、S
b、Zn、GaおよびCよりなる群から選ばれる1種以
上の元素で、前記Xは、Fe、Co、Mn、Cr、T
i、V、Zr、Nb、Hf、Ta、Mo、Wおよび希土
類元素よりなる群から選ばれる1種以上の元素、Zは
O,C,H及びNよりなる群から選ばれる1種類以上の
元素で、前記原子比a、b、c、d、e,x及びyは、
a+b+c+d+e=1、x+y=100原子%、0.
2≦a≦0.85、0.15≦b≦0.8、0≦c≦
0.4、0≦d≦0.2、0≦e≦0.2、0<y≦3
0をそれぞれ満足する。
[A a M b T c X d ] x Li y (4) where A is one or more elements selected from the group consisting of Ca, Sr and Ba, or the elements and other alkalis. And M is one or more elements selected from the group consisting of Ni and Cu, and T is Si, Al, In, Ge, P, Pb, Bi, S.
one or more elements selected from the group consisting of b, Zn, Ga and C, and X is Fe, Co, Mn, Cr, T
i, V, Zr, Nb, Hf, Ta, Mo, W and one or more elements selected from the group consisting of rare earth elements, Z is one or more elements selected from the group consisting of O, C, H and N And the atomic ratios a, b, c, d, e, x and y are
a + b + c + d + e = 1, x + y = 100 atom%, 0.
2 ≦ a ≦ 0.85, 0.15 ≦ b ≦ 0.8, 0 ≦ c ≦
0.4, 0 ≦ d ≦ 0.2, 0 ≦ e ≦ 0.2, 0 <y ≦ 3
0 is satisfied respectively.

【0019】本発明に係る負極は、前述した第1〜第4
の非水電解質電池用負極材料のうち、少なくとも1種類
を含むことを特徴とするものである。
The negative electrode according to the present invention has the above-mentioned first to fourth parts.
Among the negative electrode materials for non-aqueous electrolyte batteries of No. 1, at least one kind is contained.

【0020】本発明に係る非水電解質電池は、前述した
第1〜第4の非水電解質電池用負極材料のうち、少なく
とも1種類を含む負極と、正極と、非水電解質とを備え
ることを特徴とするものである。
The non-aqueous electrolyte battery according to the present invention comprises a negative electrode containing at least one of the above-mentioned first to fourth negative electrode materials for non-aqueous electrolyte batteries, a positive electrode, and a non-aqueous electrolyte. It is a feature.

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】まず、本発明に係る第1〜第4の
非水電解質電池用負極材料について説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION First, the first to fourth negative electrode materials for non-aqueous electrolyte batteries according to the present invention will be described.

【0022】<第1の非水電解質電池用負極材料>本発
明に係る第1の非水電解質電池用負極材料は、下記一般
式(1)で表わされる組成を有し、かつ実質的にアモル
ファス相からなる合金を含む。
<First Anode Material for Non-Aqueous Electrolyte Battery> The first anode material for a non-aqueous electrolyte battery according to the present invention has a composition represented by the following general formula (1) and is substantially amorphous. Includes alloys of phases.

【0023】Aabcde (1) 但し、前記Aは、Ca,SrおよびBaからなる群より
選ばれる1種以上の元素か、もしくは前記元素と他のア
ルカリ土類金属元素とから構成され、前記Mは、Niお
よびCuからなる群より選ばれる1種以上の元素で、前
記Tは、Si、Al、In、Ge、P、Pb、Bi、S
b、Zn、GaおよびCよりなる群から選ばれる1種以
上の元素で、前記Xは、Fe、Co、Mn、Cr、T
i、V、Zr、Nb、Hf、Ta、Mo、Wおよび希土
類元素よりなる群から選ばれる1種以上の元素、Zは
O,C,HおよびNよりなる群から選ばれる少なくとも
1種以上の元素で、前記a、b、c、dおよびeは、a
+b+c+d+e=100原子%、30≦a≦80、2
0≦b≦70、0≦c≦40、0≦d≦20、0≦e≦
20をそれぞれ満足する。
A a M b T c X d Z e (1) where A is one or more elements selected from the group consisting of Ca, Sr and Ba, or the above elements and other alkaline earth metals. And M is at least one element selected from the group consisting of Ni and Cu, and T is Si, Al, In, Ge, P, Pb, Bi, S.
one or more elements selected from the group consisting of b, Zn, Ga and C, and X is Fe, Co, Mn, Cr, T
i, V, Zr, Nb, Hf, Ta, Mo, W and at least one element selected from the group consisting of rare earth elements, and Z is at least one or more element selected from the group consisting of O, C, H and N. In the element, a, b, c, d and e are a
+ B + c + d + e = 100 atom%, 30 ≦ a ≦ 80, 2
0 ≦ b ≦ 70, 0 ≦ c ≦ 40, 0 ≦ d ≦ 20, 0 ≦ e ≦
Satisfy each 20.

【0024】実質的にアモルファス相からなる金属組織
としては、例えば、X線回折において結晶相にもとづく
ピークを示さないものを挙げることができる。
Examples of the metallographic structure substantially consisting of an amorphous phase include those which do not show a peak based on the crystalline phase in X-ray diffraction.

【0025】(アルカリ土類金属元素A)アルカリ土類
金属元素Aには、Ca,SrおよびBaよりなる群から
選択される少なくとも1種類の元素が必須成分として含
まれている。かかる元素Aは、リチウムの吸蔵・放出を
容易にする機能を有する。元素Aの原子比aを30〜8
0原子%の範囲内に限定するのは、以下に説明する理由
によるものである。元素Aの原子比aを30原子%未満
にすると、リチウムの吸蔵・放出速度が低下するため、
非水電解質電池の放電レート特性を改善することが困難
になる。一方、元素Aの原子比aが80原子%を超える
と、吸蔵されたリチウムのうち合金内での滞留分が多く
なるため、非水電解質電池の充放電に伴う放電容量の低
下が著しくなる。原子比aのより好ましい範囲は、35
〜75原子%である。
(Alkaline Earth Metal Element A) The alkaline earth metal element A contains at least one element selected from the group consisting of Ca, Sr and Ba as an essential component. The element A has a function of facilitating occlusion / release of lithium. The atomic ratio a of the element A is 30 to 8
The reason for limiting the content within the range of 0 atomic% is for the reason described below. If the atomic ratio a of the element A is less than 30 atomic%, the lithium absorption / desorption rate decreases,
It becomes difficult to improve the discharge rate characteristics of the non-aqueous electrolyte battery. On the other hand, when the atomic ratio a of the element A exceeds 80 atomic%, the amount of retained lithium in the alloy increases, so that the discharge capacity significantly decreases as the non-aqueous electrolyte battery is charged and discharged. A more preferable range of the atomic ratio a is 35.
~ 75 atom%.

【0026】アルカリ土類金属元素Aの中でも好ましい
のは、SrとCaを必須とするもの、BaとCaを必須
とするもの、SrとBaを必須とするもの、CaとSr
とBaの3種類の元素を必須成分とするものである。C
a,SrおよびBaよりなる群から選択される1種類以
上の元素からなる必須成分の比率は、アルカリ土類金属
元素Aの原子比を100原子%とした際に50原子%以
上にすることが望ましい。これは、かかる比率を50原
子%よりも少なくすると、放電レート特性が十分に改善
されなくなる恐れがあるからである。好ましくは60原
子%以上である。
Among the alkaline earth metal elements A, preferable ones include Sr and Ca as essential elements, Ba and Ca as essential elements, Sr and Ba as essential elements, and Ca and Sr.
3 and Ba are essential components. C
The proportion of the essential component consisting of one or more elements selected from the group consisting of a, Sr and Ba should be 50 atomic% or more when the atomic ratio of the alkaline earth metal element A is 100 atomic%. desirable. This is because if the ratio is less than 50 atom%, the discharge rate characteristic may not be sufficiently improved. It is preferably at least 60 atom%.

【0027】Ca,Sr、Baと併用する他のアルカリ
土類金属元素AとしてはMgが好ましい。
Mg is preferable as the other alkaline earth metal element A used in combination with Ca, Sr and Ba.

【0028】(元素M)アルカリ土類金属元素Aに元素
Mを組合わせることにより、アモルファス化を促進する
ことができる。また、元素Mは、負極材料にリチウムが
吸蔵・放出された際の微粉化を抑制することができる。
元素Mの原子比bを20〜70原子%の範囲内に限定す
るのは次のような理由によるものである。原子比bが前
記範囲を外れると、アモルファス化が困難になる。元素
Mの原子比bのより好ましい範囲は、25〜65原子%
である。
(Element M) By combining the element M with the alkaline earth metal element A, the amorphization can be promoted. Further, the element M can suppress pulverization when lithium is occluded and released in the negative electrode material.
The atomic ratio b of the element M is limited to the range of 20 to 70 atomic% for the following reason. When the atomic ratio b is out of the above range, it becomes difficult to make it amorphous. A more preferable range of the atomic ratio b of the element M is 25 to 65 atom%.
Is.

【0029】特に、元素Mとしては、Cuを用いること
が望ましい。このような構成にすることによって、合金
のアモルファス化を促進することができると共に、X線
回折から得られるアモルファス相の平均的面間隔を3Å
以上にすることが可能になる。
In particular, it is desirable to use Cu as the element M. With such a structure, the amorphization of the alloy can be promoted, and the average interplanar spacing of the amorphous phase obtained by X-ray diffraction is 3Å.
It becomes possible to do above.

【0030】(元素T)元素Tは、リチウムと合金化が
可能な元素である。このため、負極材料中に元素Tを含
有させることによって、リチウムの吸蔵量を増加させる
ことができ、非水電解質電池の容量を向上することがで
きる。また、Tの添加でより安定的にアモルファス相が
得られやすくなるが、但し、元素Tの原子比cが40原
子%を超えると、アモルファス化がほとんど困難にな
る。よって、元素Tの原子比cは、40原子%以下にす
ることが好ましく、より好ましい範囲は35原子%以下
である。また、原子比cの量を2原子%より少なくする
と、電池容量改善の効果が見られない恐れがあるため、
原子比cの下限値は、2原子%にすることが好ましい。
(Element T) Element T is an element capable of alloying with lithium. Therefore, by containing the element T in the negative electrode material, the amount of lithium stored can be increased, and the capacity of the non-aqueous electrolyte battery can be improved. Further, addition of T makes it easier to obtain an amorphous phase more stably. However, when the atomic ratio c of the element T exceeds 40 atomic%, it becomes almost difficult to make it amorphous. Therefore, the atomic ratio c of the element T is preferably 40 atomic% or less, and more preferably 35 atomic% or less. If the atomic ratio c is less than 2 atomic%, the effect of improving the battery capacity may not be obtained.
The lower limit of the atomic ratio c is preferably 2 atomic%.

【0031】元素Tの中でも、Si、In、Alが好ま
しい。
Among the elements T, Si, In and Al are preferable.

【0032】(元素X)希土類元素としては、例えば、
La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、T
b、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu等を挙げるこ
とができる。中でも、La、Ce、Pr、Nd、Smが
望ましい。
(Element X) As the rare earth element, for example,
La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, T
Examples thereof include b, Dy, Ho, Er, Tm, Yb and Lu. Among them, La, Ce, Pr, Nd and Sm are preferable.

【0033】元素Xを20原子%以下の原子比で含有さ
せることによって、アモルファス化を促進することがで
きる。また、吸蔵したLiの合金内での滞留を低減し、
充放電での容量低下を抑制することにも有効である。
Amorphization can be promoted by containing the element X in an atomic ratio of 20 atomic% or less. In addition, the retention of the stored Li in the alloy is reduced,
It is also effective in suppressing the capacity decrease due to charge and discharge.

【0034】(元素Z)元素ZはO,C,H及びNより
なる群から選ばれる少なくとも1種以上の元素である。
これらの元素は、アモルファス化に有効に働く元素であ
るが、製造プロセス、量によっては酸化物、炭化物、水
素化物、窒化物を形成し、複相化する場合もあるが、電
極特性には問題はない。その量eは20原子%を超える
と容量が低下してしまうため、20原子%以下とする。
好ましくは15原子%以下である。
(Element Z) The element Z is at least one element selected from the group consisting of O, C, H and N.
These elements are elements that work effectively for amorphization, but depending on the manufacturing process and amount, they may form oxides, carbides, hydrides, and nitrides to form multiple phases, but there is a problem with electrode characteristics. There is no. If the amount e exceeds 20 atom%, the capacity decreases, so the amount e is made 20 atom% or less.
It is preferably 15 atomic% or less.

【0035】実質的にアモルファス相からなる金属組織
としては、例えば、X線回折において結晶相にもとづく
ピークを示さないものを挙げることができる。ここで、
X線回折におけるブロードな回折線の低角側にあらわれ
る最強ピークから求めた平均的面間隔は、アモルファス
相では結晶格子を組まないため、決められた回折面の面
間隔はなく、平均的な面間隔dとなる。平均的な面間隔
dは、Cukα線を用いた場合、2dsinθ=λ(λ
=1.5418Å、2θ:回折角)で得られる。
Examples of the metallographic structure substantially consisting of an amorphous phase include those having no peak based on the crystalline phase in X-ray diffraction. here,
The average interplanar spacing determined from the strongest peaks appearing on the low-angle side of the broad diffraction line in X-ray diffraction does not form a crystal lattice in the amorphous phase, so there is no set interplanar spacing between diffraction planes. The distance is d. The average surface spacing d is 2 dsin θ = λ (λ
= 1.5418Å, 2θ: diffraction angle).

【0036】実質的にアモルファス相からなる合金で
は、原子配列に規則性がなく、X線回折における最強回
折ピークから得られる平均的面間隔を3Å未満にする
と、リチウムの拡散速度が低下するため、本来持つ容量
に達し難かったり、最大容量に達するまでの充放電サイ
クル回数が増える恐れがあると共に、放電レート特性が
十分に改善されない恐れがある。実質的にアモルファス
相からなる合金の最強回折ピークから得られる平均的面
間隔を3Å以上にすることによって、リチウムの拡散速
度を向上することができるため、非水電解質電池の放電
レート特性を向上することができる。但し、平均的面間
隔を4.5Åよりも大きくすると、Liが安定的に吸蔵さ
れにくくなるため、充放電容量が低下する恐れがある。
よって、平均的面間隔は3Å以上、4.5Å以下にする
ことがより好ましい。平均的面間隔のさらに好ましい範
囲は、3.3〜4Åである。
In an alloy consisting essentially of an amorphous phase, the atomic arrangement has no regularity, and if the average interplanar spacing obtained from the strongest diffraction peak in X-ray diffraction is less than 3Å, the diffusion rate of lithium decreases, It may be difficult to reach the original capacity, the number of charge / discharge cycles until reaching the maximum capacity may increase, and the discharge rate characteristics may not be sufficiently improved. The diffusion rate of lithium can be improved by increasing the average interplanar spacing obtained from the strongest diffraction peak of the alloy consisting of the substantially amorphous phase to 3 Å or more, thereby improving the discharge rate characteristics of the non-aqueous electrolyte battery. be able to. However, if the average interplanar spacing is larger than 4.5 Å, it becomes difficult for Li to be occluded in a stable manner, and the charge / discharge capacity may decrease.
Therefore, it is more preferable that the average surface distance is 3 Å or more and 4.5 Å or less. A more preferable range of the average surface spacing is 3.3 to 4Å.

【0037】以上説明した本発明に係る第1の非水電解
質電池用負極材料は、リチウムイオンあるいはリチウム
原子の出入りが比較的容易であるため、非水電解質電池
の放電レートを高くした際の放電容量の低下を抑制する
ことができる、つまり、放電レート特性を改善すること
ができる。また、最大容量への到達充放電回数を少なく
することができる。さらに、リチウムイオンあるいはリ
チウム原子の出入りによる体積膨張収縮割合を小さくす
ることができるため、微粉化による容量劣化を低減する
ことができ、二次電池の充放電サイクル寿命を向上する
ことができる。
Since the first negative electrode material for a non-aqueous electrolyte battery according to the present invention described above is relatively easy for lithium ions or lithium atoms to move in and out, the discharge when the discharge rate of the non-aqueous electrolyte battery is increased. The decrease in capacity can be suppressed, that is, the discharge rate characteristic can be improved. Moreover, the number of times of charging and discharging to reach the maximum capacity can be reduced. Further, since the volume expansion / contraction ratio due to lithium ions or lithium atoms coming in and out can be reduced, the capacity deterioration due to pulverization can be reduced, and the charge / discharge cycle life of the secondary battery can be improved.

【0038】なお、本願発明によると、リチウムイオン
あるいはリチウム原子の出入りが容易になる原因の一つ
として、以下の(I)および(II)が挙げられる。
According to the present invention, the following (I) and (II) are mentioned as one of the causes for facilitating the entry and exit of lithium ions or lithium atoms.

【0039】(I)SrとBaは、SrまたはBa1原
子に対してLiが4原子結合されたSrLi4、BaL
4を形成することができ、高容量が達成される。一
方、Caの場合、容量面ではSr,Baを下回るがサイ
クル寿命の観点から好ましい。
(I) Sr and Ba are SrLi 4 and BaL in which four Li atoms are bonded to one Sr or Ba atom.
i 4 can be formed and high capacity is achieved. On the other hand, when Ca is less than Sr and Ba in terms of capacity, it is preferable from the viewpoint of cycle life.

【0040】(II)Ca,SrとBaは、同じアルカ
リ土類元素であるMg、Beに比較して原子半径が大き
いため、前述した(1)式で表わされる組成にすること
によって、X線回折による平均的面間隔を大きくするこ
とができる。
(II) Since Ca, Sr and Ba have larger atomic radii than Mg and Be, which are the same alkaline earth elements, the composition represented by the above-mentioned formula (1) is used to obtain X-rays. The average interplanar spacing due to diffraction can be increased.

【0041】また、本発明に係る第1の非水電解質電池
用負極材料において、X線回折による平均的面間隔を3
Å以上にすることによって、最大容量に到達するのに要
する充放電サイクル回数を低減できるとともに、放電レ
ート特性を改善することができる。
In the first negative electrode material for a non-aqueous electrolyte battery according to the present invention, the average interplanar spacing by X-ray diffraction is 3
By making it Å or more, the number of charge and discharge cycles required to reach the maximum capacity can be reduced and the discharge rate characteristic can be improved.

【0042】さらに、本発明に係る第1の非水電解質電
池用負極材料では、合金の構成元素にリチウムが含まれ
ていないため、負極材料合成時の元素の取り扱いが簡単
で、液体急冷法で負極材料を合成する際に発火等の危険
性がなく、大量生産が容易である。また、リチウムを含
まない合金系では、非平衡相から安定相への活性化エネ
ルギーが高いため、アモルファス相自体が安定である。
このため、電極特性の充放電サイクル寿命に対しては有
利である。さらに、熱処理条件の変動に対する影響を受
けにくく、負極材料の製造歩留まりを高くすることがで
きる。
Further, in the first negative electrode material for a non-aqueous electrolyte battery according to the present invention, since the alloying element does not contain lithium, the element is easily handled during the synthesis of the negative electrode material, and the liquid quenching method is used. There is no risk of ignition when synthesizing the negative electrode material, and mass production is easy. Further, in the alloy system containing no lithium, the activation energy from the non-equilibrium phase to the stable phase is high, so that the amorphous phase itself is stable.
Therefore, it is advantageous for the charge / discharge cycle life of the electrode characteristics. Further, the manufacturing yield of the negative electrode material can be increased because it is unlikely to be affected by fluctuations in heat treatment conditions.

【0043】<第2の非水電解質電池用負極材料>本発
明に係る第2の非水電解質電池用負極材料は、下記一般
式(2)で表わされる組成を有し、かつ実質的にアモル
ファス相からなる合金を含む。
<Second Anode Material for Non-Aqueous Electrolyte Battery> The second anode material for a non-aqueous electrolyte battery according to the present invention has a composition represented by the following general formula (2) and is substantially amorphous. Includes alloys of phases.

【0044】[AabcdexLiy (2) 但し、前記Aは、Ca,SrおよびBaからなる群より
選ばれる1種以上の元素か、もしくは前記元素と他のア
ルカリ土類金属元素とから構成され、前記Mは、Niお
よびCuからなる群より選ばれる1種以上の元素で、前
記Tは、Si、Al、In、Ge、P、Pb、Bi、S
b、Zn、GaおよびCよりなる群から選ばれる1種以
上の元素で、前記Xは、Fe、Co、Mn、Cr、T
i、V、Zr、Nb、Hf、Ta、Mo、Wおよび希土
類元素よりなる群から選ばれる1種以上の元素、Zは
O,C,H及びNよりなる群から選ばれる1種類以上の
元素で、前記原子比a、b、c、d、e,x及びyは、
a+b+c+d+e=1、x+y=100原子%、0.
3≦a≦0.8、0.2≦b≦0.7、0≦c≦0.
4、0≦d≦0.2、0≦e≦0.2、0<y≦30を
それぞれ満足する。
[A a M b T c X d Z e ] x Li y (2) where A is one or more elements selected from the group consisting of Ca, Sr and Ba, or the above elements and other elements. M is at least one element selected from the group consisting of Ni and Cu, and T is Si, Al, In, Ge, P, Pb, Bi, S.
one or more elements selected from the group consisting of b, Zn, Ga and C, and X is Fe, Co, Mn, Cr, T
i, V, Zr, Nb, Hf, Ta, Mo, W and one or more elements selected from the group consisting of rare earth elements, Z is one or more elements selected from the group consisting of O, C, H and N And the atomic ratios a, b, c, d, e, x and y are
a + b + c + d + e = 1, x + y = 100 atom%, 0.
3 ≦ a ≦ 0.8, 0.2 ≦ b ≦ 0.7, 0 ≦ c ≦ 0.
4, 0 ≦ d ≦ 0.2, 0 ≦ e ≦ 0.2, and 0 <y ≦ 30 are satisfied.

【0045】この第2の非水電解質電池用負極材料は、
構成成分にリチウムが含まれていることと、原子比a、
b、c、d,eの合計を1とすること以外は、前述した
第1の非水電解質電池用負極材料と同様な構成を有する
ものである。
The negative electrode material for the second non-aqueous electrolyte battery is
Lithium is included in the constituents, and the atomic ratio a,
Except that the total of b, c, d, and e is set to 1, it has the same structure as the above-mentioned first negative electrode material for a non-aqueous electrolyte battery.

【0046】以下、リチウムの原子比yについて説明す
る。
The atomic ratio y of lithium will be described below.

【0047】(Li)リチウムは、非水電解質電池の電
荷移動を担う元素である。このため、合金構成元素とし
てリチウムが含まれていると、負極のリチウム吸蔵・放
出量を向上することができ、電池容量や充放電サイクル
寿命を向上することができる。また、第2の負極材料
は、第1の負極材料に比べて活性化されやすいため、充
放電サイクル中、比較的初期に最大放電容量を得ること
ができる。
(Li) Lithium is an element responsible for charge transfer in the non-aqueous electrolyte battery. For this reason, when lithium is contained as an alloy constituent element, the amount of lithium stored / released in the negative electrode can be improved, and the battery capacity and charge / discharge cycle life can be improved. Further, since the second negative electrode material is more easily activated than the first negative electrode material, the maximum discharge capacity can be obtained relatively early in the charge / discharge cycle.

【0048】ところで、第1の負極材料のように構成元
素にリチウムが含まれていない場合、正極活物質にはリ
チウム複合金属酸化物のようなリチウム含有化合物を使
用する必要がある。第2の負極材料によると、構成元素
にリチウムが含まれていない化合物を正極活物質として
使用することができ、使用可能な正極活物質の種類を広
げることができる。ただし、リチウム含有量zが30原
子%を超えると、アモルファス化が困難になり、二次電
池の充放電サイクル寿命が短くなる。
By the way, when lithium is not contained as a constituent element like the first negative electrode material, it is necessary to use a lithium-containing compound such as a lithium composite metal oxide for the positive electrode active material. According to the second negative electrode material, a compound containing no lithium as a constituent element can be used as a positive electrode active material, and the types of usable positive electrode active materials can be expanded. However, if the lithium content z exceeds 30 atomic%, it becomes difficult to make amorphous and the charge / discharge cycle life of the secondary battery is shortened.

【0049】第1〜第2の負極材料は、例えば、鋳造
法、液体急冷法、ガスアトマイズ、回転ディスク法によ
り作製される。
The first and second negative electrode materials are produced, for example, by a casting method, a liquid quenching method, a gas atomizing method, a rotating disk method.

【0050】(鋳造法)各元素を所定の組成になるよう
に配合した後、溶融させて得られた溶湯を鋳型あるいは
冷却板に鋳込むことにより、第1〜第2の負極材料を得
る。なお、鋳型と冷却板は、それぞれ、水冷機構を備え
ていても良い。例えば平板形状に鋳込んだ場合、アモル
ファス化は、組成と鋳込み厚さとを調節することにより
促進することができる。鋳込み厚さは、0.1〜10m
m程度が好ましいが、組成と鋳型の冷却構造によってそ
の範囲を超える場合がある。
(Casting Method) The first and second negative electrode materials are obtained by blending each element so as to have a predetermined composition and then melting and melting the obtained molten metal into a mold or a cooling plate. The mold and the cooling plate may each be equipped with a water cooling mechanism. For example, when cast into a flat plate shape, amorphization can be promoted by adjusting the composition and the cast thickness. Casting thickness is 0.1-10m
About m is preferable, but it may exceed the range depending on the composition and the cooling structure of the mold.

【0051】(液体急冷法)液体急冷法とは、所定の組
成になるように調製した合金の溶湯を、高速回転する冷
却体(例えば、ロール)上に小さなノズルから射出して
急冷する方法である。冷却速度は、急冷で得られる試料
の板厚で主に支配され、試料の板厚は、ロール材質、ロ
ール周速、ノズル孔径、ロールとノズル間のギャップ、
溶湯射出圧などで調節することができる。
(Liquid quenching method) The liquid quenching method is a method in which a melt of an alloy prepared to have a predetermined composition is injected from a small nozzle onto a cooling body (for example, a roll) rotating at a high speed to quench the melt. is there. The cooling rate is mainly controlled by the plate thickness of the sample obtained by quenching, and the plate thickness of the sample is roll material, roll peripheral speed, nozzle hole diameter, gap between roll and nozzle,
It can be adjusted by the molten metal injection pressure.

【0052】ロール材質は、合金溶湯との濡れ性で最適
な材質が決まり、Cu基合金(例えば、Cu、TiC
u、ZrCu、BeCu)、Fe基合金(例えば、SK
D、SUJ)、あるいは熱伝導度の良好なセラミックス
ロール(例えば、Al34であり、これはロール表面の
コーティングでもいい)が好ましい。
The optimum material for the roll is determined by its wettability with the molten alloy, and a Cu-based alloy (for example, Cu, TiC) is used.
u, ZrCu, BeCu), Fe-based alloy (eg, SK
D, SUJ) or a ceramic roll having good thermal conductivity (for example, Al 3 N 4 , which may be a coating on the roll surface).

【0053】大量生産するには多量の熱を合金溶湯から
奪う必要があるため、ロールの熱容量を大きくすること
が好ましい。このようなことから、ロール直径は、30
0mmφ以上にすることが好ましく、より好ましい範囲
は500mmφ以上である。また、ロールの幅は、50
mm以上にすることが好ましく、さらに好ましい範囲は
100mm以上である。
Since a large amount of heat needs to be taken from the molten alloy for mass production, it is preferable to increase the heat capacity of the roll. Therefore, the roll diameter is 30
The diameter is preferably 0 mmφ or more, and more preferably 500 mmφ or more. The width of the roll is 50
The thickness is preferably at least mm, and more preferably 100 mm or more.

【0054】ノズル孔径は、0.3〜10mmの範囲に
することが好ましい。ノズル孔径を0.3mm未満にす
ると、ノズルから溶湯が射出され難くなる。一方、ノズ
ル孔径が10mmを超えると、厚めの試料が得られやす
く、アモルファス相が得られ難くなる。
The nozzle hole diameter is preferably in the range of 0.3 to 10 mm. When the nozzle hole diameter is less than 0.3 mm, it becomes difficult to inject the molten metal from the nozzle. On the other hand, when the nozzle hole diameter exceeds 10 mm, a thick sample is likely to be obtained, and it is difficult to obtain an amorphous phase.

【0055】また、ロールとノズル間のギャップは、
0.2〜20mmの範囲内にすることが好ましいが、ギ
ャップが20mmを超えても、溶湯の流れを層流にする
ことにより均質に冷却速度が高くなれば、問題ない。た
だし、ギャップを広げると厚めの試料が得られるため、
ギャップを広げる程、冷却速度が遅くなる。
The gap between the roll and the nozzle is
It is preferable to set it within the range of 0.2 to 20 mm, but even if the gap exceeds 20 mm, there is no problem as long as the cooling rate is uniformly increased by making the flow of the molten metal laminar. However, widening the gap gives a thicker sample,
The wider the gap, the slower the cooling rate.

【0056】ロール周速は、材料組成にもよるが、おお
むね、1〜60m/sの範囲内にすることによって、ア
モルファス化を容易にすることが可能である。ロール周
速を1m/s未満にすると、微細結晶相及びアモルファ
ス相の混相が得られやすくなる。一方、ロール周速が6
0m/sを超えると、高速回転する冷却ロール上に合金
溶湯が乗り難くなるため、逆に冷却速度が低下し、微細
結晶相が析出しやすくなる。
Although the roll peripheral speed depends on the material composition, it can be made amorphous easily by setting the roll peripheral speed within the range of 1 to 60 m / s. When the roll peripheral speed is less than 1 m / s, a mixed phase of a fine crystal phase and an amorphous phase is easily obtained. On the other hand, the roll peripheral speed is 6
If it exceeds 0 m / s, it becomes difficult for the molten alloy to ride on the cooling roll that rotates at a high speed, so that the cooling rate decreases and the fine crystalline phase tends to precipitate.

【0057】ガスアトマイズ法や回転ディスク法による
と、ほぼ球状の合金を得ることができる。冷却条件、す
なわち、ガスアトマイズ法であれば、ガス量と溶湯供給
量との比、回転ディスク法であれば、冷却ディスクの材
質、回転数などの製造パラメータを制御することによ
り、実質的にアモルファス相からなる合金を得ることが
できる。ガスアトマイズ法、回転ディスク法、回転電極
法などで粉末状の試料を得ることができる。これらの方
法では条件を選ぶと球状試料が得られるため、負極中に
負極材料を最密充填することができ、電池の高容量化に
は好ましい場合がある。
According to the gas atomizing method and the rotating disk method, an almost spherical alloy can be obtained. Cooling conditions, that is, in the case of the gas atomizing method, by controlling the ratio of the gas amount to the molten metal supply amount, and in the case of the rotating disk method, by controlling manufacturing parameters such as the material of the cooling disk and the number of revolutions, the amorphous phase is substantially controlled. An alloy consisting of can be obtained. A powdery sample can be obtained by a gas atomizing method, a rotating disk method, a rotating electrode method, or the like. In these methods, a spherical sample can be obtained by selecting the conditions, and therefore the negative electrode material can be packed in the negative electrode most closely, which may be preferable for increasing the capacity of the battery.

【0058】本発明に係る第1〜第2の負極材料は、極
めて活性が高いため、負極材料の作製から負極の製造に
至るまで、極力、非酸化性雰囲気中で行うことが好まし
い。
Since the first and second negative electrode materials according to the present invention have extremely high activity, it is preferable to carry out from the production of the negative electrode material to the production of the negative electrode in a non-oxidizing atmosphere as much as possible.

【0059】製造方法で比較した場合、単ロール法もし
くは鋳造法で作製された合金を用いる方が、ガスアトマ
イズもしくは回転ディスク法で作製された合金を用いる
場合に比較して、放電容量比と容量維持率を向上するこ
とができると共に、最大容量到達充放電回数を少なくす
ることができる。
When compared by the manufacturing method, the use of the alloy produced by the single roll method or the casting method makes it possible to maintain the discharge capacity and the capacity as compared with the case of using the alloy produced by the gas atomization or the rotating disk method. The rate can be improved, and the maximum capacity reaching charge / discharge frequency can be reduced.

【0060】<第3の非水電解質電池用負極材料>本発
明に係る第3の非水電解質電池用負極材料は、一般式
(3)で表わされる組成を有し、かつ平均結晶粒径が5
00nm以下の微細結晶相を含む合金を含有する。
<Third Non-Aqueous Electrolyte Battery Negative Material> The third non-aqueous electrolyte battery negative electrode material according to the present invention has a composition represented by the general formula (3) and has an average crystal grain size. 5
It contains an alloy containing a fine crystalline phase of 00 nm or less.

【0061】Aabcde (3) 但し、前記Aは、Ca,SrおよびBaからなる群より
選ばれる1種以上の元素か、もしくは前記元素と他のア
ルカリ土類金属元素とから構成され、前記Mは、Niお
よびCuからなる群より選ばれる1種以上の元素で、前
記Tは、Si、Al、In、Ge、P、Pb、Bi、S
b、Zn、GaおよびCよりなる群から選ばれる1種以
上の元素で、前記Xは、Fe、Co、Mn、Cr、T
i、V、Zr、Nb、Hf、Ta、Mo、Wおよび希土
類元素よりなる群から選ばれる1種以上の元素、Zは
O,C,HおよびNよりなる群から選ばれる1種類以上
の元素で、前記a、b、c、dおよびeは、a+b+c
+d+e=100原子%、20≦a≦85、15≦b≦
80、0≦c≦40、0≦d≦20、0≦e≦20をそ
れぞれ満足する。
A a M b T c X d Z e (3) wherein A is one or more elements selected from the group consisting of Ca, Sr and Ba, or the elements and other alkaline earth metals. And M is at least one element selected from the group consisting of Ni and Cu, and T is Si, Al, In, Ge, P, Pb, Bi, S.
one or more elements selected from the group consisting of b, Zn, Ga and C, and X is Fe, Co, Mn, Cr, T
i, V, Zr, Nb, Hf, Ta, Mo, W and one or more elements selected from the group consisting of rare earth elements, Z is one or more elements selected from the group consisting of O, C, H and N And a, b, c, d and e are a + b + c
+ D + e = 100 atom%, 20 ≦ a ≦ 85, 15 ≦ b ≦
80, 0 ≦ c ≦ 40, 0 ≦ d ≦ 20, and 0 ≦ e ≦ 20 are satisfied.

【0062】第3の負極材料は、実質的に微細結晶相か
ら構成されていても良いし、微細結晶相と他の相(例え
ば、アモルファス相)との複合相から実質的に構成され
ていても良い。
The third negative electrode material may be substantially composed of a fine crystal phase, or may be substantially composed of a composite phase of the fine crystal phase and another phase (for example, an amorphous phase). Is also good.

【0063】微細結晶相は、金属間化合物からなるもの
でも、非化学量論組成の化合物からなるものでも、ある
いは非化学量論組成の合金からなるものでも良い。
The fine crystalline phase may be made of an intermetallic compound, a compound having a non-stoichiometric composition, or an alloy having a non-stoichiometric composition.

【0064】微細結晶相の平均粒径が500nmを超え
ると、負極材料の微粉化の進行が早くなるため、電極に
した場合、負極材同士あるいは導電助剤と負極材の電気
的接触が減少し、放電容量が低くなり、充放電サイクル
寿命が低下する。平均粒径のより好ましい範囲は、5n
m以上、500nm以下で、さらに好ましい範囲は5n
m以上、300nm以下である。その組織は、1種、あ
るいは複数種の微細結晶相からなる場合、あるいは1種
あるいは複数種の微細結晶相を異なる組成の結晶相が少
なくとも一部を取り囲む場合でもよく、いずれの場合も
平均結晶粒径が5〜500nm以下の結晶組織からなっ
ている。
When the average grain size of the fine crystalline phase exceeds 500 nm, the pulverization of the negative electrode material proceeds faster, so that when it is used as an electrode, the electrical contact between the negative electrode materials or between the conductive additive and the negative electrode material decreases. , The discharge capacity becomes low and the charge / discharge cycle life becomes short. A more preferable range of the average particle size is 5n
m or more and 500 nm or less, more preferably 5 n
m or more and 300 nm or less. The structure may be composed of one kind or a plurality of kinds of fine crystal phases, or may be one kind or a plurality of kinds of fine crystal phases surrounded by at least a part of crystal phases having different compositions. It has a crystal structure with a grain size of 5 to 500 nm or less.

【0065】微細結晶相の平均結晶粒径は、透過電子顕
微鏡(TEM)写真(例えば、10万倍)における互い
に隣り合う少なくとも50個の結晶粒を選択し、結晶粒
各々の最大長さを測定し、その平均値を算出することに
より求められる。なお、TEM写真の倍率は、測定され
る結晶粒径の大きさに応じて変更することができる。
For the average crystal grain size of the fine crystal phase, at least 50 crystal grains adjacent to each other in a transmission electron microscope (TEM) photograph (for example, 100,000 times) are selected, and the maximum length of each crystal grain is measured. Then, the average value is calculated. The magnification of the TEM photograph can be changed according to the size of the crystal grain size to be measured.

【0066】微細結晶相とアモルファス相との複合相に
おける微細結晶相の割合は、(a)熱分析か、(b)X
線回折により測定される。
The ratio of the fine crystal phase in the composite phase of the fine crystal phase and the amorphous phase is (a) thermal analysis or (b) X.
It is measured by line diffraction.

【0067】(a)熱分析 アモルファス相からなる合金を熱分析すると、結晶化温
度で発熱するため、その発熱量を基準発熱量とする。微
細結晶相の割合が不明の合金について熱分析を行い、そ
の発熱量と基準発熱量を比較することにより、微細結晶
相の割合を評価する。
(A) Thermal Analysis Thermal analysis of an alloy consisting of an amorphous phase produces heat at the crystallization temperature, so the amount of heat generated is taken as the reference amount of heat generation. The ratio of the fine crystalline phase is evaluated by performing thermal analysis on the alloy in which the proportion of the fine crystalline phase is unknown and comparing the calorific value with the reference calorific value.

【0068】(b)X線回折 微細結晶相の割合が既知の合金のX線回折パターンにお
ける最強ピークの回折強度を基準とし、微細結晶相の割
合が不明の合金についての同一回折ピークの強度と基準
強度を比較することにより、微細結晶相の割合を評価す
る。
(B) X-ray Diffraction Based on the diffraction intensity of the strongest peak in the X-ray diffraction pattern of an alloy of which the proportion of the fine crystalline phase is known, the intensity of the same diffraction peak of the alloy whose proportion of the fine crystalline phase is unknown is The proportion of the fine crystalline phase is evaluated by comparing the reference strengths.

【0069】(アルカリ土類金属元素A)アルカリ土類
金属元素Aには、Ca,SrおよびBaのうち、少なく
とも一方の元素が必須成分として含まれている。かかる
元素Aは、リチウムの吸蔵・放出を容易にする機能を有
する。元素Aの原子比aを20〜85原子%の範囲内に
限定するのは、以下に説明する理由によるものである。
元素Aの原子比aを20原子%未満にすると、リチウム
の吸蔵・放出速度が低下するため、非水電解質電池の放
電レート特性を改善することが困難になる。一方、元素
Aの原子比aが85原子%を超えると、吸蔵されたリチ
ウムのうち合金内での滞留分が多くなるため、非水電解
質電池の放電容量が著しく低下する。原子比aのより好
ましい範囲は、25〜80原子%である。
(Alkaline Earth Metal Element A) The alkaline earth metal element A contains at least one of Ca, Sr and Ba as an essential component. The element A has a function of facilitating occlusion / release of lithium. The reason for limiting the atomic ratio a of the element A within the range of 20 to 85 atomic% is for the reason described below.
If the atomic ratio a of the element A is less than 20 atomic%, the lithium occlusion / desorption rate decreases, and it becomes difficult to improve the discharge rate characteristics of the non-aqueous electrolyte battery. On the other hand, when the atomic ratio a of the element A exceeds 85 atomic%, the retained amount of the absorbed lithium in the alloy increases, so that the discharge capacity of the non-aqueous electrolyte battery remarkably decreases. A more preferable range of the atomic ratio a is 25 to 80 atomic%.

【0070】アルカリ土類金属元素Aの中でも好ましい
のは、CaとSrの2種類を必須成分とするもの、Ca
とBaの2種類を必須成分とするもの、SrとBaの2種
類を必須成分とするもの、CaとSrとBaの3種類を
必須成分とするものである。Ca,SrおよびBaより
なる群から選択される1種類以上の元素からなる必須成
分の比率は、アルカリ土類金属元素Aの原子比を100
原子%とした際に50原子%以上にすることが望まし
い。これは、かかる比率を50原子%よりも少なくする
と、放電容量が十分に改善されなくなる恐れがあるから
である。好ましくは60原子%以上である。
Among the alkaline earth metal elements A, those having two kinds of Ca and Sr as essential components are preferable.
And Ba are essential components, Sr and Ba are essential components, and Ca, Sr, and Ba are essential components. The ratio of the essential components consisting of one or more elements selected from the group consisting of Ca, Sr and Ba is such that the atomic ratio of the alkaline earth metal element A is 100.
When the atomic percentage is set, it is desirable that the atomic percentage be 50 atomic% or more. This is because if the ratio is less than 50 atom%, the discharge capacity may not be sufficiently improved. It is preferably at least 60 atom%.

【0071】Ca,Sr、Baと併用する他のアルカリ
土類金属元素AとしてはMgが好ましい。
Mg is preferable as the other alkaline earth metal element A used in combination with Ca, Sr, and Ba.

【0072】(元素M)アルカリ土類金属元素Aに元素
Mを組合わせることにより、微細結晶化を促進すること
ができる。また、元素Mは、負極材料にリチウムが吸蔵
・放出された際の微粉化を抑制することができる。元素
Mの原子比bを15〜80原子%の範囲内に限定するの
は次のような理由によるものである。原子比bが前記範
囲を外れると、微細結晶化が困難になる。元素Mの原子
比bのより好ましい範囲は、20〜75原子%である。
(Element M) By combining the element M with the alkaline earth metal element A, fine crystallization can be promoted. Further, the element M can suppress pulverization when lithium is occluded and released in the negative electrode material. The atomic ratio b of the element M is limited to the range of 15 to 80 atomic% for the following reason. If the atomic ratio b is outside the above range, fine crystallization becomes difficult. A more preferable range of the atomic ratio b of the element M is 20 to 75 atomic%.

【0073】特に、元素Mとしては、Cuを用いること
が望ましい。このような構成にすることによって、合金
の微細結晶化を促進することができる。
Particularly, it is desirable to use Cu as the element M. With such a structure, fine crystallization of the alloy can be promoted.

【0074】(元素T)元素Tは、リチウムと合金化が
可能な元素である。このため、負極材料中に元素Tを含
有させることによって、リチウムの吸蔵量を増加させる
ことができ、非水電解質電池の容量を向上することがで
きる。但し、元素Tの原子比cが40原子%を超える
と、微細結晶化がほとんど困難になる。よって、元素T
の原子比cは、40原子%以下にすることが好ましく、
より好ましい範囲は35原子%以下である。また、原子
比cの量を2原子%より少なくすると、電池容量改善の
効果が見られない恐れがあるため、原子比cの下限値
は、2原子%にすることが好ましい。
(Element T) Element T is an element capable of alloying with lithium. Therefore, by containing the element T in the negative electrode material, the amount of lithium stored can be increased, and the capacity of the non-aqueous electrolyte battery can be improved. However, if the atomic ratio c of the element T exceeds 40 atomic%, fine crystallization becomes almost difficult. Therefore, the element T
The atomic ratio c of is preferably 40 atomic% or less,
A more preferable range is 35 atomic% or less. If the amount of the atomic ratio c is less than 2 atomic%, the effect of improving the battery capacity may not be obtained. Therefore, the lower limit of the atomic ratio c is preferably 2 atomic%.

【0075】元素Tの中でも、Si、In、Alが好ま
しい。
Among the elements T, Si, In and Al are preferable.

【0076】(元素X)希土類元素としては、例えば、
La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、T
b、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu等を挙げるこ
とができる。中でも、La、Ce、Pr、Nd、Smが
望ましい。
(Element X) As the rare earth element, for example,
La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, T
Examples thereof include b, Dy, Ho, Er, Tm, Yb and Lu. Among them, La, Ce, Pr, Nd and Sm are preferable.

【0077】元素Xを20原子%以下の原子比で含有さ
せることによって、微細結晶化を促進することができ
る。また、吸蔵したLiの合金内での滞留を低減し、充
放電での容量低下を抑制することにも有効である。
Fine crystallization can be promoted by containing the element X in an atomic ratio of 20 atomic% or less. It is also effective in reducing the retention of the occluded Li in the alloy and suppressing the capacity decrease during charge and discharge.

【0078】(元素Z)元素ZはO,C,HおよびNよ
りなる群から選ばれる少なくとも1種以上の元素であ
る。これらの元素は、微細結晶化に有効に働く元素であ
るが、製造プロセス、量によっては酸化物、炭化物、水
素化物、窒化物を形成し、複相化する場合もあるが、電
極特性には問題はない。特に酸化物、炭化物、水素化
物、窒化物は結晶粒界に微細分散析出させることによ
り、微細結晶化を促進できる。その量eは20原子%を
超えると容量が低下してしまうため、20原子%以下に
する。好ましくは15原子%以下である。
(Element Z) The element Z is at least one element selected from the group consisting of O, C, H and N. These elements are elements that work effectively for fine crystallization, but depending on the manufacturing process and amount, they may form oxides, carbides, hydrides, and nitrides to form multiple phases. No problem. In particular, oxides, carbides, hydrides and nitrides can be finely dispersed and precipitated at crystal grain boundaries to promote fine crystallization. If the amount e exceeds 20 atom%, the capacity decreases, so the amount e is made 20 atom% or less. It is preferably 15 atomic% or less.

【0079】以上説明した本発明に係る第3の非水電解
質電池用負極材料は、リチウムイオンあるいはリチウム
原子の出入りが比較的容易であるため、非水電解質電池
の放電レートを高くした際の放電容量の低下を抑制する
ことができる、つまり、放電レート特性を改善すること
ができる。また、最大容量への到達充放電回数を少なく
することができる。さらに、リチウムイオンあるいはリ
チウム原子の出入りによる体積膨張収縮割合を小さくす
ることができるため、微粉化による容量劣化を低減する
ことができ、二次電池の充放電サイクル寿命を向上する
ことができる。
Since the third negative electrode material for a non-aqueous electrolyte battery according to the present invention described above is relatively easy for lithium ions or lithium atoms to move in and out, the discharge when the discharge rate of the non-aqueous electrolyte battery is increased. The decrease in capacity can be suppressed, that is, the discharge rate characteristic can be improved. Moreover, the number of times of charging and discharging to reach the maximum capacity can be reduced. Further, since the volume expansion / contraction ratio due to lithium ions or lithium atoms coming in and out can be reduced, the capacity deterioration due to pulverization can be reduced, and the charge / discharge cycle life of the secondary battery can be improved.

【0080】なお、本願発明によると、リチウムイオン
あるいはリチウム原子の出入りが容易になる原因の一つ
として、以下の(III)および(V)が挙げられる。
According to the present invention, the following (III) and (V) are mentioned as one of the causes for facilitating the entry and exit of lithium ions or lithium atoms.

【0081】(III)SrとBaは、Liと結合してB
aLi4、SrLi4を形成することができ、高容量が達
成できる。一方、Caはサイクル寿命の向上に有効であ
る。
(III) Sr and Ba combine with Li to form B
Since aLi 4 and SrLi 4 can be formed, a high capacity can be achieved. On the other hand, Ca is effective for improving the cycle life.

【0082】(V)Ca,Sr、Baは、同じアルカリ
土類元素であるMg、Beに比較して原子半径が大きい
ため、前述した(3)式で表わされる組成にすることに
よって、比較的容易に原子半径の大きなLiの出し入れ
をすることができる。
(V) Ca, Sr, and Ba have a larger atomic radius than Mg and Be, which are the same alkaline earth elements, so that the composition represented by the above-mentioned formula (3) is used, Li having a large atomic radius can be easily taken in and out.

【0083】さらに、本発明に係る第3の非水電解質電
池用負極材料では、合金の構成元素にリチウムが含まれ
ていないため、負極材料合成時の元素の取り扱いが簡単
で、液体急冷法で負極材料を合成する際に発火等の危険
性がなく、大量生産が容易である。このため、電極特性
のサイクル寿命に対しては有利である。さらに、熱処理
条件の変動に対する影響を受けにくく、負極材料の製造
歩留まりを高くすることができる。
Furthermore, in the third negative electrode material for a non-aqueous electrolyte battery according to the present invention, since the alloying element does not contain lithium, the element is easy to handle when synthesizing the negative electrode material and the liquid quenching method is used. There is no risk of ignition when synthesizing the negative electrode material, and mass production is easy. Therefore, it is advantageous for the cycle life of the electrode characteristics. Further, the manufacturing yield of the negative electrode material can be increased because it is unlikely to be affected by fluctuations in heat treatment conditions.

【0084】<第4の非水電解質電池用負極材料>本発
明に係る第4の非水電解質電池用負極材料は、下記一般
式(4)で表わされる組成を有し、かつ平均結晶粒径が
500nm以下の微細結晶相を含むことを特徴とする非
水電解質電池用負極材料。
<Fourth Non-Aqueous Electrolyte Battery Anode Material> The fourth non-aqueous electrolyte battery negative electrode material according to the present invention has a composition represented by the following general formula (4) and has an average crystal grain size. Contains a fine crystalline phase of 500 nm or less, a negative electrode material for a non-aqueous electrolyte battery.

【0085】[AabcdexLiy (4) 但し、前記Aは、Ca,SrおよびBaからなる群より
選ばれる1種以上の元素か、もしくは前記元素と他のア
ルカリ土類金属元素とから構成され、前記Mは、Niお
よびCuからなる群より選ばれる1種以上の元素で、前
記Tは、Si、Al、In、Ge、P、Pb、Bi、S
b、Zn、GaおよびCよりなる群から選ばれる1種以
上の元素で、前記Xは、Fe、Co、Mn、Cr、T
i、V、Zr、Nb、Hf、Ta、Mo、Wおよび希土
類元素よりなる群から選ばれる1種以上の元素、Zは
O,C,H及びNよりなる群から選ばれる少なくとも1
種以上の元素で、前記原子比a、b、c、d、e、x及
びyは、a+b+c+d+e=1、x+y=100原子
%、0.2≦a≦0.85、0.15≦b≦0.8、0
≦c≦0.4、0≦d≦0.2、0≦e≦0.2、0<
y≦30をそれぞれ満足する。
[A a M b T c X d Z e ] x Li y (4) wherein A is at least one element selected from the group consisting of Ca, Sr and Ba, or other than the above elements. M is at least one element selected from the group consisting of Ni and Cu, and T is Si, Al, In, Ge, P, Pb, Bi, S.
one or more elements selected from the group consisting of b, Zn, Ga and C, and X is Fe, Co, Mn, Cr, T
i, V, Zr, Nb, Hf, Ta, Mo, W and at least one element selected from the group consisting of rare earth elements, and Z is at least 1 selected from the group consisting of O, C, H and N
With at least one element, the atomic ratios a, b, c, d, e, x and y are a + b + c + d + e = 1, x + y = 100 atomic%, 0.2 ≦ a ≦ 0.85, 0.15 ≦ b ≦ 0.8, 0
≦ c ≦ 0.4, 0 ≦ d ≦ 0.2, 0 ≦ e ≦ 0.2, 0 <
Each of y ≦ 30 is satisfied.

【0086】この第4の非水電解質電池用負極材料は、
構成成分にリチウムが含まれていることと、原子比a、
b、c、d,eの合計を1とすること以外は、前述した
第3の非水電解質電池用負極材料と同様な構成を有する
ものである。
The fourth negative electrode material for non-aqueous electrolyte battery is
Lithium is included in the constituents, and the atomic ratio a,
Except that the total of b, c, d, and e is set to 1, it has the same structure as the above-mentioned third negative electrode material for non-aqueous electrolyte battery.

【0087】以下、リチウムの原子比yについて説明す
る。
The atomic ratio y of lithium will be described below.

【0088】(Li)リチウムは、非水電解質電池の電
荷移動を担う元素である。このため、合金構成元素とし
てリチウムが含まれていると、負極のリチウム吸蔵・放
出量を向上することができ、電池容量や充放電サイクル
寿命を向上することができる。また、第4の負極材料
は、第3の負極材料に比べて活性化されやすいため、充
放電サイクル中、比較的初期に最大放電容量を得ること
ができる。
(Li) Lithium is an element responsible for charge transfer in the non-aqueous electrolyte battery. For this reason, when lithium is contained as an alloy constituent element, the amount of lithium stored / released in the negative electrode can be improved, and the battery capacity and charge / discharge cycle life can be improved. Further, since the fourth negative electrode material is more easily activated than the third negative electrode material, the maximum discharge capacity can be obtained relatively early in the charge / discharge cycle.

【0089】ところで、第3の負極材料のように構成元
素にリチウムが含まれていない場合、正極活物質にはリ
チウム複合金属酸化物のようなリチウム含有化合物を使
用する必要がある。第4の負極材料によると、構成元素
にリチウムが含まれていない化合物を正極活物質として
使用することができ、使用可能な正極活物質の種類を広
げることができる。ただし、リチウム含有量zが30原
子%を超えると、微細結晶化が困難になり、二次電池の
充放電サイクル寿命が短くなる。
By the way, when the constituent element does not contain lithium as in the case of the third negative electrode material, it is necessary to use a lithium-containing compound such as a lithium composite metal oxide for the positive electrode active material. According to the fourth negative electrode material, a compound containing no lithium as a constituent element can be used as the positive electrode active material, and the types of usable positive electrode active material can be expanded. However, if the lithium content z exceeds 30 atomic%, fine crystallization becomes difficult and the charge / discharge cycle life of the secondary battery is shortened.

【0090】第3〜第4の負極材料は、例えば、以下の
(i)〜(iii)に説明する方法で作製される。
The third to fourth negative electrode materials are produced, for example, by the methods described in (i) to (iii) below.

【0091】(i)前述した第1〜第2の負極材料をそ
の結晶化温度以上で熱処理することにより微細結晶相を
析出させ、第3〜第4の負極材料を得る。特に、負極材
料中に元素Tを微量含有させると、平均結晶粒径を50
0nm以下に制御するのが容易になる。元素Tの中で
も、Zr,Hf,Nb,Ta,Mo,W、希土類元素の
4d、4f、5d遷移金属が少量添加で結晶粒微細化に
おいて高い促進効果が得られる。なお、元素Tのうちの
Ti,V,Crについては、添加量を増加させると、結
晶微細化を促進することができる。また、元素Zがアル
カリ土類金属元素、元素Tなどと結合し、結晶粒界に均
質分散させることにより、微細結晶化を促進させること
ができる。
(I) By subjecting the above-mentioned first and second negative electrode materials to a heat treatment at a crystallization temperature or higher, a fine crystalline phase is precipitated to obtain third to fourth negative electrode materials. In particular, when a small amount of the element T is contained in the negative electrode material, the average crystal grain size becomes 50
It becomes easy to control to 0 nm or less. Among the elements T, Zr, Hf, Nb, Ta, Mo, W, and rare earth elements 4d, 4f, and 5d transition metals can be added in small amounts to obtain a high accelerating effect in grain refinement. It should be noted that with respect to Ti, V, and Cr of the element T, increasing the amount of addition can promote the refinement of crystal. Further, the element Z is combined with the alkaline earth metal element, the element T, and the like, and is homogeneously dispersed in the crystal grain boundaries, so that fine crystallization can be promoted.

【0092】(ii)液体急冷法で直接微細結晶を析出さ
せることができる。この場合は、溶湯の冷却速度を調節
することにより適切な大きさの結晶粒径を最適な割合で
析出させることができる。急冷される材料の板厚に冷却
速度が依存し、板厚の制御は、冷却ロールの周速、ロー
ル材質、溶湯供給量(ノズル孔径)などで行うことが好
ましい。特に、元素Tを2種以上選択した場合、結晶粒
が微細化された合金が得られやすい。なお、液体急冷法
で得られた合金は、その後熱処理を施しても良い。
(Ii) Fine crystals can be directly deposited by the liquid quenching method. In this case, by adjusting the cooling rate of the molten metal, it is possible to precipitate a crystal grain of an appropriate size at an optimum ratio. The cooling rate depends on the plate thickness of the material to be rapidly cooled, and the plate thickness is preferably controlled by the peripheral speed of the cooling roll, the roll material, the molten metal supply amount (nozzle hole diameter), and the like. In particular, when two or more elements T are selected, it is easy to obtain an alloy with fine crystal grains. The alloy obtained by the liquid quenching method may be heat-treated thereafter.

【0093】(iii)各元素を所定の組成になるように
配合した後、溶融させて得られた溶湯を鋳型あるいは冷
却板に鋳込むことにより、第3〜第4の負極材料を得
る。なお、鋳型と冷却板は、それぞれ、水冷機構を備え
ていても良い。例えば平板形状に鋳込んだ場合、アモル
ファス化は、組成と鋳込み厚さとを調節することにより
促進することができる。鋳込み厚さは、0.5〜10m
m程度が好ましいが、組成と鋳型の冷却構造によってそ
の範囲を超える場合がある。
(Iii) After blending each element so as to have a predetermined composition, the molten metal obtained by melting is cast into a mold or a cooling plate to obtain third to fourth negative electrode materials. The mold and the cooling plate may each be equipped with a water cooling mechanism. For example, when cast into a flat plate shape, amorphization can be promoted by adjusting the composition and the cast thickness. Casting thickness is 0.5-10m
About m is preferable, but it may exceed the range depending on the composition and the cooling structure of the mold.

【0094】ガスアトマイズ法や回転ディスク法による
と、ほぼ球状の合金を得ることができる。冷却条件、す
なわち、ガスアトマイズ法であれば、ガス量と溶湯供給
量との比、回転ディスク法であれば、冷却ディスクの材
質、回転数などの製造パラメータを制御することによ
り、実質的にアモルファス相からなる合金を得ることが
できる。ガスアトマイズ法、回転ディスク法、回転電極
法などで粉末状の試料を得ることができる。これらの方
法では条件を選ぶと球状試料が得られるため、負極中に
負極材料を最密充填することができ、電池の高容量化に
は好ましい場合がある。
According to the gas atomizing method and the rotating disk method, an almost spherical alloy can be obtained. Cooling conditions, that is, in the case of the gas atomizing method, by controlling the ratio of the gas amount to the molten metal supply amount, and in the case of the rotating disk method, by controlling manufacturing parameters such as the material of the cooling disk and the number of revolutions, the amorphous phase is substantially controlled. An alloy consisting of can be obtained. A powdery sample can be obtained by a gas atomizing method, a rotating disk method, a rotating electrode method, or the like. In these methods, a spherical sample can be obtained by selecting the conditions, and therefore the negative electrode material can be packed in the negative electrode most closely, which may be preferable for increasing the capacity of the battery.

【0095】本発明に係る第3〜第4の負極材料は、極
めて活性が高いため、負極材料の作製から負極の製造に
至るまで、極力、非酸化性雰囲気中で行うことが好まし
い。
Since the third to fourth negative electrode materials according to the present invention have extremely high activity, it is preferable to carry out from the production of the negative electrode material to the production of the negative electrode in a non-oxidizing atmosphere as much as possible.

【0096】製造方法で比較した場合、単ロール法もし
くは鋳造法で作製された合金を用いる方が、ガスアトマ
イズもしくは回転ディスク法で作製された合金を用いる
場合に比較して、放電容量比と容量維持率を向上するこ
とができると共に、最大容量到達充放電回数を少なくす
ることができる。
When compared by the manufacturing method, the use of the alloy produced by the single roll method or the casting method makes it possible to maintain the discharge capacity ratio and the capacity compared to the case of using the alloy produced by the gas atomization or the rotating disk method. The rate can be improved, and the maximum capacity reaching charge / discharge frequency can be reduced.

【0097】本発明に係る第1〜第4の負極材料のう
ち、第1、第2の負極材料は、放電レート特性と充放電
サイクル寿命を第3,4の負極材料に比較して高くする
ことができると共に、最大容量に到達するまでに必要な
充放電回数を第3,4の負極材料に比較して少なくする
ことができる。
Of the first to fourth negative electrode materials according to the present invention, the first and second negative electrode materials have higher discharge rate characteristics and charge / discharge cycle life than the third and fourth negative electrode materials. In addition, the number of times of charge / discharge required to reach the maximum capacity can be reduced as compared with the third and fourth negative electrode materials.

【0098】次いで、本発明に係る非水電解質電池につ
いて説明する。
Next, the non-aqueous electrolyte battery according to the present invention will be described.

【0099】本発明に係る非水電解質電池は、第1〜第
4の負極材料のうち少なくとも1種類を含む負極と、正
極と、正極と負極の間に配置される非水電解質層とを備
える。
The non-aqueous electrolyte battery according to the present invention comprises a negative electrode containing at least one of the first to fourth negative electrode materials, a positive electrode, and a non-aqueous electrolyte layer arranged between the positive electrode and the negative electrode. .

【0100】1)負極 負極は、集電体と、集電体の片面もしくは両面に形成さ
れ、第1〜第4の負極材料のうち少なくとも1種類を含
む負極層とを含む。
1) Negative Electrode The negative electrode includes a current collector and a negative electrode layer formed on one or both sides of the current collector and containing at least one of the first to fourth negative electrode materials.

【0101】この負極は、例えば、負極材料の粉末及び
結着剤を有機溶媒の存在下で混練し、得られた懸濁物を
集電体に塗布し、乾燥後、プレスすることにより作製さ
れる。
This negative electrode is produced, for example, by kneading the powder of the negative electrode material and the binder in the presence of an organic solvent, applying the obtained suspension to a current collector, drying and pressing. It

【0102】第1〜第2の負極材料については、粉砕前
に、結晶化温度以下の温度で0.1〜24時間熱処理を
施して脆化しても良い。粉砕方法としては、例えば、ピ
ンミル、ジェットミル、ハンマーミル、ボールミルなど
を採用することができる。
The first and second negative electrode materials may be embrittled by being heat-treated at a temperature equal to or lower than the crystallization temperature for 0.1 to 24 hours before crushing. As the pulverizing method, for example, a pin mill, a jet mill, a hammer mill, a ball mill or the like can be adopted.

【0103】一方、第3〜第4の負極材料については、
前述した(i)で説明した方法のように、いったんアモ
ルファス化した試料をその結晶化温度以上で0.1〜2
4時間熱処理して合成する場合、粉砕処理は熱処理後に
行うことが望ましい。また、前述した(ii)〜(iii)
の方法のように直接微細結晶相を析出させた試料の場合
は、粉砕前の熱処理の有無はどちらでもかまわない。
On the other hand, regarding the third to fourth negative electrode materials,
As in the method described in (i) above, a sample once amorphized is heated to the crystallization temperature of 0.1-2.
When synthesizing by heat treatment for 4 hours, it is desirable that the crushing treatment be performed after the heat treatment. In addition, (ii) to (iii) described above
In the case of the sample in which the fine crystal phase is directly precipitated as in the method of No. 1, it does not matter whether or not the heat treatment is performed before the pulverization.

【0104】前記結着剤としては、例えば、ポリテトラ
フルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン
(PVdF)、エチレン−プロピレン−ジエン共重合体
(EPDM)、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)、
カルボキシメチルセルロース(CMC)などを用いるこ
とができる。
Examples of the binder include polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVdF), ethylene-propylene-diene copolymer (EPDM), styrene-butadiene rubber (SBR),
Carboxymethyl cellulose (CMC) or the like can be used.

【0105】負極材料と結着剤の配合割合は、負極材料
90〜98重量%、結着剤1〜10重量%の範囲にする
ことが好ましい。
The mixing ratio of the negative electrode material and the binder is preferably in the range of 90 to 98% by weight of the negative electrode material and 1 to 10% by weight of the binder.

【0106】集電体としては、導電性材料であれば特に
制限されることなく使用することができる。中でも、
銅、ステンレス、あるいはニッケルからなる箔、メッシ
ュ、パンチドメタル、ラスメタルなどを用いることがで
きる。
As the current collector, any conductive material can be used without particular limitation. Above all,
A foil, mesh, punched metal, lath metal, or the like made of copper, stainless steel, or nickel can be used.

【0107】2)正極 正極は、集電体と、集電体の片面あるいは両面に形成さ
れ、正極活物質を含有する正極活物質含有層とを含む。
2) Positive Electrode The positive electrode includes a current collector and a positive electrode active material-containing layer formed on one surface or both surfaces of the current collector and containing a positive electrode active material.

【0108】この正極は、例えば、正極活物質、導電剤
および結着剤を適当に溶媒に懸濁させ、得られた懸濁物
を集電体表面に塗布し、乾燥し、プレスすることにより
作製される。
For this positive electrode, for example, a positive electrode active material, a conductive agent and a binder are appropriately suspended in a solvent, and the obtained suspension is applied on the surface of a current collector, dried and pressed. It is made.

【0109】正極活物質には、電池の放電時にリチウム
のようなアルカリ金属を吸蔵し、充電時にアルカリ金属
を放出できるものであれば特に限定されずに使用でき
る。かかる正極活物質としては、種々の酸化物、硫化物
が挙げられ、例えば、二酸化マンガン(MnO2)、リ
チウムマンガン複合酸化物(例えば、LiMn24、L
iMnO2)、リチウムニッケル複合酸化物(例えば、
LiNiO2)、リチウムコバルト複合酸化物(例え
ば、LiCoO2)、リチウムニッケルコバルト複合酸
化物(例えば、LiNi1-XCoX2)、リチウムマン
ガンコバルト複合酸化物(例えば、LiMnXCo1-X
2)、バナジウム酸化物(例えば、V25)などが挙げ
られる。また、導電性ポリマー材料、ジスルフィド系ポ
リマー材料などの有機材料も挙げられる。より好ましい
正極活物質は、電池電圧が高いリチウムマンガン複合酸
化物(例えば、LiMn24)、リチウムニッケル複合
酸化物(例えば、LiNiO2)、リチウムコバルト複
合酸化物(例えば、LiCoO2)、リチウムニッケル
コバルト複合酸化物(例えば、LiNi0.8Co
0.22)、リチウムマンガンコバルト複合酸化物(例え
ば、LiMnXCo1-X2)などが挙げられる。
The positive electrode active material is not particularly limited as long as it can occlude an alkali metal such as lithium during discharge of the battery and release the alkali metal during charge. Examples of the positive electrode active material include various oxides and sulfides, and examples thereof include manganese dioxide (MnO 2 ), lithium manganese composite oxide (eg, LiMn 2 O 4 , L
iMnO 2 ), lithium nickel composite oxide (for example,
LiNiO 2 ), lithium cobalt composite oxide (eg LiCoO 2 ), lithium nickel cobalt composite oxide (eg LiNi 1-X Co X O 2 ), lithium manganese cobalt composite oxide (eg LiMn X Co 1-X). O
2 ), vanadium oxide (for example, V 2 O 5 ) and the like. In addition, organic materials such as conductive polymer materials and disulfide-based polymer materials are also included. More preferable positive electrode active materials are lithium manganese composite oxides (for example, LiMn 2 O 4 ), lithium nickel composite oxides (for example, LiNiO 2 ), lithium cobalt composite oxides (for example, LiCoO 2 ), and lithium which have high battery voltage. Nickel-cobalt composite oxide (for example, LiNi 0.8 Co
0.2 O 2 ), lithium manganese cobalt composite oxide (for example, LiMn X Co 1-X O 2 ) and the like.

【0110】結着剤としては、例えば、ポリテトラフル
オロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(P
VdF)、フッ素系ゴムなどが挙げられる。
Examples of the binder include polytetrafluoroethylene (PTFE) and polyvinylidene fluoride (P
VdF), fluorocarbon rubber, and the like.

【0111】導電剤としては、例えば、アセチレンブラ
ック、カーボンブラック、黒鉛等を挙げることができ
る。
Examples of the conductive agent include acetylene black, carbon black, graphite and the like.

【0112】正極活物質、導電剤及び結着剤の配合比
は、正極活物質80〜95wt%、導電剤3〜20wt
%、結着剤2〜7wt%の範囲にすることが好ましい。
The compounding ratio of the positive electrode active material, the conductive agent and the binder is 80 to 95 wt% of the positive electrode active material and 3 to 20 wt% of the conductive agent.
%, And the binder is preferably in the range of 2 to 7 wt%.

【0113】集電体としては、導電性材料であれば特に
制限されること無く使用できるが、特に正極用の集電体
としては電池反応時に酸化されにくい材料を使用するこ
とが好ましく、例えばアルミニウム、ステンレス、チタ
ンなどを使用することができる。
As the current collector, any electrically conductive material can be used without particular limitation. Particularly, as the current collector for the positive electrode, it is preferable to use a material which is not easily oxidized during the battery reaction, for example, aluminum. , Stainless steel, titanium, etc. can be used.

【0114】3)非水電解質層 非水電解質層は、正極と負極の間でのイオン伝導性を付
与することができる。
3) Non-Aqueous Electrolyte Layer The non-aqueous electrolyte layer can impart ionic conductivity between the positive electrode and the negative electrode.

【0115】非水電解質層としては、例えば、非水電解
液が保持されたセパレータ、ゲル状非水電解質の層、ゲ
ル状非水電解質が保持されたセパレータ、固体高分子電
解質層、無機固体電解質層などを挙げることができる。
As the non-aqueous electrolyte layer, for example, a separator holding a non-aqueous electrolytic solution, a gel non-aqueous electrolyte layer, a separator holding a gel non-aqueous electrolyte, a solid polymer electrolyte layer, an inorganic solid electrolyte A layer etc. can be mentioned.

【0116】セパレータとしては、例えば、多孔質材料
を使用することができる。かかるセパレータとしては、
例えば、合成樹脂製不織布、ポリエチレン多孔質フィル
ム、ポリプロピレン多孔質フィルムなどを挙げることが
できる。
As the separator, for example, a porous material can be used. As such a separator,
For example, synthetic resin non-woven fabric, polyethylene porous film, polypropylene porous film and the like can be mentioned.

【0117】非水電解液は、例えば、非水溶媒に電解質
を溶解させることにより調製される。
The non-aqueous electrolytic solution is prepared, for example, by dissolving the electrolyte in a non-aqueous solvent.

【0118】非水溶媒としては、例えば、エチレンカー
ボネート(EC)やプロピレンカーボネート(PC)な
どの環状カーボネートや、これらの環状カーボネートと
環状カーボネートより低粘度の非水溶媒との混合溶媒を
主体とする非水溶媒を用いることができる。前記低粘度
の非水溶媒としては、例えば、鎖状カーボネート(例え
ば、ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネー
ト、ジエチルカーボネートなど)、γ−ブチロラクト
ン、アセトニトリル、プロピオン酸メチル、プロピオン
酸エチル、環状エーテル(例えば、テトラヒドロフラ
ン、2−メチルテトラヒドロフランなど)、鎖状エーテ
ル(例えば、ジメトキシエタン、ジエトキシエタンな
ど)が挙げられる。
As the non-aqueous solvent, for example, a cyclic carbonate such as ethylene carbonate (EC) or propylene carbonate (PC), or a mixed solvent of these cyclic carbonates and a non-aqueous solvent having a viscosity lower than that of the cyclic carbonate is mainly used. A non-aqueous solvent can be used. Examples of the low-viscosity non-aqueous solvent include chain carbonates (for example, dimethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, diethyl carbonate, etc.), γ-butyrolactone, acetonitrile, methyl propionate, ethyl propionate, cyclic ethers (for example, tetrahydrofuran. , 2-methyltetrahydrofuran, etc.) and chain ethers (eg, dimethoxyethane, diethoxyethane, etc.).

【0119】電解質としては、リチウム塩が使用され
る。具体的には、六フッ化リン酸リチウム(LiP
6)、ホウフッ化リチウム(LiBF4)、六フッ化ヒ
素リチウム(LiAsF6)、過塩素酸リチウム(Li
ClO4)、トリフルオロメタスルホン酸リチウム(L
iCF3SO3)などが挙げられる。とくに、六フッ化リ
ン酸リチウム(LiPF6)、ホウフッ化リチウム(L
iBF4)が好ましい例として挙げられる。
A lithium salt is used as the electrolyte. Specifically, lithium hexafluorophosphate (LiP
F 6 ), lithium borofluoride (LiBF 4 ), lithium arsenic hexafluoride (LiAsF 6 ), lithium perchlorate (Li
ClO 4 ), lithium trifluorometasulfonate (L
iCF 3 SO 3 ) and the like. Especially, lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) and lithium borofluoride (L
iBF 4) are preferred examples.

【0120】非水溶媒に対する電解質の溶解量は、0.
5〜2モル/Lとすることが好ましい。
The amount of the electrolyte dissolved in the non-aqueous solvent was 0.
It is preferably 5 to 2 mol / L.

【0121】ゲル状非水電解質は、例えば、非水電解質
と高分子材料を複合化することにより得られる。高分子
材料としては、例えば、ポリアクリロニトリル、ポリア
クリレート、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリ
エチレンオキシド(PECO)などの単量体の重合体ま
たは他の単量体との共重合体が挙げられる。
The gelled non-aqueous electrolyte can be obtained, for example, by combining a non-aqueous electrolyte and a polymer material. Examples of the polymer material include polymers of monomers such as polyacrylonitrile, polyacrylate, polyvinylidene fluoride (PVdF), and polyethylene oxide (PECO), or copolymers with other monomers.

【0122】固体高分子電解質層は、例えば、電解質を
高分子材料に溶解し、固体化することにより得られる。
かかる高分子材料としては、例えば、ポリアクリロニト
リル、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリエチレ
ンオキシド(PEO)などの単量体の重合体または他の
単量体との共重合体が挙げられる。
The solid polymer electrolyte layer is obtained, for example, by dissolving an electrolyte in a polymer material and solidifying it.
Examples of such polymer materials include polymers of monomers such as polyacrylonitrile, polyvinylidene fluoride (PVdF), and polyethylene oxide (PEO), or copolymers with other monomers.

【0123】無機固体電解質としては、例えば、リチウ
ムを含有したセラミック材料が挙げられ、具体的には、
Li3N、Li3PO4−Li2S−SiS2、LiI−L
2S−SiS2ガラスなどが挙げられる。
Examples of the inorganic solid electrolyte include a ceramic material containing lithium.
Li 3 N, Li 3 PO 4 -Li 2 S-SiS 2, LiI-L
such as i 2 S-SiS 2 glass and the like.

【0124】本発明に係る非水電解質電池の一例である
薄型非水電解質二次電池を図1及び図2を参照して詳細
に説明する。
A thin non-aqueous electrolyte secondary battery, which is an example of the non-aqueous electrolyte battery according to the present invention, will be described in detail with reference to FIGS. 1 and 2.

【0125】図1は、本発明に係わる非水電解質電池の
一例である薄型非水電解質二次電池を示す断面図、図2
は図1のA部を示す拡大断面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing a thin non-aqueous electrolyte secondary battery which is an example of the non-aqueous electrolyte battery according to the present invention.
FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view showing part A of FIG. 1.

【0126】図1に示すように、例えばラミネートフィ
ルムからなる外装材1内には、電極群2が収納されてい
る。前記電極群2は、正極、セパレータおよび負極から
なる積層物が偏平形状に捲回された構造を有する。前記
積層物は、図2に示すように、(図の下側から)セパレ
ータ3、正極層4と正極集電体5と正極層4を備えた正
極6、セパレータ3、負極層7と負極集電体8と負極層
7を備えた負極9、セパレータ3、正極層4と正極集電
体5と正極層4を備えた正極6、セパレータ3、負極層
7と負極集電体8を備えた負極9がこの順番に積層され
たものからなる。前記電極群2は、最外層に前記負極集
電体8が位置している。非水電解質は、電極群2に保持
されている。帯状の正極リード10は、一端が前記電極
群2の前記正極集電体5に接続され、かつ他端が前記外
装材1から延出されている。一方、帯状の負極リード1
1は、一端が前記電極群2の前記負極集電体8に接続さ
れ、かつ他端が前記外装材1から延出されている。
As shown in FIG. 1, an electrode group 2 is housed in an exterior material 1 made of, for example, a laminated film. The electrode group 2 has a structure in which a laminate including a positive electrode, a separator and a negative electrode is wound into a flat shape. As shown in FIG. 2, the laminate includes a separator 3, a positive electrode layer 4, a positive electrode current collector 5, and a positive electrode 6 having a positive electrode layer 4, a separator 3, a negative electrode layer 7, and a negative electrode collector (from the bottom of the drawing). A negative electrode 9 provided with an electric body 8 and a negative electrode layer 7, a separator 3, a positive electrode layer 4, a positive electrode current collector 5, a positive electrode 6 provided with the positive electrode layer 4, a separator 3, a negative electrode layer 7, and a negative electrode current collector 8 were provided. The negative electrode 9 is formed by stacking in this order. The negative electrode current collector 8 is located in the outermost layer of the electrode group 2. The nonaqueous electrolyte is held in the electrode group 2. One end of the strip-shaped positive electrode lead 10 is connected to the positive electrode current collector 5 of the electrode group 2, and the other end thereof extends from the exterior material 1. On the other hand, a strip-shaped negative electrode lead 1
1 has one end connected to the negative electrode current collector 8 of the electrode group 2 and the other end extending from the exterior material 1.

【0127】なお、前述した図1,2においては、正極
と非水電解質層と負極とが偏平状に捲回された電極群を
用いる例を説明したが、正極と非水電解質層と負極との
積層物からなる電極群、正極と非水電解質層と負極との
積層物が1回以上折り曲げられた構造の電極群に適用す
ることができる。
In the above-mentioned FIGS. 1 and 2, an example of using the electrode group in which the positive electrode, the non-aqueous electrolyte layer, and the negative electrode are flatly wound has been described, but the positive electrode, the non-aqueous electrolyte layer, and the negative electrode are The present invention can be applied to an electrode group composed of the above laminated body, and an electrode group having a structure in which the laminated body of the positive electrode, the non-aqueous electrolyte layer, and the negative electrode is folded once or more.

【0128】[0128]

【実施例】(実施例1〜15) <負極の作製>表1に示す比率の各元素を加熱して溶融
した後に、不活性雰囲気中で単ロール法により周速20
m/sの速度で回転する冷却ロール(ロール材質はBe
Cu合金)上に、1mmφのノズル孔から合金溶湯を射
出し、急冷してフレーク状(例えば、薄帯状、板状)の
試料を得た。
EXAMPLES (Examples 1 to 15) <Production of Negative Electrode> After heating and melting each element in the ratio shown in Table 1, the peripheral speed was 20 by a single roll method in an inert atmosphere.
Cooling roll that rotates at a speed of m / s (roll material is Be
(Cu alloy), a molten alloy was injected from a nozzle hole of 1 mmφ and rapidly cooled to obtain a flake-shaped (for example, ribbon-shaped or plate-shaped) sample.

【0129】得られた実施例1〜15の合金の結晶性を
X線回折法で調べたところ、結晶相に基づくピークは観
測されないことを確認した。図3に、実施例1の合金に
ついてのX線回折パターン(X線;CuKα)を示す。
When the crystallinity of the obtained alloys of Examples 1 to 15 was examined by an X-ray diffraction method, it was confirmed that no peak due to the crystal phase was observed. FIG. 3 shows the X-ray diffraction pattern (X-ray; CuKα) for the alloy of Example 1.

【0130】X線回折のブロードな最強ピークの平均的
面間隔は、このX線回折結果から、最強の回折ピーク位
置(2θ)を求め、ブラッグの式2dsinθ=λ(C
ukα線の場合λ=1.5418Å)から、平均面間隔
dを求めることになる。X線回折評価条件は、電圧50
kV、電流100mAである。
For the average interplanar spacing of the broadest strongest peaks in X-ray diffraction, the strongest diffraction peak position (2θ) was obtained from this X-ray diffraction result, and the Bragg equation 2d sin θ = λ (C
In the case of ukα ray, the average surface spacing d is obtained from λ = 1.5418Å). X-ray diffraction evaluation condition is voltage 50
It is kV and current is 100 mA.

【0131】得られた合金を裁断した後、ジェットミル
で粉砕し、平均粒径10μmの合金粉末にした。
After cutting the obtained alloy, it was pulverized by a jet mill to obtain an alloy powder having an average particle size of 10 μm.

【0132】この合金粉末94wt%と、導電性材料で
ある黒鉛粉末3wt%と、結着剤であるスチレンブタジ
エンゴム2wt%と、有機溶媒としてのカルボキシメチ
ルセルロース1wt%とを混合し、これを水に分散させ
て懸濁物を調製した。この懸濁物を集電体である膜厚1
8μmの銅箔に塗布し、これを乾燥した後にプレスして
負極を作製した。
94% by weight of this alloy powder, 3% by weight of graphite powder as a conductive material, 2% by weight of styrene-butadiene rubber as a binder, and 1% by weight of carboxymethylcellulose as an organic solvent were mixed in water. A suspension was prepared by dispersing. This suspension is a current collector, and the film thickness is 1
A copper foil having a thickness of 8 μm was applied, dried, and then pressed to produce a negative electrode.

【0133】<正極の作製>リチウムコバルト酸化物粉
末91wt%、グラファイト粉末6wt%、ポリフッ化
ビニリデン3wt%を混合し、これをN−メチル−2−
ピロリドンに分散させて、スラリーを調製した。このス
ラリーを集電体であるアルミニウム箔に塗布し乾燥した
後、プレスして正極を作製した。
<Production of Positive Electrode> 91 wt% of lithium cobalt oxide powder, 6 wt% of graphite powder and 3 wt% of polyvinylidene fluoride were mixed, and this was mixed with N-methyl-2-.
A slurry was prepared by dispersing in pyrrolidone. This slurry was applied to an aluminum foil as a current collector, dried, and then pressed to produce a positive electrode.

【0134】<リチウムイオン二次電池の作製>ポリエ
チレン多孔質フィルムからなるセパレータを準備した。
正極と負極の間にセパレータを介在させながら渦巻き状
に捲回することにより電極群を作製した。また、電解質
としての六フッ化リン酸リチウムを、エチレンカーボネ
ートとメチルエチルカーボネートの混合溶媒(体積比
1:2)に1モル/リットル溶解させて非水電解液を調
製した。
<Preparation of Lithium Ion Secondary Battery> A separator made of polyethylene porous film was prepared.
An electrode group was produced by spirally winding with a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode. Further, lithium hexafluorophosphate as an electrolyte was dissolved in a mixed solvent of ethylene carbonate and methyl ethyl carbonate (volume ratio 1: 2) at 1 mol / liter to prepare a non-aqueous electrolytic solution.

【0135】電解群をステンレス製の有底円筒状容器に
収納した後、非水電解液を注液し、封口処理を施すこと
により円筒形リチウムイオン二次電池を組み立てた。
After the electrolysis group was housed in a bottomed cylindrical container made of stainless steel, a nonaqueous electrolyte solution was injected and a sealing treatment was performed to assemble a cylindrical lithium ion secondary battery.

【0136】(実施例16〜30)表2に示す比率の各
元素を加熱して溶融した後に、不活性雰囲気中にて、水
冷構造のある鋳型に鋳込み、厚さ1mmの板状試料を得
た。
(Examples 16 to 30) After heating and melting the respective elements in the ratios shown in Table 2, the elements were cast into a mold having a water cooling structure in an inert atmosphere to obtain a plate-like sample having a thickness of 1 mm. It was

【0137】得られた実施例16〜30の合金の結晶性
をX線回折法で調べたところ、結晶相に基づくピークは
観測されないことを確認した。また、得られたX線回折
パターンから平均的面間隔を算出し、その結果を下記表
2に併記する。
When the crystallinity of the obtained alloys of Examples 16 to 30 was examined by an X-ray diffraction method, it was confirmed that no peak due to the crystal phase was observed. Also, the average interplanar spacing was calculated from the obtained X-ray diffraction pattern, and the results are also shown in Table 2 below.

【0138】かかる合金を用いること以外は、前述した
実施例1で説明したのと同様にして円筒形リチウムイオ
ン二次電池を組み立てた。
A cylindrical lithium ion secondary battery was assembled in the same manner as described in Example 1 except that the above alloy was used.

【0139】(実施例31〜34)ガスアトマイズ法に
よって下記表3に示す組成を有する粉末試料を得た。
(Examples 31 to 34) Powder samples having the compositions shown in Table 3 below were obtained by the gas atomizing method.

【0140】得られた実施例31〜34の合金の結晶性
をX線回折法で調べたところ、結晶相に基づくピークは
観測されないことを確認した。また、得られたX線回折
パターンから平均的面間隔を算出し、その結果を下記表
3に併記する。
When the crystallinity of the obtained alloys of Examples 31 to 34 was examined by an X-ray diffraction method, it was confirmed that no peak due to the crystal phase was observed. Further, the average interplanar spacing was calculated from the obtained X-ray diffraction pattern, and the results are also shown in Table 3 below.

【0141】得られた粉末試料を粉砕することなく、そ
のまま負極材料として使用すること以外は、前述した実
施例1で説明したのと同様にして円筒形リチウムイオン
二次電池を組み立てた。
A cylindrical lithium ion secondary battery was assembled in the same manner as described in Example 1 above, except that the obtained powder sample was used as it was as the negative electrode material without being crushed.

【0142】(実施例35〜38)回転ディスク法によ
って下記表3に示す組成を有する粉末試料を得た。
(Examples 35 to 38) Powder samples having the compositions shown in Table 3 below were obtained by the rotating disk method.

【0143】得られた実施例35〜38の合金の結晶性
をX線回折法で調べたところ、結晶相に基づくピークは
観測されないことを確認した。また、得られたX線回折
パターンから平均的面間隔を算出し、その結果を下記表
3に併記する。
When the crystallinity of the obtained alloys of Examples 35 to 38 was examined by an X-ray diffraction method, it was confirmed that no peak due to the crystal phase was observed. Further, the average interplanar spacing was calculated from the obtained X-ray diffraction pattern, and the results are also shown in Table 3 below.

【0144】得られた粉末試料を粉砕することなく、そ
のまま負極材料として使用すること以外は、前述した実
施例1で説明したのと同様にして円筒形リチウムイオン
二次電池を組み立てた。
A cylindrical lithium ion secondary battery was assembled in the same manner as described in Example 1 above, except that the obtained powder sample was used as it was as the negative electrode material without being crushed.

【0145】(実施例39〜53)表4に示す比率の各
元素を加熱して溶融した後に、不活性雰囲気中で単ロー
ル法により周速20m/sの速度で回転する冷却ロール
(ロール材質はBeCu合金)上に、0.8mmφのノ
ズル孔から合金溶湯を射出し、急冷してフレーク状(例
えば、薄帯状、板状)の試料を得た。
(Examples 39 to 53) Cooling rolls (roll material) rotated at a peripheral speed of 20 m / s by a single roll method in an inert atmosphere after heating and melting the respective elements in the ratios shown in Table 4 On a BeCu alloy), a molten alloy was injected from a 0.8 mmφ nozzle hole and rapidly cooled to obtain a flake-shaped (for example, ribbon-shaped or plate-shaped) sample.

【0146】得られた実施例39〜53の合金の結晶性
をX線回折法で調べたところ、結晶相に基づくピークを
確認した。図4に、実施例39の合金についてのX線回
折パターン(X線;CuKα)を示す。図4から明らか
なように、実施例39の合金は、X線回折パターンにお
いて結晶相に基づくピークを示すことがわかる。
When the crystallinity of the obtained alloys of Examples 39 to 53 was examined by an X-ray diffraction method, a peak based on the crystal phase was confirmed. FIG. 4 shows the X-ray diffraction pattern (X-ray; CuKα) for the alloy of Example 39. As is clear from FIG. 4, the alloy of Example 39 shows a peak based on the crystal phase in the X-ray diffraction pattern.

【0147】1)合金中の微細結晶相割合の測定 十分に結晶化がなされた(微細結晶相100%)試料の
X線回折パターンにおける最強ピークの回折強度を基準
とし、求める試料のX線回折パターンにおける最強ピー
クの回折強度との比を算出し、得られた比から試料中の
微細結晶相の割合を評価し、その結果を下記表4に併記
する。
1) Measurement of proportion of fine crystalline phase in alloy X-ray diffraction of the sample to be determined with reference to the diffraction intensity of the strongest peak in the X-ray diffraction pattern of the sample which was sufficiently crystallized (100% of fine crystalline phase). The ratio of the strongest peak in the pattern to the diffraction intensity was calculated, and the ratio of the fine crystalline phase in the sample was evaluated from the obtained ratio. The results are also shown in Table 4 below.

【0148】2)微細結晶相の平均結晶粒径の測定 透過電子顕微鏡(TEM)写真(例えば、10万倍)を
撮影し、このTEM写真における互いに隣り合う50個
の結晶粒について、その結晶粒ごとの最大径を測定し、
その平均を平均結晶粒径として下記表4に示す。なお、
TEM写真の倍率は、測定する結晶粒の大きさに応じて
変更することができる。
2) Measurement of average crystal grain size of fine crystal phase A transmission electron microscope (TEM) photograph (for example, 100,000 times) was taken, and the crystal grains of 50 crystal grains adjacent to each other in this TEM photograph were taken. Measure the maximum diameter of each
The average is shown in Table 4 below as the average crystal grain size. In addition,
The magnification of the TEM photograph can be changed according to the size of the crystal grain to be measured.

【0149】このような合金粉末を用いること以外は、
前述した実施例1で説明したのと同様にしてリチウムイ
オン二次電池を組み立てた。
Other than using such alloy powder,
A lithium ion secondary battery was assembled in the same manner as described in Example 1 above.

【0150】(実施例54〜68)表5に示す比率の各
元素を加熱して溶融した後に、不活性雰囲気中にて、水
冷構造のある鋳型に鋳込み、厚さ2mmの板状試料を得
た。
(Examples 54 to 68) After heating and melting the respective elements in the ratios shown in Table 5, they were cast into a mold having a water cooling structure in an inert atmosphere to obtain plate-shaped samples having a thickness of 2 mm. It was

【0151】得られた実施例54〜68の合金の結晶性
をX線回折法で調べたところ、結晶相に基づくピークを
確認した。
When the crystallinity of the obtained alloys of Examples 54 to 68 was examined by an X-ray diffraction method, a peak based on the crystal phase was confirmed.

【0152】さらに、実施例54〜68の合金につい
て、前述した実施例39で説明したのと同様にして平均
結晶粒径と微細結晶相の割合を測定し、その結果を下記
表5に併記する。
Further, with respect to the alloys of Examples 54 to 68, the average crystal grain size and the ratio of the fine crystal phase were measured in the same manner as described in Example 39, and the results are also shown in Table 5 below. .

【0153】かかる合金を用いること以外は、前述した
実施例1で説明したのと同様にして円筒形リチウムイオ
ン二次電池を組み立てた。
A cylindrical lithium ion secondary battery was assembled in the same manner as described in Example 1 except that the above alloy was used.

【0154】(実施例69〜72)ガスアトマイズ法に
よって下記表6に示す組成を有する粉末試料を得た。
(Examples 69 to 72) Powder samples having the compositions shown in Table 6 below were obtained by the gas atomizing method.

【0155】得られた実施例69〜72の合金の結晶性
をX線回折法で調べたところ、結晶相に基づくピークを
確認した。
When the crystallinity of the obtained alloys of Examples 69 to 72 was examined by an X-ray diffraction method, a peak based on the crystal phase was confirmed.

【0156】さらに、実施例69〜72の合金につい
て、前述した実施例39で説明したのと同様にして平均
結晶粒径と微細結晶相の割合を測定し、その結果を下記
表6に併記する。
Further, with respect to the alloys of Examples 69 to 72, the average crystal grain size and the ratio of the fine crystal phase were measured in the same manner as described in Example 39, and the results are shown in Table 6 below. .

【0157】得られた粉末試料を粉砕することなく、そ
のまま負極材料として使用すること以外は、前述した実
施例1で説明したのと同様にして円筒形リチウムイオン
二次電池を組み立てた。
A cylindrical lithium ion secondary battery was assembled in the same manner as described in Example 1 above, except that the obtained powder sample was used as a negative electrode material as it was without crushing.

【0158】(実施例73〜76)回転ディスク法によ
って下記表6に示す組成を有する粉末試料を得た。
(Examples 73 to 76) Powder samples having the compositions shown in Table 6 below were obtained by the rotating disk method.

【0159】得られた実施例73〜76の合金の結晶性
をX線回折法で調べたところ、結晶相に基づくピークを
確認した。
When the crystallinity of the obtained alloys of Examples 73 to 76 was examined by an X-ray diffraction method, a peak based on the crystal phase was confirmed.

【0160】さらに、実施例73〜76の合金につい
て、前述した実施例39で説明したのと同様にして平均
結晶粒径と微細結晶相の割合を測定し、その結果を下記
表6に併記する。
Further, with respect to the alloys of Examples 73 to 76, the average crystal grain size and the ratio of the fine crystal phase were measured in the same manner as described in Example 39, and the results are also shown in Table 6 below. .

【0161】得られた粉末試料を粉砕することなく、そ
のまま負極材料として使用すること以外は、前述した実
施例1で説明したのと同様にして円筒形リチウムイオン
二次電池を組み立てた。
A cylindrical lithium ion secondary battery was assembled in the same manner as described in Example 1 above, except that the obtained powder sample was used as a negative electrode material as it was without crushing.

【0162】(比較例1)合金粉末の代わりに、325
0℃で熱処理したメソフェーズピッチ系炭素繊維(平均
繊維径10μm、平均繊維長25μm、面間隔d002
0.3355nm、BET法による比表面積が3m2
g)の炭素質粉末を使用すること以外は、前述した実施
例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を組み立て
た。
(Comparative Example 1) 325 instead of alloy powder
Mesophase pitch carbon fiber heat-treated at 0 ° C. (average fiber diameter 10 μm, average fiber length 25 μm, surface spacing d 002 is 0.3355 nm, specific surface area by BET method is 3 m 2 /
A lithium ion secondary battery was assembled in the same manner as in Example 1 except that the carbonaceous powder of g) was used.

【0163】(比較例2)合金粉末に代えて、平均粒径
10μmのAl粉末を用いること以外は、前述した実施
例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を組み立て
た。
Comparative Example 2 A lithium ion secondary battery was assembled in the same manner as in Example 1 except that Al powder having an average particle size of 10 μm was used instead of the alloy powder.

【0164】(比較例3)メカニカルアロイング法で1
00時間かけてSn30Co70合金を作製した。得られた
合金は、X線回折によりアモルファス化していることを
確認した。このような合金を用いること以外は、前述し
た実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を組み
立てた。
(Comparative Example 3) 1 by the mechanical alloying method
The Sn 30 Co 70 alloy was produced over a period of 00 hours. It was confirmed by X-ray diffraction that the obtained alloy was amorphized. A lithium ion secondary battery was assembled in the same manner as in Example 1 described above except that such an alloy was used.

【0165】(比較例4〜6)負極材料として、Si33
Ni67合金、(Al0.1Si0.933Ni67合金、Cu 50
Ni25Sn25合金を単ロール法で作製した。なお、ロー
ル材質はBeCu合金で、ロール周速は25m/sであ
った。得られた合金はX線回折により微細結晶化してい
ることを確認した。なお、前述した実施例39で説明し
たのと同様にしてTEM観察で平均結晶粒を求め、その
結果を下記表7に示す。このような合金を用いること以
外は、前述した実施例1と同様にしてリチウムイオン二
次電池を組み立てた。
Comparative Examples 4 to 6 Si was used as the negative electrode material.33
Ni67Alloy, (Al0.1Si0.9)33Ni67Alloy, Cu 50
Nitwenty fiveSntwenty fiveThe alloy was made by the single roll method. In addition, low
The material is BeCu alloy, and the roll peripheral speed is 25 m / s.
It was. The obtained alloy was finely crystallized by X-ray diffraction.
I was sure that. In addition, as described in the above-mentioned Example 39.
The average crystal grain was obtained by TEM observation in the same manner as
The results are shown in Table 7 below. Using such an alloy
Except for the above, the lithium-ion battery
The next battery was assembled.

【0166】(比較例7)負極材料として、アトマイズ
法によりFe75Si25合金を得た。得られた試料は、平
均結晶粒径が300nmであった。このような合金を用
いること以外は、前述した実施例1と同様にしてリチウ
ムイオン二次電池を組み立てた。
Comparative Example 7 A Fe 75 Si 25 alloy was obtained as an anode material by the atomization method. The obtained sample had an average crystal grain size of 300 nm. A lithium ion secondary battery was assembled in the same manner as in Example 1 described above except that such an alloy was used.

【0167】(比較例8)組成がCa50Sn50となるよ
う調製した合金を化学的手法で作製した。具体的には、
CaCO3水溶液とSnCl2水溶液のCa:Sn比が
1:1になるように調製し、水溶液のpHを6.5に合
わせた後に、NaBH4水溶液を規定して、CaSn合
金を沈殿させた。X線回折(CuKα)を行ったとこ
ろ、ブロードな回折線のみであり、アモルファス相が得
られていることを確認した。
Comparative Example 8 An alloy prepared to have a composition of Ca 50 Sn 50 was prepared by a chemical method. In particular,
Ca of CaCO 3 solution and SnCl 2 aqueous solution: Sn ratio of 1: prepared at 1, after the combined pH of the aqueous solution to 6.5, defines a NaBH 4 aqueous solution to precipitate the CaSn alloy. When X-ray diffraction (CuKα) was performed, only broad diffraction lines were confirmed, and it was confirmed that an amorphous phase was obtained.

【0168】(比較例9)Mg82Ni18組成の母合金を
作製し、不活性雰囲気中で単ロール法により超急冷し、
板厚15μmの長尺薄帯試料を得た。なお、ノズル孔径
は0.6mm、ロール材質BeCu合金、ロール周速は
30m/s,ロールとノズルギャップは0.7mmであ
る。急冷した試料をX線回折(CuKα)を行ったとこ
ろ、2θ=38.3°にブロードな回折線のピークがあ
り、アモルファス相が得られていることを確認した。
(Comparative Example 9) A mother alloy having a composition of Mg 82 Ni 18 was prepared and supercooled by a single roll method in an inert atmosphere,
A long thin ribbon sample having a plate thickness of 15 μm was obtained. The nozzle hole diameter is 0.6 mm, the roll material is BeCu alloy, the roll peripheral speed is 30 m / s, and the roll-nozzle gap is 0.7 mm. When the rapidly cooled sample was subjected to X-ray diffraction (CuKα), a broad diffraction line peak was found at 2θ = 38.3 °, and it was confirmed that an amorphous phase was obtained.

【0169】得られた実施例1〜76及び比較例1〜9
の二次電池について、以下に説明する方法で放電容量、
容量維持率、レート特性、最大容量到達充放電回数を測
定し、その結果を下記表1〜表7に併記する。
Obtained Examples 1-76 and Comparative Examples 1-9
Regarding the secondary battery of, the discharge capacity by the method described below,
The capacity retention rate, the rate characteristics, and the number of times of charge / discharge reaching the maximum capacity were measured, and the results are also shown in Tables 1 to 7 below.

【0170】<放電容量と容量維持率>各二次電池につ
いて、20℃にて充電電流1.5Aで4.2Vまで2時
間かけて充電した後、2.7Vまで1.5Aで放電する
充放電サイクル試験を行い、放電容量比及び300サイ
クル目の容量維持率を測定し、その結果を下記表1〜7
に示す。放電容量比は、比較例1の放電容量を1とした
時の比率で表わし、また、容量維持率は最大放電容量を
100%とした際の300サイクル目の放電容量で表わ
した。
<Discharge Capacity and Capacity Retention Ratio> Each secondary battery was charged at 20 ° C. with a charging current of 1.5 A to 4.2 V over 2 hours and then discharged to 2.7 V at 1.5 A. A discharge cycle test was performed and the discharge capacity ratio and the capacity retention ratio at the 300th cycle were measured. The results are shown in Tables 1 to 7 below.
Shown in. The discharge capacity ratio was expressed as a ratio when the discharge capacity of Comparative Example 1 was set to 1, and the capacity retention ratio was expressed as a discharge capacity at the 300th cycle when the maximum discharge capacity was 100%.

【0171】<レート特性>各二次電池について、20
℃の環境下で1Cレートでの4.2V定電流・定電圧の
1時間充電を施した後、0.1Cレートで3.0Vまで
放電した際の放電容量を測定し、0.1Cでの放電容量
を得た。また、同様な条件で充電した後、1Cレートで
3.0Vまで放電した際の放電容量を測定し、1Cでの
放電容量を得た。0.1Cでの放電容量を100%とし
て1Cでの放電容量を表わし、その結果をレート特性と
して下記表1〜7に示す。
<Rate Characteristics> For each secondary battery, 20
After charging at 4.2C constant current / constant voltage at 1C rate for 1 hour under the environment of ℃, measure the discharge capacity when discharging to 3.0V at 0.1C rate. The discharge capacity was obtained. After charging under the same conditions, the discharge capacity when discharged to 3.0 V at a 1C rate was measured to obtain the discharge capacity at 1C. The discharge capacity at 1 C is represented by setting the discharge capacity at 0.1 C as 100%, and the results are shown as rate characteristics in Tables 1 to 7 below.

【0172】<最大容量到達充放電回数>各二次電池に
ついて、1Cの充放電サイクルを繰り返した際における
最大放電容量に到達するまでに要したサイクル数を測定
し、その結果を下記表1〜7に示す。
<Maximum Capacity Reaching Charge / Discharge Count> For each secondary battery, the number of cycles required to reach the maximum discharge capacity when the charge / discharge cycle of 1 C was repeated was measured, and the results are shown in Table 1 below. 7 shows.

【0173】[0173]

【表1】 [Table 1]

【0174】[0174]

【表2】 [Table 2]

【0175】[0175]

【表3】 [Table 3]

【0176】[0176]

【表4】 [Table 4]

【0177】[0177]

【表5】 [Table 5]

【0178】[0178]

【表6】 [Table 6]

【0179】[0179]

【表7】 [Table 7]

【0180】表1〜表7から明らかなように、実施例1
〜76の二次電池は、放電容量と、300サイクル目の
容量維持率と、レート特性と、最大容量に到達するまで
の充放電回数とを同時に満足していることがわかる。
As is clear from Tables 1 to 7, Example 1
It can be seen that the secondary batteries Nos. To 76 simultaneously satisfy the discharge capacity, the capacity retention ratio at the 300th cycle, the rate characteristics, and the number of times of charge / discharge until reaching the maximum capacity.

【0181】特に、実質的にアモルファス相からなる合
金を備える実施例1〜38の二次電池は、微細結晶相を
含む合金を備える実施例39〜76の二次電池に比較し
て、容量維持率に優れる傾向があった。また、同じ製造
方法でアモルファス相と微細結晶相を比較した場合に
は、例えば単ロール法では、実施例1〜15の二次電池
の方が、実施例39〜53の二次電池に比較して、最大
容量到達充放電回数が少なくなる傾向がある。
In particular, the secondary batteries of Examples 1 to 38 provided with the alloy substantially consisting of an amorphous phase maintain the capacity as compared with the secondary batteries of Examples 39 to 76 provided with the alloy containing the fine crystalline phase. The rate tended to be excellent. Further, when comparing the amorphous phase and the fine crystalline phase by the same manufacturing method, for example, in the single roll method, the secondary batteries of Examples 1 to 15 are compared with the secondary batteries of Examples 39 to 53. Thus, the maximum capacity reaching charge / discharge frequency tends to decrease.

【0182】さらに、製造方法で比較した場合、例えば
アモルファス相では、単ロール法もしくは鋳造法で作製
された合金を用いる実施例1〜30の二次電池の方が、
ガスアトマイズもしくは回転ディスク法で作製された合
金を用いる実施例31〜38の二次電池に比較して、放
電レート特性に優れ、かつ最大容量到達充放電回数が少
なくなる傾向がある。一方、実施例39〜76において
は、単ロール法もしくは鋳造法で作製された合金を用い
る実施例39〜68の二次電池の方が、ガスアトマイズ
もしくは回転ディスク法で作製された合金を用いる実施
例69〜76の二次電池に比較して、最大容量到達充放
電回数を少なくなかった。
Further, when compared by the manufacturing method, for example, in the amorphous phase, the secondary batteries of Examples 1 to 30 using the alloys manufactured by the single roll method or the casting method are
Compared with the secondary batteries of Examples 31 to 38 using the alloy produced by the gas atomizing or rotating disk method, the discharge rate characteristics are excellent, and the maximum capacity reaching charge / discharge frequency tends to decrease. On the other hand, in Examples 39 to 76, the secondary batteries of Examples 39 to 68 using the alloy produced by the single roll method or the casting method are the examples using the alloy produced by the gas atomizing or the rotating disk method. Compared to the secondary batteries of Nos. 69 to 76, the maximum capacity reaching charge / discharge frequency was not reduced.

【0183】これに対し、炭素質物を負極材料として用
いる比較例1の二次電池は、放電容量、300サイクル
目の容量維持率、レート特性のいずれも実施例1〜76
に比べて劣ることがわかる。また、Al金属を負極材料
として用いる比較例2の二次電池は、実施例1〜76に
比べて放電容量が高くなるものの、300サイクル目の
容量維持率及びレート特性が劣ることがわかる。一方、
比較例3〜4の二次電池は、最大容量到達充放電回数が
実施例1〜76に比較して多かった。さらに、比較例5
〜9の二次電池は、300サイクル目の容量維持率及び
レート特性が実施例1〜76に比べて劣ることがわか
る。
On the other hand, in the secondary battery of Comparative Example 1 using the carbonaceous material as the negative electrode material, the discharge capacity, the capacity retention ratio at the 300th cycle, and the rate characteristics were all Examples 1 to 76.
You can see that it is inferior to. Further, the secondary battery of Comparative Example 2 using Al metal as the negative electrode material has a higher discharge capacity than Examples 1 to 76, but is inferior in the capacity retention rate and rate characteristics at the 300th cycle. on the other hand,
The secondary batteries of Comparative Examples 3 to 4 had a higher maximum capacity reaching charge / discharge frequency than those of Examples 1 to 76. Furthermore, Comparative Example 5
It can be seen that the secondary batteries Nos. 9 to 9 are inferior in capacity retention rate and rate characteristics at the 300th cycle to Examples 1 to 76.

【0184】また、300サイクル充放電を繰り返した
後の負極を観察したところ、実施例1〜76で使用した
負極においては合金に変化が見られなかったが、比較例
2の負極においてはAlのデンドライドが析出してい
た。Alデンドライドが析出した結果、比較例2の二次
電池は、初期の電池放電容量が高いものの、300サイ
クル後の容量維持率が著しく低下したものと推測され
る。さらに、Alデンドライドは、電解液と反応しやす
いため、電池の安全性の低下を招く。
Observation of the negative electrode after repeating charge and discharge for 300 cycles revealed that no change was observed in the alloys in the negative electrodes used in Examples 1 to 76. Dendride was deposited. As a result of the deposition of Al dendrides, it is speculated that the secondary battery of Comparative Example 2 had a high initial battery discharge capacity, but the capacity retention rate after 300 cycles was significantly reduced. Further, Al dendride easily reacts with the electrolytic solution, so that the safety of the battery is deteriorated.

【0185】なお、前述した実施例では、円筒形非水電
解質二次電池に適用した例を説明したが、角形非水電解
質二次電池や、薄型非水電解質二次電池にも同様に適用
することができる。
In the above-mentioned embodiment, the example applied to the cylindrical non-aqueous electrolyte secondary battery has been described, but the same applies to the rectangular non-aqueous electrolyte secondary battery and the thin non-aqueous electrolyte secondary battery. be able to.

【0186】また、前述した実施例では、非水電解質二
次電池に適用した例を説明したが、非水電解質一次電池
に適用すると、放電容量及び放電レート特性を向上する
ことができる。
Further, in the above-mentioned embodiment, the example applied to the non-aqueous electrolyte secondary battery has been described, but when applied to the non-aqueous electrolyte primary battery, the discharge capacity and the discharge rate characteristic can be improved.

【0187】[0187]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、優
れた放電容量、サイクル寿命、放電レート特性をもち、
さらに最大容量に最小の充放電回数で到達する非水電解
質電池用負極材料、負極及び非水電解質電池を提供する
ことができる。
As described above, according to the present invention, it has excellent discharge capacity, cycle life and discharge rate characteristics,
Further, it is possible to provide a negative electrode material for a non-aqueous electrolyte battery, a negative electrode and a non-aqueous electrolyte battery, which reach the maximum capacity with the minimum number of charge / discharge cycles.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係わる非水電解質電池の一例である薄
型非水電解質二次電池を示す断面図。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a thin non-aqueous electrolyte secondary battery which is an example of a non-aqueous electrolyte battery according to the present invention.

【図2】図1のA部を示す拡大断面図。FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view showing a portion A of FIG.

【図3】実施例1の負極材料についてのX線回折パター
ンを示す特性図。
3 is a characteristic diagram showing an X-ray diffraction pattern for the negative electrode material of Example 1. FIG.

【図4】実施例39の負極材料についてのX線回折パタ
ーンを示す特性図。
FIG. 4 is a characteristic diagram showing an X-ray diffraction pattern for the negative electrode material of Example 39.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…外装材、 2…電極群、 3…セパレータ、 4…正極層、 5…正極集電体、 6…正極、 7…負極層、 8…負極集電体、 9…負極、 10…正極端子、 11…負極端子。 1 ... Exterior material, 2 ... Electrode group, 3 ... separator, 4 ... Positive electrode layer, 5 ... Positive electrode current collector, 6 ... Positive electrode, 7 ... Negative electrode layer, 8 ... Negative electrode current collector, 9 ... Negative electrode, 10 ... Positive electrode terminal, 11 ... Negative electrode terminal.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01M 10/40 H01M 10/40 Z (72)発明者 松野 真輔 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 高見 則雄 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内 Fターム(参考) 5H024 AA03 AA09 AA11 CC04 CC12 FF31 HH01 HH13 5H029 AJ02 AJ03 AJ05 AK02 AK03 AL11 AM02 AM03 AM04 AM05 AM07 BJ04 BJ14 DJ17 DJ18 EJ04 EJ12 HJ02 HJ05 5H050 AA02 AA07 AA08 BA06 BA17 CA02 CA08 CA09 CA11 CB11 EA09 EA24 FA19 FA20 HA02 HA05 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) H01M 10/40 H01M 10/40 Z (72) Inventor Shinsuke Matsuno 1 Komukai Toshiba-cho, Kawasaki-shi, Kanagawa Prefecture 1 Address Company Toshiba Research & Development Center (72) Inventor Norio Takami 1 Komukai Toshiba-cho, Sachi-ku, Kawasaki City, Kanagawa F-Term Company Toshiba Research & Development Center 5H024 AA03 AA09 AA11 CC04 CC12 FF31 HH01 HH13 5H029 AJ02 AJ03 AJ05 AK02 AK03 AL11 AM02 AM03 AM04 AM05 AM07 BJ04 BJ14 DJ17 DJ18 EJ04 EJ12 HJ02 HJ05 5H050 AA02 AA07 AA08 BA06 BA17 CA02 CA08 CA09 CA11 CB11 EA09 EA24 FA19 FA20 HA02 HA05

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 下記一般式(1)で表わされる組成を有
し、かつ実質的にアモルファス相からなる合金を含むこ
とを特徴とする非水電解質電池用負極材料。 Aabcde (1) 但し、前記Aは、Ca,SrおよびBaからなる群より
選ばれる1種以上の元素か、もしくは前記元素と他のア
ルカリ土類金属元素とから構成され、前記Mは、Niお
よびCuからなる群より選ばれる1種以上の元素で、前
記Tは、Si、Al、In、Ge、P、Pb、Bi、S
b、Zn、GaおよびCよりなる群から選ばれる1種以
上の元素で、前記Xは、Fe、Co、Mn、Cr、T
i、V、Zr、Nb、Hf、Ta、Mo、Wおよび希土
類元素よりなる群から選ばれる1種以上の元素、Zは
O,C,H及びNよりなる群から選ばれる1種類以上の
元素で、前記a、b、c、dおよびeは、a+b+c+
d+e=100原子%、30≦a≦80、20≦b≦7
0、0≦c≦40、0≦d≦20、0≦e≦20をそれ
ぞれ満足する。
1. A negative electrode material for a non-aqueous electrolyte battery, which has a composition represented by the following general formula (1) and contains an alloy consisting essentially of an amorphous phase. A a M b T c X d Z e (1) where A is at least one element selected from the group consisting of Ca, Sr and Ba, or from the above elements and other alkaline earth metal elements. And M is one or more elements selected from the group consisting of Ni and Cu, and T is Si, Al, In, Ge, P, Pb, Bi, S.
one or more elements selected from the group consisting of b, Zn, Ga and C, and X is Fe, Co, Mn, Cr, T
i, V, Zr, Nb, Hf, Ta, Mo, W and one or more elements selected from the group consisting of rare earth elements, Z is one or more elements selected from the group consisting of O, C, H and N And a, b, c, d and e are a + b + c +
d + e = 100 atom%, 30 ≦ a ≦ 80, 20 ≦ b ≦ 7
0, 0 ≦ c ≦ 40, 0 ≦ d ≦ 20, and 0 ≦ e ≦ 20 are satisfied.
【請求項2】 下記一般式(2)で表わされる組成を有
し、かつ実質的にアモルファス相からなる合金を含むこ
とを特徴とする非水電解質電池用負極材料。 [AabcdexLiy (2) 但し、前記Aは、Ca,SrおよびBaからなる群より
選ばれる1種以上の元素か、もしくは前記元素と他のア
ルカリ土類金属元素とから構成され、前記Mは、Niお
よびCuからなる群より選ばれる1種以上の元素で、前
記Tは、Si、Al、In、Ge、P、Pb、Bi、S
b、Zn、GaおよびCよりなる群から選ばれる1種以
上の元素で、前記Xは、Fe、Co、Mn、Cr、T
i、V、Zr、Nb、Hf、Ta、Mo、Wおよび希土
類元素よりなる群から選ばれる1種以上の元素、Zは
O,C,HおよびNよりなる群から選ばれる1種類以上
の元素で、前記原子比a、b、c、d、e、x及びy
は、a+b+c+d+e=1、x+y=100原子%、
0.3≦a≦0.8、0.2≦b≦0.7、0≦c≦
0.4、0≦d≦0.2、0≦e≦0.2、0<y≦3
0をそれぞれ満足する。
2. A negative electrode material for a non-aqueous electrolyte battery, which has a composition represented by the following general formula (2) and contains an alloy consisting essentially of an amorphous phase. [A a M b T c X d Z e ] x Li y (2) where A is one or more elements selected from the group consisting of Ca, Sr and Ba, or the elements and other alkaline earths. And M are one or more elements selected from the group consisting of Ni and Cu, and T is Si, Al, In, Ge, P, Pb, Bi, S.
one or more elements selected from the group consisting of b, Zn, Ga and C, and X is Fe, Co, Mn, Cr, T
i, V, Zr, Nb, Hf, Ta, Mo, W and one or more elements selected from the group consisting of rare earth elements, Z is one or more elements selected from the group consisting of O, C, H and N And the atomic ratios a, b, c, d, e, x and y
Is a + b + c + d + e = 1, x + y = 100 atom%,
0.3 ≦ a ≦ 0.8, 0.2 ≦ b ≦ 0.7, 0 ≦ c ≦
0.4, 0 ≦ d ≦ 0.2, 0 ≦ e ≦ 0.2, 0 <y ≦ 3
0 is satisfied respectively.
【請求項3】 下記一般式(3)で表わされる組成を有
し、かつ平均結晶粒径が500nm以下の微細結晶相を
含有する合金を含むことを特徴とする非水電解質電池用
負極材料。 Aabcde (3) 但し、前記Aは、Ca,SrおよびBaからなる群より
選ばれる1種以上の元素か、もしくは前記元素と他のア
ルカリ土類金属元素とから構成され、前記Mは、Niお
よびCuからなる群より選ばれる1種以上の元素で、前
記Tは、Si、Al、In、Ge、P、Pb、Bi、S
b、Zn、GaおよびCよりなる群から選ばれる1種以
上の元素で、前記Xは、Fe、Co、Mn、Cr、T
i、V、Zr、Nb、Hf、Ta、Mo、Wおよび希土
類元素よりなる群から選ばれる1種以上の元素、Zは
O,C,HおよびNよりなる群から選ばれる1種類以上
の元素で、前記a、b、c、d及びeは、a+b+c+
d+e=100原子%、20≦a≦85、15≦b≦8
0、0≦c≦40、0≦d≦20、0≦e≦20をそれ
ぞれ満足する。
3. A negative electrode material for a non-aqueous electrolyte battery, comprising an alloy having a composition represented by the following general formula (3) and containing a fine crystalline phase having an average crystal grain size of 500 nm or less. A a M b T c X d Z e (3) where A is one or more elements selected from the group consisting of Ca, Sr and Ba, or is a combination of the above elements and other alkaline earth metal elements. And M is one or more elements selected from the group consisting of Ni and Cu, and T is Si, Al, In, Ge, P, Pb, Bi, S
one or more elements selected from the group consisting of b, Zn, Ga and C, and X is Fe, Co, Mn, Cr, T
i, V, Zr, Nb, Hf, Ta, Mo, W and one or more elements selected from the group consisting of rare earth elements, Z is one or more elements selected from the group consisting of O, C, H and N And a, b, c, d and e are a + b + c +
d + e = 100 atom%, 20 ≦ a ≦ 85, 15 ≦ b ≦ 8
0, 0 ≦ c ≦ 40, 0 ≦ d ≦ 20, and 0 ≦ e ≦ 20 are satisfied.
【請求項4】 下記一般式(4)で表わされる組成を有
し、かつ平均結晶粒径が500nm以下の微細結晶相を
含有する合金を含むことを特徴とする非水電解質電池用
負極材料。 [AabcdexLiy (4) 但し、前記Aは、Ca,SrおよびBaからなる群より
選ばれる1種以上の元素か、もしくは前記元素と他のア
ルカリ土類金属元素とから構成され、前記Mは、Niお
よびCuからなる群より選ばれる1種以上の元素で、前
記Tは、Si、Al、In、Ge、P、Pb、Bi、S
b、Zn、GaおよびCよりなる群から選ばれる1種以
上の元素で、前記Xは、Fe、Co、Mn、Cr、T
i、V、Zr、Nb、Hf、Ta、Mo、Wおよび希土
類元素よりなる群から選ばれる1種以上の元素、Zは
O,C,HおよびNよりなる群から選ばれる1種類以上
の元素で、前記原子比a、b、c、d、e,x及びy
は、a+b+c+d+e=1、x+y=100原子%、
0.2≦a≦0.85、0.15≦b≦0.8、0≦c
≦0.4、0≦d≦0.2、0≦e≦0.2、0<y≦
30をそれぞれ満足する。
4. A negative electrode material for a non-aqueous electrolyte battery, comprising an alloy having a composition represented by the following general formula (4) and containing a fine crystalline phase having an average crystal grain size of 500 nm or less. [A a M b T c X d Z e ] x Li y (4) where A is one or more elements selected from the group consisting of Ca, Sr and Ba, or the elements and other alkaline earths. And M are one or more elements selected from the group consisting of Ni and Cu, and T is Si, Al, In, Ge, P, Pb, Bi, S.
one or more elements selected from the group consisting of b, Zn, Ga and C, and X is Fe, Co, Mn, Cr, T
i, V, Zr, Nb, Hf, Ta, Mo, W and one or more elements selected from the group consisting of rare earth elements, Z is one or more elements selected from the group consisting of O, C, H and N And the atomic ratios a, b, c, d, e, x and y
Is a + b + c + d + e = 1, x + y = 100 atom%,
0.2 ≦ a ≦ 0.85, 0.15 ≦ b ≦ 0.8, 0 ≦ c
≦ 0.4, 0 ≦ d ≦ 0.2, 0 ≦ e ≦ 0.2, 0 <y ≦
Satisfy each 30.
【請求項5】 請求項1〜4いずれか1項記載の非水電
解質電池用負極材料を含むことを特徴とする負極。
5. A negative electrode comprising the negative electrode material for a non-aqueous electrolyte battery according to any one of claims 1 to 4.
【請求項6】 請求項1〜4いずれか1項記載の非水電
解質電池用負極材料を含む負極と、正極と、非水電解質
とを備えることを特徴とする非水電解質電池。
6. A non-aqueous electrolyte battery comprising a negative electrode containing the negative electrode material for a non-aqueous electrolyte battery according to claim 1, a positive electrode, and a non-aqueous electrolyte.
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