JP2002237294A - Negative electrode for lithium secondary battery - Google Patents

Negative electrode for lithium secondary battery

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JP2002237294A
JP2002237294A JP2001031667A JP2001031667A JP2002237294A JP 2002237294 A JP2002237294 A JP 2002237294A JP 2001031667 A JP2001031667 A JP 2001031667A JP 2001031667 A JP2001031667 A JP 2001031667A JP 2002237294 A JP2002237294 A JP 2002237294A
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negative electrode
silicon
secondary battery
film layer
electrolyte secondary
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JP2001031667A
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Chisui Okano
知水 岡野
Yasuyuki Yamamoto
泰幸 山本
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Tokuyama Corp
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Tokuyama Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a negative electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery suppressing cycle degradation with high capacity using silicon as a main active material, and moreover mechanically flexible to allow the manufacture of batteries in various forms. SOLUTION: In this negative electrode for the nonaqueous electrolyte secondary battery, a current collector is jointed to a silicon film layer comprising a silicon film or the like that may contain a dopant such as phosphorus, directly or through a conductor layer such as a silicon alloy.

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、新規な非水電解液
二次電池用負極、及び該負極を用いた非水電解液二次電
池に関する。
The present invention relates to a novel negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery and a non-aqueous electrolyte secondary battery using the negative electrode.

【0002】[0002]

【従来の技術】非水電解液二次電池であるリチウムイオ
ン電池は、リチウムイオンを吸蔵・放出することができ
る正極活物質と集電体などからなる正極、リチウムイオ
ンを吸蔵・放出できる負極活物質と集電体などからなる
負極、支持電解質であるリチウム塩を非水溶媒に溶解し
てなる非水電解液、セパレータ、および電池容器などか
ら構成される。この様な非水電解液二次電池は、ニッケ
ル水素電池など水溶液系の電解液を用いた二次電池に比
べエネルギー密度が高いため、主にノートパソコンや携
帯電話などの携帯電子機器の電源として需要が高まって
きた。近年、これら携帯電子機器は、多機能化、高性能
化により消費電力が増大しており、それに伴って非水電
解液二次電池の高容量化が重要な課題となっている。
2. Description of the Related Art A lithium ion battery, which is a non-aqueous electrolyte secondary battery, has a positive electrode composed of a positive electrode active material capable of absorbing and releasing lithium ions and a current collector, and a negative electrode active material capable of absorbing and releasing lithium ions. It comprises a negative electrode composed of a substance and a current collector, a non-aqueous electrolyte obtained by dissolving a lithium salt as a supporting electrolyte in a non-aqueous solvent, a separator, a battery container, and the like. Such non-aqueous electrolyte secondary batteries have a higher energy density than secondary batteries using aqueous electrolytes such as nickel-metal hydride batteries, so they are mainly used as power sources for portable electronic devices such as notebook computers and mobile phones. Demand is growing. In recent years, the power consumption of these portable electronic devices has increased due to their multifunctionality and high performance, and accordingly, increasing the capacity of nonaqueous electrolyte secondary batteries has become an important issue.

【0003】非水電解液二次電池では、放電時、リチウ
ムイオンが負極活物質より脱離し非水電解液を介して正
極活物質に吸蔵される。この時、負極活物質から脱離す
るリチウムイオンの全電荷に相当する電子が外部回路に
電流として取り出され、電子機器を駆動する。従って、
非水電解液二次電池の高容量化を図るためには、負極活
物質においては、可逆的に吸蔵、放出することができる
リチウムイオンの量を増大させることが本質的に重要で
ある。以下、負極活物質におけるリチウムイオンの吸
蔵、放出量を表すために、負極活物質に対してリチウム
金属を対極として作製される非水電解液二次電池の放電
容量を用いるものとし、これを単に容量と表記する。
In a non-aqueous electrolyte secondary battery, during discharge, lithium ions are desorbed from the negative electrode active material and occluded in the positive electrode active material via the non-aqueous electrolyte. At this time, electrons corresponding to all charges of lithium ions desorbed from the negative electrode active material are taken out as a current to an external circuit to drive an electronic device. Therefore,
In order to increase the capacity of the nonaqueous electrolyte secondary battery, it is essentially important for the negative electrode active material to increase the amount of lithium ions that can be inserted and released reversibly. Hereinafter, in order to represent the amount of occlusion and release of lithium ions in the negative electrode active material, the discharge capacity of a non-aqueous electrolyte secondary battery manufactured using lithium metal as a counter electrode with respect to the negative electrode active material is used. Expressed as capacity.

【0004】今日実用化されている非水電解液二次電池
の負極活物質には、黒鉛、ハードカーボンあるいはソフ
トカーボン等の炭素系材料(以下、単にカーボン類とも
言う)が用いられている。カーボン類は、充放電を繰り
返しても容量の低下が少なくサイクル特性が良好であ
り、又、リチウム金属やリチウム合金などの負極活物質
で特に問題となるデンドライト生成に伴う短絡、発火と
いう危険性が無いため、優れた負極活物質である。しか
しながら、今日用いられているカーボン類の容量は、そ
の理論容量(黒鉛の場合372mAh/g)にほぼ到達
しており、カーボン類において更なる高容量を果たすこ
とは困難になっている。従って、非水電解液二次電池の
高容量化を果たすため、カーボン類よりも容量の高い負
極活物質が必要とされている。
[0004] As a negative electrode active material of a non-aqueous electrolyte secondary battery that is put into practical use today, a carbon-based material (hereinafter, also simply referred to as carbons) such as graphite, hard carbon or soft carbon is used. Carbon has good cycle characteristics with a small decrease in capacity even after repeated charge and discharge, and also has a danger of short-circuiting and ignition due to dendrite generation, which is a particular problem with negative electrode active materials such as lithium metal and lithium alloy. Since it is not present, it is an excellent negative electrode active material. However, the capacity of carbons used today has almost reached the theoretical capacity (372 mAh / g for graphite), and it has been difficult to achieve even higher capacities in carbons. Therefore, in order to increase the capacity of the nonaqueous electrolyte secondary battery, a negative electrode active material having a higher capacity than carbons is required.

【0005】SiあるいはSiを含む合金(以下、これ
らを併せて単にシリコン等ともいう)は、非水電解液二
次電池の負極活物質として、カーボン類よりも高い容量
を有することが知られている{ J.O.Besenh
ardほか、J.Electrochem.Soc.
113巻 457 (1986) }。カーボン類のうち
黒鉛の場合には、炭素6原子当たりリチウムイオンが1
個吸蔵・放出するのに対し、Siの場合にはSi原子1
個当たりの吸蔵・放出が可能なリチウムイオンは4.4
個にも及ぶ。その結果、Siの単位重量当たりの容量は
4200mAh/gであり、前述の黒鉛の容量372m
Ah/gに比べ際立って高い容量を有している。
It is known that Si or an alloy containing Si (hereinafter, also simply referred to as silicon, etc.) has a higher capacity than carbons as a negative electrode active material of a nonaqueous electrolyte secondary battery. Yes. O. Besenh
Ard et al. Electrochem. Soc.
113, 457 (1986)}. In the case of graphite among carbons, one lithium ion per 6 carbon atoms is used.
In the case of Si, one atom of Si atoms is absorbed and released.
4.4 lithium ions can be stored and released per unit
Individual. As a result, the capacity per unit weight of Si was 4200 mAh / g, and the capacity of the aforementioned graphite was 372 mh / g.
It has a significantly higher capacity than Ah / g.

【0006】このようにシリコン等は炭素類に比べ著し
く高い容量を有する材料では有るが、これらの材料はリ
チウムイオンが吸蔵される際、Siで最大4.1倍にも
及ぶ体積膨張が発生し、この体積膨張により負極活物質
が機械的に破壊される。この負極活物質の破壊により、
充放電反応に不可欠な電子の伝導パスが破壊されるの
で、充放電の繰り返しとともに充放電に関与することが
できる負極活物質が減少し、その結果、容量が次第に減
少する所謂サイクル劣化が生じる。Siを非水電解液二
次電池の負極活物質として用いた場合には、特にこのサ
イクル劣化が顕著であり、数回の充放電の繰り返すと容
量は殆ど消失してしまい、二次電池としての機能を果た
すことができない場合が多い。
[0006] As described above, silicon and the like are materials having a significantly higher capacity than carbons, but when these materials are occluded with lithium ions, the volume expansion of Si at most 4.1 times occurs. The negative electrode active material is mechanically broken by the volume expansion. Due to the destruction of this negative electrode active material,
Since the electron conduction path indispensable for the charge / discharge reaction is destroyed, the amount of the negative electrode active material that can participate in the charge / discharge decreases with the repetition of the charge / discharge. When Si is used as a negative electrode active material of a non-aqueous electrolyte secondary battery, this cycle deterioration is particularly remarkable, and the capacity almost disappears after repeated charge and discharge several times, and as a secondary battery, In many cases, the function cannot be performed.

【0007】シリコン等のサイクル劣化を解決するため
に、炭素質のマトリックスにナノメータサイズのシリコ
ンを分散させたシリコン類/炭素複合体が提案されてい
る{A.M.Wilsonほか、J.Electroc
hem.Soc.142巻326(1995)}。この
シリコン/炭素複合体はシリコンと炭素の同時CVDに
より作製される粉体で、シリコンを最大48wt%含有
している。このように、シリコンを炭素で希釈したこと
により、複合体としては体積膨張が緩和され、充放電3
0サイクルまで顕著なサイクル劣化は観察されない。し
かしながら、炭素で希釈した結果、複合体としての単位
重量当たりの容量は低下してしまい、実用的な電流密度
での充放電においては、約400mAh/gの容量しか
得られていない。そのため、このシリコン/炭素複合体
を用いても非水電解液二次電池の容量を向上させる効果
は殆ど得られていない。
In order to solve the cycle deterioration of silicon and the like, a silicon / carbon composite in which nanometer-sized silicon is dispersed in a carbonaceous matrix has been proposed {A. M. Wilson et al. Electroc
hem. Soc. 142, 326 (1995). This silicon / carbon composite is a powder produced by simultaneous CVD of silicon and carbon and contains silicon at a maximum of 48 wt%. As described above, by diluting silicon with carbon, the volume expansion of the composite is reduced, and the charge and discharge 3
No noticeable cycle deterioration is observed up to 0 cycles. However, as a result of dilution with carbon, the capacity per unit weight of the composite decreases, and only about 400 mAh / g is obtained in charge and discharge at a practical current density. Therefore, even if this silicon / carbon composite is used, the effect of improving the capacity of the non-aqueous electrolyte secondary battery is hardly obtained.

【0008】又、シリコン等のサイクル劣化を解決する
他の方法として、シリコンを炭素とともに複合焼結体と
する方法が提案されている(特許第2948205
号)。このシリコン/炭素複合焼結体は、シリコン粉末
とピッチ造粒グラファイトの混合物を熱処して得られる
粉末を、ポリフッ化ビニリデンをバインダーとして集電
体である銅箔に塗布した後、更に熱処理して形成され
る。シリコン/炭素複合焼結体ではリチウムイオン吸蔵
の終止電圧を25mV(対照極:金属リチウム)とした
場合、シリコン/炭素複合焼結体の体積膨張は約1.4
倍に抑制され、その結果サイクル劣化を抑制することが
できる。また、このシリコン/炭素複合焼結体の単位重
量当たりの容量は600mAh/gであり、カーボン類
の容量に比べ高く、非水電解液二次電池の容量を向上さ
せることが可能である。
As another method for solving the cycle deterioration of silicon or the like, a method has been proposed in which silicon is combined with carbon into a composite sintered body (Japanese Patent No. 2948205).
issue). This silicon / carbon composite sintered body is obtained by applying a powder obtained by heat-treating a mixture of silicon powder and pitch-granulated graphite to a copper foil as a current collector using polyvinylidene fluoride as a binder, and further heat-treating the same. It is formed. In the silicon / carbon composite sintered body, when the final voltage of lithium ion occlusion is 25 mV (control electrode: lithium metal), the volume expansion of the silicon / carbon composite sintered body is about 1.4.
As a result, cycle deterioration can be suppressed. In addition, the capacity per unit weight of the silicon / carbon composite sintered body is 600 mAh / g, which is higher than the capacity of carbons, and can improve the capacity of the nonaqueous electrolyte secondary battery.

【0009】このようにシリコン/炭素複合焼結体は高
い容量と良好なサイクル特性を両立させた優れた負極活
物質である。しかしながら、シリコン/炭素複合焼結体
は柔軟性が無く脆弱であるため、この負極板にさらに捲
回あるい折り畳むといった加工を施すことができない。
通常、非水電解液二次電池の電極板は、集電体に活物質
を塗布して形成され、正極と負極をセパレータを介して
対向させ、これを稠密に捲回して電池容器に納められ
る。非水電解液二次電池においては、リチウムイオンの
拡散が反応を律速し電池特性を制限するので、電極面積
を大きく取ってこれを補うために、正負極板を稠密に捲
回することが電池製造上必須の要件となっている。又、
容積の限られた電池容器にできるだけ多くの活物質を充
填して電池の容量を向上させるためにも、電極板を稠密
に捲回することは不可欠である。この様な事情により、
捲回することができないシリコン/炭素複合焼結体で
は、これを負極として実際のリチウムイオン電池、例え
ばノートパソコン用で主流の円筒型電池などを作製する
ことは事実上困難であるといえる。
As described above, the silicon / carbon composite sintered body is an excellent negative electrode active material having both high capacity and good cycle characteristics. However, since the silicon / carbon composite sintered body has no flexibility and is brittle, it is not possible to further perform processing such as winding or folding on the negative electrode plate.
Normally, an electrode plate of a non-aqueous electrolyte secondary battery is formed by applying an active material to a current collector, and a positive electrode and a negative electrode are opposed to each other with a separator interposed therebetween. . In non-aqueous electrolyte secondary batteries, the diffusion of lithium ions limits the reaction and limits battery characteristics, so it is necessary to increase the electrode area and compensate for this by densely winding the positive and negative electrode plates. It is an essential requirement for manufacturing. or,
In order to improve the capacity of the battery by filling the battery container having a limited capacity with as much active material as possible, it is essential to densely wind the electrode plates. Due to such circumstances,
In the case of a silicon / carbon composite sintered body that cannot be wound, it can be said that it is practically difficult to produce an actual lithium ion battery, for example, a mainstream cylindrical battery for a notebook computer, using this as a negative electrode.

【0010】又、シリコン等のサイクル劣化を解決する
他の方法として、炭素被覆シリコン粉末が提案されてい
る(特開2000−215887号公報)。この炭素被
覆シリコン粉末は、平均粒径8μmのシリコン粉末に外
熱式CVD法により50wt%以下の炭素を被覆するも
ので、リチウムイオン吸蔵の終止電圧を50〜80mV
(対照極:金属リチウム)に規制することにより、75
0〜1500mAh/gの容量で100サイクル程度の
充放電でもサイクル劣化を抑制することが可能となって
いる。
As another method for solving the cycle deterioration of silicon or the like, carbon-coated silicon powder has been proposed (Japanese Patent Laid-Open No. 2000-21587). This carbon-coated silicon powder is obtained by coating a silicon powder having an average particle diameter of 8 μm with 50 wt% or less of carbon by an external thermal CVD method, and has a cutoff voltage of 50 to 80 mV of lithium ion occlusion.
(Contrast electrode: metallic lithium)
Cycle deterioration can be suppressed even at a capacity of 0 to 1500 mAh / g and charge / discharge of about 100 cycles.

【0011】しかしながら、炭素被覆シリコン粉末は、
負極を作製するためにこれを銅箔などの集電体上に塗布
した場合、単位体積当たりの充填量を高くすることがで
きない。そのため、炭素被覆シリコン粉末は単位重量当
たりの容量は高いが、それを用いて作製される負極板と
しての容量は必ずしも向上しないという問題点が有る。
一般に負極活物質の好ましい粒径は、集電体上での充填
密度を高くすることを考慮すると、2〜5μm程度であ
ることが適当と言われている。しかし、シリコンは硬度
が高く、また微粉になると粉塵爆発の危険を伴うため、
上記の粒径の微細なシリコン粉末を工業的に製造するこ
とは困難であり、その結果、炭素被覆シリコン粉末にお
いても充填密度を高めるのに適当な粒径を有する粉末を
作製することは工業的に困難となっている。
However, the carbon-coated silicon powder is
When this is applied on a current collector such as a copper foil to produce a negative electrode, the filling amount per unit volume cannot be increased. Therefore, although the capacity per unit weight of the carbon-coated silicon powder is high, there is a problem that the capacity as a negative electrode plate manufactured using the same is not necessarily improved.
In general, it is said that the preferable particle size of the negative electrode active material is about 2 to 5 μm in consideration of increasing the packing density on the current collector. However, silicon has a high hardness, and when it is finely divided, there is a danger of dust explosion.
It is difficult to industrially produce fine silicon powder having the above-mentioned particle size, and as a result, it is industrially difficult to produce powder having an appropriate particle size to increase the packing density even in carbon-coated silicon powder. Has become difficult.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】このようにシリコン等
は理論的に容量が高い負極活物質であることが知られて
いるが、シリコン等を用いた非水電解液二次電池用負極
として高容量でサイクル劣化が抑制された負極は従来知
られておらず、非水電解液二次電池を高容量化するため
にはこの様な負極が求められている。
As described above, it is known that silicon and the like are theoretically high-capacity negative electrode active materials. However, as a negative electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery using silicon or the like, silicon is highly used. A negative electrode in which cycle deterioration is suppressed by capacity has not been conventionally known, and such a negative electrode is required to increase the capacity of a nonaqueous electrolyte secondary battery.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を解決するため電極板上でのシリコンの形態を種々検討
した結果、従来のようにシリコン粉末あるいは炭素など
と複合化したシリコン粉末を集電体に塗布するのではな
く、集電体上に直接シリコンからなる膜を形成すること
により非水電解液二次電池の負極として優れた特性を有
することを見出し本発明を完成するに至った。
The present inventors have studied various forms of silicon on an electrode plate in order to solve the above-mentioned problems, and as a result, have found that silicon powder or silicon powder composited with carbon or the like as in the prior art. Instead of coating on the current collector, by forming a film made of silicon directly on the current collector, it has been found that it has excellent characteristics as a negative electrode of a non-aqueous electrolyte secondary battery and to complete the present invention. Reached.

【0014】即ち、本発明は、シリコン系膜層に直接又
は導伝体層を介して集電体が接合されてなることを特徴
とする非水電解液二次電池用負極である。
That is, the present invention is a negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery, wherein a current collector is bonded to a silicon-based film layer directly or via a conductor layer.

【0015】上記本発明の非水電解液二次電池の中でも
上述のシリコン系膜の集電体が接合しているのと反対側
の面上に炭素膜が積層されているものは、更にサイクル
特性が良好であるという特徴を有する。
Among the non-aqueous electrolyte secondary batteries of the present invention, those in which a carbon film is laminated on the surface on the side opposite to the side where the above-mentioned silicon-based film current collector is bonded are further cycled. It has the characteristic that the characteristics are good.

【0016】また、第二の本発明は、膜状の集電体上に
CVD法によりドーパントを含有していてもよいシリコ
ン系膜層を形成する工程を含むことを特徴とする前記本
発明の非水電解液二次電池用負極の製造方法である。
Further, the second invention of the present invention is characterized in that it includes a step of forming a silicon-based film layer which may contain a dopant on a film-like current collector by a CVD method. This is a method for producing a negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery.

【0017】上記本発明の製造方法の中でも、シリコン
系膜層の形成に誘導結合型プラズマCVD法を用いると
サイクル特性が良好なシリコン系膜層を大面積でしかも
高速に形成することができ、効率よく本発明の非水電解
液二次電池用負極を製造することができる。又、CVD
法によるシリコン系膜層の形成に先立ち、膜状の集電体
をプラズマ処理することにより、更にサイクル特性が良
好な非水電解液二次電池用負極を製造することができ
る。
In the manufacturing method of the present invention, when an inductively coupled plasma CVD method is used for forming a silicon-based film layer, a silicon-based film layer having good cycle characteristics can be formed in a large area at a high speed. The negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention can be efficiently produced. Also, CVD
By subjecting the film-shaped current collector to plasma treatment prior to the formation of the silicon-based film layer by the method, a negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery having better cycle characteristics can be manufactured.

【0018】更に、第三の本発明は、前記本発明の負極
を有することを特徴とする非水電解液二次電池である。
Further, a third aspect of the present invention is a non-aqueous electrolyte secondary battery comprising the negative electrode of the present invention.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】本発明の非水電解液二次電池用負
極は、シリコン系膜層に集電体が接合されてなることを
特徴とする。本発明の負極を構成する上記シリコン系膜
層は、周期律表第14族、第3周期のSiを少なくとも
80原子%以上、より好ましくは90原子%以上含有し
ている膜からなっていればよく、Si単独からなる膜の
他、Siと他の金属元素との合金からなる膜、又はSi
にドーパントその他の元素が溶解した固溶体からなる膜
であっていてもよい。また、該シリコン系膜層を構成す
る物質の結晶性、結晶の配向性、微細組織の構造等も特
に限定されない。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention is characterized in that a current collector is joined to a silicon-based film layer. The silicon-based film layer constituting the negative electrode of the present invention should be formed of a film containing at least 80 atomic%, more preferably at least 90 atomic%, of Si of the 14th group of the periodic table and the third period. Often, in addition to a film made of Si alone, a film made of an alloy of Si and another metal element, or a film made of Si
It may be a film made of a solid solution in which a dopant and other elements are dissolved. Further, the crystallinity, the crystal orientation, the structure of the microstructure, and the like of the substance constituting the silicon-based film layer are not particularly limited.

【0020】該シリコン系膜層に含まれていてもよいS
i以外の元素は特に限定されず、任意の種類の元素を含
有させることができる。
S which may be contained in the silicon-based film layer
Elements other than i are not particularly limited, and any kind of element can be contained.

【0021】しかしながら、シリコン膜にドーパントが
含まれる場合にはシリコン膜層の電気伝導度が向上し、
高い充放電レートにおいても良好な充放電が行われるの
で、上記シリコン系膜層は、ドーパントを含んでいても
よいシリコン膜からなるのが好適である。この様なドー
パントとしては、シリコン膜にp型の半導性を付与する
硼素、アルミニウム、ガリウム、インジウムなどの周期
律表第13族の元素、ならびにシリコン膜にn型の半導
性を付与する燐、砒素、アンチモンなどの周期律表第1
5族の元素を挙げることができる。シリコン膜がn型半
導性を有する場合には、電子電導性が高くなり、高い電
流密度で充放電を行っても高い容量を維持する場合が有
るので特に好適である。
However, when the silicon film contains a dopant, the electrical conductivity of the silicon film layer is improved,
Since good charge / discharge is performed even at a high charge / discharge rate, the silicon-based film layer is preferably made of a silicon film that may contain a dopant. As such a dopant, an element belonging to Group 13 of the periodic table such as boron, aluminum, gallium, or indium that imparts p-type semiconductivity to a silicon film, and an n-type semiconductivity is imparted to a silicon film. Periodic table 1 of phosphorus, arsenic, antimony, etc.
Group 5 elements can be mentioned. It is particularly preferable that the silicon film has an n-type semiconductivity since electron conductivity becomes high and a high capacity may be maintained even when charging and discharging are performed at a high current density.

【0022】一般に、ドーパントを含有したシリコンの
電子伝導度はドーパントの含有量に比例して増大する。
一方、本発明の負極においては、電子電導性が高いほど
高い電流密度での充放電が可能になる傾向があるので、
所望する電池特性に応じてドーパントの含有量を適宜選
択することができる。但し、ドーパントの添加量が、ド
ーパントのシリコンに対する固溶限以上になると過剰の
ドーパントは電子伝導を向上させる効果を持たない。し
たがって、好ましいドーパントの添加量はドーパントの
シリコンに対する固溶以下である。例えばドーパントが
燐である場合には、添加量は概ね2.6原子%以下であ
ることが好ましく、ドーパントが砒素であるには、添加
量は概ね3.6原子%以下であることが好ましい。
Generally, the electronic conductivity of silicon containing a dopant increases in proportion to the content of the dopant.
On the other hand, in the negative electrode of the present invention, the higher the electron conductivity, the more the charge and discharge at a high current density tends to be possible.
The content of the dopant can be appropriately selected according to desired battery characteristics. However, if the added amount of the dopant exceeds the solid solubility limit of silicon to the silicon, the excess dopant has no effect of improving electron conduction. Therefore, the preferable addition amount of the dopant is equal to or less than the solid solution of the dopant in silicon. For example, when the dopant is phosphorus, the addition amount is preferably about 2.6 at% or less, and when the dopant is arsenic, the addition amount is preferably about 3.6 at% or less.

【0023】上記シリコン系膜層の厚さは特に限定され
ず、目的とする非水電解液二次電池の容量ならびにシリ
コン膜の密度、並びに単位重量当たりの容量にも依り決
定すればよいが、概ね0.5〜100μmであるのが好
適である。シリコン膜層の厚さが薄すぎるとシリコン系
膜層単位面積当たりの容量が低下するため、負極単位面
積当たりの容量も低下し、高い容量の非水電解液二次電
池が得られない場合が有る。又、シリコン系膜層の厚さ
が厚すぎる場合には、サイクル劣化を生じる場合が有
る。このような観点から、シリコン系膜層の厚さは1〜
50μmであることが特に好ましい。
The thickness of the silicon-based film layer is not particularly limited, and may be determined depending on the capacity of the intended nonaqueous electrolyte secondary battery, the density of the silicon film, and the capacity per unit weight. It is preferable that the thickness is approximately 0.5 to 100 μm. If the thickness of the silicon film layer is too thin, the capacity per unit area of the silicon-based film layer decreases, so that the capacity per unit area of the negative electrode also decreases, and a high capacity nonaqueous electrolyte secondary battery may not be obtained. Yes. If the silicon-based film layer is too thick, cycle deterioration may occur. From such a viewpoint, the thickness of the silicon-based film layer is 1 to
Particularly preferably, it is 50 μm.

【0024】上記シリコン系膜層の大きさ、形状等は特
に限定されないが、該シリコン系膜層は、従来の非水電
解液二次電池用負極における“粉末状の非水電解液二次
電池負極活物質、導電性付与材、バインダーおよび溶剤
からなるペーストを塗布して形成される合材層”に相当
するものであるので、目的とする電池の形状により自ず
と決定される。例えば18650型円筒電池の場合に
は、シリコン膜層は幅約60mm、長さ約1000mm
のリボン状の形態をとることになる。
Although the size and shape of the silicon-based film layer are not particularly limited, the silicon-based film layer may be formed of a powdery non-aqueous electrolyte secondary battery in a conventional negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery. Since this is equivalent to a “mixture layer formed by applying a paste composed of a negative electrode active material, a conductivity-imparting material, a binder and a solvent”, it is naturally determined according to the shape of the intended battery. For example, in the case of a 18650 type cylindrical battery, the silicon film layer has a width of about 60 mm and a length of about 1000 mm.
In the form of a ribbon.

【0025】上記シリコン系膜層は集電体と直接又は導
伝体層を介して接合されることによって本発明の非水電
解液二次電池用負極となる。
The above-mentioned silicon-based film layer is joined to the current collector directly or via the conductor layer to form the negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention.

【0026】集電体としては、銅箔、ニッケル箔、ステ
ンレス箔あるいはチタニウム箔など公知の負極用集電体
より特に限定されること無く使用することができる。ま
た、その形状及び大きさも従来の負極における集電体と
特に変わる点はない。さらに、集電体の表面積を増大さ
せることを目的として、これら金属箔表面に凹凸あるい
は細孔を形成したり、エキスパンドメタルと称する表面
加工を施すこともできることも、従来の負極における集
電体と同様である。
The current collector can be used without any particular limitation from known negative electrode current collectors such as copper foil, nickel foil, stainless steel foil and titanium foil. The shape and size of the current collector are not different from those of the current collector of the conventional negative electrode. Furthermore, for the purpose of increasing the surface area of the current collector, it is possible to form irregularities or pores on the surface of these metal foils, or to perform surface processing called expanded metal, and to improve the current collector in the conventional negative electrode. The same is true.

【0027】シリコン系膜層を集電体と接合する場合、
シリコン系膜層と集電体との間に電子電導性を有する導
伝体層を介在させるとサイクル劣化が特に抑制される場
合が有る。介在させる導伝体は特に限定されないが、シ
リコンと集電体金属の化合物、シリコンと集電体金属の
固溶体などを用いることができる。例えば、集電体が銅
箔である場合に介在させる導伝体としてはCu3Si
(Si−Cu二元系におけるη相、η’相、η”相)、
Cu15Si4(同ε相)、Cu0.83Si0.17(同δ
相)、Cu5Si(同γ相)、同β相あるいはCu7Si
(同κ相)等の化合物、およびSiが固溶したCuある
いはCuが固溶したSiなどを挙げることができる。
又、集電体がニッケル箔である場合には介在させる導伝
体としてはNi3Si(Ni−Si二元系におけるβ
1相、β2相、β3相)、Ni31Si12(同γ相)、Ni2
Si(同δ相)、Ni3Si2(同ε相)、NiSi、β
−NiSi2、α−NiSi2等の化合物、およびSiが
固溶したNiあるいはNiが固溶したSiなどを挙げる
ことができる。又、集電体がチタニウム箔である場合に
介在させる導伝体としてはTi3Si、Ti5Si3、T
5Si4、Ti6Si5、TiSi、TiSi2等の化合
物、およびSiが固溶したTiあるいはTiが固溶した
Siなどを挙げることができる。更に、集電体がステン
レス箔である場合に介在させる導伝体としてはFe2
i(Fe−Si二元系におけるβ相)、同η相、FeS
i(同ε相)、FeSi2(同ζ相)等の化合物、およ
びSiが固溶したFeあるいはFeが固溶したSi、あ
るいは、Cr3Si、α−Cr5Si3、CrSi、Cr
Si2、およびSiが固溶したCrあるいはCrが固溶
したSi、あるいは、Ni3Si(Ni−Si二元系に
おけるβ1相、β2相、β3相)、Ni31Si12(同γ
相)、Ni2Si(同δ相)、Ni3Si2(同ε相)、
NiSi、β−NiSi2、α−NiSi2等の化合物、
およびSiが固溶したNiあるいはNiが固溶したSi
などを挙げることができる。
When bonding the silicon-based film layer to the current collector,
When a conductor layer having electron conductivity is interposed between the silicon-based film layer and the current collector, cycle deterioration may be particularly suppressed. The conductor to be interposed is not particularly limited, but a compound of silicon and a collector metal, a solid solution of silicon and a collector metal, or the like can be used. For example, Cu 3 Si is used as a conductor to be interposed when the current collector is a copper foil.
(Η phase, η ′ phase, η ″ phase in Si—Cu binary system),
Cu 15 Si 4 (same ε phase), Cu 0.83 Si 0.17 (same δ)
Phase), Cu 5 Si (gamma phase), β phase or Cu 7 Si
(Same κ phase), Cu in which Si is dissolved, or Si in which Cu is dissolved.
When the current collector is a nickel foil, the conductor to be interposed is Ni 3 Si (β in Ni-Si binary system).
1 phase, β 2 phase, β 3 phase), Ni 31 Si 12 (gamma phase), Ni 2
Si (same δ phase), Ni 3 Si 2 (same ε phase), NiSi, β
-NiSi 2, α-NiSi 2 compounds such as, and Si and the like Si solute was Ni or Ni is solid-solved. When the current collector is a titanium foil, the conductor to be interposed is Ti 3 Si, Ti 5 Si 3 , T
i 5 Si 4, Ti 6 Si 5, TiSi, compounds such as TiSi 2, and Si and the like Si solid solution was Ti or Ti is solid-solved. Further, as a conductor to be interposed when the current collector is a stainless steel foil, Fe 2 S
i (β phase in binary system of Fe—Si), η phase, FeS
i (same ε phase), FeSi 2 (same ζ phase), etc., Fe in which Si is dissolved or Si in which Fe is dissolved, or Cr 3 Si, α-Cr 5 Si 3 , CrSi, Cr
Si 2 , Cr in which Si is dissolved, or Si in which Cr is dissolved, or Ni 3 Si (β 1 phase, β 2 phase, β 3 phase in a Ni—Si binary system), Ni 31 Si 12 (same as above) γ
Phase), Ni 2 Si (same δ phase), Ni 3 Si 2 (same ε phase),
Compounds such as NiSi, β-NiSi 2 , α-NiSi 2 ,
And Ni in which Si is dissolved or Si in which Ni is dissolved
And the like.

【0028】以上のような導伝体からなる層をシリコン
系膜と集電体の間に介在させる場合、導電体層はシリコ
ン系膜の表面を全て覆うように存在する必要は必ずしも
無く、部分的に点在するような形態であってもよい。ま
た、介在させる方法も特に限定されず、例えば、集電体
上に導伝体層、シリコン膜を順次積層して形成する方
法、あるいは、集電体上にシリコン膜層を形成した後、
熱処理などを行うことにより、両者が接する部分のシリ
コンと集電体を反応させて界面に導伝体を形成する方法
などが好適に採用できる。また、後述のCVD法を用い
たシリコン系膜層の作製方法においては、集電体の温度
等作製条件を適当に調節することにより、シリコン膜層
の形成と同時に介在する導伝体を形成することもでき
る。
When the above-described conductor layer is interposed between the silicon-based film and the current collector, the conductor layer does not necessarily need to be provided so as to cover the entire surface of the silicon-based film. It may be a form that is scattered in a specific way. In addition, the method of interposing is not particularly limited. For example, a method in which a conductor layer and a silicon film are sequentially stacked on a current collector, or a method in which a silicon film layer is formed on a current collector,
By performing a heat treatment or the like, a method of reacting the silicon and the current collector in a portion where they are in contact with each other to form a conductor at the interface can be preferably employed. In a method for forming a silicon-based film layer using a CVD method described later, a conductor interposed at the same time as the formation of the silicon film layer is formed by appropriately adjusting the manufacturing conditions such as the temperature of the current collector. You can also.

【0029】導伝体を介在させる場合の導伝体層の厚さ
は特に限定されないが、介在させる導伝体が電気化学的
に不活性な場合には、導伝体層の厚さ極端に厚いと負極
の容量が低下する場合が有る。従って、この様な理由に
より導伝体の厚さでシリコン系膜層の厚さの50%以下
であることが好ましい。例えば熱処理等によってシリコ
ン系膜層の一部を導電体層に転化させた場合には、各層
の厚さは、負極の断面についてエネルギー分散型X線分
光分析などにより空間的な組成分布を分析することによ
って求めることができる。なお、この様な方法で導伝体
層を形成する場合には、予め処理条件と形成される導伝
体層の厚さの関係を調べておけば、処理条件によりその
厚さを制御することができる。
The thickness of the conductor layer when the conductor is interposed is not particularly limited. However, when the conductor to be interposed is electrochemically inert, the thickness of the conductor layer is extremely large. If the thickness is large, the capacity of the negative electrode may decrease. Therefore, for such a reason, the thickness of the conductor is preferably 50% or less of the thickness of the silicon-based film layer. For example, when a part of the silicon-based film layer is converted into a conductor layer by heat treatment or the like, the thickness of each layer is analyzed by analyzing the spatial composition distribution of the cross section of the negative electrode by energy dispersive X-ray spectroscopy or the like. Can be obtained by: When the conductor layer is formed by such a method, if the relationship between the processing conditions and the thickness of the formed conductor layer is checked in advance, the thickness can be controlled by the processing conditions. Can be.

【0030】シリコン系膜層に直接又は導伝体層を介し
て集電体を接合する場合、その結合の形態、例えば化学
結合を形成するかどうかなどは特に限定されないが、シ
リコン系膜層が集電体に接合されてなる負極は電池を構
成する際に、捲回、打抜きなどの工程を経ることが有る
ので、少なくともそのような工程における操作において
各層が剥離しない程度の接合強度を有することが望まし
い。
When a current collector is bonded to the silicon-based film layer directly or via a conductor layer, the form of the bond, for example, whether or not a chemical bond is formed is not particularly limited. Since the negative electrode bonded to the current collector may be subjected to steps such as winding and punching when forming the battery, the negative electrode must have a bonding strength at which each layer is not peeled off at least in the operation in such a step. Is desirable.

【0031】本発明の非水電解液二次電池用負極におい
ては、シリコン系膜の集電体が接合しているのと反対側
の面上(以下、単にシリコン膜層の表面ともいう)に炭
素膜が積層されている場合には、特に良好なサイクル特
性を示す場合が有る。
In the negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention, the surface of the silicon-based film on the side opposite to the side where the current collector is bonded (hereinafter, also simply referred to as the surface of the silicon film layer). When a carbon film is laminated, particularly good cycle characteristics may be exhibited.

【0032】このとき、シリコン系膜層の表面に積層さ
れる炭素膜の結晶性は特に限定されず、結晶質あるいは
非晶質の何れであっても構わない。この様な炭素膜を積
層させる方法は広く公知の方法より採用することができ
る。例えば、カーボン類の粉末からなるスラリーをシリ
コン膜層の表面に塗布して分散媒を除去した後、必要に
応じて熱処理する方法などにより、シリコン系膜層の表
面に炭素膜を積層することができる。又、シリコン膜層
の表面を各種樹脂、タール又はピッチなどの炭素前駆体
で被覆した後、熱処理することにより炭素膜層を形成す
ることもできる。さらに、揮発性の炭化水素などを炭素
源としてCVD法によりシリコン膜層の表面に炭素膜を
積層することもできる。
At this time, the crystallinity of the carbon film laminated on the surface of the silicon-based film layer is not particularly limited, and may be either crystalline or amorphous. Such a method of laminating a carbon film can be adopted from a widely known method. For example, a carbon film may be laminated on the surface of the silicon-based film layer by applying a slurry of carbon powder on the surface of the silicon film layer to remove the dispersion medium and then performing a heat treatment as necessary. it can. Alternatively, the surface of the silicon film layer can be formed by coating the surface of the silicon film layer with a carbon precursor such as various resins, tar or pitch, and then performing a heat treatment. Further, a carbon film can be laminated on the surface of the silicon film layer by a CVD method using a volatile hydrocarbon or the like as a carbon source.

【0033】炭素膜がシリコン系膜状に存在することに
よりサイクル特性が向上する場合の効果は炭素膜の厚さ
にあまり影響を受けないので炭素膜の厚さは特に限定さ
れない。しかしながら、一般に炭素の容量はシリコンの
容量に比べて小さいので、炭素膜が厚すぎると負極の単
位体積当たりの容量が低下してしまう場合があり、ま
た、炭素膜の厚さが極端に薄い場合には、シリコン膜層
の被覆が実質的に不完全になり、サイクル特性を向上さ
せる効果が得難くなる場合がある。従って、このような
観点から炭素膜厚は1nm〜1μmであることが望まし
い。
The thickness of the carbon film is not particularly limited since the effect of improving the cycle characteristics due to the presence of the carbon film in the form of a silicon-based film is not so affected by the thickness of the carbon film. However, since the capacity of carbon is generally smaller than the capacity of silicon, if the carbon film is too thick, the capacity per unit volume of the negative electrode may decrease, and if the thickness of the carbon film is extremely thin, In some cases, the coating of the silicon film layer becomes substantially incomplete, and it may be difficult to obtain the effect of improving the cycle characteristics. Therefore, from such a viewpoint, the carbon film thickness is desirably 1 nm to 1 μm.

【0034】本発明の非水電解液二次電池用負極の製造
方法は特に限定されず、例えば、(1)シリコンの粉末か
らなるスラリーを集電体に塗布して分散媒を除去した
後、これを熱処理してシリコン膜層を形成して本発明の
非水電解液二次電池用負極を作製する方法、(2)シリコ
ンのインゴットより薄片を切り出して集電体に接合する
方法、(3)真空蒸着法、スパッタリング法あるいはイオ
ンプレーティング法などのPVD法を用いる方法、(4)
シリコンを集電体上に電気化学的に析出させる方法
{R.D.Rauhほか、DOE/ET/23046−
−T2(1981)あるいはM.Piwowarほか、
International Conference O
n Environmental Degradatio
n Of Engineering Materials
予稿集 53−58、(1999)}、(5)集電体上にシ
リコン系薄膜を化学蒸着法(CVD法)により形成する
方法等が好適に採用できる。
The method for producing the negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is not particularly limited. For example, (1) After applying a slurry made of silicon powder to a current collector to remove a dispersion medium, A method for producing a negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention by heat-treating this to form a silicon film layer, (2) a method of cutting a thin piece from a silicon ingot and joining it to a current collector, (3 ) A method using a PVD method such as a vacuum evaporation method, a sputtering method or an ion plating method, (4)
Method of electrochemically depositing silicon on current collector {R. D. Rauh et al., DOE / ET / 23046-
-T2 (1981) or M.P. Piwowar et al.,
International Conference O
n Environmental Degradation
n Of Engineering Materials
Proceedings 53-58, (1999)}, (5) A method of forming a silicon-based thin film on a current collector by a chemical vapor deposition method (CVD method) can be suitably adopted.

【0035】これら方法の中でも、シリコン系膜層を連
続的に、しかも任意の膜厚、組成(ドーパント濃度)で
形成することが比較的容易で、さらに比較的安価に製造
することができることから、上記(5)の集電体箔上にC
VD法によりシリコン膜層を形成する方法(本発明の製
造方法)を採用するのが特に好適である。
Among these methods, it is relatively easy to form a silicon-based film layer continuously and at an arbitrary thickness and composition (dopant concentration), and it is possible to manufacture the silicon-based film layer at a relatively low cost. C on the current collector foil of (5) above
It is particularly preferable to adopt a method of forming a silicon film layer by the VD method (the manufacturing method of the present invention).

【0036】上記本発明の製造方法においては、CVD
装置を用いて、膜状の集電体上にシリコン系膜層を形成
するが、CVD装置としては公知のものが特に限定無く
使用できる。
In the manufacturing method of the present invention, the CVD method
A silicon-based film layer is formed on a film-shaped current collector using an apparatus, and a known CVD apparatus can be used without any particular limitation.

【0037】即ち、その内部を気密に維持できる反応チ
ャンバーと、該反応チャンバー内に本発明のシリコン系
膜層の原料となる材料ガスを供給するための材料ガス供
給手段と、該反応チャンバーの内部において材料ガスよ
りシリコン膜層を析出させるための励起手段と、その表
面にシリコン系膜層が形成される集電体を保持するため
の保持手段とを有する、CVD装置が使用することがで
きる。
That is, a reaction chamber capable of maintaining the inside thereof airtight, a material gas supply means for supplying a material gas as a raw material of the silicon-based film layer of the present invention into the reaction chamber, and an inside of the reaction chamber. In the above, a CVD apparatus having excitation means for depositing a silicon film layer from a material gas and holding means for holding a current collector on which a silicon-based film layer is formed can be used.

【0038】このようなCVD装置を用いてシリコン膜
層を形成する方法は特に限定されず、例えば、太陽電池
等の作成において基板上にシリコン薄膜を形成する時と
同様の方法によって行なうことができる。即ち、シリコ
ン系膜を形成する際に使用する材料ガスとしては、ガス
化可能なシリコンを含む化合物が制限無く使用可能であ
る。この様な化合物を具体的に例示すれば、モノシラ
ン、ジシラン、トリシラン、モノクロロシラン、ジクロ
ロシラン、トリクロロシラン、テトラクロロシラン、ジ
フルオロシラン、テトラフルオロシラン等のシラン系化
合物が挙げられ、これらの化合物は単独、或いは混合し
て使用することもできる。更に、水素、ヘリウム、アル
ゴン、ネオン、クリプトン等、非析出性ガスで希釈して
使用することも可能である。又、シリコン系膜層にドー
パントを含有させる場合には、燐または砒素など周期律
表第15族の元素を含むホスフィン、アルシンなどのド
ーパントのガスを所望のドーパント濃度に応じて上記の
材料ガスに同伴させればよい。
The method of forming a silicon film layer using such a CVD apparatus is not particularly limited. For example, it can be performed by the same method as when a silicon thin film is formed on a substrate in the production of a solar cell or the like. . That is, as a material gas used for forming a silicon-based film, a compound containing gasifiable silicon can be used without limitation. Specific examples of such a compound include silane compounds such as monosilane, disilane, trisilane, monochlorosilane, dichlorosilane, trichlorosilane, tetrachlorosilane, difluorosilane, and tetrafluorosilane. Alternatively, they can be used in combination. Further, it can be used after being diluted with a non-precipitating gas such as hydrogen, helium, argon, neon, and krypton. When a dopant is contained in the silicon-based film layer, a dopant gas such as phosphine or arsine containing an element of Group 15 of the periodic table such as phosphorus or arsenic is added to the above material gas in accordance with a desired dopant concentration. You may be accompanied.

【0039】材料ガスよりシリコン系膜層を析出させる
ための励起手段は公知の方法より特に限定されること無
く用いることができる。本発明の非水電解液二次電池用
負極の製造に用いることができるCVD法を励起手段に
より分類して例示すれば、材料ガスを高温に加熱してシ
リコン膜層を析出させる熱CVD法、材料ガスにマイク
ロ波、高周波などの電磁波を印可して材料ガスをプラズ
マ化してシリコン膜層を析出させる誘導結合型あるいは
容量結合型プラズマCVD法、あるいは電磁波とともに
静磁場を印可するECRプラズマCVD法などの方法を
挙げることができる。
Excitation means for depositing a silicon-based film layer from a material gas can be used without any particular limitation from a known method. If the CVD method which can be used for the production of the negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is categorized by means of excitation, for example, a thermal CVD method in which a material gas is heated to a high temperature to deposit a silicon film layer, An inductively-coupled or capacitively-coupled plasma CVD method in which a material gas is applied with electromagnetic waves such as microwaves or high-frequency waves to convert the material gas into plasma and deposit a silicon film layer, or an ECR plasma CVD method in which a static magnetic field is applied together with the electromagnetic waves Can be mentioned.

【0040】このように本発明の製造方法においては、
種々の励起方法を採用することができるが、シリコン膜
層を析出させるのに高温を要する場合にはシリコン系膜
層と集電体との化学反応が進行し、これを制御すること
が困難である場合がある。この様な観点から、CVD法
により本発明の負極を製造する際には、プラズマ化によ
り材料ガスを励起することが好ましい。その中でも特に
誘導結合型プラズマとして材料ガスを励起する場合に
は、簡便な装置で大面積にシリコン膜層を形成すること
ができるので特に好ましい。なお、誘導結合型プラズマ
CVD(ICP−CVD)法を行なう際には、ジャパニ
ーズジャーナルオブアプライドフィジックス第36巻
{Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 36 (1997), pp.3714-372
0}や同第38巻{Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 38 (199
9), pp.3655-3659}に示されているような、反応チャン
バー内部に高周波コイル(RFアンテナともいう。)を
配設したICP―CVD装置等が好適に使用できる。
As described above, in the production method of the present invention,
Although various excitation methods can be adopted, when a high temperature is required to deposit the silicon film layer, a chemical reaction between the silicon-based film layer and the current collector proceeds, and it is difficult to control this. There may be. From such a viewpoint, when the negative electrode of the present invention is manufactured by the CVD method, it is preferable to excite the material gas by plasma. Among them, it is particularly preferable to excite a material gas as inductively coupled plasma because a silicon film layer can be formed over a large area with a simple device. When performing the inductively coupled plasma CVD (ICP-CVD) method, Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 36, Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 36 (1997), pp. 3714-372.
0 and 38, Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 38 (199
9), pp. 3655-3659}, an ICP-CVD apparatus in which a high-frequency coil (also referred to as an RF antenna) is disposed inside a reaction chamber can be suitably used.

【0041】CVD法によりシリコン膜層を析出させる
場合、膜状の集電体を予め水素、ヘリウム、アルゴン、
ネオン、クリプトン等、非析出性ガスのプラズマにより
表面処理を行うと、得られる負極においてサイクル劣化
が抑制される場合があり、本発明の非水電解液二次電池
用負極を作製する上で好適である。
When depositing a silicon film layer by the CVD method, a film-like current collector is previously formed with hydrogen, helium, argon,
When surface treatment is performed by plasma of a non-precipitating gas such as neon or krypton, cycle deterioration may be suppressed in the obtained negative electrode, which is suitable for producing the non-aqueous electrolyte secondary battery negative electrode of the present invention. It is.

【0042】反応チャンバー内にてシリコン膜層が形成
される集電体を保持するための保持手段は特に限定され
ないが、集電体が膜状でロール状に巻き取られている場
合には、ロール・トゥ・ロールで集電体を供給・回収で
きる機構を備えておれば、本発明の負極を連続的に製造
することが可能である。
The holding means for holding the current collector on which the silicon film layer is formed in the reaction chamber is not particularly limited. However, when the current collector is wound in a roll shape in the form of a film, If a mechanism capable of supplying and collecting the current collector in a roll-to-roll manner is provided, the negative electrode of the present invention can be manufactured continuously.

【0043】本発明の負極の製造方法において、集電体
上にシリコン系膜層を形成するときの条件は特に限定さ
れず、用いる装置に応じて適宜決定すればよいが、反応
チャンバー内の圧力は1〜1000mTorr、特に3
〜300mTorr、集電体の温度は100〜600
℃、特に150〜450℃とするのが好適である。誘導
結合型プラズマにより材料ガスを励起する場合には、印
可する高周波の電力は20W〜3kW、特に100W〜
2kWとするのが好適である。シリコン膜層の膜厚は、
予め所定の条件における反応時間と膜厚との関係を調べ
ておくことにより、反応時間により制御することができ
る。
In the method for manufacturing a negative electrode according to the present invention, the conditions for forming the silicon-based film layer on the current collector are not particularly limited, and may be appropriately determined according to the apparatus to be used. Is 1 to 1000 mTorr, especially 3
~ 300 mTorr, current collector temperature is 100 ~ 600
C., particularly preferably 150 to 450C. When a material gas is excited by inductively coupled plasma, the applied high frequency power is 20 W to 3 kW, particularly 100 W to
Preferably, it is 2 kW. The thickness of the silicon film layer is
By examining the relationship between the reaction time and the film thickness under predetermined conditions in advance, the control can be performed by the reaction time.

【0044】このようにして製造された本発明の非水電
解液二次電池用負極は、容量が高く、しかもサイクル特
性が良好である。又、捲回などの加工に十分耐える柔軟
性を有している。
The thus produced negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention has a high capacity and good cycle characteristics. In addition, it has flexibility enough to withstand processing such as winding.

【0045】更に、本発明の非水電解液二次電池用負極
では、従来のカーボン類の負極、即ち負極活物質である
カーボン類の粉末をバインダーとともにペーストとし集
電体箔に塗布した負極に比べ、活物質以外の介在物が無
く活物質の充填密度も高いので活物質層の厚さ当たりの
容量が高い。即ち、従来の活物質粉末の塗膜からなる負
極では100μm程度の塗膜の厚さを必要とする場合、
本発明の負極では、充放電条件にもよるが、シリコン膜
層の厚さ10μm程度でほぼ同等の容量を得ることがで
きる。従って、本発明の負極を用いると、従来の負極に
比べ、一定の体積の電池缶により大量の活物質を充填す
ることが可能であり、この様な観点からも、本発明の非
水電解液二次電池用負極は、高容量な非水電解液二次電
池を製造する上で特に優れていることが分かる。
Further, in the negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention, the conventional negative electrode of carbons, that is, the negative electrode applied to a current collector foil as a paste containing carbon powder as a negative electrode active material together with a binder is applied. In comparison, since there is no inclusion other than the active material and the packing density of the active material is high, the capacity per thickness of the active material layer is high. That is, in the case of a negative electrode composed of a conventional active material powder coating, when a coating thickness of about 100 μm is required,
In the negative electrode of the present invention, although depending on the charge / discharge conditions, approximately the same capacity can be obtained when the thickness of the silicon film layer is about 10 μm. Therefore, by using the negative electrode of the present invention, it is possible to fill a large amount of the active material into a battery can of a certain volume, as compared with the conventional negative electrode. It can be seen that the negative electrode for a secondary battery is particularly excellent in producing a high capacity nonaqueous electrolyte secondary battery.

【0046】又、従来、カーボン類からなる粉末状の負
極活物質を用いて負極を製造する場合には、負極活物質
とバインダーの混合物に溶媒を加えてペーストとし、こ
のペーストを集電体箔上に塗布して乾燥した後、更にプ
レスして塗膜を形成しなければならず、負極を製造する
ために多数の工程を経る必要があった。これに対し、本
発明の負極は、CVD法を用いれば集電体と活物質の素
原料から直接負極を製造することが可能であり、製造工
程の簡略化やそれに伴う歩留まりの向上が可能である。
Conventionally, when a negative electrode is manufactured using a powdered negative electrode active material made of carbons, a solvent is added to a mixture of the negative electrode active material and a binder to form a paste. After coating and drying on the top, it had to be pressed further to form a coating film, and it was necessary to go through a number of steps to produce a negative electrode. On the other hand, the negative electrode of the present invention can directly produce the negative electrode from the current collector and the raw material of the active material by using the CVD method, so that the production process can be simplified and the yield can be improved accordingly. is there.

【0047】本発明の負極を用いた非水電解液二次電池
の製造は、粉末状の負極活物質から多数の工程を経て負
極を製造する必要が無い点(この点は本発明の負極を用
いて電池を製造する際の製法上のメリットとも言える)
を除けば、従来の方法と特に変わる点はない。例えば、
次のような方法で製造することができる。
The production of a nonaqueous electrolyte secondary battery using the negative electrode of the present invention does not require the production of a negative electrode from a powdered negative electrode active material through a number of steps. It can be said that it is an advantage in the manufacturing method when manufacturing batteries using
Except for, there is no particular difference from the conventional method. For example,
It can be manufactured by the following method.

【0048】即ち、まず混練機などを用いて公知の粉末
状の正極活物質、ポリテトラフルオロエチレンあるいは
ポリ弗化ビニリデンなどのバインダー、およびN−メチ
ルピロリドンなどの溶媒を混練し、ペーストを作製す
る。正極活物質は広く公知の物質より採用することがで
き、例えば、TiS2、MoS2、FeS2などの硫化
物、NbSe3などのセレン化物などのカルコゲン化合
物、あるいはCr25、Cr38、V38、V25、V
613などの遷移金属の酸化物、LiMn24、LiM
nO2、LiV35、LiNiO2、LiCoO2などの
リチウムと遷移金属との複合酸化物、あるいはポリアニ
リン、ポリアセチレン、ポリパラフェニリン、ポリフェ
ニレンビニレン、ポリピロール、ポリチオフェンなどの
共役系高分子、ジスルフィド結合を有する架橋高分子な
どのリチウムを吸蔵、放出することが可能な材料を使用
することができる。
That is, first, a known powdery positive electrode active material, a binder such as polytetrafluoroethylene or polyvinylidene fluoride, and a solvent such as N-methylpyrrolidone are kneaded using a kneader or the like to prepare a paste. . As the positive electrode active material, widely known materials can be used. For example, chalcogen compounds such as sulfides such as TiS 2 , MoS 2 and FeS 2 , selenides such as NbSe 3 and the like, or Cr 2 O 5 and Cr 3 O 8, V 3 O 8, V 2 O 5, V
Oxides of transition metals such as 6 O 13 , LiMn 2 O 4 , LiM
Composite oxides of lithium and transition metals such as nO 2 , LiV 3 O 5 , LiNiO 2 , and LiCoO 2 , or conjugated polymers such as polyaniline, polyacetylene, polyparaphenylin, polyphenylenevinylene, polypyrrole, and polythiophene, and disulfide bonds A material capable of inserting and extracting lithium such as a crosslinked polymer having

【0049】次いで、集電体に前記ペーストを塗布し、
溶媒を乾燥、除去した後、塗膜を加圧処理して正極とす
る。該正極と、本発明の負極、非水電解質、および必要
に応じてセパレータを、所望の電池容器に挿入し、非水
電解液を注入後、封止することにより好適に製造でき
る。
Next, the paste is applied to a current collector,
After drying and removing the solvent, the coating film is subjected to pressure treatment to obtain a positive electrode. The positive electrode, the negative electrode of the present invention, the non-aqueous electrolyte, and, if necessary, the separator are inserted into a desired battery container, and the non-aqueous electrolyte is injected, and then sealed.

【0050】非水電解質、セパレータなどは、従来の非
水電解液二次電池に用いられている材料が何ら問題なく
使用される。
As the non-aqueous electrolyte, the separator, and the like, materials used in conventional non-aqueous electrolyte secondary batteries are used without any problem.

【0051】例えば、非水電解質としては、プロピレン
カーボネート、エチレンカーボネート、1,2−ジメト
キシエタン、1,2−ジエトキシエタン、γ−ブチロラ
クトン、テトラヒドロフラン、1,3−ジオキソラン、
4−メチル−1,3−ジオキソラン、ジエチルエーテ
ル、スルホラン、メチルスルホラン、アセトニトリル、
プロピオニトリルなどの単独あるいは2種類以上の混合
非水溶媒に、LiClO 4、LiPF6、LiAsF6
LiBF4、LiB(C654、LiCl、LiBr、
CH3SO3Li、CF3SO3Liなどのリチウム塩など
の支持塩が溶解してなる非水電解質がいずれの組合せに
おいても使用可能である。又、この様な溶液をゲルポリ
マーに含浸させたゲル電解質、あるいはポリエチレンオ
キサイドなどに上述の支持塩を添加したポリマー電解質
なども非水電解質として使用することができる。
For example, propylene is used as the non-aqueous electrolyte.
Carbonate, ethylene carbonate, 1,2-dimethoate
Xiethane, 1,2-diethoxyethane, γ-butyrol
Coutone, tetrahydrofuran, 1,3-dioxolane,
4-methyl-1,3-dioxolan, diethyl ether
, Sulfolane, methyl sulfolane, acetonitrile,
Propionitrile, etc. alone or in combination of two or more
LiClO in non-aqueous solvent Four, LiPF6, LiAsF6,
LiBFFour, LiB (C6HFive)Four, LiCl, LiBr,
CHThreeSOThreeLi, CFThreeSOThreeLithium salt such as Li
Non-aqueous electrolyte with dissolved supporting salt
Can also be used. In addition, such a solution is
Gel electrolyte impregnated with
Polymer electrolyte with the above-mentioned supporting salt added to oxide etc.
Can also be used as a non-aqueous electrolyte.

【0052】セパレータとしては、イオンの移動に対し
て低抵抗であり、かつ溶液保持性に優れたものを用いれ
ばよい。例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリ
エステル、ポリフロンなどからなる高分子ポアフィルタ
ー、ガラス繊維フィルター、不織布、あるいはガラス繊
維とこれらの上記高分子からなる不織布が使用可能であ
る。更に、電池内部が高温になったとき、溶融して細孔
をふさぎ、正極及び負極のショートを防ぐ材料が好まし
い。
As the separator, a separator having a low resistance to the movement of ions and an excellent solution holding property may be used. For example, a polymer pore filter made of polypropylene, polyethylene, polyester, polyflon, or the like, a glass fiber filter, a nonwoven fabric, or a nonwoven fabric made of glass fibers and these polymers can be used. Further, when the temperature inside the battery becomes high, a material that melts to close the pores and prevent short circuit between the positive electrode and the negative electrode is preferable.

【0053】[0053]

【実施例】以下、本発明に付いて実施例及び比較例を挙
げてより具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に
限定されるものではない。
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited to these Examples.

【0054】実施例1 前記した文献に記載されているのと基本的に同じ構造を
有するICP−CVD(誘導結合型CVD)装置を用
い、厚さ25μmの銅箔上にシリコン膜を形成した。材
料ガスとしてモノシラン100%の純粋ガス、希釈ガス
として水素を用い、30cc/分、90cc/分で反応
チャンバー内に供給した。反応チャンバーの圧力を10
0mTorrに維持し、銅箔から約5cm離間した高周
波コイルに13.56MHzの高周波電源から600W
の出力で高周波を供給した。銅箔を190℃に加熱して
処理時間30分でプラズマCVD処理することにより、
本発明の非水電解液二次電池用負極を得た。
Example 1 A silicon film was formed on a copper foil having a thickness of 25 μm using an ICP-CVD (inductively coupled CVD) apparatus having a structure basically the same as that described in the above-mentioned document. Pure gas of 100% monosilane and hydrogen as a diluent gas were used as material gases and supplied into the reaction chamber at 30 cc / min and 90 cc / min. When the pressure in the reaction chamber is 10
0mTorr, a high frequency coil about 5cm away from the copper foil and a 600W from a 13.56MHz high frequency power supply
A high frequency was supplied at the output. By heating the copper foil to 190 ° C. and performing a plasma CVD process for a processing time of 30 minutes,
The negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention was obtained.

【0055】得られた負極の断面を走査型電子顕微鏡
(以下、SEMともいう)を用いて観察したところ、シ
リコン膜層の厚さは約10μmであった。また、この負
極を粉末X線により分析したところ、シリコン膜層はS
iのみからなり、その他の化合物や固溶体は検出されな
かった。
When the cross section of the obtained negative electrode was observed using a scanning electron microscope (hereinafter also referred to as SEM), the thickness of the silicon film layer was about 10 μm. When this negative electrode was analyzed by powder X-ray, the silicon film layer
i, and no other compounds or solid solutions were detected.

【0056】この非水電解液二次電池負極を用いてリチ
ウムイオン電池を作製し、この負極の充放電容量及びサ
イクル特性を評価した。なお、リチウムイオン電池の作
製、並びに初期充放電容量及びサイクル特性の評価は次
のようにして行った。
A lithium ion battery was prepared using the negative electrode of the nonaqueous electrolyte secondary battery, and the charge / discharge capacity and cycle characteristics of the negative electrode were evaluated. The production of the lithium ion battery and the evaluation of the initial charge / discharge capacity and the cycle characteristics were performed as follows.

【0057】リチウムイオン電池の作成: 本発明の非
水電解液二次電池用負極を直径15.958mmの円形
に打抜き、これを負極とした。非水電解液には、LiP
6(1モル/リットルの濃度)をエチレンカーボネー
トとジエチルカーボネートの等体積混合溶媒に溶解した
ものを使用し、セパレータを介してリチウム箔を対極と
し、2016型コイン型電池を作製した。
Preparation of Lithium Ion Battery: The negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention was punched into a circular shape having a diameter of 15.958 mm, and this was used as a negative electrode. The non-aqueous electrolyte is LiP
Using a solution of F 6 (concentration of 1 mol / liter) in a mixed solvent of equal volumes of ethylene carbonate and diethyl carbonate, a lithium coin was used as a counter electrode via a separator to produce a 2016 coin cell battery.

【0058】充放電容量の測定: 充放電装置(北斗電
工製)を用いて、上記リチウム電池の充放電サイクル試
験を行い、放電時間t(単位;時間)を測定することに
より負極活物質の充放電容量を測定した。充放電サイク
ル試験は、電流密度を0.3mA/cm2として、充放
電は対極に対して25mV〜1.4Vの電圧で行った。
充放電容量は、膜層を形成したことによる重量増加分で
規格化して算出した。
Measurement of charge / discharge capacity: The charge / discharge cycle test of the lithium battery was performed using a charge / discharge device (manufactured by Hokuto Denko), and the discharge time t (unit: time) was measured to determine the charge of the negative electrode active material. The discharge capacity was measured. In the charge / discharge cycle test, the current density was set to 0.3 mA / cm 2 , and charge / discharge was performed at a voltage of 25 mV to 1.4 V with respect to the counter electrode.
The charge / discharge capacity was calculated by normalizing the weight increase due to the formation of the film layer.

【0059】この負極の充放電試験の結果を表1に示
す。
Table 1 shows the results of the charge / discharge test of this negative electrode.

【0060】[0060]

【表1】 [Table 1]

【0061】実施例2 銅箔を360℃に加熱したこと以外は実施例1と同様に
して本発明の非水電解液二次電池用負極を作製した。
Example 2 A negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention was prepared in the same manner as in Example 1 except that the copper foil was heated to 360 ° C.

【0062】得られた負極を粉末X線により分析したと
ころ、シリコン膜層はSiとCu15Si4からなってい
た。負極断面のSEM観察の結果、シリコン膜層の厚さ
は約10μmであった。同様に負極断面のSEM観察な
らびにSEMの電子線を励起源としたエネルギー分散型
X線分光分析(以下、EDSともいう)により求められ
たCu15Si4の厚さは約0.1μmであった。
When the obtained negative electrode was analyzed by powder X-ray, the silicon film layer was composed of Si and Cu 15 Si 4 . As a result of SEM observation of the cross section of the negative electrode, the thickness of the silicon film layer was about 10 μm. Similarly, the thickness of Cu 15 Si 4 obtained by SEM observation of the cross section of the negative electrode and energy dispersive X-ray spectroscopy (hereinafter also referred to as EDS) using an electron beam of the SEM as an excitation source was about 0.1 μm. .

【0063】この非水電解液二次電池負極を用いてリチ
ウムイオン電池を作製し、負極の充放電容量及びサイク
ル特性を評価した。結果を表1に示す。
A lithium ion battery was prepared using the negative electrode of this non-aqueous electrolyte secondary battery, and the charge / discharge capacity and cycle characteristics of the negative electrode were evaluated. Table 1 shows the results.

【0064】実施例3 ドーパントの材料ガスとして水素で1000ppmに希
釈されたホスフィンを5cc/分の供給量で材料ガス及
び希釈ガスに同伴させたこと以外は実施例2と同様にし
て本発明の非水電解液二次電池用負極を作製した。
Example 3 The same procedure as in Example 2 was carried out except that phosphine diluted to 1000 ppm with hydrogen was added to the material gas and the diluent gas at a supply rate of 5 cc / min as the material gas for the dopant. A negative electrode for a water electrolyte secondary battery was produced.

【0065】得られた負極を粉末X線により分析したと
ころ、シリコン膜層はSiとCu15Si4からなってい
た。負極断面のSEM観察の結果、シリコン膜層の厚さ
は約10μmであった。負極断面のSEM観察ならびに
EDSにより求められたCu 15Si4の厚さは約0.1
μmであった。また、ドーパントの平均濃度は、2次イ
オン検出質量分析装置により測定した結果Siに対して
約1.0原子%であった。
The obtained negative electrode was analyzed by powder X-ray.
At this time, the silicon film layer is made of Si and Cu15SiFourConsists of
Was. As a result of SEM observation of the cross section of the negative electrode, the thickness of the silicon film layer was
Was about 10 μm. SEM observation of cross section of negative electrode and
Cu determined by EDS 15SiFourThickness is about 0.1
μm. The average concentration of the dopant is
On Si measured by on-detection mass spectrometer
It was about 1.0 atomic%.

【0066】この非水電解液二次電池負極を用いてリチ
ウムイオン電池を作製し、負極の充放電容量及びサイク
ル特性を評価した。結果を表1に示す。
A lithium ion battery was fabricated using the negative electrode of the nonaqueous electrolyte secondary battery, and the charge / discharge capacity and cycle characteristics of the negative electrode were evaluated. Table 1 shows the results.

【0067】実施例4 ドーパントの材料ガスとして水素で1000ppmに希
釈されたホスフィンを13cc/分の供給量で材料ガス
及び希釈ガスに同伴させたこと以外は実施例2と同様に
して本発明の非水電解液二次電池用負極を作製した。
Example 4 The same procedure as in Example 2 was carried out except that phosphine diluted to 1000 ppm with hydrogen was supplied as a dopant material gas at a supply rate of 13 cc / min. A negative electrode for a water electrolyte secondary battery was produced.

【0068】得られた負極を粉末X線により分析したと
ころ、シリコン膜層はSiとCu15Si4からなってい
た。負極断面のSEM観察の結果、シリコン膜層の厚さ
は約10μmであった。負極断面のSEM観察ならびに
EDSにより求められたCu 15Si4の厚さは約0.1
μmであった。また、ドーパントの平均濃度は、2次イ
オン検出質量分析装置により測定した結果Siに対して
約2.5原子%であった。
The obtained negative electrode was analyzed by powder X-ray.
At this time, the silicon film layer is made of Si and Cu15SiFourConsists of
Was. As a result of SEM observation of the cross section of the negative electrode, the thickness of the silicon film layer was
Was about 10 μm. SEM observation of cross section of negative electrode and
Cu determined by EDS 15SiFourThickness is about 0.1
μm. The average concentration of the dopant is
On Si measured by on-detection mass spectrometer
It was about 2.5 atomic%.

【0069】この非水電解液二次電池負極を用いてリチ
ウムイオン電池を作製し、負極の充放電容量及びサイク
ル特性を評価した。結果を表1に示す。
A lithium ion battery was fabricated using the negative electrode of the non-aqueous electrolyte secondary battery, and the charge / discharge capacity and cycle characteristics of the negative electrode were evaluated. Table 1 shows the results.

【0070】実施例5 処理時間を6分としたこと以外は実施例4と同様にして
本発明の非水電解液二次電池用負極を作製した。
Example 5 A negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention was produced in the same manner as in Example 4 except that the treatment time was changed to 6 minutes.

【0071】得られた負極を粉末X線により分析したと
ころ、シリコン膜層はSiとCu15Si4からなってい
た。負極断面のSEM観察の結果、シリコン膜層の厚さ
は約2μmであった。負極断面のSEM観察ならびにE
DSにより求められたCu15Si4の厚さは約0.1μ
mであった。また、ドーパントの平均濃度は、2次イオ
ン検出質量分析装置により測定した結果Siに対して約
2.5原子%であった。
When the obtained negative electrode was analyzed by powder X-ray, the silicon film layer was composed of Si and Cu 15 Si 4 . As a result of SEM observation of the cross section of the negative electrode, the thickness of the silicon film layer was about 2 μm. SEM observation of cross section of negative electrode and E
The thickness of Cu 15 Si 4 determined by DS is about 0.1 μm.
m. The average concentration of the dopant was about 2.5 atom% with respect to Si as measured by a secondary ion detection mass spectrometer.

【0072】この非水電解液二次電池負極を用いてリチ
ウムイオン電池を作製し、負極の充放電容量及びサイク
ル特性を評価した。結果を表1に示す。
A lithium ion battery was fabricated using the negative electrode of the nonaqueous electrolyte secondary battery, and the charge / discharge capacity and cycle characteristics of the negative electrode were evaluated. Table 1 shows the results.

【0073】実施例6 処理時間90分間でCVD処理すること以外は実施例4
と同様にして本発明の非水電解液二次電池用負極を作製
した。
Example 6 Example 4 except that the CVD process was performed for a processing time of 90 minutes.
In the same manner as in the above, a negative electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention was produced.

【0074】得られた負極を粉末X線により分析したと
ころ、シリコン膜層はSiとCu15Si4からなってい
た。負極断面のSEM観察の結果、シリコン膜層の厚さ
は約30μmであった。負極断面のSEM観察ならびに
EDSにより求められたCu 15Si4の厚さは約0.1
μmであった。また、ドーパントの平均濃度は、2次イ
オン検出質量分析装置により測定した結果Siに対して
約2.5原子%であった。
The obtained negative electrode was analyzed by powder X-ray.
At this time, the silicon film layer is made of Si and Cu15SiFourConsists of
Was. As a result of SEM observation of the cross section of the negative electrode, the thickness of the silicon film layer was
Was about 30 μm. SEM observation of cross section of negative electrode and
Cu determined by EDS 15SiFourThickness is about 0.1
μm. The average concentration of the dopant is
On Si measured by on-detection mass spectrometer
It was about 2.5 atomic%.

【0075】この非水電解液二次電池負極を用いてリチ
ウムイオン電池を作製し、負極の充放電容量及びサイク
ル特性を評価した。結果を表1に示す。
A lithium ion battery was fabricated using the negative electrode of the nonaqueous electrolyte secondary battery, and the charge / discharge capacity and cycle characteristics of the negative electrode were evaluated. Table 1 shows the results.

【0076】実施例7 銅箔の代わりにNi箔を用いること以外は実施例4と同
様にして本発明の非水電解液二次電池用負極を作製し
た。
Example 7 A negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention was produced in the same manner as in Example 4 except that a Ni foil was used instead of a copper foil.

【0077】得られた負極を粉末X線により分析したと
ころ、シリコン膜層はSiとNi31Si12からなってい
た。負極断面のSEM観察の結果、シリコン膜層の厚さ
は約10μmであった。負極断面のSEM観察ならびに
EDSにより求められたNi 31Si12の厚さは約0.3
μmであった。また、ドーパントの平均濃度は、2次イ
オン検出質量分析装置により測定した結果Siに対して
約2.5原子%であった。
The obtained negative electrode was analyzed by powder X-ray.
At this time, the silicon film layer is made of Si and Ni31Si12Consists of
Was. As a result of SEM observation of the cross section of the negative electrode, the thickness of the silicon film layer was
Was about 10 μm. SEM observation of cross section of negative electrode and
Ni determined by EDS 31Si12Is about 0.3
μm. The average concentration of the dopant is
On Si measured by on-detection mass spectrometer
It was about 2.5 atomic%.

【0078】この非水電解液二次電池負極を用いてリチ
ウムイオン電池を作製し、負極の充放電容量及びサイク
ル特性を評価した。結果を表1に示す。
A lithium ion battery was fabricated using the negative electrode of this non-aqueous electrolyte secondary battery, and the charge / discharge capacity and cycle characteristics of the negative electrode were evaluated. Table 1 shows the results.

【0079】実施例8 銅箔の代わりにTi箔を用いること以外は実施例4と同
様にして本発明の非水電解液二次電池用負極を作製し
た。
Example 8 A negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention was produced in the same manner as in Example 4 except that a Ti foil was used instead of a copper foil.

【0080】得られた負極を粉末X線により分析したと
ころ、シリコン膜層はSiとTi3Siからなってい
た。負極断面のSEM観察の結果、シリコン膜層の厚さ
は約10μmであった。負極断面のSEM観察ならびに
EDSにより求められたTi3Siの厚さは約0.2μ
mであった。また、ドーパントの平均濃度は、2次イオ
ン検出質量分析装置により測定した結果Siに対して約
2.5原子%であった。
When the obtained negative electrode was analyzed by powder X-ray, the silicon film layer was composed of Si and Ti 3 Si. As a result of SEM observation of the cross section of the negative electrode, the thickness of the silicon film layer was about 10 μm. The thickness of Ti 3 Si obtained by SEM observation of the cross section of the negative electrode and EDS was about 0.2 μm.
m. The average concentration of the dopant was about 2.5 atom% with respect to Si as measured by a secondary ion detection mass spectrometer.

【0081】この非水電解液二次電池負極を用いてリチ
ウムイオン電池を作製し、負極の充放電容量及びサイク
ル特性を評価した。結果を表1に示す。
A lithium ion battery was prepared using the negative electrode of the nonaqueous electrolyte secondary battery, and the charge / discharge capacity and cycle characteristics of the negative electrode were evaluated. Table 1 shows the results.

【0082】実施例9 銅箔の代わりにステンレス箔(SUS304)を用いる
こと以外は実施例4と同様にして本発明の非水電解液二
次電池用負極を作製した。
Example 9 A negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention was prepared in the same manner as in Example 4 except that a stainless steel foil (SUS304) was used instead of the copper foil.

【0083】得られた負極を粉末X線により分析したと
ころ、シリコン膜層はSiとFe−Si二元系における
α1相からなっていた。負極断面のSEM観察の結果、
シリコン膜層の厚さは約10μmであった。負極断面の
SEM観察ならびにEDSにより求められたα1相の厚
さは約0.1μmであった。また、ドーパントの平均濃
度は、2次イオン検出質量分析装置により測定した結果
Siに対して約2.5原子%であった。
When the obtained negative electrode was analyzed by powder X-ray, the silicon film layer was composed of Si and the α 1 phase in a binary system of Fe—Si. As a result of SEM observation of the cross section of the negative electrode,
The thickness of the silicon film layer was about 10 μm. The thickness of the α 1 phase determined by SEM observation of the cross section of the negative electrode and EDS was about 0.1 μm. The average concentration of the dopant was about 2.5 atom% with respect to Si as measured by a secondary ion detection mass spectrometer.

【0084】この非水電解液二次電池負極を用いてリチ
ウムイオン電池を作製し、負極の充放電容量及びサイク
ル特性を評価した。結果を表1に示す。
A lithium ion battery was fabricated using the negative electrode of the nonaqueous electrolyte secondary battery, and the charge / discharge capacity and cycle characteristics of the negative electrode were evaluated. Table 1 shows the results.

【0085】実施例10 ICP−CVD装置を用い、100mTorrに維持し
た反応チャンバーにメタンガスを2cc/分で供給し、
高周波出力600Wで360℃に1分間保持することに
より、実施例4と同様にして作製したシリコン膜層の表
面に炭素膜層を形成して本発明の非水電解液二次電池用
負極を作製した。
Example 10 Using an ICP-CVD apparatus, methane gas was supplied at 2 cc / min to a reaction chamber maintained at 100 mTorr.
By holding at 360 ° C. for 1 minute at a high frequency output of 600 W, a carbon film layer was formed on the surface of the silicon film layer produced in the same manner as in Example 4 to produce a negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention. did.

【0086】得られた負極を粉末X線により分析したと
ころ、シリコン膜層はSiとCu15Si4からなってい
た。負極断面のSEM観察の結果、シリコン膜層の厚さ
は約10μmであった。負極断面のSEM観察あるいは
EDSにより求められたCu 15Si4および炭素膜層の
厚さはともに約0.1μmであった。また、シリコン膜
層におけるドーパントの平均濃度は、2次イオン検出質
量分析装置により測定した結果Siに対して約2.5原
子%であった。
The obtained negative electrode was analyzed by powder X-ray.
At this time, the silicon film layer is made of Si and Cu15SiFourConsists of
Was. As a result of SEM observation of the cross section of the negative electrode, the thickness of the silicon film layer was
Was about 10 μm. SEM observation of the negative electrode cross section or
Cu determined by EDS 15SiFourAnd carbon film layer
Both thicknesses were about 0.1 μm. Also, silicon film
The average concentration of dopant in the layer is determined by the secondary ion detector
Approximately 2.5 sources for Si
% Of children.

【0087】この非水電解液二次電池負極を用いてリチ
ウムイオン電池を作製し、この負極の充放電容量及びサ
イクル特性を評価した。結果を表1に示す。
A lithium ion battery was fabricated using the negative electrode of the nonaqueous electrolyte secondary battery, and the charge / discharge capacity and cycle characteristics of the negative electrode were evaluated. Table 1 shows the results.

【0088】実施例11 シリコン膜層の形成に先立って、水素供給量20cc/
分、高周波出力1kWで銅箔を水素プラズマエッチング
したこと以外は、実施例4と同様にして本発明の非水電
解液二次電池用負極を作製した。
Example 11 Prior to the formation of the silicon film layer, the hydrogen supply rate was 20 cc /
A negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention was produced in the same manner as in Example 4, except that the copper foil was subjected to hydrogen plasma etching at a high-frequency output of 1 kW.

【0089】得られた負極を粉末X線により分析したと
ころ、シリコン膜層はSiとCu15Si4からなってい
た。負極断面のSEM観察の結果、シリコン膜層の厚さ
は約10μmであった。負極断面のSEM観察ならびに
EDSにより求められたCu 15Si4の厚さは約0.1
μmであった。また、ドーパントの平均濃度は、2次イ
オン検出質量分析装置により測定した結果Siに対して
約2.5原子%であった。
The obtained negative electrode was analyzed by powder X-ray.
At this time, the silicon film layer is made of Si and Cu15SiFourConsists of
Was. As a result of SEM observation of the cross section of the negative electrode, the thickness of the silicon film layer was
Was about 10 μm. SEM observation of cross section of negative electrode and
Cu determined by EDS 15SiFourThickness is about 0.1
μm. The average concentration of the dopant is
On Si measured by on-detection mass spectrometer
It was about 2.5 atomic%.

【0090】この非水電解液二次電池負極を用いてリチ
ウムイオン電池を作製し、この負極の充放電容量及びサ
イクル特性を評価した。結果を表1に示す。
A lithium ion battery was fabricated using the negative electrode of the nonaqueous electrolyte secondary battery, and the charge / discharge capacity and cycle characteristics of the negative electrode were evaluated. Table 1 shows the results.

【0091】実施例12 ホスフィンの代わりにアルシンを用いたこと以外は、実
施例4と同様にして本発明の非水電解液二次電池用負極
を作製した。
Example 12 A negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention was produced in the same manner as in Example 4 except that arsine was used instead of phosphine.

【0092】得られた負極を粉末X線により分析したと
ころ、シリコン膜層はSiとCu15Si4からなってい
た。負極断面のSEM観察の結果、シリコン膜層の厚さ
は約10μmであった。負極断面のSEM観察ならびに
EDSにより求められたCu 15Si4の厚さは約0.1
μmであった。また、ドーパントの平均濃度は、2次イ
オン検出質量分析装置により測定した結果Siに対して
約2.3原子%であった。
The obtained negative electrode was analyzed by powder X-ray.
At this time, the silicon film layer is made of Si and Cu15SiFourConsists of
Was. As a result of SEM observation of the cross section of the negative electrode, the thickness of the silicon film layer was
Was about 10 μm. SEM observation of cross section of negative electrode and
Cu determined by EDS 15SiFourThickness is about 0.1
μm. The average concentration of the dopant is
On Si measured by on-detection mass spectrometer
It was about 2.3 atomic%.

【0093】この非水電解液二次電池負極を用いてリチ
ウムイオン電池を作製し、負極の充放電容量及びサイク
ル特性を評価した。結果を表1に示す。
A lithium ion battery was prepared using the negative electrode of this non-aqueous electrolyte secondary battery, and the charge / discharge capacity and cycle characteristics of the negative electrode were evaluated. Table 1 shows the results.

【0094】実施例13 CVD処理において高周波を印可せず、銅箔の加熱温度
を450℃とし処理時間を120分とした以外は実施例
4と同様にして本発明の非水電解液二次電池用負極を作
製した。
Example 13 A non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention was prepared in the same manner as in Example 4 except that no high frequency was applied in the CVD process, the heating temperature of the copper foil was 450 ° C., and the processing time was 120 minutes. A negative electrode was prepared.

【0095】得られた負極を粉末X線により分析したと
ころ、シリコン膜層はSi、Cu15Si4およびCu3
iからなっていた。負極断面のSEM観察の結果、シリ
コン膜層の厚さは約10μmであった。負極断面のSE
M観察ならびにEDSにより求められたCu15Si4
よびCu3Siの厚さは約2μmであった。また、ドー
パントの平均濃度は、2次イオン検出質量分析装置によ
り測定した結果Siに対して約2.5原子%であった。
When the obtained negative electrode was analyzed by powder X-ray, the silicon film layer was composed of Si, Cu 15 Si 4 and Cu 3 S
It consisted of i. As a result of SEM observation of the cross section of the negative electrode, the thickness of the silicon film layer was about 10 μm. SE of negative electrode section
The thickness of Cu 15 Si 4 and Cu 3 Si determined by M observation and EDS was about 2 μm. The average concentration of the dopant was about 2.5 atomic% with respect to Si as measured by a secondary ion detection mass spectrometer.

【0096】この非水電解液二次電池負極を用いてリチ
ウムイオン電池を作製し、負極の充放電容量及びサイク
ル特性を評価した。結果を表1に示す。
A lithium ion battery was fabricated using the negative electrode of the nonaqueous electrolyte secondary battery, and the charge / discharge capacity and cycle characteristics of the negative electrode were evaluated. Table 1 shows the results.

【0097】比較例1 ドーパントを含まないSi単結晶を乳鉢で粉砕して得た
シリコン粉末に、結着剤としてポリふっ化ビニリデン
2.5重量部、導電性付与材としてアセチレンブラック
44重量部、更に溶媒としてN−メチル−2−ピロリド
ンを加え、混練してペーストを調製した。このペースト
を銅箔に300μmの厚さで均一に塗布し、真空下、1
00℃で24時間乾燥した後、圧延して負極とした。
Comparative Example 1 2.5 parts by weight of polyvinylidene fluoride as a binder, 44 parts by weight of acetylene black as a conductivity-imparting material were added to silicon powder obtained by pulverizing an Si single crystal containing no dopant in a mortar, Further, N-methyl-2-pyrrolidone was added as a solvent and kneaded to prepare a paste. This paste is uniformly applied on a copper foil to a thickness of 300 μm, and
After drying at 00 ° C. for 24 hours, it was rolled to obtain a negative electrode.

【0098】この負極の充放電試験の結果を表1に示
す。
Table 1 shows the results of the charge / discharge test of this negative electrode.

【0099】[0099]

【発明の効果】本発明の非水電解液二次電池用負極を用
いることにより、高容量でかつサイクル特性が良好な非
水電解液二次電池を製造することが可能となる。
By using the negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention, a non-aqueous electrolyte secondary battery having high capacity and good cycle characteristics can be manufactured.

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 シリコン系膜層に直接又は導伝体層を介
して集電体が接合されてなることを特徴とする非水電解
液二次電池用負極。
1. A negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery, wherein a current collector is joined to a silicon-based film layer directly or via a conductor layer.
【請求項2】 シリコン系膜の集電体が接合しているの
と反対側の面上に炭素膜が積層されていることを特徴と
する請求項1に記載の非水電解液二次電池用負極。
2. The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein a carbon film is laminated on a surface of the silicon-based film opposite to the surface to which the current collector is bonded. For negative electrode.
【請求項3】 膜状の集電体上にCVD法によりドーパ
ントを含有していてもよいシリコン系膜層を形成する工
程を含むことを特徴とする請求項1又は2に記載の非水
電解液二次電池用負極の製造方法。
3. The non-aqueous electrolysis according to claim 1, further comprising a step of forming a silicon-based film layer which may contain a dopant on the film-like current collector by a CVD method. A method for producing a negative electrode for a liquid secondary battery.
【請求項4】 誘導結合型プラズマCVD法によりドー
パントを含有していてもよいシリコン系膜層の形成を行
なう請求項3に記載の製造方法。
4. The manufacturing method according to claim 3, wherein the silicon-based film layer which may contain a dopant is formed by an inductively coupled plasma CVD method.
【請求項5】 膜状の集電体をプラズマ処理し、次いで
CVD法によりドーパントを含有していてもよいシリコ
ン系膜層の形成を行なうことを特徴とする請求項3又は
4に記載の製造方法。
5. The manufacturing method according to claim 3, wherein the film-like current collector is subjected to a plasma treatment, and then a silicon-based film layer which may contain a dopant is formed by a CVD method. Method.
【請求項6】 請求項1又は2に記載の非水電解液二次
電池用負極を有することを特徴とする非水電解液二次電
池。
6. A non-aqueous electrolyte secondary battery comprising the negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1.
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