JP2002373646A - Nonaqueous electrolyte secondary battery and manufacturing method therefor - Google Patents

Nonaqueous electrolyte secondary battery and manufacturing method therefor

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JP2002373646A
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carbon material
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electrolyte secondary
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nonaqueous electrolyte secondary battery energy density which is higher than a lithium ion battery and superior in charging and discharging cycle characteristics and safety. SOLUTION: This nonaqueous electrolyte secondary battery comprises a negative electrode containing a negative electrode active material, comprising a carbon material for storing and releasing lithium ions, metal lithium or lithium alloy precipitated on the carbon material, and a solid electrolyte interface(SEI).

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、負極活物質および
その製造方法並びにそれを用いた非水電解質二次電池と
その製造方法に関するものである。
The present invention relates to a negative electrode active material, a method for producing the same, a non-aqueous electrolyte secondary battery using the same, and a method for producing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】非水系電解質を使用した電池は3V以上
の高電圧で使用可能なため、電池の高エネルギー密度化
が図られる。その代表的な電池としてリチウム系電池が
ある。金属リチウムが一番卑な金属であり、理論容量も
3860mAh/gと高く、魅力的な負極材料である。
しかし、金属リチウムを負極とした場合、サイクルに伴
ってデンドライトの生成や微粉化の進行によって短絡が
発生しやすく、サイクル寿命が短いという欠点がある。
2. Description of the Related Art A battery using a non-aqueous electrolyte can be used at a high voltage of 3 V or more, so that the energy density of the battery can be increased. A typical example is a lithium-based battery. Metal lithium is the most basic metal and has a high theoretical capacity of 3860 mAh / g, making it an attractive negative electrode material.
However, when metallic lithium is used as the negative electrode, short-circuiting is likely to occur due to the generation of dendrites and the progress of pulverization with the cycle, and the cycle life is short.

【0003】その後、高分子固体電解質を使用すること
によって、リチウム電池の安全性が改善されたが、高分
子固体電解質の室温での電導度は小さく、そのため高分
子固体電解質を用いたリチウム電池は60℃以上の高温
しか使用できない。また、充放電クーロン効率が悪いた
め、リザーブとしてリチウムの充填量を正極容量の2〜
3倍多く使用しなければならない。
[0003] Thereafter, the use of a solid polymer electrolyte improved the safety of lithium batteries, but the conductivity of the solid polymer electrolyte at room temperature was low. Only high temperatures of 60 ° C. or higher can be used. In addition, since the charge / discharge coulomb efficiency is poor, the amount of lithium charged as a reserve is 2 to the positive electrode capacity.
Three times more must be used.

【0004】一方、金属リチウムの代わりに、リチウム
イオンを吸蔵および放出可能な炭素材料を使用したリチ
ウムイオン電池が実用化されている。代表的な炭素材料
としては黒鉛があり、LiCまで満充電させたときの
理論容量は372mAh/gである。理論容量は金属リ
チウムより遥かに劣るが、サイクル寿命および安全性が
大幅に向上された。
On the other hand, lithium ion batteries using a carbon material capable of occluding and releasing lithium ions instead of metallic lithium have been put to practical use. Graphite is a typical carbon material, and its theoretical capacity when fully charged to LiC 6 is 372 mAh / g. Although the theoretical capacity is much lower than that of lithium metal, the cycle life and safety are greatly improved.

【0005】また、従来の非水電解質二次電池の電解質
塩はLiPFを使用している。初期充電過程で、炭素
材料の表面にLiFを含有する緻密な固体電解質界面
(SEI、Solid Electrolyte Int
erface、以下「SEI」と略す)層が形成される
ため、不動態膜の成長が押さえられ、サイクル寿命が向
上された。金属リチウムを負極とした場合にも同様なL
iFを含有するSEI層が形成される。
The electrolyte salt of a conventional non-aqueous electrolyte secondary battery uses LiPF 6 . During the initial charging process, a dense solid electrolyte interface containing LiF (SEI, Solid Electrolyte Int) is formed on the surface of the carbon material.
(hereinafter, abbreviated as “SEI”) layer, the growth of the passivation film was suppressed, and the cycle life was improved. The same applies to the case where metallic lithium is used as the negative electrode.
An SEI layer containing iF is formed.

【0006】しかし、負極に金属リチウムを使用した非
水電解質二次電池において、負極容量の100%の充放
電、すなわち完全充放電を繰り返して、放電時にすべて
のリチウムを溶出させると、充電するたびに新たなSE
Iが形成されて、負極表面上にSEIがどんどん堆積
し、その結果、SEI層が厚くなり、このSEI層中を
リチウムイオンが通りにくくなり、充放電効率が低下し
た。逆に、負極を完全放電しなければ、SEI層は初期
充電時にのみ形成され、その後は新たなSEI層は形成
されないために、SEI層は保護膜として働き、金属リ
チウム負極の充放電効率は向上する。
However, in a non-aqueous electrolyte secondary battery using metallic lithium for the negative electrode, charge / discharge of 100% of the negative electrode capacity, that is, complete charge / discharge, is repeated, and all the lithium is eluted at the time of discharge. New SE
I was formed, and SEI was continuously deposited on the surface of the negative electrode. As a result, the SEI layer became thicker, and it became difficult for lithium ions to pass through the SEI layer, thereby lowering the charge / discharge efficiency. Conversely, if the negative electrode is not completely discharged, the SEI layer is formed only at the time of initial charge and no new SEI layer is formed thereafter, so that the SEI layer functions as a protective film, and the charge / discharge efficiency of the lithium metal negative electrode is improved. I do.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】従来のリチウムイオン
電池では炭素材料を負極に用いているため、更なる高エ
ネルギー密度化を図ることは難しい。一方、金属リチウ
ムを負極に用いた非水電解質二次電池では、利用率、サ
イクル寿命および安全面の課題がある。
In the conventional lithium ion battery, since a carbon material is used for the negative electrode, it is difficult to further increase the energy density. On the other hand, nonaqueous electrolyte secondary batteries using metallic lithium for the negative electrode have problems in terms of utilization, cycle life, and safety.

【0008】本発明は、このような課題を解決するため
になされたもので、その目的は、リチウムイオン電池よ
りもエネルギー密度が高く、充放電サイクル特性に優
れ、しかも安全性に優れた非水電解質二次電池を提供す
ることにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a non-aqueous battery having a higher energy density than lithium ion batteries, excellent charge / discharge cycle characteristics, and excellent safety. An object of the present invention is to provide an electrolyte secondary battery.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、非水
電解質二次電池において、リチウムイオンを吸蔵および
放出する炭素材料と、炭素材料上に析出した金属リチウ
ムもしくはリチウム合金と、固体電解質界面(SEI)
とを備えて構成された負極活物質を含む負極を備えたこ
とを特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a non-aqueous electrolyte secondary battery, comprising: a carbon material for absorbing and releasing lithium ions; metallic lithium or a lithium alloy deposited on the carbon material; Interface (SEI)
And a negative electrode including a negative electrode active material configured to include:

【0010】ここでSEI(Solid Electr
olyte Interphase)とは、非水電解質
中で金属リチウムや炭素材料の初期充電をおこなった場
合、電解質中の溶媒が還元されて、金属リチウムや炭素
材料の表面に形成されるパシベーション膜をさす(例え
ば、芳尾真幸、小沢昭弥編集、「リチウムイオン二次電
池−材料と応用」、日刊工業新聞社(1996))。そ
して、金属リチウムや炭素材料の表面に形成されたSE
Iが、リチウムイオン伝導性の保護膜として働き、その
後の金属リチウムや炭素材料と溶媒との反応が抑制され
るものである。
Here, SEI (Solid Electr)
“Olyte Interphase” refers to a passivation film formed on the surface of lithium metal or carbon material when the initial charge of lithium metal or carbon material is performed in a non-aqueous electrolyte by reducing the solvent in the electrolyte. Edited by Masayuki Yoshio and Akiya Ozawa, "Lithium ion secondary batteries-materials and applications," Nikkan Kogyo Shimbun (1996). Then, the SE formed on the surface of metallic lithium or carbon material
I functions as a lithium ion conductive protective film, and the subsequent reaction between the metallic lithium or carbon material and the solvent is suppressed.

【0011】また、SEIについては、「炭素負極表面
に生成する被膜は不可逆容量の原因となる反面、充放電
の可逆性に対して重要な役割を果たす。すなわち、安定
な被膜が形成されることにより炭素表面が不活性化さ
れ、電解液の分解が抑制されてリチウムの挿入が可能と
なると考えられている。このような表面被膜はリチウム
イオン伝導性を示すが、電子伝導性は示さず、SEI
(Solid Electrolyte Interph
ase)と呼ばれている。黒鉛負極上に形成される表面
被膜の慨念図を図3・6・9に示す。炭素負極表面は電
解液などとの反応生成物である酸化物やリチウム塩など
で覆われている。良好なSEIが形成されると、2回目
の充放電以降のクーロン効率はほぼ100%となる。ま
た、図3・6・10に示すように、溶媒和したリチウム
が層間に吸蔵され、それが還元分解を受けて層間に残っ
た分解生成物がSEIとしての機能をもつという溶媒共
挿入モデルも提案されている。このモデルでは被膜は炭
素内面に形成される。」との解説もある(「電池便覧、
第3版」、P261〜262、丸善(2001年2
月))。
Regarding SEI, "The film formed on the surface of the carbon negative electrode causes irreversible capacity, but plays an important role in the reversibility of charge and discharge. That is, a stable film is formed. Is believed to deactivate the carbon surface, suppress the decomposition of the electrolyte, and allow insertion of lithium.Such a surface coating exhibits lithium ion conductivity, but does not exhibit electron conductivity, SEI
(Solid Electrolyte Interph
ase). Schematic illustrations of the surface coating formed on the graphite negative electrode are shown in FIGS. The surface of the carbon negative electrode is covered with an oxide or a lithium salt that is a reaction product with an electrolytic solution or the like. When a good SEI is formed, the Coulomb efficiency after the second charge / discharge becomes almost 100%. Further, as shown in FIGS. 3, 6, and 10, a solvent co-insertion model in which solvated lithium is occluded between layers and undergoes reductive decomposition to cause decomposition products remaining between layers to function as SEI. Proposed. In this model, the coating is formed on the inner carbon surface. ("Battery handbook,
3rd edition ", P261-262, Maruzen (2001, 2
Month)).

【0012】請求項1の発明によれば、従来のリチウム
イオン挿入した炭素材料より、可逆容量が大きく、放電
容量の大きい、高エネルギー密度の非水電解質二次電池
を得ることができる。また、本発明の負極活物質は、金
属リチウム負極と比べて、デンドライトが生成し難いた
め、充放電のクーロン効率が100%に近い非水電解質
二次電池を得ることができる。
According to the first aspect of the present invention, a non-aqueous electrolyte secondary battery having a large reversible capacity, a large discharge capacity, and a high energy density can be obtained as compared with a conventional lithium ion-inserted carbon material. In addition, since the negative electrode active material of the present invention hardly generates dendrites as compared with a metal lithium negative electrode, a nonaqueous electrolyte secondary battery having a charge and discharge Coulomb efficiency close to 100% can be obtained.

【0013】SEI層は、炭素材料の充電過程で有機電
解液と作用して生成させるか、同様な組成のものを被覆
することによって得られる。SEI層は有機物と無機塩
の混合物からなる。例えば、電解液にLiPF/エチ
レンカーボネート(EC)+ジエチルカーボネート(D
EC)系を使用した場合には、LiF、LiCO
(CHOCOLi)、CHCHOCOLi
などが生成される。電気化学的に炭素材料の表面にSE
I層を形成させるためには、炭素材料へリチウムイオン
が挿入する電位まで還元電流を流せばよい。言い換えれ
ば、リチウムを電析させる前に、炭素材料を従来のリチ
ウムイオン電池と同様にして、少なくとも一回充放電さ
せばよい。
[0013] The SEI layer is obtained by acting on the organic electrolyte during the charging process of the carbon material, or by coating with a similar composition. The SEI layer is composed of a mixture of an organic substance and an inorganic salt. For example, LiPF 6 / ethylene carbonate (EC) + diethyl carbonate (D
EC) system, LiF, Li 2 CO 3 ,
(CH 2 OCO 2 Li) 2 , CH 3 CH 2 OCO 2 Li
Is generated. SE on the surface of carbon material electrochemically
In order to form the I layer, a reduction current may be applied to a potential at which lithium ions are inserted into the carbon material. In other words, before depositing lithium, the carbon material may be charged and discharged at least once in the same manner as in a conventional lithium ion battery.

【0014】炭素系活物質を満充電した後に、このLI
C(Lithium Intercalation Co
mpounds)状態の炭素活物質の表面に、金属リチ
ウムを析出させた複合負極活物質とすればよい。
After the carbon-based active material is fully charged, the LI
C (Lithium Intercalation Co
A composite negative electrode active material in which metallic lithium is deposited on the surface of a carbon active material in a mounds state may be used.

【0015】リチウムの電析過程はリチウムイオンの拡
散が律速なため、デンドライトが生成しやすい。SEI
層が形成された炭素材料の表面で、リチウムイオンの脱
溶媒和またはSEI層中のリチウムイオンと交換反応を
経て、リチウムの炭素層間への挿入や金属リチウムの析
出反応が起こるため、見かけ上のリチウム析出反応速度
が押さえられるため、比較的に均一な金属リチウムが析
出する。
In the process of depositing lithium, the diffusion of lithium ions is rate-determining, so that dendrites are easily generated. SEI
On the surface of the carbon material on which the layer is formed, lithium ions are desolvated or exchanged with lithium ions in the SEI layer, and insertion of lithium into the carbon layer and deposition reaction of metallic lithium occur. Since the lithium deposition reaction rate is suppressed, relatively uniform metallic lithium is deposited.

【0016】なお、得られた負極活物質としては、
(1)炭素材料の上に金属リチウムもしくはリチウム合
金層が電析し、その上にSEI層を備えた構造、(2)
炭素材料の上に、金属リチウムもしくはリチウム合金
と、SEIとを含む混合層を備えた構造、(3)炭素材
料の上に、金属リチウムもしくはリチウム合金と、SE
Iとを含む混合層を備え、その上に金属リチウムもしく
はリチウム合金層を備えた構造でもよい。
The obtained negative electrode active material includes:
(1) a structure in which a metal lithium or lithium alloy layer is deposited on a carbon material and an SEI layer is provided thereon, (2)
A structure including a mixed layer containing metallic lithium or a lithium alloy and SEI on a carbon material; (3) metallic lithium or a lithium alloy and SE on a carbon material;
A structure in which a mixed layer containing I and a metal lithium or lithium alloy layer is provided thereon may be used.

【0017】請求項2の発明は、請求項1記載の非水電
解質二次電池において、金属リチウムもしくはリチウム
合金と、SEIとを備えて構成された負極活物質の表面
に、高分子電解質層を備えたことを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, in the non-aqueous electrolyte secondary battery according to the first aspect, a polymer electrolyte layer is provided on a surface of a negative electrode active material comprising lithium metal or a lithium alloy and SEI. It is characterized by having.

【0018】請求項2の発明によれば、充放電に伴うリ
チウムの微粉化を押さえ、リチウム微粉による内部短絡
を避けることができるため、充放電サイクル寿命が長
く、しかも安全性に優れた非水電解質二次電池を得るこ
とができる。
According to the second aspect of the present invention, since the fine pulverization of lithium due to charge / discharge can be suppressed and an internal short circuit caused by lithium fine powder can be avoided, the non-aqueous liquid having a long charge / discharge cycle life and excellent safety can be obtained. An electrolyte secondary battery can be obtained.

【0019】高分子電解質としては固体型(全固体電池
用)とゲル型を含める。本発明の実施例はゲル電解質の
ベースポリマーは、ポリフッ化ビニリデン−ヘキサフル
オロプロピレン(PVdF−HFP)共重合体を使用し
ているが、その他の単独あるいは混合系や、架橋したも
のや共重合体や誘導体の高分子を用いてもよい。例え
ば、ポリエチレンオキシド(PEO)、ポリプロピレン
オキシド(PPO)、ポリアクリロニトリル(PA
N)、ポリメチルメタアクリレート(PMMA)、ポリ
塩化ビニル(PVC)、ポリフッ化ビニリデン(PVd
F)、ポリメチルアクリレート、ポリイソプレンなどが
ある。請求項3の発明は、請求項1または2記載の非水
電解質二次電池において、リチウム合金が、リチウムと
アルカリ金属またはアルカリ土類金属との合金であるこ
とを特徴とする。
The polymer electrolyte includes a solid type (for all solid state batteries) and a gel type. In the embodiment of the present invention, the base polymer of the gel electrolyte uses a polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene (PVdF-HFP) copolymer, but other single or mixed system, cross-linked polymer or copolymer Or a derivative polymer may be used. For example, polyethylene oxide (PEO), polypropylene oxide (PPO), polyacrylonitrile (PA
N), polymethyl methacrylate (PMMA), polyvinyl chloride (PVC), polyvinylidene fluoride (PVd
F), polymethyl acrylate, polyisoprene, and the like. According to a third aspect of the present invention, in the nonaqueous electrolyte secondary battery according to the first or second aspect, the lithium alloy is an alloy of lithium and an alkali metal or an alkaline earth metal.

【0020】請求項3の発明によれば、得られたリチウ
ム合金の電位が炭素材料中へのリチウムイオン挿入電位
より卑であり、また、リチウムの活性が押さえられ、非
水電解質二次電池における充放電効率が向上する。例え
ば、微量なアルカリまたはアルカリ土類金属源として
は、予め電解液中に存在するそれらのイオンから得るの
が良い。
According to the third aspect of the present invention, the potential of the obtained lithium alloy is lower than the potential for inserting lithium ions into the carbon material, the activity of lithium is suppressed, and the potential of the nonaqueous electrolyte secondary battery is reduced. The charge and discharge efficiency is improved. For example, a trace amount of an alkali or alkaline earth metal source is preferably obtained from those ions which are present in the electrolytic solution in advance.

【0021】請求項4の発明は、請求項1から3までの
いずれかに記載の非水電解質二次電池において、負極活
物質が設けられていない集電体表面が絶縁性であること
を特徴とする、請求項4の発明によれば、負極のエッジ
部の電流集中および集電体の影響によるリチウムデンド
ライトの生成を避けることができ、充放電サイクル寿命
が長く、しかも安全性に優れた非水電解質二次電池を得
ることができる。
According to a fourth aspect of the present invention, in the nonaqueous electrolyte secondary battery according to any one of the first to third aspects, the surface of the current collector on which the negative electrode active material is not provided is insulative. According to the invention of claim 4, it is possible to avoid the generation of lithium dendrite due to the current concentration at the edge of the negative electrode and the influence of the current collector, and to provide a long charge-discharge cycle life and excellent safety. A water electrolyte secondary battery can be obtained.

【0022】請求項5の発明は、請求項1から4までの
いずれかに記載の非水電解質二次電池において、非水電
解質の電解質塩として、負極表面上にLiFを生成しな
い無機塩を用いることを特徴とする。
According to a fifth aspect of the present invention, in the non-aqueous electrolyte secondary battery according to any one of the first to fourth aspects, an inorganic salt which does not generate LiF on the surface of the negative electrode is used as an electrolyte salt of the non-aqueous electrolyte. It is characterized by the following.

【0023】請求項5の発明によれば、炭素材料の表面
への過剰なLiFの堆積を防止し、負極のクーロン効率
を向上させることができる。
According to the fifth aspect of the invention, it is possible to prevent excessive deposition of LiF on the surface of the carbon material, and to improve the Coulomb efficiency of the negative electrode.

【0024】従来の金属リチウム負極を用いた電池で
は、金属リチウム負極はその容量の100%まで放電し
ない、すなわち完全放電しないため、LiF層がバルク
リチウムを保護する効果があるが、本発明においては、
リチウムを100%放電させるため、毎回の充電過程で
新たなLiFが生成し、そのため充放電のクーロン効率
が低くなる。また、過剰なLiFが炭素材料の表面に堆
積してしまうと、リチウムイオンの炭素材料への挿入お
よび放出を妨害する。さらに、金属リチウム層の膜性に
も影響する。
In a conventional battery using a metal lithium anode, the metal lithium anode does not discharge to 100% of its capacity, that is, does not completely discharge. Therefore, the LiF layer has an effect of protecting bulk lithium. ,
In order to discharge 100% of lithium, new LiF is generated in each charging process, so that the Coulomb efficiency of charging and discharging is reduced. In addition, if excessive LiF is deposited on the surface of the carbon material, it prevents insertion and release of lithium ions into and from the carbon material. Further, it also affects the film properties of the metal lithium layer.

【0025】本発明においては、LiFを生成しない電
解質塩としては、例えばLiClO などのフッ素元素
含有しない電解質塩を使用する。
In the present invention, an electrode which does not produce LiF
As the decomposing salt, for example, LiClO 4Elemental fluorine such as
Use electrolyte salt that does not contain.

【0026】請求項6の発明は、請求項1から5までの
いずれかに記載の非水電解質二次電池の製造方法に関す
るもので、リチウムイオンを吸蔵および放出する炭素材
料上にSEIを設け、炭素材料が充電状態にある状態
で、前記炭素材料上に金属リチウムまたはリチウム合金
を電気的に析出させて負極活物質を得ることを特徴とす
る。
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a non-aqueous electrolyte secondary battery according to any one of the first to fifth aspects, wherein SEI is provided on a carbon material that absorbs and releases lithium ions, In the state where the carbon material is in a charged state, lithium metal or a lithium alloy is electrically deposited on the carbon material to obtain a negative electrode active material.

【0027】請求項6の発明によれば、炭素材料が満充
電された後、均一な金属リチウムまたはリチウム合金層
が生成され、得られた負極活物質の可逆容量は従来の炭
素材料よりも大きくなる。また、簡単な方法で本発明の
負極活物質を製造することができ、さらに、従来のリチ
ウムイオン電池作製設備および工程を利用することがで
きる。
According to the invention of claim 6, after the carbon material is fully charged, a uniform lithium metal or lithium alloy layer is generated, and the reversible capacity of the obtained negative electrode active material is larger than that of the conventional carbon material. Become. In addition, the negative electrode active material of the present invention can be manufactured by a simple method, and further, conventional lithium ion battery manufacturing equipment and steps can be used.

【0028】請求項7の発明は、請求項1から5までの
いずれかに記載の非水電解質二次電池の製造方法に関す
るもので、リチウムイオンを吸蔵および放出する炭素材
料を含む負極と、リチウムを含有した正極活物質を備え
た正極とを備え、負極を過充電状態とすることを特徴と
する。
[0028] The invention of claim 7 relates to a method of manufacturing a non-aqueous electrolyte secondary battery according to any one of claims 1 to 5, wherein a negative electrode containing a carbon material that occludes and releases lithium ions, And a positive electrode provided with a positive electrode active material containing the compound, wherein the negative electrode is in an overcharged state.

【0029】請求項7の発明によれば、簡単な方法で、
負極活物質上に金属リチウムとSEIまたはリチウム合
金とSEIを含む層を備えることができる。
According to the seventh aspect of the present invention, in a simple method,
A layer containing lithium metal and SEI or a lithium alloy and SEI may be provided on the negative electrode active material.

【0030】負極を過充電状態とする場合、負極にリチ
ウムを析出させない予備充放電を少なくとも1回行い、
この後、負極を過充電状態とすることが好ましい。
When the negative electrode is in an overcharged state, preliminary charge and discharge without depositing lithium on the negative electrode are performed at least once,
Thereafter, the negative electrode is preferably set in an overcharged state.

【0031】この場合、炭素材料の表面に高分子電解質
を備えた負極を使用してもよい。この高分子電解質層
は、直接炭素基材材料表面に被覆することが望ましい
が、場合によっては、形成された金属リチウムとSEI
またはリチウム合金とSEIを含む層の表面に被覆して
もよい。
In this case, a negative electrode provided with a polymer electrolyte on the surface of a carbon material may be used. This polymer electrolyte layer is desirably coated directly on the surface of the carbon base material, but in some cases, the formed metallic lithium and SEI
Alternatively, the surface of a layer containing a lithium alloy and SEI may be coated.

【0032】なお、上記非水電解質二次電池において
は、高分子電解質層は、負極活物質の表面や電極の表面
に備えてもよいし、セパレータの負極と接する面にコー
ティングしてもよい。負極活物質の表面や電極の表面へ
高分子電解質層を備えることにより、リチウムデンドラ
イトの成長や微粉化したリチウムの拡散を防ぐことがで
きる。
In the non-aqueous electrolyte secondary battery, the polymer electrolyte layer may be provided on the surface of the negative electrode active material or the surface of the electrode, or may be coated on the surface of the separator in contact with the negative electrode. By providing a polymer electrolyte layer on the surface of the negative electrode active material or the surface of the electrode, growth of lithium dendrite and diffusion of finely divided lithium can be prevented.

【0033】また、リチウム合金としては、リチウムと
アルカリ金属またはアルカリ土類金属との合金を使用し
てもよい。この場合、アルカリ金属またはアルカリ土類
金属源を予め電解質中に含有させておくことが好まし
い。
As the lithium alloy, an alloy of lithium and an alkali metal or an alkaline earth metal may be used. In this case, it is preferable that an alkali metal or alkaline earth metal source is previously contained in the electrolyte.

【0034】なお、本発明の非水電解質二次電池の負極
の製造方法としては、予備充放電した炭素材料の表面に
高分子電解質を被覆してもよい。充電初期に発生したガ
スを除去した後、炭素材料表面に高分子電解質を被覆す
ることになり、その後リチウムは均一に析出するように
なる。なお、この時には、フッ素を含む支持塩を使用し
てもよい。この方法によれば、均一なSEI層が形成さ
れる。
In the method for producing the negative electrode of the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention, the surface of the precharged and discharged carbon material may be coated with a polymer electrolyte. After removing the gas generated in the initial stage of charging, the surface of the carbon material is coated with the polymer electrolyte, and then lithium is uniformly deposited. At this time, a supporting salt containing fluorine may be used. According to this method, a uniform SEI layer is formed.

【0035】[0035]

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を、図面を参
照して詳細に説明する。
Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

【0036】図1は、本発明になる負極の断面構造を示
す模式図であり、図1において、1は銅製集電体、2は
炭素材料、3は金属リチウムとSEIとを含む層(以
下、Li/SEI層と略す)である。なお、Li/SE
I層において、リチウム(Li)の代わりにリチウム合
金を使用した場合も同様の構造となる。図1aは集電体
1に炭素材料2をとりつけた状態、図1bは炭素材料2
の上に、金属リチウムとSEIまたはリチウム合金とS
EIを含む層を備えた状態を示す。
FIG. 1 is a schematic view showing a sectional structure of a negative electrode according to the present invention. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a copper current collector, 2 denotes a carbon material, 3 denotes a layer containing metallic lithium and SEI (hereinafter referred to as a layer) , Li / SEI layer). In addition, Li / SE
A similar structure is obtained when a lithium alloy is used in place of lithium (Li) in the I layer. 1A shows a state in which a carbon material 2 is attached to a current collector 1, and FIG.
On metal lithium and SEI or lithium alloy and S
The state provided with the layer containing EI is shown.

【0037】本発明において、炭素材料としては、黒鉛
を含め、ソフトカーボン、ハードカーボンなど、全ての
リチウムイオン吸蔵および放出できる単一な炭素材料お
よびそれらの複合材料を用いることができる。炭素材料
の物理形態は、粉末状、繊維状および不織布などの、あ
らゆる形状のものを用いることができる。
In the present invention, as the carbon material, a single carbon material capable of occluding and releasing lithium ions, such as soft carbon and hard carbon, including graphite, and a composite material thereof can be used. As the physical form of the carbon material, any form such as a powder form, a fibrous form, and a non-woven fabric can be used.

【0038】図2は、炭素材料上へのLi/SEI層を
備えるプロセスの一例を示したもので、図2における記
号2および3は、図1と同じものを示し、4は電解質中
のリチウムイオン、5はSEI層、6はSEI層中のリ
チウム、7は炭素材料中のリチウム、8はリチウム層、
9は高分子電解質層である。
FIG. 2 shows an example of a process for providing a Li / SEI layer on a carbon material. In FIG. 2, symbols 2 and 3 indicate the same as in FIG. 1, and 4 indicates lithium in the electrolyte. Ion, 5 is the SEI layer, 6 is lithium in the SEI layer, 7 is lithium in the carbon material, 8 is the lithium layer,
9 is a polymer electrolyte layer.

【0039】図2aは新しい炭素材料2が電解液と接触
した状態を示している。つぎに、炭素材料2が充電され
る方向に通電すると、図2bに示したように、炭素材料
2の上にSEI層5が形成され、SEI層5の中にはリ
チウム6が存在する。さらに充電を続けると、図2cに
示したように、炭素材料2の中にもリチウム7が吸蔵さ
れる。さらに充電を続けると、図2dに示したように、
炭素材料2の上にLi/SEI層3が形成される。な
お、Li/SEI層は、図2eに示したように、炭素材
料2に接してリチウム層8が形成され、さらにその上に
SEI層5が形成された構造となる場合もある。図2f
は、図2dに示したLi/SEI層3の表面に高分子電
解質層を備えた状態を示す。
FIG. 2A shows a state in which the new carbon material 2 is in contact with the electrolyte. Next, when electricity is supplied in the direction in which the carbon material 2 is charged, as shown in FIG. 2B, an SEI layer 5 is formed on the carbon material 2 and lithium 6 exists in the SEI layer 5. When charging is further continued, lithium 7 is occluded in the carbon material 2 as shown in FIG. 2c. When charging is further continued, as shown in FIG.
Li / SEI layer 3 is formed on carbon material 2. As shown in FIG. 2E, the Li / SEI layer may have a structure in which the lithium layer 8 is formed in contact with the carbon material 2 and the SEI layer 5 is further formed thereon. FIG. 2f
Shows a state in which a polymer electrolyte layer is provided on the surface of the Li / SEI layer 3 shown in FIG. 2D.

【0040】図2に示したプロセスにおいては、リチウ
ム層を予め電気的に生成させるか、または、同等な電気
量(可逆充放電可能な電気量)を有する従来の正極活物
質(LiCoO、LiNiO、LiMnおよ
びそれらの遷移金属置換物)を多く充填し、金属リチウ
ム析出しない浅い深度で少なくても1回予備充放電によ
って、炭素表面にSEI層を形成させればよい。
In the process shown in FIG. 2, a lithium layer is electrically generated in advance, or a conventional positive electrode active material (LiCoO 2 , LiNiO 2 ) having an equivalent amount of electricity (reversible chargeable / dischargeable amount of electricity). 2 , LiMn 2 O 4 and their transition metal substitutes), and the SEI layer may be formed on the carbon surface by at least one precharge / discharge at a shallow depth where metal lithium is not deposited.

【0041】図3は、炭素材料上にまず高分子電解質層
を形成し、その後、炭素材料の過充電過程でLi/SE
I層を形成するプロセスの一例を示したもので、図3に
おける記号2〜9は図2と同じものを示し、10は高分
子電解質層中のリチウムである。まず、図3aに示した
ような炭素材料2の表面に、図3bにし示したように、
高分子電解質層9を形成し、つぎに、この高分子電解質
層9を備えた炭素材料2と電解質とを接触させる。つぎ
に、炭素材料2が充電される方向に通電すると、図3c
に示したように、炭素材料2と高分子電解質層9との間
にSEI層5が形成され、SEI層5の中にはリチウム
6が存在し、高分子電解質層9の中にもリチウム10が
存在する。さらに充電を続けると、図3dに示したよう
に、炭素材料2の中にもリチウム7が吸蔵される。さら
に充電を続けると、図3eに示したように、炭素材料2
と高分子電解質層9との間にLi/SEI層3が形成さ
れる。なお、Li/SEI層は、図3fに示したよう
に、炭素材料2に接してリチウム層8が形成され、さら
にその上にSEI層5が形成された構造となる場合もあ
る。
FIG. 3 shows that a polymer electrolyte layer is first formed on a carbon material, and then Li / SE is formed during overcharging of the carbon material.
FIG. 3 shows an example of a process for forming the I layer. Symbols 2 to 9 in FIG. 3 indicate the same as those in FIG. 2, and 10 is lithium in the polymer electrolyte layer. First, as shown in FIG. 3B, on the surface of the carbon material 2 as shown in FIG.
The polymer electrolyte layer 9 is formed, and then the carbon material 2 provided with the polymer electrolyte layer 9 is brought into contact with the electrolyte. Next, when electricity is supplied in the direction in which the carbon material 2 is charged, FIG.
As shown in FIG. 3, an SEI layer 5 is formed between the carbon material 2 and the polymer electrolyte layer 9, lithium 6 exists in the SEI layer 5, and lithium 10 also exists in the polymer electrolyte layer 9. Exists. When charging is further continued, lithium 7 is occluded in the carbon material 2 as shown in FIG. 3d. When charging is further continued, as shown in FIG.
Li / SEI layer 3 is formed between and Li / SEI layer 9. As shown in FIG. 3F, the Li / SEI layer may have a structure in which the lithium layer 8 is formed in contact with the carbon material 2 and the SEI layer 5 is further formed thereon.

【0042】本発明は、負極制限の非水電解質二次電池
に適用することができる。負極制限の電池とは、正極活
物質の可逆容量(mAh)が、炭素材料の可逆容量(m
Ah)と炭素材料の不可逆容量(mAh)とリチウム析
出用電気量(mAh)との合計よりも大きい電池のこと
を意味する。ここで、炭素材料の可逆容量はリチウムイ
オン吸蔵放出容量を指す。例えば、黒鉛の場合372m
Ah/gとなる。このように、負極制限となる電池を作
製し、充電過程で炭素材料を満充電させ、その上金属リ
チウム層を析出させる。その後、正極と負極の容量がバ
ランスした非水電解質二次電池が得られる。
The present invention can be applied to a non-aqueous electrolyte secondary battery with a limited negative electrode. A negative electrode-limited battery means that the reversible capacity (mAh) of the positive electrode active material is equal to the reversible capacity (m
Ah), a battery larger than the sum of the irreversible capacity (mAh) of the carbon material and the amount of electricity for lithium deposition (mAh). Here, the reversible capacity of the carbon material indicates the lithium ion storage / release capacity. For example, in the case of graphite, 372 m
Ah / g. In this way, a battery that limits the negative electrode is manufactured, the carbon material is fully charged in the charging process, and a metal lithium layer is deposited thereon. Thereafter, a non-aqueous electrolyte secondary battery in which the capacities of the positive electrode and the negative electrode are balanced is obtained.

【0043】[0043]

【実施例】以下に、本発明の好適な実施例を説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described below.

【0044】[実施例1]つぎの手順にしたがって実施
例1の非水電解質二次電池を製作した。図4は、作製し
た非水電解質二次電池の電極部分の断面を示す図であ
り、図4において、記号1、2および3は図1と同じも
のを示し、11は正極集電体、12は正極活物質を含む
正極合剤層、13はセパレータ、14は高分子電解質層
である。正極集電体11はアルミニウム箔製、正極活物
質としてはLi0.5CoOを使用し、高分子電解質
層14としては、固体型またはゲル型のいずれも使用で
きる。
Example 1 A non-aqueous electrolyte secondary battery of Example 1 was manufactured according to the following procedure. FIG. 4 is a diagram showing a cross section of an electrode portion of the produced nonaqueous electrolyte secondary battery. In FIG. 4, symbols 1, 2 and 3 indicate the same as those in FIG. Denotes a positive electrode mixture layer containing a positive electrode active material, 13 denotes a separator, and 14 denotes a polymer electrolyte layer. The positive electrode current collector 11 is made of aluminum foil, Li 0.5 CoO 2 is used as the positive electrode active material, and the solid or gel type can be used as the polymer electrolyte layer 14.

【0045】まず、負極は、炭素材料としてのグラファ
イト90wt%とPVdF10wt%を混合し、NMP
を加えてペースト状とし、このペーストを集電体として
の銅箔の両面に塗布し、乾燥し、さらにホットプレスロ
ーラを通し、さらに150℃で真空乾燥してNMPを蒸
発させることによって作製した。これを負極Aとした。
得られた負極の厚みは162μm、空孔度は30%であ
った。
First, a negative electrode was prepared by mixing 90 wt% of graphite as a carbon material and 10 wt% of PVdF,
Was added to form a paste. The paste was applied to both surfaces of a copper foil as a current collector, dried, passed through a hot press roller, further dried at 150 ° C. under vacuum, and NMP was evaporated. This was designated as negative electrode A.
The thickness of the obtained negative electrode was 162 μm, and the porosity was 30%.

【0046】つぎに、負極表面を高分子で被覆した。P
VdF−HFP共重合体をテトラヒドロフラン(TH
F)に溶かし(1gPVdF−HFP/30mlTH
F)、PVdF−HFP1gに対し、可塑剤としてのエ
チレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート
(DEC)の混合溶媒を1.5mlの割合で添加した溶
液を作製した。つぎに、この溶液をDPA法で上記負極
Aの表面にコーティングし、自然成膜してから、100
℃で真空乾燥することにより、負極Aの表面にPVdF
−HFP共重合体を備えた負極を得た。これを負極Bと
した。
Next, the surface of the negative electrode was coated with a polymer. P
VdF-HFP copolymer was converted to tetrahydrofuran (TH
F) (1 g PVdF-HFP / 30 ml TH)
F), a solution was prepared by adding a mixed solvent of ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) as plasticizers in a ratio of 1.5 ml to 1 g of PVdF-HFP. Next, this solution was coated on the surface of the above-mentioned negative electrode A by the DPA method, and a spontaneous film was formed.
By drying in vacuum at a temperature of 500 ° C., PVdF
A negative electrode including the -HFP copolymer was obtained. This was designated as negative electrode B.

【0047】続いて、負極Aの上に、SEI層および金
属リチウム層の形成を行った。リチウムは対極から補充
する。対極としては、実電池用の遷移金属酸化物(例え
ばLiCoO)を用いても良いが、ここでは、金属リ
チウムを使用した。そこで、負極A、2つの金属リチウ
ム電極および参照電極からなる4極セルを組み、電解液
としては1mol/lLiPF/EC+DEC(1:
1)を使用し、予備充放電および充放電サイクル試験を
行った。
Subsequently, an SEI layer and a metal lithium layer were formed on the negative electrode A. Lithium is replenished from the opposite electrode. As the counter electrode, a transition metal oxide for a real battery (for example, LiCoO 2 ) may be used. Here, metallic lithium is used. Therefore, a four-electrode cell composed of the negative electrode A, two metal lithium electrodes and a reference electrode was assembled, and 1 mol / l LiPF 6 / EC + DEC (1:
Using 1), preliminary charge / discharge and charge / discharge cycle tests were performed.

【0048】予備充放電は金属リチウムを析出させない
ために、0.0Vで充電を終了し、放電は1.5Vまで
とした。このような予備充放電を3回行うことによっ
て、グラファイトの表面に安定なSEI層が形成され
る。
In the pre-charging and discharging, charging was completed at 0.0 V to prevent deposition of metallic lithium, and discharging was performed up to 1.5 V. By performing such preliminary charging and discharging three times, a stable SEI layer is formed on the surface of graphite.

【0049】続いて、充電電気量を、グラファイト1g
当り400〜500mAhとし、グラファイトの表面に
金属リチウム層を形成させた。このようにして、グラフ
ァイトの表面に、Li/SEI層を備えた負極を作製
し、これを負極Cとした。
Subsequently, the charged amount of electricity was reduced to 1 g of graphite.
400 to 500 mAh per hour, and a metal lithium layer was formed on the surface of graphite. In this way, a negative electrode having a Li / SEI layer on the surface of graphite was produced, and this was designated as negative electrode C.

【0050】なお、リチウム源として充電状態のLi
0.5CoOを使用する場合の充填量は、使用するグ
ラファイト量に合わせて、Li0.5CoOの可逆充
放電容量がグラファイト1g当り400〜500mAh
となるように調整した。
It should be noted that the charged Li
0.5 loading when using CoO 2 is in accordance with the amount of graphite to be used, Li 0.5 CoO 2 reversible charge and discharge capacity of graphite per 1g 400~500mAh
It was adjusted to be.

【0051】一方、実装上のハンドリングを考えて、放
電状態の電池を作製した方が望ましい。放電状態正極活
物質としてLiCoOを使用してもよい。この場合、
正極活物質の充填量をグラファイト1g当り400〜5
00mAhとする。負極表面へのSEIの形成および金
属リチウム層の形成は、上記と同様の予備充放電および
本充放電のプロセスで実現できる。予備充電の深度は充
電電気量をグラファイト1g当り372mAh以下と
し、本充放電サイクルにおける充電深度は、充電電気量
をグラファイト1g当り400〜500mAhとした。
On the other hand, it is desirable to prepare a battery in a discharged state in consideration of handling in mounting. LiCoO 2 may be used as the discharge state positive electrode active material. in this case,
The filling amount of the positive electrode active material is 400 to 5 per gram of graphite.
00 mAh. The formation of the SEI and the formation of the metal lithium layer on the surface of the negative electrode can be realized by the same pre-charge / discharge and main charge / discharge processes as described above. The depth of the pre-charging was such that the amount of charged electricity was 372 mAh or less per 1 g of graphite, and the depth of charge in the present charge / discharge cycle was 400 to 500 mAh per 1 g of graphite.

【0052】つぎに、充放電サイクル試験を行なった。
負極Cを使用し、電解液溶媒としてEC+DEC(vo
l比1:1)、支持塩としてLiPFおよびLiCl
を使用し、充放電サイクル特性に対する電解質塩の
影響を調べた。充放電サイクルの条件は以下の通りとし
た。、充電は、電流密度0.5mA/cmの定電流
で、充電容量に相当する時間(例えば400mAhの場
合は8.7時間、500mAhの場合は10.9時間)
行い、放電は、電流密度1.0mA/cmの定電流
で、終止電圧1.5Vまで行なった。
Next, a charge / discharge cycle test was performed.
Using the negative electrode C, EC + DEC (vo
1: 1), LiPF 6 and LiCl as supporting salts
The influence of the electrolyte salt on the charge-discharge cycle characteristics was examined using O 4 . The conditions of the charge / discharge cycle were as follows. The charging is performed at a constant current of a current density of 0.5 mA / cm 2 and for a time corresponding to the charging capacity (for example, 8.7 hours for 400 mAh and 10.9 hours for 500 mAh).
The discharge was performed at a constant current of a current density of 1.0 mA / cm 2 to a cutoff voltage of 1.5 V.

【0053】充放電サイクル数と放電容量の関係を図5
に、また、充放電サイクル数と充放電のクーロン効率と
の関係を図6に示した。図5および図6の結果から、い
ずれの場合も、支持塩としてLiClOを使用した方
が優れた特性を示した。なお、図6では図示していない
が、従来の金属リチウム負極を使用した非水電解質二次
電池においては、充放電サイクル数にかかわらず、クー
ロン効率は90%以下であった。
FIG. 5 shows the relationship between the number of charge / discharge cycles and the discharge capacity.
FIG. 6 shows the relationship between the number of charge / discharge cycles and the Coulomb efficiency of charge / discharge. From the results of FIGS. 5 and 6, in all cases, the use of LiClO 4 as the supporting salt showed more excellent characteristics. Although not shown in FIG. 6, in the conventional nonaqueous electrolyte secondary battery using the metal lithium anode, the Coulomb efficiency was 90% or less regardless of the number of charge / discharge cycles.

【0054】支持塩の影響は、負極表面に形成されたリ
チウム層との相互作用によるものと考えられる。LiP
の場合、リチウム析出まで充電する段階で不活性な
LiF層が生成し、充放電のクーロン効率の低下を引き
起こす。さらに、充放電を繰り返すと、LiFが負極表
面に堆積するため、リチウムイオンの黒鉛層への挿入お
よび放出を阻害する。そのため、図5に示したように、
充放電サイクル数の進行に伴ない、放電容量の低下が観
察された。
It is considered that the influence of the supporting salt is due to the interaction with the lithium layer formed on the surface of the negative electrode. LiP
In the case of F 6 , an inactive LiF layer is generated at the stage of charging up to lithium deposition, causing a decrease in Coulomb efficiency of charging and discharging. Further, when charge and discharge are repeated, LiF is deposited on the surface of the negative electrode, thereby inhibiting insertion and release of lithium ions into the graphite layer. Therefore, as shown in FIG.
A decrease in discharge capacity was observed as the number of charge / discharge cycles progressed.

【0055】LiPFと比べLiClO系はLiF
のような緻密な皮膜を生成しないので、充放電サイクル
数にかかわらず、放電容量および充放電のクーロン効率
がほぼ安定であることがわかった。
Compared with LiPF 6 , LiClO 4 is based on LiF
It was found that the discharge capacity and the Coulomb efficiency of charge / discharge were almost stable irrespective of the number of charge / discharge cycles, since a dense film as described above was not generated.

【0056】[0056]

【発明の効果】本発明による非水電解質二次電池は、金
属リチウムの容量を加えられたため、従来のリチウムイ
オン電池より高容量、高エネルギー密度となる。金属リ
チウム層を100%放電させるため、放電状態で従来の
リチウムイオン電池と同等な安全特性を持っている。
The nonaqueous electrolyte secondary battery according to the present invention has a higher capacity and higher energy density than conventional lithium ion batteries because of the added capacity of metallic lithium. Since the metal lithium layer is discharged 100%, it has the same safety characteristics as a conventional lithium ion battery in a discharged state.

【0057】また、炭素材料上にあらかじめSEI層を
形成させたため、デンドライト状金属リチウム析出が抑
制できる。さらに、負極表面に高分子電解質の被覆によ
り、微粉状のリチウムの生成および拡散が避けられるた
め、サイクル寿命および安全性が大幅に向上できる。
Further, since the SEI layer is formed in advance on the carbon material, precipitation of dendritic metal lithium can be suppressed. Furthermore, since the generation and diffusion of finely divided lithium can be avoided by coating the surface of the negative electrode with the polymer electrolyte, cycle life and safety can be significantly improved.

【0058】また、電解質塩を非フッ素系のものを使う
ため、100%放電の場合、金属リチウム層の充放電の
クーロン効率が向上され、非水電解質二次電池の長寿命
化が可能となる。
Since a non-fluorinated electrolyte salt is used, the coulomb efficiency of charging and discharging the metal lithium layer is improved in the case of 100% discharge, and the life of the non-aqueous electrolyte secondary battery can be extended. .

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

【図1】本発明になる負極の断面構造を示す模式図。FIG. 1 is a schematic view showing a cross-sectional structure of a negative electrode according to the present invention.

【図2】炭素材料上へのLi/SEI層を備えるプロセ
スの一例を示す図。
FIG. 2 shows an example of a process for providing a Li / SEI layer on a carbon material.

【図3】炭素材料上へのLi/SEI層を備えるプロセ
スの他の例を示す図。
FIG. 3 is a diagram illustrating another example of a process including a Li / SEI layer on a carbon material.

【図4】非水電解質二次電池の電極部分の断面を示す
図。
FIG. 4 is a diagram showing a cross section of an electrode portion of a non-aqueous electrolyte secondary battery.

【図5】充放電サイクル数と放電容量の関係を示す図。FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the number of charge / discharge cycles and discharge capacity.

【図6】充放電サイクル数と充放電のクーロン効率との
関係を示す図。
FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the number of charge / discharge cycles and the Coulomb efficiency of charge / discharge.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2 炭素材料 3 Li/SEI層 5 SEI層 8 リチウム層 9 高分子電解質層 2 Carbon material 3 Li / SEI layer 5 SEI layer 8 Lithium layer 9 Polymer electrolyte layer

フロントページの続き Fターム(参考) 5H017 AA03 AS02 DD05 5H029 AJ05 AJ12 AK03 AL06 AL12 AM03 AM05 AM07 AM16 BJ12 BJ13 CJ16 CJ28 DJ07 HJ12 5H050 AA07 AA15 BA17 CA08 CB07 CB12 DA03 DA04 DA13 FA04 FA18 GA18 HA12 Continued on front page F-term (reference) 5H017 AA03 AS02 DD05 5H029 AJ05 AJ12 AK03 AL06 AL12 AM03 AM05 AM07 AM16 BJ12 BJ13 CJ16 CJ28 DJ07 HJ12 5H050 AA07 AA15 BA17 CA08 CB07 CB12 DA03 DA04 DA13 FA04 FA18 GA18 HA12

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 リチウムイオンを吸蔵および放出する炭
素材料と、炭素材料上に析出した金属リチウムもしくは
リチウム合金と、固体電解質界面(SEI)とを備えて
構成された負極活物質を含む負極を備えたことを特徴と
する非水電解質二次電池。
1. A negative electrode comprising a negative electrode active material, comprising: a carbon material that stores and releases lithium ions; metallic lithium or a lithium alloy deposited on the carbon material; and a solid electrolyte interface (SEI). Non-aqueous electrolyte secondary battery characterized by the above-mentioned.
【請求項2】 金属リチウムもしくはリチウム合金と、
SEIとを備えて構成された負極活物質の表面に、高分
子電解質層を備えたことを特徴とする請求項1記載の非
水電解質二次電池。
2. A metal lithium or lithium alloy,
The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein a polymer electrolyte layer is provided on a surface of the negative electrode active material including SEI.
【請求項3】 リチウム合金が、リチウムとアルカリ金
属またはアルカリ土類金属との合金であることを特徴と
する請求項1または2記載の非水電解質二次電池。
3. The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the lithium alloy is an alloy of lithium and an alkali metal or an alkaline earth metal.
【請求項4】 負極活物質と集電体とを含む負極におい
て、負極活物質が設けられていない集電体表面が絶縁性
であることを特徴とする請求項1から3までのいずれか
に記載の非水電解質二次電池。
4. The negative electrode including a negative electrode active material and a current collector, wherein the surface of the current collector on which the negative electrode active material is not provided is insulative. The non-aqueous electrolyte secondary battery according to the above.
【請求項5】 非水電解質の電解質塩として、負極表面
上にLiFを生成しない無機塩を用いることを特徴とす
る請求項1から4までのいずれかに記載の非水電解質二
次電池。
5. The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein an inorganic salt that does not generate LiF on the surface of the negative electrode is used as an electrolyte salt of the non-aqueous electrolyte.
【請求項6】 リチウムイオンを吸蔵および放出する炭
素材料上にSEIを設け、炭素材料が充電状態にある状
態で、前記炭素材料上に金属リチウムまたはリチウム合
金を電気的に析出させて負極活物質を得ることを特徴と
する、請求項1から5までのいずれかに記載の非水電解
質二次電池の製造方法。
6. A negative electrode active material, wherein SEI is provided on a carbon material that occludes and releases lithium ions, and while the carbon material is in a charged state, metallic lithium or a lithium alloy is electrically precipitated on the carbon material. The method for producing a non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein:
【請求項7】 リチウムイオンを吸蔵および放出する炭
素材料を含む負極と、リチウムを含有した正極活物質を
備えた正極とを備え、負極を過充電状態とすることを特
徴とする、請求項1から5までのいずれかに記載の非水
電解質二次電池の製造方法。
7. The battery according to claim 1, further comprising: a negative electrode including a carbon material capable of inserting and extracting lithium ions; and a positive electrode including a positive electrode active material including lithium, wherein the negative electrode is in an overcharged state. 6. The method for producing a non-aqueous electrolyte secondary battery according to any one of items 1 to 5.
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