JP2003151544A - Negative electrode active substance and its manufacturing method as well as nonaqueous electrolyte secondary battery - Google Patents

Negative electrode active substance and its manufacturing method as well as nonaqueous electrolyte secondary battery

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JP2003151544A
JP2003151544A JP2001345326A JP2001345326A JP2003151544A JP 2003151544 A JP2003151544 A JP 2003151544A JP 2001345326 A JP2001345326 A JP 2001345326A JP 2001345326 A JP2001345326 A JP 2001345326A JP 2003151544 A JP2003151544 A JP 2003151544A
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carbon
negative electrode
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lithium
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博章 谷崎
Tokuo Komaru
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress deterioration of cycle characteristics due to fine powder formation in a lithium alloy series negative electrode active substance. SOLUTION: By using a negative electrode active substance wherein a metal M capable of having an electrochemical reaction with lithium contains carbon inside, and wherein a metal R having no electrochemical reaction with carbon or the lithium is adhered, reduction can be suppressed in electronic conduction of the metal M capable of having the electrochemical reaction with the lithium at the inside and at the surface, even if the fine powder formation due to swelling and contraction during the electrochemical reaction occurs.

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、リチウムと電気化
学反応可能な金属を含む負極活物質及びその製造方法、
並びに当該負極活物質を用いた非水電解質二次電池に関
する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a negative electrode active material containing a metal capable of electrochemically reacting with lithium and a method for producing the same.
It also relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery using the negative electrode active material.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、カメラ一体型VTR、携帯電話、
ラップトップコンピュータ等のポータブル電子機器が多
く登場し、その小型軽量化が図られている。そして、こ
れらの電子機器のポータブル電源として、電池、特に二
次電池について、エネルギー密度を向上させるための研
究開発が活発に進められている。
2. Description of the Related Art Recently, a VTR with a built-in camera, a mobile phone,
Many portable electronic devices such as laptop computers have appeared, and their size and weight have been reduced. As a portable power source for these electronic devices, research and development for improving the energy density of batteries, especially secondary batteries, have been actively promoted.

【0003】なかでも、リチウムイオン二次電池は、従
来の水系電解液二次電池である鉛電池、ニッケルカドミ
ウム電池と比較して大きなエネルギー密度が得られるた
め、期特が大きい。
Among them, the lithium ion secondary battery has a great advantage because it can obtain a larger energy density than the lead battery and the nickel cadmium battery which are the conventional aqueous electrolyte secondary batteries.

【0004】リチウムイオン二次電池に使用される負極
活物質としては、難黒鉛化性炭素や黒鉛等の炭素系負極
活物質が、比較的高容量を示し良好なサイクル特性を発
現することから広く用いられている。
As a negative electrode active material used in a lithium ion secondary battery, carbonaceous negative electrode active materials such as non-graphitizable carbon and graphite are widely used because they have a relatively high capacity and exhibit good cycle characteristics. It is used.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】近年の高容量化に伴
い、炭素系負極活物質の更なる高容量化が課題となって
いる。例えば特開平8−315825号公報では、炭素
化原料と作製条件を選ぶことにより炭素質材料負極で高
容量を達成している。
With the increase in capacity in recent years, it has become a problem to further increase the capacity of carbon-based negative electrode active materials. For example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-315825, high capacity is achieved with a carbonaceous material negative electrode by selecting a carbonization raw material and production conditions.

【0006】しかしながら、負極放電電位が対リチウム
0.8V〜1.0Vであり、電池を構成した時の電池放
電電圧が低くなり電池エネルギー密度では大きな向上が
見込めなかった。さらに充放電曲線形状にヒステリシス
が大きく、各充放電サイクルでのエネルギー効率が低い
という欠点があった。
However, the negative electrode discharge potential was 0.8 V to 1.0 V with respect to lithium, the battery discharge voltage when the battery was constructed was low, and a significant improvement in battery energy density could not be expected. Further, there is a drawback that the charge / discharge curve shape has a large hysteresis and the energy efficiency in each charge / discharge cycle is low.

【0007】一方、高容量負極としては、ある種の金属
がリチウムと電気化学的に合金化し、これが可逆的に生
成/分解することを応用した材料が広く研究されてき
た。例えばLi−Al合金を用いた高容量負極が広く研
究され、米国特許第4950566号にはSi合金を用
いた高容量負極が開示されている。しかし、充放電に伴
ってLi−AlまたはLi−Si合金は膨張収縮し、充
放電サイクルを繰り返すたびに負極は微粉化し、サイク
ル特性が極めて悪かった。
On the other hand, as a high-capacity negative electrode, a material has been extensively studied, which is applied to the fact that a certain kind of metal is electrochemically alloyed with lithium and reversibly produced / decomposed. For example, a high-capacity negative electrode using a Li-Al alloy has been widely studied, and US Pat. No. 4,950,566 discloses a high-capacity negative electrode using a Si alloy. However, the Li-Al or Li-Si alloy expands and contracts with charge and discharge, and the negative electrode is pulverized each time the charge and discharge cycle is repeated, resulting in extremely poor cycle characteristics.

【0008】このような微粉化によって、負極材料同志
や材料と集電体との電子的なつながりが阻害され、充放
電反応が進行し難くなることが、サイクル特性劣化の主
要因の一つである。
One of the main causes of deterioration of cycle characteristics is that such pulverization hinders the electronic connection between the negative electrode materials and the current collector and makes it difficult for the charge / discharge reaction to proceed. is there.

【0009】本発明は、このような従来の実情に鑑みて
提案されたものであり、サイクル特性を向上させた負極
活物質及びその製造方法、並びに当該負極活物質を用い
た非水電解質二次電池を提供することを目的とする。
The present invention has been proposed in view of the above conventional circumstances, and is a negative electrode active material having improved cycle characteristics, a method for producing the same, and a non-aqueous electrolyte secondary using the negative electrode active material. The purpose is to provide a battery.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明の負極活物質は、
リチウムと電気化学反応可能な金属Mが、炭素を内包し
ており、かつ、当該金属Mの表面に炭素又はリチウムと
電気化学反応しない金属Rが固着されていることを特徴
とする。
The negative electrode active material of the present invention comprises:
The metal M capable of electrochemically reacting with lithium contains carbon, and carbon or a metal R that does not electrochemically react with lithium is fixed to the surface of the metal M.

【0011】上述したような本発明に係る負極活物質で
は、上記金属Mが炭素を内包し、さらに、金属Mの表面
に炭素又は上記金属Rが固着されているので、電気化学
反応中の膨張収縮によって微粉化しても、リチウムと電
気化学反応可能な金属Mの内部及び表面での電子伝導の
低下が抑えられる。
In the negative electrode active material according to the present invention as described above, since the metal M contains carbon, and the carbon or the metal R is fixed on the surface of the metal M, the expansion during the electrochemical reaction. Even if it is pulverized due to contraction, it is possible to suppress a decrease in electron conduction inside and on the surface of the metal M that can electrochemically react with lithium.

【0012】また、本発明の負極活物質の製造方法は、
リチウムと電気化学反応可能な金属Mが、炭素を内包し
ており、かつ、当該金属Mの表面に炭素又はリチウムと
電気化学反応しない金属Rが固着されている負極活物質
を製造するに際し、上記金属Mに炭素を内包する過程に
おいて、非酸化性雰囲気中で処理される工程を有するこ
とを特徴とする。
The method for producing the negative electrode active material of the present invention is
In producing a negative electrode active material in which a metal M capable of electrochemically reacting with lithium contains carbon, and carbon or a metal R that does not electrochemically react with lithium is fixed to the surface of the metal M, In the process of encapsulating carbon in the metal M, the method is characterized by having a step of processing in a non-oxidizing atmosphere.

【0013】上述したような本発明に係る負極活物質の
製造方法では、上記金属Mに炭素を内包する過程におい
て、非酸化性雰囲気中で処理される工程を有するので、
炭素の酸化が抑えられる。
In the method for producing a negative electrode active material according to the present invention as described above, in the process of encapsulating carbon in the metal M, there is a step of treating in a non-oxidizing atmosphere.
Oxidation of carbon is suppressed.

【0014】また、本発明の非水電解質二次電池は、L
iM(MはCo、Ni、Mn、Fe、Cr、A
l、Tiから選ばれた少なくとも一つの元素である。)
で表わされるリチウム複合酸化物を正極活物質として有
する正極と、負極活物質を有する負極と、正極と負極と
の間に介在された非水電解質とを備え、上記負極活物質
は、リチウムと電気化学反応可能な金属Mが、炭素を内
包しており、かつ、当該金属Mの表面に炭素又はリチウ
ムと電気化学反応しない金属Rが固着されてなることを
特徴とする。
The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is L
iM x O y (M is Co, Ni, Mn, Fe, Cr, A
At least one element selected from l and Ti. )
A positive electrode having a lithium composite oxide represented by as a positive electrode active material, a negative electrode having a negative electrode active material, and a non-aqueous electrolyte interposed between the positive electrode and the negative electrode. It is characterized in that the metal M capable of chemically reacting contains carbon and a metal R that does not electrochemically react with carbon or lithium is fixed to the surface of the metal M.

【0015】上述したような本発明に係る非水電解質二
次電池では、上記金属Mが炭素を内包し、さらに、金属
Mの表面に炭素又は上記金属Rが固着されてなる負極活
物質を用いているので、電気化学反応中の膨張収縮によ
って微粉化しても、リチウムと電気化学反応可能な金属
Mの内部及び表面での電子伝導の低下が抑えられる。
In the non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention as described above, the metal M contains carbon, and the negative electrode active material in which carbon or the metal R is fixed on the surface of the metal M is used. Therefore, even if it is pulverized by expansion and contraction during the electrochemical reaction, it is possible to suppress a decrease in electron conduction inside and on the surface of the metal M that can electrochemically react with lithium.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】以下、本発明を適用した負極活物
質及びその製造方法、並びにその負極活物質を用いた非
水電解質二次電池の実施の形態について、図面を参照し
ながら具体的に説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of a negative electrode active material to which the present invention is applied, a method for producing the same, and a non-aqueous electrolyte secondary battery using the negative electrode active material will be specifically described with reference to the drawings. explain.

【0017】図1は、本発明の非水電解質二次電池の一
構成例を示す縦断面図である。この非水電解液電池1
は、フィルム状の正極2と、フィルム状の負極3とが、
セパレータ4を介して密着状態で巻回された巻層電極体
が、電池缶5内部に装填されてなる。
FIG. 1 is a vertical cross-sectional view showing one structural example of the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention. This non-aqueous electrolyte battery 1
Is a film-shaped positive electrode 2 and a film-shaped negative electrode 3,
A wound layer electrode body wound in a close contact state via the separator 4 is loaded inside the battery can 5.

【0018】上記正極2は、正極活物質と結着剤とを含
有する正極合剤を集電体上に塗布、乾燥することにより
作製される。集電体には例えばアルミニウム箔等の金属
箔が用いられる。
The positive electrode 2 is prepared by applying a positive electrode mixture containing a positive electrode active material and a binder onto a current collector and drying it. A metal foil such as an aluminum foil is used for the current collector.

【0019】正極活物質には、目的とする電池の種類に
応じて金属酸化物、金属硫化物又は特定の高分子を用い
ることができる。
As the positive electrode active material, a metal oxide, a metal sulfide or a specific polymer can be used depending on the type of the intended battery.

【0020】具体的には、例えばTiS、MoS
NbSe、V等のリチウムを含有しない金属硫
化物あるいは酸化物や、LiMO(式中、Mは一種
以上の遷移金属を表し、xは電池の充放電状態によって
異なり、通常0.05≦x≦1.10である。)を主体
とするリチウム複合酸化物等を使用することができる。
このリチウム複合酸化物を構成する遷移金属Mとして
は、Co、Ni、Mn等が好ましい。
Specifically, for example, TiS 2 , MoS 2 ,
Lithium-free metal sulfides or oxides such as NbSe 2 , V 2 O 5 and Li x MO 2 (wherein M represents one or more transition metals, x varies depending on the charge / discharge state of the battery, It is possible to use a lithium composite oxide mainly composed of 0.05 ≦ x ≦ 1.10.
As the transition metal M constituting the lithium composite oxide, Co, Ni, Mn and the like are preferable.

【0021】このようなリチウム複合酸化物の具体例と
しては、LiCoO、LiNiO 、LiNi
1−y(式中、x、y、は電池の充放電状態によ
って異なり、通常0<x<1、0.7<y<1.02で
ある。)、スピネル型構造を有するリチウムマンガン複
合酸化物等を上げることができる。これらリチウム複合
酸化物は、高電圧を発生でき、エネルギー密度的に優れ
た正極活物質となる。正極には、これらの正極活物質の
複数種を混合して使用してもよい。
Specific examples of such a lithium composite oxide and
Then LiCoOTwo, LiNiO Two, LixNiyC
o1-yOTwo(In the formula, x and y depend on the charging / discharging state of the battery.
Is different, usually 0 <x <1, 0.7 <y <1.02
is there. ), A lithium manganese compound having a spinel structure
The compound oxide and the like can be increased. These lithium composites
Oxide can generate high voltage and is excellent in energy density.
It becomes a positive electrode active material. The positive electrode contains these positive electrode active materials.
You may mix and use two or more types.

【0022】また、上記正極合剤の結着剤としては、通
常、電池の正極合剤に用いられている公知の結着剤を用
いることができるほか、上記正極合剤に導電剤等、公知
の添加剤を添加することができる。
As the binder for the above-mentioned positive electrode mixture, a known binder which is usually used in a positive electrode mixture for batteries can be used. In addition to the above-mentioned positive electrode mixture, a conductive agent or the like is also known. Additives can be added.

【0023】負極3は、負極活物質と結着剤とを含有す
る負極合剤を、集電体上に塗布、乾燥することにより作
製される。上記集電体には、例えば銅箔等の金属箔が用
いられる。
The negative electrode 3 is produced by applying a negative electrode mixture containing a negative electrode active material and a binder onto a current collector and drying it. For the current collector, a metal foil such as a copper foil is used.

【0024】ここで、本発明では、負極活物質として、
リチウムと電気化学反応可能な金属Mの組織中に炭素を
内包しており、かつ、当該金属の表面に炭素またはリチ
ウムと電気化学反応しない金属Rを固着させてなるもの
を用いている。
Here, in the present invention, as the negative electrode active material,
A metal M that can electrochemically react with lithium has carbon contained therein, and carbon or a metal R that does not electrochemically react with lithium is fixed to the surface of the metal.

【0025】本発明者らは、上述した問題を解決するた
め鋭意検討した結果、リチウムと電気化学反応可能な金
属Mを作製する過程で、炭素粒子を内包させ、かつ、当
該金属Mの表面に、炭素またはリチウムと電気化学反応
しない金属Rを固着した負極活物質を用いることで、電
気化学反応中の膨張収縮によって微粉化しても、リチウ
ムと電気化学反応可能な金属Mの内部及び表面での電子
伝導の低下が抑えられることを見出した。これにより非
水電解液電池1のサイクル劣化を抑制できる。
The inventors of the present invention have made extensive studies to solve the above-mentioned problems, and as a result, in the process of producing the metal M capable of electrochemically reacting with lithium, carbon particles are included and the surface of the metal M is included. By using the negative electrode active material to which the metal R that does not electrochemically react with carbon or lithium is fixed, even if the metal R capable of electrochemically reacting with lithium is pulverized due to expansion and contraction during the electrochemical reaction, It was found that the decrease in electron conduction can be suppressed. Thereby, cycle deterioration of the non-aqueous electrolyte battery 1 can be suppressed.

【0026】電気化学的にリチウムと合金を形成可能な
金属Mとしては、元素単体及びその合金化合物が挙げら
れる。ここでいう合金化合物とは、リチウムと合金形成
可能なある金属元素をMとしたとき、化学式MM’
Li(式中、M’は、Li元素及びM元素以外の1つ
以上の金属元素、xは0より大きい数値であり、y,z
は0以上の数値である。)で表される化合物である。
Examples of the metal M capable of electrochemically forming an alloy with lithium include elemental elements and their alloy compounds. The alloy compound here means a chemical formula M x M ′ y , where M is a metal element capable of forming an alloy with lithium.
Li z (where M ′ is one or more metal elements other than the Li element and the M element, x is a numerical value greater than 0, and y, z
Is a numerical value of 0 or more. ) Is a compound represented by.

【0027】さらに本明細書では、半導体元素である
B、Si、As等の元素も金属Mに含めることとする。
例示するならば、Hg、B、Al、Ga、In、Si、
Ge、Sn、Pb、Sb、Bi、Cd、Ag、Zn、H
f、Zr、Yの各金属とそれらの合金化合物、Li−A
l、Li−Al−M(Mは、2A、3B、4B遷移金属
元素のうち1つ以上からなる。)AlSb、CuMgS
b等である。
Furthermore, in the present specification, elements such as B, Si, As, which are semiconductor elements, are also included in the metal M.
For example, Hg, B, Al, Ga, In, Si,
Ge, Sn, Pb, Sb, Bi, Cd, Ag, Zn, H
f, Zr, Y metals and their alloy compounds, Li-A
1, Li-Al-M (M is composed of one or more of 2A, 3B, and 4B transition metal elements.) AlSb, CuMgS
b, etc.

【0028】また、リチウムと合金形成可能な金属Mと
しては、3B族典型元素を用いるのが好ましく、好まし
くはSiまたはSn、更に好ましくはSiである。例示
するなら、MSi(Mは各々、SiまたはSnを
除く1つ以上の金属元素である。)で表される化合物で
あり、具体的には、SiB、SiB、HgSi、
HgSn、NiSi、TiSi、MoSi、C
oSi、NiSi、CaSi、CrSi、Cu
Si、FeSi、MnSi、NbSi、TaS
、VSi、WSi、ZnSi等が挙げられ
る。さらに複数種類の金属の組み合わせが可能で、この
中には電気化学的にリチウムと合金を形成しない金属が
含まれる。
As the metal M capable of forming an alloy with lithium, it is preferable to use a group 3B typical element, preferably Si or Sn, and more preferably Si. For example, a compound represented by M x N y Si (M is one or more metal elements other than Si or Sn), and specifically, SiB 4 , SiB 6 , and Hg 2 Si,
Hg 2 Sn, Ni 2 Si, TiSi 2 , MoSi 2 , C
oSi 2, NiSi 2, CaSi 2 , CrSi 2, Cu
5 Si, FeSi 2 , MnSi 2 , NbSi 2 , TaS
i 2 , VSi 2 , WSi 2 , ZnSi 2 and the like can be mentioned. Further, a combination of a plurality of kinds of metals is possible, and these include metals that do not electrochemically form an alloy with lithium.

【0029】上述したような金属Mに内包させる炭素と
しては、ハードカーボン、ソフトカーボン、グラファイ
ト、カーボンブラックの少なくとも一種以上を用いるこ
とができる。また、その形状としては、繊維状、球状、
粒状、鱗片状の少なくとも一種以上を用いることができ
る。
As the carbon to be contained in the metal M as described above, at least one kind of hard carbon, soft carbon, graphite and carbon black can be used. Further, as the shape, fibrous, spherical,
At least one kind of granular or scale-like can be used.

【0030】本発明において、金属Mに炭素を内包させ
る目的は、微粉化した金属においても電子伝導性を確保
することにあるため、炭素は金属の利用形態によって適
宜選択可能である。例えば、より高い電子伝導性を得る
ためには、高結晶性のグラファイトが好ましく、膨張収
縮を抑えたい場合はハードカーボンが好ましい。また、
構造破壊を抑えたい場合は繊維状炭素が好ましく、分散
性を向上させたい場合はカーボンブラックが好ましい。
また、その形状については、炭素の充填性を上げたけれ
ば粒状、または球状が好ましい。さらには、上記組み合
わせの効果を得るため、2種以上を混合して適宜用いる
ことができる。
In the present invention, the purpose of encapsulating carbon in the metal M is to ensure electron conductivity even in finely divided metal, so carbon can be appropriately selected depending on the usage form of the metal. For example, highly crystalline graphite is preferable in order to obtain higher electron conductivity, and hard carbon is preferable in order to suppress expansion and contraction. Also,
Fibrous carbon is preferable for suppressing structural destruction, and carbon black is preferable for improving dispersibility.
Further, the shape thereof is preferably granular or spherical so as to enhance the carbon filling property. Furthermore, in order to obtain the effect of the above combination, two or more kinds can be mixed and used appropriately.

【0031】このような炭素の含有量は、炭素系負極に
対して負極としての容量が勝る範囲で用いることができ
る。金属Mに対しての含有量は0.3重量%〜90重量
%の範囲が好ましい。さらに好ましい範囲としては0.
5重量%〜80重量%であり、最も好ましい範囲は1重
量%〜70重量%である。
Such a carbon content can be used within a range in which the capacity of the negative electrode exceeds that of the carbon-based negative electrode. The content with respect to the metal M is preferably in the range of 0.3% by weight to 90% by weight. A more preferable range is 0.
It is 5% to 80% by weight, and the most preferable range is 1% to 70% by weight.

【0032】金属Mの表面に固着させる炭素としては、
金属Mに内包させる炭素と同様の特性を特つものが好ま
しい。
The carbon fixed to the surface of the metal M is
It is preferable that the metal M has a characteristic similar to that of the carbon contained therein.

【0033】金属Mの表面に固着させる金属Rとして
は、リチウムと電気化学的に反応しない金属であればど
のようなものでも使用可能であるが、具体的にはCr、
Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Ag、Mo、Nb、N
d、Sm、Ta、Ti、V等の金属が挙げられる。ま
た、金属Rは必ずしも元素単体である必要はなく、合
金、金属間化合物であっても構わない。また、それらを
2種以上混合することも可能である。つまり、金属Rは
リチウムと電気化学的に反応せず、電子伝導性を有する
ものであればどのようなものでも好適に使用可能であ
る。
As the metal R fixed to the surface of the metal M, any metal can be used as long as it does not electrochemically react with lithium. Specifically, Cr,
Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Ag, Mo, Nb, N
Examples of the metal include d, Sm, Ta, Ti, and V. Further, the metal R does not necessarily have to be an elemental simple substance, and may be an alloy or an intermetallic compound. It is also possible to mix two or more of them. That is, any metal R can be suitably used as long as it does not react electrochemically with lithium and has electronic conductivity.

【0034】金属Mの表面に固着させる炭素や金属R
は、金属Mに対して、0.5重量%〜20重量%の範囲
であることが好ましく、さらに好ましくは1重量%〜1
0重量%の範囲である。また、炭素や金属Rは金属Mの
表面全体を覆っても一部のみを覆っても構わない。
Carbon or metal R fixed to the surface of metal M
Is preferably in the range of 0.5% by weight to 20% by weight, more preferably 1% by weight to 1% with respect to the metal M.
It is in the range of 0% by weight. Further, the carbon or the metal R may cover the entire surface of the metal M or only a part thereof.

【0035】炭素を金属M中に内包させる方法は、如何
なる方法でも行うことはできるが、工業的には、金属を
溶融状態にして炭素を金属中に分散させる方法が好まし
い。その際、機械的に攪拌しても良く、誘導加熱等の自
己攪拌作用を利用しても良い。
The method of encapsulating carbon in the metal M can be performed by any method, but industrially, the method of dispersing the carbon in the metal in a molten state is preferable. At that time, mechanical stirring may be performed, or self-stirring action such as induction heating may be used.

【0036】当然の事ながら、金属が溶融するのはかな
りの高温なので、炭素の酸化あるいは燃焼が起るおそれ
がある。そのため、いづれの作製過程においても、炭素
が金属から露出する等して酸化するおそれがある場合
は、非酸化性雰囲気中にて作製することが好ましい。
As a matter of course, since the metal melts at a considerably high temperature, carbon may be oxidized or burned. Therefore, in any of the manufacturing processes, it is preferable to manufacture in a non-oxidizing atmosphere when carbon may be exposed to the metal and oxidized.

【0037】金属の溶融前に乾式で混合する場合は、加
熱前に真空あるいは非酸化性雰囲気に置換すればよい。
When the metals are mixed by a dry method before melting, the atmosphere may be replaced with a vacuum or a non-oxidizing atmosphere before heating.

【0038】また、金属Rを金属Mの表面に固着させる
方法としては、ハイブリダイゼーション、メカノフュー
ジョンのように機械的に固着させる方法やある種の結着
剤で固着させる方法、メッキを施す方法が挙げられる。
As a method of fixing the metal R to the surface of the metal M, there are a method of mechanically fixing such as hybridization and mechanofusion, a method of fixing with a certain kind of binder, and a method of plating. Can be mentioned.

【0039】さらに、金属Rで金属Mの表面に固着させ
た後、金属Mと金属Rの融点のうち低い方の融点よりも
50℃〜100℃低い温度で、かつ、真空あるいは非酸
化性雰囲気中で熱処理すると、金属Rと金属Mがより強
固に固着するため、電子伝導性がさらに向上するため好
ましい。
Further, after the metal R is fixed to the surface of the metal M, the temperature is 50 ° C. to 100 ° C. lower than the lower one of the melting points of the metal M and the metal R, and in a vacuum or non-oxidizing atmosphere. The heat treatment in the inside is preferable because the metal R and the metal M are more firmly fixed to each other and the electron conductivity is further improved.

【0040】炭素が金属Mに内包されていることや炭素
や金属Rが金属Mに固着しているかどうかは、例えば何
れかの方法で金属を切断し、その断面を分析電子顕微鏡
等で観察分析することにより確認することができる。こ
こで、本発明における内包の定義は、炭素が金属内に固
着していることであり、金属表面から炭素が露出してい
てもその効果を得ることができる。
Whether the carbon is contained in the metal M or whether the carbon or the metal R is fixed to the metal M is determined by, for example, cutting the metal by any method and observing the cross section with an analysis electron microscope or the like. It can be confirmed by doing. Here, the definition of "encapsulation" in the present invention is that carbon is fixed in the metal, and the effect can be obtained even when the carbon is exposed from the metal surface.

【0041】以上のようにして得られる本発明の負極活
物質は、炭素系負極材料と混合して用いても良く、炭素
系負極に対して負極としての容量が勝る範囲で用いるこ
とができる。この場合の炭素の機能としては、導電助剤
としての機能や負極材料としての機能が考えられるが、
所定の電池特性を得るために、2種以上の如何なる組み
合わせにおいても使用可能である。
The negative electrode active material of the present invention obtained as described above may be used as a mixture with a carbon-based negative electrode material, and can be used within a range in which the capacity of the negative electrode is superior to that of the carbon-based negative electrode. As the function of carbon in this case, a function as a conductive auxiliary agent and a function as a negative electrode material are considered,
It can be used in any combination of two or more kinds in order to obtain predetermined battery characteristics.

【0042】このような炭素材料としては、ハードカー
ボン、ソフトカーボン、グラファイト、カーボンブラッ
クの少なくとも一種以上を用いることができる。また、
その形状としては、繊維状、球状、粒状、鱗片状の少な
くとも一種以上を用いることができる。また、炭素材料
の混合量は、金属成分に対して1重量%〜95重量%の
範囲が好ましい。
As such a carbon material, at least one of hard carbon, soft carbon, graphite and carbon black can be used. Also,
As the shape, at least one kind of fibrous, spherical, granular, and scaly can be used. Further, the mixing amount of the carbon material is preferably in the range of 1 wt% to 95 wt% with respect to the metal component.

【0043】そして、このような負極活物質を用いて負
極を作製するに際しては、負極合剤の結着剤としては、
通常リチウムイオン電池の負極合剤に用いられている公
知の結着剤を用いることができるほか、上記負極合剤に
公知の添加剤等を添加することができる。
When a negative electrode is manufactured using such a negative electrode active material, the binder of the negative electrode mixture is
Known binders that are commonly used in the negative electrode mixture of lithium ion batteries can be used, and known additives and the like can be added to the above negative electrode mixture.

【0044】上記負極へのリチウムのドープは電池作製
後に電池内で電気化学的に行われても良く、電池作製後
あるいは電池作製前に、正極あるいは正極以外のリチウ
ム源から供給され電気化学的にドープされても構わな
い。あるいは材料合成の際にリチウム含有材料として合
成され、電池作製時に負極に含有されていても構わな
い。
Doping lithium into the negative electrode may be performed electrochemically in the battery after the battery is manufactured, and may be electrochemically supplied from the positive electrode or a lithium source other than the positive electrode after the battery is manufactured or before the battery is manufactured. It may be doped. Alternatively, it may be synthesized as a lithium-containing material during material synthesis and included in the negative electrode during battery production.

【0045】非水電解液は、電解質を非水溶媒に溶解し
て調製される。
The non-aqueous electrolytic solution is prepared by dissolving an electrolyte in a non-aqueous solvent.

【0046】電解質としては、通常、電池電解液に用い
られている公知の電解質を使用することができる。具体
的には、LiClO、LiAsF、LiPF、L
iBF、LiB(C、CHSOLi、
CFSOLi、LiCl、LiBr等が挙げられ
る。
As the electrolyte, it is possible to use a known electrolyte that is usually used in a battery electrolyte. Specifically, LiClO 4 , LiAsF 6 , LiPF 6 , L
iBF 4 , LiB (C 6 H 5 ) 4 , CH 3 SO 3 Li,
CF 3 SO 3 Li, LiCl, LiBr , and the like.

【0047】また、非水溶媒としては、従来より非水電
解液に使用されている種々の非水溶媒を使用することが
できる。例えば、プロピレンカーボネート、エチレンカ
一ボネート、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネ
ート、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシ
エタン、γ−プチロラクトン、テトラヒドロフラン、2
−メチル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、アニソール、酢酸エステル、酪酸エ
ステル、プロピオン酸エステル等が挙げられる。これら
の非水溶媒は単独で使用してもよく、複数種を混合して
使用してもよい。
As the non-aqueous solvent, various non-aqueous solvents conventionally used for non-aqueous electrolytes can be used. For example, propylene carbonate, ethylene carbonate, diethyl carbonate, dimethyl carbonate, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, γ-ptyrolactone, tetrahydrofuran, 2
-Methyltetrahydrofuran, 1,3-dioxolane,
4-methyl-1,3-dioxolane, diethyl ether, sulfolane, methylsulfolane, acetonitrile,
Examples thereof include propionitrile, anisole, acetic acid ester, butyric acid ester, propionic acid ester and the like. These non-aqueous solvents may be used alone or in combination of two or more.

【0048】上述したような正極2と、負極3とは、セ
パレータ4を介して密着して渦巻型に多数回巻回されて
巻層電極体を構成する。そして、内側にニッケルメッキ
を施した鉄製の電池缶5の底部に絶縁板6が配されてお
り、絶縁板6上に上記巻層電極体が収納されている。
The positive electrode 2 and the negative electrode 3 as described above are in close contact with each other via the separator 4 and are wound in a spiral shape many times to form a wound layer electrode body. An insulating plate 6 is arranged at the bottom of the battery case 5 made of iron and having nickel plating inside, and the wound layer electrode body is housed on the insulating plate 6.

【0049】そして、負極の集電をとるための、例えば
ニッケルからなる負極リード7の一端が負極3に圧着さ
れ、他端が電池缶5に溶接されている。これにより、電
池缶5は負極3と導通をもつこととなり、非水電解液電
池1の外部負極となる。
Then, one end of a negative electrode lead 7 made of, for example, nickel for collecting the current of the negative electrode is pressure-bonded to the negative electrode 3, and the other end is welded to the battery can 5. As a result, the battery can 5 becomes conductive with the negative electrode 3 and serves as an external negative electrode of the non-aqueous electrolyte battery 1.

【0050】また、正極2の集電をとるための、例えば
アルミニウムからなる正極リード8の一端が正極2に取
り付けられ、他端が電流遮断用薄板9を介して電池蓋1
0と電気的に接続されているる。この電流遮断用薄板9
は、電池内圧に応じて電流を遮断するものである。これ
により、電池蓋10は正極2と導通をもつこととなり、
非水電解液電池1の外部正極となる。
Further, one end of a positive electrode lead 8 made of, for example, aluminum for collecting the current of the positive electrode 2 is attached to the positive electrode 2, and the other end is connected to the battery cover 1 via a thin plate 9 for interrupting current.
It is electrically connected to 0. This current interrupting thin plate 9
Is to interrupt the current according to the internal pressure of the battery. As a result, the battery lid 10 becomes conductive with the positive electrode 2,
It serves as an external positive electrode of the non-aqueous electrolyte battery 1.

【0051】そして、この電池缶5の中には非水電解液
が注入されており、巻回体を浸している。そして、アス
ファルトを塗布した絶縁封口ガスケット11を介して電
池缶5がかしめられており、これにより電池蓋10が固
定されている。
A non-aqueous electrolytic solution is poured into the battery can 5 to immerse the wound body. Then, the battery can 5 is caulked via the insulating sealing gasket 11 coated with asphalt, whereby the battery lid 10 is fixed.

【0052】なお、この非水電解液電池1においては、
図1に示すように、負極リード7及び正極リード8に接
続するセンターピン12が設けられているとともに、電
池内部の圧力が所定値よりも高くなったときに内部の気
体を抜くための安全弁装置13及び電池内部の温度上昇
を防止するためのPTC素子14が設けられている。
In this non-aqueous electrolyte battery 1,
As shown in FIG. 1, a center pin 12 connected to the negative electrode lead 7 and the positive electrode lead 8 is provided, and a safety valve device for venting internal gas when the internal pressure of the battery becomes higher than a predetermined value. 13 and a PTC element 14 for preventing a temperature rise inside the battery.

【0053】以上説明したように、本発明に係る非水電
解液電池1では、負極活物質として、リチウムと電気化
学反応可能な金属Mに炭素粒子が内包されており、か
つ、当該金属Mの表面に、炭素またはリチウムと電気化
学反応しない金属Rを固着したものを用いているので、
負極活物質が電気化学反応中の膨張収縮によって微粉化
しても、リチウムと電気化学反応可能な金属Mの内部及
び表面での電子伝導の低下を抑えることができる。これ
により非水電解液電池1は、電極劣化による電池内部抵
抗の上昇が抑えられ、サイクル劣化を抑制することがで
き、高容量でかつサイクル特性に優れたものとなる。
As described above, in the non-aqueous electrolyte battery 1 according to the present invention, carbon particles are included in the metal M capable of electrochemically reacting with lithium as the negative electrode active material, and the metal M Since a metal R that does not electrochemically react with carbon or lithium is fixed to the surface,
Even if the negative electrode active material is pulverized due to expansion and contraction during the electrochemical reaction, it is possible to suppress a decrease in electron conduction inside and on the surface of the metal M that can electrochemically react with lithium. As a result, the non-aqueous electrolyte battery 1 can suppress an increase in battery internal resistance due to electrode deterioration, suppress cycle deterioration, and have high capacity and excellent cycle characteristics.

【0054】なお、上述した実施の形態では、非水電解
質として、非水溶媒に電解質塩を溶解させた非水電解液
を用いた場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに
限定されるものではなく、電解質塩を含有させた固体電
解質、マトリクスポリマ中に上記非水電解液を含浸させ
たゲル状電解質のいずれも用いることができる。
In the above-mentioned embodiments, the case where the non-aqueous electrolyte is a non-aqueous electrolyte prepared by dissolving an electrolyte salt in a non-aqueous solvent has been described as an example. However, the present invention is not limited to this. However, any of a solid electrolyte containing an electrolyte salt and a gel electrolyte in which a matrix polymer is impregnated with the above nonaqueous electrolytic solution can be used.

【0055】固体電解質としては、リチウムイオン導電
性を有する材料であれば無機固体電解質、高分子固体電
解質いずれも用いることができる。無機固体電解質とし
て、窒化リチウム、よう化リチウムが挙げられる。高分
子固体電解質は電解質塩とそれを溶解する高分子化合物
がらなり、その高分子化合物はポリ(エチレンオキサイ
ド)や同架橋体などのエーテル系高分子、ポリ(メタク
リレート)エステル系、アクリレート系などを単独ある
いは分子中に共重合、または混合して用いることができ
る。
As the solid electrolyte, either an inorganic solid electrolyte or a polymer solid electrolyte can be used as long as it has lithium ion conductivity. Examples of the inorganic solid electrolyte include lithium nitride and lithium iodide. A solid polymer electrolyte is composed of an electrolyte salt and a polymer compound that dissolves the electrolyte salt. The polymer compound may be an ether polymer such as poly (ethylene oxide) or a cross-linked polymer thereof, a poly (methacrylate) ester system, or an acrylate system. They can be used alone, or can be copolymerized or mixed in the molecule.

【0056】ゲル状電解質のマトリックスポリマとして
は、上記非水電解液を吸収してゲル化するものであれば
種々の高分子が利用できる。たとえばポリ(ビニリデン
フルオロライド)やポリ(ビニリデンフルオロライド−
co−ヘキサフルオロプロピレン)などのフッ素系高分
子、ポリ(エチレンオキサイド)や同架橋体などのエー
テル系高分子、またポリ(アクリロニトリル)などを使
用できる。特に酸化還元安定性から、フッ素系高分子を
用いることが望ましい。
As the matrix polymer of the gel electrolyte, various polymers can be used as long as they absorb the above non-aqueous electrolyte and gel. For example, poly (vinylidene fluoride) and poly (vinylidene fluoride)-
Fluorine-based polymers such as co-hexafluoropropylene), ether-based polymers such as poly (ethylene oxide) and cross-linked products thereof, and poly (acrylonitrile) can be used. In particular, it is desirable to use a fluoropolymer because of its redox stability.

【0057】本発明の電池は、電池形状については特に
限定されることはない。円筒型、角型、コイン型、ボタ
ン型等の種々の形状、大きさにすることができる。ま
た、電池系内に存在するリチウムは必ずしもすべて正極
あるいは負極から供給される必要はなく、電極あるいは
電池の製造過程で、電気化学的に正極あるいは負極にド
ープされても良い。
The battery shape of the battery of the present invention is not particularly limited. Various shapes and sizes such as a cylinder type, a square type, a coin type, and a button type can be used. Further, all the lithium present in the battery system does not necessarily have to be supplied from the positive electrode or the negative electrode, and may be electrochemically doped into the positive electrode or the negative electrode during the manufacturing process of the electrode or the battery.

【0058】[0058]

【実施例】以下、本発明の効果を確認するために行った
実施例及び比較例について説明する。なお、以下の説明
では、具体的な物質名や数値等を挙げて説明している
が、本発明はこれらの例に限定されるものではないこと
は言うまでもない。
EXAMPLES Examples and comparative examples conducted to confirm the effects of the present invention will be described below. It should be noted that in the following description, specific substance names, numerical values, etc. are given for explanation, but it goes without saying that the present invention is not limited to these examples.

【0059】〈実施例1〉まず、負極をつぎのようにし
て作製した。
<Example 1> First, a negative electrode was prepared as follows.

【0060】リチウムと電気化学反応可能な金属Mであ
るSi粉末を、非酸化性雰囲気中1500℃で加熱し溶
融させ、ここに内包させる炭素として、Si粉末に対し
10重量部のMCM6−28(大阪ガスケミカル製)
を、雰囲気を変更せずに添加し、しばらく混合した。そ
の後、Arガス雰囲気中に噴霧してアトマイズ粉を得
た。得られた粉末を97重量部と、アセチレンブラック
を3重量部とをハイブリダイゼーション装置に投入し、
アセチレンブラックが表面に固着したアトマイズ粉を得
た。得られた粉末を200メッシュで分級し、篩下を金
属負極活物質として用いた。
Si powder which is a metal M capable of electrochemically reacting with lithium is heated and melted at 1500 ° C. in a non-oxidizing atmosphere, and as carbon to be encapsulated therein, 10 parts by weight of MCM6-28 (based on Si powder) is used. (Made by Osaka Gas Chemicals)
Was added without changing the atmosphere and mixed for a while. Then, it atomized in Ar gas atmosphere and obtained the atomized powder. 97 parts by weight of the obtained powder and 3 parts by weight of acetylene black were put into a hybridization device,
Atomized powder having acetylene black fixed on the surface was obtained. The obtained powder was classified with 200 mesh, and the bottom of the sieve was used as a metal negative electrode active material.

【0061】この金属負極活物質とリン片状黒鉛(ティ
ミカル製KS−44)を50:50の重量比で混合し、
結着剤として、上記混合物に対し8重量部のポリフッ化
ビニリデンを加え、さらに溶媒としてN−メチルピロリ
ドンを加えスラリー状の負極合剤を得た。この負極合剤
を帯状の銅箔集電体の両面に均一に塗布し、乾燥後、ロ
ールプレス機で圧縮成型し、帯状負極を得た。
This metallic negative electrode active material and scaly graphite (KS-44 manufactured by Timical) were mixed at a weight ratio of 50:50,
As a binder, 8 parts by weight of polyvinylidene fluoride was added to the above mixture, and N-methylpyrrolidone was further added as a solvent to obtain a slurry-like negative electrode mixture. This negative electrode mixture was uniformly applied to both sides of a strip-shaped copper foil current collector, dried, and compression-molded with a roll press to obtain a strip-shaped negative electrode.

【0062】一方、正極をつぎのようにして作製した。On the other hand, a positive electrode was prepared as follows.

【0063】正極活物質(LiCoO)を得るため
に、炭酸リチウムと炭酸コバルトとを0.5モル:1モ
ルの比率で混合し、空気中900℃で5時間焼成した。
次に、得られたLiCoOを91重量部と、導電剤と
してグラファイトを6重量部と、結着剤としてポリフッ
化ビニリデン(PVdF)を3重量部とを混合し、さら
にこれをN一メチル−2−ピロリドンに分散させてスラ
リー状の正極合剤を得た。
In order to obtain a positive electrode active material (LiCoO 2 ), lithium carbonate and cobalt carbonate were mixed in a ratio of 0.5 mol: 1 mol, and the mixture was baked in air at 900 ° C. for 5 hours.
Next, 91 parts by weight of the obtained LiCoO 2 , 6 parts by weight of graphite as a conductive agent, and 3 parts by weight of polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder were mixed, and this was further mixed with N-methyl- It was dispersed in 2-pyrrolidone to obtain a slurry-like positive electrode mixture.

【0064】そして、この正極合剤を帯状の正極集電体
である厚さ20μmのアルミニウム箔の両面に均一に塗
布し、乾燥後、ロールプレス機で圧縮成型し、帯状正極
を得た。
Then, this positive electrode mixture was uniformly applied on both sides of a 20 μm thick aluminum foil, which is a strip-shaped positive electrode current collector, dried, and compression-molded by a roll press machine to obtain a strip-shaped positive electrode.

【0065】帯状負極、帯状正極及び厚さ25μmの微
多孔性ポリプロピレンフィルムよりなるセパレータを負
極、セパレータ、正極、セパレータの順に積層してか
ら、この積層体を渦巻型に多数回巻回し、最外周のセパ
レータ最終端部をテープで固定し巻層電極体を作製し
た。
A separator made of a strip-shaped negative electrode, a strip-shaped positive electrode and a microporous polypropylene film having a thickness of 25 μm was laminated in this order on the negative electrode, the separator, the positive electrode, and the separator, and then this laminated body was spirally wound many times to form the outermost periphery. The final end of the separator was fixed with tape to produce a wound layer electrode body.

【0066】このようにして作製した巻層電極体を、内
部にニッケルめっきを施した直径18mm、高さ65m
mの鉄製電池缶(内径17.38mm、缶肉厚0.31
mm)に収納した。巻層電極体の上下両端面には絶縁板
を配設した。また、アルミニウム製正極リードを正極集
電体から導出して電池蓋に溶接し、ニッケル製負極リー
ドを負極集電体から導出して電池缶に溶接した。この電
池缶の中に電解液を注入した。この電解液は、エチレン
カーボネートとジメチルカーボネートとの等容量混合溶
媒中にLiPFを1モル/1の割合で溶解して調製し
た。
The wound-layer electrode body thus manufactured was nickel-plated with a diameter of 18 mm and a height of 65 m.
m iron battery can (inner diameter: 17.38 mm, can thickness: 0.31)
mm). Insulating plates were arranged on both upper and lower end surfaces of the wound layer electrode body. Further, the aluminum positive electrode lead was led out from the positive electrode current collector and welded to the battery lid, and the nickel negative electrode lead was led out from the negative electrode current collector and welded to the battery can. An electrolytic solution was injected into the battery can. This electrolytic solution was prepared by dissolving LiPF 6 in a mixed solvent of equal volumes of ethylene carbonate and dimethyl carbonate at a ratio of 1 mol / 1.

【0067】アスファルトで表面を塗布した絶縁封口ガ
スケットを介して電池缶をかしめることにより、電池蓋
を固定し、電池内の気密性を保特させた。以上のように
して、円筒型非水電解液二次電池を作製した。
The battery lid was fixed by caulking the battery can through the insulating sealing gasket whose surface was coated with asphalt, and the airtightness inside the battery was maintained. As described above, a cylindrical non-aqueous electrolyte secondary battery was produced.

【0068】〈実施例2〉アトマイズ粉とCu粉をハイ
ブリダイゼーションして金属負極活物質を作製し、この
金属負極活物質を用いたこと以外は、実施例1と同挿に
して円筒型非水電解液二次電池を作製した。
Example 2 A cylindrical non-aqueous solution was inserted in the same manner as in Example 1 except that a metal negative electrode active material was prepared by hybridizing atomized powder and Cu powder. An electrolyte secondary battery was produced.

【0069】〈実施例3〉Siの融点は1414℃であ
り、Cuの融点は1085℃であるので、実施例2のよ
うにして作製したCuが表面に固着したアトマイズ粉を
Arガス雰囲気中1000℃で5時間熱処理した後、粉
砕し、200メッシュで分級し、篩下を金属負極活物質
として得た。この金属負極活物質を用いたこと以外は、
実施例2と同様にして円筒型非水電解液二次電池を作製
した。
Example 3 Since the melting point of Si is 1414 ° C. and the melting point of Cu is 1085 ° C., the atomized powder having Cu adhered to the surface produced in Example 2 is 1000 After heat treatment at ℃ for 5 hours, it was pulverized and classified with 200 mesh, and the under sieve was obtained as a metal negative electrode active material. Other than using this metal negative electrode active material,
A cylindrical non-aqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 2.

【0070】〈比較例1〉金属M中に炭素を内包させな
かった金属負極活物質を用いたこと以外は、実施例1と
同様にして円筒型非水電解液二次電池を作製した。
Comparative Example 1 A cylindrical non-aqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the metal negative electrode active material in which carbon was not included in the metal M was used.

【0071】〈比較例2〉炭素を内包した金属Mの周囲
にアセチレンブラックをハイブリダリゼーションさせな
かった金属負極活物質を用いたこと以外は、実施例1と
同様にして円筒型非水電解液二次電池を作製した。
Comparative Example 2 Cylindrical non-aqueous electrolytic solution was prepared in the same manner as in Example 1 except that a metal negative electrode active material in which acetylene black was not hybridized was used around the metal M containing carbon. A secondary battery was produced.

【0072】以上のようにして作製された実施例及び比
較例の電池に対して充放電サイクル試験を行い、サイク
ル特性を評価した。
A charging / discharging cycle test was conducted on the batteries of Examples and Comparative Examples produced as described above, and the cycle characteristics were evaluated.

【0073】まず、各電池に対して、最大電圧4.2
V、定電流1A、充電時間5hの条件で定電流定電圧充
電し、その後、定電流1Aで終止電圧2.5Vまで放電
する充放電サイクルを繰り返した。1サイクル目の放電
容量を初期容量とし、その初期容量を100とした場合
の50サイクル目の放電容量維特率(%)を求めた。
First, for each battery, the maximum voltage 4.2
A charging / discharging cycle was repeated in which constant-current constant-voltage charging was performed under the conditions of V, constant current 1A, and charging time 5h, and then discharging at a constant current 1A to a final voltage of 2.5V. The discharge capacity of the first cycle was defined as the initial capacity, and the discharge capacity maintenance ratio (%) at the 50th cycle was calculated when the initial capacity was 100.

【0074】各電池についての初期容量および50サイ
クル目の容量維特率を表1に示す。
Table 1 shows the initial capacity and the capacity maintenance rate at the 50th cycle for each battery.

【0075】[0075]

【表1】 [Table 1]

【0076】表1から明らかなように、金属M中に炭素
を内包していない比較例1、金属Mの周囲に炭素が固着
されていない比較例2の電池では、電子伝導性に劣るた
め、1サイクル目の充電時から充放電不能となる金属M
が生じ始めてしまう。そして、サイクルに伴い充放電不
能となる金属Mの量が多くなり、初期容量、容量維特率
ともに劣ってしまっていることがわかる。
As is clear from Table 1, the batteries of Comparative Example 1 in which carbon is not included in the metal M and Comparative Example 2 in which carbon is not fixed around the metal M have poor electron conductivity. Metal M that cannot be charged or discharged from the first cycle of charging
Will start to occur. It can be seen that the amount of the metal M that cannot be charged and discharged increases with the cycle, and the initial capacity and the capacity maintenance rate are inferior.

【0077】一方、金属M中に炭素が内包され、金属M
の周囲に炭素又は金属Rが固着されている金属負極活物
質を用いた実施例1〜実施例3の電池においては、金属
負極活物質の電子伝導性が十分に確保されているため、
初期容量も大きく容量維特率も高いことがわかる。特
に、熱処理により十分な電子伝導性が確保されている実
施例3の電池が最も大きな初期容量と高い容量維特率を
示した。
On the other hand, when the metal M contains carbon, the metal M
In the batteries of Examples 1 to 3 using the metal negative electrode active material in which the carbon or the metal R is fixed around, since the electron conductivity of the metal negative electrode active material is sufficiently ensured,
It can be seen that the initial capacity is large and the capacity maintenance rate is also high. In particular, the battery of Example 3 in which sufficient electron conductivity was ensured by heat treatment showed the largest initial capacity and high capacity maintenance rate.

【0078】以上の結果より、金属Mに炭素粒子が内包
され、かつ、当該金属Mの表面に炭素または金属Rを固
着したものを負極活物質として用いることで、負極活物
質が電気化学反応中の膨張収縮によって微粉化しても、
リチウムと電気化学反応可能な金属Mの内部及び表面で
の電子伝導の低下を抑えることができる。そして、この
ような負極活物質を用いた非水電解質電池は、電極劣化
による電池内部抵抗の上昇が抑えられ、サイクル劣化を
抑制することができ、高容量でかつサイクル特性に優れ
たものとなることがわかった。
From the above results, by using the metal M containing carbon particles and having the surface of the metal M fixed with carbon or metal R as the negative electrode active material, the negative electrode active material undergoes an electrochemical reaction. Even if it is pulverized by the expansion and contraction of
It is possible to suppress a decrease in electron conduction inside and on the surface of the metal M that can electrochemically react with lithium. Then, a non-aqueous electrolyte battery using such a negative electrode active material is capable of suppressing an increase in battery internal resistance due to electrode deterioration, suppressing cycle deterioration, and having high capacity and excellent cycle characteristics. I understood it.

【0079】[0079]

【本発明の効果】本発明では、負極活物質として、リチ
ウムと電気化学反応可能な金属Mに炭素粒子が内包され
ており、かつ、当該金属Mの表面に、炭素またはリチウ
ムと電気化学反応しない金属Rを固着したものを用いて
いるので、負極活物質が電気化学反応中の膨張収縮によ
って微粉化しても、リチウムと電気化学反応可能な金属
Mの内部及び表面での電子伝導の低下を抑えることがで
きる。
INDUSTRIAL APPLICABILITY In the present invention, as a negative electrode active material, carbon particles are included in a metal M capable of electrochemically reacting with lithium, and the surface of the metal M does not electrochemically react with carbon or lithium. Since the material to which the metal R is adhered is used, even if the negative electrode active material is pulverized due to expansion and contraction during the electrochemical reaction, it is possible to suppress a decrease in electron conduction inside and on the surface of the metal M capable of electrochemically reacting with lithium. be able to.

【0080】これにより、本発明では、電極劣化による
電池内部抵抗の上昇が抑えられ、サイクル劣化を抑制す
ることができ、高容量でかつサイクル特性に優れた非水
電解質二次電池を実現することができる。
As a result, according to the present invention, it is possible to suppress an increase in battery internal resistance due to electrode deterioration, suppress cycle deterioration, and realize a non-aqueous electrolyte secondary battery having high capacity and excellent cycle characteristics. You can

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

【図1】本発明の非水電解液電池の一構成例を示す縦断
面図である。
FIG. 1 is a vertical cross-sectional view showing one structural example of a non-aqueous electrolyte battery of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 非水電解液電池、 2 正極、 3 負極、 4
セパレータ、 5 電池缶、 6 絶縁板、 7 負極
リード、 8 正極リード、 9 電流遮断用薄板、
10 電池蓋、 11 絶縁封口ガスケット、 12
センターピン、13 安全弁装置、 14 PTC素子
1 non-aqueous electrolyte battery, 2 positive electrode, 3 negative electrode, 4
Separator, 5 battery cans, 6 insulating plates, 7 negative electrode leads, 8 positive electrode leads, 9 current cut thin plates,
10 Battery lid, 11 Insulation sealing gasket, 12
Center pin, 13 safety valve device, 14 PTC element

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01M 10/40 H01M 10/40 Z Fターム(参考) 5H029 AJ03 AJ05 AK03 AL12 AM03 AM04 AM05 AM07 BJ02 BJ14 CJ02 CJ07 CJ28 DJ08 DJ15 DJ16 EJ01 EJ04 HJ05 5H050 AA07 AA08 BA16 CA07 CB12 DA03 DA10 EA02 EA03 EA04 EA05 EA08 FA05 FA16 FA17 FA18 GA02 GA06 GA09 GA27 HA05 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) H01M 10/40 H01M 10/40 ZF term (reference) 5H029 AJ03 AJ05 AK03 AL12 AM03 AM04 AM05 AM07 BJ02 BJ14 CJ02 CJ07 CJ28 DJ08 DJ15 DJ16 EJ01 EJ04 HJ05 5H050 AA07 AA08 BA16 CA07 CB12 DA03 DA10 EA02 EA03 EA04 EA05 EA08 FA05 FA16 FA17 FA18 GA02 GA06 GA09 GA27 HA05

Claims (18)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 リチウムと電気化学反応可能な金属M
が、炭素を内包しており、かつ、当該金属Mの表面に炭
素又はリチウムと電気化学反応しない金属Rが固着され
ていることを特徴とする負極活物質。
1. A metal M capable of electrochemically reacting with lithium.
However, the negative electrode active material contains carbon, and a metal R that does not electrochemically react with carbon or lithium is fixed to the surface of the metal M.
【請求項2】 上記金属Mが、リチウムと電気化学的に
反応する金属と、反応しない金属との混合物であること
を特徴とする請求項1記載の負極活物質。
2. The negative electrode active material according to claim 1, wherein the metal M is a mixture of a metal that electrochemically reacts with lithium and a metal that does not react with lithium.
【請求項3】 上記金属M中に内包される炭素が、ハー
ドカーボン、ソフトカーボン、グラファイト、カーボン
ブラックの少なくとも一種以上からなることを特徴とす
る請求項1記載の負極活物質。
3. The negative electrode active material according to claim 1, wherein the carbon contained in the metal M is at least one of hard carbon, soft carbon, graphite and carbon black.
【請求項4】 上記金属M中に内包される炭素の形状
が、繊維状、球状、粒状、鱗片状の少なくとも一種以上
であることを特徴とする請求項1記載の負極活物質。
4. The negative electrode active material according to claim 1, wherein the shape of the carbon contained in the metal M is at least one of fibrous, spherical, granular, and scaly.
【請求項5】 上記金属Mの表面に固着されている炭素
が、ハードカーボン、ソフトカーボン、グラファイト、
カーボンブラックの少なくとも一種以上であることを特
徴とする請求項1記載の負極活物質。
5. The carbon fixed to the surface of the metal M is hard carbon, soft carbon, graphite,
The negative electrode active material according to claim 1, which is at least one kind of carbon black.
【請求項6】 上記金属Rが、Cr、Mn、Fe、C
o、Ni、Cu、Ag、Mo、Nb、Nd、Sm、T
a、Ti、Vの中から選ばれた少なくとも1種以上の金
属の混合物または合金化合物であることを特徴とする請
求項1記載の負極活物質。
6. The metal R is Cr, Mn, Fe, C
o, Ni, Cu, Ag, Mo, Nb, Nd, Sm, T
The negative electrode active material according to claim 1, which is a mixture or alloy compound of at least one metal selected from a, Ti, and V.
【請求項7】 リチウムと電気化学反応可能な金属M
が、炭素を内包しており、かつ、当該金属Mの表面に炭
素又はリチウムと電気化学反応しない金属Rが固着され
ている負極活物質を製造するに際し、 上記金属Mに炭素を内包する過程において、非酸化性雰
囲気中で処理される工程を有することを特徴とする負極
活物質の製造方法。
7. A metal M capable of electrochemically reacting with lithium
In producing a negative electrode active material in which carbon is included and a metal R that does not electrochemically react with carbon or lithium is fixed to the surface of the metal M, in the process of including carbon in the metal M A method for producing a negative electrode active material, comprising a step of treating in a non-oxidizing atmosphere.
【請求項8】 上記金属Mとして、リチウムと電気化学
的に反応する金属と、反応しない金属との混合物を用い
ることを特徴とする請求項7記載の負極活物質の製造方
法。
8. The method for producing a negative electrode active material according to claim 7, wherein a mixture of a metal that electrochemically reacts with lithium and a metal that does not react is used as the metal M.
【請求項9】 上記金属M中に内包する炭素として、ハ
ードカーボン、ソフトカーボン、グラファイト、カーボ
ンブラックの少なくとも一種以上を用いることを特徴と
する請求項7記載の負極活物質の製造方法。
9. The method for producing a negative electrode active material according to claim 7, wherein at least one of hard carbon, soft carbon, graphite, and carbon black is used as carbon contained in the metal M.
【請求項10】 上記金属M中に内包する炭素として、
繊維状、球状、粒状、鱗片状の少なくとも一種以上の形
状のものを用いることを特徴とする請求項7記載の負極
活物質の製造方法。
10. The carbon contained in the metal M,
The method for producing a negative electrode active material according to claim 7, wherein at least one of fibrous, spherical, granular, and scale-like shapes is used.
【請求項11】 上記金属Mの表面に固着する炭素とし
て、ハードカーボン、ソフトカーボン、グラファイト、
カーボンブラックの少なくとも一種以上を用いることを
特徴とする請求項7記載の負極活物質の製造方法。
11. The carbon fixed to the surface of the metal M is hard carbon, soft carbon, graphite,
The method for producing a negative electrode active material according to claim 7, wherein at least one kind of carbon black is used.
【請求項12】 上記金属Rとして、Cr、Mn、F
e、Co、Ni、Cu、Ag、Mo、Nb、Nd、S
m、Ta、Ti、Vの中から選ばれた少なくとも1種以
上の金属の混合物または合金化合物を用いることを特徴
とする請求項7記載の負極活物質の製造方法。
12. The metal R is Cr, Mn, F.
e, Co, Ni, Cu, Ag, Mo, Nb, Nd, S
The method for producing a negative electrode active material according to claim 7, wherein a mixture or alloy compound of at least one metal selected from m, Ta, Ti, and V is used.
【請求項13】 LiM(MはCo、Ni、M
n、Fe、Cr、Al、Tiの群から選ばれた少なくと
も一つの元素である。)で表わされるリチウム複合酸化
物を正極活物質として有する正極と、負極活物質を有す
る負極と、正極と負極との間に介在された非水電解質と
を備え、 上記負極活物質は、リチウムと電気化学反応可能な金属
Mが、炭素を内包しており、かつ、当該金属Mの表面に
炭素又はリチウムと電気化学反応しない金属Rが固着さ
れてなることを特徴とする非水電解質二次電池。
13. LiM x O y (M is Co, Ni, M
It is at least one element selected from the group consisting of n, Fe, Cr, Al, and Ti. ), A positive electrode having a lithium composite oxide as a positive electrode active material, a negative electrode having a negative electrode active material, and a non-aqueous electrolyte interposed between the positive electrode and the negative electrode, wherein the negative electrode active material is lithium. A non-aqueous electrolyte secondary battery characterized in that a metal M capable of electrochemical reaction contains carbon and a metal R that does not electrochemically react with carbon or lithium is fixed to the surface of the metal M. .
【請求項14】 上記金属Mが、リチウムと電気化学的
に反応する金属と、反応しない金属との混合物であるこ
とを特徴とする請求項13記載の非水電解質二次電池。
14. The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 13, wherein the metal M is a mixture of a metal that electrochemically reacts with lithium and a metal that does not react with lithium.
【請求項15】 上記金属M中に内包される炭素が、ハ
ードカーボン、ソフトカーボン、グラファイト、カーボ
ンブラックの少なくとも一種以上からなることを特徴と
する請求項13記載の非水電解質二次電池。
15. The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 13, wherein the carbon contained in the metal M is at least one of hard carbon, soft carbon, graphite, and carbon black.
【請求項16】 上記金属M中に内包される炭素の形状
が、繊維状、球状、粒状、鱗片状の少なくとも一種以上
であることを特徴とする請求項13記載の非水電解質二
次電池。
16. The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 13, wherein the shape of the carbon contained in the metal M is at least one of fibrous, spherical, granular, and scaly.
【請求項17】 上記金属Mの表面に固着されている炭
素が、ハードカーボン、ソフトカーボン、グラファイ
ト、カーボンブラックの少なくとも一種以上であること
を特徴とする請求項13記載の非水電解質二次電池。
17. The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 13, wherein the carbon fixed to the surface of the metal M is at least one of hard carbon, soft carbon, graphite and carbon black. .
【請求項18】 上記金属Rが、Cr、Mn、Fe、C
o、Ni、Cu、Ag、Mo、Nb、Nd、Sm、T
a、Ti、Vの中から選ばれた少なくとも1種以上の金
属の混合物または合金化合物であることを特徴とする請
求項13記載の非水電解質二次電池。
18. The metal R is Cr, Mn, Fe, C
o, Ni, Cu, Ag, Mo, Nb, Nd, Sm, T
14. The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 13, which is a mixture or alloy compound of at least one metal selected from a, Ti, and V.
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