JP2003272613A - Negative electrode material for nonaqueous electrolyte secondary battery and nonaqueous electrolyte secondary battery - Google Patents

Negative electrode material for nonaqueous electrolyte secondary battery and nonaqueous electrolyte secondary battery

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JP2003272613A JP2002073210A JP2002073210A JP2003272613A JP 2003272613 A JP2003272613 A JP 2003272613A JP 2002073210 A JP2002073210 A JP 2002073210A JP 2002073210 A JP2002073210 A JP 2002073210A JP 2003272613 A JP2003272613 A JP 2003272613A
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secondary battery
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a negative electrode material for a nonaqueous electrolyte secondary battery capable of satisfying capacity per unit cubic volume, cycle characteristics and rate characteristics at the same time. <P>SOLUTION: The composition is expressed in (Al<SB>1-x</SB>Si<SB>x</SB>)<SB>a</SB>Ni<SB>b</SB>M<SB>c</SB>(provided, M is a kind of element selected from a group consisting of C, Mg, Ca, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Cu, Zn, Ga, Ge, La, Zr, W, Mo, and Ba, and the atomic percentages a, b, c and x denote; a+b=100 atom %, 60≤a≤90, 0≤c≤5, 0.2≤x≤0.8 and includes an alloy satisfying a formula: (β/α)≤0.6. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、非水電解質二次電
池用負極材料および非水電解質二次電池に関するもので
ある。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a negative electrode material for a non-aqueous electrolyte secondary battery and a non-aqueous electrolyte secondary battery.

【0002】[0002]

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

【0003】リチウム二次電池としては、金属リチウム
を含む負極と、炭酸プロピレン(PC)、1,2−ジメ
トキシエタン(DME)、γ−ブチロラクトン(γ−B
L)、テトラヒドロフラン(THF)などの非水溶媒中
にLiClO4、LiBF4、LiAsF6などのリチウ
ム塩を溶解した非水電解液あるいはリチウム伝導性固体
電解質と、リチウムとの間でトポケミカル反応をする化
合物(例えば、TiS 2、MoS2、V25、V613
MnO2など)を正極活物質として含む正極とを備える
ものが研究されている。
As a lithium secondary battery, metallic lithium is used.
Negative electrode containing propylene carbonate (PC), 1,2-dimension
Toxyethane (DME), γ-butyrolactone (γ-B
L), in a non-aqueous solvent such as tetrahydrofuran (THF)
LiClOFour, LiBFFour, LiAsF6Richiu, etc.
Non-aqueous electrolyte or lithium-conducting solid in which aluminum salt is dissolved
Topochemical reaction between electrolyte and lithium
Compound (eg TiS 2, MoS2, V2OFive, V6O13,
MnO2Etc.) as a positive electrode active material
Things are being researched.

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

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

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

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、単位体積当
りの容量とサイクル寿命とレート特性とを同時に満足す
ることが可能な非水電解質二次電池用負極材料と、この
負極材料を備える非水電解質二次電池を提供することを
目的とする。
DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention provides a negative electrode material for a non-aqueous electrolyte secondary battery capable of simultaneously satisfying the capacity per unit volume, cycle life and rate characteristics, and a non-aqueous electrolyte provided with this negative electrode material. It is an object to provide a water electrolyte secondary battery.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明に係る非水電解質
二次電池用負極材料は、組成が(Al1-xSixaNib
c(但し、前記Mは、C、Mg、Ca、Ti、V、C
r、Mn、Fe、Co、Cu、Zn、Ga、Ge、L
a、Zr、W、Mo及びBaからなる群より選択される
少なくとも1種類の元素、原子比a,b、cおよびx
は、a+b=100原子%、60≦a≦90、0≦c≦
5、0.2≦x≦0.8を示す)で表され、かつ下記
(1)式を満足する合金を含むことを特徴とするもので
ある。
The negative electrode material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention has a composition of (Al 1-x Si x ) a Ni b
M c (where M is C, Mg, Ca, Ti, V, C
r, Mn, Fe, Co, Cu, Zn, Ga, Ge, L
at least one element selected from the group consisting of a, Zr, W, Mo and Ba, and atomic ratios a, b, c and x
Is a + b = 100 atomic%, 60 ≦ a ≦ 90, 0 ≦ c ≦
5, showing 0.2 ≦ x ≦ 0.8) and containing an alloy satisfying the following formula (1).

【0009】(β/α)≦0.6 (1) 但し、前記αは、CuKα線を用いたX線回折パターン
における2θが45°≦2θ≦48°に現れるピークの
うちの最大強度を有するピークの強度であり、前記β
は、CuKα線を用いたX線回折パターンにおける2θ
が25°≦2θ≦30°に現れるピークのうちの最大強
度を有するピークの強度である。
(Β / α) ≦ 0.6 (1) However, α has the maximum intensity of the peaks in which 2θ is 45 ° ≦ 2θ ≦ 48 ° in the X-ray diffraction pattern using CuKα rays. Is the intensity of the peak, and β
Is 2θ in an X-ray diffraction pattern using CuKα rays.
Is the intensity of the peak having the maximum intensity among the peaks appearing at 25 ° ≦ 2θ ≦ 30 °.

【0010】本発明に係る非水電解質二次電池は、負極
材料を含有する負極と、正極と、非水電解質とを具備
し、前記負極材料は、組成が(Al1-xSixaNib
c(但し、前記Mは、C、Mg、Ca、Ti、V、C
r、Mn、Fe、Co、Cu、Zn、Ga、Ge、L
a、Zr、W、Mo及びBaからなる群より選択される
少なくとも1種類の元素、原子比a,b、cおよびx
は、a+b=100原子%、60≦a≦90、0≦c≦
5、0.2≦x≦0.8を示す)で表され、かつ下記
(1)式を満足する合金を含むことを特徴とするもので
ある。
The non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention comprises a negative electrode containing a negative electrode material, a positive electrode, and a non-aqueous electrolyte, and the negative electrode material has a composition of (Al 1-x Si x ) a Ni b M
c (However, M is C, Mg, Ca, Ti, V, C
r, Mn, Fe, Co, Cu, Zn, Ga, Ge, L
at least one element selected from the group consisting of a, Zr, W, Mo and Ba, and atomic ratios a, b, c and x
Is a + b = 100 atomic%, 60 ≦ a ≦ 90, 0 ≦ c ≦
5, showing 0.2 ≦ x ≦ 0.8) and containing an alloy satisfying the following formula (1).

【0011】(β/α)≦0.6 (1) 但し、前記αは、CuKα線を用いたX線回折パターン
における2θが45°≦2θ≦48°に現れるピークの
うちの最大強度を有するピークの強度であり、前記β
は、CuKα線を用いたX線回折パターンにおける2θ
が25°≦2θ≦30°に現れるピークのうちの最大強
度を有するピークの強度である。
(Β / α) ≦ 0.6 (1) However, α has the maximum intensity of the peaks in which 2θ is 45 ° ≦ 2θ ≦ 48 ° in the X-ray diffraction pattern using CuKα rays. Is the intensity of the peak, and β
Is 2θ in an X-ray diffraction pattern using CuKα rays.
Is the intensity of the peak having the maximum intensity among the peaks appearing at 25 ° ≦ 2θ ≦ 30 °.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】本発明に係る非水電解質二次電池
用負極材料は、組成が(Al1-xSixaNibc(但
し、前記Mは、C、Mg、Ca、Ti、V、Cr、M
n、Fe、Co、Cu、Zn、Ga、Ge、La、Z
r、W、Mo及びBaからなる群より選択される少なく
とも1種類の元素、原子比a,b、cおよびxは、a+
b=100原子%、60≦a≦90、0≦c≦5、0.
2≦x≦0.8を示す)で表され、かつ下記(1)式を
満足する合金を含む。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION A negative electrode material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention has a composition of (Al 1-x Si x ) a Ni b M c (where M is C, Mg, Ca, Ti, V, Cr, M
n, Fe, Co, Cu, Zn, Ga, Ge, La, Z
At least one element selected from the group consisting of r, W, Mo and Ba, and the atomic ratios a, b, c and x are a +
b = 100 atomic%, 60 ≦ a ≦ 90, 0 ≦ c ≦ 5, 0.
2 ≦ x ≦ 0.8) and satisfies the following formula (1).

【0013】(β/α)≦0.6 (1) 但し、前記αは、CuKα線を用いたX線回折パターン
における2θが45°≦2θ≦48°に現れるピークの
うちの最大強度を有するピークの強度であり、前記β
は、CuKα線を用いたX線回折パターンにおける2θ
が25°≦2θ≦30°に現れるピークのうちの最大強
度を有するピークの強度である。
(Β / α) ≦ 0.6 (1) However, α has the maximum intensity among the peaks appearing when 2θ is 45 ° ≦ 2θ ≦ 48 ° in the X-ray diffraction pattern using CuKα rays. Is the intensity of the peak, and β
Is 2θ in an X-ray diffraction pattern using CuKα rays.
Is the intensity of the peak having the maximum intensity among the peaks appearing at 25 ° ≦ 2θ ≦ 30 °.

【0014】まず、本発明に係る非水電解質二次電池用
負極材料の組成について説明する。
First, the composition of the negative electrode material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention will be described.

【0015】(Siの原子比x)Si(ケイ素)は、L
iと可逆的に化合・解離することによりLiを吸蔵・放
出することができる。Si金属を非水電解質二次電池用
負極材料に用いた場合の充電・放電容量は、理論的には
4200mAh/g(9800mAh/cc:比重2.
33)という大きさとなる。このSi金属の理論最大容
量は、現在実用化されている炭素材の理論最大容量の3
72mAh/g(844mAh/cc:比重2.27と
して)に比較してはるかに大きく、金属リチウムの理論
最大容量の3900mAh/g(2100mAh/c
c:比重0.53)と比較しても、電池の小型化という
観点から重要な単位体積あたりの放電容量では、Si金
属の方が著しく大きくなる。ところが、Siからなる負
極材料は、Liの吸蔵・放出に伴う体積変化が大きいた
め、割れにより微粉化し易い。このため、充電・放電サ
イクルに伴う容量の低下が甚だしく、サイクル寿命が極
端に短くなる。
(Si atomic ratio x) Si (silicon) is L
Li can be occluded and released by reversibly combining and dissociating with i. The theoretical charge / discharge capacity when Si metal was used as the negative electrode material for a non-aqueous electrolyte secondary battery was 4200 mAh / g (9800 mAh / cc: specific gravity: 2.
33). The theoretical maximum capacity of this Si metal is 3 of the theoretical maximum capacity of the carbon material currently in practical use.
It is much larger than 72 mAh / g (844 mAh / cc: specific gravity of 2.27), and the theoretical maximum capacity of metallic lithium is 3900 mAh / g (2100 mAh / c).
Compared with c: specific gravity 0.53), Si metal has a significantly larger discharge capacity per unit volume, which is important from the viewpoint of battery miniaturization. However, since the negative electrode material made of Si undergoes a large volume change due to storage / release of Li, it is easily broken into fine particles. For this reason, the capacity is drastically reduced with charge / discharge cycles, and the cycle life is extremely shortened.

【0016】Siの原子比xは、0.2以上、0.8以
下の範囲内にすることが望ましい。これは以下に説明す
るような理由によるものである。原子比xを0.2未満
にすると、合金の不可逆容量が増加するため、充放電サ
イクル寿命が低下する。すなわち、Alは非常に酸化さ
れやすく、表面に生成した酸化物Al23は初回のクー
ロン効率を悪くする原因となる。Siの原子比xを0.
2未満にすると、相対的に合金中のAl含有量が多くな
り、合金表面が多量の酸化物で被覆されるため、合金の
不可逆容量が増大する。一方、Siの原子比xが0.8
を超えると、合金のリチウム吸蔵放出に伴う体積膨張が
大きくなるため、サイクル寿命が低下する。Siの原子
比xのより好ましい範囲は、0.5≦x≦0.7であ
る。
The atomic ratio x of Si is preferably in the range of 0.2 or more and 0.8 or less. This is for the reason explained below. When the atomic ratio x is less than 0.2, the irreversible capacity of the alloy increases, so that the charge / discharge cycle life decreases. That is, Al is very likely to be oxidized, and the oxide Al 2 O 3 formed on the surface causes the initial Coulomb efficiency to deteriorate. The atomic ratio x of Si is 0.
If it is less than 2, the Al content in the alloy relatively increases and the alloy surface is coated with a large amount of oxide, so that the irreversible capacity of the alloy increases. On the other hand, the atomic ratio x of Si is 0.8
When it exceeds, the volume expansion of the alloy due to the occlusion and release of lithium becomes large, resulting in a decrease in cycle life. A more preferable range of the atomic ratio x of Si is 0.5 ≦ x ≦ 0.7.

【0017】(AlとSiの合計原子比a)AlとSi
の合計原子比aは、60〜90原子%の範囲内にするこ
とが望ましい。これは以下に説明するような理由による
ものである。合計原子比aが上記範囲外にある場合、α
とβのピーク強度比が目的の値を有する合金が得られな
い。また、合計原子比が90原子%を超えると、Al及
びSiの単体相の割合が相対的に増加するため、初期の
容量は非常に高くなるものの、サイクルの劣化が激しく
なる。一方、合計原子比aを60原子%未満にすると、
第1の相A及び第2の相B以外の元素、特にLiに対し
て不活性な相が多数存在するため、容量の低下を招く。
合計原子比aのさらに好ましい範囲は、70≦a≦75
である。
(Total atomic ratio a of Al and Si) Al and Si
The total atomic ratio a of is preferably in the range of 60 to 90 atomic%. This is for the reason explained below. When the total atomic ratio a is outside the above range, α
It is not possible to obtain an alloy having a desired peak intensity ratio of β and β. Further, when the total atomic ratio exceeds 90 atomic%, the ratio of the Al and Si simple phases relatively increases, so that the initial capacity becomes very high, but the cycle deterioration becomes severe. On the other hand, if the total atomic ratio a is less than 60 atomic%,
A large number of phases other than the first phase A and the second phase B, which are inactive with respect to the elements, particularly Li, exist, leading to a decrease in capacity.
A more preferable range of the total atomic ratio a is 70 ≦ a ≦ 75.
Is.

【0018】(Niの原子比b)Niの原子比bは、1
0〜40原子%の範囲内にすることが望ましい。これは
以下に説明するような理由によるものである。合計原子
比bが上記範囲外にある場合、αとβのピーク強度比が
目的の値を有する合金が得られない。また、合計原子比
bを10原子%を未満にすると、Al及びSiの単体相
の割合が相対的に増加するため、初期の容量は非常に高
くなるものの、サイクルの劣化が激しくなる。一方、合
計原子比bが60原子%を超えると、第1の相A及び第
2の相B以外の元素、特にLiに対して不活性な相が多
数存在するため、容量の低下を招く。Niの原子比bの
さらに好ましい範囲は、25≦b≦30である。
(Ni atomic ratio b) Ni atomic ratio b is 1
It is desirable to set it within the range of 0 to 40 atomic%. This is for the reason explained below. When the total atomic ratio b is out of the above range, an alloy having a desired peak intensity ratio of α and β cannot be obtained. Further, if the total atomic ratio b is less than 10 atomic%, the ratio of the simple phases of Al and Si relatively increases, so that the initial capacity becomes very high, but the cycle deterioration becomes severe. On the other hand, when the total atomic ratio b exceeds 60 atomic%, many capacities are inactive with respect to elements other than the first phase A and the second phase B, especially Li, and thus the capacity is lowered. A more preferable range of the atomic ratio b of Ni is 25 ≦ b ≦ 30.

【0019】(元素Mの原子比c)元素Mの中は特に指
定されるものではなく、Si、Ni、Alと合金を形成
をしてもしなくてもよい。また新たに合金を形成した場
合、その合金相はLiを吸蔵しても吸蔵しなくても良
い。元素Mとしては、C、Mg、Ca、Ti、V、C
r、Mn、Fe、Co、Cu、Zn、Ga、Ge、L
a、Zr、W、Mo及びBaよりなる群から選択される
少なくとも1種類の元素を使用することができる。ま
た、元素Mの原子比cは5原子%以下の範囲内(0を含
む)にすることが望ましい。これは元素Mの原子比cが
5原子%を超えると、ピーク強度(β/α)が0.6以
下になる合金が得られ難く、それにより新たに生成した
合金相がLi吸蔵可能あるいは不可能に関わらず初期容
量が減少あるいはサイクル特性が悪化する。
(Atomic ratio c of element M) The element M is not particularly specified, and may or may not form an alloy with Si, Ni, or Al. When a new alloy is formed, the alloy phase may or may not occlude Li. As the element M, C, Mg, Ca, Ti, V, C
r, Mn, Fe, Co, Cu, Zn, Ga, Ge, L
At least one element selected from the group consisting of a, Zr, W, Mo and Ba can be used. Further, it is desirable that the atomic ratio c of the element M be within a range of 5 atomic% or less (including 0). This is because when the atomic ratio c of the element M exceeds 5 atomic%, it is difficult to obtain an alloy having a peak strength (β / α) of 0.6 or less, and the newly generated alloy phase is capable of occluding Li or not. Regardless of the possibility, the initial capacity decreases or the cycle characteristics deteriorate.

【0020】元素Mの添加によって、電池性能を向上さ
せることが可能である。例えばCを添加した場合、第2
の相B中のSiとCが反応してSiCが第2の相B中に
生成すると推測される。SiCは非常に硬いセラミック
スであるため、Li吸蔵時、第2の相Bの体積膨張を抑
制することができる。一方、例えばMgを添加した場
合、第2の相B中のSiと新たな合金SiMg2を形成
することができる。SiMg2はLiと合金を形成する
ことができる。SiMg2はSiに比べて初期容量が小
さいものの、Li吸蔵時における体積膨張はそれに比べ
はるかに小さい。従ってSiCと同様、初期容量はやや
減少するもののサイクル特性は向上すると考えられる。
By adding the element M, it is possible to improve the battery performance. For example, when C is added, the second
It is presumed that Si and C in the phase B react with each other to form SiC in the second phase B. Since SiC is a very hard ceramic, the volume expansion of the second phase B can be suppressed when Li is occluded. On the other hand, for example, when Mg is added, Si in the second phase B and a new alloy SiMg 2 can be formed. SiMg 2 can form an alloy with Li. Although SiMg 2 has a smaller initial capacity than Si, the volume expansion during storage of Li is much smaller than that. Therefore, like SiC, although the initial capacity is slightly reduced, the cycle characteristics are considered to be improved.

【0021】本発明に係る負極材料の合金は、AlとN
iとSiとを含有する金属間化合物を含む第1の相A
と、Alを主体とする第2の相Bとを含む金属組織を有
することが望ましい。第2の相Bは、Alの元素単体相
Bであっても良いし、Alの他に、SiまたはNiが含
まれていても良い。但し、第2の相B中のAl含有量
は、他の構成元素の含有量に比較して多くすることが望
ましい。
The alloy of the negative electrode material according to the present invention comprises Al and N.
First phase A containing intermetallic compound containing i and Si
And a second phase B containing Al as a main component. The second phase B may be an elemental elemental phase B of Al, or may contain Si or Ni in addition to Al. However, it is desirable that the Al content in the second phase B be higher than the contents of other constituent elements.

【0022】前記第1の相A中のAl含有量をXAl原子
%、前記第1の相A中のNi含有量をXNi原子%、前記
第2の相B中のSi含有量をYSi原子%、前記第2の相
B中のNi含有量をYNi原子%とした際に、35≦XAl
≦50、30≦XNi≦40、0≦YSi≦10、0≦YNi
≦5を満たすことが望ましい。なお、第1の相及び第2
の相の組成分析は、透過電子顕微鏡(TEM)を用いて
行うことが可能である。
The Al content in the first phase A is X Al atom%, the Ni content in the first phase A is X Ni atom%, and the Si content in the second phase B is Y. When Si atomic% and the Ni content in the second phase B are Y Ni atomic%, 35 ≦ X Al
≦ 50, 30 ≦ X Ni ≦ 40, 0 ≦ Y Si ≦ 10, 0 ≦ Y Ni
It is desirable to satisfy ≦ 5. Note that the first phase and the second
The compositional analysis of the phase can be performed using a transmission electron microscope (TEM).

【0023】前記第1の相A中のAl含有量XAlを35
原子%未満にすると、第1の相Aの格子定数が小さくな
るため、Liの拡散パスが悪くなり、しかも金属間化合
物のリチウム伝導度が低下し、放電レート特性が低くな
る恐れがある。一方、Al含有量XAlが50原子%を超
えると、第1の相Aの金属間化合物の結晶性が低下する
ために第2の相Bのリチウム吸蔵放出に伴う体積膨張を
抑えることができなくなり、また、第1の相Aのリチウ
ム吸蔵能力がほとんど失われる。前記第1の相A中のA
l含有量XAlのより好ましい範囲は、36≦XAl≦40
である。
The Al content X Al in the first phase A is 35
If it is less than atomic%, the lattice constant of the first phase A becomes small, so that the diffusion path of Li deteriorates, and further, the lithium conductivity of the intermetallic compound decreases, and the discharge rate characteristic may deteriorate. On the other hand, when the Al content X Al exceeds 50 atomic%, the crystallinity of the intermetallic compound of the first phase A is lowered, so that the volume expansion of the second phase B due to lithium occlusion / release can be suppressed. In addition, the lithium storage capacity of the first phase A is almost lost. A in the first phase A
The more preferable range of the 1 content X Al is 36 ≦ X Al ≦ 40
Is.

【0024】前記第1の相A中のNi含有量XNiが30
〜40原子%の範囲を外れると、第1の相Aの金属間化
合物の結晶性が悪くなりリチウム吸蔵時における第2の
相Bの体積膨張を抑制できずサイクルの劣化を引き起こ
すという問題点がある。より好ましい範囲は33≦X
Ni≦38である。
The Ni content X Ni in the first phase A is 30.
When the amount is out of the range of 40 atomic%, the crystallinity of the intermetallic compound of the first phase A is deteriorated, and the volume expansion of the second phase B during lithium absorption cannot be suppressed, which causes deterioration of the cycle. is there. More preferable range is 33 ≦ X
Ni ≦ 38.

【0025】前記第2の相B中のSi含有量YSiが10
原子%を超えると、初期容量は大きくなるものの、リチ
ウム吸蔵時における体積膨張が激しくなってサイクル寿
命が低下する恐れがある。前記第2の相B中のSi含有
量YSiのより好ましい範囲は、0≦YSi≦7である。
The Si content Y Si in the second phase B is 10
When it exceeds atomic%, although the initial capacity increases, the volume expansion during lithium occlusion becomes severe and the cycle life may decrease. A more preferable range of the Si content Y Si in the second phase B is 0 ≦ Y Si ≦ 7.

【0026】また、Niはリチウムに対して不活性であ
るため、前記第2の相B中のNi含有量YNiは、5原子
%以下の範囲内にすることが望ましい。前記第2の相B
中のNi含有量YNiのより好ましい範囲は、0≦YNi
5である。
Further, since Ni is inactive to lithium, it is desirable that the Ni content Y Ni in the second phase B is within the range of 5 atomic% or less. The second phase B
The more preferable range of the Ni content Y Ni is 0 ≦ Y Ni
It is 5.

【0027】AlとNiとSiとを含有する金属間化合
物を含む第1の相Aは、充放電時における体積膨張がほ
とんどないこと、具体的には体積膨張変化率が3%以下
であることが好ましい。第1の相Aは、CaF2のホタ
ル石型構造を有するNiSi2相か、NiSi2に類似し
た結晶構造を有する相であることが好ましい。第1の相
AがNiSi2相である場合について説明する。本発明
に係る負極材料において、Alを主体とする第2の相B
は、充放電容量の高容量化に寄与しているものと考えら
れる。一方、第1の相Aは、例えば、CaF2のホタル
石型構造を有するNiSi2で構成される。第1の相A
の金属間化合物がNiSi2と同等の結晶構造を有した
場合、金属固体内部のLi拡散が確保できず、またLi
吸蔵・放出を行わないため、充放電時における体積膨張
が殆ど起こらない。従って、第1の相Aは第2の相Bの
Li挿入・放出反応時の体積変化を抑えることが可能で
ある。
The first phase A containing the intermetallic compound containing Al, Ni and Si has almost no volume expansion during charging and discharging, specifically, the volume expansion change rate is 3% or less. Is preferred. The first phase A is preferably a NiSi 2 phase having a fluorite type structure of CaF 2 or a phase having a crystal structure similar to NiSi 2 . The case where the first phase A is the NiSi 2 phase will be described. In the negative electrode material according to the present invention, the second phase B mainly containing Al
Is considered to have contributed to the increase in charge / discharge capacity. On the other hand, the first phase A is composed of, for example, NiSi 2 having a fluorite structure of CaF 2 . First phase A
When the intermetallic compound (1) has a crystal structure equivalent to that of NiSi 2 , Li diffusion inside the metal solid cannot be secured, and Li
Since neither occlusion nor release is performed, volume expansion hardly occurs during charge / discharge. Therefore, the first phase A can suppress the volume change during the Li insertion / release reaction of the second phase B.

【0028】NiSi2相の格子定数は、5.406Å
であり、このNiSi2相は、Li挿入・放出反応時の
体積変化を抑えることが可能である反面、充放電時にお
ける系全体のLi拡散を阻害する要因になり易いため、
二次電池のレート特性の低下を招く恐れがある。よっ
て、NiSi2相のNiサイトまたはSiサイトの一部
をAlで置換し、NiSi2よりも格子定数を大きくす
ることが望ましい。具体的には、第1の相Aの金属間化
合物の格子定数は、5.45Å以上、5.7Å以下の範
囲内にすることが望ましい。格子定数を5.45Å以上
にすることによって、負極材料のリチウム拡散速度とリ
チウム伝導度を高くすることができるため、二次電池の
レート特性を向上することができる。一方、格子定数が
5.7Åを超えると、NiSi2相のNiサイトまたは
SiサイトのAl置換量が多くなるため、NiSi2
結晶構造を維持することが難しくなり、第2の相Bの体
積膨張を抑制するという本来の目的を達成することがで
きない恐れがある。よって、格子定数は、5.45Å以
上、5.7Å以下の範囲内にすることが望ましい。第1
の相Aの金属間化合物の格子定数のより好ましい範囲
は、5.5Å以上、5.65Å以下である。
The lattice constant of the NiSi 2 phase is 5.406Å
This NiSi 2 phase can suppress the volume change at the time of Li insertion / release reaction, but on the other hand, it tends to become a factor to inhibit Li diffusion of the entire system at the time of charge / discharge,
The rate characteristics of the secondary battery may be deteriorated. Therefore, it is desirable to replace the Ni site or a part of the Si site of the NiSi 2 phase with Al so that the lattice constant is larger than that of NiSi 2 . Specifically, the lattice constant of the intermetallic compound of the first phase A is preferably in the range of 5.45Å or more and 5.7Å or less. By setting the lattice constant to 5.45 Å or more, the lithium diffusion rate and the lithium conductivity of the negative electrode material can be increased, so that the rate characteristics of the secondary battery can be improved. On the other hand, when the lattice constant exceeds 5.7 Å, the amount of Al substitution at the Ni site or Si site of the NiSi 2 phase increases, so that it becomes difficult to maintain the crystal structure of NiSi 2 and the volume of the second phase B increases. The original purpose of suppressing expansion may not be achieved. Therefore, it is desirable that the lattice constant is within the range of 5.45Å or more and 5.7Å or less. First
A more preferable range of the lattice constant of the intermetallic compound of phase A is 5.5 Å or more and 5.65 Å or less.

【0029】AlとNiとSiとを含有する金属間化合
物を含む第1の相Aの平均結晶粒径は、5〜500nm
の範囲内にすることが望ましい。平均結晶粒径は、透過
型電子顕微鏡(TEM)写真で得られた結晶粒のもっと
も長い部分を結晶粒径として、TEM観察で得られた写
真(例えば10万倍)で、互いに隣り合う50個の結晶
粒の結晶粒径を測定し、平均したもので表わす。平均結
晶粒径を5nm未満にすると、結晶粒が細かすぎるた
め、Liの吸蔵が困難となって高容量を得られない恐れ
がある。一方、平均結晶粒径が500nmを超えると、
サイクル寿命が低下する恐れがある。平均結晶粒径のさ
らに好ましい範囲は、10〜400nmである。
The average crystal grain size of the first phase A containing the intermetallic compound containing Al, Ni and Si is 5 to 500 nm.
It is desirable to be within the range. The average crystal grain size is a photograph (for example, 100,000 times) obtained by TEM observation with the longest part of the crystal grain obtained in the transmission electron microscope (TEM) photograph as the crystal grain size, and 50 grains adjacent to each other. The crystal grain size of the crystal grains was measured and expressed as an average. If the average crystal grain size is less than 5 nm, the crystal grains are too fine, and it may be difficult to store Li and a high capacity may not be obtained. On the other hand, if the average crystal grain size exceeds 500 nm,
The cycle life may be shortened. A more preferable range of the average crystal grain size is 10 to 400 nm.

【0030】Alを主体とする第2の相Bは、合金全体
の面積を100%とした際の面積比が1〜50%の範囲
内にあることが望ましい。これは以下に説明する理由に
よるものである。面積比を1%未満にすると、Liの吸
蔵が困難となって高容量を得られない恐れがある。一
方、面積比が50%を超えると、相対的に第1の相Aの
割合が減少するため、体積膨張を抑制するのが困難にな
ってサイクル特性が劣化する恐れがある。面積比のさら
に好ましい範囲は、10〜40%である。なお、平均結
晶粒径、第2の相Bの面積比を求める際のTEM写真の
倍率は、測定される結晶粒の大きさに応じて変更するこ
とができる。
The second phase B mainly composed of Al preferably has an area ratio within the range of 1 to 50% when the total area of the alloy is 100%. This is for the reason explained below. When the area ratio is less than 1%, it may be difficult to store Li and a high capacity may not be obtained. On the other hand, when the area ratio exceeds 50%, the proportion of the first phase A relatively decreases, so that it is difficult to suppress the volume expansion, and the cycle characteristics may deteriorate. A more preferable range of the area ratio is 10 to 40%. The magnification of the TEM photograph for obtaining the average crystal grain size and the area ratio of the second phase B can be changed according to the size of the crystal grain to be measured.

【0031】AlとNiとSiとを含有する金属間化合
物を含む第1の相Aの結晶粒の少なくとも一部は、互い
から孤立して析出し、この孤立して析出した結晶粒間を
埋めるようにAlを主体とする第2の相Bが析出してい
ることが望ましい。このような構成にすることによっ
て、第1の相Aで第2の相Bを拘束することができるた
め、第2の相Bのリチウム吸蔵放出に伴う膨張収縮を小
さくすることができる。その結果、合金の微粉化を抑制
することができるため、二次電池のサイクル寿命を向上
することができる。但し、第2の相Bの結晶粒が互いか
ら孤立して析出し、この結晶粒間を埋めるように第1の
相Aが析出していると、第2の相Bの結晶粒間のLi伝
導パスを十分に確保できないため、高容量を得られない
恐れがある。そのうえ、第2の相Bのリチウム吸蔵放出
に伴う体積膨張収縮を小さくすることが困難になるた
め、合金の微粉化が進行する恐れがある。
At least some of the crystal grains of the first phase A containing the intermetallic compound containing Al, Ni and Si are isolated from each other and fill the gaps between the isolated crystal grains. As described above, it is desirable that the second phase B mainly containing Al is precipitated. With such a configuration, the second phase B can be constrained by the first phase A, so that the expansion and contraction of the second phase B due to lithium occlusion and release can be reduced. As a result, pulverization of the alloy can be suppressed, so that the cycle life of the secondary battery can be improved. However, when the crystal grains of the second phase B are isolated from each other and the first phase A is deposited so as to fill the space between the crystal grains, Li between the crystal grains of the second phase B is separated. Since a sufficient conduction path cannot be secured, there is a possibility that a high capacity cannot be obtained. In addition, it is difficult to reduce the volume expansion and contraction of the second phase B due to the lithium occlusion and release, which may lead to the pulverization of the alloy.

【0032】次いで、ピーク強度比(β/α)について
説明する。
Next, the peak intensity ratio (β / α) will be described.

【0033】本発明に係る負極材料では、X線回折のピ
ークにおいて、Alに由来するピークが観測されると共
に、2θが25°≦2θ≦30°と45°≦2θ≦48
°それぞれにピークが現れる。もちろんこれ以外のピー
クが現れてもよい。上記以外のピークが存在する場合、
そのピーク強度は、45°≦2θ≦48°に現れるピー
クのうち最大強度を有するピークの1/10以下が好ま
しく、より好ましくは1/50以下である。
In the negative electrode material according to the present invention, a peak derived from Al is observed in the X-ray diffraction peak, and 2θ is 25 ° ≦ 2θ ≦ 30 ° and 45 ° ≦ 2θ ≦ 48.
° Each peak appears. Of course, other peaks may appear. If there is a peak other than the above,
The peak intensity is preferably 1/10 or less, and more preferably 1/50 or less of the peak having the maximum intensity among the peaks appearing at 45 ° ≦ 2θ ≦ 48 °.

【0034】前記αは、CuKα線を用いたX線回折パ
ターンにおける2θが45°≦2θ≦48°に現れるピ
ークのうちの最大強度を有するピークの強度である。一
方、前記βは、CuKα線を用いたX線回折パターンに
おける2θが25°≦2θ≦30°に現れるピークのう
ちの最大強度を有するピークの強度である。本発明に係
る負極材料にホタル石型構造を有する相が含まれる場
合、前記αは、ホタル石構造の(111)面に由来する
由来するピークの強度であり、前記βは、ホタル石構造
の(220)面に由来する由来するピークの強度であ
る。
The above α is the intensity of the peak having the maximum intensity among the peaks appearing when 2θ is 45 ° ≦ 2θ ≦ 48 ° in the X-ray diffraction pattern using CuKα rays. On the other hand, β is the intensity of the peak having the maximum intensity among the peaks in which 2θ is 25 ° ≦ 2θ ≦ 30 ° in the X-ray diffraction pattern using CuKα rays. When the negative electrode material according to the present invention contains a phase having a fluorspar structure, α is the intensity of the peak derived from the (111) plane of the fluorspar structure, and β is the fluorspar structure. It is the intensity of the peak derived from the (220) plane.

【0035】ピーク強度比(β/α)は、0.6以下に
することが望ましい。ピーク強度比(β/α)が0.6
を超えると、負極材料の微粉化の進行が速いため、二次
電池のサイクル寿命が低下する。ピーク強度比を小さく
するほど、サイクル寿命は改善される方向に進むもの
の、ピーク強度比を0.2より小さくすると、第1の相
Aの金属間化合物の結晶性が低下して初期容量とサイク
ル寿命の双方が低くなる恐れがある。ピーク強度比(β
/α)のより好ましい範囲は、0.2〜0.5である。
The peak intensity ratio (β / α) is preferably 0.6 or less. Peak intensity ratio (β / α) is 0.6
If it exceeds, the progress of pulverization of the negative electrode material is rapid and the cycle life of the secondary battery is reduced. Although the cycle life is improved as the peak intensity ratio is reduced, if the peak intensity ratio is less than 0.2, the crystallinity of the intermetallic compound of the first phase A is lowered and the initial capacity and the cycle are reduced. Both lifespan may be reduced. Peak intensity ratio (β
A more preferable range of / α) is 0.2 to 0.5.

【0036】本発明に係る非水電解質二次電池用負極材
料は、例えば、単ロール法、双ロール法、回転ディスク
法、水アトマイズ法、ガスアトマイズ法など、溶融状態
の合金を各種冷却体で急冷する方法で作製される。回転
ディスク法、水アトマイズ法、ガスアトマイズ法は球状
試料を作製するのに適しており、負極作製時に材料の最
密充填を要求されるときには有効である。また、メカニ
カルアロイング、メカニカルグライディングによって作
製することもできる。
The negative electrode material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention is, for example, a single roll method, a twin roll method, a rotating disk method, a water atomizing method, a gas atomizing method, or the like. It is produced by the method. The rotating disk method, the water atomizing method, and the gas atomizing method are suitable for producing a spherical sample, and are effective when close packing of the material is required at the time of producing the negative electrode. It can also be manufactured by mechanical alloying or mechanical gliding.

【0037】単ロール法とは、所定の組成になるように
調製した合金の溶湯を、高速回転する冷却体上に小さな
ノズル孔から射出し急冷する方法である。ここで、ロー
ル直径とロール幅は特に制限されないが、大量に作製す
る場合には多量の熱を合金溶湯から奪う必要があり、熱
容量の大きいことが条件となる。ロール直径は、300
mmφ以上にすることが好ましく、さらに好ましい範囲
は500mmφ以上である。ロール幅も同様の理由で広
いことが好ましい。ロール幅は、50mm以上にするこ
とが好ましく、さらに好ましい範囲は100mm以上で
ある。
The single roll method is a method in which a molten alloy prepared so as to have a predetermined composition is injected from a small nozzle hole onto a cooling body which rotates at a high speed, and is rapidly cooled. Here, the roll diameter and the roll width are not particularly limited, but when producing a large amount, a large amount of heat needs to be taken from the molten alloy, and a large heat capacity is a condition. Roll diameter is 300
The diameter is preferably at least mmφ, and more preferably at least 500 mmφ. The roll width is preferably wide for the same reason. The roll width is preferably 50 mm or more, more preferably 100 mm or more.

【0038】冷却速度は急冷で得られる試料の板厚で主
に支配されるが、これを決めるのはノズル孔径、溶湯射
出圧、ロール周速、ロール材質、ロールとノズルのギャ
ップなどの製造パラメータである。ノズル孔径は0.3
〜1mmの範囲が好ましい。ノズル孔径を0.3mm未
満にすると、溶湯が射出されにくくなり、一方、ノズル
孔径が1mmを越えると厚めの試料が得られやすく、十
分な冷却速度が得られにくい。
The cooling rate is mainly governed by the plate thickness of the sample obtained by rapid cooling, which is determined by manufacturing parameters such as nozzle hole diameter, molten metal injection pressure, roll peripheral speed, roll material, and roll-nozzle gap. Is. Nozzle hole diameter is 0.3
The range of 1 mm is preferable. When the nozzle hole diameter is less than 0.3 mm, it becomes difficult to inject the molten metal, while when the nozzle hole diameter exceeds 1 mm, it is easy to obtain a thick sample and it is difficult to obtain a sufficient cooling rate.

【0039】ロール周速は材料組成にもよるが、主に2
0〜60m/sで非平衡相化(強制固溶した非平衡相、
アモルファス相、準結晶相など)が容易になる。
Although the roll peripheral speed depends on the material composition, it is mainly 2
Non-equilibrium phase at 0 to 60 m / s (non-equilibrium phase in forced solid solution,
Amorphous phase, quasi-crystalline phase, etc.) are facilitated.

【0040】ロール材質は合金溶湯との濡れ性で最適な
材質が決まるが、ロール材質として好ましいのは、Cu
基合金(例えばCu,TiCu,ZrCu、BeC
u)、Fe基合金である。ロール表面に1〜100μm
の厚さのCrめっき、Niめっきを施したものを用いて
も良い。
The optimum material for the roll is determined by the wettability with the molten alloy, but the preferable material for the roll is Cu.
Base alloy (eg Cu, TiCu, ZrCu, BeC
u), an Fe-based alloy. 1-100 μm on roll surface
You may use what was Cr-plated and Ni-plated with the thickness of.

【0041】ロールとノズルのギャップは0.2〜10
mmの範囲が好ましいが、10mmを超えても溶湯の流
れが層流であれば問題はない。ただし、ギャップを広げ
ると厚めの試料が得られるため、ギャップを広げること
は冷却速度を徐々に遅くすることになる。
The gap between the roll and the nozzle is 0.2 to 10
The range of mm is preferable, but even if it exceeds 10 mm, there is no problem if the flow of the molten metal is a laminar flow. However, since a thicker sample can be obtained by widening the gap, widening the gap gradually slows the cooling rate.

【0042】以下、本発明に係る非水電解質二次電池に
ついて説明する。
The non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention will be described below.

【0043】この非水電解質二次電池は、正極と、本発
明に係る負極材料を含有する負極と、正極と負極の間に
配置される非水電解質層とを具備する。
This non-aqueous electrolyte secondary battery comprises a positive electrode, a negative electrode containing the negative electrode material according to the present invention, and a non-aqueous electrolyte layer arranged between the positive electrode and the negative electrode.

【0044】1)負極 この負極は、例えば、本発明に係る負極材料の粉末と結
着剤とを有機溶媒下で混練し、得られた懸濁物を集電体
に塗布し、乾燥後、プレスすることにより作製される。
1) Negative Electrode In this negative electrode, for example, the powder of the negative electrode material according to the present invention and a binder are kneaded in an organic solvent, the obtained suspension is applied to a current collector, and after drying, It is produced by pressing.

【0045】前記結着剤としては、ポリテトラフルオロ
エチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVD
F),エチレン−プロピレン−ジエン共重合体(EPD
M)、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)、カルボキ
シメチルセルロース(CMC)などを用いることができ
る。
As the binder, polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVD)
F), ethylene-propylene-diene copolymer (EPD
M), styrene-butadiene rubber (SBR), carboxymethyl cellulose (CMC) and the like can be used.

【0046】負極材料の粉末と結着剤の配合割合は、負
極材料90〜98重量%、結着剤1〜10重量%の範囲
にすることが好ましい。
The mixing ratio of the powder of the negative electrode material and the binder is preferably 90 to 98% by weight of the negative electrode material and 1 to 10% by weight of the binder.

【0047】前記集電体は、導電性材料であれば特に制
限されることなく使用できる。例えば銅、ステンレス、
あるいはニッケルからなる箔、メッシュ、パンチドメタ
ル、ラスメタルなどを用いることができる。
The current collector can be used without particular limitation as long as it is a conductive material. For example, copper, stainless steel,
Alternatively, a nickel foil, mesh, punched metal, lath metal, or the like can be used.

【0048】なお、急冷法あるいはメカニカルアロイン
グなどで作製した試料は、ピンミル、ジェットミル、ハ
ンマーミル、ボールミルなどの方法により粉砕しても良
いし、あるいは結晶化温度近傍の温度で0.1〜24時
間熱処理したのちに粉砕することも可能である。
The sample prepared by the quenching method or mechanical alloying may be pulverized by a method such as a pin mill, a jet mill, a hammer mill, a ball mill, or at a temperature near the crystallization temperature of 0.1 to 0.1. It is also possible to pulverize after heat treatment for 24 hours.

【0049】2)正極 正極は、集電体と、集電体の片面あるいは両面に担持さ
れる正極活物質含有層とを含む。
2) Positive Electrode The positive electrode includes a current collector and a positive electrode active material-containing layer carried on one side or both sides of the current collector.

【0050】この正極は、例えば、正極活物質、導電剤
および結着剤を適当な溶媒に懸濁させ、得られた懸濁物
を例えばアルミニウム箔などの集電体表面に塗布し、乾
燥し、プレスすることにより作製される。
In this positive electrode, for example, a positive electrode active material, a conductive agent and a binder are suspended in a suitable solvent, and the obtained suspension is applied onto a current collector surface such as an aluminum foil and dried. It is produced by pressing.

【0051】正極活物質は、電池の放電時にアルカリ金
属を吸蔵し、充電時にアルカリ金属を放出できるもので
あれば特に限定されずに使用できる。
The positive electrode active material can be used without any particular limitation as long as it can occlude an alkali metal at the time of discharging a battery and release the alkali metal at the time of charging.

【0052】種々の酸化物、硫化物が挙げられ、例え
ば、二酸化マンガン(MnO)、リチウムマンガン複
合酸化物(例えばLiMnまたはLiMn
)、リチウムニッケル複合酸化物(例えばLiNi
)、リチウムコバルト複合酸化物(LiCo
)、リチウムニッケルコバルト複合酸化物(例えば
LiNi1− Co)、リチウムマンガンコバル
ト複合酸化物(例えばLiMnCo 1−x)、バ
ナジウム酸化物(例えばV)などが挙げられる。
また、導電性ポリマー材料、ジスルフィド系ポリマー材
料などの有機材料も挙げられる。
Various oxides and sulfides can be mentioned, for example,
For example, manganese dioxide (MnOTwo), Lithium manganese compound
Compound oxide (eg LiMnTwoOFourOr LiMn
OTwo), Lithium nickel composite oxide (eg LiNi
OTwo), Lithium cobalt composite oxide (LiCo
OTwo), Lithium nickel cobalt composite oxide (eg
LiNi1- xCoxOTwo), Lithium manganese cobal
Complex oxide (eg LiMnxCo 1-xOTwo),
Nadium oxide (eg VTwoO5) And the like.
In addition, conductive polymer materials, disulfide-based polymer materials
Organic materials such as materials are also included.

【0053】より好ましい正極活物質は、電池電圧が高
いリチウムマンガン複合酸化物(LiMn)、リ
チウムニッケル複合酸化物(LiNiO)、リチウム
コバルト複合酸化物(LiCoO)、リチウムニッケ
ルコバルト複合酸化物(LiNi0.8Co
0.2)、リチウムマンガンコバルト複合酸化物
(LiMn Co1−x)などが挙げられる。
A more preferable positive electrode active material has a high battery voltage.
Lithium manganese composite oxide (LiMnTwoOFour),
Titanium nickel composite oxide (LiNiOTwo),lithium
Cobalt composite oxide (LiCoOTwo), Lithium nickel
Rucobalt composite oxide (LiNi0.8Co
0.2OTwo), Lithium manganese cobalt composite oxide
(LiMn xCo1-xOTwo) And the like.

【0054】集電体としては、導電性材料であれば特に
制限されること無く使用できるが、特に正極用の集電体
としては電池反応時に酸化されにくい材料を使用するこ
とが好ましく、例えばアルミニウム、ステンレス、チタ
ンなどを使用すればよい。
As the current collector, any electrically conductive material can be used without particular limitation. Particularly, as the current collector for the positive electrode, it is preferable to use a material that is not easily oxidized during the battery reaction, such as aluminum. , Stainless steel, titanium, etc. may be used.

【0055】導電剤としては、例えばアセチレンブラッ
ク、カーボンブラック、黒鉛等を挙げることができる。
Examples of the conductive agent include acetylene black, carbon black, graphite and the like.

【0056】結着剤としては、例えば、ポリテトラフル
オロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(P
VdF)、フッ素系ゴムなどが挙げられる。
Examples of the binder include polytetrafluoroethylene (PTFE) and polyvinylidene fluoride (P).
VdF), fluorocarbon rubber, and the like.

【0057】前記正極活物質、導電剤及び結着剤の配合
比は、正極活物質80〜95wt%、導電剤3〜20w
t%、結着剤2〜7wt%の範囲にすることが好まし
い。
The compounding ratio of the positive electrode active material, the conductive agent, and the binder is 80 to 95 wt% of the positive electrode active material and 3 to 20 w of the conductive agent.
It is preferable that t% and the binder are in the range of 2 to 7 wt%.

【0058】3)非水電解質層 非水電解質層は、正極および負極の間でのイオン伝導性
を付与するものである。
3) Non-Aqueous Electrolyte Layer The non-aqueous electrolyte layer imparts ionic conductivity between the positive electrode and the negative electrode.

【0059】非水電解質層には、非水溶媒中に電解質を
溶解した非水電解液を多孔質材料からなるセパレータに
保持したものを使用することができる。
As the non-aqueous electrolyte layer, it is possible to use a non-aqueous electrolytic solution prepared by dissolving an electrolyte in a non-aqueous solvent in a separator made of a porous material.

【0060】セパレータは非水電解液を保持すると共
に、正極および負極間を絶縁するためのものであり、絶
縁性の材料からなり、正極と負極間のイオン移動を可能
とする細孔を有するものであれば特に限定されずに使用
でき、具体的には合成樹脂製不織布、ポリエチレン多孔
質フィルム、ポリプロピレン多孔質フィルムなどを挙げ
ることができる。
The separator holds the non-aqueous electrolytic solution and insulates between the positive electrode and the negative electrode, is made of an insulating material, and has pores that enable ion transfer between the positive electrode and the negative electrode. There is no particular limitation as long as it can be used, and specific examples include synthetic resin non-woven fabrics, polyethylene porous films and polypropylene porous films.

【0061】非水溶媒は、エチレンカーボネート(E
C)やプロピレンカーボネート(PC)などの環状カー
ボネートや、これらの環状カーボネートと環状カーボネ
ートより低粘度の非水溶媒との混合溶媒を主体とする非
水溶媒を用いることができる。
The non-aqueous solvent is ethylene carbonate (E
A non-aqueous solvent mainly composed of a cyclic carbonate such as C) or propylene carbonate (PC) or a mixed solvent of these cyclic carbonate and a non-aqueous solvent having a viscosity lower than that of the cyclic carbonate can be used.

【0062】前記低粘度の非水溶媒としては、例えば、
鎖状カーボネート(例えば、ジメチルカーボネート、メ
チルエチルカーボネート、ジエチルカーボネートな
ど)、γ−ブチロラクトン、アセトニトリル、プロピオ
ン酸メチル、プロピオン酸エチル、環状エーテル(例え
ば、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラ
ンなど)、鎖状エーテル(例えば、ジメトキシエタン、
ジエトキシエタンなど)が挙げられる。
Examples of the low viscosity non-aqueous solvent include, for example:
Chain carbonate (eg, dimethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, diethyl carbonate, etc.), γ-butyrolactone, acetonitrile, methyl propionate, ethyl propionate, cyclic ether (eg, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, etc.), chain ether ( For example, dimethoxyethane,
Diethoxyethane and the like).

【0063】電解質としては、リチウム塩が使用され
る。具体的には、六フッ化リン酸リチウム(LiP
)、四フッ化ホウ酸リチウム(LiBF)、六フ
ッ化ヒ素リチウム(LiAsF)、過塩素酸リチウム
(LiClO)、トリフルオロメタスルホン酸リチウ
ム(LiCFSO)などが挙げられる。とくに、六
フッ化リン酸リチウム(LiPF)、四フッ化ホウ酸
リチウム(LiBF)が好ましい例として挙げられ
る。
A lithium salt is used as the electrolyte. Specifically, lithium hexafluorophosphate (LiP
F 6 ), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ), lithium arsenic hexafluoride (LiAsF 6 ), lithium perchlorate (LiClO 4 ), lithium trifluorometasulfonate (LiCF 3 SO 3 ), and the like. . In particular, lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) and lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ) are preferred examples.

【0064】電解質の前記非水溶媒に対する溶解量は、
0.5〜2モル/Lとすることが好ましい。
The amount of the electrolyte dissolved in the non-aqueous solvent is
It is preferably 0.5 to 2 mol / L.

【0065】また、非水電解質層には、高分子材料中に
非水電解液を含有させたゲル状体を使用することも可能
であり、ゲル状体単独で形成された電解質層を正極と負
極との間に配置してもよいし、ゲル状体をセパレータ中
に形成した電解質層を正極と負極との間に配置しても良
い。
It is also possible to use a gel-like body in which a non-aqueous electrolyte solution is contained in a polymer material for the non-aqueous electrolyte layer, and the electrolyte layer formed by the gel-like body alone is used as a positive electrode. It may be arranged between the negative electrode and the electrolyte layer in which the gel-like material is formed in the separator may be arranged between the positive electrode and the negative electrode.

【0066】ゲル状体を調製するのに使用される高分子
材料としては、例えば、ポリアクリロニトリル、ポリア
クリレート、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリ
エチレンオキシド(PECO)などの単量体の重合体ま
たは他の単量体との共重合体が挙げられる。
Examples of the polymer material used for preparing the gel-like material include polymers of monomers such as polyacrylonitrile, polyacrylate, polyvinylidene fluoride (PVdF), polyethylene oxide (PECO) and others. And a copolymer with the above monomer.

【0067】また、電解質を高分子材料に溶解し、固体
化した固体高分子電解質を非水電解質層として使用する
ことも可能である。固体高分子電解質を作製するのに使
用する高分子材料としては、例えば、ポリアクリロニト
リル、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリエチレ
ンオキシド(PEO)などの単量体の重合体または他の
単量体との共重合体が挙げられる。また、無機固体電解
質を非水電解質層として使用することが可能である。無
機固体電解質としては、リチウムを含有したセラミック
材料などを挙げることができる。具体的には、Li
N、LiPO−LiS−SiS、LiI−L
S−SiSガラスなどが挙げられる。
It is also possible to dissolve the electrolyte in the polymer material and use the solidified solid polymer electrolyte as the non-aqueous electrolyte layer. Examples of the polymer material used for preparing the solid polymer electrolyte include a polymer of a monomer such as polyacrylonitrile, polyvinylidene fluoride (PVdF), polyethylene oxide (PEO), or other polymer. A copolymer is mentioned. Further, it is possible to use an inorganic solid electrolyte as the non-aqueous electrolyte layer. Examples of the inorganic solid electrolyte include a lithium-containing ceramic material. Specifically, Li
3 N, Li 3 PO 4 -Li 2 S-SiS 2, LiI-L
such as i 2 S-SiS 2 glass and the like.

【0068】本発明に係る非水電解質二次電池の一例で
ある円筒形非水電解質二次電池を図1を参照して説明す
る。
A cylindrical non-aqueous electrolyte secondary battery, which is an example of the non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention, will be described with reference to FIG.

【0069】すなわち、例えばステンレスからなる有底
円筒状の容器1の底部には、絶縁体2が配置されてい
る。電極群3は、前記容器1内に収納されている。前記
電極群3は、正極4、セパレータ5、負極6及びセパレ
ータ5を積層した帯状物を前記セパレータ5が外側に位
置するように渦巻き状に捲回した構造になっている。
That is, the insulator 2 is arranged at the bottom of the bottomed cylindrical container 1 made of, for example, stainless steel. The electrode group 3 is housed in the container 1. The electrode group 3 has a structure in which a band-shaped material in which a positive electrode 4, a separator 5, a negative electrode 6 and a separator 5 are laminated is spirally wound so that the separator 5 is located outside.

【0070】非水電解質は、電極群3に保持されてい
る。中央部が開口された絶縁紙7は、前記容器1内の前
記電極群3の上方に配置されている。絶縁封口板8は、
前記容器1の上部開口部に配置され、かつ前記上部開口
部付近を内側にかしめ加工することにより前記封口板8
は前記容器1に固定されている。正極端子9は、前記絶
縁封口板8の中央に嵌合されている。正極リード10の
一端は、前記正極4に、他端は前記正極端子9にそれぞ
れ接続されている。
The non-aqueous electrolyte is held in the electrode group 3. The insulating paper 7 having an opening at the center is arranged above the electrode group 3 in the container 1. The insulating sealing plate 8 is
The sealing plate 8 is arranged in the upper opening of the container 1 and the vicinity of the upper opening is caulked inward.
Is fixed to the container 1. The positive electrode terminal 9 is fitted in the center of the insulating sealing plate 8. One end of the positive electrode lead 10 is connected to the positive electrode 4, and the other end is connected to the positive electrode terminal 9.

【0071】次いで、本発明に係る非水電解質二次電池
の別な例である薄形非水電解質二次電池を図2を参照し
て説明する。図2は、本発明の実施形態に係る薄型非水
電解質電池を示す部分断面図である。
Next, a thin non-aqueous electrolyte secondary battery as another example of the non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a partial cross-sectional view showing a thin non-aqueous electrolyte battery according to an embodiment of the present invention.

【0072】容器11は、電極群12を包囲している。
電極群12は、正極と負極とセパレータとを含む積層物
が偏平形状に捲回された構造を有する。非水電解質は、
容器11内の電極群12に保持されている。帯状の正極
リード13は、一端が電極群12の正極集電体に接続さ
れ、かつ他端が容器11から延出されている。一方、帯
状の負極リード14は、一端が電極群12の負極集電体
に接続され、かつ他端が容器11から延出されている。
The container 11 surrounds the electrode group 12.
The electrode group 12 has a structure in which a laminate including a positive electrode, a negative electrode, and a separator is wound into a flat shape. The non-aqueous electrolyte is
It is held by the electrode group 12 in the container 11. One end of the strip-shaped positive electrode lead 13 is connected to the positive electrode current collector of the electrode group 12, and the other end thereof extends from the container 11. On the other hand, the strip-shaped negative electrode lead 14 has one end connected to the negative electrode current collector of the electrode group 12 and the other end extending from the container 11.

【0073】[0073]

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細
に説明する。
Embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to the drawings.

【0074】(実施例1〜25及び比較例1〜2) <負極材料の作製>表1〜表2に示す比率で各元素を混
合し、加熱して溶融した後に、単ロール法によって薄帯
状の合金を作製した。つまり、不活性雰囲気中にて周速
1〜50m/sの速度で回転する冷却ロール(ロール材
質:BeCu)上に、0.5〜2mmφのノズル孔から
合金溶湯を射出し、急冷して薄帯状の合金を作製した。
なお、合金組成に応じてロール速度とノズル孔を変化さ
せた。
(Examples 1 to 25 and Comparative Examples 1 and 2) <Preparation of Negative Electrode Material> After mixing the respective elements in the ratios shown in Tables 1 and 2 and heating and melting, elements were formed into a ribbon by a single roll method. An alloy was prepared. That is, a molten alloy is injected from a nozzle hole of 0.5 to 2 mmφ onto a cooling roll (roll material: BeCu) that rotates at a peripheral speed of 1 to 50 m / s in an inert atmosphere, and is rapidly cooled to be thin. A band-shaped alloy was prepared.
The roll speed and nozzle holes were changed according to the alloy composition.

【0075】得られた合金について、CuKα線を用い
たX線回折測定を行い、2θが45°以上、48°以下
に出現するピークのうち最大強度を持つピークαの強度
と、2θが25°以上、30°以下に出現するピークの
うち最大強度を持つピークβの強度とから算出されるピ
ーク強度比(β/α)が下記表1に示す値を有するもの
を選択し、実施例1〜25及び比較例1〜2の合金とし
た。
The obtained alloy was subjected to X-ray diffraction measurement using CuKα ray, and the intensity of the peak α having the maximum intensity among the peaks appearing at 2θ of 45 ° or more and 48 ° or less and 2θ of 25 °. As described above, the peak intensity ratio (β / α) calculated from the intensity of the peak β having the maximum intensity among the peaks appearing at 30 ° or less has the values shown in Table 1 below, and 25 and the alloys of Comparative Examples 1 and 2.

【0076】ここで、ピークαの強度とピークβの強度
は、縦型ゴニオメーターを使用しているX線回折測定に
おいて、発散スリットを1deg以下、散乱スリットを
1deg以下、受光スリットを0.15mm以下、スキ
ャンスピードを10°/min以下で測定した状態で観
測されるピークトップの値とした。
Here, the intensity of the peak α and the intensity of the peak β are the divergence slit of 1 deg or less, the scattering slit of 1 deg or less, and the light receiving slit of 0.15 mm in X-ray diffraction measurement using a vertical goniometer. Hereinafter, the peak top value observed when the scan speed was measured at 10 ° / min or less was used.

【0077】実施例1〜25及び比較例1〜2の合金に
ついて、X線回折パターンにおける最大強度を有するピ
ークの位置(2θ)を、また、最強ピークが立方晶ホタ
ル石構造に由来するピークと仮定したときの格子定数を
算出し、その結果を下記表1、2に示す。
Regarding the alloys of Examples 1 to 25 and Comparative Examples 1 and 2, the peak position (2θ) having the maximum intensity in the X-ray diffraction pattern was determined, and the strongest peak was determined to be the peak derived from the cubic fluorite structure. The lattice constants under the assumption were calculated, and the results are shown in Tables 1 and 2 below.

【0078】実施例1〜25及び比較例1〜2の合金に
ついて、透過型電子顕微鏡(TEM)観察を行ったとこ
ろ、各合金の金属組織が、図3に示すように、AlとS
iとNiとの金属間化合物を含む第1の相Aの結晶粒
(図3の斜線で示す結晶粒)では、一部の結晶粒Aが隣
接して析出しているものの、大部分の結晶粒Aは互いに
孤立した状態で析出していた。この孤立した結晶粒A間
を埋めるようにAlを主体とする第2の相Bが析出して
おり、第1の相Aを島とし、第2の相Bを海とする海島
構造を有していることを確認することができた。図4
に、実施例3の合金についての透過型電子顕微鏡(TE
M)写真を示す。図4では、黒色に見える結晶粒がAl
とSiとNiとの金属間化合物相(第1の相A)の結晶
粒で、薄い灰色に見える相がAlを主体とする第2の相
Bである。金属間化合物相Aの結晶粒は、大部分が孤立
して析出しているが、中には接しているものが見られ
る。
The alloys of Examples 1 to 25 and Comparative Examples 1 and 2 were observed by a transmission electron microscope (TEM). As a result, the metallographic structures of the alloys were Al and S as shown in FIG.
In the crystal grains of the first phase A containing the intermetallic compound of i and Ni (the crystal grains shown by the diagonal lines in FIG. 3), although some of the crystal grains A are precipitated adjacently, most of the crystals are The grains A were isolated from each other. A second phase B mainly composed of Al is precipitated so as to fill the space between the isolated crystal grains A, and has a sea-island structure in which the first phase A is an island and the second phase B is the sea. I was able to confirm that. Figure 4
In addition, the transmission electron microscope (TE
M) Shows a photograph. In FIG. 4, the crystal grains that appear black are Al.
The crystal grains of the intermetallic compound phase of Si and Ni (first phase A), and the phase that appears light gray is the second phase B mainly composed of Al. Most of the crystal grains of the intermetallic compound phase A are isolated and precipitated, but some are in contact with each other.

【0079】また、実施例1〜25及び比較例1〜2の
合金について、透過型電子顕微鏡(TEM)を用いて第
1の相Aの組成と、第2の相Bの組成を分析し、その結
果を下記表1、2に示す。
With respect to the alloys of Examples 1 to 25 and Comparative Examples 1 and 2, the composition of the first phase A and the composition of the second phase B were analyzed by using a transmission electron microscope (TEM). The results are shown in Tables 1 and 2 below.

【0080】実施例1〜25及び比較例1〜2の合金そ
れぞれを用いて以下に説明する方法で円筒形リチウムイ
オン二次電池を組み立てた。
Cylindrical lithium ion secondary batteries were assembled by the methods described below using the alloys of Examples 1 to 25 and Comparative Examples 1 and 2, respectively.

【0081】<負極の作製>実施例1〜25及び比較例
1〜2の合金それぞれについて、裁断した後、ジェット
ミルで粉砕し、平均粒径50μmの合金粉末にした。
<Preparation of Negative Electrode> Each of the alloys of Examples 1 to 25 and Comparative Examples 1 and 2 was cut and then pulverized by a jet mill to obtain an alloy powder having an average particle size of 50 μm.

【0082】各合金粉末94wt%と、導電性材料であ
る黒鉛粉末3wt%と、結着樹脂であるスチレンブタジ
エンゴム2wt%と、有機溶媒としてのカルボキシメチ
ルセルロース1wt%とを混合し、これを水に分散させ
て懸濁物を調製した。この懸濁物を、集電体である膜厚
18μmの銅箔に塗布し、これを乾燥した後にプレスし
て負極を作製した。
94% by weight of each alloy powder, 3% by weight of graphite powder as a conductive material, 2% by weight of styrene-butadiene rubber as a binder resin, and 1% by weight of carboxymethylcellulose as an organic solvent were mixed with water. A suspension was prepared by dispersing. This suspension was applied to a copper foil having a film thickness of 18 μm, which is a current collector, dried, and then pressed to produce a negative electrode.

【0083】<正極の作製>リチウムコバルト酸化物粉
末91wt%と、グラファイト粉末6wt%と、ポリフ
ッ化ビニリデン3wt%とを混合し、これをN−メチル
−2−ピロリドンに分散させて、スラリーを調製した。
このスラリーを集電体であるアルミニウム箔に塗布し乾
燥した後、プレスして正極を作製した。
<Production of Positive Electrode> 91 wt% lithium cobalt oxide powder, 6 wt% graphite powder and 3 wt% polyvinylidene fluoride were mixed and dispersed in N-methyl-2-pyrrolidone to prepare a slurry. did.
This slurry was applied to an aluminum foil as a current collector, dried, and then pressed to produce a positive electrode.

【0084】<電池の組立て>ポリエチレン多孔質フィ
ルムからなるセパレータを用意し、このセパレータを正
極と負極の間に配置し、これらを渦巻き状に捲回するこ
とにより電極群を作製した。
<Assembly of Battery> A separator made of a polyethylene porous film was prepared, the separator was placed between a positive electrode and a negative electrode, and these were spirally wound to form an electrode group.

【0085】また、電解質としての六フッ化リン酸リチ
ウムを、エチレンカーボネートとメチルエチルカーボネ
ートの混合溶媒(体積比1:2)に1モル/リットル溶
解して非水電解液を準備した。
Further, lithium hexafluorophosphate as an electrolyte was dissolved in a mixed solvent of ethylene carbonate and methyl ethyl carbonate (volume ratio 1: 2) at 1 mol / liter to prepare a non-aqueous electrolytic solution.

【0086】電極群をステンレス製の有底円筒状容器に
収納し、さらにこの有底円筒状容器中に非水電解液を充
填してセパレータの細孔中に非水電解液を保持させ、前
述した図1に示す構造を有する円筒形リチウムイオン二
次電池を製造した。
The electrode group was housed in a bottomed cylindrical container made of stainless steel, and the bottomed cylindrical container was filled with a nonaqueous electrolytic solution to hold the nonaqueous electrolytic solution in the pores of the separator. A cylindrical lithium ion secondary battery having the structure shown in FIG. 1 was manufactured.

【0087】(比較例3)負極材料として、ホタル石構
造を有するNiSi2を用いること以外は、前述した実
施例1で説明したのと同様にして円筒形リチウムイオン
二次電池を製造した。
Comparative Example 3 A cylindrical lithium ion secondary battery was manufactured in the same manner as described in Example 1 above, except that NiSi 2 having a fluorite structure was used as the negative electrode material.

【0088】NiSi2について、CuKα線を用いた
X線回折測定を行い、格子定数、最大強度を有するピー
クの位置(2θ)、ピーク強度比(β/α)を測定し、
その結果を下記表2に併記する。また、NiSi2につ
いて、TEM観察を行ったところ、NiSi2相の単相
からなることを確認した。NiSi2相のTEMによる
組成分析結果を下記表2に示す。
With respect to NiSi 2 , X-ray diffraction measurement using CuKα ray was carried out to measure the lattice constant, the position of the peak having the maximum intensity (2θ) and the peak intensity ratio (β / α),
The results are also shown in Table 2 below. Further, the NiSi 2, was subjected to TEM observation, it was confirmed to consist of a single phase of NiSi 2 phase. The results of composition analysis of the NiSi 2 phase by TEM are shown in Table 2 below.

【0089】(比較例4)負極材料として、3250℃
で熱処理したメソフェーズピッチ系炭素繊維(平均繊維
径10μm、平均繊維長25μm、平均面間隔d(002)
が0.3355nm、BET法による比表面積が3m
/g)の炭素質粉末を使用したこと以外は、前述した実
施例1で説明したのと同様にして円筒形リチウムイオン
二次電池を製造した。
Comparative Example 4 As a negative electrode material, 3250 ° C.
Heat-treated mesophase pitch carbon fiber (average fiber diameter 10 μm, average fiber length 25 μm, average surface spacing d (002)
Of 0.3355 nm, BET specific surface area of 3 m 2
/ G) of the carbonaceous powder was used, and a cylindrical lithium ion secondary battery was manufactured in the same manner as described in Example 1 above.

【0090】(比較例5)負極材料として、平均粒径1
0μmのSi粉末を使用したこと以外は、前述した実施
例1で説明したのと同様にして円筒形リチウムイオン二
次電池を製造した。
(Comparative Example 5) As the negative electrode material, the average particle size was 1
A cylindrical lithium ion secondary battery was manufactured in the same manner as described in Example 1 except that 0 μm Si powder was used.

【0091】(比較例6)負極材料として、平均粒径1
0μmのAl粉末を使用したこと以外は、前述した実施
例1で説明したのと同様にして円筒形リチウムイオン二
次電池を製造した。
(Comparative Example 6) As the negative electrode material, the average particle size was 1
A cylindrical lithium ion secondary battery was manufactured in the same manner as described in Example 1 except that 0 μm of Al powder was used.

【0092】得られた実施例1〜25及び比較例1〜6
の二次電池について、以下に説明する方法で初期容量、
100サイクル目の容量維持率、レート特性を測定し、
その結果を下記表3〜表4に示す。
Obtained Examples 1 to 25 and Comparative Examples 1 to 6
Regarding the secondary battery of, the initial capacity by the method described below,
Measure the capacity retention rate and rate characteristics at the 100th cycle,
The results are shown in Tables 3 to 4 below.

【0093】<初期容量と100サイクル目の容量維持
率>各二次電池について、20℃にて充電電流1.5A
で4.2Vまで2時間かけて充電した後、2.7Vまで
1.5Aで放電する充放電サイクルを繰り返し、1サイ
クル目の単位体積当りの放電容量(mAh/cc)と1
00サイクル目の容量維持率を測定し、その結果を下記
表3、4に示す。なお、100サイクル目の容量維持率
は、1サイクル目の放電容量を1とした際の100サイ
クル目の放電容量比で表わす。
<Initial capacity and capacity retention rate at 100th cycle> For each secondary battery, charging current was 1.5 A at 20 ° C.
After charging to 4.2V for 2 hours, the charging / discharging cycle of discharging 1.5V to 2.7V was repeated, and the discharge capacity per unit volume (mAh / cc) and 1
The capacity retention rate at the 00th cycle was measured, and the results are shown in Tables 3 and 4 below. The capacity retention rate at the 100th cycle is represented by the discharge capacity ratio at the 100th cycle when the discharge capacity at the 1st cycle is 1.

【0094】<レート特性>各二次電池について、20
℃にて充電電流1.5Aで4.2Vまで2時間かけて充
電した後、2.7Vまで0.1Cで放電した際の放電容
量を測定し、0.1Cでの放電容量を得た。また、20
℃にて充電電流1.5Aで4.2Vまで2時間かけて充
電した後、2.7Vまで1Cで放電した際の放電容量を
測定し、1Cでの放電容量を得た。0.1での放電容量
を1とした際の1Cでの放電容量比を、レート特性とし
て下記表3、4に示す。
<Rate characteristics> For each secondary battery, 20
The battery was charged at a charging current of 1.5 A at 4.2 ° C. for 2 hours and then discharged to 2.7 V at 0.1 C, and the discharge capacity was measured to obtain a discharge capacity at 0.1 C. Also, 20
The battery was charged at a charging current of 1.5 A at 4.2 ° C. for 2 hours and then discharged to 2.7 V at 1 C, and the discharge capacity was measured to obtain the discharge capacity at 1 C. The discharge capacity ratio at 1C when the discharge capacity at 0.1 is 1 is shown in Tables 3 and 4 below as rate characteristics.

【0095】[0095]

【表1】 [Table 1]

【0096】[0096]

【表2】 [Table 2]

【0097】[0097]

【表3】 [Table 3]

【0098】[0098]

【表4】 [Table 4]

【0099】表1〜表4から明らかなように、第1の相
A及び第2の相Bの組成と格子定数・強度比とを照らし
合わせると、ピーク強度比が小さいものほど、第1の相
A中のAlの占める割合が多く、一方、格子定数が小さ
く、強度比が大きくなるほど、第1の相Aに占めるSi
の割合が増加していることがわかる。
As is clear from Tables 1 to 4, when the compositions of the first phase A and the second phase B are compared with the lattice constant / strength ratio, the smaller the peak strength ratio, the first The proportion of Al in the phase A is large, while the lattice constant is small and the strength ratio is large, the Si occupied in the first phase A is large.
It can be seen that the ratio of is increasing.

【0100】また、表1〜表4から明らかなように、組
成が(Al1-xSixaNibで表され、かつピーク強度
比(β/α)が0.6以下である負極材料を含む実施例
1〜25の二次電池は、単位体積当りの容量と100サ
イクル目の容量維持率とレート特性とのバランスに優れ
ていることが理解できる。ピーク強度比(β/α)が大
きい方がサイクル寿命が低くなる傾向が見られる。これ
は、第2の相BにおけるSi量が多く、Li挿入・放出
過程における体積膨張変化が激しいためであると考えら
れる。
As is clear from Tables 1 to 4, a negative electrode whose composition is represented by (Al 1-x Si x ) a Ni b and whose peak intensity ratio (β / α) is 0.6 or less. It can be understood that the secondary batteries of Examples 1 to 25 containing the materials have an excellent balance between the capacity per unit volume, the capacity retention ratio at the 100th cycle, and the rate characteristics. The larger peak intensity ratio (β / α), the shorter the cycle life. It is considered that this is because the amount of Si in the second phase B is large and the volume expansion change is large during the Li insertion / release process.

【0101】また、格子定数が大きくなり、ピーク強度
比(β/α)が小さい方がレート特性に優れる傾向が見
られる。
Further, it is seen that as the lattice constant increases and the peak intensity ratio (β / α) decreases, the rate characteristics tend to be superior.

【0102】はっきりとは断定することはできないが本
発明者らは次のように推測している。格子定数を大きく
することにより、挿入時に金属間化合物におけるLiの
拡散が円滑に進むようになるため、レート特性が改善さ
れていると思われる。一般的にSiやNiに対して原子
半径の大きいAlで置き換えると、どのような結晶相に
も関わらず格子定数は大きくなる傾向になる。しかし単
純にSi及びNiにAlを固溶させただけでは、格子定
数はそれほど大きくならない。本発明における負極材料
のようにピーク強度比が減少するような場合、Alが単
純にSiやNiに置き換わっているのではなく、金属間
化合物相Aのある特定の結晶学的なサイトに固溶してい
ると考えるべきである。このようにある特定の結晶学的
なサイトにAlが固溶することにより金属間化合物相A
の格子定数をさらに大きくすることができ、その結果高
いレート特性を実現できたものと考えている。
Although it cannot be clearly determined, the present inventors presume as follows. By increasing the lattice constant, the diffusion of Li in the intermetallic compound smoothly proceeds at the time of insertion, and it is considered that the rate characteristic is improved. Generally, when Al having a large atomic radius is substituted for Si or Ni, the lattice constant tends to increase regardless of any crystal phase. However, the lattice constant does not become so large simply by solidly dissolving Al in Si and Ni. In the case where the peak intensity ratio decreases like the negative electrode material in the present invention, Al is not simply replaced by Si or Ni but solid-dissolved in a specific crystallographic site of the intermetallic compound phase A. You should think that you are doing. As described above, the solid solution of Al in a specific crystallographic site causes the intermetallic compound phase A
It is believed that the lattice constant of can be further increased, and as a result, high rate characteristics can be realized.

【0103】これに対し、比較例3の二次電池は、リチ
ウムの吸蔵反応が起こらず、充放電特性の評価を行うこ
とができなかった。炭素質物を負極材料として用いる比
較例4の二次電池は、サイクル特性に優れるものの、単
位体積当りの容量とレート特性が実施例1〜25に比べ
て著しく低いことがわかる。一方、Si金属またはAl
金属を負極材料として用いる比較例5、6の二次電池
は、単位体積当りの容量に優れるものの、サイクル特性
が実施例1〜25に比べて著しく低いことがわかる。
On the other hand, in the secondary battery of Comparative Example 3, the lithium occlusion reaction did not occur and the charge / discharge characteristics could not be evaluated. It can be seen that the secondary battery of Comparative Example 4 using the carbonaceous material as the negative electrode material has excellent cycle characteristics, but the capacity per unit volume and rate characteristics are significantly lower than those of Examples 1 to 25. On the other hand, Si metal or Al
It can be seen that the secondary batteries of Comparative Examples 5 and 6 using the metal as the negative electrode material have excellent capacity per unit volume, but the cycle characteristics are significantly lower than those of Examples 1 to 25.

【0104】図5に、実施例3の負極材料と比較例3の
負極材料についてのX線回折パターンを示す。図5から
明らかなように、実施例3の負極材料は、X線回折パタ
ーンにおいて、ホタル石構造の(111)面、(22
0)面、(311)面、(400)面および(331)
面に由来するピークが現れ、また、格子定数が比較例3
よりも大きく、X線強度比が比較例3に比べ低いという
ことが理解できる。なお、実施例3の負極材料のX線回
折パターンにおいて、2θが25〜30°と45〜48
°に現れるピークが第1の相Aの金属間化合物に由来す
るピークで、2θが38°付近、45°付近、68°付
近に観測されるピーク(図5において黒丸で示す)がA
lに由来するピークである。
FIG. 5 shows X-ray diffraction patterns of the negative electrode material of Example 3 and the negative electrode material of Comparative Example 3. As is clear from FIG. 5, in the negative electrode material of Example 3, in the X-ray diffraction pattern, the (111) plane of the fluorite structure and the (22)
0) plane, (311) plane, (400) plane and (331) plane
A peak derived from the plane appears, and the lattice constant is comparative example 3.
It can be understood that the X-ray intensity ratio is lower than that of Comparative Example 3 because In the X-ray diffraction pattern of the negative electrode material of Example 3, 2θ is 25 to 30 ° and 45 to 48.
The peak appearing at ° originates from the intermetallic compound of the first phase A, and the peaks observed at 2θ around 38 °, around 45 °, and around 68 ° (indicated by black circles in FIG. 5) are A.
It is a peak derived from 1.

【0105】[0105]

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、初
期容量とサイクル寿命と放電レート特性とを同時に満足
する非水電解質二次電池用負極材料と、この負極材料を
備える非水電解質二次電池を提供することができる。
As described in detail above, according to the present invention, a negative electrode material for a non-aqueous electrolyte secondary battery which simultaneously satisfies the initial capacity, cycle life and discharge rate characteristics, and a non-aqueous electrolyte comprising this negative electrode material. A secondary battery can be provided.

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

【図1】本発明に係る非水電解質二次電池の一例である
円筒形非水電解質二次電池を示す部分断面図。
FIG. 1 is a partial cross-sectional view showing a cylindrical non-aqueous electrolyte secondary battery which is an example of a non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention.

【図2】本発明に係る非水電解質二次電池の別な例であ
る薄型非水電解質二次電池を示す部分断面図。
FIG. 2 is a partial cross-sectional view showing a thin non-aqueous electrolyte secondary battery which is another example of the non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention.

【図3】実施例1〜25の負極材料の金属組織を示す模
式図。
FIG. 3 is a schematic diagram showing a metallographic structure of negative electrode materials of Examples 1 to 25.

【図4】実施例3の負極材料についての透過型電子顕微
鏡(TEM)写真。
FIG. 4 is a transmission electron microscope (TEM) photograph of the negative electrode material of Example 3.

【図5】実施例3の負極材料と比較例3の負極材料のX
線回折パターンを示す特性図。
FIG. 5 shows X of the negative electrode material of Example 3 and the negative electrode material of Comparative Example 3.
The characteristic view which shows a line diffraction pattern.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…容器、 3…電極群、 4…正極、 5…セパレータ、 6…負極、 8…封口板、 A…第1の相の結晶粒 B…第2の相の結晶粒。 1 ... container, 3 ... electrode group, 4 ... Positive electrode, 5 ... Separator, 6 ... Negative electrode, 8 ... Seal plate, A ... First-phase crystal grains B ... Crystal grains of the second phase.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 沢 孝雄 神奈川県横浜市磯子区新杉田町8番地 株 式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者 高見 則雄 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内 Fターム(参考) 4K018 AA08 AA16 AB01 AB05 AC01 BA02 BA04 BA08 KA38 5H029 AJ02 AJ03 AJ05 AK02 AK03 AK05 AK16 AL11 AM03 AM04 AM05 AM07 BJ02 BJ04 BJ14 CJ02 CJ03 CJ08 DJ17 HJ02 HJ13 5H050 AA02 AA07 AA08 BA17 CA02 CA07 CA11 CA20 CB11 FA19 GA02 GA03 GA10 HA02 HA13   ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Takao Sawa             8th Shinsugita Town, Isogo Ward, Yokohama City, Kanagawa Prefecture             Ceremony company Toshiba Yokohama office (72) Inventor Norio Takami             1st Komukai Toshiba-cho, Sachi-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa             Inside the Toshiba Research and Development Center F-term (reference) 4K018 AA08 AA16 AB01 AB05 AC01                       BA02 BA04 BA08 KA38                 5H029 AJ02 AJ03 AJ05 AK02 AK03                       AK05 AK16 AL11 AM03 AM04                       AM05 AM07 BJ02 BJ04 BJ14                       CJ02 CJ03 CJ08 DJ17 HJ02                       HJ13                 5H050 AA02 AA07 AA08 BA17 CA02                       CA07 CA11 CA20 CB11 FA19                       GA02 GA03 GA10 HA02 HA13

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 組成が(Al1-xSixaNibc(但
し、前記Mは、C、Mg、Ca、Ti、V、Cr、M
n、Fe、Co、Cu、Zn、Ga、Ge、La、Z
r、W、Mo及びBaからなる群より選択される少なく
とも1種類の元素、原子比a,b、cおよびxは、a+
b=100原子%、60≦a≦90、0≦c≦5、0.
2≦x≦0.8を示す)で表され、かつ下記(1)式を
満足する合金を含むことを特徴とする非水電解質二次電
池用負極材料。 (β/α)≦0.6 (1) 但し、前記αは、CuKα線を用いたX線回折パターン
における2θが45°≦2θ≦48°に現れるピークの
うちの最大強度を有するピークの強度であり、前記β
は、CuKα線を用いたX線回折パターンにおける2θ
が25°≦2θ≦30°に現れるピークのうちの最大強
度を有するピークの強度である。
1. A composition of (Al 1-x Si x ) a Ni b M c (wherein M is C, Mg, Ca, Ti, V, Cr, M).
n, Fe, Co, Cu, Zn, Ga, Ge, La, Z
At least one element selected from the group consisting of r, W, Mo and Ba, and the atomic ratios a, b, c and x are a +
b = 100 atomic%, 60 ≦ a ≦ 90, 0 ≦ c ≦ 5, 0.
2 ≦ x ≦ 0.8), and an alloy satisfying the following formula (1) is included: a negative electrode material for a non-aqueous electrolyte secondary battery. (Β / α) ≦ 0.6 (1) where α is the intensity of the peak having the maximum intensity among the peaks appearing when 2θ is 45 ° ≦ 2θ ≦ 48 ° in the X-ray diffraction pattern using CuKα rays. And the above β
Is 2θ in an X-ray diffraction pattern using CuKα rays.
Is the intensity of the peak having the maximum intensity among the peaks appearing at 25 ° ≦ 2θ ≦ 30 °.
【請求項2】 前記合金は、AlとNiとSiとを含有
する金属間化合物を含む第1の相と、Alを主体とする
第2の相とを含み、前記第1の相中のAl含有量をXAl
原子%、前記第1の相中のNi含有量をXNi原子%、前
記第2の相中のSi含有量をYSi原子%、前記第2の相
中のNi含有量をYNi原子%とした際に、35≦XAl
50、30≦XNi≦40、0≦YSi≦10、0≦YNi
5を満たすことを特徴とする請求項1記載の非水電解質
二次電池用負極材料。
2. The alloy includes a first phase containing an intermetallic compound containing Al, Ni, and Si, and a second phase containing Al as a main component, and Al in the first phase is included. X Al content
Atomic%, Ni content in the first phase is X Ni atomic%, Si content in the second phase is Y Si atomic%, Ni content in the second phase is Y Ni atomic%. Then 35 ≦ X Al
50, 30 ≦ X Ni ≦ 40, 0 ≦ Y Si ≦ 10, 0 ≦ Y Ni
The negative electrode material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, which satisfies No. 5.
【請求項3】 前記第1の相の結晶粒の少なくとも一部
は、互いから孤立して析出し、前記孤立析出した結晶粒
間を埋めるように前記第2の相が析出していることを特
徴とする請求項2記載の非水電解質二次電池用負極材
料。
3. At least some of the crystal grains of the first phase are isolated from each other, and the second phase is precipitated so as to fill the spaces between the isolated crystal grains. The negative electrode material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 2.
【請求項4】 請求項1〜3いずれか1項記載の負極材
料を含有する負極と、正極と、非水電解質とを具備する
ことを特徴とする非水電解質二次電池。
4. A non-aqueous electrolyte secondary battery comprising a negative electrode containing the negative electrode material according to claim 1, a positive electrode, and a non-aqueous electrolyte.
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