JP2005063929A - Negative electrode for non-aqueous electrolyte secondary battery, its manufacturing method, and non-aqueous electrolyte secondary battery - Google Patents

Negative electrode for non-aqueous electrolyte secondary battery, its manufacturing method, and non-aqueous electrolyte secondary battery Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery with high current collecting characteristics, improved cycle life, and high energy density, prevented from dropping of an active material, of which, the current collecting characteristics of the active material are secured even if charge and discharge are repeated. <P>SOLUTION: The negative electrode for the non-aqueous electrolyte secondary battery is provided with a pair of surface layers for the current collection having a surface contacting the surface with the electrolytic solution, and at least one layer of the active material interposed between the surface layers, containing particles of the active material high in a forming ability of a lithium compound. The material structuring the surface layer for current collection is permeated across the whole region in the thickness direction of the active material layer, and both surface layers are electrically conducted, and the whole electrode has a current collecting function as one integral body. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、非水電解液二次電池用負極に関し、更に詳しくは集電性が高く、またリチウムイオンの吸脱蔵に起因する活物質の脱落が防止されサイクル寿命が向上し、更にエネルギー密度の高い非水電解液二次電池を得ることができる負極に関する。また本発明は、該負極の製造方法及び該負極を用いた非水電解液二次電池に関する。   The present invention relates to a negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery. More specifically, the current collecting property is high, the active material is prevented from falling off due to absorption and desorption of lithium ions, and the cycle life is improved. It is related with the negative electrode which can obtain a high nonaqueous electrolyte secondary battery. Moreover, this invention relates to the manufacturing method of this negative electrode, and the nonaqueous electrolyte secondary battery using this negative electrode.

リチウムイオン二次電池の負極活物質には一般にグラファイトが使用されている。現在では、グラファイトの5〜10倍の容量ポテンシャルを有しているSn系合金やSi系合金の開発が活発になされている。例えば、銅箔などの導電性金属箔を集電体とし、ケイ素やケイ素合金を含む活物質粒子と、銅や銅合金などの導電性金属粉末との混合物を、集電体の表面上で非酸化性雰囲気下に焼結して得られるリチウム二次電池用負極が提案されている(特許文献1参照)。   In general, graphite is used as a negative electrode active material of a lithium ion secondary battery. Currently, Sn-based alloys and Si-based alloys having a capacity potential 5 to 10 times that of graphite are being actively developed. For example, a conductive metal foil such as a copper foil is used as a current collector, and a mixture of active material particles containing silicon or a silicon alloy and a conductive metal powder such as copper or a copper alloy is not formed on the surface of the current collector. A negative electrode for a lithium secondary battery obtained by sintering in an oxidizing atmosphere has been proposed (see Patent Document 1).

特開2002−260637号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2002-260637

しかしこの負極においては、活物質粒子が電解液にさらされていることから、リチウムイオンの吸脱蔵による活物質の粒子の膨張収縮に起因して該活物質粒子の脱落が起こりやすく、電池のサイクル寿命が低下しやすい。またこの負極における集電体は、10〜100μmといった比較的厚いものなので、負極全体に占める活物質の割合が低くそれに起因してエネルギー密度を高めることが容易でない。   However, in this negative electrode, since the active material particles are exposed to the electrolytic solution, the active material particles easily fall off due to expansion and contraction of the active material particles due to absorption and desorption of lithium ions. Cycle life is likely to decrease. Moreover, since the collector in this negative electrode is comparatively thick, such as 10-100 micrometers, the ratio of the active material to the whole negative electrode is low, and it is not easy to raise an energy density resulting from it.

従って本発明は、前述した従来技術が有する種々の欠点を解消し得る非水電解液二次電池用負極及びその製造方法並びに非水電解液二次電池を提供することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery, a method for producing the same, and a non-aqueous electrolyte secondary battery that can eliminate the various disadvantages of the above-described prior art.

本発明者らは鋭意検討した結果、活物質の層を、集電体としても機能する2つの表面層で挟むことによって、リチウムの吸脱蔵に起因する活物質の脱落が防止されると共に集電機能を維持しつつ電極全体に占める活物質の占める割合が高められることを知見した。   As a result of intensive studies, the inventors have sandwiched the active material layer between two surface layers that also function as a current collector, thereby preventing the active material from falling off due to lithium absorption and desorption. It was found that the proportion of the active material in the entire electrode can be increased while maintaining the electric function.

本発明は前記知見に基づきなされたもので、表面が電解液と接する一対の集電用表面層と、該表面層間に介在配置された、リチウム化合物の形成能の高い活物質の粒子を含む少なくとも一層の活物質層とを備えていることを特徴とする非水電解液二次電池用負極を提供することにより前記目的を達成したものである。   The present invention has been made based on the above knowledge, and includes at least a pair of current collecting surface layers whose surfaces are in contact with an electrolytic solution, and active material particles having a high ability to form a lithium compound interposed between the surface layers. The object is achieved by providing a negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery comprising a single active material layer.

また本発明は前記負極の好ましい製造方法として、キャリア箔の一面に薄い剥離層を形成し、その上にリチウム化合物の形成能の低い金属材料を電解めっきして一方の集電用表面層を形成し、該集電用表面層の上に活物質の粒子を含む導電性スラリーを塗布して活物質層を形成し、該活物質層の上にリチウム化合物の形成能の低い金属材料を電解めっきして他方の集電用表面層を形成し、然る後、前記キャリア箔を前記一方の集電用表面層から剥離分離することを特徴とする非水電解液二次電池用負極の製造方法を提供するものである。   Further, in the present invention, as a preferable method for producing the negative electrode, a thin release layer is formed on one surface of a carrier foil, and a metal material having a low ability to form a lithium compound is electrolytically plated thereon to form one current collecting surface layer. Then, a conductive slurry containing active material particles is applied on the current collecting surface layer to form an active material layer, and a metal material having a low lithium compound forming ability is electroplated on the active material layer. Forming the other current collecting surface layer, and thereafter separating and separating the carrier foil from the one current collecting surface layer. A method for producing a negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery Is to provide.

また本発明は前記負極の好ましい製造方法の別法として、表面に多数の陽イオン交換基を有するキャリア樹脂を金属イオン含有液で処理して該陽イオン交換基の金属塩を生成さ せ、該金属塩を還元してキャリア樹脂の前記表面に触媒核となる前記金属の被膜を形成し、該被膜上にリチウム化合物の形成能の低い金属材料を電解めっきして一方の集電用表面層を形成し、該集電用表面層の上に活物質の粒子を含む導電性スラリーを塗布して活物質層を形成し、該活物質層の上にリチウム化合物の形成能の低い金属材料を電解めっきして他方の集電用表面層を形成し、然る後、前記キャリア樹脂を剥離又は溶解により前記一方の集電用表面層から分離することを特徴とする非水電解液二次電池用負極の製造方法を提供するものである。   Further, the present invention provides another method for producing the negative electrode, in which a carrier resin having a large number of cation exchange groups on the surface is treated with a metal ion-containing liquid to form a metal salt of the cation exchange group, The metal salt is reduced to form a film of the metal serving as a catalyst nucleus on the surface of the carrier resin, and a metal material having a low ability to form a lithium compound is electroplated on the film to form one current collecting surface layer. And forming an active material layer by applying a conductive slurry containing active material particles on the current collecting surface layer, and electrolyzing a metal material having a low lithium compound forming ability on the active material layer. Plating to form the other current collecting surface layer, and thereafter separating the carrier resin from the one current collecting surface layer by peeling or dissolving, for a non-aqueous electrolyte secondary battery A method for producing a negative electrode is provided.

更に本発明は、前記負極を備えることを特徴とする非水電解液二次電池を提供するものである。   Furthermore, the present invention provides a non-aqueous electrolyte secondary battery comprising the negative electrode.

本発明の非水電解液二次電池用負極は、活物質が電極の表面に露出しておらず集電用表面層の内部に包埋されているので、電気的に孤立した活物質が存在することが効果的に防止され、十分な集電性を得ることができる。また、表面層によって活物質の脱落が防止され、また充放電を繰り返しても活物質の集電性が確保される。更にこの負極を用いた二次電池は充放電を繰り返しても劣化率が低くサイクル寿命が大幅に長くなり、充放電効率も高くなる。特に、心材としての導電性金属箔層、つまり従来の負極に用いられていた集電体を用いない場合には、従来の負極よりも負極全体に占める活物質の割合を高くすることができる。その結果、単位体積当たり及び単位重量当たりのエネルギー密度の高い二次電池を得ることができる。   In the negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention, the active material is not exposed on the surface of the electrode and is embedded in the surface layer for current collection, so there is an electrically isolated active material. Can be effectively prevented, and sufficient current collecting property can be obtained. In addition, the surface layer prevents the active material from falling off, and the current collecting property of the active material is ensured even when charging and discharging are repeated. Furthermore, the secondary battery using this negative electrode has a low deterioration rate even if charging / discharging is repeated, and the cycle life is greatly prolonged, and the charging / discharging efficiency is also increased. In particular, when the conductive metal foil layer as the core material, that is, the current collector used in the conventional negative electrode is not used, the proportion of the active material in the entire negative electrode can be made higher than that of the conventional negative electrode. As a result, a secondary battery having a high energy density per unit volume and unit weight can be obtained.

以下、本発明の非水電解液二次電池用負極をその好ましい実施形態に基づき説明する。先ず第1の実施形態について説明する。本実施形態の負極は、活物質の粒子を含む活物質層と、該層の各面にそれぞれ配された一対の集電用表面層とを備えている。   Hereinafter, the negative electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention will be described based on preferred embodiments thereof. First, the first embodiment will be described. The negative electrode of the present embodiment includes an active material layer containing active material particles and a pair of current collecting surface layers disposed on each surface of the layer.

集電用表面層は、本実施形態の電極における集電機能を担っている。また表面層は、活物質層に含まれる活物質がリチウムイオンを吸脱蔵することによる該活物質の膨張収縮に起因して脱落することを防止するためにも用いられている。表面層は、非水電解液二次電池の集電体となり得る金属から構成されている。特にリチウム二次電池の集電体となり得る金属から構成されていることが好ましい。そのような金属としては例えば、リチウム化合物の形成能の低い金属材料が挙げられる。具体的には銅、ニッケル、鉄、コバルト又はこれらの金属の合金などが挙げられる。これらの金属のうち銅及びニッケル或いはそれらの合金を用いることが特に好適である。2つの表面層は、その構成材料が同じであってもよく、或いは異なっていてもよい。「リチウム化合物の形成能が低い」とは、リチウムと金属間化合物若しくは固溶体を形成しないか、又は形成したとしてもリチウムが微量であるか若しくは非常に不安定であることを意味する。   The current collecting surface layer has a current collecting function in the electrode of the present embodiment. The surface layer is also used to prevent the active material contained in the active material layer from falling off due to the expansion and contraction of the active material due to absorption and desorption of lithium ions. The surface layer is made of a metal that can be a current collector of a non-aqueous electrolyte secondary battery. In particular, it is preferably made of a metal that can be a current collector of a lithium secondary battery. An example of such a metal is a metal material having a low lithium compound forming ability. Specific examples include copper, nickel, iron, cobalt, and alloys of these metals. Of these metals, it is particularly preferable to use copper and nickel or an alloy thereof. The two surface layers may have the same constituent material or may be different. “Lithium compound forming ability is low” means that lithium does not form an intermetallic compound or solid solution, or even if formed, lithium is in a very small amount or very unstable.

各表面層は、従来の電極に用いられている集電体よりもその厚みが薄いものである。具体的には0.3〜10μm程度、特に1〜5μm程度の薄層であることが好ましい。これによって、負極全体に占める活物質の割合が相対的に高くなり、単位体積当たり及び単位重量当たりのエネルギー密度を高めることができる。従来の負極では、負極全体に占める集電体の割合が高かったので、エネルギー密度を高めることに限界があった。前記範囲の薄い表面層は、後述するように電解めっきによって形成されることが好ましい。なお2つの表面層はその厚みが同じでもよく、或いは異なっていてもよい。   Each surface layer is thinner than the current collector used in a conventional electrode. Specifically, a thin layer of about 0.3 to 10 μm, particularly about 1 to 5 μm is preferable. Thereby, the ratio of the active material to the whole negative electrode becomes relatively high, and the energy density per unit volume and unit weight can be increased. In the conventional negative electrode, since the ratio of the current collector in the entire negative electrode was high, there was a limit to increasing the energy density. The thin surface layer in the above range is preferably formed by electrolytic plating as will be described later. The two surface layers may have the same thickness or may be different.

2つの表面層は、それらの表面が本実施形態の電極における最外面をなしている。本実施形態の負極が電池に組み込まれた場合、2つの表面層の表面は電解液と接する面となり電極反応に関与する。これとは対照的に、従来の負極における集電体は、その両面に活物 質層が形成されている場合には電解液と接することはなく電極反応に関与せず、また片面に活物質層が形成されている場合であっても一方の面しか電解液と接しない。つまり本実施形態の負極では、従来の負極で用いられていた集電体、即ち負極の厚さ方向中央部に配されている心材としての導電性金属箔層が存在せず、負極の最外面に位置する層、即ち表面層が電極反応に関与すると共に集電機能を、更には活物質の脱落を防止する機能を兼ねている。   As for two surface layers, those surfaces have constituted the outermost surface in the electrode of this embodiment. When the negative electrode of the present embodiment is incorporated in a battery, the surfaces of the two surface layers are in contact with the electrolytic solution and participate in the electrode reaction. In contrast, the current collector in the conventional negative electrode does not contact the electrolyte and does not participate in the electrode reaction when the active material layer is formed on both sides, and the active material on one side. Even when the layer is formed, only one surface is in contact with the electrolyte. That is, in the negative electrode of the present embodiment, the current collector used in the conventional negative electrode, that is, the conductive metal foil layer as the core material disposed in the central portion in the thickness direction of the negative electrode does not exist, and the outermost surface of the negative electrode The layer located on the surface, that is, the surface layer is involved in the electrode reaction, and also has a current collecting function, and further functions to prevent the active material from falling off.

2つの表面層は何れも集電機能を有しているので、本実施形態の負極を電池に組み込んだ場合には、何れの表面層にも電流取り出し用のリード線を接続することができるという利点がある。   Since each of the two surface layers has a current collecting function, when the negative electrode of this embodiment is incorporated in a battery, a lead wire for current extraction can be connected to either surface layer. There are advantages.

各集電用表面層には、該表面層の厚さ方向へ延びる微細空隙が多数形成されている。微細空隙は曲折しながら延びている。多数の微細空隙のうちの一部は、表面層の厚さ方向へ延び活物質層にまで達している。微細空隙が形成されていることで、非水電解液が活物質層へ十分に浸透することができ、活物質の粒子との反応が十分に起こる。微細空隙は、表面層を断面観察した場合にその幅が約0.1μmから約10μm程度の微細なものである。微細であるものの、微細空隙は非水電解液の浸透が可能な程度の幅を有している。尤も非水電解液は水系の電解液に比べて表面張力が小さいことから、微細空隙の幅が小さくても十分に浸透が可能である。微細空隙は、後述する種々の方法で形成することが可能である。   Each current collecting surface layer is formed with a large number of fine voids extending in the thickness direction of the surface layer. The fine gap extends while bending. A part of the numerous fine voids extends in the thickness direction of the surface layer and reaches the active material layer. By forming the fine voids, the non-aqueous electrolyte can sufficiently penetrate into the active material layer, and the reaction with the active material particles sufficiently occurs. The fine void is a fine one having a width of about 0.1 μm to about 10 μm when the cross section of the surface layer is observed. Although fine, the fine gap has a width that allows the non-aqueous electrolyte to penetrate. However, since the non-aqueous electrolyte has a smaller surface tension than the aqueous electrolyte, it can sufficiently penetrate even if the width of the fine gap is small. The fine voids can be formed by various methods described later.

表面層を電子顕微鏡観察により平面視したときの微細空隙の開孔面積は、平均して0.1〜100μm2、特に1〜30μm2程度であることが、非水電解液の十分な浸透を確保しつつ、活物質層の脱落を効果的に防止し得る点から好ましい。また同様の理由により、表面層を電子顕微鏡観察により平面視したときに、どのような観察視野をとっても、100μm×100μmの正方形の視野範囲内に1〜30個、特に3〜10個の微細空隙が存在していることが好ましい(この値を分布率という)。更に同様の理由により、表面層を電子顕微鏡観察により平面視したときに、観察視野の面積に対する微細空隙の開孔面積の総和の割合(この割合を開孔率という)が0.1〜10%、特に1〜5%であることが好ましい。 Open area of the microvoids in a plan view by a surface layer electron microscopy, 0.1 to 100 [mu] m 2 on average, to be particularly 1 to 30 [mu] m 2 or so, a sufficient penetration of the non-aqueous electrolyte It is preferable from the viewpoint that the active material layer can be effectively prevented from falling off while ensuring. For the same reason, when the surface layer is viewed in plan by electron microscope observation, no matter what observation field is taken, 1 to 30, particularly 3 to 10 fine voids in a 100 μm × 100 μm square field range. Is preferably present (this value is referred to as a distribution ratio). Further, for the same reason, when the surface layer is viewed in plan by electron microscope observation, the ratio of the total area of the fine voids to the area of the observation field (this ratio is referred to as the area ratio) is 0.1 to 10%. In particular, 1 to 5% is preferable.

2つの表面層によって挟まれている活物質層は、リチウム化合物の形成能の高い活物質の粒子を含んでいる。該活物質としては、例えばシリコン系材料やスズ系材料、アルミニウム系材料、ゲルマニウム系材料が挙げられる。活物質層は2つの表面層によって被覆されているので、活物質がリチウムイオンを吸脱蔵することに起因して脱落することが効果的に防止される。   The active material layer sandwiched between the two surface layers includes active material particles having a high lithium compound forming ability. Examples of the active material include silicon-based materials, tin-based materials, aluminum-based materials, and germanium-based materials. Since the active material layer is covered with the two surface layers, the active material is effectively prevented from falling off due to absorption and desorption of lithium ions.

活物質の粒子はその最大粒径が好ましくは50μm以下であり、更に好ましくは20μm以下である。また粒子の粒径をD50値で表すと0.1〜8μm、特に1〜5μmであることが好ましい。最大粒径が50μm超であると、粒子の脱落が起こりやすくなり、電極の寿命が短くなる場合がある。粒径の下限値に特に制限はなく小さいほど好ましい。該粒子の製造方法に鑑みると、下限値は0.01μm程度である。粒子の粒径は、マイクロトラック、電子顕微鏡観察(SEM観察)によって測定される。 The active material particles preferably have a maximum particle size of 50 μm or less, and more preferably 20 μm or less. Moreover, when the particle diameter of the particle is expressed by a D 50 value, it is preferably 0.1 to 8 μm, particularly preferably 1 to 5 μm. If the maximum particle size is more than 50 μm, the particles are likely to fall off, and the life of the electrode may be shortened. There is no particular limitation on the lower limit of the particle size, and the smaller the better. In view of the method for producing the particles, the lower limit is about 0.01 μm. The particle size of the particles is measured by microtrack and electron microscope observation (SEM observation).

負極全体に対する活物質の量が少なすぎると電池のエネルギー密度を十分に向上させにくく、逆に多すぎると活物質の脱落が起こりやすくなる傾向にある。これらを勘案すると、活物質の量は負極全体に対して好ましくは5〜80重量%であり、更に好ましくは10〜50重量%、一層好ましくは20〜50重量%である。   If the amount of the active material relative to the whole negative electrode is too small, it is difficult to sufficiently improve the energy density of the battery. Conversely, if the amount is too large, the active material tends to fall off. Considering these, the amount of the active material is preferably 5 to 80% by weight, more preferably 10 to 50% by weight, and still more preferably 20 to 50% by weight with respect to the whole negative electrode.

活物質層の厚みは、負極全体に対する活物質の量の割合や活物質の粒径に応じて適宜調 節することができ、本実施形態においては特に臨界的なものではない。一般には1〜100μm、特に3〜40μm程度である。活物質層は、後述するように、活物質の粒子を含む導電性スラリーを塗布することによって形成されることが好ましい。   The thickness of the active material layer can be appropriately adjusted according to the ratio of the amount of the active material to the entire negative electrode and the particle size of the active material, and is not particularly critical in the present embodiment. Generally, it is about 1 to 100 μm, particularly about 3 to 40 μm. The active material layer is preferably formed by applying a conductive slurry containing particles of the active material, as will be described later.

表面層及び活物質層を含む負極全体の厚みは2〜50μm、特に10〜50μm程度であることが好ましい。   The total thickness of the negative electrode including the surface layer and the active material layer is preferably 2 to 50 μm, particularly preferably about 10 to 50 μm.

活物質層においては、集電用表面層を構成する材料が活物質層の厚み方向全域に亘って浸透していることが好ましい。そして浸透した該材料中に活物質の粒子が存在していることが好ましい。つまり活物質の粒子は電極の表面に露出しておらず表面層の内部に包埋されていることが好ましい。これによって、活物質層と表面層との密着性が強固なものとなり、活物質の脱落が一層防止される。また活物質層中に浸透した前記材料を通じて表面層と活物質との間に電子伝導性が確保されるので、電気的に孤立した活物質が生成すること、特に活物質層の深部に電気的に孤立した活物質が生成することが効果的に防止され、集電機能が保たれる。その結果、負極としての機能低下が抑えられる。更に負極の長寿命化も図られる。このことは、活物質として半導体であり電気導電性の乏しい材料、例えばシリコン系材料を用いる場合に特に有利である。集電用表面層を構成する材料は、活物質層をその厚み方向に貫いており、両表面層とつながっていることが好ましい。それによって2つの表面層は前記材料を通じて電気的に導通することになり、負極全体としての電子伝導性が一層高くなる。つまり本実施形態の負極は、負極全体が一体として集電機能を有する。集電用表面層を構成する材料が活物質層の厚み方向全域に亘って浸透して両表面層どうしがつながっていることは、該材料を測定対象とした電子顕微鏡マッピングによって求めることができる。集電用表面層を構成する材料を、活物質層中に浸透させるための好ましい方法は後述する。   In the active material layer, it is preferable that the material constituting the current collecting surface layer penetrates over the entire thickness direction of the active material layer. The active material particles are preferably present in the permeated material. In other words, the active material particles are preferably not exposed on the surface of the electrode but embedded in the surface layer. Thereby, the adhesion between the active material layer and the surface layer becomes strong, and the active material is further prevented from falling off. In addition, since electronic conductivity is ensured between the surface layer and the active material through the material that has penetrated into the active material layer, an electrically isolated active material is generated, particularly in the deep part of the active material layer. It is effectively prevented that an isolated active material is generated, and the current collecting function is maintained. As a result, functional degradation as a negative electrode is suppressed. In addition, the life of the negative electrode can be extended. This is particularly advantageous when a material that is a semiconductor and has poor electrical conductivity, such as a silicon-based material, is used as the active material. The material constituting the current collecting surface layer preferably penetrates the active material layer in the thickness direction and is connected to both surface layers. As a result, the two surface layers are electrically conducted through the material, and the electron conductivity of the negative electrode as a whole is further increased. That is, the negative electrode of the present embodiment has a current collecting function as a whole. The fact that the material constituting the current collecting surface layer permeates over the entire thickness direction of the active material layer and the two surface layers are connected to each other can be determined by electron microscope mapping using the material as a measurement target. A preferred method for allowing the material constituting the current collecting surface layer to penetrate into the active material layer will be described later.

活物質層における活物質の粒子の間は、表面層の構成材料で完全に満たされているのではなく、該粒子間に空隙が存在していることが好ましい(この空隙は、集電用表面層に形成された微細空隙とは異なるものであることに留意すべきである)。この空隙の存在によって、活物質の粒子がリチウムを吸脱蔵して膨張収縮することに起因する応力が緩和される。この観点から、活物質層における空隙の割合は5〜30体積%程度、特に5〜9体積%程度であることが好ましい。空隙の割合は、電子顕微鏡マッピングによって求めることができる。後述するように活物質層は活物質の粒子を含む導電性スラリーを塗布し乾燥させることによって形成されることから、活物質層には自ずと空隙が形成される。従って空隙の割合を前記範囲にするためには、例えば活物質の粒子の粒径、導電性スラリーの組成、スラリーの塗布条件を適切に選択すればよい。またスラリーを塗布乾燥して活物質層を形成した後、適切な条件下でプレス加工して空隙の割合を調整してもよい。   The active material particles in the active material layer are not completely filled with the constituent material of the surface layer, but preferably there are voids between the particles. Note that it is different from the fine voids formed in the layer). The presence of the voids relieves stress caused by the active material particles absorbing and desorbing lithium and expanding and contracting. From this viewpoint, the void ratio in the active material layer is preferably about 5 to 30% by volume, particularly about 5 to 9% by volume. The void ratio can be determined by electron microscope mapping. As will be described later, since the active material layer is formed by applying and drying a conductive slurry containing particles of the active material, voids are naturally formed in the active material layer. Therefore, in order to set the void ratio within the above range, for example, the particle diameter of the active material particles, the composition of the conductive slurry, and the application conditions of the slurry may be appropriately selected. Alternatively, the slurry may be applied and dried to form an active material layer, and then pressed under appropriate conditions to adjust the void ratio.

活物質層中には活物質の粒子に加えて導電性炭素材料が含まれていることが好ましい。これによって負極に電子伝導性が一層付与される。この観点から活物質層中に含まれる導電性炭素材料の量は0.1〜20重量%、特に1〜10重量%であることが好ましい。導電性炭素材料としては例えばアセチレンブラックやグラファイトなどの粒子が用いられる。これらの粒子の粒径は40μm以下、特に20μm以下であることが、電子伝導性の一層付与の点から好ましい。該粒子の粒径の下限値に特に制限はなく小さいほど好ましい。該粒子の製造方法に鑑みると、その下限値は0.01μm程度となる。   The active material layer preferably contains a conductive carbon material in addition to the active material particles. This further imparts electronic conductivity to the negative electrode. From this viewpoint, the amount of the conductive carbon material contained in the active material layer is preferably 0.1 to 20% by weight, particularly 1 to 10% by weight. For example, particles such as acetylene black and graphite are used as the conductive carbon material. The particle diameter of these particles is preferably 40 μm or less, and particularly preferably 20 μm or less from the viewpoint of further imparting electron conductivity. The lower limit of the particle size of the particles is not particularly limited and is preferably as small as possible. In view of the method for producing the particles, the lower limit is about 0.01 μm.

次に活物質の詳細について説明する。活物質として先に述べたシリコン系材料やスズ系材料が用いられる場合、該シリコン系材料又はスズ系材料の粒子としては、例えばイ)シリコン単体又はスズ単体の粒子、ロ)少なくともシリコン又はスズと炭素との混合粒子、ハ)シリコン又はスズと金属との混合粒子、ニ)シリコン又はスズと金属との化合物粒子、ホ)シリコン又はスズと金属との化合物粒子と、金属の粒子との混合粒子、ヘ)シリコ ン単体又はスズ単体の粒子の表面に金属が被覆されてなる粒子などが挙げられる。ロ)、ハ)、ニ)、ホ)及びヘ)の粒子を用いると、イ)のシリコン単体又はスズ単体の粒子を用いる場合に比べて、リチウムの吸脱蔵に起因するシリコン系材料の微粉化が一層抑制されるという利点がある。また半導体であり電気導電性の乏しいシリコンに電子導電性を付与できるという利点がある。   Next, details of the active material will be described. When the silicon-based material or tin-based material described above is used as the active material, the silicon-based material or tin-based material particles include, for example, a) silicon simple substance or tin simple particles, and b) at least silicon or tin. Mixed particles of carbon, c) mixed particles of silicon or tin and metal, d) compound particles of silicon or tin and metal, e) mixed particles of compound particles of silicon or tin and metal, and metal particles F) Particles in which the surface of particles of silicon alone or tin alone are coated with metal. B), c), d), d), f) and f) particles of silicon-based material caused by lithium absorption / desorption compared to the case of b) using silicon or tin particles. There is an advantage that the conversion is further suppressed. Further, there is an advantage that electronic conductivity can be imparted to silicon which is a semiconductor and has poor electrical conductivity.

特に、シリコン系粒子又はスズ系粒子がロ)の少なくともシリコン又はスズと炭素との混合粒子からなる場合には、サイクル寿命が向上すると共に負極容量が増加する。この理由は次の通りである。炭素、特に非水電解液二次電池用負極に用いられているグラファイトは、リチウムの吸脱蔵に寄与し、300mAh/g程度の負極容量を有し、しかもリチウム吸蔵時の体積膨張が非常に小さいという特徴を持つ。一方、シリコンは、グラファイトの10倍以上である4200mAh/g程度の負極容量を有するという特徴を持つ。反面シリコンは、リチウム吸蔵時の体積膨張がグラファイトの約4倍に達する。そこで、シリコン又はスズとグラファイトのような炭素とを所定の比率でメカニカルミリング法などを用い混合・粉砕して、粒径が約0.1〜1μmの均質に混合された粉末とすると、リチウム吸蔵時のシリコン又はスズの体積膨張がグラファイトによって緩和されて、サイクル寿命が向上し、また1000〜3000mAh/g程度の負極容量が得られる。シリコン又はスズと炭素との混合比率は、シリコン又はスズの量が10〜90重量%、特に30〜70重量%、とりわけ30〜50重量%であることが好ましい。一方、炭素の量は90〜10重量%、特に70〜30重量%、とりわけ70〜50重量%であることが好ましい。組成がこの範囲内であれば、電池の高容量化及び負極の長寿命化を図ることができる。なお、この混合粒子においては、シリコンカーバイドなどの化合物は形成されていない。   In particular, when the silicon-based particles or tin-based particles are composed of at least mixed particles of silicon or tin and carbon, the cycle life is improved and the negative electrode capacity is increased. The reason is as follows. Carbon, particularly graphite used in negative electrodes for non-aqueous electrolyte secondary batteries, contributes to the absorption and desorption of lithium, has a negative electrode capacity of about 300 mAh / g, and has a very large volume expansion during occlusion of lithium. It is small. On the other hand, silicon is characterized by having a negative electrode capacity of about 4200 mAh / g, which is 10 times or more that of graphite. On the other hand, the volume expansion of silicon during lithium occlusion reaches about 4 times that of graphite. Therefore, when silicon or tin and carbon such as graphite are mixed and pulverized at a predetermined ratio using a mechanical milling method or the like to obtain a homogeneously mixed powder having a particle size of about 0.1 to 1 μm, lithium occlusion The volume expansion of silicon or tin at the time is relaxed by graphite, the cycle life is improved, and a negative electrode capacity of about 1000 to 3000 mAh / g is obtained. The mixing ratio of silicon or tin and carbon is preferably such that the amount of silicon or tin is 10 to 90% by weight, particularly 30 to 70% by weight, especially 30 to 50% by weight. On the other hand, the amount of carbon is preferably 90 to 10% by weight, particularly 70 to 30% by weight, and particularly preferably 70 to 50% by weight. If the composition is within this range, the capacity of the battery and the life of the negative electrode can be increased. In this mixed particle, a compound such as silicon carbide is not formed.

シリコン系粒子又はスズ系粒子がロ)の粒子からなる場合、該粒子は、シリコン又はスズ及び炭素に加えて他の金属元素を含む、3種以上の元素の混合粒子であってもよい。金属元素としてはCu、Ag、Li、Ni、Co、Fe、Cr、Zn、B、Al、Ge、Sn、In、V、Ti、Y、Zr、Nb、Ta、W、La、Ce、Pr、Pd及びNdからなる群から選択される1種類以上の元素が挙げられる(以下これらの元素を総称して添加金属という)。   When the silicon-based particles or the tin-based particles are composed of b) particles, the particles may be a mixed particle of three or more elements including other metal elements in addition to silicon or tin and carbon. As metal elements, Cu, Ag, Li, Ni, Co, Fe, Cr, Zn, B, Al, Ge, Sn, In, V, Ti, Y, Zr, Nb, Ta, W, La, Ce, Pr, One or more kinds of elements selected from the group consisting of Pd and Nd can be mentioned (hereinafter these elements are collectively referred to as additive metals).

シリコン系粒子又はスズ系粒子が、ハ)のシリコン又はスズと金属との混合粒子である場合、該混合粒子に含まれる金属としては、前述した添加金属の1種又は2種以上が挙げられる。これらの添加金属のうち、Cu、Ag、Ni、Co、Ceが好ましく、特に電子伝導性に優れ且つリチウム化合物の形成能の低さの点から、Cu、Ag、Niを用いることが望ましい。また添加金属としてLiを用いると、活物質中に予め金属リチウムが含まれることになり、不可逆容量の低減、充放電効率の向上、及び体積変化率の低減によるサイクル寿命向上等の利点が生ずるので好ましい。ハ)のシリコン又はスズと金属との混合粒子においては、シリコン又はスズの量が30〜99.9重量%、特に50〜95重量%、とりわけ85〜95重量%であることが好ましい。一方、添加金属の量は0.1〜70重量%、特に5〜50重量%、とりわけ5〜15重量%であることが好ましい。組成がこの範囲内であれば、電池の高容量化及び負極の長寿命化を図ることができる。   When the silicon-based particles or tin-based particles are the mixed particles of silicon or tin and metal of c), examples of the metal contained in the mixed particles include one or more of the aforementioned additive metals. Of these additive metals, Cu, Ag, Ni, Co, and Ce are preferable, and Cu, Ag, and Ni are preferably used from the viewpoint of excellent electronic conductivity and low ability to form a lithium compound. In addition, when Li is used as the additive metal, metallic lithium is included in the active material in advance, and advantages such as reduction in irreversible capacity, improvement in charge / discharge efficiency, and improvement in cycle life due to reduction in volume change rate occur. preferable. In the mixed particles of silicon or tin and metal of c), the amount of silicon or tin is preferably 30 to 99.9% by weight, particularly 50 to 95% by weight, and particularly preferably 85 to 95% by weight. On the other hand, the amount of the added metal is preferably 0.1 to 70% by weight, particularly 5 to 50% by weight, particularly 5 to 15% by weight. If the composition is within this range, the capacity of the battery and the life of the negative electrode can be increased.

ハ)のシリコン又はスズと金属との混合粒子は例えば次に述べる方法で製造することができる。先ず、シリコン粒子又はスズ粒子及び添加金属の金属粒子を混合し、粉砕機によってこれらの粒子の混合及び粉砕を同時に行う。粉砕機としてはアトライター、ジェットミル、サイクロンミル、ペイントシェイカ、ファインミルなどを用いることができる。粉砕前のこれらの粒子の粒径は20〜500μm程度であることが好ましい。粉砕機による混合及び粉砕によってシリコン又はスズと添加金属とが均一に混ざり合った粒子が得られる。粉砕機の運転条件を適切にコントロールすることで得られる粒子の粒径を例えば40μm以下となす。これによってハ)の混合粒子が得られる。   The mixed particles of silicon or tin and metal of c) can be produced, for example, by the method described below. First, silicon particles or tin particles and metal particles of added metal are mixed, and these particles are mixed and pulverized simultaneously by a pulverizer. As a pulverizer, an attritor, a jet mill, a cyclone mill, a paint shaker, a fine mill, or the like can be used. The particle size of these particles before pulverization is preferably about 20 to 500 μm. By mixing and pulverization by a pulverizer, particles in which silicon or tin and the added metal are uniformly mixed are obtained. The particle size of the particles obtained by appropriately controlling the operating conditions of the pulverizer is, for example, 40 μm or less. As a result, mixed particles of c) are obtained.

シリコン系粒子又はスズ系粒子が、ニ)のシリコン又はスズと金属との化合物粒子である場合、該化合物は、シリコン又はスズと金属との合金を含み、1)シリコン又はスズと金属との固溶体、2)シリコン又はスズと金属との金属間化合物、或いは3)シリコン単相若しくはスズ単層、金属単相、シリコン若しくはスズと金属との固溶体、シリコン若しくはスズと金属との金属間化合物のうちの二相以上の相からなる複合体の何れかである。前記金属としては、ハ)のシリコン又はスズと金属との混合粒子に含まれる添加金属と同様のものを用いることができる。ニ)の化合物粒子におけるシリコン又はスズと金属との組成は、ハ)の混合粒子と同様にシリコン又はスズの量が30〜99.9重量%で、金属の量が0.1〜70重量%であることが好ましい。更に好ましい組成は、化合物粒子の製造方法に応じて適切な範囲が選択される。例えば該化合物が、シリコン又はスズと金属との二元系合金であり、該合金を後述する急冷法を用いて製造する場合、シリコン又はスズの量は40〜90重量%であることが望ましい。一方、添加金属の量は10〜60重量%であることが好ましい。   When the silicon-based particles or tin-based particles are the compound particles of silicon or tin and metal of d), the compound includes silicon or an alloy of tin and metal, and 1) a solid solution of silicon or tin and metal 2) Of the intermetallic compound of silicon or tin and metal, or 3) Of the silicon single phase or tin single layer, metal single phase, solid solution of silicon or tin and metal, or intermetallic compound of silicon or tin and metal Any of a composite composed of two or more phases. As the metal, the same metal as the additive metal contained in the mixed particles of silicon or tin and metal of c) can be used. The composition of silicon or tin and metal in the compound particles of d) is 30 to 99.9% by weight of silicon or tin and 0.1 to 70% by weight of metal as with the mixed particles of c). It is preferable that A more preferable composition is selected in an appropriate range depending on the method for producing compound particles. For example, when the compound is a binary alloy of silicon or tin and metal, and the alloy is manufactured using a rapid cooling method described later, the amount of silicon or tin is preferably 40 to 90% by weight. On the other hand, the amount of the added metal is preferably 10 to 60% by weight.

前記化合物がシリコン又はスズと金属との三元系以上の合金である場合には、先に述べた二元系合金に更にB、Al、Ni、Co、Sn、Fe、Cr、Zn、In、V、Y、Zr、Nb、Ta、W、La、Ce、Pr、Pd及びNdからなる群から選択される元素が少量含まれていてもよい。これによって、微粉化が抑制されるという付加的な効果が奏される。この効果を一層高めるため、これらの元素はシリコン又はスズと金属との合金中に0.01〜10重量%、特に0.05〜1.0重量%含まれていることが好ましい。   When the compound is a ternary or higher alloy of silicon or tin and a metal, B, Al, Ni, Co, Sn, Fe, Cr, Zn, In, A small amount of an element selected from the group consisting of V, Y, Zr, Nb, Ta, W, La, Ce, Pr, Pd and Nd may be contained. Thereby, the additional effect that pulverization is suppressed is produced. In order to further enhance this effect, these elements are preferably contained in an alloy of silicon or tin and metal in an amount of 0.01 to 10% by weight, particularly 0.05 to 1.0% by weight.

ニ)のシリコン又はスズと金属との化合物粒子が合金粒子である場合、該合金粒子は、例えば以下に説明する急冷法によって製造されることが、合金の結晶子が微細なサイズとなり且つ均質分散されることにより、微粉化が抑制され、電子伝導性が保持される点から好ましい。この急冷法においては、先ずシリコン又はスズと、添加金属とを含む原料の溶湯を準備する。原料は高周波溶解によって溶湯となす。溶湯におけるシリコン又はスズと添加金属との割合は前述した範囲とする。溶湯の温度は1200〜1500℃、特に1300〜1450℃とすることが急冷条件との関係で好ましい。鋳型鋳造法を用いてこの溶湯から合金を得る。即ち、該溶湯を銅製又は鉄製の鋳型に流し込んで、急冷されたシリコン系合金又はスズ系合金のインゴットを得る。このインゴットを粉砕し篩い分けして、例えば粒径40μm以下のものを本発明に供する。   D) When the compound particles of silicon or tin and metal are alloy particles, the alloy particles are produced, for example, by a rapid cooling method described below, so that the crystallites of the alloy are finely sized and homogeneously dispersed. By doing so, it is preferable from the viewpoint that pulverization is suppressed and electron conductivity is maintained. In this rapid cooling method, first, a raw material melt containing silicon or tin and an additive metal is prepared. The raw material is made into molten metal by high frequency melting. The ratio of silicon or tin to the additive metal in the molten metal is in the range described above. The temperature of the molten metal is preferably 1200 to 1500 ° C., particularly 1300 to 1450 ° C., in relation to the rapid cooling conditions. An alloy is obtained from this molten metal using a mold casting method. That is, the molten metal is poured into a copper or iron mold to obtain a rapidly cooled silicon alloy or tin alloy ingot. The ingot is pulverized and sieved, and for example, those having a particle size of 40 μm or less are provided for the present invention.

この鋳型鋳造法に代えてロール鋳造法を用いることもできる。即ち、溶湯を高速回転する銅製のロールにおける周面に対して射出する。ロールの回転速度は、溶湯を急冷させる観点から回転数500〜4000rpm、特に1000〜 2000rpmとすることが好ましい。ロールの回転速度を周速で表す場合には、8〜70m/sec、特に15〜30m/secであることが好ましい。前述の範囲の温度の溶湯を、前述範囲の速度で回転するロールを用いて急冷することで、冷却速度は102K/sec以上、特に103K/sec以上という高速になる。射出された溶湯はロールにおいて急冷されて薄体となる。この薄体を粉砕、篩い分けして例えば粒径40μm以下のものを本発明に供する。この急冷法に代えて、ガスアトマイズ法を用い、1200〜1500℃の溶湯に、アルゴンなどの不活性ガスを5〜100atmの圧力で吹き付けて微粒化及び急冷して所望の粒子を得ることもできる。更に別法として、アーク溶解法やメカニカルミリングを用いることもできる。 Instead of this mold casting method, a roll casting method can also be used. That is, the molten metal is injected onto the peripheral surface of a copper roll that rotates at high speed. The rotation speed of the roll is preferably 500 to 4000 rpm, particularly 1000 to 2000 rpm from the viewpoint of quenching the molten metal. When the rotational speed of the roll is expressed as a peripheral speed, it is preferably 8 to 70 m / sec, particularly 15 to 30 m / sec. By rapidly cooling the molten metal having a temperature in the above range using a roll rotating at a speed in the above range, the cooling rate becomes 10 2 K / sec or higher, particularly 10 3 K / sec or higher. The injected molten metal is rapidly cooled in a roll to become a thin body. The thin body is pulverized and sieved and, for example, one having a particle size of 40 μm or less is provided for the present invention. Instead of this rapid cooling method, a desired atomization method can be obtained by spraying an inert gas such as argon at a pressure of 5 to 100 atm on a molten metal at 1200 to 1500 ° C. and atomizing and rapidly cooling the gas. Further, as another method, an arc melting method or mechanical milling can be used.

活物質の粒子が、ホ)のシリコン又はスズと金属との化合物粒子と、金属の粒子との混合粒子である場合、該化合物粒子としては、先に述べたニ)の化合物粒子と同様の粒子を用いることができる。一方、金属の粒子としては、先に述べたハ)の混合粒子に用いられる金属の粒子と同様のものを用いることができる。化合物粒子に含まれる金属元素と、金 属の粒子を構成する金属元素とは同種でも異種でもよい。特に、化合物粒子に含まれる金属元素がニッケル、銅、銀又は鉄であり、金属の粒子を構成する金属元素がニッケル、銅、銀又は鉄であると、活物質層中にこれらの金属のネットワーク構造が形成されやすくなる。その結果、電子伝導性の向上、活物質粒子の膨張収縮による脱落の防止等という有利な効果が奏されるので好ましい。この観点から、化合物粒子に含まれる金属元素と金属の粒子を構成する金属元素とは同種であることが好ましい。ホ)の活物質粒子は、先に述べたニ)の化合物粒子の製造方法と同様の方法によって先ず化合物粒子を得て、この化合物粒子と金属の粒子とを、先に述べたハ)の混合粒子の製造方法に従い混合することで得られる。化合物粒子中におけるシリコン又はスズと金属との割合は、先に述べたニ)の化合物粒子中における両者の割合と同様とすることができる。また化合物粒子と金属の粒子との割合は、先に述べたハ)の混合粒子におけるシリコン又はスズの粒子と金属の粒子との割合と同様とすることができる。これら以外でホ)の活物質粒子に関して特に説明しない点については、先に述べたハ)の混合粒子又はニ)の化合物粒子に関して詳述した説明が適宜適用される。   When the active material particles are mixed particles of silicon or tin and metal compound particles of e) and metal particles, the compound particles are the same particles as the compound particles of d) described above. Can be used. On the other hand, as the metal particles, the same metal particles as those used for the mixed particles of c) described above can be used. The metal element contained in the compound particle and the metal element constituting the metal particle may be the same or different. In particular, when the metal element contained in the compound particle is nickel, copper, silver or iron and the metal element constituting the metal particle is nickel, copper, silver or iron, a network of these metals in the active material layer A structure is easily formed. As a result, advantageous effects such as improvement of electron conductivity and prevention of falling off due to expansion and contraction of the active material particles are exhibited, which is preferable. From this viewpoint, it is preferable that the metal element contained in the compound particle and the metal element constituting the metal particle are the same type. The active material particles of e) are first obtained by the same method as the production method of the compound particles of d) described above, and the compound particles and the metal particles are mixed with c) described above. It is obtained by mixing according to the method for producing particles. The ratio of silicon or tin and metal in the compound particles can be the same as the ratio of both in the compound particles of d) described above. Further, the ratio of the compound particles to the metal particles can be the same as the ratio of the silicon or tin particles to the metal particles in the mixed particles in (c) described above. Except for these points, the explanation in detail regarding the mixed particles of c) or the compound particles of d) is applied as appropriate to the points not particularly explained regarding the active material particles of e).

シリコン系粒子又はスズ系粒子が、ヘ)のシリコン単体又はスズ単体の粒子の表面に金属が被覆されてなる粒子(この粒子を金属被覆粒子という)である場合、被覆金属としては、先に述べたハ)やニ)の粒子に含まれる添加金属、例えば銅などと同様のものが用いられる(但しLiを除く)。金属被覆粒子におけるシリコン又はスズの量は70〜99.9重量%、特に80〜99重量%、とりわけ85〜95であることが好ましい。一方、銅を始めとする被覆金属の量は0.1〜30重量%、特に1〜20重量%、とりわけ5〜15重量%であることが好ましい。金属被覆粒子は例えば無電解めっき法を用いて製造される。この無電解めっき法においては、先ずシリコン粒子又はスズ粒子が懸濁されており且つ銅を始めとする被覆金属とを含むめっき浴を用意する。このめっき浴中において、シリコン粒子又はスズ粒子を無電解めっきして該シリコン粒子又はスズ粒子の表面に前記被覆金属を被覆させる。めっき浴中におけるシリコン粒子又はスズ粒子の濃度は400〜600g/l程度とすることが好ましい。前記被覆金属として銅を無電解めっきする場合には、めっき浴中に硫酸銅、ロシェル塩等を含有させておくことが好ましい。この場合硫酸銅の濃度は6〜9g/l、ロシェル塩の濃度は70〜90g/lであることが、めっき速度のコントロールの点から好ましい。同様の理由からめっき浴のpHは12〜13、浴温は20〜30℃であることが好ましい。めっき浴中に含まれる還元剤としては、例えばホルムアルデヒド等が用いられ、その濃度は15〜30cc/l程度とすることができる。   In the case where the silicon-based particles or tin-based particles are particles in which metal is coated on the surface of the silicon simple substance or tin simple particles (this particle is referred to as a metal-coated particle), the coated metal is described above. The additive metal contained in the particles of (c) and d), for example, the same as copper is used (except for Li). The amount of silicon or tin in the metal-coated particles is preferably 70 to 99.9% by weight, particularly 80 to 99% by weight, especially 85 to 95. On the other hand, the amount of the coating metal including copper is preferably 0.1 to 30% by weight, particularly 1 to 20% by weight, particularly 5 to 15% by weight. The metal-coated particles are produced using, for example, an electroless plating method. In this electroless plating method, first, a plating bath in which silicon particles or tin particles are suspended and containing a coating metal such as copper is prepared. In this plating bath, silicon particles or tin particles are electrolessly plated to coat the surface of the silicon particles or tin particles with the coating metal. The concentration of silicon particles or tin particles in the plating bath is preferably about 400 to 600 g / l. When electrolessly plating copper as the coating metal, it is preferable to contain copper sulfate, Rochelle salt or the like in the plating bath. In this case, the concentration of copper sulfate is preferably 6 to 9 g / l, and the concentration of Rochelle salt is preferably 70 to 90 g / l from the viewpoint of controlling the plating rate. For the same reason, the pH of the plating bath is preferably 12 to 13, and the bath temperature is preferably 20 to 30 ° C. As the reducing agent contained in the plating bath, for example, formaldehyde or the like is used, and the concentration thereof can be about 15 to 30 cc / l.

活物質の粒子が前記イ)〜ヘ)のうちのどのような形態である場合においても、活物質の粒子は、含有している酸素の濃度が3重量%以下、特に2重量%以下であることが好ましい。これによって活物質の粒子が酸化されることに起因する劣化が効果的に防止され、負極の長寿命化を図ることができる。この理由から明らかなように、酸素の濃度は低ければ低いほど好ましい。同様の理由により、活物質の粒子は、その最表面におけるシリコン又はスズの濃度が、最表面における酸素の濃度の1/2以上である、とりわけ4/5以上であることが好ましい(但し、前記ヘ)の粒子である場合を除く)。酸素の濃度は、測定対象試料の燃焼を伴うガス分析法によって測定される。酸素濃度の分布はX線光電子分光分析装置(ESCA)やオージェ電子分光分析装置(AES)などを始めとする各種表面状態分析装置によって測定される。   The active material particles have an oxygen concentration of 3 wt% or less, particularly 2 wt% or less, regardless of the active material particles in any of the above-mentioned forms (i) to (f). It is preferable. As a result, deterioration due to oxidation of the active material particles is effectively prevented, and the life of the negative electrode can be extended. As is apparent from this reason, the lower the oxygen concentration, the better. For the same reason, it is preferable that the active material particles have a silicon or tin concentration at the outermost surface of 1/2 or more, particularly 4/5 or more of the oxygen concentration at the outermost surface (however, F) except for particles). The concentration of oxygen is measured by a gas analysis method that involves combustion of the sample to be measured. The oxygen concentration distribution is measured by various surface state analyzers such as an X-ray photoelectron spectrometer (ESCA) and an Auger electron spectrometer (AES).

次に本実施形態の負極の好ましい製造方法を、図1を参照しながら説明する。先ず図1(a)に示すようにキャリア箔1を用意する。キャリア箔1の材質に特に制限はない。例えば銅箔を用いることができる。キャリア箔1は、本実施形態の負極を製造するための支持体として用いられるものであることから、製造工程においてヨレ等が生じないような強度を有していることが好ましい。従ってキャリア箔1は、その厚みが10〜50μm程度であることが好ましい。   Next, the preferable manufacturing method of the negative electrode of this embodiment is demonstrated, referring FIG. First, a carrier foil 1 is prepared as shown in FIG. There are no particular restrictions on the material of the carrier foil 1. For example, copper foil can be used. Since the carrier foil 1 is used as a support for manufacturing the negative electrode of the present embodiment, it is preferable that the carrier foil 1 has such strength that no twist or the like occurs in the manufacturing process. Therefore, the carrier foil 1 preferably has a thickness of about 10 to 50 μm.

キャリア箔1は好ましくは電解によって製造される。具体的には、回転ドラムを陰極として用い、銅などの金属イオンを含む電解浴中で電解を行いドラム周面に金属を析出させる。析出した金属をドラム周面から剥離することでキャリア箔1が得られる。   The carrier foil 1 is preferably produced by electrolysis. Specifically, using a rotating drum as a cathode, electrolysis is performed in an electrolytic bath containing metal ions such as copper to deposit metal on the drum peripheral surface. The carrier foil 1 is obtained by peeling the deposited metal from the drum peripheral surface.

次に図1(b)に示すようにキャリア箔1の一面に薄い剥離層2を形成する。キャリア箔1が電解によって製造されたものである場合、キャリア箔1はその一方の面が平滑な光沢面となっており、他方の面が凹凸のあるマット面となっている。光沢面はドラム周面に対向していた面であり、マット面は析出面である。本製造方法においては光沢面およびマット面のどちらに剥離層2を形成してもよい。剥離層2の形成には、例えば特開平11−317574号公報の段落〔0037〕〜〔0038〕に記載の窒素含有化合物や硫黄含有化合物、特開2001−140090号公報の段落〔0020〕〜〔0023〕に記載の窒素含有化合物や硫黄含有化合物と銅微細粒との混合物などが挙げられる。また、クロメート処理やニッケルめっき処理を行って剥離層を形成してもよい。   Next, a thin release layer 2 is formed on one surface of the carrier foil 1 as shown in FIG. When the carrier foil 1 is manufactured by electrolysis, the carrier foil 1 has a smooth glossy surface on one side and a matte surface with an uneven surface on the other side. The glossy surface is the surface facing the drum peripheral surface, and the matte surface is the precipitation surface. In this production method, the release layer 2 may be formed on either the glossy surface or the matte surface. For forming the release layer 2, for example, nitrogen-containing compounds and sulfur-containing compounds described in paragraphs [0037] to [0038] of JP-A No. 11-317574, paragraphs [0020] to [0020] of JP-A No. 2001-140090, and the like. And a mixture of the sulfur-containing compound and copper fine particles. Further, the peeling layer may be formed by performing chromate treatment or nickel plating treatment.

剥離層2が形成されたら、図1(c)に示すように剥離層上に、リチウム化合物の形成能の低い金属材料を電解めっきして一方の表面層3aを形成する。電解めっきの条件は、後述する他方の表面層3bを形成する場合の条件と同様とすることができる。この電解めっきによって、表面層3a中に先に述べた微細空隙を容易に形成することができる。引き続き、図1(d)に示すように表面層3a上に、活物質の粒子を含む導電性スラリーを塗布して活物質層4を形成する。導電性スラリーが塗布される表面層3aの表面は析出面、つまりマット面であり、表面の粗度が高くなっている。このような表面状態になっている表面層3aの表面に導電性スラリーを塗布することで、活物質の粒子と表面層3aとの密着性が向上するという利点がある。   After the release layer 2 is formed, one surface layer 3a is formed on the release layer by electroplating a metal material having a low ability to form a lithium compound, as shown in FIG. 1 (c). The conditions for electrolytic plating can be the same as the conditions for forming the other surface layer 3b described later. By this electrolytic plating, the fine voids described above can be easily formed in the surface layer 3a. Subsequently, as shown in FIG. 1 (d), an active material layer 4 is formed on the surface layer 3 a by applying a conductive slurry containing active material particles. The surface of the surface layer 3a to which the conductive slurry is applied is a precipitation surface, that is, a mat surface, and the surface roughness is high. By applying the conductive slurry to the surface of the surface layer 3a in such a surface state, there is an advantage that the adhesion between the active material particles and the surface layer 3a is improved.

スラリーは、活物質の粒子、導電性炭素材料の粒子、結着剤及び希釈溶媒などを含んでいる。これらの成分のうち、活物質の粒子及び導電性炭素材料の粒子については先に説明した通りである。結着剤としてはポリビニリデンフルオライド(PVDF)、ポリエチレン(PE)、エチレンプロピレンジエンモノマー(EPDM)などが用いられる。希釈溶媒としてはN−メチルピロリドン、シクロヘキサンなどが用いられる。スラリー中における活物質の粒子の量は14〜40重量%程度とすることが好ましい。導電性炭素材料の粒子の量は0.4〜4重量%程度とすることが好ましい。結着剤の量は0.4〜4重量%程度とすることが好ましい。また希釈溶媒の量は60〜85重量%程度とすることが好ましい。   The slurry contains active material particles, conductive carbon material particles, a binder, a diluting solvent, and the like. Among these components, the particles of the active material and the particles of the conductive carbon material are as described above. As the binder, polyvinylidene fluoride (PVDF), polyethylene (PE), ethylene propylene diene monomer (EPDM) or the like is used. As a diluting solvent, N-methylpyrrolidone, cyclohexane or the like is used. The amount of the active material particles in the slurry is preferably about 14 to 40% by weight. The amount of the conductive carbon material particles is preferably about 0.4 to 4% by weight. The amount of the binder is preferably about 0.4 to 4% by weight. Moreover, it is preferable that the quantity of a dilution solvent shall be about 60 to 85 weight%.

スラリーの塗膜が乾燥して活物質層が形成された後、図1(e)に示すように該活物質層上にリチウム化合物の形成能の低い金属材料を電解めっきして他方の集電用表面層3bを形成する。電解めっきの条件としては、例えば銅を用いる場合、硫酸銅系溶液を用いるときには、銅の濃度を30〜100g/l、硫酸の濃度を50〜200g/l、塩素の濃度を30ppm以下とし、液温を30〜80℃、電流密度を1〜100A/dm2とすればよい。ピロ燐酸銅系溶液を用いる場合には、銅の濃度2〜50g/l、ピロ燐酸カリウムの濃度100〜700g/lとし、液温を30〜60℃、pHを8〜12、電流密度を1〜10A/dm2とすればよい。これらの電解条件を適宜調節することで、表面層3bが形成される。また、表面層3bを構成する材料が活物質層4の厚み方向全域に亘って浸透して両表面層3a,3bが電気的に導通するようになる。更に、表面層3b中に、先に述べた多数の微細空隙が容易に形成される。図1(e)の要部を拡大して示す模式図である図2(a)にはこの状態が表されている。なお図2(a)中、符号5は活物質の粒子を表し、符号6は導電性炭素材料あるいは導電性金属材料の粒子を表している。符号7は表面層3a,3b中の微細空隙を表し、符号8は活物質層4中の空隙を表している。 After the slurry coating is dried and an active material layer is formed, as shown in FIG. 1 (e), a metal material having a low ability to form a lithium compound is electroplated on the active material layer to collect the other current collector. The surface layer 3b for use is formed. As conditions for electrolytic plating, for example, when using copper, when using a copper sulfate solution, the concentration of copper is 30 to 100 g / l, the concentration of sulfuric acid is 50 to 200 g / l, the concentration of chlorine is 30 ppm or less, The temperature may be 30 to 80 ° C. and the current density may be 1 to 100 A / dm 2 . When using a copper pyrophosphate solution, the concentration of copper is 2 to 50 g / l, the concentration of potassium pyrophosphate is 100 to 700 g / l, the liquid temperature is 30 to 60 ° C., the pH is 8 to 12, and the current density is 1. ~10A / dm 2 and it may be set. By appropriately adjusting these electrolytic conditions, the surface layer 3b is formed. Further, the material constituting the surface layer 3b penetrates over the entire thickness direction of the active material layer 4 so that the surface layers 3a and 3b are electrically connected. Further, the numerous fine voids described above are easily formed in the surface layer 3b. This state is shown in FIG. 2A, which is a schematic diagram showing an enlarged main part of FIG. In FIG. 2A, reference numeral 5 represents active material particles, and reference numeral 6 represents conductive carbon material or conductive metal material particles. Reference numeral 7 represents a fine void in the surface layers 3 a and 3 b, and reference numeral 8 represents a void in the active material layer 4.

電解めっきによって表面層3a,3bに微細空隙7を形成する方法は、後述するプレス加工による微細空隙の形成に比べて外力が加わらない方法なので、表面層3a,3b、ひいては負極が損傷を受けることがないという利点がある。また、微細空隙7の形成に関しては、表面層3aに比べて表面層3bの方がその形成が容易である。この理由は次の通りである。活物質層4は先に述べた通り活物質の粒子を含む層であることから、活物質層4の表面はミクロの凹凸形状となっている。つまりめっきが成長しやすい活性サイトとそうでないサイトとが混在した状態となっている。このような状態の活物質層上に電解めっきを行うと、めっきの成長にムラが生じ、表面層3bの構成材料の粒子が多結晶状に成長していく。結晶の成長が進み、隣り合う結晶がぶつかるとその部分に空隙が形成される。このようにして形成された空隙が多数連なることによって微細空隙7が形成される。この方法によれば微細空隙7はその構造が極めて微細になる。   The method of forming the fine voids 7 in the surface layers 3a and 3b by electrolytic plating is a method in which an external force is not applied as compared with the formation of the fine voids by press working described later, so that the surface layers 3a and 3b and eventually the negative electrode are damaged. There is an advantage that there is no. Further, regarding the formation of the fine void 7, the surface layer 3b is easier to form than the surface layer 3a. The reason is as follows. Since the active material layer 4 is a layer containing particles of the active material as described above, the surface of the active material layer 4 has a micro uneven shape. That is, the active site where plating is likely to grow and the site that is not so are mixed. When electrolytic plating is performed on the active material layer in such a state, uneven growth occurs in the plating, and the particles of the constituent material of the surface layer 3b grow in a polycrystalline form. When crystal growth proceeds and adjacent crystals collide with each other, a void is formed in that portion. The fine voids 7 are formed by a large number of voids formed in this way. According to this method, the structure of the fine gap 7 becomes extremely fine.

図1(e)に示すように表面層3bが形成された後に、活物質層4を表面層3a,3bごとプレス加工して表面層3a,3bに微細空隙7を生じさせてもよい。十分な電子伝導性を得る観点から、プレス加工による圧密化は、プレス加工後の活物質層4と表面層3a,3bとの厚みの総和が、プレス加工前の90%以下、好ましくは80%以下となるように行うことが好ましい。プレス加工には、例えばロールプレス機を用いることができる。プレス加工後の活物質層4には、先に述べた通り5〜30体積%の空隙が存在していることが好ましい。この空隙の存在によって、充電時にリチウムを吸蔵して体積が膨張する場合に、その体積膨張に起因する応力が緩和される。このような空隙はプレス加工の条件を前述のようにコントロールすればよい。この空隙の値は、先に述べた通り電子顕微鏡マッピングによって求めることができる。   After the surface layer 3b is formed as shown in FIG. 1 (e), the active material layer 4 may be pressed together with the surface layers 3a and 3b to generate fine voids 7 in the surface layers 3a and 3b. From the viewpoint of obtaining sufficient electron conductivity, the consolidation by press working is such that the total thickness of the active material layer 4 and the surface layers 3a and 3b after the press work is 90% or less, preferably 80% before the press work. It is preferable to carry out the following. For the press working, for example, a roll press machine can be used. The active material layer 4 after the press working preferably has 5 to 30% by volume of voids as described above. Due to the presence of the voids, when the volume expands due to occlusion of lithium during charging, the stress due to the volume expansion is relaxed. Such a gap may be controlled by controlling the press working conditions as described above. The value of this void can be obtained by electron microscope mapping as described above.

本製造方法においては、活物質層4上に表面層3bを形成するに先立ち、活物質層4をプレス加工してもよい(このプレス加工を、先に述べたプレス加工と区別する意味で前プレス加工と呼ぶ)。前プレス加工を行うことで、活物質層4と表面層3aとの剥離が防止され、また後から形成される表面層3bの表面に活物質の粒子が露出することが防止される。その結果、活物質の粒子の脱落に起因する電池のサイクル寿命の劣化を防ぐことができる。前プレス加工の条件としては、前プレス加工後の活物質層4の厚みが、前プレス加工前の活物質層4の厚みの95%以下、特に90%以下となるような条件であることが好ましい。   In this manufacturing method, the active material layer 4 may be pressed before the surface layer 3b is formed on the active material layer 4 (this press processing is performed in the sense of distinguishing from the above-described pressing). Called press working). By performing the pre-pressing process, peeling between the active material layer 4 and the surface layer 3a is prevented, and the active material particles are prevented from being exposed on the surface of the surface layer 3b formed later. As a result, it is possible to prevent the deterioration of the cycle life of the battery due to the dropping of the active material particles. The conditions for the pre-pressing are such that the thickness of the active material layer 4 after the pre-pressing is 95% or less, particularly 90% or less of the thickness of the active material layer 4 before the pre-pressing. preferable.

最後に、図1(f)に示すようにキャリア箔1を表面層3aから剥離分離する。これによって負極10が得られる。図1(f)の要部を拡大して示す模式図である図2(b)にはこの剥離過程が表されている。なお、剥離に際して剥離層2はその厚さや剥離処理剤の種類によってキャリア銅箔1側に残る場合もあれば、表面層3a側に残る場合もある。或いはこれら双方に残る場合もある。何れの場合であっても、剥離層2はその厚みが極めて薄いので、得られる負極の性能に何ら影響はない。
等が挙げられる。
Finally, as shown in FIG. 1 (f), the carrier foil 1 is peeled and separated from the surface layer 3a. Thereby, the negative electrode 10 is obtained. FIG. 2 (b), which is a schematic diagram showing an enlarged main part of FIG. 1 (f), shows this peeling process. When peeling, the peeling layer 2 may remain on the carrier copper foil 1 side or may remain on the surface layer 3a side depending on the thickness and the type of the peeling treatment agent. Or it may remain in both of them. In any case, since the thickness of the release layer 2 is extremely thin, there is no influence on the performance of the obtained negative electrode.
Etc.

なお図1に示す工程図は模式図であるため、各表面層3a,3bが活物質層4と明確に分離しており、負極10が3層構造であるように表されている。しかし実際には図2に示すように、各表面層3a,3bの構成材料が活物質層4内に浸透して両表面層3a,3bどうしがつながった状態になっていることに留意すべきである。   1 is a schematic diagram, the surface layers 3a and 3b are clearly separated from the active material layer 4, and the negative electrode 10 is represented as a three-layer structure. However, in practice, as shown in FIG. 2, it should be noted that the constituent materials of the surface layers 3a and 3b penetrate into the active material layer 4 and the surface layers 3a and 3b are connected to each other. It is.

本製造方法によれば、活物質層の形成操作を1回行うだけで、電極の両面を電極反応に用い得る負極が得られる。従来の負極においては、電極の両面を電極反応に用いるためには、集電体の両面にそれぞれ活物質層を形成する必要があった。つまり活物質層の形成操作を2回行う必要があった。従って、本製造方法によれば負極の製造効率が極めて向上する。   According to this manufacturing method, the negative electrode which can use both surfaces of an electrode for an electrode reaction is obtained only by performing formation operation of an active material layer once. In the conventional negative electrode, in order to use both surfaces of the electrode for the electrode reaction, it is necessary to form active material layers on both surfaces of the current collector. In other words, it was necessary to perform the operation of forming the active material layer twice. Therefore, according to this production method, the production efficiency of the negative electrode is greatly improved.

また本製造方法によれば、負極を電池に組み込むまではキャリア箔1を剥離せず、組み込む直前においてキャリア箔1を剥離することで、薄くて皺になりやすくロール搬送が困難な本実施形態の負極を、ハンドリング性良く搬送することができるという利点もある。   In addition, according to the present manufacturing method, the carrier foil 1 is not peeled until the negative electrode is incorporated into the battery, and the carrier foil 1 is peeled off immediately before the incorporation, so that the thin film is easily wrinkled and is difficult to roll. There is also an advantage that the negative electrode can be transported with good handling properties.

このようにして得られた本実施形態の負極は、公知の正極、セパレータ、非水系電解液と共に用いられて非水電解液二次電池となされる。正極は、正極活物質並びに必要により導電剤及び結着剤を適当な溶媒に懸濁し、正極合剤を作製し、これを集電体に塗布、乾燥した後、ロール圧延、プレスし、さらに裁断、打ち抜きすることにより得られる。正極活物質としては、リチウムニッケル複合酸化物、リチウムマンガン複合酸化物、リチウムコバルト複合酸化物等の従来公知の正極活物質が用いられる。セパレーターとしては、合成樹脂製不織布、ポリエチレン又はポリプロピレン多孔質フイルム等が好ましく用いられる。非水電解液は、リチウム二次電池の場合、支持電解質であるリチウム塩を有機溶媒に溶解した溶液からなる。リチウム塩としては、例えば、LiC1O4、LiA1Cl4、LiPF6、LiAsF6、LiSbF6、LiSCN、LiC1、LiBr、LiI、LiCF3SO3、LiC49SO3等が例示される。 The negative electrode of the present embodiment thus obtained is used with a known positive electrode, separator, and non-aqueous electrolyte solution to form a non-aqueous electrolyte secondary battery. The positive electrode is prepared by suspending a positive electrode active material and, if necessary, a conductive agent and a binder in an appropriate solvent to prepare a positive electrode mixture, applying this to a current collector, drying it, then rolling and pressing, and further cutting. It is obtained by punching. As the positive electrode active material, conventionally known positive electrode active materials such as lithium nickel composite oxide, lithium manganese composite oxide, and lithium cobalt composite oxide are used. As the separator, a synthetic resin nonwoven fabric, polyethylene, polypropylene porous film, or the like is preferably used. In the case of a lithium secondary battery, the nonaqueous electrolytic solution is a solution in which a lithium salt that is a supporting electrolyte is dissolved in an organic solvent. The lithium salt, for example, LiC1O 4, LiA1Cl 4, LiPF 6, LiAsF 6, LiSbF 6, LiSCN, LiC1, LiBr, LiI, etc. LiCF 3 SO 3, LiC 4 F 9 SO 3 are exemplified.

本実施形態の負極の製造方法の別法として次に述べる方法も採用することができる。まず、表面に多数の陽イオン交換基を有するキャリア樹脂を金属イオン含有液で処理して該陽イオン交換基の金属塩を生成させる。陽イオン交換基を有するキャリア樹脂としては、例えばポリイミド樹脂の表面を水酸化ナトリウムや水酸化カリウムなどのアルカリ水溶液で処理して、イミド環を開環して多数のカルボキシル基を生成させたものが挙げられる。アルカリ水溶液の濃度は3〜10mol/l程度が適当である。アルカリ水溶液の処理温度は20〜70℃程度で、処理時間は3〜10分程度でよい。アルカリ水溶液で処理されたポリイミド樹脂は酸で中和されることが好ましい。なお、ポリイミド樹脂のアルカリ処理による開環及び金属被膜の形成の詳細は、特開2001−73159号公報に記載されている。   As another method of manufacturing the negative electrode of the present embodiment, the following method can also be employed. First, a carrier resin having a large number of cation exchange groups on the surface is treated with a metal ion-containing liquid to produce a metal salt of the cation exchange group. Examples of the carrier resin having a cation exchange group include those obtained by treating the surface of a polyimide resin with an aqueous alkali solution such as sodium hydroxide or potassium hydroxide to open an imide ring to generate a large number of carboxyl groups. Can be mentioned. The concentration of the alkaline aqueous solution is suitably about 3 to 10 mol / l. The treatment temperature of the alkaline aqueous solution may be about 20 to 70 ° C., and the treatment time may be about 3 to 10 minutes. The polyimide resin treated with the aqueous alkali solution is preferably neutralized with an acid. Details of ring-opening and formation of a metal film by alkali treatment of polyimide resin are described in JP-A-2001-73159.

生成した金属塩を還元剤で還元する。還元剤としては水素化ホウ素ナトリウム、次亜リン酸及びその塩などが挙げられる。還元によってキャリア樹脂の表面に触媒核となる前記金属の被膜が形成される。次いで該被膜上に電解めっきを行い一方の集電用表面層を形成する。引き続き表面層の上に活物質の粒子を含む導電性スラリーを塗布して活物質層を形成する。更に活物質層の更に電解めっきを行い他方の集電用表面層を形成する。然る後、キャリア樹脂を剥離するか又は有機溶剤を用いてキャリア樹脂を溶解して、該キャリア樹脂を一方の集電用表面層から分離する。これによって本実施形態の負極が得られる。なお、本製造方法に関し特に説明しない点については、先に述べた図1に示す製造方法に関する説明が適宜適用される。   The produced metal salt is reduced with a reducing agent. Examples of the reducing agent include sodium borohydride, hypophosphorous acid and a salt thereof. By the reduction, the metal film serving as a catalyst nucleus is formed on the surface of the carrier resin. Next, electrolytic plating is performed on the coating to form one current collecting surface layer. Subsequently, a conductive slurry containing active material particles is applied on the surface layer to form an active material layer. Further, the active material layer is further electrolytically plated to form the other current collecting surface layer. Thereafter, the carrier resin is peeled off or the carrier resin is dissolved using an organic solvent to separate the carrier resin from one of the current collecting surface layers. Thereby, the negative electrode of the present embodiment is obtained. Note that the description regarding the manufacturing method shown in FIG. 1 described above is appropriately applied to points that are not particularly described regarding the present manufacturing method.

本製造方法の更に別法として、次の方法を用いることもできる。この方法を用いると、微細孔が多数形成された表面層3a,3bを有する負極を得ることができる。この微細孔は、微細空隙と相俟って、非水電解液の活物質層への流通を一層確実にするものである。なお、便宜上、以下の説明では、表面層3aを第1の表面層と呼び、表面層3bを第2の表面層と呼ぶ。   As still another method of this production method, the following method can also be used. When this method is used, a negative electrode having the surface layers 3a and 3b in which many fine holes are formed can be obtained. The micropores, combined with the microvoids, further ensure the circulation of the non-aqueous electrolyte to the active material layer. For convenience, in the following description, the surface layer 3a is referred to as a first surface layer, and the surface layer 3b is referred to as a second surface layer.

先ずキャリア箔の一面に、被覆体を所定の手段によって被覆する。被覆前にキャリア箔に酸洗浄等の前処理を施し、その表面を清浄にしておくことが好ましい。被覆体は、キャリア箔における第1の表面層の形成面の電子伝導性を不均一な状態にすることで、第1の表面層に多数の微細孔を形成するために用いられる。被覆体は、その厚みが0.001〜1μm、特に0.002〜0.5μm、とりわけ0.005〜0.2μmとなるように形成されることが好ましい。この程度の厚みにすることで、被覆体は、キャリア箔の表面を不連続に、例えば島状に被覆することになるからである。被覆体を不連続に形成することは、微細孔を容易に形成する点から有利である。   First, the coated body is coated on one surface of the carrier foil by a predetermined means. It is preferable that the carrier foil is subjected to a pretreatment such as acid cleaning before coating to keep its surface clean. The covering is used to form a large number of micropores in the first surface layer by making the electron conductivity of the formation surface of the first surface layer in the carrier foil nonuniform. The covering is preferably formed to have a thickness of 0.001 to 1 μm, particularly 0.002 to 0.5 μm, especially 0.005 to 0.2 μm. This is because by setting the thickness to such a level, the covering covers the surface of the carrier foil discontinuously, for example, in an island shape. Forming the covering discontinuously is advantageous from the viewpoint of easily forming micropores.

被覆体は、第1の表面層の構成材料と異質の材料からなる。これによって後述する剥離工程において、キャリア箔から第1の表面層を首尾良く剥離することができる。特に被覆体は、第1の表面層の構成材料と異質の材料であって、且つCu、Ni、Co、Mn、Fe、Cr、Sn、Zn、In、Ag、Au、C、Al、Si、Ti及びPdのうちの少なくとも1種類の元素を含んで構成されていることが好ましい。   The covering is made of a material different from the constituent material of the first surface layer. Accordingly, the first surface layer can be successfully peeled from the carrier foil in the peeling step described later. In particular, the covering is a material different from the constituent material of the first surface layer, and Cu, Ni, Co, Mn, Fe, Cr, Sn, Zn, In, Ag, Au, C, Al, Si, It is preferable that at least one element of Ti and Pd is included.

被覆体の形成方法に特に制限はない。例えば、第1の表面層の形成方法との関係で、被覆体の形成方法を選択することができる。具体的には、第1の表面層を電解めっきで形成する場合には、被覆体も電解めっきで形成することが製造効率等の点から好ましい。尤も他の方法、例えば無電解めっき、スパッタリング法、物理気相蒸着法(PVD)、化学気相蒸着法(CVD)、ゾルゲル法又はイオンプレーティング法によって被覆体を形成することも可能である。   There is no restriction | limiting in particular in the formation method of a coating body. For example, the formation method of the covering can be selected in relation to the formation method of the first surface layer. Specifically, when the first surface layer is formed by electrolytic plating, it is preferable from the viewpoint of manufacturing efficiency and the like that the covering is also formed by electrolytic plating. However, the coating can be formed by other methods such as electroless plating, sputtering, physical vapor deposition (PVD), chemical vapor deposition (CVD), sol-gel, or ion plating.

電解めっきによって被覆体を形成する場合には、被覆体の構成材料に応じて適切なめっき浴やめっき条件が選択される。例えば被覆体をスズから構成する場合には、めっき浴として以下の組成を有するものや、ほうふっ化スズ浴を用いることができる。このめっき浴を用いる場合の浴温は15〜30℃程度であり、電流密度は0.5〜10A/dm2程度であることが好ましい。
・SnSO4 30〜70g/l
・H2SO4 60〜150g/l
・クレゾールスルホン酸 70〜100g/l
When forming a covering by electrolytic plating, an appropriate plating bath and plating conditions are selected according to the constituent material of the covering. For example, when the covering is made of tin, a plating bath having the following composition or a tin fluoride bath can be used. When this plating bath is used, the bath temperature is preferably about 15 to 30 ° C., and the current density is preferably about 0.5 to 10 A / dm 2 .
・ SnSO 4 30-70 g / l
・ H 2 SO 4 60-150 g / l
・ Cresol sulfonic acid 70-100g / l

先に述べた通り、被覆体は、キャリア箔における第1の表面層の形成面の電子伝導性を不均一な状態にするために用いられる。従って、被覆体の構成材料の電子伝導性がキャリア箔の電子伝導性と大きく異なれば、被覆体を形成することで、キャリア箔における第1の表面層の形成面の電子伝導性が直ちに不均一な状態になる。例えば被覆体の構成材料としてカーボンを用いるような場合である。一方、被覆体の構成材料として、キャリア箔と同程度の電子伝導性を有する材料、例えばスズ等を始めとする各種金属材料を用いた場合には、被覆体の形成によっては、第1の表面層の形成面の電子伝導性が直ちに不均一な状態とはならない。そこで、そのような材料から被覆体を構成する場合には、被覆体が形成されたキャリア箔を、乾燥状態下に含酸素雰囲気、例えば大気中にさらすことが好ましい。これによって被覆体の表面(及びキャリア箔1の露出面)を酸化させる。この操作によって、第1の表面層の形成面の電子伝導性が不均一な状態になる。この状態下に後述する電解めっきを行うと、被覆体の表面とキャリア箔の露出面とで電析速度に差が生じ、微細孔を容易に形成することができる。酸化の程度は本発明において臨界的ではない。例えば、被覆体が形成されたキャリア箔を大気中に10〜30分程度放置しておけば十分であることが本発明者らの検討によって判明した。尤も被覆体が形成されたキャリア箔を強制的に酸化させることは妨げられない。   As described above, the covering is used to make the electron conductivity of the surface of the carrier foil where the first surface layer is formed nonuniform. Therefore, if the electronic conductivity of the constituent material of the covering is greatly different from the electronic conductivity of the carrier foil, the electronic conductivity of the surface of the carrier foil on which the first surface layer is formed is immediately non-uniform by forming the covering. It becomes a state. For example, it is a case where carbon is used as a constituent material of the covering. On the other hand, when a material having the same electronic conductivity as the carrier foil, for example, various metal materials such as tin, is used as a constituent material of the covering, the first surface may be formed depending on the formation of the covering. The electronic conductivity of the layer forming surface does not immediately become uneven. Therefore, in the case of forming a covering from such a material, it is preferable that the carrier foil on which the covering is formed is exposed to an oxygen-containing atmosphere, for example, air, in a dry state. This oxidizes the surface of the covering (and the exposed surface of the carrier foil 1). By this operation, the electronic conductivity of the surface on which the first surface layer is formed becomes nonuniform. When electrolytic plating described later is performed in this state, a difference occurs in the electrodeposition rate between the surface of the covering and the exposed surface of the carrier foil, and micropores can be easily formed. The degree of oxidation is not critical in the present invention. For example, the inventors have found that it is sufficient to leave the carrier foil on which the covering is formed in the atmosphere for about 10 to 30 minutes. However, forcibly oxidizing the carrier foil on which the covering is formed is not prevented.

被覆体が形成されたキャリア箔を、含酸素雰囲気にさらすときにこれを乾燥状態にする理由は、酸化を効率的に行うためである。例えば電解めっきによって被覆体を形成した場合には、キャリア箔をめっき浴から引き上げた後にドライヤ等を用いてこれを乾燥させ、次いで所定時間大気中に放置すればよい。被覆体の形成方法としてスパッタリング法や各種蒸着法等の乾式法を用いる場合には乾燥操作は不要であり、被覆体の形成後、そのまま大気中に放置しておけばよい。   The reason why the carrier foil on which the covering is formed is dried when it is exposed to an oxygen-containing atmosphere is to efficiently oxidize. For example, when the covering is formed by electrolytic plating, the carrier foil is lifted from the plating bath, dried using a dryer or the like, and then left in the atmosphere for a predetermined time. When a dry method such as a sputtering method or various vapor deposition methods is used as a method for forming the covering, a drying operation is not necessary, and it may be left in the atmosphere after the formation of the covering.

被覆体を酸化させた後、その上に剥離層を形成する。剥離層の形成については先に述べた通りである。剥離層の形成工程は、あくまでも、後述する剥離工程において、キャリア箔から第1の表面層を首尾良く剥離するために行われるものである。従って、この工程を省いても多数の微細孔を有する第1の表面層を形成することができる。   After oxidizing the covering, a release layer is formed thereon. The formation of the release layer is as described above. The formation process of a peeling layer is only performed in order to peel the 1st surface layer from carrier foil successfully in the peeling process mentioned later. Therefore, even if this step is omitted, the first surface layer having a large number of fine holes can be formed.

剥離層上に、第1の表面層の構成材料を電解めっきによって電析させて第1の表面層を形成する。形成された第1の表面層には、微細孔が多数形成されている。めっき浴やめっき条件は、第1の表面層の構成材料に応じて適切に選択される。例えば第1の表面層をNiから構成する場合には、めっき浴として以下の組成を有するワット浴やスルファミン酸浴を用いることができる。ワット浴を用いる場合の浴温は40〜70℃程度であり、電流密度は0.5〜20A/dm2程度であることが好ましい。スルファミン酸浴を用いる場合の浴温は40〜60℃程度であり、電流密度はワット浴の場合と同様とすることができる。
・NiSO4・6H2O 150〜300g/l
・NiCl2・6H2O 30〜60g/l
・H3BO3 30〜40g/l
On the release layer, the constituent material of the first surface layer is electrodeposited by electrolytic plating to form the first surface layer. Many fine holes are formed in the formed first surface layer. The plating bath and plating conditions are appropriately selected according to the constituent material of the first surface layer. For example, when the first surface layer is made of Ni, a Watt bath or a sulfamic acid bath having the following composition can be used as the plating bath. When using a watt bath, the bath temperature is preferably about 40 to 70 ° C., and the current density is preferably about 0.5 to 20 A / dm 2 . When the sulfamic acid bath is used, the bath temperature is about 40 to 60 ° C., and the current density can be the same as that of the watt bath.
・ NiSO 4・ 6H 2 O 150 ~ 300g / l
・ NiCl 2 .6H 2 O 30-60 g / l
・ H 3 BO 3 30-40 g / l

次に、第1の表面層上に活物質層を形成する。活物質層は、例えば活物質の粒子や導電性材料の粒子を含むペーストを塗布することで形成される。   Next, an active material layer is formed on the first surface layer. The active material layer is formed, for example, by applying a paste containing active material particles or conductive material particles.

活物質層上に、炭素質材料の粒子を含む塗工液、例えばペーストなどを塗布する。この塗工液は、第2の表面層に微細孔を形成する目的で塗布される。炭素質材料としては例えばアセチレンブラックなどを用いることができる。炭素質材料はその平均粒径D50(レーザー回折散乱法及び走査型電子顕微鏡観察の併用によって測定)が2〜200nm、特に10〜100nm程度であることが、第2の表面層に微細孔を容易に形成し得る点から好ましい。この塗工液を活物質層上に塗布する厚さは0.001〜1μm、特に0.05〜0.5μm程度であることが好ましい。次いで塗膜上に、第2の表面層の構成材料を電解めっきによって電析させて第2の表面層を形成する。電解めっきの条件は先に述べた第1の表面層のめっき条件と同様とすることができる。形成された第2の表面層は、多数の微細孔を有するものとなる。 A coating liquid containing carbonaceous material particles, such as a paste, is applied onto the active material layer. This coating solution is applied for the purpose of forming micropores in the second surface layer. For example, acetylene black can be used as the carbonaceous material. The carbonaceous material has an average particle diameter D 50 (measured by the combined use of laser diffraction scattering and scanning electron microscope observation) of 2 to 200 nm, particularly about 10 to 100 nm. This is preferable because it can be easily formed. The thickness for applying the coating solution on the active material layer is preferably about 0.001 to 1 μm, particularly about 0.05 to 0.5 μm. Next, the constituent material of the second surface layer is electrodeposited on the coating film by electrolytic plating to form the second surface layer. The conditions for electrolytic plating can be the same as the plating conditions for the first surface layer described above. The formed second surface layer has a large number of micropores.

第2の表面層を電解めっきで形成する際には、めっき液が活物質層内に浸入して、先に形成されている第1の表面層と活物質層との界面にまで達し、その状態下に電解めっきが行われる。その結果、(イ)活物質層の内部、(ロ)活物質層の外面側(即ちめっき液と接している面側)及び(ハ)活物質層の内面側(即ち第1の表面層と対向している面側)において金属材料が析出する。これにより第2の表面層が形成されると共に第2の表面層を構成する材料が活物質層の厚み方向全域に亘って浸透して、先に形成されている第1の表面層にまで達する。その一部は第1の表面層の微細孔の一部に進入する。   When the second surface layer is formed by electrolytic plating, the plating solution penetrates into the active material layer and reaches the interface between the first surface layer and the active material layer that has been previously formed. Electroplating is performed under conditions. As a result, (b) the inside of the active material layer, (b) the outer surface side of the active material layer (that is, the surface side in contact with the plating solution) and (c) the inner surface side of the active material layer (that is, the first surface layer) The metal material is deposited on the facing surface side). As a result, the second surface layer is formed, and the material constituting the second surface layer penetrates over the entire thickness direction of the active material layer and reaches the previously formed first surface layer. . A part thereof enters a part of the fine holes of the first surface layer.

最後に、先に形成されている第1の表面層をキャリア箔から剥離する。これによって本発明の負極が得られる。   Finally, the previously formed first surface layer is peeled from the carrier foil. Thereby, the negative electrode of the present invention is obtained.

次に、本発明の第2の実施形態について図3を参照しながら説明する。本実施形態については、第1の実施形態と異なる点についてのみ説明し、特に説明しない点については、第1の実施形態に関して詳述した説明が適宜適用される。また、図3において、図1及び図2と同じ部材に同じ符号を付してある。   Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The present embodiment will be described only with respect to differences from the first embodiment, and the description detailed with respect to the first embodiment is applied as appropriate to points that are not particularly described. In FIG. 3, the same members as those in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals.

図3に示すように本実施形態の負極は、厚さ方向の中央部に、芯材としての導電性金属箔層9を備えている。金属箔層9の各面には活物質層4,4がそれぞれ形成されている。更に各活物質層4,4を被覆する集電用表面層3a,3bがそれぞれ形成されている。   As shown in FIG. 3, the negative electrode of the present embodiment includes a conductive metal foil layer 9 as a core material at the center in the thickness direction. Active material layers 4 and 4 are respectively formed on each surface of the metal foil layer 9. Furthermore, current collecting surface layers 3a and 3b for covering the active material layers 4 and 4 are formed.

各活物質層4,4においては、集電用表面層3a,3bを構成する材料が各活物質層4,4の厚み方向全域に亘ってそれぞれ浸透している。活物質の粒子5は電極の表面に露出しておらず各表面層3a,3bの内部に包埋されている。各表面層3a,3bを構成する 材料は、各活物質層4,4をその厚み方向に貫いており金属箔層9とつながっている。それによって各表面層3a,3bは金属箔層9と電気的に導通することになり、負極全体としての電子伝導性が一層高くなる。つまり本実施形態の負極も第1の実施形態の負極と同様に、負極全体が一体として集電機能を有する。   In each of the active material layers 4, 4, the material constituting the current collecting surface layers 3 a, 3 b penetrates over the entire thickness direction of each active material layer 4, 4. The active material particles 5 are not exposed on the surface of the electrode and are embedded in the surface layers 3a and 3b. The material constituting each surface layer 3 a, 3 b penetrates each active material layer 4, 4 in the thickness direction and is connected to the metal foil layer 9. As a result, the surface layers 3a and 3b are electrically connected to the metal foil layer 9, and the electron conductivity of the whole negative electrode is further increased. That is, the negative electrode of the present embodiment also has a current collecting function as a whole, as with the negative electrode of the first embodiment.

本実施形態における表面層3a,3b及び活物質層4,4の厚みは第1の実施形態と同様とすることができる。金属箔層9の厚みに関しては、負極全体の厚みを抑えてエネルギー密度を高める観点から、5〜40μm、特に10〜20μmであることが好ましい。同様の観点から、負極全体の厚みは10〜100μm、特に20〜60μmであることが好ましい。   The thicknesses of the surface layers 3a and 3b and the active material layers 4 and 4 in this embodiment can be the same as those in the first embodiment. The thickness of the metal foil layer 9 is preferably 5 to 40 μm, particularly preferably 10 to 20 μm, from the viewpoint of increasing the energy density by suppressing the thickness of the entire negative electrode. From the same viewpoint, the thickness of the whole negative electrode is preferably 10 to 100 μm, particularly preferably 20 to 60 μm.

本実施形態の負極の製造方法の概略を説明すると次の通りである。先ず金属箔層9の各面に活物質の粒子を含む導電性スラリーを塗布して活物質層をそれぞれ形成する。金属箔層9は予め製造しておいてもよく、或いは本実施形態の負極の製造工程における一工程としてインラインで製造されてもよい。金属箔層9がインラインで製造される場合、電解析出によって製造されることが好ましい。スラリーの塗膜が乾燥して活物質層が形成された後、該活物質層が形成された金属箔層9を、リチウム化合物の形成能の低い導電性材料を含むめっき浴中に浸漬し、その状態下に活物質層上に該導電性材料による電解めっきを行い表面層3a,3bを形成する。この方法を用いることで、表面層3a,3bに多数の微細空隙を容易に形成することができる。また、表面層3a,3bを構成する導電性材料が活物質層の厚み方向全域に亘って浸透して、両表面層が金属箔層9と電気的に導通する。   The outline of the manufacturing method of the negative electrode of this embodiment is as follows. First, a conductive slurry containing active material particles is applied to each surface of the metal foil layer 9 to form active material layers. The metal foil layer 9 may be manufactured in advance, or may be manufactured in-line as one step in the negative electrode manufacturing process of the present embodiment. When the metal foil layer 9 is manufactured in-line, it is preferably manufactured by electrolytic deposition. After the slurry coating is dried and an active material layer is formed, the metal foil layer 9 on which the active material layer is formed is immersed in a plating bath containing a conductive material having a low lithium compound forming ability, Under the state, electrolytic plating with the conductive material is performed on the active material layer to form the surface layers 3a and 3b. By using this method, a large number of fine voids can be easily formed in the surface layers 3a and 3b. Further, the conductive material constituting the surface layers 3 a and 3 b penetrates over the entire thickness direction of the active material layer, and both surface layers are electrically connected to the metal foil layer 9.

本発明は前記実施形態に制限されない。例えば第1の実施形態においては、集電用表面層を構成する材料が活物質層をその厚み方向に貫いて、両表面層が電気的に導通していたが、各表面層の集電性を十分に確保できる限度において、両表面層は電気的に導通していなくてもよい。第2の実施形態に関しても同様である。   The present invention is not limited to the embodiment. For example, in the first embodiment, the material constituting the current collecting surface layer penetrates the active material layer in the thickness direction, and both surface layers are electrically connected. Both surface layers do not have to be electrically connected to the extent that can be sufficiently secured. The same applies to the second embodiment.

以下、実施例により本発明を更に詳細に説明する。しかしながら本発明の範囲はかかる実施例に制限されるものではない。特に断らない限り「%」は「重量%」を意味する。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, the scope of the present invention is not limited to such examples. Unless otherwise specified, “%” means “% by weight”.

〔実施例1及び2〕
(1)剥離層の形成
厚さ35μmの電解銅箔をキャリア箔として用いた。このキャリア箔を、室温において30秒間酸洗液中で洗浄した。引き続き室温において30秒間純水洗浄した。次いで、40℃に保たれた3g/lのカルボキシベンゾトリアゾール溶液中にキャリア箔を30秒間浸漬して図1(b)に示すように剥離層を形成した。更に、室温において15秒間純水洗浄した。
[Examples 1 and 2]
(1) Formation of release layer An electrolytic copper foil having a thickness of 35 μm was used as a carrier foil. This carrier foil was washed in a pickling solution at room temperature for 30 seconds. Subsequently, it was washed with pure water at room temperature for 30 seconds. Subsequently, the carrier foil was immersed in a 3 g / l carboxybenzotriazole solution kept at 40 ° C. for 30 seconds to form a release layer as shown in FIG. Further, it was washed with pure water at room temperature for 15 seconds.

(2)第1の表面層の形成
以下の浴組成を有するニッケルめっき浴にキャリア箔を浸漬させて電解を行い、図1(c)に示すように、極薄ニッケル箔からなる第1の表面層を形成した。第1の表面層は、キャリア箔における光沢面側に形成された剥離層上に形成した。電流密度は5A/dm2、浴温は50℃とした。陽極にはニッケル電極を用いた。電源は直流電源を使用した。第1の表面層の膜厚は実施例1においては3μm、実施例2においては1μmとした。
(2) Formation of first surface layer A carrier foil is immersed in a nickel plating bath having the following bath composition for electrolysis, and as shown in FIG. A layer was formed. The first surface layer was formed on the release layer formed on the glossy surface side of the carrier foil. The current density was 5 A / dm 2 and the bath temperature was 50 ° C. A nickel electrode was used as the anode. A DC power source was used as the power source. The film thickness of the first surface layer was 3 μm in Example 1 and 1 μm in Example 2.

ニッケルめっき浴組成
NiSO4・6H2O 250g/L
NiCl2・6H2O 45g/L
3BO3 30g/L
Nickel plating bath composition NiSO 4 · 6H 2 O 250g / L
NiCl 2 · 6H 2 O 45g / L
H 3 BO 3 30g / L

(3)活物質層の形成
第1の表面層の形成後、30秒間純水洗浄を行い、次いで大気中で乾燥させた。次に、第1の表面層上に、活物質の粒子を含むスラリーを塗布して、図1(d)に示すように、膜厚15μmの活物質層を形成した。活物質の粒子として、平均粒径D50が1.5μmであるSi80%−Ni20%の組成を有する合金粉を用いた。スラリーは、活物質の粒子、ニッケル粉、アセチレンブラック及びポリビニリデンフルオライド(以下PVdFという)を含むものであった。スラリー組成は、活物質:ニッケル粉:アセチレンブラック:PVdF=60:34:1:5であった。
(3) Formation of active material layer After the formation of the first surface layer, it was washed with pure water for 30 seconds and then dried in the air. Next, a slurry containing active material particles was applied onto the first surface layer to form an active material layer having a thickness of 15 μm as shown in FIG. As active material particles, alloy powder having a composition of Si 80% -Ni 20% with an average particle diameter D 50 of 1.5 μm was used. The slurry contained active material particles, nickel powder, acetylene black, and polyvinylidene fluoride (hereinafter referred to as PVdF). The slurry composition was active material: nickel powder: acetylene black: PVdF = 60: 34: 1: 5.

(4)第2の表面層の形成
図1(e)に示すように、活物質層上に、極薄ニッケル箔からなる第2の表面層を電解によって形成した。電解の条件は第1の表面層の形成条件と同様とした。但し膜厚が3μmとなるように電解を行った。
(4) Formation of Second Surface Layer As shown in FIG. 1 (e), a second surface layer made of an ultrathin nickel foil was formed on the active material layer by electrolysis. The electrolysis conditions were the same as the conditions for forming the first surface layer. However, electrolysis was performed so that the film thickness was 3 μm.

(5)電極の剥離
このようにして得られた電極を、図1(f)に示すように、キャリア箔から剥離して本発明の負極とした。実施例1で得られた負極の断面の電子顕微鏡写真を図4に示す。
(5) Peeling of the electrode The electrode thus obtained was peeled from the carrier foil as shown in FIG. 1 (f) to obtain a negative electrode of the present invention. An electron micrograph of the cross section of the negative electrode obtained in Example 1 is shown in FIG.

〔実施例3及び4〕
第1の表面層としての極薄銅箔を電解により形成した。浴組成は以下の通りであった。電流密度は20A/dm2、浴温は40℃とした。陽極には寸法安定化アノードを用いた。電源は直流電源を使用した。第1の表面層の膜厚は実施例3においては3μm、実施例4においては1μmとした。次いで、第1の表面層を防錆処理する目的で、25℃に保たれた1g/lのベンゾトリアゾール溶液によって第1の表面層を10秒間処理した。これら以外は実施例1と同様にして負極を得た。
銅めっき浴組成
CuSO4・5H2O 250g/L
2SO4 70g/L
[Examples 3 and 4]
An ultrathin copper foil as the first surface layer was formed by electrolysis. The bath composition was as follows. The current density was 20 A / dm 2 and the bath temperature was 40 ° C. A dimensionally stabilized anode was used as the anode. A DC power source was used as the power source. The film thickness of the first surface layer was 3 μm in Example 3 and 1 μm in Example 4. The first surface layer was then treated with a 1 g / l benzotriazole solution maintained at 25 ° C. for 10 seconds for the purpose of rust-proofing the first surface layer. A negative electrode was obtained in the same manner as Example 1 except for these.
Copper plating bath composition CuSO 4 · 5H 2 O 250g / L
H 2 SO 4 70 g / L

〔実施例5〕
実施例1で用いたスラリーと同様のスラリーを、厚さ35μmの電解銅箔の各面に、厚さが各々15μmとなるように塗工し、乾燥させて活物質層を形成した。次いで、実施例1と同様の浴組成を有するニッケルめっき浴に浸漬させて電解を行い、図3に示すように極薄ニッケル箔からなる表面層をそれぞれ形成した。電解の条件は実施例1と同様とした。各表面層の膜厚はそれぞれ3μmとした。このようにして図3に示す負極を得た。
Example 5
A slurry similar to the slurry used in Example 1 was coated on each surface of an electrolytic copper foil having a thickness of 35 μm so as to have a thickness of 15 μm, and dried to form an active material layer. Subsequently, it was immersed in a nickel plating bath having the same bath composition as in Example 1 to perform electrolysis, and each surface layer made of an ultrathin nickel foil was formed as shown in FIG. The electrolysis conditions were the same as in Example 1. The thickness of each surface layer was 3 μm. In this way, the negative electrode shown in FIG. 3 was obtained.

〔比較例1〕
グラファイト粉末(平均粒径D50=10μm):アセチレンブラック(平均粒径D50=40nm):PVdF:N−メチルピロリドン=16:2:2:80の混合比(重量比)のスラリーを調製した。厚さ35μmの銅箔の各面にスラリーを塗工し乾燥させて活物質層を形成した。次いで0.5t/cmの圧力でローラープレス加工した。プレス加工後の活物質層の片面の厚さは40μmであった。このようにして負極を得た。
[Comparative Example 1]
A slurry having a mixing ratio (weight ratio) of graphite powder (average particle diameter D 50 = 10 μm): acetylene black (average particle diameter D 50 = 40 nm): PVdF: N-methylpyrrolidone = 16: 2: 2: 80 was prepared. . The slurry was applied to each surface of a 35 μm thick copper foil and dried to form an active material layer. Next, roller pressing was performed at a pressure of 0.5 t / cm. The thickness of one side of the active material layer after press working was 40 μm. In this way, a negative electrode was obtained.

〔比較例2〕
実施例1で用いたスラリーと同様のスラリーを、厚さ35μmの銅箔の各面に、厚さが各々15μmとなるように塗工し、乾燥させて活物質層を形成した。このようにして負極と得た。
[Comparative Example 2]
A slurry similar to the slurry used in Example 1 was applied to each surface of a 35 μm-thick copper foil so as to have a thickness of 15 μm and dried to form an active material layer. In this way, a negative electrode was obtained.

〔性能評価〕
実施例及び比較例にて得られた負極を用い、以下の方法で非水電解液二次電池を作製した。この電池の最大負極放電容量、電池容量及び50サイクル時の容量維持率を以下の方法で測定、算出した。これらの結果を以下の表1に示す。
[Performance evaluation]
Using the negative electrodes obtained in Examples and Comparative Examples, non-aqueous electrolyte secondary batteries were produced by the following method. The maximum negative electrode discharge capacity, the battery capacity, and the capacity retention rate at 50 cycles of this battery were measured and calculated by the following methods. These results are shown in Table 1 below.

〔非水電解液二次電池の作製〕
実施例及び比較例で得られた負極を作用極とし、対極としてLiCoO2を用い、両極をセパレーターを介して対向させた。非水電解液としてLiPF6/エチレンカーボネートとジエチルカーボネートの混合液(1:1容量比)を用いて通常の方法によって非水電解液二次電池を作製した。
[Production of non-aqueous electrolyte secondary battery]
The negative electrodes obtained in Examples and Comparative Examples were used as working electrodes, LiCoO 2 was used as a counter electrode, and both electrodes were opposed to each other through a separator. A nonaqueous electrolyte secondary battery was produced by a conventional method using a mixed solution (1: 1 volume ratio) of LiPF 6 / ethylene carbonate and diethyl carbonate as a nonaqueous electrolyte.

〔最大負極放電容量〕
最大容量が得られたサイクルにおける、活物質重量当たりの放電容量を測定した。単位はmAh/gである。
[Maximum negative electrode discharge capacity]
The discharge capacity per active material weight in the cycle where the maximum capacity was obtained was measured. The unit is mAh / g.

〔電池容量〕
負極の厚さ及び面積から体積を求め、単位体積当たりの容量を算出した。比較例1の電極を負極として用いた電池の容量を100とし、他の電池の容量を相対表示した。
[Battery capacity]
The volume was calculated from the thickness and area of the negative electrode, and the capacity per unit volume was calculated. The capacity of the battery using the electrode of Comparative Example 1 as the negative electrode was taken as 100, and the capacity of other batteries was displayed in relative terms.

〔50サイクル時の容量維持率〕
50サイクル目の放電容量を測定し、その値を最大負極放電容量で除し、100を乗じて算出した。
[Capacity maintenance rate at 50 cycles]
The discharge capacity at the 50th cycle was measured, and the value was divided by the maximum negative electrode discharge capacity and multiplied by 100.

表1に示したように、各実施例で得られた電極を用いた二次電池は、各比較例で得られた電極を用いた二次電池よりも、最大負極放電容量、電池容量及び50サイクル時の容量維持率が高くなることが判る。なお、表には示していないが、電子顕微鏡観察の結果、実施例1〜4の負極では、表面層の構成材料が活物質層の厚み方向の全域に亘って浸透し、両表面層が電気的に導通していることが確認された。実施例5の負極では、表面層の構成材料が活物質層の厚み方向の全域に亘って浸透し、銅箔と電気的に導通していることが確認された。更に実施例1〜5の負極では、表面層に、該表面層の厚さ方向に延びる微細空隙が多数形成されていることを確認した。   As shown in Table 1, the secondary battery using the electrode obtained in each example has a maximum negative electrode discharge capacity, a battery capacity and 50% higher than the secondary battery using the electrode obtained in each comparative example. It can be seen that the capacity retention rate during the cycle is high. Although not shown in the table, as a result of observation with an electron microscope, in the negative electrodes of Examples 1 to 4, the constituent material of the surface layer penetrated throughout the thickness direction of the active material layer, and both surface layers were electrically It was confirmed that it was electrically connected. In the negative electrode of Example 5, it was confirmed that the constituent material of the surface layer penetrated over the entire region in the thickness direction of the active material layer and was electrically connected to the copper foil. Furthermore, in the negative electrodes of Examples 1 to 5, it was confirmed that many fine voids extending in the thickness direction of the surface layer were formed in the surface layer.

図1(a)〜図1(f)は、本発明の負極の製造方法の一例を示す工程図である。FIG. 1A to FIG. 1F are process diagrams showing an example of a method for producing a negative electrode of the present invention. 図2(a)及び図2(b)はそれぞれ、図1(e)及び図1(f)の要部を拡大して示す模式図である。2 (a) and 2 (b) are schematic views showing enlarged main parts of FIGS. 1 (e) and 1 (f), respectively. 本発明の第2の実施形態の負極の構造を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the negative electrode of the 2nd Embodiment of this invention. 実施例1で得られた負極の断面の電子顕微鏡写真である。2 is an electron micrograph of a cross section of the negative electrode obtained in Example 1. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 キャリア銅箔
2 剥離層
3a,3b 集電用表面層
4 活物質層
5 活物質の粒子
6 導電性炭素材料および導電性金属材料の粒子
7 微細空隙
8 空隙
9 金属箔層
10 負極
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Carrier copper foil 2 Release layer 3a, 3b Current collecting surface layer 4 Active material layer 5 Active material particle 6 Conductive carbon material and conductive metal material particle 7 Fine void 8 Void 9 Metal foil layer 10 Negative electrode

Claims (13)

表面が電解液と接する一対の集電用表面層と、該表面層間に介在配置された、リチウム化合物の形成能の高い活物質の粒子を含む少なくとも一層の活物質層とを備えていることを特徴とする非水電解液二次電池用負極。   A pair of current collecting surface layers whose surfaces are in contact with the electrolytic solution, and at least one active material layer including active material particles having a high lithium compound-forming ability, disposed between the surface layers. A negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery. 前記集電用表面層を構成する材料が前記活物質層の厚み方向全域に亘って浸透して両表面層が電気的に導通しており、電極全体が一体として集電機能を有している請求項1記載の非水電解液二次電池用負極。   The material constituting the current collecting surface layer penetrates over the entire thickness direction of the active material layer, and both surface layers are electrically connected, and the entire electrode has a current collecting function as a whole. The negative electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 1. 前記集電用表面層はその厚みが0.3〜10μmである請求項1又は2記載の非水電解液二次電池用負極。   The negative electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 1 or 2, wherein the current collecting surface layer has a thickness of 0.3 to 10 µm. 前記活物質の粒子がシリコン系材料又はスズ系材料の粒子からなる請求項1〜3の何れかに記載の非水電解液二次電池用負極。   The negative electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the particles of the active material are particles of a silicon-based material or a tin-based material. 前記集電用表面層がリチウム化合物の形成能の低い金属材料からなる請求項1〜4の何れかに記載の非水電解液二次電池用負極。   The negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to any one of claims 1 to 4, wherein the current collecting surface layer is made of a metal material having a low ability to form a lithium compound. 前記活物質層が、前記活物質の粒子を含む導電性スラリーを塗布して形成されている請求項1〜5の何れかに記載の非水電解液二次電池用負極。   The negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the active material layer is formed by applying a conductive slurry containing particles of the active material. 前記集電用表面層が、電解めっきによって形成されている請求項1〜6の何れかに記載の非水電解液二次電池用負極。   The negative electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the current collecting surface layer is formed by electrolytic plating. 前記集電用表面層に、該表面層の厚さ方向へ延び且つ非水電解液の浸透が可能な微細空隙が多数形成されている請求項1〜7の何れかに記載の非水電解液二次電池用負極。   The nonaqueous electrolytic solution according to any one of claims 1 to 7, wherein the current collecting surface layer has a large number of fine voids extending in a thickness direction of the surface layer and allowing the nonaqueous electrolytic solution to permeate. Negative electrode for secondary battery. 厚さ方向の中央部に、心材としての導電性金属箔層を備えておらず、全体の厚みが2〜50μmである請求項1〜8の何れかに記載の非水電解液二次電池用負極。   9. The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein a conductive metal foil layer as a core material is not provided at a central portion in the thickness direction, and the total thickness is 2 to 50 μm. Negative electrode. 厚さ方向の中央部に、芯材としての導電性金属箔層を備え、該金属箔層の各面に前記活物質層がそれぞれ形成されており、更に各活物質層を被覆する前記集電用表面層がそれぞれ形成されており、全体の厚みが10〜100μmである請求項1〜8の何れかに記載の非水電解液二次電池用負極。   The current collector is provided with a conductive metal foil layer as a core material in a central portion in the thickness direction, the active material layer is formed on each surface of the metal foil layer, and further covers each active material layer The negative electrode for nonaqueous electrolyte secondary batteries in any one of Claims 1-8 in which the surface layer for each is formed, and the whole thickness is 10-100 micrometers. 請求項1記載の非水電解液二次電池用負極の製造方法であって、
キャリア箔の一面に薄い剥離層を形成し、その上にリチウム化合物の形成能の低い金属材料を電解めっきして一方の集電用表面層を形成し、該集電用表面層の上に活物質の粒子を含む導電性スラリーを塗布して活物質層を形成し、該活物質層の上にリチウム化合物の形成能の低い金属材料を電解めっきして他方の集電用表面層を形成し、然る後、前記キャリア箔を前記一方の集電用表面層から剥離分離することを特徴とする非水電解液二次電池用負極の製造方法。
A method for producing a negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1,
A thin release layer is formed on one surface of the carrier foil, and a metal material having a low ability to form a lithium compound is electrolytically plated thereon to form one current collecting surface layer, and an active layer is formed on the current collecting surface layer. A conductive slurry containing material particles is applied to form an active material layer, and a metal material having a low ability to form a lithium compound is electroplated on the active material layer to form the other current collecting surface layer. Then, after that, the carrier foil is peeled and separated from the one surface layer for current collection. A method for producing a negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery.
請求項1記載の非水電解液二次電池用負極の製造方法であって、
表面に多数の陽イオン交換基を有するキャリア樹脂を金属イオン含有液で処理して該陽イオン交換基の金属塩を生成させ、該金属塩を還元してキャリア樹脂の前記表面に触媒核となる前記金属の被膜を形成し、該被膜上にリチウム化合物の形成能の低い金属材料を電解めっきして一方の集電用表面層を形成し、該集電用表面層の上に活物質の粒子を含む導電性スラリーを塗布して活物質層を形成し、該活物質層の上にリチウム化合物の形成能の 低い金属材料を電解めっきして他方の集電用表面層を形成し、然る後、前記キャリア樹脂を剥離又は溶解により前記一方の集電用表面層から分離することを特徴とする非水電解液二次電池用負極の製造方法。
A method for producing a negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1,
A carrier resin having a large number of cation exchange groups on the surface is treated with a metal ion-containing liquid to form a metal salt of the cation exchange group, and the metal salt is reduced to form a catalyst nucleus on the surface of the carrier resin. The metal film is formed, and a metal material having a low ability to form a lithium compound is electroplated on the film to form one current collecting surface layer, and active material particles are formed on the current collecting surface layer. An active material layer is formed by applying a conductive slurry containing, and the other surface layer for current collection is formed on the active material layer by electroplating a metal material having a low ability to form a lithium compound. Thereafter, the carrier resin is separated from the one surface layer for current collection by peeling or dissolving, and the method for producing a negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery.
請求項1記載の非水電解液二次電池用負極を備えることを特徴とする非水電解液二次電池。
A nonaqueous electrolyte secondary battery comprising the negative electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 1.
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