JP2007128847A - Anode, battery, and their manufacturing method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an anode and a battery, and with high capacity and improved cycle characteristics, and also to provide their manufacturing methods. <P>SOLUTION: An anode active substance layer 12 contains: an anode active substance containing at least tin, iron, and carbon as constituent elements, with a content of the carbon of 11.9% to 29.7% by mass, and with a ratio of the iron to a total of the tin and the iron of 26.4% to 48.5% by mass; and at least one kind of binder out of a group consisting of copolymers composed of polyvinylidene fluoride and vinylidene fluoride heated and fused at a temperature above the melting point. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、構成元素としてスズ(Sn)と鉄(Fe)と炭素(C)とを含有する負極活物質と結着剤とを含む負極、およびそれを用いた電池、並びにそれらの製造方法に関する。   The present invention relates to a negative electrode including a negative electrode active material containing tin (Sn), iron (Fe), and carbon (C) as constituent elements and a binder, a battery using the negative electrode, and a method for producing the same. .

近年、カメラ一体型VTR(Videotape Recorder;ビデオテープレコーダー)、携帯電話、ノートパソコンなどのポータブル電子機器が多く登場し、その小型化および軽量化が図られている。それに伴い、それらの電子機器のポータブル電源として用いられている電池、特に二次電池についてエネルギー密度の向上が強く要請されている。   In recent years, many portable electronic devices such as a camera-integrated VTR (Videotape Recorder), a mobile phone, and a laptop computer have been introduced, and their size and weight have been reduced. Accordingly, there is a strong demand for an improvement in energy density of batteries used as portable power sources for such electronic devices, particularly secondary batteries.

このような要求に応える二次電池としては、従来より、負極活物質にリチウムイオンのインターカレーション反応を利用した黒鉛材料、または細孔中へのリチウムイオンの吸蔵・放出作用を応用した炭素材料を用いたいわゆるリチウムイオン二次電池が実用化されている。   Secondary batteries that meet these demands have traditionally been graphite materials that use lithium ion intercalation reactions as the negative electrode active material, or carbon materials that apply lithium ion storage and release into the pores. A so-called lithium ion secondary battery using a battery has been put into practical use.

しかしながら、近年の携帯用機器の高性能化に伴い、二次電池の容量に対する要求はさらに強いものとなっている。このような要求に応える二次電池として、リチウム金属などの軽金属をそのまま負極活物質として用いることが提案されている。この電池では、充電過程において負極に軽金属がデンドライト状に析出しやすくなり、デンドライトの先端で電流密度が非常に高くなる。このため、非水電解液の分解などによりサイクル寿命が低下したり、また、過度にデンドライトが成長して電池の内部短絡が発生したりするという問題があった。   However, with the recent improvement in performance of portable devices, the demand for the capacity of the secondary battery has become stronger. As a secondary battery that meets such requirements, it has been proposed to use a light metal such as lithium metal as a negative electrode active material as it is. In this battery, light metal tends to precipitate in a dendrite state on the negative electrode during the charging process, and the current density becomes very high at the end of the dendrite. For this reason, there has been a problem that the cycle life is reduced due to decomposition of the non-aqueous electrolyte, or the dendrite grows excessively and an internal short circuit of the battery occurs.

これに対し、種々の合金材料などを負極活物質として用いることが提案されている。例えば特許文献1〜5には、ケイ素合金について記載されている。また、特許文献6〜12にはスズ−ニッケル合金、リチウム−アルミニウム−スズ合金、スズ−亜鉛合金、リン(P)を1質量%以上55質量%以下の範囲内で含むスズ合金、Cu2 NiSn、Mg2 Sn、スズ−銅合金、あるいはリチウムを吸蔵するスズ含有相と、マンガン(Mn),鉄,コバルト(Co),ニッケル(Ni)あるいは銅(Cu)から構成されるリチウム(Li)を吸蔵しない相との混合物について記載されている。 On the other hand, using various alloy materials etc. as a negative electrode active material is proposed. For example, Patent Documents 1 to 5 describe silicon alloys. Patent Documents 6 to 12 include a tin-nickel alloy, a lithium-aluminum-tin alloy, a tin-zinc alloy, a tin alloy containing phosphorus (P) in a range of 1% by mass to 55% by mass, Cu 2 NiSn. Mg 2 Sn, tin-copper alloy, or a tin-containing phase that occludes lithium, and lithium (Li) composed of manganese (Mn), iron, cobalt (Co), nickel (Ni), or copper (Cu) Mixtures with non-occluded phases are described.

しかしながら、これらの合金材料を用いた場合においても、十分なサイクル特性は得られず、合金材料における高容量負極の特長を十分に活かしきれていないのが実状である。
特開平7−302588号公報 特開平10−199524号公報 特開平7−326342号公報 特開平10−255768号公報 特開平10−302770号公報 特公平4−12586号公報 特開平10−308207号公報 特開昭61−66369号公報 特開昭62−145650号公報 特開平10−125317号公報 特開平10−223221号公報 特開平11−86854号公報
However, even when these alloy materials are used, sufficient cycle characteristics cannot be obtained, and the fact is that the features of the high-capacity negative electrode in the alloy materials are not fully utilized.
Japanese Patent Laid-Open No. 7-302588 JP-A-10-199524 JP 7-326342 A Japanese Patent Laid-Open No. 10-255768 JP-A-10-302770 Japanese Examined Patent Publication No. 4-12586 JP-A-10-308207 JP-A-61-66369 Japanese Patent Laid-Open No. Sho 62-145650 JP-A-10-125317 Japanese Patent Laid-Open No. 10-223221 Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-86854

そこで、サイクル特性を十分に向上させることができる負極活物質として、構成元素として、スズと、鉄と、炭素とを少なくとも含み、炭素の含有量が11.9質量%以上29.7質量%以下であり、かつスズと鉄との合計に対する鉄の割合が26.4質量%以上48.5質量%以下である材料を開発するに至った。しかし、この負極活物質においても、充放電に伴う膨張・収縮により、サイクル特性が低下してしまうという問題があり、更なる改善が望まれていた。   Therefore, as a negative electrode active material capable of sufficiently improving the cycle characteristics, at least tin, iron, and carbon are included as constituent elements, and the carbon content is 11.9 mass% or more and 29.7 mass% or less. And the ratio of iron to the total of tin and iron has been developed from 26.4% by mass to 48.5% by mass. However, this negative electrode active material also has a problem that the cycle characteristics deteriorate due to expansion / contraction associated with charge / discharge, and further improvement has been desired.

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、高容量で、サイクル特性を向上させることができる負極およびそれを用いた電池、ならびにそれらの製造方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a negative electrode capable of improving cycle characteristics with a high capacity, a battery using the negative electrode, and a method for producing the same.

本発明による負極は、構成元素として、スズと、鉄と、炭素とを少なくとも含み、炭素の含有量が11.9質量%以上29.7質量%以下であり、かつスズと鉄との合計に対する鉄の割合が26.4質量%以上48.5質量%以下である負極活物質と、融点以上の温度で加熱されて溶融されたポリフッ化ビニリデンおよびフッ化ビニリデンを成分とする共重合体からなる群のうちの少なくとも1種を含む結着剤とを含有するものである。   The negative electrode according to the present invention contains at least tin, iron, and carbon as constituent elements, the carbon content is 11.9 mass% or more and 29.7 mass% or less, and the total of tin and iron is A negative electrode active material having a ratio of iron of 26.4% by mass or more and 48.5% by mass or less, a polyvinylidene fluoride melted by heating at a temperature equal to or higher than a melting point, and a copolymer containing vinylidene fluoride as components. And a binder containing at least one member of the group.

本発明による電池は、正極および負極と共に電解質を備えたものであって、負極は、構成元素として、スズと、鉄と、炭素とを少なくとも含み、炭素の含有量が11.9質量%以上29.7質量%以下であり、かつスズと鉄との合計に対する鉄の割合が26.4質量%以上48.5質量%以下である負極活物質と、融点以上の温度で加熱されて溶融されたポリフッ化ビニリデンおよびフッ化ビニリデンを成分とする共重合体からなる群のうちの少なくとも1種を含む結着剤とを含有するものである。   The battery according to the present invention includes an electrolyte together with a positive electrode and a negative electrode. The negative electrode includes at least tin, iron, and carbon as constituent elements, and the carbon content is 11.9% by mass or more. 0.7% by mass or less, and the ratio of iron to the total of tin and iron was 26.4% by mass or more and 48.5% by mass or less, and the negative electrode active material was heated and melted at a temperature higher than the melting point. And a binder containing at least one member selected from the group consisting of polyvinylidene fluoride and a copolymer containing vinylidene fluoride as a component.

本発明による負極の製造方法は、構成元素として、スズと、鉄と、炭素とを少なくとも含み、炭素の含有量が11.9質量%以上29.7質量%以下であり、かつスズと鉄との合計に対する鉄の割合が26.4質量%以上48.5質量%以下である負極活物質と、ポリフッ化ビニリデンおよびフッ化ビニリデンを成分とする共重合体からなる群のうちの少なくとも1種を含む結着剤とを含有する前駆層を形成したのち、結着剤の融点以上の温度で加熱するものである。   The negative electrode manufacturing method according to the present invention includes at least tin, iron, and carbon as constituent elements, the carbon content is 11.9 mass% or more and 29.7 mass% or less, and tin and iron At least one member selected from the group consisting of a negative electrode active material having a ratio of iron to 26.4% by mass or more and 48.5% by mass or less, and polyvinylidene fluoride and a copolymer containing vinylidene fluoride as a component. After forming the precursor layer containing the binder, the binder is heated at a temperature equal to or higher than the melting point of the binder.

本発明による電池の製造方法は、正極および負極と共に電解質を備えた電池を製造するものであって、負極を、構成元素として、スズと、鉄と、炭素とを少なくとも含み、炭素の含有量が11.9質量%以上29.7質量%以下であり、かつスズと鉄との合計に対する鉄の割合が26.4質量%以上48.5質量%以下である負極活物質と、ポリフッ化ビニリデンおよびフッ化ビニリデンを成分とする共重合体からなる群のうちの少なくとも1種を含む結着剤とを含有する前駆層を形成したのち、結着剤の融点以上の温度で加熱することにより形成するものである。   A method for producing a battery according to the present invention is a method for producing a battery including an electrolyte together with a positive electrode and a negative electrode. The negative electrode includes at least tin, iron, and carbon as constituent elements, and the carbon content is A negative electrode active material having a ratio of iron of 21.9% to 48.5% by weight, polyvinylidene fluoride, and 11.9% by weight to 29.7% by weight. After forming a precursor layer containing a binder containing at least one member selected from the group consisting of copolymers comprising vinylidene fluoride as a component, it is formed by heating at a temperature equal to or higher than the melting point of the binder. Is.

本発明の負極によれば、構成元素として、スズを含む負極活物質を含有するようにしたので、高容量を得ることができる。また、この負極活物質が構成元素として鉄を含み、スズと鉄との合計に対する鉄の割合を26.4質量%以上48.5質量%以下とするようにしたので、高容量を保ちつつ、サイクル特性を向上させることができる。更に、この負極活物質が構成元素として炭素を含み、その含有量を11.9質量%以上29.7質量%以下とするようにしたので、サイクル特性をより向上させることができる。加えて、融点以上の温度で加熱されて溶融されたポリフッ化ビニリデンおよびフッ化ビニリデンを成分とする共重合体からなる群のうちの少なくとも1種を含む結着剤を含有するようにしたので、充放電に伴う負極活物質の膨張・収縮による電子伝導性の低下を抑制することができる。よって、この負極を用いた本発明の電池によれば、高容量を得ることができると共に、優れたサイクル特性を得ることができる。   According to the negative electrode of the present invention, since the negative electrode active material containing tin is contained as a constituent element, a high capacity can be obtained. In addition, the negative electrode active material contains iron as a constituent element, and the ratio of iron to the total of tin and iron is set to 26.4% by mass or more and 48.5% by mass or less. Cycle characteristics can be improved. Furthermore, since this negative electrode active material contains carbon as a constituent element and the content thereof is set to 11.9 mass% or more and 29.7 mass% or less, cycle characteristics can be further improved. In addition, since the binder contains at least one member selected from the group consisting of polyvinylidene fluoride and a copolymer containing vinylidene fluoride as a component, heated at a temperature equal to or higher than the melting point, A decrease in electronic conductivity due to expansion / contraction of the negative electrode active material accompanying charge / discharge can be suppressed. Therefore, according to the battery of the present invention using this negative electrode, a high capacity can be obtained and excellent cycle characteristics can be obtained.

本発明の負極および電池の製造方法によれば、構成元素として、スズと、鉄と、炭素とを少なくとも含み、炭素の含有量が11.9質量%以上29.7質量%以下であり、かつスズと鉄との合計に対する鉄の割合が26.4質量%以上48.5質量%以下である負極活物質と、ポリフッ化ビニリデンおよびフッ化ビニリデンを成分とする共重合体からなる群のうちの少なくとも1種を含む結着剤とを含有する前駆層を形成したのち、結着剤の融点以上の温度で加熱するようにしたので、本発明の負極および電池を容易に製造することができる。   According to the negative electrode and battery manufacturing method of the present invention, the constituent elements include at least tin, iron, and carbon, and the carbon content is 11.9 mass% or more and 29.7 mass% or less, and Of the group consisting of a negative electrode active material having a ratio of iron to 26.4% by mass to 48.5% by mass with respect to the total of tin and iron, and polyvinylidene fluoride and a copolymer containing vinylidene fluoride as components Since the precursor layer containing the binder containing at least one kind is formed and then heated at a temperature equal to or higher than the melting point of the binder, the negative electrode and the battery of the present invention can be easily manufactured.

また、負極活物質と結着剤とを、結着剤に対する膨潤度が10%以下の分散媒を用いて混合し、前駆層を形成するようにすれば、結着剤による負極活物質の被覆度を低減することができ、負極における電極反応物質の吸蔵および放出を良好に行わせることができる。よって、サイクル特性をより向上させることができる。   Further, if the negative electrode active material and the binder are mixed using a dispersion medium having a swelling degree of 10% or less with respect to the binder to form a precursor layer, the negative electrode active material is covered with the binder. The degree can be reduced, and the electrode reactant can be occluded and released in the negative electrode. Therefore, cycle characteristics can be further improved.

特に、水を含む分散媒を用いて前駆層を形成するようにすれば、結着剤による負極活物質の被覆度をより低減することができる。   In particular, if the precursor layer is formed using a dispersion medium containing water, the coverage of the negative electrode active material with the binder can be further reduced.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は、本発明の一実施の形態に係る負極10の構成を表したものである。負極10は、例えば、一対の対向面を有する負極集電体11と、負極集電体11の片面に設けられた負極活物質層12とを有している。なお、図示しないが、負極集電体11の両面に負極活物質層12を設けるようにしてもよい。   FIG. 1 illustrates a configuration of a negative electrode 10 according to an embodiment of the present invention. The negative electrode 10 includes, for example, a negative electrode current collector 11 having a pair of opposed surfaces, and a negative electrode active material layer 12 provided on one surface of the negative electrode current collector 11. Although not shown, the negative electrode active material layers 12 may be provided on both surfaces of the negative electrode current collector 11.

負極集電体11は、良好な電気化学的安定性、電気伝導性および機械的強度を有することが好ましく、銅,ニッケルあるいはステンレスなどの金属材料により構成されている。特に、銅は高い電気伝導性を有するので好ましい。   The negative electrode current collector 11 preferably has good electrochemical stability, electrical conductivity, and mechanical strength, and is made of a metal material such as copper, nickel, or stainless steel. In particular, copper is preferable because it has high electrical conductivity.

負極活物質層12は、例えば、リチウムなどと反応可能であり、構成元素として、スズと鉄とを含んでいる。スズは単位質量あたりのリチウムの反応量が高く、高い容量を得ることができるからである。また、スズ単体では十分なサイクル特性を得ることは難しいが、鉄を含むことによりサイクル特性を向上させることができるからである。   The negative electrode active material layer 12 can react with, for example, lithium and contains tin and iron as constituent elements. This is because tin has a high reaction amount of lithium per unit mass, and a high capacity can be obtained. Moreover, it is difficult to obtain sufficient cycle characteristics with tin alone, but the cycle characteristics can be improved by including iron.

鉄の含有量は、スズと鉄との合計に対する鉄の割合で、26.4質量%以上48.5質量%以下であり、29.3質量%以上45.5質量%以下の範囲内であればより好ましい。割合が低いと鉄の含有量が低下し十分なサイクル特性が得られず、また、割合が高いとスズの含有量が低下し、従来の負極材料、例えば炭素材料の容量に対して優位性が得られないからである。   The iron content is the ratio of iron to the total of tin and iron, and is in the range of 26.4 mass% to 48.5 mass% and within the range of 29.3 mass% to 45.5 mass%. More preferable. If the ratio is low, the iron content decreases and sufficient cycle characteristics cannot be obtained, and if the ratio is high, the tin content decreases, which has an advantage over the capacity of conventional negative electrode materials such as carbon materials. It is because it cannot be obtained.

この負極活物質は、また、構成元素として、スズおよび鉄に加えて炭素を含んでいる。炭素を含むことによりサイクル特性をより向上させることができるからである。炭素の含有量は、11.9質量%以上29.7質量%以下の範囲内であり、13.9質量%以上27.7質量%以下の範囲内であれば好ましく、特に15.8質量%以上23.8質量%以下の範囲内であればより好ましい。この範囲内において高い効果を得ることができるからである。   The negative electrode active material also contains carbon as a constituent element in addition to tin and iron. This is because the cycle characteristics can be further improved by including carbon. The carbon content is preferably in the range of 11.9 mass% to 29.7 mass%, preferably in the range of 13.9 mass% to 27.7 mass%, particularly 15.8 mass%. More preferably, it is in the range of 23.8% by mass or less. This is because a high effect can be obtained within this range.

この負極活物質は、更に、構成元素として、これらに加えて銀(Ag)を含んだ方が好ましい場合もある。電解質との反応性を低減することができ、サイクル特性を向上させることができるからである。銀の含有量は、0.1質量%以上9.9質量%以下の範囲内であることが好ましく、1.0質量%以上7.4質量%以下の範囲内であることがより好ましく、特に、2.0質量%以上5.0質量%以下の範囲内であれば望ましい。少ないとサイクル特性を向上させる効果が十分でなく、多いとスズの含有量が低下して十分な容量が得られないからである。   In some cases, it is preferable that the negative electrode active material further contains silver (Ag) as a constituent element. This is because the reactivity with the electrolyte can be reduced and the cycle characteristics can be improved. The content of silver is preferably in the range of 0.1% by mass to 9.9% by mass, more preferably in the range of 1.0% by mass to 7.4% by mass, particularly , 2.0 mass% or more and 5.0 mass% or less is desirable. When the amount is small, the effect of improving the cycle characteristics is not sufficient, and when the amount is large, the tin content is lowered and a sufficient capacity cannot be obtained.

この負極活物質は、更にまた、構成元素として、ケイ素(Si)を含んだ方が好ましい場合もある。ケイ素は単位質量あたりのリチウムの反応量が高く、容量をより向上させることができるからである。ケイ素の含有量は、0.5質量%以上7.9質量%以下の範囲内であることが好ましい。少ないと容量を高くする効果が十分でなく、多いとサイクル特性を低下させてしまうからである。ケイ素は、銀と共に含まれていてもよい。   In some cases, this negative electrode active material preferably contains silicon (Si) as a constituent element. This is because silicon has a high reaction amount of lithium per unit mass and can further improve the capacity. The silicon content is preferably in the range of 0.5 mass% or more and 7.9 mass% or less. If the amount is small, the effect of increasing the capacity is not sufficient, and if the amount is large, the cycle characteristics deteriorate. Silicon may be included together with silver.

この負極活物質は、また、構成元素として、アルミニウム(Al),チタン(Ti),バナジウム(V),クロム(Cr),ニオブ(Nb)およびタンタル(Ta)からなる群のうちの少なくとも1種と、コバルト,ニッケル,銅,亜鉛(Zn),ガリウム(Ga)およびインジウム(In)からなる群のうちの少なくとも1種とを含んだ方が好ましい場合もある。これらを含むことによりサイクル特性をより向上させることができるからである。アルミニウム,チタン,バナジウム,クロム, ニオブおよびタンタルの含有量は、0.1質量%以上9.9質量%以下であることが好ましく、またコバルト,ニッケル,銅,亜鉛,ガリウムおよびインジウムの含有量は、0.5質量%以上14.9質量%以下であることが好ましい。少ないと十分な効果が得られず、多いとスズの含有量が低下して十分な容量が得られないからである。これらの元素は、銀あるいはケイ素と共に含まれていてもよい。   The negative electrode active material also includes at least one member selected from the group consisting of aluminum (Al), titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), niobium (Nb), and tantalum (Ta) as a constituent element. And at least one of the group consisting of cobalt, nickel, copper, zinc (Zn), gallium (Ga) and indium (In) may be preferable. It is because the cycle characteristics can be further improved by including these. The content of aluminum, titanium, vanadium, chromium, niobium and tantalum is preferably 0.1% by mass or more and 9.9% by mass or less, and the content of cobalt, nickel, copper, zinc, gallium and indium is 0.5 mass% or more and 14.9 mass% or less is preferable. If the amount is too small, a sufficient effect cannot be obtained. If the amount is too large, the tin content decreases and a sufficient capacity cannot be obtained. These elements may be contained together with silver or silicon.

また、この負極活物質は、結晶性の低いまたは非晶質な相を有している。この相は、リチウムなどと反応可能な反応相であり、これにより優れたサイクル特性を得ることができるようになっている。この相のX線回折により得られる回折ピークの半値幅は、特定X線としてCuKα線を用い、掃引速度を1°/minとした場合に、回折角2θで0.5°以上であることが好ましい。リチウムなどをより円滑に吸蔵および放出させることができると共に、電解質との反応性をより低減させることができるからである。   The negative electrode active material has a low crystallinity or amorphous phase. This phase is a reaction phase capable of reacting with lithium or the like, whereby excellent cycle characteristics can be obtained. The half width of the diffraction peak obtained by X-ray diffraction of this phase is 0.5 ° or more at a diffraction angle 2θ when CuKα ray is used as the specific X-ray and the sweep speed is 1 ° / min. preferable. This is because lithium and the like can be occluded and released more smoothly, and the reactivity with the electrolyte can be further reduced.

なお、X線回折により得られた回折ピークがリチウムなどと反応可能な反応相に対応するものであるか否かは、リチウムなどとの電気化学的反応の前後におけるX線回折チャートを比較することにより容易に判断することができる。例えば、リチウムなどとの電気化学的反応の前後において回折ピークの位置が変化すれば、リチウムなどと反応可能な反応相に対応するものである。この負極活物質では、結晶性の低いまたは非晶質な反応相の回折ピークが例えば2θ=20°〜50°の間に見られる。この結晶性の低いまたは非晶質な反応相は、例えば上述した各構成元素を含んでおり、主に炭素により低結晶化または非晶質化しているものと考えられる。   Whether the diffraction peak obtained by X-ray diffraction corresponds to the reaction phase capable of reacting with lithium or the like is compared with the X-ray diffraction chart before and after the electrochemical reaction with lithium or the like. Can be easily determined. For example, if the position of the diffraction peak changes before and after an electrochemical reaction with lithium or the like, it corresponds to a reaction phase capable of reacting with lithium or the like. In this negative electrode active material, a diffraction peak of a low crystallinity or amorphous reaction phase is observed, for example, between 2θ = 20 ° and 50 °. This low crystallinity or amorphous reaction phase contains, for example, each of the constituent elements described above, and is considered to be low crystallized or amorphous mainly by carbon.

なお、この負極活物質は、この結晶性の低いまたは非晶質な相に加えて、各構成元素の単体または一部を含む相を有している場合もある。   In addition to the low crystalline or amorphous phase, the negative electrode active material may have a phase containing a single element or a part of each constituent element.

元素の結合状態を調べる測定方法としては、例えばX線光電子分光法(X-ray Photoelectron Spectroscopy;XPS)が挙げられる。このXPSは、軟X線(市販の装置ではAl−Kα線、またはMg−Kα線を用いる)を試料表面に照射し、試料表面から飛び出してくる光電子の運動エネルギーを測定することによって、試料表面から数nmの領域の元素組成、および元素の結合状態を調べる方法である。   As a measuring method for examining the bonding state of elements, for example, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) can be cited. This XPS irradiates a sample surface with soft X-rays (Al-Kα ray or Mg-Kα ray is used in a commercial apparatus), and measures the kinetic energy of photoelectrons jumping out from the sample surface. To elemental composition in the region of several nanometers and the bonding state of the elements.

元素の内殻軌道電子の束縛エネルギーは、第1近似的には、元素上の電荷密度と相関して変化する。例えば、炭素元素の電荷密度が近傍に存在する元素との相互作用により減少した場合には、2p電子などの外殻電子が減少しているので、炭素元素の1s電子は殻から強い束縛力を受けることになる。すなわち、元素の電荷密度が減少すると、束縛エネルギーは高くなる。XPSでは、束縛エネルギーが高くなると、高いエネルギー領域にピークはシフトするようになっている。   The binding energy of the core orbital electrons of the element changes in a first approximation in correlation with the charge density on the element. For example, when the charge density of the carbon element is decreased due to the interaction with an element present in the vicinity, the outer electrons such as 2p electrons are decreased, so that the 1s electron of the carbon element has a strong binding force from the shell. Will receive. That is, the binding energy increases as the charge density of the element decreases. In XPS, when the binding energy increases, the peak shifts to a high energy region.

XPSでは、炭素の1s軌道(C1s)のピークは、グラファイトであれば、金原子の4f軌道(Au4f)のピークが84.0eVに得られるようにエネルギー較正された装置において、284.5eVに現れる。また、表面汚染炭素であれば、284.8eVに現れる。これに対して、炭素元素の電荷密度が高くなる場合、例えば炭素が金属元素または半金属元素と結合している場合には、C1sのピークは、284.5eVよりも低い領域に現れる。すなわち、負極活物質について得られるC1sの合成波のピークが284.5eVよりも低い領域に現れる場合には、負極活物質に含まれる炭素の少なくとも一部が他の構成元素である金属元素または半金属元素と結合している。   In XPS, the peak of the carbon 1s orbital (C1s) appears at 284.5 eV in an energy calibrated apparatus so that the peak of the gold atom 4f orbital (Au4f) is obtained at 84.0 eV if it is graphite. . Moreover, if it is surface contamination carbon, it will appear at 284.8 eV. On the other hand, when the charge density of the carbon element increases, for example, when carbon is bonded to a metal element or a metalloid element, the C1s peak appears in a region lower than 284.5 eV. That is, when the peak of the synthetic wave of C1s obtained for the negative electrode active material appears in a region lower than 284.5 eV, at least a part of the carbon contained in the negative electrode active material is a metal element or a half of other constituent elements. Combined with metal elements.

なお、負極活物質のXPS測定に際しては、表面が表面汚染炭素で覆われている場合、XPS装置に付属のアルゴンイオン銃で表面を軽くスパッタすることが好ましい。また、測定対象の負極活物質が後述のように電池の負極中に存在する場合には、電池を解体して負極を取り出した後、炭酸ジメチルなどの揮発性溶媒で洗浄するとよい。負極の表面に存在する揮発性の低い溶媒と電解質塩とを除去するためである。これらのサンプリングは、不活性雰囲気下で行うことが望ましい。   In the XPS measurement of the negative electrode active material, when the surface is covered with surface-contaminated carbon, it is preferable to lightly sputter the surface with an argon ion gun attached to the XPS apparatus. Further, when the negative electrode active material to be measured is present in the negative electrode of the battery as described later, the battery is disassembled and the negative electrode is taken out and then washed with a volatile solvent such as dimethyl carbonate. This is for removing the low-volatile solvent and the electrolyte salt present on the surface of the negative electrode. These samplings are desirably performed under an inert atmosphere.

また、XPS測定では、スペクトルのエネルギー軸の補正に、例えばC1sのピークを用いる。通常、物質表面には表面汚染炭素が存在しているので、表面汚染炭素のC1sのピークを284.8eVとし、これをエネルギー基準とする。なお、XPS測定では、C1sのピークの波形は、表面汚染炭素のピークと負極活物質中の炭素のピークとを含んだ形として得られるので、例えば市販のソフトウエアを用いて解析することにより、表面汚染炭素のピークと、負極活物質中の炭素のピークとを分離する。波形の解析では、最低束縛エネルギー側に存在する主ピークの位置をエネルギー基準(284.8eV)とする。   In XPS measurement, for example, the peak of C1s is used to correct the energy axis of the spectrum. Usually, since surface-contaminated carbon exists on the surface of the substance, the C1s peak of the surface-contaminated carbon is set to 284.8 eV, and this is used as an energy standard. In the XPS measurement, the waveform of the peak of C1s is obtained as a form including the surface contamination carbon peak and the carbon peak in the negative electrode active material. For example, by analyzing using commercially available software, The peak of surface contamination carbon and the peak of carbon in the negative electrode active material are separated. In the waveform analysis, the position of the main peak existing on the lowest bound energy side is used as the energy reference (284.8 eV).

この負極活物質は、例えば各構成元素の原料を混合して電気炉,高周波誘導炉あるいはアーク溶解炉などにより溶解しその後凝固することにより、また、ガスアトマイズあるいは水アトマイズなどの各種アトマイズ法、各種ロール法、またはメカニカルアロイング法あるいはメカニカルミリング法などのメカノケミカル反応を利用した方法により製造することができる。中でも、メカノケミカル反応を利用した方法により製造することが好ましい。負極活物質を低結晶化あるいは非晶質な構造とすることができるからである。この方法には、例えば、遊星ボールミル装置を用いることができる。   This negative electrode active material is prepared by, for example, mixing raw materials of various constituent elements, melting them in an electric furnace, a high frequency induction furnace, an arc melting furnace, etc., and then solidifying them, various atomizing methods such as gas atomization or water atomization, various rolls, etc. Or a method using a mechanochemical reaction such as a mechanical alloying method or a mechanical milling method. Especially, it is preferable to manufacture by the method using a mechanochemical reaction. This is because the negative electrode active material can have a low crystallinity or an amorphous structure. In this method, for example, a planetary ball mill device can be used.

原料には、各構成元素の単体を混合して用いてもよいが、炭素以外の構成元素の一部については合金を用いることが好ましい。このような合金に炭素を加えてメカノケミカル反応を利用した方法により合成することにより、低結晶化あるいは非晶質な構造を有するようにすることができ、反応時間の短縮も図ることができるからである。なお、原料の形態は粉体であってもよいし、塊状であってもよい。   The raw material may be a mixture of individual constituent elements, but an alloy is preferably used for some constituent elements other than carbon. By adding carbon to such an alloy and synthesizing it by a method utilizing mechanochemical reaction, it can be made to have a low crystallization or amorphous structure, and the reaction time can be shortened. It is. The raw material may be in the form of a powder or a lump.

原料として用いる炭素には、難黒鉛化炭素,易黒鉛化炭素,グラファイト,熱分解炭素類,コークス,ガラス状炭素類,有機高分子化合物焼成体,活性炭およびカーボンブラックなどの炭素材料のいずれか1種または2種以上を用いることができる。このうち、コークス類には、ピッチコークス,ニードルコークスあるいは石油コークスなどがあり、有機高分子化合物焼成体というのは、フェノール樹脂やフラン樹脂などの高分子化合物を適当な温度で焼成して炭素化したものをいう。これらの炭素材料の形状は、繊維状,球状,粒状あるいは鱗片状のいずれでもよい。   The carbon used as a raw material is any one of carbon materials such as non-graphitizable carbon, graphitizable carbon, graphite, pyrolytic carbons, coke, glassy carbons, organic polymer compound fired bodies, activated carbon, and carbon black. Species or two or more can be used. Among these, cokes include pitch coke, needle coke, and petroleum coke. Organic polymer compound fired bodies are carbonized by firing polymer compounds such as phenol resin and furan resin at an appropriate temperature. What you did. The shape of these carbon materials may be any of fibrous, spherical, granular or scale-like.

負極活物質層12は、また、結着剤を含んでいる。この結着剤は、融点以上の温度で加熱されて溶融されていることが好ましい。上述した負極活物質は充放電に伴い膨張・収縮し、負極10における電子伝導性が低下してしまうが、結着剤が溶融されていることにより、電子伝導性の低下を抑制することができるからである。   The negative electrode active material layer 12 also contains a binder. This binder is preferably heated and melted at a temperature equal to or higher than the melting point. The negative electrode active material described above expands and contracts with charge and discharge, and the electronic conductivity in the negative electrode 10 decreases. However, since the binder is melted, the decrease in electronic conductivity can be suppressed. Because.

結着剤は、ポリフッ化ビニリデンおよびフッ化ビニリデンを成分とする共重合体からなる群のうちの少なくとも1種を含有している。共重合体の具体例としては、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、フッ化ビニリデン−テトラフルオロエチレン共重合体,フッ化ビニリデン−クロロトリフルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン共重合体、あるいはこれらに更に他のエチレン性不飽和モノマーを共重合したものなどが挙げられる。共重合可能なエチレン性不飽和モノマーとしては、アクリル酸エステル,メタクリル酸エステル,酢酸ビニル,アクリロニトリル,アクリル酸,メタクリル酸,無水マレイン,ブタジエン,スチレン,N−ビニルピロリドン,N−ビニルピリジン,グリシジルメタクリレート,ヒドロキシエチルメタクリレートあるいはメチルビニルエーテルなどが挙げられるが、これらに限定されない。   The binder contains at least one member selected from the group consisting of polyvinylidene fluoride and copolymers having vinylidene fluoride as a component. Specific examples of the copolymer include vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene copolymer, vinylidene fluoride-chlorotrifluoroethylene copolymer, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene. -Tetrafluoroethylene copolymers, or those obtained by further copolymerizing with other ethylenically unsaturated monomers. Examples of copolymerizable ethylenically unsaturated monomers include acrylic acid esters, methacrylic acid esters, vinyl acetate, acrylonitrile, acrylic acid, methacrylic acid, maleic anhydride, butadiene, styrene, N-vinylpyrrolidone, N-vinylpyridine, and glycidyl methacrylate. , Hydroxyethyl methacrylate, methyl vinyl ether, and the like, but are not limited thereto.

負極活物質層12は、必要に応じて導電助剤を含んでいる。この導電助剤は、充放電に伴い負極活物質が膨張・収縮しても、負極活物質層12の内部および負極活物質層12と負極集電体11との間における電子伝導性を確保するためのものである。   The negative electrode active material layer 12 contains a conductive additive as necessary. This conductive auxiliary agent ensures the electron conductivity inside the negative electrode active material layer 12 and between the negative electrode active material layer 12 and the negative electrode current collector 11 even if the negative electrode active material expands and contracts with charge and discharge. Is for.

導電助剤としては、例えば、鱗状黒鉛,鱗片状黒鉛あるいは土状黒鉛などの天然黒鉛類、石油コークス,石炭コークス,メソフェーズピッチ,あるいはポリアクリロニトリル(PAN),レーヨン,ポリアミド,リグニン,ポリビニルアルコールなどを高温で焼成したもの,気相成長炭素繊維あるいはカーボンナノチューブなどの人造黒鉛類、アセチレンブラック,ファーネスブラック,ケッチェンブラック,チャンネルブラック,ランプブラックあるいはサーマルブラックなどのカーボンブラック類、アスファルトピッチ,コールタール,活性炭,メソフューズピッチあるいはポリアセンなどの炭素材料、銅,ニッケル,アルミニウム,銀などの金属粉類あるいは金属繊維類、酸化亜鉛あるいはチタン酸カリウムなどの導電性ウィスカー類、または酸化チタンなどの導電性金属酸化物が挙げられる。中でも、天然黒鉛あるいは気相成長炭素繊維,カーボンナノチューブなどの人造黒鉛に代表されるグラファイト類、またはカーボンブラック類が好ましい。導電助剤は、1種類を単独で用いてもよいが、2種以上を混合して用いてもよい。   Examples of conductive aids include natural graphite such as scaly graphite, scaly graphite or earthy graphite, petroleum coke, coal coke, mesophase pitch, or polyacrylonitrile (PAN), rayon, polyamide, lignin, polyvinyl alcohol, and the like. Burned at high temperature, artificial graphite such as vapor grown carbon fiber or carbon nanotube, carbon black such as acetylene black, furnace black, ketjen black, channel black, lamp black or thermal black, asphalt pitch, coal tar, Carbon materials such as activated carbon, mesofuse pitch or polyacene, metal powders such as copper, nickel, aluminum and silver or metal fibers, conductive whiskers such as zinc oxide and potassium titanate Or conductive metal oxides such as titanium oxide. Of these, natural graphite, graphites typified by artificial graphite such as vapor-grown carbon fiber and carbon nanotubes, or carbon blacks are preferable. One type of conductive auxiliary may be used alone, or two or more types may be used in combination.

負極活物質層12は、また、上述した負極活物質に加えて他の負極活物質を含んでいてもよい。他の負極活物質としては、例えば、リチウムを吸蔵および放出することが可能な炭素材料が挙げられる。この炭素材料は、サイクル特性を向上させることができると共に、導電助剤としても機能するので好ましい。炭素材料としては、例えば、負極活物質を製造する際に用いたものと同様のものが挙げられる。   The negative electrode active material layer 12 may also contain other negative electrode active materials in addition to the negative electrode active materials described above. Examples of the other negative electrode active material include a carbon material that can occlude and release lithium. This carbon material is preferable because it can improve cycle characteristics and also functions as a conductive additive. As a carbon material, the thing similar to what was used when manufacturing a negative electrode active material is mentioned, for example.

負極10は、例えば、次のようにして製造することができる。   The negative electrode 10 can be manufactured as follows, for example.

まず、負極活物質と、結着剤と、必要に応じて導電助剤とを分散媒に分散し、負極合剤スラリーとする。分散媒としては、例えば、N−メチル−2−ピロリドン、水,トルエン,キシレン,メタノール,エタノール,n−プロパノール,イソプロピルアルコール,イソブチルアルコール,アセトン,メチルエチルケトン,メチルイソブチルケトン,シクロヘキサノン,酢酸エチル,酢酸ブチル,テトラヒドロフランあるいはジオキサンが挙げられる。中でも、結着剤に対する膨潤度が10%以下のものが好ましい。結着剤が分散媒に溶解せず、粒子状として存在するので、結着剤による負極活物質の被覆度を低減することができるからである。このような分散媒は、使用する結着剤により異なるが、水,トルエン,キシレン,メタノール,エタノール,n−プロパノール,イソプロピルアルコール,イソブチルアルコール,アセトン,メチルエチルケトン,メチルイソブチルケトン,シクロヘキサノン,酢酸エチル,酢酸ブチル,テトラヒドロフランあるいはジオキサンなどであり、中でも、水,エタノールあるいはメチルイソブチルケトンが好ましく、特に結着剤に対して膨潤度がほぼ0%である水が望ましい。このような分散媒は、1種類を単独で用いてもよく、結着剤に対する膨潤度が10%と以下となれば2種以上を混合して用いてもよい。   First, a negative electrode active material, a binder, and, if necessary, a conductive additive are dispersed in a dispersion medium to obtain a negative electrode mixture slurry. Examples of the dispersion medium include N-methyl-2-pyrrolidone, water, toluene, xylene, methanol, ethanol, n-propanol, isopropyl alcohol, isobutyl alcohol, acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, cyclohexanone, ethyl acetate, and butyl acetate. , Tetrahydrofuran or dioxane. Among them, those having a swelling degree with respect to the binder of 10% or less are preferable. This is because the binder does not dissolve in the dispersion medium and exists in the form of particles, so that the coverage of the negative electrode active material by the binder can be reduced. Such a dispersion medium varies depending on the binder used, but water, toluene, xylene, methanol, ethanol, n-propanol, isopropyl alcohol, isobutyl alcohol, acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, cyclohexanone, ethyl acetate, acetic acid. Among them, butyl, tetrahydrofuran, dioxane, and the like are preferable. Among them, water, ethanol, or methyl isobutyl ketone is preferable, and water having a degree of swelling of approximately 0% with respect to the binder is particularly preferable. One kind of such a dispersion medium may be used alone, or two or more kinds may be mixed and used as long as the degree of swelling with respect to the binder is 10% or less.

なお、結着剤に対する分散媒の膨潤度は、結着剤を分散媒中に72時間浸漬した後の結着剤の体積変化率、すなわち浸漬により増加した体積の割合により求める。分散媒に対する結着剤の溶解度が低い場合、結着剤は膨潤してから溶解するので、膨潤度が10%以下というのは、分散媒に結着剤が溶解しないことを意味する。   The degree of swelling of the dispersion medium with respect to the binder is determined by the volume change rate of the binder after the binder is immersed in the dispersion medium for 72 hours, that is, the ratio of the volume increased by the immersion. When the solubility of the binder in the dispersion medium is low, the binder is dissolved after being swelled. Therefore, the swelling degree of 10% or less means that the binder is not dissolved in the dispersion medium.

負極合剤スラリーに用いる結着剤の平均粒子径は30μm以下であることが好ましく、1μm以下であればより好ましい。平均粒子径が大きくなると均一な分散が難しくなり、サイクル特性が低下してしまうと共に、電極の成型も難しくなるからである。ここでいう平均粒子径とは一次粒子のメジアン径のことであり、レーザー回折式の粒度分布測定装置により測定される。   The average particle size of the binder used for the negative electrode mixture slurry is preferably 30 μm or less, and more preferably 1 μm or less. This is because when the average particle size is increased, uniform dispersion becomes difficult, cycle characteristics are lowered, and molding of the electrode becomes difficult. The average particle diameter here is the median diameter of primary particles, and is measured by a laser diffraction type particle size distribution measuring device.

なお、この負極合剤スラリーには、必要に応じて増粘剤および分散助剤などを添加してもよい。増粘剤としては、例えば、でんぷん、カルボキシメチルセルロース、カルボキシメチルセルロースのアンモニウム塩、カルボキシメチルセルロースのナトリウム塩あるいはカリウム塩などの無機塩、ヒドロキシプロピルセルロース、再生セルロース、またはジアセチルセルロースが挙げられる。中でも、カルボキシメチルセルロース、あるいはカルボキシメチルセルロースの無機塩が好ましい。安定したスラリー特性を得ることができ、また、電極の反応を損なわないからである。増粘剤は1種類を単独で用いてもよいが、2種以上を混合して用いてもよい。   In addition, you may add a thickener, a dispersion | distribution adjuvant, etc. to this negative mix slurry as needed. Examples of the thickener include starch, carboxymethyl cellulose, ammonium salt of carboxymethyl cellulose, inorganic salts such as sodium salt or potassium salt of carboxymethyl cellulose, hydroxypropyl cellulose, regenerated cellulose, or diacetyl cellulose. Among these, carboxymethyl cellulose or an inorganic salt of carboxymethyl cellulose is preferable. This is because stable slurry characteristics can be obtained and the electrode reaction is not impaired. One thickener may be used alone, or two or more thickeners may be mixed and used.

分散助剤としては、例えば、カプロン酸,カプリル酸,ラウリン酸,ミリスチン酸,パルミチン酸,ステアリン酸,ベヘン酸,オレイン酸,エライジン酸,リノール酸,リノレン酸あるいはステアロール酸などの脂肪酸、これら脂肪酸とアルカリ金属(Li、Na、Kなど)あるいはアルカリ土類金属(Mg、Ca、Baなど)とからなる金属石鹸、脂肪族アミン、シランカップリング剤あるいはチタンカップリング剤などのカップリング剤、高級アルコール,ポリアルキレンオキサイドリン酸エステル,アルキルリン酸エステル,アルキルホウ酸エステル,サルコシネート類,ポリアルキレンオキサイドエステル類あるいはレシチンなどの化合物、アルキレノキサイド系あるいはグリセリン系などのノニオン性界面活性剤、高級アルキルアミン類,第4級アンモニウム塩類,ホスホニウムあるいはスルホニウムなどのカチオン性界面活性剤、カルボン酸,スルホン酸,リン酸,硫酸エステルあるいはリン酸エステルなどのアニオン性界面活性剤、アミノ酸,アミノスルホン酸,あるいはアミノアルコールの硫酸エステルもしくはリン酸エステルなどの両性界面活性剤、カルボキシメチルセルロース,ヒドロキシエチルセルロース,ヒドリキシプロピルセルロース,ポリアクリル酸,ポリビニルアルコールもしくはその変性体,ポリアクリルアミド,ポリヒドロキシ(メタ)アクリレートあるいはスチレン−マレイン酸共重合体などの水溶性ポリマー類が挙げられる。分散助剤は1種類を単独で用いてもよいが、2種以上を混合して用いてもよい。   Examples of the dispersion aid include fatty acids such as caproic acid, caprylic acid, lauric acid, myristic acid, palmitic acid, stearic acid, behenic acid, oleic acid, elaidic acid, linoleic acid, linolenic acid or stearic acid, and these fatty acids. Coupling agents such as metal soaps, aliphatic amines, silane coupling agents or titanium coupling agents, and high grades, which are composed of alkenyl and alkali metals (Li, Na, K etc.) or alkaline earth metals (Mg, Ca, Ba etc.) Alcohols, polyalkylene oxide phosphate esters, alkyl phosphate esters, alkyl borate esters, sarcosinates, polyalkylene oxide esters or compounds such as lecithin, nonionic surfactants such as alkylenoxides or glycerols, higher alkyl amines , Quaternary ammonium salts, cationic surfactants such as phosphonium or sulfonium, anionic surfactants such as carboxylic acid, sulfonic acid, phosphoric acid, sulfuric acid ester or phosphoric acid ester, amino acids, aminosulfonic acid, or Amphoteric surfactants such as sulfates or phosphates of amino alcohols, carboxymethyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, hydroxypropyl cellulose, polyacrylic acid, polyvinyl alcohol or modified products thereof, polyacrylamide, polyhydroxy (meth) acrylate or styrene Water-soluble polymers such as maleic acid copolymers are mentioned. One type of dispersion aid may be used alone, or two or more types may be used as a mixture.

負極合剤スラリーは、分散媒に負極活物質,結着剤および必要に応じて導電助剤などを同時に添加して分散させた状態として使用してもよいし、また、結着剤を単独で、あるいは分散助剤と共に分散媒に分散させた、いわゆるディスパージョンあるいはエマルジョンと呼ばれる分散状態にしてから、負極活物質と必要に応じて導電助剤などと混合して使用してもよい。   The negative electrode mixture slurry may be used as a state in which a negative electrode active material, a binder and, if necessary, a conductive auxiliary agent are simultaneously added and dispersed in a dispersion medium, or the binder may be used alone. Alternatively, it may be used after being dispersed in a dispersion medium together with a dispersion aid, so-called dispersion or emulsion, and then mixed with a negative electrode active material and, if necessary, a conductive aid.

負極活物質、結着剤および導電助剤などの混合、混練、あるいは分散媒への分散には、公知のニーダー、ミキサー、ホモジナイザー、ディゾルバー、プラネタリミキサー、ペイントシェイカー、あるいはサンドミルなどのいずれの混合攪拌機を用いてもよい。   For mixing, kneading, or dispersing in a dispersion medium, such as a negative electrode active material, a binder, and a conductive auxiliary agent, any mixing stirrer such as a known kneader, mixer, homogenizer, dissolver, planetary mixer, paint shaker, or sand mill May be used.

次いで、この負極合剤スラリーをドクターブレード法などにより負極集電体11に均一に塗布し、塗布層を形成する。続いて、この塗布層を乾燥させて分散媒を除去したのち、ロールプレス機などにより圧縮成型して前駆層を形成する。そののち、この前駆層を、結着剤の融点以上の温度で加熱して結着剤を溶融し、負極活物質層12を形成する。これにより、図1に示した負極10が得られる。   Next, the negative electrode mixture slurry is uniformly applied to the negative electrode current collector 11 by a doctor blade method or the like to form a coating layer. Subsequently, after drying the coating layer and removing the dispersion medium, the precursor layer is formed by compression molding using a roll press or the like. Thereafter, the precursor layer is heated at a temperature equal to or higher than the melting point of the binder to melt the binder, thereby forming the negative electrode active material layer 12. Thereby, the negative electrode 10 shown in FIG. 1 is obtained.

この負極10は、例えば、次のようにして二次電池に用いられる。   This negative electrode 10 is used for a secondary battery as follows, for example.

(第1の二次電池)
図2はその二次電池の断面構造を表すものである。この二次電池はいわゆる円筒型といわれるものであり、ほぼ中空円柱状の電池缶21の内部に、帯状の正極31と帯状の負極10とがセパレータ32を介して積層し巻回された巻回電極体30を有している。電池缶21は、例えばニッケルのめっきがされた鉄により構成されており、一端部が閉鎖され他端部が開放されている。電池缶21の内部には、液状の電解質である電解液が注入され、セパレータ32に含浸されている。また、巻回電極体30を挟むように巻回周面に対して垂直に一対の絶縁板22,23がそれぞれ配置されている。
(First secondary battery)
FIG. 2 shows a cross-sectional structure of the secondary battery. This secondary battery is called a so-called cylindrical type, and a winding in which a strip-like positive electrode 31 and a strip-like negative electrode 10 are laminated and wound via a separator 32 inside a substantially hollow cylindrical battery can 21. An electrode body 30 is provided. The battery can 21 is made of, for example, iron plated with nickel, and has one end closed and the other end open. Inside the battery can 21, an electrolytic solution that is a liquid electrolyte is injected and impregnated in the separator 32. In addition, a pair of insulating plates 22 and 23 are respectively disposed perpendicular to the winding peripheral surface so as to sandwich the winding electrode body 30.

電池缶21の開放端部には、電池蓋24と、この電池蓋24の内側に設けられた安全弁機構25および熱感抵抗素子(Positive Temperature Coefficient;PTC素子)26とが、ガスケット27を介してかしめられることにより取り付けられており、電池缶21の内部は密閉されている。電池蓋24は、例えば、電池缶21と同様の材料により構成されている。安全弁機構25は、熱感抵抗素子26を介して電池蓋24と電気的に接続されており、内部短絡あるいは外部からの加熱などにより電池の内圧が一定以上となった場合にディスク板25Aが反転して電池蓋24と巻回電極体30との電気的接続を切断するようになっている。熱感抵抗素子26は、温度が上昇すると抵抗値の増大により電流を制限し、大電流による異常な発熱を防止するものである。ガスケット27は、例えば、絶縁材料により構成されており、表面にはアスファルトが塗布されている。   At the open end of the battery can 21, a battery lid 24, a safety valve mechanism 25 and a thermal resistance element (PTC element) 26 provided inside the battery lid 24 are interposed via a gasket 27. It is attached by caulking, and the inside of the battery can 21 is sealed. The battery lid 24 is made of the same material as the battery can 21, for example. The safety valve mechanism 25 is electrically connected to the battery lid 24 via the heat sensitive resistance element 26, and the disk plate 25A is reversed when the internal pressure of the battery exceeds a certain level due to an internal short circuit or external heating. Thus, the electrical connection between the battery lid 24 and the wound electrode body 30 is cut off. When the temperature rises, the heat-sensitive resistor element 26 limits the current by increasing the resistance value, and prevents abnormal heat generation due to a large current. The gasket 27 is made of, for example, an insulating material, and asphalt is applied to the surface.

巻回電極体30の中心には、例えば、センターピン33が挿入させれている。巻回電極体30の正極31にはアルミニウムなどよりなる正極リード34が接続されており、負極10にはニッケルなどよりなる負極リード35が接続されている。正極リード34は安全弁機構25に溶接されることにより電池蓋24と電気的に接続されており、負極リード35は電池缶21に溶接され電気的に接続されている。   For example, a center pin 33 is inserted in the center of the wound electrode body 30. A positive electrode lead 34 made of aluminum or the like is connected to the positive electrode 31 of the spirally wound electrode body 30, and a negative electrode lead 35 made of nickel or the like is connected to the negative electrode 10. The positive electrode lead 34 is welded to the safety valve mechanism 25 to be electrically connected to the battery lid 24, and the negative electrode lead 35 is welded to and electrically connected to the battery can 21.

図3は図2に示した巻回電極体30の一部を拡大して表すものである。負極10は上述した構成を有している。これにより、高い容量を保ちつつ、サイクル特性を向上させることができるようになっている。なお、図3では、負極活物質層12は、負極集電体11の両面に形成されているように表されている。   FIG. 3 shows an enlarged part of the spirally wound electrode body 30 shown in FIG. The negative electrode 10 has the above-described configuration. As a result, the cycle characteristics can be improved while maintaining a high capacity. In FIG. 3, the negative electrode active material layer 12 is represented as being formed on both surfaces of the negative electrode current collector 11.

正極31は、例えば、対向する一対の面を有する正極集電体31Aの両面あるいは片面に正極活物質層31Bが設けられた構造を有している。正極集電体31Aは、例えば、アルミニウム箔などの金属箔により構成されている。正極活物質層31Bは、例えば、正極活物質として、電極反応物質であるリチウムを吸蔵および放出することが可能な正極材料のいずれか1種または2種以上を含んでおり、必要に応じて人造黒鉛あるいはカーボンブラックなどの導電助剤およびポリフッ化ビニリデンなどの結着剤を含んでいてもよい。   The positive electrode 31 has, for example, a structure in which a positive electrode active material layer 31B is provided on both surfaces or one surface of a positive electrode current collector 31A having a pair of opposed surfaces. The positive electrode current collector 31A is made of, for example, a metal foil such as an aluminum foil. The positive electrode active material layer 31B includes, for example, any one or more of positive electrode materials capable of inserting and extracting lithium, which is an electrode reactant, as a positive electrode active material. A conductive additive such as graphite or carbon black and a binder such as polyvinylidene fluoride may be included.

リチウムを吸蔵および放出することが可能な正極材料としては、TiS2 ,MoS2 ,NbSe2 あるいはV2 5 などのリチウムを含有しない金属硫化物あるいは酸化物、またはリチウム酸化物,リチウム硫化物,リチウムを含む層間化合物あるいはリン酸化合物などのリチウム含有化合物、または特定のポリマーなどが挙げられる。正極材料は、1種類を単独で用いてもよいし、2種以上を混合して用いてもよい。 Examples of the positive electrode material capable of inserting and extracting lithium include metal sulfides or oxides not containing lithium, such as TiS 2 , MoS 2 , NbSe 2, or V 2 O 5 , or lithium oxides, lithium sulfides, Examples include lithium-containing intercalation compounds or lithium-containing compounds such as phosphate compounds, or specific polymers. As the positive electrode material, one kind may be used alone, or two or more kinds may be mixed and used.

中でも、リチウムと遷移金属元素とを含む複合酸化物、またはリチウムと遷移金属元素とを含むリン酸化合物が好ましく、特に遷移金属元素として、コバルト,ニッケル,マンガンおよび鉄のうちの少なくとも1種を含むものが好ましい。高電圧および高エネルギー密度を得ることができるからである。これらの複合酸化物あるいはリン酸化合物の化学式は、例えば、Lix MIO2 あるいはLiy MIIPO4 で表される。式中、MIおよびMIIは1種類以上の遷移金属元素を含む。xおよびyの値は電池の充放電状態によって異なり、通常、0.05≦x≦1.10、0.05≦y≦1.10である。 Among them, a composite oxide containing lithium and a transition metal element, or a phosphoric acid compound containing lithium and a transition metal element is preferable. In particular, the transition metal element contains at least one of cobalt, nickel, manganese, and iron. Those are preferred. This is because high voltage and high energy density can be obtained. The chemical formulas of these composite oxides or phosphate compounds are represented by, for example, Li x MIO 2 or Li y MIIPO 4 . In the formula, MI and MII contain one or more transition metal elements. The values of x and y vary depending on the charge / discharge state of the battery, and are generally 0.05 ≦ x ≦ 1.10 and 0.05 ≦ y ≦ 1.10.

リチウムと遷移金属元素とを含む複合酸化物の具体例としては、LiCoO2 ,LiNiO2 ,Liv Niw Co1-w 2 (vおよびwは電池の充放電状態によって異なり、一般に0<v<1、0.7<w<1.0である。)あるいはスピネル型構造を有するリチウムマンガン複合酸化物などが挙げられる。リチウムと遷移金属元素とを含むリン酸化合物の具体例としては、LiFePO4 あるいはLiFe1-u Mnu PO4 (u<1)などが挙げられる。 Specific examples of the composite oxide containing lithium and a transition metal element include LiCoO 2 , LiNiO 2 , Li v Ni w Co 1-w O 2 (v and w are different depending on the charge / discharge state of the battery, and generally 0 <v <1, 0.7 <w <1.0.) Or a lithium manganese composite oxide having a spinel structure. Specific examples of the phosphate compound containing lithium and a transition metal element include LiFePO 4 or LiFe 1-u Mn u PO 4 (u <1).

セパレータ32は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン,ポリプロピレンあるいはポリエチレンなどの合成樹脂製の多孔質膜、またはセラミック製の多孔質膜により構成されており、これら2種以上の多孔質膜を積層した構造とされていてもよい。   The separator 32 is made of, for example, a porous film made of synthetic resin such as polytetrafluoroethylene, polypropylene, or polyethylene, or a porous film made of ceramic, and has a structure in which two or more kinds of porous films are laminated. May be.

セパレータ32には、液状の電解質である電解液が含浸されている。この電解液は、例えば有機溶媒などの非水溶媒と、この非水溶媒に溶解された電解質塩とを含んでいる。非水溶媒としては、例えば、炭酸プロピレン、炭酸エチレン、炭酸ビニレン、炭酸ジエチル、炭酸ジメチル、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、γーブチロラクトン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,3−ジオキソラン、4−メチル−1,3−ジオキソラン、ジエチルエーテル、スルホラン、メチルスルホラン、アセトニトリル、プロピオニトリル、アニソール、酢酸エステル、酪酸エステル、あるいはプロピオン酸エステルが挙げられる。これらは単独で使用してもよく、複数種を混合して用いてもよい。   The separator 32 is impregnated with an electrolytic solution that is a liquid electrolyte. This electrolytic solution contains, for example, a nonaqueous solvent such as an organic solvent and an electrolyte salt dissolved in the nonaqueous solvent. Examples of the non-aqueous solvent include propylene carbonate, ethylene carbonate, vinylene carbonate, diethyl carbonate, dimethyl carbonate, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, γ-butyrolactone, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1 , 3-dioxolane, 4-methyl-1,3-dioxolane, diethyl ether, sulfolane, methyl sulfolane, acetonitrile, propionitrile, anisole, acetic acid ester, butyric acid ester, or propionic acid ester. These may be used alone or in combination of two or more.

電解質塩には、例えば、LiClO4 ,LiAsF6 ,LiPF6 ,LiBF4 ,LiB(C6 5 4 ,CH3 SO3 Li,CF3 SO3 Li,LiClあるいはLiBrが用いられる。これらは1種を単独で使用してもよく、複数種を混合して用いてもよい。 For example, LiClO 4 , LiAsF 6 , LiPF 6 , LiBF 4 , LiB (C 6 H 5 ) 4 , CH 3 SO 3 Li, CF 3 SO 3 Li, LiCl, or LiBr is used as the electrolyte salt. These may be used individually by 1 type and may be used in mixture of multiple types.

この二次電池は、例えば、次のようにして製造することができる。   For example, the secondary battery can be manufactured as follows.

まず、例えば、上述したようにして負極10を作製する。また、例えば、正極活物質と、必要に応じて導電助剤および結着剤とを混合して正極合剤を調製し、この正極合剤をN−メチル−2−ピロリドンなどの分散媒に分散してペースト状の正極合剤スラリーとする。この正極合剤スラリーを正極集電体31Aに塗布し分散媒を乾燥させたのち、ロールプレス機などにより圧縮成型して正極活物質層31Bを形成し、正極31を作製する。   First, for example, the negative electrode 10 is produced as described above. In addition, for example, a positive electrode active material, and optionally a conductive additive and a binder are mixed to prepare a positive electrode mixture, and this positive electrode mixture is dispersed in a dispersion medium such as N-methyl-2-pyrrolidone. Thus, a paste-like positive electrode mixture slurry is obtained. After applying this positive electrode mixture slurry to the positive electrode current collector 31A and drying the dispersion medium, the positive electrode active material layer 31B is formed by compression molding using a roll press or the like, and the positive electrode 31 is manufactured.

続いて、正極集電体31Aに正極リード34を溶接などにより取り付けると共に、負極集電体11に負極リード35を溶接などにより取り付ける。そののち、正極31と負極10とをセパレータ32を介して積層して巻回し、正極リード34の先端部を安全弁機構25に溶接すると共に、負極リード35の先端部を電池缶21に溶接して、巻回した正極31および負極10を一対の絶縁板22,23で挟み電池缶21の内部に収納する。次いで、例えば、電解質を電池缶21の内部に注入し、セパレータ32に含浸させる。そののち、電池缶21の開口端部に電池蓋24,安全弁機構25および熱感抵抗素子26をガスケット27を介してかしめることにより固定する。これにより、図2および図3に示した二次電池が形成される。   Subsequently, the positive electrode lead 34 is attached to the positive electrode current collector 31A by welding or the like, and the negative electrode lead 35 is attached to the negative electrode current collector 11 by welding or the like. After that, the positive electrode 31 and the negative electrode 10 are laminated and wound via the separator 32, and the tip of the positive electrode lead 34 is welded to the safety valve mechanism 25 and the tip of the negative electrode lead 35 is welded to the battery can 21. The wound positive electrode 31 and negative electrode 10 are sandwiched between a pair of insulating plates 22 and 23 and housed inside the battery can 21. Next, for example, an electrolyte is injected into the battery can 21 and impregnated in the separator 32. After that, the battery lid 24, the safety valve mechanism 25, and the heat sensitive resistance element 26 are fixed to the opening end of the battery can 21 by caulking through a gasket 27. Thereby, the secondary battery shown in FIGS. 2 and 3 is formed.

この二次電池では、充電を行うと、正極活物質層31Bからリチウムイオンが放出され、セパレータ32に含浸された電解液を介して、負極活物質層12に吸蔵される。次いで、放電を行うと、負極活物質層12からリチウムイオンが放出され、セパレータ32に含浸された電解液を介して、正極活物質層31Bに吸蔵される。ここでは、負極10が、スズ,鉄および炭素を上述した割合で含む負極活物質を含有しているので、高い容量を保ちつつ、サイクル特性が改善される。また、結着剤が融点以上の温度で加熱されて溶融されているので、負極活物質の充放電に伴う膨張・収縮による電子伝導性の低下が抑制される。   In this secondary battery, when charged, lithium ions are released from the positive electrode active material layer 31 </ b> B and inserted in the negative electrode active material layer 12 through the electrolytic solution impregnated in the separator 32. Next, when discharging is performed, lithium ions are released from the negative electrode active material layer 12 and inserted in the positive electrode active material layer 31B through the electrolytic solution impregnated in the separator 32. Here, since the negative electrode 10 contains the negative electrode active material containing tin, iron and carbon in the above-described proportions, the cycle characteristics are improved while maintaining a high capacity. Further, since the binder is heated and melted at a temperature equal to or higher than the melting point, a decrease in electronic conductivity due to expansion / contraction associated with charge / discharge of the negative electrode active material is suppressed.

このように本実施の形態に係る負極10によれば、構成元素として、スズを含む負極活物質を含有するようにしたので、高容量を得ることができる。また、この負極活物質が構成元素として鉄を含み、スズと鉄との合計に対する鉄の割合を26.4質量%以上48.5質量%以下とするようにしたので、高容量を保ちつつ、サイクル特性を向上させることができる。更に、この負極活物質が構成元素として炭素を含み、その含有量を11.9質量%以上29.7質量%以下とするようにしたので、サイクル特性をより向上させることができる。加えて、融点以上の温度で加熱されて溶融されたポリフッ化ビニリデンおよびフッ化ビニリデンを成分とする共重合体からなる群のうちの少なくとも1種を含む結着剤を含有するようにしたので、充放電に伴う負極活物質の膨張・収縮による電子伝導性の低下を抑制することができる。よって、この負極10を用いた本実施の形態に係る二次電池によれば、高容量を得ることができると共に、優れたサイクル特性を得ることができる。   Thus, according to the negative electrode 10 according to the present embodiment, since the negative electrode active material containing tin is contained as a constituent element, a high capacity can be obtained. In addition, the negative electrode active material contains iron as a constituent element, and the ratio of iron to the total of tin and iron is set to 26.4% by mass or more and 48.5% by mass or less. Cycle characteristics can be improved. Furthermore, since this negative electrode active material contains carbon as a constituent element and the content thereof is set to 11.9 mass% or more and 29.7 mass% or less, cycle characteristics can be further improved. In addition, since the binder contains at least one member selected from the group consisting of polyvinylidene fluoride and a copolymer containing vinylidene fluoride as a component, heated at a temperature equal to or higher than the melting point, A decrease in electronic conductivity due to expansion / contraction of the negative electrode active material accompanying charge / discharge can be suppressed. Therefore, according to the secondary battery according to the present embodiment using this negative electrode 10, a high capacity can be obtained and an excellent cycle characteristic can be obtained.

また、本実施の形態に係る負極10および電池の製造方法によれば、構成元素として、スズと、鉄と、炭素とを少なくとも含み、炭素の含有量が11.9質量%以上29.7質量%以下であり、かつスズと鉄との合計に対する鉄の割合が26.4質量%以上48.5質量%以下である負極活物質と、ポリフッ化ビニリデンおよびフッ化ビニリデンを成分とする共重合体からなる群のうちの少なくとも1種を含む結着剤とを含有する前駆層を形成したのち、結着剤の融点以上の温度で加熱するようにしたので、本実施の形態に係る負極10および二次電池を容易に製造することができる。   Moreover, according to the manufacturing method of negative electrode 10 and the battery according to the present embodiment, at least tin, iron, and carbon are included as constituent elements, and the carbon content is 11.9% by mass or more and 29.7% by mass. %, And the ratio of iron to the total of tin and iron is 26.4% by mass or more and 48.5% by mass or less, and a copolymer comprising polyvinylidene fluoride and vinylidene fluoride as components. After forming a precursor layer containing a binder containing at least one of the group consisting of the following, it is heated at a temperature equal to or higher than the melting point of the binder. A secondary battery can be manufactured easily.

更に、負極活物質と結着剤とを、結着剤に対する膨潤度が10%以下の分散媒を用いて混合し、前駆層を形成するようにすれば、結着剤による負極活物質の被覆度を低減することができ、負極10におけるリチウムの吸蔵および放出を良好に行わせることができる。よって、サイクル特性をより向上させることができる。   Furthermore, if the negative electrode active material and the binder are mixed using a dispersion medium having a swelling degree of 10% or less with respect to the binder to form a precursor layer, the coating of the negative electrode active material with the binder is performed. It is possible to reduce the degree, and it is possible to satisfactorily occlude and release lithium in the negative electrode 10. Therefore, cycle characteristics can be further improved.

特に、水を含む分散媒を用いて前駆層を形成するようにすれば、結着剤による負極活物質の被覆度をより低減することができる。   In particular, if the precursor layer is formed using a dispersion medium containing water, the coverage of the negative electrode active material with the binder can be further reduced.

(第2の二次電池)
図4は、第2の二次電池の構成を表すものである。この二次電池は、正極リード41および負極リード42が取り付けられた巻回電極体40をフィルム状の外装部材50の内部に収容したものであり、小型化,軽量化および薄型化が可能となっている。
(Secondary secondary battery)
FIG. 4 shows the configuration of the second secondary battery. In this secondary battery, a wound electrode body 40 to which a positive electrode lead 41 and a negative electrode lead 42 are attached is accommodated in a film-like exterior member 50, and can be reduced in size, weight, and thickness. ing.

正極リード41,負極リード42は、それぞれ、外装部材50の内部から外部に向かい例えば同一方向に導出されている。正極リード41および負極リード42は、例えば、アルミニウム,銅,ニッケルあるいはステンレスなどの金属材料によりそれぞれ構成されており、それぞれ薄板状または網目状とされている。   The positive electrode lead 41 and the negative electrode lead 42 are led out from the inside of the exterior member 50 to the outside, for example, in the same direction. The positive electrode lead 41 and the negative electrode lead 42 are each made of a metal material such as aluminum, copper, nickel, or stainless steel, and each have a thin plate shape or a mesh shape.

外装部材50は、例えば、ナイロンフィルム,アルミニウム箔およびポリエチレンフィルムをこの順に貼り合わせた矩形状のアルミラミネートフィルムにより構成されている。外装部材50は、例えば、ポリエチレンフィルム側と巻回電極体40とが対向するように配設されており、各外縁部が融着あるいは接着剤により互いに密着されている。外装部材50と正極リード41および負極リード42との間には、外気の侵入を防止するための密着フィルム51が挿入されている。密着フィルム51は、正極リード41および負極リード42に対して密着性を有する材料、例えば、ポリエチレン,ポリプロピレン,変性ポリエチレンあるいは変性ポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂により構成されている。   The exterior member 50 is made of, for example, a rectangular aluminum laminated film in which a nylon film, an aluminum foil, and a polyethylene film are bonded together in this order. The exterior member 50 is disposed, for example, so that the polyethylene film side and the wound electrode body 40 face each other, and the outer edge portions are in close contact with each other by fusion or an adhesive. An adhesive film 51 for preventing the entry of outside air is inserted between the exterior member 50 and the positive electrode lead 41 and the negative electrode lead 42. The adhesion film 51 is made of a material having adhesion to the positive electrode lead 41 and the negative electrode lead 42, for example, a polyolefin resin such as polyethylene, polypropylene, modified polyethylene, or modified polypropylene.

なお、外装部材50は、上述したアルミラミネートフィルムに代えて、他の構造を有するラミネートフィルム,ポリプロピレンなどの高分子フィルムあるいは金属フィルムにより構成するようにしてもよい。   The exterior member 50 may be made of a laminated film having another structure, a polymer film such as polypropylene, or a metal film instead of the above-described aluminum laminated film.

図5は、図4に示した巻回電極体40のI−I線に沿った断面構造を表すものである。巻回電極体40は、正極43と負極10とをセパレータ44および電解質層45を介して積層し、巻回したものであり、最外周部は保護テープ46により保護されている。   FIG. 5 shows a cross-sectional structure taken along line II of the spirally wound electrode body 40 shown in FIG. The wound electrode body 40 is formed by laminating the positive electrode 43 and the negative electrode 10 via the separator 44 and the electrolyte layer 45 and winding them, and the outermost peripheral portion is protected by a protective tape 46.

正極43は、正極集電体43Aの片面あるいは両面に正極活物質層43Bが設けられた構造を有している。負極10は、負極集電体11の片面あるいは両面に負極活物質層12が設けられた構造を有しており、負極活物質層12の側が正極活物質層43Bと対向するように配置されている。正極集電体43A,正極活物質層43B,およびセパレータ44の構成は、それぞれ上述した正極集電体31A,正極活物質層31B,およびセパレータ32と同様である。   The positive electrode 43 has a structure in which a positive electrode active material layer 43B is provided on one or both surfaces of the positive electrode current collector 43A. The negative electrode 10 has a structure in which a negative electrode active material layer 12 is provided on one side or both sides of a negative electrode current collector 11, and the negative electrode active material layer 12 side is disposed so as to face the positive electrode active material layer 43B. Yes. The configurations of the positive electrode current collector 43A, the positive electrode active material layer 43B, and the separator 44 are the same as those of the positive electrode current collector 31A, the positive electrode active material layer 31B, and the separator 32 described above.

電解質層45は、電解液と、この電解液を保持する保持体となる高分子化合物とを含み、いわゆるゲル状となっている。ゲル状の電解質層45は高いイオン伝導率を得ることができると共に、電池の漏液を防止することができるので好ましい。電解液(すなわち溶媒および電解質塩)の構成は、図2に示した円筒型の二次電池と同様である。高分子化合物としては、例えばポリフッ化ビニリデンあるいはフッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとの共重合体などのフッ素系高分子化合物、ポリエチレンオキサイドあるいはポリエチレンオキサイドを含む架橋体などのエーテル系高分子化合物、またはポリアクリロニトリルなどが挙げられる。特に、酸化還元安定性の観点からは、フッ素系高分子化合物が望ましい。   The electrolyte layer 45 includes an electrolytic solution and a polymer compound serving as a holding body that holds the electrolytic solution, and has a so-called gel shape. The gel electrolyte layer 45 is preferable because high ion conductivity can be obtained and battery leakage can be prevented. The configuration of the electrolytic solution (that is, the solvent and the electrolyte salt) is the same as that of the cylindrical secondary battery shown in FIG. Examples of the polymer compound include a fluorine-based polymer compound such as polyvinylidene fluoride or a copolymer of vinylidene fluoride and hexafluoropropylene, an ether-based polymer compound such as polyethylene oxide or a crosslinked product containing polyethylene oxide, Examples include acrylonitrile. In particular, from the viewpoint of redox stability, a fluorine-based polymer compound is desirable.

この二次電池は、例えば、次のようにして製造することができる。   For example, the secondary battery can be manufactured as follows.

まず、正極43および負極10のそれぞれに、電解液と、高分子化合物と、混合溶剤とを含む前駆溶液を塗布し、混合溶剤を揮発させて電解質層45を形成する。そののち、正極集電体43Aの端部に正極リード41を溶接により取り付けると共に、負極集電体11の端部に負極リード42を溶接により取り付ける。次いで、電解質層45が形成された正極43と負極10とをセパレータ44を介して積層し積層体としたのち、この積層体をその長手方向に巻回して、最外周部に保護テープ46を接着して巻回電極体40を形成する。最後に、例えば、外装部材50の間に巻回電極体40を挟み込み、外装部材50の外縁部同士を熱融着などにより密着させて封入する。その際、正極リード41および負極リード42と外装部材50との間には密着フィルム51を挿入する。これにより、図4および図5に示した二次電池が完成する。   First, a precursor solution containing an electrolytic solution, a polymer compound, and a mixed solvent is applied to each of the positive electrode 43 and the negative electrode 10, and the mixed solvent is volatilized to form the electrolyte layer 45. After that, the positive electrode lead 41 is attached to the end of the positive electrode current collector 43A by welding, and the negative electrode lead 42 is attached to the end of the negative electrode current collector 11 by welding. Next, the positive electrode 43 and the negative electrode 10 on which the electrolyte layer 45 is formed are laminated through a separator 44 to form a laminated body, and then the laminated body is wound in the longitudinal direction, and the protective tape 46 is adhered to the outermost peripheral portion. Thus, the wound electrode body 40 is formed. Finally, for example, the wound electrode body 40 is sandwiched between the exterior members 50, and the outer edges of the exterior members 50 are sealed and sealed by thermal fusion or the like. At that time, the adhesive film 51 is inserted between the positive electrode lead 41 and the negative electrode lead 42 and the exterior member 50. Thereby, the secondary battery shown in FIGS. 4 and 5 is completed.

また、この二次電池は、次のようにして作製してもよい。まず、上述したようにして正極43および負極10を作製し、正極43および負極10に正極リード41および負極リード42を取り付けたのち、正極43と負極10とをセパレータ44を介して積層して巻回し、最外周部に保護テープ46を接着して、巻回電極体40の前駆体である巻回体を形成する。次いで、この巻回体を外装部材50で挟み、一辺を除く外周縁部を熱融着して袋状とし、外装部材50の内部に収納する。続いて、電解液と、高分子化合物の原料であるモノマーと、必要に応じて重合開始剤および重合禁止剤などの他の材料とを含む電解質用組成物とを用意し、外装部材50の内部に注入する。   Further, this secondary battery may be manufactured as follows. First, the positive electrode 43 and the negative electrode 10 are prepared as described above, and after the positive electrode lead 41 and the negative electrode lead 42 are attached to the positive electrode 43 and the negative electrode 10, the positive electrode 43 and the negative electrode 10 are stacked via the separator 44 and wound. Then, the protective tape 46 is adhered to the outermost peripheral portion to form a wound body that is a precursor of the wound electrode body 40. Next, the wound body is sandwiched between the exterior members 50, and the outer peripheral edge portion excluding one side is heat-sealed to form a bag shape and stored in the interior of the exterior member 50. Subsequently, an electrolyte composition containing an electrolytic solution, a monomer that is a raw material of the polymer compound, and other materials such as a polymerization initiator and a polymerization inhibitor as necessary is prepared, and the interior of the exterior member 50 is prepared. Inject.

電解質用組成物を注入したのち、外装部材50の開口部を真空雰囲気下で熱融着して密封する。次いで、必要に応じて熱を加えてモノマーを重合させて高分子化合物とすることによりゲル状の電解質層45を形成し、図4に示した二次電池を組み立てる。   After injecting the electrolyte composition, the opening of the exterior member 50 is heat-sealed in a vacuum atmosphere and sealed. Next, if necessary, heat is applied to polymerize the monomer to form a polymer compound, thereby forming the gel electrolyte layer 45, and assembling the secondary battery shown in FIG.

この二次電池は、第1の二次電池と同様に作用し、同様の効果を得ることができる。   This secondary battery operates in the same manner as the first secondary battery, and can obtain the same effect.

更に、本発明の具体的な実施例について詳細に説明する。   Further, specific embodiments of the present invention will be described in detail.

(実施例1−1)
まず、負極活物質を作製した。原料として鉄粉末と、スズ粉末と、グラファイト粉末とを用意し、鉄粉末とスズ粉末とを合金化して鉄・スズ合金粉末を作製したのち、この合金粉末にグラファイト粉末を加えて乾式混合した。その際、原料比は、質量比で、鉄粉末:スズ粉末:グラファイト粉末=25.6:54.4:20とした。続いて、この混合物20gを直径9mmの鋼玉約400gと共に、伊藤製作所製の遊星ボールミルの反応容器中にセットした。次いで、反応容器中をアルゴン雰囲気に置換し、毎分250回転の回転速度による10分間の運転と、10分間の休止とを運転時間の合計が30時間になるまで繰り返した。そののち、反応容器を室温まで冷却して合成された負極活物質粉末を取り出し、200メッシュのふるいを通して粗粉を取り除いた。
(Example 1-1)
First, a negative electrode active material was prepared. Iron powder, tin powder, and graphite powder were prepared as raw materials, and iron powder and tin powder were alloyed to produce an iron / tin alloy powder. Then, graphite powder was added to the alloy powder and dry mixed. At that time, the raw material ratio was mass ratio of iron powder: tin powder: graphite powder = 25.6: 54.4: 20. Subsequently, 20 g of this mixture was set together with about 400 g of steel balls having a diameter of 9 mm in a reaction vessel of a planetary ball mill manufactured by Ito Seisakusho. Next, the inside of the reaction vessel was replaced with an argon atmosphere, and a 10-minute operation at a rotation speed of 250 revolutions per minute and a 10-minute pause were repeated until the total operation time reached 30 hours. Thereafter, the reaction vessel was cooled to room temperature, the synthesized negative electrode active material powder was taken out, and the coarse powder was removed through a 200-mesh sieve.

得られた負極活物質について組成の分析を行った。炭素の含有量は、炭素・硫黄分析装置により測定し、鉄およびスズの含有量は、ICP(Inductively Coupled Plasma:誘導結合プラズマ)発光分析により測定した。その結果、鉄の含有量は25.8質量%、スズの含有量は54.0質量%、炭素の含有量は19.8質量%であった。また、この負極活物質についてXPSを行ったところ、ピークP1が得られた。ピークP1を解析すると、表面汚染炭素のピークP2と、ピークP2よりも低エネルギー側に負極活物質中におけるC1sのピークP3とが得られた。このピークP3は、284.5eVよりも低い領域に得られた。すなわち、負極活物質中の炭素が他の元素と結合していることが確認された。   The composition of the obtained negative electrode active material was analyzed. The carbon content was measured by a carbon / sulfur analyzer, and the iron and tin contents were measured by ICP (Inductively Coupled Plasma) emission analysis. As a result, the iron content was 25.8 mass%, the tin content was 54.0 mass%, and the carbon content was 19.8 mass%. Further, when XPS was performed on this negative electrode active material, a peak P1 was obtained. When the peak P1 was analyzed, a peak P2 of surface contamination carbon and a peak P3 of C1s in the negative electrode active material on the lower energy side than the peak P2 were obtained. This peak P3 was obtained in a region lower than 284.5 eV. That is, it was confirmed that carbon in the negative electrode active material was bonded to other elements.

この負極活物質70質量部と、他の負極活物質であり導電助剤でもある人造黒鉛20質量部と、導電助剤であるカーボンブラック2質量部と、結着剤として平均粒子径が1μm, 融点170℃の特性を示すポリフッ化ビニリデン6質量部と、増粘剤としてカルボキシメチルセルロースのナトリウム塩2質量部とを秤量し、分散媒を用いてプラネタリーミキサーにより混合し、負極合剤スラリーを調製した。分散媒は、結着剤に対する膨潤度が0%である純水とした。   70 parts by mass of this negative electrode active material, 20 parts by mass of artificial graphite, which is another negative electrode active material and also a conductive auxiliary, 2 parts by mass of carbon black as a conductive auxiliary, and an average particle diameter of 1 μm as a binder, 6 parts by mass of polyvinylidene fluoride having a melting point of 170 ° C. and 2 parts by mass of sodium salt of carboxymethyl cellulose as a thickener are weighed and mixed with a planetary mixer using a dispersion medium to prepare a negative electrode mixture slurry. did. The dispersion medium was pure water having a swelling degree of 0% with respect to the binder.

続いて、この負極合剤スラリーを帯状の銅箔よりなる負極集電体11の上に塗布し、乾燥させたのちロールプレス機で圧縮成型して前駆層を形成した。次いで、この前駆層を真空雰囲気中において200℃で2時間熱処理を行うことにより結着剤を溶融して負極活物質層12を形成し、負極10を作製した。そののち、負極集電体11の一端にニッケル製の負極リード35を取り付けた。   Subsequently, this negative electrode mixture slurry was applied onto the negative electrode current collector 11 made of a strip-shaped copper foil, dried, and then compression molded with a roll press to form a precursor layer. Next, the precursor layer was heat-treated at 200 ° C. for 2 hours in a vacuum atmosphere to melt the binder to form the negative electrode active material layer 12, thereby preparing the negative electrode 10. After that, a negative electrode lead 35 made of nickel was attached to one end of the negative electrode current collector 11.

また、炭酸リチウム(Li2 CO3 )と炭酸コバルト(CoCO3 )とを0.5:1のモル比で混合し、空気中において900℃で5時間焼成してリチウム・コバルト複合酸化物(LiCoO2 )を得た。このLiCoO2 91質量部と、導電助剤としてグラファイト6質量部と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン3質量部とを混合し、分散媒としてN−メチル−2−ピロリドンに分散させて正極合剤スラリーとした。そののち、この正極合剤スラリーを帯状のアルミニウム箔よりなる正極集電体31Aの両面に均一に塗布して乾燥させ、圧縮成型して正極活物質層31Bを形成し正極31を作製した。そののち、正極集電体31Aの一端にアルミニウム製の正極リード34を取り付けた。 Further, lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) and cobalt carbonate (CoCO 3 ) are mixed at a molar ratio of 0.5: 1, and calcined in air at 900 ° C. for 5 hours to obtain a lithium / cobalt composite oxide (LiCoO). 2 ) got. 91 parts by mass of LiCoO 2, 6 parts by mass of graphite as a conductive additive, and 3 parts by mass of polyvinylidene fluoride as a binder are mixed and dispersed in N-methyl-2-pyrrolidone as a dispersion medium to form a positive electrode mixture A slurry was obtained. After that, this positive electrode mixture slurry was uniformly applied to both surfaces of a positive electrode current collector 31A made of a strip-shaped aluminum foil, dried, and compression molded to form a positive electrode active material layer 31B to produce a positive electrode 31. After that, the positive electrode lead 34 made of aluminum was attached to one end of the positive electrode current collector 31A.

正極31および負極10をそれぞれ作製したのち、厚み25μmの微孔性ポリプロピレンフィルムからなるセパレータ32を用意し、負極10,セパレータ32,正極31,セパレータ32の順に積層してこの積層体を渦巻状に多数回巻回して巻回電極体30を作製した。   After each of the positive electrode 31 and the negative electrode 10 is prepared, a separator 32 made of a microporous polypropylene film having a thickness of 25 μm is prepared, and the negative electrode 10, the separator 32, the positive electrode 31, and the separator 32 are stacked in this order to form a spiral structure. A wound electrode body 30 was produced by winding a number of times.

巻回電極体30を作製したのち、巻回電極体30を一対の絶縁板22,23で挟み、負極リード35を電池缶21に溶接すると共に、正極リード34を安全弁機構25に溶接して、巻回電極体30をニッケルめっきした鉄製の電池缶21の内部に収納した。そののち、電池缶21の内部に電解液を減圧方式により注入した。電解液には、炭酸エチレンと炭酸ジメチルとを1:1の体積比で混合した溶媒に、電解質塩としてLiPF6 を1mol/lとなるように溶解させたものを用いた。 After producing the wound electrode body 30, the wound electrode body 30 is sandwiched between the pair of insulating plates 22 and 23, the negative electrode lead 35 is welded to the battery can 21, and the positive electrode lead 34 is welded to the safety valve mechanism 25. The wound electrode body 30 was housed inside a nickel-plated iron battery can 21. After that, the electrolytic solution was injected into the battery can 21 by a reduced pressure method. As the electrolytic solution, a solution obtained by dissolving LiPF 6 as an electrolyte salt to 1 mol / l in a solvent in which ethylene carbonate and dimethyl carbonate were mixed at a volume ratio of 1: 1 was used.

電池缶21の内部に電解液を注入したのち、表面にアスファルトを塗布したガスケット27を介して電池蓋24を電池缶21にかしめることにより図2に示した円筒型の二次電池を得た。   After injecting the electrolyte into the battery can 21, the battery lid 24 was caulked to the battery can 21 via a gasket 27 having asphalt coated on the surface, thereby obtaining the cylindrical secondary battery shown in FIG. .

実施例1−1に対する比較例1−1として、前駆層の熱処理を行なわずに負極10を作製したことを除き、他は実施例1−1と同様にして二次電池を作製した。   As Comparative Example 1-1 with respect to Example 1-1, a secondary battery was fabricated in the same manner as in Example 1-1 except that the negative electrode 10 was fabricated without performing the heat treatment of the precursor layer.

比較例1−2として、グラファイト粉末を用いなかったことを除き、他は実施例1−1と同様にして負極活物質を合成し、二次電池を作製した。鉄粉末とスズ粉末との原料比は、質量比で、鉄粉末:スズ粉末=32.0:68.0とした。また、負極活物質について、実施例1−1と同様にして組成の分析を行ったところ、鉄の含有量は32.3質量%、スズの含有量は67.5質量%であった。更に、XPSを行ったところ、ピークP4が得られ、これを解析したところ、表面汚染炭素のピークP2のみが得られた。加えて、比較例1−3として、前駆層の熱処理を行なわず負極10を作製したことを除き、他は比較例1−2と同様にして二次電池を作製した。   As Comparative Example 1-2, a negative electrode active material was synthesized in the same manner as in Example 1-1 except that no graphite powder was used, and a secondary battery was produced. The raw material ratio of the iron powder and the tin powder was mass ratio, and iron powder: tin powder = 32.0: 68.0. Further, when the composition of the negative electrode active material was analyzed in the same manner as in Example 1-1, the iron content was 32.3 mass% and the tin content was 67.5 mass%. Furthermore, when XPS was performed, a peak P4 was obtained, and when this was analyzed, only a peak P2 of surface contamination carbon was obtained. In addition, as Comparative Example 1-3, a secondary battery was fabricated in the same manner as Comparative Example 1-2, except that the negative electrode 10 was fabricated without performing heat treatment of the precursor layer.

比較例1−4として、鉄とスズと炭素とを含む負極活物質に代えて、人造黒鉛を用いて負極10を作製したことを除き、すなわち、人造黒鉛を合計で90質量部として負極を作製したことを除き、他は実施例1−1と同様にして二次電池を作製した。また、比較例1−5として、前駆層の熱処理を行なわず負極10を作製したことを除き、他は比較例1−4と同様にして二次電池を作製した。   As Comparative Example 1-4, in place of the negative electrode active material containing iron, tin, and carbon, except that the negative electrode 10 was produced using artificial graphite, that is, the negative electrode was produced with a total of 90 parts by mass of artificial graphite. Except for the above, a secondary battery was fabricated in the same manner as in Example 1-1. Further, as Comparative Example 1-5, a secondary battery was fabricated in the same manner as Comparative Example 1-4 except that the negative electrode 10 was fabricated without performing the heat treatment of the precursor layer.

得られた実施例1−1および比較例1−1〜1−5の二次電池について充放電試験を行い、容量、充放電効率、およびサイクル特性をそれぞれ求めた。その際、充電は、23℃で0.5Cの定電流充電を上限4.2Vまで行った後、4.2Vで4時間にわたり定電圧充電を行い、放電は、0.5Cの定電流放電を終止電圧2.5Vまで行った。容量は、1サイクル目の放電容量について実施例1−1の値を100とした場合の相対値で求めた。また、充放電効率は、1サイクル目の充電量に対する放電量の割合から求めた。更に、サイクル特性は、上述した条件で100サイクル充放電を行い、1サイクル目の放電容量に対する100サイクル目の放電容量の維持率から求めた。それらの結果を表1に示す。なお、負極活物質の各構成元素の前に記載した数値は、各構成元素の含有量を質量比で表したものである。また、0.5Cは、理論容量を2時間で放出できる電流値である。   The charge / discharge test was done about the obtained secondary battery of Example 1-1 and Comparative Examples 1-1 to 1-5, and capacity | capacitance, charging / discharging efficiency, and cycling characteristics were calculated | required, respectively. At that time, charging was performed at a constant current of 0.5 C at 23 ° C. up to an upper limit of 4.2 V, followed by constant voltage charging at 4.2 V for 4 hours, and discharging was performed at a constant current of 0.5 C. The final voltage was 2.5V. The capacity was obtained as a relative value when the value of Example 1-1 was set to 100 for the discharge capacity at the first cycle. Moreover, the charge / discharge efficiency was calculated | required from the ratio of the discharge amount with respect to the charge amount of the 1st cycle. Furthermore, the cycle characteristics were obtained from the maintenance rate of the discharge capacity at the 100th cycle relative to the discharge capacity at the 1st cycle after 100 cycles of charge / discharge under the conditions described above. The results are shown in Table 1. In addition, the numerical value described before each structural element of a negative electrode active material represents content of each structural element by mass ratio. Further, 0.5 C is a current value at which the theoretical capacity can be discharged in 2 hours.

Figure 2007128847
Figure 2007128847

表1から分かるように、スズと鉄と炭素とを含有し、炭素の含有量が11.9質量%以上29.7質量%以下で、かつスズと鉄との合計に対する鉄の割合が26.4質量%以上48.5質量%以下である負極活物質を用いた実施例1−1によれば、炭素を含有しない負極活物質を用いた比較例1−2、あるいは他の負極活物質を用いた比較例1−4よりも高い放電容量維持率が得られた。また、結着剤を溶融させることによる放電容量維持率の改善効果は、炭素を含有しない負極活物質を用いた比較例1−2,1−3、あるいは他の負極活物質を用いた比較例1−4,1−5では、ほとんど見られなかったのに対して、実施例1−1,比較例1−1では、著しく高かった。   As can be seen from Table 1, tin, iron and carbon are contained, the carbon content is 11.9 mass% to 29.7 mass%, and the ratio of iron to the total of tin and iron is 26. According to Example 1-1 using a negative electrode active material that is 4% by mass or more and 48.5% by mass or less, Comparative Example 1-2 using a negative electrode active material not containing carbon, or other negative electrode active material A higher discharge capacity retention rate was obtained than in Comparative Example 1-4 used. Moreover, the improvement effect of the discharge capacity maintenance rate by melting a binder is the comparative example 1-2, 1-3 using the negative electrode active material which does not contain carbon, or the comparative example using another negative electrode active material. In 1-4 and 1-5, it was hardly observed, whereas in Example 1-1 and Comparative Example 1-1, it was remarkably high.

すなわち、スズと、鉄と、炭素とを含有し、炭素の含有量が11.9質量%以上29.7質量%以下であり、かつスズと鉄との合計に対する鉄の割合が26.4質量%以上48.5質量%以下である負極活物質を用い、結着剤を融点以上の温度で加熱して溶融するようにすれば、サイクル特性を向上させることができることが分かった。   That is, it contains tin, iron, and carbon, the carbon content is 11.9 mass% or more and 29.7 mass% or less, and the ratio of iron to the total of tin and iron is 26.4 mass%. It was found that the cycle characteristics can be improved by using a negative electrode active material that is not less than 4% and not more than 48.5% by mass and heating the binder at a temperature equal to or higher than the melting point.

(実施例2−1,2−2)
負極合剤スラリーの分散媒に結着剤に対する膨潤度が8.1%であるメチルイソブチルケトン、または10%よりも大きいN−メチル−2−ピロリドンを用いたことを除き、他は実施例1−1と同様にして負極10を作製し、二次電池を作製した。なお、分散媒としてのN−メチル−2−ピロリドンに対して結着剤としてのポリフッ化ビニリデンはよく溶解し、N−メチル−2−ピロリドンのポリフッ化ビニリデンに対する膨潤度はほぼ無限大である。
(Examples 2-1 and 2-2)
Example 1 except that methyl isobutyl ketone having a swelling degree with respect to the binder of 8.1% or N-methyl-2-pyrrolidone greater than 10% was used as the dispersion medium of the negative electrode mixture slurry. The negative electrode 10 was produced in the same manner as in -1, and a secondary battery was produced. Note that polyvinylidene fluoride as a binder is well dissolved in N-methyl-2-pyrrolidone as a dispersion medium, and the degree of swelling of N-methyl-2-pyrrolidone with respect to polyvinylidene fluoride is almost infinite.

実施例2−2に対する比較例2−1として、加熱処理を行わずに負極を製造したことを除き、他は実施例2−2と同様にして二次電池を作製した。   As Comparative Example 2-1 with respect to Example 2-2, a secondary battery was fabricated in the same manner as in Example 2-2, except that the negative electrode was manufactured without performing heat treatment.

得られた実施例2−1,2−2および比較例2−1について、実施例1−1と同様にして容量, 充放電効率およびサイクル特性を測定した。それらの結果を表2に示す。なお、放電容量は、実施例1−1の値を100とした場合の相対値で求めた。   For the obtained Examples 2-1 and 2-2 and Comparative Example 2-1, the capacity, charge and discharge efficiency, and cycle characteristics were measured in the same manner as in Example 1-1. The results are shown in Table 2. In addition, the discharge capacity was calculated | required by the relative value when the value of Example 1-1 is set to 100.

Figure 2007128847
Figure 2007128847

表2から分かるように、実施例1−1と同様の結果が得られた。また、結着剤に対する膨潤度が8.1%である分散媒を用いた実施例2−1、更には、0%である純水を用いた実施例1−1では、10%超であるN−メチルー2−ピロリドンを用いた実施例2−2よりも、放電容量, 充放電効率および放電容量維持率について共に高い値が得られた。   As can be seen from Table 2, the same results as in Example 1-1 were obtained. Moreover, in Example 2-1 using the dispersion medium whose swelling degree with respect to the binder is 8.1%, and further in Example 1-1 using pure water being 0%, it is over 10%. Higher values were obtained for the discharge capacity, the charge / discharge efficiency, and the discharge capacity retention rate than in Example 2-2 using N-methyl-2-pyrrolidone.

すなわち、他の分散媒を用いても、結着剤を融点以上の温度で加熱して溶融するようにすれば、サイクル特性などを向上させることができることが分かった。また、結着剤に対する膨潤度が10%以下である分散媒を用いて負極10を製造するようにすれば、サイクル特性などを更に向上させることができることが分かった。   That is, it has been found that even when other dispersion medium is used, cycle characteristics and the like can be improved if the binder is melted by heating at a temperature equal to or higher than the melting point. It was also found that cycle characteristics and the like can be further improved if the negative electrode 10 is manufactured using a dispersion medium having a swelling degree with respect to the binder of 10% or less.

(実施例3−1〜3−4)
結着剤として、ポリフッ化ビニリデンに代えて、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、フッ化ビニリデン−テトラフルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン−クロロトリフルオロエチレン共重合体、またはフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン共重合体を用いたことを除き、他は実施例1−1と同様にして負極10を作製し、二次電池を作製した。なお、分散媒としての純水は、これらの結着剤に対する膨潤度が0%である。
(Examples 3-1 to 3-4)
As a binder, instead of polyvinylidene fluoride, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene copolymer, vinylidene fluoride-chlorotrifluoroethylene copolymer, or vinylidene fluoride A negative electrode 10 was produced in the same manner as in Example 1-1 except that a hexafluoropropylene-tetrafluoroethylene copolymer was used, and a secondary battery was produced. Note that pure water as a dispersion medium has a swelling degree of 0% with respect to these binders.

得られた実施例3−1〜3−4の二次電池についても、実施例1−1と同様にして、容量、充放電効率、およびサイクル特性をそれぞれ求めた。それらの結果を表3に示す。なお、放電容量は、実施例1−1の値を100とした場合の相対値で求めた。   For the obtained secondary batteries of Examples 3-1 to 3-4, the capacity, the charge and discharge efficiency, and the cycle characteristics were determined in the same manner as in Example 1-1. The results are shown in Table 3. In addition, the discharge capacity was calculated | required by the relative value when the value of Example 1-1 is set to 100.

Figure 2007128847
Figure 2007128847

表3から分かるように、実施例1−1と同等の結果が得られた。すなわち、結着剤としてフッ化ビニリデンを成分として有する共重合体を用いても、サイクル特性などを向上させることができることが分かった。   As can be seen from Table 3, a result equivalent to that of Example 1-1 was obtained. That is, it was found that cycle characteristics and the like can be improved even when a copolymer having vinylidene fluoride as a component is used as a binder.

(実施例4−1〜4−3)
結着剤としてのポリフッ化ビニリデンの平均粒径を変化させたことを除き、他は実施例1−1と同様にして負極10を作製し、二次電池を作製した。ポリフッ化ビニリデンの平均粒径は、実施例4−1では10μmとし、実施例4−2では20μmとし、実施例4−3では30μmとした。
(Examples 4-1 to 4-3)
A negative electrode 10 was produced in the same manner as in Example 1-1 except that the average particle size of polyvinylidene fluoride as a binder was changed, and a secondary battery was produced. The average particle size of polyvinylidene fluoride was 10 μm in Example 4-1, 20 μm in Example 4-2, and 30 μm in Example 4-3.

得られた実施例4−1〜4−3の二次電池についても、実施例1−1と同様にして、容量、充放電効率、およびサイクル特性をそれぞれ求めた。それらの結果を表4に示す。なお、放電容量は、実施例1−1の値を100とした場合の相対値で求めた。   For the obtained secondary batteries of Examples 4-1 to 4-3, the capacity, the charge and discharge efficiency, and the cycle characteristics were determined in the same manner as in Example 1-1. The results are shown in Table 4. In addition, the discharge capacity was calculated | required by the relative value when the value of Example 1-1 is set to 100.

Figure 2007128847
Figure 2007128847

表4から分かるように、結着剤の平均粒子径が小さくなるに伴い、放電容量、充放電効率および放電容量維持率は、上昇する傾向が観られた。すなわち、結着剤の平均粒子径を30μm以下とするようにすれば好ましく、1μm以下とすればより好ましいことが分かった。   As can be seen from Table 4, the discharge capacity, the charge / discharge efficiency, and the discharge capacity retention rate tended to increase as the average particle size of the binder decreased. That is, it was found that the average particle diameter of the binder was preferably 30 μm or less, and more preferably 1 μm or less.

(実施例5−1〜5−5)
前駆層の熱処理条件、すなわち結着剤を溶融する際の熱処理条件を変化させたことを除き、他は実施例1−1と同様にして二次電池を作製した。具体的には、熱処理は、実施例5−1では、真空中200℃で10分間行い、実施例5−2では、アルゴン雰囲気中200℃で2時間行い、実施例5−3では、窒素雰囲気中200℃で2時間行い、実施例5−4では、真空中180℃で2時間行い、実施例5−5では、大気中200℃で2時間行った。
(Examples 5-1 to 5-5)
A secondary battery was fabricated in the same manner as in Example 1-1 except that the heat treatment conditions for the precursor layer, that is, the heat treatment conditions for melting the binder were changed. Specifically, the heat treatment is performed in vacuum at 200 ° C. for 10 minutes in Example 5-1, in Example 5-2, at 200 ° C. for 2 hours in an argon atmosphere, and in Example 5-3, the nitrogen atmosphere. It was performed at 200 ° C. for 2 hours, in Example 5-4, it was performed in vacuum at 180 ° C. for 2 hours, and in Example 5-5, it was performed in air at 200 ° C. for 2 hours.

実施例5−1〜5−5に対する比較例5−1として、前駆層の熱処理を、真空中160℃で2時間行ったことを除き、すなわち、結着剤を溶融しなかったことを除き、他は実施例5−1〜5−5と同様にして二次電池を作製した。   As Comparative Example 5-1 with respect to Examples 5-1 to 5-5, except that the heat treatment of the precursor layer was performed in a vacuum at 160 ° C. for 2 hours, that is, the binder was not melted, Others were fabricated in the same manner as in Examples 5-1 to 5-5.

得られた実施例5−1〜5−5および比較例5−1の二次電池についても、実施例1−1と同様にして、容量、充放電効率、およびサイクル特性をそれぞれ求めた。それらの結果を表5に示す。なお、放電容量は、実施例1−1の値を100とした場合の相対値で求めた。   For the obtained secondary batteries of Examples 5-1 to 5-5 and Comparative Example 5-1, the capacity, charge / discharge efficiency, and cycle characteristics were determined in the same manner as in Example 1-1. The results are shown in Table 5. In addition, the discharge capacity was calculated | required by the relative value when the value of Example 1-1 is set to 100.

Figure 2007128847
Figure 2007128847

表5から分かるように、結着剤であるポリフッ化ビニリデンの融点よりも高い温度で熱処理を行い、結着剤を溶融させた実施例5−1〜5−5によれば、融点以下の温度で熱処理をして結着剤を溶融させなかった比較例5−1よりも放電容量維持率について、高い値が得られた。また、熱処理時間を10分間とした実施例5−1によれば、熱処理時間を2時間とした実施例1−1と同様に放電容量維持率について高い値が得られた。更に、熱処理を真空中,アルゴン雰囲気中あるいは窒素雰囲気中で行った実施例1−1,5−2,5−3によれば、大気中で行った実施例5−5よりも、放電容量維持率は高かった。これは、大気中に含まれる酸素により負極活物質の一部が酸化されたためであると考えられる。   As can be seen from Table 5, according to Examples 5-1 to 5-5 in which the heat treatment was performed at a temperature higher than the melting point of polyvinylidene fluoride as the binder, and the binder was melted, the temperature below the melting point A higher value was obtained for the discharge capacity retention rate than in Comparative Example 5-1, in which the binder was not melted by heat treatment. Further, according to Example 5-1 in which the heat treatment time was 10 minutes, a high value was obtained for the discharge capacity retention rate, as in Example 1-1 in which the heat treatment time was 2 hours. Furthermore, according to Examples 1-1, 5-2, and 5-3 in which the heat treatment was performed in a vacuum, an argon atmosphere, or a nitrogen atmosphere, the discharge capacity was maintained as compared with Examples 5-5 that were performed in the air. The rate was high. This is presumably because part of the negative electrode active material was oxidized by oxygen contained in the atmosphere.

すなわち、熱処理を結着剤の融点よりも高い温度で行い、結着剤を溶融するようにすれば、熱処理の際の雰囲気、あるいは処理時間によらずサイクル特性を向上させることができることが分かった。   That is, it was found that if the heat treatment is performed at a temperature higher than the melting point of the binder and the binder is melted, the cycle characteristics can be improved regardless of the atmosphere during the heat treatment or the treatment time. .

(実施例6−1〜6−9)
鉄とスズとグラファイトとの原料比を表6に示したように変化させて負極活物質を合成したことを除き、他は実施例1−1と同様にして二次電池を作製した。具体的には、原料比におけるスズと鉄との合計に対する鉄の割合(以下、Fe/(Sn+Fe) 比という)を32質量%で一定とし、炭素の原料比を12.0質量%,14.0質量%,16.0質量%,18.0質量%,22.0質量%,24.0質量%,26.0質量%,28.0質量%,30.0質量%とした。
(Examples 6-1 to 6-9)
A secondary battery was fabricated in the same manner as in Example 1-1 except that the negative electrode active material was synthesized by changing the raw material ratio of iron, tin, and graphite as shown in Table 6. Specifically, the ratio of iron to the total of tin and iron in the raw material ratio (hereinafter referred to as Fe / (Sn + Fe) ratio) is constant at 32% by mass, and the carbon raw material ratio is 12.0% by mass, 14.0 mass%, 16.0 mass%, 18.0 mass%, 22.0 mass%, 24.0 mass%, 26.0 mass%, 28.0 mass%, and 30.0 mass% were set.

Figure 2007128847
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得られた実施例6−1〜6−9の負極活物質について、実施例1−1と同様にして組成の分析を行った。それらの結果を表6に示す。また、XPSを行ったところ、実施例6−1〜6−9では、ピークP1が得られた。ピークP1を解析したところ、実施例1−1と同様に表面汚染炭素のピークP2と、負極活物質中におけるC1sのピークP3とが得られ、ピークP3は、いずれについても284.5eVよりも低い領域に得られた。すなわち、負極活物質に含まれる炭素の少なくとも一部は、他の元素と結合していることが確認された。更に、二次電池についても、実施例1−1と同様にして、容量およびサイクル特性を調べた。それらの結果を表6に示す。なお、放電容量は、実施例1−1の値を100とした場合の相対値で求めた。   The composition of the obtained negative electrode active materials of Examples 6-1 to 6-9 was analyzed in the same manner as in Example 1-1. The results are shown in Table 6. Moreover, when XPS was performed, the peak P1 was obtained in Examples 6-1 to 6-9. When the peak P1 was analyzed, the surface contamination carbon peak P2 and the C1s peak P3 in the negative electrode active material were obtained in the same manner as in Example 1-1, and the peak P3 was lower than 284.5 eV in both cases. Obtained in the area. That is, it was confirmed that at least a part of carbon contained in the negative electrode active material was bonded to other elements. Furthermore, the capacity and cycle characteristics of the secondary battery were examined in the same manner as in Example 1-1. The results are shown in Table 6. In addition, the discharge capacity was calculated | required by the relative value when the value of Example 1-1 is set to 100.

表6から分かるように、実施例1−1と同様の結果が得られた。すなわち、負極活物質における炭素の含有量を11.9質量%以上29.7質量%とすれば、容量およびサイクル特性を向上させることができることができることが分かった。   As can be seen from Table 6, the same results as in Example 1-1 were obtained. That is, it has been found that when the carbon content in the negative electrode active material is 11.9 mass% or more and 29.7 mass%, the capacity and cycle characteristics can be improved.

(実施例7−1〜7−3,8−1〜8−3,9−1〜9−3)
鉄とスズとグラファイトとの原料比を表7に示したように変化させて負極活物質を合成したことを除き、他は実施例1−1と同様にして二次電池を作製した。具体的には、実施例7−1〜7−3では、炭素の原料比を12.0質量%で一定とし、Fe/(Sn+Fe) 比を26質量%,39質量%,48質量%とした。また、実施例8−1〜8−3では、炭素の原料比を20.0質量%で一定とし、Fe/(Sn+Fe) 比を26質量%,39質量%,48質量%とした。更に、実施例9−1〜9−3では、炭素の原料比を30.0質量%で一定とし、Fe/(Sn+Fe) 比を26質量%,39質量%,48質量%とした。
(Examples 7-1 to 7-3, 8-1 to 8-3, 9-1 to 9-3)
A secondary battery was fabricated in the same manner as in Example 1-1 except that the negative electrode active material was synthesized by changing the raw material ratio of iron, tin, and graphite as shown in Table 7. Specifically, in Examples 7-1 to 7-3, the carbon raw material ratio is constant at 12.0% by mass, and the Fe / (Sn + Fe) ratio is 26% by mass, 39% by mass, and 48% by mass. It was. In Examples 8-1 to 8-3, the carbon raw material ratio was constant at 20.0 mass%, and the Fe / (Sn + Fe) ratio was 26 mass%, 39 mass%, and 48 mass%. Furthermore, in Examples 9-1 to 9-3, the carbon raw material ratio was constant at 30.0 mass%, and the Fe / (Sn + Fe) ratio was 26 mass%, 39 mass%, and 48 mass%.

Figure 2007128847
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得られた実施例7−1〜7−3,8−1〜8−3,9−1〜9−3の負極活物質についても、実施例1−1と同様にして組成の分析を行った。それらの結果を表7に示す。また、これらの負極活物質についてXPSを行ったところ、ピークP1が得られた。ピークP1を解析したところ、実施例1−1と同様に表面汚染炭素のピークP2と、負極活物質中におけるC1sのピークP3とが得られ、ピークP3は、いずれについても284.5eVよりも低い領域に得られた。すなわち、負極活物質に含まれる炭素の少なくとも一部は、他の元素と結合していることが確認された。更に、二次電池についても、実施例1−1と同様にして、容量およびサイクル特性を調べた。それらの結果を実施例1−1,6−1,6−9の結果と共に表7に示す。なお、放電容量は、実施例1−1の値を100とした場合の相対値で求めた。   For the obtained negative electrode active materials of Examples 7-1 to 7-3, 8-1 to 8-3, and 9-1 to 9-3, the composition was analyzed in the same manner as in Example 1-1. . The results are shown in Table 7. Moreover, when XPS was performed about these negative electrode active materials, peak P1 was obtained. When the peak P1 was analyzed, the surface contamination carbon peak P2 and the C1s peak P3 in the negative electrode active material were obtained in the same manner as in Example 1-1, and the peak P3 was lower than 284.5 eV in both cases. Obtained in the area. That is, it was confirmed that at least a part of carbon contained in the negative electrode active material was bonded to other elements. Furthermore, the capacity and cycle characteristics of the secondary battery were examined in the same manner as in Example 1-1. The results are shown in Table 7 together with the results of Examples 1-1, 6-1 and 6-9. In addition, the discharge capacity was calculated | required by the relative value when the value of Example 1-1 is set to 100.

表7から分かるように、負極活物質におけるFe/(Sn+Fe) 比を26.4質量%以上48.5質量%とした実施例7−1〜7−3,8−1〜8−3,9−1〜9−3によれば、実施例6−1,1−1,6−9と同様に放電容量および放電容量維持率について高い値が得られた。   As can be seen from Table 7, Examples 7-1 to 7-3 and 8-1 to 8-3 in which the Fe / (Sn + Fe) ratio in the negative electrode active material was set to 26.4 mass% or more and 48.5 mass%. , 9-1 to 9-3, high values were obtained for the discharge capacity and the discharge capacity retention rate as in Examples 6-1, 1-1, and 6-9.

すなわち、負極活物質におけるFe/(Sn+Fe) 比を26.4質量%以上48.5質量%とするようにすれば、容量およびサイクル特性を向上させることができることができることが分かった。   That is, it was found that the capacity and cycle characteristics can be improved by setting the Fe / (Sn + Fe) ratio in the negative electrode active material to 26.4 mass% or more and 48.5 mass%.

(実施例10−1〜10−22)
実施例10−1〜10−16では、原料に鉄粉末と、スズ粉末と、グラファイト粉末と、第1成分としてアルミニウム粉末,チタン粉末,バナジウム粉末,クロム粉末,ニオブ粉末およびタンタル粉末からなる群のうちの少なくとも1種と、第2成分としてコバルト粉末,ニッケル粉末,銅粉末,亜鉛粉末,ガリウム粉末およびインジウム粉末のうちの少なくとも1種とを用い、スズと鉄と炭素と第1成分と第2成分との原料比を表8に示したようにしたことを除き、他は実施例1−1と同様にして負極活物質を合成し、二次電池を作製した。また、実施例10−17では、原料に鉄粉末と、スズ粉末と、グラファイト粉末と、第1成分としてチタン粉末とを用い、スズと鉄と炭素とチタンとの原料比を表8に示したようにしたことを除き、他は実施例1−1と同様にして負極活物質を合成し、二次電池を作製した。更に、実施例10−18では、原料に鉄粉末と、スズ粉末と、グラファイト粉末と、第2成分として亜鉛粉末とを用い、スズと鉄と炭素と亜鉛との原料比を表8に示したようにしたことを除き、他は実施例1−1と同様にして負極活物質を合成し、二次電池を作製した。更にまた、実施例10−19では、原料に鉄粉末と、スズ粉末と、グラファイト粉末と、銀粉末とを用い、スズと鉄と炭素と銀との原料比を表8に示したようにしたことを除き、他は実施例1−1と同様にして負極活物質を合成し、二次電池を作製した。加えて、実施例10−20〜10−22では、原料に鉄粉末と、スズ粉末と、グラファイト粉末と、銀粉末と、第1成分としてチタン粉末またはアルミニウム粉末と、第2成分として亜鉛粉末または銅粉末とを用い、スズと鉄と炭素と第1成分と第2成分との原料比を表8に示したようにしたことを除き、他は実施例1−1と同様にして負極活物質を合成し、二次電池を作製した。これらの負極活物質についても実施例1−1と同様にして組成の分析を行った。それらの結果を表8に示す。なお、アルミニウム,チタン,バナジウム,クロム,ニオブ,タンタル,コバルト,ニッケル,銅,亜鉛,ガリウムおよびインジウムの含有量は、ICP発光分析により測定した。また、XPSを行ったところピークP1が得られた。得られたピークを解析したところ、実施例1−1と同様に表面汚染炭素のピークP2と、負極活物質中におけるC1sのピークP3とが得られ、ピークP3は、いずれも284.5eVよりも低い領域に得られた。すなわち、負極活物質に含まれる炭素の少なくとも一部は、他の元素と結合していることが確認された。更に、二次電池についても、実施例1−1と同様にして、容量およびサイクル特性を調べた。それらの結果を実施例1−1の結果と共に表8に示す。なお、放電容量は、実施例1−1の値を100とした場合の相対値で求めた。
(Examples 10-1 to 10-22)
In Examples 10-1 to 10-16, the raw materials are iron powder, tin powder, graphite powder, and the first component is aluminum powder, titanium powder, vanadium powder, chromium powder, niobium powder, and tantalum powder. At least one of them, and at least one of cobalt powder, nickel powder, copper powder, zinc powder, gallium powder and indium powder as the second component, tin, iron, carbon, first component and second A negative electrode active material was synthesized in the same manner as in Example 1-1 except that the raw material ratio with respect to the components was as shown in Table 8, and a secondary battery was produced. In Examples 10-17, iron powder, tin powder, graphite powder, and titanium powder as the first component were used as raw materials, and the raw material ratios of tin, iron, carbon, and titanium are shown in Table 8. Except as described above, a negative electrode active material was synthesized in the same manner as in Example 1-1, and a secondary battery was produced. Furthermore, in Example 10-18, iron powder, tin powder, graphite powder, and zinc powder as the second component were used as raw materials, and the raw material ratios of tin, iron, carbon, and zinc are shown in Table 8. Except as described above, a negative electrode active material was synthesized in the same manner as in Example 1-1, and a secondary battery was produced. Furthermore, in Examples 10-19, iron powder, tin powder, graphite powder, and silver powder were used as raw materials, and the raw material ratio of tin, iron, carbon, and silver was as shown in Table 8. Except for the above, a negative electrode active material was synthesized in the same manner as in Example 1-1 to produce a secondary battery. In addition, in Examples 10-20 to 10-22, the raw materials are iron powder, tin powder, graphite powder, silver powder, titanium powder or aluminum powder as the first component, and zinc powder or the second component. The negative electrode active material was the same as in Example 1-1 except that copper powder was used and the raw material ratio of tin, iron, carbon, first component, and second component was as shown in Table 8. To synthesize a secondary battery. The composition of these negative electrode active materials was analyzed in the same manner as in Example 1-1. The results are shown in Table 8. The contents of aluminum, titanium, vanadium, chromium, niobium, tantalum, cobalt, nickel, copper, zinc, gallium and indium were measured by ICP emission analysis. Further, when XPS was performed, a peak P1 was obtained. When the obtained peak was analyzed, a peak P2 of surface-contaminated carbon and a peak P3 of C1s in the negative electrode active material were obtained in the same manner as in Example 1-1, and each peak P3 was higher than 284.5 eV. Obtained in the low area. That is, it was confirmed that at least a part of carbon contained in the negative electrode active material was bonded to other elements. Furthermore, the capacity and cycle characteristics of the secondary battery were examined in the same manner as in Example 1-1. The results are shown in Table 8 together with the results of Example 1-1. In addition, the discharge capacity was calculated | required by the relative value when the value of Example 1-1 is set to 100.

Figure 2007128847
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表8から分かるように、第1成分と第2成分とを含む実施例10−1〜10−16によれば、これらを含まない実施例1−1、または第1成分のみあるいは第2成分のみを含む実施例10−17,10−18よりも、放電容量維持率が向上した。   As can be seen from Table 8, according to Examples 10-1 to 10-16 including the first component and the second component, Example 1-1 not including these, or only the first component or only the second component The discharge capacity retention rate was improved as compared with Examples 10-17 and 10-18.

また、第1成分の含有量が0.1質量%以上9.9質量%以下、第2成分の含有量が0.5質量%以上14.9質量%以下である実施例10−1〜10−14によれば、放電容量についても高い値が得られた。   Moreover, Examples 10-1 to 10 in which the content of the first component is 0.1% by mass or more and 9.9% by mass or less, and the content of the second component is 0.5% by mass or more and 14.9% by mass or less. According to -14, a high value was also obtained for the discharge capacity.

更に、銀を含む実施例10−19によれば、銀を含まない実施例1−1よりも放電容量維持率が向上し、銀に加えて更に第1の成分と第2の成分とを含む実施例10−20〜10−22によれば、更に放電容量維持率が向上した。   Furthermore, according to Example 10-19 containing silver, the discharge capacity retention rate is improved as compared with Example 1-1 not containing silver, and in addition to silver, the first component and the second component are further included. According to Examples 10-20 to 10-22, the discharge capacity retention rate was further improved.

すなわち、負極活物質にアルミニウム,チタン,バナジウム,クロム,ニオブおよびタンタルからなる群のうちの少なくとも1種と、コバルト,ニッケル,銅,亜鉛,ガリウムおよびインジウムからなる群のうちの少なくとも1種とを含むようにすれば、サイクル特性をより向上させることができ、これらの含有量をそれぞれ0.1質量%以上9.9質量%以下、0.5質量%以上14.9質量%以下とするようにすれば、高い容量を得ることができることが分かった。   That is, at least one member selected from the group consisting of aluminum, titanium, vanadium, chromium, niobium and tantalum as the negative electrode active material, and at least one member selected from the group consisting of cobalt, nickel, copper, zinc, gallium and indium. If it is made to contain, cycling characteristics can be improved more and these content shall be 0.1 to 9.9 mass% and 0.5 to 14.9 mass%, respectively. As a result, it was found that a high capacity can be obtained.

また、負極活物質に銀を含むようにすれば、サイクル特性を向上させることができることが分かった。   It was also found that cycle characteristics can be improved if silver is included in the negative electrode active material.

以上、実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は実施の形態および実施例に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、上記実施の形態および実施例では、巻回構造を有する二次電池を具体的に挙げて説明したが、本発明は、コイン型,シート型,ボタン型あるいは角型などの他の形状を有する二次電池、または正極および負極を複数積層した他の積層構造を有する二次電池についても同様に適用することができる。   Although the present invention has been described with reference to the embodiments and examples, the present invention is not limited to the embodiments and examples, and various modifications can be made. For example, in the above embodiments and examples, a secondary battery having a winding structure has been specifically described, but the present invention has other shapes such as a coin type, a sheet type, a button type or a square type. The present invention can be similarly applied to a secondary battery having the above structure or a secondary battery having another stacked structure in which a plurality of positive and negative electrodes are stacked.

また、実施の形態および実施例では、電極反応物質としてリチウムを用いる場合について説明したが、負極活物質と反応可能であればナトリウム(Na)あるいはカリウム(K)などの長周期型周期表における他の1族の元素、またはマグネシウムあるいはカルシウム(Ca)などの長周期型周期表における2族の元素、またはアルミニウムなどの他の軽金属、またはリチウムあるいはこれらの合金を用いる場合についても、本発明を適用することができ、同様の効果を得ることができる。その際、電極反応物質を吸蔵および放出することが可能な正極活物質あるいは非水溶媒などは、その電極反応物質に応じて選択される。   In the embodiment and the example, the case where lithium is used as the electrode reactant has been described. However, if it is possible to react with the negative electrode active material, the other in the long-period periodic table such as sodium (Na) or potassium (K) The present invention is also applied to the case of using an element of Group 1 of the above, an element of Group 2 in the long-period periodic table such as magnesium or calcium (Ca), another light metal such as aluminum, lithium, or an alloy thereof. And the same effect can be obtained. At that time, a positive electrode active material or a non-aqueous solvent that can occlude and release the electrode reactant is selected according to the electrode reactant.

更に、上記実施の形態および実施例では、電解質として電解液を用いる場合について説明し、更に上記実施の形態では、電解液を高分子化合物に保持させたゲル状電解質を用いる場合についても説明したが、他の電解質を用いるようにしてもよい。他の電解質としては、例えば、イオン伝導性セラミックス,イオン伝導性ガラスあるいはイオン性結晶などのイオン伝導性無機化合物、または他の無機化合物、またはこれらの無機化合物と電解液あるいはゲル状電解質とを混合したものが挙げられる。   Further, in the above embodiment and examples, the case where an electrolytic solution is used as the electrolyte is described, and in the above embodiment, the case where a gel electrolyte in which the electrolytic solution is held in a polymer compound is used is also described. Other electrolytes may be used. Other electrolytes include, for example, ion conductive inorganic compounds such as ion conductive ceramics, ion conductive glass or ionic crystals, or other inorganic compounds, or a mixture of these inorganic compounds and an electrolyte or gel electrolyte. The thing which was done is mentioned.

本発明の一実施の形態に係る負極の構成を表す断面図である。It is sectional drawing showing the structure of the negative electrode which concerns on one embodiment of this invention. 図1に示した負極を用いた二次電池の構成を表す断面図である。It is sectional drawing showing the structure of the secondary battery using the negative electrode shown in FIG. 図2に示した二次電池における巻回電極体の一部を拡大して表す断面図である。It is sectional drawing which expands and represents a part of winding electrode body in the secondary battery shown in FIG. 図1に示した負極を用いた他の二次電池の構成を表す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view showing the structure of the other secondary battery using the negative electrode shown in FIG. 図4に示した巻回電極体のI−I線に沿った構成を表す断面図である。It is sectional drawing showing the structure along the II line of the winding electrode body shown in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

10…負極、11…負極集電体、12…負極活物質層、21…電池缶、22,23…絶縁板、24…電池蓋、25…安全弁機構、25A…ディスク板、26…熱感抵抗素子、27…ガスケット、30,40…巻回電極体、31,43…正極、31A,43A…正極集電体、31B,43B…正極活物質層、32,44…セパレータ、33…センターピン、34,41…正極リード、35,42…負極リード、45…電解質層、46…保護テープ、50…外装部材、51…密着フィルム。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Negative electrode, 11 ... Negative electrode collector, 12 ... Negative electrode active material layer, 21 ... Battery can, 22, 23 ... Insulation board, 24 ... Battery cover, 25 ... Safety valve mechanism, 25A ... Disc board, 26 ... Heat resistance Element, 27 ... Gasket, 30, 40 ... Winding electrode body, 31, 43 ... Positive electrode, 31A, 43A ... Positive electrode current collector, 31B, 43B ... Positive electrode active material layer, 32, 44 ... Separator, 33 ... Center pin, 34, 41 ... positive electrode lead, 35, 42 ... negative electrode lead, 45 ... electrolyte layer, 46 ... protective tape, 50 ... exterior member, 51 ... adhesion film.

Claims (22)

構成元素として、スズ(Sn)と、鉄(Fe)と、炭素(C)とを少なくとも含み、炭素の含有量が11.9質量%以上29.7質量%以下であり、かつスズと鉄との合計に対する鉄の割合が26.4質量%以上48.5質量%以下である負極活物質と、
融点以上の温度で加熱されて溶融されたポリフッ化ビニリデンおよびフッ化ビニリデンを成分とする共重合体からなる群のうちの少なくとも1種を含む結着剤とを含有する
ことを特徴とする負極。
Constituent elements include at least tin (Sn), iron (Fe), and carbon (C), the carbon content is 11.9 mass% or more and 29.7 mass% or less, and tin and iron A negative electrode active material in which the ratio of iron to the total of 26.4% by mass and 48.5% by mass is;
A negative electrode comprising: a binder containing at least one member selected from the group consisting of polyvinylidene fluoride melted by heating at a temperature equal to or higher than a melting point and a copolymer of vinylidene fluoride as a component.
更に、カルボキシメチルセルロースおよびその無機塩からなる群のうちの少なくとも1種を含むことを特徴とする請求項1記載の負極。   Furthermore, at least 1 sort (s) of the group which consists of carboxymethylcellulose and its inorganic salt is included, The negative electrode of Claim 1 characterized by the above-mentioned. 前記負極活物質は、更に、構成元素として銀(Ag)を含むことを特徴とする請求項1記載の負極。   The negative electrode according to claim 1, wherein the negative electrode active material further contains silver (Ag) as a constituent element. 前記負極活物質は、更に、構成元素として、アルミニウム(Al),チタン(Ti),バナジウム(V),クロム(Cr), ニオブ(Nb)およびタンタル(Ta)からなる群のうちの少なくとも1種よりなる第1成分と、コバルト(Co),ニッケル(Ni),銅(Cu),亜鉛(Zn),ガリウム(Ga)およびインジウム(In)からなる群のうちの少なくとも1種よりなる第2成分とを含むことを特徴とする請求項1記載の負極。   The negative electrode active material further includes at least one member selected from the group consisting of aluminum (Al), titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), niobium (Nb), and tantalum (Ta) as a constituent element. And a second component composed of at least one selected from the group consisting of cobalt (Co), nickel (Ni), copper (Cu), zinc (Zn), gallium (Ga), and indium (In). The negative electrode according to claim 1, comprising: 前記負極活物質における前記第1成分の含有量は、0.1質量%以上9.9質量%以下であることを特徴とする請求項4記載の負極。   5. The negative electrode according to claim 4, wherein the content of the first component in the negative electrode active material is 0.1 mass% or more and 9.9 mass% or less. 前記負極活物質における前記第2成分の含有量は、0.5質量%以上14.9質量%以下であることを特徴とする請求項4記載の負極。   5. The negative electrode according to claim 4, wherein the content of the second component in the negative electrode active material is 0.5 mass% or more and 14.9 mass% or less. 正極および負極と共に電解質を備えた電池であって、
前記負極は、構成元素として、スズ(Sn)と、鉄(Fe)と、炭素(C)とを少なくとも含み、炭素の含有量が11.9質量%以上29.7質量%以下であり、かつスズと鉄との合計に対する鉄の割合が26.4質量%以上48.5質量%以下である負極活物質と、融点以上の温度で加熱されて溶融されたポリフッ化ビニリデンおよびフッ化ビニリデンを成分とする共重合体からなる群のうちの少なくとも1種を含む結着剤とを含有する
ことを特徴とする電池。
A battery comprising an electrolyte together with a positive electrode and a negative electrode,
The negative electrode includes at least tin (Sn), iron (Fe), and carbon (C) as constituent elements, and the carbon content is 11.9 mass% or more and 29.7 mass% or less, and An anode active material in which the ratio of iron to the total of tin and iron is 26.4% by mass or more and 48.5% by mass or less, polyvinylidene fluoride and vinylidene fluoride melted by heating at a temperature equal to or higher than the melting point And a binder containing at least one member selected from the group consisting of copolymers.
前記負極は、更にカルボキシメチルセルロースおよびその無機塩からなる群のうちの少なくとも1種を含むことを特徴とする請求項7記載の電池。   The battery according to claim 7, wherein the negative electrode further includes at least one selected from the group consisting of carboxymethyl cellulose and an inorganic salt thereof. 前記負極活物質は、更に、構成元素として銀(Ag)を含むことを特徴とする請求項7記載の電池。   The battery according to claim 7, wherein the negative electrode active material further contains silver (Ag) as a constituent element. 前記負極活物質は、更に、構成元素として、アルミニウム(Al),チタン(Ti),バナジウム(V),クロム(Cr), ニオブ(Nb)およびタンタル(Ta)からなる群のうちの少なくとも1種よりなる第1成分と、コバルト(Co),ニッケル(Ni),銅(Cu),亜鉛(Zn),ガリウム(Ga)およびインジウム(In)からなる群のうちの少なくとも1種よりなる第2成分とを含むことを特徴とする請求項7記載の電池。   The negative electrode active material further includes at least one member selected from the group consisting of aluminum (Al), titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), niobium (Nb), and tantalum (Ta) as a constituent element. And a second component composed of at least one selected from the group consisting of cobalt (Co), nickel (Ni), copper (Cu), zinc (Zn), gallium (Ga), and indium (In). The battery according to claim 7, comprising: 前記負極活物質における前記第1成分の含有量は、0.1質量%以上9.9質量%以下であることを特徴とする請求項10記載の電池。   The battery according to claim 10, wherein the content of the first component in the negative electrode active material is 0.1 mass% or more and 9.9 mass% or less. 前記負極活物質における前記第2成分の含有量は、0.5質量%以上14.9質量%以下であることを特徴とする請求項10記載の電池。   11. The battery according to claim 10, wherein the content of the second component in the negative electrode active material is 0.5% by mass or more and 14.9% by mass or less. 構成元素として、スズ(Sn)と、鉄(Fe)と、炭素(C)とを少なくとも含み、炭素の含有量が11.9質量%以上29.7質量%以下であり、かつスズと鉄との合計に対する鉄の割合が26.4質量%以上48.5質量%以下である負極活物質と、ポリフッ化ビニリデンおよびフッ化ビニリデンを成分とする共重合体からなる群のうちの少なくとも1種を含む結着剤とを含有する前駆層を形成したのち、前記結着剤の融点以上の温度で加熱することを特徴とする負極の製造方法。   Constituent elements include at least tin (Sn), iron (Fe), and carbon (C), the carbon content is 11.9 mass% or more and 29.7 mass% or less, and tin and iron At least one member selected from the group consisting of a negative electrode active material having a ratio of iron to 26.4% by mass or more and 48.5% by mass or less, and polyvinylidene fluoride and a copolymer containing vinylidene fluoride as a component. A method for producing a negative electrode, comprising: forming a precursor layer containing a binder, and heating at a temperature equal to or higher than a melting point of the binder. 前記負極活物質および前記結着剤に加えて、カルボキシメチルセルロースおよびその無機塩からなる群のうちの少なくとも1種を混合して前駆層を形成することを特徴とする請求項13記載の負極の製造方法。   The negative electrode manufacturing method according to claim 13, wherein in addition to the negative electrode active material and the binder, at least one member selected from the group consisting of carboxymethyl cellulose and an inorganic salt thereof is mixed to form a precursor layer. Method. 前記負極活物質と前記結着剤とを、前記結着剤に対する膨潤度が10%以下の分散媒を用いて混合し、前駆層を形成することを特徴とする請求項13記載の負極の製造方法。   The negative electrode manufacturing method according to claim 13, wherein the negative electrode active material and the binder are mixed using a dispersion medium having a swelling degree of 10% or less with respect to the binder to form a precursor layer. Method. 水を含む分散媒を用いて前駆層を形成することを特徴とする請求項13記載の負極の製造方法。   The method for producing a negative electrode according to claim 13, wherein the precursor layer is formed using a dispersion medium containing water. 前記結着剤の平均粒子径を、30μm以下とすることを特徴とする請求項13記載の負極の製造方法。   The method for producing a negative electrode according to claim 13, wherein an average particle size of the binder is 30 μm or less. 前記負極活物質は、更に、構成元素として銀(Ag)を含むことを特徴とする請求項13記載の負極の製造方法。   The method for producing a negative electrode according to claim 13, wherein the negative electrode active material further contains silver (Ag) as a constituent element. 前記負極活物質は、更に、構成元素として、アルミニウム(Al),チタン(Ti),バナジウム(V),クロム(Cr), ニオブ(Nb)およびタンタル(Ta)からなる群のうちの少なくとも1種よりなる第1成分と、コバルト(Co),ニッケル(Ni),銅(Cu),亜鉛(Zn),ガリウム(Ga)およびインジウム(In)からなる群のうちの少なくとも1種よりなる第2成分とを含むことを特徴とする請求項13記載の負極の製造方法。   The negative electrode active material further includes at least one member selected from the group consisting of aluminum (Al), titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), niobium (Nb), and tantalum (Ta) as a constituent element. And a second component composed of at least one selected from the group consisting of cobalt (Co), nickel (Ni), copper (Cu), zinc (Zn), gallium (Ga), and indium (In). The method for producing a negative electrode according to claim 13, comprising: 前記負極活物質における前記第1成分の含有量は、0.1質量%以上9.9質量%以下であることを特徴とする請求項19記載の負極の製造方法。   The method for producing a negative electrode according to claim 19, wherein the content of the first component in the negative electrode active material is 0.1 mass% or more and 9.9 mass% or less. 前記負極活物質における前記第2成分の含有量は、0.5質量%以上14.9質量%以下であることを特徴とする請求項19記載の電池の製造方法。   The method for producing a battery according to claim 19, wherein the content of the second component in the negative electrode active material is 0.5 mass% or more and 14.9 mass% or less. 正極および負極と共に電解質を備えた電池の製造方法であって、
前記負極を、構成元素として、スズ(Sn)と、鉄(Fe)と、炭素(C)とを少なくとも含み、炭素の含有量が11.9質量%以上29.7質量%以下であり、かつスズと鉄との合計に対する鉄の割合が26.4質量%以上48.5質量%以下である負極活物質と、ポリフッ化ビニリデンおよびフッ化ビニリデンを成分とする共重合体からなる群のうちの少なくとも1種を含む結着剤とを含有する前駆層を形成したのち、前記結着剤の融点以上の温度で加熱することにより形成する
ことを特徴とする電池の製造方法。
A method for producing a battery comprising an electrolyte together with a positive electrode and a negative electrode,
The negative electrode contains at least tin (Sn), iron (Fe), and carbon (C) as constituent elements, the carbon content is 11.9 mass% or more and 29.7 mass% or less, and Of the group consisting of a negative electrode active material having a ratio of iron to 26.4% by mass to 48.5% by mass with respect to the total of tin and iron, and polyvinylidene fluoride and a copolymer containing vinylidene fluoride as components A method for manufacturing a battery, comprising: forming a precursor layer containing a binder containing at least one kind, and then heating the precursor layer at a temperature equal to or higher than a melting point of the binder.
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