JP2007227139A - Anode for nonaqueous electrolyte secondary battery, its manufacturing method, and nonaqueous electrolyte secondary battery - Google Patents

Anode for nonaqueous electrolyte secondary battery, its manufacturing method, and nonaqueous electrolyte secondary battery Download PDF

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万郷 藤川
Kaoru Inoue
薫 井上
Mikiya Shimada
幹也 嶋田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an anode for nonaqueous electrolyte secondary batter in which an active substance nucleus having a high capacity density is used and moreover, a cycle characteristics is improved as expected by controlling a gas generation caused by a carbon fiber of a conductivity source, and a high capacity and a long service life are realized. <P>SOLUTION: The anode of a nonaqueous electrolyte secondary battery is composed of a mixture layer containing an active substance nucleus which can charge/discharge lithium ions and a composite anode active substance made of a carbon nano fiber (CNF) deposited on a surface of the above active substance nucleus and a CNF, whose impurities of the surface are removed, is used. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は高容量の非水電解質二次電池に関し、より詳しくはサイクル特性を向上する技術に関する。   The present invention relates to a high-capacity nonaqueous electrolyte secondary battery, and more particularly to a technique for improving cycle characteristics.

電子機器のポータブル化、コードレス化が進むにつれて、小型・軽量で、かつ高エネルギー密度を有する非水電解質二次電池への期待は高まりつつある。現在、黒鉛などの炭素材料が非水電解質二次電池の負極活物質として実用化されている。しかしながらその理論容量密度は372mAh/gである。そこで、さらに非水電解質二次電池を高エネルギー密度化するために、リチウムと合金化するケイ素(Si)、スズ(Sn)、ゲルマニウム(Ge)やこれらの酸化物および合金などが検討されている。これらの負極活物質材料の理論容量密度は、炭素材料に比べて大きい。特にSi粒子や酸化ケイ素粒子などの含ケイ素粒子は安価なため、幅広く検討されている。   As electronic devices become more portable and cordless, expectations for non-aqueous electrolyte secondary batteries that are small and lightweight and have high energy density are increasing. Currently, carbon materials such as graphite are put into practical use as negative electrode active materials for non-aqueous electrolyte secondary batteries. However, its theoretical capacity density is 372 mAh / g. Therefore, silicon (Si), tin (Sn), germanium (Ge), and oxides and alloys thereof, which are alloyed with lithium, are being studied in order to further increase the energy density of nonaqueous electrolyte secondary batteries. . The theoretical capacity density of these negative electrode active material materials is larger than that of carbon materials. In particular, silicon-containing particles such as Si particles and silicon oxide particles are widely studied because they are inexpensive.

しかしながら、通常非水電解質二次電池の負極活物質として用いられる炭素材料は放電状態における体積に対する充電状態における体積の比が1.1以下であるのに対し、理論容量密度が炭素材料より大きく833mAh/cm3を超えるこれらの材料では1.2以上の大きな体積変化が起こる。この大きな体積変化により活物質粒子は微粉化し、その結果、活物質粒子間の導電性が低下する。そのため、十分な充放電サイクル特性(以下、「サイクル特性」という)が得られていない。 However, the carbon material normally used as the negative electrode active material of the non-aqueous electrolyte secondary battery has a ratio of the volume in the charged state to the volume in the discharged state of 1.1 or less, whereas the theoretical capacity density is larger than that of the carbon material and is 833 mAh. Larger volume changes of 1.2 or more occur with these materials above / cm 3 . Due to this large volume change, the active material particles are pulverized, and as a result, the conductivity between the active material particles is lowered. Therefore, sufficient charge / discharge cycle characteristics (hereinafter referred to as “cycle characteristics”) are not obtained.

そこでリチウム合金を形成しうる金属または半金属を含む粒子を活物質核に、複数の炭素繊維を結合させて複合粒子化させることが提案されている。この構成では、活物質核の体積変化が起こっても導電性が確保され、サイクル特性が維持できることが報告されている(例えば、特許文献1)。
特開2004−349056号公報
Thus, it has been proposed to combine a plurality of carbon fibers into composite particles by using particles containing a metal or semimetal capable of forming a lithium alloy as an active material nucleus. In this configuration, it has been reported that conductivity is ensured and cycle characteristics can be maintained even if the volume of the active material nucleus changes (for example, Patent Document 1).
JP 2004-349056 A

しかし特許文献1に示す炭素繊維を活物質核に結合させただけでは、充放電に伴って多量に発生したガスが正極と負極との間に存在することによって反応面積が減少し、かえって電池容量が低下することがあった。   However, if carbon fibers shown in Patent Document 1 are only bonded to the active material core, the reaction area is reduced due to the presence of a large amount of gas generated between charge and discharge between the positive electrode and the negative electrode, and the battery capacity is rather reduced. May decrease.

本発明は上記の課題を解決するものであり、高容量密度を有する活物質核を用い、かつ導電性の源である炭素繊維に由来するガス発生を抑制することにより期待通りにサイクル特性を改善して、高容量かつ長寿命な非水電解質二次電池を実現する非水電解質二次電池用負極を提供することを目的とする。   The present invention solves the above-mentioned problems, and improves cycle characteristics as expected by using an active material core having a high capacity density and suppressing the generation of gas derived from carbon fiber as a conductive source. Then, it aims at providing the negative electrode for nonaqueous electrolyte secondary batteries which implement | achieves a high capacity | capacitance and a long life nonaqueous electrolyte secondary battery.

上記課題を解決するために、本発明の非水電解質二次電池用負極は、リチウムイオンの充放電が可能な活物質核と、この活物質核の表面に付着されたカーボンナノファイバ(CNF)とからなる複合負極活物質を含む合剤層を有し、CNFとして表面の不純物を除去したものを用いたことを特徴とする。   In order to solve the above problems, a negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention includes an active material nucleus capable of charging and discharging lithium ions, and a carbon nanofiber (CNF) attached to the surface of the active material nucleus. It is characterized by using a mixture layer containing a composite negative electrode active material comprising: and removing CNF surface impurities.

CNFは炭素繊維の中でも導電性が高い有用な材料であるが、これを活物質核の表面に付着させつつ合成する際、僅かながら水分、低分子量有機物などの不純物が混在してCN
F上に吸着・析出することがある。また合成条件によっては、反応雰囲気や前駆体中に含まれる酸素原子や水素原子が、CNFの末端にCHO基やCOOH基、CH3基を伴った不純物として存在することがある。これら不純物は、充放電中に電解液と反応することによって水素ガス、メタンガス、二酸化炭素ガス等を生じ、上述したように正極と負極との間に存在することによって反応面積を減少させていた。
CNF is a useful material with high conductivity among carbon fibers, but when it is synthesized while adhering to the surface of the active material core, impurities such as moisture and low molecular weight organic matter are mixed slightly.
Adsorption / deposition may occur on F. Depending on the synthesis conditions, oxygen atoms and hydrogen atoms contained in the reaction atmosphere and the precursor may be present as impurities with a CHO group, a COOH group, and a CH 3 group at the end of CNF. These impurities generate hydrogen gas, methane gas, carbon dioxide gas, and the like by reacting with the electrolytic solution during charging and discharging, and reducing the reaction area by being present between the positive electrode and the negative electrode as described above.

本発明者らは鋭意検討の結果、この不具合のメカニズムを知見し、CNF上の不純物をあらかじめ除去することによって、充放電に伴うガス発生を抑制することを見出したものである。   As a result of intensive studies, the present inventors have found the mechanism of this problem, and have found that gas generation associated with charging / discharging is suppressed by removing impurities on CNF in advance.

本発明の非水電解質二次電池用負極を用いれば、高容量と実用的なサイクル特性とを実現することができる非水電解質二次電池を提供することができる。   If the negative electrode for nonaqueous electrolyte secondary batteries of this invention is used, the nonaqueous electrolyte secondary battery which can implement | achieve high capacity | capacitance and practical cycling characteristics can be provided.

第1の発明は、リチウムイオンの充放電が可能な活物質核と、この活物質核の表面に付着されたCNFとからなる複合負極活物質を含む合剤層を有し、CNFとして表面の不純物を除去したものを用いたことを特徴とする非水電解質二次電池用負極に関する。CNFは炭素繊維の中でも導電性が高い有用な材料であるが、これを活物質核の表面に付着させつつ合成する際、僅かながら水分、低分子量有機物などの不純物が混在してCNF上に析出・吸着することがある。また合成条件によっては、反応雰囲気や前駆体中に含まれる酸素原子や水素原子が、CNFの末端にCHO基やCOOH基、CH3基を伴った不純物として存在することがある。これら不純物は、充放電中に電解液と反応することによって水素ガス、メタンガス、二酸化炭素ガス等を生じ、上述したように正極と負極との間に存在することによって反応面積を減少させていた。本発明はこの不具合のメカニズムを知見したものであり、CNF上の不純物をあらかじめ除去することによって、充放電に伴うガス発生が抑制できる。 1st invention has the mixture layer containing the composite negative electrode active material which consists of the active material nucleus which can be charged / discharged lithium ion, and CNF adhering to the surface of this active material nucleus, The surface of CNF The present invention relates to a negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery, characterized in that an impurity is removed. CNF is a useful material with high conductivity among carbon fibers, but when it is synthesized while adhering it to the surface of the active material core, a slight amount of impurities such as moisture and low molecular weight organic substances are mixed and deposited on the CNF.・ It may be adsorbed. Depending on the synthesis conditions, oxygen atoms and hydrogen atoms contained in the reaction atmosphere and the precursor may be present as impurities with a CHO group, a COOH group, and a CH 3 group at the end of CNF. These impurities generate hydrogen gas, methane gas, carbon dioxide gas, and the like by reacting with the electrolytic solution during charging and discharging, and reducing the reaction area by being present between the positive electrode and the negative electrode as described above. The present invention has discovered the mechanism of this problem, and by removing impurities on the CNF in advance, gas generation accompanying charge / discharge can be suppressed.

第2の発明は、第1の発明において、CNFが高結晶性を有することを特徴とする。CNFが高結晶化することにより導電性が高まるだけでなく、CNF表面の官能基が消失することによって電池製造工程における不純物が付着しにくくなるので、充放電に伴うガス発生がさらに抑制できる。なお第2の発明における高結晶性とは、以下の定義で表すことができる。すなわちラマン分光測定において、1580cm-1付近に観測されるE''2gスペクトルの強度(I1580)に対する1360cm-1付近に観測されるE1gスペクトルの強度(I1360) の比R(=I1360/I1580)が0.80以下である場合にCNFが高結晶性を有すると判断できる。E1gのスペクトルは完全な黒鉛では認められず、結晶構造の乱れを反映している。 The second invention is characterized in that, in the first invention, CNF has high crystallinity. Not only does the conductivity increase due to the high crystallization of CNF, but the functional group on the surface of CNF disappears, so that impurities in the battery manufacturing process are less likely to adhere, so that gas generation associated with charge / discharge can be further suppressed. The high crystallinity in the second invention can be expressed by the following definition. That is, in Raman spectroscopy, the ratio R of the intensity of E 1 g spectrum observed in the vicinity of 1360 cm -1 to the intensity of the E '' 2 g spectrum observed near 1580cm -1 (I 1580) (I 1360) (= I 1360 / I 1580 ) is 0.80 or less, it can be judged that CNF has high crystallinity. The spectrum of E 1g is not observed in perfect graphite, but reflects disorder of the crystal structure.

第3の発明は、第1の発明において、活物質核の放電状態における体積に対する充電状態における体積の比を1.2以上としたことを特徴とする。1.2以上の大きな体積変化が起こる活物質核は理論容量密度が833mAh/cm3を超えるので、複合負極活物質として大きな容量が得られるので好ましい。 A third invention is characterized in that, in the first invention, the ratio of the volume in the charged state to the volume in the discharged state of the active material nucleus is 1.2 or more. An active material nucleus in which a large volume change of 1.2 or more has a theoretical capacity density exceeding 833 mAh / cm 3 is preferable because a large capacity can be obtained as a composite negative electrode active material.

第4の発明は、第3の発明において、活物質核がケイ素を含むことを特徴とする。理論容量密度が大きい活物質核の中でもケイ素を含むものは特に容量密度が高いので好ましい。   A fourth invention is characterized in that, in the third invention, the active material nucleus contains silicon. Among the active material nuclei having a large theoretical capacity density, those containing silicon are preferable because the capacity density is particularly high.

第5の発明は、第4の発明において、活物質核がSiOx(0.05<x<1.95)で表される酸化ケイ素粒子であることを特徴とする。活物質核がSiOx(0.05<x<1.95)で表される酸化ケイ素粒子は理論容量が大きい上に比較的安価であり、しか
も電気化学的安定性が高いので好ましい。
A fifth invention is characterized in that, in the fourth invention, the active material nucleus is silicon oxide particles represented by SiO x (0.05 <x <1.95). Silicon oxide particles whose active material nuclei are represented by SiO x (0.05 <x <1.95) are preferable because they have a large theoretical capacity, are relatively inexpensive, and have high electrochemical stability.

第6の発明は、第1の発明において、CNFをCu、Fe、Co、Ni、MoおよびMnよりなる群から選択された少なくとも1種の触媒元素によって前記活物質核に付着させたことを特徴とする。これらの元素を触媒として用いることによって、活物質核表面にCNFを安定に成長させることができ、また成長したCNFと活物質核とを確実に密着させることができる。   A sixth invention is characterized in that, in the first invention, CNF is attached to the active material nucleus by at least one kind of catalytic element selected from the group consisting of Cu, Fe, Co, Ni, Mo and Mn. And By using these elements as catalysts, CNF can be stably grown on the surface of the active material nucleus, and the grown CNF and the active material nucleus can be reliably adhered.

第7の発明は、請求項1〜6の負極を用いた非水電解質二次電池に関する。請求項1〜6の負極を用いることによって、高容量でかつ高サイクル特性の非水電解質二次電池を得ることができる。   The seventh invention relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery using the negative electrode of claims 1 to 6. By using the negative electrode of claims 1 to 6, a non-aqueous electrolyte secondary battery having high capacity and high cycle characteristics can be obtained.

第8の発明は、リチウムイオンの吸蔵放出が可能な活物質核の表面にCNFを付着させる第1の工程と、CNFに付着した不純物を高温下で消失させつつCNFの結晶性を高める第2の工程とを含む非水電解質二次電池用負極の製造法に関する。   According to an eighth aspect of the present invention, there is provided a first step of attaching CNF to the surface of an active material nucleus capable of occluding and releasing lithium ions, and a second step of improving CNF crystallinity while eliminating impurities attached to CNF at a high temperature. And a process for producing a negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery.

CNF表面に付着した不純物は不活性ガス中で高温(700〜1500℃)に曝すと還元反応等により消失する。しかしCNFの原料物質が存在する中でこのような高温に曝すとCNFの径が太くなるため、複合負極活物質の柔軟性が損なわれ、サイクルに伴って複合負極活物質の膨張収縮が生じた際に、粒子間の導電性を高く保つことができなくなる。そこで粒子の表面にCNFを付着させる工程(第1の工程)の後にさらなる熱処理工程(第2の工程)を加えることにより、複合負極活物質に柔軟性を持たせつつCNF表面の不純物を消失させることができる。なおこの第2の工程のさらなる効果として、CNFのグラフェン層末端の官能基が消失してCNFの結晶性が高まる。これによってCNFの導電性が高まるだけでなく電池製造工程における不純物がCNF表面に付着しにくくなるので、サイクル特性を顕著に向上させることができる。   Impurities adhering to the CNF surface disappear by a reduction reaction or the like when exposed to a high temperature (700 to 1500 ° C.) in an inert gas. However, when exposed to such a high temperature in the presence of the CNF raw material, the diameter of the CNF becomes thick, so the flexibility of the composite negative electrode active material is impaired, and the composite negative electrode active material expands and contracts with the cycle. In this case, the conductivity between the particles cannot be kept high. Therefore, by adding a further heat treatment step (second step) after the step of attaching CNF to the surface of the particles (first step), the impurities on the CNF surface disappear while keeping the composite negative electrode active material flexible. be able to. As a further effect of this second step, the functional group at the end of the graphene layer of CNF disappears and the crystallinity of CNF increases. This not only increases the conductivity of CNF, but also makes it difficult for impurities in the battery manufacturing process to adhere to the CNF surface, so that the cycle characteristics can be significantly improved.

ここで第1の工程は400〜650℃、第2の工程は600〜1800℃(最適範囲は700〜1500℃)において行うのが好ましい。第1の工程の温度が400℃未満ではCNFの成長が起こらないか成長が遅すぎて生産性が損なわれ、650℃を超えると原料ガスの分解が促進されCNFが生成し難くなる。また第2の工程の温度が600℃未満ではCNF表面の不純物を十分に除去することができず、1800℃を超えると活物質核とCNFとの密着性が低下する。また第2の工程はヘリウム等の不活性ガス雰囲気下で行うのが好ましい。   The first step is preferably performed at 400 to 650 ° C., and the second step is preferably performed at 600 to 1800 ° C. (the optimum range is 700 to 1500 ° C.). If the temperature of the first step is less than 400 ° C., CNF does not grow or grows too slowly and the productivity is impaired, and if it exceeds 650 ° C., decomposition of the raw material gas is promoted and CNF is hardly generated. Further, if the temperature in the second step is less than 600 ° C., impurities on the CNF surface cannot be sufficiently removed, and if it exceeds 1800 ° C., the adhesion between the active material nucleus and CNF is lowered. The second step is preferably performed in an inert gas atmosphere such as helium.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本発明は、本明細書に記載された基本的な特徴に基づく限り、以下に記載の内容に限定されるものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The present invention is not limited to the contents described below as long as it is based on the basic characteristics described in this specification.

図1は、本発明の非水電解質二次電池の一例を示す断面図である。図2は、図1に示す非水電解質二次電池の複合負極活物質の概略図である。このコイン型の電池は、負極1と、負極1に対向し放電時にリチウムイオンを還元する正極2と、負極1と正極2との間に介在しリチウムイオンを伝導する非水電解質3とを有する。負極1および正極2は、非水電解質3とともにガスケット4と蓋体5とを用いてケース6内に収納されている。正極2は集電体7と正極活物質を含む正極合剤層8からなる。負極1は集電体10と、その表面に設けられた負極合剤層12とを有する。   FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention. FIG. 2 is a schematic view of the composite negative electrode active material of the nonaqueous electrolyte secondary battery shown in FIG. This coin-type battery includes a negative electrode 1, a positive electrode 2 that faces the negative electrode 1 and reduces lithium ions during discharge, and a nonaqueous electrolyte 3 that is interposed between the negative electrode 1 and the positive electrode 2 and conducts lithium ions. . The negative electrode 1 and the positive electrode 2 are accommodated in a case 6 using a gasket 4 and a lid 5 together with a nonaqueous electrolyte 3. The positive electrode 2 includes a current collector 7 and a positive electrode mixture layer 8 including a positive electrode active material. The negative electrode 1 has a current collector 10 and a negative electrode mixture layer 12 provided on the surface thereof.

正極合剤層8はLiCoO2やLiNiO2、LiMn24、またはこれらの混合あるいは複合化合物などのような含リチウム複合酸化物を正極活物質として含む。正極活物質としては上記以外に、LiMPO4(M=V、Fe、Ni、Mn)の一般式で表されるオリ
ビン型リン酸リチウム、Li2MPO4F(M=V、Fe、Ni、Mn)の一般式で表されるフルオロリン酸リチウムなども利用可能である。さらにこれら含リチウム化合物の一部を異種元素で置換してもよい。金属酸化物、リチウム酸化物、導電剤などで表面処理してもよく、表面を疎水化処理してもよい。
The positive electrode mixture layer 8 includes a lithium-containing composite oxide such as LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMn 2 O 4 , or a mixture or composite compound thereof as a positive electrode active material. In addition to the above, as the positive electrode active material, olivine type lithium phosphate represented by the general formula of LiMPO 4 (M = V, Fe, Ni, Mn), Li 2 MPO 4 F (M = V, Fe, Ni, Mn) ) Lithium fluorophosphate represented by the general formula can also be used. Further, a part of these lithium-containing compounds may be substituted with a different element. Surface treatment may be performed with a metal oxide, lithium oxide, a conductive agent, or the like, or the surface may be subjected to a hydrophobic treatment.

正極合剤層8はさらに導電剤と、結着剤とを含む。導電剤としては、天然黒鉛や人造黒鉛のグラファイト類、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラックなどのカーボンブラック類、炭素繊維や金属繊維などの導電性繊維類、フッ化カーボン、アルミニウムなどの金属粉末類、酸化亜鉛やチタン酸カリウムなどの導電性ウィスカー類、酸化チタンなどの導電性金属酸化物、フェニレン誘導体などの有機導電性材料を用いることができる。   The positive electrode mixture layer 8 further includes a conductive agent and a binder. As the conductive agent, natural graphite and artificial graphite graphite, acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, thermal black and other carbon black, conductive fibers such as carbon fiber and metal fiber, Metal powders such as carbon fluoride and aluminum, conductive whiskers such as zinc oxide and potassium titanate, conductive metal oxides such as titanium oxide, and organic conductive materials such as phenylene derivatives can be used.

また結着剤としては、負極1に用いるものと同様のものを用いることができる。すなわちポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、アラミド樹脂、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリアクリルニトリル、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸メチルエステル、ポリアクリル酸エチルエステル、ポリアクリル酸ヘキシルエステル、ポリメタクリル酸、ポリメタクリル酸メチルエステル、ポリメタクリル酸エチルエステル、ポリメタクリル酸ヘキシルエステル、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルピロリドン、ポリエーテル、ポリエーテルサルフォン、ヘキサフルオロポリプロピレン、スチレンブタジエンゴム、カルボキシメチルセルロース(CMC)などが使用可能である。また、テトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、パーフルオロアルキルビニルエーテル、フッ化ビニリデン、クロロトリフルオロエチレン、エチレン、プロピレン、ペンタフルオロプロピレン、フルオロメチルビニルエーテル、アクリル酸、ヘキサジエンより選択された2種以上の材料の共重合体を用いてもよい。またこれらのうちから選択された2種以上を混合して用いてもよい。   Moreover, as a binder, the thing similar to what is used for the negative electrode 1 can be used. Polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene, polyethylene, polypropylene, aramid resin, polyamide, polyimide, polyamideimide, polyacrylonitrile, polyacrylic acid, polyacrylic acid methyl ester, polyacrylic acid ethyl ester, polyacrylic acid Hexyl ester, polymethacrylic acid, polymethacrylic acid methyl ester, polymethacrylic acid ethyl ester, polymethacrylic acid hexyl ester, polyvinyl acetate, polyvinyl pyrrolidone, polyether, polyether sulfone, hexafluoropolypropylene, styrene butadiene rubber, carboxymethyl cellulose (CMC) or the like can be used. Two types selected from tetrafluoroethylene, hexafluoroethylene, hexafluoropropylene, perfluoroalkyl vinyl ether, vinylidene fluoride, chlorotrifluoroethylene, ethylene, propylene, pentafluoropropylene, fluoromethyl vinyl ether, acrylic acid, and hexadiene A copolymer of the above materials may be used. Two or more selected from these may be mixed and used.

正極2に用いる集電体7としては、アルミニウム(Al)、炭素、導電性樹脂などが使用可能である。またこのいずれかの材料に、カーボンなどで表面処理したものを用いてもよい。   As the current collector 7 used for the positive electrode 2, aluminum (Al), carbon, conductive resin, or the like can be used. Further, any of these materials may be surface-treated with carbon or the like.

非水電解質3には有機溶媒に溶質を溶解した非水溶液系の電解質溶液や、これらを含み高分子で非流動化されたいわゆるポリマー電解質層が適用可能である。少なくとも電解質溶液を用いる場合には正極2と負極1との間にポリエチレン、ポリプロピレン、アラミド樹脂、アミドイミド、ポリフェニレンサルファイド、ポリイミドなどからなる不織布や微多孔膜などのセパレータ(図示せず)を用い、これに電解質溶液を含浸させるのが好ましい。またセパレータの内部あるいは表面には、アルミナ、マグネシア、シリカ、チタニアなどの耐熱性フィラーを含んでもよい。セパレータとは別に、これらのフィラーと、電極に用いるのと同様の結着剤とから構成される耐熱層を設けてもよい。   As the non-aqueous electrolyte 3, a non-aqueous electrolyte solution in which a solute is dissolved in an organic solvent, or a so-called polymer electrolyte layer containing these and non-fluidized with a polymer can be applied. When using at least an electrolyte solution, a separator (not shown) such as a nonwoven fabric or a microporous membrane made of polyethylene, polypropylene, aramid resin, amideimide, polyphenylene sulfide, polyimide, etc. is used between the positive electrode 2 and the negative electrode 1. It is preferable to impregnate the electrolyte solution. Further, the inside or the surface of the separator may contain a heat resistant filler such as alumina, magnesia, silica, titania. Apart from the separator, a heat-resistant layer composed of these fillers and a binder similar to that used for the electrode may be provided.

非水電解質3の材料は、活物質の酸化還元電位などを基に選択される。非水電解質3に用いるのが好ましい溶質としては、LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiAlCl4、LiSbF6、LiSCN、LiCF3SO3、LiN(CF3SO2)、LiN(C25SO22、LiAsF6、LiB10Cl10、低級脂肪族カルボン酸リチウム、LiF、LiCl、LiBr、LiI、クロロボランリチウム、ビス(1,2−ベンゼンジオレート(2−)−O,O’)ほう酸リチウム、ビス(2,3−ナフタレンジオレート(2−)−O,O’)ほう酸リチウム、ビス(2,2’−ビフェニルジオレート(2−)−O,O’)ほう酸リチウム、ビス(5−フルオロ−2−オレート−1−ベンゼンスルホン酸−O,O’)ほう酸リチウムなどのほう酸塩類、テトラフェニルホウ酸リチウムなど、一般にリチウム電池で使用されている塩類が適用できる。 The material of the nonaqueous electrolyte 3 is selected based on the redox potential of the active material. Solutes preferably used for the non-aqueous electrolyte 3 include LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAlCl 4 , LiSbF 6 , LiSCN, LiCF 3 SO 3 , LiN (CF 3 SO 2 ), LiN (C 2 F 5 SO 2) 2, LiAsF 6, LiB 10 Cl 10, lower aliphatic lithium carboxylate, LiF, LiCl, LiBr, LiI, chloroborane lithium, bis (1,2-benzene diolate (2 -) - O, O ') Lithium borate, bis (2,3-naphthalenedioleate (2-)-O, O ′) lithium borate, bis (2,2′-biphenyldiolate (2-)-O, O ′) lithium borate, bis ( 5-fluoro-2-olate-1-benzenesulfonic acid-O, O ′) borate salts such as lithium borate, lithium tetraphenylborate, etc. Salts used in batteries can be applied.

さらに上記塩を溶解させる有機溶媒には、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ビニレンカーボネート、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート(EMC)、ジプロピルカーボネート、ギ酸メチル、酢酸メチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、ジメトキシメタン、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、1,2−ジエトキシエタン、1,2−ジメトキシエタン、エトキシメトキシエタン、トリメトキシメタン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフランなどのテトラヒドロフラン誘導体、ジメチルスルホキシド、1,3−ジオキソラン、4−メチル−1,3−ジオキソランなどのジオキソラン誘導体、ホルムアミド、アセトアミド、ジメチルホルムアミド、アセトニトリル、プロピルニトリル、ニトロメタン、エチルモノグライム、リン酸トリエステル、酢酸エステル、プロピオン酸エステル、スルホラン、3−メチルスルホラン、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン、3−メチル−2−オキサゾリジノン、プロピレンカーボネート誘導体、エチルエーテル、ジエチルエーテル、1,3−プロパンサルトン、アニソール、フルオロベンゼンなどの1種またはそれ以上の混合物など、一般にリチウム電池で使用されているような溶媒が適用できる。   Further, the organic solvent for dissolving the salt includes ethylene carbonate (EC), propylene carbonate, butylene carbonate, vinylene carbonate, dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate (EMC), dipropyl carbonate, methyl formate, acetic acid. Methyl, methyl propionate, ethyl propionate, dimethoxymethane, γ-butyrolactone, γ-valerolactone, 1,2-diethoxyethane, 1,2-dimethoxyethane, ethoxymethoxyethane, trimethoxymethane, tetrahydrofuran, 2-methyl Tetrahydrofuran derivatives such as tetrahydrofuran, dimethyl sulfoxide, 1,3-dioxolane, dioxolane derivatives such as 4-methyl-1,3-dioxolane, formamide, aceto Toamide, dimethylformamide, acetonitrile, propylnitrile, nitromethane, ethyl monoglyme, phosphoric acid triester, acetate ester, propionate ester, sulfolane, 3-methylsulfolane, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, 3-methyl 2-Oxazolidinone, propylene carbonate derivatives, ethyl ether, diethyl ether, 1,3-propane sultone, anisole, mixtures of one or more such as fluorobenzene, and the like, commonly used in lithium batteries Applicable.

さらに、ビニレンカーボネート(VC)、シクロヘキシルベンゼン、ビフェニル、ジフェニルエーテル、ビニルエチレンカーボネート、ジビニルエチレンカーボネート、フェニルエチレンカーボネート、ジアリルカーボネート、フルオロエチレンカーボネート、カテコールカーボネート、酢酸ビニル、エチレンサルファイト、プロパンサルトン、トリフルオロプロピレンカーボネート、ジベニゾフラン、2,4−ジフルオロアニソール、0−ターフェニル、m−ターフェニルなどの添加剤を含んでいてもよい。   Furthermore, vinylene carbonate (VC), cyclohexyl benzene, biphenyl, diphenyl ether, vinyl ethylene carbonate, divinyl ethylene carbonate, phenyl ethylene carbonate, diallyl carbonate, fluoroethylene carbonate, catechol carbonate, vinyl acetate, ethylene sulfite, propane sultone, trifluoro Additives such as propylene carbonate, dibenisofuran, 2,4-difluoroanisole, 0-terphenyl, m-terphenyl may be included.

なお、非水電解質3は、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、ポリホスファゼン、ポリアジリジン、ポリエチレンスルフィド、ポリビニルアルコール、ポリフッ化ビニリデン、ポリヘキサフルオロプロピレンなどの高分子材料の1種またはそれ以上の混合物などに上記溶質を混合して、固体電解質として用いてもよい。また、上記有機溶媒と混合してゲル状で用いてもよい。さらに、リチウム窒化物、リチウムハロゲン化物、リチウム酸素酸塩、Li4SiO4、Li4SiO4−LiI−LiOH、Li3PO4−Li4SiO4、Li2SiS3、Li3PO4−Li2S−SiS2、硫化リン化合物などの無機材料を固体電解質として用いてもよい。 In addition, the nonaqueous electrolyte 3 may be formed by mixing one or more polymer materials such as polyethylene oxide, polypropylene oxide, polyphosphazene, polyaziridine, polyethylene sulfide, polyvinyl alcohol, polyvinylidene fluoride, polyhexafluoropropylene, and the like. A solute may be mixed and used as a solid electrolyte. Moreover, you may mix with the said organic solvent and use it in a gel form. Further, lithium nitride, lithium halide, lithium oxyacid salt, Li 4 SiO 4, Li 4 SiO 4 -LiI-LiOH, Li 3 PO 4 -Li 4 SiO 4, Li 2 SiS 3, Li 3 PO 4 -Li Inorganic materials such as 2 S—SiS 2 and phosphorus sulfide compounds may be used as the solid electrolyte.

負極合剤層12は図2に示すように、複合負極活物質を含む。複合負極活物質34は少なくともリチウムイオンの吸蔵放出が可能な活物質核35とその表面に付着させたCNF36を有する。CNF36は活物質核35の表面に付着あるいは固着しており、電池内では集電に対する抵抗が小さくなり、高い電子伝導性が維持される。   As shown in FIG. 2, the negative electrode mixture layer 12 includes a composite negative electrode active material. The composite negative electrode active material 34 has at least an active material nucleus 35 capable of occluding and releasing lithium ions and a CNF 36 attached to the surface thereof. The CNF 36 adheres to or adheres to the surface of the active material core 35, and resistance to current collection is reduced in the battery, and high electron conductivity is maintained.

負極合剤層12はさらに図示しない結着剤を含む。結着剤としては、例えばPVDF、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、アラミド樹脂、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリアクリルニトリル、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸メチルエステル、ポリアクリル酸エチルエステル、ポリアクリル酸ヘキシルエステル、ポリメタクリル酸、ポリメタクリル酸メチルエステル、ポリメタクリル酸エチルエステル、ポリメタクリル酸ヘキシルエステル、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルピロリドン、ポリエーテル、ポリエーテルサルフォン、ヘキサフルオロポリプロピレン、スチレンブタジエンゴム、CMCなどが使用可能である。また、テトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、パーフルオロアルキルビニルエーテル、フッ化ビニリデン、クロロトリフルオロエチレン、エチレン、プロピレン、ペンタフルオロプロピレン、フルオロメチルビニルエーテル、アクリル酸、ヘキサジエンより選択された2種以上の材料の共重合体を用いてもよい。   The negative electrode mixture layer 12 further contains a binder (not shown). Examples of the binder include PVDF, polytetrafluoroethylene, polyethylene, polypropylene, aramid resin, polyamide, polyimide, polyamideimide, polyacrylonitrile, polyacrylic acid, polyacrylic acid methyl ester, polyacrylic acid ethyl ester, and polyacrylic. Acid hexyl ester, polymethacrylic acid, polymethacrylic acid methyl ester, polymethacrylic acid ethyl ester, polymethacrylic acid hexyl ester, polyvinyl acetate, polyvinylpyrrolidone, polyether, polyethersulfone, hexafluoropolypropylene, styrene butadiene rubber, CMC Etc. can be used. Two types selected from tetrafluoroethylene, hexafluoroethylene, hexafluoropropylene, perfluoroalkyl vinyl ether, vinylidene fluoride, chlorotrifluoroethylene, ethylene, propylene, pentafluoropropylene, fluoromethyl vinyl ether, acrylic acid, and hexadiene A copolymer of the above materials may be used.

集電体10には、ステンレス鋼、ニッケル、銅、チタンなどの金属箔、炭素や導電性樹脂の薄膜などが利用可能である。さらに、カーボン、ニッケル、チタンなどで表面処理を施してもよい。   The current collector 10 can be made of a metal foil such as stainless steel, nickel, copper, or titanium, or a thin film of carbon or conductive resin. Further, surface treatment may be performed with carbon, nickel, titanium or the like.

次に複合負極活物質34について詳細に説明する。活物質核35としては、ケイ素(Si)やスズ(Sn)などのように正極合剤層8に含まれる正極活物質材料よりも卑な電位でリチウムイオンを大量に吸蔵放出可能な材料を用いることができる。このような材料であれば、単体、合金、化合物、固溶体および含ケイ素材料や含スズ材料を含む複合活物質の何れであっても、本発明の効果を発揮させることは可能である。特に含ケイ素材料は容量密度が大きく安価であるため好ましい。すなわち、含ケイ素材料として、Si、SiOx(0.05<x<1.95)、またはこれらのいずれかにB、Mg、Ni、Ti、Mo、Co、Ca、Cr、Cu、Fe、Mn、Nb、Ta、V、W、Zn、C、N、Snからなる群から選択される少なくとも1つ以上の元素でSiの一部を置換した合金や化合物、または固溶体などを用いることができる。含スズ材料としてはNi2Sn4、Mg2Sn、SnOx(0<x<2)、SnO2、SnSiO3、LiSnOなどが適用できる。 Next, the composite negative electrode active material 34 will be described in detail. As the active material nucleus 35, a material that can occlude and release a large amount of lithium ions at a lower potential than the positive electrode active material contained in the positive electrode mixture layer 8, such as silicon (Si) or tin (Sn), is used. be able to. With such a material, the effect of the present invention can be exhibited with any of a simple substance, an alloy, a compound, a solid solution, and a composite active material including a silicon-containing material and a tin-containing material. In particular, a silicon-containing material is preferable because it has a large capacity density and is inexpensive. That is, as a silicon-containing material, Si, SiO x (0.05 <x <1.95), or any of these, B, Mg, Ni, Ti, Mo, Co, Ca, Cr, Cu, Fe, Mn An alloy, a compound, a solid solution, or the like in which a part of Si is substituted with at least one element selected from the group consisting of Nb, Ta, V, W, Zn, C, N, and Sn can be used. As the tin-containing material, Ni 2 Sn 4 , Mg 2 Sn, SnO x (0 <x <2), SnO 2 , SnSiO 3 , LiSnO, or the like can be applied.

これらの材料は単独で活物質核35を構成してもよく、また複数種の材料により活物質核35を構成してもよい。上記複数種の材料により活物質核35を構成する例として、Siと酸素と窒素とを含む化合物やSiと酸素とを含み、Siと酸素との構成比率が異なる複数の化合物の複合物などが挙げられる。   These materials may constitute the active material nucleus 35 alone, or the active material nucleus 35 may be composed of a plurality of types of materials. Examples of constituting the active material nucleus 35 with the above-mentioned plural kinds of materials include a compound containing Si, oxygen and nitrogen, and a composite of a plurality of compounds containing Si and oxygen and having different constituent ratios of Si and oxygen. Can be mentioned.

CNF36は活物質核35の表面に担持された触媒元素(図示せず)を核として成長して形成される。触媒元素として銅(Cu)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、モリブデン(Mo)およびマンガン(Mn)よりなる群から選択された少なくとも1種を用いることができ、第1、第2のCNF36の成長を促進する。このようにCNF36が活物質核35の表面に付着していることにより良好な充放電特性が期待できる。また触媒元素の介在によって活物質核35への結合力が強く、負極合剤層12を集電体10上に塗布する際の圧延負荷に対する負極1の耐久性を向上させることができる。   The CNF 36 is formed by growing a catalyst element (not shown) supported on the surface of the active material nucleus 35 as a nucleus. As the catalytic element, at least one selected from the group consisting of copper (Cu), iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), molybdenum (Mo) and manganese (Mn) can be used. , Promoting the growth of the second CNF 36. As described above, the CNF 36 is attached to the surface of the active material nucleus 35, so that good charge / discharge characteristics can be expected. Further, the presence of the catalytic element has a strong binding force to the active material core 35, and the durability of the negative electrode 1 against the rolling load when the negative electrode mixture layer 12 is applied on the current collector 10 can be improved.

CNF36の成長が終了するまでの間、触媒元素が良好な触媒作用を発揮するためには、触媒元素が活物質核35の表層部において金属状態で存在することが望ましい。触媒元素は、例えば粒径1nm〜1000nmの金属粒子の状態で存在することが望まれる。一方、CNF36の成長終了後においては、触媒元素からなる金属粒子を酸化することが望ましい。   In order for the catalytic element to exhibit good catalytic action until the growth of the CNF 36 is completed, it is desirable that the catalytic element exists in a metal state in the surface layer portion of the active material nucleus 35. The catalyst element is desirably present in a state of metal particles having a particle diameter of 1 nm to 1000 nm, for example. On the other hand, after the growth of CNF 36 is completed, it is desirable to oxidize the metal particles made of the catalyst element.

CNF36の繊維長は1nm〜1mmが好ましく、500nm〜100μmがさらに好ましい。CNF36の繊維長が1nm未満では、電極の導電性を高める効果が小さくなりすぎ、また繊維長が1mmを超えると、活物質密度や容量が小さくなる傾向がある。   The fiber length of CNF36 is preferably 1 nm to 1 mm, and more preferably 500 nm to 100 μm. When the fiber length of the CNF 36 is less than 1 nm, the effect of increasing the conductivity of the electrode is too small, and when the fiber length exceeds 1 mm, the active material density and capacity tend to decrease.

CNF36の形態は特に限定されないが、チューブ状カーボン、アコーディオン状カーボン、プレート状カーボンおよびヘーリング・ボーン状カーボンよりなる群から選択された少なくとも1種からなることが望ましい。CNF36は、成長する過程で触媒元素を自身の内部に取り込んでもよい。またCNF36の繊維径は1nm〜1000nmが好ましく、50nm〜300nmがさらに好ましい。   Although the form of CNF 36 is not particularly limited, it is desirable that the CNF 36 is made of at least one selected from the group consisting of tubular carbon, accordion carbon, plate carbon, and herringbone carbon. The CNF 36 may take the catalytic element into itself during the growth process. The fiber diameter of CNF36 is preferably 1 nm to 1000 nm, and more preferably 50 nm to 300 nm.

触媒元素は、金属状態でCNF36を成長させるための活性点を与える。すなわち触媒元素が金属状態で表面に露出した活物質核35を、CNF36の原料ガスを含む高温雰囲気中に導入すると、CNF36の成長が進行する。活物質粒子の表面に触媒元素が存在しない場合には、CNF36は成長しない。   The catalytic element provides an active point for growing CNF 36 in the metallic state. That is, when the active material nucleus 35 having the catalytic element exposed on the surface in a metallic state is introduced into a high temperature atmosphere containing the source gas of the CNF 36, the growth of the CNF 36 proceeds. When no catalytic element is present on the surface of the active material particles, the CNF 36 does not grow.

活物質核35の表面に触媒元素からなる金属粒子を設ける方法は、特に限定されないが、例えば固体の金属粒子を活物質核35と混合することが考えられる。また金属粒子の原料である金属化合物の溶液に、活物質核35を浸漬する方法が好適である。溶液に浸漬後の活物質核35から溶媒を除去し、必要に応じて加熱処理すると、表面に均一にかつ高分散状態で、粒径1nm〜1000nm、好ましくは10nm〜100nmの触媒元素からなる金属粒子を担持した活物質核35を得ることが可能である。   A method of providing the metal particles made of the catalytic element on the surface of the active material nucleus 35 is not particularly limited. For example, it is conceivable to mix solid metal particles with the active material nucleus 35. Further, a method of immersing the active material core 35 in a solution of a metal compound that is a raw material for the metal particles is preferable. When the solvent is removed from the active material core 35 after being immersed in the solution, and heat treatment is performed as necessary, the metal is uniformly and highly dispersed on the surface and is made of a catalyst element having a particle diameter of 1 nm to 1000 nm, preferably 10 nm to 100 nm. It is possible to obtain the active material core 35 carrying the particles.

触媒元素からなる金属粒子の粒径が1nm未満の場合、金属粒子の生成が非常に難しく、また1000nmを超えると、金属粒子の大きさが極端に不均一となり、CNF36を成長させることが困難になったり、導電性に優れた電極が得られなくなったりすることがある。そのため、触媒元素からなる金属粒子の粒径は1nm以上、1000nm以下であることが望ましい。   When the particle size of the metal particles composed of the catalyst element is less than 1 nm, it is very difficult to generate the metal particles. When the particle size exceeds 1000 nm, the size of the metal particles becomes extremely non-uniform and it is difficult to grow CNF36. Or an electrode having excellent conductivity may not be obtained. Therefore, the particle size of the metal particles made of the catalyst element is desirably 1 nm or more and 1000 nm or less.

上記溶液を得るための金属化合物としては、硝酸ニッケル、硝酸コバルト、硝酸鉄、硝酸銅、硝酸マンガン、七モリブデン酸六アンモニウム四水和物などを挙げることができる。また溶液に用いる溶媒には、化合物の溶解度、電気化学的活性相との適性を考慮して、水、有機溶媒および水と有機溶媒との混合物の中から好適なものを選択すればよい。有機溶媒としては、例えばエタノール、イソプロピルアルコール、トルエン、ベンゼン、ヘキサン、テトラヒドロフランなどを用いることができる。   Examples of the metal compound for obtaining the solution include nickel nitrate, cobalt nitrate, iron nitrate, copper nitrate, manganese nitrate, hexaammonium hexamolybdate tetrahydrate and the like. A suitable solvent may be selected from water, an organic solvent, and a mixture of water and an organic solvent in consideration of the solubility of the compound and suitability for the electrochemically active phase. As the organic solvent, for example, ethanol, isopropyl alcohol, toluene, benzene, hexane, tetrahydrofuran and the like can be used.

一方、触媒元素を含む合金粒子を合成し、これを活物質核35として用いることもできる。この場合、Si、Snなどと触媒元素との合金を、通常の合金製造方法により合成する。Si元素やSn元素などは、電気化学的にリチウムと反応して合金を生成するので、電気化学的活性相が形成される。一方、触媒元素からなる金属相の少なくとも一部は、例えば粒径10nm〜100nmの粒子状で合金粒子の表面に露出する。   On the other hand, alloy particles containing a catalytic element can be synthesized and used as the active material core 35. In this case, an alloy of Si, Sn and the like and a catalytic element is synthesized by a normal alloy manufacturing method. Since Si element, Sn element and the like electrochemically react with lithium to form an alloy, an electrochemically active phase is formed. On the other hand, at least a part of the metal phase composed of the catalytic element is exposed on the surface of the alloy particles in the form of particles having a particle diameter of 10 nm to 100 nm, for example.

触媒元素からなる金属粒子もしくは金属相は、活物質核35の0.01重量%〜10重量%であることが望ましく、1重量%〜3重量%であることがさらに望ましい。金属粒子もしくは金属相の含有量が少なすぎると、CNF36を成長させるのに長時間を要し、生産効率が低下する場合がある。一方、触媒元素からなる金属粒子もしくは金属相の含有量が多すぎると、触媒元素の凝集により、不均一で太い繊維径のCNF36が成長するため、合剤層中の導電性や活物質密度の低下につながる。また、電気化学的活性相の割合が相対的に少なくなり、複合負極活物質34を高容量の電極材料とすることが困難となる。   The metal particles or metal phase composed of the catalytic element is preferably 0.01% by weight to 10% by weight of the active material core 35, and more preferably 1% by weight to 3% by weight. If the content of the metal particles or the metal phase is too small, it takes a long time to grow the CNF 36, which may reduce the production efficiency. On the other hand, if the content of the metal particles or metal phase comprising the catalyst element is too large, the CNF 36 having a non-uniform and large fiber diameter grows due to the aggregation of the catalyst element, so that the conductivity and active material density in the mixture layer are reduced. Leading to a decline. In addition, the proportion of the electrochemically active phase is relatively reduced, making it difficult to make the composite negative electrode active material 34 a high-capacity electrode material.

次に、活物質核35とCNF36とから構成された複合負極活物質34の製造方法の一例について述べる。この製造方法は以下の3つのステップで構成される。   Next, an example of a method for producing the composite negative electrode active material 34 composed of the active material nucleus 35 and the CNF 36 will be described. This manufacturing method includes the following three steps.

(a)リチウムの吸蔵放出が可能な活物質核35の少なくとも表層部に、CNF36の成長を促進するCu、Fe、Co、Ni、MoおよびMnよりなる群から選択された少なくとも1種の触媒元素を設けるステップ。   (A) At least one catalyst element selected from the group consisting of Cu, Fe, Co, Ni, Mo, and Mn that promotes the growth of CNF 36 on at least the surface layer portion of the active material core 35 capable of occluding and releasing lithium Providing a step.

(b)炭素含有ガスおよび水素ガスを含む400〜650℃下の雰囲気中で、活物質核35の表面に、CNF36を成長させるステップ(第8の発明における第1の工程に相応)。   (B) A step of growing CNF 36 on the surface of the active material nucleus 35 in an atmosphere containing carbon-containing gas and hydrogen gas at 400 to 650 ° C. (corresponding to the first step in the eighth invention).

(c)不活性ガス雰囲気中で、CNF36が付着した活物質核35を700〜1500℃で焼成するステップ(第8の発明における第2の工程に相応)。   (C) A step of firing the active material core 35 to which the CNF 36 is adhered at 700 to 1500 ° C. in an inert gas atmosphere (corresponding to the second step in the eighth invention).

ステップ(c)の後、さらに、大気中で複合負極活物質34を100℃以上、400℃
以下で熱処理して触媒元素を酸化してもよい。100℃以上、400℃以下の熱処理であれば、CNF36を酸化させずに触媒元素だけを酸化することが可能である。
After step (c), the composite negative electrode active material 34 is further heated to 100 ° C. or higher and 400 ° C. in the atmosphere.
In the following, the catalyst element may be oxidized by heat treatment. If the heat treatment is performed at 100 ° C. or higher and 400 ° C. or lower, it is possible to oxidize only the catalytic element without oxidizing CNF 36.

ステップ(a)としては、活物質核35の表面に触媒元素からなる金属粒子を担持するステップ、触媒元素を含む活物質核35の表面を還元するステップ、Si元素やSn元素と触媒元素との合金粒子を合成するステップなどが挙げられる。ただしステップ(a)は上記に限られるものではない。またこのステップを経ずに複合負極活物質34を得る方法もある。   As the step (a), a step of supporting metal particles made of a catalytic element on the surface of the active material nucleus 35, a step of reducing the surface of the active material nucleus 35 containing the catalytic element, and a combination of Si element or Sn element with the catalytic element Examples include a step of synthesizing alloy particles. However, step (a) is not limited to the above. There is also a method of obtaining the composite negative electrode active material 34 without going through this step.

次に、ステップ(b)において、活物質核35の表面にCNF36を成長させる際の条件について説明する。少なくとも表層部に触媒元素を有する活物質核35を、CNF36の原料ガスを含む高温雰囲気中に導入するとCNF36の成長が進行する。例えばセラミック製反応容器に活物質核35を投入し、不活性ガスもしくは還元力を有するガス中で400〜650℃の高温になるまで昇温させる。その後、CNF36の原料ガスである炭素含有ガスと水素ガスとを反応容器に導入する。反応容器内の温度が400℃未満では、CNF36の成長が起こらないか、成長が遅すぎて生産性が損なわれる。また、反応容器内の温度が650℃を超えると、原料ガスの分解が促進されCNF36が成長し難くなる。   Next, conditions for growing CNF 36 on the surface of the active material nucleus 35 in step (b) will be described. When the active material nucleus 35 having the catalytic element at least in the surface layer portion is introduced into a high temperature atmosphere containing the source gas of the CNF 36, the growth of the CNF 36 proceeds. For example, the active material nucleus 35 is put into a ceramic reaction vessel, and the temperature is raised to 400 to 650 ° C. in an inert gas or a gas having a reducing power. Thereafter, a carbon-containing gas and hydrogen gas, which are source gases of CNF 36, are introduced into the reaction vessel. If the temperature in the reaction vessel is lower than 400 ° C., the growth of CNF 36 does not occur or the growth is too slow, and the productivity is impaired. On the other hand, when the temperature in the reaction vessel exceeds 650 ° C., decomposition of the raw material gas is promoted and CNF 36 is difficult to grow.

原料ガスとしては、炭素含有ガスと水素ガスとの混合ガスが好適である。炭素含有ガスとしては、メタン、エタン、エチレン、ブタン、一酸化炭素などを用いることができる。混合ガスにおける炭素含有ガスのモル比(体積比)は、20%〜80%が好適である。活物質核35の表面に金属状態の触媒元素が露出していない場合には、水素ガスの割合を多めに制御することで、触媒元素の還元とCNF36の成長とを並行して進行させることができる。CNF36の成長を終了させる際には、炭素含有ガスと水素ガスとの混合ガスを不活性ガスに置換し、反応容器内を室温まで冷却する。   As the source gas, a mixed gas of carbon-containing gas and hydrogen gas is suitable. As the carbon-containing gas, methane, ethane, ethylene, butane, carbon monoxide, or the like can be used. The molar ratio (volume ratio) of the carbon-containing gas in the mixed gas is preferably 20% to 80%. When the catalytic element in the metal state is not exposed on the surface of the active material nucleus 35, the reduction of the catalytic element and the growth of the CNF 36 can be performed in parallel by controlling the ratio of the hydrogen gas more. it can. When terminating the growth of the CNF 36, the mixed gas of the carbon-containing gas and the hydrogen gas is replaced with an inert gas, and the inside of the reaction vessel is cooled to room temperature.

続いて、ステップ(c)にて、CNF36が付着した活物質核35を、不活性ガス雰囲気中にて600〜1800℃(より好ましくは700〜1500℃)で焼成する。このようにすることで複合負極活物質34に柔軟性を持たせつつCNF36の表面にある不純物を消失させることができ、さらにCNF36のグラフェン層末端の官能基が消失してCNF36の結晶性が高まる。CNF36の結晶性が高まることによってCNF36の導電性が高まるだけでなく、電池製造工程における不純物がCNF36の表面に付着しにくくなるので、サイクル特性を顕著に向上させることができる。このような焼成行程を行わないか、もしくは焼成温度が600℃未満では、CNF36の表面にある不純物を十分に除去することができず、1800℃を超えると活物質核35とCNF36との密着性が低下する。   Subsequently, in step (c), the active material nucleus 35 to which the CNF 36 is attached is fired at 600 to 1800 ° C. (more preferably 700 to 1500 ° C.) in an inert gas atmosphere. By doing so, impurities on the surface of the CNF 36 can be eliminated while the composite negative electrode active material 34 is flexible, and further, the functional group at the end of the graphene layer of the CNF 36 disappears, and the crystallinity of the CNF 36 increases. . The increase in crystallinity of CNF36 not only increases the conductivity of CNF36 but also makes it difficult for impurities in the battery manufacturing process to adhere to the surface of CNF36, so that the cycle characteristics can be significantly improved. If such a firing process is not performed or if the firing temperature is less than 600 ° C., impurities on the surface of the CNF 36 cannot be sufficiently removed, and if it exceeds 1800 ° C., the adhesion between the active material nucleus 35 and the CNF 36 Decreases.

不活性ガス中で焼成後の複合負極活物質34は、さらに触媒元素からなる金属粒子もしくは金属相の少なくとも一部(例えば表面)を酸化するために、大気中で、100℃以上、400℃以下で熱処理することが好ましい。熱処理温度が100℃未満では、金属を酸化することは困難であり、400℃を超えると成長させたCNF36が燃焼してしまうことがある。   The composite negative electrode active material 34 after firing in an inert gas further oxidizes at least a part (for example, the surface) of the metal particles or metal phase comprising the catalytic element in the atmosphere at 100 ° C. or higher and 400 ° C. or lower. It is preferable to heat-treat with. If the heat treatment temperature is less than 100 ° C., it is difficult to oxidize the metal, and if it exceeds 400 ° C., the grown CNF 36 may burn.

なおステップ(c)を経たCNF36が付着した焼成後の活物質核35を解砕すると、充填性の良好な複合負極活物質34が得られるため好ましい。ただし、解砕しなくてもタップ密度が0.42g/cm3以上、0.91g/cm3以下の場合は必ずしも解砕する必要はない。すなわち、充填性のよい活物質核を原料に用いた場合、解砕する必要がない場合もある。 Note that it is preferable to crush the fired active material core 35 to which the CNF 36 that has passed through the step (c) is attached because a composite negative electrode active material 34 with good filling properties is obtained. However, it disintegrated rather tap density also is 0.42 g / cm 3 or more, it is not always necessary to crushing in the case of 0.91 g / cm 3 or less. That is, when an active material nucleus with good filling properties is used as a raw material, it may not be necessary to crush.

次に、本発明の各実施の形態における具体的な実施例について説明する。なお本実施例
では、図1に示すコイン型ではなく、円筒型の非水電解質二次電池を構成した。
Next, specific examples in each embodiment of the present invention will be described. In this example, a cylindrical nonaqueous electrolyte secondary battery was configured instead of the coin type shown in FIG.

(実施例1)
(1)正極の作製
コバルト酸リチウム3kgを、呉羽化学株式会社製PVDF#1320(固形分12%のNMP溶液)1kg、アセチレンブラック90gおよび適量のNMPとともに双腕式練合機にて攪拌し、正極ペーストを作製した。このペーストを15μm厚のアルミニウムからなる集電体7に間欠塗布乾燥して正極合剤層8を形成した後、この正極合剤層8の活物質密度が3.5g/mlとなるように圧延した後、所定の寸法に切断し、正極2を得た。
Example 1
(1) Production of positive electrode 3 kg of lithium cobalt oxide was stirred with a double-arm kneader together with 1 kg of PVDF # 1320 (NMP solution having a solid content of 12%) manufactured by Kureha Chemical Co., Ltd., 90 g of acetylene black and an appropriate amount of NMP. A positive electrode paste was prepared. This paste is intermittently applied to and dried on a current collector 7 made of aluminum having a thickness of 15 μm to form a positive electrode mixture layer 8 and then rolled so that the active material density of the positive electrode mixture layer 8 is 3.5 g / ml. After that, the positive electrode 2 was obtained by cutting into predetermined dimensions.

(2)負極の作製
活物質核35として、粒径10μm以下に粉砕したO/Si比(ケイ素に対する酸素の比率)がモル比で1.01である酸化ケイ素を使用した。
(2) Production of Negative Electrode As active material core 35, silicon oxide having an O / Si ratio (ratio of oxygen to silicon) pulverized to a particle size of 10 μm or less was 1.01 in terms of molar ratio.

また、触媒元素をこの酸化ケイ素粒子の表層部に結合するために、硝酸鉄9水和物(特級)1gをイオン交換水100gに溶解させた溶液を使用した。なお、酸化ケイ素粒子のモル比の測定は、JIS Z2613に基づく重量分析法に準じて行った。この酸化ケイ素粒子と硝酸鉄溶液との混合物を、1時間攪拌後、エバポレータ装置で水分を除去することで、酸化ケイ素粒子の表層部に均一に、かつ高分散状態で、粒径が、1nm〜1000nmの硝酸鉄を担持させた。   Further, in order to bind the catalyst element to the surface layer portion of the silicon oxide particles, a solution in which 1 g of iron nitrate nonahydrate (special grade) was dissolved in 100 g of ion-exchanged water was used. The molar ratio of the silicon oxide particles was measured according to a gravimetric analysis method based on JIS Z2613. The mixture of the silicon oxide particles and the iron nitrate solution is stirred for 1 hour, and then the water is removed by an evaporator device so that the particle size is 1 nm to 1 nm in a uniform and highly dispersed state on the surface layer of the silicon oxide particles. 1000 nm iron nitrate was supported.

次に、この硝酸鉄を担持した活物質核35をセラミック製反応容器に投入し、ヘリウムガス存在下で500℃まで昇温させた(第8の発明における第1の工程)。その後、ヘリウムガスを、水素ガス50体積%と一酸化炭素ガス50体積%との混合ガスにより置換し、500℃で保持した。この際の反応時間を15分とした。これにより、硝酸鉄を還元するとともに活物質核35の表面にCNF36を成長させた。   Next, the active material nucleus 35 carrying iron nitrate was put into a ceramic reaction vessel and heated to 500 ° C. in the presence of helium gas (first step in the eighth invention). Thereafter, the helium gas was replaced with a mixed gas of 50% by volume of hydrogen gas and 50% by volume of carbon monoxide gas, and maintained at 500 ° C. The reaction time at this time was 15 minutes. As a result, iron nitrate was reduced and CNF 36 was grown on the surface of the active material core 35.

次に、混合ガスを再びヘリウムガスにより置換し、600℃で1時間保持した(第8の発明における第2の工程)後、反応容器内を室温になるまで冷却させ、複合負極活物質34を得た。   Next, the mixed gas was replaced with helium gas again and held at 600 ° C. for 1 hour (second step in the eighth invention), and then the reaction vessel was cooled to room temperature, and the composite negative electrode active material 34 was Obtained.

得られた複合負極活物質34を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察した結果、酸化ケイ素の表面に繊維径が約50nm、繊維長の平均値が15μmであるプレート状のCNF36が見られた。また酸化ケイ素に担持された硝酸鉄は、SEM(日立製走査電子顕微鏡装置S−4500)にて確認した結果、粒径100nm程度の粒子状金属に還元されていた。また酸化ケイ素に対するCNF36の重量比率は、硝酸鉄の重量を無視する形で、CNF36を付着させる前後の重量変化から求めた。その結果、酸化ケイ素:CNF36の重量比は76:24であった。さらにCNF36の結晶性を確認するために、HORIBA
JOBIN YVON製 LabRAM HR−800にて測定した結果、CNF36のR値は0.80であった。加えてCNF36に占める炭素原子の比率を燃焼によって捕集される二酸化炭素量にて求めた結果、87%であった。
As a result of observing the obtained composite negative electrode active material 34 with a scanning electron microscope (SEM), plate-like CNF 36 having a fiber diameter of about 50 nm and an average fiber length of 15 μm was observed on the surface of silicon oxide. Further, iron nitrate supported on silicon oxide was reduced to particulate metal having a particle size of about 100 nm as a result of confirmation by SEM (Hitachi scanning electron microscope apparatus S-4500). The weight ratio of CNF36 to silicon oxide was determined from the change in weight before and after the CNF36 was deposited, in a manner that ignores the weight of iron nitrate. As a result, the weight ratio of silicon oxide: CNF36 was 76:24. Furthermore, in order to confirm the crystallinity of CNF36, HORIBA
As a result of measurement using LabRAM HR-800 manufactured by JOBIN YVON, the R value of CNF36 was 0.80. In addition, the ratio of carbon atoms in CNF 36 was determined by the amount of carbon dioxide collected by combustion, and as a result, it was 87%.

こうして作製した複合負極活物質34を3kg秤量し、日本ゼオン株式会社製スチレン−ブタジエン共重合体ゴム粒子結着剤BM−400B(固形分40%)750g、CMC300gおよび適量の水とともに双腕式練合機にて攪拌し、負極ペーストを作製した。このペーストを20μm厚の銅からなる集電体10に間欠塗布乾燥して負極合剤層12を形成した後、所定の寸法に切断し、負極1を得た。このとき負極合剤層12の活物質密度は1.0g/mlであった。   3 kg of the composite negative electrode active material 34 thus prepared was weighed and mixed with 750 g of a styrene-butadiene copolymer rubber particle binder BM-400B (solid content 40%) manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd. The mixture was stirred in a combined machine to prepare a negative electrode paste. This paste was intermittently applied and dried on a current collector 10 made of copper having a thickness of 20 μm to form a negative electrode mixture layer 12, and then cut into predetermined dimensions to obtain a negative electrode 1. At this time, the active material density of the negative electrode mixture layer 12 was 1.0 g / ml.

(3)非水電解質二次電池の作製
正極2と負極1とを、厚さ20μmのポリエチレン微多孔質フィルムからなるセパレータ(旭化成株式会社製ハイポア:商品名)を介して重ね合わせて捲回構成し、所定の長さで切断して電極群を作製した。
(3) Production of non-aqueous electrolyte secondary battery The positive electrode 2 and the negative electrode 1 are overlapped with each other via a separator (Hypore: product name, manufactured by Asahi Kasei Co., Ltd.) made of a polyethylene microporous film having a thickness of 20 μm. And it cut | disconnected by predetermined length, and produced the electrode group.

続いて、鉄にニッケルめっきを施した円筒型の電槽缶(直径18mm、高さ65mm、内径17.85mm)に電極群を挿入した後、EC・DMC・EMC混合溶媒にLiPF6を1MとVCを3%溶解させた電解液を、5.0g添加して封口した。セパレータはこの電解液を含むことによって非水電解質3となった。このようにして作製した非水電解質二次電池(理論容量2800mAh)を実施例1とする。 Subsequently, an electrode group was inserted into a cylindrical battery case (18 mm in diameter, 65 mm in height, 17.85 mm in inner diameter) in which iron was nickel-plated, and then LiPF 6 was added to the EC / DMC / EMC mixed solvent at 1 M. 5.0 g of an electrolytic solution in which 3% of VC was dissolved was added and sealed. The separator became non-aqueous electrolyte 3 by including this electrolytic solution. The non-aqueous electrolyte secondary battery (theoretical capacity 2800 mAh) produced in this way is referred to as Example 1.

(実施例2〜5)
実施例1に対して、第8の発明における第2の工程の温度を、600℃から700℃(実施例2、酸化ケイ素:CNF36の重量比が77:23、ラマンスペクトルのR値が0.73、CNF36に占める炭素原子の比率が91%)、1000℃(実施例3、酸化ケイ素:CNF36の重量比が79:21、ラマンスペクトルのR値が0.66、CNF36に占める炭素原子の比率が96%)、1500℃(実施例4、酸化ケイ素:CNF36の重量比が80:20、ラマンスペクトルのR値が0.55、CNF36に占める炭素原子の比率が98%)および1800℃(実施例5、酸化ケイ素:CNF36の重量比が80:20、ラマンスペクトルのR値が0.51、CNF36に占める炭素原子の比率が99%)、に変えたこと以外は、実施例1と同様に非水電解質二次電池を作製した。これを実施例2〜5とする。
(Examples 2 to 5)
Compared to Example 1, the temperature of the second step in the eighth invention was 600 ° C. to 700 ° C. (Example 2, the weight ratio of silicon oxide: CNF36 was 77:23, and the R value of the Raman spectrum was 0.00). 73, the ratio of carbon atoms in CNF36 is 91%), 1000 ° C. (Example 3, the weight ratio of silicon oxide: CNF36 is 79:21, the R value of Raman spectrum is 0.66, the ratio of carbon atoms in CNF36) 96%), 1500 ° C. (Example 4, weight ratio of silicon oxide: CNF36 is 80:20, R value of Raman spectrum is 0.55, the ratio of carbon atoms in CNF36 is 98%) and 1800 ° C. (implementation) Example 5, except that the weight ratio of silicon oxide: CNF36 was changed to 80:20, the R value of the Raman spectrum was 0.51, and the ratio of carbon atoms in CNF36 was 99%),施例 was prepared in the same manner as in the non-aqueous electrolyte secondary battery 1. Let this be Examples 2-5.

(比較例)
実施例1に対して、活物質核35の表面にCNF36を成長させた後に行うヘリウムガス下での高温保持を行わなかった(酸化ケイ素:CNF36の重量比が75:25、ラマンスペクトルのR値が0.86、CNF36に占める炭素原子の比率が85%)こと以外は、実施例1と同様に非水電解質二次電池を作製した。これを比較例とする。
(Comparative example)
Compared to Example 1, the high temperature holding under helium gas performed after growing CNF 36 on the surface of the active material nucleus 35 was not performed (the weight ratio of silicon oxide: CNF 36 was 75:25, the R value of the Raman spectrum) Was 0.86, and the ratio of carbon atoms in CNF 36 was 85%). A nonaqueous electrolyte secondary battery was fabricated in the same manner as in Example 1. This is a comparative example.

上述した各電池に対し、以下の条件で充放電を300回繰り返した。2サイクル目の放電容量に対する300サイクル目の放電容量の比率を、サイクル特性の尺度として(表1)に記す。
定電流充電:充電電流値1960mA/充電終止電圧4.2V
定電圧充電:充電電圧値4.2V/充電終止電流100mA
定電流放電:放電電流2800mA/放電終止電圧2.5V
For each battery described above, charging / discharging was repeated 300 times under the following conditions. The ratio of the discharge capacity at the 300th cycle to the discharge capacity at the second cycle is shown in Table 1 as a measure of the cycle characteristics.
Constant current charging: Charging current value 1960mA / end-of-charge voltage 4.2V
Constant voltage charging: Charging voltage value 4.2V / end-of-charge current 100mA
Constant current discharge: discharge current 2800 mA / discharge end voltage 2.5 V

第8の発明における第2の工程を行わず、CNF36の表面に不純物が付着しかつCNF36の結晶性が低いままの複合負極活物質34を用いた比較例は、活物質核35にCNF36を付着させて導電性を高めたにもかかわらず、期待通りのサイクル特性を得るに至らなかった。この理由として、充放電中にCNF36の表面に付着した不純物が電解液と
反応することによって水素ガス、メタンガス、二酸化炭素ガス等を生じ、正極2と負極1との間に介在して反応面積を逐次減少させたと考えられる。
In the comparative example using the composite negative electrode active material 34 in which impurities are attached to the surface of the CNF 36 and the crystallinity of the CNF 36 remains low without performing the second step in the eighth invention, the CNF 36 is attached to the active material nucleus 35. In spite of increasing the conductivity, the cycle characteristics as expected were not achieved. The reason for this is that impurities adhering to the surface of CNF 36 during charge / discharge react with the electrolyte to produce hydrogen gas, methane gas, carbon dioxide gas, etc., and the reaction area is interposed between the positive electrode 2 and the negative electrode 1. It is thought that it decreased gradually.

この比較例に対して、第8の発明における第2の工程を経てCNF36の表面に付着した不純物を除去しかつCNF36を高結晶化した各実施例は、軒並み良好なサイクル特性を示している。しかしながらまた第2の工程における温度が600℃である実施例1および1800℃である実施例5は、実施例2〜4と比べて若干ながらサイクル特性が低下した。この理由として、実施例1ではCNF36表面の不純物を十分に除去することができなかった上に、CNF36の結晶性が不十分で官能基が若干残存したために、複合負極活物質34を作製する工程以降でCNF36が不純物を僅かながら取り込んだと考えられる。一方で実施例5では温度が若干高いことから活物質核35とCNF36との密着性がやや低下したと考えられる。この結果より、第8の発明における第2の工程は700〜1500℃下で行うことがより好ましいことがわかる。   In contrast to this comparative example, each example in which impurities attached to the surface of the CNF 36 through the second step in the eighth invention were removed and the CNF 36 was highly crystallized showed excellent cycle characteristics across the board. However, in Example 2 where the temperature in the second step was 600 ° C. and Example 5 where the temperature was 1800 ° C., the cycle characteristics slightly decreased as compared with Examples 2 to 4. The reason for this is that in Example 1, the impurities on the surface of the CNF 36 could not be sufficiently removed, and the crystallinity of the CNF 36 was insufficient and some functional groups remained, so that the composite negative electrode active material 34 was produced. It is thought that CNF36 took in a little impurity after that. On the other hand, in Example 5, since the temperature was slightly high, it is considered that the adhesion between the active material nucleus 35 and the CNF 36 was slightly lowered. From this result, it is understood that the second step in the eighth invention is more preferably performed at 700 to 1500 ° C.

なお本実施例では触媒元素として鉄(Fe)を用いた場合を示したが、銅(Cu)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、モリブデン(Mo)およびマンガン(Mn)を用いた場合でも同様にCNFを成長させることができるのは云うまでもない。   In this embodiment, the case where iron (Fe) is used as a catalytic element is shown, but even when copper (Cu), cobalt (Co), nickel (Ni), molybdenum (Mo) and manganese (Mn) are used. It goes without saying that CNF can be grown as well.

本発明は、リチウムイオンの吸蔵・放出が可能で放電状態における体積に対する充電状態における体積の比が1.2以上である活物質核に、不純物を除去したCNFが付着した複合負極活物質を用いて負極合剤層を形成している。このような構成により、実用的なサイクル特性を有する非水電解質二次電池が得られる。すなわち本発明は、炭素材料よりも高容量密度な活物質核にCNFが付着した複合負極活物質を用いる非水電解質二次電池のサイクル特性向上に寄与する。そのため、今後大きな需要が期待されるリチウム二次電池の高エネルギー密度に寄与できる。   The present invention uses a composite negative electrode active material in which CNF from which impurities are removed is attached to an active material core in which the ratio of the volume in the charged state to the volume in the discharged state is 1.2 or more, capable of occluding and releasing lithium ions Thus, a negative electrode mixture layer is formed. With such a configuration, a nonaqueous electrolyte secondary battery having practical cycle characteristics can be obtained. That is, the present invention contributes to improving the cycle characteristics of a nonaqueous electrolyte secondary battery using a composite negative electrode active material in which CNF is attached to an active material nucleus having a higher capacity density than that of a carbon material. Therefore, it can contribute to the high energy density of the lithium secondary battery, which is expected to have a great demand in the future.

本発明の非水電解質二次電池の一例を示す断面図Sectional drawing which shows an example of the nonaqueous electrolyte secondary battery of this invention 本発明の複合負極活物質の概略図Schematic of the composite negative electrode active material of the present invention

符号の説明Explanation of symbols

1 負極
2 正極
3 非水電解質
4 ガスケット
5 蓋体
6 ケース
7 集電体
8 正極合剤層
10 集電体
12 負極合剤層
34 複合負極活物質
35 活物質核
36 カーボンナノファイバ(CNF)

DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Negative electrode 2 Positive electrode 3 Nonaqueous electrolyte 4 Gasket 5 Lid 6 Case 7 Current collector 8 Positive electrode mixture layer 10 Current collector 12 Negative electrode mixture layer 34 Composite negative electrode active material 35 Active material nucleus 36 Carbon nanofiber (CNF)

Claims (8)

リチウムイオンの吸蔵放出が可能な活物質核と、
前記活物質核の表面に付着されたカーボンナノファイバとからなる複合負極活物質を含む合剤層を有する非水電解質二次電池用負極であって、
前記カーボンナノファイバとして、表面の不純物を除去したものを用いた非水電解質二次電池用負極。
An active material core capable of occluding and releasing lithium ions;
A negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery having a mixture layer containing a composite negative electrode active material composed of carbon nanofibers attached to the surface of the active material nucleus,
A negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery using the carbon nanofiber from which impurities on the surface are removed.
前記カーボンナノファイバが高結晶性を有する、請求項1記載の非水電解質二次電池用負極。 The negative electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the carbon nanofiber has high crystallinity. 前記活物質核の放電状態における体積に対する充電状態における体積の比を1.2以上とした、請求項1記載の非水電解質二次電池用負極。 The negative electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein a ratio of a volume in a charged state to a volume in a discharged state of the active material nucleus is 1.2 or more. 前記活物質核がケイ素を含む、請求項3記載の非水電解質二次電池用負極。 The negative electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 3, wherein the active material nucleus contains silicon. 前記活物質核がSiOx(0.05<x<1.95)で表される酸化ケイ素粒子である、請求項4に記載の非水電解質二次電池用負極。 The negative electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 4, wherein the active material nucleus is silicon oxide particles represented by SiO x (0.05 <x <1.95). 前記カーボンナノファイバをCu、Fe、Co、Ni、MoおよびMnよりなる群から選択された少なくとも1種の触媒元素によって前記活物質核に付着させた、請求項1記載の非水電解質二次電池用負極。 2. The nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the carbon nanofibers are attached to the active material core by at least one catalytic element selected from the group consisting of Cu, Fe, Co, Ni, Mo, and Mn. Negative electrode. 請求項1〜6の負極を用いた非水電解質二次電池。 A nonaqueous electrolyte secondary battery using the negative electrode according to claim 1. リチウムイオンの吸蔵放出が可能な活物質核の表面にカーボンナノファイバを付着させる第1の工程と、
このカーボンナノファイバに付着した不純物を高温下で消失させつつ、カーボンナノファイバの結晶性を高める第2の工程とを含む、非水電解質二次電池用負極の製造法。
A first step of attaching carbon nanofibers to the surface of an active material nucleus capable of occluding and releasing lithium ions;
A method for producing a negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery, comprising: a second step of increasing the crystallinity of the carbon nanofiber while eliminating impurities adhering to the carbon nanofiber at high temperature.
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