JP2008066279A - Negative electrode for nonaqueous electrolyte secondary battery - Google Patents

Negative electrode for nonaqueous electrolyte secondary battery Download PDF

Info

Publication number
JP2008066279A
JP2008066279A JP2007094790A JP2007094790A JP2008066279A JP 2008066279 A JP2008066279 A JP 2008066279A JP 2007094790 A JP2007094790 A JP 2007094790A JP 2007094790 A JP2007094790 A JP 2007094790A JP 2008066279 A JP2008066279 A JP 2008066279A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
negative electrode
active material
particles
metal material
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2007094790A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kayoko Niizawa
香代子 新澤
Yoshiki Sakaguchi
善樹 坂口
Kiyotaka Yasuda
清隆 安田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsui Mining and Smelting Co Ltd
Original Assignee
Mitsui Mining and Smelting Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsui Mining and Smelting Co Ltd filed Critical Mitsui Mining and Smelting Co Ltd
Priority to JP2007094790A priority Critical patent/JP2008066279A/en
Priority to PCT/JP2007/058416 priority patent/WO2008001541A1/en
Publication of JP2008066279A publication Critical patent/JP2008066279A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/131Electrodes based on mixed oxides or hydroxides, or on mixtures of oxides or hydroxides, e.g. LiCoOx
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052Li-accumulators
    • H01M10/0525Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/38Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/624Electric conductive fillers
    • H01M4/626Metals
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a negative electrode for nonaqueous electrolyte secondary batteries capable of reducing an excess voltage for initial charge. <P>SOLUTION: The negative electrode 10 for non-aqueous electrolyte secondary batteries comprises an active material layer 12 containing a particle 12a of an active material. At least a part of the surface of the particle 12a is coated with a layer of a metal material 13. A void is formed between the particles 12a coated with the metal material 13. The layer is composed of not less than two different metal materials. Preferably, the layer has a multi-layered structure composed of different metal materials. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、リチウム二次電池などの非水電解液二次電池用の負極に関する。   The present invention relates to a negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery such as a lithium secondary battery.

本出願人は先に、電解液と接し且つ導電性を有する表裏一対の面を含み、該面間に活物質の粒子を含む活物質層を備えた非水電解液二次電池用負極を提案した(特許文献1参照)。この負極の活物質層には、リチウム化合物の形成能の低い金属材料が浸透しており、浸透した該金属材料中に活物質の粒子が存在している。活物質層がこのような構造になっているので、この負極においては、充放電によって該粒子が膨張収縮することに起因して微粉化しても、その脱落が起こりづらくなる。その結果、この負極を用いると、電池のサイクル寿命が長くなるという利点がある。   The present applicant has previously proposed a negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery that includes a pair of front and back surfaces that are in contact with the electrolyte and have conductivity, and an active material layer that includes active material particles between the surfaces. (See Patent Document 1). A metal material having a low lithium compound forming ability is infiltrated into the active material layer of the negative electrode, and active material particles are present in the infiltrated metal material. Since the active material layer has such a structure, even if the particles are pulverized due to expansion and contraction of the particles due to charge and discharge, the active material layer is unlikely to fall off. As a result, when this negative electrode is used, there is an advantage that the cycle life of the battery becomes long.

しかし前記の負極を長期間大気中に放置しておくと、前記の金属材料が酸化されて、負極内に多量の酸素が取り込まれてしまう場合がある。特に、前記の金属材料として酸化されやすい金属である銅を用いた場合にはその傾向が著しい。前記の金属材料が酸化されると初回充電の過電圧が高くなってしまう。過電圧が高くなることは、負極の表面でリチウムのデンドライトの発生や、非水電解液の分解の原因となる。また、前記の金属材料が酸化されると、サイクル特性が低下しやすくなる。   However, if the negative electrode is left in the atmosphere for a long time, the metal material may be oxidized and a large amount of oxygen may be taken into the negative electrode. In particular, when copper, which is a metal that is easily oxidized, is used as the metal material, the tendency is remarkable. If the metal material is oxidized, the overvoltage of the first charge is increased. An increase in overvoltage causes generation of lithium dendrites on the surface of the negative electrode and decomposition of the non-aqueous electrolyte. Further, when the metal material is oxidized, the cycle characteristics are liable to deteriorate.

前記の特許文献1には、活物質層の表面を被覆する表面層を2層以上の多層構造にしてもよいことが記載されている。しかし、表面層をこのような多層構造にしても、活物質層の内部に存在する金属材料の酸化を確実に防止することは容易でない。即ち、特許文献1の実施例に具体的に開示された製造方法では、活物質層内の空隙が少なすぎる場合があり、めっき液が活物質層内にまで十分に浸入できず、活物質層の内部に存在する金属材料の酸化を確実に防止できないことがある。   Patent Document 1 discloses that the surface layer covering the surface of the active material layer may have a multilayer structure of two or more layers. However, even if the surface layer has such a multilayer structure, it is not easy to reliably prevent oxidation of the metal material existing inside the active material layer. That is, in the manufacturing method specifically disclosed in the example of Patent Document 1, there may be too few voids in the active material layer, and the plating solution cannot sufficiently penetrate into the active material layer. In some cases, the oxidation of the metal material existing inside the metal cannot be reliably prevented.

国際公開第2005/055345号パンフレットInternational Publication No. 2005/055345 Pamphlet

従って本発明の目的は、前述した従来技術の負極よりも性能が一層向上した非水電解液二次電池用負極を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery whose performance is further improved as compared with the negative electrode of the prior art described above.

本発明は、活物質の粒子を含む活物質層を備え、該粒子の表面の少なくとも一部が金属材料の層で被覆されていると共に、該金属材料の層で被覆された該粒子どうしの間に空隙が形成されている非水電解液二次電池用負極であって、
前記層が、互いに異なる2種以上の金属材料から構成されている非水電解液二次電池用負極を提供するものである。
The present invention includes an active material layer containing particles of an active material, and at least a part of the surface of the particles is coated with a layer of a metal material, and between the particles coated with the layer of the metal material. A negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery in which a void is formed,
A non-aqueous electrolyte secondary battery negative electrode is provided in which the layer is composed of two or more different metal materials.

本発明によれば、活物質の粒子の表面が、互いに異なる2種以上の金属材料から構成された層によって被覆されているので、該層の構成金属の一つとして酸化されやすい金属を用いたとしても、その金属が層の表面に露出している量は、その金属を単独で用いた場合よりも少なくなる。したがって酸化が起こりにくくなる。特に該層が互いに異なる2種以上の金属材料から構成されている場合には、該粒子の表面を被覆する最内層の酸化が、それよりも上側に位置する層によって防止される。これによって初期充電の過電圧を低くすることができる。その結果、負極の表面でリチウムのデンドライトが発生することが防止される。また、非水電解液の分解が起こりにくくなり、不可逆容量の増大が防止される。更に正極がダメージを受けにくくなる。また、サイクル特性が向上する。その上、充放電によって該粒子が膨張収縮することに起因して微粉化しても、その脱落が起こりづらくなる。   According to the present invention, since the surface of the active material particles is covered with a layer composed of two or more different metal materials, a metal that is easily oxidized is used as one of the constituent metals of the layer. Even so, the amount of the metal exposed on the surface of the layer is less than when the metal is used alone. Therefore, oxidation becomes difficult to occur. In particular, when the layer is composed of two or more kinds of metal materials different from each other, the oxidation of the innermost layer covering the surface of the particle is prevented by the layer located on the upper side. Thereby, the overvoltage of the initial charge can be lowered. As a result, lithium dendrite is prevented from being generated on the surface of the negative electrode. In addition, the nonaqueous electrolytic solution is hardly decomposed, and an increase in irreversible capacity is prevented. Furthermore, the positive electrode is less likely to be damaged. In addition, cycle characteristics are improved. In addition, even if the particles are pulverized due to expansion and contraction due to charging / discharging, the particles do not easily fall off.

以下本発明を、その好ましい実施形態に基づき図面を参照しながら説明する。図1には本発明の非水電解液二次電池用負極の一実施形態の断面構造の模式図が示されている。本実施形態の負極10は、集電体11と、その少なくとも一面に形成された活物質層12を備えている。なお図1においては、便宜的に集電体11の片面にのみ活物質層12が形成されている状態が示されているが、活物質層は集電体の両面に形成されていてもよい。   The present invention will be described below based on preferred embodiments with reference to the drawings. FIG. 1 shows a schematic diagram of a cross-sectional structure of an embodiment of a negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention. The negative electrode 10 of this embodiment includes a current collector 11 and an active material layer 12 formed on at least one surface thereof. 1 shows a state in which the active material layer 12 is formed only on one side of the current collector 11 for convenience, the active material layer may be formed on both sides of the current collector. .

活物質層12は、活物質の粒子12aを含んでいる。活物質層12は例えば、活物質の粒子12aを含むスラリーを塗布して形成されている。活物質としては、例えばシリコン系材料やスズ系材料、アルミニウム系材料、ゲルマニウム系材料が挙げられる。スズ系材料としては、例えばスズと、コバルトと、炭素と、ニッケル及びクロムのうちの少なくとも一方とを含む合金が好ましく用いられる。負極重量あたりの容量密度を向上させる上では、特にシリコン系材料が好ましい。   The active material layer 12 includes active material particles 12a. The active material layer 12 is formed, for example, by applying a slurry containing active material particles 12a. Examples of the active material include silicon-based materials, tin-based materials, aluminum-based materials, and germanium-based materials. As the tin-based material, for example, an alloy containing tin, cobalt, carbon, and at least one of nickel and chromium is preferably used. In order to improve the capacity density per weight of the negative electrode, a silicon-based material is particularly preferable.

シリコン系材料としては、リチウムの吸蔵が可能で且つシリコンを含有する材料、例えばシリコン単体、シリコンと金属との合金、シリコン酸化物などを用いることができる。これらの材料はそれぞれ単独で、或いはこれらを混合して用いることができる。前記の金属としては、例えばCu、Ni、Co、Cr、Fe、Ti、Pt、W、Mo及びAuからなる群から選択される1種類以上の元素が挙げられる。これらの金属のうち、Cu、Ni、Coが好ましく、特に電子伝導性に優れる点、及びリチウム化合物の形成能の低さの点から、Cu、Niを用いることが望ましい。また、負極を電池に組み込む前に、又は組み込んだ後に、シリコン系材料からなる活物質に対してリチウムを吸蔵させてもよい。特に好ましいシリコン系材料は、リチウムの吸蔵量の高さの点からシリコン又はシリコン酸化物である。   As the silicon-based material, a material that can occlude lithium and contains silicon, for example, silicon alone, an alloy of silicon and metal, silicon oxide, or the like can be used. These materials can be used alone or in combination. Examples of the metal include one or more elements selected from the group consisting of Cu, Ni, Co, Cr, Fe, Ti, Pt, W, Mo, and Au. Among these metals, Cu, Ni, and Co are preferable, and Cu and Ni are preferably used from the viewpoint of excellent electronic conductivity and a low ability to form a lithium compound. Further, lithium may be occluded in an active material made of a silicon-based material before or after the negative electrode is incorporated in the battery. A particularly preferable silicon-based material is silicon or silicon oxide in view of the high occlusion amount of lithium.

活物質層12においては、粒子12aの表面の少なくとも一部が金属材料13の層で被覆されている。この金属材料13は、粒子12aの構成材料と異なる材料である。該金属材料13の層で被覆された該粒子12aの間には空隙が形成されている。つまり該金属材料13の層は、リチウムイオンを含む非水電解液が粒子12aへ到達可能なような隙間を確保した状態で該粒子12aの表面を被覆している。図1中、金属材料13の層は、粒子12aの周囲を取り囲む太線として便宜的に表されている。なお同図は活物質層12を二次元的にみた模式図であり、実際は各粒子は他の粒子と直接ないし金属材料13を介して接触している。   In the active material layer 12, at least a part of the surface of the particle 12 a is covered with a layer of the metal material 13. The metal material 13 is a material different from the constituent material of the particles 12a. Voids are formed between the particles 12 a covered with the layer of the metal material 13. That is, the layer of the metal material 13 covers the surface of the particle 12a in a state in which a gap is provided so that the non-aqueous electrolyte containing lithium ions can reach the particle 12a. In FIG. 1, the layer of the metal material 13 is conveniently represented as a thick line surrounding the periphery of the particle 12a. This figure is a schematic view of the active material layer 12 viewed two-dimensionally. In reality, each particle is in direct contact with other particles or through a metal material 13.

金属材料13は、活物質層12の厚み方向全域にわたって活物質の粒子12aの表面に存在していることが好ましい。そして金属材料13のマトリックス中に活物質の粒子12aが存在していることが好ましい。これによって、充放電によって該粒子12aが膨張収縮することに起因して微粉化しても、その脱落が起こりづらくなる。また、金属材料13を通じて活物質層12全体の電子伝導性が確保されるので、電気的に孤立した活物質の粒子12aが生成すること、特に活物質層12の深部に電気的に孤立した活物質の粒子12aが生成することが効果的に防止される。このことは、活物質として半導体であり電子伝導性の乏しい材料、例えばシリコン系材料を用いる場合に特に有利である。金属材料13が活物質層12の厚み方向全域にわたって活物質の粒子12aの表面に存在していることは、該材料13を測定対象とした電子顕微鏡マッピングによって確認できる。   The metal material 13 is preferably present on the surface of the active material particles 12 a over the entire thickness direction of the active material layer 12. The active material particles 12 a are preferably present in the matrix of the metal material 13. Thus, even if the particles 12a are pulverized due to expansion and contraction due to charge / discharge, the particles are less likely to fall off. In addition, since the electronic conductivity of the entire active material layer 12 is ensured through the metal material 13, the electrically isolated active material particles 12 a are generated, and in particular, the electrically isolated active material is deep in the active material layer 12. Generation of the particles 12a of the substance is effectively prevented. This is particularly advantageous when a material that is a semiconductor and has poor electron conductivity, such as a silicon-based material, is used as the active material. The presence of the metal material 13 on the surface of the active material particles 12a over the entire thickness direction of the active material layer 12 can be confirmed by electron microscope mapping using the material 13 as a measurement target.

金属材料13の層は、粒子12aの表面を連続に又は不連続に被覆している。金属材料13の層が粒子12aの表面を連続に被覆している場合には、金属材料13の層に、非水電解液の流通が可能な微細な空隙を形成することが好ましい。金属材料13の層が粒子12aの表面を不連続に被覆している場合には、粒子12aの表面のうち、金属材料13の層で被覆されていない部位を通じて該粒子12aへ非水電解液が供給される。このような構造の金属材料13の層を形成するためには、例えば後述する条件に従う電解めっきによって金属材料13を粒子12aの表面に析出させればよい。   The layer of the metal material 13 covers the surface of the particle 12a continuously or discontinuously. When the layer of the metal material 13 covers the surface of the particle 12a continuously, it is preferable to form a fine void in the layer of the metal material 13 that allows the non-aqueous electrolyte to flow. When the layer of the metal material 13 covers the surface of the particle 12a discontinuously, the non-aqueous electrolyte is applied to the particle 12a through a portion of the surface of the particle 12a that is not covered with the layer of the metal material 13. Supplied. In order to form the layer of the metal material 13 having such a structure, the metal material 13 may be deposited on the surfaces of the particles 12a by, for example, electrolytic plating in accordance with conditions described later.

金属材料13の層で被覆された粒子12aどうしの間には空隙が形成されている。この空隙は、リチウムイオンを含む非水電解液の流通の経路としての働きを有している。この空隙の存在によって非水電解液が活物質の粒子12aへ容易に到達するので、初期充電の過電圧を低くすることができる。その結果、負極の表面でリチウムのデンドライトが発生することが防止される。デンドライトの発生は両極の短絡の原因となる。過電圧を低くできることは、非水電解液の分解防止の点からも有利である。非水電解液が分解すると不可逆容量が増大するからである。更に、過電圧を低くできることは、正極がダメージを受けにくくなる点からも有利である。   Gaps are formed between the particles 12 a covered with the layer of the metal material 13. This void serves as a flow path for the non-aqueous electrolyte containing lithium ions. Since the non-aqueous electrolyte easily reaches the active material particles 12a due to the presence of the voids, it is possible to reduce the overvoltage of the initial charge. As a result, lithium dendrite is prevented from being generated on the surface of the negative electrode. The generation of dendrite causes a short circuit between the two poles. The ability to reduce the overvoltage is also advantageous from the viewpoint of preventing decomposition of the non-aqueous electrolyte. This is because the irreversible capacity increases when the non-aqueous electrolyte is decomposed. Furthermore, the ability to reduce the overvoltage is advantageous in that the positive electrode is less susceptible to damage.

更に、粒子12a間に形成されている空隙は、充放電で活物質の粒子12aが体積変化することに起因する応力を緩和するための空間としての働きも有する。充電によって体積が増加した活物質の粒子12aの体積の増加分は、この空隙に吸収される。その結果、該粒子12aの微粉化が起こりづらくなり、また負極10の著しい変形が効果的に防止される。   Further, the voids formed between the particles 12a also have a function as a space for relieving stress caused by the volume change of the active material particles 12a due to charge and discharge. The increase in the volume of the active material particles 12a whose volume has been increased by charging is absorbed by the voids. As a result, pulverization of the particles 12a is difficult to occur, and significant deformation of the negative electrode 10 is effectively prevented.

本実施形態の負極10においては、図2に模式的に示すように、金属材料13の層が互いに異なる金属材料から構成された多層構造になっている。各層は、単一の金属から構成されていてもよく、或いは2種以上の金属の合金から構成されていてもよい。詳細には、金属材料13の層が、活物質の粒子12aの表面を被覆する内層13aと、該内層13a上に形成された外層13bとからなる2層構造になっている。このような多層構造になっていることで、例えば内層13aの構成材料として酸化されやすい材料を用いた場合であっても、酸化されにくい材料から構成された外層13bで該内層13aを被覆することで、該内層13aの酸化を効果的に防止できる。これによって、負極10を長期間大気中に放置した場合であっても、該負極中に酸素が取り込まれにくくなり、初期充電の過電圧を低くすることができる。またサイクル特性の低下を防止することができる。なお後述するように、外層13bは、その好ましい厚さが極めて薄いものであるため、実際には外層13bは内層13aの表面を均一に被覆するものではなく、まだらに、即ち不連続に存在するものと考えられる。なお本明細書において「互いに異なる金属材料から構成された多層構造」とは、隣り合う層を構成する金属材料の種類が異なることで多層の構造が形成されていることをいう。従って金属材料13の層が例えばSnの層、Niの層及びSnの層からなる場合、当該層は互いに異なる金属材料から構成された3層構造である。   In the negative electrode 10 of this embodiment, as schematically shown in FIG. 2, the layer of the metal material 13 has a multilayer structure composed of different metal materials. Each layer may be composed of a single metal or may be composed of an alloy of two or more metals. Specifically, the layer of the metal material 13 has a two-layer structure including an inner layer 13a covering the surface of the active material particles 12a and an outer layer 13b formed on the inner layer 13a. With such a multilayer structure, for example, even when a material that is easily oxidized is used as the constituent material of the inner layer 13a, the inner layer 13a is covered with the outer layer 13b that is made of a material that is not easily oxidized. Thus, the oxidation of the inner layer 13a can be effectively prevented. As a result, even when the negative electrode 10 is left in the atmosphere for a long period of time, oxygen is less likely to be taken into the negative electrode, and the overvoltage during initial charging can be reduced. In addition, deterioration of cycle characteristics can be prevented. As will be described later, since the preferred thickness of the outer layer 13b is extremely thin, the outer layer 13b does not actually cover the surface of the inner layer 13a uniformly, and is mottled, ie, discontinuously. It is considered a thing. In the present specification, “a multilayer structure composed of different metal materials” means that a multilayer structure is formed by different types of metal materials constituting adjacent layers. Therefore, when the layer of the metal material 13 is composed of, for example, a Sn layer, a Ni layer, and a Sn layer, the layer has a three-layer structure composed of different metal materials.

金属材料の層13を構成する互いに異なる2種以上の金属材料は、少なくとも銅を含むことが好ましい。銅は導電性に優れ、また延性の高さに起因して活物質の膨張収縮に起因して発生する応力の緩和にも優れるからである。なお、銅は酸化されやすい金属であることが知られている。そこで本実施形態においては、上述の銅の有する長所を活かしつつ、酸化されやすいという銅の欠点を、他の金属材料を用いることで補っている。   It is preferable that two or more different metal materials constituting the metal material layer 13 include at least copper. This is because copper is excellent in electrical conductivity and also excellent in relaxation of stress generated due to expansion and contraction of the active material due to high ductility. It is known that copper is a metal that is easily oxidized. Therefore, in the present embodiment, while taking advantage of the above-described advantages of copper, the drawback of copper that is easily oxidized is compensated by using other metal materials.

酸化を一層効果的に防止する観点から、表面に露出している層である外層13bは、酸化されにくい金属から構成されていることが好ましい。また外層13bはリチウム化合物の形成能の低い金属から構成されていることも好ましい。これらの観点から、外層13bを構成する金属としては、リチウム化合物の形成能が低く且つ酸化されにくい材料であるニッケル、コバルト、クロム若しくは金又はそれらの合金から構成されていることが好ましい。「リチウム化合物の形成能の低い」とは、リチウムと金属間化合物若しくは固溶体を形成しないか、又は形成したとしてもリチウムが微量であるか若しくは非常に不安定であることを意味する。   From the viewpoint of preventing oxidation more effectively, the outer layer 13b, which is a layer exposed on the surface, is preferably made of a metal that is not easily oxidized. The outer layer 13b is also preferably made of a metal having a low ability to form a lithium compound. From these viewpoints, the metal constituting the outer layer 13b is preferably made of nickel, cobalt, chromium, gold, or an alloy thereof, which is a material that has a low ability to form a lithium compound and is hardly oxidized. “Low lithium compound forming ability” means that lithium does not form an intermetallic compound or solid solution, or even if formed, lithium is in a very small amount or very unstable.

一方、内層13aの構成材料としては、リチウム化合物の形成能の高い金属材料又はリチウム化合物の形成能の低い金属材料が用いられることが好ましい。リチウム化合物の形成能の高い金属材料としては例えば亜鉛、スズ若しくは銀又はこれらの合金が挙げられる。リチウム化合物の形成能の低い金属材料としては例えば銅が挙げられる。充放電後における負極の強度維持という観点からは、リチウム化合物の形成能の低い金属材料を使用することが好ましい。特に、内層13aの構成材料は、活物質の粒子12aが膨張収縮しても該粒子12aの表面の被覆が破壊されにくい延性の高い材料であることが好ましい。この観点から、内層13aの構成材料として、延性の高い材料である銅を用いることが好ましい。   On the other hand, as a constituent material of the inner layer 13a, it is preferable to use a metal material having a high lithium compound forming ability or a metal material having a low lithium compound forming ability. Examples of the metal material having a high lithium compound forming ability include zinc, tin, silver, and alloys thereof. An example of a metal material having a low ability to form a lithium compound is copper. From the viewpoint of maintaining the strength of the negative electrode after charge and discharge, it is preferable to use a metal material having a low lithium compound forming ability. In particular, the constituent material of the inner layer 13a is preferably a highly ductile material in which the surface coating of the particles 12a is not easily broken even when the active material particles 12a expand and contract. From this viewpoint, it is preferable to use copper, which is a highly ductile material, as the constituent material of the inner layer 13a.

内層13aはその厚みが40〜1500nm、特に100〜240nmであることが、活物質層12内において活物質の粒子12aを確実に保持し得る点から好ましい。一方、外層13bはその厚みが10〜500nm、特に10〜100nmであることが、内層13aの酸化を確実に防止し得る点から好ましい。この範囲の厚みを有する内層13a及び外層13bの何れの層にも、非水電解液の流通が可能な微細な空隙が形成されている。これらの層の厚みが厚すぎると微細な空隙が形成されにくくなる。また、内層13a及び外層13bを含む金属材料13の層は、その全体の厚みが平均して0.05〜2μm、特に0.1〜0.25μmであることが好ましい。つまり金属材料13は最低限の厚みで以て活物質の粒子12aの表面を被覆していることが好ましい。これによって、エネルギー密度を高めつつ、充放電によって粒子12aが膨張収縮して微粉化することに起因する脱落が防止される。金属材料13の層が多層構造になっていることや、各層の厚みは、例えばグロー放電発光分光分析装置(GDS)によって確認・測定することができる。各層を電解めっきによって形成する場合には、各層を形成するときの通電量などによって確認・測定することができる。具体的な測定方法は、実施例において詳述する。ここでいう「厚みの平均」とは、活物質の粒子12aの表面のうち、実際に金属材料13が被覆している部分に基づき計算された値である。従って活物質の粒子12aの表面のうち金属材料13で被覆されていない部分は、平均値の算出の基礎にはされない。   The inner layer 13a preferably has a thickness of 40 to 1500 nm, particularly 100 to 240 nm, from the viewpoint that the active material particles 12a can be reliably held in the active material layer 12. On the other hand, the thickness of the outer layer 13b is preferably 10 to 500 nm, particularly 10 to 100 nm, from the viewpoint that the oxidation of the inner layer 13a can be reliably prevented. In each of the inner layer 13a and the outer layer 13b having a thickness in this range, fine voids that allow the non-aqueous electrolyte to flow are formed. If the thicknesses of these layers are too thick, it is difficult to form fine voids. Moreover, it is preferable that the layer of the metal material 13 including the inner layer 13a and the outer layer 13b has an average thickness of 0.05 to 2 μm, particularly 0.1 to 0.25 μm. That is, the metal material 13 preferably covers the surface of the active material particles 12a with a minimum thickness. This prevents the particles 12a from falling off due to expansion and contraction due to charge and discharge and pulverization while increasing the energy density. The layer of the metal material 13 has a multilayer structure, and the thickness of each layer can be confirmed and measured by, for example, a glow discharge optical emission spectrometer (GDS). When each layer is formed by electrolytic plating, it can be confirmed and measured by the amount of current applied when each layer is formed. Specific measurement methods will be described in detail in Examples. Here, the “average thickness” is a value calculated based on a portion of the surface of the active material particle 12 a that is actually covered with the metal material 13. Accordingly, the portion of the surface of the active material particle 12a that is not covered with the metal material 13 is not used as a basis for calculating the average value.

活物質層12は、後述するように、好適には粒子12a及び結着剤を含むスラリーを集電体上に塗布し乾燥させて得られた塗膜に対し、所定のめっき浴を用いた電解めっきを行い、粒子12a間に金属材料13を析出させることで形成される。   As described later, the active material layer 12 is preferably electrolyzed using a predetermined plating bath on a coating film obtained by applying a slurry containing particles 12a and a binder onto a current collector and drying the slurry. It forms by plating and depositing the metal material 13 between the particle | grains 12a.

非水電解液の流通が可能な空隙を活物質層内に必要且つ十分に形成するためには、前記の塗膜内にめっき液を十分浸透させることが好ましい。これに加えて、該めっき液を用いた電解めっきによって金属材料13を析出させるための条件を適切なものとすることが好ましい。めっきの条件にはめっき浴の組成、めっき浴のpH、電解の電流密度などがある。めっき浴のpHに関しては、特に内層13aを形成する場合には7.1〜11に調整することが好ましい。pHをこの範囲内とすることで、活物質の粒子12aの溶解が抑制されつつ、該粒子12aの表面が清浄化されて、粒子表面へのめっきが促進され、同時に粒子12a間に適度な空隙が形成される。pHの値は、めっき時の温度において測定されたものである。   In order to form necessary and sufficient voids in the active material layer through which the non-aqueous electrolyte can be circulated, it is preferable to sufficiently infiltrate the plating solution into the coating film. In addition to this, it is preferable to make conditions suitable for depositing the metal material 13 by electrolytic plating using the plating solution. The plating conditions include the composition of the plating bath, the pH of the plating bath, and the current density of electrolysis. The pH of the plating bath is preferably adjusted to 7.1 to 11 particularly when the inner layer 13a is formed. By controlling the pH within this range, the dissolution of the active material particles 12a is suppressed, the surface of the particles 12a is cleaned, and plating on the particle surface is promoted. Is formed. The value of pH is measured at the temperature at the time of plating.

内層13aの構成金属として銅を用いる場合には、ピロリン酸銅浴を用いた電解めっきによって該内層13aを形成することが好ましい。ピロリン酸銅浴を用いると、活物質層12を厚くした場合であっても、該層の厚み方向全域にわたって、前記の空隙を容易に形成し得るので好ましい。また、活物質の粒子12aの表面には銅が析出し、且つ該粒子12a間では銅の析出が起こりづらくなるので、該粒子12a間の空隙が首尾良く形成されるという点でも好ましい。ピロリン酸銅浴を用いる場合、その浴組成、電解条件及びpHは次の通りであることが好ましい。
・ピロリン酸銅三水和物:85〜120g/l
・ピロリン酸カリウム:300〜600g/l
・硝酸カリウム:15〜65g/l
・浴温度:45〜60℃
・電流密度:1〜7A/dm2
・pH:アンモニア水とポリリン酸を添加してpH7.1〜9.5になるように調整する。
When copper is used as the constituent metal of the inner layer 13a, the inner layer 13a is preferably formed by electrolytic plating using a copper pyrophosphate bath. It is preferable to use a copper pyrophosphate bath, even if the active material layer 12 is thick, because the voids can be easily formed over the entire thickness direction of the layer. Further, copper is deposited on the surface of the active material particles 12a, and copper is less likely to be deposited between the particles 12a, which is preferable in that the voids between the particles 12a are successfully formed. When using a copper pyrophosphate bath, the bath composition, electrolysis conditions and pH are preferably as follows.
Copper pyrophosphate trihydrate: 85-120 g / l
-Potassium pyrophosphate: 300-600 g / l
-Potassium nitrate: 15-65 g / l
-Bath temperature: 45-60 ° C
・ Current density: 1 to 7 A / dm 2
PH: Ammonia water and polyphosphoric acid are added to adjust the pH to 7.1 to 9.5.

ピロリン酸銅浴を用いる場合には特に、P27の重量とCuの重量との比(P27/Cu)で定義されるP比が5〜12であるものを用いることが好ましい。P比が5未満のものを用いると、活物質の粒子12aを被覆する銅が厚くなる傾向となり、粒子12a間に所望の空隙を形成させづらい場合がある。また、P比が12を超えるものを用いると、電流効率が悪くなり、ガス発生などが生じやすくなることから生産安定性が低下する場合がある。更に好ましいピロリン酸銅浴として、P比が6.5〜10.5であるものを用いると、活物質の粒子12a間に形成される空隙のサイズ及び数が、活物質層12内での非水電解液の流通に非常に有利になる。 In particular, when a copper pyrophosphate bath is used, it is preferable to use one having a P ratio defined by a ratio of P 2 O 7 weight to Cu weight (P 2 O 7 / Cu) of 5 to 12. . If the P ratio is less than 5, the copper covering the active material particles 12a tends to be thick, and it may be difficult to form desired voids between the particles 12a. Further, when a P ratio exceeding 12 is used, current efficiency is deteriorated, and gas generation is likely to occur, so that production stability may be lowered. When a copper pyrophosphate bath having a P ratio of 6.5 to 10.5 is used as a more preferable copper pyrophosphate bath, the size and number of voids formed between the active material particles 12a may be reduced. This is very advantageous for the flow of the water electrolyte.

内層13aが2種以上の金属の合金である場合には、合金めっきによって該内層13aを形成することができる。例えば内層13aとして銅ニッケル合金を用いる場合には、以下に示す銅ニッケル合金めっき浴を用いて電解めっきを行えばよい。
・硫酸ニッケル六水和物 45g/l
・ピロリン酸銅三水和物 36g/l
・ピロリン酸カリウム 30g/l
・pH 8.2
・浴温度 55℃
・電流密度 3A/dm2
以上の条件で電解めっきを行うことで、銅とニッケルの比率(重量比)が概ね8:2である合金が形成される。
When the inner layer 13a is an alloy of two or more kinds of metals, the inner layer 13a can be formed by alloy plating. For example, when a copper nickel alloy is used as the inner layer 13a, electrolytic plating may be performed using a copper nickel alloy plating bath described below.
・ Nickel sulfate hexahydrate 45g / l
・ Copper pyrophosphate trihydrate 36g / l
-Potassium pyrophosphate 30g / l
・ PH 8.2
・ Bath temperature 55 ℃
・ Current density 3A / dm 2
By performing electrolytic plating under the above conditions, an alloy having a copper to nickel ratio (weight ratio) of approximately 8: 2 is formed.

次の工程において行われる外層13bのめっき浴の浸入を考慮すると、内層13aが形成された時点での活物質層12における空隙の割合は20体積%以上とすることが好ましい。内層13aの厚さを薄くして活物質層12における空隙の割合を高める方法として、塗膜15を形成後、内層13aの形成前に塗膜15をプレス処理する方法が挙げられる。プレス処理の圧力は50〜500MPa、特に100〜500MPaであることが好ましい。   In consideration of the penetration of the plating bath of the outer layer 13b performed in the next step, the proportion of voids in the active material layer 12 at the time when the inner layer 13a is formed is preferably 20% by volume or more. As a method of reducing the thickness of the inner layer 13a and increasing the void ratio in the active material layer 12, a method of pressing the coating film 15 after forming the coating film 15 and before forming the inner layer 13a can be mentioned. The pressure of the press treatment is preferably 50 to 500 MPa, particularly 100 to 500 MPa.

浸透めっきを行う前に塗膜15をプレス処理に付すことで、めっきの進行を早めることができ、活物質の粒子12aの表面に薄く且つ均一な金属材料13の被覆を形成し得ることが本発明者らの検討の結果判明した。この理由は、プレス処理によって粒子12aどうしの接触の程度が高まり、それによって塗膜15内での電子伝導性が良好になって、めっき核が生成する領域が、塗膜15の厚み方向で増大することに起因するものと考えられる。この観点から、プレス処理の圧力は50〜500MPa、特に100〜500MPaであることが好ましい。   By subjecting the coating film 15 to press treatment prior to osmotic plating, the progress of plating can be accelerated, and a thin and uniform coating of the metal material 13 can be formed on the surface of the active material particles 12a. It became clear as a result of examination of inventors. The reason for this is that the degree of contact between the particles 12a is increased by the press treatment, whereby the electron conductivity in the coating film 15 is improved, and the area where plating nuclei are generated increases in the thickness direction of the coating film 15. This is thought to be caused by From this viewpoint, the pressure of the press treatment is preferably 50 to 500 MPa, particularly 100 to 500 MPa.

一方、外層13bの構成金属として例えばニッケルを用いる場合には、ワット浴を用いた電解めっきによって該外層13bを形成することが好ましい。ワット浴を用いる場合には、その浴組成及び電解条件は次の通りであることが好ましい。
・NiSO4・6H2O 150〜300g/l
・NiCl2・6H2O 30〜60g/l
・H3BO3 30〜40g/l
・浴温度:40〜70℃
・電流密度:0.5〜20A/dm2
On the other hand, when nickel, for example, is used as the constituent metal of the outer layer 13b, the outer layer 13b is preferably formed by electrolytic plating using a watt bath. When using a Watt bath, the bath composition and electrolysis conditions are preferably as follows.
・ NiSO 4・ 6H 2 O 150 ~ 300g / l
・ NiCl 2 .6H 2 O 30-60 g / l
・ H 3 BO 3 30-40 g / l
-Bath temperature: 40-70 ° C
Current density: 0.5 to 20 A / dm 2

前記の各種めっき浴に、タンパク質、活性硫黄化合物、セルロース等の銅箔製造用電解液に用いられる各種添加剤を加えることにより、内層13a及び外層13bを構成する金属材料の特性を適宜調整することも可能である。   By appropriately adding the various additives used in the electrolytic solution for producing copper foil such as protein, active sulfur compound, and cellulose to the various plating baths, the characteristics of the metal materials constituting the inner layer 13a and the outer layer 13b are appropriately adjusted. Is also possible.

上述の方法によって形成される活物質層12における空隙の割合、つまり空隙率は、15〜45体積%程度、特に20〜40体積%程度であることが好ましい。空隙率をこの範囲内とすることで、非水電解液の流通が可能な空隙を活物質層12内に必要且つ十分に形成することが可能となる。空隙率は次の(1)〜(7)の手順で測定される。
(1)前記のスラリーの塗布によって形成された塗膜の単位面積当たりの重量を測定し、粒子12aの重量及び結着剤の重量を、スラリーの配合比から算出する。
(2)電解めっき後の単位面積当たりの重量変化から、析出しためっき金属種の重量を算出する。この操作は、内層13a及び外層13bのそれぞれについて別個に行う。
(3)電解めっき後、負極の断面をSEM観察することで、活物質層12の厚さを求める。
(4)活物質層12の厚さから、単位面積当たりの活物質層12の体積を算出する。
(5)粒子12aの重量、結着剤の重量、めっき金属種の重量と、それぞれの配合比から、それぞれの体積を算出する。
(6)単位面積当たりの活物質層12の体積から、粒子12aの体積、結着剤の体積、めっき金属種の体積を減じて、空隙の体積を算出する。
(7)このようにして算出された空隙の体積を、単位面積当たりの活物質層12の体積で除し、それに100を乗じた値を空隙率(%)とする。
The ratio of voids in the active material layer 12 formed by the above-described method, that is, the void ratio is preferably about 15 to 45% by volume, particularly about 20 to 40% by volume. By setting the porosity within this range, it is possible to form necessary and sufficient voids in the active material layer 12 that allow the nonaqueous electrolyte to flow. The porosity is measured by the following procedures (1) to (7).
(1) The weight per unit area of the coating film formed by applying the slurry is measured, and the weight of the particles 12a and the weight of the binder are calculated from the blending ratio of the slurry.
(2) From the weight change per unit area after electrolytic plating, the weight of the plated metal species is calculated. This operation is performed separately for each of the inner layer 13a and the outer layer 13b.
(3) After electrolytic plating, the thickness of the active material layer 12 is determined by SEM observation of the cross section of the negative electrode.
(4) The volume of the active material layer 12 per unit area is calculated from the thickness of the active material layer 12.
(5) The respective volumes are calculated from the weight of the particles 12a, the weight of the binder, the weight of the plating metal species, and the respective compounding ratios.
(6) From the volume of the active material layer 12 per unit area, the volume of the voids is calculated by subtracting the volume of the particles 12a, the volume of the binder, and the volume of the plating metal species.
(7) The void volume calculated in this way is divided by the volume of the active material layer 12 per unit area, and a value obtained by multiplying by 100 is defined as a void ratio (%).

活物質の粒子12aの粒径を適切に選択することによっても、前記の空隙率をコントロールすることができる。この観点から、粒子12aはその最大粒径が好ましくは30μm以下であり、更に好ましくは10μm以下である。また粒子の粒径をD50値で表すと0.1〜8μm、特に0.3〜4μmであることが好ましい。粒子の粒径は、レーザー回折散乱式粒度分布測定、電子顕微鏡観察(SEM観察)によって測定される。 The porosity can also be controlled by appropriately selecting the particle size of the active material particles 12a. From this viewpoint, the particle 12a has a maximum particle size of preferably 30 μm or less, more preferably 10 μm or less. Moreover, when the particle diameter of the particle is expressed by a D 50 value, it is preferably 0.1 to 8 μm, particularly preferably 0.3 to 4 μm. The particle size of the particles is measured by laser diffraction / scattering particle size distribution measurement and electron microscope observation (SEM observation).

負極全体に対する活物質の量が少なすぎると電池のエネルギー密度を十分に向上させにくく、逆に多すぎると強度が低下し活物質の脱落が起こりやすくなる傾向にある。これらを勘案すると、活物質層12の厚みは、好ましくは10〜40μm、更に好ましくは15〜30μm、一層好ましくは18〜25μmである。   If the amount of the active material relative to the whole negative electrode is too small, it is difficult to sufficiently improve the energy density of the battery. Conversely, if the amount is too large, the strength decreases and the active material tends to fall off. Considering these, the thickness of the active material layer 12 is preferably 10 to 40 μm, more preferably 15 to 30 μm, and still more preferably 18 to 25 μm.

本実施形態の負極10においては、活物質層12の表面に薄い表面層(図示せず)が形成されていてもよい。また負極10はそのような表面層を有していなくてもよい。表面層の厚みは、0.25μm以下、好ましくは0.1μm以下という薄いものである。表面層の厚みの下限値に制限はない。   In the negative electrode 10 of the present embodiment, a thin surface layer (not shown) may be formed on the surface of the active material layer 12. Further, the negative electrode 10 may not have such a surface layer. The thickness of the surface layer is 0.25 μm or less, preferably 0.1 μm or less. There is no restriction | limiting in the lower limit of the thickness of a surface layer.

負極10が前記の厚みの薄い表面層を有するか又は該表面層を有していないことによって、負極10を用いて二次電池を組み立て、当該電池の初期充電を行うときの過電圧を低くすることができる。このことは、二次電池の充電時に負極10の表面でリチウムが還元することを防止できることを意味する。リチウムの還元は、両極の短絡の原因となるデンドライトの発生につながる。   When the negative electrode 10 has the thin surface layer or does not have the surface layer, a secondary battery is assembled using the negative electrode 10 to reduce the overvoltage when the battery is initially charged. Can do. This means that lithium can be prevented from being reduced on the surface of the negative electrode 10 when the secondary battery is charged. The reduction of lithium leads to the generation of dendrites that cause a short circuit between the two electrodes.

負極10が表面層を有している場合、該表面層は活物質層12の表面を連続又は不連続に被覆している。表面層が活物質層12の表面を連続に被覆している場合、該表面層は、その表面において開孔し且つ活物質層12と通ずる多数の微細空隙(図示せず)を有していることが好ましい。微細空隙は表面層の厚さ方向へ延びるように表面層中に存在していることが好ましい。微細空隙は非水電解液の流通が可能なものである。微細空隙の役割は、活物質層12内に非水電解液を供給することにある。微細空隙は、負極10の表面を電子顕微鏡観察により平面視したとき、金属材料13で被覆されている面積の割合、即ち被覆率が95%以下、特に80%以下、とりわけ60%以下となるような大きさであることが好ましい。   When the negative electrode 10 has a surface layer, the surface layer covers the surface of the active material layer 12 continuously or discontinuously. When the surface layer continuously covers the surface of the active material layer 12, the surface layer has a large number of microscopic voids (not shown) that are open at the surface and communicate with the active material layer 12. It is preferable. The fine voids are preferably present in the surface layer so as to extend in the thickness direction of the surface layer. The fine voids allow the non-aqueous electrolyte to flow. The role of the fine voids is to supply a non-aqueous electrolyte into the active material layer 12. When the surface of the negative electrode 10 is viewed in plan by electron microscope observation, the fine voids are such that the ratio of the area covered with the metal material 13, that is, the coverage is 95% or less, particularly 80% or less, especially 60% or less. It is preferable that the size is large.

表面層は、リチウム化合物の形成能の低い金属材料から構成されている。この金属材料は、上述した外層13bの構成材料と同種とすることができる。或いは、外層13bの構成材料13と異種のものとすることもできる。例えば、内層13aがリチウム化合物の形成能の低い金属材料から構成されている場合には、表面層は内層13aの構成材料で形成されていてもよい。この場合には、表面層を構成する金属材料と外層13bの構成材料とは異種のものとなる。負極10の製造の容易さを考慮すると、外層13bの構成材料と、表面層を構成する金属材料とは同種であることが好ましい。   The surface layer is made of a metal material having a low lithium compound forming ability. This metal material can be the same kind as the constituent material of the outer layer 13b described above. Alternatively, it may be different from the constituent material 13 of the outer layer 13b. For example, when the inner layer 13a is made of a metal material having a low ability to form a lithium compound, the surface layer may be made of a constituent material of the inner layer 13a. In this case, the metal material constituting the surface layer and the constituent material of the outer layer 13b are different. Considering the ease of manufacture of the negative electrode 10, the constituent material of the outer layer 13b and the metal material constituting the surface layer are preferably the same type.

負極10における集電体11としては、非水電解液二次電池用負極の集電体として従来用いられているものと同様のものを用いることができる。集電体11は、先に述べたリチウム化合物の形成能の低い金属材料から構成されていることが好ましい。そのような金属材料の例は既に述べた通りである。特に、銅、ニッケル、ステンレス等からなることが好ましい。また、コルソン合金箔に代表されるような銅合金箔の使用も可能である。更に集電体として、常態抗張力(JIS C 2318)が好ましくは500MPa以上である金属箔、例えば前記のコルソン合金箔の少なくとも一方の面に銅被膜層を形成したものを用いることもできる。更に集電体として常態伸度(JIS C 2318)が4%以上のものを用いることも好ましい。抗張力が低いと活物質が膨張した際の応力によりシワが生じ、伸び率が低いと該応力により集電体に亀裂が入ることがあるからである。集電体11の厚みは本実施形態において臨界的ではない。負極10の強度維持と、エネルギー密度向上とのバランスを考慮すると、9〜35μmであることが好ましい。なお、集電体11として銅箔を使用する場合には、クロメート処理や、トリアゾール系化合物及びイミダゾール系化合物などの有機化合物を用いた防錆処理を施しておくことが好ましい。   As the current collector 11 in the negative electrode 10, the same one as conventionally used as the current collector of the negative electrode for the non-aqueous electrolyte secondary battery can be used. The current collector 11 is preferably made of a metal material having a low lithium compound forming ability as described above. Examples of such metallic materials are as already described. In particular, it is preferably made of copper, nickel, stainless steel or the like. Also, it is possible to use a copper alloy foil represented by a Corson alloy foil. Further, as the current collector, a metal foil having a normal tensile strength (JIS C 2318) of preferably 500 MPa or more, for example, a copper film layer formed on at least one surface of the aforementioned Corson alloy foil can be used. Furthermore, it is preferable to use a current collector having a normal elongation (JIS C 2318) of 4% or more. This is because when the tensile strength is low, wrinkles are generated due to stress when the active material expands, and when the elongation is low, the current collector may crack. The thickness of the current collector 11 is not critical in this embodiment. Considering the balance between maintaining the strength of the negative electrode 10 and improving the energy density, it is preferably 9 to 35 μm. In addition, when using copper foil as the electrical power collector 11, it is preferable to give the rust prevention process using organic compounds, such as a chromate process and a triazole type compound and an imidazole type compound.

次に、本実施形態の負極10の好ましい製造方法について、図3を参照しながら説明する。本製造方法では、活物質の粒子及び結着剤を含むスラリーを用いて集電体11上に塗膜を形成し、次いでその塗膜に対し、異なる種類のめっき浴を用いて電解めっきを繰り返し行う。   Next, the preferable manufacturing method of the negative electrode 10 of this embodiment is demonstrated, referring FIG. In this production method, a coating film is formed on the current collector 11 using a slurry containing active material particles and a binder, and then electrolytic plating is repeatedly performed on the coating film using different types of plating baths. Do.

先ず図3(a)に示すように集電体11を用意する。そして集電体11上に、活物質の粒子12aを含むスラリーを塗布して塗膜15を形成する。スラリーは、活物質の粒子の他に、結着剤及び希釈溶媒などを含んでいる。またスラリーはアセチレンブラックやグラファイトなどの導電性炭素材料の粒子を少量含んでいてもよい。特に、活物質の粒子12aがシリコン系材料から構成されている場合には、該活物質の粒子12aの重量に対して導電性炭素材料を1〜3重量%含有することが好ましい。導電性炭素材料の含有量が1重量%未満であると、スラリーの粘度が低下して活物質の粒子12aの沈降が促進されるため、良好な塗膜15及び均一な空隙を形成しにくくなる。また導電性炭素材料の含有量が3重量%を超えると、該導電性炭素材料の表面にめっき核が集中し、良好な被覆を形成しにくくなる。   First, a current collector 11 is prepared as shown in FIG. Then, a slurry containing active material particles 12 a is applied onto the current collector 11 to form a coating film 15. The slurry contains a binder and a diluting solvent in addition to the active material particles. The slurry may contain a small amount of conductive carbon material particles such as acetylene black and graphite. In particular, when the active material particles 12a are made of a silicon-based material, the conductive carbon material is preferably contained in an amount of 1 to 3% by weight based on the weight of the active material particles 12a. When the content of the conductive carbon material is less than 1% by weight, the viscosity of the slurry is lowered and the sedimentation of the active material particles 12a is promoted, so that it is difficult to form a good coating film 15 and uniform voids. . On the other hand, if the content of the conductive carbon material exceeds 3% by weight, plating nuclei concentrate on the surface of the conductive carbon material, and it becomes difficult to form a good coating.

結着剤としてはスチレンブタジエンラバー(SBR)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリエチレン(PE)、エチレンプロピレンジエンモノマー(EPDM)などが用いられる。希釈溶媒としてはN−メチルピロリドン、シクロヘキサンなどが用いられる。スラリー中における活物質の粒子12aの量は30〜70重量%程度とすることが好ましい。結着剤の量は0.4〜4重量%程度とすることが好ましい。これらに希釈溶媒を加えてスラリーとする。   As the binder, styrene butadiene rubber (SBR), polyvinylidene fluoride (PVDF), polyethylene (PE), ethylene propylene diene monomer (EPDM), or the like is used. As a diluting solvent, N-methylpyrrolidone, cyclohexane or the like is used. The amount of the active material particles 12a in the slurry is preferably about 30 to 70% by weight. The amount of the binder is preferably about 0.4 to 4% by weight. A dilution solvent is added to these to form a slurry.

形成された塗膜15は、粒子12a間に多数の微小空間を有する。塗膜15が形成された集電体11を、第1のめっき浴中に浸漬する。第1のめっき浴は、リチウム化合物の形成能の低い金属材料を含むか、又はリチウム化合物の形成能の高い金属材料を含む。第1のめっき浴への浸漬によって、めっき液が塗膜15内の前記微小空間に浸入して、塗膜15と集電体11との界面にまで達する。その状態下に電解めっきを行い、めっき金属種を粒子12aの表面に析出させる(以下、このめっきを浸透めっきともいう)。浸透めっきは、集電体11をカソードとして用い、めっき浴中にアノードとしての対極を浸漬し、両極を電源に接続して行う。   The formed coating film 15 has a large number of minute spaces between the particles 12a. The current collector 11 on which the coating film 15 is formed is immersed in the first plating bath. The first plating bath includes a metal material having a low lithium compound forming ability or a metal material having a high lithium compound forming ability. By immersing in the first plating bath, the plating solution enters the minute space in the coating film 15 and reaches the interface between the coating film 15 and the current collector 11. Under this condition, electrolytic plating is performed to deposit plating metal species on the surfaces of the particles 12a (hereinafter, this plating is also referred to as permeation plating). The osmotic plating is performed by using the current collector 11 as a cathode, immersing a counter electrode as an anode in a plating bath, and connecting both electrodes to a power source.

浸透めっきによる金属材料の析出は、塗膜15の一方の側から他方の側に向かって進行させることが好ましい。具体的には、図3(b)ないし(d)に示すように、塗膜15と集電体11との界面から塗膜の表面に向けてめっき金属種の析出が進行するように電解めっきを行う。めっき金属種をこのように析出させることで、活物質の粒子12aの表面をめっき金属種で首尾よく被覆することができると共に、めっき金属種で被覆された粒子12a間に空隙を首尾よく形成することができる。しかも、該空隙の空隙率を前述した好ましい範囲にすることが容易となる。   The deposition of the metal material by the osmotic plating is preferably progressed from one side of the coating film 15 to the other side. Specifically, as shown in FIGS. 3B to 3D, electrolytic plating is performed so that the deposition of the plating metal species proceeds from the interface between the coating film 15 and the current collector 11 toward the surface of the coating film. I do. By precipitating the plating metal species in this way, the surface of the active material particles 12a can be successfully coated with the plating metal species, and a void is successfully formed between the particles 12a coated with the plating metal species. be able to. In addition, it becomes easy to set the void ratio of the voids to the above-described preferable range.

前述のようにめっき金属種を析出させるための浸透めっきの条件には、めっき浴の組成、めっき浴のpH、電解の電流密度などがある。このような条件については既に述べた通りである。   As described above, the conditions of the infiltration plating for depositing the plating metal species include the composition of the plating bath, the pH of the plating bath, and the current density of electrolysis. Such conditions are as already described.

図3(b)ないし(d)に示されているように、塗膜15と集電体11との界面から塗膜の表面に向けてめっき金属種の析出が進行するように電解めっきを行うと、析出反応の最前面部においては、ほぼ一定の厚みでめっき金属種のめっき核からなる微小粒子14が層状に存在している。めっき金属種の析出が進行すると、隣り合う微小粒子14どうしが結合して更に大きな粒子となり、更に析出が進行すると、該粒子どうしが結合して活物質の粒子12aの表面を連続的に被覆するようになる。   As shown in FIGS. 3B to 3D, electrolytic plating is performed so that the deposition of the plating metal species proceeds from the interface between the coating film 15 and the current collector 11 toward the surface of the coating film. And, in the forefront portion of the precipitation reaction, fine particles 14 made of plating nuclei of plating metal species are present in layers with a substantially constant thickness. As the deposition of the plating metal species proceeds, adjacent microparticles 14 combine to form larger particles, and when the deposition proceeds further, the particles combine to continuously coat the surface of the active material particles 12a. It becomes like this.

第1のめっき浴を用いた電解めっきは、塗膜15の厚み方向全域にめっき金属種が析出した時点で終了させる。このようにして、図3(d)に示すように、負極の前駆体が得られる。次に、このめっき浴に代えて第2のめっき浴を用い、上述の手順と同様の手順によって電解めっきを行う。第2のめっき浴はリチウム化合物の形成能の低い金属材料を含む。   The electrolytic plating using the first plating bath is terminated when the plating metal species is deposited in the entire thickness direction of the coating film 15. In this manner, a negative electrode precursor is obtained as shown in FIG. Next, instead of this plating bath, a second plating bath is used, and electrolytic plating is performed by the same procedure as described above. The second plating bath contains a metal material having a low lithium compound forming ability.

第1のめっき浴を用いた電解めっきと同様の手順によって第2のめっき浴による電解めっきを行うことで、先に析出しためっき金属種からなる内層上に、この金属種とは異なる種類のめっき金属種からなる外層が形成される。第2のめっき浴による電解めっきは、塗膜15の厚み方向全域にめっき金属種が析出した時点で終了させる。この場合、電解めっきの終了時点を調節することで、活物質層12の上面に表面層(図示せず)を形成することができる。   By performing electroplating with the second plating bath in the same procedure as the electroplating with the first plating bath, a different type of plating from the metal species deposited on the inner layer made of the plating metal species deposited previously. An outer layer made of a metal species is formed. The electrolytic plating by the second plating bath is terminated when the plating metal species is deposited in the entire thickness direction of the coating film 15. In this case, a surface layer (not shown) can be formed on the upper surface of the active material layer 12 by adjusting the end point of the electrolytic plating.

このようにして得られた負極10は、例えばリチウム二次電池等の非水電解液二次電池用の負極として好適に用いられる。この場合、電池の正極は、正極活物質並びに必要により導電剤及び結着剤を適当な溶媒に懸濁し、正極合剤を作製し、これを集電体に塗布、乾燥した後、ロール圧延、プレスし、更に裁断、打ち抜きすることにより得られる。正極活物質としては、リチウムニッケル複合酸化物、リチウムマンガン複合酸化物、リチウムコバルト複合酸化物等の含リチウム金属複合酸化物を始めとする従来公知の正極活物質が用いられる。また、正極活物質として、LiCoO2に少なくともZrとMgの両方を含有させたリチウム遷移金属複合酸化物と、層状構造を有し、少なくともMnとNiの両方を含有するリチウム遷移金属複合酸化物と混合したものも好ましく用いることができる。かかる正極活物質を用いることで充放電サイクル特性及び熱安定性の低下を伴うことなく、充電終止電圧を高めることが期待できる。正極活物質の一次粒子径の平均値は5μm以上10μm以下であることが、充填密度と反応面積との兼ね合いから好ましく、正極に使用する結着剤の重量平均分子量は350,000 以上2,000,000以下のポリフッ化ビニリデンであることが好ましい。低温環境での放電特性を向上させることが期待できるからである。 The negative electrode 10 thus obtained is suitably used as a negative electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery such as a lithium secondary battery. In this case, the positive electrode of the battery is prepared by suspending a positive electrode active material and, if necessary, a conductive agent and a binder in a suitable solvent to prepare a positive electrode mixture, applying this to a current collector, drying, roll rolling, It is obtained by pressing, further cutting and punching. As the positive electrode active material, conventionally known positive electrode active materials such as lithium-containing metal composite oxides such as lithium nickel composite oxide, lithium manganese composite oxide, and lithium cobalt composite oxide are used. Further, as the positive electrode active material, a lithium transition metal composite oxide in which LiCoO 2 contains at least both Zr and Mg, a lithium transition metal composite oxide having a layered structure and containing at least both Mn and Ni, A mixture thereof can also be preferably used. The use of such a positive electrode active material can be expected to increase the end-of-charge voltage without deteriorating charge / discharge cycle characteristics and thermal stability. The average value of the primary particle diameter of the positive electrode active material is preferably 5 μm or more and 10 μm or less in view of the packing density and the reaction area, and the weight average molecular weight of the binder used for the positive electrode is 350,000 or more and 2,000. It is preferable that the polyvinylidene fluoride is 1,000 or less. This is because it can be expected to improve discharge characteristics in a low temperature environment.

電池のセパレータとしては、合成樹脂製不織布、ポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィン、又はポリテトラフルオロエチレンの多孔質フィルム等が好ましく用いられる。電池の過充電時に生じる電極の発熱を抑制する観点からは、ポリオレフィン微多孔膜の片面又は両面にフェロセン誘導体の薄膜が形成されてなるセパレータを用いることが好ましい。セパレータは、突刺強度が0.2N/μm厚以上0.49N/μm厚以下であり、巻回軸方向の引張強度が40MPa以上150MPa以下であることが好ましい。充放電に伴い大きく膨張・収縮する負極活物質を用いても、セパレータの損傷を抑制することができ、内部短絡の発生を抑制することができるからである。   As the battery separator, a synthetic resin nonwoven fabric, a polyolefin such as polyethylene or polypropylene, or a polytetrafluoroethylene porous film is preferably used. From the viewpoint of suppressing the heat generation of the electrode that occurs when the battery is overcharged, it is preferable to use a separator in which a thin film of a ferrocene derivative is formed on one side or both sides of a polyolefin microporous membrane. The separator preferably has a puncture strength of 0.2 N / μm thickness or more and 0.49 N / μm thickness or less, and a tensile strength in the winding axis direction of 40 MPa or more and 150 MPa or less. This is because even when a negative electrode active material that greatly expands and contracts with charge and discharge is used, damage to the separator can be suppressed, and occurrence of internal short circuits can be suppressed.

非水電解液は、支持電解質であるリチウム塩を有機溶媒に溶解した溶液からなる。リチウム塩としては、LiClO4、LiA1Cl4、LiPF6、LiAsF6、LiSbF6、LiBF4、LiSCN、LiCl、LiBr、LiI、LiCF3SO3、LiC49SO3等が例示される。有機溶媒としては、例えばエチレンカーボネート、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート等が挙げられる。特に、非水電解液全体に対し0.5 〜5重量%のビニレンカーボネート及び0.1〜1重量%のジビニルスルホン、0.1〜1.5重量%の1,4−ブタンジオールジメタンスルホネートを含有させることが充放電サイクル特性を更に向上する観点から好ましい。その理由について詳細は明らかでないが、1,4−ブタンジオールジメタンスルホネートとジビニルスルホンが段階的に分解して、正極上に被膜を形成することにより、硫黄を含有する被膜がより緻密なものになるためであると考えられる。 The nonaqueous electrolytic solution is a solution in which a lithium salt as a supporting electrolyte is dissolved in an organic solvent. Examples of the lithium salt include LiClO 4 , LiA1Cl 4 , LiPF 6 , LiAsF 6 , LiSbF 6 , LiBF 4 , LiSCN, LiCl, LiBr, LiI, LiCF 3 SO 3 , LiC 4 F 9 SO 3 and the like. Examples of the organic solvent include ethylene carbonate, diethyl carbonate, dimethyl carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, and the like. In particular, 0.5 to 5% by weight of vinylene carbonate and 0.1 to 1% by weight of divinyl sulfone and 0.1 to 1.5% by weight of 1,4-butanediol dimethanesulfonate with respect to the whole non-aqueous electrolyte. It is preferable from the viewpoint of further improving the charge / discharge cycle characteristics. The details are not clear, but 1,4-butanediol dimethanesulfonate and divinylsulfone are decomposed stepwise to form a film on the positive electrode, so that the film containing sulfur becomes denser. It is thought that it is to become.

特に非水電解液としては、4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン,4−クロロ−1,3−ジオキソラン−2−オン或いは4−トリフルオロメチル−1,3−ジオキソラン−2−オンなどのハロゲン原子を有する環状の炭酸エステル誘導体のような比誘電率が30以上の高誘電率溶媒を用いることも好ましい。耐還元性が高く、分解されにくいからである。また、上記高誘電率溶媒と、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、或いはメチルエチルカーボネートなどの粘度が1mPa・s以下である低粘度溶媒を混合した電解液も好ましい。より高いイオン伝導性を得ることができるからである。更に、電解液中のフッ素イオンの含有量が14質量ppm以上1290質量ppm以下の範囲内であることも好ましい。電解液に適量なフッ素イオンが含まれていると、フッ素イオンに由来するフッ化リチウムなどの被膜が負極に形成され、負極における電解液の分解反応を抑制することができると考えられるからである。更に、酸無水物及びその誘導体からなる群のうちの少なくとも1種の添加物が0.001質量%〜10質量%含まれていることが好ましい。これにより負極の表面に被膜が形成され、電解液の分解反応を抑制することができるからである。この添加物としては、環に−C(=O)−O−C(=O)−基を含む環式化合物が好ましく、例えば無水コハク酸、無水グルタル酸、無水マレイン酸、無水フタル酸、無水2−スルホ安息香酸、無水シトラコン酸、無水イタコン酸、無水ジグリコール酸、無水ヘキサフルオログルタル酸、無水3−フルオロフタル酸、無水4−フルオロフタル酸などの無水フタル酸誘導体、又は無水3,6−エポキシ−1,2,3,6−テトラヒドロフタル酸、無水1,8−ナフタル酸、無水2,3−ナフタレンカルボン酸、無水1,2−シクロペンタンジカルボン酸、1,2−シクロヘキサンジカルボン酸などの無水1,2−シクロアルカンジカルボン酸、又はシス−1,2,3,6−テトラヒドロフタル酸無水物或いは3,4,5,6−テトラヒドロフタル酸無水物などのテトラヒドロフタル酸無水物、又はヘキサヒドロフタル酸無水物(シス異性体、トランス異性体)、3,4,5,6−テトラクロロフタル酸無水物、1,2,4−ベンゼントリカルボン酸無水物、二無水ピロメリット酸、又はこれらの誘導体などが挙げられる。   In particular, as the non-aqueous electrolyte, 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one, 4-chloro-1,3-dioxolan-2-one or 4-trifluoromethyl-1,3-dioxolane-2- It is also preferable to use a high dielectric constant solvent having a relative dielectric constant of 30 or more, such as a cyclic carbonate derivative having a halogen atom such as ON. This is because it has high resistance to reduction and is not easily decomposed. Further, an electrolytic solution obtained by mixing the high dielectric constant solvent and a low viscosity solvent having a viscosity of 1 mPa · s or less such as dimethyl carbonate, diethyl carbonate, or methyl ethyl carbonate is also preferable. This is because higher ionic conductivity can be obtained. Furthermore, it is also preferable that the content of fluorine ions in the electrolytic solution is in the range of 14 mass ppm to 1290 mass ppm. This is because, when an appropriate amount of fluorine ions is contained in the electrolytic solution, a coating film such as lithium fluoride derived from fluorine ions is formed on the negative electrode, and it is considered that the decomposition reaction of the electrolytic solution in the negative electrode can be suppressed. . Furthermore, it is preferable that 0.001 mass%-10 mass% of at least 1 sort (s) of additives from the group which consists of an acid anhydride and its derivative (s) are contained. This is because a film is formed on the surface of the negative electrode, and the decomposition reaction of the electrolytic solution can be suppressed. As this additive, a cyclic compound containing a —C (═O) —O—C (═O) — group in the ring is preferable. For example, succinic anhydride, glutaric anhydride, maleic anhydride, phthalic anhydride, anhydrous Phthalic anhydride derivatives such as 2-sulfobenzoic acid, citraconic anhydride, itaconic anhydride, diglycolic anhydride, hexafluoroglutaric anhydride, 3-fluorophthalic anhydride, 4-fluorophthalic anhydride, or anhydrous 3,6 -Epoxy-1,2,3,6-tetrahydrophthalic acid, 1,8-naphthalic anhydride, 2,3-naphthalene carboxylic acid anhydride, 1,2-cyclopentane dicarboxylic acid anhydride, 1,2-cyclohexane dicarboxylic acid, etc. 1,2-cycloalkanedicarboxylic anhydride, or cis-1,2,3,6-tetrahydrophthalic anhydride or 3,4,5,6-tetrahydrophthal Tetrahydrophthalic anhydride such as acid anhydride, or hexahydrophthalic anhydride (cis isomer, trans isomer), 3,4,5,6-tetrachlorophthalic anhydride, 1,2,4-benzene Examples thereof include tricarboxylic acid anhydride, dianhydropyromellitic acid, and derivatives thereof.

以上、本発明をその好ましい実施形態に基づき説明したが、本発明は前記の実施形態に制限されない。例えば前記実施形態における金属材料13の層は、リチウム化合物の形成能の高い金属材料又はリチウム化合物の形成能の低い金属材料から構成された内層と、リチウム化合物の形成能の低い金属材料から構成された外層の2層構造であったが、これに代えて内層と外層との間に更に1層以上の別の層を設け3層以上の多層構造の層としてもよく、或いは外層の外側に更に1層以上の別の層を設け3層以上の多層構造の層としてもよい。更に、内層と外層との間に更に1層以上の別の層を設けると共に外層の外側に更に1層以上の別の層を設けてもよい。   As mentioned above, although this invention was demonstrated based on the preferable embodiment, this invention is not restrict | limited to the said embodiment. For example, the layer of the metal material 13 in the above embodiment is composed of an inner layer made of a metal material having a high lithium compound forming ability or a metal material having a low lithium compound forming ability and a metal material having a low lithium compound forming ability. However, instead of this, another layer of one or more layers may be provided between the inner layer and the outer layer to form a multilayer structure of three or more layers, or further on the outside of the outer layer. One or more other layers may be provided to form a multilayer structure of three or more layers. Further, one or more other layers may be provided between the inner layer and the outer layer, and one or more other layers may be further provided outside the outer layer.

また前記実施形態は、金属材料13の層が多層構造である場合の例であるが、該層が2種以上の金属材料から構成されている限り、該層は単層のものであってもよい。この場合、金属材料13の層は、2種以上の金属の合金からなる層になっている。2種以上の金属の組み合わせとしては、酸化されやすく且つリチウム形成能が低いか又は高い1種以上の金属と、酸化されにくく且つリチウム形成能が低い1種以上の金属との組み合わせが挙げられる。酸化されやすく且つリチウム形成能が低い金属としては例えば銅が挙げられる。酸化されにくく且つリチウム形成能が低い金属としては例えばニッケル、コバルト、クロム、金などが挙げられる。このような合金からなる層を形成するには、図3に示す浸透めっきを、合金めっき法で行えばよい。金属材料13の層における酸化されやすく且つリチウム形成能が低いか又は高い金属と、酸化されにくく且つリチウム形成能が低い金属との割合(モル比)は、前者:後者=7:3〜9:1であることが好ましい。   Moreover, although the said embodiment is an example in case the layer of the metal material 13 is a multilayer structure, as long as this layer is comprised from 2 or more types of metal materials, even if this layer is a thing of a single layer, Good. In this case, the layer of the metal material 13 is a layer made of an alloy of two or more kinds of metals. Examples of the combination of two or more metals include a combination of one or more metals that are easily oxidized and have a low or high lithium forming ability and one or more metals that are not easily oxidized and have a low lithium forming ability. An example of the metal that is easily oxidized and has a low lithium forming ability is copper. Examples of the metal that is not easily oxidized and has a low lithium forming ability include nickel, cobalt, chromium, and gold. In order to form a layer made of such an alloy, the permeation plating shown in FIG. 3 may be performed by an alloy plating method. The ratio (molar ratio) between the metal that is easily oxidized and has a low or high lithium forming ability and the metal that is not easily oxidized and has a low lithium forming ability in the layer of the metal material 13 is the former: the latter = 7: 3 to 9: 1 is preferable.

以下、実施例により本発明を更に詳細に説明する。しかしながら本発明の範囲はかかる実施例に制限されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, the scope of the present invention is not limited to such examples.

〔実施例1〕
厚さ18μmの電解銅箔からなる集電体を室温で30秒間酸洗浄した。処理後、15秒間純水洗浄した。集電体上にSiの粒子を含むスラリーを膜厚15μmになるように塗布し塗膜を形成した。スラリーの組成は、粒子:スチレンブタジエンラバー(結着剤):アセチレンブラック=100:1.7:2(重量比)であった。Siの粒子の平均粒径D50は2μmであった。平均粒径D50は、日機装(株)製のマイクロトラック粒度分布測定装置(No.9320−X100)を使用して測定した。
[Example 1]
A current collector made of an electrolytic copper foil having a thickness of 18 μm was acid washed at room temperature for 30 seconds. After the treatment, it was washed with pure water for 15 seconds. A slurry containing Si particles was applied on the current collector to a thickness of 15 μm to form a coating film. The composition of the slurry was particles: styrene butadiene rubber (binder): acetylene black = 100: 1.7: 2 (weight ratio). The average particle diameter D 50 of the Si particles was 2 μm. The average particle diameter D 50 was measured using a Microtrac particle size distribution measuring device (No. 9320-X100) manufactured by Nikkiso Co., Ltd.

塗膜が形成された集電体をロールプレス機に通し、該塗膜にプレス加工を施した。プレス圧は300MPaであった。プレス加工が施された塗膜を有する集電体を、以下の浴組成を有するピロリン酸銅浴に浸漬させ、電解により塗膜に対して銅の浸透めっきを行い、Siの粒子の表面に銅からなる内層を形成した。電解の条件は以下の通りとした。陽極にはDSEを用いた。電源は直流電源を用いた。形成された内層の厚みは、同様にして作製したサンプル品の断面SEM観察の結果200nmであった。
・ピロリン酸銅三水和物:105g/l
・ピロリン酸カリウム:450g/l
・硝酸カリウム:30g/l
・P比:7.7
・浴温度:50℃
・電流密度:3A/dm2
・pH:アンモニア水とポリリン酸を添加してpH8.2になるように調整した。
The current collector on which the coating film was formed was passed through a roll press machine, and the coating film was pressed. The press pressure was 300 MPa. A current collector having a coating film subjected to press working is immersed in a copper pyrophosphate bath having the following bath composition, copper is osmotically plated on the coating film, and copper is coated on the surface of the Si particles. An inner layer consisting of The electrolysis conditions were as follows. DSE was used for the anode. A DC power source was used as the power source. The thickness of the formed inner layer was 200 nm as a result of cross-sectional SEM observation of a sample product produced in the same manner.
Copper pyrophosphate trihydrate: 105 g / l
-Potassium pyrophosphate: 450 g / l
・ Potassium nitrate: 30 g / l
-P ratio: 7.7
・ Bath temperature: 50 ° C
・ Current density: 3 A / dm 2
-PH: Ammonia water and polyphosphoric acid were added to adjust to pH 8.2.

浸透めっきは、塗膜の厚み方向全域にわたって銅が析出した時点で終了させた。次に、ピロリン酸銅浴に代えて、以下の組成を有するワット浴を用い第2回目の浸透めっきを行った。これによって銅からなる内層上にニッケルからなる外層を形成した。電解の条件は以下の通りとした。陽極にはニッケル電極を用いた。電源は直流電源を用いた。以上の操作によって目的とする負極を得た。
・NiSO4・6H2O 250g/l
・NiCl2・6H2O 45g/l
・H3BO4 30g/l
・浴温度 50℃
・電流密度 0.5A/dm2
・pH:5
The permeation plating was terminated when copper was deposited over the entire thickness direction of the coating film. Next, instead of the copper pyrophosphate bath, a second osmotic plating was performed using a Watt bath having the following composition. As a result, an outer layer made of nickel was formed on the inner layer made of copper. The electrolysis conditions were as follows. A nickel electrode was used as the anode. A DC power source was used as the power source. The intended negative electrode was obtained by the above operation.
・ NiSO 4・ 6H 2 O 250g / l
・ NiCl 2・ 6H 2 O 45g / l
・ H 3 BO 4 30g / l
・ Bath temperature 50 ℃
・ Current density 0.5A / dm 2
・ PH: 5

内層及び外層の平均厚みは次の方法で求めた。銅の浸透めっきを行ったときの通電量と、ニッケルの浸透めっきを行ったときの通電量の比を求める。これとは別に、GDSにより、活物質層の厚さ方向にわたって銅及びニッケルが均一に存在していることを確認する。銅及びニッケルが均一に存在している場合には、銅からなる内層とニッケルからなる外層の厚み比は、銅の浸透めっきを行ったときの通電量と、ニッケルの浸透めっきを行ったときの通電量の比と同等とみなすことができる。従って、活物質層の断面SEM観察により求められた内層及び外層の厚さの合計値と前記の通電量の比から、内層及び外層の厚みをそれぞれ算出することができる。本実施例における銅の浸透めっきを行ったときの通電量は2321C/dm2、ニッケルの浸透めっきを行ったときの通電量は18C/dm2であった。このようにして求められた内層の厚みは200nm、外層の厚みは5nmであった。 The average thickness of the inner layer and the outer layer was determined by the following method. The ratio of the amount of energization when performing copper infiltration plating to the amount of energization when performing nickel infiltration plating is determined. Separately from this, it is confirmed by GDS that copper and nickel are present uniformly in the thickness direction of the active material layer. When copper and nickel are present uniformly, the thickness ratio of the inner layer made of copper and the outer layer made of nickel is determined by the amount of current when copper is infiltrated and when the nickel is infiltrated. It can be regarded as equivalent to the ratio of the energization amount. Therefore, the thicknesses of the inner layer and the outer layer can be calculated from the total value of the thicknesses of the inner layer and the outer layer obtained by the cross-sectional SEM observation of the active material layer and the ratio of the energization amount. Energization amount when subjected to penetration of copper in this example 2321C / dm 2, current amount when performing the penetration plating nickel was 18C / dm 2. The inner layer thickness thus determined was 200 nm, and the outer layer thickness was 5 nm.

〔実施例2〕
ニッケルの浸透めっきの通電量を183C/dm2とする以外は実施例1と同様にして負極を得た。実施例1と同様にして求められた外層の厚みは50nmであった。
[Example 2]
A negative electrode was obtained in the same manner as in Example 1 except that the amount of current applied to the nickel infiltration plating was 183 C / dm 2 . The outer layer thickness determined in the same manner as in Example 1 was 50 nm.

〔実施例3〕
活物質を含むスラリーの膜厚を20μmとした。また銅の浸透めっきを行ったときの通電量を2321C/dm2、ニッケルの浸透めっきを行ったときの通電量を73C/dm2であった。これら以外は実施例1と同様にして負極を得た。実施例1と同様にして求められた内層の厚みは200nm、外層の厚みは20nmであった。
Example 3
The film thickness of the slurry containing the active material was 20 μm. The energization amount when copper permeation plating was performed was 2321 C / dm 2 , and the energization amount when nickel permeation plating was performed was 73 C / dm 2 . A negative electrode was obtained in the same manner as Example 1 except for these. The thickness of the inner layer determined in the same manner as in Example 1 was 200 nm, and the thickness of the outer layer was 20 nm.

〔実施例4〕
ワット浴に代えて、以下の組成を有するコバルト浴を用い第2回目の浸透めっきを行った。このときの通電量は73C/dm2であった。これら以外は実施例1と同様にして負極を得た。実施例1と同様にして求められた外層の厚みは20nmであった。
・CoSO4・7H2O 180g/l
・H3BO3 30g/l
・浴温度 40℃
・電流密度 0.5A/dm2
・pH:5
Example 4
Instead of the Watt bath, a second infiltration plating was performed using a cobalt bath having the following composition. The energization amount at this time was 73 C / dm 2 . A negative electrode was obtained in the same manner as Example 1 except for these. The outer layer thickness obtained in the same manner as in Example 1 was 20 nm.
・ CoSO 4・ 7H 2 O 180g / l
・ H 3 BO 3 30g / l
・ Bath temperature 40 ℃
・ Current density 0.5A / dm 2
・ PH: 5

〔実施例5〕
ワット浴に代えて、以下の組成を有するクロム浴を用い第2回目の浸透めっきを行った。このときの通電量は62C/dm2であった。これら以外は実施例1と同様にして負極を得た。実施例1と同様にして求められた外層の厚みは15nmであった。
・CrO3 250g/l
・H2SO4 2.5g/l
・浴温度 40℃
・電流密度 0.5A/dm2
Example 5
Instead of the Watt bath, a second infiltration plating was performed using a chromium bath having the following composition. The energization amount at this time was 62 C / dm 2 . A negative electrode was obtained in the same manner as Example 1 except for these. The outer layer thickness obtained in the same manner as in Example 1 was 15 nm.
・ CrO 3 250g / l
・ H 2 SO 4 2.5 g / l
・ Bath temperature 40 ℃
・ Current density 0.5A / dm 2

〔比較例1〕
ワット浴を用いた第2回目の浸透めっきを行わない以外は実施例1と同様にして負極を得た。
[Comparative Example 1]
A negative electrode was obtained in the same manner as in Example 1 except that the second permeation plating using a Watt bath was not performed.

〔評価〕
本発明の効果の理解を一層容易にすることを目的として、実施例及び比較例で得られた負極を大気中に3週間放置後、この負極用いてリチウム二次電池を製造した。正極としてはLiCo1/3Ni1/3Mn1/32を用いた。電解液としては、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートの1:1体積%混合溶媒に1mol/lのLiPF6を溶解した溶液に対して、ビニレンカーボネートを2体積%外添したものを用いた。セパレータとしては、20μm厚のポリプロピレン製多孔質フィルムを用いた。得られた二次電池について初回の充電を行い、容量が0.1mAhのときの電圧を測定した。充電は、定電流・定電圧モードで行った。
[Evaluation]
In order to make it easier to understand the effects of the present invention, the negative electrodes obtained in Examples and Comparative Examples were left in the atmosphere for 3 weeks, and then a lithium secondary battery was produced using the negative electrode. LiCo 1/3 Ni 1/3 Mn 1/3 O 2 was used as the positive electrode. As the electrolytic solution, a solution obtained by adding 2% by volume of vinylene carbonate to a solution of 1 mol / l LiPF 6 dissolved in a 1: 1 volume% mixed solvent of ethylene carbonate and diethyl carbonate was used. As the separator, a 20 μm thick polypropylene porous film was used. The obtained secondary battery was charged for the first time, and the voltage when the capacity was 0.1 mAh was measured. Charging was performed in a constant current / constant voltage mode.

この測定とは別に、100サイクル容量維持率を測定した。容量維持率は、100サイクル後の放電容量を測定し、その値を13サイクル目の放電容量で除し、100を乗じて算出した値である。放電のカット・オフ電圧は2.7Vとした。充電条件は0.5C、4.2Vで、定電流・定電圧とした。放電条件は0.5C、2.7Vで、定電流とした。但し、1サイクル目の充放電は0.05Cとし、2〜4サイクル目の充放電は0.1C、5〜7サイクル目の充放電は0.5C、8〜10サイクル目の充放電は1Cとした。これらの結果を表1に示す。   Separately from this measurement, a 100 cycle capacity maintenance rate was measured. The capacity retention rate is a value calculated by measuring the discharge capacity after 100 cycles, dividing the value by the discharge capacity at the 13th cycle, and multiplying by 100. The discharge cut-off voltage was 2.7V. The charging conditions were 0.5 C, 4.2 V, and constant current / constant voltage. The discharge condition was 0.5 C, 2.7 V, and a constant current. However, charge / discharge at the first cycle is 0.05C, charge / discharge at the second to fourth cycles is 0.1C, charge / discharge at the fifth to seventh cycles is 0.5C, and charge / discharge at the eighth to tenth cycles is 1C. It was. These results are shown in Table 1.

更に、実施例3で得られた負極の活物質層の縦断面を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察すると共に、縦断面ついて、Niの存在状態をEPMAによって測定した。それらの結果を図4(a)及び(b)に示す。また活物質層の縦断面ついて、各元素の存在状態をGDSによって測定した。その結果を図5に示す。なお図5中、縦軸の感度は、元素の種類に応じてレンジを変更しているので、元素どうしでの相対比較はできない。   Furthermore, while observing the longitudinal cross section of the active material layer of the negative electrode obtained in Example 3 with a scanning electron microscope (SEM), the presence state of Ni was measured by EPMA on the longitudinal section. The results are shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b). Further, regarding the longitudinal section of the active material layer, the existence state of each element was measured by GDS. The result is shown in FIG. In FIG. 5, the sensitivity of the vertical axis is changed in range according to the type of element, so that a relative comparison between elements is not possible.

表1に示す結果から明らかなように、各実施例の負極を用いた電池は、比較例1の負極を用いた電池に比べて初回充電時の電圧が低いこと、即ち過電圧が低いことが判る。また各実施例の負極を用いた電池は、比較例1の負極を用いた電池に比べてサイクル特性が良好であることが判る。比較例1の負極は、作製後速やかに使用すれば良好な特性が得られるものであることは確認済みであるが、本評価においては酸化の影響を受けて特性が劣化したものと推察される。   As is clear from the results shown in Table 1, it can be seen that the battery using the negative electrode of each example has a lower voltage at the first charge, that is, a lower overvoltage than the battery using the negative electrode of Comparative Example 1. . In addition, it can be seen that the battery using the negative electrode of each example has better cycle characteristics than the battery using the negative electrode of Comparative Example 1. Although it has been confirmed that the negative electrode of Comparative Example 1 can obtain good characteristics if used immediately after production, it is assumed that the characteristics deteriorated due to the influence of oxidation in this evaluation. .

また、図4及び図5に示す結果から明らかなように、Siの粒子の表面を被覆する内層の銅及び外層のニッケルは、活物質層の厚み方向にわたり均一に存在していることが確認された。   Further, as is apparent from the results shown in FIGS. 4 and 5, it was confirmed that the inner layer copper and the outer layer nickel covering the surface of the Si particles were uniformly present in the thickness direction of the active material layer. It was.

本発明の非水電解液二次電池用負極の一実施形態の断面構造を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the cross-sectional structure of one Embodiment of the negative electrode for nonaqueous electrolyte secondary batteries of this invention. 図1に示す負極における活物質層の要部を拡大して示す模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram illustrating an enlarged main part of an active material layer in the negative electrode illustrated in FIG. 1. 図1に示す負極の製造方法を示す工程図である。It is process drawing which shows the manufacturing method of the negative electrode shown in FIG. 実施例3で得られた負極の活物質層の縦断面のSEM像及び縦断面におけるNiの存在状態をEPMAによって測定した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having measured the SEM image of the longitudinal cross section of the active material layer of the negative electrode obtained in Example 3, and the presence state of Ni in a longitudinal cross section by EPMA. 実施例3で得られた負極の活物質層の縦断面における各元素の存在状態をGDSによって測定した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having measured the presence state of each element in the longitudinal cross-section of the active material layer of the negative electrode obtained in Example 3 by GDS.

符号の説明Explanation of symbols

10 非水電解液二次電池用負極
11 集電体
12 活物質層
12a 活物質の粒子
13 金属材料
13a 内層
13b 外層
15 塗膜
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Negative electrode for nonaqueous electrolyte secondary batteries 11 Current collector 12 Active material layer 12a Active material particles 13 Metal material 13a Inner layer 13b Outer layer 15 Coating film

Claims (8)

活物質の粒子を含む活物質層を備え、該粒子の表面の少なくとも一部が金属材料の層で被覆されていると共に、該金属材料の層で被覆された該粒子どうしの間に空隙が形成されている非水電解液二次電池用負極であって、
前記層が、互いに異なる2種以上の金属材料から構成されている非水電解液二次電池用負極。
An active material layer containing active material particles is provided, and at least a part of the surface of the particles is covered with a metal material layer, and voids are formed between the particles covered with the metal material layer. A negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery,
A negative electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery, wherein the layer is composed of two or more different metal materials.
前記層が、互いに異なる金属材料から構成された2層以上の多層構造になっている請求項1記載の非水電解液二次電池用負極。   The negative electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the layer has a multilayer structure of two or more layers made of different metal materials. 互いに異なる2種以上の前記金属材料は、少なくとも銅を含むものである請求項1又は2記載の非水電解液二次電池用負極。   3. The negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the two or more kinds of metal materials different from each other contain at least copper. 前記層が、前記粒子の表面を被覆する内層と、該内層上に形成された外層を少なくとも含む2層以上の構造になっており、
前記内層がリチウム化合物の形成能の高い金属材料又はリチウム化合物の形成能の低い金属材料から構成されており、
前記外層がリチウム化合物の形成能の低い金属材料から構成されている請求項2記載の非水電解液二次電池用負極。
The layer has a structure of two or more layers including at least an inner layer covering the surface of the particles and an outer layer formed on the inner layer,
The inner layer is composed of a metal material having a high ability to form a lithium compound or a metal material having a low ability to form a lithium compound;
The negative electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 2, wherein the outer layer is made of a metal material having a low lithium compound forming ability.
前記内層がリチウム化合物の形成能の高い金属材料である亜鉛、スズ若しくは銀から形成されているか、又はリチウム化合物の形成能の低い金属材料である銅から形成されており、
前記外層がリチウム化合物の形成能の低い金属材料であるニッケル、コバルト、クロム又は金から構成されている請求項4記載の非水電解液二次電池用負極。
The inner layer is formed from zinc, tin or silver which is a metal material having a high ability to form a lithium compound, or is formed from copper which is a metal material having a low ability to form a lithium compound,
The negative electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 4, wherein the outer layer is made of nickel, cobalt, chromium, or gold, which is a metal material having a low ability to form a lithium compound.
前記内層が前記活物質層の厚み方向全域にわたって前記活物質の粒子の表面に存在している請求項4又は5記載の非水電解液二次電池用負極。   The negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 4, wherein the inner layer is present on the surface of the active material particles over the entire thickness direction of the active material layer. 前記層はその全体の厚みが平均して0.05〜2μmである請求項1ないし6の何れかに記載の非水電解液二次電池用負極。   The negative electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery according to any one of claims 1 to 6, wherein the layer has an average thickness of 0.05 to 2 µm on average. 請求項1ないし7の何れかに記載の非水電解液二次電池用負極を備えた非水電解液二次電池。   The nonaqueous electrolyte secondary battery provided with the negative electrode for nonaqueous electrolyte secondary batteries in any one of Claims 1 thru | or 7.
JP2007094790A 2006-06-30 2007-03-30 Negative electrode for nonaqueous electrolyte secondary battery Withdrawn JP2008066279A (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007094790A JP2008066279A (en) 2006-06-30 2007-03-30 Negative electrode for nonaqueous electrolyte secondary battery
PCT/JP2007/058416 WO2008001541A1 (en) 2006-06-30 2007-04-18 Negative electrode for non-aqueous electrolyte secondary battery

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006182830 2006-06-30
JP2006219051 2006-08-10
JP2007094790A JP2008066279A (en) 2006-06-30 2007-03-30 Negative electrode for nonaqueous electrolyte secondary battery

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2008066279A true JP2008066279A (en) 2008-03-21

Family

ID=38845313

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2007094790A Withdrawn JP2008066279A (en) 2006-06-30 2007-03-30 Negative electrode for nonaqueous electrolyte secondary battery

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP2008066279A (en)
WO (1) WO2008001541A1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012073313A1 (en) * 2010-11-29 2012-06-07 株式会社Neomaxマテリアル Secondary battery negative electrode material, secondary battery negative electrode, process for production of secondary battery negative electrode material, and process for production of secondary battery negative electrode
JP2013191456A (en) * 2012-03-14 2013-09-26 Seiko Instruments Inc Electrode for nonaqueous electrolyte secondary battery, and nonaqueous electrolyte secondary battery

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4865673B2 (en) * 2007-10-23 2012-02-01 パナソニック株式会社 Lithium secondary battery
EP3667805A1 (en) 2016-02-01 2020-06-17 Kabushiki Kaisha Toshiba Secondary battery, battery module, battery pack and vehicle
US10727540B2 (en) 2016-02-01 2020-07-28 Kabushiki Kaisha Toshiba Secondary battery, battery module, battery pack and vehicle

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3619000B2 (en) * 1997-01-28 2005-02-09 キヤノン株式会社 Electrode structure, secondary battery, and manufacturing method thereof
JP4422417B2 (en) * 2003-02-07 2010-02-24 三井金属鉱業株式会社 Anode for non-aqueous electrolyte secondary battery
JP2004296412A (en) * 2003-02-07 2004-10-21 Mitsui Mining & Smelting Co Ltd Method of manufacturing negative electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary battery

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012073313A1 (en) * 2010-11-29 2012-06-07 株式会社Neomaxマテリアル Secondary battery negative electrode material, secondary battery negative electrode, process for production of secondary battery negative electrode material, and process for production of secondary battery negative electrode
JP5755246B2 (en) * 2010-11-29 2015-07-29 日立金属株式会社 Anode material for secondary battery, anode for secondary battery, method for producing anode material for secondary battery, and method for producing anode for secondary battery
US9350011B2 (en) 2010-11-29 2016-05-24 Hitachi Metals, Ltd. Secondary battery negative electrode material, secondary battery negative electrode, method for manufacturing secondary battery negative electrode material, and method for manufacturing secondary battery negative electrode
JP2013191456A (en) * 2012-03-14 2013-09-26 Seiko Instruments Inc Electrode for nonaqueous electrolyte secondary battery, and nonaqueous electrolyte secondary battery

Also Published As

Publication number Publication date
WO2008001541A1 (en) 2008-01-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5192710B2 (en) Anode for non-aqueous electrolyte secondary battery
JP4944648B2 (en) Anode for non-aqueous electrolyte secondary battery
JP4219391B2 (en) Non-aqueous electrolyte secondary battery
JP2008047304A (en) Nonaqueous electrolyte secondary battery
JP2008277156A (en) Negative electrode for nonaqueous electrolyte secondary battery
JP5192664B2 (en) Anode for non-aqueous electrolyte secondary battery
JP2008047308A (en) Nonaqueous electrolyte secondary battery
JP2009164014A (en) Positive electrode for nonaqueous electrolyte secondary battery
JP2008016195A (en) Anode for nonaqueous electrolyte secondary battery
JP2009104900A (en) Negative electrode for nonaqueous electrolyte secondary battery
JP2008047303A (en) Nonaqueous electrolyte secondary battery
JP2008047306A (en) Nonaqueous electrolyte secondary battery
JP2008066279A (en) Negative electrode for nonaqueous electrolyte secondary battery
JP2008016196A (en) Negative electrode for polymer electrolyte secondary battery
JP2008016193A (en) Method of manufacturing nonaqueous electrolyte secondary battery
JP2008016192A (en) Anode for nonaqueous electrolyte secondary battery
JP2008016191A (en) Anode for nonaqueous electrolyte secondary battery
JP2008016194A (en) Manufacturing method of nonaqueous electrolyte secondary battery
JP2008047307A (en) Nonaqueous electrolyte secondary battery
JP2008251255A (en) Negative electrode for nonaqueous electrolyte secondary battery
JP2008047305A (en) Nonaqueous electrolyte secondary battery
JP2008066272A (en) Anode for nonaqueous electrolyte secondary battery
JP2008034346A (en) Negative electrode for nonaqueous electrolyte secondary battery
JP2008034347A (en) Nonaqueous electrolyte secondary battery
JP2009277509A (en) Anode for non-aqueous electrolyte secondary battery

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20100315

A761 Written withdrawal of application

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761

Effective date: 20120521