JP2008293955A - Negative electrode active material, and secondary battery - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide: a secondary battery having a high capacity and excellent cycle characteristics; and a negative electrode active material used for the same. <P>SOLUTION: A negative electrode 22 contains a negative electrode active material capable of reacting with lithium. The negative electrode active material contains at least tin, iron, cobalt, and carbon as constituent elements; the content of carbon is ≥11.9 mass% and ≤29.7 mass%; the rate of the total in iron and cobalt to the total of tin, iron, and cobalt is ≥26.4 mass% and ≤48.5 mass%; and the rate of cobalt to the total of iron and cobalt is ≥9.9 mass% and ≤79.5 mass%. Accordingly, cycle characteristics are improved while maintaining a high capacity. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、構成元素としてスズと鉄とコバルトと炭素とを含む負極活物質およびそれを用いた二次電池に関する。   The present invention relates to a negative electrode active material containing tin, iron, cobalt, and carbon as constituent elements, and a secondary battery using the same.

近年、カメラ一体型VTR(ビデオテープレコーダ)、携帯電話あるいはノートパソコンなどのポータブル電子機器が多く登場し、その小型軽量化が図られている。これらの電子機器のポータブル電源として用いられている電池、特に二次電池はキーデバイスとして重要であるため、そのエネルギー密度の向上を図る研究開発が活発に進められている。中でも、非水電解質二次電池(例えば、リチウムイオン二次電池)は、従来の水系電解液二次電池である鉛電池やニッケルカドミウム電池と比較して大きなエネルギー密度が得られるため、その改良に関する検討が各方面で行われている。   In recent years, many portable electronic devices such as a camera-integrated VTR (video tape recorder), a mobile phone, or a laptop computer have appeared, and their size and weight have been reduced. Batteries used as portable power sources for these electronic devices, in particular secondary batteries, are important as key devices, and research and development for improving their energy density are being actively promoted. Among these, non-aqueous electrolyte secondary batteries (for example, lithium ion secondary batteries) can provide a higher energy density than conventional lead batteries and nickel cadmium batteries, which are conventional aqueous electrolyte secondary batteries. Considerations are being made in various directions.

リチウムイオン二次電池では、負極活物質として、比較的高容量を示すと共に良好なサイクル特性を有する難黒鉛化性炭素あるいは黒鉛などの炭素材料が広く用いられている。ただし、近年の高容量化の要求を考えると、炭素材料の更なる高容量化が課題となっている。   In a lithium ion secondary battery, a carbon material such as non-graphitizable carbon or graphite having a relatively high capacity and good cycle characteristics is widely used as a negative electrode active material. However, considering the recent demand for higher capacity, further increase in capacity of carbon materials has become an issue.

このような背景から、炭素化原料と作製条件とを選ぶことにより、炭素材料で高容量を達成する技術が開発されている(例えば、特許文献1参照)。しかしながら、かかる炭素材料を用いた場合には、負極放電電位が対リチウムで0.8V〜1.0Vであり、二次電池を構成したときの電池放電電圧が低くなることから、電池エネルギー密度の点では大きな向上が見込めない。さらには、充放電曲線形状にヒステリシスが大きく、各充放電サイクルでのエネルギー効率が低いという欠点もある。   From such a background, a technique for achieving a high capacity with a carbon material by selecting a carbonization raw material and production conditions has been developed (see, for example, Patent Document 1). However, when such a carbon material is used, the negative electrode discharge potential is 0.8 V to 1.0 V with respect to lithium, and the battery discharge voltage when the secondary battery is configured becomes low. I cannot expect a big improvement in the point. Furthermore, there is a drawback that the charge / discharge curve has a large hysteresis and the energy efficiency in each charge / discharge cycle is low.

一方で、炭素材料を上回る高容量負極として、ある種の金属がリチウムと電気化学的に合金化し、それが可逆的に生成・分解することを応用した合金材料に関する研究も進められている。例えば、Li−Al合金あるいはSn合金を用いた高容量負極が開発され、さらには、Si合金からなる高容量負極が開発されている(例えば、特許文献2参照)。   On the other hand, as a high-capacity negative electrode that surpasses carbon materials, research is being conducted on alloy materials that apply the fact that a certain metal is electrochemically alloyed with lithium and that it is reversibly generated and decomposed. For example, a high-capacity negative electrode using a Li—Al alloy or a Sn alloy has been developed, and further, a high-capacity negative electrode made of a Si alloy has been developed (see, for example, Patent Document 2).

しかしながら、Li−Al合金、Sn合金あるいはSi合金は、充放電に伴って膨張収縮し、充放電を繰り返すたびに負極が微粉化するので、サイクル特性が極めて悪いという大きな問題がある。   However, the Li—Al alloy, Sn alloy, or Si alloy expands and contracts with charge and discharge, and the negative electrode is pulverized every time charge and discharge are repeated.

そこで、サイクル特性を改善する手法として、スズやケイ素を合金化することによって膨張を抑制することが検討されており、例えば、鉄あるいはコバルトなどの遷移金属とスズとを合金化することが提案されている(例えば、特許文献3〜8および非特許文献1〜3参照)。また、Mg2 Siなども提案されている(例えば、非特許文献4参照)。この他、Sn/(Sn+A+V)比が20原子%〜80原子%であるSn・A・X(Aは遷移金属の少なくとも1種,Xは炭素等から成る群から選ばれた少なくとも1種)や(例えば、特許文献9参照。)、リチウムを吸収・放出可能な炭素物質の内部にそれと合金化可能な金属化合物(A1-x x :Aはスズあるいはケイ素など,Bは鉄あるいはコバルトなど)が分散されたものなども提案されている(例えば、特許文献10参照)。
特開平8−315825号公報 米国特許第4950566号明細書等 特開2004−022306号公報 特開2004−063400号公報 特開2005−078999号公報 特開2006−107792号公報 特開2006−128051号公報 特開2006−344403号公報 特開2000−311681号公報 特開2004−349253号公報 「ジャーナル オブ ザ エレクトロケミカル ソサエティ(Journal of The Electrochemical Society)」、1999年、第146号、p405 「ジャーナル オブ ザ エレクトロケミカル ソサエティ(Journal of The Electrochemical Society)」、1999年、第146号、p414 「ジャーナル オブ ザ エレクトロケミカル ソサエティ(Journal of The Electrochemical Society)」、1999年、第146号、p423 「ジャーナル オブ ザ エレクトロケミカル ソサエティ(Journal of The Electrochemical Society)」、1999年、第146号、p4401
Therefore, as a method for improving cycle characteristics, it has been studied to suppress expansion by alloying tin and silicon. For example, it is proposed to alloy tin with a transition metal such as iron or cobalt. (For example, refer to Patent Documents 3 to 8 and Non-Patent Documents 1 to 3). Also, like Mg 2 Si has been proposed (e.g., see Non-Patent Document 4). In addition, Sn · A · X having a Sn / (Sn + A + V) ratio of 20 atomic% to 80 atomic% (A is at least one transition metal, X is at least one selected from the group consisting of carbon, etc.) (For example, refer to Patent Document 9), a metal compound capable of being alloyed with a carbon material capable of absorbing and releasing lithium (A 1-x B x : A is tin or silicon, B is iron or cobalt, etc.) ) Are distributed (for example, see Patent Document 10).
JP-A-8-315825 US Pat. No. 4,950,566, etc. JP 2004-022306 A JP 2004-063400 A Japanese Patent Laying-Open No. 2005-078999 JP 2006-107772 A JP 2006-128051 A JP 2006-344403 A JP 2000-311681 A JP 2004-349253 A “Journal of the Electrochemical Society”, 1999, No. 146, p405 “Journal of the Electrochemical Society”, 1999, No. 146, p414 “Journal of the Electrochemical Society”, 1999, No. 146, p423 “Journal of the Electrochemical Society”, 1999, No. 146, p4401

しかしながら、上記した手法を用いた場合においても、サイクル特性改善の効果は十分とは言えず、合金材料における高容量負極の特長を十分に活かしきれていないのが実状である。このため、サイクル特性をより改善するための手法が模索されている。   However, even when the above-described method is used, the effect of improving the cycle characteristics cannot be said to be sufficient, and the fact is that the features of the high-capacity negative electrode in the alloy material are not fully utilized. For this reason, a method for further improving the cycle characteristics is being sought.

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、高容量で、サイクル特性に優れた二次電池およびそれに用いられる負極活物質を提供することにある。   The present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide a secondary battery having a high capacity and excellent cycle characteristics and a negative electrode active material used therefor.

本発明の負極活物質は、構成元素としてスズと鉄とコバルトと炭素とを少なくとも含み、炭素の含有量が11.9質量%以上29.7質量%以下であり、スズと鉄とコバルトとの合計に対する鉄とコバルトとの合計の割合が26.4質量%以上48.5質量%以下であり、鉄とコバルトとの合計に対するコバルトの割合が9.9質量%以上79.5質量%以下であり、電極反応物質と反応可能である反応相を有し、X線回折により得られる回折ピーク(回折角2θが41°以上45°以下の間に見られるピーク)の半値幅が1.0°以上のものである。   The negative electrode active material of the present invention contains at least tin, iron, cobalt, and carbon as constituent elements, the carbon content is 11.9% by mass or more and 29.7% by mass or less, and tin, iron, and cobalt are included. The ratio of the total of iron and cobalt to the total is 26.4% to 48.5% by mass, and the ratio of cobalt to the total of iron and cobalt is 9.9% to 79.5% by mass Yes, having a reaction phase capable of reacting with an electrode reactant, and a half-value width of a diffraction peak obtained by X-ray diffraction (a peak seen when the diffraction angle 2θ is between 41 ° and 45 °) is 1.0 ° That's all.

本発明の二次電池は、正極および負極と共に電解質を備え、負極が構成元素としてスズと鉄とコバルトと炭素とを少なくとも含む負極活物質を含有し、負極活物質における炭素の含有量が11.9質量%以上29.7質量%以下であり、スズと鉄とコバルトとの合計に対する鉄とコバルトとの合計の割合が26.4質量%以上48.5質量%以下であり、鉄とコバルトとの合計に対するコバルトの割合が9.9質量%以上79.5質量%以下であり、負極活物質が電極反応物質と反応可能である反応相を有し、負極活物質のX線回折により得られる回折ピーク(回折角2θが41°以上45°以下の間に見られるピーク)の半値幅が1.0°以上のものである。   The secondary battery of the present invention includes an electrolyte together with a positive electrode and a negative electrode, the negative electrode contains a negative electrode active material containing at least tin, iron, cobalt and carbon as constituent elements, and the carbon content in the negative electrode active material is 11. 9 mass% or more and 29.7 mass% or less, and the ratio of the total of iron and cobalt to the total of tin, iron and cobalt is 26.4 mass% or more and 48.5 mass% or less. The ratio of cobalt to the total of 9.9 mass% or more and 79.5 mass% or less, the negative electrode active material has a reaction phase capable of reacting with the electrode reactant, and is obtained by X-ray diffraction of the negative electrode active material The half-value width of a diffraction peak (a peak seen when the diffraction angle 2θ is between 41 ° and 45 °) is 1.0 ° or more.

本発明の負極活物質によれば、電極反応物質と反応可能である反応相を有し、X線回折により得られる回折ピーク(回折角2θが41°以上45°以下の間に見られるピーク)の半値幅が1.0°以上である。この場合には、構成元素としてスズを含むようにしたので、高容量が得られる。また、構成元素として鉄とコバルトとを含み、スズと鉄とコバルトとの合計に対する鉄とコバルトとの合計の割合を26.4質量%以上48.5質量%以下とし、鉄とコバルトとの合計に対するコバルトの割合を9.9質量%以上79.5質量%以下とするようにしたので、高容量を保ちつつ、サイクル特性が向上する。更に、構成元素として炭素を含み、炭素の含有量を11.9質量%以上29.7質量%以下とするようにしたので、サイクル特性がより向上する。よって、この負極活物質を用いた本発明の二次電池によれば、高容量を得ることができると共に、優れたサイクル特性を得ることができる。   According to the negative electrode active material of the present invention, it has a reaction phase capable of reacting with the electrode reactant, and is a diffraction peak obtained by X-ray diffraction (a peak seen when the diffraction angle 2θ is between 41 ° and 45 °). Is at least 1.0 °. In this case, since tin is included as a constituent element, a high capacity can be obtained. Moreover, it contains iron and cobalt as constituent elements, the ratio of the total of iron and cobalt to the total of tin, iron, and cobalt is 26.4 mass% or more and 48.5 mass% or less, and the total of iron and cobalt Since the ratio of cobalt to 9.9 mass% or more and 79.5 mass% or less is set, cycle characteristics are improved while maintaining a high capacity. Furthermore, since carbon is contained as a constituent element and the carbon content is set to 11.9 mass% or more and 29.7 mass% or less, cycle characteristics are further improved. Therefore, according to the secondary battery of the present invention using this negative electrode active material, high capacity can be obtained and excellent cycle characteristics can be obtained.

更に、負極活物質に構成元素として、アルミニウム、チタン、バナジウム、クロム、ニオブおよびタンタルからなる群のうちの少なくとも1種を含み、あるいはニッケル、銅、亜鉛、ガリウムおよびインジウムからなる群のうちの少なくとも1種を含み、またはそれらの双方を含むようにすれば、サイクル特性をより向上させることができる。特に、双方を含む場合に、前者の含有量を0.1質量%以上9.9質量%以下とし、後者の含有量を0.5質量%以上14.9質量%以下とすれば、より高い効果を得ることができる。   Furthermore, the negative electrode active material includes at least one member selected from the group consisting of aluminum, titanium, vanadium, chromium, niobium, and tantalum as a constituent element, or at least one selected from the group consisting of nickel, copper, zinc, gallium, and indium. By including one or both of them, the cycle characteristics can be further improved. In particular, when both are included, the former content is 0.1% by mass or more and 9.9% by mass or less, and the latter content is 0.5% by mass or more and 14.9% by mass or less. An effect can be obtained.

更にまた、負極活物質に構成元素として銀を含むようにすれば、サイクル特性をより向上させることができる。特に、含有量を0.1質量%以上9.9質量%以下とすれば、より高い効果を得ることができる。   Furthermore, if the negative electrode active material contains silver as a constituent element, the cycle characteristics can be further improved. In particular, when the content is 0.1% by mass or more and 9.9% by mass or less, a higher effect can be obtained.

加えて、負極活物質に構成元素として、アルミニウム、チタン、バナジウム、クロム、ニオブおよびタンタルからなる群のうちの少なくとも1種と、ニッケル、銅、亜鉛、ガリウムおよびインジウムからなる群のうちの少なくとも1種と、銀とを含むようにすれば、サイクル特性をより向上させることができる。   In addition, as a constituent element in the negative electrode active material, at least one selected from the group consisting of aluminum, titanium, vanadium, chromium, niobium and tantalum, and at least one selected from the group consisting of nickel, copper, zinc, gallium and indium If seeds and silver are included, cycle characteristics can be further improved.

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

本発明の一実施の形態に係る負極活物質は、リチウムなどの電極反応物質と反応可能なものであり、構成元素(第1〜第3の構成元素)として、スズと、鉄と、コバルトとを含んでいる。スズは単位質量あたりのリチウムの反応量が高いため、高い容量が得られるからである。また、スズ単体では十分なサイクル特性を得ることは難しいが、鉄およびコバルトを含むことによってサイクル特性が向上するからである。   The negative electrode active material according to an embodiment of the present invention is capable of reacting with an electrode reactant such as lithium, and includes tin, iron, and cobalt as constituent elements (first to third constituent elements). Is included. This is because tin has a high reaction capacity because the reaction amount of lithium per unit mass is high. Moreover, it is difficult to obtain sufficient cycle characteristics with tin alone, but the cycle characteristics are improved by including iron and cobalt.

鉄およびコバルトの含有量は、スズと鉄とコバルトとの合計に対する鉄とコバルト殿合計の割合で、26.4質量%以上48.5質量%以下の範囲内であるのが好ましく、29.2質量%以上48.5質量%以下の範囲内であればより好ましい。割合が低いと鉄およびコバルトの含有量が低下して十分なサイクル特性が得られず、高いとスズの含有量が低下して炭素材料などの従来の負極材料を上回る容量が得られないからである。   The content of iron and cobalt is preferably in the range of 26.4% by mass or more and 48.5% by mass or less in terms of the ratio of iron and cobalt to the total of tin, iron and cobalt. It is more preferable if it is in the range of mass% or more and 48.5 mass% or less. If the ratio is low, the content of iron and cobalt will be reduced and sufficient cycle characteristics will not be obtained, and if it is high, the content of tin will be reduced and capacity exceeding conventional negative electrode materials such as carbon materials will not be obtained. is there.

また、コバルトの含有量は、鉄とコバルトとの合計に対するコバルトの割合で、9.9質量%以上79.5質量%以下の範囲内であることが好ましく、29.5質量%以上79.5%質量以下の範囲内であればより好ましい。割合が低いとコバルトの含有量が低下して十分なサイクル特性が得られず、高いとスズの含有量が低下して炭素材料などの従来の負極材料を上回る容量が得られないからである。   Further, the cobalt content is a ratio of cobalt to the total of iron and cobalt, and is preferably in the range of 9.9 mass% or more and 79.5 mass% or less, and 29.5 mass% or more and 79.5 mass%. It is more preferable if it is within the range of% mass or less. When the ratio is low, the cobalt content decreases and sufficient cycle characteristics cannot be obtained. When the ratio is high, the tin content decreases and a capacity exceeding the conventional negative electrode material such as a carbon material cannot be obtained.

この負極活物質は、また、構成元素(第4の構成元素)として、スズ、鉄およびコバルトに加えて炭素を含んでいる。炭素を含むことによってサイクル特性がより向上するからである。   This negative electrode active material also contains carbon as a constituent element (fourth constituent element) in addition to tin, iron and cobalt. This is because inclusion of carbon improves the cycle characteristics.

炭素の含有量は、11.9質量%以上29.7質量%以下の範囲内であることが好ましく、14.9質量%以上29.7質量%以下の範囲内、更に17.8質量%以上29.7質量%以下の範囲内であればより好ましい。この範囲内において高い効果が得られるからである。   The carbon content is preferably in the range of 11.9 mass% to 29.7 mass%, in the range of 14.9 mass% to 29.7 mass%, and more preferably 17.8 mass% or more. It is more preferable if it is in the range of 29.7% by mass or less. This is because a high effect can be obtained within this range.

特に、負極活物質は、更に、構成元素(第5の構成元素)として、スズ、鉄、コバルトおよび炭素に加えて、アルミニウム、チタン、バナジウム、クロム、ニオブおよびタンタルからなる群のうちの少なくとも1種を含んでいるのが好ましい。これらを含むことによってサイクル特性がより向上するからである。   In particular, the negative electrode active material further includes at least one member selected from the group consisting of aluminum, titanium, vanadium, chromium, niobium, and tantalum in addition to tin, iron, cobalt, and carbon as a constituent element (fifth constituent element). Preferably it contains seeds. This is because the inclusion of these improves the cycle characteristics.

また、負極活物質は、更に、構成元素(第6の構成元素)として、ニッケル、銅、亜鉛、ガリウムおよびインジウムからなる群のうちの少なくとも1種を含んでいるのが好ましい。これらを含むことによってサイクル特性がより向上するからである。   Moreover, it is preferable that the negative electrode active material further contains at least one selected from the group consisting of nickel, copper, zinc, gallium and indium as a constituent element (sixth constituent element). This is because the inclusion of these improves the cycle characteristics.

この負極活物質は、第1〜第4の構成元素に加えて、第5の構成元素だけを含んでいてもよいし、第6の構成元素だけを含んでいてもよいし、それらの双方を含んでいてもよい。この場合には、双方を含んでいれば、より高い効果が得られる。特に、双方を含む場合には、第5の構成元素の含有量は0.1質量%以上9.9質量%以下の範囲内であることが好ましく、第6の構成元素の含有量は0.5質量%以上14.9質量%以下の範囲内であることが好ましい。更に高い効果が得られるからである。   The negative electrode active material may contain only the fifth constituent element in addition to the first to fourth constituent elements, or may contain only the sixth constituent element, or both of them. May be included. In this case, if both are included, a higher effect can be obtained. In particular, when both are included, the content of the fifth constituent element is preferably in the range of 0.1 mass% or more and 9.9 mass% or less, and the content of the sixth constituent element is 0.00. It is preferably in the range of 5% by mass or more and 14.9% by mass or less. This is because a higher effect can be obtained.

加えて、負極活物質は、構成元素(第7の構成元素)として、スズ、鉄、コバルトおよび炭素に加えて銀を含んでいるのが好ましい。銀を含むことによってサイクル特性がより向上するからである。   In addition, the negative electrode active material preferably contains silver as a constituent element (seventh constituent element) in addition to tin, iron, cobalt, and carbon. This is because the cycle characteristics are further improved by containing silver.

銀の含有量は、0.1質量%以上9.9質量%以下の範囲内であることが好ましく、0.9質量%以上9.9質量%以下の範囲内であればより好ましい。より高い効果が得られるからである。   The silver content is preferably in the range of 0.1% by mass to 9.9% by mass, and more preferably in the range of 0.9% by mass to 9.9% by mass. This is because a higher effect can be obtained.

この負極活物質は、第1〜第4の構成元素に加えて、第5および第6の構成元素だけを含んでいてもよいし、第7の構成元素だけを含んでいてもよいし、それらの全てを含んでいてもよい。この場合には、全てを含んでいれば、より高い効果が得られる。   This negative electrode active material may contain only the fifth and sixth constituent elements in addition to the first to fourth constituent elements, or may contain only the seventh constituent element, May be included. In this case, if all are included, a higher effect can be obtained.

この負極活物質は、結晶性の低い、あるいは非晶質な相を有している。この相は、リチウムなどと反応可能な反応相であり、それによって優れたサイクル特性が得られるようになっている。この反応相は、例えば、上記した各構成元素を含んでおり、主に炭素によって低結晶化あるいは非晶質化しているものと考えられる。この相のX線回折により得られる回折ピークは、特定X線としてCuKα線を用い、挿引速度を1°/minとした場合に、回折角2θが20°以上50°以下の間に見られる。なお、X線回折により得られた回折ピークがリチウムなどと反応可能な反応相に対応するものであるか否かは、リチウムなどとの電気化学的反応の前後におけるX線回折チャートを比較することによって容易に判断することができる。例えば、リチウムなどとの電気化学的反応の前後において回折ピークの位置が変化すれば、リチウムなどと反応可能な反応相に対応するものである。   This negative electrode active material has a low crystallinity or amorphous phase. This phase is a reaction phase capable of reacting with lithium or the like, and thereby excellent cycle characteristics can be obtained. This reaction phase contains, for example, each of the above-described constituent elements, and is considered to be low-crystallized or amorphized mainly by carbon. A diffraction peak obtained by X-ray diffraction of this phase is seen when the diffraction angle 2θ is 20 ° or more and 50 ° or less when CuKα ray is used as the specific X-ray and the drawing speed is 1 ° / min. . Whether the diffraction peak obtained by X-ray diffraction corresponds to the reaction phase capable of reacting with lithium or the like is compared with the X-ray diffraction chart before and after the electrochemical reaction with lithium or the like. Can be easily determined. For example, if the position of the diffraction peak changes before and after an electrochemical reaction with lithium or the like, it corresponds to a reaction phase capable of reacting with lithium or the like.

特に、負極活物質のX線回折により得られる回折ピーク(回折角2θが41°以上45°以下の間に見られるピーク)の半値幅は、特定X線としてCuKα線を用い、挿引速度を1°/minとした場合に、1.0°以上である。リチウムなどをより円滑に吸蔵および放出させることができると共に、電解質との反応性をより低減させることができるからである。   In particular, the half-value width of a diffraction peak obtained by X-ray diffraction of the negative electrode active material (a peak seen when the diffraction angle 2θ is between 41 ° and 45 °) is CuKα ray as the specific X-ray, and the insertion speed is When it is 1 ° / min, it is 1.0 ° or more. This is because lithium and the like can be occluded and released more smoothly, and the reactivity with the electrolyte can be further reduced.

ここで、上記した範囲(1.0°以上)が適用される回折ピークの半値幅の定義は、以下の通りである。上記したように、2θ=20°〜50°の間には、反応相のブロードな回折ピークが現れるが、その回折ピーク中には、30°付近および43°付近に2つの明確なピークが存在する。この際、上記した範囲(1.0°以上)が適用される回折ピークは、43°付近(41°〜45°)のピークである。このピークの半値幅を求めるためには、20°〜50°の間に見られるブロードなピークのベースラインを基準として、41°〜45°のピークをフィッティングしたのち、そのピーク強度が半値となる高さにおけるピーク幅を算出すればよい。この41°〜45°のピークは電極反応を経ても消失することがなく、そのピーク強度は電極反応を経ても変動することがないため、X線回折結果から上記した半値幅を再現性よく算出することができると共に、その半値幅が上記した範囲条件(1.0°以上)を満たすかどうかを安定的に確認することができる。   Here, the definition of the half width of the diffraction peak to which the above-described range (1.0 ° or more) is applied is as follows. As described above, a broad diffraction peak of the reaction phase appears between 2θ = 20 ° and 50 °, and there are two distinct peaks in the diffraction peak at around 30 ° and around 43 °. To do. At this time, the diffraction peak to which the above-described range (1.0 ° or more) is applied is a peak around 43 ° (41 ° to 45 °). In order to obtain the half width of this peak, after fitting a peak of 41 ° to 45 ° with reference to a broad peak baseline seen between 20 ° and 50 °, the peak intensity becomes half value. What is necessary is just to calculate the peak width in height. The peak at 41 ° to 45 ° does not disappear even after the electrode reaction, and the peak intensity does not change even after the electrode reaction. Therefore, the above half-value width is calculated with good reproducibility from the X-ray diffraction result. In addition, it is possible to stably check whether the half width satisfies the above-described range condition (1.0 ° or more).

なお、負極活物質は、上記した結晶性の低い、あるいは非晶質な相に加えて、各構成元素の単体あるいは一部を含む相を有している場合もある。   Note that the negative electrode active material may have a phase containing a simple substance or a part of each constituent element in addition to the above-described low crystallinity or amorphous phase.

更に、負極活物質は、構成元素である炭素の少なくとも一部が、他の構成元素である金属元素あるいは半金属元素と結合していることが好ましい。サイクル特性の低下はスズなどが凝集あるいは結晶化することによるものであると考えられるが、炭素が他の元素と結合することにより、そのような凝集あるいは結晶化が抑制されるからである。   Furthermore, in the negative electrode active material, it is preferable that at least a part of carbon that is a constituent element is bonded to a metal element or a metalloid element that is another constituent element. The decrease in cycle characteristics is thought to be due to aggregation or crystallization of tin or the like, but this aggregation or crystallization is suppressed when carbon is combined with other elements.

元素の結合状態を調べる測定方法としては、例えば、X線光電子分光法(X-ray Photoelectron Spectroscopy;XPS)が挙げられる。このXPSは、軟X線(市販の装置ではAl−Kα線あるいはMg−Kα線を用いる)を試料に照射し、その表面から飛び出してくる光電子の運動エネルギーを測定することにより、試料表面から数nmの領域における元素の組成および結合状態を調べる方法である。   Examples of the measurement method for examining the bonding state of elements include X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). In this XPS, soft X-rays (Al-Kα rays or Mg-Kα rays are used in a commercially available apparatus) are irradiated on a sample, and the kinetic energy of photoelectrons jumping out from the surface is measured. This is a method for examining the composition and bonding state of elements in the nm region.

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

XPSでは、炭素の1s軌道(C1s)のピークは、グラファイトであれば、金原子の4f軌道(Au4f)のピークが84.0eVに得られるようにエネルギー較正された装置において、284.5eVに現れる。また、表面汚染炭素であれば、284.8eVに現れる。これに対して、炭素元素の電荷密度が高くなる場合、例えば、炭素よりも陽性な元素と結合している場合には、C1sのピークは、284.5eVよりも低い領域に現れる。すなわち、負極活物質に含まれる炭素の少なくとも一部が他の構成元素である金属元素あるいは半金属元素などと結合している場合には、負極活物質について得られるC1sの合成波のピークは284.5eVよりも低い領域に現れる。   In XPS, the peak of the carbon 1s orbital (C1s) appears at 284.5 eV in an energy calibrated apparatus so that the peak of the gold atom 4f orbital (Au4f) is obtained at 84.0 eV if it is graphite. . Moreover, if it is surface contamination carbon, it will appear at 284.8 eV. In contrast, when the charge density of the carbon element is high, for example, when it is bonded to an element more positive than carbon, the C1s peak appears in a region lower than 284.5 eV. That is, when at least a part of carbon contained in the negative electrode active material is bonded to another constituent element such as a metal element or a metalloid element, the peak of the synthetic wave of C1s obtained for the negative electrode active material is 284. Appears in the region lower than 5 eV.

なお、負極活物質のXPS測定に際しては、表面が表面汚染炭素で覆われている場合、XPS装置に付属のアルゴンイオン銃で表面を軽くスパッタすることが好ましい。また、測定対象の負極活物質が後述する二次電池の負極中に存在する場合には、二次電池を解体して負極を取り出したのち、炭酸ジメチルなどの揮発性溶媒で洗浄するとよい。負極の表面に存在する揮発性の低い溶媒と電解質塩とを除去するためである。これらのサンプリングは、不活性雰囲気下で行うことが望ましい。   In the XPS measurement of the negative electrode active material, when the surface is covered with surface-contaminated carbon, it is preferable to lightly sputter the surface with an argon ion gun attached to the XPS apparatus. Moreover, when the negative electrode active material to be measured is present in the negative electrode of a secondary battery described later, the secondary battery is disassembled and the negative electrode is taken out and then washed with a volatile solvent such as dimethyl carbonate. This is for removing the low-volatile solvent and the electrolyte salt present on the surface of the negative electrode. These samplings are desirably performed under an inert atmosphere.

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

この負極活物質は、例えば、各構成元素の原料を混合し、電気炉、高周波誘導炉あるいはアーク溶解炉などで溶解したのちに凝固させることによって製造される。この他、負極活物質は、例えば、ガスアトマイズあるいは水アトマイズなどの各種アトマイズ法、各種ロール法、またはメカニカルアロイング法あるいはメカニカルミリング法などのメカノケミカル反応を利用した方法によっても製造される。中でも、メカノケミカル反応を利用した方法によって製造することが好ましい。負極活物質が低結晶化あるいは非晶質な構造となるからである。この方法としては、例えば、遊星ボールミル装置を用いることができる。   This negative electrode active material is manufactured by, for example, mixing raw materials of each constituent element, melting them in an electric furnace, a high frequency induction furnace, an arc melting furnace, and the like, and then solidifying them. In addition, the negative electrode active material is also produced by a method utilizing mechanochemical reaction such as various atomizing methods such as gas atomizing or water atomizing, various roll methods, mechanical alloying method or mechanical milling method. Especially, it is preferable to manufacture by the method using a mechanochemical reaction. This is because the negative electrode active material has a low crystallinity or an amorphous structure. As this method, for example, a planetary ball mill device can be used.

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

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

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

(第1の二次電池)
図1は、第1の二次電池の断面構成を表している。ここで説明する二次電池は、例えば、負極の容量が電極反応物質であるリチウムの吸蔵および放出に伴う容量により表されるリチウムイオン二次電池である。
(First secondary battery)
FIG. 1 shows a cross-sectional configuration of the first secondary battery. The secondary battery described here is, for example, a lithium ion secondary battery in which the capacity of the negative electrode is represented by the capacity associated with insertion and extraction of lithium as an electrode reactant.

この二次電池は、ほぼ中空円柱状の電池缶11の内部に、帯状の正極21と帯状の負極22とがセパレータ23を介して積層してから巻回された巻回電極体20を有している。この電池缶11を含む電池構造は、円筒型と呼ばれている。電池缶11は、例えば、ニッケルめっきが施された鉄によって構成されており、一端部および他端部がそれぞれ閉鎖および開放されている。電池缶11の内部には、液状の電解質(いわゆる電解液)が注入され、セパレータ23に含浸されている。また、巻回電極体20を挟むように巻回周面に対して垂直に一対の絶縁板12,13がそれぞれ配置されている。   This secondary battery has a wound electrode body 20 in which a belt-like positive electrode 21 and a belt-like negative electrode 22 are stacked via a separator 23 and wound inside a substantially hollow cylindrical battery can 11. ing. The battery structure including the battery can 11 is called a cylindrical type. The battery can 11 is made of, for example, iron plated with nickel, and one end and the other end thereof are closed and opened, respectively. A liquid electrolyte (so-called electrolytic solution) is injected into the battery can 11 and impregnated in the separator 23. In addition, a pair of insulating plates 12 and 13 are arranged perpendicular to the winding peripheral surface so as to sandwich the winding electrode body 20.

電池缶11の開放端部には、電池蓋14と、その内側に設けられた安全弁機構15および熱感抵抗素子(Positive Temperature Coefficient;PTC素子)16とがガスケット17を介してかしめられることによって取り付けられており、その電池缶11の内部は密閉されている。電池蓋14は、例えば、電池缶11と同様の材料によって構成されている。安全弁機構15は、熱感抵抗素子16を介して電池蓋14と電気的に接続されており、内部短絡あるいは外部からの加熱などによって二次電池の内圧が一定以上となった場合に、ディスク板15Aが反転して電池蓋14と巻回電極体20との電気的接続を切断するようになっている。熱感抵抗素子16は、温度が上昇すると抵抗値の増大によって電流を制限し、大電流による異常な発熱を防止するものである。ガスケット17は、例えば、絶縁材料によって構成されており、その表面にはアスファルトが塗布されている。   The battery lid 11 is attached to the open end of the battery can 11 by caulking a gasket 17 through a gasket 17 and a safety valve mechanism 15 and a heat sensitive resistance element (Positive Temperature Coefficient; PTC element) 16 provided inside the battery lid 14. The inside of the battery can 11 is sealed. The battery lid 14 is made of the same material as the battery can 11, for example. The safety valve mechanism 15 is electrically connected to the battery lid 14 via the heat sensitive resistance element 16, and when the internal pressure of the secondary battery exceeds a certain level due to an internal short circuit or external heating, the disk plate 15A is reversed and the electrical connection between the battery lid 14 and the wound electrode body 20 is cut off. When the temperature rises, the heat sensitive resistance element 16 limits the current by increasing the resistance value and prevents abnormal heat generation due to a large current. The gasket 17 is made of, for example, an insulating material, and asphalt is applied to the surface thereof.

巻回電極体20は、例えば、センターピン24を中心に巻回されている。巻回電極体20の正極21にはアルミニウム(Al)などからなる正極リード25が接続されており、負極22にはニッケル(Ni)などからなる負極リード26が接続されている。正極リード25は安全弁機構15に溶接されることによって電池蓋14と電気的に接続されており、負極リード26は電池缶11に溶接されることによって電気的に接続されている。   The wound electrode body 20 is wound around a center pin 24, for example. A positive electrode lead 25 made of aluminum (Al) or the like is connected to the positive electrode 21 of the spirally wound electrode body 20, and a negative electrode lead 26 made of nickel (Ni) or the like is connected to the negative electrode 22. The positive electrode lead 25 is electrically connected to the battery lid 14 by welding to the safety valve mechanism 15, and the negative electrode lead 26 is electrically connected to the battery can 11 by welding.

図2は、図1に示した巻回電極体20の一部を拡大して表している。正極21は、例えば、一対の面を有する正極集電体21Aの片面あるいは両面に正極活物質層21Bが設けられた構造を有している。正極集電体21Aは、例えば、アルミニウム箔などの金属箔によって構成されている。正極活物質層21Bは、例えば、リチウムを吸蔵および放出することが可能な正極活物質のいずれか1種または2種以上を含んでおり、必要に応じて炭素材料などの導電剤やポリフッ化ビニリデンなどの結着剤を含んでいてもよい。   FIG. 2 shows an enlarged part of the spirally wound electrode body 20 shown in FIG. The positive electrode 21 has, for example, a structure in which a positive electrode active material layer 21B is provided on one surface or both surfaces of a positive electrode current collector 21A having a pair of surfaces. The positive electrode current collector 21A is made of, for example, a metal foil such as an aluminum foil. The positive electrode active material layer 21B includes, for example, any one or more of positive electrode active materials capable of inserting and extracting lithium, and a conductive agent such as a carbon material or polyvinylidene fluoride as necessary. It may contain a binder.

リチウムを吸蔵および放出することが可能な正極活物質としては、例えば、硫化チタン(TiS2 )、硫化モリブデン(MoS2 )、セレン化ニオブ(NbSe2 )あるいは酸化バナジウム(V2 5 )などのリチウムを含有しない金属硫化物あるいは金属酸化物などが挙げられる。また、Lix MO2 (式中、Mは1種以上の遷移金属を表し、xは二次電池の充放電状態によって異なり、通常0.05≦x≦1.1である)を主体とするリチウム複合酸化物なども挙げられる。このリチウム複合酸化物を構成する遷移金属Mとしては、コバルト、ニッケルあるいはマンガン(Mn)が好ましい。このようなリチウム複合酸化物の具体例としては、LiCoO2 、LiNiO2 、Lix Niy Co1-y 2 (式中、x,yは二次電池の充放電状態によって異なり、通常0<x<1<y<1である)、スピネル型構造を有するリチウムマンガン複合酸化物等を挙げることができる。 Examples of the positive electrode active material capable of inserting and extracting lithium include titanium sulfide (TiS 2 ), molybdenum sulfide (MoS 2 ), niobium selenide (NbSe 2 ), and vanadium oxide (V 2 O 5 ). Examples thereof include metal sulfides or metal oxides that do not contain lithium. Further, mainly Li x MO 2 (wherein M represents one or more transition metals, x is different depending on the charge / discharge state of the secondary battery, and is generally 0.05 ≦ x ≦ 1.1). Examples thereof include lithium composite oxides. As the transition metal M constituting the lithium composite oxide, cobalt, nickel or manganese (Mn) is preferable. Specific examples of such a lithium composite oxide include LiCoO 2 , LiNiO 2 , Li x Ni y Co 1-y O 2 (where x and y vary depending on the charge / discharge state of the secondary battery, and generally 0 < x <1 <y <1), and lithium manganese composite oxide having a spinel structure.

負極22は、例えば、正極21と同様に、一対の面を有する負極集電体22Aの片面あるいは両面に負極活物質層22Bが設けられた構造を有している。負極集電体22Aは、例えば、銅箔などの金属箔によって構成されている。   The negative electrode 22 has, for example, a structure in which a negative electrode active material layer 22B is provided on one or both surfaces of a negative electrode current collector 22A having a pair of surfaces, similarly to the positive electrode 21. The negative electrode current collector 22A is made of, for example, a metal foil such as a copper foil.

負極活物質層22Bは、例えば、本実施の形態に係る負極活物質を含み、必要に応じてポリフッ化ビニリデンなどの結着剤を含んで構成されている。このように本実施の形態に係る負極活物質を含むことにより、この二次電池では、高容量が得られると共に、サイクル特性および初回充放電効率が向上するようになっている。負極活物質層22Bは、また、本実施の形態に係る負極活物質に加えて他の負極活物質や、導電剤などの他の材料を含んでいてもよい。他の負極活物質としては、例えば、リチウムを吸蔵および放出することが可能な炭素材料が挙げられる。この炭素材料は、充放電サイクル特性を向上させることができると共に、導電剤としても機能するので好ましい。炭素材料としては、例えば、負極活物質を製造する際に用いるものと同様のものが挙げられる。   The negative electrode active material layer 22B includes, for example, the negative electrode active material according to the present embodiment, and includes a binder such as polyvinylidene fluoride as necessary. Thus, by including the negative electrode active material according to the present embodiment, in this secondary battery, high capacity is obtained, and cycle characteristics and initial charge / discharge efficiency are improved. In addition to the negative electrode active material according to the present embodiment, the negative electrode active material layer 22B may also include other negative electrode active materials and other materials such as a conductive agent. Examples of the other negative electrode active material include a carbon material that can occlude and release lithium. This carbon material is preferable because it can improve charge / discharge cycle characteristics and also functions as a conductive agent. Examples of the carbon material include those similar to those used when producing the negative electrode active material.

この炭素材料の割合は、本実施の形態の負極活物質に対して、1質量%以上95質量%以下の範囲内であることが好ましい。炭素材料が少ないと負極22の導電率が低下する可能性があり、多いと容量が低下する可能性があるからである。   The ratio of the carbon material is preferably in the range of 1% by mass to 95% by mass with respect to the negative electrode active material of the present embodiment. This is because if the amount of carbon material is small, the conductivity of the negative electrode 22 may decrease, and if it is large, the capacity may decrease.

セパレータ23は、正極21と負極22とを隔離し、両極の接触による電流の短絡を防止しつつリチウムイオンを通過させるものである。このセパレータ23は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレンあるいはポリエチレンなどの合成樹脂製の多孔質膜や、セラミック製の多孔質膜により構成されており、それらの2種以上の多孔質膜が積層された構造であってもよい。   The separator 23 separates the positive electrode 21 and the negative electrode 22 and allows lithium ions to pass through while preventing a short circuit of current due to contact between both electrodes. The separator 23 is made of, for example, a porous film made of a synthetic resin such as polytetrafluoroethylene, polypropylene, or polyethylene, or a porous film made of ceramic, and two or more kinds of these porous films are laminated. The structure may be different.

セパレータ23に含浸された電解液は、溶媒と、それに溶解された電解質塩とを含んでいる。溶媒としては、炭酸プロピレン、炭酸エチレン、炭酸ジエチル、炭酸ジメチル、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、γ−ブチロラクトン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,3−ジオキソラン、4−メチル−1,3−ジオキソラン、ジエチルエーテル、スルホラン、メチルスルホラン、アセトニトリル、プロピオニトリル、アニソール、酢酸エステル、酪酸エステルあるいはプロピオン酸エステルなどが挙げられる。溶媒は、いずれか1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。   The electrolytic solution impregnated in the separator 23 includes a solvent and an electrolyte salt dissolved in the solvent. Examples of the solvent include propylene carbonate, ethylene carbonate, diethyl carbonate, dimethyl carbonate, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, γ-butyrolactone, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,3-dioxolane, 4- Examples thereof include methyl-1,3-dioxolane, diethyl ether, sulfolane, methyl sulfolane, acetonitrile, propionitrile, anisole, acetate ester, butyrate ester, and propionate ester. Any one type of solvent may be used alone, or two or more types may be mixed and used.

溶媒は、また、ハロゲン原子を有する環状の炭酸エステル誘導体を含んでいればより好ましい。負極22における溶媒の分解反応が抑制されるため、サイクル特性が向上するからである。このような炭酸エステル誘導体について具体的に例を挙げれば、化1で表される4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、化2で表される4−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、化3で表される4,5−ジフルオロ−1, 3−ジオキソラン−2−オン、化4で表される4−ジフルオロ−5−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、化5で表される4−クロロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、化6で表される4,5−ジクロロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、化7で表される4−ブロモ−1,3−ジオキソラン−2−オン、化8で表される4−ヨード−1,3−ジオキソラン−2−オン、化9で表される4−フルオロメチル−1,3−ジオキソラン−2−オン、あるいは化10で表される4−トリフルオロメチル−1,3−ジオキソラン−2−オンなどである。中でも、4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンが望ましい。より高い効果を得ることができるからである。   It is more preferable that the solvent contains a cyclic carbonate derivative having a halogen atom. This is because, since the decomposition reaction of the solvent in the negative electrode 22 is suppressed, cycle characteristics are improved. Specific examples of such carbonic acid ester derivatives include 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one represented by Chemical Formula 1, 4-difluoro-1,3-dioxolane represented by Chemical Formula 2 -2-one, 4,5-difluoro-1,3-dioxolan-2-one represented by Chemical formula 3, 4-difluoro-5-fluoro-1,3-dioxolan-2-one represented by Chemical formula 4 4-chloro-1,3-dioxolan-2-one represented by Chemical Formula 5, 4,5-dichloro-1,3-dioxolan-2-one represented by Chemical Formula 6 and 4 represented by Chemical Formula 7 -Bromo-1,3-dioxolan-2-one, 4-iodo-1,3-dioxolan-2-one represented by Chemical Formula 8, 4-fluoromethyl-1,3-dioxolane- represented by Chemical Formula 9 2-one or 4-trifluoro represented by the formula 10 Chill-1,3-dioxolan-2-one, and the like. Of these, 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one is preferable. This is because a higher effect can be obtained.

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溶媒は、炭酸エステル誘導体のみによって構成するようにしてもよいが、大気圧(1.01325×105 Pa)において沸点が150℃以下である低沸点溶媒と混合して用いることが好ましい。イオン伝導性が高くなるからである。この炭酸エステル誘導体の含有量は、溶媒全体に対して0.1質量%以上80質量%以下の範囲内であることが好ましい。含有量が少ないと負極22における溶媒の分解反応を抑制する効果が十分ではない可能性があり、多いと粘度が高くなってイオン伝導性が低下する可能性があるからである。 The solvent may be composed only of a carbonic acid ester derivative, but is preferably mixed with a low boiling point solvent having a boiling point of 150 ° C. or lower at atmospheric pressure (1.01325 × 10 5 Pa). This is because ionic conductivity is increased. The content of the carbonate ester derivative is preferably in the range of 0.1% by mass or more and 80% by mass or less with respect to the entire solvent. This is because if the content is small, the effect of suppressing the decomposition reaction of the solvent in the negative electrode 22 may not be sufficient, and if the content is large, the viscosity may increase and the ionic conductivity may decrease.

電解質塩としては例えばリチウム塩が挙げられ、1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。リチウム塩としては、LiClO4 、LiAsF6 、LiPF6 、LiBF4 、LiB(C6 5 4 、CH3 SO3 Li、CF3 SO3 Li、LiClあるいはLiBrなどが挙げられる。なお、電解質塩としては、リチウム塩を用いることが好ましいが、リチウム塩でなくてもよい。充放電に寄与するリチウムイオンは、正極21などから供給されれば足りるからである。 Examples of the electrolyte salt include lithium salts, and one kind may be used alone, or two or more kinds may be mixed and used. Examples of the lithium salt include LiClO 4 , LiAsF 6 , LiPF 6 , LiBF 4 , LiB (C 6 H 5 ) 4 , CH 3 SO 3 Li, CF 3 SO 3 Li, LiCl, or LiBr. The electrolyte salt is preferably a lithium salt, but may not be a lithium salt. This is because it is sufficient that lithium ions contributing to charging / discharging are supplied from the positive electrode 21 or the like.

この二次電池は、例えば、次のようにして製造される。   This secondary battery is manufactured as follows, for example.

まず、例えば、正極活物質と必要に応じて導電剤および結着剤とを混合して正極合剤を調製したのち、N−メチル−2−ピロリドンなどの混合溶剤に分散させて正極合剤スラリーとする。続いて、正極集電体21Aに正極合剤スラリーを塗布して乾燥させたのち、圧縮して正極活物質層21Bを形成することにより、正極21を作製する。こののち、正極21に正極リード25を溶接する。   First, for example, after preparing a positive electrode mixture by mixing a positive electrode active material and, if necessary, a conductive agent and a binder, the positive electrode mixture slurry is dispersed in a mixed solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone. And Subsequently, the positive electrode mixture slurry is applied to the positive electrode current collector 21A and dried, and then compressed to form the positive electrode active material layer 21B, thereby producing the positive electrode 21. Thereafter, the positive electrode lead 25 is welded to the positive electrode 21.

また、例えば、本実施の形態に係る負極活物質と必要に応じて他の負極活物質と結着剤とを混合して負極合剤を調製し、N−メチル−2−ピロリドンなどの混合溶剤に分散させて負極合剤スラリーとする。続いて、負極集電体22Aに負極合剤スラリーを塗布して乾燥させたのち、圧縮して負極活物質層22Bを形成することにより、負極22を作製する。こののち、負極22に負極リード26を溶接する。   Further, for example, a negative electrode active material according to the present embodiment and, if necessary, another negative electrode active material and a binder are mixed to prepare a negative electrode mixture, and a mixed solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone To make a negative electrode mixture slurry. Subsequently, the negative electrode mixture slurry is applied to the negative electrode current collector 22A, dried, and then compressed to form the negative electrode active material layer 22B, whereby the negative electrode 22 is manufactured. Thereafter, the negative electrode lead 26 is welded to the negative electrode 22.

続いて、正極21と負極22とをセパレータ23を介して巻回し、正極リード25の先端部を安全弁機構15に溶接すると共に負極リード26の先端部を電池缶11に溶接し、巻回した正極21および負極22を一対の絶縁板12,13で挟みながら電池缶11の内部に収納する。続いて、電解液を電池缶11の内部に注入したのち、その電池缶11の開口端部に電池蓋14、安全弁機構15および熱感抵抗素子16をガスケット17を介してかしめることにより固定する。これにより、図1および図2に示した二次電池が完成する。   Subsequently, the positive electrode 21 and the negative electrode 22 are wound through the separator 23, the tip of the positive electrode lead 25 is welded to the safety valve mechanism 15, and the tip of the negative electrode lead 26 is welded to the battery can 11. 21 and the negative electrode 22 are accommodated in the battery can 11 while being sandwiched between the pair of insulating plates 12 and 13. Subsequently, after injecting the electrolyte into the battery can 11, the battery lid 14, the safety valve mechanism 15, and the heat sensitive resistance element 16 are fixed to the opening end of the battery can 11 by caulking through the gasket 17. . Thereby, the secondary battery shown in FIGS. 1 and 2 is completed.

この二次電池では、充電を行うと、例えば、正極21からリチウムイオンが放出され、電解質を介して負極22に吸蔵される。放電を行うと、例えば、負極22からリチウムイオンが放出され、電解質を介して正極21に吸蔵される。   In the secondary battery, when charged, for example, lithium ions are released from the positive electrode 21 and inserted in the negative electrode 22 through the electrolyte. When discharging is performed, for example, lithium ions are released from the negative electrode 22 and inserted into the positive electrode 21 through the electrolyte.

このように本実施の形態に係る負極活物質によれば、電極反応物質と反応可能である反応相を有し、X線回折により得られる回折ピーク(回折角2θが41°以上45°以下の間に見られるピーク)の半値幅が1.0°以上である。この場合には、第1の構成元素としてスズを含むようにしたので、高容量が得られる。また、第2および第3の構成元素として鉄およびコバルトを含み、スズと鉄とコバルトとの合計に対する鉄とコバルトとの合計の割合を26.4質量%以上48.5質量%以下とし、鉄とコバルトとの合計に対するコバルトの割合を9.9質量%以上79.5質量%以下とするようにしたので、サイクル特性が向上する。更に、第4の構成元素として炭素を含み、その含有量を11.9質量%以上29.7質量%以下とするようにしたので、サイクル特性がより向上する。これにより、鉄の含有量がコバルトの含有量よりも少ない場合と比較して、高容量を保ちつつ、サイクル特性が大幅に向上する。したがって、上記した負極活物質を用いた二次電池によれば、高容量を得ることができると共に、優れたサイクル特性を得ることができる。   As described above, according to the negative electrode active material according to the present embodiment, there is a reaction phase capable of reacting with the electrode reactant, and a diffraction peak (diffraction angle 2θ of 41 ° or more and 45 ° or less) obtained by X-ray diffraction. The full width at half maximum of the peak (between) is 1.0 ° or more. In this case, since tin is included as the first constituent element, a high capacity can be obtained. In addition, iron and cobalt are included as the second and third constituent elements, and the ratio of the total of iron and cobalt to the total of tin, iron, and cobalt is 26.4% by mass to 48.5% by mass, Since the ratio of cobalt to the total of cobalt and cobalt is 9.9 mass% or more and 79.5 mass% or less, cycle characteristics are improved. Furthermore, since carbon is contained as the fourth constituent element and the content thereof is set to 11.9 mass% or more and 29.7 mass% or less, cycle characteristics are further improved. Thereby, compared with the case where content of iron is less than content of cobalt, cycling characteristics improve significantly, maintaining a high capacity | capacitance. Therefore, according to the secondary battery using the negative electrode active material described above, a high capacity can be obtained and excellent cycle characteristics can be obtained.

更に、負極活物質に第5の構成元素としてアルミニウム、チタン、バナジウム、クロム、ニオブおよびタンタルからなる群のうちの少なくとも1種を含み、あるいは第6の構成元素としてニッケル、銅、亜鉛、ガリウムおよびインジウムからなる群のうちの少なくとも1種を含むようすれば、サイクル特性をより向上させることができる。この場合には、双方の構成元素を含むようにすれば、より高い効果を得ることができる。特に、双方の構成元素を含む場合に、第5の構成元素の含有量を0.1質量%以上9.9質量%以下とし、第6の構成元素の含有量を0.5質量%以上14.9質量%以下とすれば、更に高い効果を得ることができる。   Furthermore, the negative electrode active material contains at least one member selected from the group consisting of aluminum, titanium, vanadium, chromium, niobium and tantalum as the fifth constituent element, or nickel, copper, zinc, gallium and the sixth constituent element By including at least one member selected from the group consisting of indium, cycle characteristics can be further improved. In this case, a higher effect can be obtained by including both constituent elements. In particular, when both constituent elements are contained, the content of the fifth constituent element is set to 0.1 mass% or more and 9.9 mass% or less, and the content of the sixth constituent element is set to 0.5 mass% or more and 14 mass% or less. If it is .9% by mass or less, a higher effect can be obtained.

更にまた、負極活物質に第7の構成元素として銀を含むようにすれば、サイクル特性をより向上させることができる。特に、含有量を0.1質量%以上9.9質量%以下とすれば、より高い効果を得ることができる。   Furthermore, if the negative electrode active material contains silver as the seventh constituent element, the cycle characteristics can be further improved. In particular, when the content is 0.1% by mass or more and 9.9% by mass or less, a higher effect can be obtained.

加えて、負極活物質に第5〜第7の構成元素の全てを含むようにすれば、サイクル特性を更に向上させることができる。   In addition, if the negative electrode active material contains all of the fifth to seventh constituent elements, the cycle characteristics can be further improved.

(第2の二次電池)
図3は、第2の二次電池の分解斜視構成を表している。この二次電池は、正極リード31および負極リード32が取り付けられた巻回電極体30をフィルム状の外装部材40の内部に収容したものであり、小型化、軽量化および薄型化が可能となっている。この二次電池は、例えば、第1の二次電池と同様にリチウムイオン二次電池であり、フィルム状の外装部材40を含む電池構造は、ラミネートフィルム型と呼ばれている。
(Secondary secondary battery)
FIG. 3 illustrates an exploded perspective configuration of the second secondary battery. In this secondary battery, a wound electrode body 30 to which a positive electrode lead 31 and a negative electrode lead 32 are attached is accommodated in a film-like exterior member 40, and can be reduced in size, weight, and thickness. ing. This secondary battery is, for example, a lithium ion secondary battery, like the first secondary battery, and the battery structure including the film-shaped exterior member 40 is called a laminate film type.

正極リード31および負極リード32は、例えば、それぞれ外装部材40の内部から外部に向かって同一方向に導出されている。正極リード31および負極リード32は、例えば、アルミニウム、銅、ニッケルあるいはステンレスなどの金属材料によって構成されており、それぞれ薄板状または網目状とされている。   For example, the positive electrode lead 31 and the negative electrode lead 32 are each led out in the same direction from the inside of the exterior member 40 toward the outside. The positive electrode lead 31 and the negative electrode lead 32 are made of, for example, a metal material such as aluminum, copper, nickel, or stainless steel, and each have a thin plate shape or a mesh shape.

外装部材40は、例えば、ナイロンフィルム、アルミニウム箔およびポリエチレンフィルムをこの順に貼り合わせた矩形状のアルミラミネートフィルムによって構成されている。この外装部材40は、例えば、ポリエチレンフィルム側と巻回電極体30とが対向するように配設されており、各外縁部が融着あるいは接着剤によって互いに密着されている。外装部材40と正極リード31および負極リード32との間には、外気の侵入を防止するための密着フィルム41が挿入されている。この密着フィルム41は、正極リード31および負極リード32に対して密着性を有する材料、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、変性ポリエチレンあるいは変性ポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂によって構成されている。   The exterior member 40 is made of, for example, a rectangular aluminum laminated film in which a nylon film, an aluminum foil, and a polyethylene film are bonded together in this order. The exterior member 40 is disposed, for example, so that the polyethylene film side and the wound electrode body 30 face each other, and the outer edge portions are in close contact with each other by fusion or an adhesive. An adhesive film 41 is inserted between the exterior member 40 and the positive electrode lead 31 and the negative electrode lead 32 to prevent intrusion of outside air. The adhesion film 41 is made of a material having adhesion to the positive electrode lead 31 and the negative electrode lead 32, for example, a polyolefin resin such as polyethylene, polypropylene, modified polyethylene, or modified polypropylene.

なお、外装部材40は、上記したアルミラミネートフィルムに代えて、他の構造を有するラミネートフィルムあるいはポリプロピレンなどの高分子フィルム、または金属フィルムによって構成されていてもよい。   In addition, the exterior member 40 may be configured by a laminated film having another structure, a polymer film such as polypropylene, or a metal film instead of the above-described aluminum laminated film.

図4は、図3に示した巻回電極体30のIV−IV線に沿った断面構成を表している。この巻回電極体30は、正極33と負極34とがセパレータ35および電解質層36を介して積層してから巻回されたものであり、その最外周部は保護テープ37によって保護されている。   FIG. 4 shows a cross-sectional configuration along line IV-IV of the spirally wound electrode body 30 shown in FIG. The wound electrode body 30 is formed by winding a positive electrode 33 and a negative electrode 34 after being laminated via a separator 35 and an electrolyte layer 36, and an outermost peripheral portion thereof is protected by a protective tape 37.

正極33は、正極集電体33Aの片面あるいは両面に正極活物質層33Bが設けられた構造を有している。負極34は、負極集電体34Aの片面あるいは両面に負極活物質層34Bが設けられた構造を有しており、負極活物質層34Bの側が正極活物質層33Bと対向するように配置されている。正極集電体33A、正極活物質層33B、負極集電体34A、負極活物質層34Bおよびセパレータ35の構成は、それぞれ上記した第1の二次電池における正極集電体21A、正極活物質層21B、負極集電体22A、負極活物質層22Bおよびセパレータ23と同様である。   The positive electrode 33 has a structure in which a positive electrode active material layer 33B is provided on one or both surfaces of a positive electrode current collector 33A. The negative electrode 34 has a structure in which a negative electrode active material layer 34B is provided on one surface or both surfaces of a negative electrode current collector 34A, and the negative electrode active material layer 34B side is disposed so as to face the positive electrode active material layer 33B. Yes. The configuration of the positive electrode current collector 33A, the positive electrode active material layer 33B, the negative electrode current collector 34A, the negative electrode active material layer 34B, and the separator 35 is the same as that of the positive electrode current collector 21A and the positive electrode active material layer in the first secondary battery described above. This is the same as 21B, the negative electrode current collector 22A, the negative electrode active material layer 22B, and the separator 23.

電解質層36は、電解液と、それを保持する高分子化合物とを含んでおり、いわゆるゲル状となっている。ゲル状の電解質は、高いイオン伝導率が得られると共に二次電池の漏液が防止されるので好ましい。電解液(すなわち溶媒および電解質塩)の構成は、上記した第1の二次電池における電解液と同様である。高分子化合物としては、例えば、ポリフッ化ビニリデンあるいはフッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとの共重合体などのフッ素系高分子化合物や、ポリエチレンオキサイドあるいはポリエチレンオキサイドを含む架橋体などのエーテル系高分子化合物や、ポリアクリロニトリルなどが挙げられる。特に、酸化還元安定性の観点からは、フッ素系高分子化合物が望ましい。   The electrolyte layer 36 includes an electrolytic solution and a polymer compound that holds the electrolytic solution, and has a so-called gel shape. The gel electrolyte is preferable because high ion conductivity is obtained and leakage of the secondary battery is prevented. The configuration of the electrolytic solution (that is, the solvent and the electrolyte salt) is the same as that of the electrolytic solution in the first secondary battery described above. Examples of the polymer compound include a fluorine-based polymer compound such as polyvinylidene fluoride or a copolymer of vinylidene fluoride and hexafluoropropylene, an ether-based polymer compound such as polyethylene oxide or a crosslinked product containing polyethylene oxide, And polyacrylonitrile. In particular, from the viewpoint of redox stability, a fluorine-based polymer compound is desirable.

なお、電解液を高分子化合物に保持させた電解質層36に代えて、電解液をそのまま用いてもよい。この場合には、電解液がセパレータ35に含浸する。   In place of the electrolyte layer 36 in which the electrolytic solution is held by the polymer compound, the electrolytic solution may be used as it is. In this case, the electrolytic solution impregnates the separator 35.

このゲル状の電解質層36を備えた二次電池は、例えば、次のようにして製造される。   The secondary battery including the gel electrolyte layer 36 is manufactured, for example, as follows.

まず、溶媒と、電解質塩と、高分子化合物と、混合溶剤とを含む前駆溶液を調製したのち、正極33および負極34のそれぞれに前駆溶液を塗布して混合溶剤を揮発させることにより、電解質層36を形成する。続いて、正極集電体33Aの端部に正極リード31を溶接により取り付けると共に、負極集電体34Aの端部に負極リード32を溶接により取り付ける。続いて、電解質層36が形成された正極33と負極34とをセパレータ35を介して積層して積層体とし、その積層体をその長手方向に巻回したのちに最外周部に保護テープ37を接着させることにより、巻回電極体30を形成する。最後に、例えば、外装部材40の間に巻回電極体30を挟み込み、外装部材40の外縁部同士を熱融着などによって密着させて封入する。この際、正極リード31および負極リード32と外装部材40との間に密着フィルム41を挿入する。これにより、図3および図4に示した二次電池が完成する。   First, after preparing a precursor solution containing a solvent, an electrolyte salt, a polymer compound, and a mixed solvent, the precursor solution is applied to each of the positive electrode 33 and the negative electrode 34 to volatilize the mixed solvent, whereby the electrolyte layer 36 is formed. Subsequently, the positive electrode lead 31 is attached to the end portion of the positive electrode current collector 33A by welding, and the negative electrode lead 32 is attached to the end portion of the negative electrode current collector 34A by welding. Subsequently, the positive electrode 33 and the negative electrode 34 on which the electrolyte layer 36 is formed are laminated via a separator 35 to form a laminate, and the laminate is wound in the longitudinal direction, and then a protective tape 37 is attached to the outermost peripheral portion. The wound electrode body 30 is formed by bonding. Finally, for example, the wound electrode body 30 is sandwiched between the exterior members 40, and the outer edge portions of the exterior members 40 are sealed and sealed by thermal fusion or the like. At this time, the adhesion film 41 is inserted between the positive electrode lead 31 and the negative electrode lead 32 and the exterior member 40. Thereby, the secondary battery shown in FIGS. 3 and 4 is completed.

なお、ゲル状の電解質層36を備えた二次電池は、次のようにして製造されてもよい。まず、上記したように正極33および負極34を作製し、それぞれ正極リード31および負極リード32を取り付けたのち、正極33と負極34とをセパレータ35を介して積層して巻回し、その最外周部に保護テープ37を接着させることにより、巻回電極体30の前駆体である巻回体を形成する。続いて、巻回体を外装部材40で挟み、一辺を除く外周縁部を熱融着して袋状とし、外装部材40の内部に収納する。続いて、溶媒と、電解質塩と、高分子化合物の原料であるモノマーと、重合開始剤と、必要に応じて重合禁止剤などの他の材料とを含む電解質用組成物を用意し、外装部材40の内部に注入する。最後に、外装部材40の開口部を真空雰囲気下で熱融着して密封したのち、熱を加えてモノマーを重合させて高分子化合物とすることにより、ゲル状の電解質層36を形成する。これにより、図3および図4に示した二次電池が完成する。   Note that the secondary battery including the gel electrolyte layer 36 may be manufactured as follows. First, as described above, the positive electrode 33 and the negative electrode 34 are prepared, and after the positive electrode lead 31 and the negative electrode lead 32 are attached, respectively, the positive electrode 33 and the negative electrode 34 are stacked and wound via the separator 35, and the outermost peripheral portion thereof. By adhering the protective tape 37, a wound body that is a precursor of the wound electrode body 30 is formed. Subsequently, the wound body is sandwiched between the exterior members 40, and the outer peripheral edge portion excluding one side is heat-sealed to form a bag shape and stored in the interior of the exterior member 40. Subsequently, an electrolyte composition including a solvent, an electrolyte salt, a monomer that is a raw material of the polymer compound, a polymerization initiator, and other materials such as a polymerization inhibitor as necessary is prepared, and the exterior member Inject into 40. Finally, the opening of the exterior member 40 is heat-sealed and sealed in a vacuum atmosphere, and then heat is applied to polymerize the monomer to form a polymer compound, thereby forming the gel electrolyte layer 36. Thereby, the secondary battery shown in FIGS. 3 and 4 is completed.

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

(第3の二次電池)
図5は、第3の二次電池の断面構成を表しており、この二次電池は、例えば、第1の二次電池と同様にリチウムイオン二次電池である。この二次電池は、正極リード51が取り付けられた正極52と、負極リード53が取り付けられた負極54とを電解質層55を介して対向配置させた平板状の電極体50を、フィルム状の外装部材56に収容したものである。外装部材56の構成は、上記した第2の二次電池における外装部材40と同様である。
(Third secondary battery)
FIG. 5 shows a cross-sectional configuration of the third secondary battery, and this secondary battery is, for example, a lithium ion secondary battery as in the case of the first secondary battery. In this secondary battery, a plate-like electrode body 50 in which a positive electrode 52 to which a positive electrode lead 51 is attached and a negative electrode 54 to which a negative electrode lead 53 is attached is arranged so as to face each other with an electrolyte layer 55 interposed therebetween. It is housed in the member 56. The configuration of the exterior member 56 is the same as that of the exterior member 40 in the second secondary battery described above.

正極52は、正極集電体52Aに正極活物質層52Bが設けられた構造を有している。負極54は、負極集電体54Aに負極活物質層54Bが設けられた構造を有しており、負極活物質層54B側が正極活物質層52Bと対向するように配置されている。正極集電体52A、正極活物質層52B、負極集電体54A、負極活物質層54Bの構成は、それぞれ上記した第1の二次電池における正極集電体21A、正極活物質層21B、負極集電体22Aおよび負極活物質層22Bと同様である。   The positive electrode 52 has a structure in which a positive electrode current collector 52A is provided with a positive electrode active material layer 52B. The negative electrode 54 has a structure in which a negative electrode active material layer 54B is provided on a negative electrode current collector 54A, and is arranged so that the negative electrode active material layer 54B side faces the positive electrode active material layer 52B. The configurations of the positive electrode current collector 52A, the positive electrode active material layer 52B, the negative electrode current collector 54A, and the negative electrode active material layer 54B are the same as the positive electrode current collector 21A, the positive electrode active material layer 21B, and the negative electrode in the first secondary battery described above. This is the same as the current collector 22A and the negative electrode active material layer 22B.

電解質層55は、例えば、固体電解質によって構成されている。固体電解質としては、例えば、リチウムイオン導電性を有する材料であれば、無機固体電解質あるいは高分子固体電解質のいずれも用いることができる。無機固体電解質としては、窒化リチウムあるいはヨウ化リチウムなどを含むものなどが挙げられる。高分子固体電解質は、主に、電解質塩とそれを溶解する高分子化合物とからなるものである。高分子固体電解質の高分子化合物としては、例えば、ポリエチレンオキサイドあるいはポリエチレンオキサイドを含む架橋体などのエーテル系高分子化合物や、ポリメタクリレートなどのエステル系高分子化合物や、アクリレート系高分子化合物などを単独あるいは混合して、または共重合させて用いることができる。   The electrolyte layer 55 is made of, for example, a solid electrolyte. As the solid electrolyte, for example, any inorganic solid electrolyte or polymer solid electrolyte can be used as long as the material has lithium ion conductivity. Examples of the inorganic solid electrolyte include those containing lithium nitride or lithium iodide. The polymer solid electrolyte is mainly composed of an electrolyte salt and a polymer compound that dissolves the electrolyte salt. As the polymer compound of the polymer solid electrolyte, for example, an ether polymer compound such as polyethylene oxide or a crosslinked product containing polyethylene oxide, an ester polymer compound such as polymethacrylate, an acrylate polymer compound, etc. Alternatively, they can be mixed or copolymerized.

高分子固体電解質は、例えば、高分子化合物と、電解質塩と、混合溶剤とを混合したのち、その混合溶剤を揮発させることにより形成される。また、電解質塩と、高分子化合物の原料であるモノマーと、重合開始剤と、必要に応じて重合禁止剤などの他の材料とを混合溶剤に溶解させ、その混合溶剤を揮発させたのち、熱を加えてモノマーを重合させて高分子化合物とすることにより形成されてもよい。   The polymer solid electrolyte is formed, for example, by mixing a polymer compound, an electrolyte salt, and a mixed solvent, and then volatilizing the mixed solvent. Moreover, after dissolving electrolyte salt, the monomer which is a raw material of a polymer compound, a polymerization initiator, and other materials such as a polymerization inhibitor as necessary in a mixed solvent, the mixed solvent is volatilized, It may be formed by applying heat to polymerize the monomer to obtain a polymer compound.

無機固体電解質は、例えば、正極52あるいは負極54の表面にスパッタリング法、真空蒸着法、レーザーアブレーション法、イオンプレーティング法あるいはCVD(Chemical Vapor Deposition )法などの気相法や、ゾルゲル法などの液相法によって形成される。   The inorganic solid electrolyte may be formed on the surface of the positive electrode 52 or the negative electrode 54 by a gas phase method such as sputtering, vacuum deposition, laser ablation, ion plating or CVD (Chemical Vapor Deposition), or a sol-gel method. Formed by phase method.

この二次電池は、第1あるいは第2の二次電池と同様に作用し、同様の効果を得ることができる。   This secondary battery operates in the same manner as the first or second secondary battery, and can obtain the same effect.

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

(実施例1−1〜1−7)
まず、負極活物質を作製した。すなわち、原料としてスズ粉末と鉄粉末とコバルト粉末と炭素粉末とを用意し、スズ粉末と鉄粉末とコバルト粉末とを合金化してスズ・鉄・コバルト合金粉末としたのち、それに炭素粉末を加えて乾式混合した。この際、原料の割合(原料比:質量%)を表1に示したように変化させた。具体的には、スズと鉄とコバルトとの合計に対する鉄とコバルトとの合計の割合(以下、(Fe+Co)/(Sn+Fe+Co)比という)を32質量%、鉄とコバルトとの合計に対するコバルトの割合(以下、Co/(Fe+Co)比という)を50質量%でそれぞれ一定とし、炭素の原料比を12質量%以上30質量%以下の範囲内で変化させた。続いて、伊藤製作所製の遊星ボールミル装置の反応容器中に、直径9mmの鋼玉約400gと共に上記した混合物20gをセットした。続いて、反応容器中をアルゴン(Ar)雰囲気に置換したのち、毎分250回転の回転速度による10分間の運転と10分間の休止とを運転時間の合計(反応時間)が30時間になるまで繰り返した。最後に、反応容器を室温まで冷却したのち、合成された負極活物質粉末を取り出し、280メッシュのふるいを通して粗粉を取り除いた。
(Examples 1-1 to 1-7)
First, a negative electrode active material was prepared. That is, prepare tin powder, iron powder, cobalt powder and carbon powder as raw materials, alloy tin powder, iron powder and cobalt powder to make tin / iron / cobalt alloy powder, then add carbon powder to it Dry mixed. At this time, the ratio of raw materials (raw material ratio: mass%) was changed as shown in Table 1. Specifically, the ratio of the total of iron and cobalt to the total of tin, iron and cobalt (hereinafter referred to as (Fe + Co) / (Sn + Fe + Co) ratio) is 32% by mass, iron and cobalt The ratio of cobalt to the total (hereinafter referred to as Co / (Fe + Co) ratio) was fixed at 50% by mass, and the carbon raw material ratio was changed within the range of 12% by mass to 30% by mass. Subsequently, 20 g of the above mixture was set in a reaction vessel of a planetary ball mill apparatus manufactured by Ito Seisakusho together with about 400 g of steel balls having a diameter of 9 mm. Subsequently, after replacing the inside of the reaction vessel with an argon (Ar) atmosphere, the operation time of 10 minutes at a rotational speed of 250 revolutions per minute and the pause for 10 minutes are increased until the total operation time (reaction time) reaches 30 hours. Repeated. Finally, after the reaction vessel was cooled to room temperature, the synthesized negative electrode active material powder was taken out, and coarse powder was removed through a 280 mesh sieve.

Figure 2008293955
Figure 2008293955

得られた負極活物質の組成を分析した。この際、炭素の含有量については炭素・硫黄分析装置で測定し、スズ、鉄およびコバルトの含有量についてはICP(Inductively Coupled Plasma:誘導結合プラズマ)発光分析で測定した。それらの分析値(質量%)を表1に示す。なお、表1に示した原料比および分析値は、いずれも小数点以下2桁の数値を四捨五入した値であり、以下の一連の実施例および比較例においても、同様の値を示している。   The composition of the obtained negative electrode active material was analyzed. At this time, the carbon content was measured by a carbon / sulfur analyzer, and the tin, iron and cobalt contents were measured by ICP (Inductively Coupled Plasma) emission analysis. The analysis values (% by mass) are shown in Table 1. The raw material ratios and analysis values shown in Table 1 are values obtained by rounding off the numerical values with two digits after the decimal point, and the same values are shown in the following series of examples and comparative examples.

また、得られた負極活物質についてX線回折を行ったところ、2θ=20°〜50°の間に回折ピークが観察された。このうち、2θ=41°〜45°の間に見られた回折ピークの半値幅を表1に示す。更に、負極活物質における元素の結合状態をXPSで測定したところ、図6に示したように、ピークP1が得られた。このピークP1を解析したところ、表面汚染炭素のピークP2と、それよりも低エネルギー側に負極活物質中におけるC1sのピークP3とが得られた。実施例1−1〜1−7のいずれについても、ピークP3は284.5eVよりも低い領域に得られた。すなわち、負極活物質中の炭素が他の元素と結合していることが確認された。   When the obtained negative electrode active material was subjected to X-ray diffraction, a diffraction peak was observed between 2θ = 20 ° and 50 °. Of these, the half width of the diffraction peak observed between 2θ = 41 ° and 45 ° is shown in Table 1. Furthermore, when the element bonding state in the negative electrode active material was measured by XPS, a peak P1 was obtained as shown in FIG. When this peak P1 was analyzed, a peak P2 of surface contamination carbon and a peak P3 of C1s in the negative electrode active material on the lower energy side were obtained. In any of Examples 1-1 to 1-7, the peak P3 was obtained in a region lower than 284.5 eV. That is, it was confirmed that carbon in the negative electrode active material was bonded to other elements.

次に、上記した負極活物質粉末を用いて、図7に示したコイン型の二次電池を作製した。この二次電池は、負極活物質を用いた試験極61を正極缶62に収容すると共に対極63を負極缶64に貼り付け、それらを電解液が含浸されたセパレータ65を介して積層したのちにガスケット66を介してかしめたものである。試験極61を作製する際には、負極活物質粉末70質量部と、導電剤および他の負極活物質である黒鉛20質量部と、導電剤であるアセチレンブラック1質量部と、結着剤であるポリフッ化ビニリデン4質量部とを混合し、適当な溶剤に分散させてスラリーとしたのち、そのスラリーを銅箔集電体に塗布し、乾燥後に直径15.2mmのペレット状に打ち抜いた。対極63としては、直径15.5mmに打ち抜いた金属リチウム板を用いた。電解液としては、炭酸エチレン(EC)と炭酸プロピレン(PC)と炭酸ジメチル(DMC)とを混合した混合溶媒に電解質塩としてLiPF6 を溶解させたものを用いた。この際、混合溶媒の組成を質量比でEC:PC:DMC=30:10:60とし、電解質塩の濃度を1mol/dm3 とした。 Next, a coin-type secondary battery shown in FIG. 7 was produced using the above-described negative electrode active material powder. In this secondary battery, a test electrode 61 using a negative electrode active material is accommodated in a positive electrode can 62, a counter electrode 63 is attached to a negative electrode can 64, and they are stacked via a separator 65 impregnated with an electrolytic solution. It is caulked through the gasket 66. When producing the test electrode 61, the negative electrode active material powder 70 parts by mass, the conductive agent and other negative electrode active material graphite 20 parts by mass, the conductive agent acetylene black 1 part by mass, and the binder After mixing 4 parts by mass of a certain polyvinylidene fluoride and dispersing in an appropriate solvent to form a slurry, the slurry was applied to a copper foil current collector, and after drying, punched into a pellet having a diameter of 15.2 mm. As the counter electrode 63, a metal lithium plate punched to a diameter of 15.5 mm was used. As the electrolytic solution, a solution obtained by dissolving LiPF6 as an electrolyte salt in a mixed solvent in which ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), and dimethyl carbonate (DMC) were mixed was used. At this time, the composition of the mixed solvent was EC: PC: DMC = 30: 10: 60 by mass ratio, and the concentration of the electrolyte salt was 1 mol / dm 3 .

このコイン型の二次電池について、初回充電容量(mAh/g)を調べた。この初回充電容量としては、1mAの定電流で電池電圧が0.2mVに達するまで定電流充電したのち、0.2mVの定電圧で電流が10μAに達するまで定電圧充電し、試験極61の質量から銅箔集電体および結着剤の質量を除いた単位質量あたりの充電容量を求めた。なお、ここでいう充電とは、負極活物質へのリチウム挿入反応を意味する。その結果を表1および図8に示す。   The initial charge capacity (mAh / g) of this coin-type secondary battery was examined. The initial charge capacity is constant current charging at a constant current of 1 mA until the battery voltage reaches 0.2 mV, then constant voltage charging at a constant voltage of 0.2 mV until the current reaches 10 μA. From the above, the charge capacity per unit mass obtained by removing the mass of the copper foil current collector and the binder was determined. In addition, the charge here means a lithium insertion reaction into the negative electrode active material. The results are shown in Table 1 and FIG.

また、上記した負極活物質粉末を用いて、図1および図2に示した円筒型の二次電池を作製した。すなわち、ニッケル酸化物からなる正極活物質と、導電剤であるケッチェンブラックと、結着剤であるポリフッ化ビニリデンとをニッケル酸化物:ケッチェンブラック:ポリフッ化ビニリデン=94:3:3の質量比で混合し、混合溶剤であるN−メチル−2−ピロリドンに分散させて正極合剤スラリーとした。続いて、帯状のアルミニウム箔からなる正極集電体21Aの両面に正極合剤スラリーを均一に塗布して乾燥させたのち、ロールプレス機で圧縮成型して正極活物質層21Bを形成することにより、正極21を作製した。こののち、正極集電体21Aの一端にアルミニウム製の正極リード25を取り付けた。   Moreover, the cylindrical secondary battery shown in FIGS. 1 and 2 was produced using the above-described negative electrode active material powder. That is, a positive electrode active material made of nickel oxide, a ketjen black as a conductive agent, and a polyvinylidene fluoride as a binder are masses of nickel oxide: ketjen black: polyvinylidene fluoride = 94: 3: 3. The mixture was mixed at a ratio and dispersed in N-methyl-2-pyrrolidone as a mixed solvent to obtain a positive electrode mixture slurry. Subsequently, the positive electrode mixture slurry is uniformly applied to both surfaces of the positive electrode current collector 21A made of a strip-shaped aluminum foil, dried, and then compression-molded with a roll press to form the positive electrode active material layer 21B. A positive electrode 21 was produced. After that, the positive electrode lead 25 made of aluminum was attached to one end of the positive electrode current collector 21A.

また、帯状の銅箔からなる負極集電体22Aの両面に上記した負極活物質を含む負極合剤スラリーを均一に塗布して乾燥させたのち、ロールプレス機で圧縮成型して負極活物質層22Bを形成することにより、負極22を作製した。こののち、負極集電体22Aの一端にニッケル製の負極リード26を取り付けた。   Moreover, after apply | coating and drying the negative mix slurry containing the negative electrode active material mentioned above uniformly on both surfaces of 22 A of negative electrode collectors which consist of strip | belt-shaped copper foil, the negative electrode active material layer was compression-molded with a roll press machine. The negative electrode 22 was produced by forming 22B. Thereafter, a negative electrode lead 26 made of nickel was attached to one end of the negative electrode current collector 22A.

続いて、セパレータ23を用意し、負極22、セパレータ23、正極21およびセパレータ23をこの順に積層したのち、その積層体を渦巻状に多数回巻回することにより、巻回電極体20を作製した。続いて、巻回電極体20を一対の絶縁板12,13で挟み、負極リード26を電池缶11に溶接すると共に正極リード25を安全弁機構15に溶接したのち、ニッケルめっきが施された鉄製の電池缶11の内部に巻回電極体20を収納した。最後に、電池缶11の内部に上記した電解液を減圧方式によって注入することにより、円筒型の二次電池が完成した。   Subsequently, the separator 23 was prepared, and the negative electrode 22, the separator 23, the positive electrode 21, and the separator 23 were laminated in this order, and then the laminated body was wound many times in a spiral shape to produce the wound electrode body 20. . Subsequently, the wound electrode body 20 is sandwiched between the pair of insulating plates 12 and 13, the negative electrode lead 26 is welded to the battery can 11, and the positive electrode lead 25 is welded to the safety valve mechanism 15. The wound electrode body 20 was housed inside the battery can 11. Finally, the above-described electrolytic solution was injected into the battery can 11 by a decompression method, thereby completing a cylindrical secondary battery.

この円筒型の二次電池について、サイクル特性を調べた。この場合には、まず、0.5Aの定電流で電池電圧が4.2Vに達するまで定電流充電したのち、4.2Vの定電圧で電流が10mAに達するまで定電圧充電し、引き続き0.25Aの定電流で電池電圧が2.6Vに達するまで定電流放電することにより、1サイクル目の充放電を行った。2サイクル目以降については、1.4Aの定電流で電池電圧が4.2Vに達するまで定電流充電したのち、4.2Vの定電圧で電流が10mAに達するまで定電圧充電し、引き続き1.0Aの定電流で電池電圧が2.6Vに達するまで定電流放電した。こののち、サイクル特性を調べるために、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、すなわち容量維持率(%)=(300サイクル目の放電容量/2サイクル目の放電容量)×100を求めた。それらの結果を表1および図8に示す。   The cycle characteristics of this cylindrical secondary battery were examined. In this case, first, constant current charging is performed until the battery voltage reaches 4.2 V at a constant current of 0.5 A, and then constant voltage charging is performed until the current reaches 10 mA at a constant voltage of 4.2 V. The first cycle charge / discharge was performed by discharging at a constant current of 25 A until the battery voltage reached 2.6 V. After the second cycle, constant current charging is performed until the battery voltage reaches 4.2 V at a constant current of 1.4 A, and then constant voltage charging is performed until the current reaches 10 mA at a constant voltage of 4.2 V. The battery was discharged at a constant current of 0 A until the battery voltage reached 2.6V. Thereafter, in order to examine the cycle characteristics, the ratio of the discharge capacity at the 300th cycle to the discharge capacity at the second cycle, that is, the capacity retention rate (%) = (discharge capacity at the 300th cycle / discharge capacity at the second cycle) × 100 was determined. The results are shown in Table 1 and FIG.

なお、実施例1−1〜1−7に対する比較例1−1として、原料として炭素粉末を用いなかったことを除き、他は実施例1−1〜1−7と同様にして負極活物質および二次電池を作製した。また、比較例1−2〜1−5として、炭素の原料比を表1に示したように変化させたことを除き、他は実施例1−1〜1−7と同様にして負極活物質および二次電池を作製した。   As Comparative Example 1-1 with respect to Examples 1-1 to 1-7, except that carbon powder was not used as a raw material, the negative electrode active material and the other were the same as in Examples 1-1 to 1-7. A secondary battery was produced. Further, as Comparative Examples 1-2 to 1-5, except that the carbon raw material ratio was changed as shown in Table 1, other than that, the negative electrode active material was the same as in Examples 1-1 to 1-7 And the secondary battery was produced.

比較例1−1〜1−5の負極活物質についても、2θ=41°〜45°の間に見られた回折ピークの半値幅を測定した。その結果を表1に示す。また、元素の結合状態をXPSで測定したところ、比較例1−2〜1−5では、図6に示したピークP1が得られた。このピークP1を解析したところ、実施例1−1〜1−7と同様に、表面汚染炭素のピークP2と負極活物質中におけるC1sのピークP3とが得られ、そのピークP3はいずれについても284.5eVよりも低い領域に得られた。すなわち、負極活物質に含まれる炭素の少なくとも一部が他の元素と結合していることが確認された。一方、比較例1−1では、図9に示したように、ピークP4が得られた。このピークP4を解析したところ、表面汚染炭素のピークP2のみが得られた。   For the negative electrode active materials of Comparative Examples 1-1 to 1-5, the half width of the diffraction peak observed between 2θ = 41 ° and 45 ° was measured. The results are shown in Table 1. Moreover, when the bonding state of the elements was measured by XPS, the peak P1 shown in FIG. 6 was obtained in Comparative Examples 1-2 to 1-5. When this peak P1 was analyzed, a peak P2 of surface contamination carbon and a peak P3 of C1s in the negative electrode active material were obtained in the same manner as in Examples 1-1 to 1-7. Obtained in a region lower than 0.5 eV. That is, it was confirmed that at least a part of carbon contained in the negative electrode active material was bonded to another element. On the other hand, in Comparative Example 1-1, a peak P4 was obtained as shown in FIG. When this peak P4 was analyzed, only the peak P2 of surface contamination carbon was obtained.

更に、比較例1−1〜1−5の二次電池についても、実施例1−1〜1−7と同様にして初回充電容量およびサイクル特性を調べた。それらの結果を表1および図8に示す。   Further, for the secondary batteries of Comparative Examples 1-1 to 1-5, the initial charge capacity and the cycle characteristics were examined in the same manner as in Examples 1-1 to 1-7. The results are shown in Table 1 and FIG.

表1および図8から分かるように、負極活物質における炭素の含有量が11.9質量%以上29.7質量以下の範囲内である実施例1−1〜1−7では、その含有量が範囲外である比較例1−1〜1−5よりも容量維持率が飛躍的に向上し、初回充電容量も向上した。この場合には、炭素の含有量が14.9質量%以上、更には17.8質量%以上の範囲において、容量維持率および初回充電容量がより高くなった。特に、実施例1−1〜1−7では、いずれにおいても半値幅が1.00°以上であった。   As can be seen from Table 1 and FIG. 8, in Examples 1-1 to 1-7 in which the content of carbon in the negative electrode active material is in the range of 11.9 mass% to 29.7 mass, the content is The capacity retention rate was dramatically improved as compared with Comparative Examples 1-1 to 1-5 which were out of the range, and the initial charge capacity was also improved. In this case, the capacity retention ratio and the initial charge capacity were higher when the carbon content was in the range of 14.9% by mass or more, and further 17.8% by mass or more. In particular, in Examples 1-1 to 1-7, the full width at half maximum was 1.00 ° or more.

すなわち、炭素の含有量を11.9質量%以上29.7質量%以下とすれば容量およびサイクル特性を向上させることができると共に、14.9質量%以上29.7質量%以下の範囲内、更には17.8質量%以上29.7質量%以下の範囲内とすればより好ましいことが分かった。   That is, if the carbon content is 11.9 mass% or more and 29.7 mass% or less, the capacity and cycle characteristics can be improved, and within the range of 14.9 mass% or more and 29.7 mass% or less, Furthermore, it has been found that it is more preferable if it is in the range of 17.8% by mass or more and 29.7% by mass or less.

(実施例2−1〜2−8)
スズ、鉄、コバルトおよび炭素の原料比を表2に示したように変化させたことを除き、他は実施例1−1〜1−7と同様にして負極活物質および二次電池を作製した。具体的には、炭素の原料比を18質量%、Co/(Fe+Co)比を50質量%でそれぞれ一定とし、(Fe+Co)/(Sn+Fe+Co)比を26質量%以上48質量%以下の範囲内で変化させた。
(Examples 2-1 to 2-8)
A negative electrode active material and a secondary battery were produced in the same manner as in Examples 1-1 to 1-7, except that the raw material ratio of tin, iron, cobalt, and carbon was changed as shown in Table 2. . Specifically, the carbon raw material ratio is 18% by mass, the Co / (Fe + Co) ratio is constant at 50% by mass, and the (Fe + Co) / (Sn + Fe + Co) ratio is 26% by mass or more. It changed within the range of 48 mass% or less.

Figure 2008293955
Figure 2008293955

なお、実施例2−1〜2−8に対する比較例2−1〜2−5として、(Fe+Co)/(Sn+Fe+Co)比を表2に示したように変化させたことを除き、他は実施例2−1〜2−8と同様にして負極活物質および二次電池を作製した。   In addition, as Comparative Examples 2-1 to 2-5 with respect to Examples 2-1 to 2-8, the (Fe + Co) / (Sn + Fe + Co) ratio was changed as shown in Table 2. Except for the above, anode active materials and secondary batteries were produced in the same manner as in Examples 2-1 to 2-8.

実施例2−1〜2−8および比較例2−1〜2−5の負極活物質についても、実施例1−1〜1−7と同様にして組成を分析した。それらの結果を表2に示す。また、負極活物質についてX線回折を行い、2θ=41°〜45°の間に見られた回折ピークの半値幅を測定した。その結果も表2に示す。更に、負極活物質をXPSで測定して得られたピークを解析したところ、実施例1−1〜1−7と同様に、表面汚染炭素のピークP2と負極活物質中におけるC1sのピークP3とが得られ、そのピークP3はいずれについても284.5eVよりも低い領域に得られた。すなわち、負極活物質に含まれる炭素の少なくとも一部が他の元素と結合していることが確認された。加えて、二次電池についても、実施例1−1〜1−7と同様にして初回充電容量およびサイクル特性を調べた。それらの結果を表2および図10に示す。   For the anode active materials of Examples 2-1 to 2-8 and Comparative Examples 2-1 to 2-5, the compositions were analyzed in the same manner as in Examples 1-1 to 1-7. The results are shown in Table 2. Further, the negative electrode active material was subjected to X-ray diffraction, and the half width of a diffraction peak observed between 2θ = 41 ° and 45 ° was measured. The results are also shown in Table 2. Furthermore, when the peak obtained by measuring the negative electrode active material by XPS was analyzed, as in Examples 1-1 to 1-7, the peak P2 of surface contamination carbon and the peak P3 of C1s in the negative electrode active material The peak P3 was obtained in a region lower than 284.5 eV in all cases. That is, it was confirmed that at least a part of carbon contained in the negative electrode active material was bonded to another element. In addition, for the secondary battery, the initial charge capacity and the cycle characteristics were examined in the same manner as in Examples 1-1 to 1-7. The results are shown in Table 2 and FIG.

表2および図10から分かるように、(Fe+Co)/(Sn+Fe+Co)比が26.4質量%以上48.5質量%以下の範囲内である実施例2−1〜2−8では、その比が26.4質量%未満である比較例2−1〜2−3よりも容量維持率が飛躍的に向上し、48.5質量%超である比較例2−4,2−5よりも初回充電容量が向上した。この場合には、(Fe+Co)/(Sn+Fe+Co)比が29.2質量%以上の範囲において、容量維持率がより高くなった。特に、実施例2−1〜2−8では、いずれにおいても半値幅が1.00°以上であった。   As can be seen from Table 2 and FIG. 10, Examples 2-1 to 2- have a (Fe + Co) / (Sn + Fe + Co) ratio in the range of 26.4% by mass or more and 48.5% by mass or less. 8, the capacity retention rate was dramatically improved over Comparative Examples 2-1 to 2-3 in which the ratio was less than 26.4% by mass, and Comparative Examples 2-4 and 2 exceeding 48.5% by mass. The initial charge capacity was improved over -5. In this case, the capacity retention ratio was higher when the (Fe + Co) / (Sn + Fe + Co) ratio was 29.2% by mass or more. In particular, in Examples 2-1 to 2-8, the full width at half maximum was 1.00 ° or more.

すなわち、(Fe+Co)/(Sn+Fe+Co)比を26.4質量%以上48.5質量%以下とすれば容量およびサイクル特性を向上させることができると共に、29.2質量%以上48.5質量%以下の範囲内とすればより好ましいことが分かった。   That is, when the (Fe + Co) / (Sn + Fe + Co) ratio is 26.4% by mass or more and 48.5% by mass or less, the capacity and cycle characteristics can be improved, and 29.2% by mass or more. It turned out that it is more preferable if it shall be in the range of 48.5 mass% or less.

(実施例3−1〜3−7)
スズ、鉄、コバルトおよび炭素の原料比を表3に示したように変化させたことを除き、他は実施例1−1〜1−7と同様にして負極活物質および二次電池を作製した。具体的には、炭素の原料比を18質量%、(Fe+Co)/(Sn+Fe+Co)比を32質量%でそれぞれ一定とし、Co/(Fe+Co)比を10質量%以上80質量%以下の範囲内で変化させた。
(Examples 3-1 to 3-7)
A negative electrode active material and a secondary battery were produced in the same manner as in Examples 1-1 to 1-7, except that the raw material ratio of tin, iron, cobalt, and carbon was changed as shown in Table 3. . Specifically, the carbon material ratio is 18% by mass, the (Fe + Co) / (Sn + Fe + Co) ratio is constant at 32% by mass, and the Co / (Fe + Co) ratio is at least 10% by mass. It changed within the range of 80 mass% or less.

Figure 2008293955
Figure 2008293955

なお、実施例3−1〜3−7に対する比較例3−1〜3−4として、Co/(Fe+Co)比を表3に示したように変化させたことを除き、他は実施例3−1〜3−7と同様にして負極活物質および二次電池を作製した。   In addition, as comparative examples 3-1 to 3-4 with respect to examples 3-1 to 3-7, except that the Co / (Fe + Co) ratio was changed as shown in Table 3, the other examples A negative electrode active material and a secondary battery were produced in the same manner as in 3-1 to 3-7.

実施例3−1〜3−7および比較例3−1〜3−4の負極活物質についても、実施例1−1〜1−7と同様にして組成を分析した。それらの結果を表3に示す。また、負極活物質についてX線回折を行い、2θ=41°〜45°の間に見られた回折ピークの半値幅を測定した。その結果も表3に示す。更に、負極活物質をXPSで測定して得られたピークを解析したところ、実施例1−1〜1−7と同様に、表面汚染炭素のピークP2と負極活物質中におけるC1sのピークP3とが得られ、そのピークP3はいずれについても284.5eVよりも低い領域に得られた。すなわち、負極活物質に含まれる炭素の少なくとも一部が他の元素と結合していることが確認された。加えて、二次電池についても、実施例1−1〜1−7と同様にして初回充電容量およびサイクル特性を調べた。それらの結果を表3および図11に示す。   For the anode active materials of Examples 3-1 to 3-7 and Comparative Examples 3-1 to 3-4, the compositions were analyzed in the same manner as in Examples 1-1 to 1-7. The results are shown in Table 3. Further, the negative electrode active material was subjected to X-ray diffraction, and the half width of a diffraction peak observed between 2θ = 41 ° and 45 ° was measured. The results are also shown in Table 3. Furthermore, when the peak obtained by measuring the negative electrode active material by XPS was analyzed, as in Examples 1-1 to 1-7, the peak P2 of surface contamination carbon and the peak P3 of C1s in the negative electrode active material The peak P3 was obtained in a region lower than 284.5 eV in all cases. That is, it was confirmed that at least a part of carbon contained in the negative electrode active material was bonded to another element. In addition, for the secondary battery, the initial charge capacity and the cycle characteristics were examined in the same manner as in Examples 1-1 to 1-7. The results are shown in Table 3 and FIG.

表3および図11から分かるように、Co/(Fe+Co)比が9.9質量%以上79.5質量%以下の範囲内である実施例3−1〜3−7では、その比が9.9質量%未満である比較例3−1,3−2よりも容量維持率が向上し、79.5質量%超である比較例3−3,3−4よりも初回充電容量が向上した。この場合には、(Fe+Co)/(Sn+Fe+Co)比が29.5質量%以上の範囲において、容量維持率がより高くなった。特に、実施例3−1〜3−7では、いずれにおいても半値幅が1.00°以上であった。   As can be seen from Table 3 and FIG. 11, in Examples 3-1 to 3-7 in which the Co / (Fe + Co) ratio is in the range of 9.9 mass% or more and 79.5 mass% or less, the ratio is The capacity retention rate is improved as compared with Comparative Examples 3-1 and 3-2 which are less than 9.9% by mass, and the initial charge capacity is improved as compared with Comparative Examples 3-3 and 3-4 which is more than 79.5% by mass. did. In this case, the capacity retention ratio was higher when the (Fe + Co) / (Sn + Fe + Co) ratio was 29.5% by mass or more. In particular, in Examples 3-1 to 3-7, the full width at half maximum was 1.00 ° or more.

すなわち、(Fe+Co)/(Sn+Fe+Co)比を9.9質量%以上79.5質量%以下とすれば容量およびサイクル特性を向上させることができると共に、29.5質量%以上79.5質量%以下の範囲内とすればより好ましいことが分かった。   That is, if the (Fe + Co) / (Sn + Fe + Co) ratio is 9.9 mass% or more and 79.5 mass% or less, the capacity and cycle characteristics can be improved, and 29.5 mass% or more. It turned out that it is more preferable if it is in the range of 79.5% by mass or less.

(実施例4−1〜4−17)
原料として、スズ粉末、鉄粉末、コバルト粉末および炭素粉末と、アルミニウム粉末、チタン粉末、バナジウム粉末、クロム粉末、ニオブ粉末およびタンタル粉末と、ニッケル粉末、銅粉末、インジウム粉末、亜鉛粉末およびガリウム粉末とを用い、スズ、鉄、コバルト、炭素、アルミニウム等およびニッケル等の原料比を表4に示したように変化させたことを除き、他は実施例1−1〜1−7と同様にして負極活物質および二次電池を作製した。具体的には、炭素の原料比を18質量%、(Fe+Co)/(Sn+Fe+Co)比を32質量%、Co/(Fe+Co)比を50質量%でそれぞれ一定とし、アルミニウム等およびニッケル等の原料比を適宜変化させた。負極活物質を作製する場合には、スズ粉末と鉄粉末とコバルト粉末とを合金化してスズ・鉄・コバルト合金粉末を作製したのち、それに炭素粉末とアルミニウム粉末等とニッケル粉末等とを混合した。実施例4−1〜4−17の負極活物質についても、実施例1−1〜1−7と同様にして組成を分析した。この際、アルミニウム等およびニッケル等の含有量についてはICP発光分析で測定した。それらの結果を表5に示す。また、負極活物質についてX線回折を行い、2θ=41°〜45°の間に見られた回折ピークの半値幅を測定した。その結果を表6に示す。更に、負極活物質をXPSで測定して得られたピークを解析したところ、実施例1−1〜1−7と同様に、表面汚染炭素のピークP2と負極活物質中におけるC1sのピークP3とが得られ、そのピークP3はいずれについても284.5eVよりも低い領域に得られた。すなわち、負極活物質に含まれる炭素の少なくとも一部が他の元素と結合していることが確認された。加えて、二次電池についても、実施例1−1〜1−7と同様にして初回充電容量およびサイクル特性を調べた。それらの結果を表6、図12および図13に示す。
(Examples 4-1 to 4-17)
As raw materials, tin powder, iron powder, cobalt powder and carbon powder, aluminum powder, titanium powder, vanadium powder, chromium powder, niobium powder and tantalum powder, nickel powder, copper powder, indium powder, zinc powder and gallium powder In the same manner as in Examples 1-1 to 1-7, except that the raw material ratio of tin, iron, cobalt, carbon, aluminum, etc. and nickel was changed as shown in Table 4, An active material and a secondary battery were produced. Specifically, the carbon raw material ratio is constant at 18% by mass, the (Fe + Co) / (Sn + Fe + Co) ratio at 32% by mass, and the Co / (Fe + Co) ratio at 50% by mass, respectively. The ratio of materials such as aluminum and nickel was appropriately changed. When producing a negative electrode active material, tin powder, iron powder and cobalt powder were alloyed to produce tin / iron / cobalt alloy powder, which was then mixed with carbon powder, aluminum powder and nickel powder. . The composition of the negative electrode active materials of Examples 4-1 to 4-17 was analyzed in the same manner as in Examples 1-1 to 1-7. At this time, the contents of aluminum and nickel and the like were measured by ICP emission analysis. The results are shown in Table 5. Further, the negative electrode active material was subjected to X-ray diffraction, and the half width of a diffraction peak observed between 2θ = 41 ° and 45 ° was measured. The results are shown in Table 6. Furthermore, when the peak obtained by measuring the negative electrode active material by XPS was analyzed, as in Examples 1-1 to 1-7, the peak P2 of surface contamination carbon and the peak P3 of C1s in the negative electrode active material The peak P3 was obtained in a region lower than 284.5 eV in all cases. That is, it was confirmed that at least a part of carbon contained in the negative electrode active material was bonded to another element. In addition, for the secondary battery, the initial charge capacity and the cycle characteristics were examined in the same manner as in Examples 1-1 to 1-7. The results are shown in Table 6, FIG. 12 and FIG.

Figure 2008293955
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Figure 2008293955
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表4〜表6から分かるように、アルミニウム等だけを含み、あるいはニッケル等だけを含み、またはアルミニウム等とニッケル等との双方を含む実施例4−1〜4−17では、それらを含まない実施例1−3と比較して、ほぼ同等の初回充電容量を保ちつつ、容量維持率が同等以上に向上した。この場合には、表4〜表6、図12および図13から分かるように、アルミニウム等を代表してチタンの含有量とニッケル等を代表して銅の含有量とに着目すると、チタンあるいは銅のいずれかだけを含む場合よりも、双方を含む場合において容量維持率が高くなった。また、双方を含む場合には、チタンの含有量が0.1質量%以上9.9質量%以下の範囲内、銅の含有量が0.5質量%以上14.9質量%以下の範囲内において、容量維持率がより高くなった。特に、実施例4−1〜4−17では、いずれにおいても半値幅が1.00°以上であった。   As can be seen from Tables 4 to 6, Examples 4-1 to 4-17 containing only aluminum or the like, or containing only nickel or the like, or both aluminum and nickel, etc. Compared to Example 1-3, the capacity retention rate was improved to the same level or higher while maintaining substantially the same initial charge capacity. In this case, as can be seen from Tables 4 to 6 and FIGS. 12 and 13, when attention is paid to the content of titanium representing aluminum and the content of copper representing nickel etc., titanium or copper The capacity retention rate was higher when both were included than when both were included. When both are included, the titanium content is in the range of 0.1% by mass to 9.9% by mass, and the copper content is in the range of 0.5% by mass to 14.9% by mass. The capacity maintenance rate became higher. In particular, in Examples 4-1 to 4-17, the full width at half maximum was 1.00 ° or more.

すなわち、負極活物質にアルミニウム、チタン、バナジウム、クロム、ニオブおよびタンタルからなる群のうちの少なくとも1種を含み、あるいはニッケル、銅、亜鉛、ガリウムおよびインジウムからなる群のうちの少なくとも1種を含み、またはそれらの双方を含むようにすれば、サイクル特性をより向上させることができることが分かった。また、双方の含む場合がより好ましく、その場合にはアルミニウム等の含有量を0.1質量%以上9.9質量%以下とし、ニッケル等の含有量を0.5質量%以上14.9質量%以下とすれば更に好ましいことが分かった。   That is, the negative electrode active material includes at least one member selected from the group consisting of aluminum, titanium, vanadium, chromium, niobium, and tantalum, or includes at least one member selected from the group consisting of nickel, copper, zinc, gallium, and indium. It has been found that the cycle characteristics can be further improved by including both of them. Moreover, the case where both are included is more preferable. In that case, the content of aluminum or the like is 0.1% by mass or more and 9.9% by mass or less, and the content of nickel or the like is 0.5% by mass or more and 14.9% by mass. It has been found that it is more preferable to set it to not more than%.

(実施例5−1〜5−9)
原料として、スズ粉末、鉄粉末、コバルト粉末および炭素粉末と、銀粉末とを用意し、それらの原料比を表7に示したように変化させたことを除き、他は実施例1−1〜1−7と同様にして負極活物質および二次電池を作製した。具体的には、炭素の原料比を18質量%、(Fe+Co)/(Sn+Fe+Co)比を32質量%、Co/(Fe+Co)を50質量%でそれぞれ一定とし、銀の原料比を0.1質量%以上15質量%以下の範囲内で変化させた。負極活物質を作製する場合には、スズ粉末と鉄粉末とコバルト粉末とを合金化してスズ・鉄・コバルト合金粉末を作製したのち、それに炭素粉末および銀粉末を混合した。実施例5−1〜5−9の負極活物質についても、実施例1−1〜1−7と同様にして組成を分析した。この際、銀の含有量についてはICP発光分析で測定した。その結果を表7に示す。また、負極活物質についてX線回折を行い、2θ=41°〜45°の間に見られた回折ピークの半値幅を測定した。その結果も表7に示す。更に、負極活物質をXPSで測定して得られたピークを解析したところ、実施例1−1〜1−7と同様に、表面汚染炭素のピークP2と負極活物質中におけるC1sのピークP3とが得られ、そのピークP3はいずれについても284.5eVよりも低い領域に得られた。すなわち、負極活物質に含まれる炭素の少なくとも一部が他の元素と結合していることが確認された。加えて、また、二次電池についても、実施例1−1〜1−7と同様にして初回充電容量およびサイクル特性を調べた。それらの結果を表7および図14に示す。
(Examples 5-1 to 5-9)
Except that tin powder, iron powder, cobalt powder and carbon powder, and silver powder were prepared as raw materials, and the raw material ratio was changed as shown in Table 7, the other examples were 1-1-1 A negative electrode active material and a secondary battery were produced in the same manner as in 1-7. Specifically, the carbon raw material ratio is constant at 18% by mass, the (Fe + Co) / (Sn + Fe + Co) ratio at 32% by mass, and Co / (Fe + Co) at 50% by mass, respectively. The raw material ratio was changed within the range of 0.1 mass% or more and 15 mass% or less. When producing the negative electrode active material, tin powder, iron powder and cobalt powder were alloyed to produce tin / iron / cobalt alloy powder, and then carbon powder and silver powder were mixed therewith. The composition of the negative electrode active materials of Examples 5-1 to 5-9 was analyzed in the same manner as in Examples 1-1 to 1-7. At this time, the silver content was measured by ICP emission analysis. The results are shown in Table 7. Further, the negative electrode active material was subjected to X-ray diffraction, and the half width of a diffraction peak observed between 2θ = 41 ° and 45 ° was measured. The results are also shown in Table 7. Furthermore, when the peak obtained by measuring the negative electrode active material by XPS was analyzed, as in Examples 1-1 to 1-7, the peak P2 of surface contamination carbon and the peak P3 of C1s in the negative electrode active material The peak P3 was obtained in a region lower than 284.5 eV in all cases. That is, it was confirmed that at least a part of carbon contained in the negative electrode active material was bonded to another element. In addition, for the secondary battery, the initial charge capacity and the cycle characteristics were examined in the same manner as in Examples 1-1 to 1-7. The results are shown in Table 7 and FIG.

Figure 2008293955
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表7および図14から分かるように、銀を含む実施例5−1〜5−9では、それを含まない実施例1−3と比較して、ほぼ同等の初回充電容量を保ちつつ容量維持率が向上した。この場合には、銀の含有量が0.1質量%以上9.9質量%以下の範囲内、更には0.9質量%以上9.9質量%以下の範囲内において、容量維持率がより高くなった。特に、実施例5−1〜5−9では、いずれにおいても半値幅が1.00°以上であった。   As can be seen from Table 7 and FIG. 14, in Examples 5-1 to 5-9 containing silver, the capacity retention rate was maintained while maintaining substantially the same initial charge capacity as compared to Example 1-3 not containing silver. Improved. In this case, when the silver content is in the range of 0.1 mass% to 9.9 mass%, and further in the range of 0.9 mass% to 9.9 mass%, the capacity retention rate is more It became high. In particular, in Examples 5-1 to 5-9, the full width at half maximum was 1.00 ° or more.

すなわち、負極活物質に銀を含むようにすればサイクル特性をより向上させることができると共に、その含有量を0.1質量%以上9.9質量%以下の範囲内、更には0.9質量%以上9.9質量%以下の範囲内とすればより好ましいことが分かった。   That is, if silver is contained in the negative electrode active material, the cycle characteristics can be further improved, and the content thereof is in the range of 0.1 mass% or more and 9.9 mass% or less, and further 0.9 mass. It was found that it was more preferable if it was in the range of not less than% and not more than 9.9% by mass.

(実施例6−1〜6−10)
原料として、スズ粉末、鉄粉末、コバルト粉末および炭素粉末と、銀粉末と、アルミニウム粉末、チタン粉末、バナジウム粉末、クロム粉末、ニオブ粉末およびタンタル粉末と、ニッケル粉末、銅粉末、インジウム粉末、亜鉛粉末およびガリウム粉末とを用い、スズ、鉄、コバルト、炭素、銀、アルミニウム等およびニッケル等の原料比を表8に示したように変化させたことを除き、他は実施例1−1〜1−7と同様にして負極活物質および二次電池を作製した。具体的には、炭素の原料比を18質量%、銀の原料比を1質量%、(Fe+Co)/(Sn+Fe+Co)比を32質量%、Co/(Fe+Co)比を50質量%でそれぞれ一定とし、アルミニウム等およびニッケル等の原料比を適宜変化させた。負極活物質を作製する場合には、スズ粉末と鉄粉末とコバルト粉末とを合金化してスズ・鉄・コバルト合金粉末を作製したのち、それに炭素粉末と銀粉末とアルミニウム粉末等とニッケル粉末等とを混合した。実施例6−1〜6−10の負極活物質についても、実施例1−1〜1−7と同様にして組成を分析した。その結果を表9に示す。また、負極活物質についてX線回折を行い、2θ=41°〜45°の間に見られた回折ピークの半値幅を測定した。その結果を表10に示す。更に、負極活物質をXPSで測定して得られたピークを解析したところ、実施例1−1〜1−7と同様に、表面汚染炭素のピークP2と負極活物質中におけるC1sのピークP3とが得られ、そのピークP3はいずれについても284.5eVよりも低い領域に得られた。すなわち、負極活物質に含まれる炭素の少なくとも一部が他の元素と結合していることが確認された。加えて、二次電池についても、実施例1−1〜1−7と同様にして初回充電容量およびサイクル特性を調べた。それらの結果を表10に示す。
(Examples 6-1 to 6-10)
Raw materials include tin powder, iron powder, cobalt powder and carbon powder, silver powder, aluminum powder, titanium powder, vanadium powder, chromium powder, niobium powder and tantalum powder, nickel powder, copper powder, indium powder and zinc powder. Example 1-1 to 1-1 except that the raw material ratio of tin, iron, cobalt, carbon, silver, aluminum, etc. and nickel was changed as shown in Table 8 In the same manner as in Example 7, a negative electrode active material and a secondary battery were produced. Specifically, the carbon material ratio is 18% by mass, the silver material ratio is 1% by mass, the (Fe + Co) / (Sn + Fe + Co) ratio is 32% by mass, and the Co / (Fe + Co) ratio. Was made constant at 50% by mass, and the ratio of raw materials such as aluminum and nickel was appropriately changed. When producing the negative electrode active material, tin powder, iron powder and cobalt powder are alloyed to produce tin / iron / cobalt alloy powder, and then carbon powder, silver powder, aluminum powder, nickel powder, etc. Were mixed. The compositions of the negative electrode active materials of Examples 6-1 to 6-10 were analyzed in the same manner as in Examples 1-1 to 1-7. The results are shown in Table 9. Further, the negative electrode active material was subjected to X-ray diffraction, and the half width of a diffraction peak observed between 2θ = 41 ° and 45 ° was measured. The results are shown in Table 10. Furthermore, when the peak obtained by measuring the negative electrode active material by XPS was analyzed, as in Examples 1-1 to 1-7, the peak P2 of surface contamination carbon and the peak P3 of C1s in the negative electrode active material The peak P3 was obtained in a region lower than 284.5 eV in all cases. That is, it was confirmed that at least a part of carbon contained in the negative electrode active material was bonded to another element. In addition, for the secondary battery, the initial charge capacity and the cycle characteristics were examined in the same manner as in Examples 1-1 to 1-7. The results are shown in Table 10.

Figure 2008293955
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Figure 2008293955
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Figure 2008293955
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表8〜表10から分かるように、銀、アルミニウム等およびニッケル等を含む実施例6−1〜6−10では、それらを含まない実施例1−3や、銀だけを含む実施例5−3と比較して、ほぼ同等の初回充電容量を保ちつつ容量維持率が向上した。特に、実施例6−1〜6−10では、いずれにおいても半値幅が1.00°以上であった。   As can be seen from Tables 8 to 10, in Examples 6-1 to 6-10 containing silver, aluminum, etc. and nickel, etc., Example 1-3 not containing them, or Example 5-3 containing only silver Compared to, the capacity maintenance rate improved while maintaining almost the same initial charge capacity. In particular, in Examples 6-1 to 6-10, the full width at half maximum was 1.00 ° or more.

すなわち、負極活物質に、銀と、アルミニウム、チタン、バナジウム、クロム、ニオブおよびタンタルからなる群のうちの少なくとも1種と、ニッケル、銅、亜鉛、ガリウムおよびインジウムからなる群のうちの少なくとも1種とを含むようにすれば、サイクル特性をより向上させることができることが分かった。   That is, the negative electrode active material includes at least one selected from the group consisting of silver, aluminum, titanium, vanadium, chromium, niobium, and tantalum, and at least one selected from the group consisting of nickel, copper, zinc, gallium, and indium. It was found that the cycle characteristics can be further improved by including the above.

(実施例7−1〜7−5)
負極活物質を合成する際の反応時間を表11に示したように変化させて、結晶性(半値幅)を変化させたことを除き、他は実施例1−3と同様にして負極活物質および二次電池を作製した。具体的には、炭素の原料比を18質量%、(Fe+Co)/(Sn+Fe+Co)比を32質量%、Co/(Fe+Co)比を50質量%でそれぞれ一定とし、半値幅を1.00°以上とした。
(Examples 7-1 to 7-5)
The negative electrode active material was the same as in Example 1-3, except that the reaction time for synthesizing the negative electrode active material was changed as shown in Table 11 to change the crystallinity (half-value width). And the secondary battery was produced. Specifically, the carbon raw material ratio is constant at 18% by mass, the (Fe + Co) / (Sn + Fe + Co) ratio at 32% by mass, and the Co / (Fe + Co) ratio at 50% by mass, respectively. The half width was set to 1.00 ° or more.

Figure 2008293955
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なお、実施例7−1〜7−5に対する比較例4−1,4−2として、反応時間および半値幅を表11に示したように変化させたことを除き、他は実施例1−3と同様にして負極活物質および二次電池を作製した。   In addition, as Comparative Examples 4-1 and 4-2 with respect to Examples 7-1 to 7-5, except that the reaction time and the half-value width were changed as shown in Table 11, the others were Example 1-3. In the same manner, a negative electrode active material and a secondary battery were produced.

実施例7−1〜7−5および比較例4−1,4−2の負極活物質についても、実施例1−1〜1−7と同様にして負極活物質についてX線回折を行い、2θ=41°〜45°の間に見られた回折ピークの半値幅を測定した。その結果を表11に示す。また、負極活物質をXPSで測定して得られたピークを解析したところ、実施例1−1〜1−7と同様に、表面汚染炭素のピークP2と負極活物質中におけるC1sのピークP3とが得られ、そのピークP3はいずれについても284.5eVよりも低い領域に得られた。すなわち、負極活物質に含まれる炭素の少なくとも一部が他の元素と結合していることが確認された。加えて、二次電池についても、実施例1−1〜1−7と同様にして初回充電容量およびサイクル特性を調べた。それらの結果を表11および図15に示す。   For the negative electrode active materials of Examples 7-1 to 7-5 and Comparative Examples 4-1 and 4-2, X-ray diffraction was performed on the negative electrode active materials in the same manner as in Examples 1-1 to 1-7, and 2θ = The half width of the diffraction peak observed between 41 ° and 45 ° was measured. The results are shown in Table 11. Further, when the peak obtained by measuring the negative electrode active material by XPS was analyzed, as in Examples 1-1 to 1-7, the surface contamination carbon peak P2 and the C1s peak P3 in the negative electrode active material The peak P3 was obtained in a region lower than 284.5 eV in all cases. That is, it was confirmed that at least a part of carbon contained in the negative electrode active material was bonded to another element. In addition, for the secondary battery, the initial charge capacity and the cycle characteristics were examined in the same manner as in Examples 1-1 to 1-7. The results are shown in Table 11 and FIG.

表11および図15から分かるように、半値幅が1.00°以上である実施例7−1〜7−5では、その半値幅が1.00°%未満である比較例5−1,5−2よりも容量維持率および初回充電容量が飛躍的に向上した。   As can be seen from Table 11 and FIG. 15, in Examples 7-1 to 7-5 in which the half width is 1.00 ° or more, Comparative Examples 5-1 and 5 in which the half width is less than 1.00 °%. The capacity maintenance rate and the initial charge capacity improved dramatically compared to -2.

すなわち、半値幅を1.0°以上とすれば、容量およびサイクル特性を向上させることができることが分かった。   That is, it was found that the capacity and cycle characteristics can be improved if the half width is 1.0 ° or more.

これらのことから、表1〜表11、図8および図10〜図15に示した結果から明らかなように、負極活物質がリチウムなどと反応可能である反応相を有し、その負極活物質のX線回折により得られる回折ピーク(回折角2θが41°以上45°以下の間に見られるピーク)の半値幅が1.0°以上であると共に、負極活物質が構成元素としてスズと鉄とコバルトと炭素とを少なくとも含み、炭素の含有量が11.9質量%以上29.7質量%以下、スズと鉄とコバルトとの合計に対する鉄とコバルトとの合計の割合が26.4質量%以上48.5質量%以下、鉄とコバルトとの合計に対するコバルトの割合が9.9質量%以上79.5質量%以下であれば、容量およびサイクル特性が向上することが確認された。   From these, as is clear from the results shown in Tables 1 to 11, FIG. 8, and FIGS. 10 to 15, the negative electrode active material has a reaction phase capable of reacting with lithium and the like, and the negative electrode active material The half-value width of a diffraction peak obtained by X-ray diffraction (a peak seen when the diffraction angle 2θ is between 41 ° and 45 °) is 1.0 ° or more, and the negative electrode active material is tin and iron as constituent elements And cobalt and carbon at least, the carbon content is 11.9 mass% or more and 29.7 mass% or less, and the total ratio of iron and cobalt to the total of tin, iron and cobalt is 26.4 mass% When the ratio of cobalt to the total of iron and cobalt is 9.9 mass% or more and 79.5 mass% or less, the capacity and cycle characteristics are confirmed to be improved.

以上、実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記した実施の形態および実施例において説明した態様に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、上記した実施の形態および実施例では、二次電池の種類として、負極の容量がリチウムの吸蔵および放出に伴う容量により表されるリチウムイオン二次電池について説明したが、必ずしもそれに限られるものではない。本発明の二次電池は、リチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料の充電容量を正極の充電容量よりも小さくすることにより、負極の容量がリチウムの吸蔵および放出に伴う容量とリチウムの析出および溶解に伴う容量とを含み、かつ、それらの容量の和により表される二次電池についても同様に適用可能である。   The present invention has been described with reference to the embodiments and examples. However, the present invention is not limited to the embodiments described in the above embodiments and examples, and various modifications can be made. For example, in the above-described embodiments and examples, the lithium ion secondary battery in which the capacity of the negative electrode is represented by the capacity associated with insertion and extraction of lithium is described as the type of the secondary battery. is not. In the secondary battery of the present invention, the negative electrode material capable of occluding and releasing lithium has a smaller charge capacity than that of the positive electrode, so that the capacity of the negative electrode is less than the capacity associated with the insertion and removal of lithium. The present invention can be similarly applied to a secondary battery including a capacity accompanying precipitation and dissolution and represented by the sum of the capacities.

また、上記した実施の形態および実施例では、電池構造が円筒型、ラミネートフィルム型、シート型あるいはコイン型である場合や、素子構造が巻回構造である二次電池を具体的に挙げて説明したが、本発明の二次電池は、ボタン型あるいは角型などの他の電池構造を有する二次電池や、正極および負極を複数積層した積層構造などの他の素子構造を有する二次電池についても同様に適用することができる。   Further, in the above-described embodiments and examples, a case where the battery structure is a cylindrical type, a laminate film type, a sheet type or a coin type, or a secondary battery whose element structure is a wound structure will be specifically described. However, the secondary battery of the present invention is a secondary battery having another battery structure such as a button type or a square type, or a secondary battery having another element structure such as a laminated structure in which a plurality of positive and negative electrodes are stacked. Can be applied similarly.

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

また、上記した実施の形態および実施例では、本発明の負極活物質あるいは二次電池における炭素の含有量について、実施例の結果から導き出された適正範囲を説明しているが、その説明は、含有量が上記した範囲外となる可能性を完全に否定するものではない。すなわち、上記した適正範囲は、あくまで本発明の効果を得る上で特に好ましい範囲であり、本発明の効果が得られるのであれば、含有量が上記した範囲から多少外れてもよい。このことは、上記した炭素の含有量に限らず、X線回折により得られる回折ピーク(回折角2θが41°以上45°以下の間に見られるピーク)の半値幅、スズと鉄とコバルトとの合計に対する鉄とコバルトとの合計の割合、鉄とコバルトとの合計に対するコバルトの割合、アルミニウム等の含有量、ニッケル等の含有量および銀の含有量などについても同様である。   Further, in the above-described embodiments and examples, the carbon content in the negative electrode active material or the secondary battery of the present invention is described with respect to the appropriate range derived from the results of the examples. The possibility that the content is outside the above range is not completely denied. In other words, the appropriate range described above is a particularly preferable range for obtaining the effect of the present invention, and the content may be slightly deviated from the above range as long as the effect of the present invention is obtained. This is not limited to the above-described carbon content, but the half-value width of a diffraction peak obtained by X-ray diffraction (a peak seen when the diffraction angle 2θ is between 41 ° and 45 °), tin, iron, and cobalt. The same applies to the ratio of the total of iron and cobalt to the total of the above, the ratio of cobalt to the total of iron and cobalt, the content of aluminum, the content of nickel, the content of silver, and the like.

本発明の一実施の形態に係る第1の二次電池の構成を表す断面図である。It is sectional drawing showing the structure of the 1st secondary battery which concerns on one embodiment of this invention. 図1に示した巻回電極体の一部を拡大して表す断面図である。It is sectional drawing which expands and represents a part of winding electrode body shown in FIG. 本発明の一実施の形態に係る第2の二次電池の構成を表す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view showing the structure of the 2nd secondary battery which concerns on one embodiment of this invention. 図3に示した巻回電極体のIV−IV線に沿った構成を表す断面図である。It is sectional drawing showing the structure along the IV-IV line of the wound electrode body shown in FIG. 本発明の一実施の形態に係る第3の二次電池の構成を表す断面図である。It is sectional drawing showing the structure of the 3rd secondary battery which concerns on one embodiment of this invention. 実施例で作製した負極活物質についてX線光電子分光法により得られたピークの一例を表す図である。It is a figure showing an example of the peak obtained by the X ray photoelectron spectroscopy about the negative electrode active material produced in the Example. 実施例で作製したコイン型の二次電池の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the coin-type secondary battery produced in the Example. 負極活物質における炭素の含有量と容量維持率および初回充電容量との関係を表す特性図である。It is a characteristic view showing the relationship between the carbon content in the negative electrode active material, the capacity retention rate, and the initial charge capacity. 比較例で作製した負極活物質についてX線光電子分光法により得られたピークの一例を表す図である。It is a figure showing an example of the peak obtained by the X ray photoelectron spectroscopy about the negative electrode active material produced by the comparative example. 負極活物質におけるスズと鉄とコバルトとの合計に対する鉄とコバルトとの合計の割合と容量維持率および初回充電容量との関係を表す特性図である。It is a characteristic view showing the relationship between the ratio of the sum total of iron and cobalt with respect to the sum total of tin, iron, and cobalt in a negative electrode active material, a capacity retention, and initial charge capacity. 負極活物質における鉄とコバルトとの合計に対するコバルトの割合と容量維持率および初回充電容量との関係を表す特性図である。It is a characteristic view showing the relationship between the ratio of the cobalt with respect to the sum total of iron and cobalt in a negative electrode active material, a capacity | capacitance maintenance factor, and initial stage charge capacity. 負極活物質におけるチタンの含有量と容量維持率および初回充電容量との関係を表す特性図である。It is a characteristic view showing the relationship between the content of titanium in the negative electrode active material, the capacity retention rate, and the initial charge capacity. 負極活物質における銅の含有量と容量維持率および初回充電容量との関係を表す特性図である。It is a characteristic view showing the relationship between the copper content in the negative electrode active material, the capacity retention rate, and the initial charge capacity. 負極活物質における銀の含有量と容量維持率および初回充電容量との関係を表す特性図である。It is a characteristic view showing the relationship between the silver content in the negative electrode active material, the capacity retention rate, and the initial charge capacity. X線回折により得られる回折ピークの半値幅と容量維持率および初回充電容量との関係を表す特性図である。It is a characteristic view showing the relationship between the half value width of the diffraction peak obtained by X-ray diffraction, a capacity | capacitance maintenance factor, and initial charge capacity.

符号の説明Explanation of symbols

11…電池缶、12,13…絶縁板、14…電池蓋、15…安全弁機構、15A…ディスク板、16…熱感抵抗素子、17,66…ガスケット、20,30…巻回電極体、21,33,52…正極、21A,33A,52A…正極集電体、21B,33B,52B…正極活物質層、22,34,54…負極、22A,34A,54A…負極集電体、22B,34B,54B…負極活物質層、23,35,65…セパレータ、24…センターピン、25,31,51…正極リード、26,32,53…負極リード、36,55…電解質層、37…保護テープ、40,56…外装部材、41…密着フィルム、50…電極体、61…試験極、62…正極缶、63…対極、64…負極缶。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Battery can, 12, 13 ... Insulation board, 14 ... Battery cover, 15 ... Safety valve mechanism, 15A ... Disc board, 16 ... Heat sensitive resistance element, 17, 66 ... Gasket, 20, 30 ... Winding electrode body, 21 , 33, 52 ... positive electrode, 21A, 33A, 52A ... positive electrode current collector, 21B, 33B, 52B ... positive electrode active material layer, 22, 34, 54 ... negative electrode, 22A, 34A, 54A ... negative electrode current collector, 22B, 34B, 54B ... negative electrode active material layer, 23, 35, 65 ... separator, 24 ... center pin, 25, 31, 51 ... positive electrode lead, 26, 32, 53 ... negative electrode lead, 36, 55 ... electrolyte layer, 37 ... protection Tape, 40, 56 ... exterior member, 41 ... adhesion film, 50 ... electrode body, 61 ... test electrode, 62 ... positive electrode can, 63 ... counter electrode, 64 ... negative electrode can.

Claims (20)

構成元素として、スズ(Sn)と、鉄(Fe)と、コバルト(Co)と、炭素(C)とを少なくとも含み、
炭素の含有量は11.9質量%以上29.7質量%以下であり、スズと鉄とコバルトとの合計に対する鉄とコバルトとの合計の割合は26.4質量%以上48.5質量%以下であり、鉄とコバルトとの合計に対するコバルトの割合は9.9質量%以上79.5質量%以下であり、
電極反応物質と反応可能である反応相を有し、
X線回折により得られる回折ピーク(回折角2θが41°以上45°以下の間に見られるピーク)の半値幅は1.0°以上である
ことを特徴とする負極活物質。
As a constituent element, at least tin (Sn), iron (Fe), cobalt (Co), and carbon (C) are included,
The carbon content is 11.9 mass% or more and 29.7 mass% or less, and the ratio of the total of iron and cobalt to the total of tin, iron and cobalt is 26.4 mass% or more and 48.5 mass% or less. The ratio of cobalt to the total of iron and cobalt is 9.9 mass% or more and 79.5 mass% or less,
Having a reaction phase capable of reacting with the electrode reactant,
A negative electrode active material, wherein a half-value width of a diffraction peak obtained by X-ray diffraction (a peak observed when a diffraction angle 2θ is between 41 ° and 45 °) is 1.0 ° or more.
X線光電子分析法により284.5eVよりも低い領域に炭素の1sピークが得られることを特徴とする請求項1記載の負極活物質。   The negative electrode active material according to claim 1, wherein a 1s peak of carbon is obtained in a region lower than 284.5 eV by X-ray photoelectron analysis. 更に、構成元素として、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、クロム(Cr)、ニオブ(Nb)およびタンタル(Ta)からなる群のうちの少なくとも1種を含むことを特徴とする請求項1記載の負極活物質。   Furthermore, as a constituent element, at least one selected from the group consisting of aluminum (Al), titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), niobium (Nb) and tantalum (Ta) is included. The negative electrode active material according to claim 1. 更に、構成元素として、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、ガリウム(Ga)およびインジウム(In)からなる群のうちの少なくとも1種を含むことを特徴とする請求項1記載の負極活物質。   The constituent element further includes at least one selected from the group consisting of nickel (Ni), copper (Cu), zinc (Zn), gallium (Ga) and indium (In). Negative electrode active material. 更に、構成元素として、アルミニウム、チタン、バナジウム、クロム、ニオブおよびタンタルからなる群のうちの少なくとも1種と、ニッケル、銅、亜鉛、ガリウムおよびインジウムからなる群のうちの少なくとも1種とを含むことを特徴とする請求項1記載の負極活物質。   Furthermore, as a constituent element, at least one selected from the group consisting of aluminum, titanium, vanadium, chromium, niobium and tantalum and at least one selected from the group consisting of nickel, copper, zinc, gallium and indium are included. The negative electrode active material according to claim 1, wherein: アルミニウム、チタン、バナジウム、クロム、ニオブおよびタンタルからなる群のうちの少なくとも1種の含有量は、0.1質量%以上9.9質量%以下であることを特徴とする請求項5記載の負極活物質。   6. The negative electrode according to claim 5, wherein the content of at least one member selected from the group consisting of aluminum, titanium, vanadium, chromium, niobium and tantalum is 0.1% by mass or more and 9.9% by mass or less. Active material. ニッケル、銅、亜鉛、ガリウムおよびインジウムからなる群のうちの少なくとも1種の含有量は、0.5質量%以上14.9質量%以下であることを特徴とする請求項5記載の負極活物質。   6. The negative electrode active material according to claim 5, wherein the content of at least one member selected from the group consisting of nickel, copper, zinc, gallium and indium is 0.5% by mass or more and 14.9% by mass or less. . 更に、構成元素として、銀(Ag)を含むことを特徴とする請求項1記載の負極活物質。   Furthermore, silver (Ag) is contained as a structural element, The negative electrode active material of Claim 1 characterized by the above-mentioned. 銀の含有量は、0.1質量%以上9.9質量%以下であることを特徴とする請求項8記載の負極活物質。   The negative electrode active material according to claim 8, wherein the silver content is 0.1 mass% or more and 9.9 mass% or less. 更に、構成元素として、アルミニウム、チタン、バナジウム、クロム、ニオブおよびタンタルからなる群のうちの少なくとも1種と、ニッケル、銅、亜鉛、ガリウムおよびインジウムからなる群のうちの少なくとも1種と、銀とを含むことを特徴とする請求項1記載の負極活物質。   Furthermore, as a constituent element, at least one selected from the group consisting of aluminum, titanium, vanadium, chromium, niobium and tantalum, at least one selected from the group consisting of nickel, copper, zinc, gallium and indium, and silver The negative electrode active material according to claim 1, comprising: 正極および負極と共に電解質を備えた二次電池であって、
前記負極は、構成元素としてスズと鉄とコバルトと炭素とを少なくとも含む負極活物質を含有し、
前記負極活物質における炭素の含有量は11.9質量%以上29.7質量%以下であり、スズと鉄とコバルトとの合計に対する鉄とコバルトとの合計の割合は26.4質量%以上48.5質量%以下であり、鉄とコバルトとの合計に対するコバルトの割合は9.9質量%以上79.5質量%以下であり、
前記負極活物質は、電極反応物質と反応可能である反応相を有し、
前記負極活物質のX線回折により得られる回折ピーク(回折角2θが41°以上45°以下の間に見られるピーク)の半値幅は1.0°以上である
ことを特徴とする二次電池。
A secondary battery comprising an electrolyte together with a positive electrode and a negative electrode,
The negative electrode contains a negative electrode active material containing at least tin, iron, cobalt and carbon as constituent elements,
The carbon content in the negative electrode active material is 11.9% by mass or more and 29.7% by mass or less, and the ratio of the total of iron and cobalt to the total of tin, iron and cobalt is 26.4% by mass or more and 48%. 0.5% by mass or less, and the ratio of cobalt to the total of iron and cobalt is 9.9% by mass or more and 79.5% by mass or less.
The negative electrode active material has a reaction phase capable of reacting with an electrode reactant,
A secondary battery characterized in that a half-value width of a diffraction peak obtained by X-ray diffraction of the negative electrode active material (a peak seen when a diffraction angle 2θ is between 41 ° and 45 °) is 1.0 ° or more. .
X線光電子分析法により284.5eVよりも低い領域に炭素の1sピークが得られることを特徴とする請求項11記載の二次電池。   The secondary battery according to claim 11, wherein a 1 s peak of carbon is obtained in a region lower than 284.5 eV by X-ray photoelectron analysis. 前記負極活物質は、更に、構成元素として、アルミニウム、チタン、バナジウム、クロム、ニオブおよびタンタルからなる群のうちの少なくとも1種を含むことを特徴とする請求項11記載の二次電池。   The secondary battery according to claim 11, wherein the negative electrode active material further includes at least one selected from the group consisting of aluminum, titanium, vanadium, chromium, niobium, and tantalum as a constituent element. 前記負極活物質は、更に、構成元素として、ニッケル、銅、亜鉛、ガリウムおよびインジウムからなる群のうちの少なくとも1種を含むことを特徴とする請求項11記載の二次電池。   The secondary battery according to claim 11, wherein the negative electrode active material further includes at least one selected from the group consisting of nickel, copper, zinc, gallium, and indium as a constituent element. 前記負極活物質は、更に、構成元素として、アルミニウム、チタン、バナジウム、クロム、ニオブおよびタンタルからなる群のうちの少なくとも1種と、ニッケル、銅、亜鉛、ガリウムおよびインジウムからなる群のうちの少なくとも1種とを含むことを特徴とする請求項11記載の二次電池。   The negative electrode active material further includes, as a constituent element, at least one selected from the group consisting of aluminum, titanium, vanadium, chromium, niobium, and tantalum, and at least one selected from the group consisting of nickel, copper, zinc, gallium, and indium. The secondary battery according to claim 11, comprising one type. 前記負極活物質におけるアルミニウム、チタン、バナジウム、クロム、ニオブおよびタンタルからなる群のうちの少なくとも1種の含有量は、0.1質量%以上9.9質量%以下であることを特徴とする請求項15記載の二次電池。   The content of at least one member selected from the group consisting of aluminum, titanium, vanadium, chromium, niobium, and tantalum in the negative electrode active material is 0.1% by mass or more and 9.9% by mass or less. Item 16. A secondary battery according to Item 15. 前記負極活物質におけるニッケル、銅、亜鉛、ガリウムおよびインジウムからなる群のうちの少なくとも1種の含有量は、0.5質量%以上14.9質量%以下であることを特徴とする請求項15記載の二次電池。   The content of at least one member selected from the group consisting of nickel, copper, zinc, gallium, and indium in the negative electrode active material is 0.5% by mass or more and 14.9% by mass or less. The secondary battery as described. 前記負極活物質は、更に、構成元素として、銀を含むことを特徴とする請求項11記載の二次電池。   The secondary battery according to claim 11, wherein the negative electrode active material further contains silver as a constituent element. 前記負極活物質における銀の含有量は、0.1質量%以上9.9質量%以下であることを特徴とする請求項18記載の二次電池。   The secondary battery according to claim 18, wherein a content of silver in the negative electrode active material is 0.1% by mass or more and 9.9% by mass or less. 前記負極活物質は、更に、構成元素として、アルミニウム、チタン、バナジウム、クロム、ニオブおよびタンタルからなる群のうちの少なくとも1種と、ニッケル、銅、亜鉛、ガリウムおよびインジウムからなる群のうちの少なくとも1種と、銀とを含むことを特徴とする請求項11記載の二次電池。   The negative electrode active material further includes, as a constituent element, at least one selected from the group consisting of aluminum, titanium, vanadium, chromium, niobium, and tantalum, and at least one selected from the group consisting of nickel, copper, zinc, gallium, and indium. The secondary battery according to claim 11, comprising one type and silver.
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