JP2009110799A - Battery - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a battery that obtains excellent cycle characteristics and swelling characteristics. <P>SOLUTION: The battery includes a negative electrode 21, an positive electrode 22 and an electrolyte solution as well, and the electrolyte solution is impregnated into the separator 23 which is arranged between the negative electrode 21 and the positive electrode 22. An positive electrode active material layer 22B of the positive electrode contains a plurality of positive electrode active material particles and the positive electrode active material particle contains silicon and a multilayer structure inside the particle. The electrolyte solution contains cyclic carbonic acid ester which has halogen as a solvent, tetrafluoroborate lithium as an electrolyte salt, and a unsymmetrical ester compound which, while having a methyl group at one end, has an alkyl group (carbon number =2-4) at the other end. Since the electrolyte solution becomes hard to be decomposed even if charging/discharging is repeated, a discharging capacity becomes hard to be reduced and a secondary battery becomes hard to swell. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、正極および負極と共に電解液を備えた電池に関する。   The present invention relates to a battery including an electrolyte solution together with a positive electrode and a negative electrode.

近年、カメラ一体型VTR(video tape recorder)、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広く普及しており、その小型化、軽量化および長寿命化が強く求められている。これに伴い、電源として、電池、特に軽量で高エネルギー密度を得ることが可能な二次電池の開発が進められている。   In recent years, portable electronic devices such as a camera-integrated VTR (video tape recorder), a mobile phone, or a laptop computer have been widely used, and there is a strong demand for miniaturization, weight reduction, and long life. Accordingly, as a power source, development of a battery, in particular, a secondary battery that is lightweight and capable of obtaining a high energy density is in progress.

中でも、充放電反応にリチウム(Li)の吸蔵および放出を利用する二次電池(いわゆるリチウムイオン二次電池)は、鉛電池やニッケルカドミウム電池よりも高いエネルギー密度が得られるため、大いに期待されている。   Among them, secondary batteries (so-called lithium ion secondary batteries) that use lithium (Li) occlusion and release for charge / discharge reactions are highly expected because they can obtain higher energy density than lead batteries and nickel cadmium batteries. Yes.

このリチウムイオン二次電池としては、正極の正極活物質としてリチウムと遷移金属元素とを含む複合酸化物を用い、負極の負極活物質として炭素材料を用い、電解液の溶媒として炭酸エステルを用いるものが知られている。炭酸エステルは水や他の有機溶剤よりも優れた耐酸化性および耐還元性を有するため、高電圧が得られる。これにより、水系電池であるニッケル水素電池よりも高いエネルギー密度が得られるため、高容量が得られる。   In this lithium ion secondary battery, a composite oxide containing lithium and a transition metal element is used as a positive electrode active material of a positive electrode, a carbon material is used as a negative electrode active material of a negative electrode, and a carbonate is used as a solvent of an electrolytic solution. It has been known. Since carbonate ester has better oxidation resistance and reduction resistance than water and other organic solvents, a high voltage can be obtained. Thereby, since a higher energy density is obtained than the nickel-metal hydride battery which is a water-based battery, a high capacity can be obtained.

最近では、ポータブル電子機器の高性能化および多機能化に伴って電池容量のさらなる向上が求められていることから、負極活物質として、黒鉛などの炭素材料に代えてケイ素やスズなどを用いることが検討されている。ケイ素の理論容量(4199mAh/g)やスズの理論容量(994mAh/g)は黒鉛の理論容量(372mAh/g)よりも格段に大きいため、電池容量の大幅な向上を期待できるからである。   In recent years, there has been a demand for further improvements in battery capacity as portable electronic devices become more sophisticated and multifunctional, so as a negative electrode active material, silicon or tin is used instead of carbon materials such as graphite. Is being considered. This is because the theoretical capacity of silicon (4199 mAh / g) and the theoretical capacity of tin (994 mAh / g) are much larger than the theoretical capacity of graphite (372 mAh / g), so that a significant improvement in battery capacity can be expected.

負極活物質としてケイ素等を用いた場合において、二次電池のサイクル特性を向上させるためには、負極活物質の厚さを薄くすればよい。充放電時に負極活物質が膨張および収縮しにくくなるからである。この場合には、負極活物質の厚さが薄いと、二次電池の容量が不足するため、その容量を稼ぐために、負極活物質を積層させる必要がある。   When silicon or the like is used as the negative electrode active material, the thickness of the negative electrode active material may be reduced in order to improve the cycle characteristics of the secondary battery. This is because the negative electrode active material is less likely to expand and contract during charge / discharge. In this case, if the thickness of the negative electrode active material is small, the capacity of the secondary battery is insufficient. Therefore, in order to increase the capacity, it is necessary to stack the negative electrode active material.

ところが、負極活物質を積層させると、サイクル特性が低下してしまう。階層間に界面が生じて負極活物質の表面積が増大するため、充電時にリチウムを吸蔵した負極活物質が高活性になった際に、その表面において電解液が分解しやすくなるからである。しかも、電解液が分解すると、その分解時に発生したガスの影響を受けて二次電池が膨れやすくなるため、サイクル特性だけでなく膨れ特性も低下してしまう。この二次電池の膨れは、高温環境中において顕著となる。   However, when the negative electrode active material is laminated, the cycle characteristics deteriorate. This is because an interface is generated between the layers and the surface area of the negative electrode active material is increased, so that when the negative electrode active material that occludes lithium at the time of charging becomes highly active, the electrolyte is easily decomposed on the surface. In addition, when the electrolytic solution is decomposed, the secondary battery is easily swelled due to the influence of the gas generated at the time of decomposition, so that not only the cycle characteristics but also the swell characteristics are deteriorated. The swelling of the secondary battery becomes remarkable in a high temperature environment.

特に、ケイ素は反応性が高いため、電解液の溶媒(低粘度溶媒)として高反応性の炭酸ジメチルを用いると、充放電時にガスが発生しやすくなるため、膨れ特性の低下を招く。そこで、二次電池の膨れを抑制するために、低粘度溶媒として低反応性の炭酸ジエチルが広く用いられている。ところが、低粘度溶媒であるとはいっても炭酸ジエチルの粘度は炭酸ジメチルよりも高く、電解液の抵抗が高くなるため、膨れ特性が改善される一方で、サイクル特性が低下してしまう。   In particular, since silicon is highly reactive, if highly reactive dimethyl carbonate is used as the solvent (low viscosity solvent) of the electrolyte solution, gas is easily generated during charging and discharging, leading to a decrease in swelling characteristics. Therefore, in order to suppress swelling of the secondary battery, low-reactivity diethyl carbonate is widely used as a low-viscosity solvent. However, even though it is a low-viscosity solvent, diethyl carbonate has a higher viscosity than dimethyl carbonate and the resistance of the electrolytic solution is increased, so that the swollenness characteristics are improved, while the cycle characteristics are degraded.

これらの二次電池に関する諸問題を解決するために、さまざまな工夫がなされている。具体的には、二次電池の諸性能を落とすことなく安全性を向上させるために、 負極活物質としてケイ素を用いる場合に、電解液の溶媒としてフルオロエチレンカーボネートおよび鎖状エステル系溶媒を用い、電解質塩として六フッ化リン酸リチウムや四フッ化ホウ酸リチウムを用いる技術が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
特表2007−504628号公報
Various solutions have been made to solve various problems relating to these secondary batteries. Specifically, in order to improve safety without degrading various performances of the secondary battery, when using silicon as the negative electrode active material, fluoroethylene carbonate and a chain ester solvent are used as the solvent of the electrolytic solution, A technique using lithium hexafluorophosphate or lithium tetrafluoroborate as an electrolyte salt has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
Special table 2007-504628

近年、ポータブル電子機器は益々高性能化および多機能化しており、その消費電力も増大する傾向にあるため、二次電池の充放電が頻繁に繰り返され、そのサイクル特性が低下しやすい状況にある。また、ポータブル電子機器は多岐分野に渡って広く普及しており、二次電池が輸送時、使用時あるいは携帯時などにおいて高温雰囲気中に晒される可能性があるため、二次電池が膨れやすい状況にある。これらのことから、二次電池のサイクル特性および膨れ特性に関して、より一層の向上が望まれている。   In recent years, portable electronic devices have become more sophisticated and multifunctional, and their power consumption tends to increase. Therefore, charging and discharging of secondary batteries are frequently repeated, and their cycle characteristics are likely to deteriorate. . In addition, portable electronic devices are widely used in a wide range of fields, and secondary batteries can be exposed to high-temperature atmosphere during transportation, use or carrying, etc. It is in. From these things, further improvement is desired regarding the cycle characteristics and swelling characteristics of the secondary battery.

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、優れたサイクル特性および膨れ特性を得ることが可能な電池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 battery capable of obtaining excellent cycle characteristics and swelling characteristics.

本発明の電池は、正極および負極と共に電解液を備えた電池であって、負極が、複数の負極活物質粒子を含む負極活物質層を有し、負極活物質粒子が、電極反応物質を吸蔵および放出することが可能であると共に金属元素および半金属元素のうちの少なくとも1種を有する材料を含有し、かつ、粒子内に多層構造を有し、電解液が、化1で表されるハロゲンを有する環状炭酸エステルを含有する溶媒と、四フッ化ホウ酸リチウムを含有する電解質塩と、化2で表されるエステル化合物とを含むものである。   The battery of the present invention is a battery including an electrolyte solution together with a positive electrode and a negative electrode, wherein the negative electrode has a negative electrode active material layer including a plurality of negative electrode active material particles, and the negative electrode active material particles occlude an electrode reactant. And a halogen that is capable of being released and contains a material having at least one of a metal element and a metalloid element, and has a multilayer structure in the particle, wherein the electrolyte is represented by chemical formula 1 A solvent containing a cyclic carbonate having a salt, an electrolyte salt containing lithium tetrafluoroborate, and an ester compound represented by Chemical Formula 2.

Figure 2009110799
(R11〜R14は水素基、ハロゲン基、アルキル基あるいはハロゲン化アルキル基であり、それらのうちの少なくとも1つはハロゲン基あるいはハロゲン化アルキル基である。)
Figure 2009110799
(R11 to R14 are a hydrogen group, a halogen group, an alkyl group or a halogenated alkyl group, and at least one of them is a halogen group or a halogenated alkyl group.)

Figure 2009110799
(R21は炭素数が2以上4以下のアルキル基である。)
Figure 2009110799
(R21 is an alkyl group having 2 to 4 carbon atoms.)

本発明の電池によれば、負極の負極活物質粒子が、電極反応物質を吸蔵および放出することが可能であると共に金属元素および半金属元素のうちの少なくとも1種を有する材料を含有し、かつ、粒子内に多層構造を有する場合に、電解液が、化1に示したハロゲンを有する環状炭酸エステルを含有する溶媒と、四フッ化ホウ酸リチウムを含有する電解質塩と、化2に示したエステル化合物とを含んでいる。この場合には、上記した全ての条件を満たしていない場合と比較して、充放電を繰り返しても電解液が分解しにくくなるため、放電容量が低下しにくくなると共に二次電池が膨れにくくなる。したがって、優れたサイクル特性および膨れ特性を得ることができる。   According to the battery of the present invention, the negative electrode active material particles of the negative electrode can contain and release the electrode reactant, and contain a material having at least one of a metal element and a metalloid element, and In the case where the particles have a multilayer structure, the electrolytic solution is a solvent containing a cyclic carbonate having a halogen shown in Chemical formula 1, an electrolyte salt containing lithium tetrafluoroborate, and a chemical formula shown in Chemical formula 2 And an ester compound. In this case, as compared with the case where all the above-mentioned conditions are not satisfied, the electrolytic solution is not easily decomposed even after repeated charging and discharging, so that the discharge capacity is hardly reduced and the secondary battery is not easily swollen. . Therefore, excellent cycle characteristics and swelling characteristics can be obtained.

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.

[第1の実施の形態] [First Embodiment]

図1および図2は第1の実施の形態に係る電池の断面構成を表しており、図2では図1に示したII−II線に沿った断面を示している。ここで説明する電池は、例えば、負極22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基づいて表されるリチウムイオン二次電池である。   1 and 2 show a cross-sectional configuration of the battery according to the first embodiment, and FIG. 2 shows a cross section taken along line II-II shown in FIG. The battery described here is, for example, a lithium ion secondary battery in which the capacity of the negative electrode 22 is expressed based on insertion and extraction of lithium as an electrode reactant.

この二次電池は、主に、電池缶11の内部に、扁平な巻回構造を有する電池素子20が収納されたものである。電池缶11は、例えば、角型の外装部材である。この角型の外装部材とは、図2に示したように、長手方向における断面が矩形型あるいは略矩形型(一部に曲線を含む)の形状を有するものであり、矩形状の角型電池だけでなくオーバル形状の角型電池も構成するものである。すなわち、角型の外装部材とは、矩形状あるいは円弧を直線で結んだ略矩形状(長円形状)の開口部を有する有底矩形型あるいは有底長円形状型の器状部材である。なお、図2では、電池缶11が矩形型の断面形状を有する場合を示している。この電池缶11を用いた電池構造は、角型と呼ばれている。   In the secondary battery, a battery element 20 having a flat winding structure is mainly accommodated in a battery can 11. The battery can 11 is, for example, a square exterior member. As shown in FIG. 2, the square-shaped exterior member has a rectangular or substantially rectangular cross section in a longitudinal direction (including a curve in part), and is a rectangular prismatic battery. In addition to this, an oval prismatic battery is also configured. That is, the square-shaped exterior member is a bottomed rectangular type or bottomed oval shaped vessel-like member having a rectangular shape or a substantially rectangular shape (oval shape) obtained by connecting arcs with straight lines. FIG. 2 shows a case where the battery can 11 has a rectangular cross-sectional shape. The battery structure using the battery can 11 is called a square shape.

この電池缶11は、例えば、鉄、アルミニウム(Al)、あるいはそれらの合金を含有する金属材料によって構成された金属缶であり、電極端子としての機能を有していてもよい。この場合には、充放電時に電池缶11の固さ(変形しにくさ)を利用して二次電池の膨れを抑えるために、アルミニウムよりも固い鉄が好ましい。電池缶11が鉄によって構成される場合には、例えば、ニッケルなどの鍍金が施されていてもよい。   The battery can 11 is a metal can made of, for example, a metal material containing iron, aluminum (Al), or an alloy thereof, and may have a function as an electrode terminal. In this case, iron that is harder than aluminum is preferable in order to suppress swelling of the secondary battery by utilizing the hardness (hardness of deformation) of the battery can 11 during charging and discharging. When the battery can 11 is made of iron, for example, a plating such as nickel may be applied.

また、電池缶11は、一端部が閉鎖されると共に他端部が開放された中空構造を有しており、その開放端部に絶縁板12および電池蓋13が取り付けられて密閉されている。絶縁板12は、電池素子20と電池蓋13との間に、その電池素子20の巻回周面に対して垂直に配置されており、例えば、ポリプロピレンなどによって構成されている。電池蓋13は、例えば、電池缶11と同様の材料によって構成されており、それと同様に電極端子としての機能を有していてもよい。   The battery can 11 has a hollow structure in which one end is closed and the other end is opened, and an insulating plate 12 and a battery lid 13 are attached to the open end to be sealed. The insulating plate 12 is disposed between the battery element 20 and the battery lid 13 so as to be perpendicular to the winding peripheral surface of the battery element 20, and is made of, for example, polypropylene. The battery lid 13 is made of, for example, the same material as that of the battery can 11 and may have a function as an electrode terminal in the same manner.

電池蓋13の外側には、正極端子となる端子板14が設けられており、その端子板14は、絶縁ケース16を介して電池蓋13から電気的に絶縁されている。この絶縁ケース16は、例えば、ポリブチレンテレフタレートなどによって構成されている。また、電池蓋13のほぼ中央には貫通孔が設けられており、その貫通孔には、端子板14と電気的に接続されると共にガスケット17を介して電池蓋13から電気的に絶縁されるように正極ピン15が挿入されている。このガスケット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。   A terminal plate 14 serving as a positive terminal is provided outside the battery lid 13, and the terminal plate 14 is electrically insulated from the battery lid 13 through an insulating case 16. The insulating case 16 is made of, for example, polybutylene terephthalate. In addition, a through hole is provided at substantially the center of the battery cover 13, and the through hole is electrically connected to the terminal plate 14 and electrically insulated from the battery cover 13 through the gasket 17. Thus, the positive electrode pin 15 is inserted. The gasket 17 is made of, for example, an insulating material, and asphalt is applied to the surface thereof.

電池蓋13の周縁付近には、開裂弁18および注入孔19が設けられている。開裂弁18は、電池蓋13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起因して電池の内圧が一定以上となった場合に、電池蓋13から切り離されて内圧を開放するようになっている。注入孔19は、例えば、ステンレス鋼球からなる封止部材19Aによって塞がれている。   In the vicinity of the periphery of the battery lid 13, a cleavage valve 18 and an injection hole 19 are provided. The cleavage valve 18 is electrically connected to the battery lid 13 and is disconnected from the battery lid 13 to reduce the internal pressure when the internal pressure of the battery exceeds a certain level due to an internal short circuit or external heating. It is designed to be opened. The injection hole 19 is closed by a sealing member 19A made of, for example, a stainless steel ball.

電池素子20は、セパレータ23を介して正極21と負極22とが積層されてから巻回されたものであり、電池缶11の形状に応じて扁平状になっている。正極21の端部(例えば内終端部)にはアルミニウムなどによって構成された正極リード24が取り付けられており、負極22の端部(例えば外終端部)にはニッケルなどによって構成された負極リード25が取り付けられている。正極リード24は、正極ピン15の一端に溶接されて端子板14と電気的に接続されており、負極リード25は、電池缶11に溶接されて電気的に接続されている。   The battery element 20 is wound after the positive electrode 21 and the negative electrode 22 are laminated via the separator 23, and has a flat shape according to the shape of the battery can 11. A positive electrode lead 24 made of aluminum or the like is attached to an end portion (for example, an inner terminal portion) of the positive electrode 21, and a negative electrode lead 25 made of nickel or the like to an end portion (for example, the outer terminal portion) of the negative electrode 22. Is attached. The positive electrode lead 24 is welded to one end of the positive electrode pin 15 and is electrically connected to the terminal plate 14, and the negative electrode lead 25 is welded to and electrically connected to the battery can 11.

正極21は、例えば、一対の面を有する正極集電体21Aの両面に正極活物質層21Bが設けられたものである。ただし、正極活物質層21Bは、正極集電体21Aの片面だけに設けられていてもよい。   For example, the positive electrode 21 is obtained by providing a positive electrode active material layer 21B on both surfaces of a positive electrode current collector 21A having a pair of surfaces. However, the positive electrode active material layer 21B may be provided only on one surface of the positive electrode current collector 21A.

正極集電体21Aは、例えば、アルミニウム、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いる。正極活物質層21Bは、正極活物質として、リチウムを吸蔵および放出することが可能な正極材料のいずれか1種あるいは2種以上を含んでおり、必要に応じて導電剤や結着剤などの他の材料を含んでいてもよい。   The positive electrode current collector 21A is made of a metal material such as aluminum, nickel, or stainless steel, for example. The positive electrode active material layer 21B includes one or more positive electrode materials capable of occluding and releasing lithium as a positive electrode active material, and a conductive agent, a binder, and the like as necessary. Other materials may be included.

リチウムを吸蔵および放出することが可能な正極材料としては、例えば、リチウム含有化合物が好ましい。高いエネルギー密度が得られるからである。このリチウム含有化合物としては、例えば、リチウムと遷移金属元素とを含む複合酸化物、あるいはリチウムと遷移金属元素とを含むリン酸化合物が挙げられ、特に、遷移金属元素としてコバルト、ニッケル、マンガン(Mn)および鉄からなる群のうちの少なくとも1種を含むものが好ましい。より高い電圧が得られるからである。その化学式は、例えば、Lix M1O2 あるいはLiy M2PO4 で表される。式中、M1およびM2は、1種類以上の遷移金属元素を表す。xおよびyの値は、充放電状態によって異なり、通常、0.05≦x≦1.10、0.05≦y≦1.10である。 As a positive electrode material capable of inserting and extracting lithium, for example, a lithium-containing compound is preferable. This is because a high energy density can be obtained. Examples of the lithium-containing compound include a composite oxide containing lithium and a transition metal element, or a phosphate compound containing lithium and a transition metal element. In particular, cobalt, nickel, manganese (Mn And at least one member selected from the group consisting of iron is preferable. This is because a higher voltage can be obtained. The chemical formula is represented by, for example, Li x M1O 2 or Li y M2PO 4 . In the formula, M1 and M2 represent one or more transition metal elements. The values of x and y vary depending on the charge / discharge state, and are generally 0.05 ≦ x ≦ 1.10 and 0.05 ≦ y ≦ 1.10.

リチウムと遷移金属元素とを含む複合酸化物としては、例えば、リチウムコバルト複合酸化物(Lix CoO2 )、リチウムニッケル複合酸化物(Lix NiO2 )、リチウムニッケルコバルト複合酸化物(Lix Ni(1-z) Coz 2 (z<1))、リチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物(Lix Ni(1-v-w) Cov Mnw 2 (v+w<1))、あるいはスピネル型構造を有するリチウムマンガン複合酸化物(LiMn2 4 )などが挙げられる。中でも、コバルトを含む複合酸化物が好ましい。高い容量が得られると共に、優れたサイクル特性も得られるからである。また、リチウムと遷移金属元素とを含むリン酸化合物としては、例えば、リチウム鉄リン酸化合物(LiFePO4 )あるいはリチウム鉄マンガンリン酸化合物(LiFe(1-u) Mnu PO4 (u<1))などが挙げられる。 Examples of the composite oxide containing lithium and a transition metal element include lithium cobalt composite oxide (Li x CoO 2 ), lithium nickel composite oxide (Li x NiO 2 ), and lithium nickel cobalt composite oxide (Li x Ni). (1-z) Co z O 2 (z <1)), lithium nickel cobalt manganese composite oxide (Li x Ni (1-vw) Co v Mn w O 2 (v + w <1)), or spinel type structure And a lithium manganese composite oxide (LiMn 2 O 4 ). Among these, a complex oxide containing cobalt is preferable. This is because a high capacity can be obtained and excellent cycle characteristics can be obtained. Examples of the phosphate compound containing lithium and a transition metal element include a lithium iron phosphate compound (LiFePO 4 ) or a lithium iron manganese phosphate compound (LiFe (1-u) Mn u PO 4 (u <1). ) And the like.

この他、上記した正極材料としては、例えば、酸化チタン、酸化バナジウムあるいは二酸化マンガンなどの酸化物や、二硫化チタンあるいは硫化モリブデンなどの二硫化物や、セレン化ニオブなどのカルコゲン化物や、硫黄、ポリアニリンあるいはポリチオフェンなどの導電性高分子も挙げられる。   In addition, examples of the positive electrode material described above include oxides such as titanium oxide, vanadium oxide and manganese dioxide, disulfides such as titanium disulfide and molybdenum sulfide, chalcogenides such as niobium selenide, sulfur, Examples thereof include conductive polymers such as polyaniline and polythiophene.

導電剤としては、例えば、黒鉛、カーボンブラックあるいはケッチェンブラックなどの炭素材料が挙げられる。これらは単独でもよいし、複数種が混合されてもよい。なお、導電剤は、導電性を有する材料であれば、金属材料あるいは導電性高分子などであってもよい。   Examples of the conductive agent include carbon materials such as graphite, carbon black, and ketjen black. These may be single and multiple types may be mixed. Note that the conductive agent may be a metal material or a conductive polymer as long as it is a conductive material.

結着剤としては、例えば、スチレンブタジエン系ゴム、フッ素系ゴムあるいはエチレンプロピレンジエンなどの合成ゴムや、ポリフッ化ビニリデンなどの高分子材料が挙げられる。これらは単独でもよいし、複数種が混合されてもよい。ただし、図2に示したように、正極21および負極22が巻回されている場合には、柔軟性に富むスチレンブタジエン系ゴムあるいはフッ素系ゴムなどを用いることが好ましい。   Examples of the binder include synthetic rubbers such as styrene butadiene rubber, fluorine rubber or ethylene propylene diene, and polymer materials such as polyvinylidene fluoride. These may be single and multiple types may be mixed. However, as shown in FIG. 2, when the positive electrode 21 and the negative electrode 22 are wound, it is preferable to use a styrene-butadiene rubber or a fluorine-based rubber having high flexibility.

負極22は、例えば、一対の面を有する負極集電体22Aの両面に負極活物質層22Bが設けられたものである。ただし、負極活物質層22Bは、負極集電体22Aの片面だけに設けられていてもよい。   In the negative electrode 22, for example, a negative electrode active material layer 22B is provided on both surfaces of a negative electrode current collector 22A having a pair of surfaces. However, the negative electrode active material layer 22B may be provided only on one surface of the negative electrode current collector 22A.

負極集電体22Aは、良好な電気化学的安定性、電気伝導性および機械的強度を有する金属材料によって構成されているのが好ましい。このような金属材料としては、例えば、銅、ニッケルあるいはステンレスなどが挙げられ、中でも銅が好ましい。高い電気伝導性が得られるからである。   The anode current collector 22A is preferably made of a metal material having good electrochemical stability, electrical conductivity, and mechanical strength. Examples of such a metal material include copper, nickel, and stainless steel, and copper is preferable. This is because high electrical conductivity can be obtained.

負極活物質層22Bは、複数の負極活物質粒子を含んでおり、必要に応じて導電剤や結着剤などの他の材料を含んでいてもよい。これらの導電剤および結着剤の詳細は、正極21について説明した場合と同様である。   The negative electrode active material layer 22B includes a plurality of negative electrode active material particles, and may include other materials such as a conductive agent and a binder as necessary. The details of the conductive agent and the binder are the same as those described for the positive electrode 21.

負極活物質粒子は、リチウムを吸蔵および放出することが可能であると共に金属元素および半金属元素のうちの少なくとも1種を有する負極材料を含有している。このような負極材料は、高いエネルギー密度が得られるので好ましい。また、負極活物質粒子は、その粒子内に多層構造を有している。なお、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は、正極活物質による充電容量よりも大きくなっているのが好ましい。   The negative electrode active material particles can store and release lithium and contain a negative electrode material having at least one of a metal element and a metalloid element. Such a negative electrode material is preferable because a high energy density is obtained. The negative electrode active material particles have a multilayer structure in the particles. Note that the charge capacity of the negative electrode material capable of inserting and extracting lithium is preferably larger than the charge capacity of the positive electrode active material.

リチウムを吸蔵および放出することが可能な負極材料は、金属元素あるいは半金属元素の単体でも合金でも化合物でもよく、それらの1種あるいは2種以上の相を少なくとも一部に有するようなものでもよい。なお、本発明における「合金」には、2種以上の金属元素からなるものに加えて、1種以上の金属元素と1種以上の半金属元素とを有するものも含まれる。この「合金」は、非金属元素を有していてもよい。この組織には、固溶体、共晶(共融混合物)、金属間化合物、あるいはそれらのうちの2種以上が共存するものがある。   The negative electrode material capable of inserting and extracting lithium may be a metal element or metalloid element alone, an alloy or a compound, and may have one or two or more phases thereof at least in part. . In addition, the “alloy” in the present invention includes an alloy having one or more metal elements and one or more metalloid elements in addition to one composed of two or more metal elements. This “alloy” may have a nonmetallic element. This structure includes a solid solution, a eutectic (eutectic mixture), an intermetallic compound, or one in which two or more of them coexist.

上記した金属元素あるいは半金属元素としては、例えば、リチウムと合金を形成することが可能な金属元素あるいは半金属元素が挙げられる。具体的には、マグネシウム(Mg)、ホウ素(B)、アルミニウム、ガリウム(Ga)、インジウム(In)、ケイ素、ゲルマニウム、スズ、鉛(Pb)、ビスマス(Bi)、カドミウム(Cd)、銀(Ag)、亜鉛、ハフニウム(Hf)、ジルコニウム(Zr)、イットリウム(Y)、パラジウム(Pd)、あるいは白金(Pt)などである。中でも、ケイ素およびスズのうちの少なくとも1種が好ましく、ケイ素がより好ましい。リチウムを吸蔵および放出する能力が大きいため、高いエネルギー密度が得られるからである。   Examples of the metal element or metalloid element described above include a metal element or metalloid element capable of forming an alloy with lithium. Specifically, magnesium (Mg), boron (B), aluminum, gallium (Ga), indium (In), silicon, germanium, tin, lead (Pb), bismuth (Bi), cadmium (Cd), silver ( Ag), zinc, hafnium (Hf), zirconium (Zr), yttrium (Y), palladium (Pd), or platinum (Pt). Among these, at least one of silicon and tin is preferable, and silicon is more preferable. This is because a high energy density can be obtained because the ability to occlude and release lithium is large.

ケイ素およびスズのうちの少なくとも1種を有する負極材料としては、例えば、ケイ素の単体、合金および化合物や、スズの単体、合金および化合物や、それらの1種あるいは2種以上の相を少なくとも一部に有する材料が挙げられる。これらは単独でもよいし、複数種が混合されてもよい。   Examples of the negative electrode material having at least one of silicon and tin include, for example, a simple substance, an alloy and a compound of silicon, a simple substance, an alloy and a compound of tin, or one or two or more phases thereof. The material which has in is mentioned. These may be single and multiple types may be mixed.

ケイ素の合金としては、例えば、ケイ素以外の第2の構成元素として、スズ、ニッケル、銅、鉄、コバルト、マンガン、亜鉛、インジウム、銀、チタン、ゲルマニウム、ビスマス、アンチモン(Sb)およびクロムからなる群のうちの少なくとも1種を有するものが挙げられる。ケイ素の化合物としては、例えば、酸素あるいは炭素(C)を有するものが挙げられ、ケイ素に加えて、上記した第2の構成元素を有していてもよい。ケイ素の合金あるいは化合物の一例としては、SiB4 、SiB6 、Mg2 Si、Ni2 Si、TiSi2 、MoSi2 、CoSi2 、NiSi2 、CaSi2 、CrSi2 、Cu5 Si、FeSi2 、MnSi2 、NbSi2 、TaSi2 、VSi2 、WSi2 、ZnSi2 、SiC、Si3 4 、Si2 2 O、SiOv (0<v≦2)、SnOw (0<w≦2)、あるいはLiSiOなどが挙げられる。 Examples of the silicon alloy include, as the second constituent element other than silicon, tin, nickel, copper, iron, cobalt, manganese, zinc, indium, silver, titanium, germanium, bismuth, antimony (Sb), and chromium. Those having at least one of the groups are mentioned. Examples of the silicon compound include those having oxygen or carbon (C), and may contain the second constituent element described above in addition to silicon. Examples of silicon alloys or compounds include SiB 4 , SiB 6 , Mg 2 Si, Ni 2 Si, TiSi 2 , MoSi 2 , CoSi 2 , NiSi 2 , CaSi 2 , CrSi 2 , Cu 5 Si, FeSi 2 , MnSi. 2 , NbSi 2 , TaSi 2 , VSi 2 , WSi 2 , ZnSi 2 , SiC, Si 3 N 4 , Si 2 N 2 O, SiO v (0 <v ≦ 2), SnO w (0 <w ≦ 2), Or LiSiO etc. are mentioned.

スズの合金としては、例えば、スズ以外の第2の構成元素として、ケイ素、ニッケル、銅、鉄、コバルト、マンガン、亜鉛、インジウム、銀、チタン、ゲルマニウム、ビスマス、アンチモンおよびクロムからなる群のうちの少なくとも1種を有するものが挙げられる。スズの化合物としては、例えば、酸素あるいは炭素を有するものが挙げられ、スズに加えて、上記した第2の構成元素を有していてもよい。スズの合金あるいは化合物の一例としては、SnSiO3 、LiSnO、Mg2 Snなどが挙げられる。 As an alloy of tin, for example, as a second constituent element other than tin, among the group consisting of silicon, nickel, copper, iron, cobalt, manganese, zinc, indium, silver, titanium, germanium, bismuth, antimony and chromium The thing which has at least 1 sort (s) of these is mentioned. Examples of the tin compound include those having oxygen or carbon, and may contain the above-described second constituent element in addition to tin. Examples of tin alloys or compounds include SnSiO 3 , LiSnO, Mg 2 Sn, and the like.

特に、ケイ素およびスズのうちの少なくとも1種を有する負極材料としては、例えば、スズを第1の構成元素とし、それに加えて第2および第3の構成元素を有するものが好ましい。第2の構成元素は、コバルト、鉄、マグネシウム、チタン、バナジウム(V)、クロム、マンガン、ニッケル、銅、亜鉛、ガリウム、ジルコニウム、ニオブ(Nb)、モリブデン、銀、インジウム、セリウム(Ce)、ハフニウム、タンタル(Ta)、タングステン(W)、ビスマスおよびケイ素からなる群のうちの少なくとも1種である。第3の構成元素は、ホウ素、炭素、アルミニウムおよびリン(P)からなる群のうちの少なくとも1種である。第2および第3の構成元素を有することにより、サイクル特性が向上するからである。   In particular, as the negative electrode material having at least one of silicon and tin, for example, a material having tin and the second constituent element in addition to tin as the first constituent element is preferable. The second constituent elements are cobalt, iron, magnesium, titanium, vanadium (V), chromium, manganese, nickel, copper, zinc, gallium, zirconium, niobium (Nb), molybdenum, silver, indium, cerium (Ce), It is at least one selected from the group consisting of hafnium, tantalum (Ta), tungsten (W), bismuth and silicon. The third constituent element is at least one selected from the group consisting of boron, carbon, aluminum, and phosphorus (P). This is because having the second and third constituent elements improves the cycle characteristics.

中でも、スズ、コバルトおよび炭素を構成元素として有し、炭素の含有量が9.9質量%以上29.7質量%以下、スズおよびコバルトの合計に対するコバルトの割合(Co/(Sn+Co))が30質量%以上70質量%以下であるSnCoC含有材料が好ましい。このような組成範囲において、高いエネルギー密度が得られるからである。   Among them, tin, cobalt and carbon are included as constituent elements, the carbon content is 9.9 mass% or more and 29.7 mass% or less, and the ratio of cobalt to the total of tin and cobalt (Co / (Sn + Co)) is 30. An SnCoC-containing material having a mass% of 70% by mass or less is preferable. This is because a high energy density can be obtained in such a composition range.

このSnCoC含有材料は、必要に応じて、さらに他の構成元素を有していてもよい。他の構成元素としては、例えば、ケイ素、鉄、ニッケル、クロム、インジウム、ニオブ、ゲルマニウム、チタン、モリブデン、アルミニウム、リン、ガリウムあるいはビスマスなどが好ましく、それらの2種以上を有していてもよい。より高い効果が得られるからである。   This SnCoC-containing material may further contain other constituent elements as necessary. As other constituent elements, for example, silicon, iron, nickel, chromium, indium, niobium, germanium, titanium, molybdenum, aluminum, phosphorus, gallium, bismuth, and the like are preferable, and two or more of them may be included. . This is because a higher effect can be obtained.

なお、SnCoC含有材料は、スズ、コバルトおよび炭素を含む相を有しており、その相は、低結晶性あるいは非晶質の構造を有しているのが好ましい。また、SnCoC含有材料では、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のが好ましい。スズなどの凝集あるいは結晶化が抑制されるからである。   The SnCoC-containing material has a phase containing tin, cobalt, and carbon, and the phase preferably has a low crystalline or amorphous structure. In the SnCoC-containing material, it is preferable that at least a part of carbon as a constituent element is bonded to a metal element or a metalloid element as another constituent element. This is because aggregation or crystallization of tin or the like is suppressed.

SnCoC含有材料は、例えば、各構成元素の原料を混合した混合物を電気炉、高周波誘導炉あるいはアーク溶解炉などで溶解させたのち、凝固させることによって形成可能である。また、ガスアトマイズあるいは水アトマイズなどの各種アトマイズ法や、各種ロール法や、メカニカルアロイングあるいはメカニカルミリングなどのメカノケミカル反応を利用した方法などを用いてもよい。中でも、メカノケミカル反応を利用した方法が好ましい。負極活物質が低結晶性あるいは非晶質の構造になるからである。メカノケミカル反応を利用した方法では、例えば、遊星ボールミルやアトライタなどの製造装置を用いることができる。   The SnCoC-containing material can be formed by, for example, melting a mixture obtained by mixing raw materials of each constituent element in an electric furnace, a high-frequency induction furnace, an arc melting furnace, or the like and then solidifying the mixture. Also, various atomization methods such as gas atomization or water atomization, various roll methods, and methods utilizing mechanochemical reactions such as mechanical alloying or mechanical milling may be used. Among these, a method using a mechanochemical reaction is preferable. This is because the negative electrode active material has a low crystalline or amorphous structure. In the method using the mechanochemical reaction, for example, a manufacturing apparatus such as a planetary ball mill or an attritor can be used.

また、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では、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、グラファイトであれば、炭素の1s軌道(C1s)のピークは284.5eVに現れる。また、表面汚染炭素であれば、284.8eVに現れる。これに対して、炭素元素の電荷密度が高くなる場合、例えば、炭素が金属元素あるいは半金属元素と結合している場合には、C1sのピークは284.5eVよりも低い領域に現れる。すなわち、SnCoC含有材料について得られるC1sの合成波のピークが284.5eVよりも低い領域に現れる場合には、SnCoC含有材料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と結合している。   An example of a measurement method for examining the bonding state of elements is X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). In this XPS, in the apparatus calibrated so that the 4f orbit (Au4f) peak of gold atom is obtained at 84.0 eV, the peak of 1s orbit (C1s) of carbon appears at 284.5 eV in the case of graphite. . Moreover, if it is surface contamination carbon, it will appear at 284.8 eV. On the other hand, when the charge density of the carbon element is high, for example, when carbon is bonded to a metal element or a metalloid element, the peak of C1s appears in a region lower than 284.5 eV. That is, when the peak of the synthetic wave of C1s obtained for the SnCoC-containing material appears in a region lower than 284.5 eV, at least a part of the carbon contained in the SnCoC-containing material is a metal element or a half of other constituent elements. Combined with metal elements.

なお、XPS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、表面には表面汚染炭素が存在しているので、表面汚染炭素のC1sのピークを284.8eVとし、これをエネルギー基準とする。XPSにおいて、C1sのピークの波形は、表面汚染炭素のピークとSnCoC含有材料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、SnCoC含有材料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, for example, the peak of C1s is used to correct the energy axis of the spectrum. Usually, since surface-contaminated carbon exists on the surface, the C1s peak of the surface-contaminated carbon is set to 284.8 eV, which is used as an energy standard. In XPS, the waveform of the peak of C1s is obtained as a form including the peak of surface contamination carbon and the peak of carbon in the SnCoC-containing material. For example, by analyzing using commercially available software, the surface contamination The carbon peak and the carbon peak in the SnCoC-containing 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).

負極活物質粒子は、例えば、気相法によって形成されている。この気相法としては、例えば、物理堆積法あるいは化学堆積法、より具体的には真空蒸着法、スパッタ法、イオンプレーティング法、レーザーアブレーション法、熱化学気相成長(chemical vapor deposition :CVD)法、あるいはプラズマ化学気相成長法などが挙げられる。ただし、負極活物質粒子は、気相法以外の方法によって形成されていてもよい。   The negative electrode active material particles are formed by, for example, a gas phase method. As the vapor phase method, for example, physical deposition method or chemical deposition method, more specifically, vacuum evaporation method, sputtering method, ion plating method, laser ablation method, thermal chemical vapor deposition (CVD) Or plasma chemical vapor deposition. However, the negative electrode active material particles may be formed by a method other than the gas phase method.

負極活物質粒子が気相法によって形成されている場合には、その気相法によって負極材料が複数回に渡って堆積され、その堆積膜が積層されることにより、負極活物質粒子が粒子内に多層構造を有している。堆積時に高熱を伴う蒸着法などによって負極活物質粒子を形成する場合に、負極材料の堆積工程を複数回に分割して行う(負極材料を順次薄く形成して堆積させる)ことにより、その堆積工程を1回で行う場合と比較して負極集電体22Aが高熱に晒される時間が短くなり、熱的ダメージを受けにくくなるからである。   When the negative electrode active material particles are formed by a vapor phase method, the negative electrode material is deposited multiple times by the vapor phase method, and the deposited film is laminated, so that the negative electrode active material particles are contained in the particles. Has a multilayer structure. When negative electrode active material particles are formed by vapor deposition with high heat during deposition, the deposition process of the negative electrode material is performed by dividing the negative electrode material into a plurality of times (the negative electrode material is sequentially formed and deposited). This is because the time during which the negative electrode current collector 22A is exposed to high heat is shortened compared to the case where the process is performed once, and is less susceptible to thermal damage.

この場合には、負極活物質粒子の1層当たりの厚さが1μm以下であり、その負極活物質粒子の層数は10層以上であるのが好ましい。1回の堆積工程で形成される負極活物質粒子の厚さが十分に薄くなるため、サイクル特性が向上するからである。また、1回の堆積工程で形成される負極活物質粒子の厚さが薄いにもかかわらず、その負極活物質粒子の総厚は十分に大きくなるため、高い容量が得られるからである。   In this case, the negative electrode active material particles preferably have a thickness of 1 μm or less and the number of the negative electrode active material particles is preferably 10 or more. This is because the thickness of the negative electrode active material particles formed in one deposition step is sufficiently thin, and thus the cycle characteristics are improved. In addition, even though the thickness of the negative electrode active material particles formed in one deposition step is thin, the total thickness of the negative electrode active material particles is sufficiently large, so that a high capacity can be obtained.

負極活物質粒子は、例えば、負極活物質層22Bを支持する負極集電体22Aの表面に連結されており、その負極集電体22Aの表面から負極活物質層22Bの厚さ方向に成長している。この場合には、負極活物質粒子が気相法によって形成されており、負極集電体22Aと負極活物質層22Bとの界面の少なくとも一部において合金化しているのが好ましい。具体的には、両者の界面において、負極集電体22Aの構成元素が負極活物質層22Bに拡散していてもよいし、負極活物質層22Bの構成元素が負極集電体22Aに拡散していてもよいし、両者の構成元素が互いに拡散しあっていてもよい。充放電時における負極活物質層22Bの膨張および収縮に起因する破壊が抑制されると共に、負極集電体22Aと負極活物質層22Bとの間の電子伝導性が向上するからである。   The negative electrode active material particles are connected to the surface of the negative electrode current collector 22A that supports the negative electrode active material layer 22B, for example, and grow from the surface of the negative electrode current collector 22A in the thickness direction of the negative electrode active material layer 22B. ing. In this case, the negative electrode active material particles are preferably formed by a vapor phase method and alloyed at least at a part of the interface between the negative electrode current collector 22A and the negative electrode active material layer 22B. Specifically, the constituent element of the negative electrode current collector 22A may diffuse into the negative electrode active material layer 22B at the interface between them, or the constituent element of the negative electrode active material layer 22B diffuses into the negative electrode current collector 22A. The constituent elements of both may be diffused with each other. This is because breakage due to expansion and contraction of the negative electrode active material layer 22B during charging and discharging is suppressed, and electron conductivity between the negative electrode current collector 22A and the negative electrode active material layer 22B is improved.

この負極活物質層22Bは、必要に応じて、負極活物質粒子の表面(電解液と接する領域)を被覆する酸化物含有膜を含んでいてもよい。酸化物含有膜が電解液に対する保護膜として機能し、充放電を繰り返しても電解液の分解反応が抑制されるため、サイクル特性がより向上するからである。この酸化物含有膜は、負極活物質粒子の表面のうちの一部を被覆していてもよいし、全部を被覆していてもよい。   The negative electrode active material layer 22B may include an oxide-containing film that covers the surface of the negative electrode active material particles (a region in contact with the electrolytic solution) as necessary. This is because the oxide-containing film functions as a protective film against the electrolytic solution, and even when charging and discharging are repeated, the decomposition reaction of the electrolytic solution is suppressed, so that cycle characteristics are further improved. This oxide-containing film may cover a part of the surface of the negative electrode active material particles, or may cover the whole.

この酸化物含有膜は、例えば、ケイ素、ゲルマニウムおよびスズからなる群のうちの少なくとも1種の酸化物を含有しており、中でもケイ素の酸化物が好ましい。負極活物質粒子の表面を全体に渡って容易に被覆しやすいからである。もちろん、酸化物含有膜は、上記以外の他の酸化物を含有していてもよい。この酸化物含有膜は、例えば、気相法あるいは液相法によって形成されており、中でも液相析出法、ゾルゲル法、塗布法あるいはディップコーティング法などの液相法が好ましく、液相析出法がより好ましい。負極活物質粒子の表面を広い範囲に渡って容易に被覆しやすいからである。   The oxide-containing film contains, for example, at least one oxide selected from the group consisting of silicon, germanium, and tin, and silicon oxide is particularly preferable. This is because the entire surface of the negative electrode active material particles can be easily covered. Of course, the oxide-containing film may contain an oxide other than the above. The oxide-containing film is formed by, for example, a gas phase method or a liquid phase method, and among them, a liquid phase method such as a liquid phase deposition method, a sol-gel method, a coating method, or a dip coating method is preferable. More preferred. This is because the surface of the negative electrode active material particles can be easily covered over a wide range.

また、負極活物質層22Bは、必要に応じて、負極活物質粒子の粒子間の隙間および粒子内の隙間に、リチウムと合金化しない金属材料を含んでいてもよい。金属材料を介して複数の負極活物質粒子が結着されると共に、上記した隙間に金属材料が存在することで負極活物質層22Bの膨張および収縮が抑制されるため、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 layer 22B may include a metal material that does not alloy with lithium in the gaps between the particles of the negative electrode active material particles and the gaps in the particles as necessary. A plurality of negative electrode active material particles are bound via a metal material, and the presence and absence of the metal material in the gaps described above suppresses the expansion and contraction of the negative electrode active material layer 22B, thereby further improving cycle characteristics. Because.

この金属材料は、例えば、リチウムと合金化しない金属元素として、鉄、コバルト、ニッケル、亜鉛および銅からなる群のうちの少なくとも1種を有しており、中でもコバルトが好ましい。上記した隙間に金属材料が容易に入り込みやすいからである。もちろん、金属材料は、上記以外の他の金属元素を有していてもよい。ただし、ここで言う「金属材料」とは、単体に限らず、合金や金属化合物まで含む広い概念である。この金属材料は、例えば、気相法あるいは液相法によって形成されており、中でも電解鍍金法あるいは無電解鍍金法などの液相法が好ましく、電解鍍金法がより好ましい。上記した隙間に金属材料が入り込みやすくなると共に、その形成時間が短くて済むからである。   This metal material has, for example, at least one selected from the group consisting of iron, cobalt, nickel, zinc, and copper as a metal element that does not alloy with lithium, and cobalt is particularly preferable. This is because the metal material easily enters the gap. Of course, the metal material may have a metal element other than the above. However, the “metal material” mentioned here is not limited to a simple substance, but is a broad concept that includes alloys and metal compounds. This metal material is formed by, for example, a gas phase method or a liquid phase method, and among them, a liquid phase method such as an electrolytic plating method or an electroless plating method is preferable, and an electrolytic plating method is more preferable. This is because the metal material can easily enter the gap and the formation time can be shortened.

なお、負極活物質層22Bは、上記した酸化物含有膜あるいは金属材料のいずれか一方だけを含んでいてもよいし、双方を含んでいてもよい。ただし、サイクル特性をより向上させるためには、双方を含んでいるのが好ましい。   Note that the negative electrode active material layer 22B may include only one of the above-described oxide-containing film or metal material, or may include both. However, in order to further improve the cycle characteristics, it is preferable to include both.

ここで、負極活物質層22Bが複数の負極活物質粒子と共に金属材料を含む場合を例に挙げて、負極22の詳細な構成を説明する。図3および図4は負極の断面構造を拡大して表しており、(A)は走査型電子顕微鏡(scanning electron microscope:SEM)写真(二次電子像)、(B)は(A)に示したSEM像を模式的に示したものである。   Here, the detailed configuration of the negative electrode 22 will be described by taking as an example the case where the negative electrode active material layer 22B includes a metal material together with a plurality of negative electrode active material particles. 3 and 4 show an enlarged cross-sectional structure of the negative electrode. (A) is a scanning electron microscope (SEM) photograph (secondary electron image), and (B) is shown in (A). The SEM image is shown typically.

図3に示したように、負極活物質層22Bが複数の負極活物質粒子221を含み、その負極活物質粒子221が粒子内に多層構造を有している場合には、負極活物質層22B内に複数の隙間222が生じている。詳細には、粗面化された負極集電体22Aの表面には、複数の突起部(例えば、電解処理によって形成された微粒子)が存在している。この場合には、気相法などによって負極集電体22Aの表面に複数回に渡って負極材料が堆積され、その堆積膜が積層されると、負極活物質粒子221が上記した突起部ごとに厚さ方向に段階的に成長する。この複数の負極活物質粒子221の密集構造、多層構造および表面構造に起因して、複数の隙間222が生じている。   As shown in FIG. 3, when the negative electrode active material layer 22B includes a plurality of negative electrode active material particles 221 and the negative electrode active material particles 221 have a multilayer structure in the particles, the negative electrode active material layer 22B A plurality of gaps 222 are formed inside. Specifically, a plurality of protrusions (for example, fine particles formed by electrolytic treatment) are present on the surface of the roughened negative electrode current collector 22A. In this case, when the negative electrode material is deposited a plurality of times on the surface of the negative electrode current collector 22A by a vapor phase method or the like, and the deposited film is laminated, the negative electrode active material particles 221 are formed for each of the protrusions described above. It grows stepwise in the thickness direction. Due to the dense structure, multilayer structure, and surface structure of the plurality of negative electrode active material particles 221, a plurality of gaps 222 are generated.

この隙間222は、発生原因に応じて分類された2種類の隙間222A,222Bを含んでいる。隙間222Aは、負極集電体22Aの表面に存在する突起部ごとに負極活物質粒子221が成長することに伴い、隣り合う負極活物質粒子221間に生じている。一方、隙間222Bは、負極活物質粒子221が粒子内に多層構造を有することに伴い、負極活物質粒子221内の各階層間に生じている。もちろん、隙間222は、隙間222A,222B以外の他の発生原因によって生じた隙間を含んでいてもよい。   The gap 222 includes two types of gaps 222A and 222B classified according to the cause of occurrence. The gap 222A is generated between the adjacent negative electrode active material particles 221 as the negative electrode active material particles 221 grow for each protrusion existing on the surface of the negative electrode current collector 22A. On the other hand, the gap 222B occurs between the layers in the negative electrode active material particles 221 as the negative electrode active material particles 221 have a multilayer structure in the particles. Of course, the gap 222 may include a gap generated due to other causes other than the gaps 222A and 222B.

なお、負極活物質粒子221の露出面(最表面)には、空隙223が生じる場合がある。この空隙223は、負極活物質粒子221の表面にひげ状の微細な突起部(図示せず)が生じることに伴い、その突起部間に生じたものである。この空隙223は、負極活物質粒子221の露出面の全体に渡って生じる場合もあれば、一部だけに生じる場合もある。ただし、上記したひげ状の微細な突起部は、負極活物質粒子221の形成時ごとにその表面に生じるため、空隙223は、負極活物質粒子221の露出面だけでなく、各階層にも生じている。   Note that a void 223 may be formed on the exposed surface (outermost surface) of the negative electrode active material particles 221. The voids 223 are generated between the protrusions as the whisker-like fine protrusions (not shown) are formed on the surface of the negative electrode active material particles 221. The void 223 may be generated over the entire exposed surface of the negative electrode active material particle 221 or may be generated only in part. However, since the above-described fine whisker-like protrusions are formed on the surface of the negative electrode active material particles 221 every time they are formed, the voids 223 are generated not only on the exposed surface of the negative electrode active material particles 221 but also on each layer. ing.

図4に示したように、複数の負極活物質粒子221が形成されたのち、電解鍍金法などによって金属材料224が形成されると、その金属材料224は、隙間222内に入り込む。すなわち、金属材料224は、負極活物質粒子221間の隙間222Aに入り込むと共に、負極活物質粒子221内の隙間222Bに入り込む。この場合には、負極活物質粒子221の表面に生じたひげ状の微細な突起部間の空隙223にも金属材料224が入り込む場合がある。図4において、最上層の負極活物質粒子221の表面に金属材料224が点在していることは、その点在箇所に上記した微細な突起部が存在していること表している。   As shown in FIG. 4, after the plurality of negative electrode active material particles 221 are formed, when the metal material 224 is formed by an electrolytic plating method or the like, the metal material 224 enters the gap 222. That is, the metal material 224 enters the gap 222 </ b> A between the negative electrode active material particles 221 and enters the gap 222 </ b> B in the negative electrode active material particles 221. In this case, the metal material 224 may also enter the gap 223 between the beard-like fine protrusions generated on the surface of the negative electrode active material particles 221. In FIG. 4, the fact that the metal material 224 is scattered on the surface of the uppermost negative electrode active material particles 221 indicates that the above-described fine protrusions exist at the scattered points.

ここでは具体的に図面を参照して説明しないが、金属材料に代えて、液相析出法などによって酸化物含有膜を形成した場合には、その酸化物含有膜は、負極活物質粒子221の表面に沿って成長するため、隙間222Bおよび空隙223に優先的に入り込みやすい傾向にある。この場合には、析出時間を長くすれば、酸化物含有膜が隙間222Aまで入り込みやすくなる。   Here, although not specifically described with reference to the drawings, when an oxide-containing film is formed by a liquid phase deposition method or the like instead of the metal material, the oxide-containing film is formed of the negative electrode active material particles 221. Since it grows along the surface, it tends to preferentially enter the gap 222B and the gap 223. In this case, if the deposition time is increased, the oxide-containing film can easily enter the gap 222A.

セパレータ23は、正極21と負極22とを隔離し、両極の接触に起因する電流の短絡を防止しながら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からなる多孔質膜や、セラミックからなる多孔質膜などによって構成されており、それらの2種以上の多孔質膜が積層されたものであってもよい。   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 the two 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. It may be what was done.

このセパレータ23には、液状の電解質である電解液が含浸されている。この電解液は、化3で表されるハロゲンを構成元素として有する環状炭酸エステルを含有する溶媒と、四フッ化ホウ酸リチウムを含有する電解質塩と、化4で表されるエステル化合物とを含んでいる。   The separator 23 is impregnated with an electrolytic solution that is a liquid electrolyte. The electrolytic solution includes a solvent containing a cyclic carbonate having a halogen represented by chemical formula 3 as a constituent element, an electrolyte salt containing lithium tetrafluoroborate, and an ester compound represented by chemical formula 4. It is out.

Figure 2009110799
(R11〜R14は水素基、ハロゲン基、アルキル基あるいはハロゲン化アルキル基であり、それらのうちの少なくとも1つはハロゲン基あるいはハロゲン化アルキル基である。)
Figure 2009110799
(R11 to R14 are a hydrogen group, a halogen group, an alkyl group or a halogenated alkyl group, and at least one of them is a halogen group or a halogenated alkyl group.)

Figure 2009110799
(R21は炭素数が2以上4以下のアルキル基である。)
Figure 2009110799
(R21 is an alkyl group having 2 to 4 carbon atoms.)

電解液が溶媒として化3に示したハロゲンを有する環状炭酸エステルを含有しているのは、負極22の表面にハロゲン系の被膜が形成され、電解液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。   The reason why the electrolytic solution contains the cyclic carbonate having halogen shown in Chemical Formula 3 as a solvent is that a halogen-based film is formed on the surface of the negative electrode 22 and the decomposition reaction of the electrolytic solution is suppressed. This is because it improves.

なお、化3中のR11〜R14は、互いに同一でもよいし、異なってもよい。また、R11〜R14について説明した「ハロゲン化アルキル基」とは、アルキル基のうちの少なくとも一部の水素がハロゲンによって置換された基である。このハロゲンの種類は、特に限定されないが、中でもフッ素、塩素および臭素からなる群のうちの少なくとも1種が好ましく、フッ素がより好ましい。高い効果が得られるからである。もちろん、フッ素以外の他のハロゲンであってもよい。   In addition, R11 to R14 in Chemical Formula 3 may be the same as or different from each other. The “halogenated alkyl group” described for R11 to R14 is a group in which at least a part of hydrogen in the alkyl group is substituted with halogen. The type of this halogen is not particularly limited, but at least one of the group consisting of fluorine, chlorine and bromine is preferable, and fluorine is more preferable. This is because a high effect can be obtained. Of course, halogen other than fluorine may be used.

化3に示したハロゲンを有する環状炭酸エステルとしては、例えば、化5および化6で表される一連の化合物が挙げられる。すなわち、化5に示した(1)の4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、(2)の4−クロロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、(3)の4,5−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、(4)のテトラフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、(5)の4−フルオロ−5−クロロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、(6)の4,5−ジクロロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、(7)のテトラクロロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、(8)の4,5−ビストリフルオロメチル−1,3−ジオキソラン−2−オン、(9)の4−トリフルオロメチル−1,3−ジオキソラン−2−オン、(10)の4,5−ジフルオロ−4,5−ジメチル−1,3−ジオキソラン−2−オン、(11)の4−メチル−5,5−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、(12)の4−エチル−5,5−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンである。また、化6に示した(1)の4−トリフルオロメチル−5−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、(2)の4−トリフルオロメチル−5−メチル−1,3−ジオキソラン−2−オン、(3)の4−フルオロ−4,5−ジメチル−1,3−ジオキソラン−2−オン、(4)の4,4−ジフルオロ−5−(1,1−ジフルオロエチル)−1,3−ジオキソラン−2−オン、(5)の4,5−ジクロロ−4,5−ジメチル−1,3−ジオキソラン−2−オン、(6)の4−エチル−5−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、(7)の4−エチル−4,5−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、(8)の4−エチル−4,5,5−トリフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、(9)の4−フルオロ−4−メチル−1,3−ジオキソラン−2−オンである。これらは単独でもよいし、複数種が混合されてもよい。   Examples of the cyclic carbonate having a halogen shown in Chemical formula 3 include a series of compounds represented by Chemical formulas 5 and 6. That is, 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one of (1) shown in Chemical formula 5, 4-chloro-1,3-dioxolan-2-one of (2), 4,5 of (3) -Difluoro-1,3-dioxolan-2-one, (4) tetrafluoro-1,3-dioxolan-2-one, (5) 4-fluoro-5-chloro-1,3-dioxolane-2-one ON, (6) 4,5-dichloro-1,3-dioxolan-2-one, (7) tetrachloro-1,3-dioxolan-2-one, (8) 4,5-bistrifluoromethyl 1,3-dioxolan-2-one, 4-trifluoromethyl-1,3-dioxolan-2-one of (9), 4,5-difluoro-4,5-dimethyl-1,3 of (10) -Dioxolan-2-one, 4-methyl-5,5 of (11) Difluoro-1,3-dioxolan-2-one, 4-ethyl-5,5-difluoro-1,3-dioxolane-2-one (12). In addition, 4-trifluoromethyl-5-fluoro-1,3-dioxolan-2-one of (1) shown in Chemical Formula 6, 4-trifluoromethyl-5-methyl-1,3-dioxolane of (2) 2-one, 4-fluoro-4,5-dimethyl-1,3-dioxolan-2-one of (3), 4,4-difluoro-5- (1,1-difluoroethyl)-of (4) 1,3-dioxolan-2-one, 4,5-dichloro-4,5-dimethyl-1,3-dioxolan-2-one in (5), 4-ethyl-5-fluoro-1, in (6) 3-dioxolan-2-one, 4-ethyl-4,5-difluoro-1,3-dioxolan-2-one of (7), 4-ethyl-4,5,5-trifluoro-1 of (8) , 3-Dioxolan-2-one, 4-fluoro-4-methyl-1 of (9) 3-dioxolan-2-one. These may be single and multiple types may be mixed.

中でも、4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、4−クロロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、4,5−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン、あるいは4−トリフルオロメチル−1,3−ジオキソラン−2−オンが好ましく、4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンあるいは4,5−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンがより好ましい。容易に入手可能であると共に、高い効果が得られるからである。特に、4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンよりも4,5−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンにおいて、より高い効果が得られる。なお、4,5−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンとしては、シス異性体よりもトランス異性体が好ましい。   Among them, 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one, 4-chloro-1,3-dioxolan-2-one, 4,5-difluoro-1,3-dioxolan-2-one, or 4-tri Fluoromethyl-1,3-dioxolan-2-one is preferred, and 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one or 4,5-difluoro-1,3-dioxolan-2-one is more preferred. This is because it is easily available and a high effect can be obtained. In particular, a higher effect is obtained with 4,5-difluoro-1,3-dioxolan-2-one than with 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one. 4,5-difluoro-1,3-dioxolan-2-one is preferably a trans isomer rather than a cis isomer.

Figure 2009110799
Figure 2009110799

Figure 2009110799
Figure 2009110799

電解液中における化3に示したハロゲンを有する環状炭酸エステルの含有量は、特に限定されず、ハロゲンを有する環状炭酸エステルの種類などの条件に応じて、任意に設定可能である。一例を挙げれば、4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンを用いる場合には、溶媒中における4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンの含有量が30重量%以上50重量%以下であるのが好ましい。また、4,5−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンを用いる場合には、溶媒中における4,5−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンの含有量が10重量%以上20重量%以下であるのが好ましい。優れたサイクル特性が得られるからである。   The content of the cyclic carbonate having halogen shown in Chemical Formula 3 in the electrolytic solution is not particularly limited, and can be arbitrarily set according to conditions such as the type of the cyclic carbonate having halogen. For example, when 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one is used, the content of 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one in the solvent is 30% by weight or more and 50% by weight. % Or less is preferable. When 4,5-difluoro-1,3-dioxolan-2-one is used, the content of 4,5-difluoro-1,3-dioxolan-2-one in the solvent is 10% by weight or more and 20%. It is preferable that it is less than weight%. This is because excellent cycle characteristics can be obtained.

溶媒は、化3に示したハロゲンを有する環状炭酸エステルと共に、他の有機溶媒などの非水溶媒のいずれか1種あるいは2種以上を含有していてもよい。この非水溶媒は、高粘度(高誘電率)溶媒(例えば、比誘電率ε≧30)あるいは低粘度溶媒(例えば、粘度≦1mPa・s)のいずれか一方だけを含んでいてもよいが、双方を含んでいるのが好ましい。電解質塩の解離性およびイオンの移動度が向上するからである。   The solvent may contain any one kind or two or more kinds of non-aqueous solvents such as other organic solvents in addition to the cyclic carbonate having halogen shown in Chemical formula 3. The non-aqueous solvent may contain only one of a high viscosity (high dielectric constant) solvent (for example, relative dielectric constant ε ≧ 30) or a low viscosity solvent (for example, viscosity ≦ 1 mPa · s), Preferably both are included. This is because the dissociation property of the electrolyte salt and the ion mobility are improved.

高粘度溶媒としては、例えば、炭酸プロピレンあるいは炭酸ブチレンなどの環状炭酸エステルや、γ−ブチロラクトンあるいはγ−バレロラクトンなどのラクトンや、N−メチルピロリドンなどのラクタムや、N−メチルオキサゾリジノンなどの環状カルバミン酸エステルや、テトラメチレンスルホンなどのスルホン化合物が挙げられる。一方、低粘度溶媒としては、例えば、炭酸ジメチルあるいは炭酸ジプロピルなどの鎖状炭酸エステルや、酢酸メチル、酢酸エチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、酪酸メチル、イソ酪酸メチル、トリメチル酢酸メチルあるいはトリメチル酢酸エチルなどの鎖状カルボン酸エステルや、N,N’−ジメチルアセトアミドなどの鎖状アミドや、N,N’−ジエチルカルバミン酸メチルあるいはN,N’−ジエチルカルバミン酸エチルなどの鎖状カルバミン酸エステルや、1,2−ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、テトラヒドロピランあるいは1,3−ジオキソランなどのエーテルが挙げられる。もちろん、上記外の他の非水溶媒であってもよい。   Examples of the high viscosity solvent include cyclic carbonates such as propylene carbonate and butylene carbonate, lactones such as γ-butyrolactone and γ-valerolactone, lactams such as N-methylpyrrolidone, and cyclic carbamines such as N-methyloxazolidinone. Examples include acid esters and sulfone compounds such as tetramethylene sulfone. On the other hand, examples of the low-viscosity solvent include chain carbonates such as dimethyl carbonate and dipropyl carbonate, methyl acetate, ethyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, methyl butyrate, methyl isobutyrate, methyl trimethylacetate or trimethylacetic acid. Chain carboxylic acid esters such as ethyl, chain amides such as N, N′-dimethylacetamide, and chain carbamic acid esters such as methyl N, N′-diethylcarbamate or ethyl N, N′-diethylcarbamate And ethers such as 1,2-dimethoxyethane, tetrahydrofuran, tetrahydropyran, and 1,3-dioxolane. Of course, other non-aqueous solvents may be used.

また、溶媒は、不飽和結合を有する環状炭酸エステルを含有していてもよい。サイクル特性が向上するからである。この不飽和結合を有する環状炭酸エステルとしては、例えば、炭酸ビニレンあるいは炭酸ビニルエチレンなどが挙げられる。これらは単独でもよいし、複数種が混合されてもよい。   Moreover, the solvent may contain the cyclic carbonate which has an unsaturated bond. This is because the cycle characteristics are improved. Examples of the cyclic carbonate having an unsaturated bond include vinylene carbonate and vinyl ethylene carbonate. These may be single and multiple types may be mixed.

電解液が電解質塩として四フッ化ホウ酸リチウムを含有しているのは、膨れ特性が向上するからである。電解液中における四フッ化ホウ酸リチウムの濃度は、特に限定されないが、中でも0.02mol/kg以上0.2mol/kg以下であるのが好ましい。サイクル特性の低下を抑えつつ、優れた膨れ特性が得られるからである。   The reason why the electrolytic solution contains lithium tetrafluoroborate as an electrolyte salt is that the swelling characteristics are improved. The concentration of lithium tetrafluoroborate in the electrolytic solution is not particularly limited, but is preferably 0.02 mol / kg or more and 0.2 mol / kg or less. This is because excellent swelling characteristics can be obtained while suppressing deterioration of cycle characteristics.

この電解質塩は、四フッ化ホウ酸リチウムと共に、他のリチウム塩などの軽金属塩のいずれか1種あるいは2種以上を含有していてもよい。このリチウム塩としては、例えば、六フッ化リン酸リチウム、六フッ化ヒ酸リチウム(LiAsF6 )、六フッ化アンチモン酸リチウム(LiSbF6 )、過塩素酸リチウム(LiClO4 )あるいは四塩化アルミニウム酸リチウム(LiAlCl4 )などの無機酸リチウム塩や、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム、リチウムビス(トリフルオロメタンスルホン)イミド、リチウムビス(ペンタフルオロメタンスルホン)メチドあるいはリチウムトリス(トリフルオロメタンスルホン)メチドなどのパーフルオロアルカンスルホン酸誘導体のリチウム塩が挙げられる。 This electrolyte salt may contain any one or more of light metal salts such as other lithium salts together with lithium tetrafluoroborate. Examples of the lithium salt include lithium hexafluorophosphate, lithium hexafluoroarsenate (LiAsF 6), lithium hexafluoro antimonate (LiSbF 6), lithium perchlorate (LiClO 4) or tetrachloride aluminum acid Inorganic acid lithium salts such as lithium (LiAlCl 4 ), perfluoro such as lithium trifluoromethanesulfonate, lithium bis (trifluoromethanesulfone) imide, lithium bis (pentafluoromethanesulfone) methide or lithium tris (trifluoromethanesulfone) methide Examples include lithium salts of alkanesulfonic acid derivatives.

中でも、六フッ化リン酸リチウムが好ましい。電解液の電気抵抗が低下するため、サイクル特性が向上するからである。特に、電解質塩が四フッ化ホウ酸リチウムと共に六フッ化リン酸リチウム等を含有する場合には、六フッ化リン酸リチウムの割合が四フッ化ホウ酸リチウムの割合よりも多いのが好ましい。サイクル特性がより向上するからである。   Among these, lithium hexafluorophosphate is preferable. This is because the cycle resistance is improved because the electric resistance of the electrolytic solution is lowered. In particular, when the electrolyte salt contains lithium hexafluorophosphate together with lithium tetrafluoroborate, the proportion of lithium hexafluorophosphate is preferably larger than the proportion of lithium tetrafluoroborate. This is because the cycle characteristics are further improved.

電解液中における電解質塩の濃度は、0.3mol/kg以上3.0mol/kg以下であるのが好ましい。この範囲外では、イオン伝導性が極端に低下する可能性があるからである。   The concentration of the electrolyte salt in the electrolytic solution is preferably 0.3 mol / kg or more and 3.0 mol / kg or less. This is because, outside this range, the ion conductivity may be extremely lowered.

電解液が化4に示したエステル化合物(以下、単に「エステル化合物」とも言う。)を含有しているのは、サイクル特性が向上すると共に、膨れ特性も向上するからである。このスルホン化合物は、一端にメチル基を有すると共に他端にアルキル基(炭素数=2〜4)を有する非対称な鎖状の化合物である。なお、化4に示したR21の炭素数が2以上4以下に限定されているのは、炭素数が1であると二次電池が膨らみやすくなり、一方、4よりも大きいとエステル化合物の粘度が高くなってサイクル特性が低下するからである。   The reason why the electrolytic solution contains the ester compound shown in Chemical Formula 4 (hereinafter also simply referred to as “ester compound”) is that the cycle characteristics are improved and the swollenness characteristics are also improved. This sulfone compound is an asymmetric chain compound having a methyl group at one end and an alkyl group (carbon number = 2 to 4) at the other end. In addition, the carbon number of R21 shown in Chemical formula 4 is limited to 2 or more and 4 or less because when the carbon number is 1, the secondary battery tends to swell, while when larger than 4, the viscosity of the ester compound is increased. This is because the cycle characteristics are lowered due to the increase in the value.

エステル化合物の具体例としては、化7で表される一連の化合物が挙げられる。すなわち、化7に示した(1)の炭酸エチルメチル、(2)の炭酸メチルプロピル、あるいは(3)の炭酸ブチルメチルである。   Specific examples of the ester compound include a series of compounds represented by Chemical Formula 7. That is, (1) ethyl methyl carbonate, (2) methyl propyl carbonate, or (3) butyl methyl carbonate shown in Chemical formula 7.

Figure 2009110799
Figure 2009110799

電解液中におけるエステル化合物の含有量は、特に限定されないが、中でも10重量%以上70重量%以下であるのが好ましい。優れたサイクル特性および膨れ特性が得られるからである。   The content of the ester compound in the electrolytic solution is not particularly limited, but is preferably 10% by weight or more and 70% by weight or less. This is because excellent cycle characteristics and swelling characteristics can be obtained.

なお、電解液は、酸無水物を含有していてもよい。サイクル特性および膨れ特性が向上するからである。この酸無水物としては、例えば、コハク酸無水物、グルタル酸無水物、マレイン酸無水物、スルホ安息香酸無水物、スルホプロピオン酸無水物、スルホ酪酸無水物、エタンジスルホン酸無水物、プロパンジスルホン酸無水物、あるいはベンゼンジスルホン酸無水物などが挙げられ、これらは単独でも混合されてもよい。電解液中における酸無水物の含有量は、例えば、0.5重量%以上3重量%以下である。   In addition, the electrolyte solution may contain an acid anhydride. This is because cycle characteristics and swelling characteristics are improved. Examples of the acid anhydride include succinic anhydride, glutaric anhydride, maleic anhydride, sulfobenzoic anhydride, sulfopropionic anhydride, sulfobutyric anhydride, ethanedisulfonic anhydride, propanedisulfonic acid. An anhydride, a benzene disulfonic anhydride, etc. are mentioned, These may be individual or may be mixed. The content of the acid anhydride in the electrolytic solution is, for example, not less than 0.5% by weight and not more than 3% by weight.

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、セパレータ23に含浸された電解液を介して負極22に吸蔵される。一方、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、セパレータ23に含浸された電解液を介して正極21に吸蔵される。   In the secondary battery, when charged, for example, lithium ions are extracted from the positive electrode 21 and inserted in the negative electrode 22 through the electrolytic solution impregnated in the separator 23. On the other hand, when discharging is performed, for example, lithium ions are released from the negative electrode 22 and inserted into the positive electrode 21 through the electrolytic solution impregnated in the separator 23.

この二次電池は、例えば、以下の手順によって製造される。   This secondary battery is manufactured, for example, by the following procedure.

まず、正極集電体21Aの両面に正極活物質層21Bを形成して正極21を作製する。この正極活物質層21Bを形成する場合には、正極活物質と、導電剤と、結着剤とを混合した正極合剤を溶剤に分散させてペースト状の正極合剤スラリーとし、ドクタブレードあるいはバーコータなどによって正極合剤スラリーを正極集電体21Aに塗布して乾燥させたのち、ロールプレス機などによって塗膜を圧縮成型する。   First, the positive electrode 21 is manufactured by forming the positive electrode active material layer 21B on both surfaces of the positive electrode current collector 21A. When forming this positive electrode active material layer 21B, a positive electrode mixture in which a positive electrode active material, a conductive agent, and a binder are mixed is dispersed in a solvent to form a paste-like positive electrode mixture slurry. The positive electrode mixture slurry is applied to the positive electrode current collector 21A by a bar coater or the like and dried, and then the coating film is compression molded by a roll press machine or the like.

次に、負極集電体22Aの両面に負極活物質層22Bを形成して負極22を作製する。この負極活物質層22Bを形成する場合には、気相法によって負極集電体22Aの表面にケイ素を含有する負極材料を堆積させて複数の負極活物質粒子を形成する。この気相法として蒸着法を用いる場合には、蒸着源に対して負極集電体22Aを相対的に往復移動させながら複数回に渡って負極材料を堆積させて積層し、あるいは蒸着源に対して負極集電体22Aを固定させたままでシャッターの開閉を繰り返しながら複数回に渡って負極材料を堆積させて積層することにより、負極活物質粒子が粒子内に多層構造を有するようにする。この場合には、必要に応じて、液相析出法などによって負極活物質粒子の表面を被覆するように酸化物含有膜を形成したり、電解鍍金法などによって負極活物質粒子の粒子間の隙間や粒子内の隙間に金属材料を形成してもよい。   Next, the negative electrode active material layer 22B is formed on both surfaces of the negative electrode current collector 22A to produce the negative electrode 22. When forming this negative electrode active material layer 22B, a negative electrode material containing silicon is deposited on the surface of the negative electrode current collector 22A by a vapor phase method to form a plurality of negative electrode active material particles. In the case of using a vapor deposition method as the vapor phase method, the negative electrode current collector 22A is reciprocally moved relative to the vapor deposition source while the negative electrode material is deposited and laminated several times, or the vapor deposition source is laminated. Then, the anode active material particles have a multilayer structure in the particles by depositing and laminating the anode material a plurality of times while repeatedly opening and closing the shutter while the anode current collector 22A is fixed. In this case, if necessary, an oxide-containing film is formed so as to cover the surface of the negative electrode active material particles by a liquid phase deposition method or the like, or a gap between the particles of the negative electrode active material particles by an electrolytic plating method or the like. Alternatively, a metal material may be formed in the gaps in the particles.

次に、化3に示したハロゲンを有する環状炭酸エステルを含有する溶媒と、化4に示したエステル化合物とを混合したのち、四フッ化ホウ酸リチウムを含有する電解質塩を溶解させて、電解液を調製する。   Next, after mixing the solvent containing the cyclic carbonate having halogen shown in Chemical Formula 3 with the ester compound shown in Chemical Formula 4, the electrolyte salt containing lithium tetrafluoroborate is dissolved, and electrolysis is performed. Prepare the solution.

次に、正極21および負極22を用いて電池素子20を作製する。最初に、正極21に正極リード24を溶接などして取り付けると共に、負極22に負極リード25を溶接などして取り付ける。続いて、セパレータ23を介して正極21と負極22とを積層させたのち、長手方向において巻回させる。最後に、扁平な形状となるように巻回体を成型する。   Next, the battery element 20 is produced using the positive electrode 21 and the negative electrode 22. First, the positive electrode lead 24 is attached to the positive electrode 21 by welding or the like, and the negative electrode lead 25 is attached to the negative electrode 22 by welding or the like. Subsequently, after the positive electrode 21 and the negative electrode 22 are laminated via the separator 23, they are wound in the longitudinal direction. Finally, the wound body is molded so as to have a flat shape.

二次電池の組み立ては、以下のようにして行う。最初に、電池缶11の内部に電池素子20を収納したのち、その電池素子20上に絶縁板12を配置する。続いて、正極リード24を正極ピン15に溶接などして接続させると共に、負極リード25を電池缶11に溶接などして接続させたのち、レーザ溶接などによって電池缶11の開放端部に電池蓋13を固定する。最後に、注入孔19から電池缶11の内部に電解液を注入してセパレータ23に含浸させたのち、その注入孔19を封止部材19Aで塞ぐ。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。   The secondary battery is assembled as follows. First, after storing the battery element 20 in the battery can 11, the insulating plate 12 is disposed on the battery element 20. Subsequently, the positive electrode lead 24 is connected to the positive electrode pin 15 by welding or the like, and the negative electrode lead 25 is connected to the battery can 11 by welding or the like, and then the battery lid is attached to the open end of the battery can 11 by laser welding or the like. 13 is fixed. Finally, after injecting the electrolyte into the battery can 11 from the injection hole 19 and impregnating the separator 23, the injection hole 19 is closed with a sealing member 19A. Thereby, the secondary battery shown in FIGS. 1 and 2 is completed.

この二次電池によれば、負極22の負極活物質粒子が、リチウムを吸蔵および放出することが可能であると共に金属元素および半金属元素のうちの少なくとも1種を含有する材料を含有し、かつ、粒子内に多層構造を有する場合に、電解液が、化3に示したハロゲンを有する環状炭酸エステルを含有する溶媒と、四フッ化ホウ酸リチウムを含有する電解質塩と、化4に示したエステル化合物とを含んでいる。この場合には、上記した全ての条件を満たしていない場合と比較して、充放電を繰り返しても電解液が分解しにくくなるため、放電容量が低下しにくくなると共に二次電池が膨れにくくなる。したがって、優れたサイクル特性および膨れ特性を得ることができる。   According to this secondary battery, the negative electrode active material particles of the negative electrode 22 contain a material capable of inserting and extracting lithium and containing at least one of a metal element and a metalloid element, and In the case where the particles have a multilayer structure, the electrolytic solution is a solvent containing a cyclic carbonate having a halogen shown in Chemical formula 3, an electrolyte salt containing lithium tetrafluoroborate, and a chemical formula shown in Chemical formula 4 And an ester compound. In this case, as compared with the case where all the above-mentioned conditions are not satisfied, the electrolytic solution is not easily decomposed even after repeated charging and discharging, so that the discharge capacity is hardly reduced and the secondary battery is not easily swollen. . Therefore, excellent cycle characteristics and swelling characteristics can be obtained.

特に、二次電池の電池構造が金属缶(電池缶11)を用いた角型であれば、充放電時に電池缶11の平面部で膨れが顕在化しやすくなるが、その電池缶11の固さによって膨れが抑制されるため、膨れ特性をより効果的に向上させることができる。   In particular, if the battery structure of the secondary battery is a rectangular shape using a metal can (battery can 11), swelling tends to be manifested in the flat portion of the battery can 11 during charging and discharging. Therefore, the swelling characteristic can be more effectively improved.

また、電解質塩が四フッ化ホウ酸リチウムと共に六フッ化ホウ酸リチウムを含有していれば、サイクル特性をより向上させることができる。   Moreover, if the electrolyte salt contains lithium hexafluoroborate together with lithium tetrafluoroborate, cycle characteristics can be further improved.

また、化3に示したハロゲンを有する環状炭酸エステルが4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンである場合に、電解液中における4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンの含有量が30重量%以上50重量%以下であり、あるいは4,5−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンである場合に、電解液中における4,5−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンの含有量が10重量%以上20重量%以下であれば、優れたサイクル特性を得ることができる。   In addition, when the cyclic carbonate having a halogen shown in Chemical formula 3 is 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one, 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one in the electrolyte solution 4,5-difluoro-1,3-dioxolane in the electrolytic solution when the content is 30% by weight or more and 50% by weight or less, or 4,5-difluoro-1,3-dioxolan-2-one When the content of 2-one is 10% by weight or more and 20% by weight or less, excellent cycle characteristics can be obtained.

また、電解液中における四フッ化ホウ酸リチウムの濃度が0.02mol/kg以上0.2mol/kg以下であれば、優れた膨れ特性を得ることができる。   Moreover, if the concentration of lithium tetrafluoroborate in the electrolytic solution is 0.02 mol / kg or more and 0.2 mol / kg or less, excellent swelling characteristics can be obtained.

また、電解液中における化4に示したエステル化合物の含有量が10重量%以上70重量%以下であれば、優れたサイクル特性および膨れ特性を得ることができる。   Moreover, if the content of the ester compound shown in Chemical Formula 4 in the electrolytic solution is 10 wt% or more and 70 wt% or less, excellent cycle characteristics and swelling characteristics can be obtained.

また、負極活物質粒子の1層当たりの厚さが1μm以下であり、その負極活物質粒子の層数が10層以上であれば、優れたサイクル特性と共に高い容量を得ることができる。   Moreover, if the thickness per layer of the negative electrode active material particles is 1 μm or less and the number of the negative electrode active material particles is 10 or more, high capacity can be obtained with excellent cycle characteristics.

また、負極活物質層22Bが、負極活物質粒子の表面を被覆する酸化物含有膜を含み、あるいは負極活物質粒子の粒子間の隙間および粒子内の隙間に電極反応物質と合金化しない金属材料を含んでいれば、サイクル特性および膨れ特性をより向上させることができる。この場合には、酸化物含有膜および金属材料の双方を含んでいれば、両特性をさらに向上させることができる。   Further, the negative electrode active material layer 22B includes an oxide-containing film that covers the surface of the negative electrode active material particles, or a metal material that does not alloy with the electrode reactant in the gaps between the negative electrode active material particles and the gaps in the particles. If it contains, cycling characteristics and a swelling characteristic can be improved more. In this case, if both the oxide-containing film and the metal material are included, both characteristics can be further improved.

[第2の実施の形態]
図5は本発明の第2の実施の形態に係る電池の分解斜視構成を表しており、図6は図5に示したVI−VI線に沿った断面を拡大して示している。ここで説明する電池は、例えば、上記した第1の実施の形態と同様に、リチウムイオン二次電池である。
[Second Embodiment]
FIG. 5 shows an exploded perspective configuration of a battery according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 6 shows an enlarged cross section taken along line VI-VI shown in FIG. The battery described here is, for example, a lithium ion secondary battery as in the first embodiment described above.

この二次電池は、主に、フィルム状の外装部材40の内部に、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が収納されたものである。このフィルム状の外装部材40を用いた電池構造は、ラミネートフィルム型と呼ばれている。   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 mainly housed in a film-like exterior member 40. The battery structure using 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、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は、例えば、アルミニウムなどの金属材料によって構成されており、負極リード32は、例えば、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いる。これらの金属材料は、例えば、薄板状あるいは網目状になっている。   For example, the positive electrode lead 31 and the negative electrode lead 32 are led out in the same direction from the inside of the exterior member 40 toward the outside. The positive electrode lead 31 is made of, for example, a metal material such as aluminum, and the negative electrode lead 32 is made of, for example, a metal material such as copper, nickel, or stainless steel. These metal materials are, for example, in a thin plate shape or a mesh shape.

外装部材40は、例えば、ナイロンフィルムと、アルミニウム箔と、ポリエチレンフィルムとがこの順に貼り合わされ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では、例えば、ポリエチレンフィルムが巻回電極体30に対向していると共に、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。   The exterior member 40 is made of, for example, a rectangular aluminum laminate film in which a nylon film, an aluminum foil, and a polyethylene film are bonded together in this order. In the exterior member 40, for example, a polyethylene film faces the wound electrode body 30, and each outer edge portion is in close contact with each other by fusion or an adhesive.

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に密着フィルム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によって構成されている。このような材料としては、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が挙げられる。   An adhesion film 41 is inserted between the exterior member 40 and the positive electrode lead 31 and the negative electrode lead 32 in order 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. Examples of such a material include polyolefin resins such as polyethylene, polypropylene, modified polyethylene, and modified polypropylene.

なお、外装部材40は、上記した3層構造のアルミラミネートフィルムに代えて、他の積層構造を有するラミネートフィルムによって構成されていてもよいし、ポリプロピレンなどの高分子フィルムや、金属フィルムによって構成されていてもよい。   The exterior member 40 may be constituted by a laminate film having another laminated structure instead of the above-described three-layer aluminum laminated film, or may be constituted by a polymer film such as polypropylene or a metal film. It may be.

巻回電極体30は、セパレータ35および電解質36を介して正極33と負極34とが積層され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。   The wound electrode body 30 is wound after the positive electrode 33 and the negative electrode 34 are laminated via the separator 35 and the electrolyte 36, and the outermost peripheral portion thereof is protected by a protective tape 37.

正極33は、例えば、正極集電体33Aの両面に正極活物質層33Bが設けられたものである。負極34は、例えば、負極集電体34Aの両面に負極活物質層34Bが設けられたものである。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の実施の形態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の構成と同様である。   In the positive electrode 33, for example, a positive electrode active material layer 33B is provided on both surfaces of a positive electrode current collector 33A. In the negative electrode 34, for example, a negative electrode active material layer 34B is provided on both surfaces of a negative electrode current collector 34A. 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, the positive electrode active material layer in the first embodiment described above. The configurations of 21B, the negative electrode current collector 22A, the negative electrode active material layer 22B, and the separator 23 are the same.

電解質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、いわゆるゲル状電解質である。ゲル状電解質は、高いイオン伝導率(例えば室温で1mS/cm以上)が得られると共に漏液が防止されるので好ましい。   The electrolyte 36 includes an electrolytic solution and a polymer compound that holds the electrolytic solution, and is a so-called gel electrolyte. The gel electrolyte is preferable because high ion conductivity (for example, 1 mS / cm or more at room temperature) is obtained and liquid leakage is prevented.

電解液の組成は、第1の実施の形態における電解液の組成と同様である。ただし、この場合の溶媒とは、液状の溶媒だけでなく、電解質塩を解離させることが可能なイオン伝導性を有するものまで含む広い概念である。したがって、イオン伝導性を有する高分子化合物を用いる場合には、その高分子化合物も溶媒に含まれる。   The composition of the electrolytic solution is the same as the composition of the electrolytic solution in the first embodiment. However, the solvent in this case is not only a liquid solvent but also a broad concept including those having ion conductivity capable of dissociating the electrolyte salt. Accordingly, when a polymer compound having ion conductivity is used, the polymer compound is also included in the solvent.

電解液を保持する高分子化合物としては、例えば、化8で表される構成単位を有するポリフッ化ビニリデンや、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化ビニリデンの重合体が挙げられる。酸化還元安定性が高いからである。   Examples of the polymer compound that holds the electrolytic solution include polymers of vinylidene fluoride such as polyvinylidene fluoride having a structural unit represented by Chemical Formula 8 and a copolymer of vinylidene fluoride and hexafluoropropylene. It is done. This is because the redox stability is high.

Figure 2009110799
Figure 2009110799

また、高分子化合物としては、重合性化合物が重合して形成されたものも挙げられる。この重合性化合物としては、例えば、ビニル基、あるいはその一部の水素をメチル基などの置換基で置換した基を有するものが挙げられる。具体的には、アクリル酸エステルなどの単官能アクリレートや、メタクリル酸エステルなどの単官能メタクリレートや、ジアクリル酸エステルあるいはトリアクリル酸エステルなどの多官能アクリレートや、ジメタクリル酸エステルあるいはトリメタクリル酸エステルなどの多官能メタクリレートや、アクリロニトリルや、メタクリロニトリルなどであり、中でもアクリレート基あるいはメタクリレート基を有するエステルが好ましい。重合が進行しやすく、重合性化合物の反応率が高いからである。また、重合性化合物としては、エーテル基を有しないものが好ましい。エーテル基が存在すると、そのエーテル基にリチウムイオンが配位し、イオン伝導率が低下してしまうからである。このような高分子化合物としては、例えば、化9で表される構成単位を有するポリアクリル酸エステルが挙げられる。   Examples of the polymer compound include those formed by polymerizing a polymerizable compound. Examples of the polymerizable compound include those having a vinyl group or a group obtained by substituting a part of hydrogen with a substituent such as a methyl group. Specifically, monofunctional acrylates such as acrylic acid esters, monofunctional methacrylates such as methacrylic acid esters, polyfunctional acrylates such as diacrylic acid esters or triacrylic acid esters, dimethacrylic acid esters or trimethacrylic acid esters, etc. Polyfunctional methacrylates, acrylonitrile, methacrylonitrile, and the like. Among them, esters having an acrylate group or a methacrylate group are preferable. This is because the polymerization proceeds easily and the reaction rate of the polymerizable compound is high. Moreover, as a polymeric compound, what does not have an ether group is preferable. This is because when an ether group is present, lithium ions are coordinated to the ether group, and the ionic conductivity is lowered. Examples of such a polymer compound include polyacrylic acid ester having a structural unit represented by Chemical formula 9.

Figure 2009110799
(RはCg 2h-1h である。ただし、gは1以上8以下の整数であり、hは0以上4以下の整数である。)
Figure 2009110799
(R is C g H 2h-1 O h . However, g is an integer of 1-8, and h is an integer of 0-4.)

重合性化合物は、いずれか1種の単独でもよいが、単官能体と多官能体とを混合したものが好ましく、多官能体の単独あるいは2種類以上を混合したものが好ましい。重合して形成された高分子化合物の機械的強度と電解液保持性とを両立させやすくなるからである。   Any one of the polymerizable compounds may be used alone, but a mixture of a monofunctional substance and a polyfunctional substance is preferred, and a polyfunctional substance alone or a mixture of two or more kinds is preferred. This is because it becomes easy to achieve both the mechanical strength and the electrolyte solution retention of the polymer compound formed by polymerization.

さらに、高分子化合物としては、化10で表される構成単位を有するポリビニルホルマールを有するものも好ましい。ポリビニルホルマールは、アセタール基を構成単位として有する高分子化合物である。   Furthermore, as a high molecular compound, what has polyvinyl formal which has a structural unit represented by Chemical formula 10 is also preferable. Polyvinyl formal is a polymer compound having an acetal group as a structural unit.

Figure 2009110799
Figure 2009110799

ポリビニルホルマール中におけるアセタール基の割合は、60mol%以上80mol%以下の範囲内であるのが好ましい。溶媒との溶解性が向上すると共に、電解質16の安定性がより高くなるからである。また、ポリビニルホルマールの重量平均分子量は、10000以上500000以下であるのが好ましい。分子量が低すぎると、重合反応が進行しにくくなる可能性があり、一方、分子量が高すぎると、電解液の粘度が上昇しすぎる可能性があるからである。   The ratio of the acetal group in the polyvinyl formal is preferably in the range of 60 mol% to 80 mol%. This is because the solubility with the solvent is improved and the stability of the electrolyte 16 is further increased. Moreover, it is preferable that the weight average molecular weights of polyvinyl formal are 10,000 or more and 500,000 or less. This is because if the molecular weight is too low, the polymerization reaction may be difficult to proceed, while if the molecular weight is too high, the viscosity of the electrolytic solution may increase too much.

上記した高分子化合物は、単独でもよいし、複数種が混合されてもよいし、2種以上の共重合体であってもよい。また、架橋剤によって重合したものでもよい。   The above polymer compounds may be used singly, a plurality of types may be mixed, or two or more types of copolymers may be used. Further, it may be polymerized with a crosslinking agent.

なお、電解液を高分子化合物に保持させたゲル状の電解質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に含浸される。   Instead of the gel electrolyte 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 separator 35 is impregnated with the electrolytic solution.

この二次電池では、充電を行うと、例えば、正極33からリチウムイオンが放出され、電解質36を介して負極34に吸蔵される。一方、放電を行うと、例えば、負極34からリチウムイオンが放出され、電解質36を介して正極33に吸蔵される。   In the secondary battery, when charged, for example, lithium ions are extracted from the positive electrode 33 and inserted in the negative electrode 34 through the electrolyte 36. On the other hand, when discharging is performed, for example, lithium ions are extracted from the negative electrode 34 and inserted into the positive electrode 33 through the electrolyte 36.

この二次電池は、例えば、以下の3種類の製造方法によって製造される。   This secondary battery is manufactured by the following three types of manufacturing methods, for example.

第1の製造方法では、まず、第1の実施の形態と同様の手順により、正極集電体33Aの両面に正極活物質層33Bを形成して正極33を作製すると共に、負極集電体34Aの両面に負極活物質層34Bを形成して負極34を作製する。   In the first manufacturing method, first, the positive electrode active material layer 33B is formed on both surfaces of the positive electrode current collector 33A by the same procedure as in the first embodiment to produce the positive electrode 33, and the negative electrode current collector 34A. The negative electrode active material layer 34B is formed on both surfaces of the negative electrode 34 to produce the negative electrode 34.

次に、化3に示したハロゲンを有する環状炭酸エステルを含有する溶媒と、化4に示したエステル化合物とを混合したのち、四フッ化ホウ酸リチウムを含有する電解質塩を溶解させて、電解液を調製する。   Next, after mixing the solvent containing the cyclic carbonate having halogen shown in Chemical Formula 3 with the ester compound shown in Chemical Formula 4, the electrolyte salt containing lithium tetrafluoroborate is dissolved, and electrolysis is performed. Prepare the solution.

次に、電解液と、高分子化合物と、溶剤とを含む前駆溶液を調製して正極33および負極34に塗布したのち、溶剤を揮発させてゲル状の電解質36を形成する。続いて、正極33に正極リード31を溶接などして取り付けると共に、負極34に負極リード32を溶接などして取り付ける。続いて、電解質36が形成された正極33と負極34とをセパレータ35を介して積層させてから長手方向に巻回し、その最外周部に保護テープ37を接着させて巻回電極体30を作製する。   Next, a precursor solution containing an electrolytic solution, a polymer compound, and a solvent is prepared and applied to the positive electrode 33 and the negative electrode 34, and then the solvent is volatilized to form a gel electrolyte 36. Subsequently, the positive electrode lead 31 is attached to the positive electrode 33 by welding or the like, and the negative electrode lead 32 is attached to the negative electrode 34 by welding or the like. Subsequently, the positive electrode 33 and the negative electrode 34 on which the electrolyte 36 is formed are stacked via the separator 35 and then wound in the longitudinal direction, and a protective tape 37 is adhered to the outermost peripheral portion thereof to produce the wound electrode body 30. To do.

最後に、例えば、2枚のフィルム状の外装部材40の間に巻回電極体30を挟み込んだのち、その外装部材40の外縁部同士を熱融着などして接着させて巻回電極体30を封入する。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5および図6に示した二次電池が完成する。   Finally, for example, after the wound electrode body 30 is sandwiched between two film-shaped exterior members 40, the outer edge portions of the exterior member 40 are bonded together by heat-sealing or the like. Enclose. 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. 5 and 6 is completed.

第2の製造方法では、最初に、正極33に正極リード31を取り付けると共に負極34に負極リード32を取り付けたのち、セパレータ35を介して正極33と負極34とを積層して巻回させると共に最外周部に保護テープ37を接着させて、巻回電極体30の前駆体である巻回体を作製する。続いて、2枚のフィルム状の外装部材40の間に巻回体を挟み込んだのち、一辺の外周縁部を除いた残りの外周縁部を熱融着などして接着させて、袋状の外装部材40の内部に巻回体を収納する。続いて、電解液と、高分子化合物の原料であるモノマーと、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調製して袋状の外装部材40の内部に注入したのち、外装部材40の開口部を熱融着などで密封する。最後に、モノマーを熱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36を形成する。これにより、二次電池が完成する。   In the second manufacturing method, first, the positive electrode lead 31 is attached to the positive electrode 33 and the negative electrode lead 32 is attached to the negative electrode 34, and then the positive electrode 33 and the negative electrode 34 are stacked and wound via the separator 35. A protective tape 37 is adhered to the outer peripheral portion to produce a wound body that is a precursor of the wound electrode body 30. Subsequently, after sandwiching the wound body between the two film-like exterior members 40, the remaining outer peripheral edge portion excluding the outer peripheral edge portion on one side is bonded by heat sealing or the like, The wound body is accommodated in the exterior member 40. Subsequently, an electrolyte composition containing an electrolytic solution, 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 to form a bag-shaped exterior member. After injecting into the inside of 40, the opening part of the exterior member 40 is sealed by heat sealing or the like. Finally, the gel electrolyte 36 is formed by thermally polymerizing the monomer to obtain a polymer compound. Thereby, the secondary battery is completed.

第3の製造方法では、最初に、高分子化合物が両面に塗布されたセパレータ35を用いることを除き、上記した第2の製造方法と同様に、巻回体を作製して袋状の外装部材40の内部に収納する。このセパレータ35に塗布する高分子化合物としては、例えば、フッ化ビニリデンを成分とする重合体、すなわち単独重合体、共重合体あるいは多元共重合体などが挙げられる。具体的には、ポリフッ化ビニリデンや、フッ化ビニリデンおよびヘキサフルオロプロピレンを成分とする二元系共重合体や、フッ化ビニリデン、ヘキサフルオロプロピレンおよびクロロトリフルオロエチレンを成分とする三元系共重合体などである。なお、高分子化合物は、上記したフッ化ビニリデンを成分とする重合体と共に、他の1種あるいは2種以上の高分子化合物を含んでいてもよい。続いて、外装部材40の内部に電解液を注入したのち、その外装部材40の開口部を熱融着などによって密封する。最後に、外装部材40に加重をかけながら加熱し、高分子化合物を介してセパレータ35を正極33および負極34に密着させる。これにより、電解液が高分子化合物に含浸し、その高分子化合物がゲル化して電解質36が形成されるため、二次電池が完成する。   In the third production method, a wound body is produced by manufacturing a wound body in the same manner as in the second production method described above, except that the separator 35 coated with the polymer compound on both sides is used first. 40 is housed inside. Examples of the polymer compound applied to the separator 35 include a polymer containing vinylidene fluoride as a component, that is, a homopolymer, a copolymer, or a multi-component copolymer. Specifically, polyvinylidene fluoride, binary copolymers containing vinylidene fluoride and hexafluoropropylene as components, and ternary copolymers containing vinylidene fluoride, hexafluoropropylene and chlorotrifluoroethylene as components. Such as coalescence. In addition, the high molecular compound may contain the other 1 type, or 2 or more types of high molecular compound with the polymer which uses the above-mentioned vinylidene fluoride as a component. Subsequently, after injecting the electrolyte into the exterior member 40, the opening of the exterior member 40 is sealed by heat fusion or the like. Finally, the exterior member 40 is heated while applying a load, and the separator 35 is brought into close contact with the positive electrode 33 and the negative electrode 34 through the polymer compound. As a result, the electrolytic solution is impregnated into the polymer compound, and the polymer compound is gelled to form the electrolyte 36. Thus, the secondary battery is completed.

この第3の製造方法では、第1の製造方法と比較して、二次電池の膨れが抑制される。また、第3の製造方法では、第2の製造方法と比較して、高分子化合物の原料であるモノマーや溶媒などが電解質36中にほとんど残らず、しかも高分子化合物の形成工程が良好に制御されるため、正極33、負極34およびセパレータ35と電解質36との間において十分な密着性が得られる。   In the third manufacturing method, the swollenness of the secondary battery is suppressed as compared with the first manufacturing method. Further, in the third manufacturing method, compared with the second manufacturing method, there are hardly any monomers or solvents that are raw materials for the polymer compound remaining in the electrolyte 36, and the formation process of the polymer compound is well controlled. Therefore, sufficient adhesion is obtained between the positive electrode 33, the negative electrode 34, the separator 35, and the electrolyte 36.

この二次電池によれば、負極34の負極活物質粒子および電解液が、それぞれ上記した第1の実施の形態における負極21の負極活物質粒子および電解液と同様の構成を有しているので、優れたサイクル特性および膨れ特性を得ることができる。   According to this secondary battery, the negative electrode active material particles and the electrolyte solution of the negative electrode 34 have the same configuration as the negative electrode active material particles and the electrolyte solution of the negative electrode 21 in the first embodiment described above, respectively. Excellent cycle characteristics and swelling characteristics can be obtained.

特に、二次電池の電池構造がラミネートフィルム型であれば、充放電時における膨れが顕在化しやすいため、膨れ特性をより効果的に向上させることができる。   In particular, if the battery structure of the secondary battery is a laminate film type, the swelling characteristics during charging / discharging tend to become obvious, so that the swelling characteristics can be improved more effectively.

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

(実施例1−1)
負極活物質としてケイ素を用いて、図1および図2に示した角型の二次電池を作製した。この際、負極22の容量がリチウムの吸蔵および放出に基づいて表されるリチウムイオン二次電池となるようにした。
(Example 1-1)
The square secondary battery shown in FIGS. 1 and 2 was fabricated using silicon as the negative electrode active material. At this time, a lithium ion secondary battery in which the capacity of the negative electrode 22 was expressed based on insertion and extraction of lithium was made.

まず、正極21を作製した。最初に、炭酸リチウム(Li2 CO3 )と炭酸コバルト(CoCO3 )とを0.5:1のモル比で混合したのち、空気中において900℃×5時間の条件で焼成してリチウムコバルト複合酸化物(LiCoO2 )を得た。続いて、正極活物質としてリチウムコバルト複合酸化物94質量部と、導電剤としてグラファイト3質量部と、結着剤としてポリフッ化ビニリデン3質量部とを混合して正極合剤としたのち、N−メチル−2−ピロリドンに分散させてペースト状の正極合剤スラリーとした。続いて、バーコータによってアルミニウム箔(厚さ=20μm)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、ロールプレス機によって塗膜を圧縮成型して正極活物質層21Bを形成した。この際、正極集電体21Aの片面側における正極活物質層21Bの単位面積当たりの重量を20mg/cm2 とした。最後に、正極活物質層21Bが形成された正極集電体21Aを幅50mm×長さ300mmの帯状に切断した。 First, the positive electrode 21 was produced. First, lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) and cobalt carbonate (CoCO 3 ) are mixed at a molar ratio of 0.5: 1, and then calcined in air at 900 ° C. for 5 hours to form a lithium cobalt composite. An oxide (LiCoO 2 ) was obtained. Subsequently, 94 parts by mass of lithium cobalt composite oxide as a positive electrode active material, 3 parts by mass of graphite as a conductive agent, and 3 parts by mass of polyvinylidene fluoride as a binder were mixed to form a positive electrode mixture. Dispersed in methyl-2-pyrrolidone to obtain a paste-like positive electrode mixture slurry. Subsequently, the positive electrode mixture slurry was uniformly applied to both surfaces of the positive electrode current collector 21A made of an aluminum foil (thickness = 20 μm) by a bar coater and dried, and then the coating film was compression-molded by a roll press machine. An active material layer 21B was formed. At this time, the weight per unit area of the positive electrode active material layer 21B on one side of the positive electrode current collector 21A was set to 20 mg / cm 2 . Finally, the positive electrode current collector 21A on which the positive electrode active material layer 21B was formed was cut into a strip shape having a width of 50 mm and a length of 300 mm.

次に、負極22を作製した。最初に、電子ビーム蒸着法によって電解銅箔(厚さ=12μm)からなる負極集電体22Aの両面にケイ素を堆積させて複数の負極活物質粒子を形成することにより、負極活物質層22Bを形成した。この負極活物質層22Bを形成する場合には、蒸着源に対して負極集電体22Aを相対的に往復移動させながら複数回に渡ってケイ素を堆積させて積層することにより、負極活物質粒子が粒子内に多層構造を有するようにした。この際、ケイ素の1層当たりの堆積厚さを0.3μmとし、蒸着工程と冷却工程とを25回繰り返して負極活物質粒子の層数を25層(総厚=7.5μm)とした。最後に、負極活物質層22Bが形成された負極集電体22Aを幅50mm×長さ300mmの帯状に切断した。   Next, the negative electrode 22 was produced. First, a negative electrode active material layer 22B is formed by depositing silicon on both surfaces of a negative electrode current collector 22A made of an electrolytic copper foil (thickness = 12 μm) by electron beam evaporation to form a plurality of negative electrode active material particles. Formed. In the case of forming this negative electrode active material layer 22B, negative electrode active material particles are formed by depositing and laminating silicon multiple times while the negative electrode current collector 22A is reciprocally moved relative to the vapor deposition source. Had a multilayer structure in the particles. At this time, the deposition thickness per silicon layer was 0.3 μm, and the vapor deposition step and the cooling step were repeated 25 times, so that the number of negative electrode active material particles was 25 (total thickness = 7.5 μm). Finally, the negative electrode current collector 22A on which the negative electrode active material layer 22B was formed was cut into a strip shape having a width of 50 mm and a length of 300 mm.

次に、溶媒として化3に示したハロゲンを有する環状炭酸エステルである4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン(FEC)と、化4に示したスルホン化合物である炭酸エチルメチル(EMC)とを混合したのち、電解質塩として六フッ化リン酸リチウム(LiPF6 )および四フッ化ホウ酸リチウム(LiBF4 )を溶解させて、電解液を調製した。この際、電解液中の混合比(FEC:EMC:LiPF6 :LiBF4 )を重量比で43.52:43.52:12.03:0.93とした。この場合には、FECとEMCとの混合比(FEC:EMC)が重量比で50:50であり、言い替えれば電解液中におけるFECおよびEMCの含有量がいずれも50重量%である。また、電解液中におけるLiPF6 およびLiBF4 の濃度がそれぞれ0.9mol/kgおよび0.1mol/kgである。 Next, 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one (FEC) which is a cyclic carbonate having a halogen shown in Chemical Formula 3 as a solvent and ethyl methyl carbonate (EMC) which is a sulfone compound shown in Chemical Formula 4 And lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) and lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ) were dissolved as an electrolyte salt to prepare an electrolytic solution. At this time, the mixing ratio (FEC: EMC: LiPF 6 : LiBF 4 ) in the electrolytic solution was set to 43.52: 43.52: 12.03: 0.93 by weight. In this case, the mixing ratio of FEC and EMC (FEC: EMC) is 50:50 by weight, in other words, the contents of FEC and EMC in the electrolytic solution are both 50% by weight. Further, the concentrations of LiPF 6 and LiBF 4 in the electrolytic solution are 0.9 mol / kg and 0.1 mol / kg, respectively.

次に、正極21および負極22と共に電解液を用いて二次電池を組み立てた。最初に、正極集電体21Aにアルミニウム製の正極リード24を溶接すると共に、負極集電体22Aにニッケル製の負極リード25を溶接した。続いて、微多孔性ポリエチレンフィルム(厚さ=9μm)からなるセパレータ23を介して正極21と負極22とを積層してから長手方向に巻回させたのち、扁平状に成形して電池素子20を作製した。続いて、鉄製の電池缶11の内部に電池素子20を収納したのち、その電池素子20上に絶縁板12を配置した。続いて、正極リード24を正極ピン15に溶接すると共に負極リード25を電池缶11に溶接したのち、その電池缶11の開放端部に電池蓋13をレーザ溶接して固定した。最後に、注入孔19を通じて電池缶11の内部に電解液を注入したのち、その注入孔19を封止部材19Aで塞いだ。これにより、角型の二次電池が完成した。この二次電池の容量は、800mAhである。   Next, a secondary battery was assembled using the electrolyte together with the positive electrode 21 and the negative electrode 22. First, the positive electrode lead 24 made of aluminum was welded to the positive electrode current collector 21A, and the negative electrode lead 25 made of nickel was welded to the negative electrode current collector 22A. Subsequently, the positive electrode 21 and the negative electrode 22 are laminated through a separator 23 made of a microporous polyethylene film (thickness = 9 μm), wound in the longitudinal direction, and then formed into a flat shape to form a battery element 20. Was made. Subsequently, after the battery element 20 was accommodated in the iron battery can 11, the insulating plate 12 was disposed on the battery element 20. Subsequently, the positive electrode lead 24 was welded to the positive electrode pin 15 and the negative electrode lead 25 was welded to the battery can 11, and then the battery lid 13 was fixed to the open end of the battery can 11 by laser welding. Finally, after the electrolyte was injected into the battery can 11 through the injection hole 19, the injection hole 19 was closed with a sealing member 19A. Thereby, a square secondary battery was completed. The capacity of this secondary battery is 800 mAh.

(実施例1−2)
FECとEMCとの混合比(FEC:EMC)を重量比で30:70に変更したことを除き、実施例1−1と同様の手順を経た。
(Example 1-2)
A procedure similar to that of Example 1-1 was performed except that the mixing ratio of FEC and EMC (FEC: EMC) was changed to 30:70 by weight.

(実施例1−3,1−4)
溶媒として対称な鎖状化合物である炭酸ジエチル(DEC)を加え、FECとDECとEMCとの混合比(FEC:DEC:EMC)を重量比で50:40:10(実施例1−3)あるいは30:60:10(実施例1−4)に変更したことを除き、実施例1−1と同様の手順を経た。
(Examples 1-3 and 1-4)
Diethyl carbonate (DEC), which is a symmetric chain compound, is added as a solvent, and the mixing ratio of FEC, DEC, and EMC (FEC: DEC: EMC) is 50:40:10 (Example 1-3) by weight or A procedure similar to that of Example 1-1 was performed except that the ratio was changed to 30:60:10 (Example 1-4).

(実施例1−5,1−6)
LiPF6 およびLiBF4 の濃度をそれぞれ0.8mol/kgおよび0.2mol/kg(実施例1−5)あるいは0.98mol/kgおよび0.02mol/kg(実施例1−6)に変更したことを除き、実施例1−1と同様の手順を経た。
(Examples 1-5, 1-6)
The concentrations of LiPF 6 and LiBF 4 were changed to 0.8 mol / kg and 0.2 mol / kg (Example 1-5) or 0.98 mol / kg and 0.02 mol / kg (Example 1-6), respectively. Except for, the same procedure as in Example 1-1 was performed.

(実施例1−7,1−8)
溶媒として、FECに代えてトランス−4,5−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン(DFEC)を用いると共に、炭酸エチレン(EC)を加え、DFECとECとEMCとの混合比(DFEC:EC:EMC)を重量比で10:40:50(実施例1−7)あるいは20:30:50(実施例1−8)に変更したことを除き、実施例1−1と同様の手順を経た。
(Examples 1-7, 1-8)
As a solvent, trans-4,5-difluoro-1,3-dioxolan-2-one (DFEC) is used in place of FEC, and ethylene carbonate (EC) is added, and a mixing ratio of DFEC, EC and EMC (DFEC). : EC: EMC), except that the weight ratio was changed to 10:40:50 (Example 1-7) or 20:30:50 (Example 1-8). It went through.

(実施例1−9)
EMCのうちの一部を酸無水物である無水スルホプロピオン酸メチル(SPAH)に置き換えたことを除き、実施例1−1と同様の手順を経た。この際、FECとEMCとSPAHとの混合比(FEC:EMC:SPAH)を重量比で50:49:1とした。
(Example 1-9)
A procedure similar to that of Example 1-1 was performed, except that part of the EMC was replaced with anhydrous methyl sulfopropionate (SPAH), which is an acid anhydride. At this time, the mixing ratio (FEC: EMC: SPAH) of FEC, EMC, and SPAH was set to 50: 49: 1.

(比較例1−1)
LIBF4 を加えず、LiPF6 の濃度を1.0mol/kgとしたことを除き、実施例1−1と同様の手順を経た。
(Comparative Example 1-1)
The same procedure as in Example 1-1 was performed, except that LIBF 4 was not added and the concentration of LiPF 6 was 1.0 mol / kg.

(比較例1−2)
EMCに代えてDECを用いたことを除き、実施例1−1と同様の手順を経た。
(Comparative Example 1-2)
A procedure similar to that of Example 1-1 was performed except that DEC was used instead of EMC.

(比較例1−3)
EMCに代えて対称な鎖状化合物である炭酸ジメチル(DMC)を用いたことを除き、実施例1−1と同様の手順を経た。
(Comparative Example 1-3)
A procedure similar to that of Example 1-1 was performed except that dimethyl carbonate (DMC), which is a symmetric chain compound, was used instead of EMC.

(比較例1−4)
FECに代えてECを用いたことを除き、実施例1−1と同様の手順を経た。
(Comparative Example 1-4)
A procedure similar to that of Example 1-1 was performed except that EC was used instead of FEC.

これらの実施例1−1〜1−9および比較例1−1〜1−4の二次電池についてサイクル特性および膨れ特性を調べたところ、表1に示した結果が得られた。   When the cycle characteristics and the swollenness characteristics of the secondary batteries of Examples 1-1 to 1-9 and Comparative Examples 1-1 to 1-4 were examined, the results shown in Table 1 were obtained.

サイクル特性を調べる際には、23℃の雰囲気中で1サイクル充放電させて放電容量を測定し、引き続き同雰囲気中でサイクル数の合計が300サイクルとなるまで繰り返し充放電させて放電容量を測定したのち、放電容量維持率(%)=(300サイクル目の放電容量/1サイクル目の放電容量)×100を算出した。1サイクルの充放電条件としては、800mAの定電流で上限電圧4.2Vまで充電し、さらに4.2Vの定電圧で充電開始からの総時間が3時間となるまでで充電したのち、800mAの定電流で終止電圧3.0Vまで放電した。   When investigating cycle characteristics, charge and discharge for one cycle in an atmosphere at 23 ° C. to measure the discharge capacity, and then repeatedly charge and discharge in the same atmosphere until the total number of cycles reaches 300 cycles to measure the discharge capacity. After that, the discharge capacity retention ratio (%) = (discharge capacity at the 300th cycle / discharge capacity at the first cycle) × 100 was calculated. As charging / discharging conditions for one cycle, the battery is charged at a constant current of 800 mA to an upper limit voltage of 4.2 V, and further charged at a constant voltage of 4.2 V until the total time from the start of charging is 3 hours, and then 800 mA. The battery was discharged at a constant current to a final voltage of 3.0V.

膨れ特性を調べる際には、23℃の雰囲気中で充電して二次電池の厚さを測定し、引き続き充電状態のままで90℃の恒温槽内に4時間保存して二次電池の厚さを測定したのち、膨れ(mm)=(保存後の厚さ−保存前の厚さ)を算出した。この際、充電条件は、サイクル特性を調べる場合と同様にした。   When investigating the swelling characteristics, charge in an atmosphere of 23 ° C., measure the thickness of the secondary battery, and continue to store in a constant temperature bath at 90 ° C. for 4 hours in the charged state. After measuring the thickness, the swelling (mm) = (thickness after storage−thickness before storage) was calculated. At this time, the charging conditions were the same as those for examining the cycle characteristics.

なお、上記したサイクル特性および膨れ特性を調べる際の手順および条件は、以降の一連の実施例および比較例についても同様である。   The procedures and conditions for examining the cycle characteristics and the swollenness characteristics described above are the same for the series of examples and comparative examples that follow.

Figure 2009110799
Figure 2009110799

表1に示したように、電池構造が角型である場合には、電解液が、溶媒としてFECあるいはDFECと、電解質塩としてLiBF4 と、EMCとを含む実施例1−1〜1−9において、それらの全ての条件を満たしていない比較例1−1〜1−4と比較して、高い放電容量維持率を得つつ膨れが小さく抑えられた。 As shown in Table 1, when the battery structure is square, Examples 1-1 to 1-9 in which the electrolytic solution contains FEC or DFEC as a solvent, LiBF 4 as an electrolyte salt, and EMC. In comparison with Comparative Examples 1-1 to 1-4, which did not satisfy all of these conditions, swelling was suppressed to a small level while obtaining a high discharge capacity retention rate.

この場合には、電解液中におけるFECの含有量が30重量%以上50重量%以下であり、あるいは電解液中におけるDFECの含有量が10重量%以上20重量%以下であると、高い放電容量維持率が得られた。また、電解液中におけるLiBF4 の濃度が0.02mol/kg以上0.2mol/kg以下であると、膨れの増加が抑えられつつ高い放電容量維持率が得られた。さらに、電解液中におけるEMCの含有量が10重量%以上70重量%以下であると、膨れの増加が抑えられつつ高い放電容量維持率が得られた。 In this case, when the content of FEC in the electrolytic solution is 30% by weight or more and 50% by weight or less, or when the content of DFEC in the electrolytic solution is 10% by weight or more and 20% by weight or less, a high discharge capacity. A retention rate was obtained. Further, when the concentration of LiBF 4 in the electrolytic solution was 0.02 mol / kg or more and 0.2 mol / kg or less, a high discharge capacity retention rate was obtained while suppressing an increase in swelling. Furthermore, when the content of EMC in the electrolytic solution was 10% by weight or more and 70% by weight or less, a high discharge capacity retention rate was obtained while an increase in swelling was suppressed.

また、電解液がSPAHを含むと、放電容量維持率がより高くなると共に膨れがより小さくなった。なお、ここではSPAH以外の他の酸無水物を用いた場合の結果を示していないが、SPAHに代表される酸無水物は共通して放電容量維持率を増加させると共に膨れを減少させる役割を果たすため、SPAH以外の他の酸無水物を用いた場合においても同様の結果が得られることは明らかである。   In addition, when the electrolytic solution contained SPAH, the discharge capacity retention rate was higher and the swelling was smaller. In addition, although the result at the time of using acid anhydrides other than SPAH is not shown here, the acid anhydride represented by SPAH has a role to increase the discharge capacity maintenance rate and reduce swelling in common. Therefore, it is clear that similar results can be obtained even when other acid anhydrides other than SPAH are used.

これらのことから、本発明の角型の二次電池では、負極22の負極活物質粒子がケイ素を含有すると共に多層構造を有する場合に、電解液が溶媒としてFECあるいはDFECと電解質塩としてLiBF4 とEMCとを含むことにより、優れたサイクル特性および膨れ特性が得られることが確認された。この場合には、電解液がSPAHなどの酸無水物を含めば、両特性がより向上することも確認された。 Therefore, in the prismatic secondary battery of the present invention, when the negative electrode active material particles of the negative electrode 22 contain silicon and have a multilayer structure, the electrolytic solution is FEC or DFEC and LiBF 4 as the electrolyte salt as a solvent. It was confirmed that excellent cycle characteristics and swollenness characteristics can be obtained by including C and EMC. In this case, it was also confirmed that both characteristics were further improved if the electrolytic solution contained an acid anhydride such as SPAH.

(実施例2−1,2−2)
エステル化合物としてEMCに代えて炭酸メチルプロピル(MPC:実施例2−1)あるいは炭酸ブチルメチル(BMC:実施例2−2)を用いたことを除き、実施例1−1と同様の手順を経た。
(Examples 2-1 and 2-2)
A procedure similar to that of Example 1-1 was performed except that methylpropyl carbonate (MPC: Example 2-1) or butylmethyl carbonate (BMC: Example 2-2) was used instead of EMC as the ester compound.

これらの実施例2−1,2−2の二次電池についてサイクル特性および膨れ特性を調べたところ、表2に示した結果が得られた。   When the cycle characteristics and the swollenness characteristics of the secondary batteries of Examples 2-1 and 2-2 were examined, the results shown in Table 2 were obtained.

Figure 2009110799
Figure 2009110799

表2に示したように、電解液がMPC等を含む実施例2−1,2−2では、EMCを含む実施例1−1と同様に、比較例1−1〜1−4と比較して、高い放電容量維持率を得つつ膨れが小さく抑えられた。この場合には、化4に示したR21の炭素数が2〜4である非対称なEMC等を用いると、放電容量維持率が高くなると共に膨れが小さくなった。これに対して、炭素数が1である対称なDMCを用いると、放電容量維持率は高くなるが膨れが大きくなり、対称なDECを用いると、膨れは小さくなるが放電容量維持率が低くなった。   As shown in Table 2, in Examples 2-1 and 2-2 in which the electrolytic solution contains MPC or the like, as compared with Example 1-1 containing EMC, compared with Comparative Examples 1-1 to 1-4. Thus, swelling was suppressed to a small level while obtaining a high discharge capacity retention rate. In this case, when an asymmetrical EMC having 2 to 4 carbon atoms of R21 shown in Chemical Formula 4 was used, the discharge capacity retention rate was increased and the swelling was reduced. On the other hand, when a symmetric DMC having 1 carbon is used, the discharge capacity retention rate is increased but the swelling is increased, and when a symmetric DEC is used, the swelling is reduced but the discharge capacity maintenance rate is lowered. It was.

これらのことから、本発明の角型の二次電池では、電解液がMPC等を含む場合においても、EMCを含む場合と同様に、優れたサイクル特性および膨れ特性が得られることが確認された。   From these facts, it was confirmed that in the square secondary battery of the present invention, excellent cycle characteristics and swelling characteristics can be obtained even when the electrolyte contains MPC or the like, as in the case of containing EMC. .

(実施例3−1)
負極活物質粒子の層数を25層に代えて10層としたことを除き、実施例1−1と同様の手順を経た。この際、ケイ素の1層当たりの堆積厚さを0.75μmとし、蒸着工程と冷却工程とを10回繰り返して負極活物質粒子の総厚を7.5μmとした。
(Example 3-1)
A procedure similar to that of Example 1-1 was performed, except that the number of layers of the negative electrode active material particles was changed to 10 instead of 25. At this time, the deposition thickness per silicon layer was set to 0.75 μm, and the vapor deposition step and the cooling step were repeated 10 times to set the total thickness of the negative electrode active material particles to 7.5 μm.

(実施例3−2)
負極活物質層22Bを形成する場合に、複数の負極活物質粒子を形成したのち、液相析出法によって負極活物質粒子の表面に酸化物含有膜としてケイ素の酸化物(SiO2 )を析出させたことを除き、実施例1−1と同様の手順を経た。この酸化物含有膜を形成する場合には、ケイフッ化水素酸にアニオン補足剤としてホウ素を溶解させた溶液中に、負極活物質粒子が形成された負極集電体22Aを3時間浸積し、その負極活物質粒子の表面にケイ素の酸化物を析出させたのち、水洗して減圧乾燥した。
(Example 3-2)
In forming the negative electrode active material layer 22B, after forming a plurality of negative electrode active material particles, a silicon oxide (SiO 2 ) is deposited as an oxide-containing film on the surface of the negative electrode active material particles by a liquid phase deposition method. Except that, the same procedure as in Example 1-1 was performed. In the case of forming this oxide-containing film, the negative electrode current collector 22A on which the negative electrode active material particles are formed is immersed for 3 hours in a solution obtained by dissolving boron as an anion scavenger in hydrofluoric acid. After depositing silicon oxide on the surface of the negative electrode active material particles, it was washed with water and dried under reduced pressure.

(実施例3−3)
負極活物質層22Bを形成する場合に、複数の負極活物質粒子を形成したのち、電解鍍金法によって金属材料としてコバルト(Co)の鍍金膜を成長させたことを除き、実施例1−1と同様の手順を経た。この金属材料を形成する場合には、鍍金浴にエアーを供給しながら通電して負極集電体22Aの両面にコバルトを堆積させた。この際、鍍金液として日本高純度化学株式会社製のコバルト鍍金液を用い、電流密度を2A/dm2 〜5A/dm2 とし、鍍金速度を10nm/秒とした。
(Example 3-3)
When forming the negative electrode active material layer 22B, after forming a plurality of negative electrode active material particles, a plating film of cobalt (Co) as a metal material was grown by an electrolytic plating method, and Example 1-1 A similar procedure was followed. In the case of forming this metal material, electricity was supplied while supplying air to the plating bath, and cobalt was deposited on both surfaces of the negative electrode current collector 22A. At this time, a cobalt plating solution manufactured by Japan High Purity Chemical Co., Ltd. was used as the plating solution, the current density was 2 A / dm 2 to 5 A / dm 2 , and the plating rate was 10 nm / second.

(実施例3−4)
実施例3−2,3−3で説明した手順により、酸化物含有膜としてケイ素の酸化物を析出させたのち、さらに金属材料としてコバルトの鍍金膜を成長させたことを除き、実施例1−1と同様の手順を経た。
(Example 3-4)
Except that after depositing an oxide of silicon as an oxide-containing film according to the procedure described in Examples 3-2 and 3-3, a cobalt plating film was further grown as a metal material. 1 was followed.

(比較例2)
負極活物質粒子の層数を25層に代えて1層としたことを除き、実施例1−1と同様の手順を経た。この際、ケイ素の堆積厚さ(負極活物質粒子の厚さ)を7.5μmとした。
(Comparative Example 2)
A procedure similar to that of Example 1-1 was performed except that the number of layers of the negative electrode active material particles was changed to one instead of 25. At this time, the deposition thickness of silicon (the thickness of the negative electrode active material particles) was set to 7.5 μm.

これらの実施例3−1〜3−4および比較例2の二次電池についてサイクル特性および膨れ特性を調べたところ、表3に示した結果が得られた。   When the cycle characteristics and the swollenness characteristics of the secondary batteries of Examples 3-1 to 3-4 and Comparative Example 2 were examined, the results shown in Table 3 were obtained.

Figure 2009110799
Figure 2009110799

表3に示したように、負極活物質粒子の厚さを一定(7.5μm)とすると、負極活物質粒子が多層構造を有する実施例1−1,3−1では、単層構造を有する比較例2と比較して、膨れがほぼ同等に維持されつつ放電容量維持率が高くなった。この場合には、負極活物質粒子の層数が多くなるにしたがって放電容量維持率が高くなり、10層以上になると放電容量維持率が十分に高くなった。   As shown in Table 3, assuming that the thickness of the negative electrode active material particles is constant (7.5 μm), Examples 1-1 and 3-1 in which the negative electrode active material particles have a multilayer structure have a single layer structure. Compared to Comparative Example 2, the discharge capacity retention rate was increased while the swelling was maintained substantially the same. In this case, the discharge capacity retention rate increased as the number of layers of the negative electrode active material particles increased, and the discharge capacity retention rate increased sufficiently when the number of layers was 10 or more.

また、酸化物含有膜や金属材料を形成した実施例3−2〜3−4では、それらを形成しなかった実施例1−1と比較して、膨れがほぼ同等に維持されつつ放電容量維持率が高くなった。この場合には、金属材料を形成した場合において放電容量維持率がより高くなり、酸化物含有膜および金属材料の双方を形成した場合において放電容量維持率がさらに高くなった。   Further, in Examples 3-2 to 3-4 in which the oxide-containing film and the metal material were formed, the discharge capacity was maintained while the swelling was maintained substantially the same as in Example 1-1 in which they were not formed. The rate has increased. In this case, the discharge capacity retention rate was higher when the metal material was formed, and the discharge capacity retention rate was further increased when both the oxide-containing film and the metal material were formed.

なお、ここでは1回の蒸着工程で堆積させるケイ素の堆積厚さが0.3μmあるいは0.75μmである場合の結果しか示していないが、十分なサイクル特性を得るために必要なケイ素の堆積厚さの上限値を調べたところ、その上限値は1μmであった。   Here, only the result in the case where the deposition thickness of silicon deposited in one vapor deposition process is 0.3 μm or 0.75 μm is shown, but the deposition thickness of silicon necessary for obtaining sufficient cycle characteristics is shown. When the upper limit of the thickness was examined, the upper limit was 1 μm.

これらのことから、本発明の角型の二次電池では、負極活物質粒子が多層構造を有することでサイクル特性が向上すると共に、負極活物質粒子の1層の厚さが1μm以下である場合にその層数が10層以上であれば十分な特性が得られることが確認された。また、酸化物含有膜や金属材料を形成すればサイクル特性がより向上し、酸化物含有膜よりも金属材料、さらに双方を形成すれば特性が著しく向上することも確認された。   For these reasons, in the prismatic secondary battery of the present invention, when the negative electrode active material particles have a multilayer structure, the cycle characteristics are improved and the thickness of one layer of the negative electrode active material particles is 1 μm or less. It was confirmed that sufficient characteristics could be obtained if the number of layers was 10 or more. It was also confirmed that the cycle characteristics were further improved when an oxide-containing film or a metal material was formed, and the characteristics were significantly improved when a metal material or both were formed as compared with the oxide-containing film.

(実施例4−1〜4−7)
以下の手順によって図5および図6に示したラミネートフィルム型の二次電池を作製したことを除き、実施例1−1〜1−7と同様の手順を経た。このラミネートフィルム型の二次電池を作製する場合には、最初に、正極集電体33Aの両面に正極活物質層33Bを形成して正極33を作製すると共に、負極集電体34Aの両面に負極活物質層34Bを形成して負極34を作製したのち、正極集電体33Aの一端にアルミニウム製の正極リード31を溶接すると共に、負極集電体34Aの一端にニッケル製の負極リード32を溶接した。続いて、正極33と、セパレータ35と、負極34と、上記したセパレータ35とをこの順に積層してから長手方向に多数回巻回させたのち、粘着テープからなる保護テープ37で巻き終わり部分を固定して、巻回電極体30の前駆体である巻回体を形成した。続いて、外側から、ナイロンフィルム(厚さ=30μm)と、アルミニウム箔(厚さ=40μm)と、無延伸ポリプロピレンフィルム(厚さ=30μm)とが積層された3層構成のラミネートフィルムからなる外装部材40の間に巻回体を挟み込んだのち、一辺を除く外縁部同士を熱融着して、袋状の外装部材40の内部に巻回体を収納した。続いて、外装部材40の開口部から内部に電解液を2g注入し、その電解液をセパレータ35に含浸させて巻回電極体30を作製した。最後に、真空雰囲気中において外装部材40の開口部を熱融着して封止することにより、ラミネートフィルム型の二次電池が完成した。
(Examples 4-1 to 4-7)
The same procedure as in Examples 1-1 to 1-7 was performed except that the laminate film type secondary battery shown in FIG. 5 and FIG. 6 was produced by the following procedure. When producing this laminated film type secondary battery, first, the positive electrode active material layer 33B is formed on both surfaces of the positive electrode current collector 33A to produce the positive electrode 33, and on both surfaces of the negative electrode current collector 34A. After forming the negative electrode active material layer 34B and producing the negative electrode 34, the positive electrode lead 31 made of aluminum is welded to one end of the positive electrode current collector 33A, and the negative electrode lead 32 made of nickel is attached to one end of the negative electrode current collector 34A. Welded. Subsequently, the positive electrode 33, the separator 35, the negative electrode 34, and the separator 35 described above are laminated in this order and then wound many times in the longitudinal direction, and then the winding end portion is covered with a protective tape 37 made of an adhesive tape. It fixed and the winding body which is the precursor of the winding electrode body 30 was formed. Subsequently, an exterior made of a laminate film having a three-layer structure in which a nylon film (thickness = 30 μm), an aluminum foil (thickness = 40 μm), and an unstretched polypropylene film (thickness = 30 μm) are laminated from the outside. After the wound body was sandwiched between the members 40, the outer edge portions except for one side were heat-sealed, and the wound body was stored inside the bag-shaped exterior member 40. Subsequently, 2 g of an electrolytic solution was injected into the inside from the opening of the exterior member 40, and the separator 35 was impregnated with the electrolytic solution to produce a wound electrode body 30. Finally, the laminated film type secondary battery was completed by thermally sealing and sealing the opening of the exterior member 40 in a vacuum atmosphere.

(実施例4−8,4−9)
EMCに代えてMPC(実施例4−8)あるいはBMC(実施例4−9)を用いたことを除き、実施例4−1と同様の手順を経た。
(Examples 4-8 and 4-9)
A procedure similar to that in Example 4-1 was performed except that MPC (Example 4-8) or BMC (Example 4-9) was used instead of EMC.

(比較例3−1〜3−3)
実施例4−1〜4−9と同様にラミネートフィルム型の二次電池を作製したことを除き、比較例1−1〜1−3と同様の手順を経た。
(Comparative Examples 3-1 to 3-3)
A procedure similar to those of Comparative Examples 1-1 to 1-3 was performed, except that laminate film type secondary batteries were produced in the same manner as in Examples 4-1 to 4-9.

これらの実施例4−1〜4−9および比較例3−1〜3−3の二次電池についてサイクル特性および膨れ特性を調べたところ、表4に示した結果が得られた。   When the cycle characteristics and the swollenness characteristics of the secondary batteries of Examples 4-1 to 4-9 and Comparative Examples 3-1 to 3-3 were examined, the results shown in Table 4 were obtained.

Figure 2009110799
Figure 2009110799

表4に示したように、電池構造がラミネートフィルム型である場合においても、角型である場合(表1および表2)と同様の結果が得られた。すなわち、電解液が、溶媒としてFECあるいはDFECと、電解質塩としてLiBF4 と、EMC等とを含む実施例4−1〜4−9では、それらの全ての条件を満たしていない比較例3−1〜3−3と比較して、高い放電容量維持率を得つつ膨れが小さく抑えられた。 As shown in Table 4, when the battery structure was a laminate film type, the same results as in the case of the square type (Tables 1 and 2) were obtained. That is, in Examples 4-1 to 4-9 in which the electrolytic solution contains FEC or DFEC as a solvent, LiBF 4 as an electrolyte salt, EMC, and the like, Comparative Example 3-1 that does not satisfy all of these conditions As compared with ˜3-3, swelling was suppressed to a small level while obtaining a high discharge capacity retention rate.

これらのことから、本発明のラミネートフィルム型の二次電池では、負極34の負極活物質粒子がケイ素を含有すると共に多層構造を有する場合に、電解液が溶媒としてFECあるいはDFECと電解質塩としてLiBF4 とEMC等とを含むことにより、角型の二次電池と同様に、優れたサイクル特性および膨れ特性が得られることが確認された。 Accordingly, in the laminated film type secondary battery of the present invention, when the negative electrode active material particles of the negative electrode 34 contain silicon and have a multilayer structure, the electrolytic solution is FEC as a solvent or DFEC and LiBF as an electrolyte salt. By including 4 and EMC or the like, it was confirmed that excellent cycle characteristics and swollenness characteristics can be obtained as in the case of the square secondary battery.

上記した表1〜表4の結果から、本発明の二次電池では、負極の負極活物質粒子が、電極反応物質を吸蔵および放出することが可能であると共に金属元素および半金属元素のうちの少なくとも1種を有する材料を含有し、かつ、粒子内に多層構造を有する場合に、電解液が、化3に示したハロゲンを有する環状炭酸エステルを含有する溶媒と、四フッ化ホウ酸リチウムを含有する電解質塩と、化4に示したエステル化合物とを含むことにより、電池構造や、溶媒の組成や、電解質塩の濃度や、エステル化合物の含有量に依存せずに、優れたサイクル特性および膨れ特性が得られることが確認された。   From the results of Tables 1 to 4 above, in the secondary battery of the present invention, the negative electrode active material particles of the negative electrode can occlude and release the electrode reactant, and among the metal elements and metalloid elements, When the material contains at least one material and has a multilayer structure in the particles, the electrolytic solution contains a solvent containing a cyclic carbonate having a halogen shown in Chemical Formula 3 and lithium tetrafluoroborate. By including the electrolyte salt contained and the ester compound shown in Chemical formula 4, excellent cycle characteristics and the dependence on the battery structure, the composition of the solvent, the concentration of the electrolyte salt, and the content of the ester compound It was confirmed that the swollenness characteristics can be obtained.

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、本発明の電池の電解質として、電解液、あるいは電解液を高分子化合物に保持させたゲル状電解質を用いる場合について説明したが、他の種類の電解質を用いるようにしてもよい。他の電解質としては、例えば、イオン伝導性セラミックス、イオン伝導性ガラスあるいはイオン性結晶などのイオン伝導性無機化合物と電解液とを混合したものや、他の無機化合物と電解液とを混合したものや、それらの無機化合物とゲル状電解質とを混合したものなどが挙げられる。   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 case where the electrolytic solution or the gel electrolyte in which the electrolytic solution is held in a polymer compound is used as the electrolyte of the battery of the present invention has been described. May be used. Other electrolytes include, for example, a mixture of an ion conductive inorganic compound such as ion conductive ceramics, ion conductive glass or ionic crystal and an electrolyte, or a mixture of another inorganic compound and an electrolyte. Or a mixture of these inorganic compounds and a gel electrolyte.

また、上記した実施の形態および実施例では、本発明の電池として、負極の容量がリチウムの吸蔵および放出に基づいて表されるリチウムイオン二次電池について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。本発明の電池は、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基づく容量とリチウムの析出および溶解に基づく容量とを含み、かつ、それらの容量の和によって表される二次電池についても同様に適用可能である。   In the above-described embodiments and examples, the lithium ion secondary battery in which the capacity of the negative electrode is expressed based on insertion and extraction of lithium is described as the battery of the present invention. However, the present invention is not necessarily limited to this. Absent. In the 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 negative electrode capacity is based on the storage and release of lithium and the deposition of lithium and The present invention can be similarly applied to a secondary battery including a capacity based on melting 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、ナトリウム(Na)あるいはカリウム(K)などの他の短周期型周期表における1A族元素や、マグネシウムあるいはカルシウム(Ca)などの2A族元素や、アルミニウムなどの他の軽金属を用いてもよい。この場合においても、上記実施の形態で説明した負極材料を用いることが可能である。   In the above-described embodiments and examples, the case where lithium is used as the electrode reactant has been described. However, the group 1A element in other short-period periodic tables such as sodium (Na) or potassium (K), magnesium, and the like Or 2A group elements, such as calcium (Ca), and other light metals, such as aluminum, may be used. Also in this case, the negative electrode material described in the above embodiment can be used.

また、上記した実施の形態または実施例では、本発明の電池について、電池構造が角型およびラミネートフィルム型である場合、ならびに電池素子が巻回構造を有する場合を例に挙げて説明したが、本発明の電池は、円筒型、コイン型あるいはボタン型などの他の電池構造を有する場合や、電池素子が積層構造などの他の構造を有する場合についても同様に適用可能である。   In the above-described embodiments or examples, the battery of the present invention has been described by taking the case where the battery structure is a square type and a laminate film type, and the case where the battery element has a winding structure as an example, The battery of the present invention can be similarly applied to a case where the battery has another battery structure such as a cylindrical shape, a coin shape or a button shape, and a case where the battery element has another structure such as a laminated structure.

また、上記した実施の形態および実施例では、本発明の電池に関し、電解液中におけるエステル化合物の含有量について、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、ハロゲンを有する環状炭酸エステルの含有量や四フッ化ホウ酸リチウムの濃度などについても同様である。   Further, in the above-described embodiments and examples, regarding the battery of the present invention, the content of the ester compound in the electrolytic solution is described in an 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. The same applies to the content of halogenated cyclic carbonate and the concentration of lithium tetrafluoroborate.

本発明の第1の実施の形態に係る電池の構成を表す断面図である。It is sectional drawing showing the structure of the battery which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 図1に示した電池のII−II線に沿った断面図である。It is sectional drawing along the II-II line of the battery shown in FIG. 図2に示した負極の断面構造を表すSEM写真およびその模式図である。FIG. 3 is an SEM photograph showing a cross-sectional structure of the negative electrode shown in FIG. 2 and a schematic diagram thereof. 図2に示した負極の他の断面構造を表すSEM写真およびその模式図である。FIG. 3 is an SEM photograph showing another cross-sectional structure of the negative electrode shown in FIG. 2 and a schematic diagram thereof. 本発明の第2の実施の形態に係る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 battery which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 図5に示した巻回電極体のVI−VI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 VI-VI line of the wound electrode body shown in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

11…電池缶、12…絶縁板、13…電池蓋、14…端子板、15…正極ピン、16…絶縁ケース、17…ガスケット、18…開裂弁、19…注入孔、19A…封止部材、20…電池素子、21,33…正極、21A,33A…正極集電体、21B,33B…正極活物質層、22,34…負極、22A,34A…負極集電体、22B,34B…負極活物質層、23,35…セパレータ、24,31…正極リード、25,32…負極リード、30…巻回電極体、36…電解質、37…保護テープ、40…外装部材、41…密着フィルム、221…負極活物質粒子、222(222A,222B)…隙間、223…空隙、224…金属材料。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Battery can, 12 ... Insulation board, 13 ... Battery cover, 14 ... Terminal board, 15 ... Positive electrode pin, 16 ... Insulation case, 17 ... Gasket, 18 ... Cleavage valve, 19 ... Injection hole, 19A ... Sealing member, DESCRIPTION OF SYMBOLS 20 ... Battery element, 21, 33 ... Positive electrode, 21A, 33A ... Positive electrode collector, 21B, 33B ... Positive electrode active material layer, 22, 34 ... Negative electrode, 22A, 34A ... Negative electrode collector, 22B, 34B ... Negative electrode active Material layer, 23, 35 ... separator, 24, 31 ... positive electrode lead, 25, 32 ... negative electrode lead, 30 ... wound electrode body, 36 ... electrolyte, 37 ... protective tape, 40 ... exterior member, 41 ... adhesion film, 221 ... negative electrode active material particles, 222 (222A, 222B) ... gaps, 223 ... gaps, 224 ... metal materials.

Claims (14)

正極および負極と共に電解液を備えた電池であって、
前記負極は、複数の負極活物質粒子を含む負極活物質層を有し、
前記負極活物質粒子は、電極反応物質を吸蔵および放出することが可能であると共に金属元素および半金属元素のうちの少なくとも1種を有する材料を含有し、かつ、粒子内に多層構造を有し、
前記電解液は、化1で表されるハロゲンを有する環状炭酸エステルを含有する溶媒と、四フッ化ホウ酸リチウム(LiBF4 )を含有する電解質塩と、化2で表されるエステル化合物とを含む
ことを特徴とする電池。
Figure 2009110799
(R11〜R14は水素基、ハロゲン基、アルキル基あるいはハロゲン化アルキル基であり、それらのうちの少なくとも1つはハロゲン基あるいはハロゲン化アルキル基である。)
Figure 2009110799
(R21は炭素数が2以上4以下のアルキル基である。)
A battery comprising an electrolyte solution together with a positive electrode and a negative electrode,
The negative electrode has a negative electrode active material layer including a plurality of negative electrode active material particles,
The negative electrode active material particles can contain and release electrode reactants, contain a material having at least one of a metal element and a metalloid element, and have a multilayer structure in the particles. ,
The electrolytic solution includes a solvent containing a cyclic carbonate having a halogen represented by Chemical Formula 1, an electrolyte salt containing lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ), and an ester compound represented by Chemical Formula 2. A battery characterized by including.
Figure 2009110799
(R11 to R14 are a hydrogen group, a halogen group, an alkyl group or a halogenated alkyl group, and at least one of them is a halogen group or a halogenated alkyl group.)
Figure 2009110799
(R21 is an alkyl group having 2 to 4 carbon atoms.)
前記負極活物質粒子は、ケイ素(Si)を含有することを特徴とする請求項1記載の電池。   The battery according to claim 1, wherein the negative electrode active material particles contain silicon (Si). 前記負極は、前記負極活物質層を支持する負極集電体を有し、前記負極活物質粒子は、前記負極集電体の表面に連結されていることを特徴とする請求項1記載の電池。   The battery according to claim 1, wherein the negative electrode has a negative electrode current collector that supports the negative electrode active material layer, and the negative electrode active material particles are connected to a surface of the negative electrode current collector. . 前記化1に示したハロゲンを有する環状炭酸エステルは、4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンであり、前記電解液中における4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンの含有量は、30重量%以上50重量%以下であることを特徴とする請求項1記載の電池。   The cyclic carbonate having a halogen shown in Chemical Formula 1 is 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one, and the inclusion of 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one in the electrolyte solution The battery according to claim 1, wherein the amount is 30% by weight or more and 50% by weight or less. 前記化1に示したハロゲンを有する環状炭酸エステルは、4,5−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンであり、前記電解液中における4,5−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンの含有量は、10重量%以上20重量%以下であることを特徴とする請求項1記載の電池。   The cyclic carbonate having a halogen shown in Chemical Formula 1 is 4,5-difluoro-1,3-dioxolan-2-one, and 4,5-difluoro-1,3-dioxolane-2 in the electrolytic solution is used. The battery according to claim 1, wherein the content of -on is 10 wt% or more and 20 wt% or less. 前記電解液中における四フッ化ホウ酸リチウムの濃度は、0.02mol/kg以上0.2mol/kg以下であることを特徴とする請求項1記載の電池。   The battery according to claim 1, wherein the concentration of lithium tetrafluoroborate in the electrolytic solution is 0.02 mol / kg or more and 0.2 mol / kg or less. 前記電解質塩は、六フッ化リン酸リチウム(LiPF6 )を含有することを特徴とする請求項1記載の電池。 The battery according to claim 1, wherein the electrolyte salt contains lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ). 前記電解液中における前記化2に示したエステル化合物の含有量は、10重量%以上70重量%以下であることを特徴とする請求項1記載の電池。   2. The battery according to claim 1, wherein the content of the ester compound represented by Formula 2 in the electrolytic solution is 10 wt% or more and 70 wt% or less. 前記負極活物質層は、前記負極活物質粒子の表面を被覆する酸化物含有膜を含むことを特徴とする請求項1記載の電池。   The battery according to claim 1, wherein the negative electrode active material layer includes an oxide-containing film that covers a surface of the negative electrode active material particles. 前記酸化物含有膜は、ケイ素、ゲルマニウム(Ge)およびスズ(Sn)からなる群のうちの少なくとも1種の酸化物を含有することを特徴とする請求項9記載の電池。   The battery according to claim 9, wherein the oxide-containing film contains at least one oxide selected from the group consisting of silicon, germanium (Ge), and tin (Sn). 前記負極活物質層は、前記負極活物質粒子の粒子間の隙間および粒子内の隙間に、電極反応物質と合金化しない金属材料を含むことを特徴とする請求項1記載の電池。   2. The battery according to claim 1, wherein the negative electrode active material layer includes a metal material that is not alloyed with an electrode reactant in a gap between particles of the negative electrode active material particles and a gap in the particles. 前記金属材料は、鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、亜鉛(Zn)および銅(Cu)からなる群のうちの少なくとも1種を有することを特徴とする請求項11記載の電池。   12. The metal material according to claim 11, wherein the metal material has at least one selected from the group consisting of iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), zinc (Zn), and copper (Cu). battery. 前記正極、前記負極および前記電解液は、角型の金属缶の内部に収納されていることを特徴とする請求項1記載の電池。   The battery according to claim 1, wherein the positive electrode, the negative electrode, and the electrolytic solution are accommodated in a rectangular metal can. 前記正極、前記負極および前記電解液は、フィルム状の外装部材の内部に収納されていることを特徴とする請求項1記載の電池。   The battery according to claim 1, wherein the positive electrode, the negative electrode, and the electrolytic solution are housed in a film-shaped exterior member.
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