JP2009158415A - Positive electrode active material for nonaqueous electrolyte secondary battery, and nonaqueous electrolyte secondary battery having the same - Google Patents

Positive electrode active material for nonaqueous electrolyte secondary battery, and nonaqueous electrolyte secondary battery having the same Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a positive electrode active material for a nonaqueous electrolyte secondary battery, capable of sufficiently utilizing a high-capacity characteristic possessed by a negative electrode active material, and extending the life of the battery. <P>SOLUTION: This positive electrode active material for a nonaqueous electrolyte secondary battery is formed of a lithium transition metal composite oxide represented by formula (1), and characterized by being used in combination with a negative electrode active material containing Si or Sn. Preferably, the compound represented by the formula (1) is formed of a solid solution represented by following formula (2): Li<SB>1+x</SB>(MnαCoβNiγ)<SB>1-x</SB>O<SB>2</SB>*aLi<SB>4/3</SB>Mn<SB>2/3</SB>O<SB>2</SB>(2). <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、リチウム二次電池などの非水電解液二次電池用の正極活物質に関する。また本発明は、該正極活物質を有する非水電解液二次電池に関する。   The present invention relates to a positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery such as a lithium secondary battery. The present invention also relates to a non-aqueous electrolyte secondary battery having the positive electrode active material.

リチウムイオン二次電池の負極活物質には、一般にグラファイトが使用されている。しかし、近年の電子機器の多機能化に伴いその消費電力が著しく増加しており、大容量の二次電池がますます必要となっていることから、グラファイトを用いている限り、近い将来そのニーズに応えるのは困難である。そこで、グラファイトよりも高容量の材料であるSn系物質やSi系物質からなる負極活物質の開発が活発になされている。   In general, graphite is used as a negative electrode active material of a lithium ion secondary battery. However, with the recent increase in functionality of electronic devices, their power consumption has increased remarkably, and the need for large-capacity secondary batteries is increasing. It is difficult to meet. Therefore, negative electrode active materials made of Sn-based materials and Si-based materials, which are materials having a higher capacity than graphite, have been actively developed.

しかし、Sn系物質やSi系物質からなる負極活物質は一般的に初回充電時の不可逆容量が大きい。したがって、これら負極活物質が有する高容量の特性を活用するためには、これら負極活物質を、高容量でありかつ適切な不可逆容量を有する正極活物質と組み合わせて使用する必要がある。   However, a negative electrode active material made of Sn-based material or Si-based material generally has a large irreversible capacity at the time of first charge. Therefore, in order to utilize the high capacity characteristics of these negative electrode active materials, it is necessary to use these negative electrode active materials in combination with a positive electrode active material having a high capacity and an appropriate irreversible capacity.

高容量の正極活物質として、Li2MnO3−LiMO2(MはNi、Co等)の固溶体系物質が近年注目されている(非特許文献1参照)。しかし同文献においては、この正極材料と組み合わせて用いられる負極材料は金属リチウムなので、上述した初回充電時の不可逆容量の問題は生じない。したがって、同文献に記載の正極材料を、Sn系物質やSi系物質からなる負極材料と組み合わせて用いた場合に、どのような効果が奏されるかは、同文献の記載からは明らかでない。 As a high-capacity positive electrode active material, a solid solution system material of Li 2 MnO 3 —LiMO 2 (M is Ni, Co, etc.) has recently attracted attention (see Non-Patent Document 1). However, in this document, since the negative electrode material used in combination with this positive electrode material is metallic lithium, the above-described problem of irreversible capacity during the initial charge does not occur. Therefore, it is not clear from the description of the literature what effect is achieved when the positive electrode material described in the literature is used in combination with a negative electrode material made of an Sn-based material or an Si-based material.

伊藤淳史、外2名、第48回電池討論会講演要旨集、(社)電気化学会電池技術委員会、平成19年11月9日、p.12Atsushi Ito, 2 others, Abstracts of the 48th Battery Discussion Meeting, Battery Technical Committee of the Electrochemical Society, November 9, 2007, p. 12

本発明の目的は、Sn系物質やSi系物質からなる負極活物質が有する高容量の特性を十分に活用し得る非水電解液二次電池を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a non-aqueous electrolyte secondary battery that can fully utilize the high-capacity characteristics of a negative electrode active material made of a Sn-based material or a Si-based material.

本発明は、下記の式(1)で表されるリチウム遷移金属複合酸化物からなり、Si又はSnを含む負極活物質と組み合わせて用いられることを特徴とする非水電解液二次電池用正極活物質を提供するものである。   The present invention comprises a lithium transition metal composite oxide represented by the following formula (1), and is used in combination with a negative electrode active material containing Si or Sn. An active material is provided.

Figure 2009158415
Figure 2009158415

また本発明は、前記の正極活物質を有する正極と、Si又はSnを含む負極活物質を有する負極とを備え、該負極の活物質層が、Si又はSnを含む活物質の粒子を含有し、該粒子の表面の少なくとも一部がリチウム化合物の形成能の低い金属材料で被覆されていると共に、該金属材料で被覆された該粒子どうしの間に空隙が形成されている非水電解液二次電池を提供するものである。   The present invention also includes a positive electrode having the positive electrode active material and a negative electrode having a negative electrode active material containing Si or Sn, and the active material layer of the negative electrode contains particles of an active material containing Si or Sn. And a non-aqueous electrolyte solution in which at least a part of the surface of the particle is coated with a metal material having a low lithium compound forming ability and a void is formed between the particles coated with the metal material. A secondary battery is provided.

本発明の非水電解液二次電池用正極活物質によれば、Si又はSnを含む負極活物質が有する高容量の特性を十分に活用できる。またこれらの活物質を用いた二次電池を長寿命のものとすることができる。   According to the positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention, the high capacity characteristics of the negative electrode active material containing Si or Sn can be fully utilized. Further, a secondary battery using these active materials can have a long life.

以下本発明を、その好ましい実施形態に基づき説明する。本発明の非水電解液二次電池(以下、単に二次電池又は電池ともいう)は、その基本構成部材として、正極、負極及びこれらの間に配されたセパレータを有している。正極と負極との間はセパレータを介して非水電解液で満たされている。本発明の電池は、これら基本構成部材を備えた円筒型、角型、コイン型等の形態であり得る。しかしこれらの形態に制限されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described based on preferred embodiments thereof. The nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention (hereinafter also simply referred to as a secondary battery or a battery) has a positive electrode, a negative electrode, and a separator disposed between them as its basic constituent members. The space between the positive electrode and the negative electrode is filled with a non-aqueous electrolyte via a separator. The battery of the present invention may be in the form of a cylindrical shape, a square shape, a coin shape or the like provided with these basic components. However, it is not limited to these forms.

本発明の電池に用いられる正極は、例えば集電体の少なくとも一面に正極活物質層が形成されてなるものである。正極活物質層には活物質が含まれている。この活物質として本発明において用いられるものは、特定のリチウム遷移金属複合酸化物である。この化合物は以下の前記の式(1)で表される。前記の式(1)で表される化合物は、2種類のリチウム遷移金属複合酸化物の単一の固溶体又はコンポジットからなる。この2種類のリチウム遷移金属複合酸化物は、LiMO2(M=Mn、Co及びNi)及びLi2MnO3である。なお、式(1)で表されるリチウム遷移金属複合酸化物の各元素の組成は、ICP分析により測定することができる。 The positive electrode used in the battery of the present invention has, for example, a positive electrode active material layer formed on at least one surface of a current collector. The positive electrode active material layer contains an active material. The active material used in the present invention is a specific lithium transition metal composite oxide. This compound is represented by the following formula (1). The compound represented by the formula (1) is composed of a single solid solution or composite of two types of lithium transition metal composite oxides. The two types of lithium transition metal composite oxides are LiMO 2 (M = Mn, Co and Ni) and Li 2 MnO 3 . In addition, the composition of each element of the lithium transition metal composite oxide represented by the formula (1) can be measured by ICP analysis.

前記の式(1)で表されるリチウム遷移金属複合酸化物が、2種類のリチウム遷移金属複合酸化物の単一の固溶体である場合、該固溶体は以下の式(2)で表されるものであることが好ましい。
Li1+x(MnαCoβNiγ)1-x2・aLi4/3Mn2/32 (2)
(式中、a、α、β、γ及びxは前記と同義である。)
式(2)で表される化合物が単一の固溶体から構成されているか否かは、この化合物のX線回折測定から判断できる。
When the lithium transition metal composite oxide represented by the above formula (1) is a single solid solution of two types of lithium transition metal composite oxide, the solid solution is represented by the following formula (2) It is preferable that
Li 1 + x (MnαCoβNiγ) 1-x O 2 .aLi 4/3 Mn 2/3 O 2 (2)
(Wherein a, α, β, γ and x are as defined above.)
Whether or not the compound represented by the formula (2) is composed of a single solid solution can be determined from the X-ray diffraction measurement of this compound.

本発明者らが検討を推し進めたところ、式(1)で表されるリチウム遷移金属複合酸化物は、これを、グラファイトよりも高容量の負極活物質であるSiやSnと組み合わせて電池を構成し、充電のカット・オフ電圧を従来のリチウム二次電池よりも高くすることで、充放電容量が高まり、かつ初回充電時の不可逆容量が大きくなることを見出した。これにより、電池を高容量及び長寿命とすることが可能となる。詳細には以下のとおりである。   As a result of investigations by the present inventors, the lithium transition metal composite oxide represented by the formula (1) is combined with Si or Sn, which is a negative electrode active material having a capacity higher than that of graphite, to constitute a battery. In addition, the inventors have found that the charge / discharge capacity is increased and the irreversible capacity at the first charge is increased by increasing the cut-off voltage of the charge compared to the conventional lithium secondary battery. As a result, the battery can have a high capacity and a long life. Details are as follows.

本発明においては、予備充電のカット・オフ電圧を高くすることで、正極活物質である式(1)で表されるリチウム遷移金属複合酸化物の結晶構造の一部が変化し、それに含まれるリチウムの一部が負極活物質に供給される。そして、供給されたリチウムの一部が不可逆容量として負極に蓄積される。したがって予備充電よりも後の充放電は、負極活物質にリチウムが吸蔵された状態から開始されるので、予備充電よりも後の充放電はほぼ100%可逆的に行われるようになる。この理由は、負極活物質中のリチウムと安定的に合金化するサイトが、予備充電におけるリチウムの吸蔵に優先的に使用されるので、2回目以降の充電時には、リチウムを容易に吸蔵・放出できるサイトにリチウムが吸蔵されるためである。これらの理由によって、電池の長寿命化が図られる。なお予備充電とは、電池を組み立てた後に初めて行う充電のことであり、一般には電池の製造業者が、安全性及び動作確認を目的として、製品を市場に出荷する前に行うものである。つまり市場で販売されているリチウム二次電池は既に予備充電されていることが通常である。したがって、予備充電及びそれに引き続く該予備充電後の放電の後に初めて行う充放電が初回の充放電に当たる。その意味で、以後の説明においては「予備充電後の放電よりも後の充放電」のことを、「初回以降の充放電」という。   In the present invention, by increasing the pre-charge cut-off voltage, a part of the crystal structure of the lithium transition metal composite oxide represented by the formula (1), which is the positive electrode active material, is changed and included therein. A part of lithium is supplied to the negative electrode active material. A part of the supplied lithium is accumulated in the negative electrode as an irreversible capacity. Therefore, charging / discharging after the preliminary charging is started from a state in which lithium is occluded in the negative electrode active material, so that charging / discharging after the preliminary charging is performed approximately 100% reversibly. The reason for this is that the site stably alloying with lithium in the negative electrode active material is preferentially used for occlusion of lithium in preliminary charging, so that lithium can be easily occluded and released during the second and subsequent charging. This is because lithium is occluded at the site. For these reasons, the battery life can be extended. Preliminary charging is charging performed for the first time after the battery is assembled, and is generally performed by a battery manufacturer before shipping the product to the market for the purpose of safety and operation check. In other words, lithium secondary batteries sold in the market are usually precharged already. Therefore, the first charge / discharge after the preliminary charge and the subsequent discharge after the preliminary charge corresponds to the first charge / discharge. In that sense, in the following description, “charge / discharge after discharge after preliminary charge” is referred to as “charge / discharge after first time”.

不可逆容量の程度は、式(1)で表されるリチウム遷移金属複合酸化物から供給されたリチウムのうち、放電によって正極に戻らずに負極活物質に蓄積した量が、負極活物質の理論容量に対して9〜50%、特に9〜40%、とりわけ10〜30%となるような程度であることが好ましい。負極活物質に蓄積したリチウムの量の上限値を、負極活物質の理論容量に対して50%とすることで、負極活物質の初回以降の充放電で利用可能な容量を維持し、また負極活物質の膨張に起因する体積エネルギー密度の低下を抑制し、炭素材料からなる従来の負極活物質に比較して、エネルギー密度を十分に高くすることが可能になる。特に、負極活物質に蓄積したリチウムの量の上限値を、負極活物質の理論容量に対して30%とすることで、前記のエネルギー密度に関する利点に加えて、予備充電時に正極活物質から放出されるリチウムの量と予備充電以降の充放電時に正負極間を可逆的に移動するリチウムの量とのバランスが良好になる。このバランスをとることによって、初回以降の充放電時に正負極間を可逆的に移動するリチウムの量が十分になる。なお予備充電時に多量のリチウムを負極活物質に与えすぎると、初回以降の充放電時に正負極間を可逆的に移動するリチウムの量が減少する傾向にある。本発明における不可逆容量とは、予備充電時に正極から負極へ移動するリチウム量に相当する容量から、予備充電に引き続く放電時に負極から正極に戻るリチウム量に相当する容量を減じた容量のことを言う。   The degree of irreversible capacity is the theoretical capacity of the negative electrode active material, which is the amount of lithium supplied from the lithium transition metal composite oxide represented by the formula (1) that has accumulated in the negative electrode active material without returning to the positive electrode by discharge. The amount is preferably 9 to 50%, more preferably 9 to 40%, and particularly preferably 10 to 30%. By setting the upper limit of the amount of lithium accumulated in the negative electrode active material to 50% of the theoretical capacity of the negative electrode active material, the capacity available for charge and discharge of the negative electrode active material after the first time is maintained, and the negative electrode A decrease in volume energy density due to expansion of the active material can be suppressed, and the energy density can be sufficiently increased as compared with a conventional negative electrode active material made of a carbon material. In particular, by setting the upper limit of the amount of lithium accumulated in the negative electrode active material to 30% of the theoretical capacity of the negative electrode active material, it is released from the positive electrode active material during precharging in addition to the above-mentioned advantages related to energy density The balance between the amount of lithium to be transferred and the amount of lithium that reversibly moves between the positive and negative electrodes during charge and discharge after preliminary charging is improved. By taking this balance, the amount of lithium reversibly moved between the positive and negative electrodes during the first charge and discharge is sufficient. If a large amount of lithium is excessively applied to the negative electrode active material during preliminary charging, the amount of lithium that reversibly moves between the positive and negative electrodes during the first and subsequent charging / discharging tends to decrease. The irreversible capacity in the present invention refers to a capacity obtained by subtracting the capacity corresponding to the amount of lithium returning from the negative electrode to the positive electrode at the time of discharging following the preliminary charging from the capacity corresponding to the amount of lithium moving from the positive electrode to the negative electrode during the preliminary charging. .

前記の不可逆容量に関連して、予備充電によって正極から負極へ供給されるリチウムの量は、放電によって正極へ戻る量を考慮して、負極活物質の理論容量の50〜90%とすることが好ましい。この理由は、予備充電によって、負極活物質中のリチウムと合金化するサイトが、該活物質の全体にわたって形成されやすくなり、初回以降の充電において負極活物質の全体、ひいては負極活物質層のほぼ全域が、満遍なくリチウムを容易に吸蔵できる状態になるからである。本発明における負極の理論容量とは、リチウムを対極とした2極セルを作製し、この2極セルを0.01Vまで充電した後に1.5Vまで放電したときに得られる放電容量のことである。負極活物質の理論容量を測定するときの再現性を高める観点から、前記の充電においては、定電流モード、レート0.05Cの条件を採用し、セルの電圧が0.01Vに達した時点で定電圧モードに切り替え、電流値が定電流モード時の1/5に減少するまで充電を行うことが好ましい。同様の観点から、放電条件は、定電流モード、レート0.05Cを採用することが好ましい。負極の理論容量に関連して、正極の実質放電容量とは、次の方法で測定される値のことである。すなわち、後述する実施例1に記載の方法で作製した正極と、Si単体を活物質とした負極とを用い、同実施例に記載の方法でコイン電池を作製する。充放電条件を次のとおりとし、得られた放電容量を正極の実質放電容量とする。なおSi単体の負極におけるSiの形態(例えば粒子の形態や薄膜の形態、あるいは粒子の表面を、電極反応に不活性な金属成分が被覆している形態等)は、測定結果に影響を及ぼさないことを本発明者らは確認している。
予備充電:0.01C(100時間率)の定電流で4.5Vまで充電後、4.5Vからは定電位とし、電流値が先の定電流値の1/10に達すると終了。
予備充電後の放電:0.1C(10時間率)の定電流で2.7Vに達すると終了。
初回充電:0.1C(10時間率)の定電流で4.2Vまで充電後、4.2Vからは定電位とし、電流値が先の定電流値の1/10に達すると終了。
初回放電:0.1C(10時間率)の定電流で2.7Vに達すると終了。
初回の放電容量を実質放電容量と定義した理由は、予備充電及びそれに引き続く放電で失う不可逆容量を反映させるためである。なお、予備充電とは、電池を組み立てた後に始めて行う充電のことである。
In relation to the irreversible capacity, the amount of lithium supplied from the positive electrode to the negative electrode by precharging may be 50 to 90% of the theoretical capacity of the negative electrode active material, taking into account the amount that returns to the positive electrode by discharging. preferable. The reason for this is that the sites for alloying with lithium in the negative electrode active material are likely to be formed throughout the active material by precharging, and the entire negative electrode active material, and thus the negative electrode active material layer, in the first and subsequent charging. This is because the entire region can be easily occluded with lithium. The theoretical capacity of the negative electrode in the present invention is a discharge capacity obtained when a bipolar battery having lithium as a counter electrode is produced, and the bipolar battery is charged to 0.01V and then discharged to 1.5V. . From the viewpoint of improving reproducibility when measuring the theoretical capacity of the negative electrode active material, the above-described charging adopts the constant current mode and the rate of 0.05 C, and when the cell voltage reaches 0.01 V. It is preferable to switch to the constant voltage mode and perform charging until the current value decreases to 1/5 of that in the constant current mode. From the same viewpoint, it is preferable to adopt a constant current mode and a rate of 0.05 C as the discharge conditions. In relation to the theoretical capacity of the negative electrode, the substantial discharge capacity of the positive electrode is a value measured by the following method. That is, a coin battery is manufactured by the method described in the Example using the positive electrode manufactured by the method described in Example 1 described later and the negative electrode using Si alone as an active material. The charge / discharge conditions are as follows, and the obtained discharge capacity is defined as the substantial discharge capacity of the positive electrode. Note that the form of Si in the negative electrode of Si alone (for example, the form of particles, the form of thin film, or the form of particles covering the surface of the particles with an inactive metal component, etc.) does not affect the measurement results. The present inventors have confirmed that.
Preliminary charge: After charging to 4.5 V with a constant current of 0.01 C (100 hour rate), the voltage is set to a constant potential from 4.5 V, and the process ends when the current value reaches 1/10 of the previous constant current value.
Discharge after precharge: When 2.7V is reached at a constant current of 0.1 C (10 hour rate), the process ends.
Initial charge: After charging to 4.2 V with a constant current of 0.1 C (10 hour rate), the voltage is changed from 4.2 V to a constant potential, and the process ends when the current value reaches 1/10 of the previous constant current value.
Initial discharge: When 2.7 V is reached at a constant current of 0.1 C (10 hour rate), the discharge is completed.
The reason for defining the initial discharge capacity as the substantial discharge capacity is to reflect the irreversible capacity lost in the preliminary charge and the subsequent discharge. Note that the preliminary charging is charging performed only after the battery is assembled.

リチウムの一部を不可逆容量として負極活物質に蓄積させることには次の利点もある。即ち、予備充電後に行う各回の放電時には、負極活物質中にリチウムが常時吸蔵された状態になっているので、そのイオン伝導性及び電子伝導性が常に良好な状態にあり、負極の分極が小さくなる。これによって、放電末期における負極の電圧の急激な低下が起こりにくくなる。このことは、負極活物質として電子伝導性の低い材料であるSi系の材料、特にSi単体を用いる場合に特に有利である。   Accumulating a part of lithium in the negative electrode active material as an irreversible capacity also has the following advantages. That is, at each discharge after the precharge, lithium is always occluded in the negative electrode active material, so that its ionic conductivity and electronic conductivity are always in good condition, and the negative electrode polarization is small. Become. This makes it difficult for the voltage of the negative electrode to rapidly decrease at the end of discharge. This is particularly advantageous when a Si-based material, particularly a simple substance of Si, is used as the negative electrode active material.

リチウムの一部を不可逆容量として負極活物質に蓄積させることに関し、式(1)で表されるリチウム遷移金属複合酸化物は、負極活物質としてSi単体を用い、二次電池を組み立てた後に始めて行う充電である予備充電を以下の条件で行ったときに負極に蓄積された不可逆容量と、予備充電後に行う初回充放電を以下の条件で行ったときにおける放電容量との比(前者/後者)が0.15〜0.55、特に0.25〜0.45、とりわけ0.35〜0.45であることが、電池の高容量化及びサイクル特性の向上の点から好ましい。
・予備充電:
0.01C(100時間率)の定電流で4.5Vまで充電後、4.5Vからは定電位とし、電流値が先の定電流値の1/10に達すると終了。
・予備充電後の放電:
0.1C(10時間率)の定電流で2.7Vに達すると終了。
・初回充電:
0.1C(10時間率)の定電流で4.2Vまで充電後、4.2Vからは定電位とし、電流値が先の定電流値の1/10に達すると終了。
・初回放電:
0.1C(10時間率)の定電流で2.7Vに達すると終了。
Regarding the accumulation of a part of lithium in the negative electrode active material as an irreversible capacity, the lithium transition metal composite oxide represented by the formula (1) is used only after assembling a secondary battery using Si alone as the negative electrode active material. The ratio of the irreversible capacity accumulated in the negative electrode when the precharge, which is the charge to be performed, under the following conditions and the discharge capacity when the initial charge / discharge performed after the precharge is performed under the following conditions (the former / the latter) Is preferably from 0.15 to 0.55, particularly from 0.25 to 0.45, particularly from 0.35 to 0.45, from the viewpoint of increasing the capacity of the battery and improving the cycle characteristics.
・ Preliminary charging:
After charging to 4.5 V with a constant current of 0.01 C (100 hour rate), the voltage is set to a constant potential from 4.5 V, and the process ends when the current value reaches 1/10 of the previous constant current value.
・ Discharge after pre-charging:
It ends when it reaches 2.7V at a constant current of 0.1C (10 hour rate).
・ First charge:
After charging to 4.2 V with a constant current of 0.1 C (10 hour rate), the voltage is set to a constant potential from 4.2 V, and the process ends when the current value reaches 1/10 of the previous constant current value.
・ First discharge:
It ends when it reaches 2.7V at a constant current of 0.1C (10 hour rate).

また、式(1)で表されるリチウム遷移金属複合酸化物は、負極活物質としてSi単体を用い、二次電池を組み立て、予備充電及び初回充放電を前記の条件で行ったときにおける初回放電容量が、正極活物質の重量(g)当たり150mAh以上、特に160mAh以上であることが、電池の高容量化の点から好ましい。   In addition, the lithium transition metal composite oxide represented by the formula (1) uses Si alone as a negative electrode active material, assembles a secondary battery, and performs initial charge when precharge and initial charge / discharge are performed under the above conditions. The capacity is preferably 150 mAh or more, particularly 160 mAh or more per weight (g) of the positive electrode active material, from the viewpoint of increasing the capacity of the battery.

上述した予備充電によって負極の蓄積した不可逆容量と初回放電容量との比や、初回放電容量そのものを、上述の値とするためには、後述するように、式(1)で表されるリチウム遷移金属複合酸化物の合成条件、例えば原料の粒径を小さくして反応性を上げる、焼成温度を高くして粒成長させる等の操作をして、結晶子サイズを適切に調整したりすればよい。さらに、式(1)で表されるリチウム遷移金属複合酸化物の粒径や形状を適切に制御すればよい。正極活物質の粒径(D50)は50μm以下が好ましく、特に30μm以下とすることが好ましい。粒径を小さくすることで比表面積が大きくなり、レート特性が向上する傾向となる。しかしその反面、高温保存特性の低下や密度が低下する傾向にあり、電池の用途に応じて最適な粒径に制御する必要がある。 In order to set the ratio of the irreversible capacity accumulated in the negative electrode and the initial discharge capacity by the above-described precharge and the initial discharge capacity itself to the above values, the lithium transition represented by the formula (1) as described later It is only necessary to adjust the crystallite size appropriately by performing the synthesis conditions of the metal composite oxide, for example, by increasing the reactivity by reducing the particle size of the raw material, or by increasing the firing temperature and causing grain growth. . Furthermore, what is necessary is just to control appropriately the particle size and shape of lithium transition metal complex oxide represented by Formula (1). The particle size (D 50 ) of the positive electrode active material is preferably 50 μm or less, and particularly preferably 30 μm or less. By reducing the particle size, the specific surface area increases and the rate characteristics tend to improve. However, on the other hand, the high-temperature storage characteristics and density tend to decrease, and it is necessary to control the particle size to an optimum value according to the use of the battery.

正極活物質である式(1)で表されるリチウム遷移金属複合酸化物は、従来の正極活物質、例えばLiCoO2などと比較して、充電のカット・オフ電圧を高めても結晶構造が破壊されにくい(このことを「耐電圧が高い」ともいう)材料である。一般的な正極活物質であるLiCoO2において、このような充電のカット・オフ電圧を高める操作をすると、ある程度以上のリチウムが抜けると結晶中から酸素の放出等による結晶構造の崩壊が生じる。式(1)で表されるリチウム遷移金属複合酸化物の耐電圧が高い要因の詳細なメカニズムは現在解明中であるが、結晶中のカチオンの再配列等による構造安定化が生じていると本発明者らは考えている。したがって本発明の二次電池は、従来の電池よりも充電のカット・オフ電圧を高めることが可能となり、また、初回以降の充放電がほぼ100%可逆的に行われるようになる。充電のカット・オフ電圧を高め得ることは、電池を高容量のものとし得る点で極めて有利である。なお、本発明の効果を奏する限りにおいて、式(1)で表されるリチウム遷移金属複合酸化物に不可避不純物が含まれることは妨げられない。 The lithium transition metal composite oxide represented by the formula (1), which is a positive electrode active material, breaks down in the crystal structure even when the cut-off voltage of charge is increased as compared with a conventional positive electrode active material such as LiCoO 2. It is a material that is difficult to be used (this is also called “high withstand voltage”). In LiCoO 2 which is a general positive electrode active material, when such an operation for increasing the cut-off voltage of charging is performed, the crystal structure collapses due to release of oxygen or the like from the crystal when lithium of a certain amount or more is released. The detailed mechanism of the cause of the high withstand voltage of the lithium transition metal composite oxide represented by the formula (1) is currently being elucidated. However, the structural stabilization due to rearrangement of cations in the crystal has occurred. The inventors are thinking. Therefore, the secondary battery of the present invention can increase the cut-off voltage of charging compared to the conventional battery, and the charge and discharge after the first time are performed reversibly almost 100%. The ability to increase the charge cut-off voltage is extremely advantageous in that the battery can have a high capacity. In addition, as long as there exists an effect of this invention, it is not prevented that an inevitable impurity is contained in the lithium transition metal complex oxide represented by Formula (1).

本発明の二次電池を高容量でかつ長寿命のものとするためには、予備充電及び初回以降の充電条件を調整することが好ましい。予備充電に関しては、カット・オフ電位を高めに設定して、式(1)で表されるリチウム遷移金属複合酸化物から放出されるリチウムを、負極活物質に不可逆容量として蓄積させることが好ましい。この観点から、予備充電のカット・オフ電位は、Li/Li+を基準として4.4V以上に設定することが好ましく、特に4.4〜5.0V、とりわけ4.5〜5.0Vに設定することが好ましい。予備充電のカット・オフ電位を4.4V未満に設定すると、リチウムを負極活物質に不可逆容量として蓄積させる効果が不十分となる。 In order to make the secondary battery of the present invention have a high capacity and a long life, it is preferable to adjust the precharging and the charging conditions after the first time. Regarding the precharge, it is preferable to set the cut-off potential to be high and accumulate lithium released from the lithium transition metal composite oxide represented by the formula (1) as an irreversible capacity in the negative electrode active material. From this point of view, the precharge cutoff potential is preferably set to 4.4 V or higher with respect to Li / Li + , particularly 4.4 to 5.0 V, particularly 4.5 to 5.0 V. It is preferable to do. When the pre-charge cut-off potential is set to less than 4.4 V, the effect of accumulating lithium as an irreversible capacity in the negative electrode active material becomes insufficient.

本発明の二次電池を組み立てた後に初めて行う充電である予備充電においては、そのカット・オフ電圧を、該予備充電より後の充電のカット・オフ電圧よりも高く設定することが好ましい。換言すれば、初回以降の充電におけるカット・オフ電圧は、予備充電のカット・オフ電圧よりも低く設定することが好ましい。尤も、カット・オフ電圧を低くし過ぎると、従来の正極活物質を用いたリチウム二次電池と同様の条件で充放電を行うことになり、式(1)で表されるリチウム遷移金属複合酸化物を用いた利点を十分に生かせないことになる。一方、カット・オフ電圧を高くし過ぎると、非水電解液が分解する傾向となる。したがって初回以降の充電におけるカット・オフ電位は、Li/Li+を基準として4.3〜5.0V、特に4.35〜4.55Vとすることが好ましい。なお、従来使用されているリチウム二次電池の使用電圧範囲は3−4.3Vである。これ以上の電圧を与えることは正極活物質の結晶構造を破壊してしまうため、リチウム二次電池のメーカーでは電池に保護回路を設けて電圧を厳正に管理している。したがって通常、当業者は、サイクル特性の向上のために高い電圧を採用することはしない。 In preliminary charging, which is charging performed for the first time after assembling the secondary battery of the present invention, the cut-off voltage is preferably set higher than the cut-off voltage for charging after the preliminary charging. In other words, it is preferable that the cut-off voltage in the first and subsequent charging is set lower than the cut-off voltage in the preliminary charging. However, if the cut-off voltage is too low, charging and discharging are performed under the same conditions as those of a lithium secondary battery using a conventional positive electrode active material, and the lithium transition metal composite oxidation represented by the formula (1) is performed. You will not be able to make full use of the benefits of using things. On the other hand, if the cut-off voltage is too high, the non-aqueous electrolyte tends to decompose. Therefore, the cut-off potential in the first and subsequent charging is preferably 4.3 to 5.0 V, particularly 4.35 to 4.55 V, based on Li / Li + . In addition, the working voltage range of the lithium secondary battery used conventionally is 3-4.3V. Since application of a voltage higher than this destroys the crystal structure of the positive electrode active material, lithium secondary battery manufacturers strictly control the voltage by providing a protection circuit for the battery. Therefore, a person skilled in the art usually does not employ a high voltage for improving the cycle characteristics.

特に、初回以降の充電のカット・オフ電圧における正極の容量に対する、負極の理論容量が1.1〜3.0倍、特に2.0〜3.0倍(以下、この値を正負極容量比とも言う。)となるように、使用する正負極の活物質それぞれの量を設定し、かつ予備充電を初回以降の充電のカット・オフ電圧よりも高い電圧に設定して、負極活物質の理論容量の50〜90%のリチウムを正極から負極へ供給するように予備充電を行うと、負極全体が活性化するという利点がある。この利点は、負極活物質として、Si又はSnを含む負極を用いた場合に特有のものである。また、このような予備充電によって、上述のとおり式(1)で表されるリチウム遷移金属複合酸化物から供給されるリチウムが、不可逆容量として負極に蓄積されるので、上述のとおりの利点が生じる。正負極容量比を1.1倍以上とすることで、リチウムデンドライドの発生防止などが図られ、電池の安全性が確保される。特に、正負極容量比を2.0倍以上とすることで、十分な容量維持率を確保することも可能となる。また、正負極容量比を3.0倍以下とすることで、負極の容量を十分活用でき、電池のエネルギー密度を向上させることができる。   In particular, the theoretical capacity of the negative electrode is 1.1 to 3.0 times, particularly 2.0 to 3.0 times the capacity of the positive electrode at the cut-off voltage of the first and subsequent charging (hereinafter, this value is referred to as the positive / negative capacity ratio). The amount of each positive and negative active material to be used is set so that the precharge is higher than the cut-off voltage of the first and subsequent charges, so that When preliminary charging is performed so that lithium of 50 to 90% of the capacity is supplied from the positive electrode to the negative electrode, there is an advantage that the entire negative electrode is activated. This advantage is unique when a negative electrode containing Si or Sn is used as the negative electrode active material. Further, by such preliminary charging, lithium supplied from the lithium transition metal composite oxide represented by the formula (1) as described above is accumulated in the negative electrode as an irreversible capacity, and thus the advantages as described above are generated. . By setting the positive / negative electrode capacity ratio to be 1.1 times or more, the generation of lithium dendrites is prevented, and the safety of the battery is ensured. In particular, by setting the positive / negative electrode capacity ratio to be 2.0 times or more, it is possible to ensure a sufficient capacity maintenance rate. Moreover, the capacity | capacitance of a negative electrode can fully be utilized by making positive / negative electrode capacity ratio 3.0 times or less, and the energy density of a battery can be improved.

正負極容量比を上述のとおりに設定し、かつ予備充電を上述の条件で行う場合には、初回以降の充放電を、充電のカット・オフ電圧における負極の容量が、該負極の理論容量の0〜90%、好ましくは10〜80%となる範囲内で行うことが好ましい。つまり充放電は、負極の理論容量の0%及び90%を上下限として、その範囲内で(例えば20〜60%の範囲で)行うことが好ましい。なお、充電を、負極の容量の90%を上限として行うことで、活物質の過大な膨張を抑制することができ、サイクル特性を高めることができる。本発明においては、負極の理論容量の定義は前述したとおりなので、充放電の範囲における0%の点は、負極の理論容量の測定における放電終止点となる。   When the positive / negative electrode capacity ratio is set as described above and the pre-charging is performed under the above-described conditions, the charge / discharge after the initial charge is determined based on the theoretical capacity of the negative electrode at the charge cut-off voltage. It is preferable to carry out within a range of 0 to 90%, preferably 10 to 80%. That is, charging / discharging is preferably performed within the range (for example, in the range of 20 to 60%) with upper and lower limits being 0% and 90% of the theoretical capacity of the negative electrode. In addition, by performing charging up to 90% of the capacity of the negative electrode, excessive expansion of the active material can be suppressed, and cycle characteristics can be improved. In the present invention, since the definition of the theoretical capacity of the negative electrode is as described above, the point of 0% in the charge / discharge range is the discharge end point in the measurement of the theoretical capacity of the negative electrode.

充電においては、従来のリチウム二次電池と同様に、定電流制御方式や定電流定電圧制御方式を採用することが好ましい。あるいは、予備充電に定電流定電圧制御方式を採用し、初回以降の充電に定電流制御方式を採用してもよい。   In charging, it is preferable to adopt a constant current control method or a constant current constant voltage control method as in the case of a conventional lithium secondary battery. Alternatively, a constant current / constant voltage control method may be adopted for the preliminary charging, and a constant current control method may be adopted for the first and subsequent charging.

充電条件と異なり、本発明の二次電池の放電条件は、電池の性能に臨界的な影響を及ぼすものではなく、従来のリチウム二次電池と同様の条件を採用することができる。具体的には二次電池における放電のカット・オフ電圧は、2.0〜3.5V、特に2.5〜3.0Vとすることが好ましい。   Unlike the charging condition, the discharging condition of the secondary battery of the present invention does not critically affect the performance of the battery, and the same condition as that of the conventional lithium secondary battery can be adopted. Specifically, the cut-off voltage of discharge in the secondary battery is preferably 2.0 to 3.5 V, particularly 2.5 to 3.0 V.

以上説明してきた式(1)で表されるリチウム遷移金属複合酸化物の有利な効果を一層顕著なものとする観点から、式(1)において、aは0.1≦a≦0.4であることが好ましい。xは0≦x≦0.15、特に0.01≦x≦0.10であることが好ましい。αは0.01<α<0.50、特に0.15<α<0.40であることが好ましい。βは0<β<0.50、特に0.01<β<0.30であることが好ましい。γは0.30≦γ≦0.80、特に0.40≦γ≦0.65であることが好ましい。aが大きすぎると実質放電容量が減少し、少なすぎると予備充電量が不足する。xが負であると、xが正の時よりも予備充電時にLiが構造中から抜けてしまうことになり、サイクル特性の悪化につながる懸念がある。また、xが過剰であると実質放電容量の低下を招くだけでなく、塗工の際にpH上昇によるペーストのゲル化を生じてしまう。α、β、γの比率については、前記のような組成に制御することで、高容量化、良好なサイクル特性、安全性を図ることが可能となる。式(1)の中のa、x、α、β、γはそれぞれモル比を意味する。   From the viewpoint of making the advantageous effects of the lithium transition metal composite oxide represented by the formula (1) described above more remarkable, in the formula (1), a is 0.1 ≦ a ≦ 0.4. Preferably there is. x is preferably 0 ≦ x ≦ 0.15, particularly preferably 0.01 ≦ x ≦ 0.10. α is preferably 0.01 <α <0.50, particularly preferably 0.15 <α <0.40. β is preferably 0 <β <0.50, particularly preferably 0.01 <β <0.30. γ is preferably 0.30 ≦ γ ≦ 0.80, particularly preferably 0.40 ≦ γ ≦ 0.65. If a is too large, the actual discharge capacity decreases, and if it is too small, the precharge amount is insufficient. If x is negative, Li will escape from the structure during preliminary charging than when x is positive, which may lead to deterioration in cycle characteristics. Further, if x is excessive, not only the substantial discharge capacity is reduced, but also gelation of the paste due to the increase in pH occurs during coating. By controlling the ratio of α, β, and γ to the above composition, it is possible to achieve high capacity, good cycle characteristics, and safety. In the formula (1), a, x, α, β, and γ each represent a molar ratio.

式(1)において、酸素量の原子比は便宜上「2」と記載しているが、多少の不定比性を有していてもよい。   In the formula (1), the atomic ratio of the oxygen amount is described as “2” for convenience, but may have some non-stoichiometry.

式(1)で表されるリチウム遷移金属複合酸化物は、例えば以下の方法によって好適に製造される。原料としてリチウム塩化合物、マンガン塩化合物、ニッケル塩化合物及びコバルト塩化合物を用いる。これらを所定の割合で混合し、水に分散させて湿式粉砕機等で平均粒径(D50)が2μm以下となるまで粉砕する。その後、熱噴霧乾燥機等を用いて造粒乾燥させ、大気中又は酸素雰囲気中で好ましくは700〜1100℃、更に好ましくは800〜950℃で焼成し、必要に応じて分級して得ることができる。しかし、式(1)で表されるリチウム遷移金属複合酸化物の製造方法は、かかる方法に限定されるものではない。例えば、共沈法によって遷移金属複合水酸化物を作製し、これをリチウム塩化合物と混合して焼成し、必要に応じて分級して得ることもできる。 The lithium transition metal composite oxide represented by the formula (1) is suitably produced by, for example, the following method. A lithium salt compound, a manganese salt compound, a nickel salt compound, and a cobalt salt compound are used as raw materials. These are mixed at a predetermined ratio, dispersed in water, and pulverized with a wet pulverizer or the like until the average particle size (D 50 ) is 2 μm or less. Thereafter, it is granulated and dried using a thermal spray dryer or the like, and is preferably fired in the air or in an oxygen atmosphere at 700 to 1100 ° C., more preferably 800 to 950 ° C., and classified as necessary. it can. However, the method for producing the lithium transition metal composite oxide represented by the formula (1) is not limited to such a method. For example, a transition metal composite hydroxide can be produced by a coprecipitation method, mixed with a lithium salt compound, fired, and classified as necessary.

リチウム塩化合物としては、例えば水酸化リチウム、炭酸リチウム、硝酸リチウム、酸化リチウム等が挙げられる。なかでもリチウムの水酸塩、炭酸塩、硝酸塩が好ましい。マンガン塩化合物としては、特に限定されるものではなく、例えば炭酸マンガン、硝酸マンガン、二酸化マンガン、塩化マンガン等が挙げられる。ニッケル塩化合物としては、特に限定されるものではなく、例えば炭酸ニッケル、硝酸ニッケル、塩化ニッケル、オキシ水酸化ニッケル、水酸化ニッケル、酸化ニッケル等が挙げられる。コバルト塩化合物としては、特に限定されるものではなく、例えば塩基性炭酸コバルト、硝酸コバルト、塩化コバルト、オキシ水酸化コバルト、水酸化コバルト、酸化コバルト等が挙げられる。   Examples of the lithium salt compound include lithium hydroxide, lithium carbonate, lithium nitrate, and lithium oxide. Of these, lithium hydroxide, carbonate and nitrate are preferred. The manganese salt compound is not particularly limited, and examples thereof include manganese carbonate, manganese nitrate, manganese dioxide, and manganese chloride. The nickel salt compound is not particularly limited, and examples thereof include nickel carbonate, nickel nitrate, nickel chloride, nickel oxyhydroxide, nickel hydroxide, and nickel oxide. The cobalt salt compound is not particularly limited, and examples thereof include basic cobalt carbonate, cobalt nitrate, cobalt chloride, cobalt oxyhydroxide, cobalt hydroxide, and cobalt oxide.

本発明の二次電池に用いられる正極においては、活物質として式(1)で表されるリチウム遷移金属複合酸化物のみを用いてもよく、あるいは、式(1)で表されるリチウム遷移金属複合酸化物に加えて、他の正極活物質を併用してもよい。他の正極活物質としては、例えば式(1)で表されるリチウム遷移金属複合酸化物以外のリチウム遷移金属複合酸化物(LiCoO2、LiNiO2、LiMn24、LiCo1/3Ni1/3Mn1/32など)が挙げられる。併用される他の正極活物質の量は、式(1)で表されるリチウム遷移金属複合酸化物の重量に対して、50重量%程度以下とすることができる。 In the positive electrode used in the secondary battery of the present invention, only the lithium transition metal composite oxide represented by the formula (1) may be used as the active material, or the lithium transition metal represented by the formula (1). In addition to the composite oxide, other positive electrode active materials may be used in combination. Examples of other positive electrode active materials include lithium transition metal composite oxides other than the lithium transition metal composite oxide represented by the formula (1) (LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMn 2 O 4 , LiCo 1/3 Ni 1 / 3 Mn 1/3 O 2 etc.). The amount of the other positive electrode active material used in combination can be about 50% by weight or less based on the weight of the lithium transition metal composite oxide represented by the formula (1).

本発明の二次電池に用いられる正極は、式(1)で表されるリチウム遷移金属複合酸化物を、アセチレンブラック等の導電剤及びポリフッ化ビニリデン等の結着剤と共に適当な溶媒に懸濁し、正極合剤を作製し、これをアルミニウム箔等からなる集電体の少なくとも一面に塗布、乾燥した後、ロール圧延、プレスすることにより得られる。   In the positive electrode used in the secondary battery of the present invention, the lithium transition metal composite oxide represented by the formula (1) is suspended in a suitable solvent together with a conductive agent such as acetylene black and a binder such as polyvinylidene fluoride. It is obtained by preparing a positive electrode mixture, applying it to at least one surface of a current collector made of aluminum foil or the like, drying it, and then rolling and pressing.

本発明の二次電池に用いられる負極は、例えば集電体の少なくとも一面に負極活物質層が形成されてなるものである。負極活物質層には活物質が含まれている。この活物質として本発明において用いられるものは、Si又はSnを含む物質である。   The negative electrode used in the secondary battery of the present invention is formed, for example, by forming a negative electrode active material layer on at least one surface of a current collector. The negative electrode active material layer contains an active material. The active material used in the present invention is a material containing Si or Sn.

Siを含む負極活物質はリチウムイオンの吸蔵放出が可能なものである。その例としては、シリコン単体、シリコンと金属との合金、シリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコンホウ化物などを用いることができる。これらの材料はそれぞれ単独で、あるいはこれらを混合して用いることができる。前記の合金に用いられる金属としては、例えばCu、Ni、Co、Cr、Fe、Ti、Pt、W、Mo及びAuからなる群から選択される1種類以上の元素が挙げられる。これらの金属のうち、Cu、Ni、Coが好ましく、特に電子伝導性に優れる点、及びリチウム化合物の形成能の低さの点から、Cu、Niを用いることが望ましい。また、負極を電池に組み込む前に、又は組み込んだ後に、Siを含む負極活物質に対してリチウムを吸蔵させてもよい。特に好ましいSiを含む負極活物質は、リチウムの吸蔵量の高さの点からシリコン単体又はシリコン酸化物である。   The negative electrode active material containing Si is capable of occluding and releasing lithium ions. For example, silicon alone, an alloy of silicon and metal, silicon oxide, silicon nitride, silicon boride and the like can be used. These materials can be used alone or in combination. Examples of the metal used in the alloy include one or more elements selected from the group consisting of Cu, Ni, Co, Cr, Fe, Ti, Pt, W, Mo, and Au. Among these metals, Cu, Ni, and Co are preferable, and Cu and Ni are preferably used from the viewpoint of excellent electronic conductivity and a low ability to form a lithium compound. Further, lithium may be occluded in the negative electrode active material containing Si before or after the negative electrode is incorporated in the battery. A particularly preferable negative electrode active material containing Si is silicon alone or silicon oxide from the viewpoint of high lithium storage capacity.

一方、Snを含む負極活物質の例としては、スズ単体、スズと金属との合金などを用いることができる。これらの材料はそれぞれ単独で、あるいはこれらを混合して用いることができる。スズと合金を形成する前記の金属としては、例えばCu、Ni、Co、Cr、Fe、Ti、Pt、W、Mo及びAuからなる群から選択される1種類以上の元素が挙げられる。これらの金属のうち、Cu、Ni、Coが好ましい。合金の一例として、Sn−Co−C合金が挙げられる。   On the other hand, as an example of the negative electrode active material containing Sn, tin alone, an alloy of tin and metal, or the like can be used. These materials can be used alone or in combination. Examples of the metal that forms an alloy with tin include one or more elements selected from the group consisting of Cu, Ni, Co, Cr, Fe, Ti, Pt, W, Mo, and Au. Of these metals, Cu, Ni, and Co are preferable. An example of the alloy is a Sn—Co—C alloy.

負極活物質層は、例えば、前記の負極活物質からなる連続薄膜層であり得る。この場合、化学気相蒸着法、物理気相蒸着法、スパッタリング法等の各種薄膜形成手段によって、集電体の少なくとも一面に薄膜からなる負極活物質層が形成される。この薄膜をエッチングしてその厚み方向に延びる空隙を多数形成してもよい。エッチングには、水酸化ナトリウム水溶液等を用いた湿式エッチング法の他、ドライガスやプラズマ等を用いた乾式エッチング法が採用できる。連続薄膜層の形態以外に、負極活物質層は、前記の負極活物質の粒子を含む塗膜層、前記の負極活物質の粒子を含む焼結体層等であり得る。また、後述する図1に示す構造の層であり得る。   The negative electrode active material layer can be, for example, a continuous thin film layer made of the negative electrode active material. In this case, the negative electrode active material layer made of a thin film is formed on at least one surface of the current collector by various thin film forming means such as chemical vapor deposition, physical vapor deposition, and sputtering. The thin film may be etched to form a large number of voids extending in the thickness direction. In addition to the wet etching method using a sodium hydroxide aqueous solution or the like, a dry etching method using a dry gas or plasma can be employed for the etching. In addition to the form of the continuous thin film layer, the negative electrode active material layer may be a coating layer containing particles of the negative electrode active material, a sintered body layer containing particles of the negative electrode active material, or the like. Moreover, it may be a layer having a structure shown in FIG.

負極活物質層は、Si又はSnを含む活物質の粒子、及び導電性炭素材料又は金属材料の粒子を含み、該活物質層内において、これらの粒子が混合状態になっていてもよい。例えばシリコン単体やシリコン酸化物の粒子を、導電性炭素材料の粒子や、金属材料の粒子と混合して用いることができる。   The negative electrode active material layer includes particles of an active material containing Si or Sn, and particles of a conductive carbon material or a metal material, and these particles may be in a mixed state in the active material layer. For example, silicon single particles or silicon oxide particles can be mixed with conductive carbon material particles or metal material particles.

本発明の二次電池におけるセパレータとしては、合成樹脂製不織布、ポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィン、又はポリテトラフルオロエチレンの多孔質フィルム等が好ましく用いられる。電池の過充電時に生じる電極の発熱を抑制する観点からは、ポリオレフィン微多孔膜の片面又は両面にフェロセン誘導体の薄膜が形成されてなるセパレータを用いることが好ましい。セパレータは、突刺強度が0.2N/μm厚以上0.49N/μm厚以下であり、巻回軸方向の引張強度が40MPa以上150MPa以下であることが好ましい。充放電に伴い大きく膨張・収縮する負極活物質であるSi系又はSn系の物質を用いても、セパレータの損傷を抑制することができ、内部短絡の発生を抑制することができるからである。   As the separator in the secondary battery of the present invention, a synthetic resin nonwoven fabric, a polyolefin such as polyethylene or polypropylene, or a polytetrafluoroethylene porous film is preferably used. From the viewpoint of suppressing the heat generation of the electrode that occurs when the battery is overcharged, it is preferable to use a separator in which a thin film of a ferrocene derivative is formed on one side or both sides of a polyolefin microporous membrane. The separator preferably has a puncture strength of 0.2 N / μm thickness or more and 0.49 N / μm thickness or less, and a tensile strength in the winding axis direction of 40 MPa or more and 150 MPa or less. This is because even if a Si-based or Sn-based material, which is a negative electrode active material that expands and contracts greatly with charge and discharge, can be used to suppress damage to the separator and suppress the occurrence of internal short circuits.

非水電解液は、支持電解質であるリチウム塩を有機溶媒に溶解した溶液からなる。リチウム塩としては、CF3SO3Li、(CF3SO2)NLi、(C25SO22NLi、LiClO4、LiA1Cl4、LiPF6、LiAsF6、LiSbF6、LiCl、LiBr、LiI、LiC49SO3等が例示される。これらは単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。これらのリチウム塩のうち、耐水分解性が優れている点から、CF3SO3Li、(CF3SO2)NLi、(C25SO22NLiを用いることが好ましい。有機溶媒としては、例えばエチレンカーボネート、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート等が挙げられる。特に、非水電解液全体に対し0.5〜5重量%のビニレンカーボネート及び0.1〜1重量%のジビニルスルホン、0.1〜1.5重量%の1,4−ブタンジオールジメタンスルホネートを含有させることが、充放電サイクル特性を更に向上させる観点から好ましい。その理由について詳細は明らかでないが、1,4−ブタンジオールジメタンスルホネートとジビニルスルホンが段階的に分解して、正極上に被膜を形成することにより、硫黄を含有する被膜がより緻密なものになるためであると考えられる。 The nonaqueous electrolytic solution is a solution in which a lithium salt as a supporting electrolyte is dissolved in an organic solvent. The lithium salt, CF 3 SO 3 Li, ( CF 3 SO 2) NLi, (C 2 F 5 SO 2) 2 NLi, LiClO 4, LiA1Cl 4, LiPF 6, LiAsF 6, LiSbF 6, LiCl, LiBr, LiI And LiC 4 F 9 SO 3 . These can be used alone or in combination of two or more. Of these lithium salts, CF 3 SO 3 Li, (CF 3 SO 2 ) NLi, and (C 2 F 5 SO 2 ) 2 NLi are preferably used because of their excellent water decomposition resistance. Examples of the organic solvent include ethylene carbonate, diethyl carbonate, dimethyl carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, and the like. In particular, 0.5 to 5% by weight of vinylene carbonate and 0.1 to 1% by weight of divinyl sulfone and 0.1 to 1.5% by weight of 1,4-butanediol dimethanesulfonate with respect to the whole non-aqueous electrolyte It is preferable from the viewpoint of further improving the charge / discharge cycle characteristics. The details are not clear, but 1,4-butanediol dimethanesulfonate and divinylsulfone are decomposed stepwise to form a film on the positive electrode, so that the film containing sulfur becomes denser. It is thought that it is to become.

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

図1には本発明において用いられる負極の好適な一実施形態の断面構造の模式図が示されている。同図に示す実施形態の負極は、これを、これまでに説明してきた式(1)で表されるリチウム遷移金属複合酸化物を含む正極と組み合わせて用いると、電池の高容量化が図られ、かつサイクル特性が極めて良好になるという利点を有することが、本発明者らの検討の結果判明した。また、低温で充放電するときの電池のレート特性が良好になるという利点も有することが判明した。低温でのレート特性が良好であることは、例えば本発明の電池は、電気自動車やハイブリッド自動車等の車載用電池として用いる場合に特にその利点が生かされる。本実施形態の負極10は、集電体11と、その少なくとも一面に形成された活物質層12を備えている。なお図1においては、便宜的に集電体11の片面にのみ活物質層12が形成されている状態が示されているが、活物質層は集電体の両面に形成されていてもよい。   FIG. 1 shows a schematic diagram of a cross-sectional structure of a preferred embodiment of a negative electrode used in the present invention. When the negative electrode of the embodiment shown in the figure is used in combination with the positive electrode containing the lithium transition metal composite oxide represented by the formula (1) described so far, the capacity of the battery is increased. And, as a result of the examination by the present inventors, it has been found that it has an advantage that the cycle characteristics become extremely good. Moreover, it turned out that it has the advantage that the rate characteristic of a battery when charging / discharging at low temperature becomes favorable. The favorable rate characteristic at low temperature means that, for example, the battery of the present invention is particularly effective when used as a vehicle-mounted battery such as an electric vehicle or a hybrid vehicle. The negative electrode 10 of this embodiment includes a current collector 11 and an active material layer 12 formed on at least one surface thereof. 1 shows a state in which the active material layer 12 is formed only on one side of the current collector 11 for convenience, the active material layer may be formed on both sides of the current collector. .

活物質層12においては、Siを含む活物質の粒子12aの表面の少なくとも一部が、リチウム化合物の形成能の低い金属材料で被覆されている。この金属材料13は、粒子12aの構成材料と異なる材料である。該金属材料で被覆された該粒子12aの間には空隙が形成されている。つまり該金属材料は、リチウムイオンを含む非水電解液が粒子12aへ到達可能なような隙間を確保した状態で該粒子12aの表面を被覆している。図1中、金属材料13は、粒子12aの周囲を取り囲む太線として便宜的に表されている。各粒子は他の粒子と直接ないし金属材料13を介して接触している。「リチウム化合物の形成能の低い」とは、リチウムと金属間化合物若しくは固溶体を形成しないか、又は形成したとしてもリチウムが微量であるか若しくは非常に不安定であることを意味する。   In the active material layer 12, at least a part of the surface of the active material particles 12 a containing Si is covered with a metal material having a low lithium compound forming ability. The metal material 13 is a material different from the constituent material of the particles 12a. Gaps are formed between the particles 12a coated with the metal material. That is, the metal material covers the surface of the particle 12a in a state in which a gap is ensured so that the non-aqueous electrolyte containing lithium ions can reach the particle 12a. In FIG. 1, the metal material 13 is conveniently represented as a thick line surrounding the periphery of the particle 12a. Each particle is in direct contact with other particles or through the metal material 13. “Low lithium compound forming ability” means that lithium does not form an intermetallic compound or solid solution, or even if formed, lithium is in a very small amount or very unstable.

金属材料13は導電性を有するものであり、その例としては銅、ニッケル、鉄、コバルト又はこれらの金属の合金などが挙げられる。特に金属材料13は、活物質の粒子12aが膨張収縮しても該粒子12aの表面の被覆が破壊されにくい延性の高い材料であることが好ましい。そのような材料としては銅を用いることが好ましい。   The metal material 13 has conductivity, and examples thereof include copper, nickel, iron, cobalt, and alloys of these metals. In particular, the metal material 13 is preferably a highly ductile material in which even if the active material particles 12a expand and contract, the coating on the surface of the particles 12a is not easily broken. It is preferable to use copper as such a material.

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

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

活物質の粒子12aの表面を被覆している金属材料13は、その厚みの平均が好ましくは0.05〜2μm、更に好ましくは0.1〜0.25μmという薄いものである。つまり金属材料13は最低限の厚みで以て活物質の粒子12aの表面を被覆している。これによって、エネルギー密度を高めつつ、充放電によって粒子12aが膨張収縮して微粉化することに起因する脱落を防止している。ここでいう「厚みの平均」とは、活物質の粒子12aの表面のうち、実際に金属材料13が被覆している部分に基づき計算された値である。したがって活物質の粒子12aの表面のうち金属材料13で被覆されていない部分は、平均値の算出の基礎にはされない。   The average thickness of the metal material 13 covering the surface of the active material particles 12a is preferably 0.05 to 2 μm, more preferably 0.1 to 0.25 μm. That is, the metal material 13 covers the surface of the active material particles 12a with a minimum thickness. As a result, while the energy density is increased, the particles 12a are prevented from falling off due to expansion / contraction and pulverization due to charge / discharge. Here, the “average thickness” is a value calculated based on a portion of the surface of the active material particle 12 a that is actually covered with the metal material 13. Accordingly, the portion of the surface of the active material particle 12a that is not covered with the metal material 13 is not used as the basis for calculating the average value.

金属材料13で被覆された粒子12a間に形成された空隙は、リチウムイオンを含む非水電解液の流通の経路としての働きを有している。この空隙の存在によって非水電解液が活物質層12の厚み方向へ円滑に流通するので、サイクル特性を向上させることができる。更に、粒子12a間に形成されている空隙は、充放電で活物質の粒子12aが体積変化することに起因する応力を緩和するための空間としての働きも有する。充電によって体積が増加した活物質の粒子12aの体積の増加分は、この空隙に吸収される。その結果、該粒子12aの微粉化が起こりづらくなり、また負極10の著しい変形が効果的に防止される。   The voids formed between the particles 12a coated with the metal material 13 have a function as a flow path of the non-aqueous electrolyte containing lithium ions. Since the non-aqueous electrolyte smoothly flows in the thickness direction of the active material layer 12 due to the presence of the voids, cycle characteristics can be improved. Further, the voids formed between the particles 12a also have a function as a space for relieving stress caused by the volume change of the active material particles 12a due to charge and discharge. The increase in the volume of the active material particles 12a whose volume has been increased by charging is absorbed by the voids. As a result, pulverization of the particles 12a is difficult to occur, and significant deformation of the negative electrode 10 is effectively prevented.

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

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

めっきの金属材料13として銅を用いる場合には、ピロリン酸銅浴を用いることが好ましい。また該金属材料としてニッケルを用いる場合には、例えばアルカリ性のニッケル浴を用いることが好ましい。特に、ピロリン酸銅浴を用いると、活物質層12を厚くした場合であっても、該層の厚み方向全域にわたって、前記の空隙を容易に形成し得るので好ましい。また、活物質の粒子12aの表面には金属材料13が析出し、かつ該粒子12a間では金属材料13の析出が起こりづらくなるので、該粒子12a間の空隙が首尾良く形成されるという点でも好ましい。ピロリン酸銅浴を用いる場合、その浴組成、電解条件及びpHは次のとおりであることが好ましい。
・ピロリン酸銅三水和物:85〜120g/l
・ピロリン酸カリウム:300〜600g/l
・硝酸カリウム:15〜65g/l
・浴温度:45〜60℃
・電流密度:1〜7A/dm2
・pH:アンモニア水とポリリン酸を添加してpH7.1〜9.5になるように調整する。
When using copper as the metal material 13 for plating, it is preferable to use a copper pyrophosphate bath. When nickel is used as the metal material, for example, an alkaline nickel bath is preferably used. In particular, it is preferable to use a copper pyrophosphate bath, even if the active material layer 12 is thick, because the voids can be easily formed over the entire thickness direction of the layer. Further, since the metal material 13 is deposited on the surface of the active material particles 12a and the metal material 13 is less likely to be deposited between the particles 12a, the voids between the particles 12a are also successfully formed. preferable. When using a copper pyrophosphate bath, the bath composition, electrolysis conditions and pH are preferably as follows.
Copper pyrophosphate trihydrate: 85-120 g / l
-Potassium pyrophosphate: 300-600 g / l
-Potassium nitrate: 15-65 g / l
-Bath temperature: 45-60 ° C
・ Current density: 1 to 7 A / dm 2
PH: Ammonia water and polyphosphoric acid are added to adjust the pH to 7.1 to 9.5.

ピロリン酸銅浴を用いる場合には特に、P27の重量とCuの重量との比(P27/Cu)で定義されるP比が5〜12であるものを用いることが好ましい。P比が5未満のものを用いると、活物質の粒子12aを被覆する金属材料13が厚くなる傾向となり、粒子12a間に所望の空隙を形成させづらい場合がある。また、P比が12を超えるものを用いると、電流効率が悪くなり、ガス発生などが生じやすくなることから生産安定性が低下する場合がある。更に好ましいピロリン酸銅浴として、P比が6.5〜10.5であるものを用いると、活物質の粒子12a間に形成される空隙のサイズ及び数が、活物質層12内での非水電解液の流通に非常に有利になる。 In particular, the use of those P ratio defined by the ratio of the weight of the weight and Cu of P 2 O 7 (P 2 O 7 / Cu) is 5 to 12 preferred in the case of using the copper pyrophosphate bath . When the P ratio is less than 5, the metal material 13 covering the active material particles 12a tends to be thick, and it may be difficult to form desired voids between the particles 12a. Further, when a P ratio exceeding 12 is used, current efficiency is deteriorated, and gas generation is likely to occur, so that production stability may be lowered. When a copper pyrophosphate bath having a P ratio of 6.5 to 10.5 is used as a more preferable copper pyrophosphate bath, the size and number of voids formed between the active material particles 12a may be reduced. This is very advantageous for the flow of the water electrolyte.

アルカリ性のニッケル浴を用いる場合には、その浴組成、電解条件及びpHは次のとおりであることが好ましい。
・硫酸ニッケル:100〜250g/l
・塩化アンモニウム:15〜30g/l
・ホウ酸:15〜45g/l
・浴温度:45〜60℃
・電流密度:1〜7A/dm2
・pH:25重量%アンモニア水:100〜300g/lの範囲でpH8〜11となるように調整する。
このアルカリ性のニッケル浴と前述のピロリン酸銅浴とを比べると、ピロリン酸銅浴を用いた場合の方が活物質層12内に適度な空隙が形成される傾向があり、負極の長寿命化を図りやすいので好ましい。
When an alkaline nickel bath is used, the bath composition, electrolysis conditions and pH are preferably as follows.
Nickel sulfate: 100 to 250 g / l
Ammonium chloride: 15-30 g / l
・ Boric acid: 15-45 g / l
-Bath temperature: 45-60 ° C
・ Current density: 1 to 7 A / dm 2
-PH: 25% by weight ammonia water: Adjust to pH 8-11 within the range of 100-300 g / l.
When this alkaline nickel bath and the above-described copper pyrophosphate bath are compared, there is a tendency that moderate voids are formed in the active material layer 12 when the copper pyrophosphate bath is used, and the life of the negative electrode is increased. It is preferable because it is easy to achieve.

前記の各種めっき浴に、タンパク質、活性硫黄化合物、セルロース等の銅箔製造用電解液に用いられる各種添加剤を加えることにより、金属材料13の特性を適宜調整することも可能である。   The characteristics of the metal material 13 can be appropriately adjusted by adding various additives used in the electrolytic solution for producing copper foil such as protein, active sulfur compound, and cellulose to the above various plating baths.

上述の各種方法によって形成される活物質層全体の空隙の割合、つまり空隙率は、15〜45体積%程度、特に20〜40体積%程度であることが好ましい。空隙率をこの範囲内とすることで、非水電解液の流通が可能な空隙を活物質層12内に必要かつ十分に形成することが可能となる。活物質層12の空隙量は、水銀圧入法(JIS R 1655)で測定される。水銀圧入法は、固体中の細孔の大きさやその容積を測定することによって、その固体の物理的形状の情報を得るための手法である。水銀圧入法の原理は、水銀に圧力を加えて測定対象物の細孔中へ圧入し、その時に加えた圧力と、押し込まれた(浸入した)水銀体積の関係を測定することにある。この場合、水銀は活物質層12内に存在する大きな空隙から順に浸入していく。本発明においては、圧力90MPaで測定した空隙量を全体の空隙量とみなしている。活物質層12の空隙率(%)は、前記の方法で測定された単位面積当たりの空隙量を、単位面積当たりの活物質層12の見かけの体積で除し、それに100を乗じることにより求める。   The ratio of the voids in the entire active material layer formed by the various methods described above, that is, the void ratio is preferably about 15 to 45% by volume, particularly about 20 to 40% by volume. By setting the porosity within this range, it is possible to form necessary and sufficient voids in the active material layer 12 in which the non-aqueous electrolyte can flow. The void amount of the active material layer 12 is measured by a mercury intrusion method (JIS R 1655). The mercury intrusion method is a method for obtaining information on the physical shape of a solid by measuring the size and volume of pores in the solid. The principle of the mercury intrusion method is to apply a pressure to mercury to inject it into the pores of the object to be measured, and measure the relationship between the pressure applied at that time and the volume of mercury that has been pushed in (intruded). In this case, mercury enters sequentially from the large voids present in the active material layer 12. In the present invention, the void amount measured at a pressure of 90 MPa is regarded as the entire void amount. The porosity (%) of the active material layer 12 is obtained by dividing the void amount per unit area measured by the above method by the apparent volume of the active material layer 12 per unit area and multiplying it by 100. .

本実施形態の負極10においては、水銀圧入法で測定された活物質層12の空隙量から算出された空隙率が前記の範囲内であることに加えて、10MPaにおいて水銀圧入法で測定された活物質層12の空隙量から算出された空隙率が10〜40%であることが好ましい。また、1MPaにおいて水銀圧入法で測定された活物質層12の空隙量から算出された空隙率が0.5〜15%であることが好ましい。更に、5MPaにおいて水銀圧入法で測定された活物質層12の空隙量から算出された空隙率が1〜35%であることが好ましい。上述したとおり、水銀圧入法よる測定では、水銀の圧入条件を次第に高くしていく。そして低圧の条件下では大きな空隙に水銀が圧入され、高圧の条件下では小さな空隙に水銀が圧入される。したがって圧力1MPaにおいて測定された空隙率は、主として大きな空隙に由来するものである。一方、圧力10MPaにおいて測定された空隙率は、小さな空隙の存在も反映されたものである。   In the negative electrode 10 of the present embodiment, the porosity calculated from the void amount of the active material layer 12 measured by the mercury intrusion method was within the above range, and was measured by the mercury intrusion method at 10 MPa. The porosity calculated from the void amount of the active material layer 12 is preferably 10 to 40%. Moreover, it is preferable that the porosity calculated from the void amount of the active material layer 12 measured by the mercury intrusion method at 1 MPa is 0.5 to 15%. Furthermore, it is preferable that the porosity calculated from the void amount of the active material layer 12 measured by the mercury intrusion method at 5 MPa is 1 to 35%. As described above, in the mercury intrusion measurement, mercury intrusion conditions are gradually increased. Under low pressure conditions, mercury is pressed into large gaps, and under high pressure conditions, mercury is pressed into small gaps. Therefore, the porosity measured at a pressure of 1 MPa is mainly derived from large voids. On the other hand, the porosity measured at a pressure of 10 MPa reflects the presence of small voids.

上述した大きな空隙は、主として活物質の粒子12a間の空間に由来するものである。一方、上述した小さな空隙は、主として活物質の粒子12aの表面に析出する金属材料13の結晶粒間の空間に由来するものであると考えられる。大きな空隙は、主として活物質の粒子12aの膨張収縮に起因する応力を緩和するための空間としての働きを有している。一方、小さな空隙は、主として非水電解液を活物質の粒子12aに供給する経路としての働きを有している。これら大きな空隙と小さな空隙の存在量をバランスさせることで、サイクル特性が一層向上する。   The large voids described above are mainly derived from the spaces between the active material particles 12a. On the other hand, the above-mentioned small voids are considered to originate mainly from the space between the crystal grains of the metal material 13 deposited on the surfaces of the active material particles 12a. The large void mainly functions as a space for relieving stress caused by expansion and contraction of the active material particles 12a. On the other hand, the small gap mainly serves as a path for supplying the non-aqueous electrolyte to the active material particles 12a. By balancing the abundance of these large voids and small voids, the cycle characteristics are further improved.

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

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

本実施形態の負極10においては、活物質層12の表面に薄い表面層(図示せず)が形成されていてもよい。また負極10はそのような表面層を有していなくてもよい。表面層の厚みは、0.25μm以下、好ましくは0.1μm以下という薄いものである。表面層の厚みの下限値に制限はない。表面層を形成することで、微粉化した活物質の粒子12aの脱落を一層防止することができる。尤も、本実施形態においては、活物質層12の空隙率を上述した範囲内に設定することによって、表面層を用いなくても微粉化した活物質の粒子12aの脱落を十分に防止することが可能である。   In the negative electrode 10 of the present embodiment, a thin surface layer (not shown) may be formed on the surface of the active material layer 12. Further, the negative electrode 10 may not have such a surface layer. The thickness of the surface layer is 0.25 μm or less, preferably 0.1 μm or less. There is no restriction | limiting in the lower limit of the thickness of a surface layer. By forming the surface layer, the pulverized active material particles 12a can be further prevented from falling off. However, in the present embodiment, by setting the porosity of the active material layer 12 within the above-described range, it is possible to sufficiently prevent the pulverized active material particles 12a from dropping without using a surface layer. Is possible.

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

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

表面層は、リチウム化合物の形成能の低い金属材料から構成されている。この金属材料は、活物質層12中に存在している金属材料13と同種でもよく、あるいは異種でもよい。また表面層は、異なる2種以上の金属材料からなる2層以上の構造であってもよい。負極10の製造の容易さを考慮すると、活物質層12中に存在している金属材料13と、表面層を構成する金属材料とは同種であることが好ましい。   The surface layer is made of a metal material having a low lithium compound forming ability. This metal material may be the same as or different from the metal material 13 present in the active material layer 12. The surface layer may have a structure of two or more layers made of two or more different metal materials. Considering the ease of manufacture of the negative electrode 10, the metal material 13 present in the active material layer 12 and the metal material constituting the surface layer are preferably the same type.

本実施形態の負極10は、活物質層12中の空隙率が高い値になっているので、折り曲げに対する耐性が高いものである。具体的には、JIS C 6471に従い測定されたMIT耐折性が好ましくは30回以上、更に好ましくは50回以上という高耐折性を有している。耐折性が高いことは、負極10を折り畳んだり巻回したりして電池容器内に収容する場合に、負極10に折れが生じにくくなることから極めて有利である。MIT耐折装置としては、例えば東洋精機製作所製の槽付フィルム耐折疲労試験機(品番549)が用いられ、屈曲半径0.8mm、荷重0.5kgf、サンプルサイズ15×150mmで測定することができる。   Since the porosity in the active material layer 12 has a high value, the negative electrode 10 of this embodiment has high resistance to bending. Specifically, the MIT folding resistance measured according to JIS C 6471 is preferably 30 times or more, more preferably 50 times or more. High folding resistance is extremely advantageous since the negative electrode 10 is less likely to be folded when the negative electrode 10 is folded or wound and accommodated in a battery container. As the MIT folding endurance device, for example, a film folding endurance fatigue tester (product number 549) manufactured by Toyo Seiki Seisakusho is used, and measurement can be performed with a bending radius of 0.8 mm, a load of 0.5 kgf, and a sample size of 15 × 150 mm. it can.

負極10における集電体11としては、非水電解液二次電池用負極の集電体として従来用いられているものと同様のものを用いることができる。集電体11は、先に述べたリチウム化合物の形成能の低い金属材料から構成されていることが好ましい。そのような金属材料の例は既に述べたとおりである。特に、銅、ニッケル、ステンレス等からなることが好ましい。また、コルソン合金箔に代表されるような銅合金箔の使用も可能である。更に集電体として、常態抗張力(JIS C 2318)が好ましくは500MPa以上である金属箔、例えば前記のコルソン合金箔の少なくとも一方の面に銅被膜層を形成したものを用いることもできる。更に集電体として常態伸度(JIS C 2318)が4%以上のものを用いることも好ましい。抗張力が低いと活物質が膨張した際の応力によりシワが生じ、伸び率が低いと該応力により集電体に亀裂が入ることがあるからである。これらの集電体を用いることで、上述した負極10の耐折性を一層高めることが可能となる。集電体11の厚みは、負極10の強度維持と、エネルギー密度向上とのバランスを考慮すると、9〜35μmであることが好ましい。なお、集電体11として銅箔を使用する場合には、クロメート処理や、トリアゾール系化合物及びイミダゾール系化合物などの有機化合物を用いた防錆処理を施しておくことが好ましい。   As the current collector 11 in the negative electrode 10, the same one as conventionally used as the current collector of the negative electrode for the non-aqueous electrolyte secondary battery can be used. The current collector 11 is preferably made of a metal material having a low lithium compound forming ability as described above. Examples of such metal materials are as already described. In particular, it is preferably made of copper, nickel, stainless steel or the like. Also, it is possible to use a copper alloy foil represented by a Corson alloy foil. Further, as the current collector, a metal foil having a normal tensile strength (JIS C 2318) of preferably 500 MPa or more, for example, a copper film layer formed on at least one surface of the aforementioned Corson alloy foil can be used. Furthermore, it is preferable to use a current collector having a normal elongation (JIS C 2318) of 4% or more. This is because when the tensile strength is low, wrinkles are generated due to stress when the active material expands, and when the elongation is low, the current collector may crack. By using these current collectors, it is possible to further improve the folding resistance of the negative electrode 10 described above. The thickness of the current collector 11 is preferably 9 to 35 μm considering the balance between maintaining the strength of the negative electrode 10 and improving the energy density. In addition, when using copper foil as the electrical power collector 11, it is preferable to give the rust prevention process using organic compounds, such as a chromate process and a triazole type compound and an imidazole type compound.

次に、本実施形態の負極10の好ましい製造方法について、図2を参照しながら説明する。本製造方法では、活物質の粒子及び結着剤を含むスラリーを用いて集電体11上に塗膜を形成し、次いでその塗膜に対して電解めっきを行う。   Next, the preferable manufacturing method of the negative electrode 10 of this embodiment is demonstrated, referring FIG. In this manufacturing method, a coating film is formed on the current collector 11 using a slurry containing particles of an active material and a binder, and then electrolytic plating is performed on the coating film.

先ず図2(a)に示すように集電体11を用意する。そして集電体11上に、活物質の粒子12aを含むスラリーを塗布して塗膜15を形成する。集電体11における塗膜形成面の表面粗さは、輪郭曲線の最大高さで0.5〜4μmであることが好ましい。最大高さが4μmを超えると塗膜15の形成精度が低下する上、凸部に浸透めっきの電流集中が起こりやすい。最大高さが0.5μmを下回ると、活物質層12の密着性が低下しやすい。活物質の粒子12aとしては、好適に上述した粒度分布及び平均粒径を有するものを用いる。   First, a current collector 11 is prepared as shown in FIG. Then, a slurry containing active material particles 12 a is applied onto the current collector 11 to form a coating film 15. The surface roughness of the coating film forming surface of the current collector 11 is preferably 0.5 to 4 μm at the maximum height of the contour curve. If the maximum height exceeds 4 μm, the formation accuracy of the coating film 15 is lowered and current concentration of the permeation plating tends to occur on the convex portions. When the maximum height is less than 0.5 μm, the adhesion of the active material layer 12 tends to be lowered. As the active material particles 12a, those having the above-described particle size distribution and average particle size are preferably used.

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

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

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

浸透めっきによる金属材料の析出は、塗膜15の一方の側から他方の側に向かって進行させることが好ましい。具体的には、図2(b)ないし(d)に示すように、塗膜15と集電体11との界面から塗膜の表面に向けて金属材料13の析出が進行するように電解めっきを行う。金属材料13をこのように析出させることで、活物質の粒子12aの表面を金属材料13で首尾よく被覆することができると共に、金属材料13で被覆された粒子12a間に空隙を首尾よく形成することができる。   The deposition of the metal material by the osmotic plating is preferably progressed from one side of the coating film 15 to the other side. Specifically, as shown in FIGS. 2B to 2D, electrolytic plating is performed so that the deposition of the metal material 13 proceeds from the interface between the coating film 15 and the current collector 11 toward the surface of the coating film. I do. By precipitating the metal material 13 in this way, the surface of the active material particles 12a can be successfully coated with the metal material 13, and a void is successfully formed between the particles 12a coated with the metal material 13. be able to.

前述のように金属材料13を析出させるための浸透めっきの条件には、めっき浴の組成、めっき浴のpH、電解の電流密度などがある。このような条件については既に述べたとおりである。   As described above, the conditions of the infiltration plating for depositing the metal material 13 include the composition of the plating bath, the pH of the plating bath, the current density of electrolysis, and the like. Such conditions are as already described.

図2(b)ないし(d)に示されているように、塗膜15と集電体11との界面から塗膜の表面に向けて金属材料13の析出が進行するようにめっきを行うと、析出反応の最前面部においては、ほぼ一定の厚みで金属材料13のめっき核からなる微小粒子13aが層状に存在している。金属材料13の析出が進行すると、隣り合う微小粒子13aどうしが結合して更に大きな粒子となり、更に析出が進行すると、該粒子どうしが結合して活物質の粒子12aの表面を連続的に被覆するようになる。   As shown in FIGS. 2B to 2D, when plating is performed such that the deposition of the metal material 13 proceeds from the interface between the coating film 15 and the current collector 11 toward the surface of the coating film. In the forefront portion of the precipitation reaction, fine particles 13a made of plating nuclei of the metal material 13 are present in layers with a substantially constant thickness. As the deposition of the metal material 13 proceeds, adjacent microparticles 13a combine to form larger particles, and when the deposition proceeds further, the particles combine to continuously cover the surface of the active material particles 12a. It becomes like this.

浸透めっきは、塗膜15の厚み方向全域に金属材料13が析出した時点で終了させる。めっきの終了時点を調節することで、活物質層12の上面に表面層(図示せず)を形成することができる。このようにして、図2(d)に示すように、目的とする負極が得られる。なお、金属材料13と異なる種類の金属からなる表面層を構成する場合には、塗膜15の厚み方向全域に金属材料13が析出した時点で浸透めっきを一旦終了させ、次いでめっき浴の種類を変えて再度めっきを行い塗膜15上に表面層を形成すればよい。   The permeation plating is terminated when the metal material 13 is deposited on the entire thickness direction of the coating film 15. By adjusting the end point of plating, a surface layer (not shown) can be formed on the upper surface of the active material layer 12. In this way, the target negative electrode is obtained as shown in FIG. In the case where a surface layer made of a different kind of metal from the metal material 13 is formed, the permeation plating is temporarily stopped when the metal material 13 is deposited in the entire thickness direction of the coating film 15, and then the type of the plating bath is changed. What is necessary is just to plate again and to form a surface layer on the coating film 15.

浸透めっき後、負極10を防錆処理することも好ましい。防錆処理としては、例えばベンゾトリアゾール、カルボキシベンゾトリアゾール、トリルトリアゾール等のトリアゾール系化合物及びイミダゾール等を用いる有機防錆や、コバルト、ニッケル、クロメート等を用いる無機防錆を採用できる。   It is also preferable to subject the negative electrode 10 to rust prevention after the osmotic plating. As the rust prevention treatment, for example, organic rust prevention using triazole compounds such as benzotriazole, carboxybenzotriazole, tolyltriazole, and imidazole, and inorganic rust prevention using cobalt, nickel, chromate and the like can be employed.

なお、本発明に関し、これまでに説明してきた測定値については、特に断りのない限り20℃での測定値である。   In addition, regarding the present invention, the measured values described so far are measured values at 20 ° C. unless otherwise specified.

以下、実施例により本発明を更に詳細に説明する。しかしながら本発明の範囲は、かかる実施例に制限されない。特に断らない限り、「%」及び「部」はそれぞれ「重量%」及び「重量部」を意味する。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, the scope of the present invention is not limited to such examples. Unless otherwise specified, “%” and “part” mean “% by weight” and “part by weight”, respectively.

〔実施例1〕
平均粒径(D50)8μmの炭酸リチウムと、平均粒径(D50)22μmの電解二酸化マンガンと、平均粒径(D50)25μmの水酸化ニッケルと、平均粒径(D50)14μmのオキシ水酸化コバルトとを、モル比で(Li1.00Mn0.20Co0.20Ni0.602+0.3Li4/3Mn2/32)固溶体を形成するように秤量した。水を加えてこれらを混合攪拌して固形分濃度50%のスラリーを調製した。得られたスラリー(原料粉1.8kg)に、分散剤としてポリカルボン酸アンモニウム塩(サンノプコ(株)製、SNディスパーサント5468)を120g添加し、湿式粉砕機(ダイノーミル、(株)シンマルエンタープライゼス製、KDL−PILOT A)を用い、周波数50Hzのもと28分間粉砕して平均粒径(D50)を0.3μmとした。得られたスラリーを、熱噴霧乾燥機(スプレードライヤー、大川原化工機(株)製、L−8i)を用いて造粒乾燥させた。この際、噴霧には回転ディスクを用い、回転数30000rpm、スラリー供給量2kg/hr、乾燥塔の出口温度120℃となるように温度を調節して造粒乾燥を行った。得られた造粒粉500gをアルミナ製の匣鉢に充填し、静置式電気炉(光洋サーモシステム(株)製、KBF-828N)を用いて、大気中900℃で20時間焼成した。焼成して得られた焼成粉を、目開き75μmの篩で分級し、リチウム遷移金属複合酸化物粉体(式(1)で表される化合物)を得た。得られた粉体をICP分析することにより、所望の組成であることを確認した。また、X線回折(ブルカー・エイエックスエス(株)製 MXP18II)による測定で、この粉体は単一の固溶体であることを確認した。X線回折結果を図3に示す。
[Example 1]
An average particle diameter (D 50) 8 [mu] m of lithium carbonate, the average particle diameter (D 50) 22 .mu.m of electrolytic manganese dioxide, an average particle diameter (D 50) 25 [mu] m of nickel hydroxide, the average particle diameter (D 50) 14 [mu] m of the cobalt oxyhydroxide, a molar ratio (Li 1.00 Mn 0.20 Co 0.20 Ni 0.60 O 2 + 0.3Li 4/3 Mn 2/3 O 2) were weighed so as to form a solid solution. Water was added, and these were mixed and stirred to prepare a slurry having a solid content concentration of 50%. 120 g of polycarboxylic acid ammonium salt (manufactured by San Nopco Co., Ltd., SN Dispersant 5468) was added to the resulting slurry (raw material powder 1.8 kg), and a wet pulverizer (Dynomill, Shinmaru Enterprise Co., Ltd.). SDL, KDL-PILOT A) was pulverized for 28 minutes at a frequency of 50 Hz, so that the average particle size (D 50 ) was 0.3 μm. The obtained slurry was granulated and dried using a thermal spray dryer (spray dryer, manufactured by Okawara Chemical Co., Ltd., L-8i). At this time, a rotating disk was used for spraying, and granulation drying was performed by adjusting the temperature so that the rotation speed was 30000 rpm, the slurry supply amount was 2 kg / hr, and the outlet temperature of the drying tower was 120 ° C. 500 g of the obtained granulated powder was filled in an alumina sagger and fired at 900 ° C. for 20 hours in the atmosphere using a stationary electric furnace (KBF-828N, manufactured by Koyo Thermo System Co., Ltd.). The fired powder obtained by firing was classified with a sieve having an opening of 75 μm to obtain a lithium transition metal composite oxide powder (compound represented by the formula (1)). The obtained powder was analyzed by ICP to confirm the desired composition. Further, it was confirmed by X-ray diffraction (MXP18II manufactured by Bruker AXS Co., Ltd.) that this powder was a single solid solution. The X-ray diffraction results are shown in FIG.

このリチウム遷移金属酸化物粉体を正極活物質として用いた。この正極活物質を、アセチレンブラック(AB)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)及び溶媒であるN−メチルピロリドンと共に、攪拌脱泡装置(倉敷紡績(株)製、マゼルスターKK−50)を用いて混錬し、正極合剤を得た。配合の重量比は、リチウム遷移金属複合酸化物:AB:PVdF=88:6:6とした。この正極合剤をアルミニウム箔(厚さ20μm)からなる集電体の片面にアプリケーターを用いて片面塗布し120℃で乾燥した後、荷重0.5ton/cmのロールプレスを行い、正極を得た。この正極の厚みは、負極の理論容量に対し50%となるようにアプリケーターのギャップを調整した。その結果、48%の実質放電容量を有する厚みとなった。この正極を直径13mmの大きさに打ち抜いて、電池特性評価を行った。   This lithium transition metal oxide powder was used as a positive electrode active material. This positive electrode active material was kneaded with acetylene black (AB), polyvinylidene fluoride (PVdF) and N-methylpyrrolidone as a solvent using a stirring deaerator (manufactured by Kurashiki Boseki Co., Ltd., Mazerustar KK-50). Thus, a positive electrode mixture was obtained. The weight ratio of the blending was lithium transition metal composite oxide: AB: PVdF = 88: 6: 6. This positive electrode mixture was applied to one side of a current collector made of aluminum foil (thickness 20 μm) using an applicator and dried at 120 ° C., followed by roll pressing with a load of 0.5 ton / cm to obtain a positive electrode. . The gap of the applicator was adjusted so that the thickness of the positive electrode was 50% with respect to the theoretical capacity of the negative electrode. As a result, the thickness was 48%. The positive electrode was punched into a diameter of 13 mm, and battery characteristics were evaluated.

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

塗膜が形成された集電体を、以下の浴組成を有するピロリン酸銅浴に浸漬させ、電解により、塗膜に対して銅の浸透めっきを行い、活物質層を形成した。電解の条件は以下のとおりとした。陽極にはDSEを用いた。電源は直流電源を用いた。
・ピロリン酸銅三水和物:105g/l
・ピロリン酸カリウム:450g/l
・硝酸カリウム:30g/l
・P比:7.7
・浴温度:50℃
・電流密度:3A/dm2
・pH:アンモニア水とポリリン酸を添加してpH8.2になるように調整した。
The current collector on which the coating film was formed was immersed in a copper pyrophosphate bath having the following bath composition, and copper was permeated to the coating film by electrolysis to form an active material layer. The electrolysis conditions were as follows. DSE was used for the anode. A DC power source was used as the power source.
Copper pyrophosphate trihydrate: 105 g / l
-Potassium pyrophosphate: 450 g / l
・ Potassium nitrate: 30 g / l
-P ratio: 7.7
・ Bath temperature: 50 ° C
・ Current density: 3 A / dm 2
-PH: Ammonia water and polyphosphoric acid were added to adjust to pH 8.2.

浸透めっきは、塗膜の厚み方向全域にわたって銅が析出した時点で終了させた。このようにして目的とする負極を得た。活物質層の縦断面のSEM観察によって該活物質層においては、活物質の粒子は、平均厚み240nmの銅の被膜で被覆されていることを確認した。また、活物質層の空隙率は30%であった。得られた負極を直径14mmの大きさに打ち抜いた。得られた負極の理論容量を前述の方法で測定したところ、10.9mAhであった。   The permeation plating was terminated when copper was deposited over the entire thickness direction of the coating film. In this way, a target negative electrode was obtained. SEM observation of the longitudinal section of the active material layer confirmed that the active material particles were covered with a copper film having an average thickness of 240 nm in the active material layer. The porosity of the active material layer was 30%. The obtained negative electrode was punched into a diameter of 14 mm. It was 10.9 mAh when the theoretical capacity | capacitance of the obtained negative electrode was measured by the above-mentioned method.

(3)リチウム二次電池の製造
このようにして得られた正極及び負極を、20μm厚のポリエチレン製多孔質フィルムからなるセパレータを挟んで対向させた。電解液として、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートの1:1体積%混合溶媒に1mol/lのLiPF6を溶解した溶液に対して、ビニレンカーボネートを2体積%外添したものを用いた。これによって2032型コイン電池を製造した。
(3) Production of lithium secondary battery The positive electrode and the negative electrode thus obtained were opposed to each other with a separator made of a polyethylene porous film having a thickness of 20 μm interposed therebetween. As the electrolytic solution, a solution obtained by adding 2% by volume of vinylene carbonate to a solution of 1 mol / l LiPF 6 dissolved in a 1: 1 volume% mixed solvent of ethylene carbonate and diethyl carbonate was used. This produced a 2032 type coin battery.

本実施例並びに以下に述べる実施例及び比較例において、原料及び正極活物質の粒径D50は次の方法で測定した。レーザー回折粒度分布測定機用試料循環器(日機装株式会社製「Microtarac SDC」)を用い、サンプル(粉体)を水に投入し、80%の流速中、40Wの超音波を360秒間照射した。次いで、日機装株式会社製レーザー回折粒度分布測定機「MT3000」を用いて粒度分布を測定した。得られた体積基準粒度分布のチャートから粒径D50を求めた。測定には60μmのフィルターを通した純水を用い、溶媒屈折率を1.33、粒子透過性条件を透過、粒子屈折率を1.81、測定時間を30秒とした。2回測定した値の平均値を測定値として用いた。負極活物質の測定は、前記装置を用い、粒子透過性条件を反射として用いた以外は、原料及び正極活物質と同様にした。 In this example and the following examples and comparative examples, the particle diameter D 50 of the raw material and the positive electrode active material was measured by the following method. Using a sample circulator for laser diffraction particle size distribution analyzer (“Microtarac SDC” manufactured by Nikkiso Co., Ltd.), the sample (powder) was put into water and irradiated with ultrasonic waves of 40 W at a flow rate of 80% for 360 seconds. Subsequently, the particle size distribution was measured using a laser diffraction particle size distribution measuring instrument “MT3000” manufactured by Nikkiso Co., Ltd. Chart of the volumetric standard particle size distribution was determined particle size D 50 from. For the measurement, pure water passed through a 60 μm filter was used, the solvent refractive index was 1.33, the particle permeability condition was transmitted, the particle refractive index was 1.81, and the measurement time was 30 seconds. The average value of the values measured twice was used as the measurement value. The negative electrode active material was measured in the same manner as the raw material and the positive electrode active material except that the apparatus was used and the particle permeability condition was used as reflection.

〔実施例2〕
平均粒径(D50)8μmの炭酸リチウムと、平均粒径(D50)22μmの電解二酸化マンガンと、平均粒径(D50)25μmの水酸化ニッケルと、平均粒径(D50)14μmのオキシ水酸化コバルトとを、モル比で(Li1.00Mn0.20Co0.20Ni0.602+0.2Li4/3Mn2/32)固溶体を形成するように秤量した。水を加えて混合攪拌して固形分濃度50%のスラリーを調製した。それ以外は実施例1と同様にしてリチウム遷移金属複合酸化物粉体(式(1)で表される化合物)を得た。得られた粉体をICP分析することにより、所望の組成であることを確認した。また、X線回折(ブルカー・エイエックスエス(株)製 MXP18II)による測定で、この粉体は単一の固溶体であることを確認した。このようにして得られた正極を、実施例1と同様の負極及びセパレータを用い、同実施例と同様の手順で2032型コイン電池を製造した。
[Example 2]
An average particle diameter (D 50) 8 [mu] m of lithium carbonate, the average particle diameter (D 50) 22 .mu.m of electrolytic manganese dioxide, an average particle diameter (D 50) 25 [mu] m of nickel hydroxide, the average particle diameter (D 50) 14 [mu] m of Cobalt oxyhydroxide was weighed so as to form a solid solution (Li 1.00 Mn 0.20 Co 0.20 Ni 0.60 O 2 + 0.2Li 4/3 Mn 2/3 O 2 ) in a molar ratio. Water was added and mixed and stirred to prepare a slurry having a solid content concentration of 50%. Otherwise in the same manner as in Example 1, lithium transition metal composite oxide powder (compound represented by the formula (1)) was obtained. The obtained powder was analyzed by ICP to confirm the desired composition. Further, it was confirmed by X-ray diffraction (MXP18II manufactured by Bruker AXS Co., Ltd.) that this powder was a single solid solution. A 2032 type coin battery was manufactured from the positive electrode thus obtained using the same negative electrode and separator as in Example 1 and in the same procedure as in Example 1.

〔比較例1〕
正極活物質の組成をLiCoO2とし、スラリー調製の際の原料粉を1.5kg、水を3.5kg、分散剤を190gとし、焼成温度を1000℃とした以外は実施例1と同様にして正極活物質及び正極を得た。このようにして得られた正極を、実施例1と同様の負極及びセパレータを用い、同実施例と同様の手順で2032型コイン電池を製造した。
[Comparative Example 1]
The composition of the positive electrode active material and LiCoO 2, the raw material powder at the time of slurry preparation 1.5 kg, water 3.5 kg, a dispersing agent and 190 g, except that the firing temperature 1000 ° C. in the same manner as in Example 1 A positive electrode active material and a positive electrode were obtained. A 2032 type coin battery was manufactured from the positive electrode thus obtained using the same negative electrode and separator as in Example 1 and in the same procedure as in Example 1.

〔比較例2〕
正極活物質の組成をLi1.06Mn0.31Co0.31Ni0.322とし、焼成温度を975℃とした以外は、実施例1と同様にして正極活物質及び正極を得た。このようにして得られた正極を、実施例1と同様の負極及びセパレータを用い、同実施例と同様の手順で2032型コイン電池を製造した。
[Comparative Example 2]
A positive electrode active material and a positive electrode were obtained in the same manner as in Example 1 except that the composition of the positive electrode active material was Li 1.06 Mn 0.31 Co 0.31 Ni 0.32 O 2 and the firing temperature was 975 ° C. A 2032 type coin battery was manufactured from the positive electrode thus obtained using the same negative electrode and separator as in Example 1 and in the same procedure as in Example 1.

〔評価〕
実施例及び比較例で得られた二次電池について、予備充電時の不可逆容量及び初回放電容量を上述の方法で測定した。また、サイクル特性を以下の方法で測定した。さらに、正極活物質層中の活物質密度及び正極活物質層の体積当たりの容量を以下の方法で測定した。これらの結果を以下の表1に示す。
[Evaluation]
About the secondary battery obtained by the Example and the comparative example, the irreversible capacity | capacitance at the time of preliminary | backup charge and a first time discharge capacity were measured by the above-mentioned method. The cycle characteristics were measured by the following method. Furthermore, the active material density in the positive electrode active material layer and the capacity per volume of the positive electrode active material layer were measured by the following methods. These results are shown in Table 1 below.

〔予備充電時の不可逆容量、初回放電容量及びサイクル特性〕
予備充電時の不可逆容量及び初回放電容量は、先に述べた方法で測定した。サイクル特性は、予備充電に続く放電を1回目、初期充放電を2回目として、6回目の放電容量を基準として、200回目及び300回目の放電容量を比率で表した。この比率を容量維持率と定義する。
・予備充電:
0.01Cの定電流で4.5Vまで充電後、4.5Vからは定電位とし、電流値が定電流値の1/10に達すると終了。
・予備充電後の放電:
定電流モード、レート0.01C、終止電圧2.7V
・初回〜4回目充電:
0.1Cの定電流で4.2Vまで充電後、4.2Vからは定電位とし、電流値が定電流値の1/10に達すると終了。
・初回〜4回目放電:
定電流モード、レート0.1C、終止電圧2.7V
・5回目以降充電:
0.5Cの定電流で4.2Vまで充電後、4.2Vからは定電位とし、電流値が定電流値の1/10に達すると終了。
・5回目以降放電:
定電流モード、レート0.5C、終止電圧2.7V
[Irreversible capacity, initial discharge capacity and cycle characteristics during pre-charging]
The irreversible capacity and initial discharge capacity at the time of preliminary charging were measured by the method described above. The cycle characteristics were expressed as a ratio of the 200th and 300th discharge capacities on the basis of the discharge capacity at the sixth time, with the discharge following the precharge as the first time, the initial charge / discharge as the second time. This ratio is defined as the capacity maintenance rate.
・ Preliminary charging:
After charging to 4.5V at a constant current of 0.01C, the voltage is set to a constant potential from 4.5V, and the process ends when the current value reaches 1/10 of the constant current value.
・ Discharge after pre-charging:
Constant current mode, rate 0.01C, end voltage 2.7V
・ First to fourth charge:
After charging to 4.2 V with a constant current of 0.1 C, the voltage is set to a constant potential from 4.2 V, and the process ends when the current value reaches 1/10 of the constant current value.
・ First to fourth discharge:
Constant current mode, rate 0.1C, end voltage 2.7V
・ 5th and later charging:
After charging to 4.2 V with a constant current of 0.5 C, the voltage is set to a constant potential from 4.2 V, and the process ends when the current value reaches 1/10 of the constant current value.
・ 5th and subsequent discharges:
Constant current mode, rate 0.5C, end voltage 2.7V

〔正極活物質層中の活物質密度及び正極活物質層の体積当たりの容量〕
正極重量と厚さを測定した。また集電体に用いたアルミニウム箔の重量と厚さを測定した。これらの測定結果から、正極活物質層中における活物質の密度を算出した。さらに、算出された活物質の密度と初回放電容量とから、正極活物質層の体積当たりの容量を算出した。
[Active material density in positive electrode active material layer and capacity per volume of positive electrode active material layer]
The weight and thickness of the positive electrode were measured. Further, the weight and thickness of the aluminum foil used for the current collector were measured. From these measurement results, the density of the active material in the positive electrode active material layer was calculated. Furthermore, the capacity per volume of the positive electrode active material layer was calculated from the calculated density of the active material and the initial discharge capacity.

Figure 2009158415
Figure 2009158415

表1に示す結果から明らかなように、式(1)で表されるリチウム遷移金属複合酸化物を正極活物質として用いた実施例の二次電池は、従来の正極活物質を用いた比較例の二次電池に比べて、サイクル特性が良好であり、また高容量のものであることが判る。   As is clear from the results shown in Table 1, the secondary battery of the example using the lithium transition metal composite oxide represented by the formula (1) as the positive electrode active material is a comparative example using a conventional positive electrode active material. It can be seen that the cycle characteristics are good and the capacity is higher than that of the secondary battery.

本発明の非水電解液二次電池に用いられる負極の一実施形態の断面構造を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the cross-sectional structure of one Embodiment of the negative electrode used for the nonaqueous electrolyte secondary battery of this invention. 図1に示す負極の製造方法を示す工程図である。It is process drawing which shows the manufacturing method of the negative electrode shown in FIG. 実施例1で得られたリチウム遷移金属複合酸化物粉体のX線回折結果である。3 is an X-ray diffraction result of the lithium transition metal composite oxide powder obtained in Example 1. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

10 非水電解液二次電池用負極
11 集電体
12 活物質層
12a 活物質の粒子
13 リチウム化合物の形成能の低い金属材料
15 塗膜
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Negative electrode for non-aqueous electrolyte secondary batteries 11 Current collector 12 Active material layer 12a Active material particles 13 Metal material having low lithium compound forming ability 15 Coating film

Claims (8)

下記の式(1)で表されるリチウム遷移金属複合酸化物からなり、Si又はSnを含む負極活物質と組み合わせて用いられることを特徴とする非水電解液二次電池用正極活物質。
Figure 2009158415
A positive electrode active material for a nonaqueous electrolyte secondary battery, comprising a lithium transition metal composite oxide represented by the following formula (1) and used in combination with a negative electrode active material containing Si or Sn.
Figure 2009158415
式(1)で表される化合物が、下記の式(2)で表される固溶体からなる請求項1記載の非水電解液二次電池用正極活物質。
Li1+x(MnαCoβNiγ)1-x2・aLi4/3Mn2/32 (2)
(式中、a、α、β、γ及びxは前記と同義である。)
The positive electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the compound represented by the formula (1) comprises a solid solution represented by the following formula (2).
Li 1 + x (MnαCoβNiγ) 1-x O 2 .aLi 4/3 Mn 2/3 O 2 (2)
(Wherein a, α, β, γ and x are as defined above.)
負極活物質としてSiを用い、二次電池を組み立てた後に初めて行う充電である予備充電を以下の条件で行い、次いで以下の条件で放電を行い、更に以下の条件で初回充放電を行ったときにおける初回放電容量が、正極活物質の重量(g)当たり150mAh以上である請求項1又は2記載の正極活物質。
・予備充電:
0.01Cの定電流で4.5Vまで充電後、4.5Vからは定電位とし、電流値が定電流値の1/10に達すると終了。
・予備充電後の放電:
0.1Cの定電流で2.7Vに達すると終了。
・初回充電:
0.1Cの定電流で4.2Vまで充電後、4.2Vからは定電位とし、電流値が先の定電流値の1/10に達すると終了。
・初回放電:
0.1Cの定電流で2.7Vに達すると終了。
When Si is used as the negative electrode active material, the precharge, which is the first charge after assembling the secondary battery, is performed under the following conditions, then the discharge is performed under the following conditions, and the initial charge / discharge is further performed under the following conditions: The positive electrode active material according to claim 1, wherein the initial discharge capacity in is at least 150 mAh per weight (g) of the positive electrode active material.
・ Preliminary charging:
After charging to 4.5V at a constant current of 0.01C, the voltage is set to a constant potential from 4.5V, and the process ends when the current value reaches 1/10 of the constant current value.
・ Discharge after pre-charging:
It ends when it reaches 2.7V with a constant current of 0.1C.
・ First charge:
After charging to 4.2 V with a constant current of 0.1 C, the voltage is set to a constant potential from 4.2 V, and the process ends when the current value reaches 1/10 of the previous constant current value.
・ First discharge:
It ends when it reaches 2.7V with a constant current of 0.1C.
負極活物質としてSiを用い、二次電池を組み立てた後に初めて行う充電である予備充電を以下の条件で行ったときに負極に蓄積された不可逆容量と、予備充電後に行う初回充放電を以下の条件で行ったときにおける初回放電容量との比(前者/後者)が0.15〜0.55である請求項1ないし3のいずれかに記載の正極活物質。
・予備充電:
0.01Cの定電流で4.5Vまで充電後、4.5Vからは定電位とし、電流値が定電流値の1/10に達すると終了。
・予備充電後の放電:
0.1Cの定電流で2.7Vに達すると終了。
・初回充電:
0.1Cの定電流で4.2Vまで充電後、4.2Vからは定電位とし、電流値が先の定電流値の1/10に達すると終了。
・初回放電:
0.1Cの定電流で2.7Vに達すると終了。
When Si is used as the negative electrode active material and the precharge, which is the first charge after assembling the secondary battery, is performed under the following conditions, the irreversible capacity accumulated in the negative electrode and the initial charge / discharge after the precharge are as follows: The positive electrode active material according to any one of claims 1 to 3, wherein a ratio (the former / the latter) to the initial discharge capacity when performed under conditions is 0.15 to 0.55.
・ Preliminary charging:
After charging to 4.5V at a constant current of 0.01C, the voltage is set to a constant potential from 4.5V, and the process ends when the current value reaches 1/10 of the constant current value.
・ Discharge after pre-charging:
It ends when it reaches 2.7V with a constant current of 0.1C.
・ First charge:
After charging to 4.2 V with a constant current of 0.1 C, the voltage is set to a constant potential from 4.2 V, and the process ends when the current value reaches 1/10 of the previous constant current value.
・ First discharge:
It ends when it reaches 2.7V with a constant current of 0.1C.
請求項1記載の正極活物質を有する正極と、Si又はSnを含む負極活物質を有する負極とを備え、該負極の活物質層が、Si又はSnを含む活物質の粒子を含有し、該粒子の表面の少なくとも一部がリチウム化合物の形成能の低い金属材料で被覆されていると共に、該金属材料で被覆された該粒子どうしの間に空隙が形成されている非水電解液二次電池。   A positive electrode having the positive electrode active material according to claim 1 and a negative electrode having a negative electrode active material containing Si or Sn, wherein the active material layer of the negative electrode contains particles of an active material containing Si or Sn, A non-aqueous electrolyte secondary battery in which at least a part of the surface of the particle is coated with a metal material having a low ability to form a lithium compound and a void is formed between the particles coated with the metal material . 前記金属材料が、前記負極の活物質層の厚み方向全域にわたって前記粒子の表面に存在している請求項5記載の非水電解液二次電池。   The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 5, wherein the metal material is present on the surface of the particles throughout the thickness direction of the active material layer of the negative electrode. 前記負極の活物質層の空隙率が15〜45体積%である請求項5又は6記載の非水電解液二次電池。   The nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 5 or 6, wherein a porosity of the negative electrode active material layer is 15 to 45% by volume. 予備充電より後の充電のカット・オフ電圧における前記正極の容量に対する、前記負極の理論容量が1.1〜3.0倍となるように、正負極の活物質の量が設定されており、
前記負極の理論容量の9〜50%のリチウムが、該負極に蓄積されている請求項5ないし7のいずれかに記載の非水電解液二次電池。
The amount of the active material of the positive and negative electrodes is set so that the theoretical capacity of the negative electrode is 1.1 to 3.0 times the capacity of the positive electrode at the cut-off voltage of the charge after the preliminary charge,
The nonaqueous electrolyte secondary battery according to any one of claims 5 to 7, wherein lithium of 9 to 50% of the theoretical capacity of the negative electrode is accumulated in the negative electrode.
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