JP2009238641A - Anode active material for lithium ion secondary battery - Google Patents

Anode active material for lithium ion secondary battery Download PDF

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Hiroki Sakaguchi
裕樹 坂口
Takahisa Iida
貴久 飯田
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Mitsui Mining and Smelting Co Ltd
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Tottori University NUC
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an anode active material for a lithium ion secondary battery, which can achieve high capacity and excellent cycle characteristics. <P>SOLUTION: The anode active material for a lithium ion secondary battery contains a mixture of Mg<SB>2</SB>A or LaA<SB>2</SB>(A denotes Si or Ge) and an element A (A denotes Si or Ge). An active material layer containing the active material is preferably formed by attaching Mg<SB>2</SB>A or LaA<SB>2</SB>and element A on a surface of a collector by gas deposition method. Alternatively, on the active material layer, at least part of a surface of a particle of Mg<SB>2</SB>A or LaA<SB>2</SB>and a particle of the element A are coated with a metal material with low forming ability of a lithium compound, as well as a gap is preferably formed between the particles coated with the metal material. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、リチウムイオン二次電池に用いられる負極活物質に関する。また本発明は、該負極活物質を用いた負極に関する。   The present invention relates to a negative electrode active material used for a lithium ion secondary battery. The present invention also relates to a negative electrode using the negative electrode active material.

リチウムイオン電池は、携帯電話やノート型のパーソナルコンピュータなどの携帯機器に広く利用されている。これらの携帯機器の多機能化に伴い、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。これまでリチウムイオン二次電池の負極活物質としては炭素材料が用いられてきた。しかし、炭素材料を用いている限り、近い将来、高容量化のニーズに応えるのは困難となると予想される。   Lithium ion batteries are widely used in mobile devices such as mobile phones and notebook personal computers. With the increase in functionality of these portable devices, power consumption has increased remarkably, and large capacity secondary batteries are increasingly required. Until now, carbon materials have been used as negative electrode active materials for lithium ion secondary batteries. However, as long as carbon materials are used, it is expected that it will be difficult to meet the need for higher capacity in the near future.

そこで現在では、グラファイトの5〜10倍の容量ポテンシャルを有している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。例えば特許文献1には、LixSiで表される、リチウムを含有するケイ素を負極活物質が提案されている。しかし、Si系物質は、リチウムの吸蔵放出に伴う体積変化が著しく、それに起因してサイクル特性が良好でないという欠点を有する。 Therefore, at present, a negative electrode active material made of a Si-based material having a capacity potential 5 to 10 times that of graphite is being actively developed. For example, Patent Document 1 proposes a negative electrode active material of silicon containing lithium represented by Li x Si. However, the Si-based material has a drawback that the volume change accompanying the occlusion and release of lithium is remarkably caused and the cycle characteristics are not good.

Si系物質とは別に、本発明者らは先に、Mg2GeなどのMgと14族元素との合金や、LaSn3などの希土類元素と14族元素との合金を、負極活物質として用いることを提案した(特許文献2参照)。これらの合金は、サイクル特性は良好であるものの、高容量化については改良の余地がある。 In addition to the Si-based material, the present inventors previously used an alloy of Mg and a group 14 element such as Mg 2 Ge or an alloy of a rare earth element and a group 14 element such as LaSn 3 as the negative electrode active material. This was proposed (see Patent Document 2). Although these alloys have good cycle characteristics, there is room for improvement in increasing the capacity.

特開平7−29602号公報Japanese Patent Laid-Open No. 7-29602 特開2006−156248号公報JP 2006-156248 A

したがって本発明の目的は、前述した従来技術が有する種々の欠点を解消し得るリチウムイオン二次電池用負極活物質及び該活物質を有するリチウムイオン二次電池用負極を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a negative electrode active material for a lithium ion secondary battery and a negative electrode for a lithium ion secondary battery having the active material, which can eliminate the various disadvantages of the above-described prior art.

本発明は、Mg2A又はLaA2(AはSi又はGeを表す)と、元素A(AはSi又はGeを表す)との混合物を含むことを特徴とするリチウムイオン二次電池用負極活物質を提供するものである。 The present invention includes a mixture of Mg 2 A or LaA 2 (A represents Si or Ge) and an element A (A represents Si or Ge), and a negative electrode active for a lithium ion secondary battery, It provides a substance.

また本発明は、前記の活物質を含む活物質層を備えたことを特徴とするリチウムイオン二次電池用負極を提供するものである。   Moreover, this invention provides the negative electrode for lithium ion secondary batteries provided with the active material layer containing the said active material.

本発明の活物質を用いて負極を構成することで、該負極を備えた電池の容量を従来よりも一層高くすることができ、かつサイクル特性も向上させることができる。   By constituting the negative electrode using the active material of the present invention, the capacity of a battery equipped with the negative electrode can be made higher than before and the cycle characteristics can be improved.

以下本発明を、その好ましい実施形態に基づき説明する。本発明の活物質は、リチウムイオン二次電池の負極に用いられる。該負極は、集電体と、該集電体の少なくとも一方の面に形成された負極活物質層とを有することを基本的な構成としている。そして負極活物質層に、Mg2A又はLaA2(AはSi又はGeを表す)と、元素A(AはSi又はGeを表す)との混合物が含まれていることを特徴としている。これらの物質は、活物質層の全体にわたりほぼ均一に分散した状態で存在している。 Hereinafter, the present invention will be described based on preferred embodiments thereof. The active material of the present invention is used for a negative electrode of a lithium ion secondary battery. The negative electrode basically has a current collector and a negative electrode active material layer formed on at least one surface of the current collector. The negative electrode active material layer includes a mixture of Mg 2 A or LaA 2 (A represents Si or Ge) and element A (A represents Si or Ge). These substances are present in a substantially uniformly dispersed state throughout the active material layer.

LaA2は、Laと元素Aとの合金であるか、又は金属間化合物である。Laは、14属元素であるSiやGeと安定な化合物を形成することが知られている。同様に、Mg2Aは、Mgと元素Aとの合金であるか、又は金属間化合物である。これらの物質は、これを非水電解液二次電池の負極活物質として用いた場合に、電池のサイクル特性が向上するという利点を有する。 LaA 2 is an alloy of La and element A or an intermetallic compound. La is known to form a stable compound with Si and Ge, which are 14 group elements. Similarly, Mg 2 A is an alloy of Mg and element A or an intermetallic compound. These materials have the advantage that the cycle characteristics of the battery are improved when they are used as the negative electrode active material of a non-aqueous electrolyte secondary battery.

本発明においては、LaA2及びMg2Aを、択一的に用いてもよく、あるいは両者を組み合わせて用いてもよい。また、元素AとしてSi及びGeを択一的に用いてもよく、あるいは両者を組み合わせてもよい。元素AとしてSi及びGeを択一的に用いる場合には、特にSiを用いることがサイクル特性の一層の向上の点から好ましい。 In the present invention, LaA 2 and Mg 2 A may be used alternatively or in combination. In addition, Si and Ge may alternatively be used as the element A, or both may be combined. When Si and Ge are used alternatively as the element A, it is particularly preferable to use Si from the viewpoint of further improving the cycle characteristics.

LaA2及びMg2Aのうち、LaA2を用いる場合には、この物質と元素Aとの組み合わせとしては、LaGe2とSiとの組み合わせ、LaSi2とSiとの組み合わせ、LaGe2とGeとの組み合わせ、及びLaSi2とGeとの組み合わせが好ましい。これらの組み合わせのうち、LaGe2とSiとの組み合わせ、LaSi2とSiとの組み合わせ、及びLaGe2とGeとの組み合わせを用いることが、先に述べた利点が一層顕著になる点から特に好ましい。一方、Mg2Aを用いる場合には、Mg2GeとSiとの組み合わせ、Mg2GeとGeとの組み合わせ、Mg2SiとSiとの組み合わせ、及びMg2SiとGeとの組み合わせが好ましい。これらの組み合わせのうち、Mg2GeとSiとの組み合わせを用いることが、先に述べた利点が一層顕著になる点から特に好ましい。 Of LaA 2 and Mg 2 A, when LaA 2 is used, the combination of this material and element A includes a combination of LaGe 2 and Si, a combination of LaSi 2 and Si, and a combination of LaGe 2 and Ge. A combination and a combination of LaSi 2 and Ge are preferred. Of these combinations, it is particularly preferable to use a combination of LaGe 2 and Si, a combination of LaSi 2 and Si, and a combination of LaGe 2 and Ge because the advantages described above become more remarkable. On the other hand, when using Mg 2 A, a combination of Mg 2 Ge and Si, a combination of Mg 2 Ge and Ge, a combination of Mg 2 Si and Si, and a combination of Mg 2 Si and Ge are preferable. Among these combinations, it is particularly preferable to use a combination of Mg 2 Ge and Si since the advantages described above become more remarkable.

LaA2及びMg2Aは公知の方法によって製造することができる。例えば、メカニカルアロイング法(メカニカルミリング法)やガスアトマイズ法で製造することができる。また、通常の冶金的方法等で製造したものを粉砕してもよい。特に好ましい製造方法は、メカニカルアロイング法及び/又はメカニカルミリング法である。これらの方法で製造されたLaA2の粒子及びMg2Aの粒子を用いることで、高い充放電特性等を発揮する二次電池を提供することが可能となるからである。 LaA 2 and Mg 2 A can be produced by a known method. For example, it can be manufactured by a mechanical alloying method (mechanical milling method) or a gas atomizing method. Moreover, you may grind | pulverize what was manufactured by the normal metallurgical method etc. A particularly preferable production method is a mechanical alloying method and / or a mechanical milling method. This is because by using LaA 2 particles and Mg 2 A particles produced by these methods, it is possible to provide a secondary battery exhibiting high charge / discharge characteristics and the like.

メカニカルアロイング法及びメカニカルミリング法は、公知の条件に基づいて実施することができる。例えば、所定の粉末原料となるように調合された出発原料をボールミルに投入し、ミリングを実行すれば良い。ボールミルとしては、遊星型ボールミル等の公知の装置を使用することができる。また、ミリングは、乾式又は湿式のいずれであっても良いが、特に乾式であることが望ましい。ミリングの条件は、所望の粉末原料の性状等に応じて適宜設定することができる。一般的には室温(特に0〜50℃)で回転数100〜500rpm程度とすればよい。ミリングの雰囲気は、アルゴンガス、窒素ガス等の不活性ガス雰囲気とすることが望ましい。   The mechanical alloying method and the mechanical milling method can be performed based on known conditions. For example, a starting material prepared so as to become a predetermined powder material may be charged into a ball mill and milling may be performed. A known device such as a planetary ball mill can be used as the ball mill. The milling may be either dry or wet, but it is particularly desirable that the milling be dry. Milling conditions can be appropriately set according to the properties of the desired powder raw material. In general, the rotational speed may be about 100 to 500 rpm at room temperature (especially 0 to 50 ° C.). The milling atmosphere is preferably an inert gas atmosphere such as argon gas or nitrogen gas.

LaA2及び/又はMg2Aと組み合わせて用いられる元素Aは、電池の容量を高める目的で用いられる。活物質層におけるLaA2及び/又はMg2Aと元素Aとの量的な関係は、元素Aの種類に応じて適切な範囲が選択される。具体的には、元素AがSiである場合には、LaA2及びMg2Aの合計重量と、元素Aの重量との比(前者:後者)は、8:2〜2:8、特に7:3〜4:6であることが、容量密度の向上と、サイクル寿命の向上又は活物質層の膨張の抑制とのバランスの点から好ましい。同様の観点から、元素AがGeである場合には、LaA2及びMg2Aの合計重量と、元素Aの重量との比(前者:後者)は、9:1〜1:9、特に8:2〜1:9であることが好ましい。 Element A used in combination with LaA 2 and / or Mg 2 A is used for the purpose of increasing the capacity of the battery. An appropriate range of the quantitative relationship between LaA 2 and / or Mg 2 A and element A in the active material layer is selected according to the type of element A. Specifically, when the element A is Si, the ratio of the total weight of LaA 2 and Mg 2 A to the weight of the element A (the former: the latter) is 8: 2 to 2: 8, especially 7 : 3 to 4: 6 is preferable from the viewpoint of the balance between improvement in capacity density and improvement in cycle life or suppression of expansion of the active material layer. From the same viewpoint, when the element A is Ge, the ratio (the former: latter) of the total weight of LaA 2 and Mg 2 A to the weight of the element A is 9: 1 to 1: 9, particularly 8 : It is preferable that it is 2-1: 9.

本発明においては、LaA2及び/又はMg2Aと、元素Aとを組み合わせて用いることで、これらを単独で用いる場合に比べて、電池の容量を極めて高くすることができることが、本発明者らの検討の結果判明した。この理由は、元素Aの容量が、LaA2及び/又はMg2Aの容量に加わったためであると考えられる。また、両者の組み合わせを用いることで、電池のサイクル特性も向上する。この理由は、LaA2及びMg2Aは、元素Aに比べて軟質な材料であることから、元素Aがリチウムを吸蔵放出することに起因して生じる体積変化による応力を、LaA2及び/又はMg2Aが吸収するためであると考えられる。なお、応力の緩和は、後述するように、粒子間に空隙が存在することによっても達成される。このように、LaA2及び/又はMg2Aと元素Aとの組み合わせを採用した本発明の負極によれば、電池を高容量かつ長寿命のものとすることが可能となる。 In the present invention, it is possible to significantly increase the capacity of a battery by using LaA 2 and / or Mg 2 A in combination with the element A, as compared with the case of using them alone. It became clear as a result of these examinations. The reason is considered that the capacity of the element A is added to the capacity of LaA 2 and / or Mg 2 A. Moreover, the cycle characteristics of the battery are also improved by using a combination of both. The reason for this is that since LaA 2 and Mg 2 A are softer materials than the element A, the stress due to the volume change caused by the insertion and release of lithium by the element A is expressed as LaA 2 and / or This is probably because Mg 2 A absorbs. The stress relaxation is also achieved by the presence of voids between the particles, as will be described later. Thus, according to the negative electrode of the present invention that employs a combination of LaA 2 and / or Mg 2 A and element A, the battery can have a high capacity and a long life.

LaA2及び/又はMg2Aと、元素Aとを混合する手段としては、例えばLaA2及び/又はMg2Aの粒子と元素Aの粒子とを乳鉢及び乳棒を用いて所定時間混合する手段が挙げられる。別法として、LaA2及び/又はMg2Aの粒子をメカニカルアロイング法(メカニカルミリング法)で製造する場合には、LaA2及び/又はMg2Aの化学量論比よりも過剰量の元素Aを、La及び又はMgとともに用いる方法が挙げられる。この方法によって得られた粉末原料2においては、1つの粒子中においてLaA2相及び/又はMg2A相が、元素Aの相の周辺に存在することになる。つまり、1粒子レベルでLaA2相及び/又はMg2A相と元素Aの相とが複合化したコンポジット粒子となる。その結果、LaA2相及び/又はMg2A相が、元素Aの相のマトリックスとして働き、充放電に伴う体積変化で生じる応力が一層緩和されるという利点がある。その結果、コンポジット粒子を用いることで、サイクル特性を向上させつつ、高容量ではあるものの充放電時の体積変化の著しい物質である元素Aの活物質中における比率を高めることができるという利点がある。 Means for mixing LaA 2 and / or Mg 2 A and element A include, for example, means for mixing LaA 2 and / or Mg 2 A particles and element A particles for a predetermined time using a mortar and pestle. Can be mentioned. Alternatively, when LaA 2 and / or Mg 2 A particles are produced by the mechanical alloying method (mechanical milling method), the element is in excess of the stoichiometric ratio of LaA 2 and / or Mg 2 A. The method of using A with La and / or Mg is mentioned. In the powder raw material 2 obtained by this method, the LaA 2 phase and / or the Mg 2 A phase exist around the element A phase in one particle. That is, a composite particle in which the LaA 2 phase and / or the Mg 2 A phase and the element A phase are combined at the level of one particle. As a result, there is an advantage that the LaA 2 phase and / or the Mg 2 A phase acts as a matrix of the phase of the element A, and the stress generated by the volume change accompanying charge / discharge is further relaxed. As a result, by using composite particles, there is an advantage that the ratio in the active material of the element A, which is a substance having a large volume change at the time of charge / discharge, can be increased while improving the cycle characteristics. .

LaA2及び/又はMg2Aと、元素Aとを含む活物質層の形態に特に制限はない。例えば、LaA2及び/又はMg2Aの粒子、元素Aの粒子、バインダ及び導電性粒子を、溶剤に分散させて負極合剤を調製し、この合剤を集電体の表面に塗工し乾燥させて活物質層を形成することができる。あるいは、このようにして形成された活物質層を焼成して、粒子どうしを焼結させてもよい。LaA2及び/又はMg2Aの粒子と元素Aの粒子とを別個に用いることに代えて、上述したコンポジット粒子を用いてもよい。 There is no particular limitation on the form of the active material layer containing LaA 2 and / or Mg 2 A and element A. For example, LaA 2 and / or Mg 2 A particles, element A particles, a binder and conductive particles are dispersed in a solvent to prepare a negative electrode mixture, and this mixture is applied to the surface of the current collector. The active material layer can be formed by drying. Alternatively, the active material layer thus formed may be fired to sinter the particles. Instead of separately using LaA 2 and / or Mg 2 A particles and element A particles, the composite particles described above may be used.

特に、活物質層は、LaA2及び/又はMg2Aの粒子と、元素Aの粒子とを、ガスデポジション法によって集電体の表面に付着させることで形成されていることが好ましい。あるいはLaA2及び/又はMg2Aと元素Aのコンポジット粒子を、ガスデポジション法によって集電体の表面に付着させることで形成されていることが好ましい。このような形態の活物質層は、粒子と集電体の密着性が高く、かつ粒子どうしの密着性も高いという利点を有する。したがって、充放電を繰り返しても、活物質層を構成する粒子が脱落しづらく、それによって電池のサイクル特性が向上する。粒子どうしの密着性が良好なことに起因して、電子伝導性の低い材料である元素Aを用いても、活物質層の電子伝導性を高めることができるという利点もある。また、ガスデポジション法を採用することで、活物質層の厚み方向及び面方向の密度が不均一になるので、元素A、特にSiがリチウムを吸蔵放出することに起因して生じる体積変化による応力が緩和されやすい。このことによっても、電池のサイクル特性が向上する。また、ガスデポジション法を採用することには、製膜速度が高いという利点もある。 In particular, the active material layer is preferably formed by adhering LaA 2 and / or Mg 2 A particles and element A particles to the surface of the current collector by a gas deposition method. Alternatively, it is preferable that the composite particles of LaA 2 and / or Mg 2 A and element A are formed by adhering to the surface of the current collector by a gas deposition method. The active material layer having such a form has an advantage that the adhesion between the particles and the current collector is high and the adhesion between the particles is also high. Therefore, even if charging / discharging is repeated, the particles constituting the active material layer are difficult to drop off, thereby improving the cycle characteristics of the battery. Due to the good adhesion between the particles, there is an advantage that the electron conductivity of the active material layer can be increased even when the element A which is a material having low electron conductivity is used. Moreover, since the density in the thickness direction and the surface direction of the active material layer becomes non-uniform by adopting the gas deposition method, it is caused by the volume change caused by the insertion and extraction of lithium by the element A, particularly Si. Stress is easily relaxed. This also improves the cycle characteristics of the battery. Further, adopting the gas deposition method has an advantage that the film forming speed is high.

ガスデポジション法は、粉末原料とキャリアガスとを用いることによりエアロゾルを発生させ、これを集電体の表面に噴射することにより活物質層を形成する方法である。具体的には、図1に示すように、所定の初期圧力を有するキャリアガス1を粉末原料2とともに導管3中でエアロゾル化した後、このエアロゾルを、減圧装置4によって真空状態が維持されているチャンバ5中に設置された集電体6の表面へ向けて、導管3の先端に取り付けられたノズル7から噴出させることにより実施される。なお、粉末原料2における粒子は、集電体6への衝突によって変形するので、元の形状をとどめていない場合が多い。ガスデポジション法自体は、公知の方法(装置)に従って実施することができる。本発明においては、以下の条件でガスデポジション法を行うことが好ましい。   The gas deposition method is a method of forming an active material layer by generating an aerosol by using a powder raw material and a carrier gas and injecting the aerosol onto the surface of a current collector. Specifically, as shown in FIG. 1, after the carrier gas 1 having a predetermined initial pressure is aerosolized in the conduit 3 together with the powder raw material 2, the aerosol is maintained in a vacuum state by the decompression device 4. It is carried out by ejecting from the nozzle 7 attached to the tip of the conduit 3 toward the surface of the current collector 6 installed in the chamber 5. In addition, since the particle | grains in the powder raw material 2 deform | transform by the collision with the electrical power collector 6, in many cases, the original shape is not kept. The gas deposition method itself can be carried out according to a known method (apparatus). In the present invention, the gas deposition method is preferably performed under the following conditions.

キャリアガスとしては、例えばアルゴンガス、窒素ガス等の不活性ガスを用いることが好ましい。圧力差(装置内圧力とガスのゲージ圧との差)は、3×105〜1×106Pa程度とすることが好ましい。集電体とノズルとの距離は5〜30mm程度とすることが好ましい。 As the carrier gas, for example, an inert gas such as argon gas or nitrogen gas is preferably used. The pressure difference (difference between the pressure in the apparatus and the gas gauge pressure) is preferably about 3 × 10 5 to 1 × 10 6 Pa. The distance between the current collector and the nozzle is preferably about 5 to 30 mm.

ガスデポジション法を用いる場合、粉末原料2として用いられるLaA2及びMg2Aの粒子は、その平均粒径D50が0.1〜50μm、特に0.1〜10μmであることが好ましい。粒子の形状に特に制限はない。平均粒径D50は、レーザー回折散乱式粒度分布測定装置によって測定される。以下の説明において平均粒径D50というときは、この装置を用いて測定された値を指す。 When the gas deposition method is used, the average particle diameter D 50 of the LaA 2 and Mg 2 A particles used as the powder raw material 2 is preferably 0.1 to 50 μm, particularly preferably 0.1 to 10 μm. There is no particular limitation on the shape of the particles. The average particle diameter D 50 is measured by a laser diffraction / scattering particle size distribution analyzer. In the following description, the average particle diameter D 50 refers to a value measured using this apparatus.

また、粉末原料2として用いられる元素Aの粒子は、その平均粒径D50が0.5〜6μm、特に1.5〜3.5μmであることが好ましい。元素Aの粒子の形状に特に制限はない。また、先に述べたLaA2及びMg2Aの粒子の平均粒径D50との関係に関し、(LaA2及びMg2Aの粒子の平均粒径D50)/(元素Aの粒子の平均粒径D50)の値は、0.08〜12、特に0.4〜2.5であることが、元素A、特にSiの粒子がリチウムを吸蔵放出することに起因する体積変化を、LaA2及び/又はMg2Aの粒子が緩和し得る点から好ましい。 The particles of the element A used as the powder raw material 2 have an average particle diameter D 50 of 0.5 to 6 μm, particularly preferably 1.5 to 3.5 μm. There is no particular limitation on the shape of the particles of the element A. Also relates to the relationship between the average particle diameter D 50 of the particles of the LAA 2 and Mg 2 A previously described, (average particle diameter D 50 of the particles of the LAA 2 and Mg 2 A) / (average grain particles of the element A The value of the diameter D 50 ) is 0.08 to 12, particularly 0.4 to 2.5, and the volume change caused by the occlusion / release of lithium by the element A, particularly Si particles, is reduced to LaA 2. And / or Mg 2 A particles are preferable because they can relax.

ガスデポジション法を実施する場合、1回の噴射によって目的とする活物質層を形成してもよいが、これに代えて複数回にわたり噴射を行って活物質層を形成してもよい。複数回の噴射を行う場合は、多層構造を有する活物質層が形成される。   When the gas deposition method is performed, the target active material layer may be formed by one injection, but instead, the active material layer may be formed by performing injection a plurality of times. When spraying a plurality of times, an active material layer having a multilayer structure is formed.

活物質層は、図2に示すように、LaA2及び/又はMg2Aの粒子表面の少なくとも一部、並びに元素Aの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ともに、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構造であることも好ましい。図2に示す負極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2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。「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。 As shown in FIG. 2, the active material layer is a metal material in which at least a part of the surface of LaA 2 and / or Mg 2 A particles and at least a part of the surface of the element A particles have a low lithium compound forming ability. It is also preferable to have a structure in which voids are formed between the particles coated with the metal material. A negative electrode 10 shown in FIG. 2 includes a current collector 11 and an active material layer 12 formed on at least one surface thereof. 2 shows a state in which the active material layer 12 is formed only on one surface of the current collector 11 for convenience, the active material layer may be formed on both surfaces of the current collector. . “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.

図2に示す活物質層12は、LaA2及び/又はMg2Aの粒子12a並びに元素Aの粒子12bを含んでいる。なお図2に示す活物質層12の構造は、本発明を容易に理解することを目的とした模式的なものであり、粒子12a及び粒子12bの形状や大きさ、数等は、実際の状態と同じであるとは限らない。粒子12a及び粒子12bの表面の少なくとも一部は金属材料13で被覆されている。図2中、金属材料13は、粒子12a及び粒子12bの周囲を取り囲む太線として便宜的に表されている。LaA2及び/又はMg2Aの粒子12a並びに元素Aの粒子12bの粒径は、上述したガスデポジション法において用いられる粉末原料2の粒径と同様とすることができる。 The active material layer 12 shown in FIG. 2 includes LaA 2 and / or Mg 2 A particles 12 a and element A particles 12 b. Note that the structure of the active material layer 12 shown in FIG. 2 is schematic for the purpose of easily understanding the present invention, and the shape, size, number, and the like of the particles 12a and the particles 12b are the actual states. Is not necessarily the same. At least a part of the surfaces of the particles 12 a and the particles 12 b is covered with a metal material 13. In FIG. 2, the metal material 13 is conveniently represented as a thick line surrounding the periphery of the particle 12a and the particle 12b. The particle diameters of the LaA 2 and / or Mg 2 A particles 12a and the element A particles 12b may be the same as the particle diameter of the powder raw material 2 used in the gas deposition method described above.

金属材料13は、粒子12aの構成材料及び粒子12bの構成材料と異なる材料である。該金属材料13で被覆された粒子12aどうしの間、粒子12bどうしの間、及び粒子12aと粒子12bとの間には空隙が形成されている。この空隙は、リチウムイオンを含む非水電解液の流通の経路としての働きを有している。更に、上述の空隙は、充放電でSiの粒子12b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Siの粒子12bの体積の増加分は、この空隙に吸収される。   The metal material 13 is a material different from the constituent material of the particles 12a and the constituent material of the particles 12b. Gaps are formed between the particles 12a coated with the metal material 13, between the particles 12b, and between the particles 12a and 12b. This void serves as a flow path for the non-aqueous electrolyte containing lithium ions. Furthermore, the above-mentioned voids also serve as a space for relieving the stress caused by the volume change of the Si particles 12b during charging and discharging. The increase in the volume of the Si particles 12b whose volume has been increased by charging is absorbed by the voids.

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としては、延性の高い材料である銅を用いることが好ましい。金属材料13は、活物質層12の厚み方向全域にわたって粒子12a及び粒子12bの表面に存在していることが好ましい。金属材料13が活物質層12の厚み方向全域にわたって粒子12a及び粒子12bの表面に存在していることは、該金属材料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 has conductivity, and examples thereof include copper, nickel, iron, cobalt, and alloys of these metals. In particular, as the metal material 13, it is preferable to use copper which is a highly ductile material. The metal material 13 is preferably present on the surfaces of the particles 12 a and the particles 12 b over the entire thickness direction of the active material layer 12. The presence of the metal material 13 on the surfaces of the particles 12a and 12b over the entire thickness direction of the active material layer 12 can be confirmed by electron microscope mapping using the metal material 13 as a measurement target.

金属材料13は、粒子12a及び粒子12b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及び粒子12b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及び粒子12bの表面を不連続に被覆している場合には、粒子12a及び粒子12b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粒子12a及び粒子12bへ非水電解液が供給される。   The metal material 13 covers the surfaces of the particles 12a and 12b continuously or discontinuously. When the metal material 13 covers the surfaces of the particles 12a and 12b continuously, it is preferable to form fine voids in the coating of the metal material 13 that allow the non-aqueous electrolyte to flow. In the case where the metal material 13 discontinuously coats the surfaces of the particles 12a and 12b, the particles 12a and 12b are not covered with the particles 12a and 12b through the portions of the surfaces of the particles 12a and 12b that are not covered with the metal material 13. A water electrolyte is supplied.

粒子12a及び粒子12b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。ここで言う「厚みの平均」とは、粒子12a及び粒子12b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。したがって粒子12a及び粒子12b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 surfaces of the particles 12a and 12b is preferably as thin as 0.05 to 2 μm, more preferably 0.1 to 0.25 μm. Here, the “average thickness” is a value calculated based on a portion of the surfaces of the particles 12a and 12b that are actually covered with the metal material 13. Therefore, the part which is not coat | covered with the metal material 13 among the surfaces of the particle | grains 12a and the particle | grains 12b is not used as the basis of calculation of an average value.

図2に示す実施形態の活物質層12は、例えば本出願人の先の出願に係る特開2008−16195号公報や特開2008−16198号公報に記載の方法に従い得ることができる。具体的には、活物質層12は、好適には粒子12a、粒子12b及び結着剤を含むスラリーを集電体11上に塗布し乾操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どうしの間、粒子12bどうしの間、及び粒子12aと粒子12bとの間に金属材料13を析出させることで形成される。これらの粒子間の空隙の程度や、粒子表面における金属材料13の被覆の程度は、電解めっきによる金属材料13の析出の程度によって制御することができる。電解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超11以下、特に7.1以上11以下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、Siの粒子12bの溶解が抑制されつつ、該粒子12bの表面が清浄化されて、粒子表面へのめっきが促進される。これと同時に、粒子12aどうしの間、粒子12bどうしの間、及び粒子12aと粒子12bとの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。   The active material layer 12 of the embodiment shown in FIG. 2 can be obtained, for example, according to the method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-16195 or Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-16198 related to the previous application of the present applicant. Specifically, the active material layer 12 preferably has a predetermined plating applied to a coating film obtained by applying a slurry containing particles 12a, particles 12b and a binder onto the current collector 11 and drying the slurry. It is formed by performing electroplating using a bath and depositing the metal material 13 between the particles 12a, between the particles 12b, and between the particles 12a and 12b. The degree of voids between these particles and the degree of coating of the metal material 13 on the particle surface can be controlled by the degree of deposition of the metal material 13 by electrolytic plating. The conditions for electrolytic plating 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 it to more than 7 and 11 or less, particularly 7.1 or more and 11 or less. By setting the pH within this range, the surface of the particles 12b is cleaned while the dissolution of the Si particles 12b is suppressed, and the plating on the particle surface is promoted. At the same time, moderate voids are formed between the particles 12a, between the particles 12b, and between the particles 12a and 12b. The value of pH is measured at the temperature at the time of plating.

めっきの金属材料13として例えば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。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、粒子12a及び12bの表面には金属材料13が析出し、かつ粒子12aどうしの間、粒子12bどうしの間、及び粒子12aと粒子12bとの間では金属材料13の析出が起こりづらくなるので、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/1
・ピロリン酸カリウム:300〜600g/1
・硝酸カリウム:15〜65g/1
・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。
For example, when copper is used as the metal material 13 for plating, it is preferable to use a copper pyrophosphate bath. It is preferable to use a copper pyrophosphate bath, even if the active material layer 12 is thick, because the voids can be easily formed over the entire thickness direction of the layer. Further, the metal material 13 is deposited on the surfaces of the particles 12a and 12b, and the metal material 13 is less likely to be deposited between the particles 12a, between the particles 12b, and between the particles 12a and 12b. It is also preferable in that the voids are formed successfully. When using a copper pyrophosphate bath, the bath composition, electrolysis conditions and pH are preferably as follows.
Copper pyrophosphate trihydrate: 85-120 g / 1
Potassium pyrophosphate: 300 to 600 g / 1
-Potassium nitrate: 15-65g / 1
-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.

図2に示す実施形態の活物質層12においては、LaA2及び/又はMg2Aの粒子12aと元素Aの粒子12bとを別個に用いることに代えて、上述したコンポジット粒子を用いてもよい。 In the active material layer 12 of the embodiment shown in FIG. 2, the composite particles described above may be used instead of using the LaA 2 and / or Mg 2 A particles 12 a and the element A particles 12 b separately. .

本発明の負極においては、活物質層がどのような方法で製造される場合であっても、活物質層の厚みは0.5〜40μm、特に0.5〜30μm、とりわけ0.5〜25μmであることが好ましい。活物質層の厚みをこの範囲に設定することで、電池のエネルギー密度を十分に向上させつつ、負極の強度を十分なものとすることができ、また活物質層での粒子の脱落を効果的に防止できる。   In the negative electrode of the present invention, no matter how the active material layer is produced, the thickness of the active material layer is 0.5 to 40 μm, particularly 0.5 to 30 μm, especially 0.5 to 25 μm. It is preferable that By setting the thickness of the active material layer in this range, the energy density of the battery can be sufficiently improved, the strength of the negative electrode can be sufficient, and the particles can be effectively removed from the active material layer. Can be prevented.

負極における集電体としては、リチウムイオン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。集電体の厚みは、負極の強度維持と、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 in the negative electrode, the same current collector as that conventionally used as the negative electrode current collector for lithium ion secondary batteries can be used. The current collector is preferably composed 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. The thickness of the current collector is preferably 9 to 35 μm considering the balance between maintaining the strength of the negative electrode and improving the energy density. In addition, when using copper foil as a collector, it is preferable to perform the rust prevention process using organic compounds, such as a chromate process and a triazole type compound and an imidazole type compound.

以上の構造を有する負極は、正極、セパレータ及び非水電解液とともに用いられてリチウムイオン二次電池となされる。これらの正極、セパレータ及び非水電解液としては、公知のものを特に制限なく用いることができる。   The negative electrode having the above structure is used with a positive electrode, a separator, and a non-aqueous electrolyte to form a lithium ion secondary battery. As these positive electrode, separator and non-aqueous electrolyte, known ones can be used without particular limitation.

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〕
(1)Mg2Ge粉末の製造
メカニカルアロイング(MA)法によってMg2Ge粉末を製造した。先ず、MgとGeの各粉末(全量で約5g)を、ステンレス鋼製ボールミル容器(容量80mL)に5個のボール(直径5mm)とともに入れた。Mg/Geのモル比は2.0とした。また、ボールと試料との重量比は15対1とした。操作はアルゴン雰囲気下で行い、容器はO−リングで気密性が保たれたものを使用した。ミリングは、遊星型ボールミル装置を用い、室温下において300回転(rpm)で約25時間行った。このようにしてMg2Ge粉末を得た。この粉末の平均粒径D50は1μm程度であった。
[Example 1]
(1) was prepared Mg 2 Ge powder by Mg 2 Ge powder of a mechanical alloying (MA) method. First, each powder of Mg and Ge (about 5 g in total amount) was put in a stainless steel ball mill container (capacity 80 mL) together with five balls (diameter 5 mm). The molar ratio of Mg / Ge was 2.0. The weight ratio of the ball to the sample was 15: 1. The operation was performed under an argon atmosphere, and the container used was an O-ring that was kept airtight. Milling was performed at 300 rpm (rpm) for about 25 hours at room temperature using a planetary ball mill. In this way, Mg 2 Ge powder was obtained. The average particle diameter D 50 of this powder was about 1 μm.

(2)Mg2Ge及びSi混合粉末の製造
平均粒径D50が0.5μmのSi粉末と、上述の方法で製造したMg2Ge粉末とを、アルミナ製の乳鉢及び乳棒を用いて15分間混合した。Mg2Ge粉末とSi粉末との重量比は7:3とした。このようにして混合粉末を得た。
(2) Production of Mg 2 Ge and Si mixed powder Si powder having an average particle diameter D 50 of 0.5 μm and Mg 2 Ge powder produced by the above-described method are mixed for 15 minutes using an alumina mortar and pestle. Mixed. The weight ratio of Mg 2 Ge powder to Si powder was 7: 3. In this way, a mixed powder was obtained.

(3)負極の製造
厚み20μmの電解銅箔を集電体として用いた。この銅箔を用い、図1に示すガスデポジション法を用いて負極を製造した。負極における活物質層の厚みは2μmとした。ガスデポジション法の条件は以下のとおりとした。
・キャリアガス:ヘリウム(6N)
・圧力差:7.0×105Pa
・ノズル径:0.8mm
・ノズル−集電体間距離:30mm
・雰囲気:室温下アルゴン
(3) Production of negative electrode An electrolytic copper foil having a thickness of 20 μm was used as a current collector. Using this copper foil, a negative electrode was produced using the gas deposition method shown in FIG. The thickness of the active material layer in the negative electrode was 2 μm. The conditions for the gas deposition method were as follows.
Carrier gas: helium (6N)
・ Pressure difference: 7.0 × 10 5 Pa
・ Nozzle diameter: 0.8mm
・ Nozzle-current collector distance: 30 mm
・ Atmosphere: Argon at room temperature

〔実施例2〕
Mg2Ge粉末とSi粉末との重量比を5:5とする以外は実施例1と同様にして負極を得た。
[Example 2]
A negative electrode was obtained in the same manner as in Example 1 except that the weight ratio of the Mg 2 Ge powder and the Si powder was 5: 5.

〔比較例1〕
Si粉末を用いず、Mg2Ge粉末のみを用いる以外は実施例1と同様にして負極を得た。
[Comparative Example 1]
A negative electrode was obtained in the same manner as in Example 1 except that only the Mg 2 Ge powder was used without using the Si powder.

〔比較例2〕
Mg2Ge粉末を用いず、Si粉末のみを用いる以外は実施例1と同様にして負極を得た。
[Comparative Example 2]
A negative electrode was obtained in the same manner as in Example 1 except that only the Si powder was used without using the Mg 2 Ge powder.

〔評価〕
実施例1及び2並びに比較例1及び2で得られた負極を用いて三極式セルを構成し、充放電を行い、充放電曲線を得た。三極式セルにおける参照極及び対極には金属リチウムを用いた。電解液として、過塩素酸リチウムのプロピレンカーボネート溶液(濃度1M)を用いた。また、三極式セルを用いてサイクル特性の試験及び各サイクルでのクーロン効率(充放電効率)の試験(ただし実施例2は除く。)を行った。これらの結果を図3ないし5に示す。充放電の条件は、電流密度0.5mA/cm2とした。温度は30℃、雰囲気はアルゴンとした。
[Evaluation]
A tripolar cell was constructed using the negative electrodes obtained in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2, and charge and discharge were performed to obtain charge and discharge curves. Metallic lithium was used for the reference electrode and the counter electrode in the triode cell. As the electrolytic solution, a lithium perchlorate propylene carbonate solution (concentration: 1M) was used. In addition, a test of cycle characteristics and a test of Coulomb efficiency (charge / discharge efficiency) in each cycle (except for Example 2) were performed using a triode cell. These results are shown in FIGS. The charge / discharge conditions were a current density of 0.5 mA / cm 2 . The temperature was 30 ° C. and the atmosphere was argon.

図3ないし図5に示す結果から明らかなように、実施例の負極は、高い容量と良好なサイクル特性が両立していることが判る。これに対して、比較例1の負極は、サイクル特性やクーロン効率は良好であるものの、容量が低いことが判る。比較例2の負極は、図5に示すように、50サイクル付近にクーロン効率の低下が観察される。この理由は、充放電によるSiの粒子の膨張収縮に起因して、Siの粒子が集電体から脱落したためと考えられる。   As is apparent from the results shown in FIGS. 3 to 5, it can be seen that the negative electrode of the example has both high capacity and good cycle characteristics. On the other hand, it can be seen that the negative electrode of Comparative Example 1 has a low capacity although it has good cycle characteristics and Coulomb efficiency. In the negative electrode of Comparative Example 2, as shown in FIG. 5, a decrease in Coulomb efficiency is observed around 50 cycles. The reason for this is considered to be that the Si particles dropped from the current collector due to the expansion and contraction of the Si particles due to charge and discharge.

〔実施例3〕
メカニカルアロイング(MA)法によってLaGe2粉末を製造した。先ず、LaとGeの各粉末(全量で約5g)を、ステンレス鋼製ボールミル容器(容量80mL)に5個のボール(直径5mm)とともに入れた。Ge/Laのモル比は2.0とした。また、ボールと試料との重量比は15対1とした。操作はアルゴン雰囲気下で行い、容器はO−リングで気密性が保たれたものを使用した。ミリングは、遊星型ボールミル装置を用い、室温下において300回転(rpm)で約5時間行った。このようにしてLaGe2粉末を得た。この粉末の平均粒径D50は1μm程度であった。このようにして得られたLaGe2粉末を、実施例1において用いたMg2Ge粉末に代えて用いる以外は実施例1と同様にして負極を得た。
Example 3
It was prepared Lage 2 powder by mechanical alloying (MA) method. First, each powder of La and Ge (about 5 g in total) was put in a stainless steel ball mill container (capacity 80 mL) together with five balls (diameter 5 mm). The molar ratio of Ge / La was 2.0. The weight ratio of the ball to the sample was 15: 1. The operation was performed under an argon atmosphere, and the container used was an O-ring that was kept airtight. Milling was performed at 300 rpm (rpm) for about 5 hours at room temperature using a planetary ball mill. In this way, LaGe 2 powder was obtained. The average particle diameter D 50 of this powder was about 1 μm. A negative electrode was obtained in the same manner as in Example 1 except that the LaGe 2 powder thus obtained was used in place of the Mg 2 Ge powder used in Example 1.

〔実施例4〕
LaGe2粉末とSi粉末との重量比を5:5とする以外は実施例3と同様にして負極を得た。
Example 4
A negative electrode was obtained in the same manner as in Example 3 except that the weight ratio of LaGe 2 powder and Si powder was 5: 5.

〔比較例3〕
Si粉末を用いず、LaGe2粉末のみを用いる以外は実施例3と同様にして負極を得た。
[Comparative Example 3]
A negative electrode was obtained in the same manner as in Example 3 except that only the LaGe 2 powder was used without using the Si powder.

〔評価〕
実施例3及び4並びに比較例3で得られた負極について、上述の方法と同様の方法でサイクル特性の試験を行った。その結果を図6に示す。同図に示す結果から明らかなように、活物質層がLaGe2の粒子及びSiの粒子の組み合わせを含む実施例3及び4の負極は、活物質層がLaGe2の粒子のみからなる比較例3の負極に比べて、良好なサイクル特性を有していることが判る。
[Evaluation]
For the negative electrodes obtained in Examples 3 and 4 and Comparative Example 3, the cycle characteristics were tested in the same manner as described above. The result is shown in FIG. As is apparent from the results shown in the figure, the negative electrodes of Examples 3 and 4 in which the active material layer includes a combination of LaGe 2 particles and Si particles are used in Comparative Example 3 in which the active material layer is composed only of LaGe 2 particles. It can be seen that it has better cycle characteristics than the negative electrode.

〔実施例5〕
実施例3において、Si粉末に代えて、平均粒径D50が0.5μmのGe粉末を用い、LaGe2粉末とGe粉末との重量比は1:9とした。両者の混合粉末を用い、図1に示すガスデポジション法を用いて負極を製造した。集電体としては、厚み20μmの電解銅箔を用いた。負極における活物質層の厚みは2μmとした。ガスデポジション法の条件は以下のとおりとした。
・キャリアガス:ヘリウム(4N)
・圧力差:7.0×105Pa
・ノズル径:0.8mm
・ノズル−集電体間距離:10mm
・雰囲気:室温下アルゴン
Example 5
In Example 3, Ge powder having an average particle diameter D 50 of 0.5 μm was used instead of Si powder, and the weight ratio of LaGe 2 powder to Ge powder was 1: 9. A negative electrode was produced using the mixed powder of both using the gas deposition method shown in FIG. As the current collector, an electrolytic copper foil having a thickness of 20 μm was used. The thickness of the active material layer in the negative electrode was 2 μm. The conditions for the gas deposition method were as follows.
Carrier gas: helium (4N)
・ Pressure difference: 7.0 × 10 5 Pa
・ Nozzle diameter: 0.8mm
・ Nozzle-current collector distance: 10 mm
・ Atmosphere: Argon at room temperature

〔比較例4〕
Ge粉末を用いず、LaGe2粉末のみを用いる以外は実施例5と同様にして負極を得た。
[Comparative Example 4]
A negative electrode was obtained in the same manner as in Example 5 except that only the LaGe 2 powder was used without using the Ge powder.

〔比較例5〕
LaGe2粉末を用いず、Ge粉末のみを用いる以外は実施例5と同様にして負極を得た。
[Comparative Example 5]
A negative electrode was obtained in the same manner as in Example 5 except that only the Ge powder was used without using the LaGe 2 powder.

〔評価〕
実施例5並びに比較例4及び5で得られた負極について、上述の方法と同様の方法でサイクル特性を行った。その結果を図7に示す。図7に示す結果から明らかなように、活物質層がLaGe2の粒子及びGeの粒子の組み合わせを含む実施例5の負極は、300サイクルを経ても、黒鉛負極の理論容量の約2倍の値である726mAh/gという高容量を有していることが判る。これに対し、活物質層がLaGe2の粒子のみからなる比較例4の負極は、20mAh/g程度の低容量しか有していないことが判る。また、活物質層がGeの粒子のみからなる比較例5の負極は、100サイクル付近から容量が急激に低下することが判る。
[Evaluation]
With respect to the negative electrodes obtained in Example 5 and Comparative Examples 4 and 5, cycle characteristics were performed in the same manner as described above. The result is shown in FIG. As is clear from the results shown in FIG. 7, the negative electrode of Example 5 in which the active material layer includes a combination of LaGe 2 particles and Ge particles is about twice the theoretical capacity of the graphite negative electrode even after 300 cycles. It can be seen that it has a high capacity of 726 mAh / g. On the other hand, it can be seen that the negative electrode of Comparative Example 4 in which the active material layer is composed only of LaGe 2 particles has a low capacity of about 20 mAh / g. Moreover, it turns out that the capacity | capacitance of the negative electrode of the comparative example 5 which an active material layer consists of only a particle | grain of Ge falls rapidly from about 100 cycles.

〔実施例6〕
(1)LaSi2及びSiのコンポジット粉末の製造
メカニカルアロイング(MA)法によってLaSi2とSiとのコンポジット粉末を製造した。先ず、LaとSiの各粉末(全量で約4g)を、ジルコニア製ボールミル容器(容量80mL)に5個のボール(直径5mm)とともに入れた。LaとSiの仕込みの比率は、LaSi2とSiとの重量比が7:3となるようにした。また、ボールと試料との重量比は15対1とした。操作はアルゴン雰囲気下で行い、容器はO−リングで気密性が保たれたものを使用した。ミリングは、遊星型ボールミル装置を用い、室温下において300回転(rpm)で約5時間行った。このようにしてLaSi2とSiとのコンポジット粉末を得た。このコンポジット粉末の平均粒径D50は1μm程度であった。
Example 6
(1) was produced composite powder of LaSi 2 and Si by LaSi 2 and Si composite powder of a mechanical alloying (MA) method. First, each powder of La and Si (about 4 g in total) was put in a zirconia ball mill container (capacity 80 mL) together with five balls (diameter 5 mm). The mixing ratio of La and Si was such that the weight ratio of LaSi 2 and Si was 7: 3. The weight ratio of the ball to the sample was 15: 1. The operation was performed under an argon atmosphere, and the container used was an O-ring that was kept airtight. Milling was performed at 300 rpm (rpm) for about 5 hours at room temperature using a planetary ball mill. Thus, a composite powder of LaSi 2 and Si was obtained. The average particle diameter D 50 of the composite powder was approximately 1 [mu] m.

(4)負極の製造
厚み20μmの電解銅箔を集電体として用いた。この銅箔を用い、図1に示すガスデポジション法を用いて負極を製造した。負極における活物質層の厚みは2μmとした。ガスデポジション法の条件は以下のとおりとした。
・キャリアガス:ヘリウム(6N)
・圧力差:7×105Pa
・ノズル径:0.8mm
・ノズル−集電体間距離:10mm
・雰囲気:室温下アルゴン
(4) Production of negative electrode An electrolytic copper foil having a thickness of 20 μm was used as a current collector. Using this copper foil, a negative electrode was produced using the gas deposition method shown in FIG. The thickness of the active material layer in the negative electrode was 2 μm. The conditions for the gas deposition method were as follows.
Carrier gas: helium (6N)
・ Pressure difference: 7 × 10 5 Pa
・ Nozzle diameter: 0.8mm
・ Nozzle-current collector distance: 10 mm
・ Atmosphere: Argon at room temperature

〔実施例7〕
LaSi2とSiとの重量比が5:5となるようにLa及びSiの仕込みの比率を変更した以外は実施例6と同様にしてLaSi2とSiとのコンポジット粉末を得た。このコンポジット粉末を用い、実施例6と同様にして負極を得た。
Example 7
A composite powder of LaSi 2 and Si was obtained in the same manner as in Example 6 except that the mixing ratio of La and Si was changed so that the weight ratio of LaSi 2 and Si was 5: 5. Using this composite powder, a negative electrode was obtained in the same manner as in Example 6.

〔比較例6〕
LaSi2を用いず、Siのみを用いる以外は実施例6と同様にして負極を得た。
[Comparative Example 6]
A negative electrode was obtained in the same manner as in Example 6 except that only Si was used without using LaSi 2 .

〔比較例7〕
Siを用いず、LaSi2のみを用いる以外は実施例6と同様にして負極を得た。
[Comparative Example 7]
A negative electrode was obtained in the same manner as in Example 6 except that only LaSi 2 was used without using Si.

〔評価〕
実施例6及び7並びに比較例6及び7で得られた負極について、上述の方法と同様の方法でサイクル特性の試験及び各サイクルでのクーロン効率(充放電効率)の試験(ただし比較例7は除く。)を行った。その結果を図8及び図9に示す。図8に示す結果から明らかなように、活物質層がLaSi2とびSiとのコンポジット粒子を含む実施例6及び7の負極は、活物質層がSiの粒子のみからなる比較例6の負極及び活物質層がLaSi2の粒子のみからなる比較例7の負極に比べ、1000サイクルの充放電を繰り返した後でも高い容量を維持していることが判る。また、図9に示す結果から明らかなように、実施例6及び7で得られた負極は良好なクーロン効率を有しているのに対し、比較例6で得られた負極は、充放電によるSiの粒子の膨張収縮に起因する該粒子の集電体からの脱落が原因と考えられるクーロン効率の低下が50サイクル付近に観察される。
[Evaluation]
For the negative electrodes obtained in Examples 6 and 7 and Comparative Examples 6 and 7, a cycle characteristic test and a Coulomb efficiency (charge / discharge efficiency) test in each cycle were performed in the same manner as described above (however, Comparative Example 7 Excluded.) The results are shown in FIGS. As is apparent from the results shown in FIG. 8, the negative electrodes of Examples 6 and 7 in which the active material layer includes composite particles of LaSi 2 and Si are the negative electrode of Comparative Example 6 in which the active material layer is composed of only Si particles. Compared with the negative electrode of Comparative Example 7 in which the active material layer is composed only of LaSi 2 particles, it can be seen that a high capacity is maintained even after 1000 cycles of charge and discharge. Moreover, as is clear from the results shown in FIG. 9, the negative electrodes obtained in Examples 6 and 7 have good Coulomb efficiency, whereas the negative electrode obtained in Comparative Example 6 is charged and discharged. A decrease in Coulomb efficiency, which is thought to be caused by the falling of the particles from the current collector due to the expansion and contraction of the Si particles, is observed in the vicinity of 50 cycles.

ガスデポジション法を実施するための装置を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the apparatus for implementing a gas deposition method. 本発明の負極の一実施形態の縦断面構造を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the longitudinal cross-section of one Embodiment of the negative electrode of this invention. 実施例1及び2並びに比較例1及び2で得られた負極の充放電曲線を示すグラフである。It is a graph which shows the charging / discharging curve of the negative electrode obtained in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2. 実施例1及び2並びに比較例1及び2で得られた負極のサイクル特性を示すグラフである。It is a graph which shows the cycling characteristics of the negative electrode obtained in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2. 実施例1及び2並びに比較例1及び2で得られた負極のクーロン効率を示すグラフである。It is a graph which shows the Coulomb efficiency of the negative electrode obtained in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2. 実施例3及び4並びに比較例3で得られた負極のサイクル特性を示すグラフである。6 is a graph showing cycle characteristics of negative electrodes obtained in Examples 3 and 4 and Comparative Example 3. 実施例5並びに比較例4及び5で得られた負極のサイクル特性を示すグラフである。It is a graph which shows the cycling characteristics of the negative electrode obtained in Example 5 and Comparative Examples 4 and 5. 実施例6及び7並びに比較例6及び7で得られた負極のサイクル特性を示すグラフである。It is a graph which shows the cycling characteristics of the negative electrode obtained in Examples 6 and 7 and Comparative Examples 6 and 7. 実施例6及び7並びに比較例6で得られた負極のクーロン効率を示すグラフである。6 is a graph showing the Coulomb efficiency of the negative electrodes obtained in Examples 6 and 7 and Comparative Example 6.

符号の説明Explanation of symbols

1 キャリアガス
2 粉末原料
3 導管
4 減圧装置
5 チャンバ
6 集電体
7 ノズル
10 負極
11 集電体
12 活物質層
12a Mg2Ge及び/又はLaGe2の粒子
12b Siの粒子
13 金属材料
1 Carrier gas 2 powder raw material 3 conduit 4 decompressor 5 chamber 6 current collector 7 nozzle 10 negative electrode 11 current collector 12 active material layer 12a Mg 2 Ge and / or particles 13 metal material Lage 2 particles 12b Si

Claims (8)

Mg2A又はLaA2(AはSi又はGeを表す)と、元素A(AはSi又はGeを表す)との混合物を含むことを特徴とするリチウムイオン二次電池用負極活物質。 A negative electrode active material for a lithium ion secondary battery, comprising a mixture of Mg 2 A or LaA 2 (A represents Si or Ge) and an element A (A represents Si or Ge). 元素AがSiであり、Mg2A又はLaA2:元素Aの重量比が8:2〜2:8であり、
元素AがGeであり、Mg2A又はLaA2:元素Aの重量比が9:1〜1:9である請求項1記載のリチウムイオン二次電池用負極活物質。
Element A is Si, and the weight ratio of Mg 2 A or LaA 2 : element A is 8: 2 to 2: 8,
2. The negative electrode active material for a lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the element A is Ge and the weight ratio of Mg 2 A or LaA 2 : element A is 9: 1 to 1: 9.
LaGe2と、Si又はGeとの混合物を含む請求項1記載のリチウムイオン二次電池用負極活物質。 The negative electrode active material for a lithium ion secondary battery according to claim 1, comprising a mixture of LaGe 2 and Si or Ge. LaSi2と、Siとの混合物を含む請求項1記載のリチウムイオン二次電池用負極活物質。 The negative electrode active material for a lithium ion secondary battery according to claim 1, comprising a mixture of LaSi 2 and Si. Mg2GeとSiとの混合物を含む請求項1記載のリチウムイオン二次電池用負極活物質。 The negative electrode active material for a lithium ion secondary battery according to claim 1, comprising a mixture of Mg 2 Ge and Si. 請求項1ないし5のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池用負極活物質を含む活物質層を備えたことを特徴とするリチウムイオン二次電池用負極。   A negative electrode for a lithium ion secondary battery comprising an active material layer containing the negative electrode active material for a lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 5. Mg2A又はLaA2及び元素Aを、ガスデポジション法によって集電体の表面に付着させることで、前記活物質層が形成されている請求項6記載のリチウムイオン二次電池用負極。 The negative electrode for a lithium ion secondary battery according to claim 6, wherein the active material layer is formed by adhering Mg 2 A or LaA 2 and the element A to the surface of the current collector by a gas deposition method. 活物質層においては、Mg2A又はLaA2の粒子及び元素Aの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ともに、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請求項6記載のリチウムイオン二次電池用負極。 In the active material layer, at least part of the surfaces of the Mg 2 A or LaA 2 particles and the element A particles are coated with a metal material having a low lithium compound forming ability, and are coated with the metal material. The negative electrode for a lithium ion secondary battery according to claim 6, wherein voids are formed between the particles.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014057951A1 (en) * 2012-10-10 2014-04-17 日本発條株式会社 Film formation method and film formation device
JP2016091723A (en) * 2014-10-31 2016-05-23 国立大学法人鳥取大学 Negative electrode for sodium ion secondary battery, manufacturing method of the same, and sodium ion secondary battery
WO2023032185A1 (en) * 2021-09-06 2023-03-09 TeraWatt Technology株式会社 Lithium secondary battery

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014057951A1 (en) * 2012-10-10 2014-04-17 日本発條株式会社 Film formation method and film formation device
US10350616B2 (en) 2012-10-10 2019-07-16 Nhk Spring Co., Ltd. Film forming method and film forming apparatus
JP2016091723A (en) * 2014-10-31 2016-05-23 国立大学法人鳥取大学 Negative electrode for sodium ion secondary battery, manufacturing method of the same, and sodium ion secondary battery
WO2023032185A1 (en) * 2021-09-06 2023-03-09 TeraWatt Technology株式会社 Lithium secondary battery

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