JP2010147006A - Negative electrode and secondary battery - Google Patents

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貴一 廣瀬
Kenichi Kawase
賢一 川瀬
Kazunori Noguchi
和則 野口
Noriyuki Fujii
敬之 藤井
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a secondary battery having excellent cycle characteristics and expansion characteristics. <P>SOLUTION: The secondary battery includes a positive electrode 21, a negative electrode 22, and an electrolyte. A separator 23 arranged between the positive electrode 21 and negative electrode 22 is impregnated with the electrolyte. A negative electrode active material layer 22B includes a crystalline negative electrode active material layer formed on a negative electrode collector 22A and containing crystalline negative electrode active material, and a noncrystalline negative electrode active material layer formed on the crystalline negative electrode active material layer and containing noncrystalline negative active material. A property of the negative electrode active material can be prevented from being changed over time. Adhesiveness for withstanding stress by expansion and contraction of the negative electrode active material layer 22B is maintained in charging and discharging. Diffusivity of lithium ions is improved and reactivity of the negative electrode 22 on the electrolyte is reduced. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、電極反応物質を吸蔵および放出することが可能な負極およびそれを用いた二次電池に関する。   The present invention relates to a negative electrode capable of occluding and releasing an electrode reactant and a secondary battery using the same.

近年、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、携帯電話あるいはノートパソコンなどのポータブル電子機器が広く普及しており、その小型化、軽量化および長寿命化が強く求められている。これに伴い、電源として、電池、特に小型かつ軽量で高エネルギー密度を得ることが可能な二次電池の開発が進められている。   In recent years, portable electronic devices such as a video camera, a digital still camera, a mobile phone, and a laptop computer have been widely used, and there is a strong demand for miniaturization, weight reduction, and long life. Accordingly, as a power source, development of a battery, in particular, a secondary battery that is small and lightweight and capable of obtaining a high energy density is in progress.

中でも、充放電反応にリチウムイオンの吸蔵および放出を利用するリチウムイオン二次電池は、鉛電池およびニッケルカドミウム電池よりも高いエネルギー密度が得られるため、広く実用化されている。   Among them, lithium ion secondary batteries that use the insertion and extraction of lithium ions for charge / discharge reactions are widely put into practical use because they have higher energy density than lead batteries and nickel cadmium batteries.

リチウムイオン二次電池は、リチウムイオンを吸蔵および放出することが可能な正極活物質を含む正極と、リチウムイオンを吸蔵および放出することが可能な負極活物質を含む負極と、電解質とを備えている。   A lithium ion secondary battery includes a positive electrode including a positive electrode active material capable of inserting and extracting lithium ions, a negative electrode including a negative electrode active material capable of inserting and extracting lithium ions, and an electrolyte. Yes.

負極活物質としては、炭素材料が広く用いられている。その一方で、最近では、ポータブル電子機器の高性能化および多機能化に伴い、電池容量のさらなる向上が求められていることから、炭素材料に代えてケイ素を用いることが検討されている。ケイ素の理論容量(4199mAh/g)は黒鉛の理論容量(372mAh/g)よりも格段に大きいため、電池容量の大幅な向上が期待されるからである。   Carbon materials are widely used as the negative electrode active material. On the other hand, recently, with the improvement in performance and multi-function of portable electronic devices, further improvement in battery capacity has been demanded. Therefore, the use of silicon instead of carbon materials has been studied. This is because the theoretical capacity of silicon (4199 mAh / g) is much larger than the theoretical capacity of graphite (372 mAh / g), so that significant improvement in battery capacity is expected.

負極活物質としてケイ素を用いる場合には、負極活物質層の形成方法として蒸着法などの堆積法が用いられている。負極集電体の表面にケイ素が直接堆積され、負極活物質(ケイ素の堆積膜)が負極集電体に対して連結(固定)されるため、充放電時において負極活物質層が膨張および収縮しにくくなるからである。   When silicon is used as the negative electrode active material, a deposition method such as a vapor deposition method is used as a method for forming the negative electrode active material layer. Since silicon is directly deposited on the surface of the negative electrode current collector and the negative electrode active material (silicon deposition film) is connected (fixed) to the negative electrode current collector, the negative electrode active material layer expands and contracts during charge and discharge. Because it becomes difficult to do.

しかしながら、以下の理由により、二次電池の重要な特性であるサイクル特性および膨れ特性の低下が懸念される。   However, due to the following reasons, there are concerns about deterioration of cycle characteristics and swelling characteristics, which are important characteristics of the secondary battery.

第1に、充放電時においてリチウムイオンを吸蔵した負極活物質が高活性になるため、リチウムイオンの一部が不活性化すると共に電解質の分解反応に起因して電池内にガスが発生しやすくなる。このため、充放電を繰り返すと、放電容量が低下すると共に電池膨れが生じやすくなる。   First, since the negative electrode active material that occludes lithium ions during charge / discharge becomes highly active, some of the lithium ions are inactivated and gas is easily generated in the battery due to the decomposition reaction of the electrolyte. Become. For this reason, when charging and discharging are repeated, the discharge capacity is lowered and the battery is liable to swell.

第2に、負極活物質が負極集電体に対して連結されていても、充放電時における負極活物質層の膨張および収縮の程度によっては、その負極活物質層が割れると共に負極集電体から脱落する可能性がある。この場合には、負極活物質層が激しく膨張および収縮すると、負極集電体が変形する可能性もある。特に、蒸着法により堆積されたケイ素膜は緻密な膜になるため、ケイ素間の密着性は高くなるが、充放電時において負極活物質層内に生じた応力は緩和されにくくなる傾向にある。このため、充放電を繰り返すと、放電容量が低下すると共に電池膨れが生じやすくなる。   Second, even if the negative electrode active material is connected to the negative electrode current collector, the negative electrode active material layer may be cracked and the negative electrode current collector depending on the degree of expansion and contraction of the negative electrode active material layer during charge / discharge. There is a possibility of dropping out. In this case, when the negative electrode active material layer is vigorously expanded and contracted, the negative electrode current collector may be deformed. In particular, since the silicon film deposited by the vapor deposition method is a dense film, the adhesion between silicon is increased, but the stress generated in the negative electrode active material layer during charge / discharge tends to be less likely to be relaxed. For this reason, when charging and discharging are repeated, the discharge capacity is lowered and the battery is liable to swell.

第3に、ケイ素の堆積膜が非結晶性(非晶質)になるため、負極活物質が酸化の影響を受けやすくなる。これにより、負極活物質の物性が経時変化すると共に負極集電体に対する負極活物質層の密着強度が低下しやすくなる。このため、充放電を繰り返すと、放電容量が低下しやすくなる。   Thirdly, since the deposited film of silicon becomes amorphous (amorphous), the negative electrode active material is easily affected by oxidation. As a result, the physical properties of the negative electrode active material change with time, and the adhesion strength of the negative electrode active material layer to the negative electrode current collector tends to decrease. For this reason, if charge and discharge are repeated, the discharge capacity tends to decrease.

そこで、リチウムイオン二次電池の諸性能を改善するために、いくつかの技術が提案されている。具体的には、電池容量などを改善するために、三次元網状のプラスチック基体に鍍金処理を施して、そのプラスチック基体の表面部から最奥部に至る三次元網状の全格子表面を覆うように金属層を形成している(例えば、特許文献1参照。)。また、サイクル特性を改善するために、ケイ素層と銀層とを交互に積層させて陰極活物質層を形成している(例えば、特許文献2参照。)。また、電池容量およびサイクル特性などを改善するために、炭素質材料を含む層上に、蒸着法などを用いてリチウムイオン導電性を有する材料(ケイ素など)を含む層を積層させている(例えば、特許文献3〜5参照。)。さらに、サイクル特性などを改善するために、結晶領域の周りに非晶質領域が配置されるように活物質を形成している(例えば、特許文献6,7参照。)。
特開平06−349481号公報 特開2002−198037号公報 特開2003−297353号公報 特開2003−303618号公報 特開2004−164921号公報 国際公開第01/029912号パンフレット 特開2002−083594号公報
Therefore, several techniques have been proposed to improve various performances of the lithium ion secondary battery. Specifically, in order to improve battery capacity and the like, a three-dimensional mesh plastic substrate is plated so as to cover the entire three-dimensional mesh lattice surface from the surface of the plastic substrate to the innermost part. A metal layer is formed (see, for example, Patent Document 1). In addition, in order to improve cycle characteristics, a cathode active material layer is formed by alternately laminating silicon layers and silver layers (see, for example, Patent Document 2). Further, in order to improve battery capacity and cycle characteristics, a layer containing a material having lithium ion conductivity (such as silicon) is laminated on the layer containing a carbonaceous material by using a vapor deposition method or the like (for example, , See Patent Documents 3 to 5.) Further, in order to improve cycle characteristics and the like, the active material is formed so that an amorphous region is arranged around the crystal region (see, for example, Patent Documents 6 and 7).
Japanese Patent Laid-Open No. 06-349481 JP 2002-198037 A JP 2003-297353 A JP 2003-303618 A Japanese Patent Laid-Open No. 2004-164921 International Publication No. 01/029912 Pamphlet Japanese Patent Laid-Open No. 2002-083594

この他、サイクル特性を改善することを目的とした関連技術も提案されている。具体的には、負極集電体と負極活物質層との間に、超弾性あるいは形状記憶効果を有する材料を含む中間層を形成している(例えば、特許文献8参照。)。また、負極集電体と負極活物質層との間に、導電性粒子および結着材を含む導電性接着層を形成している(例えば、特許文献9参照。)。さらに、気相法を用いて成長させた第1粒子を有する下層と、塗布法を用いて堆積させた第2粒子を有する上層とが積層されるように、負極活物質層を形成している(例えば、特許文献10参照。)。
特開2005−141991号公報 特開2007−123141号公報 特開2007−122915号公報
In addition, related techniques aiming to improve cycle characteristics have also been proposed. Specifically, an intermediate layer including a material having superelasticity or a shape memory effect is formed between the negative electrode current collector and the negative electrode active material layer (see, for example, Patent Document 8). Further, a conductive adhesive layer containing conductive particles and a binder is formed between the negative electrode current collector and the negative electrode active material layer (see, for example, Patent Document 9). Furthermore, the negative electrode active material layer is formed so that the lower layer having the first particles grown using the vapor phase method and the upper layer having the second particles deposited using the coating method are laminated. (For example, refer to Patent Document 10).
Japanese Patent Laid-Open No. 2005-141991 JP 2007-123141 A JP 2007-122915 A

近年、ポータブル電子機器は益々高性能化および多機能化しており、その消費電力は増大しているため、二次電池の充放電は頻繁に繰り返される傾向にある。そこで、二次電池を高頻度で安全に使用するために、サイクル特性および膨れ特性についてより一層の向上が望まれている。   In recent years, portable electronic devices have become more sophisticated and multifunctional, and their power consumption has increased. Therefore, charging and discharging of secondary batteries tend to be repeated frequently. Therefore, in order to use the secondary battery safely at a high frequency, further improvement in cycle characteristics and swelling characteristics is desired.

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、優れたサイクル特性および膨れ特性を得ることが可能な負極およびそれを用いた二次電池を提供することにある。   The present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide a negative electrode capable of obtaining excellent cycle characteristics and swelling characteristics and a secondary battery using the same.

本発明の負極は、電極反応物質を吸蔵および放出することが可能であると共に負極集電体上に負極活物質層を有している。この負極活物質層は、負極集電体上に形成されると共に結晶性の負極活物質を含む結晶性負極活物質層と、結晶性負極活物質層上に形成されると共に非結晶性の負極活物質を含む非結晶性負極活物質層とを含んでいる。また、本発明の二次電池は、電極反応物質を吸蔵および放出することが可能な正極および負極と、溶媒および電解質塩を含む電解質とを備え、負極が上記した構成を有するものである。   The negative electrode of the present invention can occlude and release electrode reactants and has a negative electrode active material layer on the negative electrode current collector. The negative electrode active material layer is formed on the negative electrode current collector and includes a crystalline negative electrode active material layer, and a crystalline negative electrode active material layer and a non-crystalline negative electrode A non-crystalline negative electrode active material layer containing an active material. The secondary battery of the present invention includes a positive electrode and a negative electrode capable of inserting and extracting electrode reactants, and an electrolyte containing a solvent and an electrolyte salt, and the negative electrode has the above-described configuration.

本発明の負極によれば、負極活物質層は、負極集電体上に形成されると共に結晶性の負極活物質を含む結晶性負極活物質層と、その結晶性負極活物質層上に形成されると共に非結晶性の負極活物質を含む非結晶性負極活物質層とを含んでいる。この場合には、負極活物質層が非結晶性負極活物質層だけからなる場合よりも、負極活物質の物性が経時変化しにくくなると共に、電極反応時において負極活物質層の膨張および収縮による応力に耐え得る密着性が維持される。また、負極活物質層が結晶性負極活物質層だけからなる場合よりも、電極反応物質の拡散性(出入りしやすさ)が向上すると共に、負極の反応性が低減する。したがって、本発明の負極を用いた二次電池によれば、優れたサイクル特性および膨れ特性を得ることができる。   According to the negative electrode of the present invention, the negative electrode active material layer is formed on the negative electrode current collector and formed on the crystalline negative electrode active material layer including the crystalline negative electrode active material and the crystalline negative electrode active material layer And a non-crystalline negative electrode active material layer containing a non-crystalline negative electrode active material. In this case, the physical properties of the negative electrode active material are less likely to change with time than when the negative electrode active material layer is composed of only the amorphous negative electrode active material layer, and the negative electrode active material layer is expanded and contracted during the electrode reaction. Adhesiveness that can withstand stress is maintained. In addition, the diffusibility (ease of entering and exiting) of the electrode reactant is improved and the reactivity of the negative electrode is reduced as compared with the case where the negative electrode active material layer is composed only of the crystalline negative electrode active material layer. Therefore, according to the secondary battery using the negative electrode of the present invention, excellent cycle characteristics and swelling characteristics can be obtained.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明する順序は、下記の通りである。

1.負極
2.負極を用いた電気化学デバイス(二次電池)
2−1.第1の二次電池(電池構造:角型)
2−2.第2の二次電池(電池構造:円筒型)
2−3.第3の二次電池(電池構造:ラミネートフィルム型)
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The order of explanation is as follows.

1. Negative electrode Electrochemical device using a negative electrode (secondary battery)
2-1. First secondary battery (battery structure: square)
2-2. Second secondary battery (battery structure: cylindrical)
2-3. Third secondary battery (battery structure: laminate film type)

<1.負極>
図1は、本発明の一実施の形態に係る負極の断面構成を表している。この負極は、例えば二次電池などの電気化学デバイスに用いられるものであり、負極集電体1上に負極活物質層2を有している。
<1. Negative electrode>
FIG. 1 shows a cross-sectional configuration of a negative electrode according to an embodiment of the present invention. This negative electrode is used for an electrochemical device such as a secondary battery, for example, and has a negative electrode active material layer 2 on a negative electrode current collector 1.

[負極集電体]
負極集電体1は、良好な電気化学的安定性、電気伝導性および機械的強度を有する材料により構成されていることが好ましい。このような材料としては、例えば、銅、ニッケルあるいはステンレスなどが挙げられ、中でも、銅が好ましい。高い電気伝導性が得られるからである。
[Negative electrode current collector]
The negative electrode current collector 1 is preferably made of a material having good electrochemical stability, electrical conductivity, and mechanical strength. Examples of such a material include copper, nickel, and stainless steel, and copper is preferable. This is because high electrical conductivity can be obtained.

負極集電体1の表面は、粗面化されていることが好ましい。いわゆるアンカー効果により、負極集電体1に対する負極活物質層2の密着性が向上するからである。この場合には、少なくとも負極活物質層2と対向する領域において、負極集電体1の表面が粗面化されていればよい。粗面化の方法としては、例えば、電解処理により微粒子を形成する方法などが挙げられる。この電解処理とは、電解槽中において電解法により負極集電体1の表面に微粒子を形成して凹凸を設ける方法である。電解法により作製された銅箔は、一般に「電解銅箔」と呼ばれている。この他、粗面化の方法としては、例えば、圧延銅箔をサンドブラスト処理する方法なども挙げられる。   The surface of the negative electrode current collector 1 is preferably roughened. This is because the adhesion of the negative electrode active material layer 2 to the negative electrode current collector 1 is improved by a so-called anchor effect. In this case, the surface of the negative electrode current collector 1 may be roughened at least in a region facing the negative electrode active material layer 2. Examples of the roughening method include a method of forming fine particles by electrolytic treatment. This electrolytic treatment is a method of forming irregularities by forming fine particles on the surface of the negative electrode current collector 1 by an electrolytic method in an electrolytic bath. The copper foil produced by the electrolytic method is generally called “electrolytic copper foil”. In addition, examples of the roughening method include a method of sandblasting a rolled copper foil.

負極集電体1の表面の十点平均粗さRzは、特に限定されないが、中でも、1.5μm以上であることが好ましい。この場合には、1.5μm以上30μm以下であることがより好ましく、3μm以上30μm以下であることがさらに好ましい。負極集電体1に対する負極活物質層2の密着性がより向上するからである。詳細には、1.5μmよりも小さいと、十分な密着性が得られない可能性があり、30μmよりも大きいと、かえって密着性が低下する可能性がある。   The ten-point average roughness Rz of the surface of the negative electrode current collector 1 is not particularly limited, but is preferably 1.5 μm or more. In this case, it is more preferably 1.5 μm or more and 30 μm or less, and further preferably 3 μm or more and 30 μm or less. This is because the adhesion of the negative electrode active material layer 2 to the negative electrode current collector 1 is further improved. In detail, when it is smaller than 1.5 μm, there is a possibility that sufficient adhesion cannot be obtained, and when it is larger than 30 μm, there is a possibility that the adhesion is deteriorated.

[負極活物質層]
負極活物質層2は、例えば、負極集電体1の両面に設けられている。ただし、負極活物質層2は、負極集電体1の片面だけに設けられていてもよい。
[Negative electrode active material layer]
The negative electrode active material layer 2 is provided on both surfaces of the negative electrode current collector 1, for example. However, the negative electrode active material layer 2 may be provided only on one side of the negative electrode current collector 1.

この負極活物質層2は、負極活物質として、例えばリチウムイオンなどの電極反応物質を吸蔵および放出することが可能な負極材料のいずれか1種あるいは2種以上を含んでおり、必要に応じて、負極導電剤などの他の材料を含んでいてもよい。   This negative electrode active material layer 2 contains, as a negative electrode active material, any one or more of negative electrode materials capable of occluding and releasing electrode reactants such as lithium ions, for example. Other materials such as a negative electrode conductive agent may be included.

負極材料としては、ケイ素を構成元素として含む材料が好ましい。電極反応物質を吸蔵および放出する能力が優れているため、高いエネルギー密度が得られるからである。このような材料は、ケイ素の単体、合金あるいは化合物でもよいし、それらの2種以上でもよいし、それらの1種あるいは2種以上の相を少なくとも一部に有するものでもよい。中でも、ケイ素の単体、合金および化合物のうちの少なくとも1種が好ましく、ケイ素の単体がより好ましい。なお、「単体」とは、あくまで一般的な意味合いでの単体であり、必ずしも純度100%を意味しているわけではない。   As the negative electrode material, a material containing silicon as a constituent element is preferable. This is because a high energy density can be obtained because the ability to occlude and release the electrode reactant is excellent. Such a material may be a simple substance, an alloy, or a compound of silicon, or two or more thereof, or one having at least a part of one or two or more phases thereof. Among these, at least one of silicon simple substance, alloy and compound is preferable, and silicon simple substance is more preferable. Note that “single substance” is a simple substance in a general sense, and does not necessarily mean 100% purity.

なお、本発明における「合金」には、2種以上の金属元素を含むものに加えて、1種以上の金属元素と1種以上の半金属元素とを含むものも含まれる。もちろん、上記した「合金」は、非金属元素を含んでいてもよい。その組織には、固溶体、共晶(共融混合物)、金属間化合物、あるいはそれらの2種以上の共存などがある。   The “alloy” in the present invention includes one containing one or more metal elements and one or more metalloid elements in addition to one containing two or more metal elements. Of course, the above-mentioned “alloy” may contain a nonmetallic element. The structure includes solid solution, eutectic (eutectic mixture), intermetallic compound, or coexistence of two or more thereof.

ケイ素の合金としては、例えば、ケイ素以外の構成元素として、以下の元素のうちの少なくとも1種を含むものなどが挙げられる。スズ、ニッケル、銅、鉄、コバルト、マンガン、亜鉛、インジウム(In)、銀、チタン、ゲルマニウム、ビスマス(Bi)、アンチモンあるいはクロムなどである。   Examples of silicon alloys include those containing at least one of the following elements as constituent elements other than silicon. Examples thereof include tin, nickel, copper, iron, cobalt, manganese, zinc, indium (In), silver, titanium, germanium, bismuth (Bi), antimony, and chromium.

ケイ素の化合物としては、例えば、ケイ素以外の構成元素として、酸素および炭素(C)を含むものなどが挙げられる。なお、ケイ素の化合物は、例えば、ケイ素以外の構成元素として、ケイ素の合金について説明した元素のいずれか1種あるいは2種以上を含んでいてもよい。   Examples of the silicon compound include those containing oxygen and carbon (C) as constituent elements other than silicon. The silicon compound may contain, for example, any one or more of the elements described for the silicon alloy as a constituent element other than silicon.

ケイ素の合金あるいは化合物の一例としては、以下のものが挙げられる。SiB4 、SiB6 、Mg2 Si、Ni2 Si、TiSi2 、MoSi2 、CoSi2 、NiSi2 、CaSi2 、CrSi2 、Cu5 Si、FeSi2 、MnSi2 、NbSi2 あるいはTaSi2 などある。また、VSi2 、WSi2 、ZnSi2 、SiC、Si3 4 、Si2 2 O、SiOv (0<v≦2)、SnOw (0<w≦2)あるいはLiSiOなどである。 Examples of silicon alloys or compounds include the following. SiB 4, SiB 6, Mg 2 Si, is like Ni 2 Si, TiSi 2, MoSi 2, CoSi 2, NiSi 2, CaSi 2, CrSi 2, Cu 5 Si, FeSi 2, MnSi 2, NbSi 2 or TaSi 2. VSi 2 , WSi 2 , ZnSi 2 , SiC, Si 3 N 4 , Si 2 N 2 O, SiO v (0 <v ≦ 2), SnO w (0 <w ≦ 2), LiSiO, or the like.

負極活物質は、上記したケイ素に加えて、酸素を構成元素として含んでいることが好ましい。電極反応時において負極活物質層2の膨張および収縮が抑制されるからである。この場合には、少なくとも一部の酸素が一部のケイ素と結合していることが好ましい。その結合の状態は、一酸化ケイ素あるいは二酸化ケイ素でもよいし、他の準安定状態でもよい。   The negative electrode active material preferably contains oxygen as a constituent element in addition to the above-described silicon. This is because expansion and contraction of the negative electrode active material layer 2 are suppressed during the electrode reaction. In this case, it is preferable that at least part of oxygen is bonded to part of silicon. The bonding state may be silicon monoxide or silicon dioxide, or another metastable state.

負極活物質中の酸素含有量は、特に限定されないが、中でも、1.5原子数%以上40原子数%以下であることが好ましい。負極活物質層2の膨張および収縮が抑制されるからである。詳細には、1.5原子数%よりも少ないと、負極活物質層2の膨張および収縮が十分に抑制されない可能性があり、40原子数%よりも多いと、抵抗が増大しすぎる可能性がある。なお、負極が電解質と一緒に電気化学デバイスに用いられる場合には、その電解質の分解反応により形成される被膜などは負極活物質に含めないこととする。すなわち、負極活物質中の酸素含有量を算出する場合には、上記した被膜中の酸素は含めないようにする。   Although oxygen content in a negative electrode active material is not specifically limited, Especially, it is preferable that they are 1.5 atomic% or more and 40 atomic% or less. This is because expansion and contraction of the negative electrode active material layer 2 are suppressed. Specifically, if the amount is less than 1.5 atomic%, the negative electrode active material layer 2 may not be sufficiently suppressed in expansion and contraction. If the amount is more than 40 atomic%, the resistance may increase excessively. There is. When the negative electrode is used in an electrochemical device together with an electrolyte, a film formed by a decomposition reaction of the electrolyte is not included in the negative electrode active material. That is, when the oxygen content in the negative electrode active material is calculated, oxygen in the above-described coating is not included.

この酸素を含む負極活物質は、例えば、負極材料を堆積させる際に、チャンバ内に連続的に酸素ガスを導入して形成される。特に、酸素ガスを導入しただけでは所望の酸素含有量が得られない場合には、チャンバ内に酸素の供給源として液体(例えば水蒸気など)を導入してもよい。   The negative electrode active material containing oxygen is formed, for example, by continuously introducing oxygen gas into the chamber when depositing the negative electrode material. In particular, when a desired oxygen content cannot be obtained simply by introducing oxygen gas, a liquid (for example, water vapor) may be introduced into the chamber as an oxygen supply source.

また、負極活物質は、上記したケイ素に加えて、金属元素を構成元素として含んでいることが好ましい。負極活物質の抵抗が低下すると共に、電極反応時において負極活物質層2の膨張および収縮が抑制されるからである。このような金属元素としては、以下の元素のうちの少なくとも1種が挙げられる。鉄、ニッケル、モリブデン、チタン、クロム、コバルト、銅、マンガン、亜鉛、ゲルマニウム、アルミニウム、ジルコニウム、銀、スズ、アンチモンあるいはタングステンである。負極活物質中における金属元素の含有量は、特に限定されない。ただし、負極が二次電池に用いられる場合には、金属元素の含有量が多くなりすぎると、所望の電池容量を得るために負極活物質層2を厚くせざるを得ないため、その負極活物質層2が割れると共に負極集電体1から剥がれる可能性があることに注意すべきである。   The negative electrode active material preferably contains a metal element as a constituent element in addition to the above-described silicon. This is because the resistance of the negative electrode active material is lowered and the expansion and contraction of the negative electrode active material layer 2 are suppressed during the electrode reaction. Examples of such metal elements include at least one of the following elements. Iron, nickel, molybdenum, titanium, chromium, cobalt, copper, manganese, zinc, germanium, aluminum, zirconium, silver, tin, antimony or tungsten. The content of the metal element in the negative electrode active material is not particularly limited. However, when the negative electrode is used in a secondary battery, if the content of the metal element is excessive, the negative electrode active material layer 2 must be thickened to obtain a desired battery capacity. It should be noted that the material layer 2 may crack and peel from the negative electrode current collector 1.

この場合には、負極活物質が全体に渡って金属元素を含んでいてもよいし、一部において金属元素を含んでいてもよい。金属元素を含む負極活物質の状態は、完全な合金となった状態(合金状態)でもよいし、完全な合金となるまでには至らずにケイ素と金属元素とが混在している状態(化合物状態あるいは相分離状態)でもよい。この負極活物質の状態については、例えば、エネルギー分散型蛍光X線分析(energy dispersive x-ray fluorescence spectroscopy :EDX)により確認できる。   In this case, the negative electrode active material may contain a metal element as a whole, or may partially contain a metal element. The state of the negative electrode active material containing a metal element may be a complete alloy state (alloy state), or a state in which silicon and metal elements are mixed (compounds) without reaching a complete alloy. State or phase separation state). The state of the negative electrode active material can be confirmed by, for example, energy dispersive x-ray fluorescence spectroscopy (EDX).

この金属元素を含む負極活物質は、例えば、負極材料を堆積させる際に、合金粒子を形成材料として用い、あるいは負極材料と一緒に金属材料を堆積させて形成される。   The negative electrode active material containing a metal element is formed by, for example, using alloy particles as a forming material when depositing a negative electrode material, or depositing a metal material together with the negative electrode material.

また、負極活物質は、負極活物質層2の厚さ方向において、より高い酸素含有量を有する高酸素含有領域と、より低い酸素含有量を有する低酸素含有領域とを含んでいることが好ましい。電極反応時において負極活物質層2の膨張および収縮が抑制されるからである。低酸素含有領域における酸素の含有量は、できるだけ少ないことが好ましい。高酸素含有領域における酸素の含有量は、特に限定されないが、中でも、上記した負極活物質中の酸素含有量(1.5原子数%以上40原子数%以下)と同様であることが好ましい。   The negative electrode active material preferably includes a high oxygen content region having a higher oxygen content and a low oxygen content region having a lower oxygen content in the thickness direction of the negative electrode active material layer 2. . This is because expansion and contraction of the negative electrode active material layer 2 are suppressed during the electrode reaction. The oxygen content in the low oxygen content region is preferably as small as possible. The oxygen content in the high oxygen content region is not particularly limited, but is preferably the same as the oxygen content (1.5 atomic% to 40 atomic%) in the negative electrode active material.

この場合には、低酸素含有領域により高酸素含有領域が挟まれていることが好ましく、低酸素含有領域と高酸素含有領域とが交互に繰り返して積層されていることがより好ましい。負極活物質層2の膨張および収縮がより抑制されるからである。低酸素含有領域と高酸素含有領域とが交互に積層される場合には、負極活物質中において酸素含有量が高低を繰り返しながら分布することになる。   In this case, it is preferable that the high oxygen content region is sandwiched by the low oxygen content region, and it is more preferable that the low oxygen content region and the high oxygen content region are alternately laminated. This is because expansion and contraction of the negative electrode active material layer 2 are further suppressed. When the low oxygen content region and the high oxygen content region are alternately laminated, the oxygen content is distributed while repeating high and low in the negative electrode active material.

高酸素含有領域および低酸素含有領域を含む負極活物質は、例えば、負極材料を堆積させる際に、チャンバ内に断続的に酸素ガスを導入したり、チャンバ内に導入する酸素ガスの量を変化させて形成される。もちろん、酸素ガスを導入しただけでは所望の酸素含有量が得られない場合には、チャンバ内に液体(例えば水蒸気など)を導入してもよい。   The negative electrode active material including the high oxygen content region and the low oxygen content region is, for example, intermittently introducing oxygen gas into the chamber or changing the amount of oxygen gas introduced into the chamber when depositing the negative electrode material. Formed. Of course, when a desired oxygen content cannot be obtained simply by introducing oxygen gas, a liquid (for example, water vapor) may be introduced into the chamber.

なお、高酸素含有領域と低酸素含有領域との間では、酸素含有量が明確に異なっていてもよいし、明確に異なっていなくてもよい。特に、上記した酸素ガスの導入量を連続的に変化させた場合には、酸素含有量も連続的に変化してもよい。高酸素含有領域および低酸素含有領域は、酸素ガスの導入量を断続的に変化させた場合にはいわゆる「層」となり、酸素ガスの導入量を連続的に変化させた場合には「層」というよりもむしろ「層状」となる。この場合には、高酸素含有領域と低酸素含有領域との間において、酸素の含有量が段階的あるいは連続的に変化していることが好ましい。酸素の含有量が急激に変化すると、イオンの拡散性が低下すると共に抵抗が増大する可能性があるからである。   Note that the oxygen content may or may not be clearly different between the high oxygen content region and the low oxygen content region. In particular, when the amount of oxygen gas introduced is continuously changed, the oxygen content may also be continuously changed. The high oxygen content region and the low oxygen content region are so-called “layers” when the oxygen gas introduction amount is changed intermittently, and “layers” when the oxygen gas introduction amount is continuously changed. Rather, it becomes “layered”. In this case, it is preferable that the oxygen content changes stepwise or continuously between the high oxygen content region and the low oxygen content region. This is because, if the oxygen content changes rapidly, the diffusibility of ions may decrease and the resistance may increase.

なお、負極活物質層2は、負極材料としてケイ素を構成元素として含む材料を含んでいれば、他の負極材料を含んでいてもよい。   The negative electrode active material layer 2 may contain other negative electrode materials as long as the negative electrode material contains a material containing silicon as a constituent element.

他の負極材料としては、例えば、電極反応物質を吸蔵よび放出することが可能であると共に金属元素および半金属元素のうちの少なくとも1種を構成元素として含む材料(ケイ素を構成元素として含む材料に該当するものを除く)が挙げられる。高いエネルギー密度が得られるからである。このような材料は、金属元素あるいは半金属元素の単体、合金あるいは化合物でもよいし、それらの2種以上でもよいし、それらの1種あるいは2種以上の相を少なくとも一部に有するものでもよい。   As another negative electrode material, for example, it is possible to occlude and release an electrode reactant, and a material containing at least one of a metal element and a metalloid element as a constituent element (a material containing silicon as a constituent element) Excluding those that apply). This is because a high energy density can be obtained. Such a material may be a single element, an alloy or a compound of a metal element or a metalloid element, or may be two or more of them, or may have at least a part of one or more of those phases. .

上記した金属元素あるいは半金属元素は、例えば、電極反応物質と合金を形成することが可能な金属元素あるいは半金属元素であり、具体的には、以下の元素のうちの少なくとも1種である。マグネシウム、ホウ素、アルミニウム、ガリウム、インジウム、ゲルマニウム、スズあるいは鉛(Pb)である。また、ビスマス、カドミウム(Cd)、銀、亜鉛、ハフニウム(Hf)、ジルコニウム、イットリウム(Y)、パラジウム(Pd)あるいは白金(Pt)である。中でも、スズが好ましい。電極反応物質を吸蔵および放出する能力が優れているため、高いエネルギー密度が得られるからである。スズを含む材料は、スズの単体、合金あるいは化合物でもよいし、それらの2種以上でもよいし、それらの1種あるいは2種以上の相を少なくとも一部に有するものでもよい。   The metal element or metalloid element described above is, for example, a metal element or metalloid element capable of forming an alloy with the electrode reactant, and specifically, at least one of the following elements. Magnesium, boron, aluminum, gallium, indium, germanium, tin, or lead (Pb). Further, bismuth, cadmium (Cd), silver, zinc, hafnium (Hf), zirconium, yttrium (Y), palladium (Pd), or platinum (Pt). Of these, tin is preferable. This is because a high energy density can be obtained because the ability to occlude and release the electrode reactant is excellent. The material containing tin may be a simple substance, an alloy or a compound of tin, or two or more thereof, or one having at least a part of one or two or more phases thereof.

スズの合金としては、例えば、スズ以外の構成元素として、ケイ素、ニッケル、銅、鉄、コバルト、マンガン、亜鉛、インジウム、銀、チタン、ゲルマニウム、ビスマス、アンチモンおよびクロムのうちの少なくとも1種を含むものなどが挙げられる。スズの化合物としては、例えば、スズ以外の構成元素として、酸素あるいは炭素を含むものなどが挙げられる。なお、スズの化合物は、例えば、スズ以外の構成元素として、スズの合金について説明した元素のいずれか1種あるいは2種以上を含んでいてもよい。スズの合金あるいは化合物の一例としては、SnSiO3 、LiSnOあるいはMg2 Snなどが挙げられる。 Examples of the tin alloy include at least one of silicon, nickel, copper, iron, cobalt, manganese, zinc, indium, silver, titanium, germanium, bismuth, antimony, and chromium as constituent elements other than tin. Things. Examples of tin compounds include those containing oxygen or carbon as constituent elements other than tin. In addition, the compound of tin may contain any 1 type (s) or 2 or more types of the element demonstrated about the alloy of tin as structural elements other than tin, for example. Examples of tin alloys or compounds include SnSiO 3 , LiSnO, Mg 2 Sn, and the like.

特に、スズを含む材料としては、例えば、スズを第1の構成元素とし、それに加えて第2および第3の構成元素を含むものが好ましい。負極が二次電池に用いられた場合に、高い電池容量が得られると共にサイクル特性が向上するからである。第2の構成元素は、例えば、以下の元素のうちの少なくとも1種である。コバルト、鉄、マグネシウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、ニッケル、銅、亜鉛、ガリウムあるいはジルコニウムである。また、ニオブ、モリブデン、銀、インジウム、セリウム(Ce)、ハフニウム、タンタル、タングステン、ビスマスあるいはケイ素である。第3の構成元素は、例えば、ホウ素、炭素、アルミニウムおよびリンのうちの少なくとも1種である。   In particular, as a material containing tin, for example, a material containing tin as a first constituent element and further containing second and third constituent elements is preferable. This is because when the negative electrode is used in a secondary battery, a high battery capacity is obtained and cycle characteristics are improved. The second constituent element is, for example, at least one of the following elements. Cobalt, iron, magnesium, titanium, vanadium, chromium, manganese, nickel, copper, zinc, gallium or zirconium. Niobium, molybdenum, silver, indium, cerium (Ce), hafnium, tantalum, tungsten, bismuth, or silicon. The third constituent element is, for example, at least one of boron, carbon, aluminum, and phosphorus.

中でも、スズ、コバルトおよび炭素を含む材料(SnCoC含有材料)が好ましい。このSnCoC含有材料の組成としては、炭素の含有量が9.9質量%以上29.7質量%以下であり、スズおよびコバルトの含有量の割合(Co/(Sn+Co))が20質量%以上70質量%以下である。このような組成範囲において、高いエネルギー密度が得られるからである。SnCoC含有材料において、構成元素である炭素のうちの少なくとも一部は、他の構成元素である金属元素あるいは半金属元素と結合していることが好ましい。スズなどの凝集あるいは結晶化が抑制されるからである。   Among these, a material containing Sn, cobalt, and carbon (SnCoC-containing material) is preferable. The composition of the SnCoC-containing material is such that the carbon content is 9.9 mass% or more and 29.7 mass% or less, and the ratio of content of tin and cobalt (Co / (Sn + Co)) is 20 mass% or more and 70 It is below mass%. This is because a high energy density can be obtained in such a composition range. In the SnCoC-containing material, it is preferable that at least a part of carbon that is a constituent element is bonded to a metal element or a metalloid element that is another constituent element. This is because aggregation or crystallization of tin or the like is suppressed.

このSnCoC含有材料は、スズ、コバルトおよび炭素を含む相を有しており、その相は、低結晶性あるいは非晶質であることが好ましい。この相は、電極反応物質と反応可能な反応相であり、その反応相の存在により優れた特性が得られるようになっている。この相のX線回折により得られる回折ピークの半値幅は、特定X線としてCuKα線を用いると共に挿引速度を1°/minとした場合に、回折角2θで1°以上であることが好ましい。電極反応物質がより円滑に吸蔵および放出されると共に、電解質などとの反応性がより低減するからである。なお、SnCoC含有材料は、低結晶性あるいは非晶質の相に加えて、各構成元素の単体あるいは一部を含む相を有している場合もある。   This SnCoC-containing material has a phase containing tin, cobalt and carbon, and the phase is preferably low crystalline or amorphous. This phase is a reaction phase capable of reacting with the electrode reactant, and excellent characteristics can be obtained by the presence of the reaction phase. The half width of the diffraction peak obtained by X-ray diffraction of this phase is preferably 1 ° or more at a diffraction angle 2θ when CuKα ray is used as the specific X-ray and the drawing speed is 1 ° / min. . This is because the electrode reactant is occluded and released more smoothly, and the reactivity with the electrolyte and the like is further reduced. In addition to the low crystalline or amorphous phase, the SnCoC-containing material may have a phase containing a single element or a part of each constituent element.

なお、SnCoC含有材料は、必要に応じて、さらに他の構成元素を含んでいてもよい。このような他の構成元素としては、ケイ素、鉄、ニッケル、クロム、インジウム、ニオブ、ゲルマニウム、チタン、モリブデン、アルミニウム、リン、ガリウムおよびビスマスのうちの少なくとも1種が挙げられる。   Note that the SnCoC-containing material may further contain other constituent elements as necessary. Examples of such other constituent elements include at least one of silicon, iron, nickel, chromium, indium, niobium, germanium, titanium, molybdenum, aluminum, phosphorus, gallium, and bismuth.

このSnCoC含有材料の他、スズ、コバルト、鉄および炭素を含む材料(SnCoFeC含有材料)も好ましい。このSnCoFeC含有材料の組成は、任意に設定可能である。例えば、鉄の含有量を少なめに設定する場合の組成は、以下の通りである。炭素の含有量は9.9質量%以上29.7質量%以下であり、鉄の含有量は0.3質量%以上5.9質量%以下であり、スズおよびコバルトの含有量の割合(Co/(Sn+Co))は30質量%以上70質量%以下である。また、例えば、鉄の含有量を多めに設定する場合の組成は、以下の通りである。炭素の含有量は11.9質量%以上29.7質量%以下である。また、スズ、コバルトおよび鉄の含有量の割合((Co+Fe)/(Sn+Co+Fe))は26.4質量%以上48.5質量%以下であり、コバルトおよび鉄の含有量の割合(Co/(Co+Fe))は9.9質量%以上79.5質量%以下である。このような組成範囲において、高いエネルギー密度が得られるからである。このSnCoFeC含有材料の物性等(半値幅など)は、上記したSnCoC含有材料と同様である。   In addition to this SnCoC-containing material, a material containing tin, cobalt, iron and carbon (SnCoFeC-containing material) is also preferable. The composition of the SnCoFeC-containing material can be arbitrarily set. For example, the composition when the content of iron is set to be small is as follows. The carbon content is 9.9 mass% or more and 29.7 mass% or less, the iron content is 0.3 mass% or more and 5.9 mass% or less, and the content ratio of tin and cobalt (Co / (Sn + Co)) is 30% by mass or more and 70% by mass or less. For example, the composition in the case where the content of iron is set to be large is as follows. The carbon content is 11.9% by mass or more and 29.7% by mass or less. Further, the content ratio of tin, cobalt, and iron ((Co + Fe) / (Sn + Co + Fe)) is 26.4 mass% to 48.5 mass%, and the content ratio of cobalt and iron (Co / (Co + Fe) )) Is 9.9 mass% or more and 79.5 mass% or less. This is because a high energy density can be obtained in such a composition range. The physical properties and the like (half width, etc.) of this SnCoFeC-containing material are the same as those of the above-described SnCoC-containing material.

また、他の負極材料としては、例えば、炭素材料が挙げられる。電極反応物質の吸蔵および放出に伴う結晶構造の変化が非常に少ないと共に、高いエネルギー密度が得られるからである。また、導電剤としても機能するからである。この炭素材料としては、例えば、易黒鉛化性炭素、(002)面の面間隔が0.37nm以上の難黒鉛化性炭素、あるいは(002)面の面間隔が0.34nm以下の黒鉛などが挙げられる。より具体的には、熱分解炭素類、コークス類、ガラス状炭素繊維、有機高分子化合物焼成体、活性炭あるいはカーボンブラック類などがある。このうち、コークス類には、ピッチコークス、ニードルコークスあるいは石油コークスなどが含まれる。有機高分子化合物焼成体とは、フェノール樹脂やフラン樹脂などを適当な温度で焼成して炭素化したものをいう。なお、炭素材料の形状は、繊維状、球状、粒状あるいは鱗片状のいずれでもよい。   Moreover, as another negative electrode material, a carbon material is mentioned, for example. This is because there is very little change in the crystal structure accompanying the insertion and extraction of the electrode reactant, and a high energy density can be obtained. Further, it also functions as a conductive agent. Examples of the carbon material include graphitizable carbon, non-graphitizable carbon having a (002) plane spacing of 0.37 nm or more, or graphite having a (002) plane spacing of 0.34 nm or less. Can be mentioned. More specifically, there are pyrolytic carbons, cokes, glassy carbon fibers, organic polymer compound fired bodies, activated carbon or carbon blacks. Of these, the cokes include pitch coke, needle coke, petroleum coke, and the like. The organic polymer compound fired body is obtained by firing and carbonizing a phenol resin, a furan resin, or the like at an appropriate temperature. The shape of the carbon material may be any of fibrous, spherical, granular or scale-like.

さらに、他の負極材料としては、例えば、金属酸化物あるいは高分子化合物が挙げられる。金属酸化物は、例えば、酸化鉄、酸化ルテニウムあるいは酸化モリブデンなどである。高分子化合物は、例えば、ポリアセチレン、ポリアニリンあるいはポリピロールなどである。   Furthermore, examples of other negative electrode materials include metal oxides and polymer compounds. Examples of the metal oxide include iron oxide, ruthenium oxide, and molybdenum oxide. Examples of the polymer compound include polyacetylene, polyaniline, and polypyrrole.

もちろん、負極材料は、上記以外のものでもよい。また、一連の負極活物質は、任意の組み合わせで2種以上混合されてもよい。   Of course, the negative electrode material may be other than the above. A series of negative electrode active materials may be mixed in any combination of two or more.

負極活物質層2は、負極集電体1との界面のうちの少なくとも一部において合金化していることが好ましい。電極反応時において負極活物質層2が膨張および収縮しにくくなると共に、負極集電体1と負極活物質層2との間において電子伝導性が向上するからである。この「合金化」とは、負極集電体1の構成元素と負極活物質層2の構成元素とが完全な合金を形成している場合だけでなく、両者の構成元素が混在状態にある場合も含む。この場合には、両者の界面において、負極集電体1の構成元素が負極活物質層2に拡散していてもよいし、負極活物質層2の構成元素が負極集電体1に拡散していてもよいし、両者の構成元素が拡散しあっていてもよい。   The negative electrode active material layer 2 is preferably alloyed at least at a part of the interface with the negative electrode current collector 1. This is because the negative electrode active material layer 2 is less likely to expand and contract during the electrode reaction, and electronic conductivity is improved between the negative electrode current collector 1 and the negative electrode active material layer 2. This “alloying” is not only when the constituent elements of the negative electrode current collector 1 and the constituent elements of the negative electrode active material layer 2 form a complete alloy, but also when both constituent elements are in a mixed state. Including. In this case, the constituent element of the negative electrode current collector 1 may diffuse into the negative electrode active material layer 2 at the interface between them, or the constituent element of the negative electrode active material layer 2 diffuses into the negative electrode current collector 1. The constituent elements of both may be diffused.

また、負極活物質層2は、その内部に空隙を有していることが好ましい。空隙は電極反応時において負極活物質層2が膨張および収縮した場合の逃げ場(緩和スペース)となるため、その負極活物質層2が膨張および収縮しにくくなるからである。   Moreover, it is preferable that the negative electrode active material layer 2 has a space | gap inside. This is because the void serves as a refuge (relaxation space) when the negative electrode active material layer 2 expands and contracts during the electrode reaction, so that the negative electrode active material layer 2 is difficult to expand and contract.

特に、負極活物質層2は、負極集電体1上に形成された下層と、その上に形成された上層とを含んでいる。この下層は、結晶性の負極活物質を含む結晶性負極活物質層2Xであり、上層は、非結晶性の負極活物質を含む非結晶性負極活物質層2Yである。   In particular, the negative electrode active material layer 2 includes a lower layer formed on the negative electrode current collector 1 and an upper layer formed thereon. The lower layer is a crystalline negative electrode active material layer 2X containing a crystalline negative electrode active material, and the upper layer is a non-crystalline negative electrode active material layer 2Y containing an amorphous negative electrode active material.

負極活物質層2が結晶性負極活物質層2X(結晶性の負極活物質)および非結晶性負極活物質層2Y(非結晶性の負極活物質)を上記した位置関係で含んでいるのは、以下の理由による。第1に、負極集電体1に対して結晶性負極活物質層2Xが隣接するため、非結晶性負極活物質層2Yが隣接する場合よりも、負極集電体1に対する負極活物質層2の密着性が向上する。第2に、結晶性負極活物質層2Xは、非結晶性負極活物質層2Yよりも酸化しにくいため、結晶性負極活物質層2Xを含まない場合よりも、負極活物質の物性が経時変化しにくくなる。第3に、結晶性負極活物質層2Xは、電極反応時において非結晶性負極活物質層2Yよりも膨張および収縮しにくいため、結晶性負極活物質層2Xを含まない場合よりも、電極反応時において負極活物質層2の膨張および収縮による応力に耐え得る密着性が維持される。第4に、非結晶性負極活物質層2Yが結晶性負極活物質層2Xよりも外側に位置するため、結晶性負極活物質層2Xが外側に位置する場合よりも、電極反応物質の拡散性(出入りのしやすさ)が向上する。この「外側」とは、負極が電解質と一緒に電気化学デバイスに用いられた場合に、その電解質と接する側という意味である。第5に、非結晶性負極活物質層2Yが外側に位置するため、結晶性負極活物質層2Xが外側に位置する場合よりも、負極の反応性が低減する。これにより、負極が電解質と一緒に電気化学デバイスに用いられた場合には、その電解質の分解反応が低減する。   The negative electrode active material layer 2 includes the crystalline negative electrode active material layer 2X (crystalline negative electrode active material) and the non-crystalline negative electrode active material layer 2Y (noncrystalline negative electrode active material) in the positional relationship described above. For the following reasons. First, since the crystalline negative electrode active material layer 2X is adjacent to the negative electrode current collector 1, the negative electrode active material layer 2 to the negative electrode current collector 1 is more than the case where the amorphous negative electrode active material layer 2Y is adjacent. Improved adhesion. Second, since the crystalline negative electrode active material layer 2X is less susceptible to oxidation than the non-crystalline negative electrode active material layer 2Y, the physical properties of the negative electrode active material change over time as compared with the case where the crystalline negative electrode active material layer 2X is not included. It becomes difficult to do. Third, since the crystalline negative electrode active material layer 2X is less likely to expand and contract than the non-crystalline negative electrode active material layer 2Y during the electrode reaction, the electrode reaction is greater than when the crystalline negative electrode active material layer 2X is not included. In some cases, adhesion capable of withstanding stress due to expansion and contraction of the negative electrode active material layer 2 is maintained. Fourth, since the non-crystalline negative electrode active material layer 2Y is located outside the crystalline negative electrode active material layer 2X, the diffusibility of the electrode reactant is larger than when the crystalline negative electrode active material layer 2X is located outside. (Ease of entering and exiting) is improved. This “outside” means the side in contact with the electrolyte when the negative electrode is used in an electrochemical device together with the electrolyte. Fifth, since the non-crystalline negative electrode active material layer 2Y is located outside, the reactivity of the negative electrode is reduced as compared with the case where the crystalline negative electrode active material layer 2X is located outside. Thereby, when the negative electrode is used in an electrochemical device together with an electrolyte, the decomposition reaction of the electrolyte is reduced.

負極活物質の結晶状態(結晶性あるは非結晶性)については、X線回折により確認できる。具体的には、負極活物質を分析した結果、シャープなピークが検出された場合には結晶性であり、ブロードなピークな検出された場合には非結晶性である。   The crystal state (crystalline or non-crystalline) of the negative electrode active material can be confirmed by X-ray diffraction. Specifically, as a result of analyzing the negative electrode active material, it is crystalline when a sharp peak is detected, and is amorphous when a broad peak is detected.

なお、負極活物質層2では、その少なくとも一部において、結晶性負極活物質層2Xおよび非結晶性負極活物質層2Yがこの順に積層形成されていればよい。すなわち、負極活物質層2は、結晶性負極活物質層2Xおよび非結晶性負極活物質層2Yがこの順に積層形成された部分を含んでいれば、その他に、いずれか一方だけが形成された部分を含んでいてもよい。結晶性負極活物質層2Xおよび非結晶性負極活物質層2Yがこの順に積層形成された部分を含んでさえいれば、全く含んでいない場合とは異なり、上記した一連の利点が得られるからである。なお、非結晶性負極活物質層2Yだけが形成された部分が存在する場合には、その非結晶性負極活物質層2Yは負極集電体1上に直接形成されることになる。   In the negative electrode active material layer 2, at least a part of the crystalline negative electrode active material layer 2X and the non-crystalline negative electrode active material layer 2Y may be laminated in this order. That is, as long as the negative electrode active material layer 2 includes a portion in which the crystalline negative electrode active material layer 2X and the amorphous negative electrode active material layer 2Y are laminated in this order, only one of them is formed. It may contain parts. As long as the crystalline negative electrode active material layer 2X and the non-crystalline negative electrode active material layer 2Y include a portion formed in this order, the above-described series of advantages can be obtained, unlike the case where the layer is not included at all. is there. When there is a portion where only the non-crystalline negative electrode active material layer 2Y is formed, the non-crystalline negative electrode active material layer 2Y is directly formed on the negative electrode current collector 1.

結晶性負極活物質層2Xにおける結晶性の負極活物質は、例えば、複数の粒子状である。この場合において、複数の負極活物質は、負極集電体1上に配列されていてもよいし、積み重なっていてもよいし、それらの状態が混在していてもよい。また、負極活物質の形状はどのような形状でもよいが、中でも、少なくとも一部は扁平状であることが好ましい。負極活物質同士が重なりやすくなり、負極活物質間の接触点が多くなるため、負極活物質層2内の電子伝導性が高くなるからである。この「扁平状」とは、負極集電体1の表面に沿った方向に延在する形状、すなわち負極集電体1の表面に沿った方向に長軸を有すると共にその表面と交差する方向に短軸を有する略楕円状であることを意味している。この扁平形状は、例えば、溶射法により負極材料が堆積された場合において見られる特徴である。この場合には、負極材料の溶融温度を高くすれば、負極活物質が扁平状になりやすい傾向にある。   The crystalline negative electrode active material in the crystalline negative electrode active material layer 2X has, for example, a plurality of particles. In this case, the plurality of negative electrode active materials may be arranged on the negative electrode current collector 1, may be stacked, or may be mixed. Moreover, the shape of the negative electrode active material may be any shape, but among them, at least a part is preferably flat. This is because the negative electrode active materials easily overlap each other, and the number of contact points between the negative electrode active materials increases, so that the electron conductivity in the negative electrode active material layer 2 increases. This “flat shape” is a shape extending in a direction along the surface of the negative electrode current collector 1, that is, in a direction having a major axis in the direction along the surface of the negative electrode current collector 1 and intersecting the surface. It means that it is substantially elliptical with a short axis. This flat shape is a characteristic seen when, for example, a negative electrode material is deposited by a thermal spraying method. In this case, if the melting temperature of the negative electrode material is increased, the negative electrode active material tends to become flat.

X線回折により得られる結晶性の負極活物質の(111)結晶面における回折ピークの半値幅(2θ)は、特に限定されないが、中でも、20°以下であることが好ましい。また、同結晶面に起因する結晶子サイズは、特に限定されないが、中でも、100nm以上であることが好ましい。負極集電体1に対する負極活物質層2の密着性がより向上すると共に、負極活物質の物性がより経時変化しにくくなるからである。   The full width at half maximum (2θ) of the diffraction peak on the (111) crystal plane of the crystalline negative electrode active material obtained by X-ray diffraction is not particularly limited, but is preferably 20 ° or less. The crystallite size resulting from the same crystal plane is not particularly limited, but is preferably 100 nm or more. This is because the adhesion of the negative electrode active material layer 2 to the negative electrode current collector 1 is further improved and the physical properties of the negative electrode active material are less likely to change over time.

また、結晶性の負極活物質は、負極集電体1の表面に連結されていることが好ましい。結晶性負極活物質層2Xが負極集電体1に対して物理的に固定されるため、電極反応時において負極活物質層2が膨張および収縮しにくくなるからである。この場合には、上記したように、結晶性負極活物質層2Xが負極集電体1との界面の少なくとも一部において合金かしていることが好ましい。   The crystalline negative electrode active material is preferably connected to the surface of the negative electrode current collector 1. This is because since the crystalline negative electrode active material layer 2X is physically fixed to the negative electrode current collector 1, the negative electrode active material layer 2 is unlikely to expand and contract during the electrode reaction. In this case, as described above, the crystalline negative electrode active material layer 2X is preferably alloyed at least at a part of the interface with the negative electrode current collector 1.

上記した「負極活物質が負極集電体1に連結されている」とは、負極材料が負極集電体1の表面上に直接堆積されて、結晶性負極活物質層2Xが形成されていることを意味している。このため、例えば塗布法あるいは焼結法などにより負極活物質層が形成されている場合には、負極活物質が負極集電体1に連結されていることにはならない。この場合には、負極活物質が他の材料(例えば結着剤など)を介して負極集電体1に間接的に連結されていたり、単に負極活物質が負極集電体1の表面に隣接しているにすぎない。   The above-mentioned “negative electrode active material is connected to the negative electrode current collector 1” means that the negative electrode material is directly deposited on the surface of the negative electrode current collector 1 to form the crystalline negative electrode active material layer 2X. It means that. For this reason, when the negative electrode active material layer is formed by, for example, a coating method or a sintering method, the negative electrode active material is not connected to the negative electrode current collector 1. In this case, the negative electrode active material is indirectly connected to the negative electrode current collector 1 via another material (for example, a binder), or the negative electrode active material is simply adjacent to the surface of the negative electrode current collector 1. I'm just doing it.

なお、結晶性の負極活物質は、少なくとも一部において負極集電体1に連結されていればよい。一部だけでも負極集電体1に連結されていれば、全く連結されていない場合よりも、負極集電体1に対する負極活物質層2の密着性が向上するからである。   Note that the crystalline negative electrode active material may be at least partially connected to the negative electrode current collector 1. This is because if only a part of the negative electrode current collector 1 is connected to the negative electrode current collector 1, the adhesion of the negative electrode active material layer 2 to the negative electrode current collector 1 is improved as compared with the case where the negative electrode current collector 1 is not connected at all.

結晶性の負極活物質が一部において負極集電体1に連結されている場合には、結晶性負極活物質層2Xは、負極集電体1に接触する部分(接触部分)と、負極集電体1に接触しない部分(非接触部分)を有することになる。   When the crystalline negative electrode active material is partially connected to the negative electrode current collector 1, the crystalline negative electrode active material layer 2 </ b> X includes a portion (contact portion) in contact with the negative electrode current collector 1, and a negative electrode current collector. It will have a part (non-contact part) which does not contact the electric body 1. FIG.

結晶性負極活物質層2Xが非接触部分を有している場合には、電極反応時において結晶性負極活物質層2Xが膨張および収縮した場合の逃げ場(緩和スペース)が存在するため、その膨張および収縮による応力の影響を受けて負極集電体1が変形しにくくなる。その一方で、負極集電体1と結晶性負極活物質層2Xとの間に接触していない部分があるため、両者の間における電子伝導性が低くなる可能性がある。   In the case where the crystalline negative electrode active material layer 2X has a non-contact portion, there is a escape place (relaxation space) when the crystalline negative electrode active material layer 2X expands and contracts during the electrode reaction, and therefore the expansion Further, the negative electrode current collector 1 is hardly deformed due to the influence of stress due to shrinkage. On the other hand, since there is a portion that is not in contact between the negative electrode current collector 1 and the crystalline negative electrode active material layer 2X, there is a possibility that the electron conductivity between the two is lowered.

これに対して、結晶性負極活物質層2Xが非接触部分を有していない場合には、その結晶性負極活物質層2Xが全体に渡って負極集電体1に接触するため、両者の間における電子伝導性が高くなる。その一方で、電極反応時において結晶性負極活物質層2Xが膨張および収縮した場合の逃げ場(緩和スペース)がないため、その膨張および収縮による応力の影響を受けて負極集電体1が変形する可能性がある。   On the other hand, when the crystalline negative electrode active material layer 2X does not have a non-contact portion, the crystalline negative electrode active material layer 2X is in contact with the negative electrode current collector 1 over the entire area. The electron conductivity between them increases. On the other hand, since there is no escape field (relaxation space) when the crystalline negative electrode active material layer 2X expands and contracts during the electrode reaction, the negative electrode current collector 1 is deformed under the influence of stress due to the expansion and contraction. there is a possibility.

結晶性負極活物質層2Xは、その内部に、空隙を有していることが好ましい。電極反応時において結晶性負極活物質層2Xが膨張および収縮した場合の逃げ場(緩和スペース)が存在するため、負極活物質層2が膨張および収縮しにくくなるからである。   The crystalline negative electrode active material layer 2X preferably has voids therein. This is because the negative electrode active material layer 2 is less likely to expand and contract because there is a escape field (relaxation space) when the crystalline negative electrode active material layer 2X expands and contracts during the electrode reaction.

また、結晶性負極活物質層2Xは、例えば、溶射法などにより形成されている。負極活物質が結晶性になりやすいため、上記したように、負極活物質の物性が経時変化しにくくなると共に、電極反応時において負極活物質層2の膨張および収縮による応力に耐え得る密着性が維持されやすいからである。また、溶射法は後述する蒸着法などよりも成膜速度が大きいため、生産性に優れているからである。なお、溶射法を用いて結晶性負極活物質層2Xを形成する場合には、例えば、負極材料の材質および形状や、基板の冷却温度や、成膜条件などを調整すれば、結晶性負極活物質層2X中における空隙の有無や、その数およびサイズなどを制御することができる。ただし、結晶性負極活物質層2Xは、負極活物質が結晶性になれば、溶射法以外の方法により形成されていてもよい。   The crystalline negative electrode active material layer 2X is formed by, for example, a thermal spraying method. Since the negative electrode active material is likely to be crystalline, as described above, the physical properties of the negative electrode active material are less likely to change with time, and adhesion that can withstand stress due to expansion and contraction of the negative electrode active material layer 2 during electrode reaction is achieved. This is because it is easy to maintain. Further, the thermal spraying method is superior in productivity because it has a higher deposition rate than the vapor deposition method described later. In the case of forming the crystalline negative electrode active material layer 2X using the thermal spraying method, for example, by adjusting the material and shape of the negative electrode material, the cooling temperature of the substrate, the film forming conditions, etc., the crystalline negative electrode active material layer 2X is adjusted. It is possible to control the presence or absence, the number and size of voids in the material layer 2X. However, the crystalline negative electrode active material layer 2X may be formed by a method other than the thermal spraying method as long as the negative electrode active material becomes crystalline.

非結晶性負極活物質層2Yにおける非結晶性の負極活物質は、例えば、複数の粒子状である。この場合において、非結晶性の負極活物質は、例えば、結晶性負極活物質層2X上に配列されていると共に、その表面に連結されている。非結晶性負極活物質層2Yが結晶性負極活物質層2Xに対して物理的に固定されるため、電極反応時において非結晶性負極活物質層2Yが膨張および収縮しにくくなるからである。この「結晶性負極活物質層2Xに連結されている」ことの意味は、結晶性負極活物質層2Xの「負極集電体1に連結されている」について説明した場合と同様である。   The non-crystalline negative electrode active material in the non-crystalline negative electrode active material layer 2Y is, for example, a plurality of particles. In this case, the non-crystalline negative electrode active material is arranged on the crystalline negative electrode active material layer 2X and connected to the surface thereof, for example. This is because the non-crystalline negative electrode active material layer 2Y is physically fixed to the crystalline negative electrode active material layer 2X, so that the non-crystalline negative electrode active material layer 2Y hardly expands and contracts during the electrode reaction. The meaning of “connected to the crystalline negative electrode active material layer 2X” is the same as the case described for “connected to the negative electrode current collector 1” of the crystalline negative electrode active material layer 2X.

非結晶性負極活物質層2Yは、例えば、蒸着法、スパッタ法あるいはCVD法などの気相法により形成されており、中でも、蒸着法、スパッタ法およびCVD法のうちの少なくとも1種により形成されていることが好ましい。負極活物質が非結晶性になりやすいため、上記したように、電極反応物質の拡散性が向上すると共に、負極の反応性が低減するからである。ただし、非結晶性負極活物質層2Yは、負極活物質が非結晶性になれば、蒸着法等以外の方法により形成されていてもよい。   The non-crystalline negative electrode active material layer 2Y is formed by, for example, a vapor phase method such as a vapor deposition method, a sputtering method, or a CVD method, and is formed by at least one of a vapor deposition method, a sputtering method, and a CVD method. It is preferable. This is because the negative electrode active material is likely to be amorphous, and as described above, the diffusibility of the electrode reactant is improved and the reactivity of the negative electrode is reduced. However, the non-crystalline negative electrode active material layer 2Y may be formed by a method other than vapor deposition as long as the negative electrode active material becomes non-crystalline.

非結晶性の負極活物質が蒸着法などの堆積法により形成される場合には、その非結晶性負極活物質は、単一の堆積工程により形成された単層構造を有していてもよいし、複数回の堆積工程により形成された多層構造を有していてもよい。ただし、堆積時に高熱を伴う場合には、多層構造を有していることが好ましい。負極材料の堆積工程を複数回に分割して行う(負極材料を順次薄く形成して堆積させる)ことにより、その堆積工程を1回で行う場合よりも負極集電体1が高熱に晒される時間が短くなるため、熱的ダメージを受けにくくなるからである。   When the non-crystalline negative electrode active material is formed by a deposition method such as a vapor deposition method, the non-crystalline negative electrode active material may have a single layer structure formed by a single deposition process. However, it may have a multilayer structure formed by a plurality of deposition steps. However, when high temperature is accompanied during deposition, it is preferable to have a multilayer structure. The time during which the negative electrode current collector 1 is exposed to higher heat than the case where the deposition process is performed once by performing the deposition process of the negative electrode material divided into a plurality of times (the negative electrode material is successively formed and deposited). It is because it becomes difficult to receive thermal damage.

結晶性負極活物質層2Xの厚さをT1、非結晶性負極活物質層2Yの厚さをT2としたとき、それらの厚さ比(T1/(T1+T2))は、特に限定されない。上記したように、結晶性負極活物質層2Xおよび非結晶性負極活物質層2Yのそれぞれにより固有の利点が得られるため、いずれか一方だけである場合よりも、多くの(複合的な)利点が得られるからである。   When the thickness of the crystalline negative electrode active material layer 2X is T1, and the thickness of the non-crystalline negative electrode active material layer 2Y is T2, the thickness ratio (T1 / (T1 + T2)) is not particularly limited. As described above, each of the crystalline negative electrode active material layer 2X and the non-crystalline negative electrode active material layer 2Y has unique advantages, and thus has more (composite) advantages than the case where only one of them is provided. This is because

中でも、厚さ比は、0.1以上0.995以下であることが好ましい。負極全体の性能には、非結晶性負極活物質層2Yにより得られる利点(拡散性および反応低減性)よりも、結晶性負極活物質層2Xにより得られる利点(物性経時変化耐性および密着性)が大きな影響を及ぼすからである。この厚さ比は、0.3以上0.95以下であることがより好ましい。より高い効果が得られるからである。なお、厚さT1,T2の決定方法については、後述する(図2参照)。   Especially, it is preferable that thickness ratio is 0.1 or more and 0.995 or less. For the performance of the whole negative electrode, the advantage (physical property change with time and adhesion) obtained by the crystalline negative electrode active material layer 2X rather than the advantage (diffusibility and reaction reduction) obtained by the amorphous negative electrode active material layer 2Y. This is because it has a big influence. The thickness ratio is more preferably 0.3 or more and 0.95 or less. This is because a higher effect can be obtained. A method for determining the thicknesses T1 and T2 will be described later (see FIG. 2).

ここで、負極の詳細な構成例について説明する。   Here, a detailed configuration example of the negative electrode will be described.

図2〜図6は、図1に示した負極の一部を拡大して表している。図2〜図6において、(A)は走査型電子顕微鏡(scanning electron microscope:SEM)写真(二次電子像)であり、(B)は(A)に示したSEM像の模式絵である。   2 to 6 show an enlarged part of the negative electrode shown in FIG. 2 to 6, (A) is a scanning electron microscope (SEM) photograph (secondary electron image), and (B) is a schematic picture of the SEM image shown in (A).

なお、図2、図3および図6では、負極活物質がケイ素の単体である場合を示しており、図4および図5では、負極活物質がケイ素および金属元素を含む材料である場合を示している。また、図2では、結晶性負極活物質層2Xおよび非結晶性負極活物質層2Yが形成された場合を示しており、図3〜図6では、いずれか一方だけが形成された場合を示している。図3〜図6において、いずれか一方だけが形成された場合を示しているのは、それらの断面構造を見やすくするためである。   2, 3 and 6 show the case where the negative electrode active material is a simple substance of silicon, and FIGS. 4 and 5 show the case where the negative electrode active material is a material containing silicon and a metal element. ing. 2 shows a case where the crystalline negative electrode active material layer 2X and the amorphous negative electrode active material layer 2Y are formed, and FIGS. 3 to 6 show a case where only one of them is formed. ing. The case where only one of them is formed in FIGS. 3 to 6 is to make the cross-sectional structure easier to see.

負極活物質層2は、例えば、溶射法などにより負極集電体1上に結晶性負極活物質層2Xが形成されたのち、蒸着法などにより結晶性負極活物質層2X上に非結晶性負極活物質層2Yが形成されたものである。この場合において、結晶性負極活物質層2Xは、結晶性である複数の粒子状の負極活物質(負極活物質粒子201X)を含んでおり、非結晶性負極活物質層2Yは、非結晶性である複数の粒子状の負極活物質(負極活物質粒子201Y)を含んでいる。   For example, after the crystalline negative electrode active material layer 2X is formed on the negative electrode current collector 1 by a spraying method or the like, the negative electrode active material layer 2 is formed on the crystalline negative electrode active material layer 2X by a vapor deposition method or the like. The active material layer 2Y is formed. In this case, the crystalline negative electrode active material layer 2X includes a plurality of crystalline negative electrode active materials (negative electrode active material particles 201X), and the non-crystalline negative electrode active material layer 2Y is non-crystalline. A plurality of particulate negative electrode active materials (negative electrode active material particles 201Y).

結晶性負極活物質層2Xにおいて、複数の負極活物質粒子201Xは、図2〜図5に示したように、負極集電体1の表面に連結されている。負極集電体1が粗面化された電解銅箔などである場合には、その表面に存在する複数の突起部(例えば微粒子)を覆うと共に各突起部間の隙間に入り込むように負極材料が堆積されることにより、負極活物質粒子201Xが成長するからである。   In the crystalline negative electrode active material layer 2X, the plurality of negative electrode active material particles 201X are connected to the surface of the negative electrode current collector 1 as shown in FIGS. When the negative electrode current collector 1 is a roughened electrolytic copper foil or the like, the negative electrode material is formed so as to cover a plurality of protrusions (for example, fine particles) existing on the surface and to enter gaps between the protrusions. This is because the negative electrode active material particles 201X grow by being deposited.

負極活物質粒子201Xは、図2に示したように、負極活物質層2の厚さ方向と交差する方向に配列された単層構造を有していてもよいし、図3〜図5に示したように、負極活物質層2の厚さ方向に積み重ねられた多層構造を有していてもよい。もちろん、両者の構造が混在していてもよい。   The negative electrode active material particles 201X may have a single layer structure arranged in a direction intersecting with the thickness direction of the negative electrode active material layer 2 as shown in FIG. As shown, the negative electrode active material layer 2 may have a multilayer structure stacked in the thickness direction. Of course, both structures may be mixed.

結晶性負極活物質層2Xは、その内部に、複数の空隙202を有している。また、結晶性負極活物質層2Xは、例えば、負極集電体1に対して部分的に連結されており、負極集電体1に接触する部分(接触部分P1)と、負極集電体1に接触しない部分(非接触部分P2)とを有している。   The crystalline negative electrode active material layer 2X has a plurality of voids 202 therein. In addition, the crystalline negative electrode active material layer 2X is partially connected to the negative electrode current collector 1, for example, and a portion in contact with the negative electrode current collector 1 (contact portion P1) and the negative electrode current collector 1 And a portion that does not contact (non-contact portion P2).

負極活物質粒子201Xのうちの一部は、例えば、図4に示したように、扁平状である。すなわち、複数の負極活物質粒子201Xは、扁平粒子201XPを含んでいる。この扁平粒子201XPは、隣り合う負極活物質粒子201Xと重なり合って接触している。   A part of the negative electrode active material particles 201X has a flat shape, for example, as shown in FIG. That is, the plurality of negative electrode active material particles 201X includes flat particles 201XP. The flat particles 201XP overlap and contact the adjacent negative electrode active material particles 201X.

非結晶性負極活物質層2Yにおいて、複数の負極活物質粒子201Yは、結晶性負極活物質層2Xの表面上に配列されている。結晶性負極活物質層2Xが複数の負極活物質粒子201Xを含んでいる場合には、主に、負極活物質粒子201Xごとに負極材料が堆積されることにより、負極活物質粒子201Yが成長するからである。負極活物質粒子201Y間に隙間203が生じているのは、負極活物質粒子201Xごとに負極活物質粒子201Yが成長した証拠である。なお、図2では、負極活物質粒子201Yが単層構造を有している場合を示しており、図6では、負極活物質粒子201Yが多層構造を有している場合を示している。後者の場合には、負極活物質粒子201Yの内部まで隙間203が生じており、その隙間203により負極活物質粒子201Yの各階層が仕切られている。   In the non-crystalline negative electrode active material layer 2Y, the plurality of negative electrode active material particles 201Y are arranged on the surface of the crystalline negative electrode active material layer 2X. When the crystalline negative electrode active material layer 2X includes a plurality of negative electrode active material particles 201X, the negative electrode active material particles 201Y mainly grow by depositing the negative electrode material for each negative electrode active material particle 201X. Because. The gap 203 formed between the negative electrode active material particles 201Y is evidence that the negative electrode active material particles 201Y have grown for each negative electrode active material particle 201X. 2 shows a case where the negative electrode active material particles 201Y have a single layer structure, and FIG. 6 shows a case where the negative electrode active material particles 201Y have a multilayer structure. In the latter case, a gap 203 is formed to the inside of the negative electrode active material particles 201Y, and each layer of the negative electrode active material particles 201Y is partitioned by the gap 203.

なお、負極活物質粒子201Xがケイ素および金属元素を含む場合には、例えば、図4および図5に示したように、負極活物質粒子201Xのうちの一部がケイ素および金属元素を含んでいる。この場合における負極活物質粒子201Xの結晶状態は、合金状態(AP)でもよいし、化合物(相分離)状態(SP)でもよい。なお、ケイ素だけを含んでおり、金属元素を含んでいない負極活物質粒子201Xの状態は、単体状態(MP)である。   In the case where the negative electrode active material particle 201X includes silicon and a metal element, for example, as illustrated in FIGS. 4 and 5, a part of the negative electrode active material particle 201X includes silicon and a metal element. . In this case, the crystal state of the negative electrode active material particles 201X may be an alloy state (AP) or a compound (phase separation) state (SP). Note that the state of the negative electrode active material particles 201X containing only silicon and not containing a metal element is a single state (MP).

これらの負極活物質粒子201Xに関する3つの状態(MP,AP,SP)は、図5中に明確に示されている。すなわち、単体状態(MP)は、均一な灰色の領域として観察される。合金状態(AP)は、均一な白色の領域として観察される。相分離状態(SP)は、灰色部分と白色部分とが混在した領域として観察される。   The three states (MP, AP, SP) related to these negative electrode active material particles 201X are clearly shown in FIG. That is, the single state (MP) is observed as a uniform gray region. The alloy state (AP) is observed as a uniform white area. The phase separation state (SP) is observed as a region where a gray portion and a white portion are mixed.

ここで、厚さT1,T2の決定方法は、以下の通りである。まず、SEM(倍率=500倍)を用いて、負極の断面(図2)をランダムに(観察場所を任意に変更しながら)10枚観察する。続いて、SEM像ごとに、結晶性負極活物質層2Xの厚さT1および非結晶性負極活物質層2Yの厚さT2を測定する。この場合には、負極活物質層2の厚さ方向において負極活物質粒子201X,201Yが重なっている箇所に基準線S(負極集電体1の表面に垂直な線)を引いたのち、その基準線Sに沿って厚さT1,T2を測定する。厚さT1は、基準線Sに沿った負極活物質粒子201Xの下端から上端までの距離であり、厚さT2は、基準線Sに沿った負極活物質粒子201Yの下端から上端までの距離である。なお、上記した負極活物質粒子201Xの下端および上端は、基準線Sに沿って存在する負極活物質粒子201Xの数に応じて異なる。負極活物質粒子201Xが1つだけ存在している場合には、その1つの負極活物質粒子201Cの下端および上端である。これに対して、複数の負極活物質粒子201Xが存在している場合には、最下層の負極活物質粒子201Xの下端および最上層の負極活物質粒子201Xの上端である。このことは、負極活物質粒子20Yの下端および上端についても同様である。最後に、SEM像ごとに測定した厚さT1,T2の平均値を算出して、その平均値を最終的な厚さT1,T2として決定する。なお、負極活物質層2の総厚は、上記した厚さT1,T2の合計である。   Here, a method for determining the thicknesses T1 and T2 is as follows. First, using a SEM (magnification = 500 times), 10 cross-sections (FIG. 2) of the negative electrode are observed randomly (while the observation location is arbitrarily changed). Subsequently, for each SEM image, the thickness T1 of the crystalline negative electrode active material layer 2X and the thickness T2 of the amorphous negative electrode active material layer 2Y are measured. In this case, after drawing a reference line S (a line perpendicular to the surface of the negative electrode current collector 1) at a position where the negative electrode active material particles 201X and 201Y overlap in the thickness direction of the negative electrode active material layer 2, The thicknesses T1 and T2 are measured along the reference line S. The thickness T1 is the distance from the lower end to the upper end of the negative electrode active material particle 201X along the reference line S, and the thickness T2 is the distance from the lower end to the upper end of the negative electrode active material particle 201Y along the reference line S. is there. Note that the lower end and the upper end of the negative electrode active material particles 201X described above vary depending on the number of the negative electrode active material particles 201X present along the reference line S. When only one negative electrode active material particle 201X is present, it is the lower end and the upper end of one negative electrode active material particle 201C. In contrast, when a plurality of negative electrode active material particles 201X are present, they are the lower end of the lowermost negative electrode active material particle 201X and the upper end of the uppermost negative electrode active material particle 201X. The same applies to the lower end and the upper end of the negative electrode active material particles 20Y. Finally, an average value of the thicknesses T1 and T2 measured for each SEM image is calculated, and the average value is determined as the final thickness T1 and T2. The total thickness of the negative electrode active material layer 2 is the sum of the thicknesses T1 and T2 described above.

この負極は、例えば、以下の手順により製造される。   This negative electrode is manufactured, for example, by the following procedure.

最初に、粗面化された電解銅箔などからなる負極集電体1を準備する。続いて、溶射法などを用いて負極集電体1の表面に負極材料を堆積させて、結晶性の負極活物質を含む結晶性負極活物質層2X(厚さT1)を形成する。最後に、蒸着法などを用いて結晶性負極活物質層2Xの表面に負極材料を堆積させて、非結晶性の負極活物質を含む非結晶性負極活物質層2Y(厚さT2)を形成する。これにより、結晶性負極活物質層2Xおよび非結晶性負極活物質層2Yがこの順に積層された負極活物質層2が形成されるため、負極が完成する。   First, a negative electrode current collector 1 made of a roughened electrolytic copper foil or the like is prepared. Subsequently, a negative electrode material is deposited on the surface of the negative electrode current collector 1 using a thermal spraying method or the like to form a crystalline negative electrode active material layer 2X (thickness T1) containing a crystalline negative electrode active material. Finally, a negative electrode material is deposited on the surface of the crystalline negative electrode active material layer 2X using a vapor deposition method or the like to form an amorphous negative electrode active material layer 2Y (thickness T2) containing an amorphous negative electrode active material. To do. Thereby, since the negative electrode active material layer 2 in which the crystalline negative electrode active material layer 2X and the amorphous negative electrode active material layer 2Y are laminated in this order is formed, the negative electrode is completed.

負極活物質層2を形成する場合には、例えば、結晶性負極活物質層2Xおよび非結晶性負極活物質層2Yの形成工程において負極材料の堆積時間などを調整して、厚さ比(T1/(T1+T2))を変化させることができる。   When the negative electrode active material layer 2 is formed, for example, the deposition time of the negative electrode material is adjusted in the step of forming the crystalline negative electrode active material layer 2X and the non-crystalline negative electrode active material layer 2Y, and the thickness ratio (T1 / (T1 + T2)) can be changed.

この負極によれば、負極活物質層2は、負極集電体1上に形成されると共に結晶性の負極活物質を含む結晶性負極活物質層2Xと、その結晶性負極活物質層2X上に形成されると共に非結晶性の負極活物質を含む非結晶性負極活物質層2Yとを含んでいる。この場合には、負極活物質層2が非結晶性負極活物質層2Yだけからなる場合よりも、負極活物質の物性が経時変化しにくくなると共に、電極反応時において負極活物質層2の膨張および収縮による応力に耐え得る密着性が維持される。また、負極活物質層2が結晶性負極活物質層2Xだけからなる場合よりも、電極反応物質の拡散性(出入りしやすさ)が向上すると共に、負極の反応性が低減する。したがって、負極を用いた電気化学デバイスの性能向上に寄与することができる。より具体的には、負極が二次電池に用いられる場合には、優れたサイクル特性および膨れ特性が得られる。   According to this negative electrode, the negative electrode active material layer 2 is formed on the negative electrode current collector 1 and includes a crystalline negative electrode active material layer 2X containing a crystalline negative electrode active material, and the crystalline negative electrode active material layer 2X. And a non-crystalline negative electrode active material layer 2Y including a non-crystalline negative electrode active material. In this case, the physical properties of the negative electrode active material are less likely to change over time than the case where the negative electrode active material layer 2 is made of only the amorphous negative electrode active material layer 2Y, and the negative electrode active material layer 2 expands during the electrode reaction. In addition, adhesion that can withstand stress due to shrinkage is maintained. Further, the diffusibility (ease of entering and exiting) of the electrode reactant is improved and the reactivity of the negative electrode is reduced as compared with the case where the negative electrode active material layer 2 is composed of only the crystalline negative electrode active material layer 2X. Therefore, it can contribute to the performance improvement of the electrochemical device using a negative electrode. More specifically, when the negative electrode is used for a secondary battery, excellent cycle characteristics and swelling characteristics can be obtained.

特に、結晶性負極活物質層2Xにおいて、結晶性の負極活物質のうちの少なくとも一部が扁平状であれば、より高い効果を得ることができる。また、X線回折により得られる結晶性の負極活物質の(111)結晶面における回折ピークの半値幅が20°以下であり、あるいは同結晶面に起因する結晶子サイズが100nm以上であれば、より高い効果を得ることができる。   In particular, in the crystalline negative electrode active material layer 2X, if at least a part of the crystalline negative electrode active material is flat, a higher effect can be obtained. If the half width of the diffraction peak at the (111) crystal plane of the crystalline negative electrode active material obtained by X-ray diffraction is 20 ° or less, or the crystallite size resulting from the crystal plane is 100 nm or more, A higher effect can be obtained.

また、結晶性負極活物質層2Xおよび非結晶性負極活物質層2Yの厚さ比(T1/(T1+T2))が0.1以上0.995以下、好ましくは0.3以上0.95以下であれば、より高い効果を得ることができる。   Further, the thickness ratio (T1 / (T1 + T2)) of the crystalline negative electrode active material layer 2X and the amorphous negative electrode active material layer 2Y is 0.1 to 0.995, preferably 0.3 to 0.95. If so, a higher effect can be obtained.

また、負極活物質が酸素を含み、その負極活物質中の酸素含有量が1.5原子数%以上40原子数%以下であり、あるいは負極活物質が鉄などの金属元素を含んでいれば、より高い効果を得ることができる。同様に、負極活物質が高酸素含有領域および低酸素含有領域を含んでいれば、より高い効果を得ることができる。   In addition, if the negative electrode active material contains oxygen and the oxygen content in the negative electrode active material is 1.5 atomic% to 40 atomic%, or the negative electrode active material contains a metal element such as iron Higher effects can be obtained. Similarly, if the negative electrode active material includes a high oxygen content region and a low oxygen content region, a higher effect can be obtained.

また、負極集電体1の表面が粗面化されていれば、負極集電体1に対する負極活物質層2の密着性を向上させることができる。この場合には、負極集電体1の表面の十点平均粗さRzが1.5μm以上、好ましくは3μm以上30μm以下であれば、より高い効果を得ることができる。   Further, if the surface of the negative electrode current collector 1 is roughened, the adhesion of the negative electrode active material layer 2 to the negative electrode current collector 1 can be improved. In this case, a higher effect can be obtained if the ten-point average roughness Rz of the surface of the negative electrode current collector 1 is 1.5 μm or more, preferably 3 μm or more and 30 μm or less.

<2.二次電池>
次に、上記した負極の使用例について説明する。ここで、電気化学デバイスの一例として二次電池を例に挙げると、上記した負極は、以下のようにして用いられる。
<2. Secondary battery>
Next, usage examples of the above-described negative electrode will be described. Here, taking a secondary battery as an example of an electrochemical device, the above-described negative electrode is used as follows.

<2−1.第1の二次電池>
図7および図8は、第1の二次電池の断面構成を表しており、図8では、図7に示したVIII−VIII線に沿った断面を示している。ここで説明する二次電池は、例えば、負極の容量が電極反応物質であるリチウムイオンの吸蔵および放出により表されるリチウムイオン二次電池である。
<2-1. First secondary battery>
7 and 8 show a cross-sectional configuration of the first secondary battery, and FIG. 8 shows a cross section taken along the line VIII-VIII shown in FIG. The secondary battery described here is, for example, a lithium ion secondary battery in which the capacity of the negative electrode is expressed by insertion and extraction of lithium ions that are electrode reactants.

[二次電池の全体構成]
この二次電池は、主に、電池缶11の内部に、扁平な巻回構造を有する電池素子20が収納されたものである。
[Overall structure of secondary battery]
In the secondary battery, a battery element 20 having a flat winding structure is mainly accommodated in a battery can 11.

電池缶11は、例えば、角型の外装部材である。この角型の外装部材とは、図8に示したように、長手方向における断面が矩形型あるいは略矩形型(一部に曲線を含む)の形状を有するものであり、矩形状だけでなくオーバル形状も含むものである。より具体的には、角型の外装部材とは、矩形状あるいは円弧を直線で結んだ略矩形状(長円形状)の開口部を有する有底矩形型あるいは有底長円形状型の器状部材である。なお、図8では、電池缶11が矩形型の断面形状を有する場合を示している。このような電池缶11を含む電池構造は、角型と呼ばれている。   The battery can 11 is, for example, a square exterior member. As shown in FIG. 8, the rectangular exterior member has a cross section in the longitudinal direction of a rectangular shape or a substantially rectangular shape (including a curve in part). The shape is also included. More specifically, the square-shaped exterior member is a bottomed rectangular or bottomed oval shaped container having a rectangular shape or a substantially rectangular (oval shape) opening formed by connecting arcs with straight lines. It is a member. FIG. 8 shows a case where the battery can 11 has a rectangular cross-sectional shape. Such a battery structure including the battery can 11 is called a square shape.

この電池缶11は、例えば、鉄、アルミニウムあるいはそれらの合金などにより構成されており、電極端子としての機能を有している場合もある。中でも、充放電時に電池缶11の固さ(変形しにくさ)を利用して電池膨れを抑えるために、アルミニウムよりも固い鉄が好ましい。なお、電池缶11が鉄により構成される場合には、例えば、電池缶11の表面にニッケルなどの鍍金が施されていてもよい。   The battery can 11 is made of, for example, iron, aluminum, or an alloy thereof, and may have a function as an electrode terminal. Among these, iron that is harder than aluminum is preferable in order to suppress battery swelling by utilizing the hardness (hardness of deformation) of the battery can 11 during charging and discharging. When the battery can 11 is made of iron, for example, the surface of the battery can 11 may be plated with nickel or the like.

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

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

電池蓋13の周縁付近には、開裂弁18および注入孔19が設けられている。開裂弁18は、電池蓋13と電気的に接続されており、内部短絡、あるいは外部からの加熱などに起因して電池内圧が一定以上となった場合に、電池蓋13から切り離されて内圧を開放するようになっている。注入孔19は、例えば、ステンレス鋼球などからなる封止部材19Aにより塞がれている。   In the vicinity of the periphery of the battery lid 13, a cleavage valve 18 and an injection hole 19 are provided. The cleavage valve 18 is electrically connected to the battery lid 13, and is disconnected from the battery lid 13 to reduce the internal pressure when the internal pressure of the battery exceeds a certain level due to an internal short circuit or external heating. It is designed to be opened. The injection hole 19 is closed by a sealing member 19A made of, for example, a stainless steel ball.

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

[正極]
正極21は、例えば、正極集電体21Aの両面に正極活物質層21Bが設けられたものである。ただし、正極活物質層21Bは、正極集電体21Aの片面だけに設けられていてもよい。
[Positive electrode]
The positive electrode 21 is, for example, one in which a positive electrode active material layer 21B is provided on both surfaces of a positive electrode current collector 21A. However, the positive electrode active material layer 21B may be provided only on one surface of the positive electrode current collector 21A.

正極集電体21Aは、例えば、アルミニウム、ニッケルあるいはステンレスなどにより構成されている。   The positive electrode current collector 21A is made of, for example, aluminum, nickel, stainless steel, or the like.

正極活物質層21Bは、正極活物質として、リチウムイオンを吸蔵および放出することが可能な正極材料のいずれか1種あるいは2種以上を含んでおり、必要に応じて、正極結着剤あるいは正極導電剤などの他の材料を含んでいてもよい。   The positive electrode active material layer 21B includes one or more positive electrode materials capable of inserting and extracting lithium ions as a positive electrode active material, and a positive electrode binder or a positive electrode as necessary. Other materials such as a conductive agent may be included.

正極材料としては、リチウム含有化合物が好ましい。高いエネルギー密度が得られるからである。このリチウム含有化合物としては、例えば、リチウムと遷移金属元素とを構成元素として含む複合酸化物、あるいはリチウムと遷移金属元素とを構成元素として含むリン酸化合物などが挙げられる。中でも、遷移金属元素としてコバルト、ニッケル、マンガンおよび鉄のうちの少なくとも1種を含むものが好ましい。より高い電圧が得られるからである。その化学式は、例えば、Lix M1O2 あるいはLiy M2PO4 で表される。式中、M1およびM2は、1種類以上の遷移金属元素を表す。また、xおよびyの値は、充放電状態に応じて異なり、通常、0.05≦x≦1.10、0.05≦y≦1.10である。 As the positive electrode material, a lithium-containing compound is preferable. This is because a high energy density can be obtained. Examples of the lithium-containing compound include a composite oxide containing lithium and a transition metal element as constituent elements, or a phosphate compound containing lithium and a transition metal element as constituent elements. Especially, what contains at least 1 sort (s) of cobalt, nickel, manganese, and iron as a transition metal element is preferable. This is because a higher voltage can be obtained. The chemical formula is represented by, for example, Li x M1O 2 or Li y M2PO 4 . In the formula, M1 and M2 represent one or more transition metal elements. Moreover, the values of x and y vary depending on the charge / discharge state, and are generally 0.05 ≦ x ≦ 1.10 and 0.05 ≦ y ≦ 1.10.

リチウムと遷移金属元素とを含む複合酸化物としては、例えば、リチウムコバルト複合酸化物(Lix CoO2 )、リチウムニッケル複合酸化物(Lix NiO2 )、あるいは式(12)で表されるリチウムニッケル系複合酸化物などが挙げられる。また、リチウムと遷移金属元素とを含むリン酸化合物としては、例えば、リチウム鉄リン酸化合物(LiFePO4 )あるいはリチウム鉄マンガンリン酸化合物(LiFe1-u Mnu PO4 (u<1))などが挙げられる。高い電池容量が得られると共に、優れたサイクル特性も得られるからである。 Examples of the composite oxide containing lithium and a transition metal element include lithium cobalt composite oxide (Li x CoO 2 ), lithium nickel composite oxide (Li x NiO 2 ), or lithium represented by the formula (12). Examples include nickel-based composite oxides. Examples of the phosphate compound containing lithium and a transition metal element include a lithium iron phosphate compound (LiFePO 4 ) or a lithium iron manganese phosphate compound (LiFe 1-u Mn u PO 4 (u <1)). Is mentioned. This is because high battery capacity is obtained and excellent cycle characteristics are also obtained.

LiNi1-x x 2 …(12)
(Mはコバルト、マンガン、鉄、アルミニウム、バナジウム、スズ、マグネシウム、チタン、ストロンチウム、カルシウム、ジルコニウム、モリブデン、テクネチウム、ルテニウム、タンタル、タングステン、レニウム、イッテルビウム、銅、亜鉛、バリウム、ホウ素、クロム、ケイ素、ガリウム、リン、アンチモンおよびニオブのうちの少なくとも1種である。xは0.005<x<0.5である。)
LiNi 1-x M x O 2 (12)
(M is cobalt, manganese, iron, aluminum, vanadium, tin, magnesium, titanium, strontium, calcium, zirconium, molybdenum, technetium, ruthenium, tantalum, tungsten, rhenium, ytterbium, copper, zinc, barium, boron, chromium, silicon And at least one of gallium, phosphorus, antimony, and niobium, and x is 0.005 <x <0.5.)

この他、正極材料としては、例えば、酸化物、二硫化物、カルコゲン化物あるいは導電性高分子などが挙げられる。酸化物は、例えば、酸化チタン、酸化バナジウムあるいは二酸化マンガンなどである。二硫化物は、例えば、二硫化チタンあるいは硫化モリブデンなどである。カルコゲン化物は、例えば、セレン化ニオブなどである。導電性高分子は、例えば、硫黄、ポリアニリンあるいはポリチオフェンなどである。   In addition, examples of the positive electrode material include oxides, disulfides, chalcogenides, and conductive polymers. Examples of the oxide include titanium oxide, vanadium oxide, and manganese dioxide. Examples of the disulfide include titanium disulfide and molybdenum sulfide. An example of the chalcogenide is niobium selenide. Examples of the conductive polymer include sulfur, polyaniline, and polythiophene.

もちろん、正極材料は、上記以外のものであってもよい。また、上記した一連の正極材料は、任意の組み合わせで2種以上混合されてもよい。   Of course, the positive electrode material may be other than the above. Further, two or more kinds of the series of positive electrode materials described above may be mixed in any combination.

正極結着剤としては、例えば、スチレンブタジエン系ゴム、フッ素系ゴムあるいはエチレンプロピレンジエンなどの合成ゴムや、ポリフッ化ビニリデンなどの高分子材料が挙げられる。これらは単独でもよいし、複数種が混合されてもよい。   Examples of the positive electrode binder include synthetic rubbers such as styrene butadiene rubber, fluorine rubber, and ethylene propylene diene, and polymer materials such as polyvinylidene fluoride. These may be single and multiple types may be mixed.

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

[負極]
負極22は、例えば、負極集電体22Aの両面に負極活物質層22Bが設けられたものである。負極集電体22Aおよび負極活物質層22Bの構成は、それぞれ上記した負極における負極集電体1および負極活物質層2の構成と同様である。すなわち、負極活物質層22Bは、結晶性の負極活物質を含む結晶性負極活物質層および非結晶性の負極活物質を含む非結晶性負極活物質層がこの順に積層された構造を含んでいる。この負極22において、リチウムイオンを吸蔵および放出することが可能な負極材料の充電可能な容量は、正極21の放電容量よりも大きくなっていることが好ましい。充電時においてリチウム金属が意図せずに析出することを防止するためである。
[Negative electrode]
In the negative electrode 22, for example, a negative electrode active material layer 22B is provided on both surfaces of a negative electrode current collector 22A. The configurations of the negative electrode current collector 22A and the negative electrode active material layer 22B are the same as the configurations of the negative electrode current collector 1 and the negative electrode active material layer 2 in the above-described negative electrode, respectively. That is, the negative electrode active material layer 22B includes a structure in which a crystalline negative electrode active material layer containing a crystalline negative electrode active material and an amorphous negative electrode active material layer containing a non-crystalline negative electrode active material are laminated in this order. Yes. In this negative electrode 22, the chargeable capacity of the negative electrode material capable of inserting and extracting lithium ions is preferably larger than the discharge capacity of the positive electrode 21. This is to prevent unintentional precipitation of lithium metal during charging.

図9は、図8に示した正極21および負極22の平面構成を模式的に表している。なお、図9では、正極21における正極活物質層21Bおよび負極22における負極活物質層22Bの形成範囲に網掛けを施している。   FIG. 9 schematically shows a planar configuration of the positive electrode 21 and the negative electrode 22 shown in FIG. In FIG. 9, the formation ranges of the positive electrode active material layer 21 </ b> B in the positive electrode 21 and the negative electrode active material layer 22 </ b> B in the negative electrode 22 are shaded.

正極活物質層21Bは、例えば、正極集電体21Aの表面の一部(例えば、長手方向における中央領域)に設けられている。これに対して、負極活物質層22Bは、例えば、負極集電体22Aの表面の全体に設けられている。すなわち、負極活物質層22Bは、負極集電体22A上において、正極活物質層21Bと対向する領域(対向領域R1)および対向しない領域(非対向領域R2)に設けられている。この場合には、負極活物質層22Bのうち、対向領域R1に設けられている部分が充放電に寄与し、非対向領域R2に設けられている部分は充放電にほとんど寄与しない。   The positive electrode active material layer 21B is provided, for example, on a part of the surface of the positive electrode current collector 21A (for example, a central region in the longitudinal direction). On the other hand, the negative electrode active material layer 22B is provided on the entire surface of the negative electrode current collector 22A, for example. That is, the negative electrode active material layer 22B is provided on the negative electrode current collector 22A in a region facing the positive electrode active material layer 21B (opposing region R1) and a region not facing (non-opposing region R2). In this case, in the negative electrode active material layer 22B, the portion provided in the facing region R1 contributes to charging / discharging, and the portion provided in the non-facing region R2 hardly contributes to charging / discharging.

上記したように、負極活物質層22Bは、結晶性負極活物質層および非結晶性負極活物質層がこの順に積層された構造を含んでいる。しかしながら、充放電時において負極活物質層22Bが膨張および収縮すると、それによる応力の影響を受けて上記した積層構造(結晶性負極活物質層および非結晶性負極活物質層の位置関係)が乱される可能性がある。この場合において、非対向領域R2では、充放電の影響をほとんど受けず、負極活物質層22Bの積層構造が形成直後の状態のまま維持される。このため、負極活物質層22Bが積層構造を有しているどうかを確認する場合には、非対向領域R2における負極活物質層22Bについて調べることが好ましい。充放電の履歴(充放電の有無および回数など)に依存せず、負極活物質層22Bが積層構造を有しているかどうかを再現性よく正確に調べることができるからである。   As described above, the negative electrode active material layer 22B includes a structure in which a crystalline negative electrode active material layer and an amorphous negative electrode active material layer are stacked in this order. However, when the negative electrode active material layer 22B expands and contracts during charge and discharge, the above-described stacked structure (positional relationship between the crystalline negative electrode active material layer and the amorphous negative electrode active material layer) is disturbed due to the stress caused thereby. There is a possibility that. In this case, the non-facing region R2 is hardly affected by charging / discharging, and the laminated structure of the negative electrode active material layer 22B is maintained as it is immediately after formation. For this reason, when confirming whether the negative electrode active material layer 22B has a laminated structure, it is preferable to investigate the negative electrode active material layer 22B in the non-facing region R2. This is because whether or not the negative electrode active material layer 22B has a laminated structure can be accurately examined with good reproducibility without depending on the charge / discharge history (the presence / absence and number of times of charge / discharge).

[セパレータ]
セパレータ23は、正極21と負極22とを隔離し、両極の接触に起因する短絡を防止しながらリチウムイオンを通過させるものである。このセパレータ23は、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレンあるいはポリエチレンなどの合成樹脂からなる多孔質膜や、セラミックからなる多孔質膜などにより構成されている。なお、セパレータ23は、2種以上の多孔質膜が積層されたものであってもよい。
[Separator]
The separator 23 separates the positive electrode 21 and the negative electrode 22 and allows lithium ions to pass through while preventing a short circuit due to contact between the two electrodes. The separator 23 is made of, for example, a porous film made of a synthetic resin such as polytetrafluoroethylene, polypropylene, or polyethylene, or a porous film made of ceramic. The separator 23 may be a laminate of two or more porous films.

[電解質]
このセパレータ23には、液状の電解質である電解液が含浸されている。この電解液は、溶媒に電解質塩が溶解されたものであり、必要に応じて、各種添加剤などの他の材料を含んでいてもよい。
[Electrolytes]
The separator 23 is impregnated with an electrolytic solution that is a liquid electrolyte. This electrolytic solution is obtained by dissolving an electrolyte salt in a solvent, and may contain other materials such as various additives as necessary.

溶媒は、例えば、有機溶剤などの非水溶媒のいずれか1種あるいは2種以上を含んでいる。以下で説明する一連の溶媒(非水溶媒)は、単独でもよいし、2種以上混合されてもよい。   The solvent contains, for example, one or more of nonaqueous solvents such as organic solvents. A series of solvents (nonaqueous solvent) described below may be used alone or in combination of two or more.

非水溶媒としては、例えば、以下のものが挙げられる。炭酸エチレン、炭酸プロピレン、炭酸ブチレン、炭酸ジメチル、炭酸ジエチル、炭酸エチルメチル、炭酸メチルプロピル、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、1,2−ジメトキシエタンあるいはテトラヒドロフランである。また、2−メチルテトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン、1,3−ジオキソラン、4−メチル−1,3−ジオキソラン、1,3−ジオキサンあるいは1,4−ジオキサンである。また、酢酸メチル、酢酸エチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、酪酸メチル、イソ酪酸メチル、トリメチル酢酸メチルあるいはトリメチル酢酸エチルである。また、アセトニトリル、グルタロニトリル、アジポニトリル、メトキシアセトニトリル、3−メトキシプロピオニトリル、N,N−ジメチルホルムアミド、N−メチルピロリジノンあるいはN−メチルオキサゾリジノンである。さらに、N,N’−ジメチルイミダゾリジノン、ニトロメタン、ニトロエタン、スルホラン、燐酸トリメチルあるいはジメチルスルホキシドである。優れた電池容量、サイクル特性および保存特性などが得られるからである。   Examples of the non-aqueous solvent include the following. Ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, methyl propyl carbonate, γ-butyrolactone, γ-valerolactone, 1,2-dimethoxyethane or tetrahydrofuran. Also, 2-methyltetrahydrofuran, tetrahydropyran, 1,3-dioxolane, 4-methyl-1,3-dioxolane, 1,3-dioxane, or 1,4-dioxane. Further, methyl acetate, ethyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, methyl butyrate, methyl isobutyrate, methyl trimethyl acetate or ethyl trimethyl acetate. Acetonitrile, glutaronitrile, adiponitrile, methoxyacetonitrile, 3-methoxypropionitrile, N, N-dimethylformamide, N-methylpyrrolidinone or N-methyloxazolidinone. Further, N, N'-dimethylimidazolidinone, nitromethane, nitroethane, sulfolane, trimethyl phosphate or dimethyl sulfoxide. This is because excellent battery capacity, cycle characteristics, storage characteristics, and the like can be obtained.

中でも、炭酸エチレン、炭酸プロピレン、炭酸ジメチル、炭酸ジエチルおよび炭酸エチルメチルのうちの少なくとも1種が好ましい。優れた電池容量、サイクル特性および保存特性などが得られるからである。この場合には、炭酸エチレンあるいは炭酸プロピレンなどの高粘度(高誘電率)溶媒(例えば比誘電率ε≧30)と、炭酸ジメチル、炭酸エチルメチルあるいは炭酸ジエチルなどの低粘度溶媒(例えば粘度≦1mPa・s)との組み合わせがより好ましい。電解質塩の解離性およびイオンの移動度が向上するからである。   Among these, at least one of ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and ethyl methyl carbonate is preferable. This is because excellent battery capacity, cycle characteristics, storage characteristics, and the like can be obtained. In this case, a high viscosity (high dielectric constant) solvent such as ethylene carbonate or propylene carbonate (for example, a relative dielectric constant ε ≧ 30) and a low viscosity solvent such as dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate or diethyl carbonate (for example, viscosity ≦ 1 mPas). -A combination with s) is more preferred. This is because the dissociation property of the electrolyte salt and the ion mobility are improved.

特に、溶媒は、式(1)で表されるハロゲン化鎖状炭酸エステルおよび式(2)で表されるハロゲン化環状炭酸エステルのうちの少なくとも1種を含んでいることが好ましい。充放電時において負極22の表面に安定な保護膜が形成されるため、電解液の分解反応が抑制されるからである。「ハロゲン化鎖状炭酸エステル」とは、ハロゲンを構成元素として含む鎖状炭酸エステルであり、「ハロゲン化環状炭酸エステル」とは、ハロゲンを構成元素として含む環状炭酸エステルである。なお、式(1)中のR11〜R16は、同一でもよいし、異なってもよい。式(2)中のR17〜R20についても、同様である。   In particular, the solvent preferably contains at least one of a halogenated chain carbonate represented by the formula (1) and a halogenated cyclic carbonate represented by the formula (2). This is because a stable protective film is formed on the surface of the negative electrode 22 at the time of charge and discharge, so that the decomposition reaction of the electrolytic solution is suppressed. “Halogenated chain carbonate ester” is a chain carbonate ester containing halogen as a constituent element, and “halogenated cyclic carbonate ester” is a cyclic carbonate ester containing halogen as a constituent element. In addition, R11-R16 in Formula (1) may be the same, and may differ. The same applies to R17 to R20 in the formula (2).

Figure 2010147006
(R11〜R16は水素基、ハロゲン基、アルキル基あるいはハロゲン化アルキル基であり、それらのうちの少なくとも1つはハロゲン基あるいはハロゲン化アルキル基である。)
Figure 2010147006
(R11 to R16 are a hydrogen group, a halogen group, an alkyl group or a halogenated alkyl group, and at least one of them is a halogen group or a halogenated alkyl group.)

Figure 2010147006
(R17〜R20は水素基、ハロゲン基、アルキル基あるいはハロゲン化アルキル基であり、それらのうちの少なくとも1つはハロゲン基あるいはハロゲン化アルキル基である。)
Figure 2010147006
(R17 to R20 are a hydrogen group, a halogen group, an alkyl group or a halogenated alkyl group, and at least one of them is a halogen group or a halogenated alkyl group.)

ハロゲンの種類は、特に限定されないが、中でも、フッ素、塩素あるいは臭素が好ましく、フッ素がより好ましい。他のハロゲンよりも高い効果が得られるからである。ただし、ハロゲンの数は、1つよりも2つが好ましく、さらに3つ以上でもよい。保護膜を形成する能力が高くなり、より強固で安定な保護膜が形成されるため、電解液の分解反応がより抑制されるからである。   The kind of halogen is not particularly limited, but among them, fluorine, chlorine or bromine is preferable, and fluorine is more preferable. This is because an effect higher than that of other halogens can be obtained. However, the number of halogens is preferably two rather than one, and may be three or more. This is because the ability to form a protective film is increased and a stronger and more stable protective film is formed, so that the decomposition reaction of the electrolytic solution is further suppressed.

式(1)に示したハロゲン化鎖状炭酸エステルとしては、例えば、炭酸フルオロメチルメチル、炭酸ビス(フルオロメチル)あるいは炭酸ジフルオロメチルメチルなどが挙げられる。   Examples of the halogenated chain carbonate represented by the formula (1) include fluoromethyl methyl carbonate, bis (fluoromethyl) carbonate, difluoromethyl methyl carbonate, and the like.

式(2)に示したハロゲン化環状炭酸エステルとしては、例えば、式(2−1)〜式(2−21)で表される一連の化合物が挙げられる。このハロゲン化環状炭酸エステルには、幾何異性体も含まれる。   Examples of the halogenated cyclic carbonate represented by the formula (2) include a series of compounds represented by the formula (2-1) to the formula (2-21). This halogenated cyclic carbonate includes geometric isomers.

Figure 2010147006
Figure 2010147006

Figure 2010147006
Figure 2010147006

中でも、式(2−1)に示した4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンあるいは式(2−3)に示した4,5−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンが好ましく、後者がより好ましい。特に、4,5−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンとしては、シス異性体よりもトランス異性体が好ましい。容易に入手可能であると共に、高い効果が得られるからである。   Among them, 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one represented by the formula (2-1) or 4,5-difluoro-1,3-dioxolan-2-one represented by the formula (2-3) is preferable. The latter is preferred and the latter is more preferred. In particular, 4,5-difluoro-1,3-dioxolan-2-one is preferably a trans isomer rather than a cis isomer. This is because it is easily available and a high effect can be obtained.

また、溶媒は、式(3)〜式(5)で表される不飽和炭素結合環状炭酸エステルのうちの少なくとも1種を含んでいることが好ましい。充放電時において負極22の表面に安定な保護膜が形成されるため、電解液の分解反応が抑制されるからである。「不飽和炭素結合環状炭酸エステル」とは、不飽和炭素結合を有する環状炭酸エステルである。   Moreover, it is preferable that the solvent contains at least 1 sort (s) of the unsaturated carbon bond cyclic carbonate represented by Formula (3)-Formula (5). This is because a stable protective film is formed on the surface of the negative electrode 22 at the time of charge and discharge, so that the decomposition reaction of the electrolytic solution is suppressed. The “unsaturated carbon bond cyclic ester carbonate” is a cyclic ester carbonate having an unsaturated carbon bond.

Figure 2010147006
(R21およびR22は水素基あるいはアルキル基である。)
Figure 2010147006
(R21 and R22 are a hydrogen group or an alkyl group.)

Figure 2010147006
(R23〜R26は水素基、アルキル基、ビニル基あるいはアリル基であり、それらのうちの少なくとも1つはビニル基あるいはアリル基である。)
Figure 2010147006
(R23 to R26 are a hydrogen group, an alkyl group, a vinyl group, or an allyl group, and at least one of them is a vinyl group or an allyl group.)

Figure 2010147006
(R27はアルキレン基である。)
Figure 2010147006
(R27 is an alkylene group.)

式(3)に示した不飽和炭素結合環状炭酸エステルは、炭酸ビニレン系化合物である。この炭酸ビニレン系化合物としては、例えば、以下のものが挙げられる。炭酸ビニレン(1,3−ジオキソール−2−オン)、炭酸メチルビニレン(4−メチル−1,3−ジオキソール−2−オン)あるいは炭酸エチルビニレン(4−エチル−1,3−ジオキソール−2−オン)である。また、4,5−ジメチル−1,3−ジオキソール−2−オン、4,5−ジエチル−1,3−ジオキソール−2−オン、4−フルオロ−1,3−ジオキソール−2−オンあるいは4−トリフルオロメチル−1,3−ジオキソール−2−オンである。中でも、炭酸ビニレンが好ましい。容易に入手可能であると共に、高い効果が得られるからである。   The unsaturated carbon bond cyclic ester carbonate shown in Formula (3) is a vinylene carbonate compound. Examples of the vinylene carbonate-based compound include the following. Vinylene carbonate (1,3-dioxol-2-one), methyl vinylene carbonate (4-methyl-1,3-dioxol-2-one) or ethyl vinylene carbonate (4-ethyl-1,3-dioxol-2-one) ). 4,5-dimethyl-1,3-dioxol-2-one, 4,5-diethyl-1,3-dioxol-2-one, 4-fluoro-1,3-dioxol-2-one or 4- Trifluoromethyl-1,3-dioxol-2-one. Among these, vinylene carbonate is preferable. This is because it is easily available and a high effect can be obtained.

式(4)に示した不飽和炭素結合環状炭酸エステルは、炭酸ビニルエチレン系化合物である。炭酸ビニルエチレン系化合物としては、例えば、以下のものが挙げられる。炭酸ビニルエチレン(4−ビニル−1,3−ジオキソラン−2−オン)、4−メチル−4−ビニル−1,3−ジオキソラン−2−オンあるいは4−エチル−4−ビニル−1,3−ジオキソラン−2−オンである。また、4−n−プロピル−4−ビニル−1,3−ジオキソラン−2−オン、5−メチル−4−ビニル−1,3−ジオキソラン−2−オン、4,4−ジビニル−1,3−ジオキソラン−2−オンあるいは4,5−ジビニル−1,3−ジオキソラン−2−オンである。中でも、炭酸ビニルエチレンが好ましい。容易に入手可能であると共に、高い効果が得られるからである。もちろん、R23〜R26としては、全てがビニル基でもよいし、全てがアリル基でもよいし、ビニル基とアリル基とが混在していてもよい。   The unsaturated carbon bond cyclic carbonate represented by the formula (4) is a vinyl ethylene carbonate compound. Examples of the vinyl carbonate-based compound include the following. Vinyl ethylene carbonate (4-vinyl-1,3-dioxolan-2-one), 4-methyl-4-vinyl-1,3-dioxolan-2-one or 4-ethyl-4-vinyl-1,3-dioxolane -2-one. Further, 4-n-propyl-4-vinyl-1,3-dioxolan-2-one, 5-methyl-4-vinyl-1,3-dioxolan-2-one, 4,4-divinyl-1,3- Dioxolan-2-one or 4,5-divinyl-1,3-dioxolan-2-one. Of these, vinyl ethylene carbonate is preferred. This is because it is easily available and a high effect can be obtained. Of course, as R23 to R26, all may be vinyl groups, all may be allyl groups, or vinyl groups and allyl groups may be mixed.

式(5)に示した不飽和炭素結合環状炭酸エステルは、炭酸メチレンエチレン系化合物である。炭酸メチレンエチレン系化合物としては、例えば、以下のものが挙げられる。4−メチレン−1,3−ジオキソラン−2−オン、4,4−ジメチル−5−メチレン−1,3−ジオキソラン−2−オンあるいは4,4−ジエチル−5−メチレン−1,3−ジオキソラン−2−オンである。この炭酸メチレンエチレン系化合物としては、1つのメチレン基を有するもの(式(5)に示した化合物)の他、2つのメチレン基を有するものであってもよい。   The unsaturated carbon bond cyclic carbonate represented by the formula (5) is a methylene ethylene carbonate compound. Examples of the methylene ethylene carbonate compound include the following. 4-methylene-1,3-dioxolan-2-one, 4,4-dimethyl-5-methylene-1,3-dioxolan-2-one or 4,4-diethyl-5-methylene-1,3-dioxolane- 2-one. As this methylene ethylene carbonate compound, there may be one having two methylene groups in addition to one having one methylene group (compound shown in formula (5)).

なお、不飽和炭素結合環状炭酸エステルとしては、式(3)〜式(5)に示したものの他、ベンゼン環を有する炭酸カテコール(カテコールカーボネート)などであってもよい。   In addition, as unsaturated carbon bond cyclic carbonate ester, the catechol carbonate (catechol carbonate) etc. which have a benzene ring other than what was shown to Formula (3)-Formula (5) may be sufficient.

また、溶媒は、スルトン(環状スルホン酸エステル)を含んでいることが好ましい。電解液の化学的安定性がより向上するからである。スルトンとしては、例えば、プロパンスルトンあるいはプロペンスルトンなどが挙げられる。溶媒中におけるスルトンの含有量は、例えば、0.5重量%以上5重量%以下である。   Moreover, it is preferable that the solvent contains sultone (cyclic sulfonate ester). This is because the chemical stability of the electrolytic solution is further improved. Examples of sultone include propane sultone and propene sultone. The content of sultone in the solvent is, for example, 0.5% by weight or more and 5% by weight or less.

さらに、溶媒は、酸無水物を含んでいることが好ましい。電解液の化学的安定性がより向上するからである。酸無水物としては、例えば、例えば、カルボン酸無水物や、ジスルホン酸無水物や、カルボン酸とスルホン酸との無水物などが挙げられる。カルボン酸無水物は、例えば、無水コハク酸、無水グルタル酸あるいは無水マレイン酸などである。ジスルホン酸無水物は、例えば、無水エタンジスルホン酸あるいは無水プロパンジスルホン酸などである。カルボン酸とスルホン酸との無水物は、例えば、無水スルホ安息香酸、無水スルホプロピオン酸あるいは無水スルホ酪酸などである。溶媒中における酸無水物の含有量は、例えば、0.5重量%以上5重量%以下である。   Furthermore, it is preferable that the solvent contains an acid anhydride. This is because the chemical stability of the electrolytic solution is further improved. Examples of the acid anhydride include carboxylic acid anhydride, disulfonic acid anhydride, and anhydride of carboxylic acid and sulfonic acid. Examples of the carboxylic acid anhydride include succinic anhydride, glutaric anhydride, and maleic anhydride. Examples of the disulfonic anhydride include ethane disulfonic anhydride and propane disulfonic anhydride. Examples of the anhydride of carboxylic acid and sulfonic acid include anhydrous sulfobenzoic acid, anhydrous sulfopropionic acid, and anhydrous sulfobutyric acid. The content of the acid anhydride in the solvent is, for example, 0.5% by weight or more and 5% by weight or less.

電解質塩は、例えば、リチウム塩などの軽金属塩のいずれか1種類あるいは2種類以上を含んでいる。以下で説明する一連の電解質塩は、単独でもよいし、2種以上混合されてもよい。   The electrolyte salt includes, for example, any one or more of light metal salts such as lithium salts. The series of electrolyte salts described below may be used alone or in combination of two or more.

リチウム塩としては、例えば、以下のものが挙げられる。六フッ化リン酸リチウム、四フッ化ホウ酸リチウム、過塩素酸リチウムあるいは六フッ化ヒ酸リチウムである。また、テトラフェニルホウ酸リチウム(LiB(C6 5 4 )、メタンスルホン酸リチウム(LiCH3 SO3 )、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム(LiCF3 SO3 )あるいはテトラクロロアルミン酸リチウム(LiAlCl4 )である。さらに、六フッ化ケイ酸二リチウム(Li2 SiF6 )、塩化リチウム(LiCl)あるいは臭化リチウム(LiBr)である。優れた電池容量、サイクル特性および保存特性などが得られるからである。 Examples of the lithium salt include the following. Lithium hexafluorophosphate, lithium tetrafluoroborate, lithium perchlorate or lithium hexafluoroarsenate. Further, lithium tetraphenylborate (LiB (C 6 H 5 ) 4 ), lithium methanesulfonate (LiCH 3 SO 3 ), lithium trifluoromethanesulfonate (LiCF 3 SO 3 ) or lithium tetrachloroaluminate (LiAlCl 4 ) It is. Further, dilithium hexafluorosilicate (Li 2 SiF 6 ), lithium chloride (LiCl) or lithium bromide (LiBr). This is because excellent battery capacity, cycle characteristics, storage characteristics, and the like can be obtained.

中でも、六フッ化リン酸リチウム、四フッ化ホウ酸リチウム、過塩素酸リチウムおよび六フッ化ヒ酸リチウムのうちの少なくとも1種が好ましく、六フッ化リン酸リチウムがより好ましい。内部抵抗が低下するため、より高い効果が得られるからである。   Among these, at least one of lithium hexafluorophosphate, lithium tetrafluoroborate, lithium perchlorate, and lithium hexafluoroarsenate is preferable, and lithium hexafluorophosphate is more preferable. This is because a higher effect can be obtained because the internal resistance is lowered.

特に、電解質塩は、式(6)〜式(8)で表される化合物のうちの少なくとも1種を含んでていることが好ましい。より高い効果が得られるからである。なお、式(6)のR31およびR33は、同一でもよいし、異なってもよい。このことは、式(7)中のR41〜R43および式(8)中のR51およびR52についても同様である。   In particular, the electrolyte salt preferably contains at least one of the compounds represented by the formulas (6) to (8). This is because a higher effect can be obtained. In addition, R31 and R33 of Formula (6) may be the same or different. The same applies to R41 to R43 in formula (7) and R51 and R52 in formula (8).

Figure 2010147006
(X31は長周期型周期表における1族元素あるいは2族元素、またはアルミニウムである。M31は遷移金属元素、または長周期型周期表における13族元素、14族元素あるいは15族元素である。R31はハロゲン基である。Y31は−(O=)C−R32−C(=O)−、−(O=)C−C(R33)2 −あるいは−(O=)C−C(=O)−である。ただし、R32はアルキレン基、ハロゲン化アルキレン基、アリーレン基あるいはハロゲン化アリーレン基である。R33はアルキル基、ハロゲン化アルキル基、アリール基あるいはハロゲン化アリール基である。なお、a3は1〜4の整数であり、b3は0、2あるいは4であり、c3、d3、m3およびn3は1〜3の整数である。)
Figure 2010147006
(X31 is a group 1 element or group 2 element in the long-period periodic table, or aluminum. M31 is a transition metal element, or a group 13 element, group 14 element, or group 15 element in the long-period periodic table. R31 Y31 is — (O═) C—R32—C (═O) —, — (O═) C—C (R33) 2 — or — (O═) C—C (═O) Where R32 is an alkylene group, a halogenated alkylene group, an arylene group or a halogenated arylene group, R33 is an alkyl group, a halogenated alkyl group, an aryl group or a halogenated aryl group, and a3 is (It is an integer of 1 to 4, b3 is 0, 2 or 4, and c3, d3, m3 and n3 are integers of 1 to 3.)

Figure 2010147006
(X41は長周期型周期表における1族元素あるいは2族元素である。M41は遷移金属元素、または長周期型周期表における13族元素、14族元素あるいは15族元素である。Y41は−(O=)C−(C(R41)2 b4−C(=O)−、−(R43)2 C−(C(R42)2 c4−C(=O)−、−(R43)2 C−(C(R42)2 c4−C(R43)2 −、−(R43)2 C−(C(R42)2 c4−S(=O)2 −、−(O=)2 S−(C(R42)2 d4−S(=O)2 −あるいは−(O=)C−(C(R42)2 d4−S(=O)2 −である。ただし、R41およびR43は水素基、アルキル基、ハロゲン基あるいはハロゲン化アルキル基であり、それぞれのうちの少なくとも1つはハロゲン基あるいはハロゲン化アルキル基である。R42は水素基、アルキル基、ハロゲン基あるいはハロゲン化アルキル基である。なお、a4、e4およびn4は1あるいは2であり、b4およびd4は1〜4の整数であり、c4は0〜4の整数であり、f4およびm4は1〜3の整数である。)
Figure 2010147006
(X41 is a group 1 element or group 2 element in the long periodic table. M41 is a transition metal element, or a group 13, element or group 15 element in the long period periodic table. Y41 is − ( O =) C- (C (R41 ) 2) b4 -C (= O) -, - (R43) 2 C- (C (R42) 2) c4 -C (= O) -, - (R43) 2 C -(C (R42) 2 ) c4 -C (R43) 2 -,-(R43) 2 C- (C (R42) 2 ) c4 -S (= O) 2 -,-(O =) 2 S- ( C (R42) 2 ) d4- S (= O) 2- or-(O =) C- (C (R42) 2 ) d4- S (= O) 2- where R41 and R43 are hydrogen groups. , An alkyl group, a halogen group, or a halogenated alkyl group, and at least one of each is a halogen group or a halogenated alkyl group. R42 is a hydrogen group, an alkyl group, a halogen group or a halogenated alkyl group, wherein a4, e4 and n4 are 1 or 2, b4 and d4 are integers of 1 to 4, and c4 Is an integer from 0 to 4, and f4 and m4 are integers from 1 to 3.)

Figure 2010147006
(X51は長周期型周期表における1族元素あるいは2族元素である。M51は遷移金属元素、または長周期型周期表における13族元素、14族元素あるいは15族元素である。Rfはフッ素化アルキル基あるいはフッ素化アリール基であり、いずれの炭素数も1〜10である。Y51は−(O=)C−(C(R51)2 d5−C(=O)−、−(R52)2 C−(C(R51)2 d5−C(=O)−、−(R52)2 C−(C(R51)2 d5−C(R52)2 −、−(R52)2 C−(C(R51)2 d5−S(=O)2 −、−(O=)2 S−(C(R51)2 e5−S(=O)2 −あるいは−(O=)C−(C(R51)2 e5−S(=O)2 −である。ただし、R51は水素基、アルキル基、ハロゲン基あるいはハロゲン化アルキル基である。R52は水素基、アルキル基、ハロゲン基あるいはハロゲン化アルキル基であり、そのうちの少なくとも1つはハロゲン基あるいはハロゲン化アルキル基である。なお、a5、f5およびn5は1あるいは2であり、b5、c5およびe5は1〜4の整数であり、d5は0〜4の整数であり、g5およびm5は1〜3の整数である。)
Figure 2010147006
(X51 is a group 1 element or group 2 element in the long-period periodic table. M51 is a transition metal element, or a group 13, element or group 15 element in the long-period periodic table. Rf is fluorinated. An alkyl group or a fluorinated aryl group, each having 1 to 10 carbon atoms Y51 is — (O═) C— (C (R51) 2 ) d5 —C (═O) —, — (R52); 2 C- (C (R51) 2 ) d5 -C (= O)-,-(R52) 2 C- (C (R51) 2 ) d5 -C (R52) 2 -,-(R52) 2 C- ( C (R51) 2) d5 -S (= O) 2 -, - (O =) 2 S- (C (R51) 2) e5 -S (= O) 2 - or - (O =) C- (C (R51) 2) e5 -S ( = O) 2 -. is, however, R51 is a hydrogen group, an alkyl group, a halogen group, or a halogen Kaa R52 is a hydrogen group, an alkyl group, a halogen group or a halogenated alkyl group, at least one of which is a halogen group or a halogenated alkyl group, wherein a5, f5 and n5 are 1 or 2; B5, c5 and e5 are integers of 1 to 4, d5 is an integer of 0 to 4, and g5 and m5 are integers of 1 to 3.)

なお、1族元素とは、水素、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウムおよびフランシウムである。2族元素とは、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウムおよびラジウムである。13族元素とは、ホウ素、アルミニウム、ガリウム、インジウムおよびタリウムである。14族元素とは、炭素、ケイ素、ゲルマニウム、スズおよび鉛である。15族元素とは、窒素、リン、ヒ素、アンチモンおよびビスマスである。   Group 1 elements are hydrogen, lithium, sodium, potassium, rubidium, cesium, and francium. Group 2 elements are beryllium, magnesium, calcium, strontium, barium and radium. Group 13 elements are boron, aluminum, gallium, indium and thallium. Group 14 elements are carbon, silicon, germanium, tin and lead. Group 15 elements are nitrogen, phosphorus, arsenic, antimony and bismuth.

式(6)に示した化合物としては、例えば、式(6−1)〜式(6−6)で表される化合物などが挙げられる。式(7)に示した化合物としては、例えば、式(7−1)〜式(7−8)で表される化合物などが挙げられる。式(8)に示した化合物としては、例えば、式(8−1)で表される化合物などが挙げられる。なお、式(6)〜式(8)に示した構造を有していれば、上記した化合物に限定されないことは言うまでもない。   Examples of the compound represented by the formula (6) include compounds represented by the formula (6-1) to the formula (6-6). Examples of the compound represented by formula (7) include compounds represented by formula (7-1) to formula (7-8). Examples of the compound represented by the formula (8) include a compound represented by the formula (8-1). Needless to say, the compounds are not limited to the above-described compounds as long as they have the structures shown in the formulas (6) to (8).

Figure 2010147006
Figure 2010147006

Figure 2010147006
Figure 2010147006

Figure 2010147006
Figure 2010147006

また、電解質塩は、式(9)〜式(11)で表される化合物のうちの少なくとも1種を含んでいることが好ましい。より高い効果が得られるからである。なお、式(9)中のmおよびnは、同一でもよいし、異なってもよい。式(11)中のp、qおよびrについても、同様である。   Moreover, it is preferable that electrolyte salt contains at least 1 sort (s) of the compounds represented by Formula (9)-Formula (11). This is because a higher effect can be obtained. In addition, m and n in Formula (9) may be the same or different. The same applies to p, q and r in the formula (11).

LiN(Cm 2m+1SO2 )(Cn 2n+1 SO2 )…(9)
(mおよびnは1以上の整数である。)
LiN (C m F 2m + 1 SO 2) (C n F 2n + 1 SO 2) ... (9)
(M and n are integers of 1 or more.)

Figure 2010147006
(R61は炭素数が2以上4以下の直鎖状あるいは分岐状のパーフルオロアルキレン基である。)
Figure 2010147006
(R61 is a linear or branched perfluoroalkylene group having 2 to 4 carbon atoms.)

LiC(Cp 2p+1SO2 )(Cq 2q+1SO2 )(Cr 2r+1SO2 )…(11)
(p、qおよびrは1以上の整数である。)
LiC (C p F 2p + 1 SO 2 ) (C q F 2q + 1 SO 2 ) (C r F 2r + 1 SO 2 ) (11)
(P, q and r are integers of 1 or more.)

式(9)に示した化合物は、鎖状のイミド化合物であり、そのような化合物としては、例えば、以下のものが挙げられる。ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドリチウム(LiN(CF3 SO2 2 )あるいはビス(ペンタフルオロエタンスルホニル)イミドリチウム(LiN(C2 5 SO2 2 )である。また、(トリフルオロメタンスルホニル)(ペンタフルオロエタンスルホニル)イミドリチウム(LiN(CF3 SO2 )(C2 5 SO2 ))である。また、(トリフルオロメタンスルホニル)(ヘプタフルオロプロパンスルホニル)イミドリチウム(LiN(CF3 SO2 )(C3 7 SO2 ))である。さらに(トリフルオロメタンスルホニル)(ノナフルオロブタンスルホニル)イミドリチウム(LiN(CF3 SO2 )(C4 9 SO2 ))である。 The compound represented by the formula (9) is a chain imide compound, and examples of such a compound include the following. Bis (trifluoromethanesulfonyl) imide lithium (LiN (CF 3 SO 2 ) 2 ) or bis (pentafluoroethanesulfonyl) imide lithium (LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 ). Further, it is (trifluoromethanesulfonyl) (pentafluoroethanesulfonyl) imidolithium (LiN (CF 3 SO 2 ) (C 2 F 5 SO 2 )). Further, it is (trifluoromethanesulfonyl) (heptafluoropropanesulfonyl) imidolithium (LiN (CF 3 SO 2 ) (C 3 F 7 SO 2 )). Further, (trifluoromethanesulfonyl) (nonafluorobutanesulfonyl) imidolithium (LiN (CF 3 SO 2 ) (C 4 F 9 SO 2 )).

式(10)に示した化合物は、環状のイミド化合物であり、そのような化合物としては、例えば、式(10−1)〜式(10−4)で表される化合物などが挙げられる。   The compound represented by Formula (10) is a cyclic imide compound, and examples of such a compound include compounds represented by Formula (10-1) to Formula (10-4).

Figure 2010147006
Figure 2010147006

式(11)に示した化合物は、鎖状のメチド化合物であり、そのような化合物としては、例えば、リチウムトリス(トリフルオロメタンスルホニル)メチド(LiC(CF3 SO2 3 )などが挙げられる。 The compound represented by the formula (11) is a chain-like methide compound, and examples of such a compound include lithium tris (trifluoromethanesulfonyl) methide (LiC (CF 3 SO 2 ) 3 ).

電解質塩の含有量は、溶媒に対して0.3mol/kg以上3.0mol/kg以下であることが好ましい。高いイオン伝導性が得られるからである。   The content of the electrolyte salt is preferably 0.3 mol / kg or more and 3.0 mol / kg or less with respect to the solvent. This is because high ionic conductivity is obtained.

[二次電池の動作]
この二次電池では、充電時において、例えば、正極21からリチウムイオンが放出され、セパレータ23に含浸された電解液を介して負極22に吸蔵される。一方、放電時において、例えば、負極22からリチウムイオンが放出され、セパレータ23に含浸された電解液を介して正極21に吸蔵される。
[Operation of secondary battery]
In this secondary battery, at the time of charging, for example, lithium ions are released from the positive electrode 21 and inserted in the negative electrode 22 through the electrolytic solution impregnated in the separator 23. On the other hand, at the time of discharging, for example, lithium ions are released from the negative electrode 22 and inserted in the positive electrode 21 through the electrolytic solution impregnated in the separator 23.

[二次電池の製造方法]
この二次電池は、例えば、以下の手順により製造される。
[Method for producing secondary battery]
This secondary battery is manufactured by the following procedure, for example.

まず、正極21を作製する。最初に、正極活物質、正極結着剤および正極導電剤を混合して正極合剤としたのち、有機溶剤に分散させてペースト状の正極合剤スラリーとする。続いて、ドクタブレードあるいはバーコータなどを用いて正極集電体21Aの両面に正極合剤スラリーを均一に塗布してから乾燥させて、正極活物質層21Bを形成する。最後に、必要に応じて加熱しながら、ロールプレス機などを用いて正極活物質層21Bを圧縮成型する。この場合には、圧縮成型を複数回に渡って繰り返してもよい。   First, the positive electrode 21 is produced. First, a positive electrode active material, a positive electrode binder, and a positive electrode conductive agent are mixed to form a positive electrode mixture, and then dispersed in an organic solvent to obtain a paste-like positive electrode mixture slurry. Subsequently, the positive electrode mixture slurry is uniformly applied to both surfaces of the positive electrode current collector 21A using a doctor blade or a bar coater, and then dried to form the positive electrode active material layer 21B. Finally, the positive electrode active material layer 21B is compression-molded using a roll press or the like while being heated as necessary. In this case, compression molding may be repeated a plurality of times.

次に、上記した負極の作製手順により、負極22を作製する。この場合には、負極集電体22Aの両面に結晶性負極活物質層および非結晶性負極活物質層をこの順に形成して、負極活物質層22Bを形成する。   Next, the negative electrode 22 is manufactured according to the negative electrode manufacturing procedure described above. In this case, the negative electrode active material layer 22B is formed by forming a crystalline negative electrode active material layer and an amorphous negative electrode active material layer in this order on both surfaces of the negative electrode current collector 22A.

二次電池の組み立ては、以下のようにして行う。最初に、電池缶11の内部に電池素子20を収納したのち、その電池素子20上に絶縁板12を配置する。続いて、正極リード24を正極ピン15に溶接などして接続させると共に、負極リード25を電池缶11に溶接などして接続させたのち、レーザ溶接などにより電池缶11の開放端部に電池蓋13を固定する。最後に、注入孔19から電池缶11の内部に電解液を注入してセパレータ23に含浸させたのち、その注入孔19を封止部材19Aで塞ぐ。これにより、図7および図8に示した二次電池が完成する。   The secondary battery is assembled as follows. First, after storing the battery element 20 in the battery can 11, the insulating plate 12 is disposed on the battery element 20. Subsequently, the positive electrode lead 24 is connected to the positive electrode pin 15 by welding or the like, and the negative electrode lead 25 is connected to the battery can 11 by welding or the like, and then the battery lid is attached to the open end of the battery can 11 by laser welding or the like. 13 is fixed. Finally, after injecting the electrolyte into the battery can 11 from the injection hole 19 and impregnating the separator 23, the injection hole 19 is closed with a sealing member 19A. Thereby, the secondary battery shown in FIGS. 7 and 8 is completed.

この第1の二次電池によれば、負極22が上記した負極と同様の構成を有している。このため、負極活物質の物性が経時変化しにくくなると共に、充放電応時において負極活物質層22Bの膨張および収縮による応力に耐え得る密着性が維持される。また、リチウムイオンの拡散性が向上すると共に、電解液に対する負極22の反応性が低減する。したがって、優れたサイクル特性および膨れ特性を得ることができる。   According to the first secondary battery, the negative electrode 22 has the same configuration as the negative electrode described above. For this reason, the physical properties of the negative electrode active material are less likely to change with time, and adhesion that can withstand stress due to expansion and contraction of the negative electrode active material layer 22B is maintained during charging and discharging. Further, the diffusibility of lithium ions is improved, and the reactivity of the negative electrode 22 with respect to the electrolytic solution is reduced. Therefore, excellent cycle characteristics and swelling characteristics can be obtained.

特に、電解液の溶媒がハロゲン化鎖状炭酸エステル、ハロゲン化環状炭酸エステル、不飽和炭素結合環状炭酸エステル、スルトンおよび酸無水物のうちの少なくとも1種を含んでいれば、サイクル特性をより向上させることができる。   In particular, if the solvent of the electrolytic solution contains at least one of halogenated chain carbonate, halogenated cyclic carbonate, unsaturated carbon bond cyclic carbonate, sultone, and acid anhydride, cycle characteristics are further improved. Can be made.

また、電解液の電解質塩が六フッ化リン酸リチウム、四フッ化ホウ酸リチウム、過塩素酸リチウム、六フッ化ヒ酸リチウムおよび式(6)〜式(11)に示した化合物のうちの少なくとも1種を含んでいれば、サイクル特性をより向上させることができる。   Moreover, electrolyte salt of electrolyte solution is lithium hexafluorophosphate, lithium tetrafluoroborate, lithium perchlorate, lithium hexafluoroarsenate, and the compound shown in Formula (6)-Formula (11) If at least one kind is included, cycle characteristics can be further improved.

<2−2.第2の二次電池>
図10および図11は、第2の二次電池の断面構成を表しており、図11では、図10に示した巻回電極体40の一部を拡大示している。
<2-2. Second secondary battery>
10 and 11 show a cross-sectional configuration of the second secondary battery, and FIG. 11 shows an enlarged part of the spirally wound electrode body 40 shown in FIG.

この二次電池は、第1の二次電池と同様にリチウムイオン二次電池であり、主に、ほぼ中空円柱状の電池缶31の内部に、巻回電極体40と、一対の絶縁板32,33とが収納されたものである。このような電池缶31を用いた電池構造は、円筒型と呼ばれている。   This secondary battery is a lithium ion secondary battery as in the case of the first secondary battery, and mainly includes a wound electrode body 40 and a pair of insulating plates 32 inside a substantially hollow cylindrical battery can 31. , 33 are stored. A battery structure using such a battery can 31 is called a cylindrical type.

電池缶31は、例えば、第1の二次電池における電池缶11と同様の材料により構成されており、その一端部は開放されていると共に他端部は閉鎖されている。一対の絶縁板32,33は、巻回電極体40を上下から挟み、その巻回周面に対して垂直に延在するように配置されている。   The battery can 31 is made of, for example, the same material as that of the battery can 11 in the first secondary battery. One end of the battery can 31 is open and the other end is closed. The pair of insulating plates 32 and 33 are arranged so as to sandwich the wound electrode body 40 from above and below and to extend perpendicular to the wound peripheral surface.

電池缶31の開放端部には、電池蓋34と、その内側に設けられた安全弁機構35および熱感抵抗素子(Positive Temperature Coefficient:PTC素子)36とがガスケット37を介してかしめられている。このかしめ加工により、電池缶31の内部は密閉されている。電池蓋34は、例えば、電池缶31と同様の材料により構成されている。安全弁機構35は、熱感抵抗素子36を介して電池蓋34と電気的に接続されている。この安全弁機構35では、内部短絡、あるいは外部からの加熱などに起因して内圧が一定以上となった場合に、ディスク板35Aが反転して電池蓋34と巻回電極体40との間の電気的接続を切断するようになっている。熱感抵抗素子36は、温度の上昇に応じて抵抗が増大し、電流を制限して大電流に起因する異常な発熱を防止するものである。ガスケット37は、例えば、絶縁材料により構成されており、その表面には、例えば、アスファルトが塗布されている。   A battery lid 34, a safety valve mechanism 35 and a heat sensitive resistance element (Positive Temperature Coefficient: PTC element) 36 provided inside thereof are caulked through a gasket 37 at the open end of the battery can 31. By this caulking, the inside of the battery can 31 is sealed. The battery lid 34 is made of, for example, the same material as the battery can 31. The safety valve mechanism 35 is electrically connected to the battery lid 34 via the heat sensitive resistance element 36. In the safety valve mechanism 35, when the internal pressure becomes a certain level or more due to an internal short circuit or external heating, the disk plate 35A is reversed and the electric power between the battery lid 34 and the wound electrode body 40 is reversed. Connection is cut off. The heat-sensitive resistance element 36 has a resistance that increases with an increase in temperature and limits the current to prevent abnormal heat generation due to a large current. The gasket 37 is made of, for example, an insulating material, and for example, asphalt is applied to the surface thereof.

巻回電極体40は、セパレータ43を介して正極41と負極42とが積層および巻回されたものである。この巻回電極体40の中心には、例えば、センターピン44が挿入されている。この巻回電極体40では、アルミニウムなどにより構成された正極リード45が正極41に接続されていると共に、ニッケルなどにより構成された負極リード46が負極42に接続されている。正極リード45は、安全弁機構35に溶接などされて電池蓋34と電気的に接続されており、負極リード46は、電池缶31に溶接などされて電気的に接続されている。   The wound electrode body 40 is obtained by laminating and winding a positive electrode 41 and a negative electrode 42 with a separator 43 interposed therebetween. For example, a center pin 44 is inserted in the center of the wound electrode body 40. In this wound electrode body 40, a positive electrode lead 45 made of aluminum or the like is connected to the positive electrode 41, and a negative electrode lead 46 made of nickel or the like is connected to the negative electrode 42. The positive electrode lead 45 is welded to the safety valve mechanism 35 and electrically connected to the battery lid 34, and the negative electrode lead 46 is welded to the battery can 31 and electrically connected thereto.

正極41は、例えば、正極集電体41Aの両面に正極活物質層41Bが設けられたものである。正極集電体41Aおよび正極活物質層41Bの構成は、それぞれ第1の二次電池における正極集電体21Aおよび正極活物質層21Bの構成と同様である。   In the positive electrode 41, for example, a positive electrode active material layer 41B is provided on both surfaces of a positive electrode current collector 41A. The configurations of the positive electrode current collector 41A and the positive electrode active material layer 41B are the same as the configurations of the positive electrode current collector 21A and the positive electrode active material layer 21B in the first secondary battery, respectively.

負極42は、例えば、負極集電体42Aの両面に負極活物質層42Bが設けられたものである。負極集電体42Aおよび負極活物質層42Bの構成は、それぞれ第1の二次電池における負極集電体22Aおよび負極活物質層22Bの構成と同様である。すなわち、負極活物質層42Bは、結晶性の負極活物質を含む結晶性負極活物質層および非結晶性の負極活物質を含む非結晶性負極活物質層がこの順に積層された構造を含んでいる。   In the negative electrode 42, for example, a negative electrode active material layer 42B is provided on both surfaces of a negative electrode current collector 42A. The configurations of the negative electrode current collector 42A and the negative electrode active material layer 42B are the same as the configurations of the negative electrode current collector 22A and the negative electrode active material layer 22B in the first secondary battery, respectively. That is, the negative electrode active material layer 42B includes a structure in which a crystalline negative electrode active material layer containing a crystalline negative electrode active material and an amorphous negative electrode active material layer containing a non-crystalline negative electrode active material are laminated in this order. Yes.

なお、セパレータ43の構成および電解液の組成は、それぞれ第1の二次電池におけるセパレータ23の構成および電解液の組成と同様である。   The configuration of the separator 43 and the composition of the electrolytic solution are the same as the configuration of the separator 23 and the composition of the electrolytic solution in the first secondary battery, respectively.

この二次電池では、充電時において、例えば、正極41からリチウムイオンが放出され、電解液を介して負極42に吸蔵される。一方、放電時において、例えば、負極42からリチウムイオンが放出され、電解液を介して正極41に吸蔵される。   In this secondary battery, at the time of charging, for example, lithium ions are released from the positive electrode 41 and inserted in the negative electrode 42 through the electrolytic solution. On the other hand, at the time of discharge, for example, lithium ions are released from the negative electrode 42 and inserted in the positive electrode 41 through the electrolytic solution.

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

まず、第1の二次電池における正極21および負極22と同様の手順により、正極集電体41Aの両面に正極活物質層41Bを形成して正極41を作製すると共に、負極集電体42Aの両面に負極活物質層42Bを形成して負極42を作製する。続いて、正極41に正極リード45を溶接などして取り付けると共に、負極42に負極リード46を溶接などして取り付ける。続いて、セパレータ43を介して正極41と負極42とを積層および巻回させて巻回電極体40を作製したのち、その巻回中心にセンターピン44を挿入する。続いて、一対の絶縁板32,33で挟みながら巻回電極体40を電池缶31の内部に収納する。この場合には、正極リード45の先端部を安全弁機構35に溶接すると共に、負極リード46の先端部を電池缶31に溶接する。続いて、電池缶31の内部に電解液を注入してセパレータ43に含浸させる。最後に、電池缶31の開口端部に、ガスケット37を介して電池蓋34、安全弁機構35および熱感抵抗素子36をかしめる。これにより、図10および図11に示した二次電池が完成する。   First, according to the same procedure as the positive electrode 21 and the negative electrode 22 in the first secondary battery, the positive electrode active material layer 41B is formed on both surfaces of the positive electrode current collector 41A to produce the positive electrode 41, and the negative electrode current collector 42A The negative electrode 42 is fabricated by forming the negative electrode active material layer 42B on both sides. Subsequently, the positive electrode lead 45 is attached to the positive electrode 41 by welding or the like, and the negative electrode lead 46 is attached to the negative electrode 42 by welding or the like. Subsequently, the positive electrode 41 and the negative electrode 42 are stacked and wound through the separator 43 to produce the wound electrode body 40, and then the center pin 44 is inserted into the winding center. Subsequently, the wound electrode body 40 is accommodated in the battery can 31 while being sandwiched between the pair of insulating plates 32 and 33. In this case, the tip of the positive electrode lead 45 is welded to the safety valve mechanism 35 and the tip of the negative electrode lead 46 is welded to the battery can 31. Subsequently, an electrolytic solution is injected into the battery can 31 and impregnated in the separator 43. Finally, the battery lid 34, the safety valve mechanism 35, and the heat sensitive resistance element 36 are caulked to the opening end of the battery can 31 via the gasket 37. Thereby, the secondary battery shown in FIGS. 10 and 11 is completed.

この第2の二次電池によれば、負極42が上記した負極と同様の構成を有しているので、第1の二次電池と同様の作用により、優れたサイクル特性および膨れ特性を得ることができる。この二次電池に関する他の効果は、第1の二次電池と同様である。   According to the second secondary battery, since the negative electrode 42 has the same configuration as the negative electrode described above, excellent cycle characteristics and swelling characteristics can be obtained by the same action as the first secondary battery. Can do. Other effects relating to the secondary battery are the same as those of the first secondary battery.

<2−3.第3の二次電池>
図12は、第3の二次電池の分解斜視構成を表しており、図13は、図12に示した巻回電極体50のXIII−XIII線に沿った断面を拡大して示している。
<2-3. Third secondary battery>
FIG. 12 shows an exploded perspective configuration of the third secondary battery, and FIG. 13 shows an enlarged cross section taken along line XIII-XIII of the spirally wound electrode body 50 shown in FIG.

この二次電池は、第1の二次電池と同様にリチウムイオン二次電池であり、主に、フィルム状の外装部材60の内部に、正極リード51および負極リード52が取り付けられた巻回電極体50が収納されたものである。このような外装部材60を用いた電池構造は、ラミネートフィルム型と呼ばれている。   This secondary battery is a lithium ion secondary battery, like the first secondary battery, and is mainly a wound electrode in which a positive electrode lead 51 and a negative electrode lead 52 are attached inside a film-like exterior member 60. The body 50 is stored. A battery structure using such an exterior member 60 is called a laminate film type.

正極リード51および負極リード52は、例えば、外装部材60の内部から外部に向かって同一方向に導出されている。ただし、巻回電極体50に対する正極リード51および負極リード52の設置位置や、それらの導出方向などは、特に限定されない。正極リード51は、例えば、アルミニウムなどにより構成されており、負極リード52は、例えば、銅、ニッケルあるいはステンレスなどにより構成されている。これらの材料は、例えば、薄板状あるいは網目状になっている。   The positive electrode lead 51 and the negative electrode lead 52 are led out in the same direction from the inside of the exterior member 60 to the outside, for example. However, the installation position of the positive electrode lead 51 and the negative electrode lead 52 with respect to the spirally wound electrode body 50 and the direction in which they are derived are not particularly limited. The positive electrode lead 51 is made of, for example, aluminum, and the negative electrode lead 52 is made of, for example, copper, nickel, stainless steel, or the like. These materials have, for example, a thin plate shape or a mesh shape.

外装部材60は、例えば、融着層と、金属層と、表面保護層とがこの順に積層されたラミネートフィルムである。この場合には、例えば、融着層が巻回電極体50と対向するように、2枚のフィルムの融着層における外縁部同士が融着、あるいは接着剤などにより貼り合わされている。融着層としては、例えば、ポリエチレンあるいはポリプロピレンなどのフィルムが挙げられる。金属層としては、例えば、アルミニウム箔などが挙げられる。表面保護層としては、例えば、ナイロンあるいはポリエチレンテレフタレートなどのフィルムが挙げられる。   The exterior member 60 is, for example, a laminate film in which a fusion layer, a metal layer, and a surface protective layer are laminated in this order. In this case, for example, the outer edges of the fusion layers of the two films are bonded to each other with an adhesive or the like so that the fusion layer faces the wound electrode body 50. Examples of the fusion layer include a film of polyethylene or polypropylene. Examples of the metal layer include aluminum foil. Examples of the surface protective layer include films of nylon or polyethylene terephthalate.

中でも、外装部材60としては、ポリエチレンフィルム、アルミニウム箔およびナイロンフィルムがこの順に積層されたアルミラミネートフィルムが好ましい。ただし、外装部材60は、アルミラミネートフィルムに代えて、他の積層構造を有するラミネートフィルムでもよいし、ポリプロピレンなどの高分子フィルムあるいは金属フィルムでもよい。   Especially, as the exterior member 60, an aluminum laminated film in which a polyethylene film, an aluminum foil, and a nylon film are laminated in this order is preferable. However, the exterior member 60 may be a laminated film having another laminated structure instead of the aluminum laminated film, or may be a polymer film such as polypropylene or a metal film.

外装部材60と正極リード51および負極リード52との間には、外気の侵入を防止するための密着フィルム61が挿入されている。この密着フィルム61は、正極リード51および負極リード52に対して密着性を有する材料により構成されている。このような材料としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、変性ポリエチレンあるいは変性ポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂が挙げられる。   An adhesion film 61 is inserted between the exterior member 60 and the positive electrode lead 51 and the negative electrode lead 52 to prevent the outside air from entering. The adhesion film 61 is made of a material having adhesion to the positive electrode lead 51 and the negative electrode lead 52. Examples of such a material include polyolefin resins such as polyethylene, polypropylene, modified polyethylene, and modified polypropylene.

巻回電極体50は、セパレータ55および電解質層56を介して正極53と負極54とが積層および巻回されたものであり、その最外周部は、保護テープ57により保護されている。   The wound electrode body 50 is obtained by laminating and winding a positive electrode 53 and a negative electrode 54 via a separator 55 and an electrolyte layer 56, and the outermost peripheral portion thereof is protected by a protective tape 57.

正極53は、例えば、正極集電体53Aの両面に正極活物質層53Bが設けられたものである。正極集電体53Aおよび正極活物質層53Bの構成は、それぞれ第1の二次電池における正極集電体21Aおよび正極活物質層21Bと同様である。   In the positive electrode 53, for example, the positive electrode active material layer 53B is provided on both surfaces of the positive electrode current collector 53A. The configurations of the positive electrode current collector 53A and the positive electrode active material layer 53B are the same as those of the positive electrode current collector 21A and the positive electrode active material layer 21B in the first secondary battery, respectively.

負極54は、例えば、負極集電体54Aの両面に負極活物質層54Bが設けられたものである。負極集電体54Aおよび負極活物質層54Bの構成は、それぞれ第1の二次電池における負極集電体22Aおよび負極活物質層22Bの構成と同様である。すなわち、負極活物質層54Bは、結晶性の負極活物質を含む結晶性負極活物質層および非結晶性の負極活物質を含む非結晶性負極活物質層がこの順に積層された構造を含んでいる。   In the negative electrode 54, for example, a negative electrode active material layer 54B is provided on both surfaces of a negative electrode current collector 54A. The configurations of the negative electrode current collector 54A and the negative electrode active material layer 54B are the same as the configurations of the negative electrode current collector 22A and the negative electrode active material layer 22B in the first secondary battery, respectively. That is, the negative electrode active material layer 54B includes a structure in which a crystalline negative electrode active material layer containing a crystalline negative electrode active material and an amorphous negative electrode active material layer containing a non-crystalline negative electrode active material are laminated in this order. Yes.

なお、セパレータ55の構成は、第1の二次電池におけるセパレータ23の構成と同様である。   The configuration of the separator 55 is the same as the configuration of the separator 23 in the first secondary battery.

電解質層56は、電解液が高分子化合物により保持されたものであり、必要に応じて、各種添加剤などの他の材料を含んでいてもよい。この電解質層56は、いわゆるゲル状の電解質である。ゲル状の電解質は、高いイオン伝導率(例えば、室温で1mS/cm以上)が得られると共に電解液の漏液が防止されるので好ましい。   The electrolyte layer 56 is one in which an electrolytic solution is held by a polymer compound, and may contain other materials such as various additives as necessary. The electrolyte layer 56 is a so-called gel electrolyte. A gel electrolyte is preferable because high ion conductivity (for example, 1 mS / cm or more at room temperature) is obtained and leakage of the electrolyte is prevented.

高分子化合物としては、例えば、以下のものが挙げられる。ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリヘキサフルオロプロピレン、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、ポリフォスファゼン、ポリシロキサンあるいはポリフッ化ビニルである。また、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリメタクリル酸メチル、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、スチレン−ブタジエンゴム、ニトリル−ブタジエンゴム、ポリスチレンあるいはポリカーボネートである。また、フッ化ビニリデンとヘキサフルオロピレンとの共重合体である。これらは単独でもよいし、複数種が混合されてもよい。中でも、ポリフッ化ビニリデン、あるいはフッ化ビニリデンとヘキサフルオロピレンとの共重合体が好ましい。電気化学的に安定だからである。   Examples of the polymer compound include the following. Polyacrylonitrile, polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, polyhexafluoropropylene, polyethylene oxide, polypropylene oxide, polyphosphazene, polysiloxane, or polyvinyl fluoride. Polyvinyl acetate, polyvinyl alcohol, polymethyl methacrylate, polyacrylic acid, polymethacrylic acid, styrene-butadiene rubber, nitrile-butadiene rubber, polystyrene or polycarbonate. Further, it is a copolymer of vinylidene fluoride and hexafluoropyrene. These may be single and multiple types may be mixed. Among these, polyvinylidene fluoride or a copolymer of vinylidene fluoride and hexafluoropyrene is preferable. This is because it is electrochemically stable.

電解液の組成は、第1の二次電池における電解液の組成と同様である。ただし、ゲル状の電解質である電解質層56において、電解液の溶媒とは、液状の溶媒だけでなく、電解質塩を解離させることが可能なイオン伝導性を有するものまで含む広い概念である。よって、イオン伝導性を有する高分子化合物を用いる場合には、その高分子化合物も溶媒に含まれる。   The composition of the electrolytic solution is the same as the composition of the electrolytic solution in the first secondary battery. However, in the electrolyte layer 56 which is a gel electrolyte, the solvent of the electrolytic solution is a wide concept including not only a liquid solvent but also a material having ion conductivity capable of dissociating the electrolyte salt. Therefore, when using a polymer compound having ion conductivity, the polymer compound is also included in the solvent.

なお、電解液が高分子化合物により保持されたゲル状の電解質層56に代えて、電解液をそのまま用いてもよい。この場合には、電解液がセパレータ55に含浸される。   Instead of the gel electrolyte layer 56 in which the electrolyte is held by the polymer compound, the electrolyte may be used as it is. In this case, the separator 55 is impregnated with the electrolytic solution.

この二次電池では、充電時において、例えば、正極53からリチウムイオンが放出され、電解質層56を介して負極54に吸蔵される。一方、放電時において、例えば、負極54からリチウムイオンが放出され、電解質層56を介して正極53に吸蔵される。   In this secondary battery, during charging, for example, lithium ions are released from the positive electrode 53 and inserted into the negative electrode 54 via the electrolyte layer 56. On the other hand, at the time of discharging, for example, lithium ions are released from the negative electrode 54 and inserted in the positive electrode 53 through the electrolyte layer 56.

このゲル状の電解質層56を備えた二次電池は、例えば、以下の3種類の手順により製造される。   The secondary battery provided with the gel electrolyte layer 56 is manufactured by, for example, the following three types of procedures.

第1の製造方法では、最初に、第1の二次電池における正極21および負極22と同様の作製手順により、正極53および負極54を作製する。具体的には、正極集電体53Aの両面に正極活物質層53Bを形成して正極53を作製すると共に、負極集電体54Aの両面に負極活物質層54Bを形成して負極54を作製する。続いて、電解液、高分子化合物および溶剤を含む前駆溶液を調製して正極53および負極54に塗布したのち、その溶剤を揮発させてゲル状の電解質層56を形成する。続いて、正極集電体53Aに正極リード51を溶接などして取り付けると共に、負極集電体54Aに負極リード52を溶接などして取り付ける。続いて、電解質層56が形成された正極53と負極54とをセパレータ55を介して積層および巻回したのち、その最外周部に保護テープ57を接着させて、巻回電極体50を作製する。最後に、2枚のフィルム状の外装部材60の間に巻回電極体50を挟み込んだのち、その外装部材60の外縁部同士を熱融着などで接着させて、巻回電極体50を封入する。この際、正極リード51および負極リード52と外装部材60との間に、密着フィルム61を挿入する。これにより、図12および図13に示した二次電池が完成する。   In the first manufacturing method, first, the positive electrode 53 and the negative electrode 54 are manufactured by the same manufacturing procedure as that of the positive electrode 21 and the negative electrode 22 in the first secondary battery. Specifically, the positive electrode active material layer 53B is formed on both surfaces of the positive electrode current collector 53A to produce the positive electrode 53, and the negative electrode active material layer 54B is formed on both surfaces of the negative electrode current collector 54A to produce the negative electrode 54. To do. Then, after preparing the precursor solution containing electrolyte solution, a high molecular compound, and a solvent and apply | coating to the positive electrode 53 and the negative electrode 54, the solvent is volatilized and the gel electrolyte layer 56 is formed. Subsequently, the positive electrode lead 51 is attached to the positive electrode current collector 53A by welding or the like, and the negative electrode lead 52 is attached to the negative electrode current collector 54A by welding or the like. Subsequently, the positive electrode 53 and the negative electrode 54 on which the electrolyte layer 56 is formed are stacked and wound via a separator 55, and then a protective tape 57 is adhered to the outermost peripheral portion thereof to produce the wound electrode body 50. . Finally, after sandwiching the wound electrode body 50 between the two film-shaped exterior members 60, the outer edges of the exterior member 60 are bonded to each other by heat fusion or the like, and the wound electrode body 50 is enclosed. To do. At this time, the adhesion film 61 is inserted between the positive electrode lead 51 and the negative electrode lead 52 and the exterior member 60. Thereby, the secondary battery shown in FIGS. 12 and 13 is completed.

第2の製造方法では、最初に、正極53に正極リード51を取り付けると共に、負極54に負極リード52を取り付ける。続いて、セパレータ55を介して正極53と負極54とを積層して巻回させたのち、その最外周部に保護テープ57を接着させて、巻回電極体50の前駆体である巻回体を作製する。続いて、2枚のフィルム状の外装部材60の間に巻回体を挟み込んだのち、一辺の外周縁部を除いた残りの外周縁部を熱融着などで接着させて、袋状の外装部材60の内部に巻回体を収納する。続いて、電解液と、高分子化合物の原料であるモノマーと、重合開始剤と、必要に応じて重合禁止剤などの他の材料とを含む電解質用組成物を調製して袋状の外装部材60の内部に注入したのち、その外装部材60の開口部を熱融着などで密封する。最後に、モノマーを熱重合させて高分子化合物とし、ゲル状の電解質層56を形成する。これにより、二次電池が完成する。   In the second manufacturing method, first, the positive electrode lead 51 is attached to the positive electrode 53 and the negative electrode lead 52 is attached to the negative electrode 54. Subsequently, after the positive electrode 53 and the negative electrode 54 are laminated and wound via the separator 55, a protective tape 57 is adhered to the outermost periphery thereof, and a wound body that is a precursor of the wound electrode body 50. Is made. Subsequently, after sandwiching the wound body between the two film-like exterior members 60, the remaining outer peripheral edge portion excluding the outer peripheral edge portion on one side is adhered by heat fusion or the like, and the bag-shaped exterior The wound body is accommodated in the member 60. Subsequently, an electrolyte composition containing an electrolytic solution, a monomer that is a raw material of the polymer compound, a polymerization initiator, and other materials such as a polymerization inhibitor as necessary is prepared to form a bag-shaped exterior member. After injecting into the inside of 60, the opening part of the exterior member 60 is sealed by heat sealing or the like. Finally, the monomer is thermally polymerized to obtain a polymer compound, and the gel electrolyte layer 56 is formed. Thereby, the secondary battery is completed.

第3の製造方法では、最初に、高分子化合物が両面に塗布されたセパレータ55を用いることを除き、上記した第2の製造方法と同様に、巻回体を形成して袋状の外装部材60の内部に収納する。このセパレータ55に塗布する高分子化合物としては、例えば、フッ化ビニリデンを成分とする重合体(単独重合体、共重合体あるいは多元共重合体など)が挙げられる。具体的には、ポリフッ化ビニリデンや、フッ化ビニリデンおよびヘキサフルオロプロピレンを成分とする二元系共重合体や、フッ化ビニリデン、ヘキサフルオロプロピレンおよびクロロトリフルオロエチレンを成分とする三元系共重合体などである。なお、高分子化合物は、上記したフッ化ビニリデンを成分とする重合体と共に、他の1種あるいは2種以上の高分子化合物を含んでいてもよい。続いて、電解液を調製して外装部材60の内部に注入したのち、その外装部材60の開口部を熱融着などで密封する。最後に、外装部材60に加重をかけながら加熱して、高分子化合物を介してセパレータ55を正極53および負極54に密着させる。これにより、電解液が高分子化合物に含浸し、その高分子化合物がゲル化して電解質層56が形成されるため、二次電池が完成する。   In the third manufacturing method, a wound body is formed by forming a wound body in the same manner as the above-described second manufacturing method, except that the separator 55 coated with the polymer compound on both sides is used first. 60 is housed inside. Examples of the polymer compound applied to the separator 55 include a polymer (such as a homopolymer, a copolymer, or a multi-component copolymer) containing vinylidene fluoride as a component. Specifically, polyvinylidene fluoride, a binary copolymer containing vinylidene fluoride and hexafluoropropylene as components, and a ternary copolymer containing vinylidene fluoride, hexafluoropropylene and chlorotrifluoroethylene as components. Such as coalescence. In addition, the high molecular compound may contain the other 1 type, or 2 or more types of high molecular compound with the polymer which uses the above-mentioned vinylidene fluoride as a component. Subsequently, after the electrolytic solution is prepared and injected into the exterior member 60, the opening of the exterior member 60 is sealed by thermal fusion or the like. Finally, the exterior member 60 is heated while applying a load, and the separator 55 is brought into close contact with the positive electrode 53 and the negative electrode 54 through the polymer compound. Thereby, the electrolytic solution is impregnated into the polymer compound, and the polymer compound is gelled to form the electrolyte layer 56, whereby the secondary battery is completed.

この第3の製造方法では、第1の製造方法よりも電池膨れが抑制される。また、第3の製造方法では、第2の製造方法よりも高分子化合物の原料であるモノマーあるいは溶媒などが電解質層56中にほとんど残らず、しかも高分子化合物の形成工程が良好に制御される。このため、正極53、負極54およびセパレータ55と電解質層56との間において十分な密着性が得られる。   In the third manufacturing method, battery swelling is suppressed more than in the first manufacturing method. Further, in the third manufacturing method, almost no monomer or solvent, which is a raw material for the polymer compound, remains in the electrolyte layer 56 as compared with the second manufacturing method, and the formation process of the polymer compound is better controlled. . For this reason, sufficient adhesion is obtained between the positive electrode 53, the negative electrode 54 and the separator 55 and the electrolyte layer 56.

この第3の二次電池によれば、負極54が上記した負極と同様の構成を有しているので、第1の二次電池と同様の作用により、優れたサイクル特性および膨れ特性を得ることができる。この二次電池に関する他の効果は、第1の二次電池と同様である。   According to the third secondary battery, since the negative electrode 54 has the same configuration as the negative electrode described above, excellent cycle characteristics and swelling characteristics can be obtained by the same action as the first secondary battery. Can do. Other effects relating to the secondary battery are the same as those of the first secondary battery.

本発明の実施例について、詳細に説明する。   Examples of the present invention will be described in detail.

(実験例1−1〜1−10)
以下の手順により、図12および図13に示したラミネートフィルム型のリチウムイオン二次電池を作製した。
(Experimental Examples 1-1 to 1-10)
The laminate film type lithium ion secondary battery shown in FIGS. 12 and 13 was produced by the following procedure.

まず、塗布法を用いて正極集電体53A上に正極活物質層53Bを形成して、正極53を作製した。   First, the positive electrode active material layer 53B was formed on the positive electrode current collector 53A using a coating method, and the positive electrode 53 was manufactured.

この場合には、最初に、炭酸リチウム(Li2 CO3 )と炭酸コバルト(CoCO3 )とを0.5:1のモル比で混合したのち、空気中で900℃×5時間焼成してリチウムコバルト複合酸化物(LiCoO2 )を得た。続いて、正極活物質としてリチウムコバルト複合酸化物91質量部と、正極導電剤としてグラファイト6質量部と、正極結着剤としてポリフッ化ビニリデン3質量部とを混合して、正極合剤とした。続いて、N−メチル−2−ピロリドンに正極合剤を分散させて、ペースト状の正極合剤スラリーとした。続いて、コーティング装置を用いて正極集電体53Aの両面に正極合剤スラリーを均一に塗布してから乾燥させて、正極活物質層53Bを形成した。この正極集電体53Aとしては、帯状のアルミニウム箔(厚さ=12μm)を用いた。最後に、ロールプレス機を用いて正極活物質層53Bを圧縮成型した。 In this case, lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) and cobalt carbonate (CoCO 3 ) are first mixed at a molar ratio of 0.5: 1, and then calcined in air at 900 ° C. for 5 hours. A cobalt composite oxide (LiCoO 2 ) was obtained. Subsequently, 91 parts by mass of lithium cobalt composite oxide as a positive electrode active material, 6 parts by mass of graphite as a positive electrode conductive agent, and 3 parts by mass of polyvinylidene fluoride as a positive electrode binder were mixed to obtain a positive electrode mixture. Subsequently, the positive electrode mixture was dispersed in N-methyl-2-pyrrolidone to obtain a paste-like positive electrode mixture slurry. Subsequently, the positive electrode mixture slurry was uniformly applied to both surfaces of the positive electrode current collector 53A using a coating apparatus, and then dried to form the positive electrode active material layer 53B. As the positive electrode current collector 53A, a strip-shaped aluminum foil (thickness = 12 μm) was used. Finally, the positive electrode active material layer 53B was compression molded using a roll press.

次に、負極集電体54A上に結晶性負極活物質層および非結晶性負極活物質層を含む負極活物質層54Bを形成して、負極54を作製した。   Next, a negative electrode active material layer 54B including a crystalline negative electrode active material layer and an amorphous negative electrode active material layer was formed on the negative electrode current collector 54A, so that the negative electrode 54 was produced.

この場合には、最初に、溶射法(ガスフレーム溶射法)を用いて負極集電体54Aの両面に負極材料としてケイ素粉末を溶融状態あるいは半溶融状態で吹き付けて、複数の粒子状の負極活物質(結晶性)を含む結晶性負極活物質層を形成した。この負極集電体54Aとしては、帯状の電解銅箔(厚さ=15μm,表面の十点平均粗さRz=3μm)を用いた。また、ケイ素粉末としては、メジアン径が1μm以上300μm以下であるものを用いた。溶射工程では、溶射炎の発生用のガスとして酸素ガスおよび水素ガス、負極材料の吹き付け用のガスとして窒素ガスを用いると共に、吹き付け速度を約45m/秒以上55m/秒以下とした。また、負極集電体54Aが熱的ダメージを負わないように、炭酸ガスで基盤を冷却しながら吹き付け処理を行った。さらに、チャンバ内に連続的に酸素ガスおよび必要に応じて水蒸気を導入して、結晶性の負極活物質中の酸素含有量を5原子数%とした。   In this case, first, a silicon powder as a negative electrode material is sprayed in a molten state or a semi-molten state on both surfaces of the negative electrode current collector 54A using a thermal spraying method (gas flame spraying method), and a plurality of particulate negative electrode active materials are sprayed. A crystalline negative electrode active material layer containing the material (crystalline) was formed. As the negative electrode current collector 54A, a strip-shaped electrolytic copper foil (thickness = 15 μm, surface ten-point average roughness Rz = 3 μm) was used. As the silicon powder, one having a median diameter of 1 μm to 300 μm was used. In the thermal spraying process, oxygen gas and hydrogen gas were used as the gas for generating the thermal spray flame, nitrogen gas was used as the gas for spraying the negative electrode material, and the spraying speed was about 45 m / second or more and 55 m / second or less. Further, a spraying process was performed while cooling the substrate with carbon dioxide gas so that the negative electrode current collector 54A was not thermally damaged. Further, oxygen gas and water vapor as necessary were continuously introduced into the chamber, so that the oxygen content in the crystalline negative electrode active material was 5 atomic%.

続いて、蒸着法(電子ビーム蒸着法)を用いて結晶性負極活物質層の表面に負極材料としてケイ素を堆積させて、複数の粒子状の負極活物質(非結晶性)を含む非結晶性負極活物質層を形成した。蒸着工程では、偏向式電子ビーム蒸着源として純度99%のケイ素を用いると共に、堆積速度を100nm/秒とした。また、チャンバ内に連続的に酸素ガスおよび必要に応じて水蒸気を導入して、非結晶性の負極活物質中の酸素含有量を5原子数%とした。   Subsequently, silicon is deposited as a negative electrode material on the surface of the crystalline negative electrode active material layer using a vapor deposition method (electron beam vapor deposition method), so that the non-crystalline property includes a plurality of particulate negative electrode active materials (non-crystalline). A negative electrode active material layer was formed. In the vapor deposition process, silicon having a purity of 99% was used as a deflection electron beam vapor deposition source, and the deposition rate was set to 100 nm / second. In addition, oxygen gas and water vapor as necessary were continuously introduced into the chamber, so that the oxygen content in the amorphous negative electrode active material was 5 atomic%.

特に、結晶性負極活物質層を形成する場合には、負極材料のメジアン径、投入量および溶融温度、ならびに基盤の冷却温度を調整して、以下の設定条件となるようにした。第1に、複数の粒子状の負極活物質が扁平粒子を含むようにした。第2に、X線回折により得られる結晶性の負極活物質の(111)結晶面における回折ピークの半値幅(2θ)を1°とし、同結晶面に起因する結晶子サイズを400nmとした。この場合には、リガク電機株式会社製のX線回折装置(官球:CuKa)を用いると共に、官電圧を40kV、官電流を40mA、スキャン方法をθ−2θ法、測定範囲を20°≦2θ≦90°とした。なお、上記した設定条件については、図9を参照して説明した非対向領域R2における負極活物質層54Bについて調べた。   In particular, when forming a crystalline negative electrode active material layer, the median diameter, input amount and melting temperature of the negative electrode material, and the cooling temperature of the substrate were adjusted so as to satisfy the following setting conditions. First, the plurality of particulate negative electrode active materials are made to contain flat particles. Second, the half width (2θ) of the diffraction peak on the (111) crystal plane of the crystalline negative electrode active material obtained by X-ray diffraction was 1 °, and the crystallite size attributable to the crystal plane was 400 nm. In this case, an X-ray diffractometer (Ryukyu Electric Co., Ltd .: CuKa) manufactured by Rigaku Electric Co., Ltd. is used. ≦ 90 °. Note that the setting conditions described above were examined for the negative electrode active material layer 54B in the non-facing region R2 described with reference to FIG.

また、負極活物質層54Bを形成する場合には、総厚(結晶性負極活物質層の厚さT1と非結晶性負極活物質層の厚さT2との合計)を15μmにすると共に、表1に示したように厚さ比(T1/(T1+T2))を変化させた。なお、厚さ比を算出する手順は、上記した負極について説明した通りである。   When the negative electrode active material layer 54B is formed, the total thickness (the total of the thickness T1 of the crystalline negative electrode active material layer and the thickness T2 of the amorphous negative electrode active material layer) is set to 15 μm. As shown in FIG. 1, the thickness ratio (T1 / (T1 + T2)) was changed. The procedure for calculating the thickness ratio is as described for the negative electrode.

次に、溶媒として炭酸エチレン(EC)と炭酸ジエチル(DEC)とを混合したのち、電解質塩として六フッ化リン酸リチウム(LiPF6 )を溶解させて、液状の電解質(電解液)を調製した。この場合には、溶媒の組成(EC:DEC)を重量比で50:50とし、電解質塩の含有量を溶媒に対して1mol/kgとした。 Next, after mixing ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) as a solvent, lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) was dissolved as an electrolyte salt to prepare a liquid electrolyte (electrolytic solution). . In this case, the composition of the solvent (EC: DEC) was 50:50 by weight, and the content of the electrolyte salt was 1 mol / kg with respect to the solvent.

最後に、正極53および負極54と共に電解液を用いて二次電池を組み立てた。最初に、正極集電体53Aの一端にアルミニウム製の正極リード51を溶接すると共に、負極集電体54Aの一端にニッケル製の負極リード52を溶接した。続いて、正極53と、セパレータ55と、負極54と、セパレータ55とをこの順に積層してから長手方向に巻回させたのち、粘着テープからなる保護テープ57で巻き終わり部分を固定して、巻回電極体50の前駆体である巻回体を形成した。このセパレータ55としては、多孔性ポリプロピレンを主成分とするフィルムにより多孔性ポリエチレンを主成分とするフィルムが挟まれた3層構造体(厚さ=23μm)を用いた。続いて、外装部材60の間に巻回体を挟み込んだのち、一辺を除く外縁部同士を熱融着して、袋状の外装部材60の内部に巻回体を収納した。この外装部材60としては、外側から、ナイロンフィルム(厚さ=30μm)と、アルミニウム箔(厚さ=40μm)と、無延伸ポリプロピレンフィルム(厚さ=30μm)とが積層された3層構造のラミネートフィルム(総厚=100μm)を用いた。続いて、外装部材60の開口部から電解液を注入してセパレータ55に含浸させて、巻回電極体50を作製した。最後に、真空雰囲気中で外装部材60の開口部を熱融着して封止することにより、ラミネートフィルム型の二次電池が完成した。この二次電池を作製する場合には、正極活物質層53Bの厚さを調節して、満充電時において負極54にリチウム金属が析出しないようにした。   Finally, a secondary battery was assembled using the electrolytic solution together with the positive electrode 53 and the negative electrode 54. First, the positive electrode lead 51 made of aluminum was welded to one end of the positive electrode current collector 53A, and the negative electrode lead 52 made of nickel was welded to one end of the negative electrode current collector 54A. Subsequently, after the positive electrode 53, the separator 55, the negative electrode 54, and the separator 55 are laminated in this order and wound in the longitudinal direction, the winding end portion is fixed with the protective tape 57 made of an adhesive tape, A wound body that is a precursor of the wound electrode body 50 was formed. As the separator 55, a three-layer structure (thickness = 23 μm) in which a film mainly composed of porous polyethylene was sandwiched between films mainly composed of porous polypropylene. Subsequently, after the wound body was sandwiched between the exterior members 60, the outer edge portions except for one side were heat-sealed, and the wound body was accommodated in the bag-shaped exterior member 60. As the exterior member 60, a laminate having a three-layer structure in which a nylon film (thickness = 30 μm), an aluminum foil (thickness = 40 μm), and an unstretched polypropylene film (thickness = 30 μm) are laminated from the outside. A film (total thickness = 100 μm) was used. Subsequently, an electrolytic solution was injected from the opening of the exterior member 60 and impregnated in the separator 55, thereby manufacturing the wound electrode body 50. Finally, the laminated film type secondary battery was completed by thermally sealing and sealing the opening of the exterior member 60 in a vacuum atmosphere. In the production of this secondary battery, the thickness of the positive electrode active material layer 53B was adjusted so that lithium metal did not deposit on the negative electrode 54 during full charge.

(実験例1−11〜1−14)
表2に示したように、結晶性負極活物質層あるいは非結晶性負極活物質層のいずれか一方だけを形成したことを除き、実験例1−1〜1−10と同様の手順を経た。この場合には、非結晶性負極活物質層の形成方法として、蒸着法の他にスパッタ法あるいはCVD法を用いた。スパッタ工程(RFマグネトロンスパッタ)では、ターゲットとして純度99.99%のケイ素を用いると共に、堆積速度を0.5nm/秒とした。また、CVD工程では、原材料としてシラン(SiH4 )ガス、励起ガスとしてアルゴン(Ar)ガスを用いると共に、堆積速度を1.5nm/秒、基盤温度を200℃とした。
(Experimental Examples 1-11 to 1-14)
As shown in Table 2, the same procedure as in Experimental Examples 1-1 to 1-10 was performed, except that only one of the crystalline negative electrode active material layer and the amorphous negative electrode active material layer was formed. In this case, as a method for forming the amorphous negative electrode active material layer, a sputtering method or a CVD method was used in addition to the vapor deposition method. In the sputtering process (RF magnetron sputtering), silicon having a purity of 99.99% was used as a target, and the deposition rate was set to 0.5 nm / second. In the CVD process, silane (SiH 4 ) gas was used as the raw material, argon (Ar) gas was used as the excitation gas, the deposition rate was 1.5 nm / second, and the substrate temperature was 200 ° C.

これらの実験例1−1〜1−14の二次電池についてサイクル特性および膨れ特性を調べたところ、表1、表2および図14に示した結果が得られた。   When the cycle characteristics and the swollenness characteristics of the secondary batteries of Examples 1-1 to 1-14 were examined, the results shown in Tables 1 and 2 and FIG. 14 were obtained.

サイクル特性を調べる際には、サイクル試験を行って放電容量維持率を求めた。最初に、電池状態を安定化させるために23℃の雰囲気中で1サイクル充放電させたのち、再び充放電させて2サイクル目の放電容量を測定した。続いて、同雰囲気中で99サイクル充放電させて101サイクル目の放電容量を測定した。最後に、放電容量維持率(%)=(101サイクル目の放電容量/2サイクル目の放電容量)×100を算出した。この場合には、3mA/cm2 の定電流密度で電池電圧が4.2Vに到達するまで充電したのち、4.2Vの定電圧で電流密度が0.3mA/cm2 に到達するまで充電した。また、3mA/cm2 の定電流密度で電池電圧が2.5Vに到達するまで放電した。 When examining the cycle characteristics, a cycle test was conducted to determine the discharge capacity retention rate. First, in order to stabilize the battery state, the battery was charged and discharged for 1 cycle in an atmosphere at 23 ° C., then charged and discharged again, and the discharge capacity at the second cycle was measured. Subsequently, 99 cycles were charged and discharged in the same atmosphere, and the discharge capacity at the 101st cycle was measured. Finally, discharge capacity retention ratio (%) = (discharge capacity at the 101st cycle / discharge capacity at the second cycle) × 100 was calculated. In this case, charging was performed at a constant current density of 3 mA / cm 2 until the battery voltage reached 4.2 V, and then charging was performed at a constant voltage of 4.2 V until the current density reached 0.3 mA / cm 2 . . The battery was discharged at a constant current density of 3 mA / cm 2 until the battery voltage reached 2.5V.

膨れ特性を調べる際には、上記したサイクル試験時の膨れ率を求めた。すなわち、2サイクル目および101サイクル目の放電後の厚さを測定したのち、膨れ率(%)=[(101サイクル目の放電後の厚さ−2サイクル目の放電後の厚さ)/2サイクル目の放電後の厚さ]×100を算出した。   When investigating the swollenness characteristics, the swollenness ratio during the above cycle test was determined. That is, after measuring the thickness after the discharge at the second cycle and the 101st cycle, the swelling ratio (%) = [(the thickness after the discharge at the 101st cycle−the thickness after the discharge at the second cycle) / 2. Thickness after discharge at the cycle] × 100 was calculated.

なお、サイクル特性および膨れを調べる場合の手順および条件は、以降の一連の実験例においても同様である。   Note that the procedure and conditions for examining the cycle characteristics and swelling are the same in the following series of experimental examples.

Figure 2010147006
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Figure 2010147006
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負極活物質層54Bが結晶性負極活物質層および非結晶性負極活物質層を含む場合には、いずれか一方だけである場合とは異なり、放電容量維持率および膨れ率の双方について良好な結果が得られた。特に、結晶性負極活物質層および非結晶性負極活物質層を含む場合には、厚さ比が0.1以上0.995以下、さらに0.3以上0.95以下であると、より良好な結果が得られた。これらのことから、本発明の二次電池では、負極活物質層54Bが結晶性負極活物質層および非結晶性負極活物質層がこの順に積層された構造を含むことにより、優れたサイクル特性および膨れ特性が得られる。この場合には、厚さ比が0.1以上0.995以下であれば、両特性がより向上する。   In the case where the negative electrode active material layer 54B includes a crystalline negative electrode active material layer and an amorphous negative electrode active material layer, unlike the case where only one of them is provided, good results for both the discharge capacity retention rate and the swelling rate are obtained. was gotten. In particular, when a crystalline negative electrode active material layer and an amorphous negative electrode active material layer are included, the thickness ratio is preferably 0.1 or more and 0.995 or less, more preferably 0.3 or more and 0.95 or less. Results were obtained. For these reasons, in the secondary battery of the present invention, the negative electrode active material layer 54B includes a structure in which a crystalline negative electrode active material layer and an amorphous negative electrode active material layer are laminated in this order. Swelling characteristics are obtained. In this case, if the thickness ratio is 0.1 or more and 0.995 or less, both characteristics are further improved.

(実験例2−1〜2−6)
表3に示したように、非結晶性負極活物質層の形成方法を変更すると共に、結晶性負極活物質層の形成方法を変更したことを除き、実験例1−3,1−6と同様の手順を経た。スパッタ工程およびCVD工程の条件は、実験例1−13,1−14と同様である。
(Experimental examples 2-1 to 2-6)
As shown in Table 3, similar to Experimental Examples 1-3 and 1-6, except that the formation method of the amorphous negative electrode active material layer was changed and the formation method of the crystalline negative electrode active material layer was changed I went through the procedure. The conditions of the sputtering process and the CVD process are the same as in Experimental Examples 1-13 and 1-14.

塗布法を用いた形成手順は、以下の通りである。最初に、負極活物質としてケイ素粉末(メジアン径=8μm)とポリアミック酸溶液とを80:20の乾燥重量比で混合して、負極合剤とした。このポリアミック酸溶液の溶媒は、N−メチル−2−ピロリドンおよびN,N−ジメチルアセトアミドである。続いて、N−メチル−2−ピロリドンに負極合剤を分散させて、負極合剤スラリーとした。最後に、コーティング装置を用いて負極集電体54Aの両面に負極合剤スラリーを均一に塗布してから乾燥させたのち、真空雰囲気中において400℃×1時間の条件で加熱して、負極活物質層を形成した。   The formation procedure using the coating method is as follows. First, silicon powder (median diameter = 8 μm) as a negative electrode active material and a polyamic acid solution were mixed at a dry weight ratio of 80:20 to obtain a negative electrode mixture. The solvents for this polyamic acid solution are N-methyl-2-pyrrolidone and N, N-dimethylacetamide. Subsequently, the negative electrode mixture was dispersed in N-methyl-2-pyrrolidone to obtain a negative electrode mixture slurry. Finally, after applying the negative electrode mixture slurry uniformly on both surfaces of the negative electrode current collector 54A using a coating apparatus and drying, the negative electrode active material is heated in a vacuum atmosphere at 400 ° C. for 1 hour. A material layer was formed.

これらの実験例2−1〜2−6の二次電池についてサイクル特性および膨れ特性を調べたところ、表3に示した結果が得られた。   When the cycle characteristics and the swollenness characteristics of the secondary batteries of Experimental Examples 2-1 to 2-6 were examined, the results shown in Table 3 were obtained.

Figure 2010147006
Figure 2010147006

非結晶性負極活物質層の形成方法を変更した場合においても、表1および表2と同様の結果が得られた。この場合には、厚さ比ごとに比較して、放電容量維持率および膨れ率がほぼ同等であった。また、負極活物質層の形成方法として塗布法を用いた場合には、溶射法を用いた場合よりも放電容量維持率が低くなると共に膨れ率が大きくなった。これらのことから、本発明の二次電池では、非結晶性負極活物質層の形成方法としてスパッタ法あるいはCVD法を用いても、優れたサイクル特性および膨れ特性が得られる。また、結晶性負極活物質層の形成方法として溶射法を用いれば、塗布法を用いた場合よりも優れたサイクル特性および膨れ特性が得られる。   Even when the formation method of the amorphous negative electrode active material layer was changed, the same results as in Tables 1 and 2 were obtained. In this case, the discharge capacity retention ratio and the swelling ratio were substantially the same as compared with each thickness ratio. Further, when the coating method was used as the method for forming the negative electrode active material layer, the discharge capacity retention rate was lower and the swelling rate was larger than when the thermal spraying method was used. For these reasons, in the secondary battery of the present invention, excellent cycle characteristics and swollenness characteristics can be obtained even when the sputtering method or the CVD method is used as the method for forming the amorphous negative electrode active material layer. In addition, when a thermal spraying method is used as a method for forming the crystalline negative electrode active material layer, cycle characteristics and swelling characteristics superior to those obtained when a coating method is used can be obtained.

(実験例3−1〜3−7)
表4に示したように、負極活物質層54Bの総厚を変更したことを除き、実験例1−1,1−3,1−6,1−9〜1−12と同様の手順を経た。これらの実験例3−1〜3−7の二次電池についてサイクル特性および膨れ特性を調べたところ、表4に示した結果が得られた。
(Experimental examples 3-1 to 3-7)
As shown in Table 4, the same procedure as in Experimental Examples 1-1, 1-3, 1-6, 1-9 to 1-12 was performed, except that the total thickness of the negative electrode active material layer 54B was changed. . When the cycle characteristics and the swollenness characteristics of the secondary batteries of Examples 3-1 to 3-7 were examined, the results shown in Table 4 were obtained.

Figure 2010147006
Figure 2010147006

負極活物質層54Bの総厚を変更した場合においても、表1および表2と同様の結果が得られた。このことから、本発明の二次電池では、負極活物質層54Bが結晶性負極活物質層および非結晶性負極活物質層を含んでいると、その総厚に依存せずに、優れたサイクル特性および膨れ特性が得られる。   Even when the total thickness of the negative electrode active material layer 54B was changed, the same results as in Tables 1 and 2 were obtained. Therefore, in the secondary battery of the present invention, when the negative electrode active material layer 54B includes a crystalline negative electrode active material layer and an amorphous negative electrode active material layer, an excellent cycle is achieved without depending on the total thickness. Characteristics and blister characteristics are obtained.

(実験例4−1〜4−5)
表5に示したように、結晶性負極活物質層(結晶性の負極活物質)の半値幅および結晶子サイズを変更したことを除き、実験例1−3と同様の手順を経た。これらの実験例4−1〜4−5の二次電池についてサイクル特性および膨れ特性を調べたところ、表5および図15に示した結果が得られた。
(Experimental examples 4-1 to 4-5)
As shown in Table 5, the same procedure as in Experimental Example 1-3 was performed except that the half width and the crystallite size of the crystalline negative electrode active material layer (crystalline negative electrode active material) were changed. When the cycle characteristics and the swollenness characteristics of the secondary batteries of Examples 4-1 to 4-5 were examined, the results shown in Table 5 and FIG. 15 were obtained.

Figure 2010147006
Figure 2010147006

半値幅および結晶性サイズを変更した場合においても、表1および表2と同様の結果が得られた。この場合には、半値幅が20°以下であると共に結晶子サイズが100nm以上であると、放電容量維持率がより高くなった。これらのことから、本発明の二次電池では、結晶性の負極活物質の(111)結晶面における回折ピークの半値幅(2θ)が20°以下であると共に結晶子サイズが100nm以上であれば、サイクル特性がより向上する。   Even when the full width at half maximum and the crystallinity size were changed, the same results as in Tables 1 and 2 were obtained. In this case, when the half width was 20 ° or less and the crystallite size was 100 nm or more, the discharge capacity retention ratio was higher. For these reasons, in the secondary battery of the present invention, if the half width (2θ) of the diffraction peak on the (111) crystal plane of the crystalline negative electrode active material is 20 ° or less and the crystallite size is 100 nm or more, , Cycle characteristics are further improved.

(実験例5−1〜5−3)
結晶性負極活物質層において複数の粒子状の負極活物質が扁平粒子を含まないようにしたことを除き、実験例1−3,1−6,1−9と同様の手順を経た。これらの実験例5−1〜5−3の二次電池についてサイクル特性および膨れ特性を調べたところ、表6に示した結果が得られた。
(Experimental examples 5-1 to 5-3)
A procedure similar to that of Experimental Examples 1-3, 1-6, and 1-9 was performed except that the plurality of particulate negative electrode active materials did not contain flat particles in the crystalline negative electrode active material layer. The cycle characteristics and the swollenness characteristics of the secondary batteries of Examples 5-1 to 5-3 were examined. The results shown in Table 6 were obtained.

Figure 2010147006
Figure 2010147006

結晶性負極活物質層において扁平粒子を含まない場合においても、表1および表2と同様の結果が得られた。この場合には、若干ながら、扁平粒子を含む場合よりも放電容量維持率が低くなると共に膨れ率が大きくなった。これらのことから、本発明の二次電池では、結晶性負極活物質層において複数の粒子状の負極活物質が扁平粒子を含むようにすれば、サイクル特性および膨れ特性がより向上する。   Even when the crystalline negative electrode active material layer did not contain flat particles, the same results as in Tables 1 and 2 were obtained. In this case, the discharge capacity retention rate was lowered and the swelling rate was increased as compared with the case where flat particles were included. For these reasons, in the secondary battery of the present invention, if the plurality of particulate negative electrode active materials include flat particles in the crystalline negative electrode active material layer, the cycle characteristics and the swollenness characteristics are further improved.

(実験例6−1〜6−9)
表7に示したように、結晶性負極活物質層および非結晶性負極活物質層において負極活物質中の酸素含有量を変更したことを除き、実験例1−3と同様の手順を経た。これらの実験例6−1〜6−9の二次電池についてサイクル特性および膨れ特性を調べたところ、表7および図16に示した結果が得られた。
(Experimental examples 6-1 to 6-9)
As shown in Table 7, the same procedure as in Experimental Example 1-3 was performed except that the oxygen content in the negative electrode active material was changed in the crystalline negative electrode active material layer and the amorphous negative electrode active material layer. When the cycle characteristics and the swollenness characteristics of the secondary batteries of Examples 6-1 to 6-9 were examined, the results shown in Table 7 and FIG. 16 were obtained.

Figure 2010147006
Figure 2010147006

負極活物質中の酸素含有量を変更した場合においても、表1および表2と同様の結果が得られた。この場合には、酸素含有量が1.5原子数%以上40原子数%以下であると、高い放電容量維持率が得られると共に、十分な電池容量も得られた。これらのことから、本発明の二次電池では、負極活物質中の酸素含有量が1.5原子数%以上40原子数%以下であれば、優れたサイクル特性および電池容量が得られる。   Even when the oxygen content in the negative electrode active material was changed, the same results as in Tables 1 and 2 were obtained. In this case, when the oxygen content was 1.5 atomic% or more and 40 atomic% or less, a high discharge capacity retention rate was obtained and a sufficient battery capacity was also obtained. For these reasons, in the secondary battery of the present invention, excellent cycle characteristics and battery capacity can be obtained if the oxygen content in the negative electrode active material is 1.5 atomic% to 40 atomic%.

(実験例7−1〜7−16)
表8および表9に示したように、結晶性負極活物質層において負極活物質が金属元素を含むようにしたことを除き、実験例1−3と同様の手順を経た。この場合には、負極活物質層54Bを形成する際に、ガスアトマイズ法により形成されたケイ素合金粒子を溶融状態あるいは半溶融状態で吹き付けて、負極活物質中における金属元素の含有量を5原子数%とした。
(Experimental examples 7-1 to 7-16)
As shown in Table 8 and Table 9, the same procedure as in Experimental Example 1-3 was performed, except that the negative electrode active material contained a metal element in the crystalline negative electrode active material layer. In this case, when forming the negative electrode active material layer 54B, the silicon alloy particles formed by the gas atomization method are sprayed in a molten state or a semi-molten state, and the content of the metal element in the negative electrode active material is set to 5 atoms. %.

(実験例8−1〜8−3)
表10に示したように、非結晶性負極活物質層において負極活物質が金属元素を含むようにしたことを除き、実験例1−3と同様の手順を経た。
(Experimental examples 8-1 to 8-3)
As shown in Table 10, the same procedure as in Experimental Example 1-3 was performed, except that the negative electrode active material contained a metal element in the amorphous negative electrode active material layer.

(実験例9−1〜9−3)
表11に示したように、結晶性負極活物質層および非結晶性負極活物質層において負極活物質が金属元素を含むようにしたことを除き、実験例1−3と同様の手順を経た。
(Experimental examples 9-1 to 9-3)
As shown in Table 11, the same procedure as in Experimental Example 1-3 was performed, except that the negative electrode active material contained a metal element in the crystalline negative electrode active material layer and the amorphous negative electrode active material layer.

これらの実験例7−1〜7−16,8−1〜8−3,9−1〜9−3の二次電池についてサイクル特性および膨れ特性を調べたところ、表8〜表11に示した結果が得られた。   The cycle characteristics and the swollenness characteristics of the secondary batteries of Experimental Examples 7-1 to 7-16, 8-1 to 8-3, and 9-1 to 9-3 were examined. The results are shown in Tables 8 to 11. Results were obtained.

Figure 2010147006
Figure 2010147006

Figure 2010147006
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Figure 2010147006
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Figure 2010147006
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負極活物質が金属元素を含む場合においても、表1および表2と同様の結果が得られた。この場合には、金属元素を含まない場合よりも放電容量維持率が高くなった。これらのことから、本発明の二次電池では、結晶性負極活物質層および非結晶性負極活物質層のうちの少なくとも一方において負極活物質が金属元素を含むようにすれば、サイクル特性がより向上する。   Even when the negative electrode active material contained a metal element, the same results as in Tables 1 and 2 were obtained. In this case, the discharge capacity retention rate was higher than when no metal element was included. From these facts, in the secondary battery of the present invention, if the negative electrode active material contains a metal element in at least one of the crystalline negative electrode active material layer and the non-crystalline negative electrode active material layer, the cycle characteristics are further improved. improves.

(実験例10−1〜10−3)
表12に示したように、チャンバ内に断続的に酸素ガス等を導入して、高酸素含有量領域および低酸素含有領域を含むように負極活物質層54Bを形成したことを除き、実験例1−3と同様の手順を経た。この場合には、低酸素含有量領域により高酸素含有領域が挟まれると共に、それらが交互に積層されるようにした。また、高酸素含有領域における負極活物質中の酸素含有量を5原子数%とした。これらの実験例10−1〜10−3の二次電池についてサイクル特性および膨れ特性を調べたところ、表12および図17に示した結果が得られた。
(Experimental examples 10-1 to 10-3)
As shown in Table 12, experimental examples except that the negative electrode active material layer 54B was formed so as to include a high oxygen content region and a low oxygen content region by intermittently introducing oxygen gas or the like into the chamber. The same procedure as in 1-3 was performed. In this case, the high oxygen content region is sandwiched by the low oxygen content region, and they are alternately stacked. Further, the oxygen content in the negative electrode active material in the high oxygen content region was set to 5 atomic%. When the cycle characteristics and the swollenness characteristics of the secondary batteries of Experimental Examples 10-1 to 10-3 were examined, the results shown in Table 12 and FIG. 17 were obtained.

Figure 2010147006
Figure 2010147006

負極活物質層54Bが高酸素含有領域および低酸素含有領域を含む場合においても、表1および表2と同様の結果が得られた。この場合には、高酸素含有領域および低酸素含有領域を含まない場合よりも放電容量維持率が高くなると共に膨れ率が小さくなり、高酸素含有領域の数が多くなるにしたがって放電容量維持率がより高くなると共に膨れ率がより小さくなった。これらのことから、本発明の二次電池では、負極活物質層54Bが高酸素含有領域および低酸素含有領域を含むようにすれば、サイクル特性および膨れ特性がより向上する。   Even when the negative electrode active material layer 54B includes the high oxygen content region and the low oxygen content region, the same results as in Table 1 and Table 2 were obtained. In this case, the discharge capacity retention rate is higher and the swelling rate is smaller than when the high oxygen content region and the low oxygen content region are not included, and the discharge capacity retention rate increases as the number of high oxygen content regions increases. The bulge rate became smaller with higher. For these reasons, in the secondary battery of the present invention, if the negative electrode active material layer 54B includes a high oxygen content region and a low oxygen content region, the cycle characteristics and the swollenness characteristics are further improved.

(実験例11−1〜11−13)
表13に示したように、負極集電体54Aの表面の十点平均粗さRzを変更したことを除き、実験例1−3と同様の手順を経た。これらの実験例11−1〜11−13の二次電池についてサイクル特性および膨れ特性を調べたところ、表13および図18に示した結果が得られた。
(Experimental examples 11-1 to 11-13)
As shown in Table 13, the same procedure as in Experimental Example 1-3 was performed, except that the ten-point average roughness Rz of the surface of the negative electrode current collector 54A was changed. When the cycle characteristics and the swollenness characteristics of the secondary batteries of Examples 11-1 to 11-13 were examined, the results shown in Table 13 and FIG. 18 were obtained.

Figure 2010147006
Figure 2010147006

十点平均粗さRzを変更した場合においても、表1および表2と同様の結果が得られた。この場合には、十点平均粗さRzが1.5μm以上、さらに3μm以上30μm以下であると、高い放電容量維持率が得られると共に、十分な電池容量も得られた。これらのことから、本発明の二次電池では、負極集電体54Aの表面の十点平均粗さRzが1.5μm以上、好ましくは3μm以上30μm以下であれば、優れたサイクル特性および電池容量が得られる。   Even when the ten-point average roughness Rz was changed, the same results as in Tables 1 and 2 were obtained. In this case, when the ten-point average roughness Rz was 1.5 μm or more, and further 3 μm or more and 30 μm or less, a high discharge capacity retention rate was obtained and a sufficient battery capacity was also obtained. For these reasons, in the secondary battery of the present invention, if the ten-point average roughness Rz of the surface of the negative electrode current collector 54A is 1.5 μm or more, preferably 3 μm or more and 30 μm or less, excellent cycle characteristics and battery capacity are obtained. Is obtained.

(実験例12−1〜12−8)
表14および表15に示したように、電解液の組成を変更したことを除き、実験例1−3と同様の手順を経た。この場合には、溶媒として、4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン(FEC)あるいは4,5−ジフルオロ−1、3−ジオキソラン−2−オン(DFEC)を用いた。また、他の溶媒として、炭酸ビニレン(VC)、炭酸ビニルエチレン(VEC)、プロペンスルトン(PRS)、無水スルホ安息香酸(SBAH)あるいは無水スルホプロピオン酸(SPAH)を用いた。さらに、電解質塩として、四フッ化ホウ酸リチウム(LiBF4 )を用いた。溶媒中における他の溶媒の含有量は、1重量%とした。また、LiBF4 の含有量を溶媒に対して0.1mol/kg、LiPF6 の含有量を溶媒に対して0.9mol/kgとした。これらの実験例12−1〜12−8の二次電池についてサイクル特性および膨れ特性を調べたところ、表14および表15に示した結果が得られた。
(Experimental examples 12-1 to 12-8)
As shown in Table 14 and Table 15, the same procedure as in Experimental Example 1-3 was performed except that the composition of the electrolytic solution was changed. In this case, 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one (FEC) or 4,5-difluoro-1,3-dioxolan-2-one (DFEC) was used as a solvent. As other solvents, vinylene carbonate (VC), vinyl ethylene carbonate (VEC), propene sultone (PRS), anhydrous sulfobenzoic acid (SBAH) or anhydrous sulfopropionic acid (SPAH) was used. Furthermore, lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ) was used as the electrolyte salt. The content of other solvents in the solvent was 1% by weight. The LiBF 4 content was 0.1 mol / kg with respect to the solvent, and the LiPF 6 content was 0.9 mol / kg with respect to the solvent. When the cycle characteristics and the swollenness characteristics of the secondary batteries of Examples 12-1 to 12-8 were examined, the results shown in Table 14 and Table 15 were obtained.

Figure 2010147006
Figure 2010147006

Figure 2010147006
Figure 2010147006

電解液の組成を変更した場合においても、表1および表2と同様の結果が得られた。特に、FEC等を加えると共にLiBF4 を加えた場合には、それらを加えなかった場合よりも放電容量維持率が高くなった。また、PRS等を加えた場合には、それらを加えなかった場合よりも膨れ率が小さくなった。これらのことから、本発明の二次電池では、溶媒として、ハロゲン化鎖状炭酸エステル、ハロゲン化環状炭酸エステル、不飽和炭素結合環状炭酸エステル、スルトンあるいは酸無水物を用いれば、サイクル特性がより向上する。また、電解質塩として四フッ化ホウ酸リチウムを用いれば、サイクル特性がより向上する。さらに、溶媒としてスルトンあるいは酸無水物を用いれば、膨れ特性がより向上する。 Even when the composition of the electrolytic solution was changed, the same results as in Tables 1 and 2 were obtained. In particular, when FEC or the like was added and LiBF 4 was added, the discharge capacity retention rate was higher than when no such components were added. Moreover, when PRS etc. were added, the swelling rate became smaller than the case where they were not added. For these reasons, in the secondary battery of the present invention, if a halogenated chain carbonate, halogenated cyclic carbonate, unsaturated carbon bond cyclic carbonate, sultone or acid anhydride is used as a solvent, cycle characteristics are further improved. improves. Moreover, if lithium tetrafluoroborate is used as the electrolyte salt, the cycle characteristics are further improved. Furthermore, if sultone or an acid anhydride is used as a solvent, the swelling characteristics are further improved.

(実験例13−1〜13−4)
表16に示したように、正極活物質としてリチウムニッケル系複合酸化物を用いたことを除き、実験例1−3と同様の手順を経た。これらの実験例13−1〜13−4の二次電池についてサイクル特性および膨れ特性を調べたところ、表16に示した結果が得られた。
(Experimental examples 13-1 to 13-4)
As shown in Table 16, the same procedure as in Experimental Example 1-3 was performed except that a lithium nickel composite oxide was used as the positive electrode active material. When the cycle characteristics and the swollenness characteristics of the secondary batteries of Examples 13-1 to 13-4 were examined, the results shown in Table 16 were obtained.

Figure 2010147006
Figure 2010147006

正極活物質としてリチウムニッケルコバルト系複合酸化物を用いた場合においても、表1および表2と同様の結果が得られた。この場合には、リチウムコバルト複合酸化物を用いた場合よりも放電容量維持率が高くなった。これらのことから、本発明の二次電池では、正極活物質としてリチウムニッケルコバルト系複合酸化物を用いれば、サイクル特性がより向上する。   Even when lithium nickel cobalt based composite oxide was used as the positive electrode active material, the same results as in Tables 1 and 2 were obtained. In this case, the discharge capacity retention rate was higher than when the lithium cobalt composite oxide was used. For these reasons, in the secondary battery of the present invention, the cycle characteristics are further improved by using a lithium nickel cobalt composite oxide as the positive electrode active material.

(実験例14−1,14−2)
角型の二次電池を作製したことを除き、実験例1−3と同様の手順を経た。この場合には、最初に、正極21および負極22を作製したのち、正極集電体21Aにアルミニウム製の正極リード24を溶接すると共に、負極集電体22Aにニッケル製の負極リード25を溶接した。続いて、正極21と、セパレータ23と、負極22とをこの順に積層してから長手方向において巻回させたのち、扁平状に成形して電池素子20を作製した。続いて、表17に示したように、金属製の電池缶11の内部に電池素子20を収納したのち、その電池素子20上に絶縁板12を配置した。続いて、正極リード24を正極ピン15を溶接すると共に、負極リード25を電池缶11に溶接したのち、電池缶11の開放端部に電池蓋13をレーザ溶接した。最後に、注入孔19を通じて電池缶11の内部に電解液を注入したのち、その注入孔19を封止部材19Aで塞いで、角型電池が完成した。これらの実験例14−1,14−2の二次電池についてサイクル特性および膨れ特性を調べたところ、表17に示した結果が得られた。
(Experimental Examples 14-1 and 14-2)
A procedure similar to that of Experimental Example 1-3 was performed, except that a square secondary battery was manufactured. In this case, first, the positive electrode 21 and the negative electrode 22 were prepared, and then the positive electrode lead 24 made of aluminum was welded to the positive electrode current collector 21A, and the negative electrode lead 25 made of nickel was welded to the negative electrode current collector 22A. . Subsequently, the positive electrode 21, the separator 23, and the negative electrode 22 were laminated in this order and wound in the longitudinal direction, and then formed into a flat shape to produce the battery element 20. Subsequently, as shown in Table 17, after the battery element 20 was housed inside the metal battery can 11, the insulating plate 12 was disposed on the battery element 20. Subsequently, the positive electrode lead 24 was welded to the positive electrode pin 15 and the negative electrode lead 25 was welded to the battery can 11, and then the battery lid 13 was laser welded to the open end of the battery can 11. Finally, an electrolyte was injected into the battery can 11 through the injection hole 19, and then the injection hole 19 was closed with a sealing member 19A to complete a square battery. When the cycle characteristics and the swollenness characteristics of the secondary batteries of Examples 14-1 and 14-2 were examined, the results shown in Table 17 were obtained.

Figure 2010147006
Figure 2010147006

電池構造を変更した場合においても、表1および表2と同様の結果が得られた。特に、電池構造が角型である場合には、ラミネートフィルム型である場合よりも放電容量維持率が高くなると共に膨れ率が小さくなった。この場合には、電池缶11の材質が鉄であると、放電容量維持率がより高くなると共に膨れ率がより小さくなった。これらのことから、本発明の二次電池では、電池構造が角型であれば、サイクル特性および膨れ特性がより向上する。   Even when the battery structure was changed, the same results as in Tables 1 and 2 were obtained. In particular, when the battery structure is a square type, the discharge capacity retention rate is higher and the swelling rate is smaller than when the battery structure is a laminate film type. In this case, when the material of the battery can 11 was iron, the discharge capacity retention rate was higher and the swelling rate was smaller. For these reasons, in the secondary battery of the present invention, if the battery structure is square, the cycle characteristics and the swollenness characteristics are further improved.

上記した表1〜表17および図14〜図18の結果から、本発明の二次電池について、以下のことが確認された。本発明の二次電池において、負極は、負極集電体上に負極活物質層を有している。この負極活物質層は、負極集電体上に形成されると共に結晶性の負極活物質を含む結晶性負極活物質層と、その結晶性負極活物質層上に形成されると共に非結晶性の負極活物質を含む非結晶性負極活物質層とを含んでいる。これにより、負極活物質中の酸素含有量、負極活物質中における金属元素の有無、電解液の組成、あるいは電池構造などに依存せずに、優れたサイクル特性および膨れ特性が得られる。   From the results shown in Tables 1 to 17 and FIGS. 14 to 18, the following was confirmed for the secondary battery of the present invention. In the secondary battery of the present invention, the negative electrode has a negative electrode active material layer on the negative electrode current collector. The negative electrode active material layer is formed on the negative electrode current collector and includes a crystalline negative electrode active material layer including a crystalline negative electrode active material, and is formed on the crystalline negative electrode active material layer and is non-crystalline. And an amorphous negative electrode active material layer containing a negative electrode active material. Thereby, excellent cycle characteristics and swelling characteristics can be obtained without depending on the oxygen content in the negative electrode active material, the presence or absence of metal elements in the negative electrode active material, the composition of the electrolytic solution, or the battery structure.

以上、実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記した実施の形態および実施例において説明した態様に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、本発明の負極の使用用途は、必ずしも二次電池に限らず、それ以外の他の電気化学デバイスでもよい。他の用途としては、例えば、キャパシタなどが挙げられる。   The present invention has been described with reference to the embodiments and examples. However, the present invention is not limited to the embodiments described in the above embodiments and examples, and various modifications can be made. For example, the use application of the negative electrode of the present invention is not necessarily limited to the secondary battery, but may be other electrochemical devices. Other applications include, for example, capacitors.

また、上記した実施の形態および実施例では、二次電池の種類として、負極の容量がリチウムイオンの吸蔵および放出により表されるリチウムイオン二次電池について説明したが、必ずしもこれに限られない。本発明の二次電池は、負極の容量がリチウムイオンの吸蔵および放出による容量とリチウム金属の析出および溶解による容量とを含み、かつ、それらの容量の和により表される二次電池についても、同様に適用可能である。この場合には、負極活物質としてリチウムイオンを吸蔵および放出することが可能な材料が用いられると共に、その材料の充電可能な容量が正極の放電容量よりも小さくなるように設定される。   In the above-described embodiments and examples, the lithium ion secondary battery in which the capacity of the negative electrode is expressed by insertion and extraction of lithium ions is described as the type of the secondary battery, but is not necessarily limited thereto. The secondary battery of the present invention also includes a secondary battery in which the capacity of the negative electrode includes a capacity due to insertion and extraction of lithium ions and a capacity due to precipitation and dissolution of lithium metal, and is represented by the sum of these capacities. The same applies. In this case, a material capable of inserting and extracting lithium ions is used as the negative electrode active material, and the chargeable capacity of the material is set to be smaller than the discharge capacity of the positive electrode.

また、上記した実施の形態および実施例では、電池構造が角型、円筒型あるいはラミネートフィルム型である場合や、電池素子が巻回構造を有する場合を例に挙げて説明した。しかしながら、本発明の二次電池は、コイン型あるいはボタン型などの他の電池構造を有する場合や、電池素子が積層構造などの他の構造を有する場合についても、同様に適用可能である。   Further, in the above-described embodiments and examples, the case where the battery structure is a square shape, the cylindrical shape, or the laminate film type, or the case where the battery element has a winding structure has been described as an example. However, the secondary battery of the present invention can be similarly applied to a case where it has another battery structure such as a coin type or a button type, and a case where the battery element has another structure such as a laminated structure.

また、上記した実施の形態および実施例では、電極反応物質としてリチウム(リチウムイオン)を用いる場合について説明したが、必ずしもこれに限られない。電極反応物質は、例えば、ナトリウム(Na)あるいはカリウム(K)などの他の1族元素や、マグネシウムあるいはカルシウムなどの2族元素や、アルミニウムなどの他の軽金属でもよい。本発明の効果は、電極反応物質の種類に依存せずに得られるはずであるため、その電極反応物質の種類を変更しても、同様の効果を得ることができる。   In the above-described embodiments and examples, the case where lithium (lithium ion) is used as the electrode reactant has been described, but the present invention is not necessarily limited thereto. The electrode reactant may be, for example, another group 1 element such as sodium (Na) or potassium (K), a group 2 element such as magnesium or calcium, or another light metal such as aluminum. Since the effect of the present invention should be obtained without depending on the type of the electrode reactant, the same effect can be obtained even if the type of the electrode reactant is changed.

また、上記した実施の形態および実施例では、本発明の二次電池における結晶性負極活物質層および非結晶性負極活物質層の厚さ比について、実施例の結果から導き出された適正範囲を説明している。しかしながら、その説明は、厚さ比が上記した範囲外となる可能性を完全に否定するものではない。すなわち、上記した適正範囲は、あくまで本発明の効果を得る上で特に好ましい範囲であり、本発明の効果が得られるのであれば、厚さ比が上記した範囲から多少外れてもよい。このことは、負極活物質の半値幅および結晶子サイズ、負極活物質中の酸素含有量、あるいは負極集電体の表面の十点平均粗さRzなどについても、同様である。   In the above-described embodiments and examples, the appropriate range derived from the results of the examples is used for the thickness ratio of the crystalline negative electrode active material layer and the amorphous negative electrode active material layer in the secondary battery of the present invention. Explains. However, the explanation does not completely deny the possibility that the thickness ratio is outside the above range. In other words, the appropriate range described above is a particularly preferable range for obtaining the effect of the present invention, and the thickness ratio may be slightly deviated from the above range as long as the effect of the present invention is obtained. The same applies to the half width and crystallite size of the negative electrode active material, the oxygen content in the negative electrode active material, or the ten-point average roughness Rz of the surface of the negative electrode current collector.

本発明の一実施の形態に係る負極の構成を表す断面図である。It is sectional drawing showing the structure of the negative electrode which concerns on one embodiment of this invention. 図1に示した負極の断面構造を表すSEM写真およびその模式図である。FIG. 2 is an SEM photograph showing a cross-sectional structure of the negative electrode shown in FIG. 1 and a schematic diagram thereof. 図1に示した負極の他の断面構造を表すSEM写真およびその模式図である。FIG. 2 is an SEM photograph showing another cross-sectional structure of the negative electrode shown in FIG. 1 and a schematic diagram thereof. 図1に示した負極のさらに他の断面構造を表すSEM写真およびその模式図である。FIG. 4 is an SEM photograph showing still another cross-sectional structure of the negative electrode shown in FIG. 1 and a schematic diagram thereof. 図1に示した負極のさらに他の断面構造を表すSEM写真およびその模式図である。FIG. 4 is an SEM photograph showing still another cross-sectional structure of the negative electrode shown in FIG. 1 and a schematic diagram thereof. 図1に示した負極のさらに他の断面構造を表すSEM写真およびその模式図である。FIG. 4 is an SEM photograph showing still another cross-sectional structure of the negative electrode shown in FIG. 1 and a schematic diagram thereof. 本発明の一実施の形態に係る負極を備えた第1の二次電池の構成を表す断面図である。It is sectional drawing showing the structure of the 1st secondary battery provided with the negative electrode which concerns on one embodiment of this invention. 図7に示した第1の二次電池のVIII−VIII線に沿った断面図である。It is sectional drawing along the VIII-VIII line of the 1st secondary battery shown in FIG. 図8に示した正極および負極の構成を模式的に表す平面図である。It is a top view which represents typically the structure of the positive electrode and negative electrode which were shown in FIG. 本発明の一実施の形態に係る負極を備えた第2の二次電池の構成を表す断面図である。It is sectional drawing showing the structure of the 2nd secondary battery provided with the negative electrode which concerns on one embodiment of this invention. 図10に示した巻回電極体の一部を拡大して表す断面図である。It is sectional drawing which expands and represents a part of winding electrode body shown in FIG. 本発明の一実施の形態に係る負極を備えた第3の二次電池の構成を表す斜視図である。It is a perspective view showing the structure of the 3rd secondary battery provided with the negative electrode which concerns on one embodiment of this invention. 図12に示した巻回電極体のXIII−XIII線に沿った断面図である。It is sectional drawing along the XIII-XIII line | wire of the winding electrode body shown in FIG. 厚さ比と放電容量維持率および膨れ率との間の相関を表す図である。It is a figure showing the correlation between thickness ratio, a discharge capacity maintenance factor, and a swelling rate. 半値幅と放電容量維持率および膨れ率との間の相関を表す図である。It is a figure showing the correlation between a half value width, a discharge capacity maintenance factor, and a swelling rate. 酸素含有量と放電容量維持率および膨れ率との間の相関を表す図である。It is a figure showing the correlation between oxygen content, a discharge capacity maintenance factor, and a swelling rate. 高酸素含有領域の数と放電容量維持率および膨れ率との間の相関を表す図である。It is a figure showing the correlation between the number of high oxygen content area | regions, a discharge capacity maintenance factor, and a swelling rate. 十点平均粗さRzと放電容量維持率および膨れ率との間の相関を表す図である。It is a figure showing the correlation between ten-point average roughness Rz, a discharge capacity maintenance factor, and a swelling rate.

符号の説明Explanation of symbols

1,22A,42A,54A…負極集電体、2,22B,42B,54B…負極活物質層、2K…空隙、2X…結晶性負極活物質層、2Y…非結晶性負極活物質層、11,31…電池缶、12,32,33…絶縁板、13,34…電池蓋、14…端子板、15…正極ピン、16…絶縁ケース、17,37…ガスケット、18…開裂弁、19…注入孔、19A…封止部材、20…電池素子、21,41,53…正極、21A,41A,53A…正極集電体、21B,41B,53B…正極活物質層、22,42,54…負極、23,43,55…セパレータ、24,45,51…正極リード、25,46,52…負極リード、35…安全弁機構、35A…ディスク板、36…熱感抵抗素子、40,50…巻回電極体、44…センターピン、56…電解質、57…保護テープ、61…密着フィルム、60…外装部材、201,201X,201Y…負極活物質粒子、201XP…扁平粒子、202…空隙、203…隙間、P1…接触部分、P2…非接触部分。   1, 22A, 42A, 54A ... negative electrode current collector, 2, 22B, 42B, 54B ... negative electrode active material layer, 2K ... gap, 2X ... crystalline negative electrode active material layer, 2Y ... non-crystalline negative electrode active material layer, 11 , 31 ... Battery can, 12, 32, 33 ... Insulating plate, 13, 34 ... Battery cover, 14 ... Terminal plate, 15 ... Positive electrode pin, 16 ... Insulating case, 17, 37 ... Gasket, 18 ... Cleavage valve, 19 ... Injection hole, 19A ... sealing member, 20 ... battery element, 21, 41, 53 ... positive electrode, 21A, 41A, 53A ... positive electrode current collector, 21B, 41B, 53B ... positive electrode active material layer, 22, 42, 54 ... Negative electrode, 23, 43, 55 ... Separator, 24, 45, 51 ... Positive electrode lead, 25, 46, 52 ... Negative electrode lead, 35 ... Safety valve mechanism, 35A ... Disc plate, 36 ... Thermal resistance element, 40, 50 ... Winding Rotating electrode body, 44 ... center pin, 56 Electrolyte 57 ... protective tape 61 ... adhesive film 60 ... exterior member 201, 201X, 201Y ... negative electrode active material particle, 201XP ... flat particle, 202 ... gap, 203 ... gap, P1 ... contact part, P2 ... non-contact portion.

Claims (20)

電極反応物質を吸蔵および放出することが可能な正極および負極と、溶媒および電解質塩を含む電解質とを備え、
前記負極は、負極集電体上に負極活物質層を有し、
前記負極活物質層は、前記負極集電体上に形成されると共に結晶性の負極活物質を含む結晶性負極活物質層と、前記結晶性負極活物質層上に形成されると共に非結晶性の負極活物質を含む非結晶性負極活物質層とを含む
二次電池。
A positive electrode and a negative electrode capable of occluding and releasing an electrode reactant, and an electrolyte containing a solvent and an electrolyte salt;
The negative electrode has a negative electrode active material layer on a negative electrode current collector,
The negative electrode active material layer is formed on the negative electrode current collector and includes a crystalline negative electrode active material layer including a crystalline negative electrode active material, and is formed on the crystalline negative electrode active material layer and is non-crystalline. And a non-crystalline negative electrode active material layer containing a negative electrode active material.
前記結晶性の負極活物質は、複数の粒子状であり、そのうちの少なくとも一部は、前記負極集電体の表面に沿った方向に延在する扁平状である請求項1記載の二次電池。   The secondary battery according to claim 1, wherein the crystalline negative electrode active material has a plurality of particles, and at least a part of the crystalline negative electrode active material has a flat shape extending in a direction along the surface of the negative electrode current collector. . 前記結晶性の負極活物質は、前記負極集電体の表面に連結されている請求項1記載の二次電池。   The secondary battery according to claim 1, wherein the crystalline negative electrode active material is connected to a surface of the negative electrode current collector. 前記非結晶性の負極活物質は、複数の粒子状であり、前記結晶性負極活物質層上に配列されている請求項1記載の二次電池。   The secondary battery according to claim 1, wherein the non-crystalline negative electrode active material has a plurality of particles and is arranged on the crystalline negative electrode active material layer. X線回折により得られる前記結晶性の負極活物質の(111)結晶面における回折ピークの半値幅(2θ)は、20°以下である請求項1記載の二次電池。   2. The secondary battery according to claim 1, wherein a half-value width (2θ) of a diffraction peak in a (111) crystal plane of the crystalline negative electrode active material obtained by X-ray diffraction is 20 ° or less. X線回折により得られる前記結晶性の負極活物質の(111)結晶面に起因する結晶子サイズは、100nm以上である請求項1記載の二次電池。   The secondary battery according to claim 1, wherein a crystallite size caused by a (111) crystal plane of the crystalline negative electrode active material obtained by X-ray diffraction is 100 nm or more. 前記結晶性負極活物質層の厚さをT1、前記非結晶性負極活物質層の厚さをT2としたとき、それらの厚さ比(T1/(T1+T2))は、0.1以上0.995以下である請求項1記載の二次電池。   When the thickness of the crystalline negative electrode active material layer is T1 and the thickness of the non-crystalline negative electrode active material layer is T2, the thickness ratio (T1 / (T1 + T2)) is 0.1 or more and 0.00. The secondary battery according to claim 1, which is 995 or less. 前記結晶性負極活物質層は、溶射法により形成されており、前記非結晶性負極活物質層は、蒸着法、スパッタ法あるいは熱化学気相成長(chemical vapor deposition :CVD)法により形成されている請求項1記載の二次電池。   The crystalline negative electrode active material layer is formed by a thermal spraying method, and the non-crystalline negative electrode active material layer is formed by a vapor deposition method, a sputtering method, or a thermal chemical vapor deposition (CVD) method. The secondary battery according to claim 1. 前記負極活物質は、ケイ素(Si)を構成元素として含む請求項1記載の二次電池。   The secondary battery according to claim 1, wherein the negative electrode active material contains silicon (Si) as a constituent element. 前記負極活物質は、酸素(O)を構成元素として含み、前記負極活物質中の酸素含有量は、1.5原子数%以上40原子数%以下である請求項1記載の二次電池。   The secondary battery according to claim 1, wherein the negative electrode active material contains oxygen (O) as a constituent element, and an oxygen content in the negative electrode active material is 1.5 atomic% to 40 atomic%. 前記負極活物質は、鉄(Fe)、ニッケル(Ni)、モリブデン(Mo)、チタン(Ti)、クロム(Cr)、コバルト(Co)、銅(Cu)、マンガン(Mn)、亜鉛(Zn)、ゲルマニウム(Ge)、アルミニウム(Al)、ジルコニウム(Zr)、銀(Ag)、スズ(Sn)、アンチモン(Sb)およびタングステン(W)のうちの少なくとも1種の金属元素を構成元素として含む請求項1記載の二次電池。   The negative electrode active material is iron (Fe), nickel (Ni), molybdenum (Mo), titanium (Ti), chromium (Cr), cobalt (Co), copper (Cu), manganese (Mn), zinc (Zn). , Containing at least one metal element of germanium (Ge), aluminum (Al), zirconium (Zr), silver (Ag), tin (Sn), antimony (Sb) and tungsten (W) as a constituent element Item 11. A secondary battery according to Item 1. 前記負極活物質は、前記負極活物質層の厚さ方向において、高酸素含有領域および低酸素含有領域を含む請求項1記載の二次電池。   The secondary battery according to claim 1, wherein the negative electrode active material includes a high oxygen content region and a low oxygen content region in a thickness direction of the negative electrode active material layer. 前記負極集電体の表面の十点平均粗さRzは、1.5μm以上である請求項1記載の二次電池。   The secondary battery according to claim 1, wherein the ten-point average roughness Rz of the surface of the negative electrode current collector is 1.5 μm or more. 前記十点平均粗さRzは、3μm以上30μm以下である請求項13記載の二次電池。   The secondary battery according to claim 13, wherein the ten-point average roughness Rz is 3 μm or more and 30 μm or less. 前記溶媒は、式(1)で表されるハロゲン化鎖状炭酸エステル、式(2)で表されるハロゲン化環状炭酸エステル、式(3)〜式(5)で表される不飽和炭素結合環状炭酸エステル、スルトン、および酸無水物のうちの少なくとも1種を含む請求項1記載の二次電池。
Figure 2010147006
(R11〜R16は水素基、ハロゲン基、アルキル基あるいはハロゲン化アルキル基であり、それらのうちの少なくとも1つはハロゲン基あるいはハロゲン化アルキル基である。)
Figure 2010147006
(R17〜R20は水素基、ハロゲン基、アルキル基あるいはハロゲン化アルキル基であり、それらのうちの少なくとも1つはハロゲン基あるいはハロゲン化アルキル基である。)
Figure 2010147006
(R21およびR22は水素基あるいはアルキル基である。)
Figure 2010147006
(R23〜R26は水素基、アルキル基、ビニル基あるいはアリル基であり、それらのうちの少なくとも1つはビニル基あるいはアリル基である。)
Figure 2010147006
(R27はアルキレン基である。)
The solvent includes a halogenated chain carbonate represented by the formula (1), a halogenated cyclic carbonate represented by the formula (2), and an unsaturated carbon bond represented by the formula (3) to the formula (5). The secondary battery according to claim 1, comprising at least one of cyclic carbonate, sultone, and acid anhydride.
Figure 2010147006
(R11 to R16 are a hydrogen group, a halogen group, an alkyl group or a halogenated alkyl group, and at least one of them is a halogen group or a halogenated alkyl group.)
Figure 2010147006
(R17 to R20 are a hydrogen group, a halogen group, an alkyl group or a halogenated alkyl group, and at least one of them is a halogen group or a halogenated alkyl group.)
Figure 2010147006
(R21 and R22 are a hydrogen group or an alkyl group.)
Figure 2010147006
(R23 to R26 are a hydrogen group, an alkyl group, a vinyl group, or an allyl group, and at least one of them is a vinyl group or an allyl group.)
Figure 2010147006
(R27 is an alkylene group.)
前記電解質塩は、六フッ化リン酸リチウム(LiPF6 )、四フッ化ホウ酸リチウム(LiBF4 )、過塩素酸リチウム(LiClO4 )、六フッ化ヒ酸リチウム(LiAsF6 )、および式(6)〜式(11)で表される化合物のうちの少なくとも1種を含む請求項1記載の二次電池。
Figure 2010147006
(X31は長周期型周期表における1族元素あるいは2族元素、またはアルミニウム(Al)である。M31は遷移金属元素、または長周期型周期表における13族元素、14族元素あるいは15族元素である。R31はハロゲン基である。Y31は−(O=)C−R32−C(=O)−、−(O=)C−C(R33)2 −あるいは−(O=)C−C(=O)−である。ただし、R32はアルキレン基、ハロゲン化アルキレン基、アリーレン基あるいはハロゲン化アリーレン基である。R33はアルキル基、ハロゲン化アルキル基、アリール基あるいはハロゲン化アリール基である。なお、a3は1〜4の整数であり、b3は0、2あるいは4であり、c3、d3、m3およびn3は1〜3の整数である。)
Figure 2010147006
(X41は長周期型周期表における1族元素あるいは2族元素である。M41は遷移金属元素、または長周期型周期表における13族元素、14族元素あるいは15族元素である。Y41は−(O=)C−(C(R41)2 b4−C(=O)−、−(R43)2 C−(C(R42)2 c4−C(=O)−、−(R43)2 C−(C(R42)2 c4−C(R43)2 −、−(R43)2 C−(C(R42)2 c4−S(=O)2 −、−(O=)2 S−(C(R42)2 d4−S(=O)2 −あるいは−(O=)C−(C(R42)2 d4−S(=O)2 −である。ただし、R41およびR43は水素基、アルキル基、ハロゲン基あるいはハロゲン化アルキル基であり、それぞれのうちの少なくとも1つはハロゲン基あるいはハロゲン化アルキル基である。R42は水素基、アルキル基、ハロゲン基あるいはハロゲン化アルキル基である。なお、a4、e4およびn4は1あるいは2であり、b4およびd4は1〜4の整数であり、c4は0〜4の整数であり、f4およびm4は1〜3の整数である。)
Figure 2010147006
(X51は長周期型周期表における1族元素あるいは2族元素である。M51は遷移金属元素、または長周期型周期表における13族元素、14族元素あるいは15族元素である。Rfはフッ素化アルキル基あるいはフッ素化アリール基であり、いずれの炭素数も1〜10である。Y51は−(O=)C−(C(R51)2 d5−C(=O)−、−(R52)2 C−(C(R51)2 d5−C(=O)−、−(R52)2 C−(C(R51)2 d5−C(R52)2 −、−(R52)2 C−(C(R51)2 d5−S(=O)2 −、−(O=)2 S−(C(R51)2 e5−S(=O)2 −あるいは−(O=)C−(C(R51)2 e5−S(=O)2 −である。ただし、R51は水素基、アルキル基、ハロゲン基あるいはハロゲン化アルキル基である。R52は水素基、アルキル基、ハロゲン基あるいはハロゲン化アルキル基であり、そのうちの少なくとも1つはハロゲン基あるいはハロゲン化アルキル基である。なお、a5、f5およびn5は1あるいは2であり、b5、c5およびe5は1〜4の整数であり、d5は0〜4の整数であり、g5およびm5は1〜3の整数である。)
LiN(Cm 2m+1SO2 )(Cn 2n+1 SO2 )…(9)
(mおよびnは1以上の整数である。)
Figure 2010147006
(R61は炭素数2以上4以下の直鎖状あるいは分岐状のパーフルオロアルキレン基である。)
LiC(Cp 2p+1SO2 )(Cq 2q+1SO2 )(Cr 2r+1SO2 )…(11)
(p、qおよびrは1以上の整数である。)
The electrolyte salt includes lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ), lithium perchlorate (LiClO 4 ), lithium hexafluoroarsenate (LiAsF 6 ), and a formula ( The secondary battery according to claim 1, comprising at least one of compounds represented by 6) to formula (11).
Figure 2010147006
(X31 is a group 1 element or group 2 element in the long-period periodic table, or aluminum (Al). M31 is a transition metal element, or a group 13 element, group 14 element, or group 15 element in the long-period periodic table. is .R31 is a halogen group .Y31 - (O =) C- R32-C (= O) -, - (O =) C-C (R33) 2 - or - (O =) C-C ( ═O) —, wherein R32 is an alkylene group, a halogenated alkylene group, an arylene group or a halogenated arylene group, and R33 is an alkyl group, a halogenated alkyl group, an aryl group or a halogenated aryl group. A3 is an integer of 1 to 4, b3 is 0, 2 or 4, and c3, d3, m3 and n3 are integers of 1 to 3.)
Figure 2010147006
(X41 is a group 1 element or group 2 element in the long periodic table. M41 is a transition metal element, or a group 13, element or group 15 element in the long period periodic table. Y41 is − ( O =) C- (C (R41 ) 2) b4 -C (= O) -, - (R43) 2 C- (C (R42) 2) c4 -C (= O) -, - (R43) 2 C -(C (R42) 2 ) c4 -C (R43) 2 -,-(R43) 2 C- (C (R42) 2 ) c4 -S (= O) 2 -,-(O =) 2 S- ( C (R42) 2 ) d4- S (= O) 2- or-(O =) C- (C (R42) 2 ) d4- S (= O) 2- where R41 and R43 are hydrogen groups. , An alkyl group, a halogen group, or a halogenated alkyl group, and at least one of each is a halogen group or a halogenated alkyl group. R42 is a hydrogen group, an alkyl group, a halogen group or a halogenated alkyl group, wherein a4, e4 and n4 are 1 or 2, b4 and d4 are integers of 1 to 4, and c4 Is an integer from 0 to 4, and f4 and m4 are integers from 1 to 3.)
Figure 2010147006
(X51 is a group 1 element or group 2 element in the long-period periodic table. M51 is a transition metal element, or a group 13, element or group 15 element in the long-period periodic table. Rf is fluorinated. An alkyl group or a fluorinated aryl group, each having 1 to 10 carbon atoms Y51 is — (O═) C— (C (R51) 2 ) d5 —C (═O) —, — (R52); 2 C- (C (R51) 2 ) d5 -C (= O)-,-(R52) 2 C- (C (R51) 2 ) d5 -C (R52) 2 -,-(R52) 2 C- ( C (R51) 2) d5 -S (= O) 2 -, - (O =) 2 S- (C (R51) 2) e5 -S (= O) 2 - or - (O =) C- (C (R51) 2) e5 -S ( = O) 2 -. is, however, R51 is a hydrogen group, an alkyl group, a halogen group, or a halogen Kaa R52 is a hydrogen group, an alkyl group, a halogen group or a halogenated alkyl group, at least one of which is a halogen group or a halogenated alkyl group, wherein a5, f5 and n5 are 1 or 2; B5, c5 and e5 are integers of 1 to 4, d5 is an integer of 0 to 4, and g5 and m5 are integers of 1 to 3.)
LiN (C m F 2m + 1 SO 2) (C n F 2n + 1 SO 2) ... (9)
(M and n are integers of 1 or more.)
Figure 2010147006
(R61 is a linear or branched perfluoroalkylene group having 2 to 4 carbon atoms.)
LiC (C p F 2p + 1 SO 2 ) (C q F 2q + 1 SO 2 ) (C r F 2r + 1 SO 2 ) (11)
(P, q and r are integers of 1 or more.)
前記正極は、正極活物質として、式(12)で表される複合酸化物を含む請求項1記載の二次電池。
LiNi1-x x 2 …(12)
(Mはコバルト、マンガン、鉄、アルミニウム、バナジウム(V)、スズ、マグネシウム(Mg)、チタン、ストロンチウム(Sr)、カルシウム(Ca)、ジルコニウム、モリブデン、テクネチウム(Tc)、ルテニウム(Ru)、タンタル(Ta)、タングステン、レニウム(Re)、イッテルビウム(Yb)、銅、亜鉛、バリウム(Ba)、ホウ素(B)、クロム、ケイ素、ガリウム(Ga)、リン(P)、アンチモンおよびニオブ(Nb)のうちの少なくとも1種である。xは0.005<x<0.5である。)
The secondary battery according to claim 1, wherein the positive electrode includes a composite oxide represented by Formula (12) as a positive electrode active material.
LiNi 1-x M x O 2 (12)
(M is cobalt, manganese, iron, aluminum, vanadium (V), tin, magnesium (Mg), titanium, strontium (Sr), calcium (Ca), zirconium, molybdenum, technetium (Tc), ruthenium (Ru), tantalum (Ta), tungsten, rhenium (Re), ytterbium (Yb), copper, zinc, barium (Ba), boron (B), chromium, silicon, gallium (Ga), phosphorus (P), antimony and niobium (Nb) And x is 0.005 <x <0.5.)
前記電極反応物質は、リチウムイオンである請求項1記載の二次電池。   The secondary battery according to claim 1, wherein the electrode reactant is lithium ion. 電極反応物質を吸蔵および放出することが可能であると共に、負極集電体上に負極活物質層を有し、
前記負極活物質層は、前記負極集電体上に形成されると共に結晶性の負極活物質を含む結晶性負極活物質層と、前記結晶性負極活物質層上に形成されると共に非結晶性の負極活物質を含む非結晶性負極活物質層とを含む
負極。
It is possible to occlude and release the electrode reactant, and has a negative electrode active material layer on the negative electrode current collector,
The negative electrode active material layer is formed on the negative electrode current collector and includes a crystalline negative electrode active material layer including a crystalline negative electrode active material, and is formed on the crystalline negative electrode active material layer and is non-crystalline. And a non-crystalline negative electrode active material layer containing a negative electrode active material.
二次電池に用いられる請求項19記載の負極。   The negative electrode according to claim 19, which is used for a secondary battery.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016207664A (en) * 2011-08-31 2016-12-08 株式会社半導体エネルギー研究所 Power storage device
WO2018052179A1 (en) * 2016-09-13 2018-03-22 엘지이노텍 주식회사 Electrode material and electrochemical device using same
JP2018048378A (en) * 2016-09-21 2018-03-29 日本特殊陶業株式会社 Silicon spray deposit and production method thereof

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