JP2010244767A - Method for manufacturing anode for lithium secondary battery - Google Patents

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Yuichiro Tako
雄一郎 多湖
Satoshi Takemoto
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing an anode for a lithium secondary battery not only having remarkably excellent cycle characteristics but also having large capacity which stands a practical use as an electrode for a lithium secondary battery. <P>SOLUTION: In the method for manufacturing a lithium secondary battery anode by adhering active material particles on a collector with the use of solid high-speed collision method, the active material particles are complexes made by integrating with a first substance of one or more kinds selected from a group consisting of silicon, silicon alloy, tin and tin alloy, and a second substance of one or more kinds selected from a group consisting of tin, copper, magnesium, iron, cobalt, nickel, zinc, aluminum, germanium, indium and carbon. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、携帯電話、ノートパソコン等の蓄電デバイスとして用いられるリチウム二次電池用負極の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a negative electrode for a lithium secondary battery used as a power storage device such as a mobile phone or a notebook computer.

近年携帯電話等のモバイル用途及び自動車用蓄電用途等で使用される蓄電デバイスとして、リチウムイオンを正極と負極との間で移動させることにより充放電を行うリチウム二次電池が多く利用されている。最近においては携帯電話等の高性能化に伴い、リチウム二次電池の高容量化がますます要求されてきている。しかし現在負極活物質の主流である黒鉛材料はすでにほぼ理論容量に達しており、より高容量の活物質への移行が強く望まれている。この要求に応えるべく電極材料として、高容量の金属活物質であるシリコンが注目されている。高容量活物質であるシリコンは、充放電におけるリチウムイオンの吸蔵及び放出時に、大きく膨張・収縮を繰り返してシリコン自体が微粉化し集電体から剥離するため、サイクル特性が悪いという問題が指摘されていた。例えば、通常、リチウム二次電池用電極の製造に使用されているスラリー合剤を用いた塗工法により、シリコン粒子を集電体に塗布したのでは、シリコン粒子と集電体との密着性を十分に高めることができない。従って、集電体からのシリコンの剥離を十分に抑制することができず、サイクル特性を高めることはできなかった。 2. Description of the Related Art In recent years, lithium secondary batteries that are charged and discharged by moving lithium ions between a positive electrode and a negative electrode are widely used as power storage devices used in mobile applications such as mobile phones and power storage applications for automobiles. Recently, with the improvement in performance of mobile phones and the like, higher capacity of lithium secondary batteries has been increasingly demanded. However, the graphite material, which is currently the mainstream of negative electrode active materials, has already reached almost the theoretical capacity, and there is a strong demand for a shift to higher capacity active materials. In order to meet this demand, silicon, which is a high-capacity metal active material, has attracted attention as an electrode material. It has been pointed out that silicon, which is a high-capacity active material, has poor cycle characteristics because the silicon itself pulverizes and peels off from the current collector by repeated expansion and contraction during the insertion and release of lithium ions during charge and discharge. It was. For example, when silicon particles are applied to a current collector by a coating method using a slurry mixture that is usually used in the manufacture of lithium secondary battery electrodes, the adhesion between the silicon particles and the current collector is improved. It cannot be raised sufficiently. Therefore, peeling of silicon from the current collector could not be sufficiently suppressed, and cycle characteristics could not be improved.

そこで、リチウム二次電池用電極におけるシリコン粒子と集電体との密着性を高めるべく、種々の試みがなされている。例えば、特許文献1及び2には、シリコン粒子を溶融又は蒸発させずに気流中に分散させ、この気流を集電体に吹き付けてシリコン粒子を高速で集電体に衝突させ、この衝撃力でシリコン粒子を集電体表面に密着させる固体高速衝突法の一つであるコールドスプレー法を使用して、集電体上にシリコン粒子を堆積させる方法が開示されている。該方法によれば、シリコン粒子が、集電体表面に衝突した衝撃で形成された凹部にその底面部が埋め込まれた状態で集電体表面と直接的に密着しているリチウム二次電池用電極を製造することができる。該リチウム二次電池用電極はシリコン粒子と集電体との密着性が高く、従来のスラリー塗工法により製造された電極に比べて、著しく良好なサイクル特性を有している。 Thus, various attempts have been made to improve the adhesion between the silicon particles and the current collector in the electrode for the lithium secondary battery. For example, in Patent Documents 1 and 2, silicon particles are dispersed in an air stream without being melted or evaporated, and the air stream is blown onto a current collector to cause the silicon particles to collide with the current collector at high speed. A method of depositing silicon particles on a current collector using a cold spray method, which is one of the solid high-speed collision methods for bringing silicon particles into close contact with the current collector surface, is disclosed. According to the method, for a lithium secondary battery, the silicon particles are in direct contact with the current collector surface in a state in which the bottom surface portion is embedded in a recess formed by an impact that collides with the current collector surface. An electrode can be manufactured. The electrode for the lithium secondary battery has high adhesion between the silicon particles and the current collector, and has remarkably good cycle characteristics as compared with an electrode manufactured by a conventional slurry coating method.

特開2005−310502号公報JP-A-2005-310502 特開2005−332797号公報JP 2005-332797 A

ところで、特許文献1及び2のようにシリコン粒子と集電体との密着性を強めてサイクル特性を高めたとしても、リチウム二次電池用電極として使用するためには、現在一般的に用いられているコバルト酸リチウム正極と対向させようとすると、単位面積当たりの容量が3mAh/cm以上必要と予想される。集電体上にシリコンを1層堆積させたのみでは、その容量は1mAh/cmにも達しない。従って、実用化には、少なくとも4層相当のシリコン層を堆積させる必要がある。しかし、固体高速衝突法によっても、集電体上に堆積されたシリコン上に直接シリコンを堆積させることはできない。そこで、特許文献2では、シリコン粒子と他の粒子、例えば、スズ、銅、マグネシウム、鉄、コバルト、ニッケル、亜鉛、アルミニウム、ゲルマニウム又はインジウム粒子との混合物を、コールドスプレー法により集電体上に堆積させることが提案されている。しかし、例えば、シリコン粉末と銅粉末との混合物では、両者の比重差や粒径、形状の差により衝突時の衝撃力等に差異が生じ、銅粉末のみが一部に選択的に堆積して銅のみの均一な膜を形成してしまうといった弊害が生じる。銅はリチウムに不活性なため、銅の均一な膜が形成されるとリチウムの移動が阻害され、該銅の膜より下に形成されたシリコン層はリチウムと反応することができず、結局、容量の増加を図ることができない。 By the way, even if the adhesion between the silicon particles and the current collector is increased and the cycle characteristics are enhanced as in Patent Documents 1 and 2, it is generally used at present for use as an electrode for a lithium secondary battery. If it is intended to face the lithium cobalt oxide positive electrode, it is expected that the capacity per unit area is 3 mAh / cm 2 or more. If only one layer of silicon is deposited on the current collector, the capacity does not reach 1 mAh / cm 2 . Therefore, for practical use, it is necessary to deposit at least four silicon layers. However, silicon cannot be deposited directly on silicon deposited on the current collector even by the solid high-speed collision method. Therefore, in Patent Document 2, a mixture of silicon particles and other particles, for example, tin, copper, magnesium, iron, cobalt, nickel, zinc, aluminum, germanium, or indium particles is placed on a current collector by a cold spray method. It has been proposed to deposit. However, for example, in a mixture of silicon powder and copper powder, there is a difference in impact force at the time of collision due to the difference in specific gravity, particle size, and shape of the both, and only copper powder is selectively deposited in part. The harmful effect of forming a uniform film of only copper occurs. Since copper is inactive to lithium, when a uniform film of copper is formed, the movement of lithium is inhibited, and the silicon layer formed below the copper film cannot react with lithium. The capacity cannot be increased.

そこで、本発明が解決しようとする課題は、サイクル特性が著しく良好であるばかりではなく、リチウム二次電池用電極として実用化可能なほど大きな容量を有するリチウム二次電池用負極を製造する方法を提供することにある。 Therefore, the problem to be solved by the present invention is not only a cycle characteristic is remarkably good, but also a method for producing a negative electrode for a lithium secondary battery having a capacity large enough to be put into practical use as an electrode for a lithium secondary battery. It is to provide.

本発明者らは、まず、特許文献2に記載されているようにシリコン粒子と他の粒子、例えば、スズ、銅、マグネシウム、鉄、コバルト、ニッケル、亜鉛、アルミニウム、ゲルマニウム又はインジウム粒子との混合物を、例えばコールドスプレー法により集電体上に偏りなく堆積させることを試みた。しかし、シリコン粒子と銅粒子との混合物で顕著なように、夫々の物質の堆積性に依存して各物質毎に堆積の偏りを生じ、理想とするランダムに堆積した状態を達成することができず、結局、電池容量を高めることは容易ではなかった。そこで、本発明者らは、シリコン粒子と他の粒子とを予めランダムな状態に複合化しておけば、堆積時に生ずる偏りを防止し得て電池容量を高めることができるのではないかとの考えに至った。しかし、これらの粒子をランダムな状態で複合化することも容易ではなかった。本発明者らは、これを達成すべく種々検討したところ、これら粒子を適切な粉末二次加工法を用いて処理すれば、例えば、アトライタ又はボールミルのようなせん断力を与えることのできる装置を使用して処理すれば、ランダムな状態で複合化し得ることを見出したのである。そして、該複合体を集電体上に固体高速衝突法、例えばコールドスプレーにより密着せしめれば、同時に複合体を集電体上に強固に密着させることができて、サイクル特性をも高めることができることを見出し、本発明を完成するに至った。 The present inventors firstly mixed silicon particles with other particles such as tin, copper, magnesium, iron, cobalt, nickel, zinc, aluminum, germanium or indium particles as described in Patent Document 2. Was attempted to be deposited on the current collector evenly by, for example, a cold spray method. However, as is remarkable with the mixture of silicon particles and copper particles, depending on the deposition properties of each material, it causes uneven deposition of each material, and an ideal randomly deposited state can be achieved. After all, it was not easy to increase the battery capacity. Therefore, the present inventors have thought that if silicon particles and other particles are pre-combined in a random state, it is possible to prevent the bias that occurs during deposition and increase the battery capacity. It came. However, it was not easy to combine these particles in a random state. The inventors of the present invention have made various studies to achieve this, and when these particles are processed using an appropriate powder secondary processing method, for example, an apparatus capable of applying a shearing force such as an attritor or a ball mill is provided. They found that if used and processed, they could be compounded in a random state. If the composite is brought into close contact with the current collector by a solid high-speed collision method, for example, cold spray, the composite can be firmly brought into close contact with the current collector and cycle characteristics can be improved. The present inventors have found that this can be done and have completed the present invention.

即ち、本発明は、
(1)固体高速衝突法を使用して集電体上に活物質粒子を密着させることによるリチウム二次電池用負極の製造方法であって、前記活物質粒子が、シリコン、シリコン合金、スズ及びスズ合金より成る群から選ばれる一種以上の第1の物質と、スズ、銅、マグネシウム、鉄、コバルト、ニッケル、亜鉛、アルミニウム、ゲルマニウム、インジウム及び炭素より成る群から選ばれる一種以上の第2の物質とを一体化させた複合体であることを特徴とする製造方法である。
That is, the present invention
(1) A method for producing a negative electrode for a lithium secondary battery by bringing active material particles into close contact with a current collector using a solid high-speed collision method, wherein the active material particles include silicon, silicon alloy, tin, and One or more first substances selected from the group consisting of tin alloys and one or more second substances selected from the group consisting of tin, copper, magnesium, iron, cobalt, nickel, zinc, aluminum, germanium, indium and carbon It is a manufacturing method characterized by being a composite united with a substance.

好ましい態様として、
(2)前記第1の物質と前記第2の物質との質量比が、5:95〜95:5である上記(1)記載の製造方法、
(3)前記第1の物質と前記第2の物質との質量比が、7:93〜75:25である上記(1)記載の製造方法、
(4)前記第1の物質と前記第2の物質との質量比が、10:90〜50:50である上記(1)記載の製造方法、
(5)前記複合体の粒度分布において、粒径50μm以下の粒子が95体積%以上である上記(1)〜(4)のいずれか一つに記載の製造方法、
(6)前記複合体の粒度分布において、粒径1〜50μmの粒子が95体積%以上である上記(1)〜(4)のいずれか一つに記載の製造方法、
(7)前記複合体の粒度分布において、粒径5〜25μmの粒子が95体積%以上である上記(1)〜(4)のいずれか一つに記載の製造方法、
(8)前記第1の物質がシリコン又はシリコン合金であり、前記第2の物質が銅である上記(1)〜(7)のいずれか一つに記載の製造方法、
(9)前記集電体表面が銅、銅合金、鉄、ニッケル、亜鉛又はステンレス鋼から成る上記(1)〜(8)のいずれか一つに記載の製造方法、
(10)前記集電体表面が銅又は銅合金から成る上記(1)〜(8)のいずれか一つに記載の製造方法、
(11)前記複合体が、粉末二次加工法により製造されたものである上記(1)〜(10)のいずれか一つに記載の製造方法、
(12)粉末二次加工法が、アトライタ又はボールミルにより実行される上記(11)記載の製造方法
を挙げることができる。
As a preferred embodiment,
(2) The production method according to the above (1), wherein the mass ratio of the first substance to the second substance is 5:95 to 95: 5,
(3) The production method according to the above (1), wherein the mass ratio of the first substance to the second substance is 7:93 to 75:25,
(4) The production method according to the above (1), wherein the mass ratio of the first substance to the second substance is 10:90 to 50:50,
(5) The production method according to any one of (1) to (4), wherein in the particle size distribution of the composite, particles having a particle size of 50 μm or less are 95% by volume or more,
(6) The production method according to any one of (1) to (4), wherein in the particle size distribution of the composite, particles having a particle size of 1 to 50 μm are 95% by volume or more,
(7) The production method according to any one of (1) to (4) above, wherein in the particle size distribution of the composite, particles having a particle size of 5 to 25 μm are 95% by volume or more,
(8) The manufacturing method according to any one of (1) to (7), wherein the first substance is silicon or a silicon alloy, and the second substance is copper.
(9) The manufacturing method according to any one of (1) to (8), wherein the current collector surface is made of copper, a copper alloy, iron, nickel, zinc, or stainless steel.
(10) The manufacturing method according to any one of (1) to (8), wherein the current collector surface is made of copper or a copper alloy.
(11) The production method according to any one of (1) to (10), wherein the composite is produced by a powder secondary processing method,
(12) The production method according to the above (11), wherein the powder secondary processing method is performed by an attritor or a ball mill.

本発明の製造方法においては、予め、シリコン、シリコン合金、スズ及びスズ合金より成る群から選ばれる一種以上の第1の物質と、スズ、銅、マグネシウム、鉄、コバルト、ニッケル、亜鉛、アルミニウム、ゲルマニウム、インジウム及び炭素より成る群から選ばれる一種以上の第2の物質との複合体を製造し、これを集電体上に固体高速衝突法により堆積するので、上記の粒子を偏りなく集電体上に密着させることができ、それによりリチウム二次電池用負極として実用化し得るほど大きな容量を付与することができる。加えて、固体高速衝突法により複合体粒子を施与するので、粒子と集電体との間の密着性が高く著しく良好なサイクル特性をも備える。 In the production method of the present invention, one or more first substances selected from the group consisting of silicon, silicon alloy, tin and tin alloy, and tin, copper, magnesium, iron, cobalt, nickel, zinc, aluminum, A composite with one or more second substances selected from the group consisting of germanium, indium, and carbon is manufactured and deposited on the current collector by a solid high-speed collision method. It can be made to adhere to the body, thereby giving a capacity large enough to be put into practical use as a negative electrode for a lithium secondary battery. In addition, since the composite particles are applied by the solid high-speed collision method, the adhesion between the particles and the current collector is high, and extremely good cycle characteristics are provided.

図1は、複合体の概略的な構造を示した説明図である。FIG. 1 is an explanatory view showing a schematic structure of a complex. 図2は、シリコンと銅とから成る複合体の電子顕微鏡写真(反射電子像)である。(実施例1)FIG. 2 is an electron micrograph (reflected electron image) of a composite composed of silicon and copper. (Example 1) 図3は、シリコンと銅とから成る複合体の電子顕微鏡写真(反射電子像)である。(実施例2)FIG. 3 is an electron micrograph (reflected electron image) of a composite composed of silicon and copper. (Example 2) 図4は、実施例及び比較例で使用した固体高速衝突法のために用いた装置の構成を示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram showing the configuration of the apparatus used for the solid high-speed collision method used in the examples and comparative examples. 図5は、シリコンと銅とから成る複合体を固体高速衝突法により堆積した電極断面の電子顕微鏡写真である。(実施例1)FIG. 5 is an electron micrograph of an electrode cross section in which a composite made of silicon and copper is deposited by a solid high-speed collision method. (Example 1) 図6は、シリコンと銅とから成る複合体固体高速衝突法により堆積した電極断面の電子顕微鏡写真である。(実施例2)FIG. 6 is an electron micrograph of a cross section of an electrode deposited by a composite solid high-speed collision method composed of silicon and copper. (Example 2) 図7は、シリコン粒子のみを固体高速衝突法により堆積した電極断面の電子顕微鏡写真である。(比較例1)FIG. 7 is an electron micrograph of an electrode cross section in which only silicon particles are deposited by a solid high-speed collision method. (Comparative Example 1) 図8は、シリコン粒子と銅粒子との単なる混合物を固体高速衝突法により堆積した電極断面の電子顕微鏡写真である。(比較例2)FIG. 8 is an electron micrograph of an electrode cross section in which a simple mixture of silicon particles and copper particles is deposited by a solid high-speed collision method. (Comparative Example 2) 図9は、シリコン粒子と鉄粒子との単なる混合物を固体高速衝突法により堆積した電極断面の電子顕微鏡写真である。(比較例3)FIG. 9 is an electron micrograph of an electrode cross section in which a simple mixture of silicon particles and iron particles is deposited by a solid high-speed collision method. (Comparative Example 3)

本発明の製造方法において使用する活物質粒子は、シリコン、シリコン合金、スズ及びスズ合金より成る群から選ばれる一種以上の第1の物質と、スズ、銅、マグネシウム、鉄、コバルト、ニッケル、亜鉛、アルミニウム、ゲルマニウム、インジウム及び炭素より成る群から選ばれる一種以上の第2の物質とを一体化させた複合体である。ここで、複合体とは、上記第1の物質の粒子と上記第2の物質の粒子とを、物理的及び/又は化学的作用により一体化せしめた粒子状のものを言う。該複合体は、上記第1の物質の粒子と上記第2の物質の粒子とを配合し、粉末二次加工法による処理をすることにより製造することができる。粉末二次加工法による処理後、更に、非酸化性雰囲気下で熱処理することもできる。該複合体を説明するために、複合体の概略的な構造を図1に示した。図1に示したように、本発明の複合体は、例えばシリコン粒子(Si)と他の物質の粒子、例えば、銅粒子(Cu)とが互いにランダムに存在して一体化された構造を有している。図1中、色の濃い部分がシリコン粒子(Si)を示し、色の薄い部分が銅粒子(Cu)を示す。 The active material particles used in the production method of the present invention are one or more first substances selected from the group consisting of silicon, silicon alloys, tin and tin alloys, tin, copper, magnesium, iron, cobalt, nickel, zinc , Aluminum, germanium, indium, and carbon. Here, the composite refers to a particulate material in which the particles of the first substance and the particles of the second substance are integrated by physical and / or chemical action. The composite can be produced by blending the particles of the first substance and the particles of the second substance, and processing by a powder secondary processing method. After the treatment by the powder secondary processing method, heat treatment can also be performed in a non-oxidizing atmosphere. In order to explain the complex, a schematic structure of the complex is shown in FIG. As shown in FIG. 1, the composite of the present invention has a structure in which, for example, silicon particles (Si) and particles of other substances, for example, copper particles (Cu) are randomly present and integrated with each other. is doing. In FIG. 1, dark portions indicate silicon particles (Si), and light portions indicate copper particles (Cu).

粉末二次加工法による処理自体は公知である。例えば、上記第1の物質の粒子と上記第2の物質の粒子との配合物を、機械的接合力により混合及び付着を繰り返しつつ複合化させて(一部合金化してもよい)実施することができる。使用する装置としては、通常、粉体の分野で使用されている混合機、分散機、粉砕機等を使用することができる。例えば、アトライタ、ライカイ機、ボールミル、振動ミル、アジテーターミル等が挙げられる。特に、得られた複合体中に各粒子をランダムに存在させ、特定の物質の粒子の積み重なりを少なくするためには、複合化操作中に重なりあったり、凝集したりした粒子を一粒子毎に効率よく分散させる必要があるので、せん断力を与えることのできる装置を使用することが好ましい。例えば、乾式アトライタ、遊星ボールミル等が好ましく使用される。これら装置の操作条件は、複合化が可能であれば、特に限定されるものではない。 The processing itself by the powder secondary processing method is known. For example, the compounding of the particles of the first substance and the particles of the second substance may be combined (may be partially alloyed) while being repeatedly mixed and adhered by mechanical bonding force. Can do. As an apparatus to be used, a mixer, a disperser, a pulverizer and the like which are usually used in the field of powder can be used. For example, an attritor, a reiki machine, a ball mill, a vibration mill, an agitator mill, and the like can be given. In particular, in order to make each particle randomly present in the obtained composite and to reduce the stacking of particles of a specific substance, the particles that are overlapped or aggregated during the composite operation are separated for each particle. Since it is necessary to disperse efficiently, it is preferable to use an apparatus capable of applying a shearing force. For example, a dry attritor or a planetary ball mill is preferably used. The operation conditions of these apparatuses are not particularly limited as long as they can be combined.

任意的に熱処理をする際の条件は、非酸化性雰囲気下であれば、特に限定されるものではない。該熱処理により第1の物質の粒子と第2の物質の粒子との合金化を必要に応じて促進することができる。例えば、アルゴンガス等の不活性ガス雰囲気下において250℃以下の温度で熱処理することができる。熱処理時間は熱処理温度に依存して適宜定めることができる。 The conditions for the optional heat treatment are not particularly limited as long as they are in a non-oxidizing atmosphere. The heat treatment can promote the alloying of the particles of the first substance and the particles of the second substance, if necessary. For example, heat treatment can be performed at a temperature of 250 ° C. or lower in an inert gas atmosphere such as argon gas. The heat treatment time can be appropriately determined depending on the heat treatment temperature.

上記の第1の物質と複合体を形成する物質としては、上記第2の物質のうち、リチウムと合金化し難い物質である銅、鉄、コバルト及びニッケルが好ましい。より好ましくはシリコンと銅との複合体が使用される。 As the substance that forms a complex with the first substance, copper, iron, cobalt, and nickel, which are difficult to alloy with lithium among the second substances, are preferable. More preferably, a composite of silicon and copper is used.

上記の第1の物質と、上記の第2の物質との質量比は、好ましくは5:95〜95:5、より好ましくは7:93〜75:25、更に好ましくは10:90〜50:50である。第1の物質が多過ぎると、サイクル特性が低下する傾向にあり、一方、第2の物質が多過ぎると、電池容量が著しく低下する。 The mass ratio of the first substance to the second substance is preferably 5:95 to 95: 5, more preferably 7:93 to 75:25, and still more preferably 10:90 to 50: 50. If the first material is too much, the cycle characteristics tend to be lowered, while if the second material is too much, the battery capacity is remarkably lowered.

複合体の粒子径は、その粒度分布において、好ましくは、粒径50μm以下の粒子が95体積%以上であり、より好ましくは、粒径1〜50μmの粒子が95体積%以上、更に好ましくは、粒径5〜25μmの粒子が95体積%以上である。粒子径が上記上限を超えると、固体高速衝突法により集電体に粒子を施与するに際して、装置中の粉末供給経路で目詰まりを起こしたり、堆積した膜の不均一性の原因となったりする。上記下限未満では、固体高速衝突法における高速気流が集電体に衝突する際、その表面で生じる衝撃波により複合体が吹き飛ばされ、十分に集電体に衝突することができないことがあり、堆積効率が低下することがある。ここで、複合体の粒度分布は、レーザー回折・散乱法により測定したものである。該複合体の粒子径は、原料として使用するシリコン、シリコン合金、スズ及びスズ合金より成る群から選ばれる一種以上の第1の物質、並びに、スズ、銅、マグネシウム、鉄、コバルト、ニッケル、亜鉛、アルミニウム、ゲルマニウム、インジウム及び炭素より成る群から選ばれる一種以上の第2の物質の粒子径及びその他の特性、並びに、粉末二次加工法の種類及び条件、例えば処理時間等に依存するため、これらを適宜変更することにより調節することができる。 In the particle size distribution, the particle size of the composite is preferably 95% by volume or more of particles having a particle size of 50 μm or less, more preferably 95% by volume or more of particles having a particle size of 1 to 50 μm, and more preferably, Particles having a particle size of 5 to 25 μm are 95% by volume or more. If the particle diameter exceeds the above upper limit, when particles are applied to the current collector by the solid high-speed collision method, clogging may occur in the powder supply path in the apparatus, or the deposited film may become non-uniform. To do. Below the above lower limit, when the high-speed air flow in the solid high-speed collision method collides with the current collector, the composite may be blown away by the shock wave generated on the surface, and the current may not sufficiently collide with the current collector. May decrease. Here, the particle size distribution of the composite is measured by a laser diffraction / scattering method. The particle size of the composite is one or more first substances selected from the group consisting of silicon, silicon alloys, tin and tin alloys used as raw materials, and tin, copper, magnesium, iron, cobalt, nickel, zinc Depends on the particle size and other characteristics of one or more second substances selected from the group consisting of aluminum, germanium, indium, and carbon, and the type and conditions of the powder secondary processing method, such as processing time, It can adjust by changing these suitably.

固体高速衝突法を使用して集電体上に活物質粒子を密着させることは公知である。ここで、本発明で言う固体高速衝突法とは、粒子を溶融又は蒸発させずに高速気流中に分散させ、この高速気流を集電体に吹き付けて粒子を高速で集電体に衝突させ、この衝撃力で粒子を集電体表面に密着させる方法のことである。例えば、特許文献1及び2に記載されたコールドスプレー法を使用して実施することができる。コールドスプレー法は、金属又はセラミックス粒子等を高速気流中に分散させ、この高速気流を集電体として使用される基材に高速で衝突させて、粒子を該基材上に密着させる方法である。例えば、100〜1,000℃に加熱した窒素、ヘリウム、空気等のガスを超音速ノズルに導入して超音速流程度までの速度に調整し、その流れの中に粒子を投入して加速させ、固体状態のままで基材に衝突させる。その他、固体高速衝突法として、例えば、ショットピーニング法、積層時に基材側を減圧にする方法、例えば、AD(エアロゾルデポジション)法等を挙げることができる。また、粒子の衝突速度は、100m/秒以上とすることができる。なお、本発明において密着とは、集電体と複合体とが点又は面で接している状態のことを言う。 It is known to adhere active material particles onto a current collector using a solid high-speed collision method. Here, the solid high-speed collision method referred to in the present invention is to disperse the particles in a high-speed air current without melting or evaporating the particles, and spray the high-speed air current to the current collector to cause the particles to collide with the current collector at high speed. This is a method of bringing particles into close contact with the current collector surface with this impact force. For example, it can be carried out using the cold spray method described in Patent Documents 1 and 2. The cold spray method is a method in which metal or ceramic particles are dispersed in a high-speed air current, and the high-speed air current is collided with a base material used as a current collector at high speed so that the particles adhere to the base material. . For example, a gas such as nitrogen, helium, or air heated to 100 to 1,000 ° C. is introduced into a supersonic nozzle to adjust the speed to a supersonic flow, and particles are introduced into the flow to accelerate it. Then, it is made to collide with the base material in the solid state. In addition, examples of the solid high-speed collision method include a shot peening method, a method of reducing the pressure on the substrate side during lamination, for example, an AD (aerosol deposition) method, and the like. The particle collision speed can be 100 m / second or more. In the present invention, the close contact means a state where the current collector and the composite are in contact with each other at a point or a surface.

本発明の集電体は、好ましくは、その表面が衝撃力で塑性変形し得る延性及び/又は展性を有する材料から形成されている。該材料としては、例えば、銅、銅合金、鉄、ニッケル、アルミニウム、亜鉛、ステンレス鋼等が挙げられる。これらのうち、銅又は銅合金がより好ましい。また、集電体表面は粗面化されていることが好ましく、これにより集電体表面の面積を大きくすることができて、複合体粒子の付着量を高めることができる。 The current collector of the present invention is preferably formed of a material having ductility and / or malleability, the surface of which can be plastically deformed by an impact force. Examples of the material include copper, copper alloy, iron, nickel, aluminum, zinc, and stainless steel. Of these, copper or a copper alloy is more preferable. Further, the current collector surface is preferably roughened, whereby the area of the current collector surface can be increased and the amount of the composite particles attached can be increased.

本発明の製造方法により製造されたリチウム二次電池用負極を有するリチウム二次電池は、該負極と、正極、電解液及びセパレータ等を公知の方法に従って組み立てることにより製造することができる。 A lithium secondary battery having a negative electrode for a lithium secondary battery produced by the production method of the present invention can be produced by assembling the negative electrode, a positive electrode, an electrolytic solution, a separator and the like according to a known method.

リチウム二次電池の正極としては、公知のものを使用することができる。例えば、コバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、マンガン酸リチウム等のリチウム含有遷移金属酸化物等が挙げられる。これら以外にも、リチウム二次電池の正極として用いることができるものであれば特に制限はない。 A well-known thing can be used as a positive electrode of a lithium secondary battery. Examples thereof include lithium-containing transition metal oxides such as lithium cobaltate, lithium nickelate, and lithium manganate. In addition to these, there is no particular limitation as long as it can be used as a positive electrode of a lithium secondary battery.

電解液の溶媒も、公知のものを使用することができる。例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ビニレンカーボネート等の環状カーボネート、並びに、ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、ジエチルカーボネート等の鎖状カーボネートが挙げられる。非水電解質の溶媒中に環状カーボネートが存在する際には、活物質粒子の表面において、リチウムイオン導電性に優れた良質の被膜が特に形成されやすいため、環状カーボネートが好ましく使用される。とりわけ、エチレンカーボネート及びプロピレンカーボネートが好ましい。また、環状カーボネートと鎖状カーボネートの混合溶媒を用いることもできる。このような混合溶媒としては、エチレンカーボネート又はプロピレンカーボネートとジエチルカーボネートとを含んでいることが特に好ましい。 A well-known thing can also be used for the solvent of electrolyte solution. Examples thereof include cyclic carbonates such as ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, and vinylene carbonate, and chain carbonates such as dimethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, and diethyl carbonate. When a cyclic carbonate is present in the solvent of the nonaqueous electrolyte, a high-quality film excellent in lithium ion conductivity is particularly easily formed on the surface of the active material particles, and thus the cyclic carbonate is preferably used. In particular, ethylene carbonate and propylene carbonate are preferable. A mixed solvent of cyclic carbonate and chain carbonate can also be used. Such a mixed solvent particularly preferably contains ethylene carbonate or propylene carbonate and diethyl carbonate.

また、電解液の溶質としては、例えば、LiPF、LiBF4、LiCF3SO3、LiN(CF3SO22、LiN(C25SO22、LiN(CF3SO2)(C49SO2)、LiC(CF3SO23、LiC(C25SO23、LiAsF6、LiClO4、Li210Cl10、Li212Cl12及びそれらの混合物が挙げられる。特に、LiXFy(式中、XはP、As、Sb、B、Bi、Al、Ga又はInであり、XがP、As又はSbのときyは6であり、XがB、Bi、Al、Ga又はInのときyは4である)、リチウムペルフルオロアルキルスルホン酸イミドLiN(Cm2m+1SO2)(Cn2n+1SO2)(式中、m及びnは、夫々独立して、1〜4の整数である)、リチウムペルフルオロアルキルスルホン酸メチドLiC(Cp2p+1SO2)(Cq2q+1SO2)(Cr2r+1SO2)(式中、p、q及びrは、夫々独立して、1〜4の整数である)等の溶質が好ましい。これらの中でも、LiPF6が特に好ましく用いられる。更に、電解質として、ポリエチレンオキシド、ポリアクリロニトリル等のポリマー電解質に電解液を含浸したゲル状ポリマー電解質、及びLiI、Li3N等の無機固体電解質を挙げることができる。リチウム二次電池の電解質は、イオン導電性を発現させる溶質としてのリチウム化合物とこれを溶解、保持する溶媒が、電池の充電時及び放電時又は保存時の電圧で分解しない限り、制約なく使用することができる。 Examples of the solute of the electrolyte include LiPF 6 , LiBF 4 , LiCF 3 SO 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , LiN (CF 3 SO 2 ) ( C 4 F 9 SO 2), LiC (CF 3 SO 2) 3, LiC (C 2 F 5 SO 2) 3, LiAsF 6, LiClO 4, Li 2 B 10 Cl 10, Li 2 B 12 Cl 12 and their A mixture is mentioned. In particular, LiXF y (wherein X is P, As, Sb, B, Bi, Al, Ga or In, and when X is P, As or Sb, y is 6 and X is B, Bi, Al) , the y when the Ga or in is 4), lithium perfluoroalkyl sulfonic acid imide LiN (C m F 2m + 1 SO 2) (C n F 2n + 1 SO 2) ( wherein, m and n are, respectively independently, an integer of 1 to 4), lithium perfluoroalkyl sulfonic acid methide LiC (C p F 2p + 1 SO 2) (C q F 2q + 1 SO 2) (C r F 2r + 1 SO 2) Solutes such as (wherein p, q and r are each independently an integer of 1 to 4) are preferred. Among these, LiPF 6 is particularly preferably used. Furthermore, examples of the electrolyte include a gel polymer electrolyte obtained by impregnating a polymer electrolyte such as polyethylene oxide and polyacrylonitrile with an electrolytic solution, and an inorganic solid electrolyte such as LiI and Li 3 N. The electrolyte of a lithium secondary battery can be used without restriction unless the lithium compound as a solute that develops ionic conductivity and the solvent that dissolves and retains the lithium compound does not decompose at the time of charging, discharging or storing the battery. be able to.

以下、本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated based on an Example, this invention is not limited by these Examples.

実施例1〜5
(複合体の製造)
原料として、平均粒径d50=18μmのシリコン粒子と平均粒径d50=5μmの銅粒子とを使用した。これを表1に示した各質量比で混合し乾式アトライタ(三井鉱山株式会社製MA1D型)を使用して複合体を製造した。使用したアトライタの仕様及び操作条件は下記の通りである。また、原料及び複合体の粒子径及び粒度分布は、いずれもレーザー回折・散乱式粒度分布測定装置(日機装株式会社製MT−3300EX)を使用して測定したものである。
Examples 1-5
(Manufacture of complex)
As raw materials, silicon particles having an average particle diameter d50 = 18 μm and copper particles having an average particle diameter d50 = 5 μm were used. This was mixed at each mass ratio shown in Table 1, and a composite was manufactured using a dry attritor (MA1D type manufactured by Mitsui Mining Co., Ltd.). The specifications and operating conditions of the used attritor are as follows. In addition, the particle diameter and particle size distribution of the raw material and the composite are both measured using a laser diffraction / scattering particle size distribution measuring apparatus (MT-3300EX manufactured by Nikkiso Co., Ltd.).

<アトライタの仕様及び操作条件>
ポット材質:SUS304
ポット容量:1.8リットル
ボール寸法:3/8インチ
ボール材質:SUJ2
ボール重量:17.5kg
回転数:300rpm
処理時間:10分間
雰囲気ガス:アルゴン
原料仕込み量:1リットル
<Attritor specifications and operating conditions>
Pot material: SUS304
Pot capacity: 1.8 liters Ball dimensions: 3/8 inch Ball material: SUJ2
Ball weight: 17.5kg
Rotation speed: 300rpm
Processing time: 10 minutes Atmospheric gas: Argon raw material charge: 1 liter

得られた複合体の電子顕微鏡写真(反射電子像、倍率1,000倍)を図2(実施例1)及び図3(実施例2)に示す。各図から明らかなように、種々の粒子径の複合体が観察され、銅粒子(写真中Cu矢印で示した白色に見える部分)とシリコン粒子(写真中Si矢印で示した灰色に見える部分)とがランダムに点在して一つの複合体粒子を形成していることが分かる。 An electron micrograph (reflection electron image, magnification 1,000 times) of the obtained composite is shown in FIG. 2 (Example 1) and FIG. 3 (Example 2). As is clear from each figure, composites with various particle diameters were observed, copper particles (the white portion shown by the Cu arrow in the photograph) and silicon particles (the gray portion shown by the Si arrow in the photograph). It can be seen that and are randomly scattered to form one composite particle.

(電極の製造)
電極の製造に使用したコールドスプレー装置(Inovati社製KM−CDS3.0)を図4に示す。まず、上記で製造した複合体(1)を試料供給部(A)内のホッパー(2)中に仕込んだ。次いで、該複合体(1)をフィーダー(3)で切り出しつつ、ヘリウムガス供給管(4)からのヘリウムガスにより粉末混合部(B)へと搬送した。別途、ガス加熱部(C)内のガス加熱装置(5)により加熱されたヘリウムガス供給管(6)からのヘリウムガスを粉末混合部(B)へと供給して、複合体(1)を粉末加熱部(7)において、加熱したヘリウムガスにより加熱し、次いで、複合体(1)の流れと一緒にすると共に混合して加速した。加速された複合体(1)をノズル(9)内で加速させ、ノズル(9)の先端より噴射して集電体として使用する銅箔(11)上に堆積せしめて、電極を製造した。銅箔(11)の寸法は、縦90mm、横120mm及び厚さ18μmであった。該銅箔(11)へ複合体(1)を堆積させる操作は、ノズル(9)を銅箔(11)の横(長手)方向に1mm間隔で掃引することにより、銅箔(11)全面に複合体(1)が均一に堆積するように実施した。コールドスプレー装置の操作条件は下記の通りである。
(Manufacture of electrodes)
FIG. 4 shows a cold spray apparatus (KM-CDS3.0 manufactured by Inovati) used for manufacturing the electrode. First, the composite (1) produced above was charged into the hopper (2) in the sample supply unit (A). Next, the composite (1) was transported to the powder mixing section (B) by helium gas from the helium gas supply pipe (4) while being cut out by the feeder (3). Separately, helium gas from the helium gas supply pipe (6) heated by the gas heating device (5) in the gas heating unit (C) is supplied to the powder mixing unit (B), and the composite (1) is supplied. In the powder heating section (7), the mixture was heated with heated helium gas, then combined with the flow of the composite (1), mixed and accelerated. The accelerated composite (1) was accelerated in the nozzle (9), sprayed from the tip of the nozzle (9), and deposited on the copper foil (11) used as a current collector to produce an electrode. The dimensions of the copper foil (11) were 90 mm long, 120 mm wide and 18 μm thick. The operation of depositing the composite (1) on the copper foil (11) is performed by sweeping the nozzle (9) in the lateral (longitudinal) direction of the copper foil (11) at an interval of 1 mm, so that the copper foil (11) is entirely exposed. The composite (1) was carried out so as to deposit uniformly. The operating conditions of the cold spray device are as follows.

<コールドスプレー装置の操作条件>
ノズル先端から銅箔までの距離:10mm
ノズル掃引速度:400mm/秒
複合体噴射圧力:345kPa
複合体加熱温度:116℃
複合体噴射量:1.6グラム/分
<Operation conditions of cold spray device>
Distance from nozzle tip to copper foil: 10mm
Nozzle sweep speed: 400 mm / sec Composite injection pressure: 345 kPa
Complex heating temperature: 116 ° C
Composite injection amount: 1.6 g / min

得られた電極断面の電子顕微鏡写真(二次電子像、倍率3,000倍)を図5(実施例1)及び図6(実施例2)に示した。各図から明らかなように銅粒子とシリコン粒子とがランダムに点在した複合体粒子が密着して基材である銅箔上に堆積していることが分かる。 An electron micrograph (secondary electron image, magnification of 3,000 times) of the obtained electrode cross section is shown in FIG. 5 (Example 1) and FIG. 6 (Example 2). As is clear from each figure, it can be seen that composite particles in which copper particles and silicon particles are randomly scattered are adhered and deposited on a copper foil as a base material.

(充放電サイクル試験)
試験極として、上記のようにして製造した電極を直径12mmの円形に打ち抜いたものを用意した。一方、対極として、直径12mm、厚さ500μmのリチウム箔を用意した。別途、エチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)とを体積比1:1で混合した溶媒に、LiPFを1.0モル/リットルの割合で溶解して電解液を調製した。次いで、正極と負極をセパレータ(ポリオレフィン系樹脂製微多孔膜)とガラスフィルタを挟んで対向させて設置し、電解液を含浸させて2032型コインセルを作製した。このコインセルを使用して、0.2Cレート(0.2Cレートとは、5時間で電池容量を充電ないし放電することを示す)で充放電させてサイクル試験を実施した。結果を表1に示した。
(Charge / discharge cycle test)
A test electrode prepared by punching the electrode manufactured as described above into a circle having a diameter of 12 mm was prepared. On the other hand, a lithium foil having a diameter of 12 mm and a thickness of 500 μm was prepared as a counter electrode. Separately, LiPF 6 was dissolved at a ratio of 1.0 mol / liter in a solvent in which ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) were mixed at a volume ratio of 1: 1 to prepare an electrolytic solution. Next, a positive electrode and a negative electrode were placed opposite to each other with a separator (polyolefin resin microporous membrane) and a glass filter interposed therebetween, and impregnated with an electrolytic solution to prepare a 2032 type coin cell. Using this coin cell, a cycle test was conducted by charging and discharging at a 0.2C rate (the 0.2C rate indicates charging or discharging the battery capacity in 5 hours). The results are shown in Table 1.

比較例1
シリコンと銅との複合体に代えて、実施例1で使用した平均粒径d50=18μmのシリコン粒子のみを複合体化せずそのまま使用したこと以外は、実施例1と同一にして電極を製造し、充放電サイクル試験を実施した。
Comparative Example 1
An electrode was produced in the same manner as in Example 1 except that instead of the composite of silicon and copper, only silicon particles having an average particle diameter d50 = 18 μm used in Example 1 were used without being combined. Then, a charge / discharge cycle test was conducted.

得られた電極断面の電子顕微鏡写真(二次電子像、倍率3,000倍)を図7に示した。図7から明らかなようにシリコン粒子が基材である銅箔上に堆積していることが分かる。サイクル試験の結果を表1に示した。 The electron micrograph (secondary electron image, magnification of 3,000 times) of the obtained electrode cross section is shown in FIG. As apparent from FIG. 7, it can be seen that silicon particles are deposited on the copper foil as the base material. The results of the cycle test are shown in Table 1.

比較例2
シリコンと銅とを複合体化せず、単なる混合物として使用したこと以外は、実施例1と同一にして電極を製造し、充放電サイクル試験を実施した。得られた電極断面の電子顕微鏡写真(二次電子像、倍率3,000倍)を図8に示した。図8から明らかなようにシリコン粒子と銅粒子がランダムに堆積せず、銅粒子が部分的に均一な膜を形成して基材である銅箔上に堆積していることが分かる。サイクル試験の結果を表1に示した。
Comparative Example 2
An electrode was produced in the same manner as in Example 1 except that silicon and copper were not used as a composite but used as a simple mixture, and a charge / discharge cycle test was performed. An electron micrograph (secondary electron image, magnification of 3,000 times) of the obtained electrode cross section is shown in FIG. As can be seen from FIG. 8, the silicon particles and the copper particles are not randomly deposited, but the copper particles form a partially uniform film and are deposited on the copper foil as the base material. The results of the cycle test are shown in Table 1.

比較例3
銅に代えて、平均粒径d50=5μmの鉄を使用したこと以外は、比較例2と同一にして電極を製造し、充放電サイクル試験を実施した。得られた電極断面の電子顕微鏡写真(二次電子像、倍率3,000倍)を図9に示した。図9の二次電子像では鉄粒子を確認することはできないが、シリコン粒子が基材上に偏って堆積していることが認められ、シリコン粒子と鉄粒子とが基材である銅箔上にランダムに堆積せずに偏って堆積していると推定される。サイクル試験の結果を表1に示した。
Comparative Example 3
An electrode was produced in the same manner as in Comparative Example 2 except that iron having an average particle diameter d50 = 5 μm was used instead of copper, and a charge / discharge cycle test was performed. An electron micrograph (secondary electron image, magnification of 3,000 times) of the obtained electrode cross section is shown in FIG. Although it is not possible to confirm iron particles in the secondary electron image of FIG. 9, it is recognized that silicon particles are unevenly deposited on the substrate, and the silicon particles and iron particles are on the copper foil as the substrate. It is presumed that they are deposited randomly rather than randomly. The results of the cycle test are shown in Table 1.

比較例4
実施例1で使用した平均粒径d50=18μmのシリコン粒子のみを複合体化せずそのまま使用し、スラリー塗工法により電極を製造したこと以外は、実施例1と同一にして充放電サイクル試験を実施した。
Comparative Example 4
The charge / discharge cycle test was carried out in the same manner as in Example 1 except that only silicon particles having an average particle diameter d50 = 18 μm used in Example 1 were used as they were without being complexed and an electrode was produced by a slurry coating method. Carried out.

比較例5
コールドスプレー法に代えて、スラリー塗工法により電極を製造したこと以外は、実施例1と同一にして充放電サイクル試験を実施した。
Comparative Example 5
A charge / discharge cycle test was conducted in the same manner as in Example 1 except that the electrode was produced by a slurry coating method instead of the cold spray method.

比較例4及び5におけるスラリー合剤を用いた塗工法による電極の製造は下記のようにして実施した。ポリビニリデンフルオライド(PVDF)をN−メチル−2−ピロリドン(NMP)に溶解して、PVDF12質量%のペーストを製造した。次いで、該ペースト10質量%、比較例4においてはシリコン粒子85質量%又は比較例5においては実施例1で製造した複合体85質量%、及び導電助剤としてのアセチレンブラック(平均粒径d50=36nm)5質量%を混合してスラリー合剤を調製した。実施例1で使用したものと同一の寸法を有する銅箔に、上記スラリーを塗布しドクターブレードを使用して表面を平滑にしてシート状とした。該シートを30分間、80℃で乾燥させてNMPを除去した後、ロールプレスを使用して密着接合させて、上記充放電サイクル試験用の電極を製造した。サイクル試験の結果を表1に示した。 The production of the electrode by the coating method using the slurry mixture in Comparative Examples 4 and 5 was performed as follows. Polyvinylidene fluoride (PVDF) was dissolved in N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) to produce a 12% by mass PVDF paste. Next, 10% by mass of the paste, 85% by mass of silicon particles in Comparative Example 4 or 85% by mass of the composite prepared in Example 1 in Comparative Example 5, and acetylene black (average particle diameter d50 = 36 nm) 5% by mass was mixed to prepare a slurry mixture. The slurry was applied to a copper foil having the same dimensions as those used in Example 1, and the surface was smoothed using a doctor blade to form a sheet. The sheet was dried at 80 ° C. for 30 minutes to remove NMP, and then tightly bonded using a roll press to produce the electrode for the charge / discharge cycle test. The results of the cycle test are shown in Table 1.


表1中、各放電容量維持率(%)は、初期放電容量値、50サイクル後の放電容量値及び100サイクル後の放電容量値を初期放電容量値で除したものである。また、実施例1〜5において得られた各複合体は、いずれもその粒子の全量が粒径50μm以下のものであった。

In Table 1, each discharge capacity retention rate (%) is obtained by dividing the initial discharge capacity value, the discharge capacity value after 50 cycles, and the discharge capacity value after 100 cycles by the initial discharge capacity value. Further, each of the composites obtained in Examples 1 to 5 had a total particle size of 50 μm or less.

実施例1〜5は、シリコンと銅から成る複合体をコールドスプレー法により銅箔に付着せしめたものをリチウム二次電池用負極として使用したものであり、該複合体において、シリコンと銅の配合比を変化させたものである。いずれも高い初期放電容量値を示した。また、初期放電容量値が高いことから、50サイクル、100サイクル後においても、十分に高い放電容量値を示し、実用に耐え得るリチウム二次電池用負極が得られることが分かった。とりわけ、実施例2及び3において、著しく高い放電容量値を示した。また、放電容量維持率(サイクル経過後の放電容量を初期放電容量で規格化したもの)は、複合体中のシリコン配合量が少なくなるほど良好であった。実施例1〜5から、複合体中のシリコン量比が大きくなり銅量比が小さくなっても、放電容量は比較的良好なまま保持され、かつ放電容量維持率も良好なまま保持された。一方、複合体中のシリコン量比が小さくなり銅量比が大きくなると、更に放電容量維持率が良好になることが分かった。 In Examples 1 to 5, a composite made of silicon and copper adhered to a copper foil by a cold spray method was used as a negative electrode for a lithium secondary battery. In the composite, a combination of silicon and copper was used. The ratio is changed. All showed high initial discharge capacity values. Moreover, since the initial discharge capacity value was high, it was found that a negative electrode for a lithium secondary battery that exhibits a sufficiently high discharge capacity value and can withstand practical use even after 50 and 100 cycles was obtained. In particular, in Examples 2 and 3, extremely high discharge capacity values were shown. In addition, the discharge capacity retention rate (the discharge capacity after the cycle has been normalized by the initial discharge capacity) was better as the silicon content in the composite decreased. From Examples 1 to 5, even when the silicon amount ratio in the composite was increased and the copper amount ratio was decreased, the discharge capacity was kept relatively good and the discharge capacity retention rate was kept good. On the other hand, it was found that the discharge capacity retention ratio was further improved when the silicon ratio in the composite was decreased and the copper ratio was increased.

一方、比較例1はシリコン粒子のみをコールドスプレー法により銅箔に付着せしめたものをリチウム二次電池用負極として使用したものである。放電容量維持率は高いものの、初期放電容量が極めて小さく実用に耐え得るものではなかった。比較例2及び3は、夫々、シリコンと銅粒子の混合物及びシリコンと鉄粒子の混合物を複合化せずにそのまま、コールドスプレー法により銅箔に付着せしめたものをリチウム二次電池用負極として使用したものである。やはり、放電容量維持率は高いものの、初期放電容量が極めて小さく実用に耐え得るものではなかった。比較例4は、シリコン粒子のみをスラリー塗布法により銅箔に付着せしめたものをリチウム二次電池用負極として使用したものである。初期放電容量を高くすることは塗布するスラリーの厚みを変えることにより可能であるが、銅箔への密着性が悪く、放電容量維持率が極めて低く実用に耐え得るものではなかった。また、比較例5の結果から、シリコンと銅から成る複合体をスラリー塗布法により銅箔に付着せしめても、同様に放電容量維持率が極めて悪いものであった。 On the other hand, Comparative Example 1 uses only silicon particles adhered to a copper foil by a cold spray method as a negative electrode for a lithium secondary battery. Although the discharge capacity retention rate was high, the initial discharge capacity was extremely small and could not be practically used. In Comparative Examples 2 and 3, a mixture of silicon and copper particles and a mixture of silicon and iron particles were used as a negative electrode for a lithium secondary battery without being combined and directly attached to a copper foil by a cold spray method. It is a thing. After all, although the discharge capacity retention rate was high, the initial discharge capacity was extremely small and could not withstand practical use. The comparative example 4 uses what adhered only the silicon particle to the copper foil by the slurry application | coating method as a negative electrode for lithium secondary batteries. Although it is possible to increase the initial discharge capacity by changing the thickness of the slurry to be applied, the adhesion to the copper foil is poor, and the discharge capacity retention rate is extremely low and cannot be practically used. Further, from the results of Comparative Example 5, even when the composite made of silicon and copper was adhered to the copper foil by the slurry coating method, the discharge capacity retention rate was also extremely poor.

本発明の製造方法により製造される、シリコン、シリコン合金、スズ及びスズ合金より成る群から選ばれる一種以上の第1の物質と、スズ、銅、マグネシウム、鉄、コバルト、ニッケル、亜鉛、アルミニウム、ゲルマニウム、インジウム及び炭素より成る群から選ばれる一種以上の第2の物質とを一体化させた複合体を施与したリチウム二次電池用負極は、大きな容量及び著しく良好なサイクル特性を有する。従って、現在使用されている黒鉛等の炭素材料系のリチウム二次電池用負極の代替として極めて有用である。 One or more first substances selected from the group consisting of silicon, silicon alloys, tin and tin alloys manufactured by the manufacturing method of the present invention, tin, copper, magnesium, iron, cobalt, nickel, zinc, aluminum, A negative electrode for a lithium secondary battery provided with a composite obtained by integrating at least one second substance selected from the group consisting of germanium, indium, and carbon has a large capacity and extremely good cycle characteristics. Therefore, it is extremely useful as an alternative to the currently used negative electrode for lithium secondary batteries of carbon materials such as graphite.

1 複合体
2 ホッパー
3 フィーダー
4 ヘリウムガス供給管
5 ガス加熱装置
6 ヘリウムガス供給管
7 粉末加熱部
8 流速絞り部
9 ノズル
10 粉末ガス混合部
11 銅箔
A 試料供給部
B 粉末混合部
C ガス加熱部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Composite 2 Hopper 3 Feeder 4 Helium gas supply pipe 5 Gas heating apparatus 6 Helium gas supply pipe 7 Powder heating part 8 Flow-rate restricting part 9 Nozzle 10 Powder gas mixing part 11 Copper foil A Sample supply part B Powder mixing part C Gas heating Part

Claims (4)

固体高速衝突法を使用して集電体上に活物質粒子を密着させることによるリチウム二次電池用負極の製造方法であって、前記活物質粒子が、シリコン、シリコン合金、スズ及びスズ合金より成る群から選ばれる一種以上の第1の物質と、スズ、銅、マグネシウム、鉄、コバルト、ニッケル、亜鉛、アルミニウム、ゲルマニウム、インジウム及び炭素より成る群から選ばれる一種以上の第2の物質とを一体化させた複合体であることを特徴とする製造方法。 A method for producing a negative electrode for a lithium secondary battery by adhering active material particles on a current collector using a solid high-speed collision method, wherein the active material particles are made of silicon, a silicon alloy, tin and a tin alloy. One or more first substances selected from the group consisting of, and one or more second substances selected from the group consisting of tin, copper, magnesium, iron, cobalt, nickel, zinc, aluminum, germanium, indium, and carbon. A manufacturing method characterized by being an integrated composite. 前記第1の物質と前記第2の物質との質量比が、5:95〜95:5である請求項1記載の製造方法。 The manufacturing method according to claim 1, wherein a mass ratio of the first substance to the second substance is 5:95 to 95: 5. 前記第1の物質がシリコン又はシリコン合金であり、前記第2の物質が銅である請求項1又は2記載の製造方法。 The manufacturing method according to claim 1, wherein the first substance is silicon or a silicon alloy, and the second substance is copper. 前記複合体が、粉末二次加工法により製造されたものである請求項1〜3のいずれか一つに記載の製造方法。 The manufacturing method according to claim 1, wherein the composite is manufactured by a powder secondary processing method.
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