JP2011023343A - Negative electrode material for nonaqueous electrolyte secondary battery and nonaqueous electrolyte secondary battery equipped with it - Google Patents

Negative electrode material for nonaqueous electrolyte secondary battery and nonaqueous electrolyte secondary battery equipped with it Download PDF

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孝輔 倉金
Naoki Inui
直樹 乾
Junji Suzuki
純次 鈴木
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve discharge capacity in a negative electrode material in order to further improve electric performance of a nonaqueous electrolyte secondary battery. <P>SOLUTION: This is a negative electrode material for nonaqueous electrolyte secondary battery which contains a negative electrode active material capable of doping and dedoping of lithium ion and borate of alkali metal and/or borate of alkaline earth metal, and a nonaqueous electrolyte secondary battery equipped with this is provided. It is preferable that the negative electrode active material has graphite and/or a carbon material inferior in crystallinity than graphite as a main component, and that the borate of alkali metal is sodium borate. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、非水電解液二次電池用負極材料およびそれを備える非水電解液二次電池に関する。   The present invention relates to a negative electrode material for a non-aqueous electrolyte secondary battery and a non-aqueous electrolyte secondary battery including the same.

非水電解液二次電池において、アルカリ金属のハロゲン化物および/またはアルカリ土類金属のハロゲン化物を含有させた負極材料が知られている。   In a non-aqueous electrolyte secondary battery, a negative electrode material containing an alkali metal halide and / or an alkaline earth metal halide is known.

特開2006−310265号公報JP 2006-310265 A

非水電解液二次電池の電気性能をさらに向上させるため、負極材料における放電容量のさらなる改善が求められていた。   In order to further improve the electrical performance of the nonaqueous electrolyte secondary battery, further improvement in the discharge capacity of the negative electrode material has been demanded.

本発明者は、このような状況の下、非水電解液二次電池の電気性能を向上させるべく、その負極材料について鋭意検討を重ねた結果、本発明に至った。   Under such circumstances, the present inventor has intensively studied the negative electrode material in order to improve the electrical performance of the nonaqueous electrolyte secondary battery, and as a result, has reached the present invention.

すなわち、本発明は、
<1>リチウムイオンのドープおよび脱ドープ可能な負極活物質と、アルカリ金属のホウ酸塩および/またはアルカリ土類金属のホウ酸塩とを含有することを特徴とする非水電解液二次電池用負極材料;
<2>負極活物質が、黒鉛および/または黒鉛より結晶性が劣る炭素材料を主成分とするものであることを特徴とする前項1に記載される非水電解液二次電池用負極材料;
<3>黒鉛および/または黒鉛より結晶性が劣る炭素材料の比表面積が、1〜600m/gである前項1または2に記載される非水電解液二次電池用負極材料;
<4>アルカリ金属のホウ酸塩がホウ酸ナトリウムである前項1〜3のいずれか1項に記載される非水電解液二次電池用負極材料;
<5>アルカリ金属のホウ酸塩および/またはアルカリ土類金属のホウ酸塩を含む水溶液と、リチウムイオンのドープおよび脱ドープ可能な負極活物質とを混合した後、水分を除去し、乾燥させることにより得られる前項1〜4のいずれか1項に記載される非水電解液二次電池用負極材料;
<6>アルカリ金属のホウ酸塩および/またはアルカリ土類金属のホウ酸塩の含有量が、アルカリ金属および/またはアルカリ土類金属換算の含有量で50〜10000ppmである前項1〜5のいずれか1項に記載される非水電解液二次電池用負極材料;
<7>さらに、バインダーと溶媒とを含む前項1〜6のいずれか1項に記載される非水電解液二次電池用負極材料;
<8>バインダーが、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、フッ素化ポリフッ化ビニリデン、エチレン−プロピレン−ジエン三元共重合体、スチレン−ブタジエンゴム、アクリロニトリル−ブタジエンゴム、フッ素ゴム、ポリ酢酸ビニル、ポリメチルメタクリレート、ポリエチレンおよびニトロセルロースからなる群から選ばれる少なくとも1種である前項7に記載される非水電解液二次電池用負極材料;
<9>溶媒が、N−メチルピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、酢酸メチル、アクリル酸メチル、ジエチルトリアミン、N,N−ジメチルアミノプロピルアミン、エチレンオキシド、テトラヒドロフランおよび水からなる群から選ばれる少なくとも1種である前項7に記載される非水電解液二次電池用負極材料;
<10>リチウムイオンのドープおよび脱ドープ可能な正極および負極と、非水電解液とを備える非水電解液二次電池であり、該負極が、前項1〜9のいずれか1項に記載される非水電解液二次電池用負極材料を含有することを特徴とする非水電解液二次電池;
<11>正極に含まれる正極活物質が、リチウム遷移金属複合酸化物であることを特徴とする前項10に記載される非水電解液二次電池;
<12>リチウム遷移金属複合酸化物が、マンガンを含有することを特徴とする前項11に記載される非水電解液二次電池;
等を提供するものである。
That is, the present invention
<1> a non-aqueous electrolyte secondary battery comprising a negative electrode active material capable of being doped and dedoped with lithium ions, and an alkali metal borate and / or an alkaline earth metal borate Negative electrode materials;
<2> The negative electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to item 1 above, wherein the negative electrode active material is mainly composed of graphite and / or a carbon material having lower crystallinity than graphite;
<3> The negative electrode material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to the preceding item 1 or 2, wherein the specific surface area of graphite and / or a carbon material having lower crystallinity than graphite is 1 to 600 m 2 / g;
<4> The negative electrode material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to any one of items 1 to 3, wherein the alkali metal borate is sodium borate;
<5> An aqueous solution containing an alkali metal borate and / or an alkaline earth metal borate and a negative electrode active material capable of being doped and dedoped with lithium ions are mixed, and then water is removed and dried. The negative electrode material for a nonaqueous electrolyte secondary battery according to any one of items 1 to 4 obtained by
<6> The content of the alkali metal borate and / or alkaline earth metal borate is 50 to 10,000 ppm in terms of alkali metal and / or alkaline earth metal equivalent, Or a negative electrode material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1;
<7> Further, the negative electrode material for a non-aqueous electrolyte secondary battery described in any one of 1 to 6 above, which further comprises a binder and a solvent;
<8> The binder is polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, fluorinated polyvinylidene fluoride, ethylene-propylene-diene terpolymer, styrene-butadiene rubber, acrylonitrile-butadiene rubber, fluorine rubber, polyvinyl acetate, poly The negative electrode material for a non-aqueous electrolyte secondary battery as described in 7 above, which is at least one selected from the group consisting of methyl methacrylate, polyethylene and nitrocellulose;
<9> The solvent is selected from the group consisting of N-methylpyrrolidone, dimethylformamide, dimethylacetamide, methyl ethyl ketone, cyclohexanone, methyl acetate, methyl acrylate, diethyltriamine, N, N-dimethylaminopropylamine, ethylene oxide, tetrahydrofuran and water. The negative electrode material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to the preceding item 7, which is at least one kind of
<10> A nonaqueous electrolyte secondary battery comprising a positive electrode and a negative electrode that can be doped and dedoped with lithium ions, and a nonaqueous electrolyte solution, wherein the negative electrode is described in any one of items 1 to 9 above A nonaqueous electrolyte secondary battery comprising: a negative electrode material for a nonaqueous electrolyte secondary battery;
<11> The non-aqueous electrolyte secondary battery according to item 10 above, wherein the positive electrode active material contained in the positive electrode is a lithium transition metal composite oxide;
<12> The non-aqueous electrolyte secondary battery as described in 11 above, wherein the lithium transition metal composite oxide contains manganese;
Etc. are provided.

本発明によれば、非水電解液二次電池用負極材料の放電容量が改善され、その結果、これを備える非水電解液二次電池は、より電気性能に優れたものとなる。   According to the present invention, the discharge capacity of the negative electrode material for a non-aqueous electrolyte secondary battery is improved, and as a result, the non-aqueous electrolyte secondary battery equipped with this has better electrical performance.

以下、本発明について詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in detail.

本発明の非水電解液二次電池用負極材料は、リチウムイオンのドープおよび脱ドープ可能な負極活物質と、アルカリ金属のホウ酸塩および/またはアルカリ土類金属のホウ酸塩(以下、「アルカリ(土類)金属ホウ酸塩」と称することもある。)とを含有することを特徴とする。   The negative electrode material for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention includes a negative electrode active material that can be doped and dedoped with lithium ions, an alkali metal borate and / or an alkaline earth metal borate (hereinafter, “ It may be referred to as “alkaline (earth) metal borate”.

本発明に用いるリチウムイオンのドープおよび脱ドープ可能な負極活物質としては、黒鉛から非晶質炭素材料にいたるまでの種々の黒鉛化度の炭素材料、およびリチウムと合金化可能な金属粒子からなる群から選ばれるものを用いることができるが、後述するように、中でも黒鉛ないし黒鉛よりも結晶性の劣る炭素材料(黒鉛化度の小さい炭素材料)が好ましく、黒鉛を用いた場合がより好ましい。これは、これらはコスト的に安価であることと、電解液との反応性が高いため、本発明で用いるアルカリ(土類)金属ホウ酸塩がより効果的に作用するためである。   The negative electrode active material that can be doped and dedoped with lithium ions used in the present invention is composed of carbon materials having various degrees of graphitization ranging from graphite to amorphous carbon materials, and metal particles that can be alloyed with lithium. A material selected from the group can be used, but as will be described later, graphite or a carbon material having a lower crystallinity than graphite (a carbon material having a low graphitization degree) is preferable, and a case of using graphite is more preferable. This is because the alkali (earth) metal borate used in the present invention works more effectively because they are inexpensive and highly reactive with the electrolyte.

黒鉛としては、天然黒鉛および人造黒鉛のいずれをも用いることができる。黒鉛は不純物の少ないものであるのが好ましく、必要に応じて種々の精製処理を施して用いる。黒鉛としては、X線広角回折法による(002)面の面間隔(d002)が、3.37Å未満の黒鉛化度の大きいもの用いるのが好ましい。   As graphite, both natural graphite and artificial graphite can be used. It is preferable that graphite has few impurities, and it is used after being subjected to various purification treatments as necessary. As the graphite, it is preferable to use a graphite having a large degree of graphitization of (002) plane spacing (d002) of less than 3.37 mm by X-ray wide angle diffraction method.

人造黒鉛の具体例としては、コールタールピッチ、石炭系重質油、常圧残油、石油系重質油、芳香族炭化水素、窒素含有環状化合物、硫黄含有環状化合物、ポリフェニレン、ポリ塩化ビニル、ポリビニルアルコール、ポリアクリロニトリル、ポリビニルブチラール、天然高分子、ポリフェニレンサイルファイド、ポリフェニレンオキシド、フルフリルアルコール樹脂、フェノール−ホルムアルデヒド樹脂、イミド樹脂などの有機物を、通常2500〜3200℃の焼成温度で黒鉛化したものが挙げられる。   Specific examples of artificial graphite include coal tar pitch, coal heavy oil, atmospheric residue, petroleum heavy oil, aromatic hydrocarbon, nitrogen-containing cyclic compound, sulfur-containing cyclic compound, polyphenylene, polyvinyl chloride, Polyvinyl alcohol, polyacrylonitrile, polyvinyl butyral, natural polymer, polyphenylene sulfide, polyphenylene oxide, furfuryl alcohol resin, phenol-formaldehyde resin, imide resin, etc. Is mentioned.

また、黒鉛化度の小さい炭素材料としては、有機物を通常2500℃以下の温度で焼成したものが用いられる。有機物の具体例としては、コールタールピッチ、乾留液化油等の石炭系重質油;常圧残油、減圧残油等の直留系重質油;原油、ナフサ等の熱分解時に副生するエチレンタール等の分解系重質油等の石油系重質油;アセナフチレン、デカシクレン、アントラセン等の芳香族炭化水素;フェナジンやアクリジン等の窒素含有環状化合物;チオフェン等の硫黄含有環状化合物;アダマンタン等の脂肪族環状化合物;ビフェニル、テルフェニル等のポリフェニレン;ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルブチラール等のポリビニルエステル類;ポリビニルアルコール等の熱可塑性高分子;フェノール樹脂、エポキシ樹脂等の熱硬化性高分子;セルロース、おが屑等のバイオマス原料等が挙げられる。   In addition, as the carbon material having a low graphitization degree, a material obtained by firing an organic substance at a temperature of usually 2500 ° C. or lower is used. Specific examples of organic substances include coal-based heavy oils such as coal tar pitch and dry-distilled liquefied oil; straight-run heavy oils such as atmospheric residual oil and vacuum residual oil; by-product during thermal decomposition of crude oil, naphtha, etc. Petroleum heavy oils such as cracked heavy oils such as ethylene tar; Aromatic hydrocarbons such as acenaphthylene, decacyclene and anthracene; Nitrogen-containing cyclic compounds such as phenazine and acridine; Sulfur-containing cyclic compounds such as thiophene; Aliphatic cyclic compounds; polyphenylenes such as biphenyl and terphenyl; polyvinyl esters such as polyvinyl chloride, polyvinyl acetate, and polyvinyl butyral; thermoplastic polymers such as polyvinyl alcohol; thermosetting polymers such as phenol resins and epoxy resins And biomass raw materials such as cellulose and sawdust.

これら黒鉛化度の小さい炭素材料の焼成温度は、好ましくは600℃以上、より好ましくは900℃以上、さらに好ましくは950℃以上である。その上限は、炭素材料に所望の黒鉛化度等により異なるが、好ましくは2500℃以下、より好ましくは2000℃以下、さらに好ましくは1400℃以下である。   The firing temperature of these carbon materials having a low degree of graphitization is preferably 600 ° C. or higher, more preferably 900 ° C. or higher, and further preferably 950 ° C. or higher. The upper limit varies depending on the degree of graphitization desired for the carbon material, but is preferably 2500 ° C. or lower, more preferably 2000 ° C. or lower, and further preferably 1400 ° C. or lower.

また、本発明で用いる負極活物質として好ましいものの一つは、前述の高黒鉛化度の黒鉛の表面を、上述のこれよりも黒鉛化度の小さい炭素材料で被覆したものである。このものは高黒鉛化度の黒鉛の表面を上述のコールタールピッチや種々の重質油等で被覆し、次いで焼成して被覆に用いた有機物を炭化させることにより得ることができる。このような2層構造の炭素材料における核の黒鉛と周囲の結晶化度の小さい炭素材料との合計に占める黒鉛の比率は、負極容量を大きくするため80重量%以上であることが好ましく、85重量%以上であることがより好ましい。しかし、この比が大きすぎると被覆効果が薄れるので、この比は、99重量%以下であることが好ましい。核の黒鉛と周囲の被覆炭素材料との特に好ましい比は、85:15〜99:1(重量比)である。   Further, one preferable as the negative electrode active material used in the present invention is one in which the surface of the above-mentioned graphite having a high graphitization degree is coated with a carbon material having a lower graphitization degree than that described above. This can be obtained by coating the surface of graphite having a high graphitization degree with the above-mentioned coal tar pitch, various heavy oils, etc., and then firing to carbonize the organic matter used for the coating. In such a two-layer carbon material, the ratio of the graphite to the total of the core graphite and the surrounding carbon material with low crystallinity is preferably 80% by weight or more in order to increase the negative electrode capacity. More preferably, it is at least wt%. However, if this ratio is too large, the coating effect is reduced, so this ratio is preferably 99% by weight or less. A particularly preferred ratio of core graphite to surrounding coated carbon material is 85:15 to 99: 1 (weight ratio).

黒鉛をはじめとするこれらの炭素材料の平均粒径は、好ましくは35μm以下、より好ましくは25μm以下、さらに好ましくは18μm以下である。また、好ましくは3μm以上、より好ましくは5μm以上である。なお、黒鉛より結晶性が劣る炭素材は複数の粒子が凝集している二次粒子であってもよい。この場合は二次粒子の平均粒径が前述の範囲であることが好ましく、一次粒子の平均粒径は、15μm以下であることが好ましい。   The average particle diameter of these carbon materials including graphite is preferably 35 μm or less, more preferably 25 μm or less, and further preferably 18 μm or less. Moreover, Preferably it is 3 micrometers or more, More preferably, it is 5 micrometers or more. Note that the carbon material that is less crystalline than graphite may be secondary particles in which a plurality of particles are aggregated. In this case, the average particle size of the secondary particles is preferably in the above range, and the average particle size of the primary particles is preferably 15 μm or less.

また、黒鉛をはじめとするこれらの炭素材料のBET吸着法の測定による比表面積(BET比表面積)は、1〜600m/gであることが好ましく、1〜15m/gであることがより好ましい。 The specific surface area by the measurement of the BET adsorption method of carbon materials including graphite (BET specific surface area) is preferably 1~600m 2 / g, more to be 1~15m 2 / g preferable.

負極活物質としては、上述の黒鉛や黒鉛化度の異なる炭素材料等の2種以上を混合して用いてもよい。   As the negative electrode active material, a mixture of two or more of the above-described graphite and carbon materials having different graphitization degrees may be used.

本発明に用いられるアルカリ(土類)金属ホウ酸塩は、アルカリ金属(Li,Na,K,Rb,Cs)またはアルカリ土類金属(Be,Mg,Ca,Sr,Ba)のホウ酸塩である。アルカリ(土類)金属ホウ酸塩を構成する金属としては、アルカリ金属が好ましく、ナトリウムがより好ましい。また、アルカリ(土類)金属ホウ酸塩には、オルトホウ酸塩、二ホウ酸塩、メタホウ酸塩、四ホウ酸塩、五ホウ酸塩、八ホウ酸塩等が存在し、いずれを用いてもよいが、四ホウ酸塩が好ましい。アルカリ(土類)金属ホウ酸塩としては、四ホウ酸ナトリウムが特に好ましい。これらのアルカリ(土類)金属ホウ酸塩は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。   The alkali (earth) metal borate used in the present invention is a borate of alkali metal (Li, Na, K, Rb, Cs) or alkaline earth metal (Be, Mg, Ca, Sr, Ba). is there. As a metal which comprises an alkali (earth) metal borate, an alkali metal is preferable and sodium is more preferable. Alkali (earth) metal borates include orthoborate, diborate, metaborate, tetraborate, pentaborate, octaborate, etc. However, tetraborate is preferred. As the alkali (earth) metal borate, sodium tetraborate is particularly preferable. These alkali (earth) metal borates may be used alone or in combination of two or more.

なお、電池に用いる際には、アルカリ(土類)金属ホウ酸塩は電解液に溶解し難いものであることが、本発明の効果を発現するためより好ましく、また負極材料中に含有させる際には、水溶液にして負極活物質と均一に混合できるように、水への溶解度が高いものであることが好ましい。   In addition, when used in a battery, it is more preferable that the alkali (earth) metal borate is difficult to dissolve in the electrolytic solution in order to exhibit the effects of the present invention, and when it is contained in the negative electrode material. The aqueous solution preferably has a high solubility in water so that the aqueous solution can be uniformly mixed with the negative electrode active material.

本発明において、負極材料にアルカリ(土類)金属ホウ酸塩を含有させる方法としては、どのような方法を用いてもよいが、特に少量添加で均一にアルカリ(土類)金属ホウ酸塩を含有させるには、まずアルカリ(土類)金属ホウ酸塩を水に溶解させて水溶液とし、次いで負極活物質とこの水溶液とを混合し、その後混合液を濾過するなどして水分を除去した後、乾燥する方法が有効である。このような処理を行った場合、アルカリ(土類)金属ホウ酸塩は負極材料表面を覆う形で比較的均一に存在しているものと推定される。被覆が微量である場合、電子顕微鏡(SEM)観察等では明確なホウ酸塩の存在を確認することが困難な場合がある。その場合、通常は、飛行時間型二次イオン質量分析装置(TOF−SIMS)等による表面分析でアルカリ金属やアルカリ土類金属の存在を確認できる。   In the present invention, any method may be used as a method for incorporating the alkali (earth) metal borate into the negative electrode material. However, the alkali (earth) metal borate is uniformly added particularly in a small amount. To contain, first, an alkali (earth) metal borate is dissolved in water to form an aqueous solution, then the negative electrode active material and this aqueous solution are mixed, and then the mixed solution is filtered to remove moisture. The method of drying is effective. When such a treatment is performed, it is presumed that the alkali (earth) metal borate is present relatively uniformly in a form covering the negative electrode material surface. When the amount of the coating is very small, it may be difficult to confirm the presence of a clear borate by observation with an electron microscope (SEM). In that case, the presence of alkali metal or alkaline earth metal can be usually confirmed by surface analysis using a time-of-flight secondary ion mass spectrometer (TOF-SIMS) or the like.

負極材料中のアルカリ(土類)金属ホウ酸塩の含有量は、例えば、前述の負極材料へのアルカリ(土類)金属ホウ酸塩の含有方法において、用いるアルカリ(土類)金属ホウ酸塩水溶液のアルカリ(土類)金属ホウ酸塩の濃度を調整することにより調節することができる。   The content of the alkali (earth) metal borate in the negative electrode material is, for example, the alkali (earth) metal borate used in the method for containing the alkali (earth) metal borate in the negative electrode material described above. It can be adjusted by adjusting the concentration of the alkali (earth) metal borate in the aqueous solution.

アルカリ(土類)金属ホウ酸塩が被覆あるいは添着されるなどして、アルカリ(土類)金属ホウ酸塩が含有された本発明の負極材料中のアルカリ(土類)金属ホウ酸塩の含有量は、特に制限されないが、50〜10000ppmであることが好ましく、200〜9000ppmであることがより好ましく、500〜5000ppmであることがさらに好ましい。   Inclusion of alkali (earth) metal borate in the negative electrode material of the present invention containing alkali (earth) metal borate by coating or attaching alkali (earth) metal borate. The amount is not particularly limited, but is preferably 50 to 10000 ppm, more preferably 200 to 9000 ppm, and further preferably 500 to 5000 ppm.

この負極材料中のアルカリ(土類)金属ホウ酸塩の含有量は、例えば試料を充分な量の水中に分散させて、負極材料中に含有されるアルカリ(土類)金属ホウ酸塩を抽出し、抽出されたアルカリ(土類)金属ホウ酸塩について、誘導結合プラズマ発光分光分析(ICP−AES)等でアルカリ(土類)金属量を定量することにより求めることができる。   The content of the alkali (earth) metal borate in the negative electrode material is extracted, for example, by dispersing the sample in a sufficient amount of water to extract the alkali (earth) metal borate contained in the negative electrode material. The extracted alkali (earth) metal borate can be obtained by quantifying the amount of alkali (earth) metal by inductively coupled plasma emission spectroscopy (ICP-AES) or the like.

本発明の非水電解液二次電池用負極材料は、さらに、バインダーと溶媒とを含んでいてもよい。かかる負極材料は、上記のような方法によりアルカリ(土類)金属ホウ酸塩を含有させた負極材料とバインダーと溶媒とを混合させて得ることが好ましい。   The negative electrode material for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention may further contain a binder and a solvent. Such a negative electrode material is preferably obtained by mixing a negative electrode material containing an alkali (earth) metal borate, a binder, and a solvent by the method described above.

バインダーとしては、例えば、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、フッ素化ポリフッ化ビニリデン、エチレン−プロピレン−ジエン三元共重合体(EPDM)、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)、アクリロニトリル−ブタジエンゴム(NBR)、フッ素ゴム、ポリ酢酸ビニル、ポリメチルメタクリレート、ポリエチレンまたはニトロセルロースが好ましく用いられる。負極材料中の負極活物質に対するバインダーの比率は、0.1〜20重量%であることが好ましく、0.5〜10重量%であることがより好ましく、1〜5重量%であることがさらに好ましい。   Examples of the binder include polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, fluorinated polyvinylidene fluoride, ethylene-propylene-diene terpolymer (EPDM), styrene-butadiene rubber (SBR), and acrylonitrile-butadiene rubber (NBR). Fluorine rubber, polyvinyl acetate, polymethyl methacrylate, polyethylene or nitrocellulose are preferably used. The ratio of the binder to the negative electrode active material in the negative electrode material is preferably 0.1 to 20% by weight, more preferably 0.5 to 10% by weight, and further preferably 1 to 5% by weight. preferable.

また、溶媒としては、通常、バインダーを溶解しうる有機溶剤が使用され、例えば、N−メチルピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、酢酸メチル、アクリル酸メチル、ジエチルトリアミン、N,N−ジメチルアミノプロピルアミン、エチレンオキシド、テトラヒドロフランまたは水が好ましく用いられる。これらは1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。また、水を溶媒として用いる場合は、さらに分散剤や増粘剤等を加えてSBR等のラテックスで負極活物質をスラリー化することもできる。溶媒の使用量は、負極材料中の負極活物質に対して、0.8〜2.0重量倍であることが好ましい。   As the solvent, an organic solvent capable of dissolving the binder is usually used. For example, N-methylpyrrolidone, dimethylformamide, dimethylacetamide, methylethylketone, cyclohexanone, methyl acetate, methyl acrylate, diethyltriamine, N, N- Dimethylaminopropylamine, ethylene oxide, tetrahydrofuran or water is preferably used. These may be used alone or in combination of two or more. Moreover, when using water as a solvent, a negative electrode active material can also be slurried with latex, such as SBR, by adding a dispersing agent, a thickener, etc. further. The amount of the solvent used is preferably 0.8 to 2.0 times the weight of the negative electrode active material in the negative electrode material.

上述のような本発明の非水電解液二次電池用負極材料は、非水電解液二次電池の負極活物質層形成のための材料として用いられる。   The negative electrode material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention as described above is used as a material for forming a negative electrode active material layer of a non-aqueous electrolyte secondary battery.

以下に、リチウムイオンのドープおよび脱ドープ可能な正極および負極と、非水電解液を備える非水電解液二次電池であって、負極が、本発明の非水電解液二次電池用負極材料を含有する本発明の非水電解液二次電池について説明する。   A non-aqueous electrolyte secondary battery comprising a positive and negative electrodes capable of doping and dedoping lithium ions and a non-aqueous electrolyte, wherein the negative electrode is a negative electrode material for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention containing the above will be described.

非水電解液の有機溶媒としては、特に限定されるものではないが、例えば、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ビニレンカーボネート等のカーボネート溶媒;テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、1,3−ジオキソラン、4−メチル−1,3−ジオキソラン、ジエチルエーテル等のエーテル溶媒;4−メチル−2−ペンタノン等のケトン溶媒;γ−ブチロラクトン等のラクトン溶媒;スルホラン、メチルスルホラン等のスルホン溶媒;アセトニトリル、プロピオニトリル、ベンゾニトリル、ブチロニトリル、バレロニトリル等のニトリル溶媒;1,2−ジクロロエタン等の塩素化炭化水素溶媒;ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド等のアミド溶媒;リン酸トリメチル、リン酸トリエチル等のリン酸エステル溶媒;等を使用できる。これら有機溶媒は、単独で用いてもよいし、2種類以上を併用してもよい。   The organic solvent for the non-aqueous electrolyte is not particularly limited, but for example, carbonate solvents such as dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, propylene carbonate, ethylene carbonate, vinylene carbonate; tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran Ether solvents such as 1,4-dioxane, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, 1,3-dioxolane, 4-methyl-1,3-dioxolane, diethyl ether; -Ketone solvents such as pentanone; lactone solvents such as γ-butyrolactone; sulfone solvents such as sulfolane and methyl sulfolane; nitrile solvents such as acetonitrile, propionitrile, benzonitrile, butyronitrile, valeronitrile; Chlorinated hydrocarbon solvents dichloroethane and the like; dimethylformamide, amide solvents such as dimethyl sulfoxide; trimethyl phosphate, phosphoric acid ester solvents such as triethyl phosphate; and the like can be used. These organic solvents may be used alone or in combination of two or more.

上記有機溶媒には、さらに、電解質を解離させるために高誘電率溶媒が含まれることが好ましい。ここで、高誘電率溶媒とは、25℃における比誘電率が20以上の化合物を意味する。かかる高誘電率溶媒の中で、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネートおよびそれらの水素原子をハロゲン等の他の元素またはアルキル基等で置換した化合物が好ましい。   The organic solvent preferably further contains a high dielectric constant solvent in order to dissociate the electrolyte. Here, the high dielectric constant solvent means a compound having a relative dielectric constant of 20 or more at 25 ° C. Among such high dielectric constant solvents, ethylene carbonate, propylene carbonate, and compounds in which their hydrogen atoms are substituted with other elements such as halogen or alkyl groups are preferred.

このような高誘電率溶媒の、電解液に占める割合は、好ましくは20重量%以上、より好ましくは30重量%以上、さらに好ましくは40重量%以上である。   The proportion of such a high dielectric constant solvent in the electrolytic solution is preferably 20% by weight or more, more preferably 30% by weight or more, and further preferably 40% by weight or more.

上記有機溶媒に溶解させるリチウム塩としては、特に限定されるものではなく、従来公知のものをいずれも使用することができ、例えばLiClO、LiAsF、LiPF、LiBF、LiB(C、LiCl、LiBr、CHSOLi、CFSOLi、LiN(SOCF、LiN(SO、LiC(SOCF、LiN(SOCF等を用いることができる。これらのリチウム塩は1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。 The lithium salt dissolved in the organic solvent is not particularly limited, and any conventionally known salt can be used. For example, LiClO 4 , LiAsF 6 , LiPF 6 , LiBF 4 , LiB (C 6 H 5 ) 4 , LiCl, LiBr, CH 3 SO 3 Li, CF 3 SO 3 Li, LiN (SO 2 CF 3 ) 2 , LiN (SO 2 C 2 F 5 ) 2 , LiC (SO 2 CF 3 ) 3 , LiN (SO 3 CF 3 ) 2 or the like can be used. These lithium salts may be used alone or in combination of two or more.

これらのリチウム塩の非水電解液中の濃度は、0.5〜2mol/Lであることが好ましく、0.75〜1.5mol/Lであることがより好ましい。   The concentration of these lithium salts in the non-aqueous electrolyte is preferably 0.5 to 2 mol / L, and more preferably 0.75 to 1.5 mol / L.

正極は、正極活物質とバインダーと導電剤とを有する。好ましくは、正極は、正極集電体と、正極活物質とバインダーと導電剤を含有する正極合材層とからなる。   The positive electrode has a positive electrode active material, a binder, and a conductive agent. Preferably, the positive electrode includes a positive electrode current collector, a positive electrode active material, a binder, and a positive electrode mixture layer containing a conductive agent.

正極活物質は、リチウムイオンを可逆的にドープおよび脱ドープできるものであればよいが、中でもリチウム遷移金属複合酸化物が好ましい。リチウム遷移金属複合酸化物としては、リチウムマンガン酸化物、リチウムニッケル酸化物、リチウムコバルト酸化物、リチウム鉄酸化物、リチウムクロム酸化物、リチウムバナジウム酸化物、リチウムチタン酸化物、リチウム銅酸化物等を挙げることができる。具体的には、例えばLiMn、LiMnO、LiNiO、LiCoO、LiFeO、LiCrO、Li1+x、LiV、LiTi、LiCuO、LiCuOで表される化合物を挙げることができる。これらは、さらに充放電時の安定化を図るため、主たる遷移金属元素の一部を別の金属元素で置き換えられていてもよい。 The positive electrode active material is not particularly limited as long as it can reversibly dope and dedope lithium ions, and among them, a lithium transition metal composite oxide is preferable. Examples of lithium transition metal composite oxides include lithium manganese oxide, lithium nickel oxide, lithium cobalt oxide, lithium iron oxide, lithium chromium oxide, lithium vanadium oxide, lithium titanium oxide, and lithium copper oxide. Can be mentioned. Specifically, for example, LiMn 2 O 4, LiMnO 2, LiNiO 2, LiCoO 2, LiFeO 2, LiCrO 2, Li 1 + x V 3 O 8, LiV 2 O 4, LiTi 2 O 4, Li 2 CuO 2, A compound represented by LiCuO 2 can be given. In order to further stabilize the charge / discharge, a part of the main transition metal element may be replaced with another metal element.

ただし、本発明の効果が顕著である点で、正極活物質はマンガンを含有することが好ましい。マンガンを含有するものとしては、リチウムマンガン系複合酸化物、特に一般式LiMnで表されるようなスピネル構造を有するリチウムマンガン複合酸化物や、最近研究が盛んである層状構造のLiNi1/3Mn1/3Co1/3やLiNi1/2Mn1/2等が好ましい。 However, the positive electrode active material preferably contains manganese in that the effect of the present invention is remarkable. Examples of manganese-containing compounds include lithium-manganese composite oxides, particularly lithium-manganese composite oxides having a spinel structure as represented by the general formula LiMn 2 O 4 , and LiNi 1 having a layered structure that has been actively studied recently. / 3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 and LiNi 1/2 Mn 1/2 O 2 are preferred.

これらの正極活物質は1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。   These positive electrode active materials may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together.

正極に使用されるバインダーとしては、例えば、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、フッ素化ポリフッ化ビニリデン、エチレン−プロピレン−ジエン三元共重合体(EPDM)、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)、アクリロニトリル−ブタジエンゴム(NBR)、フッ素ゴム、ポリ酢酸ビニル、ポリメチルメタクリレート、ポリエチレン、ニトロセルロース等が挙げられる。正極合材層中のバインダーの割合は、好ましくは0.1重量%以上、より好ましくは1重量%以上、さらに好ましくは5重量%以上であり、好ましくは80重量%以下、より好ましくは60重量%以下、さらに好ましくは40重量%以下、特に好ましくは10重量%以下である。   Examples of the binder used for the positive electrode include polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, fluorinated polyvinylidene fluoride, ethylene-propylene-diene terpolymer (EPDM), styrene-butadiene rubber (SBR), and acrylonitrile. Examples include butadiene rubber (NBR), fluoro rubber, polyvinyl acetate, polymethyl methacrylate, polyethylene, and nitrocellulose. The ratio of the binder in the positive electrode mixture layer is preferably 0.1% by weight or more, more preferably 1% by weight or more, further preferably 5% by weight or more, preferably 80% by weight or less, more preferably 60% by weight. % Or less, more preferably 40% by weight or less, and particularly preferably 10% by weight or less.

また、正極合材層の導電剤としては、天然黒鉛、人造黒鉛等の黒鉛や、アセチレンブラック等のカーボンブラック、ニードルコークス等の無定形炭素等の炭素材料が挙げられる。正極合材層中の導電剤の割合は、0.01〜50重量%であることが好ましく、0.1〜30重量%であることがより好ましく、1〜15重量%以上であることがさらに好ましい。   In addition, examples of the conductive agent for the positive electrode mixture layer include carbon materials such as graphite such as natural graphite and artificial graphite, carbon black such as acetylene black, and amorphous carbon such as needle coke. The proportion of the conductive agent in the positive electrode mixture layer is preferably 0.01 to 50% by weight, more preferably 0.1 to 30% by weight, and further preferably 1 to 15% by weight or more. preferable.

正極に使用する集電体の材質としては、アルミニウム、ステンレス鋼、ニッケルメッキ鋼等が好ましく用いられ、より好ましくはアルミニウムである。集電体の厚さは、1〜1000μmであることが好ましく、5〜500μmであることがより好ましい。   As the material of the current collector used for the positive electrode, aluminum, stainless steel, nickel-plated steel or the like is preferably used, and aluminum is more preferable. The thickness of the current collector is preferably 1 to 1000 μm, and more preferably 5 to 500 μm.

正極は、前述の正極活物質とバインダーと導電剤、必要に応じて添加されるその他の添加剤とを溶媒でスラリー化したものを集電体に塗布して乾燥することにより作成することができる。   The positive electrode can be prepared by applying a slurry obtained by slurrying the above-described positive electrode active material, a binder, a conductive agent, and other additives added as necessary with a solvent to a current collector, and drying the positive electrode active material. .

スラリー化のために用いる溶媒としては、通常、バインダーを溶解する有機溶剤が使用される。例えば、N−メチルピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、酢酸メチル、アクリル酸メチル、ジエチルトリアミン、N,N−ジメチルアミノプロピルアミン、エチレンオキシド、テトラヒドロフラン等が用いられるがこれらに限定されない。これらは1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。また、水に分散剤、増粘剤等を加えてSBR等のラテックスで活物質をスラリー化することもできる。   As the solvent used for slurrying, an organic solvent that dissolves the binder is usually used. For example, N-methylpyrrolidone, dimethylformamide, dimethylacetamide, methyl ethyl ketone, cyclohexanone, methyl acetate, methyl acrylate, diethyltriamine, N, N-dimethylaminopropylamine, ethylene oxide, tetrahydrofuran and the like are used, but not limited thereto. These may be used alone or in combination of two or more. Moreover, a dispersing agent, a thickener, etc. can be added to water, and an active material can also be slurried with latex, such as SBR.

このようにして形成される正極合材層の厚さは、1〜1000μmであることが好ましく、10〜200μmであることがより好ましい。   The thickness of the positive electrode mixture layer thus formed is preferably 1 to 1000 μm, and more preferably 10 to 200 μm.

なお、塗布および乾燥によって得られた正極合材層は、活物質の充填密度を上げるためローラープレス等により圧密化するのが好ましい。   The positive electrode mixture layer obtained by coating and drying is preferably consolidated by a roller press or the like in order to increase the packing density of the active material.

負極は通常、正極の場合と同様、負極活物質とバインダーさらには必要に応じて導電剤を含む負極合材層を集電体上に形成されてなる。この際、上記本発明の負極材料を用いる。本発明の負極材料は、異なる負極活物質を用いたもの、異なるアルカリ(土類)金属ホウ酸塩を用いたもの等の2種以上を併用してもよい。また、本発明の負極材料と、アルカリ(土類)金属ホウ酸塩を含まない、通常の負極活物質とを混合して使用してもよい。必要に応じて使用される導電剤としては、正極で使用するものと同様のものを使用することができる。   As in the case of the positive electrode, the negative electrode is usually formed by forming a negative electrode active material, a binder, and, if necessary, a negative electrode mixture layer containing a conductive agent on the current collector. At this time, the negative electrode material of the present invention is used. The negative electrode material of the present invention may be used in combination of two or more, such as those using different negative electrode active materials and those using different alkali (earth) metal borates. Further, the negative electrode material of the present invention and a normal negative electrode active material not containing an alkali (earth) metal borate may be mixed and used. As the conductive agent used as necessary, the same conductive agent as that used in the positive electrode can be used.

負極材料中の負極活物質に対するバインダーの比率は、0.1〜20重量%であることが好ましく、0.5〜10重量%であることがより好ましく、1〜5重量%であることがさらに好ましい。   The ratio of the binder to the negative electrode active material in the negative electrode material is preferably 0.1 to 20% by weight, more preferably 0.5 to 10% by weight, and further preferably 1 to 5% by weight. preferable.

負極の集電体としては、銅、ニッケル、ステンレス鋼、ニッケルメッキ鋼等が好ましく使用され、より好ましくは銅が用いられる。集電体の厚さは、1〜1000μmであることが好ましく、5〜500μmであることがより好ましい。   As the negative electrode current collector, copper, nickel, stainless steel, nickel-plated steel or the like is preferably used, and copper is more preferably used. The thickness of the current collector is preferably 1 to 1000 μm, and more preferably 5 to 500 μm.

負極も、正極と同様に前述の負極材料とバインダーと、必要に応じて添加される導電剤やその他の添加剤とを溶媒でスラリー化したものを集電体に塗布して乾燥させることにより作成することができる。ここで、負極材料としてバインダーと溶媒とを含む負極材料を用いる場合は、別途、バインダーや溶媒を用いることなく、負極材料と、必要に応じて添加される導電剤やその他の添加剤とを混合して得られるスラリーを集電体に塗布して乾燥させればよい。スラリー化のために用いる溶媒としては、上述の負極材料に含まれていてもよい溶媒と同様のものを用いることができる。   Similarly to the positive electrode, the negative electrode is prepared by applying a slurry of the above-described negative electrode material, a binder, and a conductive agent and other additives, which are added as necessary, to a current collector and drying it. can do. Here, when a negative electrode material containing a binder and a solvent is used as the negative electrode material, the negative electrode material is mixed with a conductive agent and other additives that are added as necessary without using a binder or a solvent. The slurry obtained in this manner may be applied to a current collector and dried. As a solvent used for slurrying, the same solvent as that which may be contained in the above-described negative electrode material can be used.

このようにして形成される負極合材層の厚さは、1〜1000μmであることが好ましく、10〜200μmであることがより好ましい。   The thickness of the negative electrode mixture layer formed in this manner is preferably 1 to 1000 μm, and more preferably 10 to 200 μm.

なお、塗布および乾燥によって得られた負極合材層は、活物質の充填密度を上げるためローラープレス等により圧密化するのが好ましい。   The negative electrode mixture layer obtained by coating and drying is preferably consolidated by a roller press or the like in order to increase the packing density of the active material.

本発明の非水電解液二次電池は、正極と負極との間にセパレーターを介在させることが好ましい。このセパレーターとしては、通常、微多孔性の高分子フィルムが用いられ、ナイロン、セルロースアセテート、ニトロセルロース、ポリスルホンや、ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリブテン等のポリオレフィン高分子よりなるものが好ましく用いられる。セパレーターの化学的および電気化学的安定性の点からポリオレフィン系高分子がより好ましく、電池セパレーターの目的の一つである自己閉塞温度の点からポリエチレン製であることが望ましい。   In the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention, it is preferable to interpose a separator between the positive electrode and the negative electrode. As this separator, a microporous polymer film is usually used, and one made of a polyolefin polymer such as nylon, cellulose acetate, nitrocellulose, polysulfone, polyacrylonitrile, polyvinylidene fluoride, polypropylene, polyethylene, polybutene or the like. Preferably used. A polyolefin polymer is more preferable from the viewpoint of chemical and electrochemical stability of the separator, and it is preferable that the polymer is made of polyethylene from the viewpoint of the self-occluding temperature, which is one of the purposes of the battery separator.

ポリエチレンセパレーターの場合、高温形状維持性の点から超高分子量ポリエチレンであることが好ましく、その分子量のは50万〜500万であることが好ましく、100万〜400万であることがより好ましく、150万〜300万であることがさらに好ましい。   In the case of a polyethylene separator, it is preferably ultrahigh molecular weight polyethylene from the viewpoint of maintaining high-temperature shape, and the molecular weight is preferably 500,000 to 5,000,000, more preferably 1,000,000 to 4,000,000, 150 More preferably, it is 10,000 to 3,000,000.

本発明の非水電解液二次電池は、上述した正極と、負極と、非水電解液と、必要に応じて用いられるセパレーターとを、適切な形状に組み立てることにより製造される。さらに、必要に応じて外装ケース等の他の構成要素を用いることも可能である。   The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is manufactured by assembling the above-described positive electrode, negative electrode, non-aqueous electrolyte, and separator used as necessary into an appropriate shape. Furthermore, other components such as an outer case can be used as necessary.

その電池形状は特に制限されず、一般的に採用されている各種形状の中から、その用途に応じて適宜選択することができる。一般的に採用されている形状の例としては、シート電極およびセパレーターをスパイラル状にしたシリンダータイプ、ペレット電極およびセパレーターを組み合わせたインサイドアウト構造のシリンダータイプ、ペレット電極およびセパレーターを積層したコインタイプ、シート電極およびセパレーターを積層したラミネートタイプ等が挙げられる。また、電池を組み立てる方法も特に制限されず、目的とする電池の形状に合わせて、通常用いられる各種方法の中から適宜選択することができる。   The battery shape is not particularly limited, and can be appropriately selected from various commonly used shapes according to the application. Examples of commonly used shapes include a cylinder type with a sheet electrode and separator spiral, an inside-out cylinder type with a combination of pellet electrode and separator, a coin type with a stack of pellet electrode and separator, and a sheet Examples include a laminate type in which electrodes and separators are laminated. Also, the method for assembling the battery is not particularly limited, and can be appropriately selected from various commonly used methods according to the shape of the target battery.

以上、本発明の非水電解液二次電池の一般的な実施形態について説明したが、本発明の非水電解液二次電池は上記実施形態に制限されるものではなく、その要旨を超えない限りにおいて、各種の変形を加えて実施することが可能である。   The general embodiment of the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention has been described above, but the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is not limited to the above-described embodiment and does not exceed the gist thereof. As long as it is possible, various modifications can be made.

以下、実施例、試験例及び製造例等を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example, a test example, a manufacture example, etc. are given and this invention is demonstrated concretely, this invention is not limited to these.

実施例1
BET比表面積6.0m/gの天然黒鉛(X線広角回折法による(002)面の面間隔(d002)3.354Å)0.3gを0.1重量%四ホウ酸ナトリウム水溶液100ml中に分散させ、30分間攪拌した後、吸引濾過を行い、次いで100℃の真空乾燥を6時間行って四ホウ酸ナトリウムが被着された天然黒鉛(負極材料)を得た。
この負極材料を、バインダーであるポリフッ化ビニリデンと9:1(重量比)の割合で、N−メチル−2−ピロリドン溶媒中に混合してスラリー化し、集電体の銅箔に塗布して乾燥させた後、プレスして負極とした。
Example 1
Natural graphite having a BET specific surface area of 6.0 m 2 / g (surface distance (d 002 ) 3.354 mm) according to X-ray wide angle diffraction method in 0.3 ml of 0.1 wt% aqueous sodium tetraborate solution After stirring for 30 minutes, suction filtration was performed, followed by vacuum drying at 100 ° C. for 6 hours to obtain natural graphite (negative electrode material) coated with sodium tetraborate.
This negative electrode material was mixed with N-methyl-2-pyrrolidone solvent in a ratio of 9: 1 (weight ratio) with polyvinylidene fluoride as a binder to form a slurry, which was applied to the copper foil of the current collector and dried. Then, it was pressed to obtain a negative electrode.

実施例2
実施例1において、0.1重量%四ホウ酸ナトリウム水溶液に替えて、0.5重量%四ホウ酸ナトリウム水溶液を用いた以外は、実施例1と同様にして負極を作成した。
Example 2
In Example 1, a negative electrode was prepared in the same manner as in Example 1 except that instead of the 0.1 wt% sodium tetraborate aqueous solution, a 0.5 wt% sodium tetraborate aqueous solution was used.

比較例1
実施例1において、0.1重量%四ホウ酸ナトリウム水溶液に替えて、0.1重量%塩化ナトリウム水溶液を用いた以外は、実施例1と同様にして負極を作成した。
Comparative Example 1
In Example 1, a negative electrode was prepared in the same manner as in Example 1 except that a 0.1% by weight sodium tetraborate aqueous solution was used instead of the 0.1% by weight sodium tetraborate aqueous solution.

比較例2
実施例1において、0.1重量%四ホウ酸ナトリウム水溶液に替えて、0.5重量%塩化ナトリウム水溶液を用いた以外は、実施例1と同様にして負極を作成した。
Comparative Example 2
In Example 1, a negative electrode was prepared in the same manner as in Example 1 except that instead of the 0.1 wt% sodium tetraborate aqueous solution, a 0.5 wt% sodium chloride aqueous solution was used.

実施例3
実施例1において、BET比表面積6.0m/gの天然黒鉛(X線広角回折法による(002)面の面間隔(d002)3.354Å)に替えて、BET比表面積4.0m/gの人造黒鉛(X線広角回折法による(002)面の面間隔(d002)3.358Å)を用いた以外は、実施例1と同様にして負極を作成した。
Example 3
In Example 1, instead of natural graphite having a BET specific surface area of 6.0 m 2 / g (surface spacing (d 002 ) of 3.002 mm by X-ray wide angle diffraction method), the BET specific surface area is 4.0 m 2. A negative electrode was prepared in the same manner as in Example 1, except that / g of artificial graphite (the (002) plane spacing (d 002 ) of 3.358 mm by X-ray wide angle diffraction method) was used.

実施例4
実施例3において、0.1重量%四ホウ酸ナトリウム水溶液に替えて、0.5重量%四ホウ酸ナトリウム水溶液を用いた以外は、実施例3と同様にして負極を作成した。
Example 4
In Example 3, a negative electrode was prepared in the same manner as in Example 3 except that a 0.5 wt% sodium tetraborate aqueous solution was used instead of the 0.1 wt% sodium tetraborate aqueous solution.

比較例3
実施例3において、0.1重量%四ホウ酸ナトリウム水溶液に替えて、0.1重量%塩化ナトリウム水溶液を用いた以外は、実施例3と同様にして負極を作成した。
Comparative Example 3
In Example 3, a negative electrode was prepared in the same manner as in Example 3 except that a 0.1 wt% sodium tetraborate aqueous solution was used instead of the 0.1 wt% sodium tetraborate aqueous solution.

比較例4
実施例3において、0.1重量%四ホウ酸ナトリウム水溶液に替えて、0.5重量%塩化ナトリウム水溶液を用いた以外は、実施例3と同様にして負極を作成した。
Comparative Example 4
In Example 3, a negative electrode was prepared in the same manner as in Example 3 except that instead of the 0.1 wt% sodium tetraborate aqueous solution, a 0.5 wt% sodium chloride aqueous solution was used.

実施例5
実施例1において、BET比表面積6.0m/gの天然黒鉛(X線広角回折法による(002)面の面間隔(d002)3.354Å)に替えて、BET比表面積4.0m/gのハードカーボン(X線広角回折法による(002)面の面間隔(d002)3.786Å)を用いた以外は、実施例1と同様にして負極を作成した。
Example 5
In Example 1, instead of natural graphite having a BET specific surface area of 6.0 m 2 / g (surface spacing (d 002 ) of 3.002 mm by X-ray wide angle diffraction method), the BET specific surface area is 4.0 m 2. A negative electrode was prepared in the same manner as in Example 1 except that / g hard carbon ((002) plane spacing (d 002 ) 3.786 mm by X-ray wide angle diffraction method) was used.

実施例6
実施例5において、0.1重量%四ホウ酸ナトリウム水溶液に替えて、0.5重量%四ホウ酸ナトリウム水溶液を用いた以外は、実施例5と同様にして負極を作成した。
Example 6
In Example 5, a negative electrode was prepared in the same manner as in Example 5 except that a 0.5 wt% sodium tetraborate aqueous solution was used instead of the 0.1 wt% sodium tetraborate aqueous solution.

比較例5
実施例5において、0.1重量%四ホウ酸ナトリウム水溶液に替えて、0.1重量%塩化ナトリウム水溶液を用いた以外は、実施例5と同様にして負極を作成した。
Comparative Example 5
In Example 5, a negative electrode was prepared in the same manner as in Example 5 except that a 0.1 wt% sodium tetraborate aqueous solution was used instead of the 0.1 wt% sodium tetraborate aqueous solution.

比較例6
実施例5において、0.1重量%四ホウ酸ナトリウム水溶液に替えて、0.5重量%塩化ナトリウム水溶液を用いた以外は、実施例5と同様にして負極を作成した。
Comparative Example 6
In Example 5, a negative electrode was prepared in the same manner as in Example 5 except that a 0.5 wt% sodium chloride aqueous solution was used instead of the 0.1 wt% sodium tetraborate aqueous solution.

試験例1
上記実施例1〜4および比較例1〜4で、それぞれ得られた負極について、次の方法で電気化学的特性の評価を行い、結果を表1および2に示した。
2032型コインセルを使用し、作用極に前記負極、対極にリチウム金属を用いた。電解液にはエチレンカーボネートとジエチルカーボネートの1:1(重量比)の混合溶媒に1mol/LのLiPFを溶解したものを用いた。
試験は、対極Li/Li基準で0.0〜2.0Vの範囲で、電流密度C/2(175mA/g)の定電流にて、充電(Liイオンの挿入)、放電(Liイオンの脱離)を行い、その容量と効率を測定することにより行った。初期効率は、1サイクル目の充電容量と放電容量の容量比率より算出した。なお、表1には、各実施例および比較例における負極材料中に含まれる四ホウ酸ナトリウムまたは塩化ナトリウム由来のナトリウム含有量を、高周波誘導結合プラズマ発光分光分析装置(ICP−AES)によって分析定量した結果も併記した。
Test example 1
The negative electrodes obtained in Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 4 were evaluated for electrochemical characteristics by the following method. The results are shown in Tables 1 and 2.
A 2032 type coin cell was used, and the negative electrode was used for the working electrode and lithium metal was used for the counter electrode. As the electrolytic solution, a solution in which 1 mol / L LiPF 6 was dissolved in a 1: 1 (weight ratio) mixed solvent of ethylene carbonate and diethyl carbonate was used.
The test was conducted at a constant current of C / 2 (175 mA / g) at a current density in the range of 0.0 to 2.0 V on the basis of the counter electrode Li / Li + and charged (insertion of Li ions) and discharged (of Li ions). Desorption) and measuring the capacity and efficiency. The initial efficiency was calculated from the capacity ratio of the charge capacity and discharge capacity in the first cycle. In Table 1, the sodium content derived from sodium tetraborate or sodium chloride contained in the negative electrode material in each example and comparative example is analyzed and determined by a high frequency inductively coupled plasma emission spectrometer (ICP-AES). The results are also shown.

Figure 2011023343
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Figure 2011023343
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試験例2
試験例1において、負極として上記実施例5、6および比較例5、6で、それぞれ得られた負極を用い、電解質としてエチレンカーボネートとジエチルカーボネートの1:1(重量比)の混合溶媒に替えてプロピレンカーボネートを用いる以外は、試験例1と同様に評価を行った。結果を表3に示す。
Test example 2
In Test Example 1, the negative electrode obtained in each of Examples 5 and 6 and Comparative Examples 5 and 6 was used as the negative electrode, and the electrolyte was changed to a 1: 1 (weight ratio) mixed solvent of ethylene carbonate and diethyl carbonate as the electrolyte. Evaluation was performed in the same manner as in Test Example 1 except that propylene carbonate was used. The results are shown in Table 3.

Figure 2011023343
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表1〜3の結果から、実施例1〜6のように四ホウ酸ナトリウム水溶液処理を施した活物質の方が、比較例1〜6のように塩化ナトリウム処理を施した場合よりも、それを負極材料として用いた電池の放電容量が大きく、優れた性能を発現することが分かる。このことから、アルカリ(土類)金属ホウ酸塩を含む負極材料を用いた負極を使用した非水電解液二次電池の電気性能は、さらに向上するものと期待される。   From the results of Tables 1 to 3, the active material subjected to the sodium tetraborate aqueous solution treatment as in Examples 1 to 6 was more effective than the case where the sodium chloride treatment was applied as in Comparative Examples 1 to 6. It can be seen that the discharge capacity of the battery using NO as a negative electrode material is large and exhibits excellent performance. From this, it is expected that the electrical performance of the non-aqueous electrolyte secondary battery using a negative electrode using a negative electrode material containing an alkali (earth) metal borate will be further improved.

放電容量が改善された本発明の非水電解液二次電池用負極材料を備える本発明の非水電解液二次電池は、電池性能に優れ、公知の各種の用途に用いることが可能である。具体例としては、ノートパソコン、ペン入力パソコン、モバイルパソコン、電子ブックプレーヤー、携帯電話、携帯ファックス、携帯コピー、携帯プリンター、ヘッドフォンステレオ、ビデオムービー、液晶テレビ、ハンディークリーナー、ポータブルCD、ミニディスク、トランシーバー、電子手帳、電卓、メモリーカード、携帯テープレコーダー、ラジオ、バックアップ電源、モーター、照明器具、玩具、ゲーム機器、時計、ストロボ、カメラ等の小型機器、および、電気自動車、ハイブリッド自動車等の大型機器、等を挙げることができる。   The nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention comprising the negative electrode material for a nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention with improved discharge capacity is excellent in battery performance and can be used for various known applications. . Specific examples include notebook computers, pen input computers, mobile computers, electronic book players, mobile phones, mobile faxes, mobile copy, mobile printers, headphone stereos, video movies, LCD TVs, handy cleaners, portable CDs, minidiscs, and transceivers. , Electronic notebooks, calculators, memory cards, portable tape recorders, radios, backup power supplies, motors, lighting equipment, toys, game machines, small devices such as watches, strobes, cameras, and large devices such as electric cars and hybrid cars, Etc.

Claims (12)

リチウムイオンのドープおよび脱ドープ可能な負極活物質と、アルカリ金属のホウ酸塩および/またはアルカリ土類金属のホウ酸塩とを含有することを特徴とする非水電解液二次電池用負極材料。 A negative electrode material for a non-aqueous electrolyte secondary battery, comprising a negative electrode active material capable of being doped and dedoped with lithium ions, and an alkali metal borate and / or an alkaline earth metal borate . 負極活物質が、黒鉛および/または黒鉛より結晶性が劣る炭素材料を主成分とするものであることを特徴とする請求項1に記載される非水電解液二次電池用負極材料。 2. The negative electrode material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the negative electrode active material is mainly composed of graphite and / or a carbon material having lower crystallinity than graphite. 黒鉛および/または黒鉛より結晶性が劣る炭素材料の比表面積が、1〜600m/gである請求項1または2に記載される非水電解液二次電池用負極材料。 3. The negative electrode material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, wherein the specific surface area of graphite and / or a carbon material having lower crystallinity than graphite is 1 to 600 m 2 / g. アルカリ金属のホウ酸塩がホウ酸ナトリウムである請求項1〜3のいずれか1項に記載される非水電解液二次電池用負極材料。 The negative electrode material for a nonaqueous electrolyte secondary battery according to any one of claims 1 to 3, wherein the alkali metal borate is sodium borate. アルカリ金属のホウ酸塩および/またはアルカリ土類金属のホウ酸塩を含む水溶液と、リチウムイオンのドープおよび脱ドープ可能な負極活物質とを混合した後、水分を除去し、乾燥させることにより得られる請求項1〜4のいずれか1項に記載される非水電解液二次電池用負極材料。 Obtained by mixing an aqueous solution containing an alkali metal borate and / or an alkaline earth metal borate and a negative electrode active material capable of doping and dedoping with lithium ions, and then removing moisture and drying. The negative electrode material for nonaqueous electrolyte secondary batteries described in any one of claims 1 to 4. アルカリ金属のホウ酸塩および/またはアルカリ土類金属のホウ酸塩の含有量が、アルカリ金属および/またはアルカリ土類金属換算の含有量で50〜10000ppmである請求項1〜5のいずれか1項に記載される非水電解液二次電池用負極材料。 The content of alkali metal borate and / or alkaline earth metal borate is 50 to 10,000 ppm in terms of alkali metal and / or alkaline earth metal equivalent. The negative electrode material for nonaqueous electrolyte secondary batteries described in the paragraph. さらに、バインダーと溶媒とを含む請求項1〜6のいずれか1項に記載される非水電解液二次電池用負極材料。 Furthermore, the negative electrode material for nonaqueous electrolyte secondary batteries as described in any one of Claims 1-6 containing a binder and a solvent. バインダーが、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、フッ素化ポリフッ化ビニリデン、エチレン−プロピレン−ジエン三元共重合体、スチレン−ブタジエンゴム、アクリロニトリル−ブタジエンゴム、フッ素ゴム、ポリ酢酸ビニル、ポリメチルメタクリレート、ポリエチレンおよびニトロセルロースからなる群から選ばれる少なくとも1種である請求項7に記載される非水電解液二次電池用負極材料。 The binder is polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, fluorinated polyvinylidene fluoride, ethylene-propylene-diene terpolymer, styrene-butadiene rubber, acrylonitrile-butadiene rubber, fluorine rubber, polyvinyl acetate, polymethyl methacrylate, The negative electrode material for a nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 7, which is at least one selected from the group consisting of polyethylene and nitrocellulose. 溶媒が、N−メチルピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、酢酸メチル、アクリル酸メチル、ジエチルトリアミン、N,N−ジメチルアミノプロピルアミン、エチレンオキシド、テトラヒドロフランおよび水からなる群から選ばれる少なくとも1種である請求項7に記載される非水電解液二次電池用負極材料。 The solvent is at least one selected from the group consisting of N-methylpyrrolidone, dimethylformamide, dimethylacetamide, methyl ethyl ketone, cyclohexanone, methyl acetate, methyl acrylate, diethyltriamine, N, N-dimethylaminopropylamine, ethylene oxide, tetrahydrofuran and water. The negative electrode material for a nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 7, which is a seed. リチウムイオンのドープおよび脱ドープ可能な正極および負極と、非水電解液とを備える非水電解液二次電池であり、該負極が、請求項1〜9のいずれか1項に記載される非水電解液二次電池用負極材料を含有することを特徴とする非水電解液二次電池。 A non-aqueous electrolyte secondary battery comprising a positive and negative electrode capable of being doped and dedoped with lithium ions, and a non-aqueous electrolyte, wherein the negative electrode is a non-aqueous electrolyte according to any one of claims 1 to 9. A non-aqueous electrolyte secondary battery comprising a negative electrode material for an aqueous electrolyte secondary battery. 正極に含まれる正極活物質が、リチウム遷移金属複合酸化物であることを特徴とする請求項10に記載される非水電解液二次電池。 The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 10, wherein the positive electrode active material contained in the positive electrode is a lithium transition metal composite oxide. リチウム遷移金属複合酸化物が、マンガンを含有することを特徴とする請求項11に記載される非水電解液二次電池。 The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 11, wherein the lithium transition metal composite oxide contains manganese.
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