JP2011065983A - Scale-like thin film fine powder dispersion liquid or scale-like thin film fine powder, and paste using the same, electrode for battery, and lithium secondary battery - Google Patents

Scale-like thin film fine powder dispersion liquid or scale-like thin film fine powder, and paste using the same, electrode for battery, and lithium secondary battery Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a scale-like thin-film fine powder dispersion liquid which can be used as a negative electrode of a lithium secondary battery superior in cycle characteristics while maintaining a storage and desorption performance of lithium which silicon originally has. <P>SOLUTION: The scale-like thin-film fine powder dispersion liquid contains in a solvent a scale-like thin-film fine powder capable of storage and adsorption of lithium in which any of thin-films is pulverized out of (A) a thin film by a layer of a single body or a laminate of a plurality of any of metal unit, alloy, or a metal compound capable of storage and desorption of lithium reversibly or (B) a thin film which is laminated to become a total two layers or more using both of a layer of a single body of any of metal unit, alloy, or a metal compound capable of storage and desorption of lithium reversibly and a layer of a single body of any of metal unit or alloy which is not capable of storage and desorption of lithium reversibly. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は鱗片状薄膜微粉末分散液又は鱗片状薄膜微粉末に関する発明であり、具体的には、リチウム二次電池の負極に用いることでリチウム二次電池の高容量性を保ちつつ電池の寿命をより長期化することを可能とした、鱗片状薄膜微粉末分散液に関する。   The present invention relates to a scaly thin film fine powder dispersion or a scaly thin film fine powder. Specifically, the present invention is used for a negative electrode of a lithium secondary battery and maintains the high capacity of the lithium secondary battery while maintaining the battery life. The present invention relates to a scaly thin film fine powder dispersion that makes it possible to prolong the period of time.

リチウム二次電池が商業用に開発され発表されて以降、一気に二次電池の主流となった。これはリチウム二次電池の標準電圧が3.7Vであること、つまりニッケルカドミウム電池の約3倍、鉛蓄電池の約2倍、もあるという長所を備えているからである。さらに他の二次電池に比べ高エネルギー密度を有し、内部抵抗が低く、充放電による電池容量の低下が少ない、即ち充放電サイクル特性が他の方式に比べて高い、即ち電池寿命が長い、という利点を備えていることも、広く流通する要因としてあげられる。   Since the lithium secondary battery was developed and announced for commercial use, it quickly became the mainstream of secondary batteries. This is because the standard voltage of the lithium secondary battery is 3.7 V, that is, it has an advantage that it is about 3 times that of the nickel cadmium battery and about 2 times that of the lead acid battery. Furthermore, it has a high energy density compared to other secondary batteries, low internal resistance, little decrease in battery capacity due to charging / discharging, that is, charging / discharging cycle characteristics are higher than other systems, that is, battery life is long, The fact that it has the advantage of being widely distributed is also a factor.

リチウム二次電池の基本的な構成の一例は次の通りである。
正極(正極板)としてコバルト酸リチウムなどのリチウム遷移金属酸化物を、負極(負極板)としてグラファイト(炭素)をそれぞれ用い、それぞれの極板を相互に何層か積み重ねたものを電解質である六フッ化リン酸リチウム(LiPF)を溶解させたエチレンカーボネート(EC)系電解液に浸漬させてなる構成よりなる。尚、原理的には、正極、負極、電解質それぞれの材料はリチウムの移動による電荷の授受により充放電可能であれば良いので、上記に限らず種々多様な構成をとりうるものである。
An example of the basic configuration of the lithium secondary battery is as follows.
A lithium transition metal oxide such as lithium cobaltate is used as the positive electrode (positive electrode plate), graphite (carbon) is used as the negative electrode (negative electrode plate), and several layers of each electrode plate are stacked to form an electrolyte. It consists of a structure formed by immersing in an ethylene carbonate (EC) -based electrolytic solution in which lithium fluorophosphate (LiPF 6 ) is dissolved. In principle, each material of the positive electrode, the negative electrode, and the electrolyte only needs to be able to be charged / discharged by the transfer of electric charge due to the movement of lithium. Therefore, the present invention is not limited to the above and can have various configurations.

炭素を負極として用いるリチウム二次電池が商品化されて以来、リチウム二次電池の有するエネルギー密度は2倍以上に向上したが、現在、リチウム二次電池を利用する携帯電話やノートパソコン等のいわゆるモバイル機器が高性能化を進めていくのに対し、炭素を負極として用いる従来のリチウム二次電池のエネルギー密度を向上させることはほぼ限界に達している、という課題がある。つまり、炭素を負極として用いた場合、そのサイクル特性は良好なものである一方、初期充電容量が求められるまでに大きく出来ない、という問題が生じるからである。   Since the lithium secondary battery using carbon as a negative electrode has been commercialized, the energy density of the lithium secondary battery has improved more than twice. Currently, so-called mobile phones and laptop computers using lithium secondary batteries are used. While mobile devices are becoming more sophisticated, there is a problem that improving the energy density of conventional lithium secondary batteries using carbon as a negative electrode has almost reached its limit. That is, when carbon is used as the negative electrode, the cycle characteristics are good, but there is a problem that it cannot be increased until the initial charge capacity is required.

そこで炭素を負極に用いる代わりに、集電体として銅板を用い、この銅板の表面に化学気相成長法(CVD法)などによって薄膜状の非晶質シリコンや微結晶シリコンを積層したものを利用する技術が開発され、また利用されている。シリコンを用いた場合は、グラファイトを用いた場合に比べて初期充電容量が求められるまでに大きくすることが可能だからである。より詳しく述べると、シリコンの理論容量は4200mAh/gであり、グラファイトの理論容量(372mAh/g)に比べ、10倍以上もあり、よってグラファイトに変わる高容量負極として期待される所以である。   Therefore, instead of using carbon for the negative electrode, a copper plate is used as a current collector, and thin copper amorphous silicon or microcrystalline silicon is laminated on the surface of this copper plate by chemical vapor deposition (CVD). Technology has been developed and used. This is because when silicon is used, the initial charge capacity can be increased as compared with the case where graphite is used. More specifically, the theoretical capacity of silicon is 4200 mAh / g, which is more than 10 times the theoretical capacity of graphite (372 mAh / g), which is why it is expected as a high-capacity negative electrode that can replace graphite.

しかしシリコンを負極に用いる場合、シリコンはリチウムの吸蔵脱離に伴いシリコン負極が膨張と収縮を繰り返すため、シリコン粒子の割れによる微粒子化や、集電体として用いられる銅板からの剥離により、サイクル特性が悪い、という問題があった。   However, when silicon is used for the negative electrode, as the silicon negative electrode repeatedly expands and contracts as lithium is absorbed and desorbed, the cycle characteristics can be reduced by making the particles finer by cracking of the silicon particles or peeling from the copper plate used as the current collector. There was a problem of being bad.

つまりこのような現象が繰り返されると、やがて負極が変形してしまい、その結果電池のエネルギー密度が低下してしまうことが考えられ、また膨張と収縮とを繰り返すことにより銅板に積層されているシリコン薄膜がやがて銅板から脱離する現象が生じ、その結果電池のサイクル特性が劣化してしまうことが考えられる。つまりシリコンを負極に用いる場合、サイクル特性が好ましいものと言えず、グラファイトの場合と比べても良好であるとは言えないものであった。   In other words, if such a phenomenon is repeated, the negative electrode may eventually be deformed, resulting in a decrease in the energy density of the battery, and the silicon that is laminated on the copper plate by repeating expansion and contraction. It is conceivable that the thin film will eventually be detached from the copper plate, resulting in deterioration of the cycle characteristics of the battery. That is, when silicon is used for the negative electrode, the cycle characteristics cannot be said to be preferable, and it cannot be said that it is better than that of graphite.

そこで例えば特許文献1に記載の発明では、負極材料層としてシリコンに銅を固溶させた薄膜を用いることによりリチウムの吸蔵量を抑制し、その結果リチウムを吸蔵脱離した場合の負極材料の膨張を抑制する、即ちシリコンを薄膜化したシリコン負極の膨張と収縮に伴う負極材料の劣化を抑制し、良好なサイクル特性を持つようにしたものが開示されている。   Thus, for example, in the invention described in Patent Document 1, the amount of occlusion of lithium is suppressed by using a thin film in which copper is dissolved in silicon as the negative electrode material layer, and as a result, the expansion of the negative electrode material when lithium is occluded / desorbed. In other words, a material that suppresses deterioration of the negative electrode material due to expansion and contraction of the silicon negative electrode having a thin silicon film and has good cycle characteristics is disclosed.

特開2002−289177号公報JP 2002-289177 A

しかしこの特許文献1に記載の発明では、シリコンを銅に固溶させた薄膜を集電体表面に積層しているので、確かにこれをリチウム二次電池の負極に用いてもある程度膨張収縮による影響を回避できるかも知れないが、それはシリコンにリチウムを積極的に吸蔵させないことを前提としているものであり、エネルギー密度を高く維持することが出来ない、という問題を呈していた。また集電体表面に薄膜を積層する前にシリコンを銅に固溶させるという作業が必要であり実際の負極製造において余分な工程を課せられることになり、好ましいものとは言えない。またシリコンを銅に固溶させるとしても、それらが理想的に均等に分散、存在しているかどうかは確実ではなく、つまり薄膜中にシリコンと銅とが偏在してしまうと当初期待した効果がさほど得られない、という問題も呈していた。   However, in the invention described in Patent Document 1, a thin film in which silicon is dissolved in copper is laminated on the surface of the current collector. Although the effect may be avoided, it is based on the premise that silicon does not actively occlude lithium and presents a problem that the energy density cannot be maintained high. In addition, it is necessary to work to dissolve silicon in copper before laminating a thin film on the surface of the current collector, and an extra step is imposed in actual negative electrode production, which is not preferable. Moreover, even if silicon is dissolved in copper, it is not certain whether or not they are ideally evenly distributed and present, that is, the effect that was initially expected to be unevenly distributed between silicon and copper in the thin film. There was also a problem that it could not be obtained.

一方、エネルギー密度の観点から検討すると、実用的なリチウム二次電池の負極としてシリコンを薄膜化したシリコン負極を用いる場合、シリコンの薄膜には5μm程度の膜厚が必要とされる。しかし膜厚が厚くなるとシリコン負極のサイクル特性は急激に低下してしまい、その結果シリコン薄膜を用いたリチウム二次電池を実用化することは大変困難である。そして特許文献1に記載の発明では、シリコンに銅を固溶させた薄膜を用いることによりリチウムの吸蔵量を抑制し、負極材料の膨張を抑制することが開示されているものの、この手法であればシリコンの高いエネルギー密度を有効に利用できず、やはり問題であった。   On the other hand, when considering from the viewpoint of energy density, when a silicon negative electrode obtained by thinning silicon is used as a negative electrode of a practical lithium secondary battery, a film thickness of about 5 μm is required for the silicon thin film. However, when the film thickness is increased, the cycle characteristics of the silicon negative electrode are drastically deteriorated. As a result, it is very difficult to put a lithium secondary battery using a silicon thin film into practical use. In the invention described in Patent Document 1, although it is disclosed that the amount of occlusion of lithium is suppressed by using a thin film in which copper is solid-dissolved in silicon and the expansion of the negative electrode material is suppressed, In other words, the high energy density of silicon could not be used effectively, which was still a problem.

そこで本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、リチウムを可逆的に吸蔵脱離可能とする性質を有する物質の持つその性能を維持しつつ、サイクル特性に優れたリチウム二次電池の負極として用いることを可能とした鱗片状薄膜微粉末分散液を提供することである。   Therefore, the present invention has been made in view of such problems, and the object thereof is to maintain cycle performance of a substance having a property capable of reversibly occluding and desorbing lithium while being excellent in cycle characteristics. Another object of the present invention is to provide a scaly thin film fine powder dispersion that can be used as a negative electrode of a lithium secondary battery.

以上の課題を解決するために、本願発明の請求項1に記載の鱗片状薄膜微粉末分散液に関する発明は、(A)リチウムを可逆的に吸蔵脱離可能とする金属単体、合金、又は金属化合物、の何れか単体による層、若しくは複数による積層、による薄膜、又は(B)リチウムを可逆的に吸蔵脱離可能とする金属単体、合金、又は金属化合物、の何れか単体による層、及びリチウムを可逆的に吸蔵脱離可能としない金属単体、又は合金、の何れか単体による層、の双方の層を用いて、合計2層以上となるように積層してなる薄膜、の何れかの薄膜が微粉砕されてなるリチウム吸蔵脱離を可能とする鱗片状薄膜微粉末が溶剤中に含有されてなること、を特徴とする。   In order to solve the above-described problems, the invention relating to the scaly thin film fine powder dispersion according to claim 1 of the present invention provides (A) a simple metal, alloy, or metal capable of reversibly occluding and desorbing lithium. A thin film by a layer of any one of compounds, or a stack of a plurality of them, or (B) a layer of any one of a metal, alloy, or metal compound capable of reversibly inserting and extracting lithium, and lithium A thin film formed by laminating a total of two or more layers using both a single metal layer or an alloy layer that does not allow reversible storage and desorption. It is characterized in that a flaky fine powder capable of occluding and releasing lithium is finely pulverized and contained in a solvent.

本願発明の請求項2に記載の発明は、基材フィルムである高分子樹脂フィルムの表面に、樹脂による剥離層と、(A)リチウムを可逆的に吸蔵脱離可能とする金属単体、合金、又は金属化合物、の何れか単体による層、若しくは複数による積層、による薄膜、又は(B)リチウムを可逆的に吸蔵脱離可能とする金属単体、合金、又は金属化合物、の何れか単体による層、及びリチウムを可逆的に吸蔵脱離可能としない金属単体、又は合金、の何れか単体による層、の双方の層を用いて、合計2層以上となるように積層してなる薄膜、の何れかの薄膜を、真空蒸着法、又はスパッタリング法によって前記剥離層表面に積層して積層体を得る積層体製造工程と、前記樹脂を溶解させることが可能な溶剤を用いつつ前記積層体から前記薄膜を剥離する薄膜層剥離工程と、前記溶剤中に存在する前記薄膜を微粉砕する微粉砕工程と、前記微粉砕工程後に、前記微粉砕された前記薄膜の前記溶剤中における固形分濃度を調整する濃度調整工程と、を経て得られてなること、を特徴とする。   The invention according to claim 2 of the present invention comprises a release layer made of a resin on the surface of a polymer resin film that is a base film, and (A) a simple metal, alloy capable of reversibly occluding and desorbing lithium, Or a metal compound, a layer made of any single element, or a thin film made of a plurality of layers, or (B) a metal simple substance, alloy, or metal compound capable of reversibly occluding and desorbing lithium, And a thin film formed by laminating a total of two or more layers by using both layers of a single metal or an alloy that does not allow lithium to be reversibly occluded / desorbed. The thin film is laminated on the surface of the release layer by a vacuum deposition method or a sputtering method to obtain a laminate, and the thin film is removed from the laminate using a solvent capable of dissolving the resin. Peel off A thin film layer peeling step, a fine grinding step for finely grinding the thin film present in the solvent, and a concentration adjusting step for adjusting the solid content concentration in the solvent of the finely ground thin film after the fine grinding step. It is characterized by being obtained through these.

本願発明の請求項3に記載の発明は、請求項1又は請求項2に記載の鱗片状薄膜微粉末分散液であって、前記鱗片状薄膜微粉末の、1個の前記鱗片状薄膜微粉末の略平面視における端から端の長さのうち最も長い長さ、の前記鱗片状薄膜微粉末全体の値の平均値である平均長径が0.1μm以上100μm以下であり、1個の前記鱗片状薄膜微粉末の略側面視における厚み、の前記鱗片状薄膜微粉末全体の値の平均値である平均厚みが0.01μm以上3μm以下であること、を特徴とする。   Invention of Claim 3 of this invention is the flaky thin film fine powder dispersion of Claim 1 or Claim 2, Comprising: One said flaky thin film fine powder of the said flaky thin film fine powder The average major axis, which is the average value of the entire scale-like thin film fine powder of the longest length from end to end in a substantially plan view, is 0.1 μm to 100 μm, and one scale An average thickness, which is an average value of the entire scale-like thin film fine powder, of the thickness of the thin film fine powder in a substantially side view is 0.01 μm or more and 3 μm or less.

本願発明の請求項4に記載の発明は、請求項1ないし請求項3の何れか1項に記載の鱗片状薄膜微粉末分散液であって、前記鱗片状薄膜微粉末の前記平均長径と前記平均厚みとの比、即ち平均長径/平均厚みで示されるアスペクト比が5以上であること、を特徴とする。   Invention of Claim 4 of this-application invention is the flaky thin film fine powder dispersion liquid of any one of Claim 1 thru | or 3, Comprising: The said average long diameter of the said flaky thin film fine powder and the said The aspect ratio expressed by the ratio to the average thickness, that is, the average major axis / average thickness is 5 or more.

本願発明の請求項5に記載の発明は、請求項1ないし請求項4の何れか1項に記載の鱗片状薄膜微粉末分散液であって、前記薄膜が、(A)リチウムを吸蔵脱離可能とする物質として次の(1)〜(3)に示す一群の何れかを用いてなる単層又は複数層による薄膜であること、を特徴とする。
(1)金属単体:シリコン、スズ、ゲルマニウム、アルミニウム、インジウム、マグネシウム、カルシウム、鉛、ヒ素、アンチモン、ビスマス、銀、金、亜鉛、カドミウム
(2)合金:スズ−銅合金(CuSn)、ケイ素−マグネシウム合金(MgSi)、鉄−スズ合金(SnFe)、スズ−ニッケル合金(NixSn)、スズ−コバルト合金(CoxSn)、ケイ素−ニッケル合金(NiSi)、ケイ素−鉄合金(FeSi)、ニッケル−マグネシウム合金(MgxNi)、アンチモン−スズ合金(SnSb)、アンチモン−インジウム合金(InSb)、銀−スズ−アンチモン合金(AgSnSb)、
(3)金属化合物:(1)で示した金属単体を主とする酸化物又は硫化物、又は遷移金属酸化物又は硫化物
The invention according to claim 5 of the present invention is the scale-like thin film fine powder dispersion according to any one of claims 1 to 4, wherein the thin film (A) occludes and desorbs lithium. It is a thin film of a single layer or a plurality of layers using any one of the following groups (1) to (3) as a possible substance.
(1) Metal simple substance: silicon, tin, germanium, aluminum, indium, magnesium, calcium, lead, arsenic, antimony, bismuth, silver, gold, zinc, cadmium (2) Alloy: tin-copper alloy (Cu 5 Sn 5 ) , Silicon-magnesium alloy (Mg 2 Si), iron-tin alloy (Sn 2 Fe), tin-nickel alloy (NixSn), tin-cobalt alloy (CoxSn), silicon-nickel alloy (NiSi), silicon-iron alloy ( FeSi), nickel-magnesium alloy (MgxNi), antimony-tin alloy (SnSb), antimony-indium alloy (InSb), silver-tin-antimony alloy (AgSnSb),
(3) Metal compound: Oxide or sulfide mainly composed of a simple metal shown in (1), or transition metal oxide or sulfide

本願発明の請求項6に記載の発明は、請求項1ないし請求項4の何れか1項に記載の鱗片状薄膜微粉末分散液であって、前記薄膜が、(B)リチウムを吸蔵脱離可能とする物質として次の(1)〜(3)に示す一群の中の何れかを用いてなり、またリチウムを吸蔵脱離可能としない物質として次の(4)〜(5)に示す一群の中の何れかを用いてなること、を特徴とする。
(1)金属単体:シリコン、スズ、ゲルマニウム、アルミニウム、インジウム、マグネシウム、カルシウム、鉛、ヒ素、アンチモン、ビスマス、銀、金、亜鉛、カドミウム
(2)合金:スズ−銅合金(CuSn)、ケイ素−マグネシウム合金(MgSi)、鉄−スズ合金(SnFe)、スズ−ニッケル合金(NixSn)、スズ−コバルト合金(CoxSn)、ケイ素−ニッケル合金(NiSi)、ケイ素−鉄合金(FeSi)、ニッケル−マグネシウム合金(MgxNi)、アンチモン−スズ合金(SnSb)、アンチモン−インジウム合金(InSb)、銀−スズ−アンチモン合金(AgSnSb)、
(3)金属化合物:(1)で示した金属単体を主とする酸化物又は硫化物、又は遷移金属酸化物又は硫化物
(4)金属単体:チタン、マンガン、鉄、ニッケル、クロム、銅、ジルコニウム、モリブデン、タンタル、タングステン
(5)合金:(4)で示した金属単体を主とする合金
The invention according to claim 6 of the present invention is the scaly thin film fine powder dispersion according to any one of claims 1 to 4, wherein the thin film occludes and desorbs (B) lithium. One of the following groups shown in (1) to (3) is used as a possible substance, and the group shown in the following (4) to (5) is a substance that does not allow lithium to be absorbed and desorbed. It is characterized by using any of these.
(1) Metal simple substance: silicon, tin, germanium, aluminum, indium, magnesium, calcium, lead, arsenic, antimony, bismuth, silver, gold, zinc, cadmium (2) Alloy: tin-copper alloy (Cu 5 Sn 5 ) , Silicon-magnesium alloy (Mg 2 Si), iron-tin alloy (Sn 2 Fe), tin-nickel alloy (NixSn), tin-cobalt alloy (CoxSn), silicon-nickel alloy (NiSi), silicon-iron alloy ( FeSi), nickel-magnesium alloy (MgxNi), antimony-tin alloy (SnSb), antimony-indium alloy (InSb), silver-tin-antimony alloy (AgSnSb),
(3) Metal compounds: Oxides or sulfides mainly composed of simple metals shown in (1), or transition metal oxides or sulfides (4) Simple metals: titanium, manganese, iron, nickel, chromium, copper, Zirconium, molybdenum, tantalum, tungsten (5) alloy: an alloy mainly composed of a single metal shown in (4)

本願発明の請求項7に記載の発明は、請求項1ないし請求項6の何れか1項に記載の鱗片状薄膜微粉末分散液であって、前記溶剤が水又は有機溶剤であること、を特徴とする。   Invention of Claim 7 of this invention is scale-like thin film fine powder dispersion liquid of any one of Claim 1 thru | or 6, Comprising: The said solvent is water or an organic solvent, Features.

本願発明の請求項8に記載の鱗片状薄膜微粉末に関する発明は、請求項1ないし請求項7の何れか1項に記載の鱗片状薄膜微粉末分散液における溶剤を除去する溶剤除去工程を経て得られてなること、を特徴とする。   The invention relating to the scaly thin film fine powder according to claim 8 of the present invention has undergone a solvent removal step of removing the solvent in the scaly thin film fine powder dispersion according to any one of claims 1 to 7. It is obtained.

本願発明の請求項9に記載のペーストに関する発明は、請求項1ないし請求項7の何れか1項に記載の鱗片状薄膜微粉末分散液、又は請求項8に記載の鱗片状薄膜微粉末、の何れかと、導電性フィラーと、結着剤と、を一緒に混合することによって得られてなること、を特徴とする。   The invention relating to the paste according to claim 9 of the present invention is the flaky thin film fine powder dispersion according to any one of claims 1 to 7, or the flaky thin film fine powder according to claim 8, Any one of the above, a conductive filler, and a binder are mixed together to be obtained.

本願発明の請求項10に記載の発明は、請求項9に記載のペーストであって、前記導電性フィラーが高導電性カーボンブラックであり、前記結着剤がポリフッ化ビニリデン、カルボキシメチルセルロース及びそのアルカリ金属塩、ポリアクリル酸及びそのアルカリ金属塩、の何れか若しくは複数の混合物であること、を特徴とする。   The invention according to claim 10 of the present invention is the paste according to claim 9, wherein the conductive filler is highly conductive carbon black, and the binder is polyvinylidene fluoride, carboxymethylcellulose, and alkalis thereof. It is a metal salt, polyacrylic acid and alkali metal salt thereof, or a mixture of a plurality thereof.

本願発明の請求項11に記載の電池用電極に関する発明は、請求項9又は請求項10に記載のペーストを集電体表面に積層して得られること、を特徴とする。   The invention relating to the battery electrode according to claim 11 of the present invention is characterized by being obtained by laminating the paste according to claim 9 or claim 10 on the surface of the current collector.

本願発明の請求項12に記載の発明は、請求項11に記載の電池用電極であって、前記集電体が銅、ニッケル、アルミニウムの何れかであること、を特徴とする。   A twelfth aspect of the present invention is the battery electrode according to the eleventh aspect, wherein the current collector is one of copper, nickel, and aluminum.

本願発明の請求項13に記載のリチウム二次電池に関する発明は、請求項10ないし請求項12の何れか1項に記載の電池用電極を用いてなること、を特徴とする。   The invention related to the lithium secondary battery according to claim 13 of the present invention is characterized by using the battery electrode according to any one of claims 10 to 12.

本願発明の請求項14に記載のリチウム二次電池に関する発明は、請求項10ないし請求項12の何れか1項に記載の電池用電極を用い、かつ電解液中に電極皮膜形成添加物、難燃性添加物、不燃性添加物、過充電防止添加物、の何れか若しくは複数を添加してなること、を特徴とする。   The invention relating to the lithium secondary battery according to claim 14 of the present invention uses the battery electrode according to any one of claims 10 to 12, and includes an electrode film-forming additive, One or more of a flammable additive, a nonflammable additive, and an overcharge preventing additive are added.

以上のように、本願発明にかかる鱗片状薄膜微粉末分散液はリチウムを可逆的に吸蔵脱離可能とする物質であるので、これをリチウム二次電池の負極として利用すれば、従来のグラファイト(炭素)を負極に用いていた場合に比べて初期充電容量を大きく出来るようになる。また、これをリチウム二次電池の負極として利用すれば、従来のシリコンを負極に用いていた場合に比べて、サイクル特性を良好なものに出来る。即ち、これをリチウム二次電池の負極として利用すれば、そのリチウム二次電池は長期間良好に繰り返し利用することが出来、即ち長寿命化することが出来るようになる。特に鱗片状薄膜微粉末の形状に関し、平均長径が0.1μm以上100μm以下であり、平均厚みが0.01μm以上3μm以下であるものとしたので、これを用いたペーストを、例えば銅箔による集電体表面に塗布するなどして得られる電極をリチウム二次電池の負極とすれば、従来のリチウム二次電池に比べ、シリコンの高容量性を保ちつつリチウム二次電池をより長寿命化できる。また鱗片状薄膜微粉末のアスペクト比が5以上であれば、より良好なリチウム二次電池負極用の鱗片状薄膜微粉末分散液を得ることが出来るし、さらにリチウム二次電池の電解液中に、電極皮膜形成添加物、難燃性添加物、不燃性添加物、過充電防止添加物、の何れか若しくは複数を添加してなることで、より一層リチウム二次電池の長寿命化を実現できるのみならず、添加剤によっては難燃性や不燃性を高めたり、過充電による事故を防止できたり、さらには電極の微粉化をより確実に防止できる、という特徴を有するリチウム二次電池を得られる。   As described above, since the scaly thin film fine powder dispersion according to the present invention is a substance capable of reversibly occluding and desorbing lithium, if this is used as a negative electrode of a lithium secondary battery, conventional graphite ( The initial charge capacity can be increased as compared with the case where carbon is used for the negative electrode. If this is used as the negative electrode of a lithium secondary battery, the cycle characteristics can be improved as compared with the case where conventional silicon is used for the negative electrode. That is, if this is used as the negative electrode of a lithium secondary battery, the lithium secondary battery can be used repeatedly for a long period of time, that is, the life can be extended. In particular, regarding the shape of the scaly thin film fine powder, the average major axis is 0.1 μm or more and 100 μm or less, and the average thickness is 0.01 μm or more and 3 μm or less. If the electrode obtained by applying it on the surface of the electric conductor is used as the negative electrode of a lithium secondary battery, the life of the lithium secondary battery can be extended while maintaining high silicon capacity compared to conventional lithium secondary batteries. . Moreover, if the aspect ratio of the flaky thin film fine powder is 5 or more, a better flaky thin film fine powder dispersion for a lithium secondary battery negative electrode can be obtained, and further in the electrolyte of the lithium secondary battery. By adding one or more of electrode film forming additives, flame retardant additives, non-flammable additives, overcharge prevention additives, it is possible to further extend the life of lithium secondary batteries. In addition, some lithium secondary batteries have the characteristics that some additives can increase flame retardancy and incombustibility, prevent accidents due to overcharging, and more reliably prevent electrode dusting. It is done.

要するに、本願発明にかかる鱗片状薄膜微粉末分散液に含まれる鱗片状薄膜微粉末を用いることにより、従来リチウム二次電池において問題とされていたシリコンを用いた負極の膨張収縮による歪みによる破損が生じにくくなり、その結果シリコンの高容量性を保ちつつサイクル特性の高いリチウム二次電池を実現する負極を得やすくなるのである。   In short, by using the scaly thin film fine powder contained in the scaly thin film fine powder dispersion according to the present invention, damage due to distortion due to expansion and contraction of the negative electrode using silicon, which has been considered a problem in the conventional lithium secondary battery, can be obtained. As a result, it is easy to obtain a negative electrode that realizes a lithium secondary battery having high cycle characteristics while maintaining high capacity of silicon.

さらに本願発明にかかる鱗片状薄膜微粉末分散液又は鱗片状薄膜微粉末を得る手法として、単純に述べると、基材フィルム/剥離層/薄膜層という構成を有する積層体を用意し、次いでこの剥離層が溶解可能な溶剤を用いつつ積層体から薄膜層を剥離し、次いで溶剤中に存在する剥離された薄膜層を微粉砕することで、これを得られる、という方法を用いるので、本願発明にかかる鱗片状薄膜微粉末分散液を容易に得られると言える。   Further, as a method for obtaining a scaly thin film fine powder dispersion or a scaly thin film fine powder according to the present invention, a laminate having a structure of base film / peeling layer / thin film layer is prepared, and this peeling is then performed. The present invention uses a method in which a thin film layer is peeled from a laminate while using a solvent in which the layer can be dissolved, and then the peeled thin film layer present in the solvent is finely pulverized. It can be said that such a scaly thin film fine powder dispersion can be easily obtained.

本発明の実施例において作製した負極の一例を説明するための模式的断面図である。It is typical sectional drawing for demonstrating an example of the negative electrode produced in the Example of this invention. (a)〜(f)は本発明の負極微粉末の好適な一例を説明するための概念的模式図である。(A)-(f) is a conceptual schematic diagram for demonstrating a suitable example of the negative electrode fine powder of this invention. 本発明の実施例において作製したリチウム二次電池の一例を説明するための構成図である。It is a block diagram for demonstrating an example of the lithium secondary battery produced in the Example of this invention.

以下、本願発明の実施の形態について説明する。尚、ここで示す実施の形態はあくまでも一例であって、必ずもこの実施の形態に限定されるものではない。   Embodiments of the present invention will be described below. The embodiment shown here is merely an example, and is not necessarily limited to this embodiment.

(実施の形態1)
本願発明にかかる鱗片状薄膜微粉末分散液(以下単に「分散液」とも言う。)につき、第1の実施の形態として説明する。
(Embodiment 1)
A scaly thin film fine powder dispersion (hereinafter also simply referred to as “dispersion”) according to the present invention will be described as a first embodiment.

本実施の形態にかかる分散液は、要すれば溶剤の中に微粉砕された薄膜が薄膜微粉末として存在している液である。また個々の薄膜微粉末の形状は、単純に薄膜を微粉砕することで鱗片状となっている点に特徴があると言える。そして本実施の形態にかかる分散液は最終的にはリチウム二次電池の負極に用いることが想定されているものであることを予め述べておく。   The dispersion according to the present embodiment is a liquid in which a thin film finely pulverized in a solvent exists as a thin film fine powder, if necessary. Moreover, it can be said that the shape of each thin-film fine powder has the characteristic in that it is scaly by simply pulverizing the thin film. It should be noted in advance that the dispersion according to the present embodiment is supposed to be finally used for the negative electrode of a lithium secondary battery.

まず本実施の形態にかかる分散液につき説明する。
本実施の形態にかかる分散液は、金属単体、合金、又は金属化合物の薄膜が微粉砕されてなる鱗片状薄膜微粉末(以下単に「微粉末」とも言う。)が溶剤中に含有されてなる、リチウム二次電池の電極に用いるための分散液である。そしてこの微粉末として用いられる金属単体、合金、又は金属化合物は、何れもリチウムを可逆的に吸蔵脱離可能とする物質である。
First, the dispersion according to this embodiment will be described.
The dispersion according to the present embodiment includes a scaly thin film fine powder (hereinafter also simply referred to as “fine powder”) obtained by finely pulverizing a metal simple substance, an alloy, or a thin film of a metal compound in a solvent. A dispersion for use in an electrode of a lithium secondary battery. The simple metal, alloy, or metal compound used as the fine powder is a substance that can reversibly store and desorb lithium.

まず鱗片状薄膜微粉末につき説明する。
この鱗片状薄膜微粉末は本実施の形態においては金属単体、合金、又は金属化合物の何れか1種類からなる薄膜が微粉砕されたものであるが、重要なことは上述の通り、これらの何れを選択しても、その物質はリチウムを吸蔵脱離可能とすることが可能な物質とすることである。そしてそのような物質は多種存在するが、例えば以下のようなものがあげられる。
First, the scaly thin film fine powder will be described.
In the present embodiment, the scaly thin film fine powder is obtained by finely pulverizing a thin film made of any one of a metal, an alloy, and a metal compound. Even if is selected, the substance is a substance capable of occluding and desorbing lithium. There are various kinds of such substances, and examples include the following.

即ち、
(1)金属単体としては、シリコン、スズ、ゲルマニウム、アルミニウム、インジウム、マグネシウム、カルシウム、鉛、ヒ素、アンチモン、ビスマス、銀、金、亜鉛、カドミウム、等であり、
(2)合金としては、スズ−銅合金(CuSn)、ケイ素−マグネシウム合金(MgSi)、鉄−スズ合金(SnFe)、スズ−ニッケル合金(NixSn)、スズ−コバルト合金(CoxSn)、ケイ素−ニッケル合金(NiSi)、ケイ素−鉄合金(FeSi)、ニッケル−マグネシウム合金(MgxNi)、アンチモン−スズ合金(SnSb)、アンチモン−インジウム合金(InSb)、銀−スズ−アンチモン合金(AgSnSb)、等であり、
さらに
(3)金属化合物、として(1)で示した金属単体を主とする酸化物又は硫化物、又は遷移金属酸化物又は硫化物、等であるもの、
を用いることが考えられる。
That is,
(1) Examples of simple metals include silicon, tin, germanium, aluminum, indium, magnesium, calcium, lead, arsenic, antimony, bismuth, silver, gold, zinc, cadmium, etc.
(2) As an alloy, tin-copper alloy (Cu 5 Sn 5 ), silicon-magnesium alloy (Mg 2 Si), iron-tin alloy (Sn 2 Fe), tin-nickel alloy (NixSn), tin-cobalt alloy (CoxSn), silicon-nickel alloy (NiSi), silicon-iron alloy (FeSi), nickel-magnesium alloy (MgxNi), antimony-tin alloy (SnSb), antimony-indium alloy (InSb), silver-tin-antimony alloy (AgSnSb), etc.
Further, (3) a metal compound, which is an oxide or sulfide mainly composed of a single metal shown in (1), or a transition metal oxide or sulfide, etc.
Can be considered.

そして以下の本実施の形態の説明においてはシリコン単体からなるシリコン薄膜を微粉砕したものを想定する。   In the following description of the present embodiment, it is assumed that a silicon thin film made of silicon alone is finely pulverized.

本実施の形態におけるシリコン薄膜を微粉砕した薄膜微粉末の形状は基本的に鱗片状であり、かかる微粉末を含有した分散液を得る手法については後述する。   The shape of the thin film fine powder obtained by finely pulverizing the silicon thin film in the present embodiment is basically scaly, and a method for obtaining a dispersion containing the fine powder will be described later.

ここで鱗片状薄膜微粉末の形状の平均厚みと平均長径につき説明する。
本実施の形態にかかる微粉末は、文字通り鱗片状の外観を有している。つまりそれぞれは非常に微細な粉状となっているが、その個々を観察するとその殆ど何れもが鱗片状の外観を有している。これは薄膜を微粉砕することにより得られるものだからであり、当然、破砕された個々の物質は偏平なものとなっている。
Here, the average thickness and average major axis of the shape of the scaly thin film fine powder will be described.
The fine powder according to the present embodiment literally has a scaly appearance. In other words, each is in the form of a very fine powder, but almost all of them have a scaly appearance when observed individually. This is because it is obtained by finely pulverizing the thin film, and naturally, the crushed individual substances are flat.

そして個々の鱗片状微粉末につきさらに観察すると、略平面視において、その端から端の長さは当然個々にあっては全く異なるが、その個々の有する長さのうち最長のものを定め、個の有する最大長の鱗片状微粉末における平均値、即ち端から端の長さの平均値である平均長径であって、本実施の形態において好適な値の範囲を考察すると、本実施の形態にかかる鱗片状薄膜微粉末では0.1μm以上100μm以下であることが好ましい。   Further observation of the individual scaly powders reveals that the length from end to end is quite different from one end to another in a substantially plan view. The average value in the maximum length of the scaly fine powder, that is, the average major axis that is the average value of the length from end to end, and considering the range of suitable values in the present embodiment, In such a scaly thin film fine powder, it is preferably 0.1 μm or more and 100 μm or less.

また、この鱗片状の金属微粉の略側面視における厚みは、これも当然個々により厚みが違い、また単一の金属微粉であっても拡大して観察すれば完全に均一な厚みを有するものではないが、個々の厚みを平均した平均厚みは本実施の形態においては0.01μm以上3μm以下であることが好ましい。   Also, the thickness of the scale-like metal fine powder in a side view is naturally different in thickness, and even if it is a single metal fine powder, if it is enlarged and observed, it has a completely uniform thickness. However, the average thickness obtained by averaging the individual thicknesses is preferably 0.01 μm or more and 3 μm or less in the present embodiment.

そして鱗片状薄膜微粉末のアスペクト比、即ち平均長径/平均厚みが5以上、より好ましくは10以上となるような鱗片状薄膜微粉末としておけば、その鱗片状薄膜微粉末の形状は本実施の形態において好ましい偏平形状を有したものであることを意味する。   Then, if the flaky thin film fine powder has an aspect ratio, that is, an average major axis / average thickness of 5 or more, more preferably 10 or more, the shape of the flaky thin film fine powder is the same as that of the present embodiment. It means having a preferred flat shape in the form.

これら平均長径、平均厚み、アスペクト比の数値範囲が前述の通りであることが好ましい理由については別途後述する。   The reason why the numerical ranges of the average major axis, the average thickness, and the aspect ratio are preferably as described above will be separately described later.

以上、本実施の形態において鱗片状薄膜微粉末の平均長径、平均厚み、アスペクト比に関する数値範囲をこのように定めることにより、必要以上に小さすぎず、また必要以上に大きすぎない、適正なサイズの鱗片状薄膜微粉末としている。   As described above, in this embodiment, by defining the numerical ranges relating to the average major axis, average thickness, and aspect ratio of the scaly thin film fine powder, an appropriate size that is neither too small nor too large as necessary. The scaly thin film is fine powder.

尚、上記で述べた金属微粉の平均長径と平均厚みは、次の方法にて求めた。また本実施の形態に限らず、本願発明においては全て同様であることを断っておく。   The average major axis and the average thickness of the metal fine powder described above were determined by the following method. It should be noted that the present invention is not limited to this embodiment, and all the same is true in the present invention.

まず平均長径はレーザ回折・散乱式粒度分布測定装置を用いて測定し、その結果得られた50%平均粒子径(メディアン径)を平均長径とした。   First, the average major axis was measured using a laser diffraction / scattering particle size distribution analyzer, and the 50% average particle diameter (median diameter) obtained as a result was taken as the average major axis.

また平均厚みは、後述の本実施の形態にかかる分散液を製造する際に用いる積層の手法において、鱗片状薄膜微粉末のもととなる積層箇所の厚みがそのまま鱗片状薄膜微粉末の厚みとなるものであって、その厚み測定として蛍光X線分析装置により積層箇所を複数箇所測定し、その平均値として得られた値を平均厚みとした。   In addition, the average thickness is the thickness of the laminar thin film fine powder as it is in the laminating method used when producing the dispersion according to the present embodiment described later. As a thickness measurement, a plurality of laminated portions were measured by a fluorescent X-ray analyzer, and a value obtained as an average value was taken as an average thickness.

以上説明した鱗片状薄膜微粉末分散液は次のようにして得られる。
まず基材フィルムである高分子樹脂フィルムの表面に樹脂による剥離層を積層する。
The scale-like thin film fine powder dispersion described above is obtained as follows.
First, a release layer made of a resin is laminated on the surface of a polymer resin film that is a base film.

次に、前述した、リチウムを可逆的に吸蔵脱離可能とする金属単体、合金、又は金属化合物、の何れか単体による層を薄膜として、即ち本実施の形態ではシリコンを、真空蒸着法、又はスパッタリング法等のいわゆるドライコーティング法により前述の剥離層表面に積層して積層体を得る積層体製造工程を実行する。   Next, as described above, the layer made of any one of a simple substance, an alloy, or a metal compound capable of reversibly occluding and desorbing lithium as a thin film, that is, in this embodiment, silicon is vacuum-deposited, or A laminate manufacturing process is performed in which a laminate is obtained by laminating the surface of the release layer by a so-called dry coating method such as sputtering.

次に、得られた積層体に対し、前述した剥離層を形成する樹脂を溶解させることが可能な溶剤を用いつつ、積層体から薄膜を剥離する薄膜層剥離工程を実行する。   Next, the thin film layer peeling process which peels a thin film from a laminated body is performed with respect to the obtained laminated body, using the solvent which can dissolve resin which forms the peeling layer mentioned above.

そして溶剤中に存在する薄膜を微粉砕する微粉砕工程を実行し、そしてさらにその後に、微粉砕された薄膜の溶剤中における固形分濃度を調整する濃度調整工程と、を経ることにより、本実施の形態にかかる、リチウム二次電池電極に用いるための、鱗片状薄膜微粉末分散液を得ることが出来る。   Then, a fine pulverization step for finely pulverizing the thin film present in the solvent is performed, and then a concentration adjustment step for adjusting the solid content concentration in the solvent of the finely pulverized thin film is performed. A scaly thin film fine powder dispersion for use in a lithium secondary battery electrode according to the embodiment can be obtained.

この手順につき説明する。
基材フィルムとしては従来公知の高分子樹脂フィルムを利用すれば良く、例えばポリエチレンテレフタレート(PET)フィルムやポリプロピレンフィルム、ポリアミドフィルムなどが考えられるが、ここでは厚みが25μmのPETフィルムを用いることとする。ちなみに、PETフィルムであればその扱い等も周知なものであり、容易であるため用いるものである。またPETフィルムの厚みに関しては特段制限するものではないが、12μm以上100μm以下程度の厚みであれば以後説明する操作性の観点からも好ましいと言える。
This procedure will be described.
As the base film, a conventionally known polymer resin film may be used. For example, a polyethylene terephthalate (PET) film, a polypropylene film, a polyamide film, and the like can be considered. Here, a PET film having a thickness of 25 μm is used. . By the way, if it is a PET film, its handling and the like are well known and used because it is easy. Further, the thickness of the PET film is not particularly limited, but a thickness of about 12 μm or more and 100 μm or less is preferable from the viewpoint of operability described below.

尚、本実施の形態において基材フィルムをPETフィルムに限定するものではなく、例えば後述する剥離層を溶解させることが出来る溶剤に対しても耐性を有する高分子樹脂フィルムを基材フィルムとして用いるならば、後述の薄膜層剥離工程を経ても基材フィルムが溶剤により溶解したり損傷したりすることがないので、それを再び基材フィルムとして利用することが可能となり、即ち再利用可能な基材フィルムとして用いることが出来るので好適なものとすることも可能であることを述べておく。   In this embodiment, the base film is not limited to a PET film. For example, if a polymer resin film resistant to a solvent capable of dissolving a release layer described later is used as the base film. For example, since the base film is not dissolved or damaged by the solvent even after the thin film layer peeling step described later, it can be used again as a base film, that is, a reusable base material. It should be noted that it can be used as a film and can be made suitable.

PETフィルムの表面に剥離層を積層する。この剥離層は、後述の薄膜層剥離工程において特定の溶剤により容易に溶解するものでなければならず、その厚みとしては後述のように特定の溶剤に溶解するレベルの厚みであれば特段これを制限するものではない。そして本実施の形態において剥離層としてはセルロースアセテートブチレート(CAB)等のように、酢酸ブチルなどのような有機溶剤にも水にも溶解するものが好適であると考えられ、本実施の形態ではCABを用いるものとする。このCABをグラビアコート法等の、いわゆる公知のウェットコーティング法によりPETフィルムの表面に積層する。さらに述べるならば、PETフィルムをロール・ツー・ロールで搬送しつつ、その途中でCABをグラビアコート法によりPETフィルムに積層していくことでCABが積層されたPETフィルムが得られることとなる。   A release layer is laminated on the surface of the PET film. This release layer must be easily dissolved by a specific solvent in the thin film layer peeling step described later. The thickness of the release layer is not particularly limited as long as it is a level that can be dissolved in a specific solvent as described later. It is not limited. In the present embodiment, it is considered that a release layer that is soluble in an organic solvent such as butyl acetate or water, such as cellulose acetate butyrate (CAB), is suitable. Then, CAB shall be used. This CAB is laminated on the surface of the PET film by a so-called known wet coating method such as a gravure coating method. More specifically, a PET film on which CAB is laminated is obtained by laminating CAB on the PET film by a gravure coating method while conveying the PET film by roll-to-roll.

またこのCABによる剥離層の厚みは適宜設定すれば良く、要は、薄すぎて剥離層として充分機能しないことのないように、また厚すぎて後述する薄膜層剥離工程に悪影響を及ぼすことのないような厚みとしておけば良い。   The thickness of the release layer by CAB may be set as appropriate. In short, it is not so thin that it does not function sufficiently as a release layer, and is too thick so that it does not adversely affect the thin film layer peeling process described later. It may be set as such a thickness.

PETフィルムの表面にCABによる剥離層を積層してなるフィルムが準備できれば、次にこの剥離層表面にシリコンを積層する積層体製造工程を実行する。   If a film obtained by laminating a release layer made of CAB on the surface of the PET film can be prepared, then a laminate manufacturing process for laminating silicon on the surface of the release layer is performed.

ここでシリコンを積層する手法として従来公知のドライコーティングと称される一群の手法の何れかであって良いが、本実施の形態では一般的に行われるところの真空蒸着法によるものとする。   Here, as a method of laminating silicon, any of a group of conventionally known dry coating methods may be used, but in this embodiment, a vacuum deposition method generally used is used.

シリコンを積層するに際してシリコン薄膜層の厚みは0.01μm以上3μm以下であれば良い。これは後述するように、本実施例にかかる鱗片状薄膜微粉末分散液における薄膜微粉末は、この積層体製造工程において積層されるシリコン薄膜層が原料となるからである。即ち、このシリコン薄膜層が基材フィルムから剥離し、それを微粉末になるまでに微粉砕されることによって鱗片状薄膜微粉末が得られるのであり、得られた鱗片状薄膜微粉末分散液中の薄膜微粉末の厚みは0.01μm以上3μm以下であることが望まれるので、そもそも最初に積層する際の厚みを上記範囲内としておけば良いのである。   When the silicon is laminated, the thickness of the silicon thin film layer may be 0.01 μm or more and 3 μm or less. This is because, as will be described later, the thin film fine powder in the scaly thin film fine powder dispersion according to the present example is made from the silicon thin film layer laminated in this laminate manufacturing process. That is, the silicon thin film layer is peeled off from the base film and finely pulverized until it becomes a fine powder, whereby a scaly thin film fine powder is obtained. In the obtained scaly thin film fine powder dispersion Since the thickness of the thin film fine powder is desired to be 0.01 μm or more and 3 μm or less, the thickness at the time of first lamination may be set within the above range.

次に、得られた積層体に対し、前述した剥離層を形成する樹脂を溶解させることが可能な溶剤を用いつつ、積層体から薄膜を剥離する薄膜層剥離工程を実行する。尚本実施の形態では、溶剤として有機溶剤を用いるが、これは剥離層を形成する樹脂に応じて選定すれば良く、例えば水を溶剤としても構わない。何れにせよ、用いられる剥離層に応じたものを選択すれば良い。そしてこの工程を経ることで、溶剤中に剥離された薄膜が存在した溶液を得ることとなる。   Next, the thin film layer peeling process which peels a thin film from a laminated body is performed with respect to the obtained laminated body, using the solvent which can dissolve resin which forms the peeling layer mentioned above. In the present embodiment, an organic solvent is used as the solvent, but this may be selected according to the resin forming the release layer, and water may be used as the solvent, for example. In any case, what is necessary is just to select the thing according to the peeling layer used. By passing through this step, a solution in which the thin film peeled in the solvent is obtained.

次に溶剤中に存在する薄膜を微粉砕する微粉砕工程を実行する。この微粉砕工程における粉砕方法は、本実施の形態において特段制限したり特別な方法を選択するものではなく、結果として前述した鱗片状薄膜微粉末の大きさ等の数値条件を満たせるように粉砕できれば良い。   Next, a fine pulverization step for finely pulverizing the thin film present in the solvent is performed. The pulverization method in this fine pulverization step is not particularly limited in this embodiment or a special method is selected, and as a result, if the pulverization can be performed so as to satisfy the numerical conditions such as the size of the scale-like thin film fine powder described above. good.

そしてさらにその後に、微粉砕された薄膜の溶剤中における固形分濃度を調整する濃度調整工程を実行する。この濃度調整工程における濃度調整方法は本実施の形態において特段制限したり特別な方法を選択するものではなく、例えば濾過や加熱による溶剤除去、また溶剤を追加する等の方法によって、結果として後述するリチウム二次電池の負極を得るのに好適な濃度とすれば良い。   Further, after that, a concentration adjusting step for adjusting the solid content concentration in the solvent of the finely pulverized thin film is performed. The concentration adjusting method in this concentration adjusting step is not particularly limited or selecting a special method in the present embodiment, and will be described later as a result by a method such as solvent removal by filtration or heating, or addition of a solvent, for example. What is necessary is just to set it as the density | concentration suitable for obtaining the negative electrode of a lithium secondary battery.

以上の工程を経ることにより、本実施の形態にかかるリチウム二次電池電極に用いるための鱗片状薄膜微粉末分散液を得る。そしてさらにかかる分散液から鱗片状薄膜微粉末を取り出すために、例えば分散液を乾燥させることにより溶剤を除去する、等の溶剤を除去する溶剤除去工程を実行することにつき、ここでは詳述しないが実際の利用に応じて実施可能であることを付言しておく。   By passing through the above process, the scaly thin film fine powder dispersion liquid used for the lithium secondary battery electrode concerning this Embodiment is obtained. Further, in order to take out the scaly thin film fine powder from such a dispersion, for example, a solvent removal step of removing the solvent, such as removing the solvent by drying the dispersion, is not described in detail here. It should be noted that it can be implemented according to actual use.

尚、本実施の形態により得られた鱗片状薄膜微粉末分散液を用いてリチウム二次電池電極とすることに関しては後述する。   In addition, it is mentioned later about making a lithium secondary battery electrode using the scaly thin film fine powder dispersion liquid obtained by this Embodiment.

(実施の形態2)
以上説明した第1の実施の形態にかかる鱗片状薄膜微粉末分散液に含有される鱗片状薄膜微粉末はシリコン単体による単層であるものとしたが、次にこれとは異なる場合につき説明する。
(Embodiment 2)
Although the scaly thin film fine powder contained in the scaly thin film fine powder dispersion according to the first embodiment described above is assumed to be a single layer made of silicon alone, a case different from this will now be described. .

発明者の研究により、本願発明により得られる鱗片状薄膜微粉末分散液をリチウム二次電池電極に用いる場合、鱗片状薄膜微粉末としてシリコン単体による単層である薄膜により得られる微粉末でも好適に利用可能であることがわかったが、それ以外にも、リチウムを可逆的に吸蔵脱離可能とする物質であるが異なる種類のものを2種類以上積層してなる薄膜を準備し、これを微粉砕した微粉末としても第1の実施の形態の場合と同様の効果を得られることが見いだされた。   When the scaly thin film fine powder dispersion obtained by the present invention is used for a lithium secondary battery electrode, the fine powder obtained by a thin film that is a single layer of silicon alone is suitably used as the scaly thin film fine powder. In addition to this, a thin film was prepared by laminating two or more different types of materials that can reversibly absorb and desorb lithium. It was found that the same effect as in the case of the first embodiment can be obtained even by pulverized fine powder.

そこで第2の実施の形態としてこの場合につき説明する。
基本的に本実施の形態により得られる分散液は先に説明した第1の実施の形態の場合と同様であるのでその説明を省略する。
Therefore, this case will be described as a second embodiment.
Since the dispersion obtained by this embodiment is basically the same as that of the first embodiment described above, its description is omitted.

第1の実施の形態では基材フィルム(PETフィルム)/剥離層、という構成の剥離層側表面にシリコンを単体で単層となるように積層し、これを用いて最終的に微粉末を得ることにつき説明したが、本実施の形態ではこの剥離層の表面に形成される層は単層ではなく、2層以上の複数層であるものとした。   In the first embodiment, a single layer of silicon is laminated on the surface of the release layer having a structure of base film (PET film) / release layer, and finally, a fine powder is obtained using this. As described above, in the present embodiment, the layer formed on the surface of the release layer is not a single layer but a plurality of layers of two or more layers.

選択されるべき物質は本実施の形態の場合、何れの層もリチウムを吸蔵脱離可能とすることが可能な物質である。そのような物質は多種存在するが、例えば以下のようなものがあげられる。   In the case of this embodiment, the substance to be selected is a substance capable of occluding and desorbing lithium in any layer. There are various kinds of such substances, and examples thereof include the following.

即ち、
(1)金属単体としては、シリコン、スズ、ゲルマニウム、アルミニウム、インジウム、マグネシウム、カルシウム、鉛、ヒ素、アンチモン、ビスマス、銀、金、亜鉛、カドミウム、等であり、
(2)合金としては、スズ−銅合金(CuSn)、ケイ素−マグネシウム合金(MgSi)、鉄−スズ合金(SnFe)、スズ−ニッケル合金(NixSn)、スズ−コバルト合金(CoxSn)、ケイ素−ニッケル合金(NiSi)、ケイ素−鉄合金(FeSi)、ニッケル−マグネシウム合金(MgxNi)、アンチモン−スズ合金(SnSb)、アンチモン−インジウム合金(InSb)、銀−スズ−アンチモン合金(AgSnSb)、
さらに
(3)金属化合物、として(1)で示した金属単体を主とする酸化物又は硫化物、又は遷移金属酸化物又は硫化物、
を用いることが考えられる。
That is,
(1) Examples of simple metals include silicon, tin, germanium, aluminum, indium, magnesium, calcium, lead, arsenic, antimony, bismuth, silver, gold, zinc, cadmium, etc.
(2) As an alloy, tin-copper alloy (Cu 5 Sn 5 ), silicon-magnesium alloy (Mg 2 Si), iron-tin alloy (Sn 2 Fe), tin-nickel alloy (NixSn), tin-cobalt alloy (CoxSn), silicon-nickel alloy (NiSi), silicon-iron alloy (FeSi), nickel-magnesium alloy (MgxNi), antimony-tin alloy (SnSb), antimony-indium alloy (InSb), silver-tin-antimony alloy (AgSnSb),
Further, (3) a metal compound, an oxide or sulfide mainly comprising a single metal shown in (1), or a transition metal oxide or sulfide,
Can be considered.

つまり、例えば「PETフィルム/剥離層」という構成の剥離層側表面に「シリコン/スズ」という構成の薄膜を積層しても構わないし、同じく「シリコン/スズ−銅合金」であっても良く、さらに「スズ/シリコン」や「スズ−銅合金/シリコン」としてあっても構わない。さらには「シリコン/スズ/シリコン」というように3層になっても良いし、同様にさらに複数の層を積層しても構わない。   That is, for example, a thin film having a configuration of “silicon / tin” may be laminated on the surface of the release layer having a configuration of “PET film / release layer”, or may be “silicon / tin-copper alloy”, Further, “tin / silicon” or “tin-copper alloy / silicon” may be used. Further, the number of layers may be three, such as “silicon / tin / silicon”, or a plurality of layers may be stacked in the same manner.

これらを、PETフィルム/剥離層の剥離層側に積層する手法は従来公知のいわゆるドライコーティング法によるものであって良く、特段制限するものではない。ここでは積層する薄膜を「シリコン/スズ」という構成としたものとしてさらに説明する。   The method of laminating these on the release layer side of the PET film / release layer may be by a conventionally known so-called dry coating method, and is not particularly limited. Here, the laminated thin film will be further described as having a structure of “silicon / tin”.

シリコン/スズという構成の薄膜による層の平均厚みは、しかしながら第1の実施の形態の場合と同様0.01μm以上3μmであることが好ましい。同様にこの薄膜層を微粉砕して得られる薄膜微粉末の平均長径も同様に0.1μm以上100μm以下であることが好ましく、アスペクト比についても同様に5以上、より好ましくは10以上、であるものとする。つまり、たとえ層構成が変わろうとも、特に全体としての厚みは第1の実施の形態の場合と同様でなければ同様の効果が得られない。よって、例えば「シリコン/スズ」という構成であって、シリコン層の厚みが2μmであり、そこに積層されているスズ層の厚みが1μmである、という組み合わせでも良いし、シリコン層が0.1μm、スズ層が2.5μm、という組み合わせでも良い。   However, it is preferable that the average thickness of the layer formed of the thin film of silicon / tin is 0.01 μm or more and 3 μm as in the case of the first embodiment. Similarly, the average major axis of the thin film fine powder obtained by finely pulverizing the thin film layer is preferably 0.1 μm or more and 100 μm or less, and the aspect ratio is also 5 or more, more preferably 10 or more. Shall. That is, even if the layer configuration is changed, the same effect cannot be obtained unless the overall thickness is the same as in the first embodiment. Thus, for example, a combination of “silicon / tin”, in which the thickness of the silicon layer is 2 μm and the thickness of the tin layer laminated thereon is 1 μm, or the silicon layer is 0.1 μm. A combination of a tin layer of 2.5 μm may be used.

そして本実施の形態にかかる分散液は、第1の実施の形態と同様の工程を実施することで得られる。得られた分散液の用い方については後述する。   And the dispersion liquid concerning this Embodiment is obtained by implementing the process similar to 1st Embodiment. How to use the obtained dispersion will be described later.

(実施の形態3)
さらに、第1の実施の形態及び第2の実施の形態とは異なる構成を有する分散液につき説明する。
(Embodiment 3)
Further, a dispersion having a configuration different from that of the first embodiment and the second embodiment will be described.

第1の実施の形態では微粉末は例えばシリコン等のリチウムを可逆的に吸蔵脱離可能とする物質1種類のみを用いた単層によるものであり、第2の実施の形態では例えばシリコン/スズといったようなリチウムを可逆的に吸蔵脱離可能とする物質2種類以上を積層した複数層を原料に、それぞれを微粉砕して得られるものであったが、発明者はこれら以外にも、リチウムを可逆的に吸蔵脱離可能としない物質を、リチウムを可逆的に吸蔵脱離可能とする物質と同時に積層してなる薄膜を微粉砕して得られる分散液であっても同様の効果を生じることを見いだした。そこで本実施の形態ではこの場合につき説明する。尚、本実施の形態にあっても、第1及び第2の実施の形態と同様である部分に関してはその説明を省略する。   In the first embodiment, the fine powder is based on a single layer using only one kind of substance capable of reversibly occluding and desorbing lithium such as silicon, and in the second embodiment, for example, silicon / tin. However, in addition to these, the inventor has obtained a plurality of layers obtained by laminating two or more substances capable of reversibly occluding and desorbing lithium. Even if the dispersion liquid is obtained by pulverizing a thin film formed by laminating a material that does not reversibly absorb and desorb lithium simultaneously with a material that can reversibly absorb and desorb lithium, the same effect can be obtained. I found out. In this embodiment, this case will be described. Even in this embodiment, the description of the same parts as those in the first and second embodiments is omitted.

第1及び第2の実施の形態において基材フィルム(PETフィルム)/剥離層、という構成の剥離層側表面にシリコンを単体で単層となるように積層すること、さらに2種類以上のリチウムを可逆的に吸蔵脱離可能とする物質を複数積層してなる場合、につき説明したが、本実施の形態では、(A)リチウムを可逆的に吸蔵脱離可能とする物質と、(B)リチウムを可逆的に吸蔵脱離可能としない物質と、を同時に積層した薄膜を用いて鱗片状薄膜微粉末分散液を得るものである。   In the first and second embodiments, the base material film (PET film) / peeling layer is configured such that silicon is laminated as a single layer on the peeling layer side surface, and two or more types of lithium are further added. In the present embodiment, the case where a plurality of substances capable of reversibly occluding and desorbing are stacked has been described. In this embodiment, (A) a substance capable of reversibly occluding and desorbing lithium and (B) lithium Is used to obtain a scaly thin film fine powder dispersion using a thin film in which a substance that cannot be reversibly occluded and desorbed simultaneously.

ここで(A)リチウムを可逆的に吸蔵脱離可能とする物質としては、
(1)金属単体としては、シリコン、スズ、ゲルマニウム、アルミニウム、インジウム、マグネシウム、カルシウム、鉛、ヒ素、アンチモン、ビスマス、銀、金、亜鉛、カドミウム、等であり、
(2)合金としては、スズ−銅合金(CuSn)、ケイ素−マグネシウム合金(MgSi)、鉄−スズ合金(SnFe)、スズ−ニッケル合金(NixSn)、スズ−コバルト合金(CoxSn)、ケイ素−ニッケル合金(NiSi)、ケイ素−鉄合金(FeSi)、ニッケル−マグネシウム合金(MgxNi)、アンチモン−スズ合金(SnSb)、アンチモン−インジウム合金(InSb)、銀−スズ−アンチモン合金(AgSnSb)、
さらに
(3)金属化合物、として(1)で示した金属単体を主とする酸化物又は硫化物、又は遷移金属酸化物又は硫化物、
を用いることが考えられる。
Here, (A) as a substance capable of reversibly inserting and extracting lithium,
(1) Examples of simple metals include silicon, tin, germanium, aluminum, indium, magnesium, calcium, lead, arsenic, antimony, bismuth, silver, gold, zinc, cadmium, etc.
(2) As an alloy, tin-copper alloy (Cu 5 Sn 5 ), silicon-magnesium alloy (Mg 2 Si), iron-tin alloy (Sn 2 Fe), tin-nickel alloy (NixSn), tin-cobalt alloy (CoxSn), silicon-nickel alloy (NiSi), silicon-iron alloy (FeSi), nickel-magnesium alloy (MgxNi), antimony-tin alloy (SnSb), antimony-indium alloy (InSb), silver-tin-antimony alloy (AgSnSb),
Further, (3) a metal compound, an oxide or sulfide mainly comprising a single metal shown in (1), or a transition metal oxide or sulfide,
Can be considered.

また(B)リチウムを可逆的に吸蔵脱離可能としない物質としては、
(4)金属単体:チタン、マンガン、鉄、ニッケル、クロム、銅、ジルコニウム、モリブデン、タンタル、タングステン
(5)合金:(4)で示した金属単体を主とする合金
を用いることが考えられる。
In addition, (B) as a substance that does not reversibly absorb and desorb lithium,
(4) Metal simple substance: Titanium, manganese, iron, nickel, chromium, copper, zirconium, molybdenum, tantalum, tungsten (5) Alloy: It is considered to use an alloy mainly composed of a metal simple substance shown in (4).

以下、単純に(A)リチウムを可逆的に吸蔵脱離可能とする物質を○、(B)リチウムを可逆的に吸蔵脱離可能としない物質を×、とすると、本実施の形態における薄膜としては「○/×」であっても良く、「○/×/○」であっても良いし、また「×/○/×」であっても良いし「○/○/×」であっても良く(隣接する○は異なるものとする。)、さらには「×/×/○」であっても良い。(隣接する×は異なるものとする。)要するに、本実施の形態における薄膜は複数層より構成されるものであって、かつ複数層には必ず1つ以上の(A)リチウムを可逆的に吸蔵脱離可能とする物質と、1つ以上の(B)リチウムを可逆的に吸蔵脱離可能としない物質と、を同時に用いる、という条件を満たす、ということが特徴である。そして本実施の形態としては「シリコン/ニッケル/シリコン」であるものとする。   Hereinafter, when (A) a substance capable of reversibly occluding and desorbing lithium is ◯, and (B) a substance not reversibly occluding and desorbing lithium is x, May be “O / X”, “O / X / O”, “X / O / X”, or “O / O / X”. (Adjacent circles are different) and may be “× / × / ◯”. (The adjacent Xs are different.) In short, the thin film in this embodiment is composed of a plurality of layers, and at least one (A) lithium is reversibly occluded in the plurality of layers. It is characterized by satisfying the condition that a substance that can be desorbed and a substance that cannot reversibly occlude and desorb one or more (B) lithiums are used at the same time. In this embodiment, “silicon / nickel / silicon” is assumed.

これらの物質を順次PETフィルム/剥離層の剥離層側に積層していくための手法は従来公知のいわゆるドライコーティング法によるものであって良く、特段制限するものではない。   A method for sequentially laminating these substances on the release layer side of the PET film / release layer may be based on a conventionally known so-called dry coating method, and is not particularly limited.

また本実施の形態においてもやはり第2の実施の形態において述べたのと同様、シリコン/ニッケル/シリコンという複数の層からなる薄膜層の平均厚みは第1の実施の形態の場合と同様、0.01μm以上3μmであることが好ましい。そしてこれも同様であるが、各層の厚みは前述の全体の厚み、即ち0.01μm以上3μm以下となれば良いのであって、例えばシリコン/ニッケル/シリコンの各層厚みがそれぞれ同一に0.3μmであっても良く、また両端のシリコン層厚みは0.5μm、ニッケル層厚みは0.3μm、といったように不均等であっても構わない。   Also in the present embodiment, as described in the second embodiment, the average thickness of the thin film layer composed of a plurality of layers of silicon / nickel / silicon is 0 as in the first embodiment. It is preferably 0.01 μm or more and 3 μm. This is also the same, but the thickness of each layer should be the above-mentioned total thickness, that is, 0.01 μm or more and 3 μm or less. For example, the thickness of each layer of silicon / nickel / silicon is 0.3 μm, respectively. The thickness of the silicon layer at both ends may be non-uniform such that the thickness of the silicon layer is 0.5 μm and the thickness of the nickel layer is 0.3 μm.

同様にこの薄膜層を微粉砕して得られる薄膜微粉末の平均長径も同様に0.1μm以上100μm以下であることが好ましく、アスペクト比についても同様に5以上、より好ましく亜10以上、であるものとする。   Similarly, the average major axis of the thin film fine powder obtained by finely pulverizing the thin film layer is also preferably 0.1 μm or more and 100 μm or less, and the aspect ratio is also 5 or more, more preferably sub-10 or more. Shall.

そして第1の実施の形態と同様の工程を実施することで、「シリコン/ニッケル/シリコン」という構成を有する分散液を得る。得られた分散液の用い方については後述する。   Then, by performing the same steps as those in the first embodiment, a dispersion having a configuration of “silicon / nickel / silicon” is obtained. How to use the obtained dispersion will be described later.

(実施の形態4)
以上、本願発明にかかる鱗片状薄膜微粉末分散液につき、これに含まれる鱗片状薄膜微粉末を3つのケースに分けて説明したが、以後の説明は何れの微粉末及び分散液であっても同様であることを予め断った上で、第1の実施の形態におけるシリコン単体による薄膜を用いて得られた分散液を想定して説明を続ける。
(Embodiment 4)
As described above, the scaly thin film fine powder dispersion according to the present invention has been described by dividing the scaly thin film fine powder contained therein into three cases. However, the following description will be for any fine powder and dispersion. The explanation will be continued assuming a dispersion obtained by using a thin film made of a single substance of silicon in the first embodiment after having previously refused the same.

この分散液は、これを得るに際して用いた溶剤中に微粉末が分散して存在しているものである。そこで、微粉末そのものを得るために溶剤を除去することも可能であり、また除去するための手法は特段制限はされない。例えば分散液全体を加熱することにより溶剤を除去することも考えられるし、また分散液を濾過することによって溶剤を除去することも考えられる。   In this dispersion, fine powder is dispersed and present in the solvent used to obtain the dispersion. Therefore, it is possible to remove the solvent in order to obtain the fine powder itself, and the method for removing is not particularly limited. For example, it is conceivable to remove the solvent by heating the entire dispersion, or to remove the solvent by filtering the dispersion.

何れにせよ、本願発明にかかる分散液はリチウム二次電池の電極として用いられることを想定してなるものであり、本実施の形態ではこの電極を得ること及びそれを用いたリチウム二次電池に関し説明をする。   In any case, the dispersion according to the present invention is assumed to be used as an electrode of a lithium secondary battery. In the present embodiment, this electrode is obtained and a lithium secondary battery using the electrode is obtained. Explain.

この説明に先立ち、電極を得るに際して分散液の濃度が問題となる場合があるのでこれにつき述べておく。分散液における微粉末の量によって電極を好適に得られるように、若しくは逆に好適に得られなくなる可能性があるからである。そこでこの濃度を調整するためには、微粉砕工程の後に微粉砕された薄膜の溶剤中における固形分濃度を調整するための濃度調整工程を行えば良く、その工程としては前述したように特段特殊な手法を用いるものではない。何れにせよ本実施の形態においては、結果として所望する濃度となるように溶剤を調整すれば良いものとする。   Prior to this description, the concentration of the dispersion may be a problem when obtaining the electrode. This is because there is a possibility that the electrode can be suitably obtained depending on the amount of the fine powder in the dispersion, or conversely, the electrode cannot be suitably obtained. Therefore, in order to adjust the concentration, a concentration adjustment step for adjusting the solid content concentration in the solvent of the finely pulverized thin film may be performed after the fine pulverization step. It does not use a simple method. In any case, in the present embodiment, the solvent may be adjusted so as to obtain a desired concentration as a result.

例えば溶剤として水を選択した場合、水を蒸発させて分散液を濃縮することも考えられ、又は水を追加することにより濃度を下げる処理をすることも考えられるが、ここではこれ以上の詳述は省略して、実際に本願発明にかかる分散液を用いてリチウム二次電池用電極、より具体的には二次電池に用いる負極、を得る方法につき説明をする。   For example, when water is selected as the solvent, it may be possible to concentrate the dispersion by evaporating the water, or to reduce the concentration by adding water. The method for obtaining an electrode for a lithium secondary battery, more specifically, a negative electrode used for a secondary battery, using the dispersion according to the present invention will be described.

まずリチウム二次電池の負極を得るにあたり集電体を選択しなければならないが、これは銅、ニッケル、又はアルミニウム等であれば良く、本実施の形態では銅を箔状態にしたもの(以下単に「銅箔」とする。)を用いるものとする。   First, in order to obtain a negative electrode for a lithium secondary battery, a current collector must be selected. However, this may be copper, nickel, aluminum, or the like. "Copper foil").

そして集電体である銅箔の表面に微粉末を積層することで負極とするのであるが、銅箔表面に微粉末を定着させるために、例えば以下に述べるペーストを準備しておき、これを銅箔表面に塗布などにより積層、定着させる、という方法を用いると良く、本実施の形態でもそのようにする。   And it is made a negative electrode by laminating fine powder on the surface of the copper foil as a current collector, but in order to fix the fine powder on the copper foil surface, for example, the paste described below is prepared and this is used. It is preferable to use a method of laminating and fixing the copper foil surface by coating or the like, and this embodiment also does so.

このペーストは、分散液と導電性フィラーと結着剤とを、又は分散液から溶剤を除去して得られる微粉末と導電性フィラーと結着剤とを、一緒に混合することにより得られるものであり、一例として次のようにして得られる。   This paste is obtained by mixing together a dispersion, a conductive filler, and a binder, or a fine powder obtained by removing a solvent from a dispersion, a conductive filler, and a binder. As an example, it is obtained as follows.

まず最初に分散液を60℃の高温槽を用いて溶剤を蒸発させる。溶剤を蒸発させた後さらに80℃の真空乾燥機にこれを移し約1時間乾燥させ、完全に溶剤を蒸発させる。次に得られた微粉末(=活物質)を回収し、これとケッチェンブラックとの重量比が75対15になるよう、それぞれを秤量し、そしてそれらを15分間混合する。一方、結着剤としてカルボキシメチルセルロースが5wt%になるように水溶液にしたものを用意しておく。ここでカルボキシメチルセルロースの重量と微粉末との重量比が75対10となるようにカルボキシメチルセルロース水溶液を秤量しておく。そして結着剤と前述の混合により得られた混合体とを混合することにより、ペーストを得る。   First, the solvent is evaporated from the dispersion using a high-temperature bath at 60 ° C. After evaporating the solvent, it is further transferred to a vacuum dryer at 80 ° C. and dried for about 1 hour to completely evaporate the solvent. Next, the fine powders (= active material) obtained are collected, weighed so that the weight ratio of this to Ketjen black is 75:15, and they are mixed for 15 minutes. On the other hand, what was made into the aqueous solution so that carboxymethylcellulose may become 5 wt% as a binder is prepared. Here, the aqueous carboxymethyl cellulose solution is weighed so that the weight ratio of carboxymethyl cellulose to fine powder is 75:10. And a paste is obtained by mixing a binder and the mixture obtained by the above-mentioned mixing.

得られたペーストは集電体である銅箔表面に塗布等により積層させて用いるのであるが、ペーストに導電体フィラーが含有されているので、リチウム二次電池を充放電させる際に微粉末から吸蔵脱離される電子を銅箔に導通させ、外部負荷に電流を供給する回路が構成されるようになる。またこのような導電性フィラーと微粉末とを相互に結着させるために結着剤も一緒に混合させるのであるが、結着剤にはその他にも、銅箔と微粉末層即ちこのペーストとを接着させるという目的も有する。さらに、リチウム二次電池を充放電させる過程において生じる銅箔や微粉末が膨張、収縮する現象に対し、それでも微粉末の相互結着や、集電板と微粉末層との接着性を維持する、という目的や、微粉末をペースト化するに際して製造工程を改善する、つまり各要素が粉体状のままで作業を行っているところから離散してしまうことを防ぐ、という目的も有する。   The obtained paste is used by being laminated on the surface of the copper foil as a current collector by coating or the like, but since the conductor filler is contained in the paste, it is necessary to use fine powder when charging / discharging the lithium secondary battery. A circuit is formed in which the inserted / desorbed electrons are conducted to the copper foil and current is supplied to the external load. In addition, in order to bind such conductive filler and fine powder to each other, a binder is also mixed together. In addition to this, the copper foil and fine powder layer, that is, this paste, It also has the purpose of adhering. In addition, the copper foil and fine powder generated during the process of charging and discharging the lithium secondary battery expand and contract, but still maintain the adhesion of the fine powder and the adhesion between the current collector and the fine powder layer. And the purpose of improving the manufacturing process when making a fine powder into a paste, that is, preventing each element from being scattered from the work while it is in powder form.

このような目的を達する導電性フィラーとしては、既に述べたように例えば高導電性カーボンブラック等が好ましく、本実施の形態でもこれを用いることとする。また同じくこのような目的を達する結着剤としては、ポリフッ化ビニリデン、カルボキシメチルセルロース又はそのアルカリ金属塩、ポリアクリル酸及びそのアルカリ金属塩、の何れか若しくは複数の混合物、等を用いれば良く、本実施の形態では既に述べたようにカルボキシメチルセルロースを用いることとする。そしてこれらを、微粉末と混合し、粘性を有するペーストを得るのである。   As described above, for example, highly conductive carbon black is preferable as the conductive filler that achieves such a purpose, and this is also used in this embodiment. Similarly, as the binder that achieves such a purpose, polyvinylidene fluoride, carboxymethylcellulose or an alkali metal salt thereof, polyacrylic acid and an alkali metal salt thereof, or a mixture thereof may be used. In the embodiment, carboxymethyl cellulose is used as described above. And these are mixed with fine powder and the paste which has viscosity is obtained.

一方、集電体たる銅箔は予め充分乾燥させておく。そして乾燥させた銅箔表面に、得られたペーストをドクターブレード法などの手法によって塗布し、その後高温環境下で一定時間真空乾燥を行うことで、負極を得る。   On the other hand, the copper foil as the current collector is sufficiently dried in advance. And the obtained paste is apply | coated by techniques, such as a doctor blade method, on the dried copper foil surface, and a negative electrode is obtained by performing vacuum drying for a fixed time after that in high temperature environment.

具体的には、集電体である銅箔表面に対し、ドクターブレードを銅箔表面に対して均一な厚みの空隙を有するようにあてがい、そしてドクターブレードを銅箔表面上を移動させつつ空隙からペーストを押し出すことで、ペーストが銅箔表面上にあって均一な厚みとなるように塗布する。尚、当然これ以外の手法によってペーストが銅箔表面上に塗布されても構わない。   Specifically, the doctor blade is applied to the copper foil surface, which is a current collector, so as to have a uniform thickness gap with respect to the copper foil surface, and the doctor blade is moved from the gap while moving on the copper foil surface. By extruding the paste, the paste is applied on the copper foil surface so as to have a uniform thickness. Of course, the paste may be applied to the surface of the copper foil by other methods.

そしてしかる後にテンプレートを銅箔表面から外し、ペーストがその表面に塗布され、銅箔を取り出し、これを一定時間・一定条件で乾燥させる。   After that, the template is removed from the surface of the copper foil, the paste is applied to the surface, the copper foil is taken out, and this is dried for a predetermined time and under a predetermined condition.

得られた板をリチウム二次電池の負極として用いると、従来の炭素素材による負極を用いた場合に比して、リチウム二次電池のサイクル特性を向上することが出来るようになる。   When the obtained plate is used as a negative electrode of a lithium secondary battery, the cycle characteristics of the lithium secondary battery can be improved as compared with the case where a negative electrode made of a conventional carbon material is used.

そこで得られたリチウム二次電池の負極の動作などにつき考察、説明をする。   The operation of the negative electrode of the lithium secondary battery thus obtained will be considered and explained.

リチウム二次電池の動作については冒頭に述べた通りであるが、その動作における負極で生じる現象を中心に改めて簡単に説明する。   Although the operation of the lithium secondary battery is as described at the beginning, it will be briefly described again focusing on the phenomenon that occurs in the negative electrode during the operation.

一般的にリチウム二次電池は正極と負極とを、電解質(例えば六フッ化リン酸リチウム(LiPF))を溶解させた電解液に浸漬させてなる構成よりなる。その原理は、正極、負極、電解質それぞれの材料間でリチウムの移動により電荷の授受が行われることで充放電が可能となっている。ここで負極はリチウムを電解液中に脱離するとそれと同時に電荷を接続された正極側に放出する。このようにすることで電荷の移動、即ち電流が発生し、電池としての作用を生じるようになる。 Generally, a lithium secondary battery has a structure in which a positive electrode and a negative electrode are immersed in an electrolyte solution in which an electrolyte (for example, lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 )) is dissolved. The principle is that charging / discharging can be performed by transferring and receiving charges by movement of lithium between materials of the positive electrode, the negative electrode, and the electrolyte. Here, when the negative electrode desorbs lithium into the electrolyte, the negative electrode simultaneously discharges the charge to the connected positive electrode side. By doing so, charge movement, that is, current is generated, and the battery functions.

そして一定時間利用すると、負極から脱離されるリチウムが負極に存在しなくなり、即ち電荷の移動が生じなくなり、電流が発生しなくなり、その結果電池として作用しなくなる。   When used for a certain period of time, lithium desorbed from the negative electrode does not exist in the negative electrode, that is, no charge transfer occurs, no current is generated, and as a result, it does not function as a battery.

電池として作用しなくなると、リチウム二次電池では充電を行うことで再び電池としての利用が可能となる。この充電状態にあるリチウム二次電池の負極における動きは、先の動きとは逆に、正極側から電子を流れ込ませると同時に電解液中に存在するリチウムを吸蔵するのである。つまり電池として作用している時の負極よりリチウムが脱離し、逆に充電中にあっては、負極はリチウムを吸蔵するのである。   When it does not function as a battery, the lithium secondary battery can be used again as a battery by charging. The movement of the lithium secondary battery in the charged state on the negative electrode, contrary to the previous movement, causes electrons to flow from the positive electrode side and simultaneously occludes lithium present in the electrolyte. That is, lithium is desorbed from the negative electrode when acting as a battery. Conversely, during charging, the negative electrode occludes lithium.

このようにリチウム二次電池の負極ではリチウムは常に吸蔵脱離しているのであるが、この吸蔵脱離により、負極は常に膨張と収縮を繰り返している。つまりリチウムを吸蔵するに伴い負極は膨張し、リチウムが脱離することで負極は収縮する。   As described above, lithium is always occluded / desorbed in the negative electrode of the lithium secondary battery. Due to this occlusion / desorption, the negative electrode is constantly expanded and contracted. That is, as the lithium is occluded, the negative electrode expands, and when the lithium is desorbed, the negative electrode contracts.

そこで本実施の形態にかかる電極につき従来例と比較しつつさらに説明する。
従来の負極では炭素を用いているためにサイクル特性は好ましいもののエネルギー密度が低いという問題があった。そこでこの問題に対処すべくシリコン又はシリコン系の合金を高容量負極として用いることが提案されるようになったが、シリコンは体積変化が激しいので、先に述べた諸問題、特に何度も充放電を繰り返すことによる膨張と収縮に耐えられずに、結果としてシリコンによる負極は容易に破損してしまい、よってリチウム二次電池のサイクル特性が悪くなる、という問題があった。
Therefore, the electrode according to this embodiment will be further described in comparison with a conventional example.
Since conventional negative electrodes use carbon, the cycle characteristics are preferable, but the energy density is low. In order to cope with this problem, it has been proposed to use silicon or a silicon-based alloy as a high-capacity negative electrode. However, since the volume change of silicon is severe, the above-mentioned problems, particularly many times, have been satisfied. There is a problem that the negative electrode made of silicon is easily damaged as a result of being unable to withstand expansion and contraction due to repeated discharge, and thus the cycle characteristics of the lithium secondary battery are deteriorated.

例えばシリコン系の合金を用いた負極とした場合、選択した合金によってはリチウムが完全に吸蔵されると体積が300%程度までに膨張することがある。当然、この状態からリチウムが完全に脱離されてもとに戻る、というサイクルを繰り返すことは、体積がそれだけ激しく膨張・収縮を繰り返すことを意味し、即ちそれだけ負極の寿命が短くなることを意味する。つまり、負極の原料が従来より用いられている球状及びフレーク状シリコン単体(以下単に「従来単体」と呼ぶ。)である場合、これに吸蔵されるリチウムは当然外部表面から負極内部へと浸透するのであるが、従来単体であるために浸透の速度は必ずしも迅速であるとは言えない。しかし一方で負極は続々とリチウムを吸蔵しようとするので、結果として負極表面と内部とで吸蔵しているリチウムの量に著しい差が生じ、即ち濃度に大きな差が生じることになる。そして負極の表面と内部とで著しいリチウム濃度差が生じることにより、従来単体よりなる負極全体を観察すると、その内部で無視できない大きなストレスがかけられてしまうことが容易に想像できる。そしてこの状態で今度はリチウムを脱離し始めると、やはり負極表面ではどんどんリチウムが脱離し始めるのに、内部に浸透してしまったリチウムは容易に脱離されない、という現象が生じてしまう。   For example, in the case of a negative electrode using a silicon-based alloy, depending on the selected alloy, the volume may expand to about 300% when lithium is completely occluded. Naturally, repeating the cycle of returning to the original state even when lithium is completely desorbed from this state means that the volume repeatedly expands and contracts vigorously, that is, the life of the negative electrode is shortened accordingly. To do. That is, when the raw material of the negative electrode is a conventionally used spherical and flaky silicon simple substance (hereinafter simply referred to as “conventional simple substance”), the lithium occluded therein naturally penetrates from the external surface into the negative electrode. However, since it is a conventional simple substance, it cannot be said that the penetration speed is always fast. However, on the other hand, the negative electrode tries to occlude lithium one after another. As a result, there is a significant difference in the amount of lithium occluded between the negative electrode surface and the inside, that is, a large difference in concentration. When a significant difference in lithium concentration is generated between the surface and the inside of the negative electrode, it can be easily imagined that when the entire negative electrode made of a conventional single element is observed, a large stress that cannot be ignored is applied inside the negative electrode. In this state, when lithium begins to be desorbed this time, a phenomenon occurs in which lithium begins to desorb more and more on the negative electrode surface, but lithium that has penetrated into the inside is not easily desorbed.

このように、負極を従来単体により構成した場合、リチウムの吸蔵脱離に伴う負極内部のリチウム濃度の差は、負極表面と内部とで無視できない差となってしまう。そしてその状態でサイクルを繰り返そうとするならば、負極表面と内部と、それぞれにおける膨張・収縮の度合いの大きさ、速度、等に著しい差が生じてしまい、その結果負極が自然崩壊を始め、最終的に負極が微粉化してしまいその能力を失う、という現象が生じてしまうのである。   As described above, when the negative electrode is formed of a conventional simple substance, the difference in lithium concentration inside the negative electrode due to insertion and extraction of lithium becomes a difference that cannot be ignored between the negative electrode surface and the inside. If the cycle is repeated in that state, a significant difference occurs in the magnitude and speed of the degree of expansion / contraction between the negative electrode surface and the inside, and as a result, the negative electrode begins to spontaneously collapse, and finally In other words, a phenomenon occurs in which the negative electrode is pulverized and loses its ability.

しかし本実施の形態にかかる負極であれば、まずシリコンによる本願発明にかかる微粉末を含有する分散液を製造し、次いでこれから微粉末を含有するペーストを用意し、そしてこのペーストを銅箔などの集電体表面に積層する、という方法により得られるものとしているので、得られる負極は破損しにくいものとなっている。   However, in the case of the negative electrode according to the present embodiment, first, a dispersion containing the fine powder according to the present invention using silicon is manufactured, and then a paste containing the fine powder is prepared from this. Since it is obtained by a method of stacking on the current collector surface, the obtained negative electrode is difficult to break.

つまり、個々の微粉末は、個々の微粉末にあって仮に激しく膨張と収縮を繰り返すとしても、これを含有するペーストにより得られる負極全体から観察した場合、その内部で個々の微粉末の伸縮は全て吸収されていることになる。さらに述べると、鱗片状微粉末を用いることで、負極表面から合金化したリチウム原子が負極内部に迅速に拡散することを可能としたため、前述した従来の負極における負極外部と内部との濃度差が大きくならず、結果として膨張と収縮を繰り返してもそのために負極内部に大きなストレスが生じることがなくなり、即ちストレスによる負極の破砕、微粉化が生じなくなるのである。つまり、従来単体に用いられる従来の粉末であれば、球状であったり通常のフレークであるため、要するに厚みがあることが問題であったのに対し、本願発明では非常に薄いものとしたため、急激な膨張や収縮により生じていた問題を解決できるのである。   In other words, even if each fine powder is in an individual fine powder and continually violently expands and contracts, when observed from the whole negative electrode obtained by the paste containing this, the expansion and contraction of the individual fine powder is inside. All are absorbed. More specifically, the use of scaly fine powder enables lithium atoms alloyed from the negative electrode surface to diffuse quickly into the negative electrode, so that there is a difference in concentration between the negative electrode outside and the inside of the conventional negative electrode described above. As a result, even if expansion and contraction are repeated, no large stress is generated inside the negative electrode, that is, the negative electrode is not crushed or pulverized by the stress. In other words, conventional powders used in conventional single bodies are spherical or normal flakes, so there was a problem of having a thickness, whereas in the present invention, they were very thin. It can solve the problems caused by the expansion and contraction.

このように負極全体としては、シリコンを一連に銅箔表面に積層した単体の板状とした従来の負極に比べ、リチウム二次電池の充放電を繰り返すことによる伸縮に対しても充分な耐性を有した新たなる負極とすることが出来るのである。   In this way, the negative electrode as a whole has sufficient resistance against expansion and contraction due to repeated charging and discharging of a lithium secondary battery, compared to a conventional negative electrode made of a single plate of silicon laminated on the surface of a copper foil. A new negative electrode can be obtained.

よって、まずシリコンを負極に用いることでリチウム二次電池の初期充電容量が高くすることが出来、さらに負極として本実施の形態にかかる負極を用いれば、結果としてリチウム二次電池の初期充電容量を高く出来るのみならず、充放電に伴う負極の激しい伸縮にも容易に追従することが出来るので、サイクル特性の向上が出来る。即ちリチウム二次電池を何度も繰り返し利用することが出来るようになり、つまりこれを長寿命化することが出来るようになる。   Therefore, the initial charge capacity of the lithium secondary battery can be increased by first using silicon as the negative electrode, and if the negative electrode according to the present embodiment is used as the negative electrode, the initial charge capacity of the lithium secondary battery is consequently increased. Not only can it be high, but it can also easily follow the intense expansion and contraction of the negative electrode that accompanies charging and discharging, so that the cycle characteristics can be improved. That is, the lithium secondary battery can be used over and over again, that is, the life can be extended.

但し鱗片状薄膜微粉末を極力微細なものにすれば良い、というものではないことには注意が必要である。これは、単体の負極の体積を「1」とした場合、これに代えて本願発明の微粉末を負極として用いた場合、微粉末同士の積み重ね方によっては無為な空間が生じることがある。即ち所望の特定体積内に微粉末を充填し、その結果所望の特定体積内に無為な空間が生じることなく完璧に充填が出来たならば充填率100%となるが、実際には上述の通りそのようにはならず、どうしても無為な空間が生じてしまう。そしてリチウム二次電池の負極として用いるのであれば、この充填率は40%以上は必要であるところ、微粉末の平均長径を特定値より大きくしてしまうと前述した無為な空間が多数発生してしまい、必要な充填率を達することが困難となる。また微粉末それ自体の平均長径が一定以上になってしまうと、これを含有したペーストを塗布した時にあって、塗布表面をいくら平坦なものにしようとしても微粉末の例えば端部同士が重なり合ってしまい、その結果無視できない凹凸が生じてしまいかねない。つまり電極の表面としては許容できない凹凸が生じてしまうことになりかねないのである。また微粉末の平均長径が必要以上に小さくなってしまうと、微粉末同士の間に働く力のためにどうしても充填率を必要なまでに引き上げることが困難となってしまうのである。   However, it should be noted that it is not necessary to make the scaly thin film fine powder as fine as possible. When the volume of the single negative electrode is “1”, when the fine powder of the present invention is used instead as the negative electrode, an unnecessary space may be generated depending on how the fine powders are stacked. That is, if the fine powder is filled in the desired specific volume, and as a result, the filling can be completed completely without generating a useless space in the desired specific volume, the filling rate becomes 100%. This is not the case, and a useless space is inevitably produced. And if it is used as a negative electrode of a lithium secondary battery, this filling rate needs to be 40% or more. However, if the average major axis of the fine powder is made larger than a specific value, a large number of the above-mentioned useless spaces are generated. Therefore, it becomes difficult to reach the required filling rate. In addition, when the average major axis of the fine powder itself becomes a certain value or more, there is a time when a paste containing the fine powder is applied, and the end portions of the fine powder overlap each other no matter how flat the coated surface is. As a result, unevenness that cannot be ignored may occur. In other words, the surface of the electrode may cause unacceptable irregularities. Further, if the average major axis of the fine powder becomes smaller than necessary, it becomes difficult to raise the filling rate to a necessary level due to the force acting between the fine powders.

本願発明における平均長径につきさらに述べると、リチウムイオン二次電池の電極の表面は極力均一でなければならず、即ち本願発明にあっては銅箔の表面に塗布等により積層されるペーストの塗布後表面は極力平坦でなければならない。しかもその厚みは1μm以上30μm以下であることが求められる。よって微粒子の平均厚みが一定値以上厚いものとなってしまうと、ペーストを平坦に塗布しようとしてもペーストに含有される微粉末が必要以上に長いと、互いの微粉末が重なり合ってしまうことによりどうしても表面に凹凸が生じてしまう可能性がある。そこで本願発明にあってはその平均長径を100μm以下としているのである。換言するならば、この値を超えるようであると、ペーストを均一に積層することが出来なくなってしまうのである。また逆に0.1μmに満たない平均長径の微粉末を用いると、今度は先に述べた充填率を達成することが出来なくなることより、結果として体積当たりの電池容量を向上させられなくなってしまう。   The average major axis in the present invention will be further described. The surface of the electrode of the lithium ion secondary battery must be as uniform as possible, that is, in the present invention, after applying the paste laminated on the surface of the copper foil. The surface must be as flat as possible. Moreover, the thickness is required to be 1 μm or more and 30 μm or less. Therefore, if the average thickness of the fine particles becomes thicker than a certain value, the fine powder contained in the paste is longer than necessary even if the paste is applied flatly. The surface may be uneven. Therefore, in the present invention, the average major axis is set to 100 μm or less. In other words, if this value is exceeded, the paste cannot be uniformly laminated. On the other hand, if a fine powder having an average major diameter of less than 0.1 μm is used, the above-mentioned filling rate cannot be achieved, and as a result, the battery capacity per volume cannot be improved. .

また微粉末の厚みが一定の厚みを超えてしまうと、先に述べたように、従来単体を負極とした場合における説明と同様な現象が個々の微粉末に生じてしまうことがわかった。つまり、リチウムを吸蔵する微粉末と言えど限界以上に急激に膨張し、その後リチウムを脱離すると急激に収縮し、その結果微粉末自体がさらに微粉砕されてしまい、その機能を失う現象を生じてしまうことを見いだしたのである。また厚みが一定の厚み以下となってしまうと、そもそもリチウムの吸蔵脱離機能を発揮できなくなってしまうし、薄すぎる鱗片状微粉末の扱いが非常に困難となる、という問題も生じてしまう。   Further, it has been found that when the thickness of the fine powder exceeds a certain thickness, as described above, the same phenomenon as described in the case where the conventional simple substance is used as the negative electrode occurs in each fine powder. In other words, even though it is a fine powder that occludes lithium, it expands abruptly beyond the limit and then shrinks rapidly when lithium is desorbed, resulting in a phenomenon that the fine powder itself is further pulverized and loses its function. I found out. If the thickness is less than a certain thickness, the function of occluding and desorbing lithium cannot be exhibited in the first place, and the problem that it becomes very difficult to handle the flaky fine powder that is too thin is also caused.

本願発明における平均厚みにつきさらに述べると、発明者が種々検討した結果、平均厚みが3μmを超えてしまうと微粉末自体の微粉砕が観測されたので、本願発明ではその上限を3μmとした。また微粉末それ自体の扱いを容易に行える厚みの下限は、やはり発明者が種々検討した結果0.01μmであった。   The average thickness in the present invention will be further described. As a result of various studies by the inventors, if the average thickness exceeds 3 μm, fine powder itself was observed to be finely pulverized, so the upper limit was set to 3 μm in the present invention. The lower limit of the thickness at which the fine powder itself can be easily handled was 0.01 μm as a result of various studies by the inventors.

さらに平均長径及び平均厚みそれぞれに関しては上記の通りであったが、微粉末個体の形状を左右するアスペクト比としては5以上であることが好ましいことも、やはり発明者が種々検討した結果判明した。   Further, although the average major axis and the average thickness were as described above, it was found that the aspect ratio that affects the shape of the individual fine powder is preferably 5 or more as a result of various studies by the inventors.

よって本願発明にあっては、微粉末の平均長径は0.1μm以上100μm以下であることが、平均厚みは0.01μm以上3μm以下であることが、またアスペクト比は5以上であることが、それぞれ好適であるとした。   Therefore, in the present invention, the average major axis of the fine powder is 0.1 μm or more and 100 μm or less, the average thickness is 0.01 μm or more and 3 μm or less, and the aspect ratio is 5 or more. Each was considered suitable.

以上、用いた鱗片状薄膜微粉末として第1の実施の形態において説明したものを用いたが、第2の実施の形態において説明したものを用いても同様であるため、その説明は省略する。   As described above, the scaly thin film fine powder used is the same as that described in the first embodiment. However, since the same as that described in the second embodiment is used, the description thereof is omitted.

さらに第3の実施の形態において説明した鱗片状薄膜微粉末を用いても、同様であることを述べておくが、これに関しては以下簡単に説明しておく。   Furthermore, it is stated that the same thing can be said even when the scaly thin film fine powder described in the third embodiment is used, but this will be briefly described below.

第3の実施の形態にかかる微粉末は、(A)リチウムを可逆的に吸蔵脱離可能とする物質と、(B)リチウムを可逆的に吸蔵脱離可能としない物質と、を同時に積層してなる構成を有しているものである。これは、リチウムを可逆的に吸蔵脱離可能とする物質のみを用いた微粉末を利用したものであれば、リチウムを吸蔵脱離可能とする速度等を制御しにくくなる状況が生じる可能性があるため、結果、リチウム二次電池の寿命をさほど長くさせられない場合が生じることが考えられる。そこでそのような現象が生じないようにするために、(A)と(B)とを同時に積層した微粉末としているのである。   The fine powder according to the third embodiment is obtained by simultaneously laminating (A) a substance capable of reversibly occluding and desorbing lithium and (B) a substance not capable of reversibly occluding and desorbing lithium. It has the structure which consists of. This is because if a fine powder using only a substance capable of reversibly occluding and desorbing lithium is used, it may become difficult to control the speed at which lithium can be occluded and desorbed. Therefore, as a result, it may be possible that the life of the lithium secondary battery cannot be made so long. Therefore, in order to prevent such a phenomenon from occurring, (A) and (B) are formed into fine powders laminated simultaneously.

つまり、従来のリチウム二次電池に用いるシリコンによる負極であれば、リチウムの吸蔵を制御するためとして、集電体の表面にリチウムを吸蔵可能とするシリコンと、吸蔵可能としない物質(例えばニッケル)とを交互に積層することが提案されていたが、この場合繰り返し相互の積層工程を実行する必要があり、負極製造に多工程を要し、時間がかかってしまう問題があった。さらに交互に積層したとしても、特にシリコンがリチウム二次電池の充放電に伴い負極が激しく膨張収縮を繰り返すのは変わらないため、結局負極が破損してしまうという現象が生じていた。しかし第3の実施の形態で説明した分散液であれば、最初から個々の微粉末には(A)リチウムを可逆的に吸蔵脱離可能とする物質と(B)リチウムを可逆的に吸蔵脱離可能としない物質とが同時に含有されていることより、これを含んだペースト全体を観察すると、ペースト全体としてリチウムを吸蔵脱離可能とすることを制御しやすくしたものを得られるのである。   That is, in the case of a negative electrode made of silicon used in a conventional lithium secondary battery, in order to control the occlusion of lithium, silicon that can occlude lithium on the surface of the current collector and a substance that does not occlude (eg, nickel) However, in this case, it is necessary to repeatedly perform the lamination process, and there are problems that many steps are required for manufacturing the negative electrode, which takes time. Further, even if the layers are alternately laminated, the negative electrode is repeatedly expanded and contracted particularly due to the charging / discharging of the lithium secondary battery, so that the negative electrode is eventually damaged. However, in the case of the dispersion described in the third embodiment, from the beginning, each fine powder has (A) a substance capable of reversibly occluding and desorbing lithium and (B) reversibly occluding and desorbing lithium. Since a substance that cannot be separated is contained at the same time, observation of the entire paste containing the substance makes it easy to control the ability of the entire paste to occlude and desorb lithium.

当然、この負極は先に述べたのと同等の理由により、激しい伸縮にも追従可能な負極となせるので、リチウム二次電池を何度も繰り返し利用することが出来るようになり、つまりこれを長寿命化することが出来るようになる。   Naturally, for the same reason as described above, the negative electrode can be made to follow a severe expansion and contraction, so that the lithium secondary battery can be used over and over again. It becomes possible to extend the life.

尚、研究者の実験等により、その詳細なメカニズムはともあれ、本願発明におけるリチウムを吸蔵脱離可能とする物質とそうでない物質との利用の仕方、即ちリチウムを吸蔵脱離可能とする物質のみによる鱗片状薄膜微粉末、両方を同時に積層してなる鱗片状薄膜微粉末、をどのように用いても、つまり第1の実施の形態から第3の実施の形態において述べたいかなる構成を採用しても、結果としてエネルギー密度を高くすると同時に、何度も繰り返し利用することが出来るようになった、即ち長寿命化することが出来るようになったリチウム二次電池が得られたものであることを述べておく。   It should be noted that, depending on the experiment by researchers, whatever the detailed mechanism, the use of the substance capable of occluding and desorbing lithium in the present invention and the substance other than that, that is, only the substance capable of occluding and desorbing lithium No matter how the scale-like thin film fine powder or the scale-like thin film fine powder obtained by laminating both at the same time, that is, any configuration described in the first to third embodiments is adopted. As a result, it is possible to obtain a lithium secondary battery that can increase the energy density and at the same time can be used over and over again, that is, can have a long life. Let me state.

ちなみに、ここで述べた負極を用いたリチウム二次電池にあって、正極としては従来のものと同様にコバルト酸リチウムなどのリチウム遷移金属酸化物が用いられ、また電解液としては以下のものが好適なものとしてあげられることを付言しておく。   By the way, in the lithium secondary battery using the negative electrode described here, a lithium transition metal oxide such as lithium cobaltate is used as the positive electrode as in the conventional case, and the following is used as the electrolyte. It should be noted that it can be cited as suitable.

また本願発明にかるリチウム二次電池の電解液としては次のようなものとすることが考えられる。   Further, it is conceivable that the electrolyte solution of the lithium secondary battery according to the present invention is as follows.

<1>非水電解質の溶剤としては、例えば
(1) 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、等の環状炭酸エステルと、
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、等の鎖状炭酸エステルと、
これら両者の混合溶剤。
(2) 環状炭酸エステルと、
1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、等のエーテルと、
これら両者の混合溶剤。
等が例示される。
<1> Examples of the nonaqueous electrolyte solvent include (1) cyclic carbonates such as ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, and vinylene carbonate;
Chain carbonates such as dimethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, diethyl carbonate, and the like;
Mixed solvent of these two.
(2) a cyclic carbonate,
Ethers such as 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane,
Mixed solvent of these two.
Etc. are exemplified.

<2>非水電解質の溶質としては、例えば
(1) LiXFp
(式中、XはP、As、Sb、Al、B、Bi、Ga又はInであり、
X=P、As又はSb の時はp=6であり
X=Al、B、Bi、Ga又はIn の時はp=4である)
(2)LiCFSO
(3)LiN(C(2m+1)SO)(C(2n+1)SO
(式中、m及びnはそれぞれ独立して1〜4の整数である),
(4)LiC(ClF(2l+1)SO)(C(2m+1)SO)(C(2n+1)SO
(式中、l、m及びnはそれぞれ独立して1〜4の整数である)
及びこれらの混合物が例示される。
<2> As the solute of the nonaqueous electrolyte, for example, (1) LiXFp
(Wherein X is P, As, Sb, Al, B, Bi, Ga or In;
(When X = P, As, or Sb, p = 6, and when X = Al, B, Bi, Ga, or In, p = 4)
(2) LiCF 3 SO 3 ,
(3) LiN (C m F (2m + 1) SO 2) (C n F (2n + 1) SO 2)
(Wherein m and n are each independently an integer of 1 to 4),
(4) LiC (ClF (2l + 1) SO 2) (C m F (2m + 1) SO 2) (C n F (2n + 1) SO 2)
(Wherein, l, m and n are each independently an integer of 1 to 4)
And mixtures thereof.

尚、非水電解質として、ポリエチレンオキシド、ポリアクリロニトリル、等の高分子に非水電解液を含浸せしめてなるゲル状高分子電解質を用いても良い。さらにまた、電極特性、サイクル特性、保存特性等を改善するために、例えばビニレンカーボネート(VC)、フルオロエチレンカーボネート(FEC)、エチレンサルファイト(ES)、ビニルエチレンカーボネート(VEC)、等、種々の添加物を添加することが好適になされる。   As the nonaqueous electrolyte, a gel polymer electrolyte obtained by impregnating a polymer such as polyethylene oxide or polyacrylonitrile with a nonaqueous electrolyte may be used. Furthermore, in order to improve electrode characteristics, cycle characteristics, storage characteristics, etc., various kinds of vinylene carbonate (VC), fluoroethylene carbonate (FEC), ethylene sulfite (ES), vinyl ethylene carbonate (VEC), etc. It is preferred to add additives.

この点に関しさらに説明を加える。
リチウム二次電池において、電極表面において電解液の溶媒が分解するという現象は知られているところであるが、この現象故にリチウム二次電池の保存特性やサイクル特性が低下してしまうこともまた知られているところである。そこでこの問題に対処するために、電極を保護するための皮膜を形成することが出来る物質を添加物として、その少量を電解液中に添加することが行われる。この対処法は従来の炭素(グラファイト)を電極又は集電板として用いた場合に限定されるものではなく、本実施の形態に見られるように、スズやシリコンなどの金属、その酸化物等を電極又は集電板として用いた場合にあっても有効であり、本実施の形態においても同様の処理を施すことで、より性能の高められたリチウム二次電池を得ることが出来るのである。
This point will be further explained.
In lithium secondary batteries, the phenomenon that the electrolyte solvent decomposes on the electrode surface is known, but it is also known that the storage characteristics and cycle characteristics of the lithium secondary battery deteriorate due to this phenomenon. It is in place. Therefore, in order to cope with this problem, a substance capable of forming a film for protecting the electrode is used as an additive, and a small amount thereof is added to the electrolytic solution. This countermeasure is not limited to the case where conventional carbon (graphite) is used as an electrode or a current collector plate. As seen in this embodiment, a metal such as tin or silicon, its oxide, etc. Even when used as an electrode or a current collector, it is effective, and a lithium secondary battery with higher performance can be obtained by performing the same process in this embodiment.

さらに加えて説明すると、リチウム二次電池の電極近辺では、電解液に用いられるエチレンカーボネートなどの有機溶媒が分解し、その分解生成物が電極表面に蓄積し、電極表面に皮膜を形成してしまう。そして蓄積が増大し皮膜が成長すると、皮膜の電気抵抗が高くなり、その結果電池としての性能が劣化してしまうのである。   In addition, in the vicinity of the electrode of the lithium secondary battery, an organic solvent such as ethylene carbonate used in the electrolytic solution is decomposed, and the decomposition product accumulates on the electrode surface and forms a film on the electrode surface. . When the accumulation increases and the film grows, the electric resistance of the film increases, and as a result, the performance as a battery deteriorates.

そこでこのような現象を防止するために、リチウム二次電池の電解液に電極表面に皮膜が形成されることを防止するための電極皮膜形成添加物を少量添加することが好適であり、本実施の形態にかかるリチウム二次電池にも同様に添加物を添加すればより性能の良いリチウム二次電池を得ることが出来る。   Therefore, in order to prevent such a phenomenon, it is preferable to add a small amount of an electrode film forming additive for preventing a film from being formed on the electrode surface in the electrolyte solution of the lithium secondary battery. If an additive is similarly added to the lithium secondary battery according to the embodiment, a lithium secondary battery with better performance can be obtained.

例えばVC、FEC、ES、VEC等を電極府膜形成添加物として少量を電解液に添加すると、これらの少量添加物は通常リチウム二次電池の電解液に用いられるEC等の有機溶媒より分解しやすい性質を有するので、電極付近でECが分解するよりも先に分解し電極付近に蓄積し、皮膜を形成するので、ECが電極付近で分解しても少量添加物の分解生成物の存在故にそれらが電極に蓄積し皮膜となって電気抵抗を高める、という現象が発生することを防止することが出来る。   For example, when VC, FEC, ES, VEC, etc. are added to the electrolytic solution as electrode film forming additives, these small additives are decomposed from organic solvents such as EC, which are usually used in the electrolytic solution of lithium secondary batteries. Because it has an easy nature, it decomposes before the EC decomposes near the electrode and accumulates near the electrode, forming a film, so even if EC decomposes near the electrode, there is a small amount of decomposition products of additives. It is possible to prevent the phenomenon that they accumulate on the electrode and become a film to increase the electrical resistance.

さらにまたこれらの物質、特にVCやFECを添加した場合、シリコンなどを電極に用いた場合の問題である電極の微粉化を防止することが出来ることを発明者は見いだした。これは本願発明における電極である、微粉末を電極表面に塗布した状態の電極であっても同様である。即ち微粉末を塗布することで電極を微粉化を防止することが出来るのみならず、さらにVCやFECを添加することでより一層電極の微粉化を防止することが出来るので、その結果、電極の長寿命化を実現でき、ひいてはリチウム二次電池の長寿命化を実現することが出来るようになるのである。   Furthermore, the inventors have found that the addition of these substances, particularly VC or FEC, can prevent the electrode from being pulverized, which is a problem when silicon or the like is used for the electrode. The same applies to an electrode in a state where fine powder is applied to the electrode surface, which is an electrode in the present invention. That is, by applying fine powder, not only can the electrode be prevented from being pulverized, but also by adding VC or FEC, the electrode can be further prevented from being pulverized. This makes it possible to extend the life of the lithium secondary battery and thus to extend the life of the lithium secondary battery.

このように電極表面に不要な皮膜が形成されることを防止するための皮膜形成を目的とした添加物を電解液に少量添加すること以外にも、難燃性、不燃性添加物を電解液に少量添加することでリチウム二次電池に難燃性、不燃性を付与しその安全性を高めること、過重電防止添加物を添加することで、規定以上に充電をすることで溶媒が分解し続けその結果ガスが発生しリチウム二次電池が破裂することを防止すること、が考えられ、またそのためにビニルスルホン、クロロアニソール、1−メチル−2−ピロリドン、アルキルスルホキシド、ホスフィンオキシド化合物、アルミニウムトリス(2、4−ペンタンジオネート)誘導体、ホウ酸アルキルエステル、フッ素含有脂肪族環状化合物、等を添加剤として用いるが、これらの行為は従来のリチウム二次電池に対して行われることと同等であるので、ここではこれ以上の詳述は省略する。   In addition to adding a small amount of additives for the purpose of film formation to prevent the formation of unnecessary films on the electrode surface in this way, in addition to adding a small amount of flame retardant and non-flammable additives to the electrolyte solution By adding a small amount to the lithium secondary battery, flame retardancy and non-flammability are imparted to increase its safety, and by adding an overload prevention additive, the solvent decomposes when charged more than specified. As a result, it is conceivable that gas is generated and the lithium secondary battery is prevented from rupturing, and for that purpose, vinyl sulfone, chloroanisole, 1-methyl-2-pyrrolidone, alkyl sulfoxide, phosphine oxide compound, aluminum tris. (2,4-pentanedionate) derivatives, boric acid alkyl esters, fluorine-containing aliphatic cyclic compounds, etc. are used as additives. Since it is equivalent to be made to the lithium secondary battery, which more in detail will be omitted here.

本願発明にかかる鱗片状薄膜微粉末分散液を実際に用いてリチウム二次電池の負極を得た場合につき、さらに実施例を交えて以下説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。   The case where the negative electrode of the lithium secondary battery is obtained by actually using the flaky thin film fine powder dispersion according to the present invention will be further described below with examples, but the present invention is limited to these examples. It is not a thing.

また、以下の実施例及び比較例においては、対極としてリチウム箔を用いた試験用電池(ハーフセル)を用いることとするが、これは本願発明にかかる鱗片状薄膜微粉末分散系を用いたリチウム二次電池の負極特性のみを評価することを目的としたためである。そして対極のリチウム泊をコバルト三リチウムなどのリチウム遷移金属酸化物からなる正極に単純に置換すれば、実際のリチウム二次電池を得ることが出来ることを述べておく。   Further, in the following examples and comparative examples, a test battery (half cell) using a lithium foil as a counter electrode is used, which is a lithium secondary battery using a scaly thin film fine powder dispersion system according to the present invention. This is because the purpose is to evaluate only the negative electrode characteristics of the secondary battery. It should be noted that an actual lithium secondary battery can be obtained by simply substituting the lithium terminal of the counter electrode with a positive electrode made of a lithium transition metal oxide such as cobalt trilithium.

(実施例1)
図1に示した概略断面構造の負極を用いて、コイン電池を作製した。
負極微粉末として図2(a)のような膜厚100nm、平均粒径4.44μmのシリコンの単層微粉を用い、導電助剤のケッチェンブラック、結着剤のカルボキシメチルセルロースナトリウムとそれぞれ重量比で75:15:10の割合でめのう乳鉢を用いて混合し、粘性を持つペーストを作製した。アセトンで約30分間超音波洗浄し、その後乾燥させた集電体の銅箔(Φ15×0.05mm)上に上記のペーストを、直径は約10mm、厚さ約50μmになるように塗布した。その後、80℃で12時間以上真空乾燥を行うことにより負極を作製した。
Example 1
A coin battery was manufactured using the negative electrode having the schematic cross-sectional structure shown in FIG.
As a negative electrode fine powder, a silicon single layer fine powder having a film thickness of 100 nm and an average particle diameter of 4.44 μm as shown in FIG. 2A is used, and the weight ratio of the conductive additive ketjen black and the binder carboxymethyl cellulose sodium is respectively. The mixture was mixed using an agate mortar at a ratio of 75:15:10 to prepare a viscous paste. The paste was applied to a copper foil (Φ15 × 0.05 mm) of a current collector that had been ultrasonically cleaned with acetone for about 30 minutes and then dried so as to have a diameter of about 10 mm and a thickness of about 50 μm. Then, the negative electrode was produced by performing vacuum drying at 80 degreeC for 12 hours or more.

対極には厚さ0.5mm、直径15mmのリチウム箔を使用した。
電解液にはエチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)を体積比で1:1となるように混合した溶剤に、過塩素酸リチウムを1M(mol/l)溶解したものを用いた。
A lithium foil having a thickness of 0.5 mm and a diameter of 15 mm was used for the counter electrode.
As the electrolytic solution, a solution obtained by dissolving 1 M (mol / l) of lithium perchlorate in a solvent in which ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) were mixed at a volume ratio of 1: 1 was used.

図3に示すように二極式のコイン型セルを用いて、上記作用極と対極、電解液を負極―対極間にセパレーターのCelgard 2326を挟んでコイン電池を作製した。セルの組み立ては循環装置付アルゴングローボックス内で行った。   As shown in FIG. 3, a coin battery was fabricated using a bipolar coin-type cell, with the working electrode and the counter electrode, and a separator Celgard 2326 sandwiched between the negative electrode and the counter electrode. The cell was assembled in an argon glow box with a circulation device.

(実施例2)
図1に示した概略断面構造の負極を用いて、コイン電池を作製した。
負極微粉末として図2(b)のような膜厚30nmのニッケル層の上下面を膜厚30nmのシリコン層で挟んだ積層構造を有し、平均粒径が4.46μmの積層微粉を用い、導電助剤のケッチェンブラック、結着剤のカルボキシメチルセルロースナトリウムとそれぞれ重量比で75:15:10の割合でめのう乳鉢を用いて混合し、粘性を持つスラリーを作製した。アセトンで約30分間超音波洗浄し、その後乾燥させた集電体の銅箔(Φ15×0.05mm)上に上記のスラリーを、直径は約10mm、厚さ約50μmになるように塗布した。その後、80℃で12時間以上真空乾燥を行うことにより負極を作製した。
以下は実施例1と同様にして、コイン電池を組み立てた。
(Example 2)
A coin battery was manufactured using the negative electrode having the schematic cross-sectional structure shown in FIG.
As a negative electrode fine powder, a laminated structure in which the upper and lower surfaces of a nickel layer with a film thickness of 30 nm as shown in FIG. 2B are sandwiched between silicon layers with a film thickness of 30 nm is used, and a laminated fine powder with an average particle size of 4.46 μm is used. The mixture was mixed with ketjen black, a conductive additive, and sodium carboxymethylcellulose, a binder, at a weight ratio of 75:15:10, using an agate mortar to prepare a viscous slurry. The above slurry was applied on a copper foil (Φ15 × 0.05 mm) of a current collector that had been ultrasonically cleaned with acetone for about 30 minutes and then dried so as to have a diameter of about 10 mm and a thickness of about 50 μm. Then, the negative electrode was produced by performing vacuum drying at 80 degreeC for 12 hours or more.
A coin battery was assembled in the same manner as in Example 1 below.

(実施例3)
図1に示した概略断面構造の負極を用いて、コイン電池を作製した。
負極微粉末として図2(c)のような膜厚15nmのニッケル層の上下面を膜厚30nmのシリコン層で挟んだ積層構造を有し、平均粒径が4.47μmの積層微粉を用い、導電助剤のケッチェンブラック、結着剤のカルボキシメチルセルロースナトリウムとそれぞれ重量比で75:15:10の割合でめのう乳鉢を用いて混合し、粘性を持つスラリーを作製した。アセトンで約30分間超音波洗浄し、その後乾燥させた集電体の銅箔(Φ15×0.05mm)上に上記のスラリーを、直径は約10mm、厚さ約50μmになるように塗布した。その後、80℃で12時間以上真空乾燥を行うことにより負極を形成した。
以下は実施例1と同様にして、コイン電池を組み立てた。
(Example 3)
A coin battery was manufactured using the negative electrode having the schematic cross-sectional structure shown in FIG.
As a negative electrode fine powder, a laminated fine powder having a laminated structure in which the upper and lower surfaces of a nickel layer having a thickness of 15 nm as shown in FIG. 2C are sandwiched between silicon layers having a thickness of 30 nm and having an average particle size of 4.47 μm is used. The mixture was mixed with ketjen black, a conductive additive, and sodium carboxymethylcellulose, a binder, at a weight ratio of 75:15:10, using an agate mortar to prepare a viscous slurry. The above slurry was applied on a copper foil (Φ15 × 0.05 mm) of a current collector that had been ultrasonically cleaned with acetone for about 30 minutes and then dried so as to have a diameter of about 10 mm and a thickness of about 50 μm. Then, the negative electrode was formed by performing vacuum drying for 12 hours or more at 80 degreeC.
A coin battery was assembled in the same manner as in Example 1 below.

(実施例4)
図1に示した概略断面構造の負極を用いて、コイン電池を作製した。
負極微粉末として図2(d)のような膜厚50nmのニッケル層の上下面を膜厚50nmのシリコン層で挟んだ積層構造を有し、平均粒径が4.76μmの積層微粉を用い、導電助剤のケッチェンブラック、結着剤のカルボキシメチルセルロースナトリウムとそれぞれ重量比で75:15:10の割合でめのう乳鉢を用いて混合し、粘性を持つスラリーを作製した。アセトンで約30分間超音波洗浄し、その後乾燥させた集電体の銅箔(Φ15×0.05mm)上に上記のスラリーを、直径は約10mm、厚さ約50μmになるように塗布した。その後、80℃で12時間以上真空乾燥を行うことにより負極を形成した。
以下は実施例1と同様にして、コイン電池を組み立てた。
Example 4
A coin battery was manufactured using the negative electrode having the schematic cross-sectional structure shown in FIG.
As a negative electrode fine powder, a laminated structure in which the upper and lower surfaces of a nickel layer having a thickness of 50 nm as shown in FIG. 2D are sandwiched by silicon layers having a thickness of 50 nm is used, and a laminated fine powder having an average particle size of 4.76 μm is used. The mixture was mixed with ketjen black, a conductive additive, and sodium carboxymethylcellulose, a binder, at a weight ratio of 75:15:10, using an agate mortar to prepare a viscous slurry. The above slurry was applied on a copper foil (Φ15 × 0.05 mm) of a current collector that had been ultrasonically cleaned with acetone for about 30 minutes and then dried so as to have a diameter of about 10 mm and a thickness of about 50 μm. Then, the negative electrode was formed by performing vacuum drying for 12 hours or more at 80 degreeC.
A coin battery was assembled in the same manner as in Example 1 below.

(実施例5)
図1に示した概略断面構造の負極を用いて、コイン電池を作製した。
負極微粉末として図2(e)のような膜厚60nmのシリコン層の上下面を膜厚15nmのニッケル層で挟んだ積層構造を有し、平均粒径が4.02μmの積層微粉を用い、導電助剤のケッチェンブラック、結着剤のカルボキシメチルセルロースナトリウムとそれぞれ重量比で75:15:10の割合でめのう乳鉢を用いて混合し、粘性を持つスラリーを作製した。アセトンで約30分間超音波洗浄し、その後乾燥させた集電体の銅箔(Φ15×0.05mm)上に上記のスラリーを、直径は約10mm、厚さ約50μmになるように塗布した。その後、80℃で12時間以上真空乾燥を行うことにより負極を形成した。
以下は実施例1と同様にして、コイン電池を組み立てた。
(Example 5)
A coin battery was manufactured using the negative electrode having the schematic cross-sectional structure shown in FIG.
A negative electrode fine powder having a laminated structure in which the upper and lower surfaces of a silicon layer having a film thickness of 60 nm as shown in FIG. 2E are sandwiched by nickel layers having a film thickness of 15 nm and having an average particle diameter of 4.02 μm is used. The mixture was mixed with ketjen black, a conductive additive, and sodium carboxymethylcellulose, a binder, at a weight ratio of 75:15:10, using an agate mortar to prepare a viscous slurry. The above slurry was applied on a copper foil (Φ15 × 0.05 mm) of a current collector that had been ultrasonically cleaned with acetone for about 30 minutes and then dried so as to have a diameter of about 10 mm and a thickness of about 50 μm. Then, the negative electrode was formed by performing vacuum drying for 12 hours or more at 80 degreeC.
A coin battery was assembled in the same manner as in Example 1 below.

(実施例6)
図1に示した概略断面構造の負極を用いて、コイン電池を作製した。
負極微粉末として図2(f)のような膜厚30nmの銅層の上下面を膜厚30nmのシリコン層で挟んだ積層構造を有し、平均粒径が4.56μmの積層微粉を用い、導電助剤のケッチェンブラック、結着剤のカルボキシメチルセルロースナトリウムとそれぞれ重量比で75:15:10の割合でめのう乳鉢を用いて混合し、粘性を持つスラリーを作製した。アセトンで約30分間超音波洗浄し、その後乾燥させた集電体の銅箔(Φ15×0.05mm)上に上記のスラリーを、直径は約10mm、厚さ約50μmになるように塗布した。その後、80℃で12時間以上真空乾燥を行うことにより負極を形成した。
以下は実施例1と同様にして、コイン電池を組み立てた。
(Example 6)
A coin battery was manufactured using the negative electrode having the schematic cross-sectional structure shown in FIG.
As the negative electrode fine powder, a laminated structure having a laminated structure in which the upper and lower surfaces of a copper layer with a thickness of 30 nm as shown in FIG. 2 (f) are sandwiched between silicon layers with a thickness of 30 nm, and an average particle size of 4.56 μm is used. The mixture was mixed with ketjen black, a conductive additive, and sodium carboxymethylcellulose, a binder, at a weight ratio of 75:15:10, using an agate mortar to prepare a viscous slurry. The above slurry was applied on a copper foil (Φ15 × 0.05 mm) of a current collector that had been ultrasonically cleaned with acetone for about 30 minutes and then dried so as to have a diameter of about 10 mm and a thickness of about 50 μm. Then, the negative electrode was formed by performing vacuum drying for 12 hours or more at 80 degreeC.
A coin battery was assembled in the same manner as in Example 1 below.

(比較例1)
実施例1の負極に替えて、作用極微粉末に−325meshのシリコン粉末(Aldrich)を用いて、実施例1と同様にして負極を形成した。
以下は実施例1と同様にして、コイン電池を組み立てた
(Comparative Example 1)
Instead of the negative electrode of Example 1, a negative electrode was formed in the same manner as in Example 1 by using -325 mesh silicon powder (Aldrich) as the working fine powder.
The following was performed in the same manner as in Example 1 to assemble the coin battery.

(リチウム二次電池の性能評価)
実施例1〜6及び比較例1で作製したリチウム二次電池の性能評価を以下の条件で充放電サイクル試験を行い、比較例1の電池と比較して性能を評価した。尚以下に示す電位は対極であるリチウム箔を基準としたものである。
(Performance evaluation of lithium secondary battery)
The performance evaluation of the lithium secondary battery produced in Examples 1-6 and Comparative Example 1 was conducted under the following conditions, and the performance was evaluated in comparison with the battery of Comparative Example 1. The potentials shown below are based on a lithium foil as a counter electrode.

充放電サイクル試験は、コイン電池を組み立ててから6時間後に定電流−定電圧充電方式(CC−CVモード)で充電を開始した。定電流充電の際の電流値はシリコンの理論容量を4198.8mAh/gとし、それぞれの作用極微粉末の重量から計算される容量を基準にしてレートがC/6(6hで理論容量となる電流値)になるように設定した。
充電電位が0.02Vに達するまで上記方法で求めた電流値で定電流充電を行なった後、定電圧充電方式に切り換え電流値が10μA以下になるまで充電を行った。
30分の休止時間を経て、放電をカットオフ電位1.5Vに達するまで行った。
その後の充電―放電間の休止時間は全て30分とした。
In the charge / discharge cycle test, charging was started by a constant current-constant voltage charging method (CC-CV mode) 6 hours after the coin battery was assembled. The current value at the time of constant-current charging is that the theoretical capacity of silicon is 418.8 mAh / g, and the rate is C / 6 (current that becomes the theoretical capacity at 6 h based on the capacity calculated from the weight of each working fine powder. Value).
After performing constant current charging with the current value obtained by the above method until the charging potential reached 0.02 V, switching to the constant voltage charging method was performed until the current value became 10 μA or less.
After a 30-minute rest period, the discharge was performed until the cut-off potential reached 1.5V.
The rest period between the subsequent charge and discharge was 30 minutes.

表1に充放電サイクル試験で得られた、1サイクル目、10サイクル目、20サイクル目、30サイクル目の容量及びそれぞれの1サイクル目の容量を基準とした容量維持率を示す。   Table 1 shows the capacity retention rates based on the capacities of the first cycle, the tenth cycle, the 20th cycle, the 30th cycle and the capacities of the first cycle obtained in the charge / discharge cycle test.

Figure 2011065983
Figure 2011065983










表1に示す結果から、本発明に従い作製した高アスペクト比を有するシリコン微粉末を用いた実施例1においては、−325meshのシリコン微粉末を用いた比較例1に比べて良好なサイクル特性を示した。また、ニッケル層をシリコン層で挟んだ積層構造を有する微粉末を用いた実施例2においては、比較例1や実施例1よりも良好なサイクル特性を示し、さらに実施例2におけるニッケル層の膜厚を15nmに減少させた実施例3やニッケル層、シリコン層何れの膜厚も50nmに増大させた実施例4においても良好なサイクル特性が得られた。実施例2とは逆にシリコン層をニッケル層で挟んだ積層構造を有する微粉末を用いた実施例5においても比較例1よりも良好なサイクル特性を示し、実施例2のニッケル層を銅層にした微粉末を用いた実施例6においても比較例1よりも良好なサイクル特性を示した。   From the results shown in Table 1, in Example 1 using the silicon fine powder having a high aspect ratio produced according to the present invention, the cycle characteristics are better than those in Comparative Example 1 using the -325 mesh silicon fine powder. It was. In Example 2 using fine powder having a laminated structure in which a nickel layer is sandwiched between silicon layers, cycle characteristics better than those of Comparative Example 1 and Example 1 are shown. Good cycle characteristics were also obtained in Example 3 in which the thickness was reduced to 15 nm and Example 4 in which the thickness of both the nickel layer and the silicon layer was increased to 50 nm. In contrast to Example 2, Example 5 using a fine powder having a laminated structure in which a silicon layer is sandwiched between nickel layers also shows better cycle characteristics than Comparative Example 1, and the nickel layer of Example 2 is a copper layer. Also in Example 6 using the fine powder, better cycle characteristics than Comparative Example 1 were shown.

(実施例7)
実施例1で用いた条件のうち、電解液のみをECとDECの等量混合溶媒に過塩素酸リチウムを1M溶解したものに、さらにビニレンカーボネート(VC)を5wt%添加したものに変更し、その他の条件は実施例1と同様にして、コイン電池を組み立てた。
(Example 7)
Of the conditions used in Example 1, the electrolyte solution alone was changed to a solution obtained by dissolving 1M lithium perchlorate in an equivalent solvent mixture of EC and DEC, and 5 wt% of vinylene carbonate (VC) was further added. Other conditions were the same as in Example 1, and a coin battery was assembled.

(実施例8)
実施例1で用いた条件のうち、電解液のみをECとDECの等量混合溶媒に過塩素酸リチウムを1M溶解したものに、さらにフルオロエチレンカーボネート(FEC)を5wt%添加したものに変更し、その他の条件は実施例1と同様にして、コイン電池を組み立てた。
(Example 8)
Of the conditions used in Example 1, the electrolyte solution was changed to a solution in which 1 M of lithium perchlorate was dissolved in a mixed solvent of EC and DEC, and 5 wt% of fluoroethylene carbonate (FEC) was added. The other conditions were the same as in Example 1, and a coin battery was assembled.

(実施例9)
実施例2で用いた条件のうち、電解液のみをECとDECの等量混合溶媒に過塩素酸リチウムを1M溶解したものに、さらにVCを5wt%添加したものに変更し、その他の条件は実施例2と同様にして、コイン電池を組み立てた。
Example 9
Of the conditions used in Example 2, the electrolytic solution alone was changed to a solution obtained by dissolving 1M lithium perchlorate in a mixed solvent of EC and DEC, and 5 wt% of VC was added. A coin battery was assembled in the same manner as in Example 2.

(実施例10)
実施例2で用いた条件のうち、電解液のみをECとDECの等量混合溶媒に過塩素酸リチウムを1M溶解したものに、さらにFECを5wt%添加したものに変更し、その他の条件は実施例2と同様にして、コイン電池を組み立てた。
(Example 10)
Of the conditions used in Example 2, the electrolytic solution alone was changed to one in which 1 M lithium perchlorate was dissolved in a mixed solvent of EC and DEC, and 5 wt% of FEC was added. A coin battery was assembled in the same manner as in Example 2.

(比較例2)
比較例1で用いた条件のうち、電解液のみをECとDECの等量混合溶媒に過塩素酸リチウムを1M溶解したものに、さらにVCを5wt%添加したものに変更し、その他の条件は比較例1と同様にして、コイン電池を組み立てた。
(Comparative Example 2)
Of the conditions used in Comparative Example 1, the electrolyte solution alone was changed to a solution obtained by dissolving 1M lithium perchlorate in a mixed solvent of equal amounts of EC and DEC, and further added with 5 wt% of VC. A coin battery was assembled in the same manner as in Comparative Example 1.

(比較例3)
比較例1で用いた条件のうち、電解液のみをECとDECの等量混合溶媒に過塩素酸リチウムを1M溶解したものに、さらにFECを5wt%添加したものに変更し、その他の条件は比較例1と同様にして、コイン電池を組み立てた。
(Comparative Example 3)
Of the conditions used in Comparative Example 1, the electrolyte solution alone was changed to one in which 1 M lithium perchlorate was dissolved in a mixed solvent of equal amounts of EC and DEC, and further 5 wt% of FEC was added. A coin battery was assembled in the same manner as in Comparative Example 1.

(リチウムニ次電池の性能評価)
実施例7〜10及び比較例2〜3で作製したリチウムニ次電池の性能評価を、以下の条件で充放電サイクル試験を行い、比較例2〜3の電池と比較して性能を評価した。尚以下に示す電位は対極であるリチウム箔を基準としたものである。
(Evaluation of lithium secondary battery performance)
The performance evaluation of the lithium secondary batteries produced in Examples 7 to 10 and Comparative Examples 2 to 3 was conducted under the following conditions, and the performance was evaluated in comparison with the batteries of Comparative Examples 2 to 3. The potentials shown below are based on a lithium foil as a counter electrode.

充放電サイクル試験は、コイン電池を組み立ててから6時間後に定電流−定電圧充電方式(CC−CVモード)で充電を開始した。定電流充電の際の電流値はシリコンの理論容量を4198.8mAh/gとし、それぞれの作用極微粉末の重量から計算される容量を基準にしてレートがC/6(6hで理論容量となる電流値)になるように設定した。
充電電位が0.02Vに達するまで上記方法で求めた電流値で定電流充電を行なった後、定電圧充電方式に切り換え電流値が10μA以下になるまで充電を行った。
30分の休止時間を経て、放電をカットオフ電位1.5Vに達するまで行った。
その後の充電―放電間の休止時間は全て30分とした。
In the charge / discharge cycle test, charging was started by a constant current-constant voltage charging method (CC-CV mode) 6 hours after the coin battery was assembled. The current value at the time of constant-current charging is that the theoretical capacity of silicon is 418.8 mAh / g, and the rate is C / 6 (current that becomes the theoretical capacity at 6 h based on the capacity calculated from the weight of each working fine powder. Value).
After performing constant current charging with the current value obtained by the above method until the charging potential reached 0.02 V, switching to the constant voltage charging method was performed until the current value became 10 μA or less.
After a 30-minute rest period, the discharge was performed until the cut-off potential reached 1.5V.
The rest period between the subsequent charge and discharge was 30 minutes.

表2に充放電サイクル試験で得られた、1サイクル目、10サイクル目、20サイクル目、30サイクル目の容量及びそれぞれの1サイクル目の容量を基準とした容量維持率を示す。   Table 2 shows the capacity retention rates based on the capacities of the first cycle, the tenth cycle, the 20th cycle, the 30th cycle and the capacities of the first cycle obtained in the charge / discharge cycle test.

Figure 2011065983
Figure 2011065983













表2に示す結果から、本発明に従い作製した高アスペクト比を有するシリコン微粉末を用い、添加物としてVC及びFECを添加した実施例7、8に関しては、添加物を添加物を用いていない表1の実施例1よりも格段にサイクル特性の向上が見られ、30サイクル後でも高い放電容量及び容量維持が得られた。また、ニッケル層をシリコン層で挟んだ積層構造を有する微粉末を用い、添加物としてVC及びFECを添加した実施例9、10に関しても、添加物を用いていない表1の実施例2と比べると30サイクル後の放電容量が向上し、また同程度以上の容量維持が得られた。一方、−325meshのシリコンを微粉末を用い、添加物としてVC及びFECを添加した比較例2、3は、添加物を用いていない表1の比較例1に比べるとサイクル特性が向上することは確認されたが、30サイクル後の放電容量及び容量維持は実施例7、8,9、10に比べて低かった。即ち、VC及びFECの添加効果は、特に本発明に従い作製したシリコン微粉末及びニッケル層をシリコン層で挟んだ積層構造を有する微粉末を用いた時に高いことがわかった。   From the results shown in Table 2, with respect to Examples 7 and 8 in which a fine silicon powder having a high aspect ratio prepared according to the present invention was used and VC and FEC were added as additives, Tables in which no additives were used were used. The cycle characteristics were remarkably improved as compared with Example 1 of 1, and high discharge capacity and capacity maintenance were obtained even after 30 cycles. Further, Examples 9 and 10 in which fine powder having a laminated structure in which a nickel layer is sandwiched between silicon layers and VC and FEC are added as additives are also compared with Example 2 in Table 1 in which no additive is used. As a result, the discharge capacity after 30 cycles was improved, and the same or higher capacity was maintained. On the other hand, Comparative Examples 2 and 3 in which fine powder of −325 mesh silicon is used and VC and FEC are added as additives are improved in cycle characteristics as compared with Comparative Example 1 in Table 1 in which no additives are used. As confirmed, the discharge capacity and capacity maintenance after 30 cycles were lower than those of Examples 7, 8, 9, and 10. That is, it has been found that the effect of adding VC and FEC is particularly high when using a silicon fine powder produced according to the present invention and a fine powder having a laminated structure in which a nickel layer is sandwiched between silicon layers.

(実施例11)
実施例1の負極に替えて、負極微粉末として膜厚50nm、平均粒径4.19μmのシリコンの単層微粉を用いて、実施例1と同様にして負極を形成した。また、実施例1で用いた条件のうち、電解液のみをECとDECの等量混合溶媒に六フッ化リン酸リチウムを1M溶解したものに変更し、その他の条件は実施例1と同様にして、コイン電池を組み立てた。
(Example 11)
Instead of the negative electrode of Example 1, a negative electrode was formed in the same manner as in Example 1 by using a single-layer fine powder of silicon having a film thickness of 50 nm and an average particle size of 4.19 μm as the negative electrode fine powder. In addition, among the conditions used in Example 1, only the electrolytic solution was changed to a solution in which 1M of lithium hexafluorophosphate was dissolved in an equal mixed solvent of EC and DEC, and other conditions were the same as in Example 1. I assembled a coin battery.

(実施例12)
実施例1の負極に替えて、負極微粉末として膜厚200nm、平均粒径4.79μmのシリコンの単層微粉を用いて、実施例1と同様にして負極を形成した。また、実施例1で用いた条件のうち、電解液のみをECとDECの等量混合溶媒に六フッ化リン酸リチウムを1M溶解したものに変更し、その他の条件は実施例1と同様にして、コイン電池を組み立てた。
(Example 12)
Instead of the negative electrode of Example 1, a negative electrode was formed in the same manner as in Example 1 by using a single-layer fine silicon powder having a film thickness of 200 nm and an average particle size of 4.79 μm as the negative electrode fine powder. In addition, among the conditions used in Example 1, only the electrolytic solution was changed to a solution in which 1M of lithium hexafluorophosphate was dissolved in an equal mixed solvent of EC and DEC, and other conditions were the same as in Example 1. I assembled a coin battery.

(実施例13)
実施例12で用いた条件のうち、電解液のみをECとDECの等量混合溶媒に六フッ化リン酸リチウムを1M溶解したものに、さらにVCを10wt%添加したものに変更し、その他の条件は実施例1と同様にして、コイン電池を組み立てた。
(Example 13)
Of the conditions used in Example 12, the electrolytic solution alone was changed to a solution in which 1M of lithium hexafluorophosphate was dissolved in an equal mixed solvent of EC and DEC, and further 10 wt% of VC was added. The coin battery was assembled under the same conditions as in Example 1.

(リチウムニ次電池の性能評価)
実施例7〜10及び比較例2〜3で作製したリチウムニ次電池の性能評価を上記段落0139に記載した条件で充放電サイクル試験を行いその性能を評価した。表3に充放電サイクル試験で得られた、1サイクル目、10サイクル目、20サイクル目、30サイクル目、50サイクル目の容量及びそれぞれの1サイクル目の容量を基準とした容量維持率を示す。
(Evaluation of lithium secondary battery performance)
The performance evaluation of the lithium secondary batteries produced in Examples 7 to 10 and Comparative Examples 2 to 3 was performed under the conditions described in paragraph 0139, and the performance was evaluated. Table 3 shows the capacity retention rates based on the capacities of the first cycle, the 10th cycle, the 20th cycle, the 30th cycle and the 50th cycle and the capacities of the respective first cycles obtained in the charge / discharge cycle test. .

Figure 2011065983
Figure 2011065983


















表3の実施例11および実施例12に示す結果から、アスペクト比の異なるシリコン微粉末でも、アスペクト比が10以上であれば良好なサイクル特性が得られることがわかった。また、添加物としてVCを10wt%添加した実施例13では、50サイクル後でも容量維持率も80%以上であり、添加物を用いていない実施例12と比較することにより、本発明に従い作製したシリコン微粉末のサイクル特性向上に有効であることがわかった。   From the results shown in Example 11 and Example 12 in Table 3, it was found that good cycle characteristics could be obtained even with silicon fine powders having different aspect ratios if the aspect ratio was 10 or more. Further, in Example 13 in which 10 wt% of VC was added as an additive, the capacity retention rate was 80% or more even after 50 cycles, and was produced according to the present invention by comparison with Example 12 in which no additive was used. It was found to be effective for improving the cycle characteristics of silicon fine powder.

本願発明にかかる鱗片状薄膜微粉末分散液をもとに電極を製造し、この電極をリチウム二次電池の負極として用いれば、高容量でかつ良好なサイクル特性を有するリチウム二次電池を得ることが出来る。   By producing an electrode based on the scaly thin film fine powder dispersion according to the present invention and using this electrode as the negative electrode of a lithium secondary battery, a lithium secondary battery having a high capacity and good cycle characteristics can be obtained. I can do it.

1 集電体
2 微粉末
3 導電助剤
4 結着剤
5 膜厚100nmのシリコンの単層微粉
6 膜厚30nmのシリコン層
7 膜厚30nmのニッケル層
8 膜厚15nmのニッケル層
9 膜厚50nmのシリコン層
10 膜厚50nmのシリコン層
11 膜厚60nmのニッケル層
12 膜厚30nmの銅層
13 負極
14 リチウム箔
15 セパレーター
16 ポリテトラフルオロエチレンガイド
17 スプリング
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Current collector 2 Fine powder 3 Conductive auxiliary agent 4 Binder 5 100-nm-thick silicon single-layer fine powder 6 30-nm thick silicon layer 7 30-nm thick nickel layer 8 15-nm thick nickel layer 9 50-nm thick Silicon layer 10 50 nm thick silicon layer 11 60 nm thick nickel layer 12 30 nm thick copper layer 13 Negative electrode 14 Lithium foil 15 Separator 16 Polytetrafluoroethylene guide 17 Spring

Claims (14)

(A)リチウムを可逆的に吸蔵脱離可能とする金属単体、合金、又は金属化合物、の何れか単体による層、若しくは複数による積層、による薄膜、
又は
(B)リチウムを可逆的に吸蔵脱離可能とする金属単体、合金、又は金属化合物、の何れか単体による層、及び
リチウムを可逆的に吸蔵脱離可能としない金属単体、又は合金、の何れか単体による層、
の双方の層を用いて、合計2層以上となるように積層してなる薄膜、
の何れかの薄膜が微粉砕されてなるリチウム吸蔵脱離を可能とする鱗片状薄膜微粉末が溶剤中に含有されてなること
を特徴とする、リチウム二次電池電極に用いるための、鱗片状薄膜微粉末分散液。
(A) a thin film made of a single metal layer, an alloy, or a metal compound capable of reversibly occluding and desorbing lithium;
Or (B) a layer of any one of a simple substance, an alloy, or a metal compound capable of reversibly occluding and releasing lithium, and a simple substance or alloy not capable of reversibly occluding and releasing lithium. Any single layer,
A thin film formed by laminating so as to have a total of two or more layers using both layers
A scale-like thin film fine powder capable of occlusion and desorption of lithium formed by finely pulverizing any one of the above thin films is contained in a solvent, and is used for a lithium secondary battery electrode. Thin film fine powder dispersion.
基材フィルムである高分子樹脂フィルムの表面に、
樹脂による剥離層と、
(A)リチウムを可逆的に吸蔵脱離可能とする金属単体、合金、又は金属化合物、の何れか単体による層、若しくは複数による積層、による薄膜、
又は
(B)リチウムを可逆的に吸蔵脱離可能とする金属単体、合金、又は金属化合物、の何れか単体による層、及び
リチウムを可逆的に吸蔵脱離可能としない金属単体、又は合金、の何れか単体による層、
の双方の層を用いて、合計2層以上となるように積層してなる薄膜、
の何れかの薄膜を、真空蒸着法、又はスパッタリング法によって前記剥離層表面に積層して積層体を得る積層体製造工程と、
前記樹脂を溶解させることが可能な溶剤を用いつつ前記積層体から前記薄膜を剥離する薄膜層剥離工程と、
前記溶剤中に存在する前記薄膜を微粉砕する微粉砕工程と、
前記微粉砕工程後に、前記微粉砕された前記薄膜の前記溶剤中における固形分濃度を調整する濃度調整工程と、
を経て得られてなること、
を特徴としてなる、リチウム二次電池電極に用いるための、鱗片状薄膜微粉末分散液。
On the surface of the polymer resin film that is the base film,
A release layer made of resin;
(A) a thin film made of a single metal layer, an alloy, or a metal compound capable of reversibly occluding and desorbing lithium;
Or (B) a layer of any one of a simple substance, an alloy, or a metal compound capable of reversibly occluding and releasing lithium, and a simple substance or alloy not capable of reversibly occluding and releasing lithium. Any single layer,
A thin film formed by laminating so as to have a total of two or more layers using both layers
A laminate manufacturing process for obtaining a laminate by laminating any one of the above thin films on the surface of the release layer by vacuum deposition or sputtering,
A thin film layer peeling step of peeling the thin film from the laminate while using a solvent capable of dissolving the resin;
A fine grinding step for finely grinding the thin film present in the solvent;
After the fine pulverization step, a concentration adjustment step of adjusting the solid content concentration in the solvent of the finely pulverized thin film;
To be obtained through
A scaly thin film fine powder dispersion for use in a lithium secondary battery electrode.
請求項1又は請求項2に記載の鱗片状薄膜微粉末分散液であって、
前記鱗片状薄膜微粉末の、
1個の前記鱗片状薄膜微粉末の略平面視における端から端の長さのうち最も長い長さ、の前記鱗片状薄膜微粉末全体の値の平均値である平均長径が0.1μm以上100μm以下であり、
1個の前記鱗片状薄膜微粉末の略側面視における厚み、の前記鱗片状薄膜微粉末全体の値の平均値である平均厚みが0.01μm以上3μm以下であること、
を特徴とする、鱗片状薄膜微粉末分散液。
The scaly thin film fine powder dispersion according to claim 1 or 2,
Of the scaly thin film fine powder,
The average major axis, which is the average value of the entire scale-like thin film fine powder, of the longest length among the lengths from end to end in a substantially plan view of one piece of the scale-like thin film fine powder is 0.1 μm or more and 100 μm. And
An average thickness that is an average value of the entire scale-like thin film fine powder of the thickness of one scale-like thin film fine powder in a substantially side view is 0.01 μm or more and 3 μm or less;
A scaly thin film fine powder dispersion characterized by
請求項1ないし請求項3の何れか1項に記載の鱗片状薄膜微粉末分散液であって、
前記鱗片状薄膜微粉末の前記平均長径と前記平均厚みとの比、即ち平均長径/平均厚みで示されるアスペクト比が5以上であること、
を特徴とする、鱗片状薄膜微粉末分散液。
The scaly thin film fine powder dispersion according to any one of claims 1 to 3,
The ratio of the average major axis to the average thickness of the scaly thin film fine powder, that is, the aspect ratio represented by the average major axis / average thickness is 5 or more,
A scaly thin film fine powder dispersion characterized by
請求項1ないし請求項4の何れか1項に記載の鱗片状薄膜微粉末分散液であって、
前記薄膜が、(A)リチウムを吸蔵脱離可能とする物質として次の(1)〜(3)に示す一群の何れかを用いてなる単層又は複数層による薄膜であること、
を特徴とする、鱗片状薄膜微粉末分散液。
(1)金属単体:シリコン、スズ、ゲルマニウム、アルミニウム、インジウム、マグネシウム、カルシウム、鉛、ヒ素、アンチモン、ビスマス、銀、金、亜鉛、カドミウム
(2)合金:スズ−銅合金(CuSn)、ケイ素−マグネシウム合金(MgSi)、鉄−スズ合金(SnFe)、スズ−ニッケル合金(NixSn)、スズ−コバルト合金(CoxSn)、ケイ素−ニッケル合金(NiSi)、ケイ素−鉄合金(FeSi)、ニッケル−マグネシウム合金(MgxNi)、アンチモン−スズ合金(SnSb)、アンチモン−インジウム合金(InSb)、銀−スズ−アンチモン合金(AgSnSb)、
(3)金属化合物:(1)で示した金属単体を主とする酸化物又は硫化物、又は遷移金属酸化物又は硫化物
The scaly thin film fine powder dispersion according to any one of claims 1 to 4,
The thin film is a thin film of a single layer or a plurality of layers using any one of the following groups (1) to (3) as a substance capable of inserting and extracting lithium (A):
A scaly thin film fine powder dispersion characterized by
(1) Metal simple substance: silicon, tin, germanium, aluminum, indium, magnesium, calcium, lead, arsenic, antimony, bismuth, silver, gold, zinc, cadmium (2) Alloy: tin-copper alloy (Cu 5 Sn 5 ) , Silicon-magnesium alloy (Mg 2 Si), iron-tin alloy (Sn 2 Fe), tin-nickel alloy (NixSn), tin-cobalt alloy (CoxSn), silicon-nickel alloy (NiSi), silicon-iron alloy ( FeSi), nickel-magnesium alloy (MgxNi), antimony-tin alloy (SnSb), antimony-indium alloy (InSb), silver-tin-antimony alloy (AgSnSb),
(3) Metal compound: Oxide or sulfide mainly composed of a simple metal shown in (1), or transition metal oxide or sulfide
請求項1ないし請求項4の何れか1項に記載の鱗片状薄膜微粉末分散液であって、
前記薄膜が、(B)リチウムを吸蔵脱離可能とする物質として次の(1)〜(3)に示す一群の中の何れかを用いてなり、またリチウムを吸蔵脱離可能としない物質として次の(4)〜(5)に示す一群の中の何れかを用いてなること、
を特徴とする、鱗片状薄膜微粉末分散液。
(1)金属単体:シリコン、スズ、ゲルマニウム、アルミニウム、インジウム、マグネシウム、カルシウム、鉛、ヒ素、アンチモン、ビスマス、銀、金、亜鉛、カドミウム、
(2)合金:スズ−銅合金(CuSn)、ケイ素−マグネシウム合金(MgSi)、鉄−スズ合金(SnFe)、スズ−ニッケル合金(NixSn)、スズ−コバルト合金(CoxSn)、ケイ素−ニッケル合金(NiSi)、ケイ素−鉄合金(FeSi)、ニッケル−マグネシウム合金(MgxNi)、アンチモン−スズ合金(SnSb)、アンチモン−インジウム合金(InSb)、銀−スズ−アンチモン合金(AgSnSb)、
(3)金属化合物:(1)で示した金属単体を主とする酸化物又は硫化物、又は遷移金属酸化物又は硫化物
(4)金属単体:チタン、マンガン、鉄、ニッケル、クロム、銅、ジルコニウム、モリブデン、タンタル、タングステン
(5)合金:(4)で示した金属単体を主とする合金
The scaly thin film fine powder dispersion according to any one of claims 1 to 4,
The thin film (B) uses any one of the following groups (1) to (3) as a substance capable of occluding and desorbing lithium, and is not capable of occluding and desorbing lithium. Using any of the following groups (4) to (5):
A scaly thin film fine powder dispersion characterized by
(1) Metal simple substance: silicon, tin, germanium, aluminum, indium, magnesium, calcium, lead, arsenic, antimony, bismuth, silver, gold, zinc, cadmium,
(2) Alloy: Tin-copper alloy (Cu 5 Sn 5 ), silicon-magnesium alloy (Mg 2 Si), iron-tin alloy (Sn 2 Fe), tin-nickel alloy (NixSn), tin-cobalt alloy (CoxSn) ), Silicon-nickel alloy (NiSi), silicon-iron alloy (FeSi), nickel-magnesium alloy (MgxNi), antimony-tin alloy (SnSb), antimony-indium alloy (InSb), silver-tin-antimony alloy (AgSnSb) ),
(3) Metal compounds: Oxides or sulfides mainly composed of simple metals shown in (1), or transition metal oxides or sulfides (4) Simple metals: titanium, manganese, iron, nickel, chromium, copper, Zirconium, molybdenum, tantalum, tungsten (5) alloy: an alloy mainly composed of a single metal shown in (4)
請求項1ないし請求項6の何れか1項に記載の鱗片状薄膜微粉末分散液であって、
前記溶剤が水又は有機溶剤であること、
を特徴とする、鱗片状薄膜微粉末分散液。
The scaly thin film fine powder dispersion according to any one of claims 1 to 6,
The solvent is water or an organic solvent;
A scaly thin film fine powder dispersion characterized by
請求項1ないし請求項7の何れか1項に記載の鱗片状薄膜微粉末分散液における溶剤を除去する溶剤除去工程を経て得られてなること、
を特徴とする、鱗片状薄膜微粉末。
It is obtained through a solvent removal step of removing the solvent in the scaly thin film fine powder dispersion according to any one of claims 1 to 7.
A scaly thin film fine powder characterized by
請求項1ないし請求項7の何れか1項に記載の鱗片状薄膜微粉末分散液、又は請求項8に記載の鱗片状薄膜微粉末、の何れかと、導電性フィラーと、結着剤と、を一緒に混合することによって得られてなること、
を特徴とする、ペースト。
Any one of the flaky thin film fine powder dispersion according to any one of claims 1 to 7, or the flaky thin film fine powder according to claim 8, a conductive filler, a binder, Obtained by mixing together,
Characterized by a paste.
請求項9に記載のペーストであって、
前記導電性フィラーが高導電性カーボンブラックであり、
前記結着剤がポリフッ化ビニリデン、カルボキシメチルセルロース及びそのアルカリ金属塩、ポリアクリル酸及びそのアルカリ金属塩、の何れか若しくは複数の混合物であること、
を特徴とする、ペースト。
The paste according to claim 9,
The conductive filler is highly conductive carbon black;
The binder is any one or a mixture of polyvinylidene fluoride, carboxymethylcellulose and alkali metal salts thereof, polyacrylic acid and alkali metal salts thereof,
Characterized by a paste.
請求項9又は請求項10に記載のペーストを集電体表面に積層して得られること、
を特徴とする、電池用電極。
Obtained by laminating the paste according to claim 9 or 10 on the surface of the current collector,
A battery electrode.
請求項11に記載の電池用電極であって、
前記集電体が銅、ニッケル、アルミニウムの何れかであること、
を特徴とする、電池用電極。
The battery electrode according to claim 11,
The current collector is any one of copper, nickel, and aluminum;
A battery electrode.
請求項10ないし請求項12の何れか1項に記載の電池用電極を用いてなること、
を特徴とする、リチウム二次電池。
Using the battery electrode according to any one of claims 10 to 12,
A lithium secondary battery.
請求項10ないし請求項12の何れか1項に記載の電池用電極を用い、
かつ電解液中に電極皮膜形成添加物、難燃性添加物、不燃性添加物、過充電防止添加物、の何れか若しくは複数を添加してなること、
を特徴とする、リチウム二次電池。
Using the battery electrode according to any one of claims 10 to 12,
In addition, an electrode film-forming additive, a flame retardant additive, a non-flammable additive, an overcharge prevention additive, or a mixture of any or more of them in the electrolyte solution,
A lithium secondary battery.
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