JP2011086503A - Lithium ion secondary battery, and negative electrode for the same - Google Patents

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敬之 藤井
Kenichi Kawase
賢一 川瀬
Kiichi Hirose
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a lithium ion secondary battery capable of improving cycle characteristics. <P>SOLUTION: The lithium ion secondary battery has a positive electrode 21, a negative electrode 22, and an electrolyte, and the electrolyte is impregnated in a separator 23 arranged between the positive electrode 21 and the negative electrode 22. A negative electrode active material layer 22B of the negative electrode 22 includes negative electrode active material particles having silicon as a constituent element. A median diameter of the negative electrode active material particles is 1.6-6.2 μm, and an arithmetic standard deviation of the median diameter is 3.1 μm or below. Loss of discharge capacity is hardly generated during charge and discharge, and the negative electrode active material layer 22B is hardly crushed or collapsed. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、負極活物質層がケイ素を構成元素として有する複数の負極活物質粒子を含んでいるリチウムイオン二次電池用負極、およびそれを用いたリチウムイオン二次電池に関する。   The present invention relates to a negative electrode for a lithium ion secondary battery in which a negative electrode active material layer includes a plurality of negative electrode active material particles having silicon as a constituent element, and a lithium ion secondary battery using the negative electrode.

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

中でも、充放電反応としてリチウムイオンの吸蔵放出を利用する二次電池(リチウムイオン二次電池)は、大いに期待されている。鉛電池およびニッケルカドミウム電池よりも高いエネルギー密度が得られるからである。   Among them, a secondary battery (lithium ion secondary battery) that utilizes the insertion and release of lithium ions as a charge / discharge reaction is highly expected. This is because an energy density higher than that of the lead battery and the nickel cadmium battery can be obtained.

リチウムイオン二次電池は、正極および負極と共に電解液を備えている。この負極は、負極集電体の上に負極活物質層を有しており、その負極活物質層は、充放電反応に関わる負極活物質を含んでいる。   A lithium ion secondary battery includes an electrolyte solution together with a positive electrode and a negative electrode. This negative electrode has a negative electrode active material layer on a negative electrode current collector, and the negative electrode active material layer contains a negative electrode active material involved in a charge / discharge reaction.

負極活物質としては、炭素材料が広く用いられているが、最近では、電池容量のさらなる向上が求められていることから、ケイ素を用いることが検討されている。ケイ素の理論容量(4199mAh/g)は黒鉛の理論容量(372mAh/g)よりも格段に大きいため、電池容量の大幅な向上を期待できるからである。この場合には、ケイ素の単体に限らず、合金あるいは化合物なども検討されている。   As a negative electrode active material, a carbon material is widely used. Recently, since further improvement in battery capacity is required, the use of silicon has been studied. This is because the theoretical capacity of silicon (4199 mAh / g) is much larger than the theoretical capacity of graphite (372 mAh / g), so that significant improvement in battery capacity can be expected. In this case, not only a simple substance of silicon but also an alloy or a compound has been studied.

ところが、負極活物質としてケイ素を用いると、電池容量が高くなる一方でいくつかの問題が生じる。具体的には、充放電時において負極活物質が激しく膨張収縮するため、負極活物質層が粉砕崩落しやすくなる。また、負極活物質の反応性が高いため、電解液の分解反応が生じやすくなる。   However, when silicon is used as the negative electrode active material, the battery capacity increases, but some problems arise. Specifically, since the negative electrode active material expands and contracts violently during charge and discharge, the negative electrode active material layer is easily crushed and collapsed. In addition, since the negative electrode active material is highly reactive, a decomposition reaction of the electrolytic solution is likely to occur.

そこで、負極活物質としてケイ素を用いたリチウムイオン二次電池については、各種性能を向上させるためにさまざまな検討がなされている。   Thus, various studies have been made on lithium ion secondary batteries using silicon as the negative electrode active material in order to improve various performances.

充放電特性を向上させるために、正極あるいは負極における電極活物質の表面に金属粒子(粒径=0.0005μm〜10μm)を設けている(例えば、特許文献1参照。)。電池内部の抵抗上昇および容量減少を抑制するために、リチウムイオンを吸蔵放出する第1活物質層の上に、リチウムイオンと合金を形成する金属等およびリチウムイオンと合金を形成しない金属等を含む第2活物質層を設けている(例えば、特許文献2参照。)。充放電サイクル特性を向上させるために、ケイ素を主体とする薄膜の表面に金属を含有させている(例えば、特許文献3参照。)。サイクル寿命を向上させるために、ケイ素系材料からなる活物質層の上に、リチウム化合物の形成能が低い導電性材料からなる表面被覆層を設けている(例えば、特許文献4参照。)。充放電サイクル特性を向上させるために、ケイ素含有粒子(平均粒径(D50)=0.1μm〜10μm)の表面を金属薄膜で被覆している(例えば、特許文献5参照。)。優れた充放電効率を得るために、ケイ素を含む反応部の表面に金属酸化物からなる被覆部が設けられた負極材料を用いている(例えば、特許文献6参照。)。電子伝導性を向上させるために、負極活物質層に強磁性金属を含有させている(例えば、特許文献7参照。)。この場合において、負極活物質層は磁化を有し、磁化曲線により得られる最大磁化の強さは0.0006T(テスラ)以上である。応力集中を緩和して特性を向上させるために、濃度が厚さ方向において増加したのちに減少するように負極活物質層中に金属元素を含有させている(例えば、特許文献8参照。)。初期充電の過電圧を低くするために、リチウム化合物の形成能が低い金属材料で活物質の粒子の表面の少なくとも一部を被覆している(例えば、特許文献9〜13参照。)。 In order to improve charge / discharge characteristics, metal particles (particle size = 0.0005 μm to 10 μm) are provided on the surface of the electrode active material in the positive electrode or the negative electrode (see, for example, Patent Document 1). In order to suppress an increase in resistance and a decrease in capacity inside the battery, a metal that forms an alloy with lithium ions and a metal that does not form an alloy with lithium ions are included on the first active material layer that occludes and releases lithium ions. A second active material layer is provided (see, for example, Patent Document 2). In order to improve charge / discharge cycle characteristics, a metal is contained in the surface of a thin film mainly composed of silicon (for example, see Patent Document 3). In order to improve the cycle life, a surface coating layer made of a conductive material having a low ability to form a lithium compound is provided on an active material layer made of a silicon-based material (see, for example, Patent Document 4). In order to improve the charge / discharge cycle characteristics, the surface of silicon-containing particles (average particle diameter (D 50 ) = 0.1 μm to 10 μm) is covered with a metal thin film (see, for example, Patent Document 5). In order to obtain excellent charge / discharge efficiency, a negative electrode material in which a coating part made of a metal oxide is provided on the surface of a reaction part containing silicon is used (for example, see Patent Document 6). In order to improve the electron conductivity, the negative electrode active material layer contains a ferromagnetic metal (see, for example, Patent Document 7). In this case, the negative electrode active material layer has magnetization, and the maximum magnetization obtained by the magnetization curve is 0.0006 T (Tesla) or more. In order to relax the stress concentration and improve the characteristics, a metal element is included in the negative electrode active material layer so that the concentration decreases after increasing in the thickness direction (see, for example, Patent Document 8). In order to reduce the overvoltage of the initial charge, at least a part of the surface of the active material particles is covered with a metal material having a low lithium compound forming ability (see, for example, Patent Documents 9 to 13).

特開平11−250896号公報JP-A-11-250896 特開2003−217574号公報JP 2003-217574 A 特開2003−007295号公報JP 2003-007295 A 特開2004−228059号公報JP 2004-228059 A 特開2005−063767号公報Japanese Patent Laying-Open No. 2005-063767 特開2007−141666号公報JP 2007-141666 A 特開2007−257866号公報JP 2007-257866 A 特開2007−257868号公報JP 2007-257868 A 特開2008−016195号公報JP 2008-016195 A 特開2008−016196号公報JP 2008-016196 A 特開2008−016198号公報JP 2008-016198 A 特開2008−066278号公報JP 2008-066278 A 特開2008−277156号公報JP 2008-277156 A

近年、ポータブル電子機器は益々高性能化および多機能化しているため、その消費電力は増大する傾向にある。また、リチウムイオン二次電池の用途としては、電気自動車などの大型用途も検討されている。これにより、リチウムイオン二次電池では充放電が頻繁に繰り返されることが予想され、そのサイクル特性は低下しやすい状況にある。   In recent years, since portable electronic devices have become more sophisticated and multifunctional, their power consumption tends to increase. In addition, as a use of the lithium ion secondary battery, a large use such as an electric vehicle has been studied. Thereby, in a lithium ion secondary battery, it is anticipated that charging / discharging is repeated frequently, The cycling characteristics are in the condition which falls easily.

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、サイクル特性を向上させることが可能なリチウムイオン二次電池用負極およびリチウムイオン二次電池を提供することにある。   The present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide a negative electrode for a lithium ion secondary battery and a lithium ion secondary battery that can improve cycle characteristics.

本発明のリチウムイオン二次電池用負極は、負極集電体の上に負極活物質層を有すると共に、その負極活物質層がケイ素を構成元素として有する複数の負極活物質粒子を含むものである。この負極活物質粒子のメジアン径は1.6μm以上6.2μm以下であると共に、そのメジアン径の算術標準偏差は3.1μm以下である。また、本発明のリチウムイオン二次電池は、正極集電体の上に正極活物質層を有する正極と、負極集電体の上に負極活物質層を有する負極と、電解液とを備え、その負極が上記した構成を有するものである。   The negative electrode for a lithium ion secondary battery of the present invention includes a negative electrode active material layer on a negative electrode current collector, and the negative electrode active material layer includes a plurality of negative electrode active material particles having silicon as a constituent element. The median diameter of the negative electrode active material particles is 1.6 μm or more and 6.2 μm or less, and the arithmetic standard deviation of the median diameter is 3.1 μm or less. Further, the lithium ion secondary battery of the present invention comprises a positive electrode having a positive electrode active material layer on a positive electrode current collector, a negative electrode having a negative electrode active material layer on a negative electrode current collector, and an electrolyte solution, The negative electrode has the above-described configuration.

本発明のリチウムイオン二次電池用負極あるいはリチウムイオン二次電池によれば、負極活物質層はケイ素を構成元素として有する複数の負極活物質粒子を含んでいる。この負極活物質粒子のメジアン径は1.6μm以上6.2μm以下であると共に、そのメジアン径の算術標準偏差は3.1μm以下である。よって、放電容量のロスが生じにくくなると共に負極活物質層が粉砕崩落しにくくなるため、サイクル特性を向上させることができる。   According to the negative electrode for lithium ion secondary batteries or the lithium ion secondary battery of the present invention, the negative electrode active material layer includes a plurality of negative electrode active material particles having silicon as a constituent element. The median diameter of the negative electrode active material particles is 1.6 μm or more and 6.2 μm or less, and the arithmetic standard deviation of the median diameter is 3.1 μm or less. Therefore, loss of discharge capacity is less likely to occur, and the negative electrode active material layer is less likely to be crushed and collapsed, so that cycle characteristics can be improved.

本発明の一実施形態におけるリチウムイオン二次電池用負極の構成を表す断面図である。It is sectional drawing showing the structure of the negative electrode for lithium ion secondary batteries in one Embodiment of this invention. 図1に示したリチウムイオン二次電池用負極の一部を拡大して表す断面図である。FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view illustrating a part of the negative electrode for a lithium ion secondary battery illustrated in FIG. 1. 本発明の一実施形態のリチウムイオン二次電池用負極を用いたリチウムイオン二次電池(角型)の構成を表す断面図である。It is sectional drawing showing the structure of the lithium ion secondary battery (square shape) using the negative electrode for lithium ion secondary batteries of one Embodiment of this invention. 図3に示した角型二次電池のIV−IV線に沿った断面図である。It is sectional drawing along the IV-IV line of the square secondary battery shown in FIG. 図4に示した正極および負極の構成を模式的に表す平面図である。FIG. 5 is a plan view schematically illustrating the configuration of a positive electrode and a negative electrode illustrated in FIG. 4. 本発明の一実施形態のリチウムイオン二次電池用負極を用いたリチウムイオン二次電池(円筒型)の構成を表す断面図である。It is sectional drawing showing the structure of the lithium ion secondary battery (cylindrical type) using the negative electrode for lithium ion secondary batteries of one Embodiment of this invention. 図6に示した巻回電極体の一部を拡大して表す断面図である。It is sectional drawing which expands and represents a part of winding electrode body shown in FIG. 本発明の一実施形態のリチウムイオン二次電池用負極を用いたリチウムイオン二次電池(ラミネートフィルム型)の構成を表す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view showing the structure of the lithium ion secondary battery (laminate film type) using the negative electrode for lithium ion secondary batteries of one Embodiment of this invention. 図8に示した巻回電極体のIX−IX線に沿った断面図である。It is sectional drawing along the IX-IX line of the winding electrode body shown in FIG.

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

1.リチウムイオン二次電池用負極
2.リチウムイオン二次電池
2−1.角型
2−2.円筒型
2−3.ラミネートフィルム型
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The order of explanation is as follows.

1. 1. Negative electrode for lithium ion secondary battery Lithium ion secondary battery 2-1. Square type 2-2. Cylindrical type 2-3. Laminate film type

<1.リチウムイオン二次電池用負極>
図1および図2は、本発明の一実施形態のリチウムイオン二次電池用負極である負極10の断面構成を表しており、図2では、図1に示した負極10の一部を拡大している。
<1. Negative electrode for lithium ion secondary battery>
1 and 2 show a cross-sectional configuration of a negative electrode 10 that is a negative electrode for a lithium ion secondary battery according to an embodiment of the present invention. In FIG. 2, a part of the negative electrode 10 shown in FIG. 1 is enlarged. ing.

[負極の全体構成]
負極10は、図1に示したように、負極集電体1の上に負極活物質層2を有している。この負極活物質層2は、負極集電体1の両面に設けられていてもよいし、片面だけに設けられていてもよい。図2では、負極集電体1の片面における負極活物質層2だけを示している。
[Overall structure of negative electrode]
As shown in FIG. 1, the negative electrode 10 has a negative electrode active material layer 2 on a negative electrode current collector 1. The negative electrode active material layer 2 may be provided on both sides of the negative electrode current collector 1 or may be provided only on one side. In FIG. 2, only the negative electrode active material layer 2 on one side of the negative electrode current collector 1 is shown.

[負極集電体]
負極集電体1は、例えば、電気化学的安定性、電気伝導性および機械的強度に優れた導電性材料により構成されている。この導電性材料としては、例えば、銅(Cu)、ニッケル(Ni)あるいはステンレスなどが挙げられ、特に、リチウム(Li)と金属間化合物を形成しないと共に負極活物質層2と合金化することが好ましい。
[Negative electrode current collector]
The negative electrode current collector 1 is made of, for example, a conductive material that is excellent in electrochemical stability, electrical conductivity, and mechanical strength. Examples of the conductive material include copper (Cu), nickel (Ni), and stainless steel. In particular, the conductive material does not form an intermetallic compound with lithium (Li) and can be alloyed with the negative electrode active material layer 2. preferable.

この負極集電体1の表面は、粗面化されていることが好ましい。いわゆるアンカー効果により、負極集電体1に対する負極活物質層2の密着性が向上するからである。粗面化の方法としては、例えば、電解処理あるいはサンドブラスト処理などが挙げられる。電解処理とは、電解槽中において電解法により金属箔などの表面に微粒子を形成し、その表面に凹凸を設ける方法である。電解法により作製された銅箔は、一般に「電解銅箔」と呼ばれている。なお、負極集電体の表面粗さ(例えば十点平均粗さRzあるいは算術平均粗さRaなど)は、任意である。   The surface of the negative electrode current collector 1 is preferably roughened. This is because the adhesion of the negative electrode active material layer 2 to the negative electrode current collector 1 is improved by a so-called anchor effect. Examples of the roughening method include electrolytic treatment or sand blast treatment. The electrolytic treatment is a method in which fine particles are formed on the surface of a metal foil or the like by an electrolytic method in an electrolytic bath, and unevenness is provided on the surface. The copper foil produced by the electrolytic method is generally called “electrolytic copper foil”. In addition, the surface roughness (for example, ten-point average roughness Rz or arithmetic average roughness Ra) of the negative electrode current collector is arbitrary.

[負極活物質層]
負極活物質層2は、図2に示したように、リチウムイオンを吸蔵放出可能な複数の負極活物質粒子201を含んでおり、その負極活物質粒子201は、ケイ素を構成元素として有している。エネルギー密度が高いため、高い電池容量が得られるからである。この負極活物質粒子201の構成材料は、ケイ素の単体、合金あるいは化合物であり、それらの2種類以上の混合物でもよいし、それらの1種類あるいは2種類以上の相を少なくとも一部に有する材料でもよい。
[Negative electrode active material layer]
As shown in FIG. 2, the negative electrode active material layer 2 includes a plurality of negative electrode active material particles 201 capable of occluding and releasing lithium ions, and the negative electrode active material particles 201 have silicon as a constituent element. Yes. This is because a high battery capacity can be obtained because the energy density is high. The constituent material of the negative electrode active material particle 201 is a simple substance, an alloy, or a compound of silicon, and may be a mixture of two or more kinds thereof, or may be a material having one kind or two or more kinds of phases at least in part. Good.

ケイ素の合金としては、例えば、ケイ素以外の構成元素として以下の元素のうちのいずれか1種類あるいは2種類以上を有する材料が挙げられる。スズ(Sn)、ニッケル、銅、鉄(Fe)、コバルト(Co)、マンガン(Mn)、亜鉛(Zn)、インジウム(In)、銀(Ag)、チタン(Ti)、ゲルマニウム(Ge)、ビスマス(Bi)、アンチモン(Sb)あるいはクロム(Cr)などである。   Examples of the silicon alloy include materials having any one or more of the following elements as constituent elements other than silicon. Tin (Sn), Nickel, Copper, Iron (Fe), Cobalt (Co), Manganese (Mn), Zinc (Zn), Indium (In), Silver (Ag), Titanium (Ti), Germanium (Ge), Bismuth (Bi), antimony (Sb) or chromium (Cr).

ケイ素の化合物としては、例えば、ケイ素以外の構成元素として酸素(O)あるいは炭素(C)を有する材料が挙げられる。なお、ケイ素の化合物は、例えば、ケイ素以外の構成元素として、ケイ素の合金について説明した一連の元素のうちのいずれか1種類あるいは2種類以上を有していてもよい。   Examples of the silicon compound include a material having oxygen (O) or carbon (C) as a constituent element other than silicon. In addition, the compound of silicon may have any 1 type or 2 types or more of the series of elements demonstrated about the alloy of silicon as structural elements other than silicon, for example.

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

負極活物質粒子201のメジアン径(D50)は、1.6μm以上6.2μm以下であり、好ましくは1.8以上2.5μm以下である。また、メジアン径の算術標準偏差は、3.1μm以下であり、好ましくは0.6μm以上3.1μm以下である。負極活物質粒子201の平均粒径が適切な大きさになると共に、その平均粒径の近傍に粒径分布が集中するため、負極活物質層2の電気抵抗が低くなると共に、負極活物質層2の物理的耐久性が向上するからである。詳細には、複数の負極活物質粒子201が粒子間の隙間(負極活物質粒子201が動けるスペース)を最小限に狭めると共に均一な大きさに揃えるように密集するため、負極活物質粒子201同士が接近しやすくなる。これにより、負極活物質層2の電気伝導性が高くなると共に、充放電時において負極活物質粒子201が膨張収縮しにくくなる。また、充放電時において負極活物質層2の内部に大きな歪みが生じにくいため、その負極活物質層2が歪みの影響を受けにくくなる。よって、充放電時において放電容量のロスが生じにくくなると共に負極活物質層2が粉砕崩落しにくくなるため、サイクル特性を向上させることができる。なお、メジアン径および算術標準偏差については、レーザ回折/散乱式粒度分布測定装置を用いて測定することができる。 The median diameter (D 50 ) of the negative electrode active material particles 201 is 1.6 μm or more and 6.2 μm or less, preferably 1.8 or more and 2.5 μm or less. The arithmetic standard deviation of the median diameter is 3.1 μm or less, preferably 0.6 μm or more and 3.1 μm or less. Since the average particle diameter of the negative electrode active material particles 201 becomes an appropriate size and the particle size distribution is concentrated in the vicinity of the average particle diameter, the electric resistance of the negative electrode active material layer 2 is reduced, and the negative electrode active material layer This is because the physical durability of 2 is improved. More specifically, since the plurality of negative electrode active material particles 201 are closely packed so as to minimize gaps between the particles (a space in which the negative electrode active material particles 201 can move) and to have a uniform size, the negative electrode active material particles 201 It becomes easy to approach. Thereby, the electrical conductivity of the negative electrode active material layer 2 is increased, and the negative electrode active material particles 201 are less likely to expand and contract during charging and discharging. In addition, since large distortion is unlikely to occur inside the negative electrode active material layer 2 during charge / discharge, the negative electrode active material layer 2 is less susceptible to distortion. Therefore, loss of discharge capacity is less likely to occur during charging and discharging, and the negative electrode active material layer 2 is less likely to be crushed and collapsed, so that cycle characteristics can be improved. The median diameter and arithmetic standard deviation can be measured using a laser diffraction / scattering particle size distribution measuring apparatus.

ここで、負極活物質粒子201のメジアン径および算術標準偏差が及ぼす影響についてさらに詳細に説明すると、以下の通りである。   Here, the influence of the median diameter and arithmetic standard deviation of the negative electrode active material particles 201 will be described in more detail as follows.

メジアン径が大きすぎると、充放電時において大粒径の負極活物質粒子201が割れるため、高反応性の活性面(レアな表面)が生じる。これにより、活性面において副反応(例えば電解液の分解反応など)が生じるため、充放電を繰り返すにしたがって放電容量が低下してしまう。   When the median diameter is too large, the negative electrode active material particles 201 having a large particle diameter are cracked during charging and discharging, resulting in a highly reactive active surface (rare surface). As a result, a side reaction (for example, a decomposition reaction of the electrolytic solution) occurs on the active surface, so that the discharge capacity decreases as charging and discharging are repeated.

メジアン径が小さすぎると、小粒径の負極活物質粒子201が過剰に存在するため、その負極活物質粒子201の総表面積が著しく増加する。この場合には、上記した活性面と比べれば負極活物質粒子201の表面は反応性が低いとはいえ、その負極活物質粒子201の総表面積が大きくなればなるほど全体としての反応性は高くなる。これにより、負極活物質粒子201の表面全体では副反応が大量に生じるため、充放電を繰り返すにしたがって放電容量が低下してしまう。   If the median diameter is too small, the negative electrode active material particles 201 having a small particle diameter are excessively present, so that the total surface area of the negative electrode active material particles 201 is remarkably increased. In this case, although the surface of the negative electrode active material particle 201 is less reactive than the above-described active surface, the overall reactivity increases as the total surface area of the negative electrode active material particle 201 increases. . Thereby, since a large amount of side reaction occurs on the entire surface of the negative electrode active material particles 201, the discharge capacity decreases as charging and discharging are repeated.

算術標準偏差が大きすぎる(粒径が極端に大きな負極活物質粒子201と粒径が極端に小さな負極活物質粒子201とが混在している)と、負極活物質粒子201間において充放電時の膨張収縮量に大きな差異が生じる。これにより、負極活物質層2の内部に大きな歪みが生じるため、充放電時において負極活物質層2が粉砕崩落してしまう。   If the arithmetic standard deviation is too large (the negative electrode active material particles 201 having an extremely large particle size and the negative electrode active material particles 201 having an extremely small particle size are mixed), the negative electrode active material particles 201 are charged and discharged at the time of charge / discharge. A large difference occurs in the amount of expansion and contraction. Thereby, since a big distortion arises in the inside of the negative electrode active material layer 2, the negative electrode active material layer 2 will be crushed and collapsed during charging and discharging.

負極活物質粒子201の平均円形度は、特に限定されないが、中でも、0.3以上であることが好ましい。複数の負極活物質粒子201がより密集しやすくなるため、サイクル特性をより向上させることができるからである。平均円形度が小さすぎると、充放電時において負極活物質粒子201の膨張収縮方向が偏りやすくなるため、負極活物質層2の内部に歪みが生じる可能性がある。なお、平均円形度については、粒子像解析装置を用いて測定することができる。   The average circularity of the negative electrode active material particles 201 is not particularly limited, but is preferably 0.3 or more. This is because the plurality of negative electrode active material particles 201 are more likely to be densely packed, so that the cycle characteristics can be further improved. If the average circularity is too small, the negative electrode active material particles 201 tend to be biased in the expansion / contraction direction during charging / discharging, which may cause distortion in the negative electrode active material layer 2. The average circularity can be measured using a particle image analyzer.

なお、負極活物質層2は、ケイ素を構成元素として有する負極活物質粒子201を含んでいれば、リチウムイオンを吸蔵放出可能な他の材料(ケイ素を構成元素として有していない材料)からなる負極活物質粒子を一緒に含んでいてもよい。   In addition, if the negative electrode active material layer 2 includes the negative electrode active material particles 201 having silicon as a constituent element, the negative electrode active material layer 2 is made of another material capable of occluding and releasing lithium ions (a material not having silicon as a constituent element). The negative electrode active material particles may be included together.

特に、負極活物質層2は、負極活物質粒子201の表面を被覆する金属被覆材料202を含んでいることが好ましい。負極活物質粒子201同士が金属被覆材料202を介して結着されると共に、負極活物質粒子201と負極集電体1とが金属被覆材料202を介して結着されるため、負極活物質層2が粉砕崩落しにくくなるからである。また、負極活物質粒子201同士が金属被覆材料202を介して接触しやすくなると共に、負極活物質粒子201と負極集電体1とが金属被覆材料202を介して接触しやすくなるため、負極活物質層2の電気伝導性が高くなるからである。さらに、高活性な負極活物質粒子201の表面が不活性な金属被覆材料202により保護されるため、負極活物質粒子201の表面における副反応の発生が抑制されるからである。   In particular, the negative electrode active material layer 2 preferably includes a metal coating material 202 that covers the surfaces of the negative electrode active material particles 201. Since the negative electrode active material particles 201 are bound to each other via the metal coating material 202, and the negative electrode active material particles 201 and the negative electrode current collector 1 are bound to each other via the metal coating material 202, the negative electrode active material layer It is because 2 becomes difficult to crush and collapse. In addition, the negative electrode active material particles 201 can easily come into contact with each other via the metal coating material 202, and the negative electrode active material particles 201 and the negative electrode current collector 1 can easily come into contact with each other through the metal coating material 202. This is because the electrical conductivity of the material layer 2 is increased. Furthermore, since the surface of the highly active negative electrode active material particle 201 is protected by the inert metal coating material 202, the occurrence of side reactions on the surface of the negative electrode active material particle 201 is suppressed.

なお、負極活物質層2が金属被覆材料202を含んでいる場合には、負極活物質粒子201のメジアン径および算術標準偏差が上記した範囲内であるため、以下のような利点も得られる。負極活物質層2の内部に極端に大きな隙間および極端に小さな隙間が生じにくいため、隙間のサイズが均一化される。この場合には、複数の負極活物質粒子201を形成したのちに電解鍍金法などを用いて金属被覆材料202を形成すると、各隙間を均等に埋め込むように鍍金膜が成長しやすくなる。これにより、負極活物質粒子201同士が金属被覆材料202を介して接触する可能性が高くなると共に、負極活物質粒子201が金属被覆材料202を介して負極集電体1に接触する可能性が高くなるため、負極活物質層2の電気伝導性がより高くなる。   In addition, when the negative electrode active material layer 2 contains the metal coating material 202, since the median diameter and arithmetic standard deviation of the negative electrode active material particle 201 are in the above-mentioned range, the following advantages are also obtained. Since extremely large gaps and extremely small gaps are not easily generated in the negative electrode active material layer 2, the size of the gaps is made uniform. In this case, if the metal coating material 202 is formed using an electrolytic plating method after the formation of the plurality of negative electrode active material particles 201, the plating film is likely to grow so as to uniformly fill the gaps. This increases the possibility that the negative electrode active material particles 201 are in contact with each other via the metal coating material 202, and the possibility that the negative electrode active material particles 201 are in contact with the negative electrode current collector 1 through the metal coating material 202. Since it becomes high, the electrical conductivity of the negative electrode active material layer 2 becomes higher.

金属被覆材料202は、リチウムと合金化しない金属元素を構成元素として有していることが好ましい。このような金属元素としては、例えば、銅、コバルト、鉄およびニッケルのうちの1種類あるいは2種類以上が挙げられる。この金属被覆材料202の構成材料は、金属単体でもよいし、合金でもよい。なお、金属被覆材料202は、負極活物質粒子201の表面の一部だけを被覆していてもよいし、全体を被覆していてもよい。   The metal coating material 202 preferably has a metal element that does not alloy with lithium as a constituent element. Examples of such a metal element include one or more of copper, cobalt, iron and nickel. The constituent material of the metal coating material 202 may be a single metal or an alloy. Note that the metal coating material 202 may cover only a part of the surface of the negative electrode active material particles 201 or may cover the entire surface.

中でも、上記した銅等の単体が好ましく、銅の単体がより好ましい。銅は延伸性に優れているため、充放電時において負極活物質粒子201が膨張収縮しても金属被覆材料202が破損しにくいからである。   Among these, a simple substance such as copper described above is preferable, and a simple substance of copper is more preferable. This is because copper is excellent in stretchability, so that the metal coating material 202 is not easily damaged even if the negative electrode active material particles 201 expand and contract during charging and discharging.

金属被覆材料202の形成方法は、特に限定されず、気相法あるいは液相法などでよい。気相法は、例えば、蒸着法、スパッタリング法あるいは化学気相成長(CVD:chemical vapor deposition )法などである。液相法は、電解鍍金法あるいは無電解鍍金法などである。中でも、液相法である電解鍍金法あるいは無電解鍍金法が好ましい。鍍金膜は負極活物質粒子201の表面に沿って成長するため、その表面を広い範囲に渡って被覆するように金属被覆材料202が形成されやすいからである。また、複数の負極活物質粒子201を形成したのちに金属被覆材料202を形成する場合には、負極活物質粒子201間の隙間に鍍金膜が入り込みやすいからである。   The formation method of the metal coating material 202 is not particularly limited, and may be a vapor phase method or a liquid phase method. Examples of the vapor phase method include a vapor deposition method, a sputtering method, and a chemical vapor deposition (CVD) method. The liquid phase method is an electrolytic plating method or an electroless plating method. Of these, the electrolytic plating method or electroless plating method which is a liquid phase method is preferable. This is because the plating film grows along the surface of the negative electrode active material particle 201, so that the metal coating material 202 is easily formed so as to cover the surface over a wide range. In addition, when the metal coating material 202 is formed after forming the plurality of negative electrode active material particles 201, the plating film easily enters the gaps between the negative electrode active material particles 201.

金属被覆材料202の厚さ(平均厚さ)は、特に限定されないが、中でも、負極活物質粒子201のメジアン径Dに対する金属被覆材料202の平均厚さTの比T/Dは、1/20以上1/1以下であることが好ましい。メジアン径Dに対して平均厚さTが適正化されるため、結着性向上などの利点がより得られるからである。比T/Dが小さすぎる(金属被覆材料202による被覆量が少なすぎる)と、結着性が低下すると共に副反応が生じやすくなる可能性がある。一方、比T/Dが大きすぎる(金属被覆材料202による被覆量が多すぎる)と、負極活物質粒子201におけるリチウムイオンの出入りが阻害される可能性がある。   Although the thickness (average thickness) of the metal coating material 202 is not particularly limited, the ratio T / D of the average thickness T of the metal coating material 202 to the median diameter D of the negative electrode active material particles 201 is 1/20. It is preferable that it is above 1/1. This is because, since the average thickness T is optimized with respect to the median diameter D, advantages such as improved binding properties can be obtained. If the ratio T / D is too small (the coating amount by the metal coating material 202 is too small), the binding property may be lowered and a side reaction may easily occur. On the other hand, if the ratio T / D is too large (the amount of coating with the metal coating material 202 is too large), lithium ions may enter and leave the negative electrode active material particles 201.

上記した金属被覆材料202の平均厚さは、以下のように測定される。まず、クロスセッションポリッシャを用いて負極活物質層2を切断し、その断面を露出させる。続いて、走査型電子顕微鏡(SEM:scanning electron microscope)などを用いて負極活物質層2の断面を観察する。最後に、負極活物質粒子201ごとに金属被覆材料202の厚さを測定したのち、その平均値を算出する。この場合には、測定数(n数)を10個とする。   The average thickness of the metal coating material 202 described above is measured as follows. First, the negative electrode active material layer 2 is cut using a cross session polisher to expose the cross section. Subsequently, the cross section of the negative electrode active material layer 2 is observed using a scanning electron microscope (SEM) or the like. Finally, after measuring the thickness of the metal coating material 202 for each negative electrode active material particle 201, the average value is calculated. In this case, the number of measurements (n number) is 10.

負極活物質層2が金属被覆材料202を含んでいる場合には、その金属被覆材料202同士は接触あるいは結合(合金化など)していることが好ましく、結合していることがより好ましい。負極活物質粒子201間の電気伝導性が高くなるからである。図2中に示したP1は、負極活物質粒子201同士が接触等している箇所を表している。また、負極集電体1の近傍に位置する金属被覆材料202は負極集電体1に接触あるいは結合(合金化など)していることが好ましく、結合していることがより好ましい。負極活物質粒子201と負極集電体1との間の電気伝導性が高くなるからである。図2中に示したP2は、負極活物質粒子201が負極集電体1に接触等している箇所を表している。   When the negative electrode active material layer 2 includes the metal coating material 202, the metal coating materials 202 are preferably in contact with each other or bonded (alloyed or the like), and more preferably bonded. This is because the electrical conductivity between the negative electrode active material particles 201 is increased. P1 shown in FIG. 2 represents a portion where the negative electrode active material particles 201 are in contact with each other. The metal coating material 202 located in the vicinity of the negative electrode current collector 1 is preferably in contact with or bonded (alloyed or the like) to the negative electrode current collector 1, and more preferably bonded. This is because the electrical conductivity between the negative electrode active material particles 201 and the negative electrode current collector 1 is increased. P2 shown in FIG. 2 represents a portion where the negative electrode active material particles 201 are in contact with the negative electrode current collector 1 or the like.

なお、負極活物質層2は、必要に応じて負極結着剤あるいは負極導電剤などの他の材料を含んでいてもよい。   The negative electrode active material layer 2 may contain other materials such as a negative electrode binder or a negative electrode conductive agent as necessary.

負極結着剤としては、例えば、合成ゴムあるいは高分子材料などが挙げられる。合成ゴムは、例えば、スチレンブタジエン系ゴム、フッ素系ゴムあるいはエチレンプロピレンジエンなどである。高分子材料は、例えば、ポリフッ化ビニリデンあるいはポリイミドなどであり、ポリイミドに限らず、イミド構造を有する材料でもよい。これらは単独でもよいし、2種類以上混合されてもよい。   Examples of the negative electrode binder include synthetic rubber or a polymer material. Examples of the synthetic rubber include styrene butadiene rubber, fluorine rubber, and ethylene propylene diene. The polymer material is, for example, polyvinylidene fluoride or polyimide, and is not limited to polyimide but may be a material having an imide structure. These may be used alone or in combination of two or more.

中でも、ポリフッ化ビニリデンあるいはポリイミドが好ましく、ポリイミドがより好ましい。高い結着性が得られると共に、ポリイミドでは高い耐熱性も得られるからである。   Among these, polyvinylidene fluoride or polyimide is preferable, and polyimide is more preferable. This is because high binding properties can be obtained and polyimide can also have high heat resistance.

負極導電剤としては、例えば、黒鉛、カーボンブラック、アセチレンブラックあるいはケチェンブラックなどの炭素材料が挙げられる。これらは単独でもよいし、2種類以上混合されてもよい。なお、負極導電剤は、導電性を有する材料であれば、金属あるいは導電性高分子などでもよい。   Examples of the negative electrode conductive agent include carbon materials such as graphite, carbon black, acetylene black, and ketjen black. These may be used alone or in combination of two or more. The negative electrode conductive agent may be a metal or a conductive polymer as long as it is a conductive material.

[負極の製造方法]
負極10は、例えば、以下の手順により製造される。最初に、電解銅箔などからなる負極集電体1を準備する。続いて、負極活物質である複数の負極活物質粒子201を負極結着剤などと混合したのち、溶剤に分散させてスラリーとする。続いて、負極集電体1にスラリーを塗布したのち、必要に応じて加熱する。最後に、電解鍍金法などを用いて負極活物質粒子201の表面を被覆するように金属被覆材料202を形成して負極活物質層2を形成する。なお、スラリーの塗布後に金属被覆材料202を形成する代わりに、その塗布前にあらかじめ金属被覆材料202を形成しておいてもよい。図2では、塗布前に金属被覆材料202を形成した場合を示している。
[Production method of negative electrode]
The negative electrode 10 is manufactured by the following procedure, for example. First, a negative electrode current collector 1 made of an electrolytic copper foil or the like is prepared. Subsequently, a plurality of negative electrode active material particles 201 as a negative electrode active material are mixed with a negative electrode binder and the like, and then dispersed in a solvent to form a slurry. Then, after apply | coating a slurry to the negative electrode collector 1, it heats as needed. Finally, the metal coating material 202 is formed so as to cover the surface of the negative electrode active material particles 201 using an electrolytic plating method or the like, and the negative electrode active material layer 2 is formed. Instead of forming the metal coating material 202 after applying the slurry, the metal coating material 202 may be formed in advance before the application. FIG. 2 shows a case where the metal coating material 202 is formed before application.

[本実施形態の作用および効果]
負極10によれば、負極活物質層2がケイ素を構成元素として有する複数の負極活物質粒子201を含んでいる。この負極活物質粒子201のメジアン径は1.6μm以上6.2μm以下であると共に、そのメジアン径の算術標準偏差は3.1μm以下である。よって、リチウムイオン二次電池に用いられた場合において放電容量のロスが生じにくくなると共に負極活物質層2が粉砕崩落しにくくなるため、サイクル特性の向上に寄与することができる。
[Operation and effect of this embodiment]
According to the negative electrode 10, the negative electrode active material layer 2 includes a plurality of negative electrode active material particles 201 having silicon as a constituent element. The median diameter of the negative electrode active material particles 201 is 1.6 μm or more and 6.2 μm or less, and the arithmetic standard deviation of the median diameter is 3.1 μm or less. Therefore, when used in a lithium ion secondary battery, the loss of discharge capacity is less likely to occur, and the negative electrode active material layer 2 is less likely to be crushed and collapsed, which can contribute to improvement in cycle characteristics.

特に、負極活物質粒子201の平均円形度が0.3以上であれば、より高い効果を得ることができる。また、負極活物質層2が負極活物質粒子201の表面を被覆する金属被覆材料202を含んでおり、特に、比T/Dが1/20以上1/1以下であれば、より高い効果を得ることができる。さらに、負極活物質層2がポリフッ化ビニリデンあるいはポリイミドなどの負極結着剤を含んでいれば、より高い効果を得ることができる。   In particular, if the average circularity of the negative electrode active material particles 201 is 0.3 or more, a higher effect can be obtained. In addition, the negative electrode active material layer 2 includes a metal coating material 202 that covers the surface of the negative electrode active material particles 201. In particular, when the ratio T / D is 1/20 or more and 1/1 or less, a higher effect can be obtained. Obtainable. Furthermore, if the negative electrode active material layer 2 contains a negative electrode binder such as polyvinylidene fluoride or polyimide, a higher effect can be obtained.

<2.リチウムイオン二次電池>
次に、上記したリチウムイオン二次電池用負極を用いたリチウムイオン二次電池について説明する。
<2. Lithium ion secondary battery>
Next, a lithium ion secondary battery using the above-described negative electrode for a lithium ion secondary battery will be described.

<2−1.角型>
図3および図4は角型二次電池の断面構成を表しており、図4では図3に示したIV−IV線に沿った断面を示している。また、図5は図4に示した正極21および負極22の平面構成を模式的に表している。
<2-1. Square type>
3 and 4 show a cross-sectional configuration of the prismatic secondary battery, and FIG. 4 shows a cross section taken along line IV-IV shown in FIG. FIG. 5 schematically shows a planar configuration of the positive electrode 21 and the negative electrode 22 shown in FIG.

[角型二次電池の全体構成]
この角型二次電池は、主に、電池缶11の内部に電池素子20が収納されたものである。電池素子20は、セパレータ23を介して正極21と負極22とが積層および巻回された巻回積層体であり、電池缶11の形状に応じて扁平状になっている。
[Overall configuration of prismatic secondary battery]
This rectangular secondary battery is mainly one in which the battery element 20 is housed inside the battery can 11. The battery element 20 is a wound laminate in which a positive electrode 21 and a negative electrode 22 are laminated and wound via a separator 23, and has a flat shape according to the shape of the battery can 11.

電池缶11は、例えば、角型の外装部材である。この角型の外装部材は、図4に示したように、長手方向における断面が矩形型あるいは略矩形型(一部に曲線を含む)の形状を有しており、矩形状だけでなくオーバル形状の角型電池にも適用される。すなわち、角型の外装部材とは、矩形状、あるいは円弧を直線で結んだ略矩形状(長円形状)の開口部を有する有底矩形型あるいは有底長円形状型の器状部材である。図4では、電池缶11が矩形型の断面形状を有する場合を示している。   The battery can 11 is, for example, a square exterior member. As shown in FIG. 4, this rectangular exterior member has a rectangular or substantially rectangular shape (including a curve in part) in the longitudinal section, and is not only a rectangular shape but also an oval shape. This also applies to the square battery. That is, the square-shaped exterior member is a bottomed rectangular or bottomed oval shaped container-like member having an opening of a rectangular shape or a substantially rectangular shape (oval shape) obtained by connecting arcs with straight lines. . FIG. 4 shows a case where the battery can 11 has a rectangular cross-sectional shape.

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

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

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

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

正極21の端部(例えば内終端部)には、アルミニウムなどの導電性材料により構成された正極リード24が取り付けられていると共に、負極22の端部(例えば外終端部)には、ニッケルなどの導電性材料により構成された負極リード25が取り付けられている。正極リード24は、正極ピン15の一端に溶接され、端子板14と電気的に接続されていると共に、負極リード25は、電池缶11に溶接されている。   A positive electrode lead 24 made of a conductive material such as aluminum is attached to an end portion (for example, an inner end portion) of the positive electrode 21, and nickel or the like is attached to an end portion (for example, the outer end portion) of the negative electrode 22. A negative electrode lead 25 made of a conductive material is attached. The positive electrode lead 24 is welded to one end of the positive electrode pin 15 and is electrically connected to the terminal plate 14, and the negative electrode lead 25 is welded to the battery can 11.

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

正極集電体21Aは、例えば、アルミニウム、ニッケルあるいはステンレスなどの導電性材料により構成されている。   The positive electrode current collector 21A is made of, for example, a conductive material such as aluminum, nickel, or stainless steel.

正極活物質層21Bは、正極活物質として、リチウムイオンを吸蔵放出可能な正極材料のいずれか1種類あるいは2種類以上を含んでおり、必要に応じて正極結着剤および正極導電剤などの他の材料を含んでいてもよい。なお、正極結着剤および正極導電剤に関する詳細は、例えば、既に説明した負極結着剤および負極導電剤と同様である。   The positive electrode active material layer 21B includes one or more positive electrode materials capable of occluding and releasing lithium ions as the positive electrode active material. If necessary, the positive electrode active material layer 21B includes other materials such as a positive electrode binder and a positive electrode conductive agent. The material may be included. In addition, the detail regarding a positive electrode binder and a positive electrode electrically conductive agent is the same as that of the negative electrode binder and negative electrode electrically conductive agent which were already demonstrated, for example.

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

リチウムと遷移金属元素とを有する複合酸化物としては、例えば、リチウムコバルト複合酸化物(Lix CoO2 )、リチウムニッケル複合酸化物(Lix NiO2 )、あるいは下記の化学式で表されるリチウムニッケル系複合酸化物などが挙げられる。また、リチウムと遷移金属元素とを有するリン酸化合物としては、例えば、リチウム鉄リン酸化合物(LiFePO4 )あるいはリチウム鉄マンガンリン酸化合物(LiFe1-u Mnu PO4 (u<1))などが挙げられる。高い電池容量が得られると共に、優れたサイクル特性も得られるからである。なお、正極材料は、上記以外の材料でもよい。 Examples of the composite oxide having lithium and a transition metal element include lithium cobalt composite oxide (Li x CoO 2 ), lithium nickel composite oxide (Li x NiO 2 ), or lithium nickel represented by the following chemical formula: Based composite oxides. Examples of the phosphate compound having lithium and a transition metal element include a lithium iron phosphate compound (LiFePO 4 ) or a lithium iron manganese phosphate compound (LiFe 1-u Mn u PO 4 (u <1)). Is mentioned. This is because high battery capacity is obtained and excellent cycle characteristics are also obtained. The positive electrode material may be a material other than the above.

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

中でも、リチウムと遷移金属元素とを有する複合酸化物としては、リチウムニッケル系複合酸化物が好ましい。ニッケル系の複合酸化物では、コバルト系の複合酸化物よりも優れたサイクル特性が得られるからである。   Among these, as the composite oxide having lithium and a transition metal element, a lithium nickel composite oxide is preferable. This is because nickel-based composite oxides can provide better cycle characteristics than cobalt-based composite oxides.

[負極]
負極22は、上記した負極10と同様の構成を有しており、例えば、負極集電体22Aの両面に負極活物質層22Bが設けられたものである。負極集電体22Aおよび負極活物質層22Bの構成は、それぞれ負極集電体1および負極活物質層2の構成と同様である。負極22では、リチウムイオンを吸蔵放出可能な負極材料における充電可能な容量が正極21の放電容量よりも大きくなっていることが好ましい。充放電時において意図せずにリチウム金属が析出することを防止するためである。
[Negative electrode]
The negative electrode 22 has the same configuration as that of the negative electrode 10 described above. For example, the negative electrode active material layer 22B is provided on both surfaces of the negative electrode current collector 22A. The configurations of the negative electrode current collector 22A and the negative electrode active material layer 22B are the same as the configurations of the negative electrode current collector 1 and the negative electrode active material layer 2, respectively. In the negative electrode 22, the chargeable capacity of the negative electrode material capable of occluding and releasing lithium ions is preferably larger than the discharge capacity of the positive electrode 21. This is to prevent unintentional precipitation of lithium metal during charging / discharging.

この負極22の満充電状態における最大利用率(以下、単に「利用率」という。)は、特に限定されないが、中でも、80%以下であることが好ましく、20%以上60%以下であることがより好ましい。サイクル特性がより向上するからである。利用率が20%よりも小さいと、体積当たりの容量が低下するため、負極活物質としてケイ素を用いるメリットを活かせなくなると共に、負極22においてリチウムイオンが円滑に出入りしにくくなる可能性がある。一方、利用率が80%よりも大きいと、充放電時において負極活物質の劣化が早くなると共に、負極活物質層22Bが膨張収縮しやすくなる可能性がある。   The maximum utilization rate of the negative electrode 22 in a fully charged state (hereinafter simply referred to as “utilization rate”) is not particularly limited, but is preferably 80% or less, more preferably 20% or more and 60% or less. More preferred. This is because the cycle characteristics are further improved. If the utilization rate is less than 20%, the capacity per volume is reduced, so that the merit of using silicon as the negative electrode active material cannot be utilized, and lithium ions may not easily enter and exit from the negative electrode 22. On the other hand, when the utilization rate is greater than 80%, the negative electrode active material is likely to deteriorate quickly during charge and discharge, and the negative electrode active material layer 22B may easily expand and contract.

上記した「利用率」は、正極21の容量と負極22の容量との割合により決定される。この利用率は、負極22の満充電状態における単位面積当たりのリチウムの吸蔵量をX、負極22が単位面積当たりにおいて電気化学的に吸蔵することが可能なリチウムの量をYとしたとき、負極利用率(%)=(X/Y)×100で表される。   The “utilization rate” described above is determined by the ratio between the capacity of the positive electrode 21 and the capacity of the negative electrode 22. This utilization rate is defined as follows. When the negative electrode 22 is fully charged and the amount of lithium occluded per unit area is X, and the amount of lithium that the negative electrode 22 can store electrochemically per unit area is Y, the negative electrode Utilization rate (%) = (X / Y) × 100.

吸蔵量Xについては、例えば、以下の手順により求められる。最初に、満充電状態となるまで二次電池を充電したのち、その二次電池を解体して、負極22の一部(正極21と対向している部分)を検査負極として切り出す。続いて、検査負極を用いて、金属リチウムを対極とした評価電池を組み立てる。最後に、評価電池を放電させて初回放電時の放電容量を調べたのち、その放電容量を検査負極の面積で割って吸蔵量Xを算出する。この場合の「放電」とは、検査負極からリチウムイオンが放出される方向へ通電することを意味する。   The occlusion amount X is obtained by the following procedure, for example. First, after charging the secondary battery until it is fully charged, the secondary battery is disassembled, and a part of the negative electrode 22 (the part facing the positive electrode 21) is cut out as an inspection negative electrode. Subsequently, an evaluation battery using metal lithium as a counter electrode is assembled using the inspection negative electrode. Finally, after discharging the evaluation battery and examining the discharge capacity at the time of the first discharge, the storage capacity X is calculated by dividing the discharge capacity by the area of the inspection negative electrode. “Discharge” in this case means energization in the direction in which lithium ions are released from the inspection negative electrode.

一方、吸蔵量Yについては、例えば、上記した放電済みの評価電池を電池電圧が0Vになるまで定電流定電圧充電して充電容量を調べたのち、その充電容量を検査負極の面積で割って算出する。この場合の「充電」とは、検査負極にリチウムイオンが吸蔵される方向へ通電することを意味する。   On the other hand, for the amount of occlusion Y, for example, after charging the above-described discharged evaluation battery at a constant current and constant voltage until the battery voltage reaches 0 V, and checking the charge capacity, the charge capacity is divided by the area of the inspection negative electrode. calculate. “Charging” in this case means energization in the direction in which lithium ions are occluded in the inspection negative electrode.

上記した吸蔵量X,Yを求める際の充放電条件としては、例えば、電流密度を1mA/cm2 とし、電池電圧が1.5Vに到達するまで放電すると共に、電池電圧を0Vとしながら電流値が0.05mA以下になるまで定電圧充電する。 The charging / discharging conditions for obtaining the storage amounts X and Y are, for example, a current value of 1 mA / cm 2 , discharging until the battery voltage reaches 1.5 V, and the current value while keeping the battery voltage at 0 V. Charge at a constant voltage until the current reaches 0.05 mA or less.

図5に示したように、正極活物質層21Bは、例えば、正極集電体21Aの一部表面(例えば長手方向における中央領域)に設けられている。これに対して、負極活物質層22Bは、例えば、負極集電体22Aの全面に設けられている。すなわち、負極活物質層22Bは、負極集電体22Aのうち、正極活物質層21Bと対向する領域(対向領域R1)および対向しない領域(非対向領域R2)に設けられている。この場合には、負極活物質層22Bのうち、対向領域R1に位置する部分が充放電に関与し、非対向領域R2に位置する部分は充放電にほとんど関与しない。図5では、正極活物質層21Bおよび負極活物質層22Bの形成範囲に網掛けを施している。   As shown in FIG. 5, the positive electrode active material layer 21B is provided, for example, on a partial surface (for example, a central region in the longitudinal direction) of the positive electrode current collector 21A. On the other hand, the negative electrode active material layer 22B is provided on the entire surface of the negative electrode current collector 22A, for example. That is, the negative electrode active material layer 22B is provided in a region of the negative electrode current collector 22A that faces the positive electrode active material layer 21B (opposite region R1) and a region that does not oppose (non-opposite region R2). In this case, in the negative electrode active material layer 22B, the portion located in the facing region R1 is involved in charging / discharging, and the portion located in the non-facing region R2 is hardly involved in charging / discharging. In FIG. 5, the formation range of the positive electrode active material layer 21B and the negative electrode active material layer 22B is shaded.

上記したように、負極活物質層22Bは、形成時においてメジアン径および算術標準偏差が所定の範囲内である複数の負極活物質粒子を含んでいる。しかしながら、充放電時において負極活物質層22Bが膨張収縮すると、その膨張収縮時における応力の影響を受けて負極活物質粒子が変形あるいは破損するため、メジアン径および算術標準偏差が負極活物質層22Bの形成時の値から変動する可能性がある。この場合において、非対向領域R2では、充放電の影響をほとんど受けず、負極活物質粒子の形状が負極活物質層22Bの形成直後の状態のまま維持される。このため、メジアン径および算術標準偏差を調べる場合には、非対向領域R2における負極活物質層22Bについて調べることが好ましい。充放電の履歴(充放電の有無および回数など)に依存せずにメジアン径および算術標準偏差を再現性よく正確に調べることができるからである。   As described above, the negative electrode active material layer 22B includes a plurality of negative electrode active material particles whose median diameter and arithmetic standard deviation are within a predetermined range at the time of formation. However, when the negative electrode active material layer 22B expands and contracts during charge and discharge, the negative electrode active material particles are deformed or broken under the influence of the stress during the expansion and contraction, so that the median diameter and arithmetic standard deviation are the negative electrode active material layer 22B. It may vary from the value at the time of formation. In this case, the non-facing region R2 is hardly affected by charging / discharging, and the shape of the negative electrode active material particles is maintained as it is immediately after the formation of the negative electrode active material layer 22B. For this reason, when examining the median diameter and the arithmetic standard deviation, it is preferable to examine the negative electrode active material layer 22B in the non-facing region R2. This is because the median diameter and the arithmetic standard deviation can be accurately examined with good reproducibility without depending on the charge / discharge history (the presence / absence and number of times of charge / discharge).

このことは、メジアン径および算術標準偏差を測定する場合に限られず、平均円形度および比T/Dを測定する場合についても同様である。   This is not limited to the case of measuring the median diameter and the arithmetic standard deviation, and the same applies to the case of measuring the average circularity and the ratio T / D.

[セパレータ]
セパレータ23は、正極21と負極22とを隔離して両極の接触に起因する電流の短絡を防止しながらリチウムイオンを通過させるものである。このセパレータ23は、例えば、合成樹脂あるいはセラミックからなる多孔質膜により構成されており、2種類以上の多孔質膜が積層された積層膜でもよい。合成樹脂としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレンあるいはポリエチレンなどが挙げられる。
[Separator]
The separator 23 separates the positive electrode 21 and the negative electrode 22 and allows lithium ions to pass while preventing a short circuit of current caused by contact between the two electrodes. The separator 23 is made of, for example, a porous film made of synthetic resin or ceramic, and may be a laminated film in which two or more kinds of porous films are laminated. Examples of the synthetic resin include polytetrafluoroethylene, polypropylene, and polyethylene.

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

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

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

特に、溶媒は、ハロゲン化鎖状炭酸エステルおよびハロゲン化環状炭酸エステルのうちの少なくとも一方を含んでいることが好ましい。充放電時において負極22の表面に安定な被膜が形成されるため、電解液の分解反応が抑制されるからである。ハロゲン化鎖状炭酸エステルとは、ハロゲンを構成元素として有する(少なくとも1つの水素がハロゲンにより置換された)鎖状炭酸エステルである。また、ハロゲン化環状炭酸エステルとは、ハロゲンを構成元素として有する(少なくとも1つの水素がハロゲンにより置換された)環状炭酸エステルである。   In particular, the solvent preferably contains at least one of a halogenated chain carbonate and a halogenated cyclic carbonate. This is because a stable coating is formed on the surface of the negative electrode 22 during charging and discharging, so that the decomposition reaction of the electrolytic solution is suppressed. The halogenated chain carbonate is a chain carbonate having halogen as a constituent element (at least one hydrogen is replaced by a halogen). Further, the halogenated cyclic carbonate is a cyclic carbonate having halogen as a constituent element (at least one hydrogen is replaced by a halogen).

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

ハロゲン化鎖状炭酸エステルとしては、例えば、炭酸フルオロメチルメチル、炭酸ビス(フルオロメチル)あるいは炭酸ジフルオロメチルメチルなどが挙げられる。ハロゲン化環状炭酸エステルとしては、4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンあるいは4,5−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オンなどが挙げられる。このハロゲン化環状炭酸エステルには、幾何異性体も含まれる。溶媒中におけるハロゲン化鎖状炭酸エステルおよびハロゲン化環状炭酸エステルの含有量は、例えば、0.01重量%以上50重量%以下である。   Examples of the halogenated chain carbonate include fluoromethyl methyl carbonate, bis (fluoromethyl) carbonate, difluoromethyl methyl carbonate, and the like. Examples of the halogenated cyclic carbonate include 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one and 4,5-difluoro-1,3-dioxolan-2-one. This halogenated cyclic carbonate includes geometric isomers. The content of the halogenated chain carbonate and the halogenated cyclic carbonate in the solvent is, for example, 0.01 wt% or more and 50 wt% or less.

また、溶媒は、不飽和炭素結合環状炭酸エステルを含んでいることが好ましい。充放電時において負極22の表面に安定な被膜が形成されるため、電解液の分解反応が抑制されるからである。不飽和炭素結合環状炭酸エステルとは、不飽和炭素結合を有する(いずれかの箇所に不飽和炭素結合が導入された)環状炭酸エステルであり、例えば、炭酸ビニレンあるいは炭酸ビニルエチレンなどである。溶媒中における不飽和炭素結合環状炭酸エステルの含有量は、例えば、0.01重量%以上10重量%以下である。   Moreover, it is preferable that the solvent contains unsaturated carbon bond cyclic carbonate. This is because a stable coating is formed on the surface of the negative electrode 22 during charging and discharging, so that the decomposition reaction of the electrolytic solution is suppressed. The unsaturated carbon bond cyclic ester carbonate is a cyclic ester carbonate having an unsaturated carbon bond (in which an unsaturated carbon bond is introduced at any position), such as vinylene carbonate or vinyl ethylene carbonate. The content of the unsaturated carbon bond cyclic carbonate in the solvent is, for example, 0.01 wt% or more and 10 wt% or less.

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

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

電解質塩は、例えば、リチウム塩などの軽金属塩のいずれか1種類あるいは2種類以上を含んでいる。リチウム塩としては、例えば、以下の材料などが挙げられる。六フッ化リン酸リチウム(LiPF6 )、四フッ化ホウ酸リチウム(LiBF4 )、過塩素酸リチウム(LiClO4 )あるいは六フッ化ヒ酸リチウム(LiAsF6 )である。テトラフェニルホウ酸リチウム(LiB(C6 5 4 )、メタンスルホン酸リチウム(LiCH3 SO3 )、トリフルオロメタンスルホン酸リチウム(LiCF3 SO3 )あるいはテトラクロロアルミン酸リチウム(LiAlCl4 )である。六フッ化ケイ酸二リチウム(Li2 SiF6 )、塩化リチウム(LiCl)あるいは臭化リチウム(LiBr)である。優れた電池容量、サイクル特性および保存特性などが得られるからである。 The electrolyte salt includes, for example, any one or more of light metal salts such as lithium salts. Examples of the lithium salt include the following materials. Lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ), lithium perchlorate (LiClO 4 ), or lithium hexafluoroarsenate (LiAsF 6 ). Lithium tetraphenylborate (LiB (C 6 H 5 ) 4 ), lithium methanesulfonate (LiCH 3 SO 3 ), lithium trifluoromethanesulfonate (LiCF 3 SO 3 ) or lithium tetrachloroaluminate (LiAlCl 4 ) . It is dilithium hexafluorosilicate (Li 2 SiF 6 ), lithium chloride (LiCl) or lithium bromide (LiBr). This is because excellent battery capacity, cycle characteristics, storage characteristics, and the like can be obtained.

中でも、六フッ化リン酸リチウム、四フッ化ホウ酸リチウム、過塩素酸リチウムおよび六フッ化ヒ酸リチウムのうちの少なくとも1種が好ましい。さらに、六フッ化リン酸リチウムおよび四フッ化ホウ酸リチウムが好ましく、六フッ化リン酸リチウムがより好ましい。内部抵抗が低下するため、より優れた特性が得られるからである。   Among these, at least one of lithium hexafluorophosphate, lithium tetrafluoroborate, lithium perchlorate, and lithium hexafluoroarsenate is preferable. Furthermore, lithium hexafluorophosphate and lithium tetrafluoroborate are preferable, and lithium hexafluorophosphate is more preferable. This is because the internal resistance is reduced, so that more excellent characteristics can be obtained.

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

[角型二次電池の動作]
この角型二次電池では、充電時において、例えば、正極21から放出されたリチウムイオンが、セパレータ23に含浸された電解液を介して負極22に吸蔵される。一方、放電時において、例えば、負極22から放出されたリチウムイオンが、セパレータ23に含浸された電解液を介して正極21に吸蔵される。
[Operation of prismatic secondary battery]
In this prismatic secondary battery, at the time of charging, for example, lithium ions released from the positive electrode 21 are occluded in the negative electrode 22 through the electrolytic solution impregnated in the separator 23. On the other hand, at the time of discharging, for example, lithium ions released from the negative electrode 22 are occluded in the positive electrode 21 through the electrolytic solution impregnated in the separator 23.

[角型二次電池の製造方法]
この二次電池は、例えば、以下の手順により製造される。
[Method for producing square secondary battery]
This secondary battery is manufactured by the following procedure, for example.

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

次に、上記した負極10と同様の作製手順により、負極集電体22Aに負極活物質層22Bを形成して負極22を作製する。   Next, the negative electrode 22 is manufactured by forming the negative electrode active material layer 22B on the negative electrode current collector 22A by the same manufacturing procedure as that of the negative electrode 10 described above.

次に、正極21および負極22を用いて電池素子20を作製する。最初に、溶接法などを用いて、正極集電体21Aに正極リード24を取り付けると共に、負極集電体22Aに負極リード25を取り付ける。続いて、セパレータ23を介して正極21と負極22とを積層させたのち、それらを長手方向において巻回させる。最後に、扁平な形状となるように巻回体を成型する。   Next, the battery element 20 is produced using the positive electrode 21 and the negative electrode 22. First, using a welding method or the like, the positive electrode lead 24 is attached to the positive electrode current collector 21A, and the negative electrode lead 25 is attached to the negative electrode current collector 22A. Then, after laminating the positive electrode 21 and the negative electrode 22 via the separator 23, they are wound in the longitudinal direction. Finally, the wound body is molded so as to have a flat shape.

最後に、角型二次電池を組み立てる。最初に、電池缶11の内部に電池素子20を収納したのち、その電池素子20の上に絶縁板12を載せる。続いて、溶接法などを用いて、正極リード24を正極ピン15に取り付けると共に、負極リード25を電池缶11に取り付ける。この場合には、レーザ溶接法などを用いて、電池缶11の開放端部に電池蓋13を固定する。最後に、注入孔19から電池缶11の内部に電解液を注入してセパレータ23に含浸させたのち、その注入孔19を封止部材19Aで塞ぐ。   Finally, the prismatic secondary battery is assembled. First, after storing the battery element 20 in the battery can 11, the insulating plate 12 is placed on the battery element 20. Subsequently, the positive electrode lead 24 is attached to the positive electrode pin 15 and the negative electrode lead 25 is attached to the battery can 11 using a welding method or the like. In this case, the battery lid 13 is fixed to the open end of the battery can 11 using a laser welding method or the like. Finally, after injecting the electrolyte into the battery can 11 from the injection hole 19 and impregnating the separator 23, the injection hole 19 is closed with a sealing member 19A.

[角型二次電池の作用および効果]
この角型二次電池によれば、負極22が上記した負極10と同様の構成を有しているので、充放電時において放電容量のロスが生じにくくなると共に負極活物質層22が粉砕崩落しにくくなる。よって、サイクル特性を向上させることができる。これ以外の効果は、負極10と同様である。
[Operation and effect of prismatic secondary battery]
According to this prismatic secondary battery, since the negative electrode 22 has the same configuration as the negative electrode 10 described above, it is difficult for loss of discharge capacity to occur during charging and discharging, and the negative electrode active material layer 22 is crushed and collapsed. It becomes difficult. Therefore, cycle characteristics can be improved. Other effects are the same as those of the negative electrode 10.

<2−2.円筒型>
図6および図7は円筒型二次電池の断面構成を表しており、図7では図6に示した巻回電極体40の一部を拡大している。以下では、既に説明した角型二次電池の構成要素を随時引用する。
<2-2. Cylindrical type>
6 and 7 show a cross-sectional configuration of the cylindrical secondary battery. In FIG. 7, a part of the wound electrode body 40 shown in FIG. 6 is enlarged. In the following, the components of the already-described prismatic secondary battery are referred to as needed.

円筒型二次電池は、主に、ほぼ中空円柱状の電池缶31の内部に巻回電極体40および一対の絶縁板32,33が収納されたものである。この巻回電極体40は、セパレータ43を介して正極41と負極42とが積層および巻回された巻回積層体である。   In the cylindrical secondary battery, a wound electrode body 40 and a pair of insulating plates 32 and 33 are mainly housed in a substantially hollow cylindrical battery can 31. The wound electrode body 40 is a wound laminated body in which a positive electrode 41 and a negative electrode 42 are laminated and wound via a separator 43.

電池缶31は、一端部が閉鎖されると共に他端部が開放された中空構造を有しており、例えば、電池缶11と同様の材料により構成されている。一対の絶縁板32,33は、巻回電極体40を上下から挟み、その巻回周面に対して垂直に延在するように配置されている。   The battery can 31 has a hollow structure in which one end is closed and the other end is opened. For example, the battery can 31 is made of the same material as the battery can 11. The pair of insulating plates 32 and 33 are arranged so as to sandwich the wound electrode body 40 from above and below and to extend perpendicular to the wound peripheral surface.

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

巻回電極体40の中心には、センターピン44が挿入されていてもよい。正極41には、アルミニウムなどの導電性材料により構成された正極リード45が接続されていると共に、負極42には、ニッケルなどの導電性材料により構成された負極リード46が接続されている。正極リード45は、安全弁機構35に溶接などされると共に電池蓋34と電気的に接続されており、負極リード46は、電池缶31に溶接などされている。   A center pin 44 may be inserted in the center of the wound electrode body 40. A positive electrode lead 45 made of a conductive material such as aluminum is connected to the positive electrode 41, and a negative electrode lead 46 made of a conductive material such as nickel is connected to the negative electrode 42. The positive electrode lead 45 is welded to the safety valve mechanism 35 and is electrically connected to the battery lid 34, and the negative electrode lead 46 is welded to the battery can 31.

正極41は、例えば、正極集電体41Aの両面に正極活物質層41Bが設けられたものである。負極42は、上記した負極10と同様の構成を有しており、例えば、負極集電体42Aの両面に負極活物質層42Bが設けられたものである。正極集電体41A、正極活物質層41B、負極集電体42A、負極活物質層42Bおよびセパレータ43の構成は、それぞれ正極集電体21A、正極活物質層21B、負極集電体22A、負極活物質層22Bおよびセパレータ23の構成と同様である。また、電解液の組成は、角型二次電池における電解液の組成と同様である。   In the positive electrode 41, for example, a positive electrode active material layer 41B is provided on both surfaces of a positive electrode current collector 41A. The negative electrode 42 has the same configuration as that of the negative electrode 10 described above. For example, the negative electrode active material layer 42B is provided on both surfaces of the negative electrode current collector 42A. The configurations of the positive electrode current collector 41A, the positive electrode active material layer 41B, the negative electrode current collector 42A, the negative electrode active material layer 42B, and the separator 43 are the positive electrode current collector 21A, the positive electrode active material layer 21B, the negative electrode current collector 22A, and the negative electrode, respectively. The configurations of the active material layer 22B and the separator 23 are the same. The composition of the electrolytic solution is the same as the composition of the electrolytic solution in the prismatic secondary battery.

この円筒型二次電池では、充電時において、例えば、正極41から放出されたリチウムイオンが電解液を介して負極42に吸蔵される。一方、放電時において、例えば、負極42から放出されたリチウムイオンが電解液を介して正極41に吸蔵される。   In this cylindrical secondary battery, at the time of charging, for example, lithium ions released from the positive electrode 41 are occluded in the negative electrode 42 through the electrolytic solution. On the other hand, at the time of discharge, for example, lithium ions released from the negative electrode 42 are occluded in the positive electrode 41 through the electrolytic solution.

この円筒型二次電池は、例えば、以下の手順により製造される。最初に、正極21および負極22と同様の作製手順により、正極集電体41Aの両面に正極活物質層41Bを形成して正極41を作製すると共に、負極集電体42Aの両面に負極活物質層42Bを形成して負極42を作製する。続いて、溶接法などを用いて、正極41に正極リード45を取り付けると共に、負極42に負極リード46を取り付ける。続いて、セパレータ43を介して正極41と負極42とを積層および巻回させて巻回電極体40を作製したのち、その巻回中心にセンターピン44を挿入する。続いて、一対の絶縁板32,33で挟みながら巻回電極体40を電池缶31の内部に収納する。この場合には、溶接法などを用いて、正極リード45を安全弁機構35に取り付けると共に、負極リード46の先端部を電池缶31に取り付ける。続いて、電池缶31の内部に電解液を注入してセパレータ43に含浸させる。最後に、電池缶31の開口端部に電池蓋34、安全弁機構35および熱感抵抗素子36を取り付けたのち、それらをガスケット37を介してかしめる。   This cylindrical secondary battery is manufactured, for example, according to the following procedure. First, the positive electrode active material layer 41B is formed on both surfaces of the positive electrode current collector 41A to produce the positive electrode 41 by the same production procedure as the positive electrode 21 and the negative electrode 22, and the negative electrode active material is formed on both surfaces of the negative electrode current collector 42A. The layer 42B is formed to produce the negative electrode 42. Subsequently, using a welding method or the like, the positive electrode lead 45 is attached to the positive electrode 41 and the negative electrode lead 46 is attached to the negative electrode 42. Subsequently, the positive electrode 41 and the negative electrode 42 are stacked and wound through the separator 43 to produce the wound electrode body 40, and then the center pin 44 is inserted into the winding center. Subsequently, the wound electrode body 40 is accommodated in the battery can 31 while being sandwiched between the pair of insulating plates 32 and 33. In this case, the positive electrode lead 45 is attached to the safety valve mechanism 35 using a welding method or the like, and the tip of the negative electrode lead 46 is attached to the battery can 31. Subsequently, an electrolytic solution is injected into the battery can 31 and impregnated in the separator 43. Finally, after attaching the battery lid 34, the safety valve mechanism 35, and the heat sensitive resistance element 36 to the opening end of the battery can 31, they are crimped via the gasket 37.

この円筒型二次電池によれば、負極42が上記した負極10と同様の構成を有しているので、角型二次電池と同様の理由により、サイクル特性を向上させることができる。これ以外の効果は、負極10と同様である。   According to this cylindrical secondary battery, since the negative electrode 42 has the same configuration as the negative electrode 10 described above, the cycle characteristics can be improved for the same reason as that of the square secondary battery. Other effects are the same as those of the negative electrode 10.

<2−3.ラミネートフィルム型>
図8はラミネートフィルム型二次電池の分解斜視構成を表しており、図9は図8に示した巻回電極体50のIX−IX線に沿った断面を拡大している。
<2-3. Laminate film type>
FIG. 8 shows an exploded perspective configuration of a laminated film type secondary battery, and FIG. 9 is an enlarged cross section taken along line IX-IX of the spirally wound electrode body 50 shown in FIG.

ラミネートフィルム型二次電池は、主に、フィルム状の外装部材60の内部に巻回電極体50が収納されたものである。この巻回電極体50は、セパレータ55および電解質層56を介して正極53と負極54とが積層および巻回された巻回積層体である。正極53には正極リード51が取り付けられており、負極54には負極リード52が取り付けられている。この巻回電極体50の最外周部は、保護テープ57により保護されている。   The laminate film type secondary battery is mainly one in which a wound electrode body 50 is housed inside a film-shaped exterior member 60. The wound electrode body 50 is a wound laminated body in which a positive electrode 53 and a negative electrode 54 are laminated and wound via a separator 55 and an electrolyte layer 56. A positive electrode lead 51 is attached to the positive electrode 53, and a negative electrode lead 52 is attached to the negative electrode 54. The outermost periphery of the wound electrode body 50 is protected by a protective tape 57.

正極リード51および負極リード52は、例えば、外装部材60の内部から外部に向かって同一方向に導出されている。正極リード51は、例えば、アルミニウムなどの導電性材料により構成されていると共に、負極リード52は、例えば、銅、ニッケルあるいはステンレスなどの導電性材料により構成されている。これらの材料は、例えば、薄板状あるいは網目状になっている。   The positive electrode lead 51 and the negative electrode lead 52 are led out in the same direction from the inside of the exterior member 60 to the outside, for example. The positive electrode lead 51 is made of, for example, a conductive material such as aluminum, and the negative electrode lead 52 is made of, for example, a conductive material such as copper, nickel, or stainless steel. These materials have, for example, a thin plate shape or a mesh shape.

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

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

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

正極53は、例えば、正極集電体53Aの両面に正極活物質層53Bが設けられたものである。負極54は、上記した負極10と同様の構成を有しており、例えば、負極集電体54Aの両面に負極活物質層54Bが設けられたものである。正極集電体53A、正極活物質層53B、負極集電体54Aおよび負極活物質層54Bの構成は、それぞれ正極集電体21Aおよび正極活物質層21Bの構成と同様である。また、セパレータ55の構成は、セパレータ23の構成と同様である。   In the positive electrode 53, for example, the positive electrode active material layer 53B is provided on both surfaces of the positive electrode current collector 53A. The negative electrode 54 has the same configuration as that of the negative electrode 10 described above. For example, the negative electrode active material layer 54B is provided on both surfaces of the negative electrode current collector 54A. The configurations of the positive electrode current collector 53A, the positive electrode active material layer 53B, the negative electrode current collector 54A, and the negative electrode active material layer 54B are the same as the configurations of the positive electrode current collector 21A and the positive electrode active material layer 21B, respectively. The configuration of the separator 55 is the same as the configuration of the separator 23.

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

高分子化合物としては、例えば、以下の高分子材料うちのいずれか1種類あるいは2種類以上などが挙げられる。ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリヘキサフルオロプロピレン、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、ポリフォスファゼン、ポリシロキサンあるいはポリフッ化ビニルである。ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリメタクリル酸メチル、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、スチレン−ブタジエンゴム、ニトリル−ブタジエンゴム、ポリスチレンあるいはポリカーボネートである。フッ化ビニリデンとヘキサフルオロピレンとの共重合体などである。中でも、ポリフッ化ビニリデン、あるいはフッ化ビニリデンとヘキサフルオロピレンとの共重合体が好ましい。電気化学的に安定だからである。   Examples of the polymer compound include one or more of the following polymer materials. Polyacrylonitrile, polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, polyhexafluoropropylene, polyethylene oxide, polypropylene oxide, polyphosphazene, polysiloxane, or polyvinyl fluoride. Polyvinyl acetate, polyvinyl alcohol, polymethyl methacrylate, polyacrylic acid, polymethacrylic acid, styrene-butadiene rubber, nitrile-butadiene rubber, polystyrene or polycarbonate. For example, a copolymer of vinylidene fluoride and hexafluoropyrene. Among these, polyvinylidene fluoride or a copolymer of vinylidene fluoride and hexafluoropyrene is preferable. This is because it is electrochemically stable.

電解液の組成は、例えば、角型二次電池における電解液の組成と同様である。ただし、ゲル状の電解質である電解質層56において、電解液の溶媒とは、液状の溶媒だけでなく、電解質塩を解離させることが可能なイオン伝導性を有する材料まで含む広い概念である。このため、イオン伝導性を有する高分子化合物を用いる場合には、その高分子化合物も溶媒に含まれる。   The composition of the electrolytic solution is, for example, the same as the composition of the electrolytic solution in the square secondary battery. However, in the electrolyte layer 56 which is a gel electrolyte, the solvent of the electrolytic solution is a wide concept including not only a liquid solvent but also a material having ion conductivity capable of dissociating the electrolyte salt. For this reason, when using the high molecular compound which has ion conductivity, the high molecular compound is also contained in a solvent.

なお、ゲル状の電解質層56に代えて、電解液をそのまま用いてもよい。この場合には、電解液がセパレータ55に含浸される。   Instead of the gel electrolyte layer 56, the electrolytic solution may be used as it is. In this case, the separator 55 is impregnated with the electrolytic solution.

このラミネートフィルム型二次電池では、充電時において、例えば、正極53から放出されたリチウムイオンが電解質層56を介して負極54に吸蔵される。一方、放電時において、例えば、負極54から放出されたリチウムイオンが電解質層56を介して正極53に吸蔵される。   In this laminated film type secondary battery, during charging, for example, lithium ions released from the positive electrode 53 are occluded in the negative electrode 54 via the electrolyte layer 56. On the other hand, during discharge, for example, lithium ions released from the negative electrode 54 are occluded in the positive electrode 53 through the electrolyte layer 56.

このゲル状の電解質層56を備えたラミネートフィルム型二次電池は、例えば、以下の3種類の手順により製造される。   The laminate film type secondary battery provided with the gel electrolyte layer 56 is manufactured, for example, by the following three types of procedures.

第1手順では、最初に、正極21および負極22と同様の作製手順により、正極53および負極54を作製する。この場合には、正極集電体53Aの両面に正極活物質層53Bを形成して正極53を作製すると共に、負極集電体54Aの両面に負極活物質層54Bを形成して負極54を作製する。続いて、電解液、高分子化合物および溶剤を含む前駆溶液を調製したのち、その前駆溶液を正極53および負極54に塗布してゲル状の電解質層56を形成する。続いて、溶接法などを用いて、正極集電体53Aに正極リード51を取り付けると共に、負極集電体54Aに負極リード52を取り付ける。続いて、電解質層56が形成された正極53と負極54とをセパレータ55を介して積層および巻回させて巻回電極体50を作製したのち、その最外周部に保護テープ57を接着させる。最後に、2枚のフィルム状の外装部材60の間に巻回電極体50を挟み込んだのち、熱融着法などを用いて外装部材60の外周縁部同士を接着させて、その外装部材60に巻回電極体50を封入する。この場合には、正極リード51および負極リード52と外装部材60との間に密着フィルム61を挿入する。   In the first procedure, first, the positive electrode 53 and the negative electrode 54 are manufactured by the same manufacturing procedure as that of the positive electrode 21 and the negative electrode 22. In this case, the positive electrode active material layer 53B is formed on both surfaces of the positive electrode current collector 53A to produce the positive electrode 53, and the negative electrode active material layer 54B is formed on both surfaces of the negative electrode current collector 54A to produce the negative electrode 54. To do. Subsequently, after preparing a precursor solution containing an electrolytic solution, a polymer compound, and a solvent, the precursor solution is applied to the positive electrode 53 and the negative electrode 54 to form a gel electrolyte layer 56. Subsequently, using a welding method or the like, the positive electrode lead 51 is attached to the positive electrode current collector 53A, and the negative electrode lead 52 is attached to the negative electrode current collector 54A. Subsequently, the positive electrode 53 and the negative electrode 54 on which the electrolyte layer 56 is formed are stacked and wound via a separator 55 to produce a wound electrode body 50, and then a protective tape 57 is bonded to the outermost periphery. Finally, after sandwiching the wound electrode body 50 between the two film-shaped exterior members 60, the outer peripheral edges of the exterior member 60 are bonded to each other by using a heat fusion method or the like, and the exterior member 60 The wound electrode body 50 is encapsulated. In this case, the adhesion film 61 is inserted between the positive electrode lead 51 and the negative electrode lead 52 and the exterior member 60.

第2手順では、最初に、正極53に正極リード51を取り付けると共に、負極54に負極リード52を取り付ける。続いて、セパレータ55を介して正極53および負極54を積層および巻回させて巻回電極体50の前駆体である巻回体を作製したのち、その最外周部に保護テープ57を接着させる。続いて、2枚のフィルム状の外装部材60の間に巻回体を挟み込んだのち、熱融着法などを用いて一辺の外周縁部を除いた残りの外周縁部を接着させて、袋状の外装部材60の内部に巻回体を収納する。続いて、電解液と、高分子化合物の原料であるモノマーと、重合開始剤と、必要に応じて重合禁止剤などの他の材料とを含む電解質用組成物を調製して袋状の外装部材60の内部に注入したのち、熱融着法などを用いて外装部材60の開口部を密封する。最後に、モノマーを熱重合させて高分子化合物とし、ゲル状の電解質層56を形成する。   In the second procedure, first, the positive electrode lead 51 is attached to the positive electrode 53 and the negative electrode lead 52 is attached to the negative electrode 54. Subsequently, the positive electrode 53 and the negative electrode 54 are stacked and wound through the separator 55 to produce a wound body that is a precursor of the wound electrode body 50, and then a protective tape 57 is bonded to the outermost periphery. Subsequently, after sandwiching the wound body between the two film-shaped exterior members 60, the remaining outer peripheral edge portion excluding the outer peripheral edge portion on one side is adhered by using a heat fusion method or the like, and the bag A wound body is accommodated in the interior of the outer package member 60. Subsequently, an electrolyte composition containing an electrolytic solution, a monomer that is a raw material of the polymer compound, a polymerization initiator, and other materials such as a polymerization inhibitor as necessary is prepared to form a bag-shaped exterior member. After injecting into the interior of the 60, the opening of the exterior member 60 is sealed using a heat fusion method or the like. Finally, the monomer is thermally polymerized to obtain a polymer compound, and the gel electrolyte layer 56 is formed.

第3手順では、最初に、高分子化合物が両面に塗布されたセパレータ55を用いることを除き、上記した第2手順と同様に、巻回体を作製して袋状の外装部材60の内部に収納する。このセパレータ55に塗布する高分子化合物としては、例えば、フッ化ビニリデンを成分とする重合体(単独重合体、共重合体あるいは多元共重合体など)が挙げられる。具体的には、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデンおよびヘキサフルオロプロピレンを成分とする二元系共重合体、あるいはフッ化ビニリデン、ヘキサフルオロプロピレンおよびクロロトリフルオロエチレンを成分とする三元系共重合体などである。なお、フッ化ビニリデンを成分とする重合体と一緒に、他の1種類あるいは2種類以上の高分子化合物を用いてもよい。続いて、電解液を調製して外装部材60の内部に注入したのち、熱融着法などを用いて外装部材60の開口部を密封する。最後に、外装部材60に加重をかけながら加熱して、高分子化合物を介してセパレータ55を正極53および負極54に密着させる。これにより、電解液が高分子化合物に含浸するため、その高分子化合物がゲル化して電解質層56が形成される。   In the third procedure, first, a wound body is prepared in the interior of the bag-shaped exterior member 60 in the same manner as in the second procedure described above except that the separator 55 coated with the polymer compound on both sides is used. Store. Examples of the polymer compound applied to the separator 55 include a polymer (such as a homopolymer, a copolymer, or a multi-component copolymer) containing vinylidene fluoride as a component. Specifically, a binary copolymer having polyvinylidene fluoride, vinylidene fluoride and hexafluoropropylene as components, or a ternary copolymer having vinylidene fluoride, hexafluoropropylene and chlorotrifluoroethylene as components. Etc. One or two or more other polymer compounds may be used together with the polymer containing vinylidene fluoride as a component. Subsequently, after the electrolytic solution is prepared and injected into the exterior member 60, the opening of the exterior member 60 is sealed using a thermal fusion method or the like. Finally, the exterior member 60 is heated while applying a load, and the separator 55 is brought into close contact with the positive electrode 53 and the negative electrode 54 through the polymer compound. Thereby, since the electrolytic solution is impregnated into the polymer compound, the polymer compound is gelled to form the electrolyte layer 56.

この第3手順では、第1手順よりも電池膨れが抑制される。また、第3手順では、第2手順よりも高分子化合物の原料であるモノマーあるいは溶媒などが電解質層56中にほとんど残らないため、高分子化合物の形成工程が良好に制御される。このため、正極53、負極54およびセパレータ55と電解質層56との間において十分な密着性が得られる。   In this third procedure, battery swelling is suppressed more than in the first procedure. Further, in the third procedure, the monomer or solvent that is a raw material of the polymer compound hardly remains in the electrolyte layer 56 than in the second procedure, so that the formation process of the polymer compound is controlled well. For this reason, sufficient adhesion is obtained between the positive electrode 53, the negative electrode 54 and the separator 55 and the electrolyte layer 56.

このラミネートフィルム型二次電池によれば、負極54が上記した負極10と同様の構成を有しているので、角型二次電池と同様の理由により、サイクル特性を向上させることができる。これ以外の効果は、負極10と同様である。   According to this laminate film type secondary battery, since the negative electrode 54 has the same configuration as the negative electrode 10 described above, the cycle characteristics can be improved for the same reason as that of the square type secondary battery. Other effects are the same as those of the negative electrode 10.

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

(実験例1−1〜1−19)
以下の手順により、図8および図9に示したラミネートフィルム型の二次電池を作製した。
(Experimental Examples 1-1 to 1-19)
The laminate film type secondary battery shown in FIGS. 8 and 9 was produced by the following procedure.

最初に、正極53を作製した。まず、正極活物質(リチウムコバルト複合酸化物:LiCoO2 )91質量部と、正極導電剤(グラファイト)6質量部と、正極結着剤(ポリフッ化ビニリデン:PVDF)3質量部とを混合して正極合剤とした。続いて、正極合剤を有機溶剤(N−メチル−2−ピロリドン:NMP)に分散させてペースト状の正極合剤スラリーとした。続いて、コーティング装置を用いて正極集電体53Aの両面に正極合剤スラリーを塗布したのちに乾燥させて正極活物質層53Bを形成した。この場合には、正極集電体53Aとして帯状のアルミニウム箔(厚さ=12μm)を用いた。最後に、ロールプレス機を用いて正極活物質層53Bを圧縮成型した。なお、正極活物質層53Bを形成する場合には、満充電時において負極54にリチウム金属が析出しないように厚さを調整した。 First, the positive electrode 53 was produced. First, 91 parts by mass of a positive electrode active material (lithium cobalt composite oxide: LiCoO 2 ), 6 parts by mass of a positive electrode conductive agent (graphite), and 3 parts by mass of a positive electrode binder (polyvinylidene fluoride: PVDF) were mixed. A positive electrode mixture was obtained. Subsequently, the positive electrode mixture was dispersed in an organic solvent (N-methyl-2-pyrrolidone: NMP) to obtain a paste-like positive electrode mixture slurry. Subsequently, the positive electrode mixture slurry was applied to both surfaces of the positive electrode current collector 53A using a coating apparatus and then dried to form the positive electrode active material layer 53B. In this case, a strip-shaped aluminum foil (thickness = 12 μm) was used as the positive electrode current collector 53A. Finally, the positive electrode active material layer 53B was compression molded using a roll press. Note that when the positive electrode active material layer 53B was formed, the thickness was adjusted so that lithium metal was not deposited on the negative electrode 54 during full charge.

次に、負極54を作製した。まず、ジェットミルを用いてケイ素粉末(メジアン径=14μm,メジアン径の算術標準偏差=9.2μm)を粉砕したのち、マイクロスピンを用いて乾式分級した。この場合には、メジアン径、算術標準偏差および平均円形度が表1に示した値になるように粉砕条件等を調整した。メジアン径および算術標準偏差を測定するためには、株式会社堀場製作所製のレーザ回折/散乱式粒度分布測定装置LA−920(分散媒はヘキサメタリン酸ナトリウム1%水溶液)を用いた。また、平均円形度を測定するためには、ホソカワミクロン株式会社製の粒子像解析装置FPIA−3000を用いた。続いて、負極活物質(複数の負極活物質粒子であるケイ素粉末)と、負極結着剤の前駆体(ポリアミック酸のNMP溶液)とを80:20の乾燥重量比で混合したのち、分量外のNMPで希釈してペースト状の負極合剤スラリーとした。続いて、コーティング装置を用いて負極集電体54Aの両面に負極合剤スラリーを塗布して乾燥させたのち、真空雰囲気中で400℃×1時間焼成して負極結着剤(ポリイミド:PI)を形成した。この場合には、負極集電体54Aとして帯状の電解銅箔(厚さ=15μm)を用いた。最後に、電解鍍金法を用いて金属被覆材料を形成した。この場合には、表1に示したように、金属被覆材料の形成材料として銅を用いると共に、比T/Dが1/4になるように鍍金時間(金属被覆材料の平均厚さ)を調整した。電解鍍金法では、日本高純度化学株式会社製の電解銅鍍金浴(pH=8.1(ポリリン酸で調整),浴温度=50℃)を用いると共に、電流密度=0.03mA/cm2 および電荷量=40C/cm2 とした。この電解銅鍍金浴の組成は、ピロリン酸銅=105g/dm3 (=g/l)、ピロリン酸カリウム=450dm3 、硝酸カリウム30dm3 および10%アンモニア水250dm3 である。なお、上記したメジアン径および算術標準偏差などの条件については、図5を参照して説明した非対向領域R2における負極活物質層54Bについて調べた。 Next, the negative electrode 54 was produced. First, silicon powder (median diameter = 14 μm, arithmetic standard deviation of median diameter = 9.2 μm) was pulverized using a jet mill, and then dry-classified using a microspin. In this case, the pulverization conditions and the like were adjusted so that the median diameter, arithmetic standard deviation, and average circularity were the values shown in Table 1. In order to measure the median diameter and the arithmetic standard deviation, a laser diffraction / scattering particle size distribution measuring apparatus LA-920 (manufactured by Horiba, Ltd.) (the dispersion medium is a 1% sodium hexametaphosphate aqueous solution) was used. In order to measure the average circularity, a particle image analyzer FPIA-3000 manufactured by Hosokawa Micron Corporation was used. Subsequently, the negative electrode active material (silicon powder which is a plurality of negative electrode active material particles) and the negative electrode binder precursor (NMP solution of polyamic acid) were mixed at a dry weight ratio of 80:20, and then the amount was not exceeded. Was diluted with NMP to obtain a paste-like negative electrode mixture slurry. Subsequently, the negative electrode mixture slurry was applied to both surfaces of the negative electrode current collector 54A using a coating apparatus, dried, and then fired in a vacuum atmosphere at 400 ° C. for 1 hour to form a negative electrode binder (polyimide: PI). Formed. In this case, a strip-shaped electrolytic copper foil (thickness = 15 μm) was used as the negative electrode current collector 54A. Finally, a metal coating material was formed using an electrolytic plating method. In this case, as shown in Table 1, copper is used as the metal coating material forming material, and the plating time (average thickness of the metal coating material) is adjusted so that the ratio T / D becomes 1/4. did. In the electrolytic plating method, an electrolytic copper plating bath (pH = 8.1 (adjusted with polyphosphoric acid), bath temperature = 50 ° C.) manufactured by Japan High Purity Chemical Co., Ltd., and current density = 0.03 mA / cm 2 and Charge amount = 40 C / cm 2 . The composition of this electrolytic copper plating bath is copper pyrophosphate = 105 g / dm 3 (= g / l), potassium pyrophosphate = 450 dm 3 , potassium nitrate 30 dm 3 and 10% aqueous ammonia 250 dm 3 . Note that the conditions such as the median diameter and the arithmetic standard deviation were examined for the negative electrode active material layer 54B in the non-facing region R2 described with reference to FIG.

次に、溶媒(炭酸エチレン(EC)、炭酸ジエチル(DEC)および炭酸ビニレン(VC))を混合したのち、電解質塩(六フッ化リン酸リチウム:LiPF6 )を溶解させて電解液を調製した。この場合には、溶媒の組成を重量比でEC:DEC:VC=30:60:10とし、電解質塩の含有量を溶媒に対して1mol/kgとした。 Next, after mixing a solvent (ethylene carbonate (EC), diethyl carbonate (DEC) and vinylene carbonate (VC)), an electrolyte salt (lithium hexafluorophosphate: LiPF 6 ) was dissolved to prepare an electrolyte solution. . In this case, the composition of the solvent was EC: DEC: VC = 30: 60: 10 by weight, and the content of the electrolyte salt was 1 mol / kg with respect to the solvent.

最後に、正極53および負極54と共に電解液を用いて二次電池を組み立てた。最初に、正極集電体53Aの一端にアルミニウム製の正極リード51を溶接すると共に、負極集電体54Aの一端にニッケル製の負極リード52を溶接した。続いて、正極53と、セパレータ55と、負極54と、セパレータ55とをこの順に積層してから長手方向に巻回させて、巻回電極体50の前駆体である巻回体を形成したのち、その巻き終わり部分を保護テープ57(粘着テープ)で固定した。この場合には、セパレータ55として、多孔性ポリプロピレンを主成分とするフィルムにより多孔性ポリエチレンを主成分とするフィルムが挟まれた積層フィルム(厚さ=20μm)を用いた。続いて、外装部材60の間に巻回体を挟み込んだのち、一辺を除く外周縁部同士を熱融着して、袋状の外装部材60の内部に巻回体を収納した。この場合には、外装部材60として、外側からナイロンフィルム(厚さ=30μm)、アルミニウム箔(厚さ=40μm)および無延伸ポリプロピレンフィルム(厚さ=30μm)が積層されたアルミラミネートフィルムを用いた。続いて、外装部材60の開口部から電解液を注入してセパレータ55に含浸させて巻回電極体50を作製した。最後に、真空雰囲気中で外装部材60の開口部を熱融着して、その外装部材60を封止した。   Finally, a secondary battery was assembled using the electrolytic solution together with the positive electrode 53 and the negative electrode 54. First, the positive electrode lead 51 made of aluminum was welded to one end of the positive electrode current collector 53A, and the negative electrode lead 52 made of nickel was welded to one end of the negative electrode current collector 54A. Subsequently, the positive electrode 53, the separator 55, the negative electrode 54, and the separator 55 are laminated in this order and then wound in the longitudinal direction to form a wound body that is a precursor of the wound electrode body 50. The winding end portion was fixed with a protective tape 57 (adhesive tape). In this case, a laminated film (thickness = 20 μm) in which a film mainly composed of porous polyethylene was sandwiched between films mainly composed of porous polypropylene was used as the separator 55. Subsequently, after sandwiching the wound body between the exterior members 60, the outer peripheral edge portions except for one side were heat-sealed, and the wound body was housed inside the bag-shaped exterior member 60. In this case, an aluminum laminate film in which a nylon film (thickness = 30 μm), an aluminum foil (thickness = 40 μm), and an unstretched polypropylene film (thickness = 30 μm) were laminated as the exterior member 60 was used. . Subsequently, an electrolytic solution was injected from the opening of the exterior member 60 and impregnated in the separator 55 to produce the wound electrode body 50. Finally, the opening of the exterior member 60 was heat-sealed in a vacuum atmosphere, and the exterior member 60 was sealed.

二次電池のサイクル特性を調べたところ、表1に示した結果が得られた。この場合には、最初に、電池状態を安定化させるために23℃の雰囲気中で1サイクル充放電したのち、再び充放電させて2サイクル目の放電容量を測定した。続いて、同雰囲気中でサイクル数の総数が100サイクルになるまで充放電して100サイクル目の放電容量を測定した。最後に、容量維持率(%)=(100サイクル目の放電容量/2サイクル目の放電容量)×100を算出した。   When the cycle characteristics of the secondary battery were examined, the results shown in Table 1 were obtained. In this case, first, in order to stabilize the battery state, the battery was charged and discharged for 1 cycle in an atmosphere at 23 ° C., and then charged and discharged again to measure the discharge capacity of the second cycle. Subsequently, charging and discharging were performed until the total number of cycles reached 100 in the same atmosphere, and the discharge capacity at the 100th cycle was measured. Finally, capacity retention ratio (%) = (discharge capacity at the 100th cycle / discharge capacity at the second cycle) × 100 was calculated.

1サイクル目では、0.2mA/cm2 の電流密度で電圧が4.2Vになるまで定電流充電し、さらに4.2Vの電圧で電流密度が0.02mA/cm2 になるまで定電圧充電したのち、0.2mA/cm2 の電流密度で電圧が2.5Vになるまで定電流放電した。2サイクル目では、定電流放電時の電圧を2.7Vに変更したことを除き、1サイクル目と同様に充放電した。3サイクル目以降では、電流密度を2mA/cm2 および定電流放電時の電圧を2.7Vに変更したことを除き、1サイクル目と同様に充放電した。 In the first cycle, and a constant current charging until the voltage becomes 4.2V at a current density of 0.2 mA / cm 2, the constant-voltage charge until further current density is 0.02 mA / cm 2 at a voltage of 4.2V Then, constant current discharge was performed until the voltage became 2.5 V at a current density of 0.2 mA / cm 2 . In the second cycle, charging and discharging were performed in the same manner as in the first cycle except that the voltage during constant current discharge was changed to 2.7V. In the third and subsequent cycles, charging and discharging were performed in the same manner as in the first cycle except that the current density was changed to 2 mA / cm 2 and the voltage during constant current discharge was changed to 2.7 V.

Figure 2011086503
Figure 2011086503

メジアン径が小さすぎる場合(=1.2μm)および大きすぎる場合(=10.3μm)には、算術標準偏差に依存せずに容量維持率が軒並み低くなった。ところが、メジアン径が適正である場合(=1.6μm〜6.2μm)には、算術標準偏差に依存して容量維持率が著しく変化し、その算術標準偏差が3.1μm以下であると70%以上の高い容量維持率が得られた。この場合には、メジアン径が1.8μm以上2.5μm以下であると容量維持率がより高くなった。   When the median diameter was too small (= 1.2 μm) and too large (= 10.3 μm), the capacity retention rate was low on the whole without depending on the arithmetic standard deviation. However, when the median diameter is appropriate (= 1.6 μm to 6.2 μm), the capacity maintenance ratio changes remarkably depending on the arithmetic standard deviation, and when the arithmetic standard deviation is 3.1 μm or less, 70 A high capacity retention rate of more than 10% was obtained. In this case, the capacity retention rate was higher when the median diameter was 1.8 μm or more and 2.5 μm or less.

(実験例2−1〜2−4)
表2に示したように平均円形度を変更したことを除き、実験例1−9と同様の手順により二次電池を作製してサイクル特性を調べた。この場合には、粉砕分級したケイ素粉末をエアインジェクションで噴出し、粒子抗力係数に基づいて噴出方向に異なる飛行軌跡で飛行させて、所望の平均円形度を有する粒子を分離回収した。
(Experimental examples 2-1 to 2-4)
Except that the average circularity was changed as shown in Table 2, a secondary battery was produced in the same procedure as in Experimental Example 1-9, and the cycle characteristics were examined. In this case, the pulverized and classified silicon powder was ejected by air injection, and it was made to fly with different flight trajectories in the ejection direction based on the particle drag coefficient to separate and collect particles having a desired average circularity.

Figure 2011086503
Figure 2011086503

平均円形度に依存せずに高い容量維持率が得られ、特に、平均円形度が0.3以上であると容量維持率がより高くなった。   A high capacity retention ratio was obtained without depending on the average circularity, and in particular, the capacity retention ratio was higher when the average circularity was 0.3 or more.

(実験例3−1〜3−4)
表3に示したように、金属被覆材料の形成材料を変更し、あるいは金属被覆材料を形成しなかったことを除き、実験例1−9と同様の手順により二次電池を作製してサイクル特性を調べた。コバルトを用いる場合には、日本高純度化学株式会社製の電解コバルト鍍金浴(pH=8.1,浴温度=35℃)を用いると共に、電流密度=0.05mA/cm2 および電荷量=40C/cm2 とした。鉄を用いる場合には、日本高純度化学株式会社製の電解鉄鍍金浴(pH=8.1,浴温度=35℃)を用いると共に、電流密度=0.05mA/cm2 および電荷量=40C/cm2 とした。ニッケルを用いる場合には、日本高純度化学株式会社製の電解ニッケル鍍金浴(pH=3.8〜4.2,浴温度=50℃)を用いると共に、電流密度=0.02mA/cm2 および電荷量=40C/cm2 とした。この電解ニッケル鍍金浴の組成は、硫酸ニッケル=240dm3 および塩化ニッケル=40dm3 である。
(Experimental examples 3-1 to 3-4)
As shown in Table 3, a secondary battery was fabricated in the same procedure as in Experimental Example 1-9, except that the metal coating material forming material was changed or the metal coating material was not formed. I investigated. In the case of using cobalt, an electrolytic cobalt plating bath (pH = 8.1, bath temperature = 35 ° C.) manufactured by Japan High Purity Chemical Co., Ltd. is used, and current density = 0.05 mA / cm 2 and charge amount = 40C. / Cm 2 . In the case of using iron, an electrolytic iron plating bath (pH = 8.1, bath temperature = 35 ° C.) manufactured by Japan High Purity Chemical Co., Ltd. is used, and current density = 0.05 mA / cm 2 and charge amount = 40C. / Cm 2 . In the case of using nickel, an electrolytic nickel plating bath (pH = 3.8 to 4.2, bath temperature = 50 ° C.) manufactured by Japan High Purity Chemical Co., Ltd. is used, and current density = 0.02 mA / cm 2 and Charge amount = 40 C / cm 2 . The composition of this electrolytic nickel plating bath is nickel sulfate = 240 dm 3 and nickel chloride = 40 dm 3 .

Figure 2011086503
Figure 2011086503

金属被覆材料を形成した場合には、それを形成しなかった場合よりも容量維持率が高くなると共に、銅を用いると容量維持率がより高くなった。   When the metal coating material was formed, the capacity retention rate was higher than when the metal coating material was not formed, and the capacity retention rate was higher when copper was used.

(実験例4−1〜4−6)
表4に示したように比T/Dを変更したことを除き、実験例1−9と同様の手順により二次電池を作製してサイクル特性を調べた。この場合には、金属被覆材料の形成時間(鍍金時間)を変更して比T/Dを調整した。
(Experimental examples 4-1 to 4-6)
Except that the ratio T / D was changed as shown in Table 4, a secondary battery was produced by the same procedure as in Experimental Example 1-9, and the cycle characteristics were examined. In this case, the ratio T / D was adjusted by changing the formation time (plating time) of the metal coating material.

Figure 2011086503
Figure 2011086503

比T/Dに依存せずに高い容量維持率が得られ、特に、比T/Dが1/20以上1/1以下であると容量維持率がより高くなった。   A high capacity retention ratio was obtained without depending on the ratio T / D. In particular, when the ratio T / D was 1/20 or more and 1/1 or less, the capacity retention ratio was higher.

(実験例5−1,5−2)
表5に示したように負極結着剤の種類を変更したことを除き、実験例1−9と同様の手順により二次電池を作製してサイクル特性を調べた。PVDFを用いる場合には、負極活物質(ケイ素粉末)と負極結着剤(PVDFのNMP溶液)とを80:20の乾燥重量比で混合すると共に、焼成条件を350℃×3時間とした。スチレンブタジエンゴム(SBR)を用いる場合には、負極活物質(ケイ素粉末)と負極結着剤(SBRの水溶液)とを80:20の乾燥重量比で混合した。
(Experimental examples 5-1 and 5-2)
Except for changing the type of the negative electrode binder as shown in Table 5, a secondary battery was prepared by the same procedure as in Experimental Example 1-9, and the cycle characteristics were examined. When PVDF was used, the negative electrode active material (silicon powder) and the negative electrode binder (PVMP NMP solution) were mixed at a dry weight ratio of 80:20, and the firing conditions were 350 ° C. × 3 hours. When using styrene butadiene rubber (SBR), the negative electrode active material (silicon powder) and the negative electrode binder (aqueous solution of SBR) were mixed at a dry weight ratio of 80:20.

Figure 2011086503
Figure 2011086503

負極結着剤の種類に依存せずに高い容量維持率が得られ、特に、PVDFあるいはPI、さらにはPIを用いると容量維持率がより高くなった。   A high capacity retention ratio was obtained without depending on the type of the negative electrode binder, and in particular, the capacity retention ratio was higher when PVDF or PI, or even PI was used.

(実験例6−1〜6−5)
表6に示したように電解液の組成を変更したことを除き、実験例1−9と同様の手順により二次電池を作製してサイクル特性を調べた。主要な溶媒の組成(重量比)は、4−フルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン(FEC):DEC=50:50であり、あるいは、EC:DEC:4,5−ジフルオロ−1,3−ジオキソラン−2−オン(DEEC)=30:65:5である。溶媒中における無水スルホ安息香酸(SBAH)あるいは無水スルホプロピオン酸(SPAH)の含有量は、1重量%である。四フッ化ホウ酸リチウム(LiBF4 )を用いる場合には、LiPF6 の含有量を溶媒に対して0.9mol/kg、LiBF4 の含有量を溶媒に対して0.1mol/kgとした。
(Experimental examples 6-1 to 6-5)
Except that the composition of the electrolytic solution was changed as shown in Table 6, a secondary battery was produced by the same procedure as in Experimental Example 1-9, and the cycle characteristics were examined. The composition (weight ratio) of the main solvent is 4-fluoro-1,3-dioxolan-2-one (FEC): DEC = 50: 50, or EC: DEC: 4,5-difluoro-1, 3-dioxolan-2-one (DEEC) = 30: 65: 5. The content of sulfobenzoic anhydride (SBAH) or sulfopropionic anhydride (SPAH) in the solvent is 1% by weight. In the case of using lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ), the content of LiPF 6 was 0.9 mol / kg with respect to the solvent, and the content of LiBF 4 was 0.1 mol / kg with respect to the solvent.

Figure 2011086503
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電解液の組成に依存せずに高い容量維持率が得られ、特に、他の溶媒(ハロゲン化環状炭酸エステルあるいは酸無水物)あるいは他の電解質塩(LiBF4 )を用いると容量維持率がより高くなった。 A high capacity retention ratio can be obtained without depending on the composition of the electrolytic solution. In particular, the capacity retention ratio can be further increased by using another solvent (halogenated cyclic carbonate or acid anhydride) or other electrolyte salt (LiBF 4 ). It became high.

(実験例7−1〜7−5)
表7に示したように負極54の利用率を変更したことを除き、実験例1−9と同様の手順により二次電池を作製してサイクル特性を調べた。この場合には、正極活物質層53Bの厚さを変更して負極54の利用率を調整した。
(Experimental examples 7-1 to 7-5)
Except that the utilization factor of the negative electrode 54 was changed as shown in Table 7, a secondary battery was produced by the same procedure as in Experimental Example 1-9, and the cycle characteristics were examined. In this case, the utilization factor of the negative electrode 54 was adjusted by changing the thickness of the positive electrode active material layer 53B.

Figure 2011086503
Figure 2011086503

負極54の利用率に依存せずに高い容量維持率が得られ、特に、利用率が80%以下、さらに20%以上60%以下であると容量維持率がより高くなった。   A high capacity retention ratio was obtained without depending on the utilization ratio of the negative electrode 54. In particular, the capacity retention ratio was higher when the utilization ratio was 80% or less, and further 20% or more and 60% or less.

(実験例8)
表8に示したように正極活物質の種類を変更したことを除き、実験例1−9と同様の手順により二次電池を作製してサイクル特性を調べた。この場合には、リチウムニッケルコバルトアルミニウム複合酸化物(LiNi0.70Co0.25Al0.052)を用いた。
(Experimental example 8)
As shown in Table 8, except that the type of the positive electrode active material was changed, a secondary battery was produced by the same procedure as in Experimental Example 1-9, and the cycle characteristics were examined. In this case, lithium nickel cobalt aluminum composite oxide (LiNi 0.70 Co 0.25 Al 0.05 O 2 ) was used.

Figure 2011086503
Figure 2011086503

正極活物質の種類に依存せずに高い容量維持率が得られ、特に、ニッケル系の正極活物質を用いると容量維持率がより高くなった。   A high capacity retention ratio was obtained without depending on the type of the positive electrode active material, and in particular, the capacity retention ratio was higher when a nickel-based positive electrode active material was used.

(実験例9−1,9−2)
表9に示したように電池構造を変更したことを除き、実験例1−9と同様の手順により二次電池を作製してサイクル特性を調べた。角型二次電池を作製する場合には、アルミニウム製あるいは鉄製の電池缶を用いた。
(Experimental examples 9-1 and 9-2)
Except that the battery structure was changed as shown in Table 9, a secondary battery was prepared by the same procedure as in Experimental Example 1-9, and the cycle characteristics were examined. When producing a square secondary battery, an aluminum or iron battery can was used.

Figure 2011086503
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電池構造に依存せずに高い容量維持率が得られ、特に、角型、さらには電池缶が鉄製であると容量維持率より高くなった。   A high capacity retention rate was obtained without depending on the battery structure, and in particular, when the prismatic and battery cans were made of iron, the capacity retention rate was higher.

表1〜表9の結果から、本発明では、負極の負極活物質層がケイ素を構成元素として有する複数の負極活物質粒子を含んでいる。この場合において、負極活物質粒子のメジアン径が1.6μm以上6.2μm以下であると共にそのメジアン径の算術標準偏差が3.1μm以下であると、平均円形度などの条件に依存せずにサイクル特性が向上する。   From the results of Tables 1 to 9, in the present invention, the negative electrode active material layer of the negative electrode includes a plurality of negative electrode active material particles having silicon as a constituent element. In this case, when the median diameter of the negative electrode active material particles is 1.6 μm or more and 6.2 μm or less and the arithmetic standard deviation of the median diameter is 3.1 μm or less, it does not depend on conditions such as average circularity. Cycle characteristics are improved.

以上、実施形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は実施形態および実施例で説明した態様に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、負極の容量がリチウムイオンの吸蔵放出により表される場合について説明したが、必ずしもこれに限られない。本発明は、負極の容量がリチウムイオンの吸蔵放出による容量とリチウム金属の析出溶解による容量とを含み、かつ、それらの容量の和により表される場合についても適用可能である。この場合には、負極活物質としてリチウムイオンを吸蔵放出可能な負極材料が用いられると共に、負極材料の充電可能な容量が正極の放電容量よりも小さくなるように設定される。   While the present invention has been described with reference to the embodiments and examples, the present invention is not limited to the modes described in the embodiments and examples, and various modifications can be made. For example, although the case where the capacity of the negative electrode is expressed by occlusion / release of lithium ions has been described, the present invention is not necessarily limited thereto. The present invention is also applicable to the case where the capacity of the negative electrode includes a capacity due to insertion and extraction of lithium ions and a capacity due to precipitation dissolution of lithium metal, and is expressed by the sum of these capacities. In this case, a negative electrode material capable of inserting and extracting lithium ions is used as the negative electrode active material, and the chargeable capacity of the negative electrode material is set to be smaller than the discharge capacity of the positive electrode.

また、電池構造が角型、円筒型あるいはラミネートフィルム型であると共に電池素子が巻回構造を有する場合について説明したが、必ずしもこれに限られない。本発明は、電池構造が角型あるいはボタン型などであると共に電池素子が積層構造などを有する場合についても適用可能である。   Moreover, although the case where the battery structure is a square shape, a cylindrical shape, or a laminate film type and the battery element has a winding structure has been described, the present invention is not necessarily limited thereto. The present invention is also applicable to a case where the battery structure is a square type or a button type and the battery element has a laminated structure or the like.

また、本発明では、負極活物質粒子のメジアン径および算術標準偏差について、実施例の結果から導き出された適正範囲を説明しているが、その説明は、メジアン径等が上記した範囲外となる可能性を完全に否定するものではない。上記した適正範囲は、あくまで本発明の効果を得る上で特に好ましい範囲であり、本発明の効果が得られるのであれば、メジアン径等が上記した範囲から多少外れてもよい。このことは、平均円形度、比T/Dおよび負極の利用率などについても、同様である。   In the present invention, the median diameter and arithmetic standard deviation of the negative electrode active material particles are described with respect to an appropriate range derived from the results of the examples. However, the explanation is that the median diameter and the like are outside the above-described range. The possibility is not completely denied. The appropriate range described above is a particularly preferable range in obtaining the effects of the present invention. The median diameter and the like may be slightly deviated from the above ranges as long as the effects of the present invention are obtained. The same applies to the average circularity, the ratio T / D, the utilization factor of the negative electrode, and the like.

1,42A,54A…負極集電体、2,42B,54B…負極活物質層、10,22,42,54…負極、20…電池素子、21,41,53…正極、21A,22A,41A,53A…正極集電体、21B,22B,41B,53B…正極活物質層、23,43,55…セパレータ、40,50…巻回電極体、56…電解質層、60…外装部材、201…負極活物質粒子、202…金属被覆材料。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,42A, 54A ... Negative electrode collector, 2, 42B, 54B ... Negative electrode active material layer 10, 22, 42, 54 ... Negative electrode, 20 ... Battery element, 21, 41, 53 ... Positive electrode, 21A, 22A, 41A 53A ... Positive electrode current collector, 21B, 22B, 41B, 53B ... Positive electrode active material layer, 23, 43, 55 ... Separator, 40, 50 ... Winding electrode body, 56 ... Electrolyte layer, 60 ... Exterior member, 201 ... Negative electrode active material particles, 202: metal coating material.

Claims (14)

正極集電体の上に正極活物質層を有する正極と、負極集電体の上に負極活物質層を有する負極と、電解液とを備え、
前記負極活物質層は、ケイ素(Si)を構成元素として有する複数の負極活物質粒子を含み、
前記負極活物質粒子のメジアン径は1.6μm以上6.2μm以下であると共に、そのメジアン径の算術標準偏差は3.1μm以下である、
リチウムイオン二次電池。
A positive electrode having a positive electrode active material layer on a positive electrode current collector, a negative electrode having a negative electrode active material layer on a negative electrode current collector, and an electrolyte solution,
The negative electrode active material layer includes a plurality of negative electrode active material particles having silicon (Si) as a constituent element,
The median diameter of the negative electrode active material particles is 1.6 μm or more and 6.2 μm or less, and the arithmetic standard deviation of the median diameter is 3.1 μm or less.
Lithium ion secondary battery.
前記負極活物質粒子のメジアン径は1.8μm以上2.5μm以下である、請求項1記載のリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein a median diameter of the negative electrode active material particles is 1.8 μm or more and 2.5 μm or less. 前記負極活物質粒子の平均円形度は0.3以上である、請求項1記載のリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the negative electrode active material particles have an average circularity of 0.3 or more. 前記負極活物質粒子はケイ素の単体、合金あるいは化合物である、請求項1記載のリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the negative electrode active material particles are a simple substance, an alloy, or a compound of silicon. 前記負極活物質層は、前記負極活物質粒子の表面を被覆する金属被覆材料を含む、請求項1記載のリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the negative electrode active material layer includes a metal coating material that covers a surface of the negative electrode active material particles. 前記金属被覆材料は、銅(Cu)、コバルト(Co)、鉄(Fe)およびニッケル(Ni)のうちの少なくとも1種の金属元素を構成元素として有する、請求項5記載のリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary battery according to claim 5, wherein the metal coating material has at least one metal element of copper (Cu), cobalt (Co), iron (Fe), and nickel (Ni) as a constituent element. . 前記金属被覆材料は、銅、コバルト、鉄あるいはニッケルの単体である、請求項6記載のリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary battery according to claim 6, wherein the metal coating material is a simple substance of copper, cobalt, iron, or nickel. 前記負極活物質粒子のメジアン径Dに対する前記金属被覆材料の平均厚さTの比T/Dは1/20以上1/1以下である、請求項5記載のリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary battery according to claim 5, wherein a ratio T / D of an average thickness T of the metal coating material to a median diameter D of the negative electrode active material particles is 1/20 or more and 1/1 or less. 前記金属被覆材料同士は接触あるいは結合している、請求項5記載のリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary battery according to claim 5, wherein the metal coating materials are in contact with or bonded to each other. 前記金属被覆材料は前記負極集電体に接触あるいは結合している、請求項5記載のリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary battery according to claim 5, wherein the metal coating material is in contact with or bonded to the negative electrode current collector. 前記負極活物質層は負極結着剤を含む、請求項1記載のリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the negative electrode active material layer includes a negative electrode binder. 前記負極結着剤はポリフッ化ビニリデンあるいはポリイミドである、請求項11記載のリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary battery according to claim 11, wherein the negative electrode binder is polyvinylidene fluoride or polyimide. 前記負極の利用率は80%以下である、請求項1記載のリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein a utilization factor of the negative electrode is 80% or less. 負極集電体の上に負極活物質層を有すると共に、その負極活物質層がケイ素を構成元素として有する複数の負極活物質粒子を含み、
前記負極活物質粒子のメジアン径は1.6μm以上6.2μm以下であると共に、そのメジアン径の算術標準偏差は3.1μm以下である、
リチウムイオン二次電池用負極。
A negative electrode active material layer on the negative electrode current collector, the negative electrode active material layer includes a plurality of negative electrode active material particles having silicon as a constituent element;
The median diameter of the negative electrode active material particles is 1.6 μm or more and 6.2 μm or less, and the arithmetic standard deviation of the median diameter is 3.1 μm or less.
Negative electrode for lithium ion secondary battery.
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