JP2013069531A - 非水電解液二次電池用負極材及び非水電解液二次電池 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 珪素系活物質の粒子を含む非水電解液二次電池用負極材であって、前記珪素系活物質の粒子が、パーフルオロポリエーテル基を含有する有機珪素化合物の被膜で被覆されているものであることを特徴とする非水電解液二次電池用負極材、及び、これを用いた非水電解液二次電池。
【選択図】なし
Description
LiPF6 + H2O → LiF + 2HF + POF3 …(a)
SiO2 + 4HF →SiF4 + 2H2O …(b)
で表される構造であることが好ましい。
以下の方法で電池を作製し、評価を行った。
平均粒径5μm、炭素被覆量が15質量%の酸化珪素粉末50gを70gのトルエンに加えて撹拌し、下記の化学式に示す単位からなるパーフルオロポリエーテル変性ポリシラザン(以下、化合物1とする)0.06gをヘキサフルオロメタキシレン0.24gに希釈したものを加え、トルエン還流下120℃にて撹拌を2時間行なった。その後トルエンを留去し、得られた粉末を減圧下200℃で2時間加熱乾燥を行ない、目的とする負極材を得た。熱重量測定により、負極材のパーフルオロポリエーテル基を含有する有機珪素化合物被膜の質量は基材(カーボン被膜で被覆された酸化珪素)に対し0.1質量%であると判明した。
前記調製した負極材90質量%とポリイミド10質量%を混合し、さらにN−メチルピロリドンを加えてスラリーとした。このスラリーを厚さ11μmの銅箔の両面に塗布し、100℃で30分乾燥後、ローラープレスにより電極を加圧成形し、この電極を400℃で2時間真空乾燥した。その後、縦5.8cm、横75cmにカットし、負極とした。
作製した負極及び正極、LiPF6をエチレンカーボネート:ジエチルカーボネート=1:1(体積比)の混合溶液に1mol/Lの濃度となるよう溶解させた非水電解液、厚さ20μmのポリプロピレン製微多孔質フィルムのセパレーターを用いて評価用円筒型リチウムイオン二次電池を作製した。
作製した円筒型リチウムイオン二次電池を一晩室温で放置した後、二次電池充放電試験装置(アスカ電子(株)製)を用いて充放電を行った。まずテストセルの電圧が4.2Vに達するまで300mA/cm2の定電流で充電を行い、4.2Vに達した後は、セル電圧を4.2Vに保つように電流を減少させて充電を行い、電流値が50mA/cm2を下回った時点で充電を終了した。放電は300mA/cm2の定電流で行い、セル電圧が2.5Vに達した時点で放電を終了し、以上の操作によって初回充放電容量及び初回充放電効率を求めた。
評価用円筒型リチウムイオン二次電池の負極作製に用いたスラリーを厚さ11μmの銅箔の両面に塗布し、100℃で30分乾燥後、ローラープレスにより電極を加圧成形し、この電極を400℃で2時間真空乾燥した。その後、縦5cm、横10cmにカットし、負極とした。乾燥後の電極の質量より、塗布された活物質量は0.5gであった。
以下の方法で電池を作製し、評価を行った。
<負極材の調製>
平均粒径5μm、炭素被覆量が15質量%の酸化珪素粉末50gを70gのトルエンに加えて撹拌し、3gの化合物1をヘキサフルオロメタキシレン12gに希釈したものを加え、トルエン還流下120℃にて撹拌を2時間行なった。その後トルエンを留去し、得られた粉末を減圧下200℃で2時間加熱乾燥を行ない、目的とする負極材を得た。熱重量測定により、負極材のパーフルオロポリエーテル基を含有する有機珪素化合物被膜の質量は基材(カーボン被膜で被覆された酸化珪素)に対し5質量%であると判明した。
以下の方法で電池を作製し、評価を行った。
<負極材の調製>
平均粒径5μmの珪素粉末50gを70gのトルエンに加えて撹拌し、0.06gの化合物1をヘキサフルオロメタキシレン0.24gに希釈したものを加え、トルエン還流下120℃にて撹拌を2時間行なった。その後トルエンを留去し、得られた粉末を減圧下200℃で2時間加熱乾燥を行ない、目的とする負極材を得た。熱重量測定により、負極材のパーフルオロポリエーテル基を含有する有機珪素化合物被膜の質量は基材(珪素)に対し0.1質量%であると判明した。
前記調製した負極材85質量%と人造黒鉛(平均粒子径10μm)5質量%、ポリイミド10質量%を混合し、さらにN−メチルピロリドンを加えてスラリーとした。そしてこのスラリーを厚さ11μmの銅箔に塗布し、100℃で30分乾燥後、ローラープレスにより電極を加圧成形し、この電極を400℃で2時間真空乾燥した後、縦5.8cm、横75cmにカットし、負極とした。
以下の方法で電池を作製し、評価を行った。
<負極材の調製>
平均粒径5μmの珪素粉末50gを70gのトルエンに加えて撹拌し、3gの化合物1をヘキサフルオロメタキシレン12gに希釈したものを加え、トルエン還流下120℃にて撹拌を2時間行なった。その後トルエンを留去し、得られた粉末を減圧下200℃で2時間加熱乾燥を行ない、目的とする負極材を得た。熱重量測定により、負極材のパーフルオロポリエーテル基を含有する有機珪素化合物被膜の質量は基材(珪素)に対し5質量%であると判明した。
以下の方法で電池を作製し、評価を行った。
<負極材の調製>
平均粒径5μm、Si/Ti=90/10(質量比)の組成の珪素−チタン合金の粉末50gを70gのトルエンに加えて撹拌し、0.06gの化合物1をヘキサフルオロメタキシレン0.24gに希釈したものを加え、トルエン還流下120℃にて撹拌を2時間行なった。その後トルエンを留去し、得られた粉末を減圧下200℃で2時間加熱乾燥を行ない、目的とする負極材を得た。熱重量測定により、負極材のパーフルオロポリエーテル基を含有する有機珪素化合物被膜の質量は基材(珪素−チタン合金)に対し0.1質量%であると判明した。
以下の方法で電池を作製し、評価を行った。
<負極材の調製>
平均粒径5μm、Si/Ti=90/10(質量比)の組成の珪素−チタン合金の粉末50gを70gのトルエンに加えて撹拌し、3.0gの化合物1をヘキサフルオロメタキシレン12gに希釈したものを加え、トルエン還流下120℃にて撹拌を2時間行なった。その後トルエンを留去し、得られた粉末を減圧下200℃で2時間加熱乾燥を行ない、目的とする負極材を得た。熱重量測定により、負極材のパーフルオロポリエーテル基を含有する有機珪素化合物被膜の質量は基材(珪素−チタン合金)に対し5質量%であると判明した。
化合物1の代わりに、下記の化学式に示す単位からなるパーフルオロポリエーテル変性ポリシラザン(以下、化合物2とする)を用いた他は、実施例1と同様の手法にて負極材の調製、評価を行なった。その結果を表1に示す。
化合物1の代わりに、下記の化学式に示す単位からなるパーフルオロポリエーテル変性ポリシラザン(以下、化合物3とする)を用いた他は、実施例1と同様の手法にて負極材の調製、評価を行なった。その結果を表1に示す。
化合物1の代わりに、下記の化学式に示す単位からなるパーフルオロポリエーテル変性アミドシラン(以下、化合物4とする)を用いた他は、実施例1と同様の手法にて負極材の調製、評価を行なった。その結果を表1に示す。
以下の方法で電池を作製し、評価を行った。
<負極材の調製>
平均粒径5μm、炭素被覆量が15質量%の酸化珪素50gを70gのトルエンに加えて撹拌し、0.04gの化合物1をヘキサフルオロメタキシレン0.2gに希釈したものを加え、トルエン還流下120℃にて撹拌を2時間行なった。その後トルエンを留去し、得られた粉末を減圧下200℃で2時間加熱乾燥を行ない、目的とする酸化珪素をパーフルオロポリエーテル基を含有する有機珪素化合物で被覆した負極材を得た。熱重量測定により、負極材のパーフルオロポリエーテル基を含有する有機珪素化合物被膜の質量は基材(カーボン被膜で被覆された酸化珪素)に対し0.06質量%であると判明した。
以下の方法で電池を作製し、評価を行った。
<負極材の調製>
平均粒径5μm、炭素被覆量が15質量%の酸化珪素50gを70gのトルエンに加えて撹拌し、4.5gの化合物1をヘキサフルオロメタキシレン16gに希釈したものを加え、トルエン還流下120℃にて撹拌を2時間行なった。その後トルエンを留去し、得られた粉末を減圧下200℃で2時間加熱乾燥を行ない、目的とする酸化珪素をパーフルオロポリエーテル基を含有する有機珪素化合物で被覆した負極材を得た。熱重量測定により、負極材のパーフルオロポリエーテル基を含有する有機珪素化合物被膜の質量は基材(カーボン被膜で被覆された酸化珪素)に対し8質量%であると判明した。
以下の方法で電池を作製し、評価を行った。
平均粒径5μm、炭素被覆量が15質量%の酸化珪素粉末を負極材に用い、実施例1と同様の手法で作製した負極、正極及び電解液を用いて評価用円筒型リチウムイオン二次電池を作製した。作製したリチウムイオン二次電池は、実施例1と同様に電池評価、ガス発生試験を行った。その結果を表1に示す。
以下の方法で電池を作製し、評価を行った。
平均粒径5μmの珪素粉末を負極材に用い、実施例3と同様の手法で作製した負極、正極及び電解液を用いて評価用円筒型リチウムイオン二次電池を作製した。作製したリチウムイオン二次電池は、実施例1と同様に電池評価、ガス発生試験を行った。その結果を表1に示す。
以下の方法で電池を作製し、評価を行った。
平均粒径5μm、Si/Ti=90/10(質量比)の組成の珪素−チタン合金の粉末を負極材に用い、実施例5と同様の手法で作製した負極、正極及び電解液を用いて評価用円筒型リチウムイオン二次電池を作製した。作製したリチウムイオン二次電池は、実施例1と同様に電池評価、ガス発生試験を行った。その結果を表1に示す。
以下の方法で電池を作製し、評価を行った。
比較例1と同様の手法で作製した負極の活物質層を形成した。この負極形成後に、化合物1をヘキサフルオロメタキシレンに希釈したものを、負極の活物質層上に均一に塗布し(すなわち、活物質の各粒子の表面を被覆するのではない。)、減圧下200℃で2時間乾燥させ、パーフルオロポリエーテル基を含有する有機珪素化合物被膜を活物質層上に形成した。被膜形成前後の電極の質量増加より、形成されたパーフルオロポリエーテル基を含有する有機珪素化合物は、用いた負極材に対し0.1質量%であると判明した。
以下の方法で電池を作製し、評価を行った。
<負極材の調製>
平均粒径5μm、炭素被覆量が15質量%の酸化珪素50gを70gのトルエンに加えて撹拌し、フェニルトリエトキシシラン3.0gを加え、トルエン還流下120℃にて撹拌を2時間行なった。その後トルエンを留去し、得られた粉末を減圧下200℃で2時間加熱乾燥を行ない、目的とする負極材を得た。熱重量測定により、負極材の有機珪素化合物被膜(フェニルトリエトキシシラン)の質量は基材(カーボン被膜で被覆された酸化珪素)に対し5質量%であると判明した。
以下の方法で電池を作製し、評価を行った。
<負極材の調製>
平均粒径5μm、炭素被覆量が15質量%の酸化珪素50gを70gのトルエンに加えて撹拌し、メルカプトプロピルトリメトキシシラン3.0gを加え、トルエン還流下120℃にて撹拌を2時間行なった。その後トルエンを留去し、得られた粉末を減圧下200℃で2時間加熱乾燥を行ない、目的とする負極材を得た。熱重量測定により、負極材の有機珪素化合物被膜(メルカプトプロピルトリメトキシシラン)の質量は基材(カーボン被膜で被覆された酸化珪素)に対し5質量%であると判明した。
以下の方法で電池を作製し、評価を行った。
<負極材の調製>
平均粒径5μm、炭素被覆量が15質量%の酸化珪素50gを70gのトルエンに加えて撹拌し、パーフルオロオクチルエチルトリメトキシシラン3.0gをヘキサフルオロメタキシレン12gに希釈したものを加え、トルエン還流下120℃にて撹拌を2時間行なった。その後トルエンを留去し、得られた粉末を減圧下200℃で2時間加熱乾燥を行ない、目的とする負極材を得た。熱重量測定により、負極材の有機珪素化合物被膜(パーフルオロオクチルエチルトリメトキシシラン)の質量は基材(カーボン被膜で被覆された酸化珪素)に対し5質量%であると判明した。
Claims (6)
- 珪素系活物質の粒子を含む非水電解液二次電池用負極材であって、
前記珪素系活物質の粒子が、パーフルオロポリエーテル基を含有する有機珪素化合物の被膜で被覆されているものであることを特徴とする非水電解液二次電池用負極材。 - 前記パーフルオロポリエーテル基を含有する有機珪素化合物の被膜は、前記珪素系活物質の粒子の0.1質量%以上5質量%以下であることを特徴とする請求項1に記載の非水電解液二次電池用負極材。
- 前記珪素系活物質の粒子が、珪素単体、酸化珪素、炭素被膜で被覆された酸化珪素、及び珪素合金のいずれかからなるものであることを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか一項に記載の非水電解液二次電池用負極材。
- 請求項1ないし請求項5のいずれか一項に記載の非水電解液二次電池用負極材を用いたものであることを特徴とする非水電解液二次電池。
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