JP2014099291A - Anode active material, method of producing the same, and nonaqueous electrolyte secondary battery - Google Patents

Anode active material, method of producing the same, and nonaqueous electrolyte secondary battery Download PDF

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Hiroki Sawada
裕樹 澤田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nonaqueous electrolyte secondary battery which exhibits excellent cycle stability without generating a gas during initial charging.SOLUTION: An anode active material containing a titanium composite oxide or a titanium oxide in which an insertion/desorption reaction of lithium ions proceeds at 0.3 to 2.0 V (vs. Li/Li) inclusive is treated with a silylating agent containing a silyl group, thereby producing an anode active material on at least part of the surface of which a hydroxyl group existing is protected by a silyl group represented by formula (1).

Description

本発明は、非水電解質二次電池用負極活物質及びその製造方法、それを含む負極、並びに該負極を用いて製造した非水電解質二次電池に関するものである。   The present invention relates to a negative electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery, a method for producing the same, a negative electrode including the same, and a non-aqueous electrolyte secondary battery produced using the negative electrode.

近年、携帯機器、ハイブリット自動車、電気自動車、家庭用蓄電用途に非水電解質二次電池の研究開発が盛んに行われている。これらの分野に用いられる非水電解質二次電池は、安全性の高さが求められており、その要求を満たすため、負極活物質に、チタン酸リチウムや二酸化チタンのようなリチウムイオンの脱離及び挿入が0.3V(vs.Li+/Li)以上、2.0V(vs.Li+/Li)以下で進行するチタン系材料を用いた電池が開発されている。しかしながら、負極活物質にチタン系材料を用いた電池は、負極活物質の表面に水酸基などを有するため、充放電に伴い、電解液との反応が起こってガスが発生し、サイクル安定性が低下するという問題点があった。   In recent years, non-aqueous electrolyte secondary batteries have been actively researched and developed for portable devices, hybrid vehicles, electric vehicles, and household power storage applications. Non-aqueous electrolyte secondary batteries used in these fields are required to have high safety, and in order to satisfy these requirements, desorption of lithium ions such as lithium titanate and titanium dioxide is used as the negative electrode active material. In addition, a battery using a titanium-based material whose insertion proceeds at 0.3 V (vs. Li + / Li) or higher and 2.0 V (vs. Li + / Li) or lower has been developed. However, a battery using a titanium-based material as the negative electrode active material has a hydroxyl group or the like on the surface of the negative electrode active material, so that a reaction with the electrolyte occurs due to charge / discharge, resulting in a decrease in cycle stability. There was a problem of doing.

サイクル安定性の低下を解決するため、チタン系材料の表面をシリル基で被覆する手段が考えられる。たとえば、特許文献1は、負極活物質を混練してスラリーを作成するときに用いる分散材中や、非水電解質中にトリアルキルシリル基を有する化合物を添加すること又はトリアルキルシリル基を有する化合物を負極活物質に付着させることによって、その負極活物質を用いた非水電解質二次電池の充放電時に負極活物質の表面にトリアルキルシリル基を含有する被膜を形成する技術を開示している。特許文献1には、このトリアルキルシリル基を含有する被膜は安定であり、TiO2(B)構造の酸化チタン化合物と非水電解質との副反応を抑制し、その後の非水電解質の分解を抑制することができる、と記載されている(段落[0024])。 In order to solve the decrease in cycle stability, a means for coating the surface of the titanium-based material with a silyl group can be considered. For example, Patent Document 1 discloses that a compound having a trialkylsilyl group is added to a dispersion material used when a negative electrode active material is kneaded to prepare a slurry, or a compound having a trialkylsilyl group is added to a nonaqueous electrolyte. Discloses a technique for forming a coating containing a trialkylsilyl group on the surface of a negative electrode active material during charging and discharging of a non-aqueous electrolyte secondary battery using the negative electrode active material by adhering to the negative electrode active material . In Patent Document 1, the coating film containing a trialkylsilyl group is stable, suppresses a side reaction between a titanium oxide compound having a TiO 2 (B) structure and a nonaqueous electrolyte, and subsequently decomposes the nonaqueous electrolyte. It can be suppressed (paragraph [0024]).

特許文献2,3は、トリアルキルシリル基を有する化合物が添加された非水電解質を開示している。   Patent Documents 2 and 3 disclose nonaqueous electrolytes to which a compound having a trialkylsilyl group is added.

特開2012−069352号公報JP 2012-0669352 A 特表2009−110490号公報Special table 2009-110490 特開2001−057237号公報JP 2001-057237 A

以上に掲げた先行技術文献は、負極スラリーを作成するときに用いる分散材又は非水電解質の中にシリル基を有する化合物を添加すること又はトリアルキルシリル基を有する化合物を負極活物質に付着させることで、充放電時に負極の表面を改質する非水電解質二次電池を開示している。
しかしこのような構造を有する非水電解質二次電池では、分散材又は非水電解質にシリル基を有する化合物を添加しても、又は負極活物質にシリル基を有する化合物を付着させても、充放電時に負極活物質に形成されるシリル基を含有する被膜は物理的に表面に付着しているだけと考えられる。また、被膜形成時に該化合物と負極活物質とが十分に反応せず、長寿命化、すなわちサイクル特性向上の効果が得られにくいことが予想される。
Prior art documents listed above include adding a compound having a silyl group to a dispersing material or non-aqueous electrolyte used when preparing a negative electrode slurry, or attaching a compound having a trialkylsilyl group to a negative electrode active material. Thus, a non-aqueous electrolyte secondary battery that modifies the surface of the negative electrode during charging and discharging is disclosed.
However, in a non-aqueous electrolyte secondary battery having such a structure, even if a compound having a silyl group is added to the dispersion material or the non-aqueous electrolyte, or a compound having a silyl group is attached to the negative electrode active material, the battery is charged. It is thought that the coating containing a silyl group formed on the negative electrode active material during discharge is only physically attached to the surface. Further, it is expected that the compound and the negative electrode active material do not sufficiently react at the time of coating formation, and it is difficult to obtain the effect of extending the life, that is, improving the cycle characteristics.

また、未反応のシリル基を有する化合物が正極活物質、および電解液と反応し、電池性能の劣化を引き起こすことも予想される。
すなわち負極活物質にシリル基を十分に含有する被膜を形成させることはガス発生の抑制、およびサイクル特性の低下の抑制に効果的であると考えられるが、これらの問題が確認できない正極活物質に同様の被膜を形成させた場合、良好な効果は期待できず、抵抗増大等の問題につながる可能性がある。よって非水電解質二次電池の充放電時に正、負、両方の電極活物質と反応する可能性がある添加剤を使用するよりも、非水電解質二次電池の作製前に負極活物質に処理を施し、負極活物質の表面をシリル基で保護することがより好ましい。
In addition, it is expected that a compound having an unreacted silyl group reacts with the positive electrode active material and the electrolytic solution to cause deterioration of battery performance.
In other words, it is considered that forming a coating containing a sufficient amount of silyl groups on the negative electrode active material is effective in suppressing gas generation and deterioration in cycle characteristics. When a similar film is formed, a good effect cannot be expected, which may lead to problems such as increased resistance. Therefore, rather than using an additive that can react with both positive, negative, and electrode active materials during charge / discharge of the non-aqueous electrolyte secondary battery, treat the negative electrode active material before making the non-aqueous electrolyte secondary battery. More preferably, the surface of the negative electrode active material is protected with a silyl group.

本発明の課題は、サイクル運転時においてガスの発生がなく、優れたサイクル安定性を発現する非水電解質二次電池を製造するための負極活物質及びその製造方法、並びに非水電解質二次電池を提供することである。   An object of the present invention is to provide a negative electrode active material for producing a nonaqueous electrolyte secondary battery that does not generate gas during cycle operation and exhibits excellent cycle stability, a method for producing the same, and a nonaqueous electrolyte secondary battery. Is to provide.

前記事情に鑑み、本発明者が検討を重ねた結果、シリル基を含むシリル化剤を含む溶液を用いることによって、活物質の安定性が低下することなく、リチウムイオンの脱離及び挿入が0.3V(vs Li+/Li)以上、2.0V(vs Li+/Li)以下で進行する化合物の、表面に存在する水酸基をシリル基で保護する技術を見出し、本発明を完成するに至った。   In view of the above circumstances, as a result of repeated studies by the present inventors, by using a solution containing a silylating agent containing a silyl group, lithium ions can be eliminated and inserted without reducing the stability of the active material. The present inventors have found a technique for protecting a hydroxyl group present on the surface of a compound that proceeds at a voltage of 0.3 V (vs Li + / Li) or higher and 2.0 V (vs Li + / Li) or lower with a silyl group, and completed the present invention.

すなわち本発明の非水電解質二次電池に用いられる負極活物質は、リチウムイオンの脱離及び挿入が0.3V(vs Li+/Li)以上、2.0V(vs Li+/Li)以下で進行する化合物の表面の少なくとも一部に存在する水酸基が、下記式(1):   That is, in the negative electrode active material used in the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention, lithium ion desorption and insertion proceeds at 0.3 V (vs Li + / Li) or more and 2.0 V (vs Li + / Li) or less. The hydroxyl group present on at least a part of the surface of the compound is represented by the following formula (1):

Figure 2014099291
Figure 2014099291

で表されるシリル基で保護されている。ここでの「保護」とはリチウムイオンの脱離及び挿入が0.3V(vs Li+/Li)以上、2.0V(vs Li+/Li)以下で進行する化合物の表面のTi−O−Hの水素原子がシリル基(SiR)で置換されることを指す。すなわちこのシリル基は、リチウムイオンの脱離及び挿入が0.3V(vs Li+/Li)以上、2.0V(vs Li+/Li)以下で進行する化合物の表面に物理的に付着しているのではなく、化学結合によって表面のTi−Oの酸素原子と結合している。シリル基を含む被膜が物理的に表面に付着している場合、この被膜が表面から剥離する可能性がある。一方、シリル基が化学結合によって表面のTi−Oの酸素原子と結合している場合、シリル基の表面からの物理的剥離が起こらないので好ましい。ここでシリル基のR、R及びRはC1〜C20のアルキル基、C2〜C20のアルケニル基、C2〜C20のアルキニル基、C6〜C20のアリール基、C4〜C20のヘテロアリール基、C7〜C20のアラルキル基、又はC5〜C20のヘテロアラルキル基を表し、R、R及びRは互いに同じであっても異なっていてもよい。前記アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、ヘテロアリール基、アラルキル基、及びヘテロアラルキル基は置換基を有していてもよい。すなわちR、R及びRは加水分解性官能基ではない。 It is protected with a silyl group represented by Here, “protection” means that the desorption and insertion of lithium ions proceeds at 0.3 V (vs Li + / Li) or more and 2.0 V (vs Li + / Li) or less on the surface of Ti—O—H of the compound. It means that a hydrogen atom is substituted with a silyl group (SiR 1 R 2 R 3 ). That is, this silyl group is physically attached to the surface of a compound in which the desorption and insertion of lithium ions proceeds at 0.3 V (vs Li + / Li) or more and 2.0 V (vs Li + / Li) or less. Instead, they are bonded to the surface Ti—O oxygen atoms by chemical bonds. When a coating containing a silyl group is physically attached to the surface, this coating may peel off from the surface. On the other hand, when the silyl group is bonded to the surface Ti—O oxygen atom by a chemical bond, it is preferable because physical separation of the silyl group from the surface does not occur. Here, R 1 , R 2 and R 3 of the silyl group are C1-C20 alkyl groups, C2-C20 alkenyl groups, C2-C20 alkynyl groups, C6-C20 aryl groups, C4-C20 heteroaryl groups, It represents a C7 to C20 aralkyl group or a C5 to C20 heteroaralkyl group, and R 1 , R 2 and R 3 may be the same or different from each other. The alkyl group, alkenyl group, alkynyl group, aryl group, heteroaryl group, aralkyl group, and heteroaralkyl group may have a substituent. That is, R 1 , R 2 and R 3 are not hydrolyzable functional groups.

なお、本発明において「置換基を有していてもよい」とは、他の原子あるいは置換基によって置換されていてもよいことを示す。「置換基」とは、反応に悪影響を与えない限り特に限定されるものではなく、具体的には、アルキル基、ニトロ基、ニトロキシ基、アミノ基、シアノ基、アジド基などが挙げられる。
C1〜C20のアルキル基としては、特に限定されるものではないが、例えばメチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、シクロプロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、シクロブチル基、n−ペンチル基、シクロペンチル基、n−ヘキシル基、n−ヘプチル基、シクロヘキシル基、n−オクチル基、n−デシル基、などを挙げることができる。
In the present invention, “may have a substituent” means that it may be substituted with another atom or substituent. The “substituent” is not particularly limited as long as it does not adversely affect the reaction, and specific examples thereof include an alkyl group, a nitro group, a nitroxy group, an amino group, a cyano group, and an azide group.
Although it does not specifically limit as a C1-C20 alkyl group, For example, a methyl group, an ethyl group, n-propyl group, isopropyl group, cyclopropyl group, n-butyl group, sec-butyl group, tert-butyl Group, cyclobutyl group, n-pentyl group, cyclopentyl group, n-hexyl group, n-heptyl group, cyclohexyl group, n-octyl group, n-decyl group, and the like.

C2〜C20のアルケニル基としては、例えば、ビニル基、プロペニル基、イソプロペニル基、シクロプロペニル基、ブテニル基、シクロブテニル基、シクロペンテニル基、ヘキセニル基、シクロヘキセニル基などが挙げられる。
C2〜C20のアルキニル基としては、例えば、エチニル基、プロピニル基、フェニルエチニル基、シクロプロピルエチニル基、ブチニル基、ペンチニル基、シクロブチルエチニル基、ヘキシニル基などが挙げられる。
Examples of the C2-C20 alkenyl group include a vinyl group, a propenyl group, an isopropenyl group, a cyclopropenyl group, a butenyl group, a cyclobutenyl group, a cyclopentenyl group, a hexenyl group, and a cyclohexenyl group.
Examples of the C2-C20 alkynyl group include ethynyl group, propynyl group, phenylethynyl group, cyclopropylethynyl group, butynyl group, pentynyl group, cyclobutylethynyl group, hexynyl group and the like.

C6〜C20のアリール基としては、例えば、フェニル基、ナフチル基、アントリル基、フェナントリル基、テルフェニル基、3,4,5−トリフルオロフェニル基などが挙げられる。
ヘテロアリール基としては、例えば、ピロリニル基、ピリジル基、キノリル基、イミダゾリル基、フリル基、インドリル基、チエニル基、オキサゾリル基、チアゾリル基、2−フェニルチアゾリル、2−アニシルチアゾリル基などが挙げられる。
Examples of the C6-C20 aryl group include a phenyl group, a naphthyl group, an anthryl group, a phenanthryl group, a terphenyl group, and a 3,4,5-trifluorophenyl group.
Examples of the heteroaryl group include pyrrolinyl group, pyridyl group, quinolyl group, imidazolyl group, furyl group, indolyl group, thienyl group, oxazolyl group, thiazolyl group, 2-phenylthiazolyl, 2-anisylthiazolyl group, etc. Is mentioned.

アラルキル基としては、例えば、ベンジル基、クロロベンジル基、ブロモベンジル基、サリチル基、α−ヒドロキシベンジル基、フェネチル基、α−ヒドロキシフェネチル基、ナフチルメチル基、アントラセニルメチル基、3,5−ジフルオロベンジル基、トリチル基などが挙げられる。
ヘテロアラルキル基としては、ピリジルメチル基、ジフルオロピリジルメチル基、キノリルメチル基、インドリルメチル基、フルフリル基、チエニルメチル基などが挙げられる。あるいはRとRが一緒になって環を形成していてもよく、シクロヘキシル基、フェニル基などが例示される。
Examples of the aralkyl group include benzyl group, chlorobenzyl group, bromobenzyl group, salicyl group, α-hydroxybenzyl group, phenethyl group, α-hydroxyphenethyl group, naphthylmethyl group, anthracenylmethyl group, 3,5- A difluorobenzyl group, a trityl group, etc. are mentioned.
Examples of the heteroaralkyl group include a pyridylmethyl group, a difluoropyridylmethyl group, a quinolylmethyl group, an indolylmethyl group, a furfuryl group, and a thienylmethyl group. Alternatively, R 1 and R 2 may be combined to form a ring, and examples thereof include a cyclohexyl group and a phenyl group.

本発明における電極構成の電池においてより優れたサイクル安定性を得るためには、前記一般式(1)で表されるシリル基のR、R及びRが、C1〜C8のアルキル基、C2〜C10のアルケニル基、C2〜C10のアルキニル基、C6〜C10のアリール基、C4〜C10のヘテロアリール基、C7〜C12のアラルキル基、又はC5〜C10のヘテロアラルキル基であることが好ましく、メチル基、エチル基、tert―ブチル基、フェニル基、ビニル基であることが特に好ましい。アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、ヘテロアリール基、アラルキル基、及びヘテロアラルキル基は置換基を有していてもよい。 In order to obtain better cycle stability in the battery having an electrode configuration in the present invention, R 1 , R 2 and R 3 of the silyl group represented by the general formula (1) are C1-C8 alkyl groups, It is preferably a C2-C10 alkenyl group, a C2-C10 alkynyl group, a C6-C10 aryl group, a C4-C10 heteroaryl group, a C7-C12 aralkyl group, or a C5-C10 heteroaralkyl group, Particularly preferred are a methyl group, an ethyl group, a tert-butyl group, a phenyl group, and a vinyl group. The alkyl group, alkenyl group, alkynyl group, aryl group, heteroaryl group, aralkyl group, and heteroaralkyl group may have a substituent.

前記リチウムイオンの脱離及び挿入が0.3V(vs Li+/Li)以上、2.0V(vs Li+/Li)以下で進行する化合物は、例えばチタン複合酸化物又はチタン酸化物である。
本発明の非水電解質二次電池用負極活物質の製造方法は、前記負極活物質の表面を、シリル基を含むシリル化剤で処理することにより、前記負極活物質の表面の少なくとも一部に存在する水酸基が、前記式(1)で表されるシリル基で保護された負極活物質を製造する方法である。
The compound in which the desorption and insertion of lithium ions proceeds at 0.3 V (vs Li + / Li) or more and 2.0 V (vs Li + / Li) or less is, for example, a titanium composite oxide or a titanium oxide.
In the method for producing a negative electrode active material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention, the surface of the negative electrode active material is treated with a silylating agent containing a silyl group, whereby at least a part of the surface of the negative electrode active material is obtained. This is a method for producing a negative electrode active material in which an existing hydroxyl group is protected by a silyl group represented by the formula (1).

前記シリル化剤で負極活物質を処理する方法は加熱処理であってもよい。
本発明の非水電解質二次電池用負極は、前記負極活物質を含むようにして製造した負極である。また本発明の非水電解質二次電池は、前記負極を用いたものである。
The method for treating the negative electrode active material with the silylating agent may be a heat treatment.
The negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is a negative electrode produced by including the negative electrode active material. The nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention uses the negative electrode.

本発明の負極活物質を含む負極を用いた非水電解質二次電池は、ガス発生が少なく、サイクル安定性に優れている。   The nonaqueous electrolyte secondary battery using the negative electrode containing the negative electrode active material of the present invention has little gas generation and is excellent in cycle stability.

各実施例の容量維持率と、各実施例に該当する各合成例において測定したTiとSiとのピーク強度の比との関係をプロットしたグラフである。It is the graph which plotted the relationship between the capacity | capacitance maintenance factor of each Example, and the ratio of the peak intensity of Ti and Si measured in each synthesis example applicable to each Example.

以下、本発明の実施の形態を説明する。なお、本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図されている。
<1.負極活物質>
本発明の負極活物質を調製するために用いる化合物は、正極よりも低い電位で、リチウムイオンの挿入・脱離反応が進行すればよく、前記電位は、0.3V(vs.Li/Li)以上2.0V(vs.Li/Li)以下である。以後、この化合物を「前記化合物」と言うことがある。前記電位の範囲内であれば、負極へのリチウム金属の析出がなく、かつ、実用的な電池電圧を発現できる。
Embodiments of the present invention will be described below. The scope of the present invention is defined by the scope of the claims, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the scope of the claims.
<1. Negative electrode active material>
The compound used for preparing the negative electrode active material of the present invention is sufficient if the insertion / extraction reaction of lithium ions proceeds at a potential lower than that of the positive electrode, and the potential is 0.3 V (vs. Li + / Li ) Or more and 2.0 V (vs. Li + / Li) or less. Hereinafter, this compound is sometimes referred to as “the compound”. Within the range of the potential, there is no deposition of lithium metal on the negative electrode, and a practical battery voltage can be expressed.

リチウムイオンの挿入反応が0.3V(vs.Li/Li)以上2.0V(vs.Li/Li)以下で進行するとは、前記化合物へのリチウムイオン挿入が2.0V(vs.Li/Li)以下で開始し、0.3V(vs.Li/Li)以上で終了することである。一方、リチウムイオンの脱離反応が0.3V(vs.Li/Li)以上、2.0V(vs.Li/Li)以下で進行するとは、前記化合物からのリチウムイオン脱離が0.3V(vs.Li/Li)以上で開始し、2.0V(vs.Li/Li)以下で終了することである。 When the insertion reaction of lithium ions proceeds at 0.3 V (vs. Li + / Li) or more and 2.0 V (vs. Li + / Li) or less, the insertion of lithium ions into the compound is 2.0 V (vs. Li). + / Li) or less, and ends at 0.3 V (vs. Li + / Li) or more. On the other hand, when the lithium ion desorption reaction proceeds at 0.3 V (vs. Li + / Li) or more and 2.0 V (vs. Li + / Li) or less, the lithium ion desorption from the compound is 0. It starts at 3 V (vs. Li + / Li) or higher and ends at 2.0 V (vs. Li + / Li) or lower.

リチウムイオンの挿入・脱離反応の電圧値(vs.Li/Li)は、例えば、前記化合物を用いた動作極、リチウム金属を対極とした半電池の充放電特性を測定し、プラトー開始時、及び終了時の電圧値を読み取ることによって求めることができる。プラトーが2箇所以上あった場合は、もっとも低い電圧値のプラトーが0.3V(vs.Li/Li)以上であればよく、もっとも高い電圧値のプラトーが2.0V(vs.Li/Li)以下であればよい。前記半電池に用いる動作極、電解液、セパレータは後述のものと同様のものを用いることができる。 The voltage value (vs. Li + / Li) of the lithium ion insertion / desorption reaction is measured, for example, by measuring the charge / discharge characteristics of the working electrode using the compound and the half cell using lithium metal as the counter electrode, and starting the plateau And by reading the voltage value at the end. If plateau had two or more places, as long plateau lowest voltage value is 0.3V (vs.Li + / Li) or more, plateau highest voltage value is 2.0V (vs.Li + / Li) It may be the following. The working electrode, electrolytic solution, and separator used for the half battery can be the same as those described later.

前記化合物は、チタン酸リチウム、二酸化チタン、HTi1225に代表されるチタン含有複合酸化物や、五酸化ニオブ及び二酸化モリブデンなどの金属酸化物が好ましく、化合物の安定性が高い点から、チタン酸リチウム、二酸化チタン、HTi1225がより好ましい。また、これら化合物には導電性、あるいは安定性の向上のため、たとえばNbなどのリチウム、チタン以外の元素が微量含まれていてもよい。 The compound is preferably a titanium-containing composite oxide typified by lithium titanate, titanium dioxide, H 2 Ti 12 O 25 , or a metal oxide such as niobium pentoxide and molybdenum dioxide, since the stability of the compound is high. More preferred are lithium titanate, titanium dioxide, and H 2 Ti 12 O 25 . These compounds may contain a trace amount of elements other than lithium and titanium, such as Nb, for example, in order to improve conductivity or stability.

本発明に用いるチタン酸リチウムは、スピネル構造、ラムズデライト型であることが好ましく、リチウムイオンの挿入・脱離の反応における化合物の膨張収縮が小さいことから、特に好ましくは、スピネル構造であり、分子式としてLiTi12で表される。
本発明に用いる二酸化チタンは、アナターゼ型又はB型(ブロンズ型)二酸化チタンであることが好ましい。これら二酸化チタンは1種類でもよいし、2種類以上用いてもよい。
The lithium titanate used in the present invention preferably has a spinel structure and a ramsdellite type, and particularly preferably has a spinel structure because the expansion and contraction of the compound in the reaction of insertion / extraction of lithium ions is small. As Li 4 Ti 5 O 12 .
The titanium dioxide used in the present invention is preferably anatase type or B type (bronze type) titanium dioxide. These titanium dioxides may be used alone or in combination of two or more.

本発明の負極活物質は、リチウムイオンの脱離及び挿入が0.3V(vs Li+/Li)以上、2.0V(vs Li+/Li)以下で進行する化合物の表面の少なくとも一部に存在する水酸基が、下記式(1):   The negative electrode active material of the present invention is present on at least a part of the surface of a compound in which desorption and insertion of lithium ions proceeds at 0.3 V (vs Li + / Li) or higher and 2.0 V (vs Li + / Li) or lower. The hydroxyl group is represented by the following formula (1):

Figure 2014099291
Figure 2014099291

で表されるシリル基で保護されている。ここでシリル基のR、R及びRの意味は、すでに[課題を解決するための手段]の項で説明したとおりである。
このシリル基の存在は、例えば、X線光電子分光分析装置(ESCA; Electron Spectroscopy for Chemical Analysis )で測定することができる。
本発明に用いるESCAの種類は特に限定されないが、下記条件で行うことが好ましい。ESCAのX線源は、AlKα、MgKα、あるいはAgKαなどが例示されるが、汎用されていることからAlKαであることが好ましい。
It is protected with a silyl group represented by Here, the meanings of R 1 , R 2 and R 3 of the silyl group are as already described in the section [Means for Solving the Problems].
The presence of this silyl group can be measured, for example, with an X-ray photoelectron spectroscopy (ESCA).
Although the kind of ESCA used for this invention is not specifically limited, It is preferable to carry out on the following conditions. The X-ray source of ESCA is exemplified by AlKα, MgKα, AgKα, etc., but AlKα is preferable because it is widely used.

X線の強度は、1kV以上、20kV以下であることが好ましい。1kV未満の場合では、測定したい元素を検出できない恐れがあり、20kVより大きい場合では、サンプルが破壊される恐れがある。
測定範囲は、直径100μm以上の円であることが好ましい。100μm未満の場合では、測定したい元素を検出できない恐れがある。
The intensity of the X-ray is preferably 1 kV or more and 20 kV or less. If it is less than 1 kV, the element to be measured may not be detected, and if it is greater than 20 kV, the sample may be destroyed.
The measurement range is preferably a circle having a diameter of 100 μm or more. If the thickness is less than 100 μm, the element to be measured may not be detected.

また負極活物質の表面のチタン元素とシリル基の割合は、ESCAで測定したチタンの2pのピーク強度と、珪素(Si)元素の2pのピーク強度との割合で規定することができる。ピーク強度は、検出されたピークの面積で算出することができる。たとえばチタンの2pのピーク強度は、チタンの2p1/2のピーク面積と2p3/2のピーク面積との和で算出することができる。珪素の2pのピーク強度も同様に算出することが出来る。 The ratio of the titanium element and the silyl group on the surface of the negative electrode active material can be defined by the ratio of the 2p peak intensity of titanium measured by ESCA and the 2p peak intensity of silicon (Si) element. The peak intensity can be calculated from the area of the detected peak. For example, the 2p peak intensity of titanium can be calculated by the sum of the 2p 1/2 peak area of titanium and the 2p 3/2 peak area. The 2p peak intensity of silicon can be calculated similarly.

前記チタン元素の2pのピーク強度と、珪素元素の2pのピーク強度との割合は、(珪素元素の2pのピーク強度)/(チタンの2pのピーク強度)は0.01以上、1以下であることが好ましく、0.01以上、0.75以下であることがより好ましく、0.01以上、0.5以下であることが特に好ましい。0.01未満ではガス発生抑制、およびサイクル安定性低下の抑制の効果が小さく、1より大きい場合は負極活物質の構造が崩壊するおそれがある。   The ratio between the 2p peak intensity of the titanium element and the 2p peak intensity of the silicon element is (2p peak intensity of the silicon element) / (2p peak intensity of the titanium element) of 0.01 or more and 1 or less. Is more preferably 0.01 or more and 0.75 or less, and particularly preferably 0.01 or more and 0.5 or less. If it is less than 0.01, the effect of suppressing gas generation and cycle stability reduction is small, and if it is greater than 1, the structure of the negative electrode active material may be collapsed.

前記化合物の表面の一部に存在する水酸基を前記シリル基で保護する方法は、前記化合物をシリル化剤で処理することで行われる。この際、溶媒を使用する方法と溶媒を使用しない方法が例示される。溶媒を使用する方法では、非プロトン性溶媒を使用すればよい。ここで用いる非プロトン性溶媒は、シリル化剤と溶媒中の水分との反応を抑制するために、脱水したものを使用することが好ましい。   The method for protecting the hydroxyl group present on a part of the surface of the compound with the silyl group is carried out by treating the compound with a silylating agent. In this case, a method using a solvent and a method using no solvent are exemplified. In the method using a solvent, an aprotic solvent may be used. The aprotic solvent used here is preferably dehydrated in order to suppress the reaction between the silylating agent and water in the solvent.

溶媒を使用しない方法では液体状、気体状及び固体状のシリル化剤を用いて前記化合物を処理すればよい。
ここでいう非プロトン性溶媒とは、特に限定されないが、鎖状及び環状のアルカン、ベンゼン及びベンゼン誘導体、ジエチルエーテル、クロロホルム、酢酸エチル、エンカメチレン、1,2−ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、ジオキサン、アセトン、ヘキサメチルジシロキサン、アセトニトリル、N,N−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、N−メチルー2−ピロリドン(NMP)、有機カーボネートが例示される。シリル化剤の溶解度が高いベンゼン、トルエン、キシレン、クロロベンゼン、ジエチルエーテル、アセトン、アセトニトリル、N,N−ジメチルホルムアミド、ジオキサン、ジメチルスルホキシド、N−メチルー2−ピロリドン(NMP)、テトラヒドロフラン、1,2−ジメトキシエタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタンが好ましい。
In a method that does not use a solvent, the compound may be treated with a liquid, gaseous, or solid silylating agent.
The aprotic solvent mentioned here is not particularly limited, but linear and cyclic alkanes, benzene and benzene derivatives, diethyl ether, chloroform, ethyl acetate, encamethylene, 1,2-dimethoxyethane, tetrahydrofuran, dioxane, acetone. , Hexamethyldisiloxane, acetonitrile, N, N-dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), and organic carbonate. High solubility of silylating agent benzene, toluene, xylene, chlorobenzene, diethyl ether, acetone, acetonitrile, N, N-dimethylformamide, dioxane, dimethyl sulfoxide, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), tetrahydrofuran, 1,2- Dimethoxyethane, hexane, heptane and octane are preferred.

ベンゼン誘導体とは、ベンゼンの1つまたは複数の水素原子が官能基で置換された化合物を指す。ここでいう官能基は、特に限定されないが、アルキル基、ハロゲン基、ニトロ基、シアノ基、ビニル基、アリル基、アリール基、アラルキル基、アルコキシ基が例示される。
ここで使うシリル化剤とは、前記一般式(1)で表されるシリル基を含有し、加水分解性であることが好ましい。このようなシリル基を含む化合物は、下記式(2)及び(3):
A benzene derivative refers to a compound in which one or more hydrogen atoms of benzene are substituted with a functional group. The functional group herein is not particularly limited, and examples thereof include an alkyl group, a halogen group, a nitro group, a cyano group, a vinyl group, an allyl group, an aryl group, an aralkyl group, and an alkoxy group.
The silylating agent used here preferably contains a silyl group represented by the general formula (1) and is hydrolyzable. The compound containing such a silyl group is represented by the following formulas (2) and (3):

Figure 2014099291
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Figure 2014099291
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で表すことができる。ここでR、R及びRの意味は、すでに[課題を解決するための手段]の項で説明したとおりである。一般式(2)中のXは、シリル基を含む化合物に加水分解性を付与すればよく、特に限定されないが、ハロゲン基、アルコキシ基、フルオロアルコキシル基、アミノ基、及びシアノ基等が含まれる。すなわち一般式(2)のシリル化剤は加水分解性官能基を一つのみ有する。同様に一般式(3)のシリル化剤もシリル基に付属の加水分解官能基を一つのみ有する。加水分解性官能基を一つのみ有することは、負極活物質の表面を保護した後に、水分とシリル基のさらなる副反応の可能性をなくし、さらなるガス発生、およびサイクル安定性の低下を防ぐことができるので好ましい。シリル化剤の具体例には1,1,1,3,3,3−ヘキサメチルジシラザン、ビストリエチルシリルアミン、クロロトリメチルシラン、ブロモトリメチルシラン、ヨードトリメチルシラン、クロロトリエチルシラン、クロロメチルジフェニルシラン、クロロジメチルフェニルシラン、メトキシトリメチルシラン、トリメチルシラン、クロロtert−ブチルジメチルシラン、ブロモtert−ブチルジメチルシラン、クロロトリフェニルシラン、クロロトリビニルシラン等を挙げることができる。前記化合物の表面の一部に存在する水酸基を効率的に保護すること、かつコスト的に影響が小さいことから、クロロトリメチルシラン、メトキシトリメチルシラン、1,1,1,3,3,3−ヘキサメチルジシラザン、クロロトリビニルシラン及びビストリエチルシリルアミンが好ましい。 It can be expressed as Here, the meanings of R 1 , R 2 and R 3 are as described in the section [Means for Solving the Problems]. X in the general formula (2) is not particularly limited as long as it provides hydrolyzability to a compound containing a silyl group, and includes a halogen group, an alkoxy group, a fluoroalkoxyl group, an amino group, a cyano group, and the like. . That is, the silylating agent of the general formula (2) has only one hydrolyzable functional group. Similarly, the silylating agent of the general formula (3) has only one hydrolysis functional group attached to the silyl group. Having only one hydrolyzable functional group eliminates the possibility of further side reactions between moisture and silyl groups after protecting the surface of the negative electrode active material, and prevents further gas generation and deterioration of cycle stability. Is preferable. Specific examples of silylating agents include 1,1,1,3,3,3-hexamethyldisilazane, bistriethylsilylamine, chlorotrimethylsilane, bromotrimethylsilane, iodotrimethylsilane, chlorotriethylsilane, chloromethyldiphenylsilane Chlorodimethylphenylsilane, methoxytrimethylsilane, trimethylsilane, chlorotert-butyldimethylsilane, bromotert-butyldimethylsilane, chlorotriphenylsilane, chlorotrivinylsilane, and the like. Since the hydroxyl group present on a part of the surface of the compound is efficiently protected and the influence on cost is small, chlorotrimethylsilane, methoxytrimethylsilane, 1,1,1,3,3,3-hexa Methyl disilazane, chlorotrivinylsilane and bistriethylsilylamine are preferred.

前記化合物をシリル化剤で処理する際の雰囲気は、不活性ガス雰囲気下が好ましい。前記化合物をシリル化剤で処理する際の温度は、シリル化剤の分解温度未満であることが好ましい。
また溶媒を使用する場合は、前記化合物をシリル化剤で処理する際の温度は、溶媒の凝固点より高く、沸点以下であることが好ましい。反応性を低下させず、かつ光熱費の影響が小さいことから、5℃以上、250℃未満であることが好ましい。5℃未満では、反応の進行が遅く、一方、250℃より高い場合はシリル化剤が蒸発及び分解するおそれがある。
The atmosphere for treating the compound with a silylating agent is preferably an inert gas atmosphere. The temperature at which the compound is treated with a silylating agent is preferably less than the decomposition temperature of the silylating agent.
Moreover, when using a solvent, it is preferable that the temperature at the time of processing the said compound with a silylating agent is higher than the freezing point of a solvent, and is below a boiling point. It is preferably 5 ° C. or more and less than 250 ° C. because the reactivity is not lowered and the influence of the utility cost is small. If the temperature is lower than 5 ° C, the reaction proceeds slowly. On the other hand, if the temperature is higher than 250 ° C, the silylating agent may be evaporated and decomposed.

前記化合物をシリル化剤で処理する際の時間は、1分〜200時間以下であることが好ましい。反応性を低下させず、かつ光熱費の影響が小さいことから、1分〜100時間であることが特に好ましい。一方、1分より短い場合は、前記化合物の表面に存在する水酸基を、効果的にシリル基で保護することができない可能性がある。
前記化合物に処理を施す前に前記化合物を真空熱乾燥させても、そのまま用いてもよいが、前記化合物の表面に存在しうる吸着水とシリル基を含む化合物との分解反応を抑制するために、真空熱乾燥直後の化合物を使用することが好ましい。
The time for treating the compound with a silylating agent is preferably 1 minute to 200 hours or less. It is particularly preferably 1 minute to 100 hours because the reactivity is not lowered and the influence of utility costs is small. On the other hand, when it is shorter than 1 minute, the hydroxyl group present on the surface of the compound may not be effectively protected with a silyl group.
In order to suppress the decomposition reaction between adsorbed water and a compound containing a silyl group, which may be present on the surface of the compound, the compound may be vacuum-heat dried before the treatment. It is preferable to use a compound immediately after vacuum heat drying.

真空熱乾燥を行うときの温度は前記化合物の分解温度以下であることが好ましい。吸着水を効果的に除去すること、かつ光熱費の影響が小さいことから、25℃以上、300℃未満であることが好ましい。
溶媒を使用して前記化合物をシリル化剤で処理する方法は、シリル化剤が含まれる溶液に、所定の温度、所定の時間で前記化合物を拡散することによって行うことができる。
The temperature at which vacuum heat drying is performed is preferably not higher than the decomposition temperature of the compound. The temperature is preferably 25 ° C. or more and less than 300 ° C. because the adsorbed water is effectively removed and the influence of the utility cost is small.
The method of treating the compound with a silylating agent using a solvent can be performed by diffusing the compound at a predetermined temperature and for a predetermined time in a solution containing the silylating agent.

シリル化剤が含まれる溶液とは、シリル化剤を前記非プロトン性溶媒に溶解させたものが例示される。
シリル化剤が液体の場合、溶媒に浸漬させた前記化合物にシリル化剤を非水系溶媒に溶解させずに直接加えてもよい。
溶液に含まれるシリル化剤の濃度は、0.001mol/L以上、10.0mol/L以下が好ましく、0.01mol/L以上、5.0mol/L以下がより好ましく、コストへの影響が少なく処理時間を短縮し、請求項1に記載の化合物の表面の一部に存在する水酸基をシリル基で効果的に保護することが可能であることから、0.05mol/L以上、5.0mol/L以下が特に好ましい。
Examples of the solution containing the silylating agent include a solution obtained by dissolving the silylating agent in the aprotic solvent.
When the silylating agent is liquid, the silylating agent may be added directly to the compound soaked in the solvent without dissolving it in the non-aqueous solvent.
The concentration of the silylating agent contained in the solution is preferably 0.001 mol / L or more and 10.0 mol / L or less, more preferably 0.01 mol / L or more and 5.0 mol / L or less, and has little influence on cost. Since the treatment time can be shortened and the hydroxyl group present on a part of the surface of the compound according to claim 1 can be effectively protected with a silyl group, 0.05 mol / L or more, 5.0 mol / L L or less is particularly preferable.

溶媒を使用せずに前記化合物を液体状のシリル化剤で処理する場合は、シリル化剤を前記化合物に加え所定の温度、所定の時間で前記化合物を拡散することによって行うことができる。
溶媒を使用せずに前記化合物を気体状のシリル化剤で処理する場合は、前記化合物をガス流通型炉の中に設置し、気体状のシリル化剤を前記炉内に流通させながら、所望の温度、例えば25〜250℃の温度で1分〜200時間加熱する方法が例示される。
When the compound is treated with a liquid silylating agent without using a solvent, it can be carried out by adding the silylating agent to the compound and diffusing the compound at a predetermined temperature for a predetermined time.
When the compound is treated with a gaseous silylating agent without using a solvent, the compound is placed in a gas flow type furnace, and the gaseous silylating agent is allowed to flow through the furnace while being desired. The method of heating for 1 minute to 200 hours at the temperature of, for example, the temperature of 25-250 degreeC is illustrated.

溶媒を使用せずに前記化合物を固体状のシリル化剤で処理する場合は、シリル化剤を前記化合物と混合した後に、所望の温度、例えば25〜250℃の温度で焼成する方法が例示される。
本発明の負極活物質の粒子径は、0.1μm以上50μm以下であることが好ましく、1μm以上30μm以下であることは取り扱いの観点からさらに好ましい。前記粒子径はSEM、TEM像から各粒子の大きさを測定し、平均粒子径を算出した値である。
In the case where the compound is treated with a solid silylating agent without using a solvent, a method is exemplified in which the silylating agent is mixed with the compound and then calcined at a desired temperature, for example, 25 to 250 ° C. The
The particle diameter of the negative electrode active material of the present invention is preferably 0.1 μm or more and 50 μm or less, and more preferably 1 μm or more and 30 μm or less from the viewpoint of handling. The particle diameter is a value obtained by measuring the size of each particle from SEM and TEM images and calculating the average particle diameter.

本発明の負極活物質の比表面積は、0.1m/g以上50m/g以下であることは所望の出力密度を得やすいことから好ましい。前記比表面積は、水銀ポロシメータ、BET法での測定により算出するのがよい。
本発明の負極活物質の嵩密度は、0.2g/cm以上1.5g/cm以下であることが好ましい。0.2g/cm未満の場合では後述のスラリー作製時に多量の溶媒が必要となるため経済的に不利となる傾向があり、1.5g/cmより大きいと後述の導電助材、バインダーとの混合が困難となる傾向がある。
<2.負極>
本発明の負極には、少なくとも前記負極活物質が含まれる。
The specific surface area of the negative electrode active material of the present invention is preferably 0.1 m 2 / g or more and 50 m 2 / g or less because a desired output density is easily obtained. The specific surface area may be calculated by measurement using a mercury porosimeter or BET method.
The negative electrode active material of the present invention preferably has a bulk density of 0.2 g / cm 3 or more and 1.5 g / cm 3 or less. 0.2 g / cm in the case of less than 3 tend to be economically disadvantageous because it requires a large amount of solvent in the step of preparing the slurry described below, 1.5 g / cm 3 greater than the later of conductive agent, and a binder Tend to be difficult to mix.
<2. Negative electrode>
The negative electrode of the present invention contains at least the negative electrode active material.

本発明の負極には、さらに導電助材を含有してもよく、導電助材としては、特に限定されないが、金属材料、炭素材料が好ましい。金属材料の場合は、銅、及びニッケルなど、炭素材料の場合は天然黒鉛、人造黒鉛、気相成長炭素繊維、カーボンナノチューブ、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、及びファーネスブラックなどが挙げられる。これら導電助材は1種類でもよいし、2種類以上用いてもよい。   The negative electrode of the present invention may further contain a conductive additive, and the conductive additive is not particularly limited, but a metal material and a carbon material are preferable. Examples of the metal material include copper and nickel, and examples of the carbon material include natural graphite, artificial graphite, vapor grown carbon fiber, carbon nanotube, acetylene black, ketjen black, and furnace black. These conductive aids may be used alone or in combination of two or more.

本発明において、負極に含まれる導電助材の量は、負極活物質100重量部に対して、好ましくは1重量部以上、30重量部以下、より好ましくは2重量部以上、15重量部以下である。前記範囲であれば、負極の導電性が確保される。また、後述のバインダーとの接着性が維持され、集電体との接着性を十分に得ることができる。
本発明において負極には、活物質を集電体に結着させるため、バインダーを使用してよい。バインダーとしては、特に限定されないが、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、スチレン−ブタジエンゴム、ポリイミド、アクリル樹脂及びそれらの誘導体からなる群から選ばれる少なくとも1種を用いることができる。具体的にはポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)が好ましい。バインダーは負極の作製しやすさから、非水溶媒または水に、溶解または分散されていることが好ましい。非水溶媒は、特に限定されないが、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、メチルエチルケトン、酢酸メチル、酢酸エチル、及びテトラヒドロフランなどを挙げることができる。特にN−メチル−2−ピロリドン(NMP)が好ましい。これらに分散剤、増粘剤を加えてもよい。
In the present invention, the amount of the conductive additive contained in the negative electrode is preferably 1 part by weight or more and 30 parts by weight or less, more preferably 2 parts by weight or more and 15 parts by weight or less with respect to 100 parts by weight of the negative electrode active material. is there. If it is the said range, the electroconductivity of a negative electrode will be ensured. Moreover, the adhesiveness with the below-mentioned binder is maintained and sufficient adhesiveness with a collector can be obtained.
In the present invention, a binder may be used for the negative electrode in order to bind the active material to the current collector. The binder is not particularly limited. For example, at least one selected from the group consisting of polyvinylidene fluoride (PVdF), polytetrafluoroethylene (PTFE), styrene-butadiene rubber, polyimide, acrylic resin, and derivatives thereof is used. be able to. Specifically, polyvinylidene fluoride (PVdF) and polytetrafluoroethylene (PTFE) are preferable. The binder is preferably dissolved or dispersed in a non-aqueous solvent or water from the viewpoint of easy production of the negative electrode. The non-aqueous solvent is not particularly limited, and examples thereof include N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), dimethylformamide, dimethylacetamide, methyl ethyl ketone, methyl acetate, ethyl acetate, and tetrahydrofuran. N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) is particularly preferable. You may add a dispersing agent and a thickener to these.

本発明において、負極に含まれるバインダーの量は、負極活物質100重量部に対して、好ましくは1重量部以上30重量部以下、より好ましくは2重量部以上15重量部以下である。前記範囲であれば、負極活物質と導電助材との接着性が維持され、集電体との接着性が十分に得ることができる。
本発明において好ましい負極の一形態としては、負極活物質、導電助材、及びバインダーの混合物を集電体上に形成することによって作製されるが、作製方法の容易さから、前記混合物及び溶媒でスラリーを作製し、得られたスラリーを集電体上に塗工した後に、溶媒を除去することによって負極を作製する方法が好ましい。
In the present invention, the amount of the binder contained in the negative electrode is preferably 1 part by weight or more and 30 parts by weight or less, more preferably 2 parts by weight or more and 15 parts by weight or less with respect to 100 parts by weight of the negative electrode active material. If it is the said range, the adhesiveness of a negative electrode active material and a conductive support material will be maintained, and adhesiveness with a collector can fully be acquired.
As a preferred embodiment of the negative electrode in the present invention, it is prepared by forming a mixture of a negative electrode active material, a conductive additive and a binder on a current collector. From the ease of the preparation method, the mixture and the solvent are used. A method of preparing a negative electrode by removing the solvent after preparing the slurry and coating the obtained slurry on a current collector is preferable.

本発明の負極に用いることのできる集電体は、銅、SUS、ニッケル、チタン、アルミニウム及びそれらの合金が好ましい。前記アルミニウムは、負極反応雰囲気下で安定であることから、特に限定されないが、JIS規格1030、1050、1085、1N90、1N99等に代表される高純度アルミニウムであることが好ましい。
なお、集電体は、金属材料(銅、SUS、ニッケル、チタン、及びそれらの合金)の表面に負極の電位で反応しない金属を被覆したものも用いることもできる。
The current collector that can be used in the negative electrode of the present invention is preferably copper, SUS, nickel, titanium, aluminum, or an alloy thereof. The aluminum is not particularly limited since it is stable in a negative electrode reaction atmosphere, but is preferably high-purity aluminum represented by JIS standards 1030, 1050, 1085, 1N90, 1N99 and the like.
As the current collector, a metal material (copper, SUS, nickel, titanium, and alloys thereof) coated with a metal that does not react with the potential of the negative electrode can be used.

スラリーの作製は、特に限定されないが、負極活物質、導電助材、バインダー、及び溶媒を均一に混合できることから、ボールミル、プラネタリミキサ、ジェットミル、薄膜旋回型ミキサーを用いることが好ましい。スラリーの作製は、特に限定されないが、負極活物質、導電助材、及びバインダーを混合した後に溶媒を加えて作製してもよいし、負極活物質、導電助材、バインダー、及び溶媒を一緒に混合して作製してもよい。   Although the production of the slurry is not particularly limited, it is preferable to use a ball mill, a planetary mixer, a jet mill, or a thin-film swirl mixer because the negative electrode active material, the conductive additive, the binder, and the solvent can be uniformly mixed. Although the production of the slurry is not particularly limited, it may be produced by mixing the negative electrode active material, the conductive additive, and the binder and then adding a solvent, or the negative electrode active material, the conductive additive, the binder, and the solvent together. You may mix and produce.

スラリーの固形分濃度は、30wt%以上80wt%以下であることが好ましい。30wt%未満の場合、スラリーの粘度が低すぎる傾向があり、一方、80wt%より高い場合は、スラリーの粘度が高すぎる傾向があるため、後述の電極の形成が困難となる場合がある。
スラリーに用いる溶媒は、非水溶媒、あるいは水であることが好ましい。非水溶媒は、特に限定されないが、例えば、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、メチルエチルケトン、酢酸メチル、酢酸エチル、及びテトラヒドロフランなどを挙げることができる。また、これらに分散剤、増粘剤を加えてもよい。
The solid content concentration of the slurry is preferably 30 wt% or more and 80 wt% or less. If it is less than 30 wt%, the viscosity of the slurry tends to be too low, whereas if it is higher than 80 wt%, the viscosity of the slurry tends to be too high, and it may be difficult to form an electrode described later.
The solvent used for the slurry is preferably a non-aqueous solvent or water. The non-aqueous solvent is not particularly limited, and examples thereof include N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), dimethylformamide, dimethylacetamide, methyl ethyl ketone, methyl acetate, ethyl acetate, and tetrahydrofuran. Moreover, you may add a dispersing agent and a thickener to these.

集電体上への負極の形成は、特に限定されないが、例えば前記スラリーをドクターブレード、ダイコータ、コンマコータ等により塗布した後に、溶剤を除去する方法、あるいはスプレーにより塗布した後に溶剤を除去する方法が好ましい。溶媒を除去する方法は、オーブンや真空オーブンを用いた乾燥が簡単であり好ましい。雰囲気としては室温、あるいは高温とした空気、不活性ガス、真空状態などが挙げられる。また、溶媒を除去する温度は、特に限定されないが、60℃以上250℃以下であることが好ましい。60℃未満では溶媒の除去に時間を要する場合があり、250℃より高いと、バインダーが劣化する場合がある。また、負極作製後、ロールプレス機などを用いて負極を圧縮させてもよい。前記電極の圧縮は、後述の正極を形成する前でも、後でもよい。   Formation of the negative electrode on the current collector is not particularly limited. For example, a method of removing the solvent after applying the slurry by a doctor blade, a die coater, a comma coater or the like, or a method of removing the solvent after applying by spraying. preferable. The method for removing the solvent is preferable because it is easy to dry using an oven or a vacuum oven. Examples of the atmosphere include room temperature or high temperature air, an inert gas, and a vacuum state. The temperature at which the solvent is removed is not particularly limited, but is preferably 60 ° C. or higher and 250 ° C. or lower. If the temperature is lower than 60 ° C, it may take time to remove the solvent. If the temperature is higher than 250 ° C, the binder may deteriorate. Moreover, you may compress a negative electrode using a roll press machine etc. after negative electrode preparation. The electrode may be compressed before or after the positive electrode described later is formed.

本発明において、負極の厚みは、10μm以上200μm以下であることが好ましい。10μm以下では、所望の容量を得ることが難しい場合があり、200μmより厚い場合は、所望の出力密度を得ることが難しい場合がある。
本発明において、負極の密度は、1.0g/cm以上4.0g/cm以下であることが好ましい。1.0g/cm未満であれば、負極活物質、導電助材との接触が不十分となり電子伝導性が低下する場合がある。4.0g/cmより大きい場合は、後述の電解液が負極内に浸透しにくくなり、リチウム伝導性が低下する場合がある。負極は、所望の厚み、密度まで圧縮させてもよい。圧縮は、特に限定されないが、例えば、ロールプレス、油圧プレス等を用いて行うことができる。電極の圧縮は、前述の正極を形成する前でも、後でもよい。
In the present invention, the thickness of the negative electrode is preferably 10 μm or more and 200 μm or less. If it is 10 μm or less, it may be difficult to obtain a desired capacity, and if it is thicker than 200 μm, it may be difficult to obtain a desired output density.
In the present invention, the density of the negative electrode is preferably 1.0 g / cm 3 or more and 4.0 g / cm 3 or less. If it is less than 1.0 g / cm 3 , the contact with the negative electrode active material and the conductive additive becomes insufficient, and the electronic conductivity may decrease. When it is larger than 4.0 g / cm 3 , an electrolyte solution described later hardly penetrates into the negative electrode, and lithium conductivity may be lowered. The negative electrode may be compressed to a desired thickness and density. Although compression is not specifically limited, For example, it can carry out using a roll press, a hydraulic press, etc. The electrode may be compressed before or after the above-described positive electrode is formed.

本発明において、負極の1cmあたりの電気容量は、0.5mAh以上6.0mAh以下であることが好ましい。0.5mAh未満である場合は所望する容量の電池の大きさが大きくなる場合があり、一方、6.0mAhより多い場合は所望の出力密度を得ることが難しい場合がある。負極の1cmあたりの電気容量の算出は、負極作製後、リチウム金属を対極とした半電池を作製した後に、充放電特性を測定することによって算出できる。負極の負極1cmあたりの電気容量は、特に限定されないが、集電体単位面積あたりに形成させる負極の重量で制御する方法、例えば、前述の負極塗工時の塗工厚みで制御することができる。 In the present invention, the electric capacity per 1 cm 2 of the negative electrode is preferably 0.5 mAh or more and 6.0 mAh or less. If it is less than 0.5 mAh, the size of the battery having a desired capacity may be increased. On the other hand, if it is more than 6.0 mAh, it may be difficult to obtain a desired output density. Calculation of the electric capacity per 1 cm < 2 > of a negative electrode can be calculated by measuring a charging / discharging characteristic after producing a half cell which made lithium metal a counter electrode after negative electrode preparation. The electric capacity per 1 cm 2 of negative electrode of the negative electrode is not particularly limited, but can be controlled by the method of controlling by the weight of the negative electrode formed per unit area of the current collector, for example, by the coating thickness at the time of the negative electrode coating described above. it can.

<3.正極>
本発明の非水電解質二次電池に用いる正極に含まれる正極活物質は、特に限定されないが、リチウム遷移金属化合物であればよく、リチウムコバルト化合物、リチウムニッケル化合物、リチウムマンガン化合物、リチウム鉄化合物などが例示される。また、遷移金属は1種類に限定されず、2種類以上であってもよく、例えば、リチウムコバルトニッケルマンガン化合物、リチウムニッケルマンガン化合物などが例示される。また、リチウム遷移金属化合物の安定性を向上する効果が高いことから、たとえばアルミニウム、マグネシウム、チタンなどの元素が微量含まれていてもよい。
<3. Positive electrode>
The positive electrode active material contained in the positive electrode used in the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention is not particularly limited, and may be a lithium transition metal compound, such as a lithium cobalt compound, a lithium nickel compound, a lithium manganese compound, and a lithium iron compound. Is exemplified. Further, the transition metal is not limited to one type, and may be two or more types, and examples thereof include a lithium cobalt nickel manganese compound and a lithium nickel manganese compound. Moreover, since the effect which improves the stability of a lithium transition metal compound is high, elements, such as aluminum, magnesium, titanium, may be contained in trace amounts, for example.

リチウムマンガン化合物としては、中でも、正極活物質の安定性が高いことから、Li1+xMn2―x―y(0≦x≦0.2、0<y≦0.6、Mは2〜13族でかつ第3〜4周期に属する元素からなる群から選ばれる少なくとも1種)で表されるリチウムマンガン化合物であることが特に好ましい。x<0の場合は、正極活物質の容量が減少する傾向がある。また、x>0.2の場合は炭酸リチウムなどの不純物が多く含まれるようになる傾向がある。y=0の場合は、正極活物質の安定性が低くなる傾向がある。また、y>0.6の場合はMの酸化物などの不純物が多く含まれるようになる傾向がある。 As the lithium manganese compound, since the stability of the positive electrode active material is particularly high, Li 1 + x M y Mn 2−xy O 4 (0 ≦ x ≦ 0.2, 0 <y ≦ 0.6, M is A lithium manganese compound represented by at least one selected from the group consisting of elements belonging to Groups 2 to 13 and belonging to the third to fourth periods is particularly preferable. When x <0, the capacity of the positive electrode active material tends to decrease. Further, when x> 0.2, there is a tendency that many impurities such as lithium carbonate are included. When y = 0, the stability of the positive electrode active material tends to be low. Further, when y> 0.6, a large amount of impurities such as M oxide tends to be contained.

本発明の正極活物質の表面には、導電性向上、あるいは安定性向上のため、炭素材料、金属酸化物、あるいは高分子等で覆われてもよい。
本発明の正極には導電助材を含有させてもよい。導電助材としては、特に限定されないが、炭素材料が好ましい。例えば、天然黒鉛、人造黒鉛、気相成長炭素繊維、カーボンナノチューブ、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、及びファーネスブラックなどが挙げられる。これら炭素材料は1種類でもよいし、2種類以上用いてもよい。
The surface of the positive electrode active material of the present invention may be covered with a carbon material, a metal oxide, a polymer, or the like in order to improve conductivity or stability.
The positive electrode of the present invention may contain a conductive additive. Although it does not specifically limit as a conductive support material, A carbon material is preferable. Examples thereof include natural graphite, artificial graphite, vapor grown carbon fiber, carbon nanotube, acetylene black, ketjen black, and furnace black. These carbon materials may be used alone or in combination of two or more.

本発明の正極に含まれる導電助材の量は、正極活物質100重量部に対して、好ましくは1重量部以上30重量部以下、より好ましくは2重量部以上15重量部以下である。前記範囲であれば、正極の導電性が確保される。また、後述のバインダーとの接着性が維持され、集電体との接着性が十分に得ることができる。
本発明の正極にはバインダーを含有させてよい。バインダーは、特に限定されないが、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、スチレン−ブタジエンゴム、ポリイミド、アクリル系樹脂及びそれらの誘導体からなる群からえらばれる少なくとも1種を用いることができる。具体的にはポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)が好ましい。バインダーは正極の作製しやすさから、非水溶媒または水に溶解または分散されていることが好ましい。非水溶媒は、特に限定されないが、例えば、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、メチルエチルケトン、酢酸メチル、酢酸エチル、及びテトラヒドロフランなどを挙げることができる。特にN−メチル−2−ピロリドン(NMP)が好ましい。これらに分散剤、増粘剤を加えてもよい。
The amount of the conductive additive contained in the positive electrode of the present invention is preferably 1 part by weight or more and 30 parts by weight or less, more preferably 2 parts by weight or more and 15 parts by weight or less with respect to 100 parts by weight of the positive electrode active material. If it is the said range, the electroconductivity of a positive electrode will be ensured. Moreover, adhesiveness with the below-mentioned binder is maintained, and adhesiveness with a collector can fully be obtained.
The positive electrode of the present invention may contain a binder. The binder is not particularly limited, and for example, at least one selected from the group consisting of polyvinylidene fluoride (PVdF), polytetrafluoroethylene (PTFE), styrene-butadiene rubber, polyimide, acrylic resin, and derivatives thereof is used. be able to. Specifically, polyvinylidene fluoride (PVdF) and polytetrafluoroethylene (PTFE) are preferable. The binder is preferably dissolved or dispersed in a non-aqueous solvent or water from the viewpoint of easy production of the positive electrode. The non-aqueous solvent is not particularly limited, and examples thereof include N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), dimethylformamide, dimethylacetamide, methyl ethyl ketone, methyl acetate, ethyl acetate, and tetrahydrofuran. N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) is particularly preferable. You may add a dispersing agent and a thickener to these.

本発明の正極に含まれるバインダーの量は、正極活物質100重量部に対して、好ましくは1重量部以上30重量部以下、より好ましくは2重量部以上15重量部以下である。前記範囲であれば、正極活物質と導電助材との接着性が維持され、集電体との接着性が十分に得ることができる。
本発明の正極の作製方法としては、正極活物質、導電助材、及びバインダーの混合物を集電体上に塗工することによって作製する方法が挙げられるが、作製方法の容易さから、前記混合物及び溶媒でスラリーを作製し、得られたスラリーを集電体上に塗工した後に、溶媒を除去することによって正極を作製する方法が好ましい。
The amount of the binder contained in the positive electrode of the present invention is preferably 1 part by weight or more and 30 parts by weight or less, more preferably 2 parts by weight or more and 15 parts by weight or less with respect to 100 parts by weight of the positive electrode active material. If it is the said range, the adhesiveness of a positive electrode active material and a conductive support material will be maintained, and adhesiveness with a collector can fully be acquired.
Examples of the method for producing the positive electrode of the present invention include a method of producing a positive electrode active material, a conductive additive, and a binder by coating a current collector on the current collector. In addition, a method of preparing a positive electrode by preparing a slurry with a solvent and applying the obtained slurry onto a current collector and then removing the solvent is preferable.

本発明の正極に用いる集電体は、アルミニウム及びその合金であることが好ましい。前記アルミニウムは、正極反応雰囲気下で安定であることから、特に限定されないが、JIS規格1030、1050、1085、1N90、1N99等に代表される高純度アルミニウムであることが好ましい。
なお、集電体は、アルミニウム以外の金属(銅、SUS、ニッケル、チタン、及びそれらの合金)の表面にアルミニウムを被覆したものも用いることもできる。
The current collector used for the positive electrode of the present invention is preferably aluminum and its alloys. The aluminum is not particularly limited because it is stable in a positive electrode reaction atmosphere, but is preferably high-purity aluminum represented by JIS standards 1030, 1050, 1085, 1N90, 1N99 and the like.
Note that the current collector may be a metal whose surface is covered with aluminum other than aluminum (copper, SUS, nickel, titanium, and alloys thereof).

スラリーの作製は、特に限定されないが、正極活物質、導電助材、バインダー、及び溶媒を均一に混合できることから、ボールミル、プラネタリミキサ、ジェットミル、薄膜旋回型ミキサーを用いることが好ましい。スラリーの作製は、特に限定されないが、正極活物質、導電助材、及びバインダーを混合した後に溶媒を加えて作製してもよいし、正極活物質、導電助材、バインダー、及び溶媒を一緒に混合して作製してもよい。   Although the production of the slurry is not particularly limited, it is preferable to use a ball mill, a planetary mixer, a jet mill, or a thin film swirl mixer because the positive electrode active material, the conductive additive, the binder, and the solvent can be mixed uniformly. Although the preparation of the slurry is not particularly limited, it may be prepared by mixing the positive electrode active material, the conductive additive, and the binder and then adding a solvent, or the positive electrode active material, the conductive additive, the binder, and the solvent together. You may mix and produce.

スラリーの固形分濃度は、30wt%以上80wt%以下であることが好ましい。30wt%未満の場合スラリーの粘度が低すぎる傾向があるため、一方、80wt%より高い場合はスラリーの粘度が高すぎる傾向があるため、後述の電極の形成が困難となる場合がある。
スラリーに用いる溶媒は、非水溶媒、あるいは水であることが好ましい。非水溶媒は、特に限定されないが、例えば、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、メチルエチルケトン、酢酸メチル、酢酸エチル、及びテトラヒドロフランなどを挙げることができる。また、これらに分散剤、増粘剤を加えてもよい。
The solid content concentration of the slurry is preferably 30 wt% or more and 80 wt% or less. If it is less than 30 wt%, the viscosity of the slurry tends to be too low. On the other hand, if it is higher than 80 wt%, the viscosity of the slurry tends to be too high, so that it may be difficult to form an electrode described later.
The solvent used for the slurry is preferably a non-aqueous solvent or water. The non-aqueous solvent is not particularly limited, and examples thereof include N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), dimethylformamide, dimethylacetamide, methyl ethyl ketone, methyl acetate, ethyl acetate, and tetrahydrofuran. Moreover, you may add a dispersing agent and a thickener to these.

集電体上への正極の形成は、特に限定されないが、例えば前記スラリーをドクターブレード、ダイコータ、コンマコータ等により塗布した後に、溶剤を除去する方法、あるいはスプレーにより塗布した後に溶剤を除去する方法が好ましい。溶媒を除去する方法は、オーブンや真空オーブンを用いた乾燥が簡単であり好ましい。溶媒を除去する雰囲気としては、空気、不活性ガス、真空状態などが挙げられる。また、溶媒を除去する温度は、特に限定されないが、60℃以上250℃以下であることが好ましい。60℃未満では溶媒の除去に時間を要する場合があり、250℃より高いと、バインダーが劣化する場合がある。なお、正極の形成は、前述の負極を形成する前でも、後でもよい。   The formation of the positive electrode on the current collector is not particularly limited. For example, a method of removing the solvent after applying the slurry by a doctor blade, a die coater, a comma coater or the like, or a method of removing the solvent after applying by spraying. preferable. The method for removing the solvent is preferable because it is easy to dry using an oven or a vacuum oven. Examples of the atmosphere for removing the solvent include air, an inert gas, and a vacuum state. The temperature at which the solvent is removed is not particularly limited, but is preferably 60 ° C. or higher and 250 ° C. or lower. If the temperature is lower than 60 ° C, it may take time to remove the solvent. If the temperature is higher than 250 ° C, the binder may deteriorate. The positive electrode may be formed before or after the above-described negative electrode is formed.

本発明の正極の厚みは、10μm以上200μm以下であることが好ましい。10μm未満では所望の容量を得ることが難しい場合があり、一方、200μmより厚い場合は所望の出力密度を得ることが難しい場合がある。
本発明の正極の密度は、1.0g/cm以上4.0g/cm以下であることが好ましい。1.0g/cm未満であると、正極活物質、導電助材との接触が不十分となり電子伝導性が低下する場合がある。一方、4.0g/cmより大きいと、電解液が正極内に浸透しにくくなり、リチウム伝導性が低下する場合がある。
The thickness of the positive electrode of the present invention is preferably 10 μm or more and 200 μm or less. If it is less than 10 μm, it may be difficult to obtain a desired capacity, while if it is thicker than 200 μm, it may be difficult to obtain a desired output density.
The density of the positive electrode of the present invention is preferably 1.0 g / cm 3 or more and 4.0 g / cm 3 or less. If it is less than 1.0 g / cm 3 , the contact with the positive electrode active material and the conductive additive becomes insufficient, and the electronic conductivity may decrease. On the other hand, if it is larger than 4.0 g / cm 3 , the electrolytic solution is less likely to penetrate into the positive electrode, and the lithium conductivity may decrease.

本発明の正極は、所望の厚み、密度まで圧縮させてもよい。圧縮は、特に限定されないが、例えば、ロールプレス、油圧プレス等を用いて行うことができる。電極の圧縮は、後述の負極を形成する前でも、後でもよい。
本発明の正極は、正極1cmあたりの電気容量が0.5mAh以上5.0mAh以下であることが好ましい。0.5mAh未満である場合は所望する容量の電池の大きさが大きくなる傾向があり、5.0mAhより多い場合は所望の出力密度を得ることが難しくなる傾向がある。正極1cmあたりの電気容量の算出は、正極作製後、リチウム金属を対極とした半電池を作製した後に、充放電特性を測定することによって算出してもよい。
The positive electrode of the present invention may be compressed to a desired thickness and density. Although compression is not specifically limited, For example, it can carry out using a roll press, a hydraulic press, etc. The electrode may be compressed before or after the later-described negative electrode is formed.
In the positive electrode of the present invention, the electric capacity per 1 cm 2 of the positive electrode is preferably 0.5 mAh or more and 5.0 mAh or less. When it is less than 0.5 mAh, the size of a battery having a desired capacity tends to increase, and when it exceeds 5.0 mAh, it tends to be difficult to obtain a desired output density. The electric capacity per 1 cm 2 of the positive electrode may be calculated by measuring charge / discharge characteristics after preparing a positive electrode and then preparing a half battery using lithium metal as a counter electrode.

前記正極の正極1cmあたりの電気容量は、特に限定されないが、集電体単位面積あたりに形成させる正極の重量で制御する方法、例えば、前述のスラリー塗工時の塗工厚みで制御することができる。
<4.セパレータ>
本発明の非水電解質二次電池に用いるセパレータは、前述の正極と負極との間に設置され、電子伝導性がなくかつリチウムイオン伝導性を有する物質であればよく、例えば、ナイロン、セルロース、ポリスルホン、ポリエチレン、ポリポロピレン、ポリブテン、ポリアクリロニトリル、ポリイミド、ポリアミド、及びそれらを2種類以上複合したものの織布、不織布、微多孔膜などが挙げられる。セパレータには、各種可塑剤、酸化防止剤、難燃剤が含まれてもよいし、金属酸化物等が被覆されていてもよい。
The electric capacity per 1 cm 2 of the positive electrode of the positive electrode is not particularly limited, but is controlled by the weight of the positive electrode formed per current collector unit area, for example, by the coating thickness at the time of the slurry application described above. Can do.
<4. Separator>
The separator used for the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention may be any material that is installed between the positive electrode and the negative electrode and has no electronic conductivity and lithium ion conductivity. For example, nylon, cellulose, Examples include polysulfone, polyethylene, polypropylene, polybutene, polyacrylonitrile, polyimide, polyamide, and woven fabrics, nonwoven fabrics, and microporous membranes of two or more of them. The separator may include various plasticizers, antioxidants, flame retardants, and may be coated with a metal oxide or the like.

セパレータの厚みは、10μm以上100μm以下であることが好ましい。10μm未満の場合、正極と負極との接触する場合があり、100μmより厚い場合は電池の抵抗が高くなる場合がある。経済性、取り扱いの観点から、15μm以上50μm以下であることがさらに好ましい。
<5.非水電解質>
本発明の非水電解質二次電池に用いる非水電解質は、特に限定されないが、非水溶媒に溶質を溶解させた電解液、非水溶媒に溶質を溶解させた電解液を高分子に含浸させたゲル電解質などを用いることができる。
The thickness of the separator is preferably 10 μm or more and 100 μm or less. When the thickness is less than 10 μm, the positive electrode and the negative electrode may be in contact with each other. When the thickness is greater than 100 μm, the resistance of the battery may be increased. From the viewpoint of economy and handling, it is more preferably 15 μm or more and 50 μm or less.
<5. Non-aqueous electrolyte>
The non-aqueous electrolyte used in the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is not particularly limited, but a polymer is impregnated with an electrolytic solution in which a solute is dissolved in a non-aqueous solvent, or an electrolytic solution in which a solute is dissolved in a non-aqueous solvent. A gel electrolyte or the like can be used.

非水溶媒としては、環状の非プロトン性溶媒及び/又は鎖状の非プロトン性溶媒を含むことが好ましい。環状の非プロトン性溶媒としては、環状カーボネート、環状エステル、環状スルホン及び環状エーテルなどが例示される。鎖状の非プロトン性溶媒としては、鎖状カーボネート、鎖状カルボン酸エステル及び鎖状エーテルなどが例示される。また、前記に加えアセトニトリルなどの一般的に非水電解質の溶媒として用いられる溶媒を用いても良い。より具体的には、ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、ジエチルカーボネート、ジプロピルカーボネート、メチルプロピルカーボネート、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、γ−ブチルラクトン、1、2−ジメトキシエタン、スルホラン、ジオキソラン、プロピオン酸メチルなどを用いることができる。これら溶媒は1種類で用いてもよいし、2種類以上混合しても用いてもよいが、後述の溶質を溶解させやすさ、リチウムイオンの伝導性の高さから、2種類以上混合した溶媒を用いることが好ましい。また、高分子に電解液をしみこませたゲル状電解質も用いることができる。   The non-aqueous solvent preferably includes a cyclic aprotic solvent and / or a chain aprotic solvent. Examples of the cyclic aprotic solvent include cyclic carbonates, cyclic esters, cyclic sulfones and cyclic ethers. Examples of the chain aprotic solvent include chain carbonates, chain carboxylic acid esters and chain ethers. In addition to the above, a solvent generally used as a solvent for nonaqueous electrolytes such as acetonitrile may be used. More specifically, dimethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, diethyl carbonate, dipropyl carbonate, methyl propyl carbonate, ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, γ-butyl lactone, 1,2-dimethoxyethane, sulfolane, dioxolane, propion For example, methyl acid can be used. These solvents may be used alone or as a mixture of two or more. However, in view of the ease of dissolving the solute described below and the high conductivity of lithium ions, a mixture of two or more of these solvents. Is preferably used. A gel electrolyte in which an electrolyte is impregnated in a polymer can also be used.

溶質は、特に限定されないが、例えば、LiClO、LiBF、LiPF、LiAsF、LiCFSO、LiBOB(Lithium Bis (Oxalato) Borate)、LiN(SOCFなどは溶媒に溶解しやすいことから好ましい。電解液に含まれる溶質の濃度は、0.5mol/L以上2.0mol/L以下であることが好ましい。0.5mol/L未満では所望のリチウムイオン伝導性が発現しない場合があり、一方、2.0mol/Lより高いと、溶質がそれ以上溶解しない場合がある。非水電解質には、難燃剤、安定化剤などの添加剤が微量含まれてもよい。 The solute is not particularly limited. For example, LiClO 4 , LiBF 4 , LiPF 6 , LiAsF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiBOB (Lithium Bis (Oxalato) Borate), LiN (SO 2 CF 3 ) 2, etc. are dissolved in the solvent. It is preferable because it is easy to do. The concentration of the solute contained in the electrolytic solution is preferably 0.5 mol / L or more and 2.0 mol / L or less. If it is less than 0.5 mol / L, the desired lithium ion conductivity may not be exhibited. On the other hand, if it is higher than 2.0 mol / L, the solute may not be dissolved any more. The non-aqueous electrolyte may contain a trace amount of additives such as a flame retardant and a stabilizer.

<6.非水電解質二次電池>
本発明の非水電解質二次電池の正極及び負極は、集電体の両面に同じ電極を形成させた形態であってもよく、集電体の片面に正極、一方の面に負極を形成させた形態、すなわち、バイポーラ電極であってもよい。
本発明の非水電解質二次電池は、正極側と負極側との間にセパレータを配置したものを倦回したものであってもよいし、積層したものであってもよい。正極、負極、及びセパレータには、リチウムイオン伝導を担う非水電解質が含まれている。
<6. Non-aqueous electrolyte secondary battery>
The positive electrode and the negative electrode of the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention may be in the form in which the same electrode is formed on both sides of the current collector, and the positive electrode is formed on one side of the current collector and the negative electrode is formed on one side. Alternatively, it may be a bipolar electrode.
The nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention may be one obtained by winding or laminating a separator disposed between the positive electrode side and the negative electrode side. The positive electrode, the negative electrode, and the separator contain a nonaqueous electrolyte that is responsible for lithium ion conduction.

本発明の非水電解質二次電池における正極の電気容量と負極の電気容量との比は、下記式(1)を満たすことが好ましい。
1≦B/A≦1.2 (1)
ただし、前記式(1)中、Aは正極1cmあたりの電気容量を示し、Bは負極1cmあたりの電気容量を示す。
The ratio of the electric capacity of the positive electrode and the electric capacity of the negative electrode in the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention preferably satisfies the following formula (1).
1 ≦ B / A ≦ 1.2 (1)
However, in said Formula (1), A shows the electrical capacity per 1 cm < 2 > of positive electrodes, B shows the electrical capacity per 1 cm < 2 > of negative electrodes.

B/Aが1未満である場合は、過充電時に負極の電位がリチウムの析出電位になる場合があり、一方、B/Aが1.2より大きい場合は電池反応に関与しない負極活物質多いために副反応が起こる場合がある。
本発明の非水電解質二次電池における正極と負極との面積比は、特に限定されないが、下記式(2)を満たすことが好ましい。
When B / A is less than 1, the potential of the negative electrode may be a lithium deposition potential during overcharge, while when B / A is greater than 1.2, there are many negative electrode active materials not involved in the battery reaction. As a result, side reactions may occur.
Although the area ratio of the positive electrode to the negative electrode in the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention is not particularly limited, it is preferable to satisfy the following formula (2).

1≦D/C≦1.2 (2)
(ただし、Cは正極の面積、Dは負極の面積を示す。)
D/Cが1未満である場合は、例えば先述のB/A=1の場合、負極の容量が正極よりも小さくなるため、過充電時に負極の電位がリチウムの析出電位になるおそれがある。一方、D/Cが1.2より大きい場合は、正極と接していない部分の負極が大きいため、電池反応に関与しない負極活物質が副反応を起こす場合がある。正極及び負極の面積の制御は特に限定されないが、例えば、スラリー塗工の際、塗工幅を制御することによって行うことができる。
1 ≦ D / C ≦ 1.2 (2)
(However, C represents the area of the positive electrode, and D represents the area of the negative electrode.)
When D / C is less than 1, for example, when B / A = 1 as described above, the capacity of the negative electrode is smaller than that of the positive electrode, so that the potential of the negative electrode may become a lithium deposition potential during overcharging. On the other hand, if D / C is greater than 1.2, the negative electrode active material not involved in the battery reaction may cause a side reaction because the portion of the negative electrode that is not in contact with the positive electrode is large. Although control of the area of a positive electrode and a negative electrode is not specifically limited, For example, in the case of slurry coating, it can carry out by controlling the coating width.

本発明の非水電解質二次電池に用いるセパレータと負極との面積比は特に限定されないが、下記式(3)を満たすことが好ましい。
1≦F/E≦1.5 (3)
(ただし、Eは負極の面積、Fはセパレータの面積を示す。)
F/Eが1未満である場合は、正極と負極とが接触し、1.5より大きい場合は外装に要する体積が大きくなり、電池の出力密度が低下する場合がある。
The area ratio between the separator and the negative electrode used in the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention is not particularly limited, but preferably satisfies the following formula (3).
1 ≦ F / E ≦ 1.5 (3)
(However, E represents the area of the negative electrode, and F represents the area of the separator.)
When F / E is less than 1, the positive electrode and the negative electrode are in contact with each other, and when F / E is greater than 1.5, the volume required for the exterior increases, and the output density of the battery may decrease.

本発明の非水電解質二次電池に用いる非水電解質の量は、特に限定されないが、電池容量1Ahあたり、0.1mL以上であることが好ましい。0.1mL未満の場合、電極反応に伴うリチウムイオンの伝導が追いつかず、所望の電池性能が発現しない場合がある。
非水電解質は、あらかじめ正極、負極及びセパレータに含ませてもよいし、正極側と負極側との間にセパレータを配置したものを倦回、あるいは積層した後に添加してもよい。
The amount of the nonaqueous electrolyte used in the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention is not particularly limited, but is preferably 0.1 mL or more per 1 Ah of battery capacity. If it is less than 0.1 mL, the conduction of lithium ions accompanying the electrode reaction may not catch up, and the desired battery performance may not be exhibited.
The nonaqueous electrolyte may be added to the positive electrode, the negative electrode, and the separator in advance, or may be added after winding or laminating a separator disposed between the positive electrode side and the negative electrode side.

本発明の非水電解質二次電池は、前記積層体を倦回、あるいは複数積層した後にラミネートフィルムで外装してもよいし、角形、楕円形、円筒形、コイン形、ボタン形、シート形の金属缶で外装してもよい。外装には発生したガスを放出するための機構が備わっていてもよい。積層体の積層数は、所望の電圧値、電池容量を発現するまで積層させることができる。   The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention may be wound or laminated with a laminate film after the laminate is wound, or may be rectangular, elliptical, cylindrical, coin-shaped, button-shaped, or sheet-shaped. It may be packaged with a metal can. The exterior may be provided with a mechanism for releasing the generated gas. The number of stacked layers can be stacked until a desired voltage value and battery capacity are exhibited.

本発明の非水電解質二次電池は、複数接続することによって組電池とすることができる。本発明の組電池は、所望の大きさ、容量、電圧によって適宜直列、並列に接続することによって作製することができる。また、各電池の充電状態の確認、安全性向上のため、前記組電池に制御回路が付属されていることが好ましい。   The nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention can be formed into an assembled battery by connecting a plurality of the nonaqueous electrolyte secondary batteries. The assembled battery of the present invention can be produced by appropriately connecting in series or in parallel according to a desired size, capacity, and voltage. Moreover, it is preferable that a control circuit is attached to the assembled battery in order to confirm the state of charge of each battery and improve safety.

以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において適宜変更可能である。
<チタン酸リチウムの合成>
負極活物質のLi4Ti512を、文献("Zero-Strain Insertion Material of Li [Li1/3Ti5/3] O4 for Rechargeable Lithium Cells" J. Electrochem. Soc., Volume 142, Issue 5, pp. 1431-1435 (1995))に記載されている方法で作製した。
EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further more concretely, this invention is not limited at all by these Examples, In the range which does not change the summary, it can change suitably.
<Synthesis of lithium titanate>
Li 4 Ti 5 O 12 as a negative electrode active material is described in the literature (“Zero-Strain Insertion Material of Li [Li1 / 3Ti5 / 3] O4 for Rechargeable Lithium Cells” J. Electrochem. Soc., Volume 142, Issue 5, pp. 1431-1435 (1995)).

すなわち、まず二酸化チタンと水酸化リチウムを、チタンとリチウムとのモル比を5:4となるように混合し、次にこの混合物を窒素雰囲気下800℃で12時間加熱することによって実施例に用いる化合物を作製した。
この負極活物質に対して、下記のとおり、表面の少なくとも一部に存在する水酸基を、シリル基で保護する処理を施した(合成例1〜10)。
That is, first, titanium dioxide and lithium hydroxide are mixed so that the molar ratio of titanium and lithium is 5: 4, and then this mixture is heated in a nitrogen atmosphere at 800 ° C. for 12 hours to be used in the examples. A compound was made.
As described below, this negative electrode active material was subjected to a treatment for protecting a hydroxyl group present on at least a part of the surface with a silyl group (Synthesis Examples 1 to 10).

(合成例1)
チタン酸リチウムをフラスコに15g加え、100℃で3時間の真空乾燥を行った。
フラスコ内を窒素で満たし、トルエン(20mL)及び1,1,1,3,3,3−ヘキサメチルジシラザン(2mL)をそれぞれフラスコに加えた後に、窒素環境下で1時間還流させながら攪拌した。次に混合液をろ過し、粉末をトルエン及びヘキサンでそれぞれ3回ずつ洗浄した(それぞれ25mL×3)。最後に、80℃で3時間真空乾燥することによってチタン酸リチウムの表面の一部に存在する水酸基をシリル基で保護した負極活物質を調製した。この負極活物質をESCAにて表面分析した結果、TiとSiとのピーク強度の比はSi/Ti=0.04であった。
(Synthesis Example 1)
15 g of lithium titanate was added to the flask and vacuum dried at 100 ° C. for 3 hours.
The flask was filled with nitrogen, and toluene (20 mL) and 1,1,1,3,3,3-hexamethyldisilazane (2 mL) were added to the flask, respectively, and then stirred while refluxing for 1 hour in a nitrogen environment. . Next, the mixed solution was filtered, and the powder was washed with toluene and hexane three times each (25 mL × 3 each). Finally, a negative electrode active material in which a hydroxyl group present on a part of the surface of lithium titanate was protected with a silyl group was prepared by vacuum drying at 80 ° C. for 3 hours. As a result of surface analysis of this negative electrode active material by ESCA, the ratio of peak intensities of Ti and Si was Si / Ti = 0.04.

(合成例2)
攪拌時間を10時間にした以外は合成例1と同様にして合成例2の負極活物質を調製した。この負極活物質をESCAにて表面分析した結果、TiとSiとのピーク強度の比はSi/Ti=0.06であった。
(合成例3)
攪拌時間を24時間にした以外は合成例1と同様にして合成例3の負極活物質を調製した。この負極活物質をESCAにて表面分析した結果、TiとSiとのピーク強度の比はSi/Ti=0.11であった。
(Synthesis Example 2)
A negative electrode active material of Synthesis Example 2 was prepared in the same manner as Synthesis Example 1 except that the stirring time was 10 hours. As a result of surface analysis of this negative electrode active material by ESCA, the ratio of peak intensities of Ti and Si was Si / Ti = 0.06.
(Synthesis Example 3)
A negative electrode active material of Synthesis Example 3 was prepared in the same manner as Synthesis Example 1 except that the stirring time was 24 hours. As a result of surface analysis of this negative electrode active material by ESCA, the ratio of peak intensities of Ti and Si was Si / Ti = 0.11.

(合成例4)
1,1,1,3,3,3−ヘキサメチルジシラザンを4mL使用したこと以外は合成例2と同様にして合成例4の負極活物質を調製した。この負極活物質をESCAにて表面分析した結果、TiとSiとのピーク強度の比はSi/Ti=0.10であった。
(合成例5)
攪拌時間を48時間、1,1,1,3,3,3−ヘキサメチルジシラザンを8mL使用したこと以外は合成例2と同様にして合成例5の負極活物質を調製した。この負極活物質をESCAにて表面分析した結果、TiとSiとのピーク強度の比はSi/Ti=0.23であった。
(Synthesis Example 4)
A negative electrode active material of Synthesis Example 4 was prepared in the same manner as Synthesis Example 2 except that 4 mL of 1,1,1,3,3,3-hexamethyldisilazane was used. As a result of surface analysis of this negative electrode active material by ESCA, the ratio of peak intensities of Ti and Si was Si / Ti = 0.10.
(Synthesis Example 5)
A negative electrode active material of Synthesis Example 5 was prepared in the same manner as in Synthesis Example 2 except that the stirring time was 48 hours and 8 mL of 1,1,1,3,3,3-hexamethyldisilazane was used. As a result of surface analysis of this negative electrode active material by ESCA, the ratio of peak intensities of Ti and Si was Si / Ti = 0.23.

(合成例6)
チタン酸リチウムをフラスコに15g加え、100℃で3時間の真空乾燥を行った。
フラスコ内を窒素で満たした後、N,N−ジメチルホルムアミド(20mL)及びクロロトリメチルシラン(1mL)及びイミダゾール(0.5g)をそれぞれフラスコに加えた後に、45℃で10時間攪拌した。次に混合液をろ過し、粉末をN,N−ジメチルホルムアミド及びトルエンでそれぞれ3回ずつ洗浄した(それぞれ25mL×3)。最後に、80℃で3時間真空乾燥することによってチタン酸リチウムの表面の一部に存在する水酸基をシリル基で保護した負極活物質を調製した。この負極活物質をESCAにて表面分析した結果、TiとSiとのピーク強度の比はSi/Ti=0.03であった。
(Synthesis Example 6)
15 g of lithium titanate was added to the flask and vacuum dried at 100 ° C. for 3 hours.
After filling the flask with nitrogen, N, N-dimethylformamide (20 mL), chlorotrimethylsilane (1 mL), and imidazole (0.5 g) were added to the flask, respectively, and stirred at 45 ° C. for 10 hours. Next, the mixed solution was filtered, and the powder was washed with N, N-dimethylformamide and toluene three times each (25 mL × 3 each). Finally, a negative electrode active material in which a hydroxyl group present on a part of the surface of lithium titanate was protected with a silyl group was prepared by vacuum drying at 80 ° C. for 3 hours. As a result of surface analysis of this negative electrode active material by ESCA, the ratio of peak intensities of Ti and Si was Si / Ti = 0.03.

(合成例7)
温度を60℃に設定した以外は合成例6と同様にして合成例7の負極活物質を調製した。この負極活物質をESCAにて表面分析した結果、TiとSiとのピーク強度の比はSi/Ti=0.04であった。
(合成例8)
撹拌時間を24時間に設定した以外は合成例7と同様にして合成例8の負極活物質を調製した。この負極活物質をESCAにて表面分析した結果、TiとSiとのピーク強度の比はSi/Ti=0.05であった。
(Synthesis Example 7)
A negative electrode active material of Synthesis Example 7 was prepared in the same manner as Synthesis Example 6 except that the temperature was set to 60 ° C. As a result of surface analysis of this negative electrode active material by ESCA, the ratio of peak intensities of Ti and Si was Si / Ti = 0.04.
(Synthesis Example 8)
A negative electrode active material of Synthesis Example 8 was prepared in the same manner as Synthesis Example 7 except that the stirring time was set to 24 hours. As a result of surface analysis of this negative electrode active material by ESCA, the ratio of peak intensities of Ti and Si was Si / Ti = 0.05.

(合成例9)
撹拌時間を72時間に設定した以外は合成例7と同様にして合成例9の負極活物質を調製した。この負極活物質をESCAにて表面分析した結果、TiとSiとのピーク強度の比はSi/Ti=0.08であった。
(合成例10)
クロロトリメチルシランの量を5mL加えたこと以外は合成例9と同様にして合成例10のチタン酸リチウムを調製した。このチタン酸リチウムをESCAにて表面分析した結果、TiとSiとのピーク強度の比はSi/Ti=0.12であった。

<実施例1>
(負極の製造)
合成例1の負極活物質を100重量部、導電助材(アセチレンブラック)を6.8重量部、及びバインダー(固形分濃度12wt%、NMP溶液)を固形分6.8重量部混合してスラリーを作製した。このスラリーをアルミニウム箔(15μm)に塗工した後に、170℃で真空乾燥することによって負極(50cm)を作製した。
(Synthesis Example 9)
A negative electrode active material of Synthesis Example 9 was prepared in the same manner as Synthesis Example 7 except that the stirring time was set to 72 hours. As a result of surface analysis of this negative electrode active material by ESCA, the ratio of peak intensities of Ti and Si was Si / Ti = 0.08.
(Synthesis Example 10)
The lithium titanate of Synthesis Example 10 was prepared in the same manner as Synthesis Example 9 except that 5 mL of chlorotrimethylsilane was added. As a result of surface analysis of this lithium titanate by ESCA, the peak intensity ratio of Ti and Si was Si / Ti = 0.12.

<Example 1>
(Manufacture of negative electrode)
A slurry prepared by mixing 100 parts by weight of the negative electrode active material of Synthesis Example 1, 6.8 parts by weight of a conductive additive (acetylene black), and 6.8 parts by weight of a binder (solid content concentration 12 wt%, NMP solution). Was made. This slurry was applied to an aluminum foil (15 μm), and then vacuum dried at 170 ° C. to prepare a negative electrode (50 cm 2 ).

負極の容量は次の充放電試験で測定した。
前述と同様の条件でアルミニウム箔の片面に電極を塗工し、16mmΦに打ち抜き動作極を作製した。Li金属を16mmΦに打ち抜き対極とした。これらの電極を用いて、動作極(片面塗工)/セパレータ/Li金属の順に試験セル(HSセル、宝泉社製)内に積層し、非水電解質(エチレンカーボネート/ジメチルカーボネート=3/7vol%、LiPF6 1mol/L)を0.15mL入れ、半電池を作製した。この半電池を25℃で一日放置した後、充放電試験装置(HJ1005SD8、北斗電工社製)に接続した。この半電池を25℃、0.4mAで定電流放電(終止電圧:1.0V)及び定電流充電(終止電圧:2.0V)を5回繰り返し、5回目の結果を負極の容量とした。その結果、負極の容量は、1.2mAh/cmであった。
The capacity of the negative electrode was measured by the following charge / discharge test.
An electrode was applied to one side of the aluminum foil under the same conditions as described above, and a working electrode was punched out to 16 mmΦ. Li metal was punched out to 16 mmΦ as a counter electrode. Using these electrodes, a working electrode (single-sided coating) / separator / Li metal was laminated in this order in a test cell (HS cell, manufactured by Hosen Co., Ltd.), and a non-aqueous electrolyte (ethylene carbonate / dimethyl carbonate = 3/7 vol). %, LiPF6 1 mol / L) was added to prepare a half battery. The half-cell was allowed to stand at 25 ° C. for one day, and then connected to a charge / discharge test apparatus (HJ1005SD8, manufactured by Hokuto Denko). This half-cell was subjected to constant current discharge (end voltage: 1.0 V) and constant current charge (end voltage: 2.0 V) at 25 ° C. and 0.4 mA five times, and the fifth result was defined as the negative electrode capacity. As a result, the capacity of the negative electrode was 1.2 mAh / cm 2 .

(正極の製造)
正極活物質のLi1.1Al0.1Mn1.8を、文献("Lithium Aluminum Manganese Oxide Having Spinel-Framework Structure for Long-Life Lithium-Ion Batteries" Electrochemical and Solid-State Letters Volume9, Issue12, Pages A557 (2006))に記載されている方法で作製した。
(Manufacture of positive electrode)
The positive electrode active material Li 1.1 Al 0.1 Mn 1.8 O 4 is described in the literature ("Lithium Aluminum Manganese Oxide Having Spinel-Framework Structure for Long-Life Lithium-Ion Batteries" Electrochemical and Solid-State Letters Volume 9, Issue 12 , Pages A557 (2006)).

すなわち、二酸化マンガン、炭酸リチウム、水酸化アルミニウム、及びホウ酸の水分散液を調製し、スプレードライ法で混合粉末を作製した。このとき、二酸化マンガン、炭酸リチウム及び水酸化アルミニウムの量は、リチウム、アルミニウム及びマンガンのモル比が1.1:0.1:1.8となるように調製した。次に、この混合粉末を空気雰囲気下900℃で12時間加熱した後、再度650℃で24時間加熱した。最後に、この粉末を95℃の水で洗浄後、乾燥させることによって実施例1に用いる正極活物質を作製した。   That is, an aqueous dispersion of manganese dioxide, lithium carbonate, aluminum hydroxide, and boric acid was prepared, and a mixed powder was prepared by a spray drying method. At this time, the amounts of manganese dioxide, lithium carbonate and aluminum hydroxide were adjusted so that the molar ratio of lithium, aluminum and manganese was 1.1: 0.1: 1.8. Next, the mixed powder was heated at 900 ° C. for 12 hours in an air atmosphere, and then again heated at 650 ° C. for 24 hours. Finally, the powder was washed with water at 95 ° C. and dried to prepare a positive electrode active material used in Example 1.

この正極活物質を100重量部、導電助材(アセチレンブラック)を6.8重量部、及びバインダー(固形分濃度12wt%、NMP溶液)を6.8重量部混合してスラリーを作製した。このスラリーをアルミニウム箔(20μm)に塗工した後に、170℃で真空乾燥することによって正極(50cm)を作製した。
正極の容量は次の充放電試験で測定した。
100 parts by weight of this positive electrode active material, 6.8 parts by weight of a conductive additive (acetylene black), and 6.8 parts by weight of a binder (solid content concentration 12 wt%, NMP solution) were mixed to prepare a slurry. This slurry was applied to an aluminum foil (20 μm), and then vacuum dried at 170 ° C. to produce a positive electrode (50 cm 2 ).
The capacity of the positive electrode was measured by the following charge / discharge test.

前述と同様にアルミニウム箔の片面に塗工した電極を16mmΦに打ち抜き動作極、Li金属を16mmΦに打ち抜き対極とした。これらの電極を用いて、動作極(片面塗工)/セパレータ/Li金属の順に試験セル(HSセル、宝泉社製)内に積層し、非水電解質(エチレンカーボネート/ジメチルカーボネート=3/7vol%、LiPF 1mol/L)を0.15mL入れ、半電池を作製した。この半電池を25℃で一日放置した後、充放電試験装置(HJ1005SD8、北斗電工社製)に接続した。この半電池を25℃、0.4mAで定電流充電(終止電圧:4.5V)及び定電流放電(終止電圧:3.5V)を5回繰り返し、5回目の結果を正極の容量とした。その結果、正極の容量は、1.0mAh/cmであった。 In the same manner as described above, an electrode coated on one surface of an aluminum foil was punched into a working electrode of 16 mmΦ, and a Li metal was punched out of 16 mmΦ as a counter electrode. Using these electrodes, a working electrode (single-sided coating) / separator / Li metal was laminated in this order in a test cell (HS cell, manufactured by Hosen Co., Ltd.), and a non-aqueous electrolyte (ethylene carbonate / dimethyl carbonate = 3/7 vol). %, LiPF 6 1 mol / L) was added to prepare a half cell. The half-cell was allowed to stand at 25 ° C. for one day, and then connected to a charge / discharge test apparatus (HJ1005SD8, manufactured by Hokuto Denko). The half-cell was subjected to constant current charging (end voltage: 4.5 V) and constant current discharge (end voltage: 3.5 V) at 25 ° C. and 0.4 mA five times, and the fifth result was taken as the positive electrode capacity. As a result, the capacity of the positive electrode was 1.0 mAh / cm 2 .

(非水電解質二次電池の製造)
実施例1の非水電解質二次電池を次のとおりに作製した。
電極は、アルミニウム箔の片面に正極、あるいは負極のみを片面塗工した電極を用いた。セパレータは、セルロース不職布(25μm、55cm)を用いた。最初に、前記作製した正極(片面塗工)、負極(片面塗工)、及びセパレータを、正極(片面塗工)/セパレータ/負極(片面塗工)の順に積層した。次に、両端の正極及び負極にアルミニウムタブを振動溶着させた後に、袋状のアルミラミネートシートに入れた。非水電解質(プロピレンカーボネート/メチルエチルカーボネート=3/7vol%、LiPF 1mol/L)を2mL入れた後に、減圧しながら封止することによって実施例1の非水電解質二次電池を作製した。
(Manufacture of non-aqueous electrolyte secondary batteries)
The nonaqueous electrolyte secondary battery of Example 1 was produced as follows.
As the electrode, an electrode obtained by coating only one side of a positive electrode or a negative electrode on one side of an aluminum foil was used. Cellulose unwoven cloth (25 μm, 55 cm 2 ) was used as the separator. First, the prepared positive electrode (single-sided coating), negative electrode (single-sided coating), and separator were laminated in the order of positive electrode (single-sided coating) / separator / negative electrode (single-sided coating). Next, aluminum tabs were vibration welded to the positive and negative electrodes at both ends, and then placed in a bag-like aluminum laminate sheet. After 2 mL of nonaqueous electrolyte (propylene carbonate / methylethyl carbonate = 3/7 vol%, LiPF 6 1 mol / L) was added, the nonaqueous electrolyte secondary battery of Example 1 was fabricated by sealing while reducing the pressure.

<実施例2〜10>
実施例2、実施例3、実施例4、実施例5、実施例6、実施例7、実施例8、実施例9及び実施例10の非水電解質二次電池を、合成例1の負極活物質の代わりに、それぞれ合成例2、合成例3、合成例4、合成例5、合成例6、合成例7、合成例8、合成例9及び合成例10の負極活物質を用いたこと以外は実施例1と同様にして非水電解質二次電池を得た。
<Examples 2 to 10>
The nonaqueous electrolyte secondary batteries of Example 2, Example 3, Example 4, Example 5, Example 6, Example 7, Example 8, Example 9, Example 10 and Example 10 were used as the anode active material of Synthesis Example 1. Other than using the negative electrode active materials of Synthesis Example 2, Synthesis Example 3, Synthesis Example 4, Synthesis Example 5, Synthesis Example 6, Synthesis Example 7, Synthesis Example 8, Synthesis Example 9 and Synthesis Example 10 instead of the materials. Obtained a nonaqueous electrolyte secondary battery in the same manner as in Example 1.

<比較例1>
比較例1の非水電解質二次電池は、合成例1の負極活物質の代わりに、シリル基を含む化合物で処理をしていない負極活物質を用いたこと以外は実施例1と同様にして非水電解質二次電池を得た。
<サイクル特性の測定>
実施例1〜10、比較例1の非水電解質二次電池を、充放電装置(HJ1005SD8、北斗電工社製)に接続し、サイクル特性を評価した。
<Comparative Example 1>
The nonaqueous electrolyte secondary battery of Comparative Example 1 was the same as Example 1 except that a negative electrode active material not treated with a compound containing a silyl group was used instead of the negative electrode active material of Synthesis Example 1. A nonaqueous electrolyte secondary battery was obtained.
<Measurement of cycle characteristics>
The nonaqueous electrolyte secondary batteries of Examples 1 to 10 and Comparative Example 1 were connected to a charge / discharge device (HJ1005SD8, manufactured by Hokuto Denko Co., Ltd.), and cycle characteristics were evaluated.

サイクル特性は、60℃、25mA定電流充電、25mA定電流放電を500回繰り返した。このときの実施例1〜10と比較例との充電終止電圧及び放電終止電圧は、それぞれ2.7V及び2.0Vとした。1回目の放電容量を100としたときの、500回目の放電容量(容量維持率)を表1に示す。また、サイクル特性の測定後のガス発生量を表1に示す。   As the cycle characteristics, 60 ° C., 25 mA constant current charging, and 25 mA constant current discharging were repeated 500 times. The charge end voltage and the discharge end voltage of Examples 1 to 10 and the comparative example at this time were set to 2.7 V and 2.0 V, respectively. Table 1 shows the discharge capacity (capacity retention ratio) at the 500th time when the first discharge capacity is 100. In addition, Table 1 shows the amount of gas generated after measurement of cycle characteristics.

<ガス発生量の評価方法>
前記非水電解質二次電池の電極及びセパレータを含む部分を、アルミラミネートシートの上から押さえつけジグで固定することで、サイクル特性の測定中に発生するガスがアルミラミネートシートの固定部分外であるガスポケットに集積するようにした。サイクル特性の測定中に発生するガス量はガスポケットの面積及び発生したガスにより膨れ上がったガスポケットの高さから計算し、Ahごとのガス量に換算した。なお、アルミラミネートシートを封止時に、セル内を完全真空状態にはできず、サイクル特性の測定前のガスポケットは一定の体積を有している。よって、ガス量をAhごとに換算した際に、この値が2cc/Ah以下であればガス発生がないものと判断した(表1)。
<Evaluation method of gas generation amount>
Gas that is generated during measurement of cycle characteristics is outside the fixed part of the aluminum laminate sheet by pressing the part including the electrode and separator of the non-aqueous electrolyte secondary battery from above the aluminum laminate sheet and fixing it with a jig. Accumulated in the pocket. The amount of gas generated during the measurement of the cycle characteristics was calculated from the area of the gas pocket and the height of the gas pocket swollen by the generated gas, and converted to a gas amount for each Ah. In addition, the inside of a cell cannot be made into a complete vacuum state at the time of sealing an aluminum laminate sheet, and the gas pocket before the measurement of cycling characteristics has a fixed volume. Therefore, when the gas amount was converted for each Ah, it was determined that no gas was generated if this value was 2 cc / Ah or less (Table 1).

Figure 2014099291
Figure 2014099291

表1から明らかなとおり、本発明の実施例1〜10の非水電解質二次電池は、ガス発生することなく、かつ、比較例の非水電解質二次電池よりもサイクル安定性が向上している。
また、表1の各実施例の容量維持率と、各実施例に該当する合成例において測定したTiとSiとのピーク強度の比との関係をプロットしたものを、図1に示す。図1によれば、84%以上の容量維持率となるのは、合成例のピーク強度比が0.03以上であることが分かる。したがって、 ピーク強度比が0.03以上となるように負極活物質を作成することが好ましい。
As is clear from Table 1, the nonaqueous electrolyte secondary batteries of Examples 1 to 10 of the present invention have no gas generation and have improved cycle stability than the nonaqueous electrolyte secondary battery of the comparative example. Yes.
Moreover, what plotted the relationship between the capacity maintenance rate of each Example of Table 1 and the ratio of the peak intensity of Ti and Si measured in the synthesis example corresponding to each Example is shown in FIG. According to FIG. 1, it can be seen that the capacity retention rate of 84% or more is that the peak intensity ratio of the synthesis example is 0.03 or more. Therefore, it is preferable to prepare the negative electrode active material so that the peak intensity ratio is 0.03 or more.

Claims (8)

非水電解質二次電池に用いられる負極活物質であって、
リチウムイオンの脱離及び挿入が0.3V(vs Li+/Li)以上、2.0V(vs Li+/Li)以下で進行する化合物の表面の少なくとも一部に存在する水酸基が、下記式(1):
Figure 2014099291
で表されるシリル基で保護されていることを特徴とする負極活物質。
(ここでシリル基のR、R及びRはC1〜C20のアルキル基、C2〜C20のアルケニル基、C2〜C20のアルキニル基、C6〜C20のアリール基、C4〜C20のヘテロアリール基、C7〜C20のアラルキル基、又はC5〜C20のヘテロアラルキル基を表し、R、R及びRは互いに同じであっても異なっていてもよい。前記アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、ヘテロアリール基、アラルキル基、及びヘテロアラルキル基は置換基を有していてもよい。)
A negative electrode active material used for a non-aqueous electrolyte secondary battery,
A hydroxyl group present on at least a part of the surface of the compound in which desorption and insertion of lithium ions proceeds at 0.3 V (vs Li + / Li) or more and 2.0 V (vs Li + / Li) or less is represented by the following formula (1): :
Figure 2014099291
A negative electrode active material which is protected by a silyl group represented by the formula:
(Wherein R 1 , R 2 and R 3 of the silyl group are C1-C20 alkyl groups, C2-C20 alkenyl groups, C2-C20 alkynyl groups, C6-C20 aryl groups, C4-C20 heteroaryl groups) Represents a C7 to C20 aralkyl group or a C5 to C20 heteroaralkyl group, and R 1 , R 2 and R 3 may be the same as or different from each other, the alkyl group, alkenyl group, alkynyl group, The aryl group, heteroaryl group, aralkyl group, and heteroaralkyl group may have a substituent.)
前記リチウムイオンの脱離及び挿入が0.3V(vs Li+/Li)以上、2.0V(vs Li+/Li)以下で進行する化合物が、チタン複合酸化物又はチタン酸化物である、請求項1に記載の負極活物質。   The compound in which desorption and insertion of the lithium ion proceeds at 0.3 V (vs Li + / Li) or higher and 2.0 V (vs Li + / Li) or lower is a titanium composite oxide or a titanium oxide. The negative electrode active material according to 1. 前記一般式(1)で表されるシリル基のR、R及びRが、メチル基、エチル基、tert―ブチル基、フェニル基、ビニル基の中から選ばれる、請求項1又は請求項2に記載の負極活物質。 The R 1 , R 2 and R 3 of the silyl group represented by the general formula (1) are selected from a methyl group, an ethyl group, a tert-butyl group, a phenyl group, and a vinyl group. Item 5. The negative electrode active material according to Item 2. 非水電解質二次電池用負極活物質の製造方法であって、
リチウムイオンの挿入・脱離反応が0.3V(vs.Li/Li)以上2.0V(vs.Li/Li)以下で進行する負極活物質を、シリル基を含むシリル化剤で処理することによって、前記負極活物質の表面の少なくとも一部に存在する水酸基が、下記式(1):
Figure 2014099291
で表されるシリル基で保護された負極活物質を製造する方法。
A method for producing a negative electrode active material for a nonaqueous electrolyte secondary battery, comprising:
A negative electrode active material in which insertion / extraction reaction of lithium ions proceeds at 0.3 V (vs. Li + / Li) or more and 2.0 V (vs. Li + / Li) or less is treated with a silylating agent containing a silyl group. By doing so, the hydroxyl group present on at least part of the surface of the negative electrode active material is represented by the following formula (1):
Figure 2014099291
The manufacturing method of the negative electrode active material protected by the silyl group represented by these.
請求項4に記載の、シリル基を含むシリル化剤でリチウムイオンの挿入・脱離反応が0.3V(vs.Li/Li)以上2.0V(vs.Li/Li)以下で進行する、負極活物質を処理する方法が加熱処理である、前記負極活物質の表面の少なくとも一部に存在する水酸基が、下記式(1):
Figure 2014099291
で表されるシリル基で保護された負極活物質を製造する方法。
5. The silylating agent containing a silyl group according to claim 4, wherein the insertion / extraction reaction of lithium ions proceeds at 0.3 V (vs. Li + / Li) or more and 2.0 V (vs. Li + / Li) or less. The method of treating the negative electrode active material is heat treatment, and the hydroxyl group present on at least a part of the surface of the negative electrode active material is represented by the following formula (1):
Figure 2014099291
The manufacturing method of the negative electrode active material protected by the silyl group represented by these.
請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の負極活物質を用いた、非水電解質二次電池用負極。   The negative electrode for nonaqueous electrolyte secondary batteries using the negative electrode active material of any one of Claims 1-3. 負極、正極、セパレータ及び非水電解質を備える非水電解質二次電池であって、前記負極として、請求項6に記載の負極を用いた、非水電解質二次電池。   A non-aqueous electrolyte secondary battery comprising a negative electrode, a positive electrode, a separator, and a non-aqueous electrolyte, wherein the negative electrode according to claim 6 is used as the negative electrode. 請求項7に記載の非水電解質二次電池を複数接続した、二次電池モジュール。   A secondary battery module in which a plurality of the nonaqueous electrolyte secondary batteries according to claim 7 are connected.
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