JP2015032447A - Negative electrode material and lithium secondary battery - Google Patents

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明果 亀井
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利夫 竹中
千裕 榊原
Chihiro Sakakibara
千裕 榊原
明 富田
Akira Tomita
明 富田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide: a negative electrode material obtained by mixing carbon conventionally used as a negative electrode material and scale-like fine powder that achieves further improvement in performance of carbon as a negative electrode material and has properties capable of occluding/eliminating silicon; and a lithium secondary battery using the negative electrode material.SOLUTION: A negative electrode material can be obtained by mixing carbon and scale-like fine powder obtained by finely crushing one of a thin film (A) or a thin film (B). The thin film (A) is formed of (a) a layer of one of simple substances of a metal simple substance, an alloy or a metal compound which can reversibly occlude/eliminate lithium, or a lamination layer of a plurality thereof. The thin film (B) is formed by using both layers to be laminated in two layers or more in total, both layers including (a) a layer of one of simple substances of a metal simple substance, an alloy or a metal compound which can reversibly occlude/eliminate lithium and (b) a layer of one of simple substances of a metal simple substance or an alloy which cannot reversibly occlude/eliminate lithium.

Description

本発明は負極材料及びそれを用いたリチウム二次電池に関する発明であり、具体的には、リチウム二次電池の負極に用いる炭素にリチウム二次電池の寿命をより長期化することを可能とした鱗片状微粉末を加えた負極材料、及びそれを用いたリチウム二次電池に関する。   The present invention relates to a negative electrode material and a lithium secondary battery using the negative electrode material. Specifically, carbon used for a negative electrode of a lithium secondary battery can make the life of the lithium secondary battery longer. The present invention relates to a negative electrode material to which scaly fine powder is added, and a lithium secondary battery using the negative electrode material.

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

昨今、このリチウム二次電池にはより一層の高容量が求められるようになってきている。容量が大きくなれば、それを用いるスマートフォンなどの電池の持続時間が長くなり、又は電池の薄型化に寄与でき、航空機や乗用車などに用いられることを想定しても、過重量などの問題に対処するために高容量であることが求められる。   Nowadays, a higher capacity is required for this lithium secondary battery. If the capacity is increased, the battery life of smartphones and other devices that use the battery will be longer, or it can contribute to the thinning of the battery. Therefore, it is required to have a high capacity.

そしてそのような電池の特性を決定する大きな要因が負極材料の選択である。
その負極材料として、現在主として黒鉛などの炭素材料が使用されている。ちなみに黒鉛の理論容量は372mAh/gである。
And the big factor which determines the characteristic of such a battery is selection of negative electrode material.
Currently, carbon materials such as graphite are mainly used as the negative electrode material. Incidentally, the theoretical capacity of graphite is 372 mAh / g.

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

そこで炭素材料の代わりに、アルミニウム、亜鉛、マグネシウム、スズ、鉛、シリコンなどのようなリチウムと合金化する金属または合金を使用する検討が進められた。なかでも、シリコンは理論容量4200mAh/gと極めて大きく、炭素に変わる高容量負極として期待される。   Therefore, instead of carbon materials, studies have been made to use metals or alloys that alloy with lithium, such as aluminum, zinc, magnesium, tin, lead, and silicon. Among them, silicon is extremely large with a theoretical capacity of 4200 mAh / g, and is expected as a high-capacity negative electrode that changes to carbon.

シリコンの具体的な利用例として例えば、集電体として銅板を用い、この銅板の表面に化学気相成長法(CVD法)などによって薄膜状の非晶質シリコンや微結晶シリコンを積層したものに関する技術が開発されている。   As a specific application example of silicon, for example, a copper plate is used as a current collector, and a thin film amorphous silicon or microcrystalline silicon is laminated on the surface of the copper plate by a chemical vapor deposition method (CVD method) or the like. Technology has been developed.

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

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

そこで例えば炭素とシリコンとをアロイングしたものを用いることが考えられるが、この場合、必ずしも所望の通りにこれらが均質にアロイングされるとは限らず、またアロイングを行う作業そのものが複雑である、という問題点があった。   Therefore, for example, it is possible to use carbon and silicon alloyed, but in this case, they are not necessarily uniformly alloyed as desired, and the work of alloying is complicated. There was a problem.

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

特許文献2には、シリコンの微結晶がシリコン系化合物に分散した構造を有する粒子の表面を炭素でコーティングすることで、シリコンの膨張と収縮に伴う負極材料の劣化を抑制し、大容量の充放電容量が可能にしたものが開示されている。   In Patent Document 2, the surface of particles having a structure in which silicon microcrystals are dispersed in a silicon-based compound is coated with carbon, so that deterioration of the negative electrode material due to expansion and contraction of silicon is suppressed, and a large capacity is charged. A discharge capacity is disclosed.

特開2002−289177号公報JP 2002-289177 A 特開2004−47404号公報JP 2004-47404 A

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

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

特許文献2ではシリコン粒子の表面に炭素をコーティングするという高度な技術が必要になり、表面を均一にコーティングできないとシリコン粒子の反応が不均一となり電気特性に影響が出るといった問題がある。   In Patent Document 2, an advanced technique of coating the surface of silicon particles with carbon is required, and if the surface cannot be uniformly coated, there is a problem that the reaction of silicon particles becomes non-uniform and the electrical characteristics are affected.

そこで本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、サイクル特性に優れたリチウム二次電池を得るために、負極材料である炭素の性能を一層向上させられる、シリコンを吸蔵脱離可能とする性質を有する鱗片状微粉末と、従来負極材料として用いられてきた炭素と、を混合させた負極材料と、それを用いたリチウム二次電池とを提供することである。   Therefore, the present invention has been made in view of such problems, and the object thereof is silicon that can further improve the performance of carbon as a negative electrode material in order to obtain a lithium secondary battery having excellent cycle characteristics. Is to provide a negative electrode material obtained by mixing a scaly fine powder having a property of occluding and desorbing carbon, and carbon that has been conventionally used as a negative electrode material, and a lithium secondary battery using the negative electrode material. .

以上の課題を解決するために、本願発明の請求項1に記載の負極材料は、(A)(ア)リチウムを可逆的に吸蔵脱離可能とする金属単体、合金、又は金属化合物、の何れか単体による層、若しくは複数による積層、による薄膜、又は(B)(ア)リチウムを可逆的に吸蔵脱離可能とする金属単体、合金、又は金属化合物、の何れか単体による層、及び(イ)リチウムを可逆的に吸蔵脱離可能としない金属単体、又は合金、の何れか単体による層、の双方の層を用いて、合計2層以上となるように積層してなる薄膜、の何れかの薄膜を微粉砕したものである鱗片状微粉末と、炭素と、を混合して得られてなることを特徴とする。   In order to solve the above problems, the negative electrode material according to claim 1 of the present invention is any one of (A) (a) simple metal, alloy, or metal compound capable of reversibly occluding and desorbing lithium. (B) (a) a single metal layer, an alloy, or a metal compound capable of reversibly occluding and desorbing lithium; and (b) ) Any one of the thin films formed by laminating a total of two or more layers using both a single metal layer or a single alloy layer that does not allow lithium to be reversibly occluded / desorbed. It is obtained by mixing flaky fine powder obtained by finely pulverizing a thin film and carbon.

本願発明の請求項2に記載の負極材料は、樹脂による剥離層を積層してなる高分子樹脂フィルムの剥離層表面に対し、(A)(ア)リチウムを可逆的に吸蔵脱離可能とする金属単体、合金、又は金属化合物、の何れか単体による層、若しくは複数による積層、による薄膜、又は(B)(ア)リチウムを可逆的に吸蔵脱離可能とする金属単体、合金、又は金属化合物、の何れか単体による層、及び(イ)リチウムを可逆的に吸蔵脱離可能としない金属単体、又は合金、の何れか単体による層、の双方の層を用いて、合計2層以上となるように積層してなる薄膜、の何れかの薄膜を、真空蒸着法、又はスパッタリング法によって前記剥離層表面に積層して積層体を得る積層体製造工程と、前記樹脂を溶解させることが可能な溶剤を用いつつ前記積層体から前記薄膜を剥離する薄膜層剥離工程と、前記溶剤中に存在する前記薄膜を微粉砕する微粉砕工程と、前記微粉砕工程後に、前記溶剤を除去する溶剤除去工程と、を実行することにより得られてなる鱗片状微粉末と、炭素と、を混合して得られてなることを特徴とする。   The negative electrode material according to claim 2 of the present invention enables (A) (a) lithium to be reversibly occluded / desorbed from the surface of the release layer of the polymer resin film formed by laminating a release layer made of resin. A thin film made of a single metal layer, an alloy, or a metal compound, or a laminate of a plurality of single metals, or (B) (A) a simple metal, alloy, or metal compound that can reversibly store and desorb lithium. The total number of layers is two or more, using both the layer of any one of the above, and (b) the layer of any of the metal alone or the alloy that does not allow lithium to be reversibly occluded / desorbed. It is possible to dissolve the resin, and a laminate manufacturing process for obtaining a laminate by laminating any one of the thin films thus laminated on the surface of the release layer by vacuum vapor deposition or sputtering. The product while using a solvent Performing a thin film layer peeling step for peeling the thin film from the body, a fine grinding step for finely grinding the thin film present in the solvent, and a solvent removing step for removing the solvent after the fine grinding step. It is obtained by mixing flaky fine powder obtained by the above and carbon.

本願発明の請求項3に記載の発明は、請求項1又は請求項2に記載の負極材料であって、前記鱗片状微粉末の、1個の前記鱗片状微粉末の略平面視における端から端の長さのうち最も長い長さ、の前記鱗片状微粉末全体の値の平均値である平均長径が0.1μm以上100μm以下であり、1個の前記鱗片状微粉末の略側面視における厚み、の前記鱗片状微粉末全体の値の平均値である平均厚みが0.01μm以上5μm以下であること、を特徴とする。   Invention of Claim 3 of this invention is negative electrode material of Claim 1 or Claim 2, Comprising: From the edge in the substantially planar view of the said scaly fine powder of the said scaly fine powder. The average major axis, which is the average value of the entire scale-like fine powder of the longest length among the end lengths, is 0.1 μm or more and 100 μm or less, and is substantially in a side view of the one scale-like fine powder. The average thickness, which is the average value of the entire scale-like fine powder, is 0.01 μm or more and 5 μm or less.

本願発明の請求項4に記載の発明は、請求項1ないし請求項3の何れか1項に記載の負極材料であって、前記鱗片状微粉末の前記平均長径と前記平均厚みとの比、即ち平均長径/平均厚みで示されるアスペクト比が5以上であること、を特徴とする。   Invention of Claim 4 of this invention is negative electrode material of any one of Claim 1 thru | or 3, Comprising: The ratio of the said average major axis of the said scaly fine powder and the said average thickness, That is, the aspect ratio represented by the average major axis / average thickness is 5 or more.

本願発明の請求項5に記載の発明は、請求項1ないし請求項4の何れか1項に記載の負極材料であって、前記薄膜が、(ア)リチウムを吸蔵脱離可能とする物質として次の(1)〜(3)に示す一群の何れかを用いてなる単層又は複数層による薄膜であること、を特徴とする。
(1)金属単体:シリコン、スズ、ゲルマニウム、アルミニウム、インジウム、マグネシウム、カルシウム、鉛、ヒ素、アンチモン、ビスマス、銀、金、亜鉛、カドミウム
(2)合金:スズ−銅合金(Cu5Sn5)、ケイ素−マグネシウム合金(Mg2Si)、鉄−スズ合金(Sn2Fe)、スズ−ニッケル合金(NixSn)、スズ−コバルト合金(CoxSn)、ケイ素−ニッケル合金(NiSi)、ケイ素−鉄合金(FeSi)、ニッケル−マグネシウム合金(MgxNi)、アンチモン−スズ合金(SnSb)、アンチモン−インジウム合金(InSb)、銀−スズ−アンチモン合金(AgSnSb)、
(3)金属化合物:(1)で示した金属単体を主とする酸化物又は硫化物、又は遷移金属酸化物又は硫化物
The invention according to claim 5 of the present invention is the negative electrode material according to any one of claims 1 to 4, wherein the thin film is (a) a substance capable of inserting and extracting lithium. It is a thin film of a single layer or a plurality of layers using any one of the groups shown in the following (1) to (3).
(1) Metal simple substance: silicon, tin, germanium, aluminum, indium, magnesium, calcium, lead, arsenic, antimony, bismuth, silver, gold, zinc, cadmium (2) Alloy: tin-copper alloy (Cu5Sn5), silicon- Magnesium alloy (Mg2Si), iron-tin alloy (Sn2Fe), tin-nickel alloy (NixSn), tin-cobalt alloy (CoxSn), silicon-nickel alloy (NiSi), silicon-iron alloy (FeSi), nickel-magnesium alloy (MgxNi), antimony-tin alloy (SnSb), antimony-indium alloy (InSb), silver-tin-antimony alloy (AgSnSb),
(3) Metal compound: Oxide or sulfide mainly composed of a simple metal shown in (1), or transition metal oxide or sulfide

本願発明の請求項6に記載の発明は、請求項2ないし請求項5の何れか1項に記載の負極材料であって、前記薄膜が、(イ)リチウムを吸蔵脱離可能としない物質として次の(4)〜(5)に示す一群の中の何れかを用いてなること、を特徴とする。
(4)金属単体:チタン、マンガン、鉄、ニッケル、クロム、銅、ジルコニウム、モリブデン、タンタル、タングステン
(5)合金:(4)で示した金属単体を主とする合金
The invention according to claim 6 of the present invention is the negative electrode material according to any one of claims 2 to 5, wherein the thin film is (i) a substance that does not allow lithium to be occluded / desorbed. Any one of the following groups (4) to (5) is used.
(4) Metal simple substance: Titanium, manganese, iron, nickel, chromium, copper, zirconium, molybdenum, tantalum, tungsten (5) Alloy: Alloy mainly composed of metal simple substance shown in (4)

本願発明の請求項7に記載の発明は、請求項1ないし請求項6の何れか1項に記載の負極材料であって、前記鱗片状微粉末と、前記炭素との混合の比率が、前記鱗片状微粉末が重量比で全体の40%未満であること、を特徴とする。   Invention of Claim 7 of this-application invention is negative electrode material of any one of Claim 1 thru | or 6, Comprising: The mixing ratio of the said scaly fine powder and the said carbon is the said, The scaly fine powder is characterized by being less than 40% of the whole by weight.

本願発明の請求項8に記載の発明は、請求項1ないし請求項6の何れか1項に記載の負極材料であって、前記鱗片状微粉末と、前記炭素との混合の比率が、前記鱗片状微粉末が重量比で全体の40%以上60%以下であること、を特徴とする。   Invention of Claim 8 of this-application invention is negative electrode material of any one of Claim 1 thru | or 6, Comprising: The mixing ratio of the said scaly fine powder and the said carbon is the said, The scaly fine powder is characterized by being 40% or more and 60% or less of the whole by weight.

本願発明の請求項9に記載の発明は、請求項1ないし請求項6の何れか1項に記載の負極材料であって、前記鱗片状微粉末と、前記炭素との混合の比率が、前記炭素が重量比で全体の40%未満であること、を特徴とする。   Invention of Claim 9 of this invention is negative electrode material of any one of Claim 1 thru | or 6, Comprising: The mixing ratio of the said scaly fine powder and the said carbon is the said, Carbon is less than 40% of the total weight ratio.

本願発明の請求項10に記載のリチウム二次電池に関する発明は、請求項1ないし請求項9の何れか1項に記載の負極材料を用いてなること、を特徴とする。   An invention relating to a lithium secondary battery according to claim 10 of the present invention is characterized by using the negative electrode material according to any one of claims 1 to 9.

以上のように、本願発明にかかる負極材料であれば、従来リチウム二次電池の負極材料として用いられてきた炭素に、リチウムを可逆的に吸蔵脱離可能とする鱗片状微粉末を加えることで、リチウム二次電池のサイクル特性を良好なものに出来る。また炭素よりも充電容量を拡大しようとしてシリコン又はシリコン系物質を負極材料に用いた場合、負極材料の体積膨張率があまりにも大きく、即ち負極材料の体積変化があまりにも激しすぎるために結果としてリチウム二次電池の破損という問題が生じていたが、本発明に係る負極材料であれば従来より使用されている炭素を主として用いることもあり、故に安全性が確立していると言えるので、容易に破損するという問題を解消することが出来る。   As described above, the negative electrode material according to the present invention can be obtained by adding scaly fine powder that can reversibly absorb and desorb lithium to carbon that has been conventionally used as a negative electrode material for lithium secondary batteries. The cycle characteristics of the lithium secondary battery can be improved. In addition, when silicon or a silicon-based material is used for the negative electrode material in an attempt to expand the charge capacity rather than carbon, the negative electrode material has a too large volume expansion coefficient, that is, the negative electrode material has a volume change that is too severe. Although there was a problem of breakage of the lithium secondary battery, if it is a negative electrode material according to the present invention, carbon that has been used conventionally may be mainly used, so it can be said that safety has been established, so it is easy Can be solved.

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

(実施の形態1)
本願発明にかかる負極材料につき、第1の実施の形態として説明する。尚、以下の説明においてかかる負極材料はリチウム二次電池に用いることを想定して説明をする。
(Embodiment 1)
A negative electrode material according to the present invention will be described as a first embodiment. In the following description, it is assumed that the negative electrode material is used for a lithium secondary battery.

本実施の形態にかかる負極材料は以下の構成を有する。即ち、
(A)(ア)リチウムを可逆的に吸蔵脱離可能とする金属単体、合金、又は金属化合物、の何れか単体による層、若しくは複数による積層、による薄膜
と炭素と、を混合して得られてなるものである。
The negative electrode material according to the present embodiment has the following configuration. That is,
(A) (A) It is obtained by mixing a thin film made of a single metal, an alloy, or a metal compound that can occlude and desorb lithium reversibly, or a stack of multiple metals and carbon. It will be.

以下、順次説明をする。尚、本願発明において鱗片状微粉末の個々の形状は、単純に薄膜を微粉砕することで鱗片状となっている点に特徴がある。即ち、文字通り個々を拡大するとあたかも魚の鱗のようにも見える、扁平で平面が強調された微粉末と言える。   Hereinafter, the description will be made sequentially. In the present invention, the individual shapes of the scaly fine powder are characterized in that they are scaly by simply pulverizing the thin film. That is, it can be said that it is a fine powder with a flat and flat surface that looks like a fish scale when literally enlarged.

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

即ち、
(1)金属単体としては、シリコン、スズ、ゲルマニウム、アルミニウム、インジウム、マグネシウム、カルシウム、鉛、ヒ素、アンチモン、ビスマス、銀、金、亜鉛、カドミウム、等であり、
(2)合金としては、スズ−銅合金(Cu5Sn5)、ケイ素−マグネシウム合金(Mg2Si)、鉄−スズ合金(Sn2Fe)、スズ−ニッケル合金(NixSn)、スズ−コバルト合金(CoxSn)、ケイ素−ニッケル合金(NiSi)、ケイ素−鉄合金(FeSi)、ニッケル−マグネシウム合金(MgxNi)、アンチモン−スズ合金(SnSb)、アンチモン−インジウム合金(InSb)、銀−スズ−アンチモン合金(AgSnSb)、等であり、
さらに
(3)金属化合物、として(1)で示した金属単体を主とする酸化物又は硫化物、又は遷移金属酸化物又は硫化物、等であるもの、
が挙げられる。
That is,
(1) Examples of simple metals include silicon, tin, germanium, aluminum, indium, magnesium, calcium, lead, arsenic, antimony, bismuth, silver, gold, zinc, cadmium, etc.
(2) As alloys, tin-copper alloy (Cu5Sn5), silicon-magnesium alloy (Mg2Si), iron-tin alloy (Sn2Fe), tin-nickel alloy (NixSn), tin-cobalt alloy (CoxSn), silicon-nickel Alloy (NiSi), silicon-iron alloy (FeSi), nickel-magnesium alloy (MgxNi), antimony-tin alloy (SnSb), antimony-indium alloy (InSb), silver-tin-antimony alloy (AgSnSb), etc. ,
Further, (3) a metal compound, which is an oxide or sulfide mainly composed of a single metal shown in (1), or a transition metal oxide or sulfide, etc.
Is mentioned.

以下の本実施の形態の説明においてはシリコン単体からなるシリコン薄膜を微粉砕したものを想定する。そしてこのシリコン薄膜を微粉砕した薄膜微粉末の形状は前述の通り基本的に鱗片状である。   In the following description of the present embodiment, it is assumed that a silicon thin film made of silicon alone is finely pulverized. The shape of the thin film fine powder obtained by finely pulverizing the silicon thin film is basically scaly as described above.

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

そして個々の鱗片状微粉末につきさらに観察すると、略平面視において、その端から端の長さは当然個々にあっては全く異なるが、その個々の有する長さのうち最長のものを定め、個の有する最大長の鱗片状微粉末における平均値、即ち端から端の長さの平均値である平均長径であって、本実施の形態において好適な値の範囲を考察すると、本実施の形態にかかる鱗片状微粉末では0.1μm以上100μm以下であることが好ましい。さらに好ましくは0.1μm以上50μm以下であり、より好ましくは0.1μm以上10μm以下とすることである。   Further observation of the individual scaly powders reveals that the length from end to end is quite different from one end to another in a substantially plan view. The average value in the maximum length of the scaly fine powder, that is, the average major axis that is the average value of the length from end to end, and considering the range of suitable values in the present embodiment, In such a scaly fine powder, it is preferably 0.1 μm or more and 100 μm or less. More preferably, they are 0.1 micrometer or more and 50 micrometers or less, More preferably, they are 0.1 micrometer or more and 10 micrometers or less.

また、この鱗片状の金属微粉の略側面視における厚みは、これも当然個々により厚みが違い、また単一の金属微粉であっても拡大して観察すれば完全に均一な厚みを有するものではないが、個々の厚みを平均した平均厚みは本実施の形態においては0.01μm以上5μm以下であることが好ましい。さらに好ましくは0.01μm以上3μm以下とすることである。   Also, the thickness of the scale-like metal fine powder in a side view is naturally different in thickness, and even if it is a single metal fine powder, if it is enlarged and observed, it has a completely uniform thickness. However, the average thickness obtained by averaging the individual thicknesses is preferably 0.01 μm or more and 5 μm or less in the present embodiment. More preferably, it is 0.01 μm or more and 3 μm or less.

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

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

以上、本実施の形態において鱗片状微粉末の平均長径、平均厚み、アスペクト比に関する数値範囲をこのように定めることにより、必要以上に小さすぎず、また必要以上に大きすぎない、適正なサイズの鱗片状微粉末としている。   As described above, in this embodiment, by determining the numerical range regarding the average major axis, average thickness, and aspect ratio of the scaly fine powder in this way, it is not too small, and is not too large as necessary. It is a scaly fine powder.

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

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

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

以上説明した鱗片状微粉末は例えば次のようにして得られる。
まず基材フィルムである高分子樹脂フィルムの表面に樹脂による剥離層を積層する。この際、選択する基材フィルムによっては剥離層を必ずしも設ける必要はないことを断っておく。
The scaly fine powder described above is obtained, for example, as follows.
First, a release layer made of a resin is laminated on the surface of a polymer resin film that is a base film. At this time, it should be noted that the release layer is not necessarily provided depending on the substrate film to be selected.

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

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

そして溶剤中に存在する薄膜を微粉砕する微粉砕工程を実行し、そしてさらにその後に、溶剤を除去する溶剤除去工程とを経ることにより、本実施の形態にかかる鱗片状微粉末を得る。   Then, a fine pulverization step for finely pulverizing the thin film present in the solvent is performed, and then a solvent removal step for removing the solvent is performed to obtain the scaly fine powder according to the present embodiment.

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

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

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

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

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

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

シリコンを積層するに際してシリコン薄膜層の厚みは0.01μm以上5μm以下であれば良く、0.01μm以上3μm以下とすればなお良い。これは後述するように、本実施例にかかる鱗片状微粉末は、この積層体製造工程において積層されるシリコン薄膜層が原料となるからである。即ち、このシリコン薄膜層が基材フィルムから剥離し、それを微粉末になるまでに微粉砕されることによって鱗片状微粉末が得られるのであり、得られた鱗片状微粉末の厚みは0.01μm以上5μm以下、より好ましくは0.01μm以上3μm以下であることが望まれるので、そもそも最初に積層する際の厚みを上記範囲内としておけば良いのである。   When laminating silicon, the thickness of the silicon thin film layer may be 0.01 μm or more and 5 μm or less, and more preferably 0.01 μm or more and 3 μm or less. This is because, as will be described later, the scaly fine powder according to this example is made from a silicon thin film layer that is laminated in this laminate manufacturing process. That is, the silicon thin film layer is peeled off from the substrate film and finely pulverized until it becomes a fine powder, whereby a scaly fine powder is obtained. The thickness of the obtained scaly fine powder is 0.00. Since it is desired that the thickness is 01 μm or more and 5 μm or less, more preferably 0.01 μm or more and 3 μm or less, the thickness at the time of first stacking may be set within the above range.

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

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

そして最後に溶剤を除去する溶剤除去工程を実行する。
この段階では鱗片状微粉末は溶剤中に存在した状態であるが、鱗片状微粉末そのものを得るためには一旦溶剤を除去する必要がある。例えば、最初に高温槽を用いて溶剤を蒸発させ、その後真空乾燥機に移し約1時間乾燥させ、完全に溶剤を蒸発させる、という方法が考えられる。このように加熱及び真空乾燥により溶剤を除去することも考えられるし、分散液を濾過することによって溶剤を除去することも考えられるが、いずれにせよ、溶剤を除去するための手法は特段制限はされない。
Finally, a solvent removal step for removing the solvent is performed.
At this stage, the flaky fine powder is present in the solvent, but in order to obtain the flaky fine powder itself, it is necessary to remove the solvent once. For example, a method is conceivable in which the solvent is first evaporated using a high-temperature bath, then transferred to a vacuum dryer and dried for about 1 hour to completely evaporate the solvent. In this way, it may be possible to remove the solvent by heating and vacuum drying, or it may be possible to remove the solvent by filtering the dispersion, but in any case, there are no particular restrictions on the method for removing the solvent. Not.

以上の工程を経ることにより、本実施の形態に鱗片状微粉末を得る。そして得られた鱗片状微粉末と炭素とを混合する。尚、本実施の形態により得られた鱗片状微粉末と炭素とを混合すること、及びそれを用いてリチウム二次電池用負極材料を得ることに関しては後述する。   Through the above steps, a scaly fine powder is obtained in the present embodiment. And the obtained scaly fine powder and carbon are mixed. In addition, it mixes with the scaly fine powder and carbon obtained by this Embodiment, and obtaining a negative electrode material for lithium secondary batteries using it is mentioned later.

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

発明者の研究により、本願発明により得られる鱗片状微粉末を炭素と共にリチウム二次電池電極として成型しそれを用いる場合、鱗片状微粉末としてシリコン単体による単層である薄膜により得られる微粉末でも好適に利用可能であることがわかったが、それ以外に、リチウムを可逆的に吸蔵脱離可能とする物質であるが異なる種類のものを2種類以上積層してなる薄膜を準備し、これを微粉砕した微粉末としても第1の実施の形態の場合と同様の効果を得られることが見いだされた。   When the scale-like fine powder obtained by the invention of the present application is formed as a lithium secondary battery electrode with carbon by using the inventors' research, the fine powder obtained by a thin film that is a single layer of silicon alone as the scale-like fine powder In addition to this, it was found that the thin film was prepared by laminating two or more different types of materials that can reversibly absorb and desorb lithium. It was found that finely pulverized fine powder can obtain the same effects as those of the first embodiment.

そこで第2の実施の形態としてこの場合につき説明する。尚、基本的に先に説明した第1の実施の形態の場合と同様のものは、その説明を省略する。   Therefore, this case will be described as a second embodiment. Note that the description of the same basic components as those of the first embodiment described above is omitted.

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

選択されるべき物質は本実施の形態の場合、何れの層もリチウムを吸蔵脱離可能とすることが可能な物質であり、それらは第1の実施の形態にて示した通りである。   In the case of this embodiment, the material to be selected is a material capable of occluding and desorbing lithium in any layer, and these are as described in the first embodiment.

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

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

シリコン/スズという構成の薄膜による層の平均厚みは、しかしながら第1の実施の形態の場合と同様0.01μm以上5μm、より好ましくは0.01μm以上3μm以下であることが好ましい。同様にこの薄膜層を微粉砕して得られる薄膜微粉末の平均長径も同様に0.1μm以上100μm以下、より好ましくは0.1μm以上50μm以下、さらに好ましくは0.1μm以上30μm以下、であることが好ましく、アスペクト比についても同様に5以上、より好ましくは10以上、であるものとする。つまり、たとえ層構成が変わろうとも、特に全体としての厚みは第1の実施の形態の場合と同様でなければ同様の効果が得られない。よって、例えば「シリコン/スズ」という構成であって、シリコン層の厚みが2μmであり、そこに積層されているスズ層の厚みが1μmである、という組み合わせでも良いし、シリコン層が0.1μm、スズ層が2.5μm、という組み合わせでも良い。   However, it is preferable that the average thickness of the layer formed of the silicon / tin thin film is 0.01 μm or more and 5 μm, more preferably 0.01 μm or more and 3 μm or less, as in the first embodiment. Similarly, the average major axis of the thin film fine powder obtained by finely pulverizing the thin film layer is also 0.1 μm or more and 100 μm or less, more preferably 0.1 μm or more and 50 μm or less, and further preferably 0.1 μm or more and 30 μm or less. The aspect ratio is also 5 or more, more preferably 10 or more. That is, even if the layer configuration is changed, the same effect cannot be obtained unless the overall thickness is the same as in the first embodiment. Thus, for example, a combination of “silicon / tin”, in which the thickness of the silicon layer is 2 μm and the thickness of the tin layer laminated thereon is 1 μm, or the silicon layer is 0.1 μm. A combination of a tin layer of 2.5 μm may be used.

そして本実施の形態にかかる鱗片状微粉末は、第1の実施の形態と同様の工程を実施することで得られる。得られた鱗片状微粉末の用い方については後述する。   And the scaly fine powder concerning this Embodiment is obtained by implementing the process similar to 1st Embodiment. How to use the obtained scaly fine powder will be described later.

(実施の形態3)
さらに、第1の実施の形態及び第2の実施の形態とは異なる構成を有する鱗片状微粉末につき説明する。
(Embodiment 3)
Further, a scaly fine powder having a configuration different from that of the first embodiment and the second embodiment will be described.

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

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

ここで(ア)リチウムを可逆的に吸蔵脱離可能とする物質としては先に述べた通りである。   Here, (a) the substance capable of reversibly occluding and desorbing lithium is as described above.

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

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

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

また本実施の形態においてもやはり第2の実施の形態において述べたのと同様、シリコン/ニッケル/シリコンという複数の層からなる薄膜層の平均厚みは第1の実施の形態の場合と同様、0.01μm以上5μm、より好ましくは0.01μm以上3μm以下であることが好ましい。そしてこれも同様であるが、各層の厚みは前述の全体の厚み、即ち0.01μm以上5μm以下、より好ましくは0.01μm以上3μm以下となれば良いのであって、例えばシリコン/ニッケル/シリコンの各層厚みがそれぞれ同一に0.3μmであっても良く、また両端のシリコン層厚みは0.5μm、ニッケル層厚みは0.3μm、といったように不均等であっても構わない。   Also in the present embodiment, as described in the second embodiment, the average thickness of the thin film layer composed of a plurality of layers of silicon / nickel / silicon is 0 as in the first embodiment. The thickness is preferably 0.01 μm or more and 5 μm, more preferably 0.01 μm or more and 3 μm or less. This is also the same, but the thickness of each layer may be the above-mentioned total thickness, that is, 0.01 μm or more and 5 μm or less, more preferably 0.01 μm or more and 3 μm or less. The thickness of each layer may be the same 0.3 μm, the thickness of the silicon layers at both ends may be 0.5 μm, the thickness of the nickel layer may be uneven, such as 0.3 μm.

同様にこの薄膜層を微粉砕して得られる鱗片状微粉末の平均長径も同様に0.1μm以上100μm以下、より好ましくは0.1μm以上50μm以下、さらに好ましくは0.1μm以上30μm以下、であることが良く、アスペクト比についても同様に5以上、より好ましく亜10以上、であるものとする。   Similarly, the average major axis of the flaky fine powder obtained by finely pulverizing the thin film layer is similarly 0.1 μm or more and 100 μm or less, more preferably 0.1 μm or more and 50 μm or less, and further preferably 0.1 μm or more and 30 μm or less. The aspect ratio is also preferably 5 or more, more preferably sub-10 or more.

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

(実施の形態4)
以上、本願発明にかかる鱗片状微粉末を3つのケースに分けて説明したが、本願発明ではこのようにして得られた鱗片状微粉末と炭素とを混合してまずペーストとし、それを銅板表面に固着させてリチウム二次電池用の負極材料を得るものとする。そこで本実施の形態ではこの負極材料につき説明するが、本実施の形態にあっては何れの鱗片状微粉末であっても同様であることを予め断った上で、第1の実施の形態におけるシリコン単体による薄膜を用いて得られた鱗片状微粉末(以下Si微粉末と称する。)を想定し、また炭素は黒鉛を想定し、説明を続ける。
(Embodiment 4)
As described above, the flaky fine powder according to the present invention has been described by dividing it into three cases. In the present invention, the flaky fine powder thus obtained and carbon are mixed to obtain a paste, which is used as a copper plate surface. To obtain a negative electrode material for a lithium secondary battery. Therefore, in the present embodiment, this negative electrode material will be described. In the present embodiment, the same applies to any scale-like fine powder. The explanation will be continued assuming a scaly fine powder (hereinafter referred to as Si fine powder) obtained using a thin film of silicon alone, and assuming that the carbon is graphite.

まず最初にペーストにつき説明する。
このペーストは、Si微粉末と炭素とを、結着剤を介して一緒に混合することにより得られるものであり、一例として次のようにして得られる。
First, the paste will be explained.
This paste is obtained by mixing Si fine powder and carbon together through a binder, and is obtained as an example as follows.

まずSi微粉末と炭素との重量比が15対75になるよう、それぞれを秤量し、そしてそれらを適宜混合する。10分〜20分間程度が好適である。一方、結着剤としてカルボキシメチルセルロースが5wt%になるように水溶液にしたものを用意しておく。ここでカルボキシメチルセルロースの重量とSi微粉末+炭素との重量比が10対75となるようにカルボキシメチルセルロース水溶液を秤量しておく。そして結着剤と前述の混合により得られた混合体とを混合することにより、ペーストを得る。尚、混合は乳鉢を用いてもよいし、均一性を出すためには混練機で混ぜることも好適であると言える。またここで述べた重量比は発明者が種々試みた結果好適であると思われる比率を記したものである。   First, each is weighed so that the weight ratio of Si fine powder to carbon is 15 to 75, and they are mixed as appropriate. About 10 to 20 minutes is preferable. On the other hand, what was made into the aqueous solution so that carboxymethylcellulose may become 5 wt% as a binder is prepared. Here, the carboxymethylcellulose aqueous solution is weighed so that the weight ratio of carboxymethylcellulose and Si fine powder + carbon is 10:75. And a paste is obtained by mixing a binder and the mixture obtained by the above-mentioned mixing. In addition, a mortar may be used for mixing, and it can be said that mixing with a kneader is suitable for achieving uniformity. In addition, the weight ratio described here is a ratio that seems to be suitable as a result of various attempts by the inventors.

そして得られたペーストを銅板に従来公知の手法により固着させたものを負極として用いる。ペーストにSi微粉末と炭素とが含有されているので、リチウム二次電池を充放電させる際にSi微粉末から吸蔵脱離される電子を銅板に導通させ、外部負荷に電流を供給する回路が構成されるようになる。また炭素とSi微粉末とを相互に結着させるために結着剤も一緒に混合させるのであるが、結着剤にはその他にも、銅板とペーストとを接着させるという目的も有する。さらに、リチウム二次電池を充放電させる過程において生じる銅板やSi微粉末が膨張、収縮する現象に対し、それでもSi微粉末の相互結着や、集電板とSi微粉末層との接着性を維持する、という目的や、Si微粉末をペースト化するに際して製造工程を改善する、つまり各要素が粉体状のままで作業を行っているところから離散してしまうことを防ぐ、という目的も有する。   A paste obtained by fixing the obtained paste to a copper plate by a conventionally known method is used as a negative electrode. Since the paste contains Si fine powder and carbon, when charging / discharging the lithium secondary battery, a circuit is formed that conducts electrons absorbed and desorbed from the Si fine powder to the copper plate and supplies current to an external load. Will come to be. Further, in order to bind carbon and Si fine powder to each other, a binder is also mixed together, but the binder also has an object of bonding a copper plate and a paste. Furthermore, for the phenomenon that the copper plate and Si fine powder generated during the process of charging and discharging the lithium secondary battery expand and contract, the mutual bonding of the Si fine powder and the adhesion between the current collector plate and the Si fine powder layer are still It also has the purpose of maintaining and improving the manufacturing process when making the Si fine powder into a paste, that is, preventing each element from being separated from where it is working while it is in powder form. .

このような目的を達する結着剤としては、ポリフッ化ビニリデン、カルボキシメチルセルロース又はそのアルカリ金属塩、ポリアクリル酸及びそのアルカリ金属塩、の何れか若しくは複数の混合物、等を用いれば良く、本実施の形態では既に述べたようにカルボキシメチルセルロースを用いることとする。そしてこれを用いてSi微粉末と炭素とを混合し、粘性を有するペーストを得るのである。   As a binder that achieves such a purpose, polyvinylidene fluoride, carboxymethylcellulose or an alkali metal salt thereof, polyacrylic acid and an alkali metal salt thereof, or a mixture thereof may be used. As described above, carboxymethyl cellulose is used in the form. And using this, Si fine powder and carbon are mixed and the paste which has viscosity is obtained.

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

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

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

しかし本実施の形態にかかる負極材料であれば、まずシリコンによる鱗片状微粉末を製造し、次いでこれと炭素とを混合させて得られるものを用いるので、かかる負極材料は破損しにくいものとなっている。   However, in the case of the negative electrode material according to the present embodiment, since a flaky fine powder made of silicon is first manufactured and then obtained by mixing this with carbon, such a negative electrode material is difficult to break. ing.

つまり、個々のSi微粉末は、仮に個々のSi微粉末において激しく膨張と収縮を繰り返すとしても、これと炭素とよりなる負極材料を全体として観察した場合、その内部で個々のSi微粉末の伸縮は全て吸収されていることになる。さらに述べると、Si微粉末を用いることで、負極材料表面から合金化したリチウム原子が負極内部に迅速に拡散することを可能としたため、前述した従来の負極材料における負極外部と内部との濃度差が大きくならず、結果として膨張と収縮を繰り返してもそのために負極材料内部に大きなストレスが生じることがなくなり、即ちストレスによる負極材料の破砕、微粉化が生じなくなるのである。   That is, even if the individual Si fine powder repeatedly expands and contracts violently in the individual Si fine powder, when the negative electrode material composed of this and the carbon is observed as a whole, the expansion and contraction of the individual Si fine powder inside Are all absorbed. More specifically, the use of Si fine powder enables lithium atoms alloyed from the surface of the negative electrode material to diffuse quickly into the negative electrode, so that the concentration difference between the outside and inside of the negative electrode in the conventional negative electrode material described above As a result, even if the expansion and contraction are repeated, no large stress is generated inside the negative electrode material, that is, the negative electrode material is not crushed or pulverized by the stress.

本願発明による負極材料であれば、このようにリチウム二次電池の充放電を繰り返すことにより生じるであろう負極材料の伸縮に対しても充分な耐性を有した新たなる負極材料とすることが出来るのである。即ちリチウム二次電池を何度も繰り返し利用することが出来るようになり、つまりこれを長寿命化することが出来るようになる。   If it is a negative electrode material by this invention, it can be set as the new negative electrode material which has sufficient tolerance also with respect to the expansion-contraction of the negative electrode material which will arise by repeating charging / discharging of a lithium secondary battery in this way. It is. That is, the lithium secondary battery can be used over and over again, that is, the life can be extended.

但しSi微粉末を極力微細なものにすれば良い、というものではないことには注意が必要である。これは、単体の負極の体積を「1」とした場合、これに代えてSi微粉末を負極として用いた場合、Si微粉末同士の積み重ね方によっては無為な空間が生じることがある。即ち所望の特定体積内に微粉末を充填し、その結果所望の特定体積内に無為な空間が生じることなく完璧に充填が出来たならば充填率100%となるが、実際には上述の通りそのようにはならず、どうしても無為な空間が生じてしまう。そしてリチウム二次電池の負極として用いるのであれば、この充填率は40%以上は必要であるところ、Si微粉末の平均長径を一定の値より大きくしてしまうと前述した無為な空間が多数発生してしまい、必要な充填率を達することが困難となる。さらにSi微粉末それ自体の平均長径が一定の値より大きくなってしまうと、これを含有したペーストを塗布した時にあって、塗布表面をいくら平坦なものにしようとしてもSi微粉末の例えば端部同士が重なり合ってしまい、その結果無視できない凹凸が生じてしまいかねない。つまり電極の表面としては許容できない凹凸が生じてしまうことになりかねないのである。またSi微粉末の平均長径が必要以上に小さくなってしまうと、Si微粉末同士の間に働く力のためにどうしても充填率を必要なまでに引き上げることが困難となってしまうのである。   However, it should be noted that it is not necessary to make the Si fine powder as fine as possible. This is because when the volume of a single negative electrode is set to “1”, when a Si fine powder is used as the negative electrode instead, an unnecessary space may be generated depending on how the Si fine powders are stacked. That is, if the fine powder is filled in the desired specific volume, and as a result, the filling can be completed completely without generating a useless space in the desired specific volume, the filling rate becomes 100%. This is not the case, and a useless space is inevitably produced. And if it is used as a negative electrode of a lithium secondary battery, this filling rate needs to be 40% or more. However, if the average major axis of the Si fine powder is made larger than a certain value, a large number of the above-mentioned useless spaces are generated. As a result, it becomes difficult to reach the required filling rate. Further, if the average major axis of the Si fine powder itself becomes larger than a certain value, it is when the paste containing this is applied, and no matter how flat the coated surface is, for example, the end of the Si fine powder. They may overlap each other, resulting in irregularities that cannot be ignored. In other words, the surface of the electrode may cause unacceptable irregularities. Further, if the average major axis of the Si fine powder becomes smaller than necessary, it becomes difficult to raise the filling rate to a necessary level due to the force acting between the Si fine powders.

本願発明における平均長径の考え方を加味しつつつきさらに述べると、リチウムイオン二次電池の電極の表面は極力均一でなければならず、即ち本願発明にあっては銅板の表面に塗布等により積層されるペーストの塗布後表面は極力平坦でなければならないことが望ましい。しかもその厚みは1μm以上30μm以下であることが望ましい。1μm以下であるとそもそも負極材料としての効果を発揮できず、30μmを超えてしまうとリチウムの吸蔵脱離が効果的に発生しない。   Further, while taking into account the concept of the average major axis in the present invention, the surface of the electrode of the lithium ion secondary battery must be as uniform as possible, that is, in the present invention, it is laminated on the surface of the copper plate by coating or the like. It is desirable that the surface after applying the paste should be as flat as possible. Moreover, the thickness is desirably 1 μm or more and 30 μm or less. If it is 1 μm or less, the effect as a negative electrode material cannot be exhibited in the first place, and if it exceeds 30 μm, lithium occlusion / desorption does not occur effectively.

よってSi微粒子の平均厚みが一定値以上厚いものとなってしまうと、ペーストを平坦に塗布しようとしてもペーストに含有されるSi微粉末の厚みが原因で互いのSi微粉末が重なり合ってしまうことによりどうしても表面に凹凸が生じてしまう可能性がある。そこで本願発明にあってはその平均長径を100μm以下としているのである。換言するならば、この値を超えるようであると、ペーストを略均一に積層することが出来なくなってしまうのである。また逆に0.1μmに満たない平均長径のSi微粉末を用いると、今度は先に述べた充填率を達成することが出来なくなることより、結果として体積当たりの電池容量を向上させられなくなってしまう。   Therefore, when the average thickness of the Si fine particles becomes thicker than a certain value, the Si fine powders overlap each other due to the thickness of the Si fine powders contained in the paste even if the paste is applied flatly. Unevenness may occur on the surface. Therefore, in the present invention, the average major axis is set to 100 μm or less. In other words, if this value is exceeded, the paste cannot be laminated substantially uniformly. On the other hand, if Si fine powder having an average major axis of less than 0.1 μm is used, the above-mentioned filling rate cannot be achieved. As a result, the battery capacity per volume cannot be improved. End up.

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

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

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

よって本願発明にあっては、Si微粉末の平均長径は0.1μm以上100μm以下、より好ましくは0.1μm以上50μm以下、さらに好ましくは0.1μm以上30μm以下であることが、平均厚みは0.01μm以上5μm以下、より好ましくは0.01μm以上3μm以下であることが、またアスペクト比は5以上であることが、それぞれ好適であるとした。   Therefore, in the present invention, the average major axis of the Si fine powder is 0.1 μm or more and 100 μm or less, more preferably 0.1 μm or more and 50 μm or less, further preferably 0.1 μm or more and 30 μm or less, and the average thickness is 0. It is preferable that the thickness is 0.01 μm or more and 5 μm or less, more preferably 0.01 μm or more and 3 μm or less, and the aspect ratio is 5 or more.

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

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

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

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

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

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

本願発明にかかる負極材料であれば、これをリチウム二次電池の負極として用いることで、高容量でかつ良好なサイクル特性を有するリチウム二次電池を得ることが出来る。   If it is a negative electrode material concerning this invention, the lithium secondary battery which has a high capacity | capacitance and favorable cycling characteristics can be obtained by using this as a negative electrode of a lithium secondary battery.

Claims (10)

(A)(ア)リチウムを可逆的に吸蔵脱離可能とする金属単体、合金、又は金属化合物、の何れか単体による層、若しくは複数による積層、による薄膜、
又は
(B)(ア)リチウムを可逆的に吸蔵脱離可能とする金属単体、合金、又は金属化合物、の何れか単体による層、及び
(イ)リチウムを可逆的に吸蔵脱離可能としない金属単体、又は合金、の何れか単体による層、
の双方の層を用いて、合計2層以上となるように積層してなる薄膜、
の何れかの薄膜を微粉砕したものである鱗片状微粉末と、
炭素と、
を混合して得られてなることを特徴とする、リチウム二次電池電極に用いるための負極材料。
(A) (a) A thin film made of a single metal layer, an alloy, or a metal compound capable of reversibly occluding and desorbing lithium, or a stack of a plurality of single metals,
Or (B) (A) a layer made of any one of a simple substance, an alloy, or a metal compound capable of reversibly occluding and desorbing lithium, and (b) a metal not reversibly occluding and desorbing lithium. A layer of either a simple substance or an alloy,
A thin film formed by laminating so as to have a total of two or more layers using both layers
Scaly fine powder obtained by finely pulverizing any of the thin films;
Carbon,
A negative electrode material for use in a lithium secondary battery electrode, wherein the negative electrode material is obtained by mixing.
樹脂による剥離層を積層してなる高分子樹脂フィルムの剥離層表面に対し、
(A)(ア)リチウムを可逆的に吸蔵脱離可能とする金属単体、合金、又は金属化合物、の何れか単体による層、若しくは複数による積層、による薄膜、
又は
(B)(ア)リチウムを可逆的に吸蔵脱離可能とする金属単体、合金、又は金属化合物、の何れか単体による層、及び
(イ)リチウムを可逆的に吸蔵脱離可能としない金属単体、又は合金、の何れか単体による層、
の双方の層を用いて、合計2層以上となるように積層してなる薄膜、
の何れかの薄膜を、真空蒸着法、又はスパッタリング法によって前記剥離層表面に積層して積層体を得る積層体製造工程と、
前記樹脂を溶解させることが可能な溶剤を用いつつ前記積層体から前記薄膜を剥離する薄膜層剥離工程と、
前記溶剤中に存在する前記薄膜を微粉砕する微粉砕工程と、
前記微粉砕工程後に、前記溶剤を除去する溶剤除去工程と、
を実行することにより得られてなる鱗片状微粉末と、
炭素と、
を混合して得られてなることを特徴とする、リチウム二次電池電極に用いるための負極材料。
For the release layer surface of the polymer resin film formed by laminating the release layer with resin,
(A) (a) A thin film made of a single metal layer, an alloy, or a metal compound capable of reversibly occluding and desorbing lithium, or a stack of a plurality of single metals,
Or (B) (A) a layer made of any one of a simple substance, an alloy, or a metal compound capable of reversibly occluding and desorbing lithium, and (b) a metal not reversibly occluding and desorbing lithium. A layer of either a simple substance or an alloy,
A thin film formed by laminating so as to have a total of two or more layers using both layers
A laminate manufacturing process for obtaining a laminate by laminating any one of the above thin films on the surface of the release layer by vacuum deposition or sputtering,
A thin film layer peeling step of peeling the thin film from the laminate while using a solvent capable of dissolving the resin;
A fine grinding step for finely grinding the thin film present in the solvent;
A solvent removal step for removing the solvent after the fine grinding step;
Scaly fine powder obtained by executing
Carbon,
A negative electrode material for use in a lithium secondary battery electrode, wherein the negative electrode material is obtained by mixing.
請求項1又は請求項2に記載の負極材料であって、
前記鱗片状微粉末の、
1個の前記鱗片状微粉末の略平面視における端から端の長さのうち最も長い長さ、の前記鱗片状微粉末全体の値の平均値である平均長径が0.1μm以上100μm以下であり、
1個の前記鱗片状微粉末の略側面視における厚み、の前記鱗片状微粉末全体の値の平均値である平均厚みが0.01μm以上5μm以下であること、
を特徴とする、負極材料。
The negative electrode material according to claim 1 or 2,
Of the scaly fine powder,
The average major axis, which is the average value of the entire scale-like fine powder having the longest length among the lengths from one end to the other in a plan view of one scale-like fine powder, is 0.1 μm or more and 100 μm or less. Yes,
An average thickness which is an average value of the entire value of the scaly fine powder in a substantially side view of the one scaly fine powder is 0.01 μm or more and 5 μm or less;
A negative electrode material characterized by
請求項1ないし請求項3の何れか1項に記載の負極材料であって、
前記鱗片状微粉末の前記平均長径と前記平均厚みとの比、即ち平均長径/平均厚みで示されるアスペクト比が5以上であること、
を特徴とする、負極材料。
The negative electrode material according to any one of claims 1 to 3,
The ratio between the average major axis and the average thickness of the scaly fine powder, that is, the aspect ratio represented by the average major axis / average thickness is 5 or more,
A negative electrode material characterized by
請求項1ないし請求項4の何れか1項に記載の負極材料であって、
前記薄膜が、
(ア)リチウムを吸蔵脱離可能とする物質として次の(1)〜(3)に示す一群の何れかを用いてなる単層又は複数層による薄膜であること、
を特徴とする、負極材料。
(1)金属単体:シリコン、スズ、ゲルマニウム、アルミニウム、インジウム、マグネシウム、カルシウム、鉛、ヒ素、アンチモン、ビスマス、銀、金、亜鉛、カドミウム
(2)合金:スズ−銅合金(Cu5Sn5)、ケイ素−マグネシウム合金(Mg2Si)、鉄−スズ合金(Sn2Fe)、スズ−ニッケル合金(NixSn)、スズ−コバルト合金(CoxSn)、ケイ素−ニッケル合金(NiSi)、ケイ素−鉄合金(FeSi)、ニッケル−マグネシウム合金(MgxNi)、アンチモン−スズ合金(SnSb)、アンチモン−インジウム合金(InSb)、銀−スズ−アンチモン合金(AgSnSb)、
(3)金属化合物:(1)で示した金属単体を主とする酸化物又は硫化物、又は遷移金属酸化物又は硫化物
The negative electrode material according to any one of claims 1 to 4, wherein
The thin film is
(A) A thin film composed of a single layer or a plurality of layers using any one of the following groups (1) to (3) as a substance capable of inserting and extracting lithium,
A negative electrode material characterized by
(1) Metal simple substance: silicon, tin, germanium, aluminum, indium, magnesium, calcium, lead, arsenic, antimony, bismuth, silver, gold, zinc, cadmium (2) Alloy: tin-copper alloy (Cu5Sn5), silicon- Magnesium alloy (Mg2Si), iron-tin alloy (Sn2Fe), tin-nickel alloy (NixSn), tin-cobalt alloy (CoxSn), silicon-nickel alloy (NiSi), silicon-iron alloy (FeSi), nickel-magnesium alloy (MgxNi), antimony-tin alloy (SnSb), antimony-indium alloy (InSb), silver-tin-antimony alloy (AgSnSb),
(3) Metal compound: Oxide or sulfide mainly composed of a simple metal shown in (1), or transition metal oxide or sulfide
請求項2ないし請求項5の何れか1項に記載の負極材料であって、
前記薄膜が、
(イ)リチウムを吸蔵脱離可能としない物質として次の(4)〜(5)に示す一群の中の何れかを用いてなること、
を特徴とする、負極材料。
(4)金属単体:チタン、マンガン、鉄、ニッケル、クロム、銅、ジルコニウム、モリブデン、タンタル、タングステン
(5)合金:(4)で示した金属単体を主とする合金
The negative electrode material according to any one of claims 2 to 5,
The thin film is
(B) Using any of the following groups (4) to (5) as a substance that does not allow lithium to be absorbed and desorbed;
A negative electrode material characterized by
(4) Metal simple substance: Titanium, manganese, iron, nickel, chromium, copper, zirconium, molybdenum, tantalum, tungsten (5) Alloy: Alloy mainly composed of metal simple substance shown in (4)
請求項1ないし請求項6の何れか1項に記載の負極材料であって、
前記鱗片状微粉末と、前記炭素との混合の比率が、
前記鱗片状微粉末が重量比で全体の40%未満であること、
を特徴とする、負極材料。
The negative electrode material according to any one of claims 1 to 6,
The mixing ratio of the flaky fine powder and the carbon is
The scaly fine powder is less than 40% of the total by weight,
A negative electrode material characterized by
請求項1ないし請求項6の何れか1項に記載の負極材料であって、
前記鱗片状微粉末と、前記炭素との混合の比率が、
前記鱗片状微粉末が重量比で全体の40%以上60%以下であること、
を特徴とする、負極材料。
The negative electrode material according to any one of claims 1 to 6,
The mixing ratio of the flaky fine powder and the carbon is
The scaly fine powder is 40% or more and 60% or less of the whole by weight ratio,
A negative electrode material characterized by
請求項1ないし請求項6の何れか1項に記載の負極材料であって、
前記鱗片状微粉末と、前記炭素との混合の比率が、
前記炭素が重量比で全体の40%未満であること、
を特徴とする、負極材料。
The negative electrode material according to any one of claims 1 to 6,
The mixing ratio of the flaky fine powder and the carbon is
The carbon is less than 40% by weight,
A negative electrode material characterized by
請求項1ないし請求項9の何れか1項に記載の負極材料を用いてなること、
を特徴とする、リチウム二次電池。
Using the negative electrode material according to any one of claims 1 to 9,
A lithium secondary battery.
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